速度控制车载风力发电装置

摘要

速度控制车载风力发电装置，涉及到风力发电技术领域。本发明解决了现有车载风力发电装置存在的当车辆行驶速度低的时候给车增加负载的问题。本发明由控制装置和多个发电装置组成，控制装置由速度判断电路和多个执行电路组成，多个执行电路的信号输入端并联后和速度判断电路的信号输出端连接，由速度判断电路触发执行电路中的瞬时常闭开关和延时常开开关的开/关，分别控制发电装置中的电磁铁线圈和发电机抱闸控制线圈的电源，进而控制发电装置的起/停，达到速度控制发电的目的。本发明有效地达到了节能降耗的目的，同时对发动机的散热也起到了一定的作用。本发明可以应用到汽车、火车、地铁等交通工具上，都能达到节能降耗的目的。

权利要求

1.速度控制车载风力发电装置由速度传感器(1)、控制装置(7)和多个发电装置(8)组成，所述发电装置(8)包括两个叶片(51)、两根固定轴(64)、两根钢丝(52)、两个弹簧(53)、衔铁(54)、第一电磁铁(55)、两个导电金属圈(56)、两个碳刷(58)、传动轴(60)、制动闸(61)、发电机(62)，速度传感器(1)的信号输出端和控制装置(7)的信号输入端连接，所述叶片(51)通过叶片固定轴(64)固定安装在传动轴(60)的末端上，叶片固定轴(64)的一端与传动轴(60)固定连接，叶片固定轴(64)的另一端与叶片(51)转动连接，所述传动轴(60)与发电机(62)的力矩输入轴固定连接，制动闸(61)设置在发电机(62)输入轴上，所述第一电磁铁(55)固定在传动轴(60)上，所述两个导电金属圈(56)通过绝缘体(57)固定在传动轴(60)上靠近第一电磁铁(55)的发电机(62)一侧，所述两个导电金属圈(56)之间绝缘，所述两个导电金属圈(56)分别与第一电磁铁(55)的电磁铁线圈(551)的两端连接，所述两个碳刷57的一端分别与两个导电金属圈(56)接触连接，另一端分别与电源地、控制装置(7)连接，两根钢丝(52)的一端分别固定在两个叶片(51)的边缘上，另一端与衔铁(54)固定连接，所述衔铁(54)是圆环状，衔铁(54)活动套在传动轴(60)上靠近第一电磁铁(55)的叶片装置一侧，所述两根弹簧(53)的一端分别固定在两个叶片(51)的边缘上，另一端固定在第一电磁铁(55)上，制动闸(61)的电源正极接线端与控制装置(7)的控制信号输出端连接；

所述控制装置(7)包括速度判断电路(2)和多个执行电路(3)，所述速度判断电路(2)的信号输出端和执行电路(3)的信号输入端连接，速度判断电路(2)采集车体上的速度信号，并将采集到的速度信号与预设的速度信号进行对比判断，当采集到的速度信号大于预设值的时候，输出高电平信号，反之则输出低电平信号，所述执行电路(3)包括瞬时开关(31)和延时常开开关(32)，所述多个执行电路(3)的信号输入端与速度判断电路(2)的信号输出端连接，执行电路(3)中的瞬时开关(31)和延时常开开关(32)的动触点连接在一起与电源正极连接，瞬时开关(31)的定触点通过发电装置(8)中的碳刷(58)、导电金属圈(56)与第一电磁铁(55)的电磁铁线圈(551)的一端连接，延时常开开关(32)的定触点与发电装置(8)中的电机制动闸的电源正极接线端连接。

2.根据权利要求1所述的速度控制车载风力发电装置，其特征在于所述控制装置(7)中的速度判断电路(2)由频率/电压转换电路(21)、比较电路(22)和驱动电路(23)组成，频率/电压转换电路(21)的电压信号输出端和比较电路(22)的一个输入端连接，比较电路(22)的另一个输入端与设定的基准电压信号连接，比较电路(22)的输出端和驱动电路(23)的信号输入端连接。

3.速度控制车载风力发电装置由速度传感器(1)、控制装置(7)和多个发电装置(8)组成，所述发电装置(8)包括两个叶片(51)、两根固定轴(64)、两根钢丝(52)、衔铁(54)、第一电磁铁(55)、第二电磁铁(65)、三个导电金属圈(56)、三个碳刷(58)、传动轴(60)、制动闸(61)和发电机(62)，速度传感器(1)的信号输出端和控制装置(7)的信号输入端连接，所述叶片(51)通过叶片固定轴(64)固定安装在传动轴(60)的末端上，叶片固定轴(64)的一端与传动轴(60)固定连接，叶片固定轴(64)的另一端与叶片(51)转动连接，所述传动轴(60)与发电机(62)的力矩输入轴固定连接，制动闸(61)设置在发电机(62)输入轴上，两根钢丝(52)的一端分别固定在两个叶片(51)的边缘上，另一端与衔铁(54)固定连接，所述衔铁(54)是圆环状，衔铁(54)活动套在传动轴(60)上，第一电磁铁(55)和第二电磁铁(65)分别位于所述衔铁(54)的两侧固定在传动轴(60)上，所述三个导电金属圈(56)通过绝缘体(57)固定在传动轴(60)上靠近第一电磁铁(55)的发电机(62)一侧，所述三个导电金属圈(56)之间绝缘，所述三个导电金属圈(56)分别与三个碳刷(58)接触连接，所述三个碳刷中的一个炭刷(58)与电源地连接，其余两个炭刷(58)分别与控制装置(7)的两个叶片控制输出端连接，制动闸(61)的电源正极接线端与控制装置(7)的控制信号输出端连接；

所述控制装置(7)包括速度判断电路(2)和多个执行电路(3)，所述速度判断电路(2)的信号输出端和执行电路(3)的信号输入端连接，速度判断电路(2)采集车体上的速度信号，并将采集到的速度信号与预设的速度信号进行对比判断，当采集到的速度信号大于预设值的时候，输出高电平信号，反之则输出低电平信号，所述执行电路(3)包括瞬时单刀双掷开关(33)和延时常开开关(32)，所述多个执行电路(3)的信号输入端与速度判断电路(2)的信号输出端连接，执行电路(3)中的瞬时单刀双掷开关(33)和延时常开开关(32)的动触点连接在一起与电源正极连接，瞬时单刀双掷开关(33)的两个定触点是叶片控制输出端分别通过发电装置(8)中的碳刷(58)、导电金属圈(56)与第一电磁铁(55)的电磁铁线圈(551)、第二电磁铁(65)的电磁铁线圈(651)的一端连接，延时常开开关(32)的定触点与发电装置(8)中的电机制动闸的电源正极接线端连接。。

说明书

技术领域

速度控制车载风力发电装置涉及到风力发电技术领域。

背景技术

目前的交通工具越来越先进，汽车上的用电设备也越来越多，包括空调、电喷发动机、电控门窗、电动可调座椅等等，据统计，平均每辆车上电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由原来的16％增至23％甚至更多。汽车的档次越高，用电量就越大，耗费的燃料也越多。现有的车载风力发电机多种多样，都是在车的前端或者上部放置风力发电机或者风力发电机组，利用车体在前进时产生的风能进行发电，然后将发的电存储在车上的电瓶或者蓄电池中，供车上的电器使用。这种技术方案比较适合始终能够高速行驶的车辆。现在的城市交通比较拥挤，当车辆在城市内行驶的时候，车速往往受到限制，即在城市内行驶的车辆的速度往往都比较低，当车行驶速度比较慢的时候，车载风力发电机产生的电能很少，甚至比车体克服车载风力发电机的叶轮所受到的风的阻力所作的功还小，这样不但没有起到节能的目的，反而浪费能源。

发明内容

为了解决现有的车载风力发电机在车辆行驶速度低的时候给车带来的负载的问题，为充分发挥风力发电的作用，本发明设计了一种速度控制车载风力发电装置。
速度控制车载风力发电装置由速度传感器、控制装置和多个发电装置组成，所述发电装置包括两个叶片、两个叶片固定轴、两根钢丝、两个弹簧、衔铁、第一电磁铁、两个导电金属圈、两个碳刷、传动轴、制动闸、发电机，速度传感器的信号输出端和控制装置的信号输入端连接，所述叶片通过叶片固定轴固定安装在传动轴的末端上，叶片固定轴的一端与传动轴垂直固定连接，叶片固定轴的另一端与叶片转动连接，所述传动轴与发电机的力矩输入轴固定连接，制动闸设置在发电机的力矩输入轴上，所述第一电磁铁固定在传动轴上，所述两个导电金属圈通过绝缘体固定在传动轴上靠近第一电磁铁的发电机一侧，所述两个导电金属圈之间绝缘，所述两个导电金属圈分别与第一电磁铁的电磁铁线圈的两端连接，所述两个碳刷的一端分别与两个导电金属圈接触连接，另一端分别与电源地、控制装置连接，两根钢丝的一端分别固定在两个叶片的边缘上，另一端与衔铁固定连接，所述衔铁是圆环状，衔铁活动套在传动轴上靠近第一电磁铁的叶片装置一侧，所述两根弹簧的一端分别固定在两个叶片的边缘上，另一端固定在第一电磁铁上，制动闸的电源正极接线端与控制装置的控制信号输出端连接；所述控制装置包括速度判断电路和多个执行电路，所述速度判断电路的信号输出端和执行电路的信号输入端连接，速度判断电路采集车体上的速度信号，并将采集到的速度信号与预设的速度信号进行对比判断，当采集到的速度信号大于预设值的时候，输出高电平信号，反之则输出低电平信号，所述执行电路包括瞬时常闭开关和延时常开开关，执行电路中的瞬时常闭开关和延时常开开关的动触点连接在一起与电源正极连接，瞬时常闭开关的定触点通过发电装置中的碳刷、金属环与第一电磁铁的电磁铁线圈的一端连接，延时常开开关的定触点与发电装置中的电机制动闸的电源正极接线端连接。当执行电路的输入信号为高电平的时候，断开瞬时常闭开关，并延时闭合延时常开开关，当执行电路的输入信号为低电平的时候，恢复瞬时常闭开关为闭合状态，同时恢复延时常开开关为断开状态。
本发明还提供另一种结构的速度控制车载风力发电装置，它由速度传感器、控制装置和多个发电装置组成，所述发电装置包括两个叶片、两根固定轴、两根钢丝、衔铁、第一电磁铁、第二电磁铁、三个导电金属圈、三个碳刷、传动轴、制动闸和发电机，速度传感器的信号输出端和控制装置的信号输入端连接，所述叶片通过叶片固定轴固定安装在传动轴的末端上，叶片固定轴的一端与传动轴固定连接，叶片固定轴的另一端与叶片转动连接，所述传动轴与发电机的力矩输入轴固定连接，制动闸设置在发电机输入轴上，两根钢丝的一端分别固定在两个叶片的边缘上，另一端与衔铁固定连接，所述衔铁是圆环状，衔铁活动套在传动轴上，第一电磁铁和第二电磁铁分别位于所述衔铁的两侧固定在传动轴上，所述三个导电金属圈通过绝缘体固定在传动轴上靠近第一电磁铁的发电机一侧，所述三个导电金属圈之间绝缘，所述三个导电金属圈分别与三个碳刷接触连接，所述三个碳刷中的一个炭刷与电源地连接，其余两个炭刷分别与控制装置的两个叶片控制输出端连接，制动闸的电源正极接线端与控制装置的控制信号输出端连接；所述控制装置包括速度判断电路和多个执行电路，所述速度判断电路的信号输出端和执行电路的信号输入端连接，速度判断电路采集车体上的速度信号，并将采集到的速度信号与预设的速度信号进行对比判断，当采集到的速度信号大于预设值的时候，输出高电平信号，反之则输出低电平信号，所述执行电路包括瞬时单刀双掷开关和延时常开开关，所述多个执行电路的信号输入端与速度判断电路的信号输出端连接，执行电路中的瞬时单刀双掷开关和延时常开开关的动触点连接在一起与电源正极连接，瞬时单刀双掷开关的两个定触点是叶片控制输出端分别通过发电装置中的碳刷、导电金属圈与第一电磁铁的电磁铁线圈、第二电磁铁的电磁铁线圈的一端连接，延时常开开关的定触点与发电装置中的电机制动闸的电源正极接线端连接。
使用本发明的速度控制车载风力发电装置可以有效地补充汽车和牵引机车用电，减少燃料的使用，减少尾气的排放，同时叶片的旋转，对发动机的散热也起到了一定的作用。
本发明的速度控制车载风力发电装置可以应用到汽车、火车、地铁等交通工具上，都能达到节能降耗的目的。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是具体实施方式一中所述的发电装置8的结构示意图，图3是具体实施方式一中所述的，当汽车行驶速度高于预设速度时发电装置8的结构示意图，图4是具体实施方式一中所述的，当汽车行驶速度低于预设速度时发电装置8的结构示意图，图5是具体实施方式二所述的整体结构示意图，图6是具体实施方式二所述的速度判断电路2的结构示意图，图7是具体实施方式二所述的执行电路3的结构示意图，图8是具体实施方式三所述的发电装置的结构示意图，图9是具体实施方式三所述的执行电路3的结构示意图，图10是发电装置8在车内的位置示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1至图4说明本实施方式。本实施方式的速度控制车载风力发电装置由速度传感器1、控制装置7和多个发电装置8组成，速度传感器1的信号输出端和控制装置7的信号输入端连接，所述发电装置8包括两个叶片51、两根钢丝52、两个弹簧53、衔铁54、第一电磁铁55、两个导电金属圈56、两个碳刷58、传动轴60、制动闸61、发电机62，所述叶片51通过叶片固定轴64固定安装在传动轴60的末端上，叶片固定轴64的一端与传动轴60固定连接，叶片固定轴64的另一端与叶片51转动连接，所述传动轴60与发电机62的力矩输入轴固定连接，制动闸61设置在发电机62的力矩输入轴上，在叶片51和发电机之间的传动轴60上，依次安装有衔铁54、第一电磁铁55和两个导电金属圈56，所述衔铁54是圆环状的金属片，衔铁54与传动轴60之间留有间隙，所述两根钢丝52的一端分别固定在两个叶片的与叶片固定轴64相对的边缘上，两根钢丝52的另一端分别固定在衔铁54上，所述第一电磁铁55固定在传动轴60上，两个导电金属圈56固定在传动轴60上，两个金属圈56之间固定有绝缘体57，所述两个导电金属圈56分别与第一电磁铁55的线圈551的两端连接，所述两个碳刷58的一端分别与两个导电金属圈56接触连接，两个碳刷58的另一端分别与电源地、控制装置7的一个信号输出端连接，所述两根弹簧53分别与两根钢丝52靠近，两个弹簧的一端分别固定在两个叶片51的边缘上，两个弹簧的另一端分别固定在第一电磁铁55上，制动闸61的电源正极接线端与控制装置7的控制信号输出端连接。
所述控制装置7包括速度判断电路2和多个执行电路3，所述多个执行电路3的信号输入端并联后与速度判断电路2的信号输出端连接，所述执行电路3包括瞬时常闭开关31和延时常开开关32，每个执行电路3中的瞬时常闭开关31和延时常开开关32的动触点连接在一起并与电源正极连接，瞬时常闭开关31的定触点通过发电装置8中的碳刷58、金属环56与第一电磁铁55的线圈的一端连接，延时常开开关32的定触点与发电装置8中的电机制动闸61的电源正极接线端连接。
速度判断电路2采集速度传感器1发出的速度信号，并将采集到的速度信号与预设的速度信号进行对比判断，当采集到的速度信号大于预设值的时候，输出高电平信号，执行电路3断开瞬时常闭开关31，并延时闭合延时常开开关32，当采集到的速度信号小于预设值的时候，速度判断电路2输出低电平信号，执行电路3恢复瞬时常闭开关31为闭合状态，同时恢复延时常开开关32为断开状态。
本实施方式所述的执行电路3中的瞬时常闭开关31和电磁铁55的线圈串联在电源的正负极之间，控制电磁铁线圈551电源的通或断，执行电路3中的延时常开开关32和电机制动闸串联在电源的正负极之间，控制电机制动闸电源的通或断。
当汽车的行驶速度大于预设速度的时候，执行电路3的输入信号为高电平，参见图3，则瞬时常闭开关31断开电磁铁线圈551的供电电源，释放衔铁54，叶片51在弹簧53的弹力的作用下旋转到迎风位置，延时常开开关32延时闭合，即当叶片51旋转到迎风位置之后，延时常开开关32才闭合，接通电机制动闸61的电源，电机制动闸61放开，叶片51在风力的作用下开始旋转，带动发电机开始发电，当汽车的行驶速度小于预设速度的时候，参见图4，执行电路4的输入信号为低电平，则瞬时常闭开关31闭合，接通电磁铁线圈551的供电电源，衔铁54被第一电磁铁55吸附，衔铁54带动钢丝52拉动叶片51旋转，使叶片51恢复到与车体流线型保持一致的状态，减小车体所受的风的阻力，同时延时常开开关32断开电机制动闸61的供电电源，电机制动闸61抱合，叶片51停止转动，发电机停止发电。
在使用的时候，参见图8，所述多个发电装置8固定安装在汽车机盖和前保险杠之间的中网内部，根据车型的不同，可以配置不同数量的发电装置8，发电装置8中的发电机62的两个电压输出端和汽车内蓄电池的充电电路的电源输入端连接。根据计算，当汽车行驶到60公里/小时，单台风力发电机的功率可达到8瓦，三台发电机的总功率达到24瓦；当汽车行驶到80公里/小时，单台风力发电机的功率可达到20瓦，三台发电机的总功率达到60瓦；当汽车行驶到100公里/小时，发电机的功率可达到38瓦，三台发电机的总功率达到114瓦；当汽车行驶到120公里/小时，发电机的功率可达到65瓦，三台发电机的总功率达到195瓦。使用本实施方式的速度控制车载风力发电装置可以有效地补充汽车和牵引机车用电，减少燃料的使用，减少尾气的排放，同时叶片51的旋转，对发动机的散热也起到了一定的作用。
具体实施方式二：参见图5至图7，本实施方式的速度控制车载风力发电装置的控制装置7中的速度判断电路2由频率/电压转换电路21、比较电路22、基准点压电路24和驱动电路23组成，频率/电压转换电路21的电压信号输出端和比较电路22的正向输入端连接，比较电路22的负向输入端与基准电压电路24的输出端连接，比较电路22的输出端和驱动电路23的信号输入端连接。
所述频率/电压转换电路21是将速度传感器1的频率信号转成电压信号，本实施方式选用SIC2907频压转换集成电路作为频率/电压转换电路21，选用电位器作为基准电压电路，选用三极管T1和常开继电器J2组成驱动电路23。所述SIC2907频压转换集成电路的频率信号输入端与速度传感器的频率信号输出端连接，SIC2907频压转换集成电路的电压信号输出端和比较电路22的一个输入端连接，所述基准点压电路24由电位器W组成，电位器W的两个固定端分别与电源的正、负极连接，电位器W的可调端与比较电路22的负向输入端连接，根据实际情况，通过调节电位器W可调整基准电压电路24输出电压的大小；比较电路22的输出端通过电阻R4和驱动电路23中的三极管T1的基极连接，三极管T1的集电极通过电阻R5和电源正极V+连接，常开继电器J2线圈串联在三极管T1的发射极和电源地之间，常开继电器J2的常开开关的动触点和电源正极V+连接，常开继电器J2的常开开关的定触点做为驱动电路23的输出信号端。
参见图7，本实施方式中的执行电路3由时间继电器J1组成，所述时间继电器J1选用JS-113A型号，多个驱动电路3中的时间继电器J1的控制线圈并联在驱动电路23的输出信号端和电源地之间，多个时间继电器J1的延时常开开关32的动触点和电源正极V+连接，多个间继电器J1的延时常开开关32的定触点分别和多个发电装置8中的制动闸电源正极接线端连接，多个时间继电器J1的瞬时常闭开关31的动触点和电源正极V+连接，多个时间继电器J1的瞬时常闭开关31的定触点分别通过多个发电装置8中的碳刷58、与之对应的铜环56和继电器线圈551的一端连接。
具体实施方式三：参见图8、图9说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式一或二所述的速度控制车载风力发电装置的区别在于，所述发电装置8没有弹簧53，还增加了一个第二电磁铁65、一个炭刷58和一个导电金属圈56，增加的炭刷58与增加的导电金属圈56接触连接，所述第二电磁铁65固定在传动轴60上的衔铁54与叶片51之间的位置，第二电磁铁65的线圈的一端通过金属圈56和碳刷58和电源地连接，第二电磁铁65的线圈的另一端通过增加的一个金属圈56和碳刷58和控制装置7的信号输出端连接，增加的金属圈56和原金属圈56之间固定有绝缘装置57；本实施方式的执行电路3中的瞬时开关是单刀双掷开关33，增加的第二电磁铁65的线圈的一端和瞬时开关31的常开定触点连接。
本实施方式的速度控制车载风力发电装置，当速度传感器1测得的速度高于设定值的时候，第一电磁铁55断电、第二电磁铁65通电，衔铁54被吸到第二电磁铁65一侧，衔铁54带动钢丝52拉动叶片旋转到迎风的角度，延时常开开关32延时闭合，即当叶片51旋转到迎风位置之后，延时常开开关32才闭合，接通电机制动闸61的电源，电机制动闸61放开，叶片51在风力的作用下开始旋转，带动发电机开始发电。
本实施方式可以通过调整第二电磁铁65和第一电磁铁55之间的距离来调整确定叶片51旋转的角度。能够更准确地控制叶片的旋转角度。