CN103042932A - 一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车 - Google Patents

Abstract

一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，车架前端的两个固定轴之间设有风轮发电机组，风轮发电机组由叶轮和发电机构成，发电机的线圈绕组通过发电控制器与储电系统连接，储电系统通过驱动控制器与驱动电机连接，叶轮的底面与地平面的距离为20-40㎝，叶轮的上方设有挡风板，车体内设有燃料微型发动机，叶轮的一端设有传动轮盘，传动轮盘通过传动链条和换向离合器与燃料微型发动机的输出轴连接；换向离合器包括滑行轮和齿轮传动副，滑行轮设置在齿轮传动副中的齿轮轴上。能够在行驶过程中将风力转换为电能，给汽车补充电量，在车速不高的情况下，燃料微型发动机带动叶轮转动辅助发电，弥补行驶和发电中的电量损耗，提高了汽车的续航能力。

Description

一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车

技术领域

    本发明涉及一种电动汽车，具体地说是一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车。

背景技术

    在目前的节能减排倡导下，电动汽车由于其无污染、资源消耗低的优点逐步受到人们的关注。电动汽车技术开始快速发展，但是仍然存在许多问题，其中，电动汽车行驶里程短、续航能力不高是制约电动汽车推广使用的主要问题。虽然也提出了很多解决该问题的方案，但都存在缺陷，无法付诸于实际。利用汽车行驶中产生的风力发电，然后回馈给汽车蓄电池是一种比较理想的方法。风力作为一种清洁的可再生资源，如果能够有效的利用，则可以有效降低电动汽车的电量消耗速度，提高最大行程。

风力发电设备中的叶轮是接受风能的最主要部件，也是风力发电设备中最基础和最关键的部件。其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。由于汽车本身的限制，现有的风力发电设备由于风阻大、安装不便等问题无法适用于电动汽车。

发明内容

    本发明所要解决的技术问题是提供一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，能够在行驶过程中将风力转换为电能，并用燃料发电机辅助发电，给汽车补充电量，提供续航能力。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，包括车架，在车架的前端对称设有两个固定轴，两个固定轴之间水平设有风轮发电机组，风轮发电机组通过两个固定轴悬挂在车架的前端，风轮发电机组由叶轮和发电机构成，发电机的转子与叶轮连接，发电机的线圈绕组输出通过发电控制器与储电系统连接，储电系统通过驱动控制器与驱动电机连接，叶轮的底面与地平面的距离为20-40㎝，在叶轮的上方设有挡风板，挡风板的下沿不低于叶轮的中轴线，在车体内设有燃料微型发动机，在叶轮的一端设有传动轮盘，传动轮盘通过传动链条和换向离合器与燃料微型发动机的输出轴连接；所述的换向离合器包括滑行轮和齿轮传动副，滑行轮设置在齿轮传动副中的齿轮轴上，滑行轮通过传动链条与传动轮盘连接。使风能动力和燃科微型发动机动力有机地合力作功或自动分解动力作功，提高发电效率，节约燃料消耗。

所述的齿轮传动副由两个啮合的伞形齿轮构成，两个伞形齿轮的轴线相垂直。

所述的叶轮包括轮轴和叶片，叶片以轮轴为中心呈圆周分布，所述的叶片为瓦形结构，叶片的四条侧边中两条侧边为直线边，另外两条侧边为圆弧形，叶片的直线边与轮轴平行。

所述的叶片圆弧形侧边靠近轮轴的一端与相邻风叶的瓦形圆弧面相切；在叶片圆弧形边另一端的端点处，该圆弧形边的切线与该端点绕轮轴旋转形成的圆形轨迹的切线重合。

所述的叶片设置在两个圆形的隔板之间，叶片的圆弧形侧边与隔板连接，且圆弧形侧边的一端与隔板的圆周相接。

所述的发电机，其转子设置在叶轮一端的端面上，定子设置在与转子相对的固定轴上。

所述的挡风板，其下缘的水平高度比叶轮的中轴线高3—8cm。

所述叶轮的一端设有飞轮。

本发明的有益效果是：能够在行驶过程中将风力转换为电能，给汽车补充电量，减缓汽车电量消耗，提供续航能力。风轮发电机组通过两个固定轴悬挂在车架的前端，便于安装。挡风板的设置在不降低叶轮下部叶片受力的同时，有效阻挡了气流对叶轮上部的叶片的冲击，减少了叶轮转动的阻力。叶轮底端与地面之间为气流通道，合适的距离可以保证气流对叶轮的推力最大化。叶轮的结构设计使其具有独特的迎风面，能够最大限度的接受风力，即使是微弱的风也能带动叶轮旋转，有效降低汽车行驶中的风阻，减少能量损耗，提高风电转换效率。叶片设置在间隔的隔板之间，形成模块化设计，可以根据需要设置隔板和叶片的数量，以适应不同功率的发电要求。转子通过换向离合器和传动链条与燃料微型发动机连接，在车速和叶轮转速不高的情况下，自动启动燃料微型发动机带动叶轮转动辅助发电，弥补汽车行驶和风力发电过程中的电量损耗，进一步提高了汽车的续航能力。

附图说明

    图1是本发明的结构示意图；

    图2是本发明叶轮的结构示意图；

    图3是本发明叶片的设置方式示意图；

    图4是本发明换向离合器的结构示意图。

    图中标记：1、叶轮、101、轮轴，102、叶片，103、隔板，104、飞轮，105、传动轮盘，2、发电机，201、转子，202、定子，3、发电控制器，4、储电系统，5、驱动电机，6、挡风板，7、车架，8、换向离合器，801、伞形齿轮，802、滑行轮，9、传动链条，10、燃料微型发动机，11、固定轴，12、驱动控制器。

具体实施方式

结合附图具体说明本发明的实施方式，一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，包括车架7，在车架7的前端对称设有两个固定轴11，两个固定轴11之间水平设有风轮发电机组，固定轴11与风轮发电机组之间设有轴承，风轮发电机组通过两个固定轴11悬挂在车架的前端，风轮发电机组由叶轮1和发电机2构成，发电机2的转子201与叶轮1连接，发电机2的线圈绕组输出接线通过发电控制器3与储电系统4连接，储电系统4通过驱动控制器12与驱动电机5连接。发电控制器3用于控制发电机2的电力输出，使其符合储电系统4所要求的标准充电范围。驱动控制器12用于控制储电系统4与驱动电机5之间供电线路的通断，以关闭或启动驱动电机5，并控制驱动电机5的转速调整和正、反转及电路安全保护。储电系统4包括储能开关模块、分流器模块、汇流器模块、制动再生馈电模块、动力电池组和超级电容组、动力电池组和超级电容组单体模块的电压均衡模块及储电系统4温度传感模块.发电控制器3的输出端通过储能开关模块到分流器模块分别与动力电池组和超级电容组电联接，由储能开关模块切换线路，将发电控制器3输出的电流输送至动力电池组或超级电容组。超级电容组具有充放电速度快、效率高的特点，主要在汽车瞬时耗电量大时储电系统4通过汇流器模块一并给驱动控制9提供电量。如果单纯对于储电和供电的功能而言，储电系统4也可以仅有蓄电池组构成。在汽车行驶过程中，气流推动叶轮1旋转，叶轮带动发电机2的转子201转动，发电机2的线圈绕组切割磁力线产生电流，并经过发电控制器3将电流输送至储电系统4，给储电系统4补充电量。储电系统4作为汽车的供电单元给驱动电机5供电，以驱动汽车行驶。叶轮1的底面与地平面的距离为20-40㎝，在叶轮1的上方设有挡风板6，挡风板6的下沿不低于叶轮1的中轴线。

在车体内还设有燃料微型发动机10，燃料微型发动机10可以是汽油发动机，也可以是天然气、乙醇、或羟基2号车用高清洁燃料等为燃料的微型发动机。该微型发动机不需太大功率，只要能够带动叶轮旋转即可。在叶轮1的一端设有传动轮盘105，传动轮盘105通过传动链条9和换向离合器8与燃料微型发动机10的输出轴连接；换向离合器8作为传动部件，既用于改变传动方向，又用于保证燃料微型发动机10和转子201之间只能单向传动。所述的换向离合器8包括滑行轮802和齿轮传动副，滑行轮802设置在齿轮传动副中的齿轮轴上，滑行轮802通过传动链条9与传动轮盘105连接。在附图4的实施例中换向离合器8包括滑行轮802和两个伞形齿轮801，两个伞形齿轮801构成齿轮传动副，两个伞形齿轮801相啮合并且轴线相垂直，滑行轮802设置在伞形齿轮801的齿轮轴上，其中，两个啮合的伞形齿轮801用于改变传动方向，滑行轮802用于单向传动。在汽车车速较低、风力较小导致叶轮1转速较低时，可以用燃料微型发动机10带动叶轮1转动进行发电，弥补汽车行驶和风力发电过程中的电量损耗，进一步提高了汽车的续航能力。叶轮1转速较高时，燃料微型发动机10无需启动，滑行轮802为滑行状态，不能向燃料微型发动机10传递力矩。为了实现自动控制，可以在叶轮1上安装转速传感器，并设置一个控制芯片，将控制芯片与燃料微型发动机10的驱动电路连接，控制芯片根据从转速传感器接收到的叶轮转速信号，启动或关闭燃料微型发动机10。也可以将汽车中车速检测装置的车速信号传递至控制芯片，根据车速信号启动或关闭燃料微型发动机10。

所述的叶轮1包括轮轴101和叶片102，叶片102以轮轴101为中心呈圆周分布，所述的叶片102为瓦形结构，在叶片102的四条侧边中两条侧边为直线边，另外两条侧边为圆弧形。叶片102的直线边与轮轴101平行，叶片102的瓦形的圆弧面也与轮轴101平行。叶片102圆弧形侧边靠近轮轴101的一端与相邻风叶的瓦形圆弧面相切；在叶片102圆弧形边另一端的端点处，该圆弧形边的切线与该端点绕轮轴101旋转形成的圆形轨迹的切线重合。如图所示，叶片102设置在两个圆形的隔板103之间，叶片102的圆弧形侧边与隔板103连接，形成模块化设计，可以根据需要设置隔板和叶片的数量，以适应不同功率的发电要求。在该实施例中，隔板103的外缘即为叶轮1的最外端，叶片102的其中一条直线边与隔板103的外缘相平，叶片圆弧形边所在的圆分布在隔板103的圆周上，并内接于隔板103的圆周；圆弧形侧边所在的圆与隔板103的圆周相接，接点为叶片圆弧形边的端点，在该点处，圆弧形边的切线与隔板的切线重合。

叶片102的形状设计使其具有独特的迎风面，能够最大限度的接受风力，即使是微弱的风也能带动叶轮1旋转。气流流入叶片102的圆弧形凹槽内，带动叶轮1旋转后快速流出，在叶片102的内不产生涡流，有效降低风阻，减少车辆行驶中的能量损失。根据汽车的结构特点，风力发电装置适于安装在汽车前部，叶轮1下方为带动叶轮1旋转的气流通道。叶轮1依靠气流推动其下部的叶片102实现旋转，因此为减小叶轮1旋转时的阻力，在叶轮1外侧设置挡风板6，并将挡风板6固定在车架7上，用于防止气流冲击叶轮上部的叶片。为了在有效阻挡上部气流的同时不影响气流带动叶轮，挡风板6的下缘一般不低于叶轮1的水平轴中心线。比较好的设置方式是挡风板6下缘的水平高度比叶轮1的中轴线高3—8cm，最好比叶轮1的中轴线高4—5cm。气流通道的高度也是影响叶轮转动的重要因素，通道高度过小影响气流流通，通道高度过大影响气流与叶轮的切角，从而降低气流对叶轮的推力。因此，比较好的设置方式为叶轮的底面与地平面的距离为20-40㎝，最好为20—25cm。

所述的发电机2，其转子201设置在叶轮1一端的端面上，定子202设置在与转子201相对的固定轴11上。发电机线圈绕组可以设置在定子202上，也可以设置在转子201上。附图所示的实施方式中，线圈绕组设置在定子202上，在该实施方式中转子201中设有一个空腔，定子202设置在转子201的内腔中，固定轴11为中空结构，线圈绕组的输出接线穿过固定轴11的空腔与发电控制器3连接。当转子201转动时，定子202固定不动，定子202上的线圈绕组切割磁力线产生电流，并输送至发电控制器3。如果线圈绕组设置在转子201上则可以采用刷片方式接线。

为了增加叶轮1转动的稳定性，在叶轮1的一端设置飞轮104，飞轮104作为配重增加了叶轮的整体重量，在汽车减速或刹车时，由于飞轮104受离心力的作用，短时间内仍可依靠惯性转动，车子在正常行驶中，飞轮104有对叶轮1增加补助动能和减少气流对车子的相对阻力作用，使发电装置能够稳定发电，减小电压、电流波动。

Claims (8)

1.一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，包括车架（7），在车架（7）的前端对称设有两个固定轴（11），两个固定轴（11）之间水平设有风轮发电机组，风轮发电机组通过两个固定轴（11）悬挂在车架的前端，风轮发电机组由叶轮（1）和发电机（2）构成，发电机（2）的转子（201）与叶轮（1）连接，发电机（2）的线圈绕组输出通过发电控制器（3）与储电系统（4）连接，储电系统（4）通过驱动控制器（12）与驱动电机（5）连接，叶轮（1）的底面与地平面的距离为20-40㎝，在叶轮（1）的上方设有挡风板（6），挡风板（6）的下沿不低于叶轮（1）的中轴线，其特征在于：在车体内设有燃料微型发动机（10），在叶轮（1）的一端设有传动轮盘（105），传动轮盘（105）通过传动链条（9）和换向离合器（8）与燃料微型发动机（10）的输出轴连接；所述的换向离合器（8）包括滑行轮（802）和齿轮传动副，滑行轮（802）设置在齿轮传动副中的齿轮轴上，滑行轮（802）通过传动链条（9）与传动轮盘（105）连接。

2.如权利要求1所述的一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，其特征在于：所述的齿轮传动副由两个啮合的伞形齿轮（801）构成，两个伞形齿轮（801）的轴线相垂直。

3.如权利要求1所述的一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，其特征在于：所述的叶轮（1）包括轮轴（101）和叶片（102），叶片（102）以轮轴（101）为中心呈圆周分布，所述的叶片（102）为瓦形结构，叶片（102）的四条侧边中两条侧边为直线边，另外两条侧边为圆弧形，叶片（102）的直线边与轮轴（101）平行。

4.如权利要求3所述的一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，其特征在于：所述的叶片（102）圆弧形侧边靠近轮轴（101）的一端与相邻风叶的瓦形圆弧面相切；在叶片（102）圆弧形边另一端的端点处，该圆弧形边的切线与该端点绕轮轴（101）旋转形成的圆形轨迹的切线重合。

5.如权利要求3或4所述的一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，其特征在于：所述的叶片（102）设置在两个圆形的隔板（103）之间，叶片（102）的圆弧形侧边与隔板（103）连接，且圆弧形侧边的一端与隔板（103）的圆周相接。

6.如权利要求1所述的一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，其特征在于：所述的发电机（2），其转子（201）设置在叶轮（1）一端的端面上，定子（202）设置在与转子（201）相对的固定轴（11）上。

7.如权利要求1所述的一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，其特征在于：所述的挡风板（6），其下缘的水平高度比叶轮的中轴线高3—8cm。

8.如权利要求1所述的一种风力与燃料动力混合发电的电动汽车，其特征在于：所述叶轮（1）的一端设有飞轮（104）。

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