风力发电装置、包含该风力发电装置的汽车和交通工具制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种风力发电装置，其包括：径流式风轮(4)；设置在所述径流式风轮内部的发电机，该发电机的回转轴线与所述径流式风轮的回转轴线重合；包封所述径流式风轮(4)的风轮壳体(2)，该风轮壳体包括主体部(28)、进气通道(19)和排气通道(20)；以及与所述进气通道(19)连通的集风装置(1)。根据本实用新型专利技术的风力发电装置实现了发电装置体积最小化和风轮扭矩最大化，并有效解决了发电机的散热问题。

Wind power generation device, vehicle and vehicle comprising the same

The utility model relates to a wind power generation device, which comprises: centrifugal wind wheel (4); arranged on the centrifugal wind wheel generator inside the rotary axis of the generator, and the coincidence of rotary axis runoff type wind wheel; encapsulating the centrifugal wind wheel (4) of the wind wheel the shell (2), the wind wheel comprises a main body (28), (19) the intake passage and an exhaust passage (20); and the air inlet passage (19) communicated with the air collecting device (1). According to the wind power generation device of the utility model, the volume of the power generating device is minimized and the torque of the wind wheel is maximized, and the heat dissipation problem of the generator is effectively solved.

【技术实现步骤摘要】

本技术总体涉及风力发电装置，更具体地涉及电动汽车领域中的风力发电装置。本技术还涉及包含所述风力发电装置的汽车和交通工具。
技术介绍
随着传统风力发电技术的应用，在交通工具(如电动汽车)上利用风力发电的设想也开始涌现。早在上世纪中期就已经出现了类似的设想，并且一些汽车爱好者也曾做过诸多尝试，但均以失败告终。究其失败的原因，主要在于发电机的风轮的扭矩与汽车承受的风阻(空气阻力)之间存在矛盾。风力发电机依靠具有大扭矩的风轮来实现发电机的有效工作，而大扭矩需要由力臂较长的风轮叶片组成的风轮来实现。如常见的普通户外风力发电机的风轮直径几米至数十米不等，大的如同飞机机翼的长度；而小于1m的风轮所能带动的发电机通常只能用于进行局部照明。目前风力发电机的风轮形式主要包括轴流式风轮、离心式风轮和混流式风轮，其中，离心式风轮又可细分为前倾风轮、径向风轮和后倾风轮。下面参照不同的现有技术分析进行分析。专利CN 204210322U公开了一种汽车风力发电装置，其将风力发电机安装在车辆的顶部，巨大的轴流式风轮不仅破坏了汽车的外观，而且额外增加了汽车阻力，不可能实现能量的补充和回收。专利申请CN 104279127A和专利CN 203201725U公开了采用风轮机来带动发电机工作的装置，该装置是将两个电机分别固定在风轮机的两端。显然这两篇文献中的风轮的体积必须足够大(以使扭矩足够大)，才能提供足够大的力量用于同时克服两台发电机工作时产生的电磁阻力。基于公式Mm＝Pm/ω＝Pm/(2πn/60)可以知道，电磁阻力与风轮的转速成反比，又由于汽车自身空间有限，因而不能任意增大风轮的直径。所以，通常只能通过减少发电机阻力并对有限的风力加以利用来提高风轮转速，进而使发电机有效工作。因此，现有技术中的这两篇文献所提出的一个风轮带动两个发电机的方案削弱了风轮的工作效率，或者根本无法带动发电机有效工作。即使只带动一个发电机工作，但过长的联轴也同样会带来严重的动不平衡的问题。这是因为连接发电机一端的轴头承受更大的重量，在水平轴两端重量严重失衡的情况下发电机是不可能完成高转速运动的。另外，专利CN 203611772U、专利CN 201786563U以及专利CN 201442510U也都公开了类似的汽车风力发电装置。其中风轮的设计与专利CN 204210322U类似，都是采用了轴流式风轮。轴流式风轮的优点是触风面大，因而可充分利用风力资源。如户外风力发电装置多是采用轴流式风轮设计。然而，在空间有限的汽车上，轴流式风轮却存在很大的局限性。除了与车辆外观设计极不协调外，直径小于1m的轴流式风轮发电机的发电量不足1000w，而且体积如此之大的风机只能安装在车体之外。虽然理论上汽车行驶时所产生的风力要比自然风大而且稳定，但更小的轴流式风轮发电机安装在车体上仍然过大——例如风轮直径为0.5m的发电机是无法安装在车体内的。对于轴流式风轮发电机而言，其最大的制约是要求风轮前后空间开阔以保障风轮叶片的有效的旋转运动。当风轮背风面受阻时，其迎风面的风势也必将减弱，这就是轴流式风轮发电机无法安装在车体内的根本原因。即使将轴流式风轮发电机的风轮安装在汽车前挡位置(例如处于减小对车辆外观的破坏作用)，由于风轮背风处的空气不流通，风轮的转速仍将难以达到理想的状态。专利申请CN 103085673A、专利CN 202612001U以及专利CN 201457103U则给出了另一种采用径流式风轮来带动发电机工作的方案，但该径流式风轮只能安装在汽车的顶部或底部，实用性极低，不再赘述。专利申请CN 102463899A公开了一种方案，则是试图完全利用汽车前挡部分的各个位置来安装“风洞”以带动车体内的多个风力发电机工作，但其并未对汽车的外观和车辆空间的局限性加以考虑。此外，专利申请CN 101386270A公开了一种针对电动巴士的发电装置，其中发电机与风轮共轴地设置在该风轮的下方并且位于空气流通通道之外。以上现有技术均是针对风力发电技术在汽车领域的应用。但它们均未能在能量守衡与装置合理布局上实现平衡，或者忽视了车辆空间的局限性而盲目追求大风轮，或者忽视了必须要克服的电磁阻力以及轴流式风轮的旋转机理(即，在空气流动性差的空间里轴流式风轮不能高速运转)而盲目追求小风轮，或者忽视了汽车阻力而在车体外部安装风轮。此外，所述现有技术中，提出在车体内部安装风力发电机的方案忽视了一个致命问题，即发电机的散热问题。车辆机仓内的温度比车体外的温度高，因而必需及时消除发电机做功过种中产生的热量，否则散热问题将不可避免地加速发电机的损坏。实际上，按照风轮直径的推算公式得出的结果，风轮直径D似乎只能往无限大的方向发展才能确保风力发电技术的生存需要；其中：P—发电机设计输出功率，ρ－空气密度(标准大气状态：kg/m3)，V1－设计风速(风轮中心高度：m/s)，D－风轮直径(m)，η1－发电机效率，η1－传动效率，Cp－风能利用系数(计算时取额定风速下的Cp值)。由此能够确认的是，在这些决定发电机输出功率的重要参数中，η1和η2的技术含量无疑是阻碍发电技术长足发展的主因。以输出功率为1000W的高速风力发电机为例，其电机额定最高转速不会超过600r/min，由于“功率＝转速×扭矩”，那么在转速不变的情况下，提高发电机输出功率的办法只能是增加扭矩——即加大风力发电机的风轮直径，这是最容易想到并能实现的。反之，如果扭矩不变，增加转速也同样可以提升发电机输出功率。但这里面却存在一个普遍性的错误认识：认为既然转速与扭矩成反比关系，那么转速越快扭矩就会越小，不可能因此而提高发电机输出功率。该观点至少忽略了在这一关系式中只有当功率不变的情况下转速才会与扭矩成反比的前提。此外还忽略了另一个重要因素，即“力与力臂”的关系——传统的风力发电机由于可利用的风速有限(地表常见的风速多为2m/s-8m/s)，因而只能通过加大风轮直径来提高风力利用率及保证发电机输出电力所需克服的电磁阻力。但是既然我们知道扭矩和“力”与“力臂”成正比，那么在风力足够大且相对稳定的情形下——例如车辆行驶过程中，就可能设想到通过缩短“力臂”来提高风力发电在交通工具、尤其电动汽车上的实用性。然而由于交通工具内部空间十分有限，简单地缩短“力臂”而不充分考虑风轮与发电机合理的布局将会使“力”变得衰微而毫无实用价值。由此可知要将风力发电运用到电动汽车上，实现能够补充汽车动力的目的，就需要首先解决以下一些主要问题：其一、所占体积问题：由于汽车体积有限，故风力发电机的风轮的直径通常不可能超过1m。那么如何使小型风力发电机成功应用在汽车上并且达到大型风力发电机能够产生的效果，尚无相应对策。其二、行驶阻力问题：如果不考虑消费者对汽车外观的接受程度，将风力发电机安装在车辆的顶部或底部，可以使风轮直径尽可能地最大化。但这样做将无避免额外增加汽车承受的行驶阻力，导致发电机的功率损耗过大，得不偿失。此种方案已经实践证实并不具有实用意义。其三、安装位置问题：如果考虑消费者对汽车外观的接受程度，选择在汽车前挡位置安装多个微型风力发电机，这种情形下，风轮的背风面的气流将不通畅，致使空气流难以使风轮扭矩克服发电机的电磁阻力，从而导致输出功率很小。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电装置，包括：径流式风轮(4)，设置在所述径流式风轮内部的发电机(3)，该发电机(3)的回转轴线与所述径流式风轮的回转轴线重合，包封所述径流式风轮(4)的风轮壳体(2)，该风轮壳体包括主体部(28)、进气通道(19)和排气通道(20)，以及与所述进气通道(19)连通的集风装置(1)。

【技术特征摘要】
1.一种发电装置，包括：径流式风轮(4)，设置在所述径流式风轮内部的发电机(3)，该发电机(3)的回转轴线与所述径流式风轮的回转轴线重合，包封所述径流式风轮(4)的风轮壳体(2)，该风轮壳体包括主体部(28)、进气通道(19)和排气通道(20)，以及与所述进气通道(19)连通的集风装置(1)。2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述径流式风轮(4)包括：第一端盖(22)；与所述第一端盖(22)对向布置的第二端盖(23)，和沿周向设置在所述第一端盖(22)和第二端盖(23)之间用于使这两个端盖相互联接的多个风轮叶片(10)；其中，所述发电机(3)设置在由所述多个风轮叶片(10)、第一端盖(22)和第二端盖(23)共同限定的腔室(24)内。3.根据权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于：所述风轮壳体(2)能够使经所述进气通道(19)流入所述主体部(28)的空气沿周向与所述多个风轮叶片(10)的旋转方向一致地流动并经所述排气通道(20)离开所述风轮壳体(2),所述集风装置(1)的集风口(1a)面向进入空气流动的方向，并且所述进气通道(19)的进气口(19a)的取向始终与该集风口(1a)的取向一致。4.根据权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述进气通道(19)和所述排气通道(20)两者基本上平行地布置，使得该进气通道(19)的进气口(19a)和该排气通道(20)的排气口(20a)均面朝相同的方向。5.根据权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述进气通道(19)和所述排气通道(20)两者基本上平行地布置，且该进气通道(19)的进气口(19a)与该排气通道(20)的排气口(20a)面朝不同的方向。6.根据权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述进气通道(19)和所述排气通道(20)两者基本上垂直地布置，使得该进气通道(19)的进气口(19a)所在的平面基本上垂直于该排气通道(20)的排气口(20a)所在的平面。7.根据权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述进气通道(19)和所述排气通道(20)两者成一定角度地布置，相应地，所述进气口(19a)和所述排气口(20a)两者所在的平面也形成一定角度，所述一定角度在0°和180°之间的范围内。8.根据权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，所述发电机(3)包括：发电机外壳(21)；设置在所述发电机外壳(21)内的变速器(11)、发电机主机(...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锦林，
申请(专利权)人：郭全有，黄锦林，狄海林，张凯，
类型：新型
国别省市：山西;14