CN104061130B - 一种应用于纯电动汽车的风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于纯电动汽车的风力发电装置，包括集风罩、风轮、轴承、联轴器、发电机和充电控制电路。所述集风罩安装在汽车前舱内，集风罩内安装有风轮，末端开有出风口，出风口后面连接气流疏导管路，风轮包括动力轴和五个翼型叶片，所述动力轴通过联轴器与发电机相连接，发电机通过导线连接充电控制电路，所述发电机和充电控制电路均固定安装在前舱车架上，发电机工作产生的电能经充电控制电路后储存到电池中。本发明能够有效地降低汽车行驶过程中始终存在的风阻，并实现部分能量回收，能在一定程度上提高纯电动汽车的续航里程。

Description

一种应用于纯电动汽车的风力发电装置

技术领域

本发明涉及一种纯电动汽车能量回收装置，特别涉及一种减小汽车行驶风阻、回收能量以提高纯电动汽车续航里程的风力发电装置。

背景技术

目前，随着汽车保有量的不断增加，能源危机越来越受到社会的关注。如何在不改变现有车体外形的情况下实现纯电动汽车能量回收成为汽车制造业者和相关从业人员所亟待解决的技术难题。

动力电池是纯电动汽车的唯一动力源，电池组容量对电动汽车的续航里程有至关重要的影响。风阻在汽车行驶过程中是始终存在的，而且在汽车高速行驶时，风阻对能源的消耗是最主要能耗之一，这对电动汽车的续航里程产生较大影响。风能是一种清洁能源，将风力发电技术应用在电动汽车上，用汽车高速行驶时的阻力风带动风轮驱动发电机发电，通过合理设计减小风阻的同时进行部分能量回收，不仅能节省能源消耗，而且能够提高电动汽车的续航里程。如何实现对风能的利用，人们进行了各种尝试。中国专利文献资料公开的一种车用风力发电装置[申请号:201020649114.6 公开号:CN 201941609 U]，其特点在于，在车顶安装风力发电机的壳体、风扇和发电机，利用汽车行驶的迎面风带动风轮转动进行发电，该设计的缺点在于极大地增大了汽车的迎风面积，增加了汽车的行驶阻力。同时车顶风扇的转动噪声会影响成员的乘坐舒适性；另一种风能助力电动汽车[申请号:201010500090.2 公开号:CN 1O2442216 A]，其特点在于, C型风轮位于车身前舱内, 车身前舱盖上设有若干鳃状出气口。该设计的缺点在于风轮安放在前舱正中间的位置，占据了空调系统冷却水箱的位置。前舱盖上开出气口，雨水很容易进入前舱，带来安全隐患。此外，汽车底盘开出风口，影响高速行车稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种减小汽车行驶风阻、回收能量以提高纯电动汽车续航里程风力发电装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种应用于纯电动汽车的风力发电装置，包括集风罩、风轮、发电机和充电控制电路，所述集风罩安装在汽车前舱内，所述集风罩前端开有进风口，所述进风口的风口一侧设有若干导流板，所述集风罩后端开有出风口，所述出风口后面连接气流疏导管路，所述集风罩内安装有所述风轮；所述风轮包括叶片和动力轴，所述叶片通过连接条连接所述动力轴，所述动力轴通过弹性注销联轴器连接所述发电机，所述发电机通过导线连接所述充电控制电路。

本风力发电装置安装在汽车前舱内，这样做的目的是一方面在充分利用汽车前舱空间的同时利用前舱盖对装置起到较好的保护作用，不需要改变现有汽车外形，不会额外增加汽车的迎风面积，不会对汽车的使用造成不便；另一方面，本发明中集风罩前端进风口的一侧设有若干弧形的导风板，主要用来收集空调系统水箱冷却风扇的风，曲面的设计并设有弧形导流板能使风更顺畅的进入集风罩，避免风垂直吹向集风罩的内壳。考虑到纯电动汽车前舱内存在其它部件的布局，集风罩并非对称设计，风轮安装在集风罩的进风口和出风口之间；本发明中所述出风口在集风罩的末端，出风口主要起泄风的作用，汽车高速行驶时，经由进气格栅进入高速风和空调系统水箱冷却风扇的风会在前舱内形成较大的内循环阻力，安装此装置可以将上述两种阻力风收集到集风罩内，驱动风轮旋转后的气流经此出风口后面连接的气流疏导管路从车尾排出，避免集风罩内形成气阻的同时还能在一定程度上降低汽车前舱的内循环阻力，降低用于克服风阻的电能损耗。此外，气流从车尾排出不会影响高速行车稳定性。

作为本发明的进一步改进，所述进风口做成向内凹陷的曲面，且曲面向内逐渐缩小，所述进风口安装位置紧贴在空调系统冷却风扇之后，并包裹住进气格栅和冷却风扇。

进一步，所述进风口的风口一侧沿水平方向设置九片弧形导流板,每片所述导流板的两端与所述进风口的风口一侧上下内壁固定在一起，相邻两片导流板之间具有间隔。

上述集风罩装置改进的目的是可以最大限度的收集进入进气格栅的高速风以及空调系统水箱冷却风扇的风，随着集风罩的逐渐缩小，风进入集风罩后速度逐渐提高。上述两种进入集风罩且经加速的风一并用来驱动风轮旋转，提高了风能的利用率。

作为本发明的进一步改进，所述风轮沿圆周方向均匀布置五个叶片，每个叶片均由重量轻、强度高的碳纤维材料构成；

进一步，所述叶片的外形选用NACA6系列中NACA0018翼型结构，所述叶片为中空设计，内部填充支撑材料。

上述风轮和其内部的叶片结构改进的目的在于，所述风轮采用翼型风轮，风轮安装在集风罩内后端、出风口之前的位置，风轮叶片采用对空气气动性能的运用效率高的升力型垂直轴风力发电机翼型叶片，本发明对升力型垂直轴风力发电机的大型翼型叶片进行同比例缩小，保证它具有同等优秀气动性能的同时，还能在汽车前舱的集风罩内这种较为狭小的空间中发挥作用，实现能量的回收。本发明中选用风能利用率最高的NACA6系列NACA0018翼型，风轮采用重量轻、强度高、耐腐蚀的新型复合材料制成，翼型叶片采用中空设计，内部填充支撑材料以提高强度，具有启动风速低、转速高、高速旋转噪声小的优点。

进一步，所述动力轴平行于车身的宽度方向，所述动力轴两端沿圆周方向均匀布置五个凹槽，所述每个叶片贴近动力轴的侧面的两端均开有一个凹槽，所述连接条两端分别插在所述叶片和所述动力轴相对应的凹槽内。

进一步，所述动力轴的一端穿过集风罩壳体上的一个过孔，同轴承相连接，所述轴承固定在车体上，所述动力轴的另一端穿过集风罩壳体相对应的另一个过孔，且所述动力轴的另一端端口设有第一普通圆头平键，所述动力轴通过所述第一普通圆头平键同弹性注销联轴器的一端相连接，所述发电机的一端设有第二普通圆头平键，所述发电机通过所述第二普通圆头平键同弹性注销联轴器的另一端相连接。本发明中联轴器选用有弹性元件的挠性联轴器，汽车行驶过程中，由于路面不平、风轮转动等因素可能会引起集风罩的振动，而有弹性元件的挠性联轴器不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且还具有缓冲减振的能力，选用此种联轴器避免了风轮与发电机之间直接刚性连接，能更好的保证装置正常运转。

作为本发明的进一步改进，所述发电机和所述充电控制电路均固定安装在前舱车架上，所述发电机工作产生的电能经充电控制电路后储存到电池中。汽车高速行驶时，经由进气格栅进入前舱的高速风以及空调系统水箱冷却风扇的风被收集到进入集风罩中，高速气流带动风轮和动力轴旋转，动力轴通过联轴器驱动发电机转动，发电机工作产生的电能经充电控制电路后储存到电池中，驱动风轮旋转后的气流经集风罩出风口后面连接的气流疏导管路从车尾排出。

本发明具有以下有效成果：

1. 本发明所述装置可以在不改变车体外形的情况下，为纯电动汽车提供额外的供电系统以提高纯电动汽车的续航能力。

2. 本发明所述装置实现了风力发电技术的小型化、车载化，减少了汽车行驶过程中风阻对电能的损耗，同时实现了部分能量的回收。

3.本发明所述装置结构简单、成本低廉、安装方便、通用性强，具有良好的市场前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明应用于纯电动汽车的风力发电装置的整体设计示意图。

图2是本发明应用于纯电动汽车的风力发电装置的集风罩设计图。

图3是本发明应用于纯电动汽车的风力发电装置的风轮设计图。

图中：1-集风罩 ；2-风轮；3-动力轴 ；4-轴承；5-弹性注销联轴器；6-第一普通圆头平键；6-1-第二普通圆头平键；7-发电机；8-充电控制电路；9-出风口；10-翼型叶片；11-导流板；12-连接条；13-进风口。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例的实施方式，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

本实施例中选用奇瑞瑞麒M1-EV作为参照车型。本车型的前舱空间相对宽裕，只需对前舱中少许部件的位置稍作调整，便可将风力发电装置安装在汽车前舱内。

如图1-3所示，一种应用于纯电动汽车的风力发电装置，包括集风罩1、风轮2、发电机7和充电控制电路8，所述集风罩1安装在汽车前舱内，所述集风罩1前端开有进风口13，所述进风口13的风口一侧设有若干导流板11，所述集风罩1后端开有出风口9，所述出风口9后面连接气流疏导管路；所述集风罩1内安装有所述风轮2，所述风轮2包括叶片10和动力轴3，所述叶片10通过连接条12连接所述动力轴3，所述动力轴3通过弹性注销联轴器5连接所述发电机7，所述发电机7通过导线连接所述充电控制电路8。

作为本发明的进一步改进，所述进风口13做成向内凹陷的曲面，且曲面向内逐渐缩小，所述进风口13安装位置紧贴在空调系统冷却风扇之后，并包裹住进气格栅和冷却风扇。

作为本发明的进一步改进，所述进风口13的风口一侧沿水平方向设置九片弧形导流板11,每片所述导流板11的两端与所述进风口13的风口一侧上下内壁固定在一起，相邻两片导流板11之间具有间隔。

作为本发明的进一步改进，所述风轮2沿圆周方向均匀布置五个所述叶片10，每个叶片均由重量轻、强度高的碳纤维材料构成。所述叶片10的外形选用NACA6系列中NACA0018翼型结构，所述叶片10为中空设计，内部填充支撑材料。

作为本发明的进一步改进，所述动力轴3平行于车身的宽度方向，所述动力轴3两端沿圆周方向均匀布置五个凹槽，所述每个叶片10贴近动力轴3的侧面的两端均开有一个凹槽，所述连接条12两端分别插在所述叶片10和所述动力轴3相对应的凹槽内。

作为本发明的进一步改进，所述动力轴3的一端穿过集风罩壳体上的一个过孔，同轴承4相连接，所述轴承4固定在车体上，所述动力轴3的另一端穿过集风罩壳体相对应的另一个过孔，且所述动力轴3的另一端端口设有第一普通圆头平键6，所述动力轴3通过所述第一普通圆头平键6同弹性注销联轴器5的一端相连接，所述发电机7的一端设有第二普通圆头平键6-1，所述发电机7通过所述第二普通圆头平键6-1同弹性注销联轴器5的另一端相连接。

作为本发明的进一步改进，所述发电机7和所述充电控制电路8均固定安装在前舱车架上，所述发电机7工作产生的电能经充电控制电路8后储存到电池中。

为减轻风轮2的重量，制造翼型叶片10和连接条12均采用质量轻、强度高的新型复合材料——碳纤维材料，所述翼型叶片10为中空设计，内部填充支撑物。所述风轮2选用具有优秀气动性能且能在汽车前舱内集风罩1这种较为狭小的空间中发挥高效作用的翼型风轮。

本应用于纯电动汽车的风力发电装置的工作过程：

1）汽车高速行驶时，经由进气格栅进入前舱的高速风和空调系统水箱冷却风扇的风被收集到集风罩1中；

2）集风罩中的高速风驱动风轮2和动力轴3旋转；

3）动力轴3通过弹性柱销联轴器5和普通圆头平键带动发电机7转动；

4）发电机7工作产生的电能经导线传至充电控制电路8；

5）电能经充电控制电路后储存到电动汽车电池中，实现在汽车行驶过程中对风阻进行部分能量的回收，提高电动汽车的续航能力；

6）带动风轮2旋转后的气流经出风口9后面连接的疏导管路从车尾排出。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种应用于纯电动汽车的风力发电装置，其特征在于：包括集风罩(1)、风轮(2)、发电机(7)和充电控制电路(8)，所述集风罩(1)安装在汽车前舱内，所述集风罩(1)前端开有进风口(13)，所述进风口(13)的风口一侧设有若干导流板(11)，所述集风罩(1)后端开有出风口(9)，所述出风口(9)后面连接气流疏导管路；所述集风罩(1)内安装有所述风轮(2)，所述风轮(2)包括叶片(10)和动力轴(3)，所述叶片(10)通过连接条(12)连接所述动力轴(3)，所述动力轴(3)通过弹性注销联轴器(5)连接所述发电机(7)，所述发电机(7)通过导线连接所述充电控制电路(8)；

所述进风口(13)做成向内凹陷的曲面，且曲面向内逐渐缩小，所述进风口(13)安装位置紧贴在空调系统冷却风扇之后，并包裹住进气格栅和冷却风扇；

所述进风口(13)的风口一侧沿水平方向设置九片弧形导流板(11),每片所述导流板(11)的两端与所述进风口(13)的风口一侧上下内壁固定在一起，相邻两片导流板(11)之间具有间隔；

所述动力轴(3)平行于车身的宽度方向，所述动力轴(3)两端分别沿圆周方向均匀布置五个凹槽，每个叶片(10)贴近动力轴(3)的侧面的两端均开有一个凹槽，所述连接条(12)两端分别插在所述叶片(10)和所述动力轴(3)相对应的凹槽内；

所述发电机(7)和所述充电控制电路(8)均固定安装在前舱车架上，所述发电机(7)工作产生的电能经充电控制电路(8)后储存到电池中。

2.根据权利要求1所述的应用于纯电动汽车的风力发电装置，其特征在于：所述风轮(2)沿圆周方向均匀布置五个所述叶片(10)，每个叶片均由碳纤维材料构成。

3.根据权利要求1所述的应用于纯电动汽车的风力发电装置，其特征在于：所述动力轴(3)的一端穿过集风罩壳体上的一个过孔，同轴承(4)相连接，所述轴承(4)固定在车体上，所述动力轴(3)的另一端穿过集风罩壳体相对应的另一个过孔，且所述动力轴(3)的另一端端口设有第一普通圆头平键(6)，所述动力轴(3)通过所述第一普通圆头平键(6)同弹性注销联轴器(5)的一端相连接，所述发电机(7)的一端设有第二普通圆头平键(6-1)，所述发电机(7)通过所述第二普通圆头平键(6-1)同弹性注销联轴器(5)的另一端相连接。