一種利用重力勢能進行發(fā)電的汽車及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用重力勢能進行發(fā)電的汽車及其工作方法，尤其是混合動力汽車或純電動汽車。
【背景技術(shù)】
[0002]重力勢能的利用，最常見的為水力發(fā)電，其利用水的重力勢能轉(zhuǎn)換為電能，因此，將重力勢能轉(zhuǎn)換為電能、動能等，將有利于節(jié)約資源，提高能源利用率。
[0003]車輛在行駛過程中，由于路面不平整，在行駛的過程中，人們坐在座凳上必然會產(chǎn)生不規(guī)則的上下顛簸，在上下顛簸過程中蘊藏了重力勢能，由于沒有相應(yīng)的回收利用裝置，這些重力勢能都被白白地浪費了，沒有得到回收再利用，非?？上?。
[0004]特別對于混合動力汽車或純電動汽車，將重力勢能進行發(fā)電可以大幅延長其持續(xù)行使里程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、利用重力勢能進行發(fā)電的汽車及其工作方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用重力勢能進行發(fā)電的汽車，包括:車架或承載式車身、車橋、設(shè)于車架或承載式車身與車橋之間的彈性元件、設(shè)于車架或承載式車身底部的重力勢能轉(zhuǎn)換裝置。
[0007]所述重力勢能轉(zhuǎn)換裝置包括:設(shè)于所述車架或承載式車身底部的殼體，設(shè)于該殼體內(nèi)的軸承配合于一定位軸上的驅(qū)動齒輪，內(nèi)側(cè)端與所述驅(qū)動齒輪固定連接的驅(qū)動桿，與驅(qū)動齒輪嚙合的小齒輪，該小齒輪活動配合于一中心軸上，該中心軸上軸承配合有棘爪固定座和大齒輪，該棘爪固定座上分布有多個中心對稱的棘爪，該棘爪固定座能隨小齒輪繞中心軸同步旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動桿的外側(cè)端活動連接在所述彈性元件與車橋的連接處，或所述彈性元件的下支點。
[0008]所述棘爪固定座的外周設(shè)有與所述各棘爪嚙合的棘輪。
[0009]棘爪的內(nèi)側(cè)端通過小軸活動連接在棘爪固定座上，棘輪與大齒輪通過多個螺栓上下固定配合。所述小齒輪與棘爪固定座之間通過限位凸起與限位槽實現(xiàn)上下定位配合，或所述棘爪固定座的頂面整體與所述小齒輪的底面上的限位槽實現(xiàn)上下定位配合，以使棘爪固定座適于隨小齒輪繞中心軸同步旋轉(zhuǎn)。
[0010]所述大齒輪與一發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸傳動配合，以驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。
[0011]所述中心軸的與小齒輪活動配合的部分為加長部，該加長部上設(shè)有限位螺母，限位螺母與小齒輪的上端面之間設(shè)有壓簧，小齒輪的側(cè)壁上設(shè)有環(huán)形槽，呈L形的拔動桿的折角端活動連接在小齒輪的一側(cè)的一固定于所述殼體內(nèi)的支架上，拔動桿的底桿的自由端延伸入所述環(huán)形槽中，拔動桿的豎桿的頂端與一拉繩相連。
[0012]所述支架上設(shè)有多個用于限制拔動桿的擺動角度的限位銷。
[0013]作為一種優(yōu)選的實施方式，所述驅(qū)動桿的內(nèi)側(cè)端通過多個螺釘與所述驅(qū)動齒輪固定連接。
[0014]汽車行駛時，因路面不平整等因素，車輪上下顛簸，進而使所述彈性元件相對于所述車架或承載式車身發(fā)生伸縮；其中，當(dāng)所述彈性元件收縮時，使所述驅(qū)動桿的外側(cè)端受到相應(yīng)的力，使所述驅(qū)動桿繞所述定位軸發(fā)生轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動上述驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)，并帶動小齒輪旋轉(zhuǎn)，由于小齒輪通過與棘爪固定座的配合，故而使棘爪固定座隨小齒輪繞中心軸同步旋轉(zhuǎn)，進而使各棘爪與棘輪的內(nèi)側(cè)壁嚙合，以使棘爪固定座通過棘爪帶動棘輪以及大齒輪同步旋轉(zhuǎn)，并由大齒輪帶動發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸一同旋轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)發(fā)電；當(dāng)所述彈性元件伸展時，驅(qū)動桿的外側(cè)端受力反向，使驅(qū)動桿帶動驅(qū)動齒輪以及小齒輪逆向旋轉(zhuǎn)，進而帶動棘爪固定座逆向旋轉(zhuǎn)，使各棘爪與棘輪的內(nèi)側(cè)壁脫離，棘爪固定座在逆向旋轉(zhuǎn)時不會驅(qū)動棘輪旋轉(zhuǎn)，也就不會使大齒輪以及發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
[0015]當(dāng)需要將所述發(fā)電機作為電動機使用時，拉動拉繩，使拔動桿的底桿的自由端上翹時，拔動桿帶動小齒輪沿中心軸向上滑動，使小齒輪與棘爪固定座脫離，此時，所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸適于逆向旋轉(zhuǎn)。此時，接通電源，即可任意控制發(fā)電機作為電動機正傳或反轉(zhuǎn)，以輸出動力；即電動機的旋轉(zhuǎn)方向可任意選擇，以滿足特殊場合的需求。
[0016]作為優(yōu)選的實施方式，所述發(fā)電機為無硅鋼片發(fā)電機，其能夠大幅降低線圈和磁塊的用量。該無硅鋼片發(fā)電機，其包括同軸且平行設(shè)置的定子、轉(zhuǎn)子；定子包括:兩層或三層平行分布的線圈層，各線圈層由多個依次串接的平面扇形線圈均勻環(huán)繞分布而成；轉(zhuǎn)子上同圓周均布有多個永磁塊，且相鄰磁塊的極性相反，其特點是:所述的各線圈層采用塑料復(fù)合材料熱壓成一體，且塑料復(fù)合材料中含有10-50wt%的磁吸粉，余量為塑料或樹脂，例如PP、PS、PC等中的一種或多種。
[0017]所述三層線圈層中，各線圈層的結(jié)構(gòu)和形狀大小一致，且各線圈層的始端相差120°分布，各線圈層的終端相連接。
[0018]各平面扇形線圈的匝數(shù)為至少2匝，可根據(jù)發(fā)電機功率需要任意調(diào)整。
[0019]各線圈層中的平面扇形線圈個數(shù)為至少4個，且繞制方式一致，平面扇形線圈的個數(shù)可根據(jù)發(fā)電機功率需要任意調(diào)整。
[0020]各永磁塊呈扇形，且同圓周中心對稱分布，永磁塊的個數(shù)可根據(jù)發(fā)電機功率需要任意調(diào)整。
[0021]當(dāng)平面扇形線圈個數(shù)較多(例如7個以上)，則同一線圈層中，相鄰平面扇形線圈之間部分相疊交。
[0022]各線圈層由單根導(dǎo)線繞制而成，以確保發(fā)電機的品質(zhì)。
[0023]所述定子包括對稱設(shè)于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的一對，與各定子鄰近的蓋板為導(dǎo)磁蓋板；所述轉(zhuǎn)子包括:由非導(dǎo)磁材料的隔板隔離的一對導(dǎo)磁盤體，設(shè)于該導(dǎo)磁盤體上的永磁塊；該對導(dǎo)磁盤體與所述隔板同軸平行設(shè)置；該對導(dǎo)磁盤體上的永磁塊的極性對稱。所述定子包括對稱的一對，利于提高發(fā)電機功率，同時使轉(zhuǎn)子兩側(cè)受力均勻，定子包括對稱設(shè)于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的一對，轉(zhuǎn)子上的永磁塊嵌于轉(zhuǎn)子本體的安裝孔中，或轉(zhuǎn)子包括相鄰背向設(shè)置的結(jié)構(gòu)相同的一對，該對轉(zhuǎn)子上的永磁塊的極性對稱。
[0024]具體實施時，所述轉(zhuǎn)子固定于轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸軸承配合于一對軸承座中，定子、轉(zhuǎn)子處于該對軸承座之間；所述的各導(dǎo)磁蓋板、定子、轉(zhuǎn)子設(shè)于一非導(dǎo)磁的環(huán)形外殼中。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)效果:(1)本發(fā)明的汽車通過重力勢能轉(zhuǎn)換裝置，將上下顛簸產(chǎn)生的重力勢能加以利用，轉(zhuǎn)換為電能，大大提高了能源利用率；(2)本發(fā)明的無硅鋼片發(fā)電機，無需硅鋼片，定子采用多層線圈層經(jīng)塑料復(fù)合材料熱壓呈環(huán)形，厚度一般為小于lcm，該復(fù)合材料含有磁吸粉，其僅在線圈通電時導(dǎo)磁，且絕緣性能良好。因此無漏磁且磁路阻抗小，導(dǎo)磁率高，故而可大幅降低線圈匝數(shù)，減小銅線的用量。相對于傳統(tǒng)無刷永磁發(fā)電機，相同功率的條件下，總的線圈匝數(shù)可減小1/3，磁塊使用量減少1/2，相同能耗的條件下，發(fā)電機輸出功率提高15-20%，有效功率達88%。(3)本申請的發(fā)電機無需硅鋼片，定子采用多層線圈層經(jīng)塑料復(fù)合材料熱壓呈環(huán)形，厚度一般為小于1cm，該復(fù)合材料含有磁吸粉，其僅在線圈通電時導(dǎo)磁，且絕緣性能良好。由于本申請的發(fā)電機中定子、轉(zhuǎn)子平行相鄰且同軸設(shè)置，定子厚度薄，因此體積較小，線圈層產(chǎn)生的磁場與轉(zhuǎn)子上的永磁塊構(gòu)成封閉磁路。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的汽車的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是助力車的重力勢能轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是三棘爪的棘輪的截面圖；
圖4是兩棘爪的棘輪的截面圖；
圖5為本發(fā)明的單定子、單轉(zhuǎn)子的小功率無硅鋼片發(fā)電機的剖面結(jié)構(gòu)圖；
圖6為本發(fā)明的雙定子、單轉(zhuǎn)子的大功率無硅鋼片發(fā)電機的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明轉(zhuǎn)子的一種實施方式；
圖8為本發(fā)明轉(zhuǎn)子的另一種實施方式，其中給出了 ；
圖9為所述發(fā)電機中A相線圈的端面結(jié)構(gòu)圖；
圖10為所述發(fā)電機中B相線圈的端面結(jié)構(gòu)圖；
圖11為所述發(fā)電機中C相線圈的端面結(jié)構(gòu)圖；
圖12為所述三相發(fā)電機中的線圈分布結(jié)構(gòu)示意圖；
圖13為所述線圈層中的多個平面扇形線圈分離開后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖14為所述重力勢能轉(zhuǎn)換裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
附圖標(biāo)記:31.環(huán)形外殼,32.導(dǎo)磁蓋板,33.永磁塊,34.A相線圈層，35.B相線圈層，36.C相線圈層，37.軸承座，38.軸承，39轉(zhuǎn)軸，40.定子，42轉(zhuǎn)子，43.隔磁板，44.非導(dǎo)磁蓋板，45.扇形平面線圈。
【具體實施方式】
[0027]實施例1
如圖1，本實施例的利用重力勢能進行發(fā)電的汽車包括:車架或承載式車身12、車橋19、設(shè)于車架或承載式車身12與車橋19之間的彈性元件21、設(shè)于車架或承載式車身12底部的重力勢能轉(zhuǎn)換裝置22 ;車橋的兩端設(shè)有車輪。彈性元件21為空氣彈簧、螺旋彈簧或扭桿彈簧。
[0028]如圖2，所述重力勢能轉(zhuǎn)換裝置22包括:設(shè)于所述車身底部的殼體20，設(shè)于該殼體20內(nèi)的軸承配合于一定位軸13上的驅(qū)動齒輪14，內(nèi)側(cè)端與所述驅(qū)動齒輪14固定連接的驅(qū)動桿8，與驅(qū)動齒輪14嚙合的小齒輪15，該小齒輪15活動配合于一中心軸11上，該中心軸11上軸承配合有棘爪固定座3和大齒輪1，該棘爪固定座3上分布有多個中心對稱的棘爪5，該棘爪固定座3能隨小齒輪15繞中心軸11同步旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動桿8的外側(cè)端活動連接在所述彈性元件與車橋的連接處，或所述彈性元件的下支點。(彈性元件若為鋼板彈簧，則驅(qū)動桿8的外側(cè)端活動連接在鋼板彈黃的中央)。
[0029]所述棘爪固定座3的外周設(shè)有與所述各棘爪5嚙合的棘輪2。
[0030]如圖3或4，棘爪5的內(nèi)側(cè)端通過小軸4活動連接在棘爪固定座3上，棘輪2與大齒輪I通過多個螺栓9上下固定配合。所述小齒輪15與棘爪固定座3之間通過限位凸起與限位槽實現(xiàn)上下定位配合，或所述棘爪固定座3的頂面整體與所述小齒輪的底面上的限位槽實現(xiàn)上下定位配合，以使棘爪固定座3適于隨小齒輪15繞中心軸11同步旋轉(zhuǎn)。
[0031]所述大齒輪I與一發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸傳動配合，以驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，并對汽車上的蓄電池充電。該汽車優(yōu)選混合動力汽車或純電動汽車。
[0032]所述中心軸11的與小齒輪15活