CN106286135A - 移动式风能发电站 - Google Patents

Abstract

本发明阐述了运用平衡力矩的技术在移动的运输载体上建立风能发电站的技术。长期以来围绕着汽车风能发电的技术问题，一直被能量守恒定律所制约。然而在人类生活的宇宙空间确实存在永动的规律。由于地球和月球之间存在着吸引力与惯性力的平衡关系，人类在日常生活中的拔河运动也是体现了平衡力的关系。如果把汽车的空气阻力等分成两个绝对的平衡力，把它变成汽车风力发电机的动力将是值得开发的技术。汽车风能发电机的技术依据，借鉴于地球和月球之间的平衡关系，构思了汽车在行驶中空气阻力对汽车反作用力的条件，运用经典力学《大小，方向，作用点》三要素理论，人为的通过技术手段把空气阻力变成了发电机空气动力。

Description

移动式风能发电站

技术领域

本发明涉及一种平衡风能发电机技术。可以在行驶的电动汽车、地铁、城铁、高铁等长距离快速行驶中，为车载蓄电池补充电能的技术。

背景技术

汽车在向前行驶中要克服滚动摩擦阻力、上坡阻力、加速阻力和空气阻力。其中空气阻力是汽车在高速行驶中最大的阻力因素，空气阻力是与行驶速度的二次方成正比。若汽车行驶速度増加一倍，空气阻力就是原来空气阻力的四倍，而空气阻力所消耗的功率是原车速消耗功率的八倍。根据互联网查到的资料显示，汽车在80公里的速度下行驶，其中60％的燃油消耗被空气阻力给吃掉了。因此，由第一辆燃油汽车发明至今一百多年的汽车发展史中，就这样眼睁睁的被空气阻力吃掉了地球上的石油资源。当今，在追求汽车高速行驶的现代生活里，仍然继续被每辆高速行驶的汽车肆无忌惮的蒸发了地球上宝贵的石油资源。而且，在消耗石油资源的同时又对地球造成了严重的空气污染。在全球范围内形成了石油资源匮乏和空气环境污染的两大世界性难题。由于能源和环境的问题迫使人们对电动汽车又开始重新重视起来。但是电动汽车也摆脱不了空气阻力对电能的消耗。相对而言电动汽车的空气阻力也在不断的吃掉地球上其它的能源物质。始终都在给人类赖以生存的地球造成了巨大的能源浪费。在日益庞大的汽车家族发展中，被空气阻力蒸发了的能源仍然是一个天文数字的消耗。如今国内汽车消费已进入高速増长时代，随后也带来了对成品油消费的迅速增长。中国自1993年成为原油净进口国，当年的依存度仅为6％，随后该数据不断飙升，2009年首次突破50％的警戒线，达到51.3％。2014年进口原油3.1亿吨，石油对外的依存度达到了59.6％。其中，有多少吨原油被空气阻力肆无忌惮的蒸发了，被空气阻力蒸发的石油资源永远也不会回到地球再生，并且继续的危害人类的健康。

能不能把汽车在行驶中被速度蒸发掉的能源通过发电机的技术手段，回收并加以利用减少对石油的浪费是汽车人梦寐以求的幻想。

发明内容

从目前的技术角度和传统的思维观念讲，利用空气阻力进行风能发电提高电动汽车的续航里程，直接触及了敏感的能量守恒定律原则性定义。这点只能说明在能量守恒定律的影响下，主观上臆断了永动机的概念。实际上汽车风能发电只不过是借助了汽车车身这个运动的载体，只是把已经被空气阻力吃掉了的那部分能源加以回收利用。最大限度的减少对能源的浪费，起到节约能源延长汽车的续航里程作用，而不是代替能源来驱动电动汽车。对于汽车的摩擦阻力、上坡阻力的消耗起不到任何作用。

在人类生活的地球上没有永动机的范例，但是，在人类生活的宇宙空间里却存在着永动机的现象。地球在46亿年漫长的生命演变中月球始终围绕着地球旋转，它们之间就呈现了一个完美的永动规律。月球即不会逃脱也不会被地球吸入，是因为地球和月球存在着一个引力和一个惯性力的平衡力关系。人类在日常生活中的拔河运动也是一种平衡力的体现。参加拔河运动的两个队各出20名队员，双方都使出了九牛二虎之力甚至连拔河的绳子部要拉断了还分不出胜负。两队之间的力量都哪里去了？随便那一方的合力都可以拉跑一辆载重汽车，就是拉不倒对方20人的合力。设想，如果把两个队的合力作用在一个点上，形成一对平衡的扭矩力矩，也就是两个方向相反的力在僵持中的能量和是不是可以利用呢？但是，在目前的日常生活中还没有实用的范例。比如要想抬起一个物体肯定会有人帮助抬它，绝对没有人去向下拉这个物体。同样，一个人推车另一个人肯定会同方向的去帮助推车，形成合力把汽车推走。

由于平衡力在目前的社会生产实践中没有用武之地，所以在生产实践中也没有以平衡力的原理去解决生产力的理论基础。目前，从互联网上也无法查找到相关平衡力是否成为生产力的报道。设想：如果把汽车的空气阻力等分成两个绝对的平衡力，把它变成汽车风力发电机的动力，将是一个值得开发利用的技术。汽车风能发电机的理论依据，也是借鉴于地球和月球之间的平衡关系，与拔河运动的启发，并且构思了汽车在行驶中空气阻力对汽车反作用力的条件，运用经典力学《大小，方向，作用点》三要素的理论，人为的通过技术手段把空气阻力一分为二变成了发电机空气动力。平衡力中存在着巨大的能量积累，就看怎样去利用和释放这部分能量了。

电动机主要由转子和定子组成，定子与电动机的底座相连安装在它的所需要的基础上。如果把电动机的定子也悬架起来，电动机的转子将和电动机的定子会自动形成一种力的平衡趋势，电动机的转子也就无法输出电动机的机械功率。由此可以得出结论，推动电动机转子的力，是来自电动机定子的磁场，而且电动机的定子必须经底座牢固的安装在它的工作基础上，才能有效的输出电动机的轴功率。既然电动机改变了它的安装规定，形成了无法输出机械功率的平衡状态，那么发电机转子和定子在平衡状态的条件下，也一定会受到外力的作用发电而不会对发电机支架产生力的传导。发电机的工作原理是电动机工作原理的逆变工况，发电机能够发电也是依靠发电机的转子切割定子磁场的磁力线而获取，根据牛顿经典力学第三定律，作用力和反作用力的解释，当发电机转子受外力的作用旋转切割定子磁场的磁力线时，定子磁场也会以相等的反作用力形成磁场阻力。所以发电机最大的阻力是定子与转子之间的磁场阻力。

由于安装在发电厂里的发电机它的底座与大地连接，发电机没有磁场阻力这个概念，它的磁场阻力被大地吸收了所以不会被人们所重视。如果把它安装在行驶的汽车上这个磁场阻力会通过发电机的底座转移到汽车的车身，最后这个阻力转移到汽车的车轮上增加了汽车的驱动力。对于这种阻力在汽车上的表现，通常把它误认为是空气的阻力而不是磁场阻力。也就是因为这个模糊的认识使得汽车风能发电在理论上得不到有力的支持。相反还会受到专家的指着。其实，对于安装在汽车上的发电机只存在两个阻力因素。一、发电机外形对空气的干扰阻力，如同反光镜或者在汽车的车顶上安装一个汽车备胎。根据空气阻力计算公式计算，其消耗的能量比较小对汽车的整体能量消耗影响不大。二、发电机的磁场阻力，磁场阻力才是真正消耗汽车能源的根源，所以，只要解决了发电机磁场阻力不被汽车车身吸收，汽车风能发电的技术就完全能够得以实现。依据对普通发电机在汽车上的阻力分析，只有改变了发电机本身的原始设计，才能解决磁场阻力对汽车的消耗。如果把发电机的定子磁场也悬空起来利用平衡力的理论条件，通过人为的技术手段制造一个力矩平衡的工作点，有效的克服了定子磁场的反作用力。最终达到抑制发电机定子的磁场阻力不会对车身进行转移。这就必须在行驶的汽车中发电机的任何时间点和空间点要达到如图1所示的平衡状态。发电机只要达到了平衡力矩的技术状态，移动式风能发电站的设想就可以成立。

附图说明

图1是平衡发电机的原理图。

图2是平衡发电机的结构剖面图。

图3是平衡发电机端盖碳刷与发电机线圈盘集电环的结构图。

图4是平衡发电机受风受力示意图。

图5是平衡发电机的做功旋转示意图。

附图1中标识：1、代表发电机主轴轴承。2、代表发电机转子的旋转方向。3、代表发电机的支架。4、代表发电机定子的旋转方面。5、代表发电机轴。

图中：发电机的转子2和发电机的定子4同时围绕发电机轴5向相对的方向转动。如果这两个力矩大小相等，方向相反，同时作用在发电机轴上，此时发电机轴的两个受力点相加，一定是0的工作状态。只要达到了平衡，发电机的电磁阻力会被平衡的力矩吸收了，也就不会通过发电机的支架对车身产生磁场阻力的转移。这一组平衡力矩的代数和是转子力矩+定子力矩＝0。发电机只要符合了这个数学式的条件，在行驶的汽车上发电机只会在较小的空气干扰阻力下，便可获得大于发电机空气干扰阻力所消耗能量的电能。得到产出大于消耗的结果。

附图2中标识：1、代表发电机外转子壳。2、代表发电机外转子轴承。3、代表发电机内转子轴承。4、代表发电机内转子扇叶安装盘。5、代表发电机内转子安装座。6、代表发电机支架。7、代表磁极。8、代表发电机碳刷。9、代表发电机电源接线柱。10、代表发电机主轴。11、代表发电机线圈集电环。12、代表发电机端盖。13、代表发电机线圈盘。

图中：发电机外转子轴承2和发电机内转子轴承3在一条直线上，同时作用在发电机主轴10这个作用点上。做到了平衡力的基本条件和特征并达到了平衡力矩的运动状态，发电机的磁场阻力就会被发电机的主轴吸收了。

附图3中标识：1、代表发电机线圈盘。2、代表线圈盘的集电环。3、代表发电机的外壳。4、代表碳刷架。5、代表接线柱。6、代表发电机主轴。7、代表发电机的端盖。

附图4中标识：1、代表发电机外转子扇叶。2、代表发电机内转子扇叶。

附图5中标识：1、代表发电机外转子的旋转方向。2、代表发电机内转子的旋转方向。

图4、5中：由于对发电机外转子和内转子的扇叶做了切入角的设定，同时通过计算扇叶的受风受力面积相等，在汽车向前行驶时发电机会自动的平分这部分空气阻力。

具体实施方式

本发明的设计思路为：在有条件的行驶的运载车辆上，结合车辆的空间位置，安装N台风能发电机组。有效的在车辆行驶状态中捕捉瞬间的风能能量，及时的回补给车载蓄电瓶。

具体实施方式：以国产纯电动汽车为实施例，目前所运行的电动汽车还没有给风能发电机留出适合的位置，尤其是各个汽车生产厂家的车型，大小，使用功能等各种原因根本无法统一设计。这就需要对汽车车身及底盘做相应的调整，确保每台风能发电机的受风力矩达到最佳状态。只要安装图2所标识的平衡风能发电机，就可以对汽车起到回补电能的作用。

不管你愿意不愿意接受，汽车只要向前行驶空气阻力便开始相伴而生。而且是永远不可避免和永远产生的瞬间现象。这个瞬间恰好给汽车风能发电创造了一个风能发电的微环境。其一、汽车在向前行驶中风向绝对稳定。其二、汽车在匀速行驶下风速相对稳定。这种风能你不去利用它就会即刻消逝(可以用毫秒来计算)，而且是花了巨大的能源代价转换而来的不用白不用。你即使不用也不会减轻空气阻力对汽车驱动力消耗。也可以说汽车在行驶中所产生空气阻力的同时，也具备了风力发电的潜在能量，汽车的空气阻力也正是风能发电的必要条件。如果有效的利用了这种克服不掉的空气阻力，通过平衡风能发电机捕获了被空气阻力吃掉了的那部分能量。事必是把已经浪费了的能源有效的回收利用。

除了汽车还有地铁、城铁、高铁等，都是以能源来驱动的运载工具。同时也都存在能源消耗和能源蒸发的问题。以城市地铁为例；牵引地铁列车的能源是北京的城市电网。每辆地铁列车由6节车箱组成，除了驱动地铁列车电动机的消耗外，其空调、照明也在消耗城市电网的能量。每节车箱空调制冷功率为两台21.9kw的风冷机，COP能效系数按1；3计算每节车箱空调耗电(21.9×2÷3＝14.6kw)，车箱照明及电动门约为1.6kw，合计约16.2kw，整列列车约100kw(16.2×6＝97.2)。为了有效的节约能，源驱动地铁列车的电动机由城市电网提供，其空调、照明的负荷消耗由风能发电机来承担。

地铁列车基本在每小时60至70公里的时段运行，按照地铁列车行驶的速度生产3-5kw的发电机，在每节车箱底部倒挂4-6台风能发电机并配备相应的蓄电池和一套发电调节器。就可以减少对电网的用电负荷。虽然一台发电机的功率极其有限不足以解决用电的饥渴，但是，以发电机的集群技术还是可以解决的，毕竟无数的发电机可汇集亿兆w的能量。可以认为行驶中的地铁列车既是消耗能源的主体、又是产生风力能源的载体。一辆地铁列车所节约的电能微不足道，整个路网地铁列车所节约的电能加起来，一定可以减轻城市电网的压力。同时也是降低了对能源的消耗。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种平衡发电机的技术设计方法。普通的发电机定子被固定在发电机底座上。不能与发电机转子作相对的旋转运动。由于平衡发电机需要扭矩力的平衡。故必须改变发电机的原始结构，本发明采用定子单侧端盖悬架技术解决了定子的旋转技术。

2.由于旋转的定子或转子需要把发电机所获得的电能输送，故采用被旋转的线圈装置增加集电环的技术，通过集电环被发电机固定端盖上的碳刷架接收，达到输出的目的。

3.根据权利1要求所述的技术设计方法其特征在于移动发电站的技术；其特征在于：在移动的运载车辆上建立发电站。