CN202378717U - 一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车，轿车上方有1-2个与车体平行的翼板，车两侧装有车门护甲；翼板、护甲的上下表面及车体的表面上覆盖着光伏电池，光伏电池通过控制器、逆变器等与蓄电池联接。该电力轿车，增大了对太阳光的采集面积，增加了光伏电池的安装数量，并设有螺杆式空压机，利用飞行动力原理对车的升力进行控制，巧妙地增加对风能的利用。本实用新型以太阳能、风能为补充动力，大大节省了车辆行驶的动力，节约了汽油等能源。

Description

一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车
技术领域：
本实用新型涉及一种电动轿车，具体地说是一种节省动力的环保型电动轿车。
背景技术：
为应对行将枯竭的石化能源和减少温室气体排放的迫切需要，开发新能源汽车已成为世界汽车产业界的共识，在新源汽车研发中，电动汽车备受关注。
世界大多数国家的总发电量中，70％以上来自燃煤、燃油的火电厂。现行的纯电动车和电一电混合车的电能，均来自充电站(柱、桩)，而其源头是发电厂。显然，电动车所消耗的电力，并非零污染、零排放，其消耗的电力所造成能源损耗和CO2，NOx、Sox的环境污染，在供电的火电厂已先行排入了大气。
近些年来，人们争相试图将太阳能、风能运用做小汽车的动力，但成效不大。申请人认为，在当前技术条件下，完全依靠太阳能和风能做为小轿车的动力是难以实现的，理由如下：
一、就太阳能的利用而言：
其一、除了赤道区域外，在无定日系统的太阳能光伏板上，尤其在高纬度区，每天有效光照时间仅约4小时，所以每天获得的电能仅约400W/1.1m2，设车顶面积为1.5m2，仅可获得545.5w/天的电能；
其二、局部气象有很大的不确定性，城市中的建筑物等对其有不同程度的不利影响。即使采用最新型高效光伏组件，如三结砷化镓(GaAs)，其光电转换率达42.3％，是当前主流单晶光伏效率(17％)的2.4倍，也仅能获得1309.2W/天电能，这对于家用小轿车的能耗而言是微不足道的。
二、就风能的利用而言：
其一，我国大部分人口和城市皆集中在国土的中东部，故家用小轿车也集中在此区域。其中东部占国土面积50％，仅属风能可利用区，中部占国土面积24％，属风能欠缺区，其海拔高度总体在500m以内，合计平均大气密度ρ＝1.193kg/M3，年有效风能平均密度约75w/m2，当量风速＜4.84m/s(取为Uw＝5m/s)，设诸风机桨叶扫过总面积为A＝1 m2，仅获E*＝Cp×1/2ρUw3＝0.35×1/2×1.193×53＝26.1W/m2；
其二，已知输入风轮的能量(可视为小轿车行驶时的风轮风阻能耗——此处略去轮后风能)
Figure BSA00000648859700011
风轮可提取的最大理想风能E*max＝Cpmax·E*ln，式中Cpmax为风轮机风能利用系数，其极大值＝0.593，实际值为0.15～0.30，很少达到0.4；且风速越大利用系数越小，例Uw＝15m/s时，Cp＝0.175；Uw＝24m/S时 Cp＝0.059-0.043；尚未包括其后的发电机的效率(0.85)；
Figure BSA00000648859700012
即获得的能量仅为付出能耗的1/6～1/2.5。
上述推理和计算说明，车顶安装风力发电机动态利用风能的方法并不可取！但在适宜的风场环境中，仅在停车状态下获取风能(因不涉及小轿车的空气动力性能)，是可行的。
综上所述，就当前技术条件而言，太阳能和风能只能做为小轿车的补充动力，而充市电来补充电力则是不可或缺的。
实用新型内容
本实用新型目的在于，提供一种能够改变车身升力并节约动力的环保型电力轿车。
本实用新型是这样实现的
轿车上方安装有1-2个与车体平行的翼板；车门护甲及其机动旋转定位部件安装在车体两侧之车门外；翼板的上下表面及车门、车门护甲的内外表面、引擎盖、后厢盖和车体后立面上，覆盖着光伏电池；该光伏电池通过控制器、逆变器或变换器与蓄电池联接；在翼板的四角分别装有微型摄像头和红外测距仪。
所述翼板的纵剖面形状为上、下面倒置的低速五位数机翼(注：国标件)之翼形。翼板的弦长较车体长150mm±20mm。
所述低速五位数机翼，其上翼表面没有蒙皮；在翼型厚度平面内倒置安装两台盘形微型风电机或是两台小直径、大宽度的叶轮风电机，该盘形叶轮顶部外形的形成曲线投影与翼型厚度下端点前段翼型曲线的相应部分吻合；在风电机前后，设置有导流件。
驾驶室内设有对系统进行控制和显示的装置；在轿车的后备厢盖上，设置有两台兼具电风扇功能的可旋转至垂直位置的风电机；设有与主电机关联的离合器、螺杆式空压机和喷气管件，三者前后连接。
车体、翼板用碳纤维材料制成。
本实用新型之翼板具有如下功能：
车行驶时，翼板可将前方来气流产生的上浮力变成下压力，部分抵消了行车的提升(上浮)力，从而增加了轮胎的抓地力，从而提高了轿车动力的有效利用。
当该翼板正常安装时(即翼板的上翼面在上位，翼板的下翼面在下位)，则前方来的气流使翼板产生上浮力(升力)，若使升力的合力与车系统的重力靠近在小的距离内(可通过调整翼型厚度的弦向位置来实现)，则相对减小了车——人系统的总质量(前进时要克服的惯性质量)，从而节省了动力消耗；
当该翼板向反安装时(即翼板的上翼面在下位，翼板的下翼面在上位)，则前方来的气流使翼板产生向下的压力，因此增加了轮胎的抓地力，提高了车动力的有效利用。
去掉翼板的上翼面蒙皮，减小腹板宽度。对于利用翼板产生的绕流风力发电而言，其第一方案是：以倒置的盘式微型风力发电机的风轮顶部外形曲线局部代替部分翼型曲线；第二方案是：是用两台同轴安装的小直径、大宽度叶轮带动的发电机、公用轴承座系统，代替盘形风电机组。
两微型风力发电机安装在翼板的翼型厚度两侧腹板框架上，其轴向高度≤翼型厚度。
该微型风力发电机的机风轮直径，等于翼板宽度的1/2减去15mm，两轮中心距要保证其外径间隙≈5mm；
根据动力学试验结果，在风轮前后适当位置增设导流板(其中后置导流板可用光伏电池控制板等替代)，以其流经风轮顶部所在曲面的气流接近原有翼型的边界层流，同时保证风轮获得较大的风能；
当司机感知车发飘时(或车速达130km/h)经电脑指令使车尾的两台风力机处于垂直位置，车顶来的气流使之发电，向蓄电池充电，叶片同时产生向下的轴向力。发挥定风仪作用；在停车状态，自然风使之发电；
该电力轿车，增大了对太阳光的采集面积，增加了光伏电池的安装数量，并利用飞行动力原理对车的升力进行控制，巧妙地增加对风能的利用。本实用新型以太阳能、风能为补充动力，大大节省了车辆行驶的动力，节约了汽油等能源。
附图说明
图1、本实施例构造的主视示意图
图2、本实施例构造的俯视示意图
图3、本实施例构造的左、右侧视示意图
图4、图1中翼板的C-C剖面构造示意图
图5、图2中的D-D剖面构造示意图
具体实施方式
下面结合附图叙述一个实施例，对本实用新型做进一步说明。
1、在纯电动小轿车顶部用四个支杆3安装上下两个翼板：翼板6、翼板7。翼板的纵剖面形状为上、下面倒置的低速五位数机翼的翼型，其弦长等于该车总长加上150mm，其翼展等于车宽的最大尺寸(图1、图2、图3)。
图1、图3中的“A向”、“B向”表示观察的方向。
2、在上层翼板6的四角处，分别装有高清微型摄像头和红外前视装置17及红外测距仪18(每50毫秒扫描一次)以观测确定前、后方的信号、障碍物、车辆与其行驶速度和距离等，反馈给微电脑并执行其相关指令。
3、在车体两侧的东门外，各装有双联车门护甲及其机动旋转定位部件10，其固定点在东门上方。
4、为了在行车中获取风能而不额外增加风阻，采取了两个措施：
4.1、如图4所示。去掉翼板上翼面原有的蒙皮，减小腹板16宽度，且在翼板之翼型厚度平面内倒置安装两台盘式微型风电机5，两台盘式微型风电安装在翼型厚度的两侧腹板框架上，其轴向高度≤翼型厚度。该叶轮顶部外形的形成曲线投影与其顶点前段翼型曲线的相应部分吻合。或另一方案：如图5所示：用两台小直径，大宽度的风轮20、19、15风电机代替微型风电机5；并在盘式微型风电机前后设置导流件4和8，旨在尽力维持原有边界层流状态(导流件4也可呈反八字形，如双点划线所示)(见图2)；
4.2在轿车的后备厢盖上，设置有两台兼具电风扇功能的可旋转至垂直位置的风电机9、11、12；其推进式叶轮宽110mm、外径等于二分之一后备箱盖宽度减去15mm、两轮外径间隙约5mm。
5、轿车外表面的光伏电池分组覆盖：车顶附加板的上下表面，护甲外内表面、车门、车顶、引擎盖，后厢盖和车体后立面，分别覆盖以高效光伏电池或弱光性好的光伏，并通过微电脑与控制器、转换系统与蓄电池相联接；高效光伏电池为可印刷的三结(或双结)铜、铟、镓、硒(CIGS)型、或纳米复合薄膜硅型、单晶硅型。
也可不附加顶板、车门护甲和车尾风扇，仅在引擎盖、车顶、后厢盖可分别安装高效光伏，其余表面安装弱光性光伏并分别通过控制器、逆变器等与蓄电池联接；
6、装有微电脑和彩屏，用以对轿车的下述系统进行管理和控制——市电充电接头动力电机及其控制14、电机、离合器、螺杆泵、蓄电池逆变器(变换器)组及其管理、高清摄像头和红外前视仪17和红外测距仪18、微型风电机5或20、15、19、车尾风电及电力推进9、11、12、各个微电机车门护甲10、分组覆盖光伏2的管理，车内烟浓度、火焰检测与处理等全车所有系统所涉及的数据的采集、分析、决策、指令，保证在既高效接收太阳能、风能，又安全的状态下运行；
7、在下述状态下，会显著改变小轿车的工况——翼板7、翼6正向安装(上翼面在上)、车门护甲10在水平位置，车尾风机轴线水平，当小轿车高速行驶时，切断电机——车轮传动链，同步或微差闭合电机——螺杆泵传动链。可大大增加汽车的升(浮)力，若车体、翼板等采用碳纤维材料，小轿车可能做跳跃式前进，甚至在近路面飞行前进。

Claims (8)

1.一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车，其特征在于：轿车上方安装有1-2个与车体平行的翼板(7)；车门护甲及其机动旋转定位部件(10)安装在车体两侧之车门外；翼板的上下表面及车门、车门护甲的内外表面、引擎盖、后厢盖和车体后立面上，覆盖着光伏电池，该光伏电池通过控制器、逆变器或变换器与蓄电池联接；在翼板(7)的四角分别装有微型摄像头(17)和红外测距仪(18)。
2.根据权利要求1所述一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车，其特征在于：所述翼板(7)的纵剖面形状为上、下面倒置的低速五位数机翼之翼形。
3.根据权利要求2所述一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车，其特征在于：所述翼板(7)的弦长较车体长150mm±20mm。
4.根据权利要求2所述一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车，其特征在于：所述低速五位数机翼之翼形的翼板(7)，其上翼表面没有蒙皮；在翼型厚度平面内倒置安装两台盘形微型风电机(5)或是两台小直径、大宽度的叶轮风电机(20)，该叶轮风电机顶部外形的形成曲线投影与其顶点前段翼型曲线的相应部分吻合；在风电机前后，设置有导流件(4)。
5.根据权利要求1所述一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车，其特征在于：在车的后备厢盖上，设置有两台兼具电风扇功能的可旋转至垂直位置的风电机(9)。
6.根据权利要求1所述一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车，其特征在于：驾驶室内设有对系统进行控制和显示的装置。
7.根据权利要求1所述一种节省动力的环保型电力轿车，其特征在于：车体、翼板为碳纤维材料。
8.根据权利要求1所述一种改变车身升力并获取太阳能及风能的电动小轿车，其特征在于：设有与主电机关联的离合器、螺杆式空压机和喷气管件，三者前后连接。
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