家旅两用垂直轴微型风力发电装置-新能源专业论文(1)

摘要：本文研制了一个家旅两用的微型垂直轴风力发电装置，由微型垂直轴风力发电机、电能变换控制部分构成。微型垂直轴风力机的叶片采用带孔半橄榄球形的设计方案，有利于风机在微风下稳定地启动。

同时，微型风机设计成即插即拔方式，每个风机配备DC-DC稳压器，方便多个微型风力发电机联合发电。智能化的能量控制与管理系统实时监测蓄电池端电压、风力机与负载状态，从而判断和切换系统的工作方式，完成各个风机与负载的协调控制。

实验和试运行表明：装置低风速启动性能好，运行稳定可靠，携带方便，适合家庭或旅行使用，还可作为家居摆设的工艺品。装置已申请发明专利，名称“家旅两用垂直轴微型风力发电装置”（申请号：2010201040874）。

【论文关键词】 微型风力发电装置 垂直轴 即插即拔 能量管理 可折叠引言当今，风能开发越来越受到人们的重视。作为一种新型能源，它取用方便，不污染环境，并且资源丰富。

据估算1，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦。有资料表明，近些年来，各种可再生能源开发利用中，风电的增长速度是最快的。

但是，目前运行的风力发电机功率都比较大1，尚不能在家居生活中真正普及。基于将风电装置微型化的理念，本文提出一种新型的家旅两用微型垂直轴风力发电装置，为的是将可再生的、环保的风能应用到日常生活中，让风力发电真正走入寻常百姓家！1 装置结构本装置使用微型垂直轴风力发电机提供电能。

采用类似于半橄榄球形状的阻力型风杯及风力机设计，具有启动风速低，启动性能好，稳定低速运转的优点2。为了不引起紊流，在半橄榄球形的叶片中心开一个小孔，用于引导风的流向3。

由于要求装置方便携带、易拆装，风机还设计成即插即拔的形式。发电机采用微型永磁同步发电机，启动力矩小，以达到低启动风速的目标。

DC-DC稳压器采用Boost电路，可以稳定提升不可控整流输出电压至DC12V。蓄电池采用7.2V/5200mAh的锂电池。

充电电路Buck采用DC-DC变换芯片AP34063搭建，放电电路同样采用Boost。系统内置能量管理，不断对蓄电池端电压、风力机发出的能量、负载所需的能量情况进行判断，以此切换系统的工作方式，完成各个风机与负载的协调控制。

装置的结构框图如下：下面分别来介绍各个部分的设计。2 风力机设计

（1）风力机尺寸设计 计算风机的风能捕获有以下公式4：

(1)式中PN是额定功率，设计PN =2 w；ρ是空气密度，取ρ=1.225kg / m3；Cp是风能利用系数，取Cp=0.2；η是风力机传动系统和发电机的效率，取η=0.8；VN是额定风