CN101907068A

CN101907068A - 滚轮式双叶轮风能汽车发电机

Info

Publication number: CN101907068A
Application number: CN2010102425915A
Authority: CN
Inventors: 陆继荣; 陆遥
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2010-12-08

Abstract

本发明涉及纯电动汽车在行驶中或在汽车停驶中利用自然风力，为车载蓄电池补充电能的一种滚筒式双叶轮风能发电机。该发电机是根据动力学二力平衡定义发明的一种风能发电机。该发电机是由发电机支架和可以自由相互旋转的发电机内转子和发电机外转子组成。它以改变叶轮旋转的方向，人为制造一种在同一直线上，使作用在发电机上的电磁阻力，被两个叶轮扭力相等、方向相反的旋转力给平衡了。发电机发电达到延长续驶里程的功效。该发电机外转子单侧端盖旋转式和该发电机外转子电枢电路、电刷装置、集电环与外部静止电路连通是本发明的2个技术问题。利用原有的车身、车内设施及纯电动汽车的驱动行驶部分。在汽车前机器盖下安装N个发电机。

Description

滚轮式双叶轮风能汽车发电机

技术领域：

本发明专利涉及纯电动汽车在行驶中或在汽车停驶中利用风力为车载蓄电池补充电能的一种滚轮式双叶轮风能汽车发电机。电动汽车在行驶中形成的阻力“气流”，以相等风量，同时推动发电机转子(以下称内转子)和发电机定子(以下称外转子)滚轮式叶轮，使发电机内转子和发电机外转子形成相反的旋转方向，此时，发电机内磁场被外转子和内转子相互切割做功产生的电流、经电流整流装置为车载蓄电池充电。蓄电池又驱动电动机使汽车行驶，是电动汽车在行驶的状态下补充电能的一种发电机。

背景技术

电动汽车是指用电能驱动，以电动机作为牵引或驱动行驶的车辆。根据所使用的动力源不同，电动汽车可以分为3种类型：纯电动汽车，燃料电池电动汽车与混合动力型电动汽车。

纯电动汽车的动力电源主要是车载蓄电池提供，目前，纯电动汽车要求车载储能蓄电池在比功率高(在大电流工况下可平稳放电，提高加速、和爬坡性能)和比能量大(延长续驶里程)循环寿命长，提出了基本要求。然而就目前所使用的车载储能蓄电池都不能统一解决这两个技术问题，要么比功率高，比能量小。要么比功率低，比能量大。从已知资料查得：铅酸蓄电池、锂电池、镍氢蓄电池、钠硫蓄电池等在续驶里程、车载电源系统循环使用寿命、维护成本高、充电时间，快速充电站的布局等方面因素、都不完美，因而延迟了电动汽车的发展。

发明内容

一般结构的发电机是由定子和转子组成，拿汽车发电机结构来讲，定子线圈被固定在支架上不能旋转，发动机皮带带动发电机转子旋转切割磁力线做功产生电流，此时发电机发电。同时发电机转子也消耗了汽车发动机的机械能量。滚轮式双叶轮风能发电机是根据二力平衡定义发明的一种风能发电机。根据二力平衡的条件：作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，并且在同一直线上，那么它们的合力为零。滚轮式双叶轮风能汽车发电机是由发电机支架和一组可以相互自由旋转的发电机内转子和发电机外转子组成。它以发电机外转子和内转子叶轮旋转方向与受风方向成180°角安装方式，巧妙的改变发电机外转子和内转子叶轮旋转方向，人为的制造了一种在同一直线上，作用在同一个物体上的两个风力大小相等，方向相反的平衡条件。因此，安装在汽车前机盖下面的滚轮式双叶轮风能汽车发电机并没有受到电磁的阻力的影响，此时只起到了风力干扰阻力作用，而强大的电磁阻力已被这两个力给平衡了。所以在汽车行驶中能有效的利用产生的风力，达到发电储能的效果。

为了更有效的利用汽车前部机器盖下的空间，本专利发明设计了一种，外转子单侧端盖旋转式发电机。它的优点是可以把叶轮宽度按发电机轴向长度做到最大化，同时按照前机器盖下可利用空间，使叶轮半径长度最大化，以增加叶轮受风面积提高发电机发电功率。叶轮片数则根据最高风速选则多叶片型式，因为片数越多扭力越大。

第二种滚轮筒式双叶轮风能汽车发电机是由双侧端盖外转子组成，双侧端盖外转子汽车发电机的外转子电枢电路、电刷装置、集电环与外部静止电路连通也是本发明的技术问题。其解决方案是：

电刷装置的作用是把转动的电枢电路与静止的外电路接通。滚轮式双叶轮风能汽车发电机的内、外转子都处于相对旋转运动，用一般的电刷装置无法与外电路接通。因此本发明专利是把发电机做成外转子电枢、内转子永磁的结构。在滚轮式双叶轮风能汽车发电机外转子端盖上，以同心圆的方式嵌入集电环，各环之间相互绝缘并与端盖也绝缘，发电机外转子的电枢电路与集电环接通。电刷装置安装在发电机底座支架上、由刷握、握杆、握杆座、等零部件组成。电刷放在刷握中由弹簧把电刷压在集电环表面，电刷的铜丝辨，通过接线端子与静止的外电路接通。

附图说明

附图1是：滚轮式双叶轮风能汽车发电机外转子单侧端盖旋转式发电机抛面示意图。

附图2是：滚轮式双叶轮风能汽车发电机外转子单侧端盖旋转式发电机分解示意图。

附图3是：滚轮式双叶轮单侧端盖外转子永磁、内转子电枢型风能发电机的安装位置示意图。

附图4是：滚轮式双叶轮风能汽车发电机外转子单侧端盖旋转式发电机效果示意图。

附图5是：滚轮式双叶轮外转子电枢、内转子永磁型风能发电机的抛面示意图。

附图6是：滚轮式双叶轮外转子电枢、内转子永磁型风能发电机的分解示意图。

附图1：本图是滚轮筒式双叶轮风能汽车发电机外转子单侧端盖旋转式发电机示意图。外转子由转子外壳、永磁铁内套及单侧端盖组成。单侧端盖轴承由图中表示已大于发电机两端内转子轴承，其目地是为了增加强度，保持内转子与外转子的同心度，保证磁场气息的间隙，塑好的叶轮总成，套在外转子外壳上。内转子由电枢线圈、集电环和轴承组成，塑好的内转子叶轮总成固定在主轴上。图示；①滚轮式双叶轮单臂外转子永磁、内转子电枢型风能发电机的抛面示意图。②⑧轴承盒盖。③带轴承的内转子端盖和支驾。④集电环。⑤发电机外转子和隐蔽内转子电枢及外转子叶轮。⑥发电机内转子叶轮。⑦轴承和发电机支架。

附图2：①滚轮式双叶轮单侧端盖外转子永磁、内转子电枢型风能发电机的安装位置示意图。②滚轮式双叶轮风能汽车发电机叶轮旋转示意图，从图示上看，当风向一致时，通过挡风罩的作用叶轮的旋转方向却相反。设：汽车在低速行驶时风力不大，发电机内、外转子在磁阻的作用下都不能旋转起来，此时发电机作为一个部件起到一种干扰阻力作用，随着汽车行驶速度增加，风速也在增大，在足以推动内、外转子叶轮同时旋转时，此时发电机仍然作为一个部件起到一种干扰阻力的作用。但此时发电机已经捕捉到瞬间的风能发电，虽然发电机单台功率很小，但几台发电机同时发电时也能为车载蓄电池补充部分电能。

附图3：①滚轮式双叶轮外转子电枢、内转子永磁型风能发电机的抛面示意图。②内转子叶轮。③⑥轴承和发电机支架。④防水环。⑤发电机总成和外转子叶轮。此种发电机适合叶轮半径长度不受限制，可以设计成大功率的发电机，在偏远、多风，又没有供电网络的地区，作为座机型式在晚间为车载储能蓄电池补充电能。

具体实施方式

纯电动汽车从车身、底盘、转向系、刹车系、电动机驱动系到车载储能蓄电池等都已形成完整的系统技术体系。滚轮式双叶轮风能汽车发电机在纯电动汽车系统中，只作用于电动机耗能与车载蓄电池充电储能之间的技术问题，其中也涉及到充电调节器、逆流器、中央控制器等相关技术领域。但本专利只描述应用该项技术的实施方式，应对其它系统技术则由汽车生产厂家量体裁衣简化坠物。纯电动汽车它除了车身和车内设施等外，已省去了发动机、变速箱、传动系、油箱等大部分机械部件，使整车重量降低了很多，在此基础上我们配备重量较轻的，比功率高的车载储能蓄电池(在大电流工况下可平稳放电，提高加速、和爬坡性能)，此时驱动汽车的电动机功率也可以做到小型化。根据以上条件在汽车前机器盖下原发功机部位安装一个集风箱体，箱体宽以汽车两个前大灯中间距为准，高以汽车前保险杠下边缘至机器盖，机器盖做成可开合的箱体盖，深度由汽车前保险杠至汽车前仪表台位置。根据箱体宽度，在箱体前部并排安装两至三台滚轮式双叶轮风能汽车发电机，然后根据汽车前部纵深长度安装第二排发电机组。箱体尾部设排风孔，排出箱内以对发电机做完功的汽流，并减少汽车的行驶中的阻力。如果把排风孔用导风管的型式送到汽车后部，根据车尾可利用安装位置，还可以安装第三排发电机组。直至把汽车迎面气流，通过二至三排多台小功率发电机组综合利用。使电动汽车在行驶的状态下为车载储能蓄电池连续不断的补充电能。

应用该项技术时，应在车辆可控安全行驶的规范内，尽可能的降低车身自重，根据车辆最高时速配备驱动电动机，然后根据驱动电动机的功率，设计小功率发电机组，单台滚轮式双叶轮风能发电机功率大约是车载驱动电动机功率的15％到20％或者更小，设计发电电压与电动机运行电压一致。这样的设计，是可以在低速、小风量的状态下拖动叶轮，用4到6台小功率的发电机随时随地捕捉瞬间的风能发电，起到蚂蚁搬家积少成多的作用。

汽车在路面上向前行驶时，必须克服来自地面的滚动阻力和来自车身与空气相互作用而产生的空气阻力。当汽车直线上坡时还必须克服坡度阻力。汽车加速行驶时还要克服汽车的加速阻力。

上述各种行驶阻力中，空气阻力是在任何行驶条件下都存在的，并且车速越高阻力越大。换言之车速越高风能量越大。当汽车在路面上向前行驶时速达到60km/h时，风速可达到16m/s，80km/h时，风速可达到22m/s，。这是因为汽车在消耗了自身的能量使汽车快速向前行驶后所产生的风力场。如何把汽车在行驶中产生的风力场(包括汽车在减速和汽车下坡时的风力能源)有效的利用、发电。

在汽车向前行驶的情况下，通过滚轮式双叶轮风能汽车发电机内转子和发电机外转子风力相等，此时我们也可以认为作用在发电机内转子和发电机外转子上的风速，是一般风能发电机工况下的两倍关系，即：60km/h时，等于2×16m/s。

根据风能计算公式W＝1/2ρA ν³分析：此时风中能量＝1/2ρA×(32m/s)³，此定义为“式1”。

60km/h时，可获得16m/s风速，此时风中能量＝1/2ρA×(16m/s)³，此定义为“式2”。

用式1去除以式2，比值为32³/16³＝32768/4096＝8倍。即风速从16m/s增加到32m/s后(2倍)，风中的能量增加了8倍。若时速在80km/h，90km/h，100km/h时，发电效果更好。

由此可见，滚轮式双叶轮风能汽车发电机是可以起到在汽车行驶中补充电能的作用。换一种说法，即：作用在发电机内转子叶轮上的风力，是为了克服发电机磁场阻力，它消耗了电能。而作用在发电机外转子叶轮上的风力则是免费的自然风能，它又回收了近似等于消耗的电能。因此只要我们有效的利用滚轮式双叶轮风能汽车发电机，随时随地的捕捉到汽车在行进中产生的汽流，经过发电、补充、消耗、再补充的循环，对提高续驶里程将起到一定作用。对纯电动汽车的发展也将起到推动作用。

另外，滚轮式双叶轮风能汽车发电机，还可以在汽车停使中发电，只要停车时把车头对准迎风方向，在风速足够大时也能为车载储能蓄电池充电，这种自补充电功能，除了补充能源外，还可以对蓄电池起到修复功能，防止和清除电池极板硫化，消除记忆恢复电池容量，有效地延长电池使用寿命。节约能源从而达到提高续驶里程的目的。

集风箱不但能有效的把风能分配各级发电机组，还可以减小汽车底部下表面对车辆所产生的升力，因为箱体底部表面正好按照要求，做成不受风阻的光滑的型面。

车载储能蓄电池组安装在前、后排座位下。建议空调器安装在汽车尾部，由前部导风风管为冷凝器、蒸发器换热。

滚轮式双叶轮风能汽车发电机，目前还不敢说能有百分之多少的回收电能，但可以归纳为以下几点有益效果：

1、在汽车向前行驶中根据车速和行驶状况所产生的气流随时随地的捕捉风能发电，为车载储能蓄电池充电，提高续驶里程。

2、纯电动汽车在停驶中也能有效的利用风能发电，为车载储能蓄电池充电。

3、提高了车载储能蓄电池的循环使用寿命。

4、可以减少纯电动汽车的蓄电池携带数量，减轻车辆自重，提高行驶速度。

5、降低了纯电动汽车全生命周期的使用成本。

6、实现了汽车零排放、零污染，改善了空气环境。

7、可以为该电动汽车订制大功率的滚轮式双叶轮风能汽车发电机，在风能资源丰富而又无供电区域的偏僻地方，进行夜间座机充电。

8、利用现有的纯电动汽车技术，在不影响车辆基本结构下，无须大的改造便可安装使用。

9、减少燃油车辆部分机械结构，节约大量金属材料。

Claims

滚轮式双叶轮风能汽车发电机以传统发电机为依据，并结合汽车可利用安装结构发明的风能发电机。根据汽车在行驶中所产生的汽流方向，与发电机内、外转子旋转方向创制出二力平衡的条件，最大限度的利用风能发电，为在行驶中的汽车蓄电池补充电能。

滚轮式双叶轮风能汽车发电机，权利要求如下；

1.滚轮式双叶轮风能外转子单侧端盖技术。
2.滚轮式双叶轮风能外转子双侧端盖发电机，双侧端盖外转子汽车发电机的外转子电枢电路、电刷装置、集电环与外部静止电路连通的技术。