风力发电装置、包含该风力发电装置的汽车和交通工具的制作方法

风力发电装置、包含该风力发电装置的汽车和交通工具的制作方法
【专利摘要】本发明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)。根据本发明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。
【专利说明】
风力发电装置、包含该风力发电装置的汽车和交通工具
技术领域
[0001] 本发明总体设及风力发电装置，更具体地设及电动汽车领域中的风力发电装置。 本发明还设及包含所述风力发电装置的汽车和交通工具。
【背景技术】
[0002] 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W失败告终。
[0003] 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Im的风轮所能带动的发电机通常只能用 于进行局部照明。
[0004] 目前风力发电机的风轮形式主要包括轴流式风轮、离屯、式风轮和混流式风轮，其 中，离屯、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。
[0005] 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。
[0006] 专利申请CN 104279127A和专利CN 20320172抓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。显然运两篇文献中的风轮的 体积必须足够大使扭矩足够大），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 =化/ω=化/(23in/60)可W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W，通常只能通过 减少发电机阻力并对有限的风力加 W利用来提高风轮转速，进而使发电机有效工作。因此， 现有技术中的运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。运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。
[0007] 另外，专利CN 203611772U、专利CN 20178656抓W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。
[000引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Im的轴流式风轮发电机的发电量不足lOOOw，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一-例如风轮直径为 0.5m的发电机是无法安装在车体内的。
[0009] 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W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，运就是轴流式 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W达到理想的状态。
[0010] 专利申请CN 103085673A、专利CN 202612001UW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，不再寶述。
[0011] 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"风桐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 W考虑。
[0012] 此外，专利申请CN 101386270A公开了一种针对电动己±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。
[0013] W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W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。
[0014] 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。车辆机仓内的溫度比车体外的溫度高，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。
[001引实际上，按照风轮直径的推算公式,叩;分.化.％ = 0'铅（,巧口2庐;公得出 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，P -空气密度(标准大气状态:kg/m3 )，Vi -设计风速(风轮中屯、 高度:m/s)，D-风轮直径(m)，ru-发电机效率，ru-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，在运些决定发电机输出功率的重要参数中，m和屯 的技术含量无疑是阻碍发电技术长足发展的主因。
[0016] W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60化/ min,由于"功率=转速X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 能是增加扭矩一一即加大风力发电机的风轮直径，运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W提升发电机输出功率。但运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运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"的关系一一传统的风力发 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一一例如车辆行驶过程 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。
[0017]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W下一些主要问题：
[0018] 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Im。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。
[0019] 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W使风轮直径尽可能地最大化。但运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。
[0020] 其Ξ、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，运种情形下，风轮的背风面的气流将不通杨，致使空气流难 W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。
[0021 ]然而目前的技术并未解决W上问题。
[0022] 因此，存在对完全克服前述现有技术中存在的种种弊端并能够在相对恒定的风速 下工作的风力发电装置的需求。运样的风力发电装置主要运用在交通领域中，其通过将在 交通工具行驶过程中的不同工况下产生的相对稳定的空气阻力转化为能够有效推动风力 发电机工作的风力，来实现减少纯电动汽车或混合动力汽车的充电时间、延长车辆行程同 时深度节能减排的目的。

【发明内容】

[0023] 本发明提供了一种能够解决上文提及的问题的风力发电装置。根据本发明，提供 了一种风力发电装置，包括:径流式风轮;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的风轮壳体，该风轮 壳体包括主体部、进气通道和排气通道；W及与所述进气通道连通的集风装置。
[0024] 本发明所提供的风力发电装置所具有的独特构造使之具有诸多益处。
[0025] 例如，因发电机直接设置在径流式风轮的内部，使发电装置的总长度被控制在一 定范围内，从而实现了风力发电装置体积的最小化。
[0026] 此外，由于发电机的回转轴线与径流式风轮的回转轴线重合，也就是说在发电机 被包封在风轮壳体内的前提下二者共轴布置，从而实现了风力发电装置动平衡的最优化。 如所属领域技术人员所知，转子转动时产生的不平衡量是因转子各段的质屯、不严格处于回 转轴线上引起的。那么，"同屯、不一定同轴"，因为轴一旦延长，任何工艺都难W确保其动平 衡处于标准范围内，因此长轴必须要粗制。但是同样的工艺条件下，"同轴必定同屯、"，所W 相比之下，根据本发明的风力发电装置其动平衡能够实现最优化。
[0027] 此外，根据本发明的风力发电装置还能实现扭矩的最大化。由于发电机与风轮同 轴地布置在该风轮内，因此风轮与发电机之间不存在"轴距"，也就是说在实现了动平衡最 优化的前提下，动平衡将不再成为制约风轮大小的因素。另外，由于例如电动汽车的轮胎之 间的轴距的限制，w及汽车内管路的限制，致使车辆机仓内的空间布局的高度可选而长度 一定，运使得根据例如车辆的具体情形来提高风力发电机风轮的扭矩将具有多样性的方 案。亦即，根据不同大小的车辆可W设计出具有不同扭矩的风力发电机，进而在相同的风速 下，风轮的扭矩能实现最大化，从而更易于克服发电机的电磁阻力来有效地提高发电机的 转速和功率输出。
[0028] 除上述有益效果外，根据本发明的风力发电装置还能有效解决发电机的散热问 题。具体地，当由外部进入集风装置进而流入进气通道中的空气推动风轮的风轮叶片旋转 时，由于发电机位于径流式风轮的内部并处于中央位置，则旋转的气流也将同时对发电机 起到风冷散热的作用。
[0029] 作为一种优选实施方式，所述径流式风轮包括:所述径流式风轮包括:第一端盖； 与所述第一端盖对向布置的第二端盖，和沿周向设置在所述第一端盖和第二端盖之间用于 使运两个端盖相互联接的多个风轮叶片;其中，所述发电机设置在由所述多个风轮叶片、第 一端盖和第二端盖共同限定的腔室内。
[0030] 作为一种优选实施方式，所述风轮壳体能够使经所述进气通道流入所述主体部的 空气沿周向与所述多个风轮叶片的旋转方向一致地流动并经所述排气通道离开所述风轮 壳体，所述集风装置的集风口面向进入空气流动的方向，并且所述进气通道的进气口的取 向始终与该集风口的取向一致。
[0031 ]作为一种优选实施方式，所述进气通道和所述排气通道布置成使得从所述排气通 道的排气口排出的空气不受阻滞地顺利排出所述风轮壳体。
[0032] 作为可选方案，所述进气通道和所述排气通道两者可基本上平行地布置，使得该 进气通道的进气口和该排气通道的排气口均面向进入空气流动的方向。作为另一可选方 案，所述进气通道和所述排气通道两者可基本上平行地布置，且该进气通道的进气口与该 排气通道的排气口不处于同一平面内。作为另一可选方案，所述进气通道和所述排气通道 两者可基本上垂直地布置，使得该进气通道的进气口所在的平面基本上垂直于该排气通道 的排气口所在的平面。作为又一可选方案，所述进气通道和所述排气通道两者可成一定角 度地布置，所述一定角度在0°和180°之间的范围内。
[0033] 根据本发明上述多种实施方式的构造和配置，使本发明的发电装置具有如下优 占. y ?、、·
[0034] 第一，因发电机直接设置在径流式风轮的内部，使发电机的总长度被控制在一定 范围内，从而实现了发电装置体积的最小化。
[0035] 第二，由于发电机的回转轴线与径流式风轮的回转轴线重合，也就是说在发电机 被包封在风轮壳体内的前提下二者共轴布置，从而实现了发电装置动平衡的最优化。如所 属领域技术人员所知，转子转动时产生的不平衡量是因转子各段的质屯、不严格处于回转轴 线上引起的。那么，"同屯、不一定同轴"，因为轴一旦延长，任何工艺都难W确保其动平衡处 于标准范围内，因此长轴必须要粗制。但是同样的工艺条件下，"同轴必定同屯、"，所W相比 之下，根据本发明的发电装置其动平衡能够实现最优化。
[0036] 第Ξ，能实现扭矩的最大化。由于发电机与径流式风轮同轴地布置在该径流式风 轮内，因此径流式风轮与发电机之间不存在"轴距"，也就是说在实现了动平衡最优化的前 提下，动平衡将不再成为制约风轮大小的因素。另外，由于例如电动汽车的轮胎之间的轴距 的限制，w及汽车内管路的限制，致使发电装置仓室内的空间布局的高度可选而长度一定， 运使得根据例如车辆的具体情形来提高风力发电机风轮的扭矩将具有多样性的方案。亦 即，根据不同大小的车辆可W设计出具有不同扭矩的风力发电机，进而在相同的风速下， 风轮的扭矩能实现最大化，从而更易于克服发电机的电磁阻力来有效地提高发电机的转速 和功率输出。
[0037] 第四，能有效解决发电机的散热问题。具体地，当由外部进入集风装置进而流入进 气通道中的空气推动风轮的风轮叶片旋转时，由于发电机位于风轮的内部并处于中央位 置，则旋转的气流也将同时对发电机起到风冷散热的作用。
[0038] 当然，除W上明确表述的四点外，本发明的风力发电装置还具有能够由其独特的 构造产生的其它优点，然而出于简明的目的，未在文中进一步描述运些优点。
[0039] 作为一种优选实施方式，所述发电机包括:发电机外壳;设置在所述发电机外壳内 的变速器、发电机主机和与该发电机主机电联接的控制器，其中，所述变速器能够带动所述 发电机主机运转，所述控制器能够向位于所述发电装置外部的蓄电池供电；和能够使所述 变速器和所述发电机主机与所述多个风轮叶片同步旋转的连接装置。优选地，所述连接装 置是设置在所述发电机内部的联轴。
[0040] 作为一种优选实施方式，所述第一端盖的端面上形成有用于与所述联轴机械连接 的凸轴，所述第二端盖在中央位置限定有端盖轴台。优选地，所述发电机外壳的第一端形成 有轴承座，该轴承座具有轴承座中屯、孔，所述发电机外壳的与所述第一端对向的第二端形 成有发电机外壳轴台，并且所述联轴穿过所述轴承座中屯、孔延伸W与所述第一端盖相对固 定地联接，从而使所述变速器和所述发电机主机能够与所述多个风轮叶片同步旋转。作为 一种可选实施方式，所述联轴由设置在所述轴承座上的第一和第二轴承支承。
[0041] 优选地，所述控制器通过输入线路控制所述发电机主机的电流并通过输出线路向 所述蓄电池供电。
[0042] 更优选地，所述输出线路设置在所述发电机外壳轴台中央，并穿过该发电机外壳 轴台、进而穿过所述端盖轴台W向所述蓄电池供电。
[0043] 作为一种优选方案，所述径流式风轮可W由高初度、高强度、耐高溫、耐腐蚀的轻 质材料制成。优选地，所述轻质材料可W是碳纤维、铁侣合金、尼龙或其组合。
[0044] 作为一种优选方案，所述集风口可W由高初度、高强度、耐高溫、耐腐蚀的轻质材 料制成。优选地，所述轻质材料可W是碳纤维、铁侣合金、尼龙或其组合。
[0045] 本发明还提供一种交通工具，其包括根据上述优选实施方式中的任一者所述的风 力发电装置。该交通工具还包括与所述发电装置的发电机的输出线路电联接的电路，该电 路用于将由所述发电机生成的、经所述控制器的整流单元转化的电能供给至该交通工具的 蓄电池。
[0046] 本发明还提供一种电动汽车，其包括根据上述优选实施方式中的任一者所述的风 力发电装置。该电动汽车还包括与所述发电装置的发电机的输出线路电联接的电路，该电 路用于将由所述发电机生成的、经所述控制器的整流单元转化的电能供给至该电动汽车的 蓄电池。
【附图说明】
[0047] W下结合附图进一步描述本发明的实施例。要说明的是，附图仅是示意性的，附图 中的尺寸并不表示本发明的实际尺寸，同时出于视图清晰和简明的目的，可能会省略某些 非必须的元素。其中：
[0048] 图1是根据本发明实施例的与蓄电池连接的示例性风力发电装置的示意图；
[0049] 图2是图1中的发电装置中的风轮及其壳体和集风装置关系示意图，其示出集风装 置的一种构型；
[0050] 图3是图1中的风力发电装置的示例性风轮壳体、风轮、第一端盖和第二端盖及第 一和第二轴承的关系示意图；
[0051] 图3a和图3b分别是图3中所示的第一端盖和第二端盖的示意图；
[0052] 图4示意性示出了图1的风力发电装置的发电机；
[0053] 图5是根据本发明实施例的径流式风轮的剖面图；
[0054] 图6是根据本发明实施例的电动汽车的一部分的示意图；
[0055] 图7是发电机壳体示意图；
[0056] 图8是区别于图2的不同实施例的示意图，其示出集风装置的另一种构型；
[0057] 图9是区别于图2和图8的不同实施例的示意图，其示出集风装置的又一种构型。
【具体实施方式】
[0058] 下面，将参照附图对本发明的具体实施例进行更加详细的描述，W帮助阅读者更 好地理解本发明的特征、优点或结构。其中，可能出现的设及相对取向的表述，例如"上 (顶r与"下(底r，"前"与"后"，"左"与"右"、"周陆'等，仅是针对附图本身或正描述的实施 例所呈现的方向来说明，而不会对本发明的任何实施方式造成不必要的约束。
[0059] 图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的风力发电装置100。风力发电装置 100包括径流式风轮4、设置在该风轮内部的发电机3、包封径流式风轮4的风轮壳体2, W及 与风轮壳体2气体连通的集风装置1。其中，发电机3的回转轴线与径流式风轮4的回转轴线 是重合的。风轮壳体2包括主体部28、进气通道19和排气通道20(图3)，并且集风装置1与风 轮壳体2的进气通道19相连通。参照图2、图3、图5和图8,在该优选实施例中，径流式风轮4包 括：多个风轮叶片10, W及位于多个风轮叶片10两端的第一端盖22和第二端盖23。其中，第 一端盖22的端面上形成有用于连接发电机3的凸轴16曰。第二端盖23在中央部分包括中空的 端盖轴台14a(图5)，端盖轴台14a具有中屯、孔23曰。发电机3设置在由运些风轮叶片10、第一 端盖22和第二端盖23共同限定的腔室24内，并处于该腔室的中央位置，如图1、图2、图3、图8 中所示。
[0060] 具体参见图4,可知在该优选实施例中发电机3包括发电机外壳21。发电机外壳21 的第一端形成有具有中屯、孔25的凹部26,该凹部用作轴承座。发电机外壳21的第二端形成 有发电机外壳轴台14。发电机3还包括设置在发电机外壳21内的变速器11、发电机主机12和 与该发电机主机通过输入线路27连接的控制器13。
[0061] 变速器11和发电机主机12通过能够使变速器11和发电机主机12与风轮叶片10同 步旋转的连接装置、诸如设置在发电机3内部的联轴16实现机械连接，从而使得二者能够与 联轴16同步旋转。运里的"连接装置"并不限于联轴16运种形式，所属领域技术人员已知能 够用于实现使变速器11和发电机主机12与风轮叶片10同步旋转的任意装置或结构都可应 用于本发明的相关实施例中。
[0062] 控制器13通过输入线路27控制发电机电流，并通过输出线路27a向放置在风力发 电装置外部的蓄电池5供电。
[0063] 当将径流式风轮4和发电机3组装在一起时，发电机3的联轴16延伸通过凹部26的 中屯、孔25与径流式风轮4的凸轴16a连接，并且在用作轴承座的凹部26(即，凹形的轴承座 26)内设置有第一轴承17。此外，发电机3的输出线路27a延伸穿过发电机外壳轴台14,而发 电机外壳轴台14位于径流式风轮4的端盖轴台14a内部，在发电机外壳轴台14与端盖轴台 14a的中屯、孔2：3a之间布置有第二轴承18。并且，径流式风轮4的风轮叶片10包围住发电机3。
[0064] 由于联轴16穿过凹形的轴承座26的中屯、孔25延伸而与第一端盖22的凸轴Ife相对 固定地连接，所W当径流式风轮4旋转时，凸轴16a带动联轴16同步旋转。
[0065] 当然，根据本发明的设计，配置方式是用径流式风轮4的风轮叶片10包围住发电机 3。在不背离W上设计的条件下，本领域技术人员可W想到除了 W上所述之外的径流式风轮 4和发电机3的其它可选装配方式。例如，发电机3的联轴16直接穿过径流式风轮4的壁中形 成的支承孔，发电机3形成有向壳体21内部延伸的外壳轴台，而非如图4中所示的向外延伸 的外壳轴台14,或还可W利用所述领域技术人员知悉的其它可W实现相同功能的配置，只 要所采用的装配方式能实现所述功能即可。
[0066] 对于与发电机相关联的组成部分(例如变速器11、发电机主机12、控制器等），凡所 属领域技术人员所知悉的配置、功能、用途等，将不在本文中进行具体描述W使描述简洁清 晰，并且运些配置、功能、用途等能够W任意适当的方式涵盖在本发明的实施方式中。显而 易见的是，运些W及下文中基于相同原因做出的省略并不会影响对本发明的理解。
[0067] 关于风轮壳体2的优选实施方式，可参照图2、图8和图9来理解。如图中所示，风轮 壳体2构造成使得经进气通道19流入风轮壳体的主体部28的空气能够沿主体部28的周向、 与风轮叶片10的旋转方向一致地流动，之后通过排气通道20离开风轮壳体2。
[0068] 进气通道19和排气通道20两者之间或平行设置或垂直设置或呈一定角度地设置， W使通过排气通道20的气体能够不受阻滞地排出风轮壳体2。其中，集风装置1的集风口 la 优选正好面对着进入空气流动的方向。此处，"进入空气流动的方向"是指与例如机动车行 进的方向（如图6中的所指示的方向）相反的方向，亦即，集风装置1的集风口 la始终面向 交通工具行进的方向（图6中的箭头C所表示的方向）。
[0069] 现在参照图2、图8和图9更具体地说明根据本发明实施例的风轮壳体2或集风装置 1的可选构型。
[0070] 图2示出风轮壳体2或集风装置1的一种可能的构型，其中，集气装置1的集风口 la、 进气通道19的进气口 19a正好面对着进入空气流动的方向A，如前文所述。而集风装置的排 气通道20则是基本上垂直于进气通道19设置。此外，还想到对该优选构型做出改进，W使排 气通道20与进气通道19之间形成范围在0°和90°之间的角度。
[0071] 图8示出风轮壳体2或集气装置1的另一种可能的优选构型，其中，集风装置1的集 风口 la、进气通道19的进气口 19a正好面对着进入空气流动的方向A，如前文所述的。而排气 通道20的构型则是从与进气通道19基本上平行地延伸过渡到趋向于与例如行驶表面垂直 或至少成一定角度，该角度也可W在0°和90°之间的范围内。
[0072] 图9示出风轮壳体2或集气装置1的又一种可能的优选构型，其中，集风装置1的集 风口 la、进气通道19的进气口 19a和排气通道20的排气口 20a^者所在的平面是交通工具、 诸如电动汽车的行驶过程中的迎风面。换言之，运Ξ个口所在的平面始终与行驶路面呈基 本上垂直的关系。
[0073] 在图2、图8、图9所示的可选实施方式中，箭头A代表空气流入进气通道19的运动方 向，箭头B代表空气在集风装置1的主体部28内流动并经排气通道20流出集风装置1的运动 方向。能够理解，在运些优选构型中，集风口 la的取向始终与进气通道19的进气口 19a的取 向是一致的，亦即，二者均面向进入空气流动的方向，或与进入空气流动的方向相反。对于 上述无论哪种构型，排出气体均不会造成汽车承受的阻力增加，并且排出气体遇到的阻力 越小，风轮的转动效率就越高。
[0074] 此处简要说明气流的运动。在电动汽车行进过程中的任意时刻，由于集风口 laW 及进气口 19a的取向始终正对着空气进入集气装置1的方向，如前文所述的，所W空气将W 最大的流量经集风装置1的集风口 la流入、并进而经进气通道的进气口 19a流入与集风装置 1气体连通的进气通道19中。然后，空气推动风轮叶片10做周向旋转运动并随着风轮叶片10 的旋转也同样沿周向流动，随后流入排气通道20，最终经排气口 20a离开风轮壳体2。
[0075] 优选地，离开风轮壳体2的运些空气能够被用于其它用途(诸如直接进入车内空调 循环系统或是实现风冷效果等），或者直接排放到大气中。
[0076] 优选地，第一轴承17和第二轴承18是高精度、高强度、高惯性的轴承。当径流式风 轮4旋转时，凸轴16a带动联轴16旋转，使变速器11和发电机主机12同步工作。其中，第一端 盖22将带动第一轴承17的内圈（内环）转动，而第二端盖23将带动第二轴承18的外圈（外 环)转动（图3)。
[0077] 本发明的又一实施例提供了一种交通工具，例如可W是具体如图6所示的电动汽 车。运个实施例中的电动汽车可W包括如上所述的风力发电装置。该电动汽车还可W包括 但不限于蓄电池5、充电器6、电子控制器化CU)7、驱动电机8、主减速器9等等。运些组成部分 之间的连接关系可W参照如图6中所示的示例性实施例来实施。
[0078] 其中，如前文所述的包括集风装置1、风轮壳体2、位于该风轮壳体2内的径流式风 轮4W及被径流式风轮4的叶片10包围着的发电机3的风力发电装置的作用是，利用发电机3 将汽车行驶过程中产生的空气阻力转化成电能，进而利用所得到的电能为蓄电池5充电。
[0079] 优选地，如图6所示，电动汽车包括充电器6、电子控制器7、驱动电机8。充电器6的 作用是外接交流电源实现充电。电子控制器7的作用包括通过汽车内各感应器来侦测发电 机3、蓄电池5、驱动电机8等的工作状态，并针对异常情况发出警告和/或修正操作指令。驱 动电机8的作用是利用蓄电池5提供的电力做功，从而带动减速器9工作，并驱动车辆行驶。
[0080] 根据本发明的示例性实施例所述的、如图6所示的电动汽车仅用于说明根据本发 明的风力发电装置与使用该风力发电装置的交通工具之间的可能的适配关系。实践中各构 成部分的具体安装位置将视车辆的特定设计而做出适应性调整，例如，蓄电池5的位置可W 在机仓位置，而驱动电机8可基于车辆的不同设计而有前驱动和后驱动之分，等等。
[0081] 作为示例，所述风力发电装置的排气通道20可W与某种空气回收装置连通并用于 其它目的。为实现空气再利用而产生的各种变型，均可涵盖在本文中。
[0082] 关于本发明发电装置的各组成部分所使用的材料，可提供如下可选方案，但运些 方案不会对本发明的保护范围造成不必要的限制。集风口 la可例如由尼龙材料制成。风轮4 优选采用质地轻且高强度、高初性的材料制造，诸如碳纤维或铁侣合金等，或者替代地也 可W由尼龙材料制造;要注意的是，制造风轮的材料如果太轻则会影响惯性力，若太重则会 影响传动灵活性及平衡性。轴承17、18优选采用高精度、高强度并有自润滑功能的陶瓷轴承 (例如氮化娃或氧化错）制造。除W上方案外，所属领域已知的任何适合的材料都可W应用 在本发明的相关实施例中。
[0083] W上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对本领域的技术人员 而言，可W在不偏离本发明的范围的情况下对本发明的装置做出多种改良和变型。本领域 的技术人员通过考虑本说明书中公开的内容也可得到其它实施例。本说明书和示例仅应被 视为示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求W及等同方案限定。
【主权项】
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 ⑵， 所述集风装置（1)的集风口（Ia)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（ I a)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(12)和与该发电机主机电联 接的控制器（13)，其中，所述变速器（11)能够带动所述发电机主机（12)运转，所述控制器 (13)能够向位于所述发电装置外部的蓄电池(5)供电；和， 能够使所述变速器（11)和所述发电机主机（12)与所述多个风轮叶片（10)同步旋转的 连接装置。9. 根据权利要求8所述的发电装置，其特征在于，所述连接装置包括:设置在所述发电 机(3)内部的联轴(16)以及用于支承风轮(4)的第一轴承(17)和第二轴承(18)。10. 根据权利要求9所述的发电装置，其特征在于，所述第一端盖(22)的端面上形成有 用于与所述联轴（16)机械连接的凸轴（16a)，所述第二端盖(23)在中央位置限定有端盖轴 台（14a)。11. 根据权利要求9所述的发电装置，其特征在于： 所述发电机外壳(21)的第一端形成有轴承座(26)，该轴承座具有轴承座中心孔(25)， 所述发电机外壳(21)的与所述第一端对向的第二端形成有发电机外壳轴台（14 )，并且 所述联轴（16)穿过所述轴承座中心孔(25)延伸以与所述第一端盖(22)相对固定地联 接，从而使所述变速器（11)和所述发电机主机（12)能够与所述多个风轮叶片（10)同步旋 转。12. 根据权利要求11所述的发电装置，其特征在于，所述联轴（16)由设置在所述轴承座 (26)上的第一轴承(17)支承。13. 根据权利要求11所述的发电装置，其特征在于，所述控制器（13)通过输入线路(27) 控制所述发电机主机(12)的电流并通过输出线路(27a)向所述蓄电池(5)供电。14. 根据权利要求13所述的发电装置，其特征在于，所述输出线路(27a)设置在所述发 电机外壳轴台（14)中央，并穿过该发电机外壳轴台（14)、进而穿过所述端盖轴台（14a)以向 所述蓄电池(5)供电。15. 根据权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，所述径流式风轮(4)由高韧度、高 强度、耐高温、耐腐蚀的轻质材料制成。16. 根据权利要求15所述的发电装置，其特征在于，所述轻质材料是碳纤维、钛铝合金 或尼龙。17. 根据权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，所述集风口（Ia)由高韧度、高强 度、耐高温、耐腐蚀的轻质材料制成。18. 根据权利要求17所述的发电装置，其特征在于，所述轻质材料是碳纤维、钛铝合金 或尼龙。19. 一种交通工具，包括根据上述权利要求1-18中任一项所述的发电装置，该交通工具 还包括与所述发电装置的发电机(3)的输出线路(27a)电联接的电路（15)，该电路用于将由 所述发电机(3)生成的、经所述控制器（13)的整流单元转化的电能供给至该交通工具的蓄 电池(5)。20. -种电动汽车，包括根据上述权利要求1-18中任一项所述的发电装置，该电动汽车 还包括与所述发电装置的发电机(3)的输出线路(27a)电联接的电路（15)，该电路用于将由 所述发电机(3)生成的、经所述控制器(13)的整流单元转化的电能供给至该电动汽车的蓄 电池(5)。
【文档编号】F03D9/11GK105927466SQ201610481867
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】黄锦林
【申请人】郭全有, 黄锦林, 狄海林, 张凯