CN101465573A - 为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法及装置。该方法中包括发电装置，发电装置通过安装在车体上的风动叶轮的旋转经传动动装置获得电力供给电动汽车的工作***；在电动汽车静止时，由外电源给发电装置的转子线圈通电，使发电装置工作在电动机状态，完成由电能到机械能的转换，断电后由于齿形飞轮继续转动使发电装置工作在发电机状态，为电动汽车的工作***提供电力；与车上的蓄电池共同为电动汽车提供动力。本发明不但缩短了电动汽车补充能量的时间，而且提高了电动汽车一次充电后的行驶里程。一次充电后，在市郊可行驶300－400公里，在公路上可行驶500－600公里。

Description

为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法和装置，属于汽车动力领域。
背景技术
目前，电动汽车的动力完全依赖蓄电池的蓄能密度，世界各国的电动汽车每次充电的行驶里程只有100公里左右；而且蓄电池的充电时间也长，一般充电时间需要4-10小时。所以蓄电池的技术现状成了电动汽车发展的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种为电动汽车提供辅助动力的方法和装置。本发明可以缩短电动汽车补充能量的时间，提高电动汽车每次充电的可行驶里程。
本发明是这样实现的：本发明的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法，该方法中包括发电装置，发电装置通过安装在车体上的风动叶轮的旋转经传动装置获得电力供给电动汽车的工作***；发电装置包括齿形飞轮和安装在齿形飞轮上的永久磁铁和永久磁铁对应位置上的转子线圈；传动轴带动齿形飞轮和永久磁铁正向旋转；齿形飞轮经变向机构带动转子线圈反向旋转；形成高速运转的发电机为电动汽车的工作***提供电力；在电动汽车静止时，由外电源给发电装置的转子线圈通电，使发电装置工作在电动机状态，完成由电能到机械能的转换，断电后由于齿形飞轮继续转动使发电装置工作在发电机状态，为电动汽车的工作***提供电力；在电动汽车行驶时，安装在车体上的风动叶轮在风力的作用下旋转，带动发电装置发电，与车上的蓄电池共同为电动汽车提供动力。
上述的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法中，所述的齿形飞轮的下方连接有半球形的腔体，半球形腔体的另一端经万向节与传动轴连接；半球形腔体中装有密度大的液态物质，在齿形飞轮转动后，液态物质可依附在齿形飞轮上，提高齿形飞轮的转动惯量。
前述的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法中，在所述的齿形飞轮与后车轮之间设有可切换的回馈传动机构，转动的齿形飞轮经可切换的回馈传动机构带动后车轮转动。
按照前述的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法构建的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的装置，其构造包括风动叶轮1，风动叶轮1经单向齿轮3与从动齿轮4啮合；从动齿轮4与传动轴5连接，传动轴5上设有万向节13，传动轴(5)上端的万向节13与半球形腔体6连接；半球形腔体6的上端连接的齿形飞轮2，齿形飞轮2的外缘有齿；齿形飞轮2上设置有永久磁铁9，永久磁铁9内有转子线圈15，转子线圈15与线圈轴34连接；线圈轴34与传动轴5之间经由从动链轮18、链条17、主动链轮16、换向齿轮10和齿形飞轮2构成的变向装置连接。
上述的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的装置中，所述的齿形飞轮2沿周边内壁设有沟槽8，齿形飞轮2下方的半球形腔体6里装有液态物质7。
与现有技术相比，本发明提供了一种新的为电动汽车提供辅助动力的方法和装置。本发明不但缩短了电动汽车补充能量的时间，而且提高了电动汽车一次充电后的行驶里程。传统蓄电池充电时间为4-10小时，而本发明所需要的充电时间为1-2分钟。现有的电动汽车一次充电的行驶里程为100公里左右，而本发明一次充电后，在市郊可行驶300—400公里，在公路上可行驶500—600公里。
本发明的理念是绕开传统蓄电池的技术瓶颈，传统的蓄电池是把电能转化为化学能加以储存；而本发明在充电时是采用齿形飞轮将电能转化为机械能加以储存(也可以称作飞轮电池)。传统的充电对象是蓄电池，而本发明的充电对象是飞轮陀螺。充电时，飞轮以电动机状态运行，在外电源驱动下，带动齿形飞轮加速旋转，从而把电能转化为齿形飞轮的机械动能储存起来，也就是说，给齿形飞轮充电就是增加齿形飞轮的旋转速度；放电时，齿形飞轮以发电机的状态运行，旋转的齿形飞轮通过齿形飞轮电机向外发电，完成机械动能到电能的转化。
电动汽车行驶过程中，本发明充分利用了空气动力学的原理，充分利用汽车在行驶中的惯性和空气动力给安装在汽车上的齿形飞轮补充能源，同时在汽车减速或最高速运行时剩余的能量也可以回馈给蓄电池或提高齿形飞轮的机械能，从而提高了汽车的行驶里程。
附图说明
附图1是本发明的***结构示意图
附图2是发电装置的结构图
附图3是能耗值和***发电量的速度变化曲线图
附图4是本***在汽车上的空间位置图
附图5是本发明不同工作状态时的能量转化图
附图中的标记为：1-风动叶轮，2-齿形飞轮，3-单向齿轮，4-从动齿轮，5-传动轴，6-半球形腔体，7-高密度液态物质，8-沟槽，9-永久磁铁，10-换向齿轮，11-锥齿轮，12-线圈轴承，13-万向节，14-飞轮外接轴承，15-转子线圈，16-主动链轮，17-链条，18-从动链轮，19-后车轮，20-动力链条，21-横轴，22-回馈齿轮，23-齿轮，24-蓄电池，25-逆变器，26-汽车马达，27-前车轮，28-开关，29-充电端子，30-引出导线，31-导电环，32-齿轮，33-超级电容，34-线圈轴。
具体实施方式
实施例：一种为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法及装置。如图1所示，该方法包括以下内容，电动汽车行驶时，通过装在车体上的风动叶轮1的旋转，带动传动轴5旋转，进而带动发电装置工作，获得电力并输出给电动汽车的工作***；发电装置包括一个飞轮机构和对应的传动、发电***；飞轮机构包括齿形飞轮2、固定在齿形飞轮2上用永久磁铁9制成的定子和一个半球形腔体6，半球形腔体6一端连接在传动轴5上，一端连接齿形飞轮2；半球形腔体6内部与永久磁铁9定子对应的位置上装有转子线圈15，转子线圈15经一个变向传动机构与齿形飞轮2啮合；齿形飞轮2和永久磁铁9制成的定子正向旋转，齿形飞轮2同时经变向传动机构带动转子线圈15做反向旋转，形成一个高速旋转的发电机为电动汽车的工作***提供电力。
电动汽车静止时，对发电装置的转子线圈15通电，使发电装置工作在电动机状态，断电后继续转动的齿形飞轮2使发电装置工作在发电机状态，为电动汽车的工作***提供电力。半球形腔体6中装有密度大的液态物质7(如汞)，在齿形飞轮2高速转动时，液态物质可依附在齿形飞轮2边缘内壁沟槽内，提高齿形飞轮的转动惯量。在传动轴5与后车轮之间设有一个可切换的回馈传动机构，转动的齿形飞轮2经传动轴5可将齿形飞轮旋转惯量传送至汽车后轮19，增加汽车向前滑动的动能，汽车运行时多余的惯性力也可经回馈机构传送回齿形飞轮2，以增加齿形飞轮的转动惯量。
附图1所示的是为电动汽车快速充电及提供辅助动力的装置。其构成包括风动叶轮1、传动轴5，齿形飞轮2、永久磁铁9、，转子线圈15；风动叶轮1经单向齿轮3与从动齿轮4啮合；半球形腔体6下端连接传动轴5，另一端连接有齿形飞轮2，齿形飞轮2的外缘有齿；齿形飞轮2上设置有永久磁铁9，永久磁铁9和转子线圈15，构成发电装置；线圈轴34、从动链轮18、链条17、主动链轮16、换向齿轮10与齿形飞轮2的外齿连接。齿形飞轮2沿周边内壁设有沟槽8，齿形飞轮2下面的腔体6里装有高密度的液态物质7(如汞)，当齿形飞轮2转速很慢时，高密度液态物质7处于半球形腔体6的底部；当齿形飞轮2高速旋转时，高密度液态物质7在离心力的作用下，被甩到齿形飞轮2的沟槽8中，可增加齿形飞轮的转动惯量。传动轴5的下端装有锥齿轮11，锥齿轮11可以与设在横轴21上的齿轮23啮合，回馈齿轮22可与齿轮32啮合；横轴21上还设有与后车轮19连接的动力链条20。当汽车匀速行驶时，齿轮23与锥齿轮11啮合；当汽车需减速行驶时，齿轮22与锥齿轮32啮合(齿轮22与锥齿轮32齿数比为20∶19)；当汽车加速或刹车时，传动轴上齿轮11及齿轮32都不与横轴上的齿轮23及齿轮22啮合。
汽车初始起动时的能量来自蓄电池24和超级电容33，通过逆变器25输送到汽车马达26，汽车马达26带动前车轮27。随着汽车速度的逐渐加快，风动叶轮1接受到的气流推力也逐渐增大，风动叶轮1产生的扭矩力通过单向齿轮3、从动齿轮4传递给齿形飞轮2。齿形飞轮2底部的高密度液态物质7由于离心力的作用流向齿形飞轮2的沟槽8，增加了齿形飞轮2的转动惯性力。齿形飞轮2通过换向齿轮10、主动链轮16、链条17、带动从动链轮18，使转子线圈15与齿形飞轮2相对反方向转动，使得转子线圈15与固定在齿形飞轮2上的永久磁铁9也同时相对反方向转动。由于齿形飞轮2外沿的齿数与换向齿轮10的齿数比很大，所以转子线圈15与永久磁铁9的相对速度是很高的。车速与***各部分的转速比见表1和表2。
表1：当内外转速比为4∶1时
 
(汽车)行驶速度 风动叶轮转速(每分钟/转) 飞轮转速车轮转速 转子转速(r/min) ***转速(飞轮、转子相加)
30km/h 160 245 980 1225
45km/h 240 367
60km/h 320 490 1960 2450
75km/h 400 612
90km/h 480 735 2940 3675
120km/h 640 980 3920 4900
表1中，除第一栏车子行驶速度单位为长度单位外，其余都为转速。
表2：当内外转速比为6∶1时
 
(汽车)行驶速度 风动叶轮转速(每分钟/转) 飞轮转速车轮转速 转子转速 ***转速(飞轮、转子相加)
30km/h 160 245① 1470 1715②
45km/h 240 367
60km/h 320 490 2940 3430
75km/h 400 612
90km/h 480 735 4410 5145
120km/h 640 980 5880 6860
表2中：①飞轮转速＝转动惯量；②***转速＝功率电量
齿形飞轮2的齿数与从动链轮18的齿数比直接决定表后两栏“转子转速”和“***转速”。
这时齿形飞轮2相当于一个发电机，可以给汽车补充能量。
当汽车匀速滑行时，齿轮23沿横轴21啮合锥齿轮11，齿形飞轮2的旋转惯性力就会通过动力链条20传递给后车轮19，以克服汽车行驶过程中的各种阻力，维护匀速行进，增加行驶里程。
当汽车需减速时，回馈齿轮22沿横轴21啮合锥齿轮32，后车轮19的动力通过动力链条20和横轴21传递给回馈齿轮32，使后车轮的惯性力回馈给齿形飞轮2，以机械能的形式加以保存。
横轴21上的齿轮22和齿轮23可在横轴21上向左分别滑动，去啮合传动轴5上齿轮32和齿轮11，可通过设在驾驶员左脚踏板处(原离合器位置)的T型跷板控制。
如果汽车启动前，蓄电池24的电量不足，可将外接充电电源接至充电端子29(开关28处于断开状态)，充电电流通过引出导线30通过导电环31直接送给转子线圈15，使发电装置工作在电动机状态，永久磁铁9、齿形飞轮2转动，电能转化为机械能并储存于齿形飞轮2中。断开充电电源，启动汽车，接通开关28，转动的齿形飞轮2使装置工作在发电机状态，转子线圈15经引出导线30为电动汽车的工作***提供电力。
各工作状态的能量转换过程见图5。
1、起步/轻负荷的时候，蓄电池直接给汽车马达供电提供动力；
2、正常速度行驶的时候，齿形飞轮发电机的电能可输送至汽车马达，勿需蓄电池的电能；
3、最高速度行驶的时候，齿形飞轮发电机的工作效率处于最良好的状态，就可产生出很多电量给蓄电池充电；
4、匀速行驶的时候，齿形飞轮发电机的另一个功能是机械能的使用，可用于补充车轮的机械动力；
5、减速/制动的时候，汽车整体的惯性和车轮的机械能可以以电能和/或机械能的形式回馈给蓄电池和/或齿形飞轮。

Claims (5)

  1. 【权利要求1】为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法，其特征在于：该方法中包括发电装置，发电装置通过安装在车体上的风动叶轮的旋转经传动装置获得电力供给电动汽车的工作***；发电装置包括齿形飞轮和安装在齿形飞轮上的永久磁铁和永久磁铁对应位置上的转子线圈；传动轴带动齿形飞轮和永久磁铁正向旋转；齿形飞轮经变向机构带动转子线圈反向旋转；形成高速运转的发电机为电动汽车的工作***提供电力；在电动汽车静止时，由外电源给发电装置的转子线圈通电，使发电装置工作在电动机状态，完成由电能到机械能的转换，断电后由于齿形飞轮继续转动使发电装置工作在发电机状态，为电动汽车的工作***提供电力；在电动汽车行驶时，安装在车体上的风动叶轮在风力的作用下旋转，带动发电装置发电，与车上的蓄电池共同为电动汽车提供动力。
  2. 【权利要求2】根据权利要求1所述的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法，其特征在于：所述的齿形飞轮的下方连接有半球形的腔体，半球形腔体的另一端经万向节与传动轴连接；半球形腔体中装有密度大的液态物质，在齿形飞轮转动后，液态物质可依附在齿形飞轮内壁沟槽内，提高飞轮的转动惯量。
  3. 【权利要求3】根据权利要求1或2所述的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法，其特征在于：在所述的齿形飞轮与后车轮之间设有可切换的回馈传动机构，转动的齿形飞轮经可切换的回馈传动机构带动后车轮转动。
  4. 【权利要求4】按照权利要求1至3任一权利要求所述的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的方法构建的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的装置，其特征在于：其构造包括风动叶轮(1)，风动叶轮(1)经单向齿轮(3)与从动齿轮(4)啮合；从动齿轮(4)与传动轴(5)连接，传动轴(5)上设有万向节(13)，传动轴(5)上端的万向节(13)与半球形腔体(6)连接；半球形腔体(6)的上端连接的齿形飞轮(2)，齿形飞轮(2)的外缘有齿；齿形飞轮(2)上设置有永久磁铁(9)，永久磁铁(9)内有转子线圈(15)，转子线圈(15)与线圈轴(34)连接；线圈轴(34)与传动轴(5)之间经由从动链轮(18)、链条(17)、主动链轮(16)、换向齿轮(10)和齿形飞轮(2)构成的变向装置连接。
  5. 【权利要求5】根据权利要求4所述的为电动汽车快速充电及提供辅助动力的装置，其特征在于：所述的齿形飞轮(2)沿周边内壁设有沟槽(8)，齿形飞轮(2)下方的半球形腔体(6)里装有液态物质(7)。
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