CN101486321A - 高效风能纯电动汽车 - Google Patents

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Abstract

一种高效风能纯电动汽车，整车具有至少一台和一台以上高效风力发电机、至少一台和一台以上轮内马达、一台大功率电子控制器、一台数码变频器、一个转向操纵控制系统、一组三联切换开关，以及两组蓄电池，在总体结构部署上高效风力发电机安装在车身篷顶上、或前机舱内、或同时安装在篷顶上和前机舱内，轮内马达安装在汽车的前轮上或后轮上、或同时安装在前轮和后轮上，方向盘与转向操纵控制系统相连接，同时与大功率电子控制器相连接，两组蓄电池其中一组通过三联切换开关与大功率电子控制器相连接提供电能，另一组通过三联切换开关与数码变频器相连接充电备用，加速板和制动板与大功率电子控制器相连接，大功率电子控制器的功率输出与轮内马达相连接。

Description

高效风能纯电动汽车
所属技术领域
本发明涉及一种交通领域中新能源电动汽车，特别是一种不需要消耗人工能源(如煤炭、燃油)发电驱动、而是利用地球的自然资源——风力发电驱动的纯电动汽车。
背景技术
有关电动汽车的动力能源，已有各种不同设计，但绝大多数可进入实用阶段的新能源电动汽车所涉及的能源是化学能，如镍氢电池车、钠镍电池车、锰锂电池车、铁锂电池车、乙醇电池车、甲醇电池车、氢燃料电池车、锌空电池车等等。其它方面的新能源开发还仅限于概念阶段，如太阳能方面：中国专利申请2007201471801储能式太阳能汽车，一般小轿车功率至少都要十千瓦，电动客车则至少几十千瓦，这样的太阳能板目前还没有开发出来。重力能方面：中国专利申请2007100785238车辆重压力发电机组，及992411548重力发电汽车，使用椭圆形车轮以期重力发电，但克服椭圆形的长短轴所需能量足以抵消重力做功产生的能量，没有实际意义。然而，在风能方面，现在已有显著成绩，如中国专利申请2005200814237一种风能电动汽车，无论螺旋风力发电机的功率大小，总是有意义的。再如2006101574649一种飓风发电供电的电动汽车，虽然效率有限，但在高速110km/h车速情况下的确是有效果的。现有技术条件证明，风力发电汽车应该大有前途，它将使人类社会进入新的轻松奔腾的崭新纪元。
发明内容
为了实现利用风力发电，使汽车新能源革命早日有所突破，本发明公开了一种高效风能纯电动汽车，该车使用新发明的高效风力发电机和独特的整体结构，可以从大自然源源不断地获取电能，使汽车轻松奔驰。
为了实现上述理想目标，本发明高效风能纯电动汽车所采取的技术方案是：整车具有至少一台和一台以上高效风力发电机(以下简称风力发电机)、至少一台和一台以上轮内马达，即大功率直流多盘无刷电机/发电机(以下简称电机/发电机)、一台大功率电子控制器(以下简称控制器)、一台与风力发电机配套的数码变频器、一个转向操纵控制系统(以下简称转向系统)、一组三联切换开关，以及两组蓄电池，在总体结构部署上风力发电机安装在车身篷顶上、或前机舱内、或同时安装在篷顶上和前机舱内，电机/发电机作为轮内马达安装在汽车的前轮上或后轮上、或同时安装在前轮和后轮上，方向盘与转向系统相连接同时与控制器相连接，两组蓄电池其中一组通过三联切换开关与控制器相连接提供电能，另一组通过三联切换开关与数码变频器相连接充电备用，加速板和制动板与控制器相连接，控制器的功率输出与轮内马达电机/发电机相连接。三联切换开关由输入切换开关、在线切换开关和备用切换开关所构成，两组蓄电池一方面分别与输入切换开关的掷点相连接，同时分别与在线切换开关和备用切换开关的的掷点相连接，输入切换开关的刀端与控制器相连接，在线切换开关的刀端与充电控制电路相连接，充电控制电路与交错充放电电路相连接，交错充放电电路与控制器相连接，备用切换开关的刀端与数码变频器的输出相连接，数码变频器的输入与风力发电机相连接，三联切换开关的开关方式为：备用切换开关与一组蓄电池相连接，则输入切换开关和在线切换开关都与另一组蓄电池相连接，反之亦然。电机/发电机作为轮内马达，既用于驱动电机又用于发电机，其线缆与控制器的功率输出相连接，同时与交错充放电电路相连接。风力发电机首选的安装位置在车身的篷顶上，汽车是较小型的卧车，篷顶上安装一台，汽车是大型客车，则在篷顶上安装两台或两台以上。风力发电机是多盘高效发电机，其特征是在一根发电机轴上并排安装一个或一个以上定子线圈，所有线圈平面与发电机轴相互垂直，所有线圈的大小、形状、相位均完全相同，线端并联后从发电机轴中心孔中引出；转子安装在发电机轴的轴承上，在转子外壳的内侧壁上，与定子相对应处设有转子磁钢；风力发电机的发电机轴成竖直方向安装，在其圆筒形转子外壳的外侧面设有2——8个翼臂，在每个翼臂上安装一只风翼，风翼展开的的外端直径应根据不同车身宽度而定，一般小于车身宽度；在风力发电机裸露安装时，必要时在发电机轴的上方设置避雷针；在发电机轴的下方是一轴端螺杆，在螺杆上加设安装盘，在安装盘上设有安装螺孔，风力发电机依靠此螺孔安装固定在车身上；定子线圈的线缆从发电机轴孔引出后穿过车身上的进线孔进入车身，与数码变频器相连接。风力发电机安装在车身上有三种不同方式，其一为裸装式，即将风力发电机直接安装在车身篷顶上；其二为护罩式，即在车篷顶上设有圆形或方形的护罩，护罩有独立加装型和车身连体型，但无论是独立加装型或是车身连体型，其基本结构是在圆形侧壁四周或方形侧壁四周具有金属龙骨，从而形成较大风窗，并在每个风窗上设置保护网；其三为舱装式，即将风力发电机安装在前机舱内，前机舱有足够的空间分为上下两层，其下层安装数码变频器或备用蓄电池，上层安装风力发电机；舱装式安装时，前机舱的正面前脸上，在前车灯和保险杠之间，开有大风窗，并在每个大风窗上安装大孔保护网，在前机舱的侧面两腮上，形成弧形凸起面，因而在其后端如喷气机形成大风口，必要时在侧面两腮上开设百叶窗风孔。轮内马达是大功率直流多盘无刷电机/发电机，其基本结构与风力发电机相同，即在同一根电机轴上，设有一个和一个以上定子线圈，在其轮毂式外壳的内侧壁上，与定子线圈相对应设置有磁钢，各定子线圈的线端并联在一起，从电机轴的中心孔引出形成线缆；线缆与控制器的功率输出相连接，同时与充电控制电路相连接；交错充放电电路这一刻是放电信号，控制器功率输出提供驱动电流，电机/发电机此刻呈电机工作状态，交错充放电电路这一刻是充电信号，控制器功率输出不提供电流，电机/发电机此刻呈发电机工作状态。在安装有两台和两台以上风力发电机时，车上可除去一组蓄电池，只设一组蓄电池与输入切换开关掷点相连接，并将数码变频器的输出端与输入切换开关的一个掷点相连接，当车速较高时，风力发电机所发电能超过20kw，此时可将数码变频器直接与控制器输入相连接，直接驱动汽车行驶。数码变频器主要由变频调压电路、逆变输出电路、无级卸载电路三大电路所构成，风力发电机的线缆与变频调压电路相连接，经变频调压输出稳定的直流电，供蓄电池充电，变频调压电路还与逆变输出电路相连接，经逆变后输出三相交流电，供车内相应电机使用，变频调压电路还与无级卸载电路相连接，将多余的电量采用PWM方式无级卸载，通过卸荷释放掉。
本发明使用高效风力发电机，以及独特的全面的动力系统和车身设计，如安装至少一台和一台以上的风力发电机、在前机舱的前脸设置大口径风窗、在前机舱的侧面两腮上开设百叶窗式风孔、在两腮的后部形成弧形风口、使用多盘无刷大功率电机/发电机做轮内马达，即可驱动汽车又可为蓄电池充电回收能量等等，这一系列措施，使汽车在行进时所受阻力更小、而风力发电的功率更大。如在理想状态下，安装两台风力发电机，在车速80km/h时，风速9级，发电功率应不小于10kw，在车速100km/h时，风速10级，发电功率应不小于20kw，在车速120km/h时，风速12级，发电功率应不小于30kw。这就是说，依靠风能发电，在使用一组蓄电池情况下完全可以实现航程600公里的目标，也就是说，依靠风能发电，实现人们多年来汽车换心、结束内燃机耗能污染时代的愿望是可能的，而且风能发电时代是真正绿色无污染、廉价奔驰的新时代。本发明的积极意义是十分明显的。
附图说明
下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。
图1是本发明提供的一种裸装式高效风能纯电动汽车总体结构示意图。
图2是本发明提供的高效风力发电机总体结构示意图。
图3是本发明提供的一种护罩式高效风能纯电动汽车总体结构示意图。
图4是本发明提供的一种舱装式高效风能纯电动汽车总体结构示意图。
图5是本发明提供的一种舱装式高效风能纯电动汽车前视结构图。
图6是本发明提供的一种舱装式高效风能纯电动汽车后视结构图。
图7是高效风力发电机剖视结构图。
图8A、图8B是高效风力发电机的侧视和俯视结构图。
图9是高效风能纯电动汽车的动力总成示意图。
图10是只设一组蓄电池的结构方框示意图。
图11是数码变频器结构方框示意图。
图1中，(20E)是百叶窗风孔，(301)是轮内马达，(30)是车轮，(20)是车身，(107)是风翼(10)是高效风力发电机。
图2中，(113)是安装螺孔，(103)是安装板，(100)是发电机轴，(105)是紧位螺母，(180)是线缆，(117)是翼臂，(50)是数码变频器。
图3中，(20B)是护罩，(2B1)是宝护网。
图4中，(20C)是前机舱。
图5中，(2A1)是大孔护网，(20A)是前风窗。
图6中，(20D)是大风口。
图7中，(101)是轴端螺杆，(110)是下外壳，(160)是磁钢，(140)是定子铁心，(150)是定子线圈，(130)是定子，(102)是外花键，(120)是上外壳，(170)是轴承。
图9中，(2)是转向操纵系统，(21)是方向盘，(22)是加速板，(23)是制动板，(1)是大功率电子控制器，(1A)是交错充放电电路，(1B)是充电控制电路，K是三联切换开关，K1是备用切换开关，K2是在线切换开关，K3是输入切换开关，(400A)、(400B)是两组蓄电池。
图10中(400)是一组蓄电池。
图11中，(501)是变频调压电路，(502)是逆变输出电路，(503)是无级卸载电路，DC是直流输出，AC是交流输出。
具体实施方式
如图1所示的裸装式高效风能纯电动汽车总体结构示意图，在车身(20)的车篷顶上装有一台高效风力发电机(10)。为叙述方便，以下简称风力发电机。风力发电机首选的安装位置在车身篷顶上，汽车是较小型的卧车，篷顶上安装一台，汽车是大型客车，则在篷顶上安装两台或两台以上。风力发电机呈竖直安装，(107)是风翼。在车轮(30)上安装有轮内马达(301)，轮内马达使用的是大功率直流多盘无刷电机/发电机，为叙述方便，以下简称电机/发电机。轮内马达安装在前轮上，或安装在后轮上，或同时安装在前轮和后轮上。
如图2所示的高效风力发电机总体结构示意图，发电机轴(100)呈竖直方向，在圆筒形转子外壳上，设有2——8个风翼(107)，风翼的翼臂(117)从轴心呈放射性均匀伸出，风翼展开的的外端直径应根据不同车身宽度而定，一般小于车身宽度。在发电机轴的下方，加设安装盘(103)，并使用紧位螺母(105)固定位置。在安装盘上开有安装孔(113)，使用螺栓将安装盘紧紧固定在车身上。定子线圈的线缆(180)从发电机轴中心孔内引出，与数码变频器(50)相连接。必要时，在发电机轴的上方，安装避雷针(106)。
如图3所示的护罩式高效风能纯电动汽车总体结构示意图，在车身的篷顶上设有圆形或方形的护罩(20B)，护罩有独立加装型和车身连体型，但无论是独立加装型或是车身连体型，其基本结构是在圆形侧壁四周或方形侧壁四周具有金属龙骨，从而形成较大风窗，并在每个风窗上设置保护网(2B1)。由于护罩是四面空窗结构，对气流的阻力很小，基本不影响风力发电机的运转。
如图4、图5、图6所示的舱装式高效风能纯电动汽车总体结构示意图，在前机舱(20C)内已没有发动机和发动机必备的配套附件，因而前机舱有足够的空间分为上下两层，其下层安装数码变频器或备用蓄电池，上层则可安装风力发电机。前机舱的正面前脸上，在前车灯和保险杠之间，开有较大风窗(20A)，并在每个风窗上安装大孔保护网(2A1)，在前机舱的侧面两腮上，形成弧形凸起面，因而在其后端如喷气机形成大风口(20D)，必要时在侧面两腮上开设百叶窗风孔(20E)。开设百叶窗风孔，由于结构上的变化，从而增加了板面的强度。
如图7所示的高效风力发电机剖视结构图，风力发电机(10)是多盘高效发电机，其特征是在一根设有花键(102)的发电机轴(100)上，并排安装一个和一个以上定子(130)，并在定子铁心(140)上设置线圈(150)，所有线圈平面与发电机轴相互垂直，所有线圈的大小、形状、相位均完全相同，线端并联后从发电机轴中心孔中引出形成线缆(180)，转子(110)、(120)安装在发电机轴的轴承(170)上，在上转子外壳(120)的内侧壁上，与定子相对应处设有转子磁钢(160)。(117)是翼臂，(101)是轴端螺杆。
如图8A、图8B所示的侧视图和俯视图，可以清楚看到翼臂(117)放射性分布情况，以及安装螺孔(113)的位置。
如图9所示的高效风能纯电动汽车的动力总成示意图，整套动力系统安装至少一台和一台以上风力发电机(10)、至少一台和一台以上轮内马达(301)即电机/发电机、一台控制器(1)、一台与风力发电机配套的数码变频器(50)、一个转向系统(2)、一组三联切换开关K，以及两组蓄电池(400A)、(400B)。在总体结构部署上风力发电机安装在车身(20)的篷顶上、或前机舱(20C)内、或同时安装在篷顶上和前机舱内，电机/发电机作为轮内马达安装在汽车的前轮上或后轮(30)上、或同时安装在前轮和后轮上。方向盘(21)与转向系统(2)相连接，同时与控制器(1)相连接，两组蓄电池(400A)、(400B)其中一组通过三联切换开关K与控制器相连接提供电能，另一组通过三联切换开关与数码变频器相连接充电备用，加速板(22)和制动板(23)与控制器相连接，控制器的功率输出与电动/发电机相连接。三联切换开关由输入切换开关K3、在线切换开关K2和备用切换开关K1所构成，两组蓄电池一方面分别与输入切换开关的掷点相连接，同时分别与在线切换开关和备用切换开关的的掷点相连接，输入切换开关的刀端与控制器相连接，在线切换开关的刀端与充电控制电路(1A)相连接，充电控制电路与交错充放电电路(1B)相连接，交错充放电电路与控制器相连接，备用切换开关的刀端与数码变频器的输出相连接，数码变频器的输入与风力发电机相连接。三联切换开关的开关方式为：备用切换开关与一组蓄电池(400A)相连接，则输入切换开关和在线切换开关都与另一组蓄电池(400B)相连接，反之亦然。电机/发电机作为轮内马达，既用于驱动电机又用于发电机，其线缆(180)与控制器的功率输出相连接，同时与交错充放电电路相连接。轮内马达式电机/发电机，也是大功率直流多盘无刷电机/发电机，其基本结构与风力发电机相同：即在同一根电机轴上，设有一个和一个以上定子线圈，在其轮毂式外壳的内侧壁上，与定子线圈相对应设置有磁钢，各定子线圈的线端并联在一起，从电机轴的中心孔引出。电机/发电机作为轮内马达，既用于驱动电机又用于发电机，其线缆与控制器的功率输出相连接，同时与交错充放电电路相连接。交错充放电电路这一刻是放电信号，控制器功率输出提供电流，电机/发电机此刻呈电机工作状态，交错充放电电路这一刻是充电信号，控制器功率输出不提供电流，电机/发电机此刻呈发电机工作状态。
如图10所示的只设一组蓄电池的结构方框示意图，在安装有两台和两台以上风力发电机时，车上可除去一组蓄电池，只设一组蓄电池(400)与输入切换开关K3掷点相连接，并将数码变频器的输出端与输入切换开关的一个掷点相连接，当车速较高时，风力发电机所发电能超过20kw，此时可将数码变频器直接与控制器输入相连接，直接驱动汽车行驶。
如图11所示，数码变频器主要由变频调压电路(501)、逆变输出电路(502)、无级卸载电路(503)三大电路所构成，风力发电机的线缆(180)与变频调压电路相连接，经变频调压输出稳定的直流电DC，供蓄电池充电。变频调压电路还与逆变输出电路相连接，经逆变后输出三相交流电，供车内相应电机使用。变频调压电路还与无级卸载电路相连接，将多余的电量采用PWM方式无级卸载，通过卸荷释放掉。

Claims (9)

1、一种高效风能纯电动汽车，其特征在于：整车具有至少一台和一台以上高效风力发电机(10)、至少一台和一台以上轮内马达即大功率直流多盘无刷电机/发电机(301)、一台大功率电子控制器(1)、一台与风力发电机配套的数码变频器(50)、一个转向操纵控制系统(2)、一组三联切换开关K，以及两组蓄电池(400A)、(400B)，在总体结构部署上：高效风力发电机安装在车身(20)篷顶上、或前机舱(20C)内、或同时安装在篷顶上和前机舱内；大功率直流多盘无刷电机/发电机作为轮内马达安装在汽车的前轮上或后轮(30)上、或同时安装在前轮和后轮上；方向盘(21)与转向操纵控制系统相连接，同时与大功率电子控制器相连接；两组蓄电池其中一组通过三联切换开关与大功率电子控制器相连接提供电能，另一组通过三联切换开关与数码变频器相连接充电备用；加速板(22)和制动板(23)与大功率电子控制器相连接，大功率电子控制器的功率输出与轮内马达相连接。
2、如权利要求1所述的高效风能纯电动汽车，其特征在于：三联切换开关K由输入切换开关K3、在线切换开关K2和备用切换开关K1所构成，两组蓄电池一方面分别与输入切换开关的掷点相连接，同时分别与在线切换开关和备用切换开关的的掷点相连接，输入切换开关的刀端与大功率电子控制器相连接，在线切换开关的刀端与充电控制电路(1B)相连接，充电控制电路与交错充放电电路(1A)相连接，交错充放电电路与大功率电子控制器相连接，备用切换开关的刀端与数码变频器的输出相连接，数码变频器的输入与高效风力发电机相连接，三联切换开关的开关方式为：备用切换开关K1与一组蓄电池(400A)相连接，则输入切换开关K3和在线切换开关K2都与另一组蓄电池(400B)相连接，反之亦然。
3、如权利要求1所述的高效风能纯电动汽车，其特征在于：电机/发电机作为轮内马达，既用于驱动电机又用于发电机，其线缆与大功率电子控制器的功率输出相连接，同时与交错充放电电路相连接。
4、如权利要求所述的高效风能纯电动汽车，其特征在于：高效风力发电机首选的安装位置在车身的篷顶上，汽车是较小型的卧车，篷顶上安装一台，汽车是大型客车，则在篷顶上安装两台或两台以上。
5、如权利要求1所述的高效风能纯电动汽车，其特征在于：
(A)高效风力发电机是多盘高效发电机，其特征是在一根发电机轴(100)上并排安装一个或一个以上定子线圈(150)，所有线圈平面与发电机轴相互垂直，所有线圈的大小、形状、相位均完全相同，线端并联后从发电机轴中心孔中引出形成线缆(180)；
(B)转子(110)、(120)安装在发电机轴的轴承(170)上，在转子外壳的内侧壁上，与定子相对应处设有转子磁钢(160)；
(C)高效风力发电机的发电机轴成竖直方向安装，在其圆筒形转子外壳的外侧面设有2——8个翼臂(117)，在每个翼臂上安装一只风翼(107)，风翼展开的的外端直径应根据不同车身宽度而定，一般小于车身宽度；
(D)在高效风力发电机裸露安装时，必要时在发电机轴的上方设置避雷针(106)；
(E)在发电机轴的下方是一轴端螺杆(101)，在螺杆上加设安装盘(103)，在安装盘上设有安装螺孔(113)，高效风力发电机依靠此螺孔安装固定在车身上；
(F)定子线圈的线缆从发电机轴孔引出后穿过车身上的进线孔进入车身，与数码变频器相连接。
6、如权利要求1所述的高效风能纯电动汽车，其特征在于：
(A)高效风力发电机安装在车篷顶上有三种不同方式，其一为裸装式，即将高效风力发电机直接安装在车身篷顶上；
(B)其二为护罩式，即在车篷顶上设有圆形或方形的护罩(20B)，护罩有独立加装型和车身连体型，但无论是独立加装型或是车身连体型，其基本结构是在圆形侧壁四周或方形侧壁四周具有金属龙骨，从而形成较大风窗，并在每个风窗上设置保护网(2B1)；
(C)其三为舱装式，即将高效风力发电机安装在前机舱(20C)内，前机舱有足够的空间分为上下两层，其下层安装数码变频器或备用蓄电池，上层安装高效风力发电机；机舱法安装时，前机舱的正面前脸上，在前车灯和保险杠之间，开有大风窗(20A)，并在每个大风窗上安装大孔保护网(2A1)，在前机舱的侧面两腮上，形成弧形凸起面，因而在其后端如喷气机形成大风口(20D)，必要时在侧面两腮上开设百叶窗风孔(20E)。
7、如权利要求1所述的高效风能纯电动汽车，其特征在于：轮内马达(301)是大功率直流多盘无刷电机/发电机，其基本结构与风力发电机相同，即在同一根电机轴上，设有一个和一个以上定子线圈，在其轮毂式外壳的内侧壁上，与定子线圈相对应设置有磁钢，各定子线圈的线端并联在一起，从电机轴的中心孔引出形成线缆；线缆与大功率电子控制器的功率输出相连接，同时与充电控制电路相连接；交错充放电电路这一刻是放电信号，大功率电子控制器功率输出提供驱动电流，电机/发电机此刻呈电机工作状态，交错充放电电路这一刻是充电信号，大功率电子控制器功率输出不提供电流，电机/发电机此刻呈发电机工作状态。
8、如权利要求1所述的高效风能纯电动汽车，其特征在于：在安装有两台和两台以上高效风力发电机时，车上可除去一组蓄电池，只设一组蓄电池(400)与输入切换开关K3掷点相连接，并将数码变频器的输出端与输入切换开关的一个掷点相连接，当车速较高时，高效风力发电机所发电能超过20kw，此时可将数码变频器直接与大功率电子控制器输入相连接，直接驱动汽车行驶。
9、如权利要求1所述的高效风能纯电动汽车，其特征在于：数码变频器主要由变频调压电路(501)、逆变输出电路(502)、无级卸载电路(503)三大电路所构成，高效风力发电机的线缆与变频调压电路相连接，经变频调压输出稳定的直流电DC，供蓄电池充电，变频调压电路还与逆变输出电路相连接，经逆变后输出三相交流电AC，供车内相应电机使用，变频调压电路还与无级卸载电路相连接，将多余的电量采用PWM方式无级卸载，通过卸荷释放掉。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011018034A1 (zh) * 2009-08-12 2011-02-17 浙江中盈房地产开发有限公司 变频分动力高速汽车
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