CN114408031A - 通过车外流场改善进行能量收集的汽车尾翼及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过车外流场改善进行能量收集的汽车尾翼及汽车,所述汽车尾翼的尾翼单元包括单元结构件、支架和设置于单元结构件内的微型发电装置(8),所述单元结构件进一步包括:上、下扰流板,与上、下扰流板围成通风通道的侧壁(5),及设置于通风通道内的风扇(6),所述通风通道的入风口(1)为由上扰流板(3)前端、下扰流板(4)前端,及侧壁(5)前端围成的弧形方口,其出风口(2)为位于上扰流板(3)上的、开口竖直向上的圆形口,所述通风通道自所述入风口(1)到所述出风口(2)之间的管道逐渐收缩。本发明的整体结构简单,性能可靠,安装方便,在进行风能回收的同时,可以通过尾翼本身的结构提高车体稳定性。

Description

通过车外流场改善进行能量收集的汽车尾翼及汽车
技术领域
本发明涉及可进行能量回收的汽车及其尾翼的技术领域。
背景技术
大多数传统汽车的燃料能量只有15%到20%能转化成机械能,其余大部分都 被机件的摩擦、振动和车身周围的风阻等因素消耗。为了提高燃料能量的利用率, 可以尝试将浪费的一些能量重新收集并转换成电能提供给车辆,这就是“能量收 集”的概念。实际上,能量收集的概念已经出现超过10年了,一些市场已经成 功地采用了能量收集方法,如交通运输基础设施、无线医疗设备、轮胎压力检测 和楼宇自动化市场,然而由环境能源供电的系统一直很笨重、复杂且昂贵,其实 际应用效果并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可对车外流场进行改善,从而对对汽车行驶过程 中产生的风能进行回收再利用的汽车尾翼及基于该汽车尾翼的能量可回收型汽 车。
本发明首先提供了如下的技术方案:
通过车外流场改善进行能量收集的汽车尾翼,其包括一个或多个尾翼单元, 所述尾翼单元包括单元结构件、设置于所述单元结构件内的微型发电装置(8) 和将所述单元结构件固定于汽车尾部上的支架,其中,所述单元结构件包括开有 圆形出风口(2)的上扰流板(3),与其相对的下扰流板(4),位于上、下扰 流板之间并与其围成通风通道的侧壁(5),位于通风通道内的风扇(6);其中, 所述上扰流板(3)为在出风口(2)前端一定范围内存在一定弧度、其它部分平 直的板状;所述下扰流板(4)包括一体化的位于所述风扇(6)进风端一侧的前 板及风扇(6)出风一端的后板,其中前板为与所述上扰流板(3)平行的平直板状,所述后板为朝向上扰流板(3)弯曲的弧形板状;所述侧壁(5)朝向所述上 扰流板(3)弯曲,其弯曲弧度以满足所述通风通道的走向为准,所述通风通道 的走向为:其入风口(1)由上扰流板(3)的前端、所述前板的前端,及两者间 的侧壁(5)的前端围成,其出风口为位于上扰流板(3)上的、开口竖直向上的 所述出风口(2);所述入风口(1)为朝向所述后板弯曲的弧形方口,且其上边 缘部分位于其下边缘部分的后方,即形成其上边缘部分的所述上扰流板(3)的 前端相对于形成其下边缘部分的所述前板的前端在水平距离上更靠近于所述出 风口(2),所述侧壁(5)还满足可使所述通风通道自所述入风口(1)到所述 出风口(2)之间的管道逐渐收缩,所述微型发电装置(8)设置于所述通风通道 内、并与车辆传感器和/或储能元件电连接。
发明人意外地发现,在上述结构下,气流通过通风通道后流速明显增加,其 流向由水平逐渐转换为垂直向上,形成特殊的内、外流场,在车辆行驶时,对车 外流场产生明显影响,不仅可增加风能/废气的转换效率,同时可明显增加汽车的 后轴正压力,提升其抓地力。
根据本发明的一些优选实施方式,所述下扰流板(4)的两侧分别设置有连 接槽(402)和插入头(401),相邻两个下扰流板(4)的连接槽(402)和插入 头(401)可进行插合。
根据本发明的一些优选实施方式,所述连接槽(402)和所述插入头(401) 均为T形。
根据本发明的一些优选实施方式,所述风扇(6)设置于所述微型发电装置 (8)的前端即更靠近入风口(1)的一端,所述微型发电装置(8)包括设置于 中心轴(801)上磁铁转子(804)和其对应的线圈定子(805),所述磁铁转子 内设有扇叶。
根据本发明的一些优选实施方式,所述微型发电装置(8)具体包括:在所 述中心轴(801)上通过轴承衬片和花键(802)依次安装的第一端盖(803)、 磁铁转子(804)、线圈定子(805)和第二端盖(806),其中所述磁铁转子(804) 内设置有所述扇叶、其圆环状架体上还设置有均匀分布的圆柱形磁铁。
根据本发明的一些优选实施方式,所述支架(9)包括架体(901)、设置于 所述架体(901)下端与汽车尾部表面接触的底座(902),和设置于所述架体(901) 上端与所述下扰流板(4)接触的支撑组件,其中,所述支撑组件包括一端与所 述架体(901)直接相连、另一端可在平面内左右摆动第一支撑件(903)和一端 与所述第一支撑件(903)直接相连、另一端可在平面内左右摆动的第二支撑件 (904)。
根据本发明的一些优选实施方式,所述微型发电装置选自微型交流发电机 (8)。
根据本发明的一些优选实施方式,所述单元结构件满足以下结构要求:在该 单元结构件的平面投影图中,以其所述前板与所述后板的交界处为原点建立坐标 轴,设定所述入风口(1)的下边缘即所述下扰流板(4)的前端对应A点、其上 边缘即所述上扰流板(3)的前端对应B点,所述出风口(2)靠近B点的一边缘 对应D点、另一边缘即所述侧壁(5)的终止端对应E点,所述上扰流板(3)的 后端对应F点,所述下扰流板(4)的后端对应G点,所述下扰流板(4)的所述 前板与所述后板的交界处在所述上扰流板(3)上的竖直投影对应C点,则A点 与B点间、C点与D点间、O点与E点间、O点与G点间分别形成
Figure BDA0003471830580000031
Figure BDA0003471830580000032
且满足:
Figure BDA0003471830580000033
Figure BDA0003471830580000034
Figure BDA0003471830580000035
Figure BDA0003471830580000036
其中,x表示坐标轴水平方向的距离,y表示坐标轴竖直方向的距离。
本发明进一步提供了含有所述汽车尾翼的汽车。
本发明可将行驶过程中车辆的振动和周围高速气流中的能量收集起来并转 换成电能,再提供给汽车雷达等一些耗电设备,从而使能源利用率得到有效提高。
本发明可有效地在汽车行驶过程中通过旋转收集风能,并将其转换成机械 能,进一步再转换为电能并通过储能元件进行储存,所储电能可给如倒车灯,倒 车雷达、倒车影像等微型耗电设备进行供电,其结构简单,性能可靠,加工安装、 拆卸均较方便,并可以根据实际情况调整单元数量从而适用于不同车型。
本发明的汽车尾翼克服了风道结构在工作过程中容易造成较大阻力、得到的 风能并不能超过阻力造成的损失,除了风道以外的尾翼部分均可以让流体顺利通 过,整体阻力较小,整个尾翼能量的利用率高,可在实际生产中大量使用。
本发明在进行风能回收的同时,可以通过尾翼本身的流体结构提高车体稳定 性,同时,整个尾翼的电路设计独立于车体的主电路系统,因此不需要耗费大量 的时间调整尾翼的电路设计,安装简单,成本较低。
附图说明
图1为汽车尾翼能量收集示意图。
图2为实施例中汽车尾翼的立体结构示意图。
图3为实施例中汽车尾翼单元正视图。
图4为实施例中汽车尾翼单元侧视图。
图5为实施例中汽车尾翼单元俯视图。
图6为实施例中多个尾翼单元的组合示意图。
图7为实施例中尾翼单元下扰流板结构示意图。
图8为实施例中尾翼单元下扰流板侧面连接示意图。
图9为实施例中尾翼单元下扰流板下表面连接示意图。
图10为实施例中微型发电装置的结构示意图。
图11为实施例中微型发电装置的风扇的等轴测视图。
图12为实施例中风扇的立体正视图。
图13为实施例中风扇的侧视图。
图14为实施例中尾翼支架立体结构示意图。
图15为实施例中尾翼支架侧视图。
图16为实施例中尾翼单元透视形态结构图。
图17为实施例中仿真分析结果示意图。
其中,1-入风口,2-出风口,3-上扰流板,4-下扰流板,M-微型发电装置, 5-侧壁,6-风扇,7-L型杆,8-微型交流发电机,9-支架,401-T形公头402-T形 连接槽,4S-下扰流板上表面,4D-下扰流板下表面,801-中心轴,802-花键,803- 第一端盖,804-磁铁保持架(转子),805-线圈保持架(定子),806-第二端盖, 901-支架架体,902-底座,903-第一支撑件,904-第二支撑件,D1-第一尾翼单元, D2-第二尾翼单元,D3-第三尾翼单元。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细描述,但需要理解的是,所述实施 例和附图仅用于对本发明进行示例性的描述,而并不能对本发明的保护范围构成 任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发 明的保护范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位 或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化 描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位 构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制;术语“第一”、“第二”、“第 三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性,此外,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可 以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以 通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术 人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照图1~5,本发明的一种具体汽车尾翼包括:一个或多个尾翼单元,所述 尾翼单元包括单元结构件、设置于单元结构件内的微型发电装置8和将所述单元 结构件固定于汽车尾部上的支架9,其中,所述单元结构件包括开有圆形出风口 2的上扰流板3,与其相对的下扰流板4,位于上、下扰流板之间并与其围成通风 通道的侧壁5,位于通风通道内的风扇6,其中,所述上扰流板3为在出风口2 前端一定范围内存在一定弧度、其它部分平直的板状,所述下扰流板4包括一体 化的位于所述风扇6进风端一侧的前板及风扇6出风一端的后板,其中前板为与 所述上扰流板3平行的平直板状,所述后板为朝向上扰流板3一侧弯曲的弧形板 状,所述侧壁5也朝向上扰流板3一侧弯曲,其弯曲弧度以满足所述通风通道的 走向为准,所述通风通道的走向为:其入风口1由上扰流板3的前端、所述前板 的前端,及两者间的侧壁5的前端围成,其出风口为位于上扰流板3上的、开口 竖直向上的所述出风口2;所述入风口1为朝向所述后板弯曲的弧形方口,且其 上边缘部分位于其下边缘部分的后方,即形成其上边缘部分的所述上扰流板3的 前端相对于形成其下边缘部分的所述前板的前端在水平距离上更靠近于所述出 风口2,所述侧壁5还满足可使所述通风通道自所述入风口1到所述出风口2之 间的管道逐渐收缩;所述微型发电装置8优选为微型交流发电机,并优选安装于 所述通风通道内、所述风扇6的后端(即更靠近出风口2的一端),其可进一步通过设置于所述后板与该微型交流发电机之间的L型杆件支撑及固定;所述支架 优选为倾角可调的支撑固定结构。
上述结构可改善汽车尾部流场,当汽车行驶时,气流从入风口1处所在平面 进入所述通风通道内,同时划过该尾翼上扰流板上表面及下扰流板下表面,由于 该两个上下表面间存在面积差,同时下扰流板存在弧度,因此气流的流动方向将 会发生改变,从而为车体尾部提供一定的下压力,改善尾部流场,在汽车行驶过 程当中,气流持续从入风口1处进入通风管道内,在风速达到一定程度后,通道 内部的风扇6随之转动,带动微型发电装置如微型交流发电机8发电,之后接入 对应的调节电路,可将风能转化成电能给汽车的小功率原件如汽车尾灯、倒车雷 达供电使其运作。
优选的,在一些具体实施例中,根据汽车的尺寸,可以选用不同数量的尾翼 单元,如参照图6,选择第一~第三3个尾翼单元D1~D3进行尾翼的水平扩展, 以适应不同汽车类型的需求。优选的,参照图7~9,可在每个所述尾翼单元的下 扰流板4的两表面(参照图17,其中AHOJ为下扰流板的上表面,KLGF为下扰 流板的下表面)分别设置T形连接槽402和T形公头401,根据相邻两个尾翼单 元的T形公头401与T形连接槽402的插合,将多个尾翼单元拼接组装成一个完 整的尾翼主体,并可进一步的,在各个尾翼单元的下扰流板上使用条形的蒙皮和 螺钉等进行紧固,使其不产生松动,该一些优选实施例可增加结构的灵活性、稳定性,并显著提升了安装、拆卸及后期维修的便利性。
优选的,在一些具体实施例中,参照图10~13,所述微型发电装置8包括在 中心轴801上通过轴承衬片和花键802依次安装的第一端盖803、磁铁保持架(转 子)804、线圈保持架(定子)805和第二端盖806,其中磁铁保持架804内设置 有扇叶、其圆环状架体上还设置有均匀分布的圆柱形磁铁,当扇叶转动时,可带 动中心轴801旋转,从而带动转子803旋转,输出交流电。
优选的,在一些具体实施例中,参照图14~15,所述支架9包括架体901、 架体901下端与汽车尾部表面接触的底座902,和架体901上端与所述下扰流板 特别是下扰流板前板接触的支撑组件,其中,所述支撑组件包括一端与所述架体 直接相连、另一端可在平面内左右摆动第一支撑件903和一端与所述第一支撑件 直接相连、另一端可在平面内左右摆动的第二支撑件904。
根据该优选实施例,在具体应用中,尾翼单元或其组合形成的尾翼主体与汽 车尾部表面接触后,可根据不同汽车尾部倾角对支架倾角进行调整,待调整至合 适角度后,根据不同使用者的需求可使用多种安装方式,如通过磁力较大的磁体 将支架9固定于汽车尾部或通过紧固件如螺丝等将其固定于汽车尾部。
优选的,在一些具体实施例中,参照图16,在侧视透视图中,取单元结构件 下端中间的节点O(即下扰流板4的前板与后板交界处)为原点建立坐标轴,入 风口1的下边缘即下扰流板4的前端对应A点、上边缘即上扰流板3的前端对应 B点,出风口2靠近B点的一边缘对应D点、另一边缘即侧壁5的终止端对应E 点,上扰流板3的后端对应F点,下扰流板4的后端对应G点,下扰流板4的前 板与后板交界处在上扰流板3上的垂直投影对应C点,A点与B点间、C点与D 点间、O点与E点间、O点与G点间分别形成
Figure BDA0003471830580000071
Figure BDA0003471830580000072
且满足:
Figure BDA0003471830580000073
Figure BDA0003471830580000074
Figure BDA0003471830580000075
Figure BDA0003471830580000076
如,在一个具体实施例中,各点坐标分别为O(0,0),A(-117,0),B(-75,64), C(0,64),D(70,66),E(130,66)F(154,66)G(154,37)。
参照图17,通过ansys fluent软件对采用该优选实施例的尾翼单元进行仿真 分析,可以看出尾翼单元减少了尾部气流的紊流,改善了尾部气体的流动,气流 在此区域的耗散减少,同时从出风口排出的气体,使汽车的尾部压力升高,增加 汽车的附着力,降低汽车的气动阻力,说明该尾翼单元在所设定风场中对尾翼周 围风场产生的影响,可改善汽车尾部风场。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式,本发明的保护范围并不仅局限于上 述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出, 对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下的改进和润 饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.通过车外流场改善进行能量收集的汽车尾翼,其特征在于:所述汽车尾翼包括一个或多个尾翼单元,所述尾翼单元包括单元结构件、设置于所述单元结构件内的微型发电装置(8)和将所述单元结构件固定于汽车尾部上的支架,其中,所述单元结构件包括开有圆形出风口(2)的上扰流板(3),与其相对的下扰流板(4),位于上、下扰流板之间并与其围成通风通道的侧壁(5),位于通风通道内的风扇(6);其中,所述上扰流板(3)为在出风口(2)前端一定范围内存在一定弧度、其它部分平直的板状;所述下扰流板(4)包括一体化的位于所述风扇(6)进风端一侧的前板及风扇(6)出风一端的后板,其中前板为与所述上扰流板(3)平行的平直板状,所述后板为朝向上扰流板(3)弯曲的弧形板状;所述侧壁(5)朝向所述上扰流板(3)弯曲,其弯曲弧度以满足所述通风通道的走向为准,所述通风通道的走向为:其入风口(1)由上扰流板(3)的前端、所述前板的前端,及两者间的侧壁(5)的前端围成,其出风口为位于上扰流板(3)上的、开口竖直向上的所述出风口(2);所述入风口(1)为朝向所述后板弯曲的弧形方口,且其上边缘部分位于其下边缘部分的后方,即形成其上边缘部分的所述上扰流板(3)的前端相对于形成其下边缘部分的所述前板的前端在水平距离上更靠近于所述出风口(2),所述侧壁(5)还满足可使所述通风通道自所述入风口(1)到所述出风口(2)之间的管道逐渐收缩,所述微型发电装置(8)设置于所述通风通道内、并与车辆传感器和/或储能元件电连接。
2.根据权利要求1所述的汽车尾翼,其特征在于:所述微型发电装置(8)选自微型交流发电机。
3.根据权利要求1所述的汽车尾翼,其特征在于:所述下扰流板(4)的上、下表面分别设置连接槽(402)和插入头(401),相邻两个下扰流板(4)的连接槽(402)和插入头(401)可进行插合。
4.根据权利要求3所述的汽车尾翼,其特征在于:所述连接槽(402)和所述插入头(401)均为T形。
5.根据权利要求1所述的汽车尾翼,其特征在于:所述风扇(6)设置于所述微型发电装置(8)的前端即更靠近入风口(1)的一端,所述微型发电装置(8)包括设置于中心轴(801)上磁铁转子(804)和其对应的线圈定子(805),所述磁铁转子内设有扇叶。
6.根据权利要求5所述的汽车尾翼,其特征在于:所述微型发电装置(8)具体包括:在所述中心轴(801)上通过轴承衬片和花键(802)依次安装的第一端盖(803)、磁铁转子(804)、线圈定子(805)和第二端盖(806),其中所述磁铁转子(804)内设置有所述扇叶、其圆环状架体上还设置有均匀分布的圆柱形磁铁。
7.根据权利要求1所述的汽车尾翼,其特征在于:所述支架(9)包括架体(901)、设置于所述架体(901)下端与汽车尾部表面接触的底座(902),和设置于所述架体(901)上端与所述下扰流板(4)接触的支撑组件,其中,所述支撑组件包括一端与所述架体(901)直接相连、另一端可在平面内左右摆动第一支撑件(903)和一端与所述第一支撑件(903)直接相连、另一端可在平面内左右摆动的第二支撑件(904)。
8.据权利要求1-7中任一项所述的汽车尾翼,其特征在于:所述单元结构件满足以下结构要求:在该单元结构件的平面投影图中,以其所述前板与所述后板的交界处为原点建立坐标轴,设定所述入风口(1)的下边缘即所述下扰流板(4)的前端对应A点、其上边缘即所述上扰流板(3)的前端对应B点,所述出风口(2)靠近B点的一边缘对应D点、另一边缘即所述侧壁(5)的终止端对应E点,所述上扰流板(3)的后端对应F点,所述下扰流板(4)的后端对应G点,所述下扰流板(4)的所述前板与所述后板的交界处在所述上扰流板(3)上的竖直投影对应C点,则A点与B点间、C点与D点间、O点与E点间、O点与G点间分别形成
Figure FDA0003471830570000021
Figure FDA0003471830570000022
且满足:
Figure FDA0003471830570000023
Figure FDA0003471830570000024
Figure FDA0003471830570000025
Figure FDA0003471830570000026
其中,x表示坐标轴水平方向的距离,y表示坐标轴竖直方向的距离。
9.含有权利要求1-8中任一项所述的汽车尾翼的汽车。
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