风电蓄能电动车.pdf

本发明是一种电瓶启动，行驶中依照风力发电机工作原理补充蓄电池能量的风电蓄能电动车。
    自从1886年德国工程师特利布·戴姆勒在众多发明的基础上，制成了人类第一辆四轮汽车之后，汽车就一直是以汽油机、柴油机为驱动力，以汽油、柴油为动力源的燃料汽车。燃料汽车具有功率大、速度快、行程远等优点，是所有无轨电车、有轨电车和电瓶车所望尘莫及的，已成为现代城镇郊及边远地区交通、旅游和运输的重要工具。但是，因为它是以液化燃料作为动力源，所以车辆启动后产生的噪音和废气污染又成为一大公害，直接威胁着人们的身心健康。为了解决这些问题和从节能方面考虑，国外一些发达国家已陆续研制出太阳能车和依靠蓄电池电力驱动的电动车。这两种车虽然都解决了燃料汽车的噪音和污染问题，然而，太阳能车行驶要受到天气的制约，电动车除了在功率、速度、行程上不如燃料汽车外，行驶中随着蓄电池电能的消耗，动力也会逐渐下降，而且每次充电既费时，又费力。如此两相比较，上述两种车的性能与燃料汽车差距颇大。所以，若要取代燃料汽车，则不但要解决噪音和污染问题，还要具备燃料汽车相同或近似的优良性能。目前，国外正努力研制高效能蓄电池，以提高电动车的性能。

    本发明的目的旨在节约能源，在电动车的基础上，制造以蓄电池电力驱动，行驶中利用风力发电机补充蓄电池电能，延长蓄电池组的额定电压时间，减少充电频率，增加续驶里程，使其更加接近燃料汽车优良性能的风电蓄能电动车。

    本发明以如下工作原理实现发明目地：在前、后桥的垂直中心上方，四车轮轮辋内侧，紧固四台由发电机和增速器组成的水平轴风力发电机，四台水平轴风力发电机增速器转轴伸向四轮。在每个增速器轴端联接一个万向节，万向节的另一端联接在一个直径小于车轮半径、由两个背锥相联的双圆锥外齿轮中心部位，该齿轮与车轮轮辋内壁的双圆锥内齿轮相互啮合，如此联接后，当蓄电池电力驱动车辆行驶时，车轮轮辋上的双圆锥内齿轮就会带动与其相啮合的双圆锥外齿轮转动，双圆锥外齿轮通过相联接的万向节，带动与万向节相联的风力发电机增速器转轴和发电机轴旋转，使四台水平轴风力发电机发挥出风轮叶片旋转发电的功能，不断地向蓄电池补充电能。

    本发明的风电蓄能电动车以蓄电池电力驱动车辆行驶，风力发电机将车轮滚动产生的多（剩）余旋转动力和行驶惯性动力，转变为电能输送给蓄电池，用这种浮充方法，使风电蓄能电动车蓄电池组的电压和电流长期保持较稳定状态，能够减少蓄电池的充电次数，极大地提高风电蓄能电动车的功率和续驶里程。

    下面结合附图对风电蓄能电动车作进一步的详述：

    图1是四台水平轴风力发电机布置图;

    图2是水平轴风力发电机与万向节联接图;

    图3是车轮钢圈剖视图和左视图;

    图4是双圆锥外齿轮剖视图和左视图;

    参照图1。在风电蓄能电动车前桥（1）和后桥（2）的垂直中心上方，在四车轮（3）内侧，紧固四台由发电机（4）和增速器（5）组成的水平轴风力发电机。参照图2。四台水平轴风力发电机（4）增速器（5）转轴（6）上，均套装一个有防尘罩的滚动轴承（7），转轴端（8）与万向节叉的一端（9）制成棱形轴、套状相互联接，并用螺丝穿进套孔（10）顶紧棱形轴端（8），使两部件紧密套（铆、焊）接。万向节突缘叉（11）形状不变，联接方法见后述。参照图3。在四车轮（3）旁，沿车轴垂直中心线，两个半圆形隔尘板（12）对合一起，被螺丝穿过螺孔（13）固定在车轴上。四车轮（3）钢圈（14）上的轮辋凸缘（15）内，制成滚动轴承（16），隔尘板（12）周边与滚动轴承（16）内圈接合。在车轴垂直中心线上方，隔尘板对合处，是一个同发电机（4）增速器（5）转轴（6）上的滚动轴承（7）外直径大小相等的圆形孔（17）。在轮辋（18）内壁（19）隔尘板（12）旁，是由两个内圆锥齿轮合制而成的一个双圆锥内齿轮（20）。在该齿轮凹处（21），用内方螺丝将双圆锥内齿轮（20），安装在轮辋（18）内壁（19）上。参照图4。与双圆锥内齿轮（20）啮合的，是由两个背锥（22）相联接而制成的一个双圆锥外齿轮（23），其一侧的中心部位的四个螺孔（25），与万向节突缘叉（11）用螺丝联接起来。该齿轮的结构分为中心轴和轮齿两部分，其滚动联接处（24）同自行车飞轮工作原理相同，即车辆前进时，整个齿轮随车轮一起转动，而当车辆倒车时只有轮齿随车轮转动，齿轮中心轴部分不转动。风电蓄能电动车水平轴风力发电机与其他机件联接方法如上所述。当风电蓄能电动车在蓄电池电力驱动下行驶时，固定在车轮（3）轮辋（18）内壁（19）的双圆锥内齿轮（20）也一起转动，带动双圆锥外齿轮并通过相联接的万向节突缘叉（11）、万向节叉端（9），增速器转轴（8）、（6），带动风力发电机增速器轴转动，从而使水平轴风力发电机（4）旋转发电，向蓄电池输入电能，实现本发明的目的。

    风电蓄能电动车可以制成FD-A型电动车、FD-B型电动车两种。FD-A型电动车是在每根车轴上靠车轮的内上侧，安装两台风力发电机;FD-B型电动车是除前轴外，在每根车轴上靠车轮的内上侧安装两台风力发电机。为减少在输电过程中电能的损耗，可以将各风力发电机的输电线串联通向蓄电池组或采取风力发电机并网发电的方法（并联输电），并在输电线上分别接上由节压器、节流器和断流器组成的直流发电机调节器（也可以采用改进的风力发电机充过放保护装置和转速控制装置，用以保护蓄电池，使发电机工作平稳）。节压器的作用是：当风力发电机电压达到限额后，自动使电压不再随转速升高而升高，避免风力发电机串联电压过高充坏蓄电池极板。节流器的作用是：自动控制发电机输出的电流，使它不超过允许限度，保护发电机电枢不被烧坏。断流器的作用是：当发电机串联电压超过蓄电池电压而达到一定数值时，自动将两个电源间的电路接通，保证发电机向用电设备供电并向蓄电池充电;当发电机电压低于蓄电池电压时，自动将两个电源间的电路切断，以防蓄电池向发电机大量反向放电，烧坏电枢线圈。风力发电机增速器转轴套接上或做成齿轮，经过传动齿轮与后驱动桥桥壳内的齿轮相啮合，利用其多余动力使风力发电机发电。与上述同理，前轴做成后驱动桥式样。但由于前轮具有转向的功能，所以，将半轴在前轮转向处断为两节，由万向节联接起来，使其在车辆直行或转弯时，都能够把车轮的旋转动力，由半轴的一端传递到另一端（在此须注意：车轮转向角度要同万向节的角度相同），使风力发电机增速器转轴通过一个齿轮箱得到半轴传递来的动力，带动风力发电机旋转发电。风力发电机不仅可以在机动车上同车轮联接发电，也可以同列车、地铁列车、拖拉机等所有机动车辆的车轮联接，使其发电蓄能，亦可应用在飞行器上，将飞行中的空气阻力转变为电能输送给蓄电池。用离合器装置控制风力发电机与车轮离合，以便电动车在起步、加速等需大能量时，使两部件分离，在较平稳的速度行驶时，两部件再啮合，但如果选用高效低风速风力发电机，则可以不需要离合器装置（如选用2.5米/秒微风即可发电的风力发电机，因其发电时所需的动力很小，所以加上它不会增加能量的损耗，也不影响正常车速和功率，正如同一个普通人用绳子系在汽车上用力拉，汽车却丝毫不用费力，也不用加大油门就可以把人拉走一样）。在应用中，可以采用水平轴风力发电机，也可以采用立轴式风力发电机，两者功能相同，只不过是联接方法不同罢了。电动车若不采用四轮转向，则后桥上的风力发电机增速器转轴就可以直接与两背锥相联的双圆锥外齿轮联接。如后桥上的风力发电机增速器转轴套接或做成齿轮，轮辋内壁亦做成齿轮，使两部件齿轮联接传递动力。两背锥相联的双圆锥外齿轮可做成如自行车飞轮的样式，与车轮上相应的齿孔相啮合。若双圆锥内齿轮不做成一个整体，而是制成两半圆部分则更加有利于装卸维修。车轮轮辋凸缘内的滚动轴承内圈的宽度，应略小于外圈，以免转动时与其他部件产生摩擦。滚动轴承内圈内壁做成沟槽状，使隔尘板边缘进入沟槽内，会增加隔尘效果;隔尘板边缘也可套上橡胶套，以增加与滚动轴承内圈的密封性。风力发电机外壳可做成能承重量的，将钢板弹簧和减震器置于上面，也可另移别处。双圆锥内、外齿轮可以选用硬质塑料做成。风力发电机可根据车辆的功率、重量和蓄电池组的电压要求等因素来选择。可选用低车速、中速和高速发电几种不同功率的风力发电机，这样，电动车及列车等上面的蓄电池就不仅在中、高速时，而且，在低车速时同样能够得到风力发电机输出的电能。如：桑塔纳轿车车轮外直径约630毫米，车轮周长约为1.978米。若车速为10公里/小时时，车辆移动时速是10000米/3600秒，约合2.777米/秒。该车轮旋转一圈（车轮周长）是1.978米，用2.777米/秒除1.978米，得知：车轮在单位时间转了约1.4圈/秒。又因为，同风力发电机增速器轴相联的双圆锥外齿轮的外直径小于车轮半径，所以，根据双圆锥内、外齿轮的齿数，就能够计算出风力发电机增速器转轴及发电机每秒的转数，再根据电动车各阶段行程（如10公里/小时，20公里/小时……）中车轮的扭力和各种风力发电机增速器轴作功时的扭力，计算出不影响电动车在正常行驶时允许附加的扭力，从而根据不同的需要来选择所需功率的风力发电机。