本發(fā)明涉及一種垂直軸風(fēng)力機領(lǐng)域，尤其涉及一種馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子的正反轉(zhuǎn)控制方法。

背景技術(shù)：

長期以來，由于垂直軸風(fēng)力機的風(fēng)能利用率沒有水平軸風(fēng)力機高，其發(fā)展受到限制，然而水平軸風(fēng)力機在制造、安裝和維護等方面的成本高，對風(fēng)場條件要求相對嚴(yán)苛以及對鳥類生存等生態(tài)環(huán)境的影響逐漸突顯，垂直軸風(fēng)力機的研究和應(yīng)用重新受到關(guān)注。

馬達拉斯(madaras)轉(zhuǎn)子垂直軸風(fēng)力實驗機是美國工程師juliusd.madaras1933年構(gòu)想建造的大型實驗方案(針對40mw風(fēng)場)，其轉(zhuǎn)子設(shè)計原理基于馬格納斯(magnus)效應(yīng)，基本構(gòu)成是：在環(huán)形軌道上運行的小車上，垂直安裝有由外力(電動機)驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)圓柱，當(dāng)來風(fēng)吹向圓柱時，在圓柱的一側(cè)，流動方向與圓柱的運動方向相同，另一側(cè)則相反，誘發(fā)的繞旋轉(zhuǎn)圓柱的環(huán)流將產(chǎn)生垂直于流動方向的升力(升力方向指向上述運動方向相同一側(cè))，和與來流方向相反的阻力，其合力推動小車?yán)@環(huán)形軌道運行，并用車輪軸驅(qū)動發(fā)電機。

該風(fēng)力發(fā)電裝置并沒有取得大規(guī)模發(fā)電的效果，原因在于其機械的復(fù)雜性：為了使圓柱轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的升力驅(qū)動小車在環(huán)形軌道上往復(fù)運動，旋轉(zhuǎn)圓柱必須在每一個上風(fēng)口圓弧與下風(fēng)口圓弧的結(jié)合點處改變一次旋轉(zhuǎn)方向；為了獲得大的升力，圓柱的直徑和旋轉(zhuǎn)速度都要求取大值，造成圓柱的轉(zhuǎn)動慣量大，在當(dāng)時的技術(shù)條件下，改變轉(zhuǎn)子圓柱的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向只能借助復(fù)雜的機械系統(tǒng)實現(xiàn)，造成機械損失過大。同樣由于換向困難和制造和控制技術(shù)的限制，圓柱的轉(zhuǎn)速過低，使得其空氣動力特性得不到充分發(fā)揮，加上車體軌道摩擦阻力損失，致使該種風(fēng)力機的運行效率遠不如水平軸風(fēng)力機高而被最終放棄。

隨著現(xiàn)代科技的不斷進步，以上方案中出現(xiàn)的技術(shù)問題可以通過新的技術(shù)手段和方法得以解決，通過建立該種風(fēng)力機的數(shù)學(xué)模型，可以獲得環(huán)形小車驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的瞬時方向與轉(zhuǎn)子所處方位角之間的方程，并求解出轉(zhuǎn)矩正負切換點的方位角與來流風(fēng)速、轉(zhuǎn)子的升阻比、線速度的關(guān)系，本專利提供了一種馬達拉斯(madaras)轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制與實施方法，可以隨來流風(fēng)向自動調(diào)整轉(zhuǎn)子的換向時機，并有效降低轉(zhuǎn)子驅(qū)動和換向時的能量消耗。

由于馬格納斯(magnus)效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圓柱可以獲得比其它翼型更大的升力，且制造成本低廉，以及垂直軸風(fēng)力機的諸多優(yōu)點，經(jīng)過改進的馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機有著良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：針對裝有馬格納斯(magnus)效應(yīng)圓柱轉(zhuǎn)子的垂直軸風(fēng)力機需要隨來流風(fēng)向的變化不斷改變轉(zhuǎn)子正反向轉(zhuǎn)換點的方位角，以及圓柱反轉(zhuǎn)后需要在不耗費大量能量的前提下獲得啟動，并在合理時間內(nèi)達到所需轉(zhuǎn)速的技術(shù)需求，本發(fā)明提供了一種馬達拉斯(madaras)轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制與實施方法。

基本原理是：根據(jù)風(fēng)向風(fēng)速傳感器測定的實時風(fēng)向角，測算出風(fēng)力機圓柱轉(zhuǎn)子需要改變旋轉(zhuǎn)方向的動態(tài)反向點，在反向點前后一定圓心角范圍內(nèi)設(shè)置出轉(zhuǎn)子換向區(qū)，正向轉(zhuǎn)動的圓柱進入反向區(qū)后將經(jīng)過：停止驅(qū)動——轉(zhuǎn)動能量傳遞給蓄能器——剎車——蓄能器向圓柱傳遞反向轉(zhuǎn)動能量——變頻電動機反向緩慢加速圓柱直到要求轉(zhuǎn)速的過程。

由于存在轉(zhuǎn)動能量的短暫存儲和重新利用，以及變頻調(diào)速器可以在合理的緩沖區(qū)間內(nèi)緩慢提高供電頻率，驅(qū)動電動機可以在換向區(qū)間內(nèi)獲得足夠的加速時間，使圓柱達到較高的設(shè)定轉(zhuǎn)速，避免為了轉(zhuǎn)子的啟動，使用容量大于轉(zhuǎn)子穩(wěn)定運行時所需功率的普通電動機或者雖小功率電動機通過用大減速比獲得大的啟動扭矩，而電動機的最佳工作轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速不匹配的技術(shù)問題，從而減小了能耗，總體上提高了該類風(fēng)力機的風(fēng)能利用效率。

技術(shù)方案：本發(fā)明一種馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制與實施方法，由環(huán)形軌道、軌道小車、圓柱轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子電動機及其變頻式電機調(diào)速器、轉(zhuǎn)子速度傳感器、電磁剎車器、機械蓄能機構(gòu)、蓄能機構(gòu)移位電動機及行程開關(guān)、風(fēng)向風(fēng)速傳感器、總控制器、圓柱轉(zhuǎn)子方位識別器等組成。

其特征在于平面環(huán)形軌道上，安放著可沿圓周軌道運動的軌道小車，小車的平臺上安裝有電動機驅(qū)動的圓柱轉(zhuǎn)子，環(huán)形軌道平面被分成若干個圓心角相等的區(qū)域(一般區(qū)域角度不大于10°圓心角)，每個區(qū)域都設(shè)置有方位識別器，使得車載圓柱沿環(huán)形軌道馳入某個區(qū)域時，識別器能夠識別其所處區(qū)域方位角；

總控制器根據(jù)風(fēng)向風(fēng)速傳感器測定的實時信號，設(shè)定旋轉(zhuǎn)的圓柱轉(zhuǎn)子在環(huán)形軌道上反轉(zhuǎn)切換點所處的方位角，并時刻監(jiān)測圓柱轉(zhuǎn)子是否已進入該方位角；

圓柱轉(zhuǎn)子做成內(nèi)部有空間的圓柱筒形式，并在圓柱筒內(nèi)部空間設(shè)置帶有兩個緩沖輪的機械蓄能機構(gòu)，兩個緩沖輪通過外嚙合齒輪奇數(shù)次嚙合傳動，使兩輪的轉(zhuǎn)動方向始終相反；

機械蓄能機構(gòu)安裝在小車平臺上線性模組(市售定型產(chǎn)品)的導(dǎo)軌滑臺上，其移位電動機通過其絲杠螺母副驅(qū)動滑臺移動，當(dāng)轉(zhuǎn)子進入換向區(qū)后，移位電動機使一個緩沖輪緩慢靠近旋轉(zhuǎn)圓柱筒的內(nèi)壁，圓柱筒帶動該緩沖輪旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)運動通過傳動齒輪驅(qū)動另一個緩沖輪反向轉(zhuǎn)動，當(dāng)圓柱筒內(nèi)壁與前一個緩沖輪接觸處線速度基本相同后蓄能機構(gòu)后退，緩沖輪脫離與圓柱筒內(nèi)壁接觸；

圓柱轉(zhuǎn)子方位角到達反轉(zhuǎn)切換點后，電磁剎車器對圓柱轉(zhuǎn)子實施剎車，圓柱停止轉(zhuǎn)動；

圓柱方位超越反轉(zhuǎn)切換點后，蓄能機構(gòu)移位電動機反轉(zhuǎn)，把另一個反向旋轉(zhuǎn)的緩沖輪靠向圓柱筒另一側(cè)內(nèi)壁，緩沖輪帶動圓柱筒開始反向啟動，使其獲得反向轉(zhuǎn)動的初始能量，兩輪線速度基本相同后蓄能機構(gòu)后退，緩沖輪脫離與圓柱筒內(nèi)壁接觸；

總控制器測量圓柱實際獲得的初始轉(zhuǎn)速值，并在此基礎(chǔ)上逐漸提高變頻調(diào)速器對轉(zhuǎn)子電機的驅(qū)動頻率，使電動機獲得合理的驅(qū)動加速時間，在反轉(zhuǎn)切換點后的換向區(qū)(一般對應(yīng)10度以上圓心角)方位角的范圍加速圓柱轉(zhuǎn)子到指定轉(zhuǎn)速。

進一步地，所述的風(fēng)向風(fēng)速傳感器應(yīng)安裝在不受風(fēng)力機及其它影響風(fēng)力機現(xiàn)場主力風(fēng)向判別的地方，其分辨率和精度滿足圓柱轉(zhuǎn)子方位判別的需要，并把測量值在線傳遞給總控制器。

進一步地，所述的總控制器接受風(fēng)向風(fēng)力傳感器傳送的風(fēng)力機現(xiàn)場風(fēng)向風(fēng)力信號，實時調(diào)整圓柱轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)切換點；監(jiān)測各圓柱轉(zhuǎn)子的方位，判斷其是否進入轉(zhuǎn)子反向區(qū)；控制變頻式電機調(diào)速器，實施電機的正、反轉(zhuǎn)變頻調(diào)速；控制蓄能機構(gòu)移位電動機的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動速度；控制電磁剎車器對轉(zhuǎn)子進行制動，并通過轉(zhuǎn)子速度傳感器檢測轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)速，特別是轉(zhuǎn)子從蓄能機構(gòu)緩沖輪獲得反向啟動的轉(zhuǎn)速后，總控制器需要在此轉(zhuǎn)速基礎(chǔ)上逐漸提高轉(zhuǎn)子電機的驅(qū)動頻率。

進一步地，所述的圓柱轉(zhuǎn)子方位識別器的編碼和讀取部分分別安裝在繞環(huán)形軌道運行的小車上和方位分區(qū)的固定位置，若環(huán)形軌道上的小車不止一個，需要標(biāo)記不同編碼，以便總控制器能監(jiān)測各圓柱轉(zhuǎn)子隨其載體運動的實時方位區(qū)間。

進一步地，所述的變頻式電機調(diào)速器及電動機是圓柱轉(zhuǎn)子的驅(qū)動力源，變頻式電機調(diào)速器受控于總控制器，完成對電動機的正、反方向由低頻到指定頻率的驅(qū)動以及停止驅(qū)動的控制，電動機則把驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為與驅(qū)動頻率相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給圓柱轉(zhuǎn)子。

進一步地，所述的圓柱轉(zhuǎn)子是指能夠產(chǎn)生馬格納斯(magnus)效應(yīng)的馬達拉斯(madaras)圓柱轉(zhuǎn)子，是馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機產(chǎn)生升力的動力葉片，是本專利技術(shù)控制的對象。

進一步地，所述的機械蓄能機構(gòu)安裝在圓柱筒內(nèi)部空間，蓄能機構(gòu)固定安裝在線性模組的導(dǎo)軌滑臺上，其導(dǎo)軌安裝在圓柱轉(zhuǎn)子的機架上，所述的蓄能機構(gòu)移位電動機通過絲杠螺母機構(gòu)帶動蓄能機構(gòu)在導(dǎo)軌上前后移動，分別完成緩沖輪與圓柱筒的接觸和分離動作。

進一步地，所述的機械蓄能機構(gòu)設(shè)置有兩個緩沖輪，緩沖輪圓周使用具有較大摩擦力和緩沖功能的材料，兩緩沖輪軸之間通過外嚙合齒輪的奇數(shù)對齒輪傳動，使它們轉(zhuǎn)動方向 始終相反；適當(dāng)提高蓄能裝置內(nèi)各旋轉(zhuǎn)件的質(zhì)量和質(zhì)量分布，以提高其存儲轉(zhuǎn)動能的容量。

進一步地，所述的蓄能機構(gòu)移位電動機及行程開關(guān)，當(dāng)總控制器監(jiān)測到圓柱轉(zhuǎn)子實時方位已進入換向區(qū)，所述轉(zhuǎn)子電動機立即停止驅(qū)動圓柱筒旋轉(zhuǎn)，圓柱和其驅(qū)動電機在其轉(zhuǎn)動慣性的帶動下繼續(xù)轉(zhuǎn)動，此時總控制器控制蓄能機構(gòu)移位電動機轉(zhuǎn)動，使一個蓄能機構(gòu)的緩沖輪接觸旋轉(zhuǎn)圓柱的內(nèi)壁，并通過加力彈簧使其間壓力逐漸增加，緩沖輪則在旋轉(zhuǎn)圓柱的帶動下加速轉(zhuǎn)動，吸收圓柱筒的轉(zhuǎn)動能量，而圓柱的轉(zhuǎn)速會隨著接觸時間和摩擦力增加而降低，加力彈簧變形達到一定程度后，圓柱和緩沖輪的線速度接近相同，行程開關(guān)動作，控制蓄能機構(gòu)移位電動機反轉(zhuǎn)，緩沖輪與圓柱轉(zhuǎn)子脫離接觸。

進一步地，所述的電磁剎車器，在總控制器監(jiān)測到圓柱轉(zhuǎn)子已到達反轉(zhuǎn)切換點，并且蓄能機構(gòu)緩沖輪已退出與圓柱轉(zhuǎn)子接觸后，向剎車器發(fā)出制動信號，剎車器制動圓柱后及時復(fù)位。

進一步地，所述的蓄能機構(gòu)移位電動機，在電磁剎車器剎車動作完成后，執(zhí)行反向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動另一個緩沖輪重新接觸圓柱的內(nèi)壁，帶動圓柱反向旋轉(zhuǎn)，并在上述加力彈簧變形達到一定程度后脫離。

進一步地，所述的總控制器控制變頻式電機調(diào)速器反向驅(qū)動轉(zhuǎn)子電機，并以圓柱轉(zhuǎn)子的已有轉(zhuǎn)速為基準(zhǔn)，逐漸提高控制頻率，使電機得到持續(xù)合理的加速轉(zhuǎn)矩，直至圓柱轉(zhuǎn)子達到要求轉(zhuǎn)速。

有益效果：

1.設(shè)計了一種馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)切換點實時設(shè)定方法，可以根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)向風(fēng)力的變化，調(diào)整圓柱轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)切換點方位，使風(fēng)力機輸出不受風(fēng)向變化的影響。

2.設(shè)計了一套圓柱轉(zhuǎn)子從正向轉(zhuǎn)動過渡到反向轉(zhuǎn)動的能量收儲和釋放的方法，緩解了具有較大轉(zhuǎn)動慣量的圓柱轉(zhuǎn)子在反向轉(zhuǎn)動時能量損失很大，以及圓柱反轉(zhuǎn)啟動困難的問題。

3.相關(guān)研究結(jié)果表明，在馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)切換點前后存在一個圓柱轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速對風(fēng)力機驅(qū)動力矩貢獻為負或很小的區(qū)域，本專利采用變頻電動機驅(qū)動圓柱轉(zhuǎn)子，利用圓柱經(jīng)過該區(qū)域的有效時長，在蓄能機構(gòu)對圓柱反轉(zhuǎn)啟動的基礎(chǔ)上逐漸提升電動機驅(qū)動頻率，最終達到指定轉(zhuǎn)速，因此降低了對機械傳動和驅(qū)動電動機的要求，有效減低了能耗，提高了風(fēng)力機的效率。

附圖說明

圖1為馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制方法原理圖；

圖2為馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子及蓄能機構(gòu)工作原理圖；

圖3馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子蓄能機構(gòu)裝配示意圖

圖4為馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子控制框圖；

圖中：1-環(huán)形軌道，2-軌道小車，3-圓柱轉(zhuǎn)子，4-轉(zhuǎn)子電機，5-轉(zhuǎn)子方位識別器，6-蓄能正轉(zhuǎn)緩沖輪，7-蓄能反轉(zhuǎn)傳緩沖輪，8-蓄能反向轉(zhuǎn)換傳動齒輪副，9-蓄能機構(gòu)移位滑臺，10-蓄能機構(gòu)移位絲杠，11-蓄能機構(gòu)移位電機，12-行程開關(guān)，13-緩沖輪加壓彈簧，14-轉(zhuǎn)子第一反轉(zhuǎn)切換點，15-轉(zhuǎn)子第一減速區(qū)，16-轉(zhuǎn)子第一反轉(zhuǎn)加速區(qū)，17-轉(zhuǎn)子第二反轉(zhuǎn)切換點，18-轉(zhuǎn)子第二減速區(qū)，19-轉(zhuǎn)子第二反轉(zhuǎn)加速區(qū)，20-風(fēng)向風(fēng)速傳感器，21-總控制器，22-變頻式電機調(diào)速器，23-電磁剎車器，24-轉(zhuǎn)速傳感器。

具體實施方式

本發(fā)明實施例中提供了一種馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制與實施方法，根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)向?qū)崟r調(diào)整風(fēng)力機轉(zhuǎn)子正反向轉(zhuǎn)換點的方位，并在轉(zhuǎn)換點的前后設(shè)置轉(zhuǎn)子動態(tài)換向區(qū)，通過帶有兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的緩沖輪的能量存儲機構(gòu)，使轉(zhuǎn)子正向轉(zhuǎn)動的部分能量得以存儲并轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)后的啟動能量，變頻控制電動機充分利用轉(zhuǎn)子經(jīng)過換向區(qū)的時間段，以轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)啟動轉(zhuǎn)速和系統(tǒng)動態(tài)特性為基礎(chǔ)逐漸加大電動機的驅(qū)動頻率到預(yù)定值，減低轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)階段的能量消耗，從而提高了該類風(fēng)力機的風(fēng)能利用率。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清晰地描述，顯然，描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的其他實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

結(jié)合圖1～4，本發(fā)明一種馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制與實施方法由環(huán)形軌道1，軌道小車2，圓柱轉(zhuǎn)子3，轉(zhuǎn)子電機4，轉(zhuǎn)子方位識別器5(沿環(huán)形軌道對應(yīng)10°圓心角，均布36個)，蓄能正轉(zhuǎn)緩沖輪6，蓄能反轉(zhuǎn)緩沖輪7，蓄能反向轉(zhuǎn)換傳動齒輪副8，蓄能機構(gòu)移位滑臺9，蓄能機構(gòu)移位絲杠10，蓄能機構(gòu)移位電機11，行程開關(guān)12(正反方向各一個)，緩沖輪加壓彈簧13(正反方向各一個)，轉(zhuǎn)子第一反轉(zhuǎn)切換點14，轉(zhuǎn)子第一減速區(qū)15，轉(zhuǎn)子第一反轉(zhuǎn)加速區(qū)16，轉(zhuǎn)子第二反轉(zhuǎn)切換點17，轉(zhuǎn)子第二減速區(qū)18，轉(zhuǎn)子第二反轉(zhuǎn)加速區(qū)19，風(fēng)向風(fēng)速傳感器20，總控制器21，變頻式電機調(diào)速器22，電磁剎車器23，轉(zhuǎn)速傳感器24等組成。

其中環(huán)形軌道1，軌道小車2，圓柱轉(zhuǎn)子3，是馬達拉斯(madaras)轉(zhuǎn)子的馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機的基本組成，其工作原理是：如圖1所示，在繞環(huán)形軌道1上運行的軌道小車2的平臺上，垂直安裝有由外力驅(qū)動的順時針旋轉(zhuǎn)的圓柱轉(zhuǎn)子3，該轉(zhuǎn)子在 圖1所示由左向右的來流風(fēng)力場中將在圓柱轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生垂直轉(zhuǎn)子軸線及風(fēng)向并指向上方的升力和與風(fēng)向相反的阻力，該現(xiàn)象被稱為馬格納斯(magnus)效應(yīng)，升力和阻力的合力驅(qū)動小車前行，小車車輪驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。

由于馬格納斯(magnus)效應(yīng)產(chǎn)生的升力方向由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向確定，因此圓柱轉(zhuǎn)子根據(jù)來流風(fēng)向等因素在小車?yán)@環(huán)形軌道運行一周的過程中需要兩次變換旋轉(zhuǎn)方向，以獲得持續(xù)驅(qū)動小車沿軌道往復(fù)運動的動力。

在該技術(shù)首次出現(xiàn)的20世紀(jì)30年代，由于相關(guān)基礎(chǔ)理論研究欠缺，且受控制手段的限制，只能依靠大量繁復(fù)的機械裝置實現(xiàn)上述功能，導(dǎo)致機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，轉(zhuǎn)子換向和運行能耗過大，最終因風(fēng)力機效率不高而被放棄，本發(fā)明實施例提供一種有效減低能耗的馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制與實施方法，目的是用現(xiàn)有技術(shù)克服原型機的缺陷，使其成為一種有使用價值的垂直軸風(fēng)力機發(fā)電機。

裝有馬達拉斯(madaras)轉(zhuǎn)子的馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機的原型機基本組成是：橢圓形軌道，軌道小車和車載圓柱轉(zhuǎn)子，如圖1所示，本實施例把橢圓形軌道改為環(huán)形軌道(圖1中，軌道半徑與小車尺寸比例被縮小)，其他基本結(jié)構(gòu)布置不變。

圓柱轉(zhuǎn)子3在軌道小車2上做自傳運動，轉(zhuǎn)子的機架安裝在小車平臺上，軌道小車受圓柱轉(zhuǎn)子產(chǎn)生升力的驅(qū)動，在鋼軌上做圓周運動；

在環(huán)形軌道平面把軌道分成36個方位區(qū)段(每一方位區(qū)段對應(yīng)的10°圓心角)，并各自設(shè)置方位識別器5(圓周上均布36個)。各方位識別器讀取每個小車在環(huán)形軌道上所處區(qū)域的方位編碼，并把方位編碼信號傳送給總控制器21，這樣總控制器可以實時監(jiān)測車載圓柱轉(zhuǎn)子3所在軌道的實際區(qū)域位置；

風(fēng)向風(fēng)速傳感器20安裝在能夠判別現(xiàn)場主力風(fēng)向的地方，并盡量不受風(fēng)力機運行的影響，傳感器分辨率和精度應(yīng)滿足圓柱轉(zhuǎn)子方位判別的需要，并把測量到的實時風(fēng)向風(fēng)速通過數(shù)據(jù)線傳遞給總控制器21；

總控制器21接受傳感器20傳送的實時信號，判斷出圓柱轉(zhuǎn)子的第一反轉(zhuǎn)切換點14在環(huán)形軌道上的方位，并以此區(qū)間為中心向前開辟出一個區(qū)段作為圓柱轉(zhuǎn)子第一減速區(qū)15，向后開辟一個區(qū)段作為圓柱轉(zhuǎn)子第一反轉(zhuǎn)加速區(qū)16，同理確定轉(zhuǎn)子第二反轉(zhuǎn)切換點17，轉(zhuǎn)子第二減速區(qū)18，轉(zhuǎn)子第二反轉(zhuǎn)加速區(qū)19。

如圖2所示，圓柱轉(zhuǎn)子3的機架安裝在小車2的平板上，并隨小車一起在環(huán)形軌道上運動，圓柱由安裝在其機架上的轉(zhuǎn)子電機4驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速傳感器24用于測量圓柱轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速，電磁剎車器23安裝圓柱轉(zhuǎn)子的驅(qū)動路線上，總控制器21可通過剎車器對轉(zhuǎn)子實施制動。

如圖2所示，圓柱轉(zhuǎn)子3由圓柱筒通過輻板與其轉(zhuǎn)軸連接，使圓柱筒端內(nèi)部留有可以安裝蓄能器正轉(zhuǎn)緩沖輪6和反轉(zhuǎn)傳緩沖輪7的空間，為安裝方便，兩個緩沖輪在圓柱筒軸向可以高低錯開安裝，其間通過一對外嚙合的齒輪副8傳動，實現(xiàn)兩個緩沖輪相互反向轉(zhuǎn)動。

如圖1、2、3所示，包含上述兩個緩沖輪6、7和齒輪副8的蓄能機構(gòu)通過緩沖輪加壓彈簧13安裝在蓄能機構(gòu)移位滑臺9上，通過蓄能機構(gòu)移位絲杠10與蓄能機構(gòu)移位電機11連接(市場上稱線性模組)，由電機11通過絲杠10、滑臺9及彈簧13(圖2、3所示，彈簧與兩個導(dǎo)向桿平行安裝)帶動緩沖輪6和7移動，實現(xiàn)一個緩沖輪靠緊圓柱筒內(nèi)壁，并在加壓彈簧13變形到一定程度后，觸動行程開關(guān)12動作，電機11反向，滑臺帶動緩沖輪后退，脫離與圓柱筒內(nèi)壁的接觸。

如圖2和圖3所示，要求圓柱筒內(nèi)壁與蓄能裝置緩沖輪6、7接觸的內(nèi)壁部分光滑規(guī)整，兩個緩沖輪的外緣周上使用具有較大摩擦力和緩沖功能的材料，適當(dāng)提高蓄能機構(gòu)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)件的質(zhì)量和質(zhì)量分布，以提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，提高其機械蓄能量。

如圖2所示，圓柱筒3的轉(zhuǎn)動軸通過連軸器與轉(zhuǎn)子電動機4輸出軸連接，總控制器21通過控制變頻式電機調(diào)速器22對電動機4進行正向、反向旋轉(zhuǎn)的變頻驅(qū)動控制。

以下結(jié)合圖4所示控制框圖，敘述馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制與實施方法的控制工作過程：風(fēng)力機在風(fēng)場中啟動后，總控制器21根據(jù)從風(fēng)向風(fēng)速傳感器20采集到的風(fēng)向風(fēng)速信號，在環(huán)形軌道上確定兩個反轉(zhuǎn)切換點14和17所處方位，并在環(huán)路上設(shè)定兩個換向減速區(qū)15、18和兩個反轉(zhuǎn)加速區(qū)16、19的入口和出口方位角；

總控制器21隨即掃描各風(fēng)力機圓柱轉(zhuǎn)子方位識別器5(如風(fēng)力機轉(zhuǎn)子不止一個)，若轉(zhuǎn)子處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)方位區(qū)間，總控制器21分別向各轉(zhuǎn)子的變頻調(diào)速器22發(fā)出正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)控制信號，并由低頻逐漸提高變頻信號，電動機4在變頻調(diào)速器22驅(qū)動下帶動其圓柱轉(zhuǎn)子緩慢啟動旋轉(zhuǎn)；

轉(zhuǎn)動的圓柱轉(zhuǎn)子隨即在來流風(fēng)速下產(chǎn)生馬格納斯(magnus)效應(yīng)，產(chǎn)生的升力將推動軌道小車向預(yù)定的環(huán)路方向前進；如當(dāng)總控制器21通過方位識別器5監(jiān)測到某一個轉(zhuǎn)子進入第一換向減速區(qū)后，立刻停止對應(yīng)轉(zhuǎn)子電機的驅(qū)動，圓柱轉(zhuǎn)子在其慣性的驅(qū)動下和轉(zhuǎn)子電機一起自由轉(zhuǎn)動；

總控制器21隨即向蓄能機構(gòu)移位電機11發(fā)出正向轉(zhuǎn)動信號，移位電動機帶動蓄能機構(gòu)正轉(zhuǎn)緩沖輪6靠向圓柱筒3一側(cè)內(nèi)壁，與圓柱筒內(nèi)壁接觸后，移位電動機11繼續(xù)正向轉(zhuǎn)動，移位滑臺9壓縮加壓彈簧13緩慢增加緩沖輪6與圓柱筒3內(nèi)壁的接觸壓力，緩沖輪6在圓柱筒3的帶動下旋轉(zhuǎn)，并通過傳動齒輪副8帶動緩沖輪7反向轉(zhuǎn)換；

緩沖輪6的轉(zhuǎn)速逐漸提高，圓柱筒3的轉(zhuǎn)速逐漸降低，最終兩者接觸處的線速度趨 于一致，蓄能機構(gòu)完成對轉(zhuǎn)子正向轉(zhuǎn)動能量的接收，當(dāng)移位滑臺9觸碰到行程開關(guān)12后，總控制器21控制移位電機11反轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)緩沖輪6脫離與轉(zhuǎn)子3內(nèi)壁接觸，返回初始位置；

上述圓柱轉(zhuǎn)子的能量被部分轉(zhuǎn)移到蓄能機構(gòu)后，其轉(zhuǎn)速已大幅下降，小車進入反轉(zhuǎn)切換點14方位角后，總控制器21控制電磁剎車器23對轉(zhuǎn)子制動，隨后及時撤出剎車信號，電磁剎車器復(fù)位；

電磁剎車器復(fù)位后，總控制器21控制電機11反轉(zhuǎn)，帶動蓄能機構(gòu)反轉(zhuǎn)緩沖輪7靠向圓柱筒3的另一側(cè)內(nèi)壁，同前述，電機11繼續(xù)轉(zhuǎn)動，移位滑臺9反向壓縮加壓彈簧13增加緩沖輪7與圓柱筒3內(nèi)壁的接觸壓力，圓柱筒在緩沖輪7的帶動下開始反方向轉(zhuǎn)動，并隨著兩者接觸壓力的增加，接觸處的線速度趨于一致，蓄能機構(gòu)完成對轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動的能量傳遞，當(dāng)移位滑臺9觸碰到另一側(cè)行程開關(guān)12后，電機11變向轉(zhuǎn)動(正轉(zhuǎn))，帶動緩沖輪7脫離與圓柱筒內(nèi)壁接觸，返回到初始位置停止。

總控制器21隨后根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器24測得轉(zhuǎn)子電機4的初始反向轉(zhuǎn)速，通過變頻式電機調(diào)速器22向轉(zhuǎn)子電機4發(fā)出漸進提升的反向驅(qū)動頻率，并在其載體小車馳離第一反轉(zhuǎn)加速區(qū)16前把圓柱轉(zhuǎn)子加速到預(yù)定轉(zhuǎn)速，圓柱轉(zhuǎn)子完成本次轉(zhuǎn)向。

同理，當(dāng)軌道小車2進入圓柱筒轉(zhuǎn)子第二減速區(qū)18，第二反轉(zhuǎn)切換點17，和第二反轉(zhuǎn)加速區(qū)19后，動作過程與前述相似，只是緩沖輪7首先靠向圓柱筒另一側(cè)的內(nèi)壁，其它動作過程類推。

以上對本發(fā)明所提供的一種馬格納斯(magnus)效應(yīng)垂直軸風(fēng)力機轉(zhuǎn)子正反轉(zhuǎn)控制與實施方法進行了詳細的介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。