一种机动车用风力发电机叶轮组件及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及新能源领域，具体地，是设及一种机动车用风力发电机叶轮组件及风 力发电机。
【背景技术】
[0002] 风能是由空气流动做功而产生的动能，与化石燃料不同的是，风能是一种可提供 给人类进行利用的可再生的清洁能源。风力发电不仅是一种清洁环保可持续性的能源，也 是世界范围内可开发利用潜力最大的能源。目前，由于风能是大规模生产可再生能源的上 乘之选，全球风电发展进入迅速扩张阶段，风能产业将保持每年20 %的增速。近年来，随着 化石燃料的利用带来的能源枯竭和环境污染等问题日趋严重，机动车行业越来越重视围绕 新能源尤其是采用电动机动车利用运一主题进行产品研发。
[0003] 随着国内外的各类电动机动车成功产业化，如何时限清洁能源能够更好的用于机 动车、尤其是电动机动车的驱动，成为了行业内的研究重点。
[0004] 目前利用风能进行机动车驱动主要有两种方式:一是将风能直接作为动能驱动机 动车;二是将风能转换为电能后再驱动机动车，其中将风能转换为电能驱动机动车是目前 主要的技术研发方向，即通过采用风力发电机组将风能转换为电能驱动机动车。机动车用 风力发电机组是由叶轮和发电机组成，其工作原理为：叶轮受风力作用快速旋转带动发电 机转子转动发电，转换的电能进而驱动机动车。在运个过程中，叶轮作为直接转换风能的机 构，其性能很大程度上决定了风力发电机组的工作效率W及机动车的用户体验。目前，现有 技术中新能源机动车用风力发电机组的叶轮主要还是沿用传统的大型风力发电机组的风 轮设计，即叶尖是一个开放式的结构，由于叶尖端流问题，因此而带来的叶尖损失较大。同 时由于叶尖处的线速度较高，运转时的偏摆较大，产生振动与噪声，严重影响产品的可靠性 并降低了风能的转换效率。针对运一技术问题，中国专利200810168345.2公开了一种风力 发电机的叶轮构造，包括一轴屯、W及由所述的轴屯、向外福射设置的复数个叶片，其特征在 于所述叶片的末端环设有一外罩。通过设置该外罩，当气流进入叶轮时得W加速，W提高风 力发电的效率。此外，也能消除开放式叶片的叶尖划破气流所造成的噪音。然而，根据发明 人多次实验发现，尽管前述专利所提供的风力发电机的叶轮构造在一定程度上能消除叶片 振动及叶尖端流带来的噪音，但是它并不能明显地降低气流流经叶轮的过程中端流强度从 而降低气动噪音，因而整体的降噪效果不佳。
[0005] 因此，如何有效降低气流流经机动车风力发电机叶轮的过程中的端流强度，从而 降低气动噪声，提高风能转化率W及用户舒适度，是一个亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种机动车用风力发电机叶 轮组件及其应用，因本发明能够有效降低气流流经风力发电机叶轮的过程中的端流强度从 而降低其气动噪声，极大地提高风力发电机的风能转化效率，因此具有极佳的经济效益，应 用前景非常广阔。
[0007]为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[000引一种机动车用风力发电机叶轮组件，包括一叶轮和一固定且同轴套接于叶轮外边 缘的呈环状的导流圈，导流圈的内表面为一母线为圆弧线、阿基米德线或对数螺旋线的旋 转曲面。通过将导流圈的内表面母线设为圆弧线、阿基米德线或对数螺旋线，能够极大地降 低气流的端流强度。
[0009] 优选地，为了进一步提升导流圈的降噪效果，导流圈的外表面也为一母线为圆弧 线、阿基米德线或对数螺旋线的旋转曲面。
[0010] 更优选地，导流圈的内外表面均为一母线为对数螺旋线的旋转曲面。较佳地，导流 圈的内外表面的母线相同。
[0011] 进一步优选地，为了使流经叶轮前后的气流均能经导流圈进行整流降噪作用，导 流圈沿进风方向的前后两侧的边缘分别超出叶轮前后两侧的边缘。换言之，叶轮轴向长度 小于导流圈的轴向长度，进入叶轮组件的气流先进入导流圈进风一侧的边缘，再流经叶轮， 最后再从导流圈出风一侧的边缘流出。
[0012] 优选地，叶轮包括多个向屯、连接的叶片。较佳地，叶轮的叶片为机翼型叶片。
[0013] 更优选地，叶轮的各叶片的叶尖连接导流圈的内表面。较佳地，为了进一步提高叶 轮的单位时间内风能转换量及降低气动噪音，叶尖连接导流圈内表面母线曲率最大位置， 即叶轮与导流圈内表面的连接处为导流圈曲率最大位置及其附近区域，换言之，导流圈内 表面的母线沿进风方向W叶轮为界曲率先增大后减小。此时流经叶轮之前的气流的速度随 着导流圈进风面积的逐渐缩小而增大，单位时间叶轮转化的风能增加;流经叶轮之后的气 流的速度随着导流圈出风面积逐渐增大而降低，从而降低出风时的气动噪音。
[0014] 进一步优选地，叶轮包括S个叶片，相邻叶片之间的夹角为120度。
[0015] 值得一提地是，为了进一步降低叶轮组件在运行时的振动及气动噪声，前述任一 所述的叶轮组件可通过一体加工成型。此时，叶轮组件成型时变形量小、质量分布均匀且运 转时振动小，从而达到进一步降噪的效果。
[0016] 为了增加风力发电机的进风量，导流圈外同轴套接一呈环状的集流器，且集流器 进风一侧的边缘超出导流圈进风一侧的边缘，导流圈与集流器不贴合。换言之，导流圈与集 流器同轴套接，但集流器的半径大于导流圈的半径，且并不转动。此时，由于集流器的半径 大于导流圈且集流器进风一侧的边缘超出导流圈进风一侧的边缘，因而进入导流圈前的气 流通过集流器进行收集。较佳地，集流器出风一侧的边缘超出导流圈出风一侧的边缘。
[0017] 优选地，为了提高进入叶轮的气流速度并降低，集流器为一内外表面的母线的曲 率沿进风方向先递增后递减的回转曲面。此时，由于集流器的内表面的母线的曲率先是递 增的，换言之，此时，流进叶轮组的气流的速度随着集流器进风面积逐渐缩紧而增大，单位 时间传递给叶轮的动能增加进而使叶轮转化的风能增加;流出叶轮组的气流的速度随着集 流器出风面积逐渐增大而降低从而降低出风时的气动噪音。
[0018] 更优选地，集流器的内表面的母线可设成圆弧线。较佳地，集流器的外表面的母线 也可设成圆弧线。较佳地，集流器的内外表面的母线相同。
[0019] 值得一提的是，为了确保导流圈能够顺杨地与集流器保持相对旋转运动，集流器 的内表面母线曲率与导流圈外表面母线曲率匹配，即导流圈的外表面上的任意一点到集流 器的内表面的距离相等。换言之，导流圈的内表面母线为集流器的外表面母线的一部分。
[0020] 优选地，集流器为一体加工成型。
[0021] -种机动车用风力发电机组，包括前述任一所述的叶轮组件和与之固定连接的发 电机。
[0022] 优选地，发电机包括转子和定子。较佳地，转子和定子沿进风方向依次设置。
[0023] 更优选地，为了便于固定发电机，叶轮组件在其叶轮的中屯、位置和集流器的中屯、 位置各设有一联接盘。进一步优选地，叶轮的叶片向屯、连接在叶轮的联接盘上。更进一步优 选地，集流器与其联接盘之间通过筋板连接。较佳地，为了保持集流器的稳定性，集流器设 有=个向屯、设置的筋板，相邻筋板之间呈120度夹角。
[0024] 为了保持发电机组的结构的稳定性和降低运行噪声，集流器为一体加工成型，叶 轮和导流圈作为一个整体一体加工成型。
[0025] 优选地，发电机的转子与叶轮的联接盘固定连接，发电机的定子与集流器的联接 盘固定连接。当风力发电机组运行时，集流器与定子保持不动，导流圈与叶轮旋转时带动发 电机的转子旋转，发电机的定子通过电磁效应产生电能。较佳地，发电机与叶轮组件之间的 连接方式为螺栓螺母连接。
[0026] 与现有技术相比，本发明所提供的机动车用风力发电机叶轮组件通过增设导流 圈、集流器等结构，并充分利用圆弧线、阿基米德螺旋线或对数螺旋线的整流效果，极大提 高了风能转换效率，降低了机动车用风力发电机组运行时产生的振动与气动噪声，进而极 大的提高了机动车的用户体验。
【附图说明】：
[0027] 图1为本发明提供的机动车用风力发电机组的优选实施方式；
[0028] 图2为本发明提供的导流圈和叶轮的一种优选实施方式示意