CN103042933A - 一种风能、太阳能与燃料动力混合发电的电动汽车 - Google Patents

Abstract

一种风能、太阳能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，所述的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，在车架上还设有太阳能发电装置，发电机和太阳能发电装置各自的输出端分别通过控制器与储电系统的输入端电联接，储电系统通过驱动控制器与驱动电机连接，在车体内还设有燃料发动机。本发明能够最大化最优化采用风能和太阳能为电动汽车的储电系统充电，而且带有燃料动力装置根据外界风力大小和风轮发电机组自由切换为电池充电，降低汽车行驶过程中的电量损耗，提高电动汽车的续航能力。

Description

一种风能、太阳能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，具体的说是一种风能、太阳能与燃料动力混合发电的电动汽车。

背景技术

目前，在节能减排倡导下，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。在汽车行驶过程中如何更好的利用太阳能和产生的风力发电，然后回馈给汽车蓄电池是一种比较理想的方法，目前利用风能和太阳能发电的电动汽车主要存下一下缺陷：其一、所设置的风轮发电机组风阻较大、且安装不便，应用到电动汽车上不切合实际；其二、太阳能板设置较为繁琐，加大了汽车行驶过程中的阻力；其三、当风力较小时，风轮所受到的阻力较大，其发电量还不足以弥补电动汽车因阻力电量的消耗，由于以上原因，目的电动汽车设计还不仅合理，无法得到推广应用。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种风能、太阳能与燃料动力混合发电的电动汽车，能够最大化最优化采用风能和太阳能为电动汽车的储电系统充电，而且带有燃料动力装置根据外界风力大小和风轮发电机组自由切换为电池充电，降低汽车行驶过程中的电量损耗，提高电动汽车的续航能力。 

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种风能、太阳能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，所述的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，在车架上还设有太阳能发电装置，发电机和太阳能发电装置各自的输出端分别通过发电控制器与储电系统的输入端电联接，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，也就是说不低于叶轮的轴中心线，在车体内还设有燃料微型发动机，在叶轮的一端固定连接有传动轮盘，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上的滑行飞轮连接。

所述的车架上还设有外接电源充电接口，外接电源充电接口输出与储电系统的输入端子电联接。

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：

其一、该电动汽车集中风力发电、太阳能发电和燃料动力发电于一身，综合利用能量，提高了该汽车应用的广泛性，本电动汽车不需要经常充电，常规的电动汽车自带一个储能电池，当电池电量用完时，必须再次充满电再次启动，本汽车带有风能发电、光能发电装置和燃料发电装置，在汽车运行过程中不断的为储能系统充电，可以让电动汽车在充一次电量的情况下跑更多的路程。

其二、燃料发电装置与风力发电装置共用一个发电机，通过燃料发动机带动90度设置的换向离合器，然后输出动力带动传动轮旋转，传动轮盘与风力发电装置中的叶轮固定连接，因此同样可以驱动发电机发电为储能系统充电，该换向离合器具有自动离合功能，也就说，发动机设定一个输出转速，当外界风力较大时，叶轮转速较高，且大于发动机的输出转速，此时燃料发动机负荷减小，可将燃料发电装置关闭，仅仅通过风能和太阳能发电装置为储能装置充电即可；当外界风力较小时，也就是说叶轮的转速较低，且小于发动机的输出转速，此时燃料发动机负荷加大，主要发电依靠燃料发动机做功，因此，通过风能发电和燃料发电的自由切换，最优化降低汽车行驶过程中的电量损耗，提高电动汽车的续航能力。

其三、本发明所述的风轮发电机组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90度换向离合器和传动链条与燃料发动机连接，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是本发明的结构原理图。

图2是本发明中太阳能电池板的设置方式示意图。

图3是风轮发电机组的结构示意图。

图4是叶轮的设置方式示意图。

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、太阳能发电装置，301、底座，302、滑槽，303、上层太阳能板，304、下层太阳能板，4、发电控制器，5、储电系统，6、驱动控制器，7、驱动电机，8、驱动后桥，9、驱动轴，10、车架，11、车轮，12、燃料微型发动机，13、换向离合器，14、传动链条，15、外接电源充电接口，16、固定轴，17、挡风板。

具体实施方式

如图所示，一种风能、太阳能与燃料动力混合发电的电动汽车，包括车架10，在车架10的前端对称设有两个固定轴16，两个固定轴16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16悬挂在车架10的前端，所述的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固定连接，在车头引挚盖上面和车顶上面还设有太阳能发电装置3，发电机2和太阳能发电装置3各自的输出端分别通过发电控制器4与储电系统5连接，此处设置的发电控制器4其作用是：将发电机2和太阳能发电装置3输出的交流电和直流电分别处理整合后，输出标准直流电储存在储电系统5，储电系统5通过驱动控制器6与驱动电机7电连接，叶轮1的底面与地平面的距离为20-40㎝，可选择的距离为20㎝、25㎝、30㎝、35㎝或者40㎝，在叶轮1的上方设有挡风板17，挡风板17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12，在叶轮1的一端固定连接有传动轮盘105，传动轮盘105通过传动链条14和换向离合器13与燃料发动机12的输出轴上的滑行飞轮连接。该电动汽车由储电系统提供电量，在电动汽车使用前事先给储电系统充满电，在行驶过程中可通过风能、光能和燃料发电装置电量输出分别进入发电控制4的输入端，经发电控制器输入至储电系统存储电能，提高电动汽车的续航能力。

所述的储电系统5由储能开关模块、分流器模块、动力电池组、超级电容组和汇流器模块构成，发电控制器4的输出端通过储能开关模块联接到分流器模块的输入端，分流器模块输出分别并接到动力电池组和超级电容组的相应接线端子上，动力电池组和超级电容组的供电输出分别通过汇流器模块一并联接到驱动控制器6的输入端，驱动控制器6的输出与驱动电机7电联接。以上组件使该储电系统可具备大功率放电和储电快的优点。

本发明，该电动汽车还具备充电功能，所述的车架10上还设有外接电源充电接口15，外接电源充电接口15与储电系统5电联接，因此，当电动车不工作时，可以为其充电，提供更多电量使用更加方便。

所述的太阳能发电装置3由设置在车架外表面的太阳能电池板构成，太阳能电池板的电流输出端通过控制器4给储电系统充电，其中太阳能电池板设置方式如图2所示：在车架10上固定设有底座301，在底座301上端面的两侧对应设有滑槽302，两层太阳能板均设置在滑槽302内且太阳能板的两侧边与滑槽构成滑动连接，上层太阳能板303和下层太阳能板304错开设置，例如：在一个底座301上设有三块太阳能板，两块上层太阳能板在车正常行驶的情况下是覆盖单块的下层太阳能板，当车停止时，上层太阳能板向两边划开，下层太阳能板露出，将三块太阳能电池板均暴漏在阳光下同时利用光能发电，所述的太阳能电池板上采用聚光材料，可以通过聚光材料将阳光聚起来，集中投射在太阳能电池上进行光电转换，大大减少了高成本单晶硅的使用量，降低了光伏发电成本，从而大幅度提高光电转换效率、降低光伏发电的成本、降低发电费用；

详细说明风轮发电机组和燃料发电机组的连接关系：由叶轮1和发电机2组成，叶轮1与发电机2中的转子201固定连接，发电机2的输出端通过发电控制器4为储电系统5充电；在叶轮1的的一端固定连接有传动轮盘105，传动轮盘105通过传动链条14、换向离合器与燃料微型发动机12的输出动力轴滑行飞轮相连接，当燃料微型发动机启动时，依然可以经过发电机2实施发电，因此燃料微型发动机12和叶轮1共用一个发电机2，该燃料微型发动机12一般作为辅助供电单元，在外界无阳光和无风力或者风力较小的情况下，启动燃料微型发动机12，发动机12旋转通过传动链条14带动换向离合器13传动，从而换向离合器13通过传动链条14传动带动传动轮盘105旋转，经传动轮盘和叶轮运动传递并带动发电机的转子，当外界风力较大时，燃料微型发动机12将自动脱离动力提供，通过自动控制使燃料发动机12息火或保持怠速状态，当外界风力小于发电机2的额定转速时，通过自动控制使燃料发动机12自动点火提供动力达到额定输出转速，此时燃料微型发动机l2的输出动力才会经过换向离合器13传给传动轮盘14，然后带动叶轮发电，此时的燃料微型发动机负荷加大，主要发电依靠燃料发动机做功，因此，通过风能发电和燃料发电的自由切换，可实现电动汽车在较长时间的行驶，更加方便使用。

本发明统一由储电系统5通过驱动控制6提供能量给驱动电机7，驱动电机7的输出轴与驱动后桥8相连，驱动后桥8通过驱动轴9与两侧车轮11相连接，从而一系列运动传递保证电动汽车正常运行。

本发明，所述的叶轮1由轮轴101、叶片102和圆形的隔板103组成，叶轮1作为动力源为发电组件提供动力，叶轮1通过连接盘悬挂设置在车架10前端的两个固定轴16之间，此种结构的叶轮更容易将风力转化为电能，隔板103间隔分布在轮轴101的轴线方向上，并且隔板103与轮轴101同轴设置，隔板103的设置方向与轮轴101垂直。叶片102设置在相邻的隔板103之间，并以轮轴101为中心呈圆周分布。所述的叶片102为圆弧形的片状结构，也可以说是瓦形结构，其瓦形的圆弧面与轮轴101的轴线平行。叶片具有两条圆弧形边和两条直线边。叶片的两条圆弧形边与分别其两侧的隔板固定连接。叶片圆弧形边的一端与相邻叶片的瓦形圆弧面相切；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101旋转形成的圆形轨迹的切线重合。如图4所示，隔板103的外缘即为叶轮的最外端，叶片的其中一条直线边与隔板103的外缘相平，叶片102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；叶片102圆弧形边与隔板103圆周的接点为叶片102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。

本发明，叶片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旋转。气流流入叶片的圆弧形凹槽内，带动叶轮旋转后快速流出，在叶片内不产生涡流，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，该风力发电装置适于安装在汽车前部，叶轮下方为带动叶轮旋转的气流通道。叶轮依靠气流推动其下部的叶片实现旋转，因此为减小叶轮旋转时的阻力，在叶轮1外侧设置挡风板17，挡风板17固定在汽车的车架上，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17的下缘一般不低于叶轮的中轴线，比较好的设置方式是挡风板17下缘的水平高度比叶轮的中轴线高3—8cm，最好比叶轮的中轴线高4—5cm，例如4或者5㎝，使叶轮最优化接受气流的作用力。

本发明，所述的发电机2由转子201、定子202和设置在定子上的线圈绕组构成，其转子201设置在叶轮1一端的端面上，定子201设置在与转子201相对的固定轴16上，此处设置的固定轴16为空心轴，线圈绕组的输出端经过固定轴16的空心处穿出与发电控制器电联接，通过发电控制器将发电机2发出的交流电通过发电控制4处理整合后将标准直流电输入储电系统储存。

为了增加叶轮1转动的稳定性，在轮轴101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l增加补助动能和减少气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)

1.一种风能、太阳能与燃料动力混合发电的电动汽车，包括车架（10），在车架（10）的前端对称设有两个固定轴（16），两个固定轴（16）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（16）悬挂在车架的前端，其特征在于：所述的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，在车头引擎盖上面和车顶上面还设有太阳能发电装置(3)，发电机（2）和太阳能发电装置（3）各自的输出端分别通过发电控制器（4）与储电系统（5）的输入端电联接，储电系统（5）通过驱动控制器（6）与驱动电机（7）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（17），挡风板（17）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（12），在叶轮（1）的一端固定连接有传动轮盘（105），传动轮盘（105）通过传动链条（14）和换向离合器（13）与燃料微型发动机（12）的输出轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种风能、太阳能与燃料动力混合发电的电动汽车，其特征在于：所述的车架（10）上还设有外接电源充电接口（15），外接电源充电接口（15）与储电系统（5）电联接。

3.如权利要求1所述的一种风能、太阳能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所述的一种风能、太阳能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所述的一种风能、太阳能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所述的一种风能、太阳能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（16）上。

7.如权利要求1所述的一种风能、太阳能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（17），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所述的一种风能、太阳能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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