CN102267391A - 车载风力发电机及其格栅 - Google Patents

Abstract

一种车载风力发电机，包括内转子，外转子或定子，叶轮，进风口，格栅和格栅叶片控制系统等，利用机动车运行时，空气的相对流动，桨叶捕获风能驱动内转子或外转子旋转产生电能，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、底部等部位，叶轮连接内转子，叶轮上安装有阻力型、升力型或升力—阻力复合型桨叶，外转子上装有阻力型驱动桨叶，内、外转子在单向轴承的制约下作同轴、反向旋转；进风口处装有格栅，格栅叶片在风速感应装置的控制下自动开合，可调节进风口空气流量，使发电机保持在额定功率范围内，进风口呈可浓缩风型的“漏斗状”或“双曲线状”，桨叶位于进风口的窄小处。

Description

车载风力发电机及其格栅

所属技术领域

本发明涉及一种风力发电机及其格栅，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，利用空气的相对流动发电，并将其储存于车载蓄电池，为机动车点火系统、照明系统、空调系统、动力系统等提供电能的风力发电机及其格栅。

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，本发明提供了一种可将行车时产生的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：本发明所述车载风力发电机，包括内转子，外转子或定子，叶轮，格栅和格栅叶片控制系统，利用机动车行驶时，空气的相对流动，桨叶捕获风能驱动内转子或外转子旋转动能，从而切割磁力线产生电能，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，叶轮连接内转子，外转子上装有驱动桨叶，进风口呈可浓缩风型的双曲线状或漏斗状，进风口外缘安装有叶片可自动开合的格栅。

作为上述方案的进一步说明，所述车载风力发电机驱动桨叶为阻力型桨叶、升力型桨叶或升力、阻力复合型桨叶，桨叶数量大于或等于2。

所述车载风力发电机阻力型桨叶呈“C”字形或螺旋形等形状，升力型桨叶为机翼型，升力—阻力复合型桨叶为表面向内凹陷的机翼形。

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，内转子连接叶轮，另一种由内转子和外转子构成，外转子上设有驱动桨叶。

所述车载风力发电机轴承为单向轴承，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。

所述风力发电机驱动桨叶若为升力型，进风口则呈两头大中间小的“双曲线”状，叶轮或发电机位于双曲线状进风口的窄小处。

所述风力发电机驱动桨叶若为阻力型，进风口为外大内小的漏斗状，进风口的窄小处开口于驱动桨叶的受风面。

所述风力发电机进风口外缘安装有格栅，格栅叶片由风速感应控制装置自动控制开合，可根据机动车行驶过程中的相对风速，通过调整格栅叶片的张开角度，或通过调控格栅叶片开合数量，控制进风口进风量的大小，从而调控发电机工作功率。

所述风力发电机格栅风速感应控制装置由风速仪感受器、可编程控制器、电源、继电器、稳压器、电动机等器件通过电缆连接组成。

所述进风口格栅叶片由电动机通过皮带、链条、锥形齿轮或蜗轮蜗杆等方式传输动力进行控制，作同步、同向、减速转动。

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电能。

3、当本发明所述的车载风力发电机若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、本发明安装有可自动开合的格栅，可利用风速感应装置，感应相对风速，并通过可编程控制器，在继电器的帮助下，决定电动机的启停及正反转，从而实现格栅叶片自动开合，准确控制车载风力发电机进风口通过的空气流量，最终将发电机控制在额定功率范围内，避免风力过小无法发电或风力过大而烧毁发电机两种极端状态。

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、“C”字形阻力型叶轮桨叶时的结构图

图2是本发明双向、单发电机、“C”字形阻力型叶轮桨叶时的结构图

图3是本发明单向、双发电机、“C”字形阻力型叶轮桨叶时的结构图

图4是本发明双向、双发电机、“C”字形阻力型叶轮桨叶时的结构图

图5是本发明单向、单发电机、“螺旋”形阻力型叶轮桨叶时的结构图

图6是本发明双向、单发电机、“螺旋”形阻力型叶轮桨叶时的结构图

图7为本发明单向、双发电机、“螺旋”形阻力型叶轮桨叶时的结构图

图8为本发明双向、双发电机、“螺旋”形阻力型叶轮桨叶时的结构图

图9为本发明单向、单发电机、升力型叶轮桨叶时的结构图

图10为本发明双向、单发电机、升力型叶轮桨叶时的结构图

图11为本发明单向、双发电机、升力型叶轮桨叶时的结构图

图12为本发明双向、双发电机、升力型叶轮桨叶时的结构图

图13为本发明A-A处剖面结构图

图14为本发明B-B处剖面结构图

图15为本发明C-C处剖面结构图

图16为本发明D-D处剖面结构图

图17为本发明进风口皮带传输横式格栅结构图

图18为本发明进风口皮带传输竖式格栅结构图

图19为本发明进风口皮带传输格栅局部放大结构图

图20为本发明进风口链条传输横式格栅结构图

图21为本发明进风口链条传输竖式格栅结构图

图22为本发明进风口链条传输格栅局部放大结构图

图23为本发明进风口锥形齿轮传输横式格栅结构图

图24为本发明进风口锥形齿轮传输竖式格栅结构图

图25为本发明进风口锥形齿轮传输格栅局部放大结构图

图26为本发明进风口蜗轮蜗杆传输横式格栅结构图

图27为本发明进风口蜗轮蜗杆传输竖式格栅结构图

图28为本发明进风口蜗轮蜗杆传输格栅局部放大结构图

图29为本发明进风口格栅叶片控制系统结构图

图1-图4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，2a.“C”字形阻力型叶轮桨叶，3.发电机外转子阻力型桨叶，4.叶轮，5.机壁，6.单向轴承，A-A.纵向剖线，B-B.纵向剖线。

图5-图8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，2b.螺旋形阻力型叶轮桨叶，3.发电机外转子阻力型桨叶，4.叶轮，5.机壁，6.单向轴承，B-B.纵向剖线，C-C.纵向剖线。

图9-图12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，2c.机翼形升力型叶轮桨叶，3.发电机外转子阻力型桨叶，4.叶轮，5.机壁，6.单向轴承，B-B.纵向剖线，D-D.纵向剖线。

图13-图16中，3.发电机外转子阻力型桨叶，4.叶轮，5.机壁，7.进风口，8.出风口，21.集风板，1a.发电机外转子，1b.发电机内转子，2a.“C”字形阻力型叶轮桨叶，2b.螺旋形阻力型叶轮桨叶，2c.机翼形升力型叶轮桨叶。

图17-图28中，5.机壁，9.皮带减速传输系统，10.进风口格栅叶片，11.链条减速传输系统，12.锥形齿轮减速传输系统，13.蜗轮蜗杆减速传输系统，16.电动机。

图29中，14.风速仪，15.可编程序控制器，16.电动机，17.继电器，18.稳压器，19.电源，20.电缆。

具体实施方式

在图1、图3、图5、图7、图9、图11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(2a、2b或2c)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，从而切割磁力线，产生电能。

在图2、图4、图6、图8、图10、图12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(2a、2b或2c)带动叶轮(4)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)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(3)，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13、图14、图15所示实施例中，当发电机(1)叶轮桨叶(2)或发电机外转子(1a)驱动桨叶(3)为“C”字形(2a)或螺旋形(2b)的阻力型桨叶时，进风口(7)腔内可设置集风板(21)，集风板(21)与发电机机壁(5)构成由宽而窄的漏斗形状进风口(7)，进风口(7)狭窄的出口处正对着“C”字形(2a或3)或螺旋形(2b)阻力型桨叶的受风面，以提高自然风的能流密度，增强桨叶(2a、2b或3)承受的气流动力，同时减少阻力，更好地驱动发电机(1)内转子(1b)或外转子(1a)旋转。

在图16所示实施例中，当车载风力发电机叶轮桨叶为升力型(2c)时，发电机机壁(5)呈双曲线形，升力型桨叶(2c)设置于发电机机壁(5)围成的进风口(7)的狭窄处，以提高自然风的能流密度，加大气流的流速，增强升力型桨叶(2c)承受的气流动力，更好地驱动发电机(1)内转子(1b)旋转。

在图17-图28所示实施例中，在车载风力发电机的进风口(7)外缘处设置有格栅，格栅上设置有横向或竖向的格栅叶片(10)。在电动机(16)的带动下，格栅叶片(10)可由皮带减速传输系统(9)、链条减速传输系统(11)、锥形齿轮减速传输系统(12)或蜗轮蜗杆减速传输系统(13)传输动力进行开合。当车速较慢，相对风速较小时，充分打开格栅叶片(10)，使充足的气流快速通过，产生足够的电能。当车速较快，相对风速较大时，可关闭、半关闭格栅叶片(10)，以限制气流流通的速度。也可根据相对风速的大小，选择关闭左右两侧发电机(1)处的格栅叶片(10)或中间叶轮(4)处的格栅叶片(10)，仅使发电机(1)外转子(1a)桨叶(3)受力带动外转子(1a)旋转，叶轮(4)停止带动内转子(1b)旋转；或仅使叶轮(4)桨叶(2a、2b或2c)受力带动内转子(1b)旋转，发电机(1)外转子(1a)停止旋转，从而限制发电机内、外转子的相对转速，防止因转速过大而造成对发电机(1)的损伤。

在图29所示实施例中，于所述车载风力发电机进风口(7)格栅上方安装了格栅叶片(10)控制系统，它由安装在机动车车身上的风速仪感受器(14)接收风速信号，通过电缆(20)输入可编程控制器(15)中，经过计算、分析与判断，输出信号，在继电器(17)的帮助下，决定电动机(16)的启停及正反转，从而实现进风口格栅叶片(10)自动开合，准确控制车载风力发电机进风口(7)通过的空气流量，最终将发电机(1)控制在额定功率范围内，避免风力过小无法发电或风力过大而烧毁发电机(1)两种极端状态。

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 (10)

1.一种车载风力发电机，包括内转子(1b)，外转子(1a)或定子(1c)，叶轮(4)，进风口(7)，格栅和格栅叶片(10)控制系统等，利用机动车行驶时，空气的相对流动，驱动桨叶(2a、2b、2c或3)捕获风能驱动内转子(1b)或外转子(1a)旋转，从而切割磁力线产生电能，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、底部等部位，叶轮(4)连接内转子(1b)，外转子(1a)上装有驱动桨叶(3)，进风口(7)呈可浓缩风型的“双曲线”状或“漏斗状”，进风口(7)外缘安装有叶片(10)可自动开合的格栅。

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驱动桨叶(2a、2b、2c或3)为阻力型桨叶、升力型桨叶或升力、阻力复合型桨叶。

3.根据权利要求2所述的车载风力发电机，其特征是：所述车载风力发电机阻力型桨叶呈“C”字形(2a)或螺旋形(2b)等形状，升力型桨叶为机翼形(2c)，升力—阻力复合型桨叶为表面向内凹陷的机翼形。

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发电机有两种构成方式：一种由内转子(1b)和定子(1c)构成，内转子(1b)连接叶轮(4)，另一种由内转子(1b)和外转子(1a)构成，外转子(1a)上设有驱动桨叶(3)。

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为单向轴承(6)，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或2所述的车载风力发电机，其特征是：所述风力发电机驱动桨叶若为升力型或升力—阻力复合型，进风口(7)则呈两头大中间小的双曲线状，叶轮(4)或发电机(1)位于双曲线状进风口(7)窄小处。

7.根据权利要求1或2所述的车载风力发电机，其特征是：所述风力发电机驱动桨叶若为阻力型，进风口为外大内小的漏斗状，进风口(7)的窄小处开口于驱动桨叶(2a或2b)的受风面。

8.根据权利要求1所述的车载风力发电机，其特征是：所述风力发电机进风口(7)外缘安装有格栅，格栅叶片(10)由风速感应控制装置自动控制开合，可根据机动车行驶过程中的相对风速，通过调整格栅叶片(10)的张开角度，或通过调控格栅叶片(10)开合数量，控制进风口(7)进风量的大小，从而调控发电机(1)的转速。

9.根据权利要求8所述的车载风力发电机，其特征是：所述风力发电机格栅风速感应控制装置由风速仪感受器(14)、可编程控制器(15)、电动机(16)继电器(17)、稳压器(18)、电源(19)等器件通过电缆(20)连接组成。

10.根据权利要求8或9所述的车载风力发电机，其特征是：所述格栅叶片(10)由电动机(16)通过皮带(9)、链条(11)、锥形齿轮(12)或蜗轮蜗杆(13)等减速传输系统进行控制，作同步、同向、减速转动。

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