CN102267389A - 基于文丘里效应的车载风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种基于文丘里效应的车载风力发电机，包括内转子、外转子或定子、驱动桨叶、轮罩等，利用机动车行驶时，与空气产生的相对速度，使桨叶捕获风能，驱动内转子与外转子或定子相对旋转，产生电能，其特征是：所述车载风力发电机安装于机动车头部发动机散热器前方或机动车顶部、尾部，叶轮连接发电机内转子，外转子上设有驱动桨叶，叶轮和发电机上下设有轮罩，叶轮轮罩为文丘里管状，其出风口位于叶轮后方。若发电机外转子驱动桨叶为升力型，则发电机轮罩为文丘里管状；若发电机外转子驱动桨叶为阻力型，则发电机轮罩为外大内小的“漏斗状”，其出风口窄小处正对于外转子驱动桨叶受风面。

Description

基于文丘里效应的车载风力发电机

所属技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其是安装在汽车、火车、轮船等机动车的头部、顶部、底部或尾部等部位，在机动车行驶过程中，基于文丘里效应，加速空气的相对流动速度从而产生更多的电能，并将其储存于车载蓄电池，为机动车点火系统、照明系统、动力系统、空调系统等提供电能的车载风力发电机。

背景技术

机动车电源系统肩负着启动发动机、灯光照明、车载音响、车用空调、行进动力等全车用电。机动车所用电能是靠机载发电机发出的。目前，传统的机动车上使用的发电机是完全依靠发动机驱动发电的，这一方面增加了油耗和废气排放，不利于环保；另一方面，分流了机动车发动机动力，使得机动车行驶速度、操控舒适感等大幅下降。近年来，出现了太阳能汽车、充电汽车以及车用内燃机和其他动力设备相结合的混合动力机组，虽然在减少油料消耗，减轻机动车对油料过分依赖上取得了显著进步，但由于其开发生产和维护成本过高，机组性能不稳定，续航性差，维修困难等原因，而且没有在不增加额外气动阻力，且不影响美观的前提下，有效利用汽车在行驶过程中形成的风能，对能源的利用率不高，因而严重制约了其市场推广应用。

发明内容

为了克服传统车载发电机需要消耗大量油料，不利于环保，不利于机动车速度和动力性能，不利于机动车操控，以及新型非油料机动车性能不稳定，开发生产成本高等缺陷，本发明提供了一种基于文丘里效应，可加速行车时产生的相对气流速度，从而更好地将风能转化为电能的车载风力发电机。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种基于文丘里效应的车载风力发电机，包括内转子，外转子或定子，桨叶，轮罩等，利用机动车行驶时，与空气产生的相对流速，使桨叶捕获风能，驱动内转子与外转子或定子相对旋转，从而产生电能，为机动车用电系统供电，其特征是：本车载风力发电机安装于机动车头部发动机散热器前方或机动车顶部、尾部，叶轮连接发电机内转子，外转子上设有驱动桨叶，在叶轮和发电机周围设有中空的轮罩。

作为以上方案的补充，所述车载风力发电机叶轮桨叶为升力型桨叶或升力—阻力复合型桨叶，外转子桨叶为阻力型、升力型或升力—阻力复合型桨叶。

所述车载风力发电机叶轮桨叶数量或发电机外转子桨叶数量大于或等于2。

所述车载风力发电机的发电机有两种构成方式：一种由内转子和定子构成，内转子在叶轮的驱动下旋转，产生电能，另一种由内转子和外转子构成，内转子外转子分别在各自桨叶的驱动下相对旋转。

所述车载风力发电机轴承可为单向轴承，内转子外转子在单向轴承的限制下作同轴、反向旋转，从而产生更大的相对转速。

所述车载风力发电机轮罩包括叶轮轮罩和发电机轮罩。

所述车载风力发电机叶轮轮罩具有文丘里管特征，其出风口位于叶轮后方。

所述车载风力发电机外转子桨叶若为升力型或升力—阻力复合型，发电机轮罩形状可呈“双曲线”状，发电机位于“双曲线”状发电机轮罩的窄小处。

所述车载风力发电机外转子桨叶若为升力型或升力—阻力复合型，发电机轮罩结构及形状同叶轮轮罩相同并互相连通，具有文丘里管特征，发电机轮罩出风口位于发电机后方。

所述车载风力发电机外转子桨叶若为阻力型，则发电机轮罩进风口内设置有集风板，将发电机轮罩进风口围成外大内小的“漏斗状”，发电机轮罩进风口的集风口正对于发电机外转子阻力型桨叶的受风面。

本发明的有益效果是：

1、本发明有效利用了机动车在行驶过程中空气相对流动产生的风能，并将其转化为电能，用以驱动车载空调、发动机启动、照明灯用电设备，具有节能、环保、价格低廉、节省成本等优点。

2、本发明安装位置设于机动车头部、顶部、底部或尾部等部位，利用机动车在行驶过程中与空气剧烈撞击，形成局部高压，从而驱动叶轮带动发电机转子高速旋转产生大量的电能。

3、当本发明所述的车载风力发电机安装于机动车头部发动机散热器前或尾部下方等部位时，不会影响机动车外部美观，而且不会增加额外的气动阻力。

4、本发明所述的车载风力发电机内转子和外转子可在单向轴承的作用下反方向相对旋转，较之单纯的转子旋转，定子固定，可以获得更大的相对旋转动能，从而产生更多的电能。

5、本发明所述的车载风力发电机流向叶轮轮罩的气流，由于文丘里管的作用使流路变窄，流速增加、压力下降，在这一负压作用下涡轮旋转后气流便会受到拉拽，可提高叶轮转速；流向风力发电机轮罩的气流，被发电机轮罩进行浓缩，并集中吹向发电机外转子桨叶的受风面，可提升桨叶转速，从而提升发电效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明作进一步说明。

图1是本发明单向、单发电机、升力型叶轮桨叶情况时的结构图

图2是本发明双向、单发电机、升力型外转子桨叶和升力型叶轮桨叶情况时的结构图

图3是本发明双向、单发电机、阻力型外转子桨叶和升力型叶轮桨叶情况时的结构图

图4是本发明单向、双发电机、升力型叶轮桨叶结构图

图5是本发明双向、双发电机、升力型外转子桨叶和升力型叶轮桨叶、发电机轮罩为“双曲线状”情况时的结构图

图6是本发明双向、双发电机、阻力型外转子桨叶和升力型叶轮桨叶情况时的结构图

图7是本发明双向、双发电机、升力型外转子桨叶和升力型叶轮桨叶、发电机轮罩同叶轮轮罩结构相同、相通情况时的结构图

图8是本发明A-A处剖面图

图9是本发明D-D处剖面图

图10是本发明B-B处剖面图

图11是本发明C-C处剖面图

图1-图11中，1.永磁发电机，1a.发电机外转子，1b.发电机内转子，1c.发电机定子，2.升力型叶轮桨叶，3a.发电机外转子升力型桨叶，3b.发电机外转子阻力型桨叶，4.叶轮，5.机壁，6.单向轴承，7.叶轮腔进风口，8.叶轮腔出风口，9.叶轮轮罩进风口，10.叶轮轮罩出风口，11.“双曲线状”发电机轮罩进风口，12.“双曲线状”发电机轮罩出风口，13.“漏斗状”发电机轮罩进风口，14.“漏斗状”发电机轮罩进风口集风口，15.发电机腔进风口，16.发电机腔出风口，17.集风板，A-A.纵向剖线，B-B.纵向剖线，C-C.纵向剖线，D-D.纵向剖线。

具体实施方式

在图1、图4所示实施例中，机动车在行驶的过程中，与空气产生相对速度，气流驱动叶轮桨叶(2)带动叶轮(4)在单向轴承(6)的作用下做定向旋转，叶轮(4)与发电机内转子(1b)连接，并带动单发电机(1)或双发电机(1)内转子(1b)旋转，相对发电机(1)定子(1c)进行转动，从而切割磁力线，产生电能。

在图2、图3、图5、图6、图7所示实施例中，机动车在行驶的过程中，与空气产生相对速度，气流驱动叶轮桨叶(2)带动叶轮(4)做定向旋转，叶轮(4)与发电机(1)内转子(1b)连接，并带动单发电机(1)或双发电机(1)内转子(1b)在单向轴承(6)的限制下作定向旋转，从而产生电能。同时，气流驱动单发电机(1)或双发电机(1)外转子(1a)上的驱动桨叶(3a或3b)，带动发电机(1)外转子(1a)与内转子(1b)在单向轴承(6)的限制下做同轴、反向的定向旋转，使发电机(1)内转子(1b)、外转子(1a)产生更大的相对转速，从而产生更多的电能。

在图8所示实施例中，当车载风力发电机叶轮桨叶(2)为升力型或升力—阻力复合型时，根据文丘里效应原理，流向叶轮轮罩进风口(9)的气流，由于轮罩管道流路变窄，流速增加、压力下降，在叶轮轮罩出风口(10)处产生负压。在负压的作用下，叶轮轮罩出风口(10)处的气流对叶轮(4)产生了拉拽效果，从而提升了叶轮(4)转速，提高了发电效率。

在图9所示实施例中，当所述车载风力发电机外转子(1a)桨叶(3a)为升力型或升力—阻力复合型时，发电机轮罩结构及形状可同叶轮轮罩相同并连通，具有文丘里管特征，发电机轮罩出风口(10)位于发电机(1)后方。根据文丘里效应原理，流向发电机轮罩进风口(9)的气流，由于轮罩管道流路变窄，流速增加、压力下降，在发电机轮罩出风口(10)处产生负压。在负压的作用下，发电机轮罩出风口(10)处的气流对发电机外转子(1a)升力型桨叶(3a)产生了拉拽效果，从而提升了外转子(1a)转速，提高了发电效率。

在图10所示实施例中，当所述车载风力发电机外转子(1a)桨叶(3a)为升力型或升力—阻力复合型时，发电机轮罩形状也可呈“双曲线状”，发电机(1)位于“双曲线状”发电机轮罩的窄小处。

在图11所示实施例中，当所述车载风力发电机外转子(1a)桨叶(3b)为阻力型时，发电机轮罩进风口(13)内可设置集风板(17)，集风板(17)与发电机机壁(5)将发电机轮罩进风口(7c)围成外大内小的“漏斗状”，发电机轮罩进风口(13)的集风口(14)正对于发电机外转子(1a)阻力型桨叶(3b)的受风面，以提高自然风的能流密度，增强阻力型桨叶(3b)承受的气流动力，同时减少阻力，更好地驱动发电机(1)外转子(1a)旋转。

需要补充说明的是，上述只是用图形解释说明了本发明的一些结构特征和应用原理。由于对于专业人士而言，很容易以此为基础进行相应修改和调整。因此，本说明书并非是要将本发明局限于所示和所述的具体结构和应用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改和等同物，均属于本发明所申请保护的范围。

Claims (9)

1.一种基于文丘里效应的车载风力发电机，包括内转子(1b)，外转子(1a)或定子(1c)，桨叶(2或3)，轮罩，利用机动车行驶时，与空气产生的相对流速，使桨叶(2或3)捕获风能，驱动内转子(1b)与外转子(1a)或定子(1c)相对旋转，从而产生电能，为机动车用电系统供电，其特征是：本车载风力发电机安装于机动车头部发动机散热器前方或机动车顶部、尾部，叶轮(4)连接发电机内转子(1b)，外转子(1a)上设有驱动桨叶(3a或3b)，在叶轮(4)和发电机(1)周围设有中空的轮罩。

2.根据权利要求1所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机叶轮桨叶(2)为升力型桨叶或“升力—阻力”复合型桨叶，外转子(1a)桨叶(3a或3b)为阻力型、升力型或升力—阻力复合型桨叶。

3.根据权利要求1所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机叶轮桨叶(2)数量或发电机外转子(1a)桨叶(3a或3b)数量大于或等于2片。

4.根据权利要求1所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机的发电机(1)有两种构成方式：一种由内转子(1b)和定子(1c)构成，内转子(1b)在叶轮(4)桨叶(2)的驱动下旋转，产生电能，另一种由内转子(1b)和外转子(1a)构成，内转子(1b)外转子(1a)分别在各自桨叶(2，3a或3b)的驱动下相对旋转。

5.根据权利要求1或4所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机轴承(6)可为单向轴承，内转子(1b)外转子(1a)在单向轴承(6)的限制下作同轴、反向旋转，从而产生更大的相对转速。

6.根据权利要求1所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机轮罩包括叶轮轮罩和发电机轮罩。

7.根据权利要求1或6所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机叶轮轮罩具有文丘里管特征，其出风口(10)位于叶轮(4)后方。

8.根据权利要求1或6所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机外转子(1a)桨叶(3a)若为升力型或“升力—阻力”复合型，发电机轮罩可有以下两种结构：

a、发电机轮罩可呈“双曲线”状，发电机(1)位于“双曲线”状发电机轮罩的窄小处；

b、发电机轮罩结构及形状亦可同叶轮轮罩相同且可连通，具有文丘里管特征，发电机轮罩出风口(10)位于发电机(1)后方。

9.根据权利要求1或6所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机外转子(1a)桨叶(3b)若为阻力型，则发电机轮罩进风口(13)内设置有集风板(17)，将发电机轮罩进风口(7c)围成外大内小的“漏斗状”，发电机轮罩进风口(7c)的集风口(14)正对于发电机外转子(1a)阻力型桨叶(3b)的受风面。

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