CN101847907B - 一种太阳能汽车及其光伏电磁离合装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏电磁离合装置，用于设有发电机和太阳能电池两种供电系统的汽车，包括设于所述发电机的驱动轴与驱动轮之间的电磁离合器，所述电磁离合器的主动旋转部分和从动旋转部分分别与所述发电机的驱动轴和驱动轮连接，所述太阳能电池的供电支路之一与所述电磁离合器在电路上相连接。该装置利用电磁力的作用来传递或中止机械传动力矩，可根据车用太阳能发电系统的发电量，利用电磁离合器自动切换太阳能发电和发电机发电的工作模式，从而降低发动机带动发电机产生的工作负载。本发明还公开了一种设有上述光伏电磁离合装置的太阳能汽车。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种用于在发电机发电和太阳能电池发电之间进行自动转换，以便对车载蓄电池进行充电或供电的光伏电磁离合装置。本发明还涉及设有上述光伏电磁离合器的太阳能汽车。
背景技术
汽车行走所需的动力主要来源于发动机，发动机通过燃烧燃油提供汽车行走系统所需的动力，汽车内通常设置有发电机及车载蓄电池，由汽车的发动机带动发电机对车载蓄电池充电，由发电机或车载蓄电池向音响、车灯、各种仪表等用电设备提供其所需的电量。
现代汽车的电器化程度日益提高，各辅助设备的耗电量也因此急剧增加，其所需的能量均来源于汽车的发动机，因此需要发动机提供更多的动力来带动发电机等附属设备，无形中增加了发动机的额外油耗，带来大量的二氧化碳排放量，造成了严重的环境污染，且大量的能源消耗不利于节约资源；同时，发动机在向发电机提供动力时，势必会减小向行走系统提供的动力，进而影响到汽车的行走性能。
随着全球经济和科学技术的飞速发展，现在各国的科学家正致力开发产生较少污染的电动汽车，希望可以取代燃烧汽油的汽车。
到目前为止，太阳能在汽车上的应用技术主要有两个方面：
一是作为驱动力，使用太阳能电池把光能转化成电能，电能会在储电池中存起备用，用来推动汽车的电动机。
二是用作汽车辅助设备的能源，在传统汽车上使用太阳能作为辅助动力，以减少常规燃料的消耗，这方面的应用主要有以下几种形式：
首先，太阳能可用作汽车蓄电池的辅助充电能源，在轿车上加装太阳电池后，可在天气条件允许的情况下，利用太阳能为车载蓄电池充电或供电，从而达到节能减排的目的。
其次，可用于驱动风扇和汽车空调等系统，汽车在阳光下停泊，由于车内空气不流通，使得车体成了收集太阳能的温室，造成车内温度升高，使车内释放大量的有害物质，从而使车内空气品质变糟。若加装太阳能装置，比如加装太阳能风扇等，则可以为车辆在停泊期间无能耗提供新风并降温，保证车辆再次上路时有良好的空气品质。
使用太阳能电池向汽车蓄电池充电，可减轻汽车发动机的工作负荷，进而减少燃油消耗以及环境污染。但太阳能电池只能在阳光充足的天气条件下才能发电，因此并不能完全取代发电机发电，只能作为一种补充能源加以利用。
在通常情况下，汽车发动机通过皮带和皮带轮驱动发电机发电，在太阳能电池达到一定发电量时，为了达到节能减排的目的，需切断发动机与发电机之间的动力传输，使发电机处于停运状态，不参与发电，仅由太阳能电池提供电能，当太阳能电池的发电量不足时，又需要将发动机与发电机重新连接，使发电机恢复工作进行发电。
为了能够使汽车在发电机发电和太阳能电池发电之间进行转换，在现有技术中，一般通过加装控制装置的方法来进行控制，这些控制装置的检测单元可适时检测太阳能电池的工作状态，并能够根据太阳能电池的发电量发出相应的控制指令，由执行单元按照控制指令将发动机和发电机结合在一起或者将两者分开。这种控制装置结构复杂、通用性差、维护成本高，而且其检测单元容易受电磁干扰，可靠性较低，不适合大面积推广应用。
因此，如何使安装有太阳能电池的汽车能够在上述两种发电方式之间进行理想的转换，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏电磁离合装置。该离合装置安装于汽车发电机的驱动轴处，在燃油发动机车辆安装光伏太阳能电池后，能够根据太阳能电池的发电量随时自动切断、连接发电机动力轴和皮带轮之间的传动力矩，在天气条件允许的情况下由太阳能电池供电，反之则自动转换为发电机供电，以达到降低发动机带动发电机产生的工作负载，实现汽车节能降耗的目的。
本发明的另一目的是提供一种设有上述光伏电磁离合装置的太阳能汽车。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏电磁离合装置，用于设有发电机和太阳能电池两种供电系统的汽车，包括设于所述发电机的驱动轴与驱动轮之间的电磁离合器，所述电磁离合器的主动旋转部分和从动旋转部分分别与所述发电机的驱动轴和驱动轮连接，所述太阳能电池的供电支路之一与所述电磁离合器在电路上相连接。
优选地，所述电磁离合器具体为干式多片电磁离合器。
优选地，所述干式多片电磁离合器包括摩擦片组；所述摩擦片组的一侧设有激磁线圈和弹簧，另一侧设有衔铁；所述太阳能电池的供电支路之一与所述激磁线圈在电路上相连接。
优选地，所述摩擦片组包括交替装叠的主动摩擦片和从动摩擦片，所述主动摩擦片可轴向移动地安装于所述发电机驱动轴的花键轴端，所述从动摩擦片的外缘凸起部分卡在与所述发电机驱动轮固定在一起的套筒内。
优选地，所述电磁离合器与所述发电机的驱动轮为一体式结构。
优选地，所述发电机的驱动轴与驱动轮之间进一步设有轴承。
优选地，所述轴承具体为内置式滚珠轴承。
优选地，所述发电机的驱动轮具体为皮带轮。
优选地，所述电磁离合器的工作电压在12V～36V之间。
本发明还提供一种太阳能汽车，设有发电机和太阳能电池两种供电系统，所述发电机供电系统的发电机设有上述任一项所述的光伏电磁离合装置。
本发明所提供的光伏电磁离合装置是一种自动化执行元件，它利用电磁力的作用来传递或中止机械传动力矩，可根据车用太阳能发电系统的发电量，采用部分太阳能发电为电磁离合器供电，有电时能马上启动并进入结合传动模式，无电时能立即关闭并进入分离空转模式，具有十分高效的响应速度，利用电磁离合器自动切换太阳能发电和发电机发电的工作模式，可达到在有太阳能发电的情况下汽车发电机不工作，在无光伏供电的情况下汽车发电机则正常工作的状态，从而降低发动机带动发电机产生的工作负载，节能环保效果显著；由于避免了采用其它控制器件，因此不受电磁等外界因素干扰，具有十分理想的可靠性能；此外，还具有结构简单、通用性强、维护成本低等技术优势，适合大面积推广应用。
在一种具体实施方式中，所述电磁离合器具体为干式多片电磁离合器。因为是干式摩擦片结构，其耐久性强、散热性好、扭力传递速度快，不容易出现丢转现象，且不需要润滑，能够适应各种强烈震动和温度变化，在发动机各种工作状态下都可以正常工作。
在另一种具体实施方式中，所述电磁离合器与所述发电机的驱动轮为一体式结构。如此，可缩减光伏电磁离合装置的体积，使整个光伏电磁离合装置可作为一个附件安装在原发电机驱动轴处，安装时只要拆下原发电机皮带轮，换上该离合装置即可，避免过多的改变原发电机的设计，不改变原发电机的驱动轮外径尺寸、传动皮带长度和力距，易于维护、更换。
在另一种具体实施方式中，所述电磁离合器的工作电压在12V～36V之间。所述电磁离合器采用太阳能电池产生的直流电作为电源，在12V～36V的电压范围内，可以适应不同天气条件下太阳能电池发电功率的大范围变化，而且对电源无稳压及滤波要求。
本发明所提供的太阳能汽车包括上述光伏电磁离合装置，由于上述光伏电磁离合装置具有上述技术效果，具有该光伏电磁离合装置的太阳能汽车也应具备相应的技术效果。
附图说明
图1为本发明所提供光伏电磁离合装置处于结合传动模式的结构示意图；
图2为本发明所提供光伏电磁离合装置处于分离空转模式的结构示意图。
图中数字编号所对应的设备或部件名称如下：
1.发电机 1-1.驱动轴 1-2.驱动轮 1-3.套筒 1-4.滚珠轴承 2-1.激磁线圈 2-2.铁芯 2-3.衔铁 2-4.摩擦片组 2-5.弹簧 2-4-1.主动摩擦片 2-4-2.从动摩擦片
具体实施方式
本发明的核心是提供一种光伏电磁离合装置。该装置利用电磁力的作用来传递或中止机械传动力矩，可根据车用太阳能发电系统的发电量，利用电磁离合器自动切换太阳能发电和发电机发电的工作模式，从而降低发动机带动发电机产生的工作负载。本发明的另一核心是提供一种设有上述光伏电磁离合装置的太阳能汽车。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本文中的“内侧、外侧”等表示方位的用语是基于附图的位置关系，仅是为了便于描述，不应将其理解为对具体结构的限定。
在一种具体实施方式中，本发明所提供的光伏电磁离合装置，主要用于设有发电机和太阳能电池两种供电系统的汽车。
发电机供电系统为汽车的主发电系统，由汽车的发动机通过皮带和皮带轮驱动其运转，能够将发动机的部分动能转变为电能对车载蓄电池充电，由发电机或车载蓄电池向用电设备提供其所需的电量，由于是通过燃烧燃料获取动力进行发电，因此受外界环境影响较小，在晴、阴、雨、雪等天气条件和夜间都能正常工作，可全天候运行。
太阳能电池供电系统为汽车的辅助发电系统，其太阳能电池一般设于汽车车身能直接接触阳光的部位，或者制作成汽车车身的一部分，通过光电效应或者光化学效应把光能转化成电能，由于其能量来源是阳光，受外界环境影响较大，在阴、雨、雪等天气条件和夜间，由于阳光强度较低，其发电量一般都比较微弱，甚至不能正常工作，因此不能够全天候运行，只能作为辅助能源加以利用，以减少常规燃料的消耗。
如上所述，在通常情况下，汽车发动机通过皮带和皮带轮驱动发电机发电，在太阳能电池达到一定发电量时，为了达到节能减排的目的，需切断发动机与发电机之间的动力传输，使发电机处于停运状态，不参与发电，仅由太阳能电池提供电能，当太阳能电池的发电量不足时，又需要将发动机与发电机重新连接，使发电机恢复工作进行发电。
请参考图1、图2，图1为本发明所提供光伏电磁离合装置处于结合传动模式的结构示意图；图2为本发明所提供光伏电磁离合装置处于分离空转模式的结构示意图。
如图所示，本发明所提供光伏电磁离合装置设于发电机的动力输入端，其电磁离合器位于发电机1的驱动轴1-1与驱动轮1-2之间。
上述电磁离合器具体为干式多片电磁离合器，主要由激磁线圈2-1、铁芯2-2、衔铁2-3、摩擦片组2-4、弹簧2-5及联接件等组成，摩擦片组2-4由交替装叠的主动摩擦片2-4-1和从动摩擦片2-4-2组成，主动摩擦片2-4-1可轴向移动地安装于发电机驱动轴1-1的花键轴端，从动摩擦片2-4-2的外缘凸起部分卡在与发电机驱动轮1-2固定在一起的套筒1-3内，激磁线圈2-1和弹簧2-5位于摩擦片组2-4的内侧，衔铁2-3位于摩擦片组2-4的外侧，激磁线圈2-1与太阳能电池的供电支路之一在电路上相连接，套筒1-3与驱动轴1-1之间设有内置式滚珠轴承1-4，以保证驱动轮1-2与驱动轴1-1的同轴度，使运行更加稳定可靠。
主动摩擦片2-4-1通过其内缘凸起嵌套在在发电机驱动轴1-1上，能够沿轴向自由移动，连同其它部件一起构成离合器的主动旋转部分，由于是花键连接，驱动轴1-1转动时将带动其上的主动摩擦片2-4-1一起转动。
从动摩擦片2-4-2也能够沿轴向移动，与其它部件一起构成离合器的从动旋转部分，与主动摩擦片2-4-1不同，从动摩擦片2-4-2不随驱动轴1-1一起转动，而是随驱动轮1-2一起转动，在分离状态下，驱动轴1-1转动时驱动轮1-2可以不转动。
当采用发电机发电时，电磁离合器的激磁线圈2-1不得电，在弹簧2-5的弹力作用下主动摩擦片2-4-1和从动摩擦片2-4-2压入彼此的卡槽内，紧紧压住各摩擦片，依靠主、从动摩擦片之间的摩擦力，使驱动轴1-1和驱动轮1-2成为一个整体转动，由发动机带动发电机发电。
在天气条件允许的情况下，当太阳能电池正常工作时，一部分电源提供给离合器，其激磁线圈2-1得电后，将衔铁2-3吸向铁芯2-2，衔铁2-3克服弹簧2-5的弹力将其压缩，使主动摩擦片2-4-1与从动摩擦2-4-2片之间的摩擦力消失，失去传动力矩的作用，此时，驱动轮1-2将处于空转状态，从而达到停止发电机工作的目的。
激磁线圈2-1一端可通过电刷和滑环(图中未示出)与太阳能电池的电源支路连接，以输入直流电，另一端可接地。
上述光伏电磁离合装置是一种自动化执行元件，它利用电磁力的作用来传递或中止机械传动力矩，可根据车用太阳能发电系统的发电量，采用部分太阳能发电为电磁离合器供电，有电时能马上启动并进入结合传动模式，无电时能立即关闭并进入分离空转模式，具有十分高效的响应速度，利用电磁离合器自动切换太阳能发电和发电机发电的工作模式，可达到在有太阳能发电的情况下汽车发电机不工作，在无光伏供电的情况下汽车发电机则正常工作的状态，从而降低发动机带动发电机产生的工作负载，节能环保效果显著；由于避免了采用其它控制器件，因此不受电磁等外界因素干扰，具有十分理想的可靠性能；此外，还具有结构简单、通用性强、维护成本低等技术优势，适合大面积推广应用。
由于是干式摩擦片结构，其耐久性强、散热性好、扭力传递速度快，不容易出现丢转现象，且不需要润滑，能够适应各种强烈震动和温度变化，在发动机各种工作状态下都可以正常工作。
当然，电磁离合器并不局限于干式摩擦片离合器，还可以是牙嵌式电磁离合器、磁粉式电磁离合器或涡流式电磁离合器等其它类型的电磁离合器，凡是能由太阳能电池直接控制开启的电磁离合器均在本发明的保护范围之内。
上述驱动轮的外径部分为皮带轮，与电磁离合器整合为一体式结构。如此，可缩减光伏电磁离合装置的体积，使整个光伏电磁离合装置可作为一个附件安装在原发电机驱动轴处，安装时只要拆下原发电机皮带轮，换上该离合装置即可，避免过多的改变原发电机的设计，不改变原发电机的驱动轮外径尺寸、传动皮带长度和力距，易于维护、更换。
这里需要说明的是，电磁离合器的工作电压可控制在12V～36V之间，电磁离合器采用太阳能电池产生的直流电作为电源，在12V～36V的电压范围内，可以适应不同天气条件下太阳能电池发电功率的大范围变化，而且对电源无稳压及滤波要求。
若电磁离合器的工作电压小于12V，由于电压较小，其激磁线圈产生的吸力也相对较小，将无法吸动衔铁将弹簧压缩，不能使主动摩擦片与从动摩擦片相脱离，电磁离合器会仍然处于结合状态；若电磁离合器的工作电压大于36V，将对太阳能电池的发电功率提出较高要求，就现有技术来讲，太阳能电池的能量转化率为10～20％，只有在特别良好的天气条件下，才能产生足够的电压使电磁离合器处于断开状态；因此将电磁离合器的工作电压设定在12V～36V之间是较为适宜的。
本发明所提供光伏电磁离合装置适用于各类发电机，其中最常见的有五类：
1.普通交流发电机，即使用时需要配装电压调节器的发电机。
2.整体式交流发电机，即发电机和调节器制成一个整体的发电机。
3.带泵交流发电机，也就是和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机。
4.无刷交流发电机，即不需要电刷的发电机。
5.永磁交流发电机，即磁极为永磁铁制成的发电机。
除了上述光伏电磁离合装置之外，本发明还提供一种太阳能汽车。该太阳能汽车设有发电机和太阳能电池两种供电系统，其发电机设有上述任一项所述的光伏电磁离合装置，其余结构请参考现有技术，本文不再赘述。
以上对本发明所提供的太阳能汽车及其光伏电磁离合装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种光伏电磁离合装置，用于设有发电机和太阳能电池两种供电系统的汽车，其特征在于，包括设于所述发电机的驱动轴与驱动轮之间的电磁离合器，所述电磁离合器的主动旋转部分和从动旋转部分分别与所述发电机的驱动轴和驱动轮连接，所述太阳能电池的供电支路之一与所述电磁离合器在电路上相连接。
2.根据权利要求1所述的光伏电磁离合装置，其特征在于，所述电磁离合器具体为干式多片电磁离合器。
3.根据权利要求2所述的光伏电磁离合装置，其特征在于，所述干式多片电磁离合器包括摩擦片组；所述摩擦片组的一侧设有激磁线圈和弹簧，另一侧设有衔铁；所述太阳能电池的供电支路之一与所述激磁线圈在电路上相连接。
4.根据权利要求3所述的光伏电磁离合装置，其特征在于，所述摩擦片组包括交替装叠的主动摩擦片和从动摩擦片，所述主动摩擦片可轴向移动地安装于所述发电机驱动轴的花键轴端，所述从动摩擦片的外缘凸起部分卡在与所述发电机驱动轮固定在一起的套筒内。
5.根据权利要求1所述的光伏电磁离合装置，其特征在于，所述发电机的驱动轴与驱动轮之间进一步设有轴承。
6.根据权利要求5所述的光伏电磁离合装置，其特征在于，所述轴承具体为内置式滚珠轴承。
7.根据权利要求1至6任一项所述的光伏电磁离合装置，其特征在于，所述发电机的驱动轮具体为皮带轮。
8.根据权利要求1至6任一项所述的光伏电磁离合装置，其特征在于，所述电磁离合器的工作电压在12V～36V之间。
9.一种太阳能汽车，设有发电机和太阳能电池两种供电系统，其特征在于，所述发电机供电系统的发电机设有上述权利要求1至8任一项所述的光伏电磁离合装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Owner name: TIANJIN YINGLI NEW ENERGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: YINGLI ENERGY (CHINA) CO., LTD. Effective date: 20120518 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 071051 BAODING, HEBEI PROVINCE TO: 300201 HEXI, TIANJIN |
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Effective date of registration: 20120518 Address after: 300201 Binhai science and Technology Park, Binhai hi tech Zone, 13888 Jin Han Road, Tianjin Patentee after: Tianjin Yingli New Energy Co.,Ltd. Address before: 071051 Chaoyang North Street, Hebei, Baoding, No. 3399 Patentee before: Yingli Energy (China) Co., Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20170814 Address after: Inner Mongolia Bayannaoer City Longxing 015000 Wuyuan County Chang Qing original district 1 building 4 unit 7 Patentee after: Zhang Yongqiang Address before: 300201 Binhai science and Technology Park, Binhai hi tech Zone, 13888 Jin Han Road, Tianjin Patentee before: Tianjin Yingli New Energy Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20111109 Termination date: 20180604 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |