一种用电动车电机制作风力发电机的玩法

一种用电动车电机制作风力发电机的玩法 业余风电爱好者——钉螺 早前写了几篇介绍电动车电机改风力发电机的文章，还有一两篇关于风力发电的见解，这些都是我自己实践经验的。用电动车电机制作风力发电机到底有没有实用价值，还有它的安全性如何，在制作了几个样机后，我也是十分的困惑，后来干脆停了约半年多的时间。最近有了一些新的认识和想法，并对其中的两个样机进行了改造，个人认为基本达到了预期的目标，现在向大家介绍垂直轴风力发电机的具体改造过程，供同道们参考。 一、电机的改造 关于电机的改造我有几篇文章，都发表在豆丁上，有兴趣的随时可以详细阅读我的文章。这里需要说明的是:电动车电机完全可以不经改造就直接拿来使用～需要注意的是电动车电机发出来的电压比较低，如果需要较高的输出电压，可以考虑接一个直流升压板来提高输出电压，这点我在前面的文章中也有提及;也可以按照我介绍的对电机进行改造，但改造后的内阻最好保持在1欧姆以下。 二、制作风力发电机前的准备 1、选择一个合适的电机 图1是我用来制作风力发电机的电动车电机，功率是800瓦，这个电机我经过了4倍升压改造，也就是说它的输出电压比未经改造 1 前增加了4倍，但电流输出能力也相应的下降了。 图2是电机的内部结构图，与风力发电机的构造是很相似的。 图1 图2 2 图3 上图是我制作的第一台风力发电机，使用的是350瓦的电动车电机，轮毂是原机自带的。 3 上图是我制作的第一款垂直轴风力发电机，本次就是在这款的基础上进行改造的。那么我为什么产生改造它的念头呢,一个是它土里土气的，影响市容;二是感觉外面的风叶基本不起作用，如果不加装里面的风叶，在4米/秒的风力下也没啥反应，所以感觉效率很低。 至于那款电机合适你制作，就由你自己决定了～当然你也可以选择专业的风力发电电机，这样就省去了很多麻烦，直接加上个风机就可以了，不过价钱很贵的。还有，电机的功率也应该和风机相配套，升力型的风机每平方米扫风面积配套电机功率100瓦左右，阻力型的话每平方米扫风面积配套电机功率30-50瓦左右，其他以此类推。 2、将电机加工成可以连接叶片的轮毂 如图4所示，我在电机轮毂的周围焊接了6根钢条，其中3根长，3根短，互相的间隔是180度，在靠近电机轮毂的两侧分别钻一个孔，用于连接和固定支架、风叶。 图4 3、支撑轴承的制作 之前我是利用电机的轴承来对整个风机进行支撑，但心里总是有个疙瘩:电机的轴承只有20mm，固定杆只有14mm，而电机加上风叶、 4 支架的总重量将近有50公斤，所以很不放心，担心哪天轴承会咔嚓断了，对楼下的人员构成威胁。 这次我在电机下加装了一个平面轴承受整个发电机的重量，这样就比较牢靠了。 图5是我在旧货市场买的一个平面轴承，只花了11块钱，所以有时搞技改不会花太多的钱。轴承没有明显的磨损，内径是50mm，厚度是18mm。 图5 接下来的工作是给轴承制作一个轴承套和支架，如图6。这是用钢板和无缝钢管来进行制作的。做好后将轴承放进中间的圆孔，保持一定的松动度即可。外面的四个孔是连接固定支架用，中间的圆孔用于穿过电机轴承。 图6 5 在平面轴承的上面用AB胶贴上一个皮垫(我是用鞋垫来剪成的)，作用是增加轴承和电机间的摩擦力，并对电机与轴承的接触面起到保护作用。需要注意的是，在制作的时候轴承的上面应该应略高出外面的轴承套，否则电机就是压在套上而不是轴承面上。 图7 这样轴承就基本算制作好了。 4、其他 以上是两个关键部件的制作，当然还有其他一些部件的准备，包括支架，风叶等等，在这里就不一一介绍了，为了是大家有个直观的了解，让大家看一个整体的图片，见图8。 图8 6 发电机的撑杆我是用76mm的水管和4根16mm的螺杆制作的，螺杆每间隔200mm用76mm水管的法兰连接固定。上面部分用螺杆的好处是可以升降和调节水平。 风叶我是用直径250mm的PVC管来制作的，一根管剖成4片，即1/4弧面，这种叶片的制作我在另外一篇文章有详细介绍，这里不再重复。叶片的厚度是6.2mm，这个厚度和强度应该够了。 风叶的支架我是用18mm的无缝钢管来焊接成的。 三(安装发电机 最后向大家介绍风力发电机的安装和要点。 1、轴承的安装 轴承的安装是一个非常关键的环节，安装得太松了，会影响整个发电机的稳定性;安装得太紧，会使风机转不起来。 我们来看看图9的两个图片。左侧的图片是电机安装在下侧的一面，我们看到中间带星型图案的部分刚好是一个平面，就是这个平面与平面轴承的皮垫接触的。 图9 7 现在介绍一下安装的要领: (1)先将平面轴承穿过电机轴和电线，套在电机的下面(带皮垫的一面与电机接触)，在电机轴承上放上几个垫片，使垫片的高度略低于平面轴承，这样既可限制电机上下活动，又使电机能牢靠的压在轴承面上。 (2)将轴承套穿过电机轴和电线扣在平面轴承上(注意上面的轴承套图片还应该在中孔，也就是电机轴孔的旁边加钻一个10mm的孔，用于穿过电线，我也是后面加钻的)。然后用一个扁平一点的螺母旋在电机轴上，将轴承套稍稍压紧，使轴承可以比较容易旋转即可。 2、安装电机 现在将安装好轴承的电机安装在支架上。看一下图10，在轴承套的下面还有一块钢板，这是我用76mm的水管法兰做的，法兰下面加焊了一块钢板，钢板的中间和旁边各钻一个孔，中间的孔(14mm)用于固定电机轴，旁边的孔用于穿电线。安装的时候将轴承套扣在法兰上，电机轴穿过中孔，电线穿过旁边的孔，最后用螺母将电机轴旋至稍紧，注意不要旋得太紧，否则承重轴承不能转动。这里还有一个关键:就是风机的旋转方向应该与电机轴螺母的旋进方向相反，这样风机旋转的时候会自动将螺母旋紧但不至于旋死，电机轴承不转，但承重轴承仍可自由转动;如果风机旋转方向与螺母的旋进方向相同，当风机旋转的时候会将电机轴承的紧固螺母旋松了，这样整个的风机就会出现一些松动，会影响其稳定。 8 图10 3、最后的步骤是安装风叶，这个风叶的安装我不想做太多的说明，大家看看图8慢慢体会即可。 四、再次改进 经过以上改进后，效果很理想，装好后刚好起了一阵风，它的启动性比上面的风杯发电机还好，在微风下(2.0米/秒左右)也可以自行启动，比风杯发电机运转得更流畅。但是由于风叶较重，整个的有点下坠，而且用手转动风叶的时候抖动得厉害，因此我对风叶架进行了加固，如图11，这样就牢靠了。我加固的方法是用8mm的不锈钢圆条焊接一个三角支架(双杆)，支架靠近电机的顶部焊接一块小钢板，中间钻个孔，用螺栓将三角架与上面的钢圈固定起来(钢圈固定到原来焊接在电机外侧的3根长钢条上)。如果还不明白与图8对照一下就清楚了。 9 图11 后来为了加大扫风面积，我在每片风叶的上下方各加了一片短风叶，将每片风叶的长度增加到1.8米，使风机的扫风面积就达到4平方米。后来还减小了叶片的曲率(宽度)，减小叶片曲率(宽度)的结果是风机启动比较困难，个人感觉使用这种叶片的话叶片曲率不要小于90度，否则效果就较差。 10 由于风机的直径较大，上图的风机在转速较快时感觉有点悬，也曾经想过拉钢丝绳加固等办法，但会增加风机的重量，也比较累赘，最后把风叶做成下图的样子，这样重量比较轻，抗风能力强，风机运转也更流畅。 五、效果评价 本次改造，解决了几个问: 一是加装了承重轴承，解决了电动车电机轴承较小，承重能力差的问题，发电机运转得更加安全。 二是风机功率输出强劲，它的扫风面积最大可以做到4平方米，按照最后定型的风叶计算，扫风面积还有2.8平方米，在10米/秒的风速下，风能转换率为10%，它的功率输出有170瓦，如果转换率达到40%，则功率输出就有600多瓦。这对于电动车电机来说，可以将电机的潜力充分发挥出来。 三是升级改造空间非常大。整个发电机的框架搭建起来后，更 11 换风叶是一件轻而易举的事，如果不满意，可以换成其他类型的风叶。业余情况下玩什么,就玩这个～ 存在缺陷:因为之前没有见过谁使用这种叶片，在的时候我期望尖速比能超过1，甚至达到2，这样在10米风速的时候转速能接近200转/分，但实际上这种风叶仍属于高阻风叶，尖速比很难超过1，实际测试在接负载时4米/秒的风速下尖速比是0.6左右，转速20转/分，与风杯式风机相当，说明它的特性与风杯式风机接近——扭力大，转速低。它优于风杯式风机的地方就是风叶重量减轻了一半，阻力也较小。 通过这次改造，我对风力发电方面又有了更多新的认识。风力发电机的制作成功与否关键还是风机和电机的匹配问题，在设计和制作的时候一定要充分的考虑。首先是对风机的特性有充分的认识，特别是它的尖速比和风能转换率，对于阻力型和高阻的升力型风机来说，其尖速比小于1，所以风机的直径不能做得太大，在保证扫风面积(功率输出能力)的前提下，应尽量减小直径;其次是根据风机的类型和大小来选择合适的电机，如果你的风机较小，那就不要选择大功率的电机，这样会无形中增加风机的负担，也不能发挥电机的潜力，如一个直径0.6米，高1米的阻力型风机，在4米/秒的风速下空载转速可能高达100转/分，输出电压也可以有十几二十伏，但是它的功率输出能力是很小的，充其量也就3瓦左右，一接上负载，特别是低阻负载，它的转速和电压就会大幅下降，这样的风机配一个50瓦的电机就可以了;三是要根据电机的特性来合理设计风机，如果电机 12 的额定转速较高，功率较大，最好不要用阻力型风机来直接带动，因为阻力型风机很难兼顾转速和功率，但如果加增速装置，那又另当别论。 最后让大家看看下面的图片，是不是与我本次制作的风力发电机很相似呢,希望本文能给你一点启发和帮助，祝你好运! 13