СИСТЕМА И СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Российский патент 2022 года по МПК B60K16/00 B60L8/00 H02J7/14 F03D9/32 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА

[0001] В настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки на патент Австралии №: 2019900068, поданной 9 января 2019 г., и международной заявки на патент №: PCT/AU 2020/050012, поданной 9 января 2020 г., всё содержание которых включено в настоящий документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0002] Настоящее изобретение относится к системе и способу для улучшенной эксплуатации электрических транспортных средств и, в частности, для увеличения максимальной дальности хода таких транспортных средств.

[0003] Далее будет удобно описать изобретение в отношении системы и способа улучшенной эксплуатации электрического наземного транспортного средства, такого как, например, пассажирское или коммерческое дорожное транспортное средство, однако следует принимать во внимание, что настоящее изобретение не ограничивается исключительно этим использованием. Напротив, система и способ по настоящему изобретению могут использоваться для улучшения эксплуатации любого подходящего электрического транспортного средства, включая, но не ограничиваясь: грузовики; тракторы; автобусы; самолеты; и/или водное судно. Соответственно, если не указано иное, во всем последующем описании термин «транспортное средство» или «электрическое транспортное средство» предназначен для отсылки к любому подходящему средству, в котором или с помощью которого кто-либо может путешествовать, или что-то может перемещать или транспортировать при использовании одного или более электрических двигателей или в соединении с ними.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0004] Любое раскрытие документов, устройств, действий или знаний в этом описании включено для объяснения контекста изобретения. Это не следует воспринимать как признание того, что какие-либо материалы образуют часть предшествующего уровня техники или общеизвестных знаний в соответствующей области техники в Австралии или где-либо еще на дату приоритета настоящего раскрытия или до нее.

[0005] В разработке электрических батарей, используемых для питания электромобилей, наблюдается быстрый прогресс. Батареи с все более высокой емкостью обеспечивают перспективу увеличения максимальной дальности хода между последовательными остановками зарядки батареи, в то время как сокращение периода подзарядки сводит к минимуму соответствующие задержки. Однако кажется вероятным, что в обозримом будущем относительно небольшая максимальная дальность хода станет препятствием для полного принятия полностью электрических транспортных средств.

[0006] Кузова транспортных средств, в том числе электромобилей, спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму неблагоприятные эффекты лобового сопротивления от воздушного потока над и под кузовом во время движения вперед. Однако кузова также предназначены для приема регулируемого воздушного потока, например, для охлаждения тормозов и внутреннего регулирования воздуха, а также для управления обогревом или охлаждением. Как в предложении патента США № 5680032 от Pena (далее «US 5680032»), также было предложено использовать энергию ветра для подзарядки батарей электромобилей.

[0007] В патенте США № 5688032 предлагается, во время движения электрического транспортного средства вперед, улавливать воздух в передней части транспортного средства и направлялся к одной или более турбинам. Воздух из турбин выпускается в областях низкого давления по бокам и/или сзади автомобиля. Движущая сила воздуха вращает турбины, которые с возможностью вращения зацеплены с генератором для производства электрической энергии, которая используется для непосредственной подзарядки батарей, питающих транспортное средство. Генератор с возможностью вращения зацеплен с маховиком для накопления механической энергии, когда транспортное средство движется вперед. Когда транспортное средство замедляется или останавливается, маховик высвобождает накопленную генераторам энергию, тем самым позволяя генератору продолжать прямую подзарядку батарей. Маховик позволяет генераторам обеспечивать более стабильный и непрерывный ток для зарядки батарей.

[0008] Настоящее изобретение направлено на предложение альтернативы устройству, которое, по меньшей мере в предпочтительных вариантах осуществления изобретения, способно дополнительно улучшить подзарядку батарей электрического транспортного средства по сравнению с решением US 5680032.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0009] Соответственно, в одном аспекте настоящее изобретение относится к системе для улучшенной эксплуатации электрического транспортного средства, имеющего основную батарею или основные батареи для питания электрического приводного двигателя, выполненного с возможностью приведения в движение транспортного средства, при этом система включает в себя по меньшей мере одно воздухозаборное устройство, выполненное с возможностью работы, когда транспортное средство движется вперед или неподвижно, для улавливания воздуха и направления потока воздуха от впускного конца к выпускному концу воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств; по меньшей мере одну турбину, расположенную смежно с выпускным концом воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств, так что турбина или турбины выполнены с возможностью приведения в движение потоком воздуха из выпускного конца воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств и тем самым обеспечивать генерирование первой ступени выхода электрической энергии на первом уровне энергии; вторичный батарейный блок, электрически соединенный с выходом электрической энергии турбины или турбин для приема и накопления электрической энергии первой ступени, генерируемой турбиной или турбинами; первый вспомогательный электрический двигатель, выполненный с возможностью приведения в движение посредством электрического соединения со вторичным батарейным блоком для вращения выходного вала первого вспомогательного электрического двигателя; второй вспомогательный электрический двигатель, имеющий входной вал, соединенный с возможностью передачи приводного усилия с выходным валом первого вспомогательного электрического двигателя, и выходную клемму, выполненную с возможностью соединения с основной батареей или основными батареями транспортного средства; и трансмиссию, соединяющую выходной вал с входным валом и выполненную с возможностью обеспечения повышения скорости вращения от первого до второго вспомогательного электрического двигателя, посредством чего второй вспомогательный электрический двигатель выполнен с возможностью приведения в движение для генерации второй ступени электрической энергии постоянного или переменного тока на втором уровне энергии, более высоком, чем первый уровень энергии, которая может подаваться от выходной клеммы второго вспомогательного электрического двигателя к основной батарее или основным батареям и/или приводному двигателю транспортного средства.

[0010] В отношении системы согласно изобретению, а также во всем настоящем описании и формуле изобретения, следует понимать, что первая ступень электрической энергии наиболее предпочтительно представляет собой ступень постоянного тока. Вторая ступень также может представлять собой ступень постоянного тока, и в этом случае соответствующие уровни энергии могут отражать соответствующие уровни напряжения. Однако вторая ступень может представлять собой ступень переменного тока, если требуется трехфазный переменный ток. Кроме того, система обеспечивает повышение мощности с первого до второй ступени генерирования электроэнергии с электронным или механическим управлением повышением, так, чтобы предпочтительно не превышать 95% емкости. Таким образом, трансмиссия между первой и второй ступенью может предотвратить превышение второй ступенью 95% ее емкости. Для этого может использоваться передаточное число вплоть до 1:50 в зависимости от максимальной скорости вращения на второй ступени.

[0011] Соответственно, в еще одном аспекте настоящее изобретение относится к способу улучшенной эксплуатации электрического транспортного средства, имеющего основную батарею или основные батареи для питания электрического приводного двигателя, выполненного с возможностью приведения в движение электрического транспортного средства, при этом способ включает в себя следующие этапы: улавливание воздуха по меньшей мере одним воздухозаборным устройством, когда электрическое транспортное средство движется вперед или неподвижно, и направление потока воздуха от впускного конца к выпускному концу воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств; размещение по меньшей мере одной турбины смежно с выпускным концом воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств, чтобы турбина или турбины приводились в движение потоком воздуха из выпускного конца воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств и, таким образом, обеспечение генерирования турбиной или турбинами первой ступени электрической энергии на первом уровне энергии, и, предпочтительно, объединение с одним или более компонентом кузова электрического транспортного средства или размещение смежно с ними одной или более фотоэлектрических солнечных панелей и улавливание солнечного света посредством одной или более фотоэлектрических солнечных панелей и, таким образом, обеспечение генерирования одной или более фотоэлектрическими солнечными панелями дополнительной первой ступени электрической энергии на первом уровне энергии; прием и накопление электрической энергии первых ступеней, генерируемой турбиной или турбинами и одной или более фотоэлектрических солнечных панелей, за счет обеспечения наличия вторичного батарейного блока, электрически соединенного с выходом электрической энергии турбины или турбин и одной или более фотоэлектрическими солнечными батареями; использование энергии от вторичного батарейного блока для работы первого вспомогательного электрического двигателя; использование первого вспомогательного электрического двигателя для приведения в движение второго вспомогательного электрического двигателя через трансмиссию, соединяющую выходной вал первого вспомогательного электрического двигателя с входным валом второго вспомогательного электрического двигателя; соединение трансмиссии обеспечивает повышение скорости вращения от первого до второго вспомогательного электрического двигателя, посредством чего второй вспомогательный электрический двигатель приводится в движение для генерирования второй ступени электрической энергии постоянного или переменного тока на втором уровне энергии более высоком, чем первый уровень энергий; и подачу электрической энергии на втором уровне энергии от выходной клеммы второго вспомогательного электрического двигателя к основной батарее или основным батареям электрического транспортного средства и/или приводному двигателю электрического транспортного средства.

[0012] В данном описании подразумевается, что ссылки на одну или более батарей или батарейных блоков включают ссылку на любые средства накопления энергии, включая механические или электрические, конденсаторы, химический состав или любые другие подходящие средства или устройства накопления энергии.

[0013] По меньшей мере воздухозаборное устройство или воздухозаборные устройства и турбина или турбины расположены смежно друг с другом в электрическом транспортном средстве в местоположении, подходящем для улавливания подходящего потока воздуха. Указанное местоположение может и предпочтительно находится в переднем отсеке кузова транспортного средства и расположено таким образом, чтобы облегчить выпуск воздуха после прохождения турбины или турбин. С воздухозаборным устройством или воздухозаборными устройствами и турбиной или турбинами в переднем отсеке, выпускаемый воздух может проходить вниз или вбок из переднего отсека. Однако воздух предпочтительно направляется воздухозаборным устройством или воздухозаборными устройствами и связанной турбиной в передне-заднем для электрического транспортного средства направлении, предпочтительно, по существу, в горизонтальном передне-заднем для электрического транспортного средства направлении. Вторичный батарейный блок, а также первый и второй вспомогательные электрические двигатели также могут быть расположены смежно с воздухозаборным устройством или воздухозаборными устройствами и турбиной или турбинами, хотя электрическое соединение между турбиной или турбинами и вторичным батарейным блоком, или электрическое соединение между вторичным батарейным блоком и первым вспомогательным электрическим двигателем может иметь длину, позволяющую использовать другие расположения.

[0014] Хотя в системе согласно изобретению может использоваться одно воздухозаборное устройство, предпочтительно, чтобы в системе было по меньшей мере два таких устройства. Воздухозаборное устройство или каждое из них может пропускать соответствующий воздушный поток по меньшей мере к двум турбинам, хотя предпочтительно имеется одна соответствующая турбина для приема одного воздушного потока от каждого воздухозаборного устройства. В случае двух или более турбин каждая может генерировать соответствующий выход электрической энергии первой ступени, причем каждый такой выход по существу находится на общем первом уровне энергии. Вторичный батарейный блок может быть электрически соединен с соответствующим выходом электрической энергии каждой из турбин для приема и накопления совокупной электрической энергии первой ступени, генерируемой соответствующими турбинами.

[0015] Система согласно изобретению может предпочтительно, вместе с турбиной или турбинами, использовать одну или более фотоэлектрических панелей, объединенных с одним или более компонентами кузова электрического транспортного средства или иным образом расположенных смежно с одним или более компонентами кузова для улавливания солнечного света, при этом каждая из одной или более фотоэлектрических панелей выполнена с возможностью генерирования дополнительной первой ступени выхода электрической энергии, по существу на общем первом уровне энергии, таком как генерируемый турбиной или турбинами. Вторичный батарейный блок может быть электрически соединен с соответствующим выходом энергии каждой из фотоэлектрических панелей для приема и накопления совокупной электрической энергии первых ступеней, генерируемой любой соответствующей фотоэлектрической панелью или фотоэлектрическими панелями в сочетании с соответствующей турбиной или турбинами.

[0016] Трансмиссия, которая соединяет выходной вал первого вспомогательного электрического двигателя с входным валом второго вспомогательного электрического двигателя, может содержать и предпочтительно содержит зубчатую передачу, которая обеспечивает требуемое повышение скорости вращения от первого до второго вспомогательного электрического двигателя. Зубчатая передача может содержать цилиндрическую зубчатую передачу, по меньшей мере, когда она предусмотрена в предпочтительном варианте осуществления, в котором выходной вал первого вспомогательного электрического двигателя и входной вал второго вспомогательного электрического двигателя параллельны друг другу. Зубья большого зубчатого колеса передачи, предусмотренные на выходном валу, могут входить в зацепление с зубьями меньшего зубчатого колеса на входном валу, причем зубья соответствующих зубчатых колес параллельны осям валов. Однако возможна также винтовая зубчатая передача с зубьями соответствующих зубчатых колес, наклоненными по отношению к валам. В качестве альтернативы, если целесообразно или удобно иметь выходной и входной валы, отличные от параллельных, например, перпендикулярные друг другу, может быть принята предусмотрена прямозубая коническая зубчатая передача. Можно использовать одну из нескольких более сложных зубчатых передач, но, как правило, это не требуется.

[0017] Зубчатую передачу выбирают для обеспечения необходимого повышения от первого уровня энергии первой ступени электрической энергии до второго уровня энергии второй ступени электрической энергии, так что второй уровень энергии по существу соответствует выходному уровню энергии основной батареи или основных батарей и требуется для приводного двигателя транспортного средства. Повышающее передаточное число, обеспечиваемое зубчатой передачей, может варьироваться в зависимости от других параметров системы согласно изобретению. Однако передаточное число должно обеспечивать соотношение скорости вращения входного вала второго вспомогательного электрического двигателя к скорости вращения выходного вала первого вспомогательного электрического двигателя. В каждом случае соотношение может варьироваться от 1:10 до 1:25 или выше, например от 1:15 до 1:25.

[0018] Система согласно настоящему изобретению для улучшенной эксплуатации электрического транспортного средства может включать в себя схему для преобразования второго уровня энергии второй ступени электрической энергии в форму, совместимую с электрическим приводным двигателем транспортного средства, или в форму, подходящую для питания двигателя в дополнение к мощности, подаваемой в двигатель от основной батареи или основных батарей, или указанная система может быть выполнена с возможностью использования совместно с указанной схемой. Таким образом, схема может содержать зарядное устройство, с помощью которого постоянный ток на втором уровне энергии второй ступени электрической энергии и постоянный ток от основной батареи или основных батарей транспортного средства преобразуется в трехфазный переменный ток, подходящий для питания основной батареи или основных батарей электрического транспортного средства для поддержания электрической емкости основной батареи или основных батарей для питания электрического транспортного средства.

[0019] Эти и другие существенные и/или предпочтительные аспекты и признаки настоящего изобретения будут очевидны из последующего описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0020] Для того чтобы изобретение можно было более ясно понять и применить на практике, далее подробно описаны предпочтительные варианты осуществления системы и способа для улучшенной эксплуатации электромобилей в соответствии с изобретением. Обеспеченное описание приведено только в качестве неограничивающих примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

[0021] Фиг. 1 схематически иллюстрирует первое устройство предшествующего уровня техники;

[0022] Фиг. 2 схематически иллюстрирует систему согласно настоящему изобретению для улучшенной эксплуатации электрического транспортного средства;

[0023] Фиг. 3 представляет собой схематический вид сверху транспортного средства с электрическим двигателем, включающего систему с Фиг. 2 для улучшенной эксплуатации транспортного средства;

[0024] Фиг. 4 представляет собой вид сбоку транспортного средства с электрическим двигателем и системы с фиг. 3;

[0025] Фиг. 5 представляет собой вид спереди транспортного средства с электрическим двигателем и системы с фиг. 3.

[0026] Фиг. 6 представляет собой вид спереди в перспективе электрического транспортного средства, включающего альтернативную систему согласно настоящему изобретению для улучшенной эксплуатации транспортного средства, система может быть такой, как на фиг. 2;

[0027] На фиг. 7 показано транспортное средство с электрическим двигателем с фиг. 3 или фиг. 6, и показано альтернативная конфигурация воздушного потока через транспортное средство; и

[0028] Фиг. 8 соответствует фиг. 7, но с другой альтернативной схемой прохождения воздушного потока через транспортное средство с электрическим двигателем.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Далее приводится подробное описание изобретения со ссылкой на предпочтительный вариант или предпочтительные варианты осуществления, показанные на чертежах. В подробном описании и на чертежах одинаковые ссылочные позиции везде относятся к одинаковым элементам. Эти элементы предназначены для демонстрации посредством иллюстрации конкретных вариантов осуществления, в которых может быть осуществлено изобретение. Следует понимать, что могут использоваться другие варианты осуществления и что могут быть внесены процедурные и/или структурные изменения без отклонения от сущности и объема изобретения.

[0030] Устройство предшествующего уровня техники с фиг. 1 содержит устройство A (1), предназначенное для обеспечения питания электрического транспортного средства (не показан), имеющего электрический двигатель M, приводимый в действие в основном посредством основной батареи B. Устройство A(1) включает в себя воздухозаборную ступень 10, содержащую один воздухозаборный канал (не показан), который генерирует поток воздуха 12, который направляется в по существу большую турбину 14. Заборная ступень 10 обычно имеет форму воронки (не показана), обеспечивающую воздушный поток 12, достаточный для сильного вращения лопаток (не показаны) турбины 14 и, таким образом, обеспечивающую генерирование турбиной 14 выхода электрической энергии, например как на уровне напряжения постоянного тока, достаточном для использования в поддержании энергетической емкости основной батареи B или для помощи в питании двигателя M. От выходной клеммы турбины 14 выход электрической энергии может передаваться от турбины 14 к зарядному устройству 16. Постоянный ток от турбины 14 может быть преобразован зарядным устройством 16 в трехфазный переменный ток, подходящий для питания двигателя M. Таким образом, от преобразователя зарядного устройства 16 переменный ток может подаваться непосредственно на двигатель M транспортного средства для дополнения энергии, подаваемой на двигатель M через зарядное устройство 16 от основной батареи B.

[0031] На фиг. 2 схематично показана система 20, выполненная в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, для улучшенной эксплуатации электрического транспортного средства (не показано). Конфигурация системы 20 также предназначена для способствования питанию электрического транспортного средства (не показано), имеющего электрический двигатель M, питаемый в основном от основной батареи или основных батарей B. Однако, в отличие от конфигурации A (1) предшествующего уровня техники с фиг. 1, конфигурация системы 20 по настоящему изобретению включает в себя воздухозаборную ступень 10, которая содержит множество воздухозаборных каналов (не показаны), каждый из которых генерирует соответствующий поток 12 воздуха, направляемый к соответствующей одной из множества турбин 24. Каждый воздухозаборный канал (не показан) воздухозаборной ступени 10 обычно имеет форму воронки (не показана), обеспечивающую то, что соответствующий воздушный поток 12 достаточен для сильного вращения лопаток (не показаны) соответствующей турбины 24, что обеспечивает при этом генерирование турбиной 24 выхода электрической энергии на уровне электрической энергии первой ступени, например, выхода электрической энергии постоянного тока на первом уровне энергии. Конфигурация системы 20 также предпочтительно может включать, вместе с турбиной или турбинами, по меньшей мере одну фотоэлектрическую панель 25, смежную или объединенную по меньшей мере с одним компонентом 25a кузова, таким как, например, кузовная панель 25a, как показано на фиг. 3-8, для улавливания солнечного света (не показан) для генерирования выхода электрической энергии на уровне электрической энергии дополнительной первой ступени, например, выхода электрической энергии постоянного тока на первом уровне энергии. Ток выхода энергии первой ступени подается на вторичную батарею или батареи Ba для поддержания энергетической емкости батарей Ba на уровне, обеспечивающем мощность для приведения в движение первого вспомогательного электрического двигателя Ma. При питании от вторичных батарей Ba первый вспомогательный электрический двигатель Ma приводится в движение соединением трансмиссией для приведения в движение второго вспомогательного электрического двигателя Mb, который затем генерирует выход электрической энергии на уровне электрической энергии второй ступени, например, выход электрической энергия постоянного или переменного тока на втором уровне энергии, больше, чем первый уровень энергии, и достаточном для использования для поддержания энергетической емкости основной батареи или батарей B или для содействия питанию двигателя M, например, на уровне напряжения второй ступени выше, чем уровень напряжения первой ступени. Хотя это и не показано, от выходной клеммы второго вспомогательного электрического двигателя Mb выход электрической энергии может передаваться на зарядное устройство 28 (см., например, Фиг. 6). Например, постоянный ток от второго вспомогательного электрического двигателя Mb может подаваться в основную батарею или батареи B транспортного средства для поддержания уровня энергетической емкости основной батареи или батарей B или преобразовываться с помощью предпочтительного зарядного устройства 28 в трехфазный переменный ток, подходящий для питания двигателя M. Таким образом, от предпочтительного зарядного устройства 28 постоянный ток может подаваться прямо в основную батарею или батареи B, или постоянный ток может преобразовываться с помощью преобразователя зарядного устройства. 28 в переменный ток для прямой подачи в двигатель транспортного средства M, чтобы дополнить энергию, подаваемую в двигатель M от основной батареи или батарей B.

[0032] На фиг. 3-6 показаны предпочтительные варианты осуществления того, как система 20 с фиг. 2 может быть встроена в электрическое транспортное средство V. Как уже указывалось выше, система 20 обеспечивает улучшенную эксплуатацию электрического транспортного средства V, имеющего основную батарею или группу батарей B для питания электрического приводного двигателя M, посредством которого транспортное средство V приводится в движение. Система 20 включает в себя по меньшей мере одно воздухозаборное устройство 22, которое спроектировано так, чтобы работать, когда транспортное средство V движется вперед или неподвижно, для улавливания воздуха и направления потока воздуха от впускного конца 22а к выпускному концу 22b воздухозаборного устройства 22. Система 20 также включает в себя по меньшей мере одну, или соответствующую, турбину 24, расположенную смежно с выпускным концом 22b воздухозаборного устройства 22 или каждого из них, так что лопатки турбины 24, или каждой турбины, приводятся в движение воздушным потоком от выпускного конца 22b воздухозаборного устройства 22, и по меньшей мере одну фотоэлектрическую панель 25, смежную или объединенную с по меньшей мере одной панелью 25a кузова для улавливания солнечного света (не показан) и, таким образом, генерирования дополнительной первой ступени выхода электрической энергии предпочтительно постоянного тока на первом уровне энергии. Вторичный батарейный блок Ba системы 20 электрически соединен с терминалом выхода электрической энергии турбины 24 или каждой турбины 24 для приема и накопления электрической энергии первой ступени, генерируемой турбиной или турбинами 24. Кроме того, первый вспомогательный электрический двигатель Ma может приводиться в движение за счет электрического соединения с вторичным батарейным блоком Ba для вращения выходного вала Sa первого вспомогательного двигателя Ma. Смежно с первым вспомогательным двигателем Ma система 20 дополнительно включает в себя второй вспомогательный электрический двигатель Mb, имеющий входной вал Sb, соединенный с возможностью передачи приводного усилия с выходным валом Sa первого вспомогательного двигателя Ma, и выходную клемму, выполненную с возможностью соединения с основной батарее B электрического транспортного средства. V. Трансмиссия T соединяет выходной вал Sa (первого вспомогательного двигателя Ma) с входным валом Sb (второго вспомогательного двигателя Mb) и работает для обеспечения повышения скорости вращения от первого вспомогательного двигателя Ma до второго вспомогательного двигателя Mb. В указанной конфигурации второй вспомогательный двигатель Mb может приводиться в движение для генерирования второй ступени электрической энергии на втором уровне энергии, большем чем первый уровень энергии, которая может подаваться с выходной клеммы второго вспомогательного двигателя Mb на основную батарею B и/или приводной двигатель M электрического транспортного средства V, например, на уровне напряжения второй ступени выше, чем уровень напряжения первой ступени.

[0033] Таким образом, изобретение обеспечивает способ улучшенной эксплуатации электрического транспортного средства V. Способ включает в себя следующие этапы:

(i) улавливание входного воздуха по меньшей мере одним воздухозаборным устройством 22, когда электрическое транспортное средство V движется вперед или неподвижно;

(ii) направление потока воздуха от впускного конца 22a к выпускному концу 22b воздухозаборного устройства 22, к по меньшей мере одной турбине 24, расположенной смежно с выпускным концом 22b воздухозаборного устройства 22, чтобы турбина или турбины 24 приводились в движение потоком воздуха из выпускного конца 22b воздухозаборного устройства 22, и, таким образом, обеспечивалось генерирование турбиной или турбинами 24 первой ступени электрической энергии предпочтительно постоянного тока на первом уровне энергии;

(iii) и в сочетании с этапом (ii), предпочтительно улавливание солнечного света (не показан) по меньшей мере одной фотоэлектрической панелью 25, смежной или объединенной с по меньшей мере одной панелью 25а кузова, для генерирования дополнительной первой ступени электрической энергии предпочтительно постоянного тока на первом уровне энергии;

(iv) прием и накопление электрической энергии первых ступеней, генерируемой турбиной или турбинами 24 и по меньшей мере одной фотоэлектрической панелью 25, смежной или объединенную с по меньшей мере одной панелью 25а каркаса, за счет обеспечения наличия вторичного батарейного блока Ва, электрически соединенного с выходом электрической энергии турбины или турбин 24 и по меньшей мере одной фотоэлектрической панели 25;

(v) использование энергии от вторичного батарейного блока Ba для приведения в движение первого вспомогательного электрического двигателя Ma;

(vi) использование первого вспомогательного двигателя Ma для приведения в действие второго вспомогательного электрического двигателя Mb через трансмиссию T, которая соединяет выходной вал Sa первого вспомогательного двигателя Ma с входным валом Sb второго вспомогательного двигателя Mb, посредством чего трансмиссия T обеспечивает повышение скорости вращения от первого вспомогательного электрического двигателя Ma до второго вспомогательного электрического двигателя Mb, так что второй вспомогательный электрический двигатель Mb приводится в движение для генерирования второй ступени электрической энергии на втором уровне энергии, более высоком, чем первый уровень энергии; а также,

(vii) подача электрической энергии на втором уровне энергии от выходной клеммы второго вспомогательного электрического двигателя Mb к основной батарее B электрического транспортного средства V и/или к приводному двигателю M электрического транспортного средства V.

[0034] По меньшей мере воздухозаборное устройство или воздухозаборные устройства и турбина или турбины расположены смежно друг с другом в электрическом транспортном средстве V в местоположении, подходящем для улавливания подходящего потока воздуха. Как показано, указанное местоположение предпочтительно находится в переднем отсеке кузова транспортного средства и расположено таким образом, чтобы облегчить выпуск воздуха после прохождения турбины или турбин 24. Когда воздухозаборное устройство 22 и турбина или турбины 24 находятся в переднем отсеке, выпускаемый воздух может проходить вниз из переднего отсека, как показано на фиг. 4 и 6, или вниз и/или вбок от переднего отсека, как показано на фиг. 7 (например, воздух, выпускаемый сбоку в передние колесные ниши, который может помочь в охлаждении тормозных систем (не показаны) транспортного средства V и т.д.); хотя возможны и другие конфигурации, как показано на фиг. 8 (например, забор воздуха сбоку и выпуск воздуха сбоку и т.д.). В любом случае воздух предпочтительно поступает через передний конец электрического транспортного средства V, как показано на каждом из фиг. 3-8, и направляется воздухозаборным устройством 22 и связанной турбиной 24 в передне-заднем направлении для транспортного средства V, предпочтительно по существу горизонтальном передне-заднем направлении для транспортного средства V. Вторичный батарейный блок Ba, а также первый и второй вспомогательные электрические двигатели Ma и Mb также могут быть расположены смежно с воздухозаборным устройством 22 и турбиной или турбинами 24, хотя, как показано на фиг. 3 и 6, электрическое соединение между турбиной и турбинами 24 и батарейным блоком Ba или электрическое соединение между батарейным блоком (Ba) и первым вспомогательным двигателем Ma может иметь длину, позволяющую использовать другие расположения.

[0035] Хотя в системе 20 согласно изобретению может использоваться одно воздухозаборное устройство 22, предпочтительно, чтобы в системе 20 было по меньшей мере два таких устройства 22, как показано. Воздухозаборное устройство 22 или каждое из них может пропускать соответствующий воздушный поток по меньшей мере к двум турбинам 24, хотя предпочтительно имеется одна соответствующая турбина 24 для приема одного воздушного потока от каждого воздухозаборного устройства 22. В случае двух или более турбин 24 каждая может генерировать соответствующий выход электрической энергии первой ступени, наиболее предпочтительно каждый такой выход по существу находится на общем уровне энергии, например на общем первом уровне напряжения. Вторичный батарейный блок Ba может быть электрически соединен с соответствующим выходом электрической энергии каждой из турбин 24 для приема и накопления совокупной электрической энергии первой ступени, генерируемой соответствующими турбинами 24.

[0036] Трансмиссия T, которая соединяет выходной вал Sa первого вспомогательного электрического двигателя Ma с входным валом Sb второго вспомогательного электрического двигателя Mb, может содержать и предпочтительно содержит зубчатую передачу G, которая обеспечивает требуемое повышение скорости вращения от первого вспомогательного электрического двигателя Ma до второго вспомогательного электрического двигателя Mb. Зубчатая передача G может содержать цилиндрическую зубчатую передачу, как показано, по меньшей мере, когда она предусмотрена в предпочтительном варианте осуществления, в котором выходной вал Sa первого вспомогательного электрического двигателя Ma и входной вал Sb второго вспомогательного электрического двигателя Mb параллельны друг другу. Зубья большего зубчатого колеса Ga зубчатой передачи G, предусмотренные на выходном валу Sa (первого вспомогательного электрического двигателя Ma), входят в зацепление с зубьями меньшего зубчатого колеса Gb на входном валу Sb (второго вспомогательного электрического двигателя Mb), при этом зубья соответствующих зубчатых колес Ga и Gb параллельны осям валов Sa и Sb. Однако возможна также винтовая зубчатая передача с зубьями соответствующих зубчатых колес, наклоненными по отношению к валам Sa и Sb. В качестве альтернативы, если целесообразно или удобно иметь выходной и входной валы Sa и Sb, отличные от параллельных, например, перпендикулярные друг другу, может быть принята предусмотрена прямозубая коническая зубчатая передача. Можно использовать одну из нескольких более сложных зубчатых передач, но, как правило, это не требуется.

[0037] Зубчатую передачу G трансмиссии T выбирают для обеспечения необходимого повышения от первого уровня энергии первой ступени электрической энергии до второго уровня энергии второй ступени электрической энергии, так что второй уровень энергии по существу соответствует выходному уровню энергии основной батареи B и требуется для приводного двигателя M электрического транспортного средства V. Повышающее передаточное число, обеспечиваемое зубчатой передачей G может варьироваться в зависимости от других параметров системы 20 согласно изобретению. Однако передаточное число должно обеспечивать соотношение скорости вращения входного вала Sb второго вспомогательного электрического двигателя Mb к скорости вращения выходного вала Sa первого вспомогательного электрического двигателя Ma. В каждом случае соотношение может варьироваться от 1:10 до 1:25 или выше, например от 1:15 до 1:25.

[0038] Как в системе 20, так и в способе согласно настоящему изобретению улучшенная эксплуатация электрического транспортного средства V может включать использование в сочетании со схемой для преобразования постоянного тока как второго уровня энергии второй ступени электрической энергии, так и основной батареи B транспортного средства, в форму, подходящую для питания электрического приводного двигателя M электрического транспортного средства V. Таким образом, схема может содержать зарядное устройство 28 (см., например, фиг. 6), с помощью которого постоянный ток на втором уровне энергии второй ступени электрической энергии, а также постоянный ток от основной батареи B, преобразуется в трехфазный переменный ток, подходящий для питания электрического транспортного средства V. Таким образом, от зарядного устройства 28 переменный ток может подаваться на двигатель M транспортного средства. Когда, например, двигатель M транспортного средства содержит синхронный двигатель M переменного тока с постоянными магнитами, зарядное устройство 28 будет включать инвертор для преобразования соответствующих источников постоянного тока в трехфазный переменный ток, требуемый для двигателя M.

[0039] Таким образом, настоящее изобретение предоставляет новые и полезные систему 20 и способ для улучшенной эксплуатации электромобилей V. Вместо использования одной или более больших турбин 24 и, предпочтительно, фотоэлектрических панелей 25 для непосредственной зарядки основной батареи или батарей B транспортного средства V, и/или для непосредственного питания приводного двигателя M транспортного средства, система 20 и способ по настоящему изобретению используют вспомогательные батареи Ba и электрические двигатели Ma, Mb, расположенные между одной или более турбинами 24 и фотоэлектрическими панелями 25 и основной батареей или батареями B транспортного средства V и/или приводным двигателем M, что способствует использованию меньших турбин 24 и фотоэлектрических панелей 25 и позволяет распределить компоненты системы 20 по транспортному средству V желаемым образом.

[0040] Хотя это изобретение было описано в отношении его конкретных вариантов осуществления, следует понимать, что оно допускает дополнительные модификации. Настоящее изобретение охватывает любые вариации, применения или адаптации настоящего изобретения, следуя, в общем, принципам изобретения и включая такие отклонения от настоящего описания, которые приходят от известной или обычной практики в данной области, к которой относится изобретение, и которые могут быть применены к важным признакам, изложенным в данном документе.

[0041] Поскольку настоящее изобретение может быть воплощено в нескольких формах без отклонения от сущности существенных признаков изобретения, следует понимать, что описанные выше варианты осуществления не должны ограничивать настоящее изобретение, если не указано иное, а скорее должны толковаться в широком смысле в рамках сущности и объема изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения. Предполагается, что различные модификации и эквивалентные устройства включены в объем и сущность изобретения. Таким образом, следует понимать, что конкретные варианты осуществления иллюстрируют множество способов, которыми принципы настоящего изобретения могут быть реализованы на практике.

[0042] Если в данном описании используются термины «содержит», «содержит», «содержащий» или «содержащий», их следует интерпретировать как указывающие на наличие указанных признаков, целых чисел, этапов или компонентов, но не исключающих наличие или добавление одного или нескольких других признаков, целых чисел, этапов, компонентов, которые должны быть сгруппированы вместе с ними.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система генерирования электрической энергии для электрического транспортного средства включает в себя воздухозаборное устройство, турбину, вторичный батарейный блок, первый и второй вспомогательные электрические двигатели, трансмиссию. Турбина приводится в движение потоком воздуха и генерирует первую ступень электрической энергии на первом уровне энергии, которую накапливают во вторичном батарейном блоке. Первый вспомогательный электрический двигатель выполнен с возможностью приведения в движение посредством электрического соединения с вторичным батарейным блоком. Трансмиссия соединяет выходной вал первого вспомогательного электрического двигателя с входным валом второго вспомогательного электрического двигателя и выполнена с возможностью обеспечения повышения скорости вращения второго вспомогательного электрического двигателя, обеспечивая генерацию второй ступени электрической энергии на втором уровне энергии, более высоком, чем первый уровень энергии, которая может подаваться к основной батарее и/или приводному двигателю транспортного средства. Также заявлен способ генерирования электрической энергии для электрического транспортного средства. Технический результат заключается в улучшении подзарядки батареи транспортного средства. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система генерирования электрической энергии для электрического транспортного средства, имеющего основную батарею или основные батареи для питания электрического приводного двигателя, выполненного с возможностью приведения в движение транспортного средства, при этом система включает в себя

по меньшей мере одно воздухозаборное устройство, выполненное с возможностью работы, когда транспортное средство движется вперед или неподвижно, для улавливания воздуха и направления потока воздуха от впускного конца к выпускному концу воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств;

по меньшей мере одну турбину, расположенную смежно с выпускным концом воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств так, что обеспечено приведение турбины или турбин в движение потоком воздуха из выпускного конца воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств, с генерированием при этом первой ступени выхода электрической энергии на первом уровне энергии; вторичный батарейный блок, электрически соединенный с выходом электрической энергии турбины или турбин для приема и накопления электрической энергии первой ступени, генерируемой турбиной или турбинами; первый вспомогательный электрический двигатель, выполненный с возможностью приведения в движение посредством электрического соединения с вторичным батарейным блоком для вращения выходного вала первого вспомогательного электрического двигателя; второй вспомогательный электрический двигатель, имеющий входной вал, соединенный с возможностью передачи приводного усилия с выходным валом первого вспомогательного электрического двигателя, и выходную клемму, выполненную с возможностью соединения с основной батарей или основными батареями транспортного средства; и трансмиссию, соединяющую выходной вал с входным валом и выполненную с возможностью обеспечения повышения скорости вращения от первого до второго вспомогательного электрического двигателя, с обеспечением тем самым приведения второго вспомогательного электрического двигателя в движение для генерации второй ступени электрической энергии постоянного или переменного тока на втором уровне энергии, более высоком, чем первый уровень энергии, которая может подаваться от выходной клеммы второго вспомогательного электрического двигателя к основной батарее или основным батареям и/или приводному двигателю транспортного средства.

2. Система по п. 1, в которой воздухозаборное устройство или воздухозаборные устройства и турбина или турбины расположены смежно друг с другом в местоположении в электрическом транспортном средстве, подходящем для улавливания подходящего потока воздуха, например в переднем отсеке кузова электрического транспортного средства, и расположены так, чтобы облегчить выпуск воздуха после прохождения турбины или турбин так, чтобы обеспечить возможность прохождения выпускаемого воздуха вниз по потоку или сбоку от переднего отсека.

3. Система по п. 1 или 2, в которой воздух направляется воздухозаборным устройством или воздухозаборными устройствами и связанной турбиной в переднезаднем для электрического транспортного средства направлении, например, по существу, в горизонтальном переднезаднем для электрического транспортного средства направлении.

4. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой вторичный батарейный блок, а также первый и второй вспомогательные электрические двигатели расположены смежно с воздухозаборным устройством или воздухозаборными устройствами и турбиной или турбинами, причем опционально электрическое соединение между турбиной или турбинами и вторичным батарейным блоком или электрическое соединение между вторичным батарейным блоком и первым вспомогательным двигателем имеет длину, позволяющую использовать другие расположения.

5. Система по любому из предшествующих пунктов, включающая по меньшей мере два воздухозаборных устройства, каждое из которых выполнено с возможностью пропускания соответствующего воздушного потока к по меньшей мере одной турбине, причем каждая из двух или более турбин выполнена с возможностью генерирования соответствующим выходом электрической энергии первой ступени, причем каждый такой выход по существу находится на общем первом уровне энергии.

6. Система по п. 5, в которой вторичный батарейный блок электрически соединен с соответствующим выходом электрической энергии каждой из турбин для приема и накопления совокупной электрической энергии первой ступени, генерируемой соответствующими турбинами.

7. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой трансмиссия, соединяющая выходной вал первого вспомогательного электрического двигателя с входным валом второго вспомогательного электрического двигателя, содержит зубчатую передачу, обеспечивающую требуемое повышение скорости вращения от первого до второго вспомогательного электрического двигателя.

8. Система по п. 7, в которой выходной вал первого вспомогательного электрического двигателя и входной вал второго вспомогательного электрического двигателя параллельны друг другу и зубчатая передача содержит цилиндрическую зубчатую передачу, в которой зубья большего зубчатого колеса передачи, предусмотренные на выходном валу, выполнены с возможностью зацепления с зубьями меньшего зубчатого колеса на входном валу, при этом зубья соответствующих зубчатых колес параллельны осям валов, или винтовую зубчатую передачу с зубьями соответствующих зубчатых колес, наклоненными относительно валов.

9. Система по п. 7, в которой выходной и входной валы не параллельны, а перпендикулярны друг другу и зубчатая передача содержит прямозубую коническую зубчатую передачу.

10. Система по любому из пп. 7-9, в которой зубчатая передача выбрана для обеспечения требуемого повышения от первого уровня энергии первой ступени электрической энергии до второго уровня энергии второй ступени электрической энергии, так что второй уровень энергии по существу соответствует таковому для основной батареи или основных батарей и требуется для приводного двигателя электрического транспортного средства.

11. Система по п. 10, в которой повышающее передаточное число, обеспечиваемое зубчатой передачей, обеспечивает соотношение скорости вращения входного вала второго вспомогательного электрического двигателя и скорости вращения выходного вала первого вспомогательного электрического двигателя от 1:10 до 1:25 или выше, например от 1:15 до 1:25.

12. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой система содержит схему для преобразования второго уровня энергии второй ступени электрической энергии в форму, совместимую с электрическим приводным двигателем транспортного средства, или в форму, подходящую для питания двигателя в дополнение к мощности, подаваемой в двигатель от основной батареи или основных батарей, или указанная система выполнена с возможностью использования совместно с указанной схемой.

13. Система по п. 12, в которой электрическая схема содержит зарядное устройство, с помощью которого предпочтительно постоянный ток на втором уровне энергии второй ступени электрической энергии и постоянный или переменный ток от основной батареи или основных батарей электрического транспортного средства преобразуется в трехфазный переменный ток, подходящий для питания основной батареи или основных батарей электрического транспортного средства для поддержания электроэнергетической емкости основной батареи или основных батарей для питания электрического транспортного средства.

14. Система по любому из предшествующих пунктов, в которой система дополнительно включает, вместе с турбиной или турбинами, одну или более фотоэлектрических солнечных панелей, объединенных с одним или более компонентами кузова электрического транспортного средства или расположенных смежно с ними, причем одна или более фотоэлектрических солнечных панелей выполнены с возможностью генерирования дополнительной первой ступени выхода электрической энергии на первом уровне энергии.

15. Способ генерирования электрической энергии для электрического транспортного средства, имеющего основную батарею или основные батареи для питания электрического приводного двигателя, выполненного с возможностью приведения в движение электрического транспортного средства, при этом способ включает в себя следующие этапы:

улавливание входного воздуха по меньшей мере одним воздухозаборным устройством, когда электрическое транспортное средство движется вперед или неподвижно, и направление потока воздуха от впускного конца к выпускному концу воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств; размещение по меньшей мере одной турбины смежно с выпускным концом воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств, чтобы приводить в движение турбину или турбины потоком воздуха из выпускного конца воздухозаборного устройства или воздухозаборных устройств, и, таким образом, обеспечение генерирования турбиной или турбинами первой ступени электрической энергии на первом уровне энергии, и объединение с одним или более компонентами кузова электрического транспортного средства или размещение смежно с ними одной или более фотоэлектрических солнечных панелей и улавливание солнечного света посредством одной или более фотоэлектрических солнечных панелей, и, таким образом, обеспечение генерирования одной или более фотоэлектрическими солнечными панелями дополнительной первой ступени электрической энергии на первом уровне энергии; прием и накопление электрической энергии первых ступеней, генерируемой турбиной или турбинами и одной или более фотоэлектрическими солнечными панелями, за счет обеспечения наличия вторичного батарейного блока, электрически соединенного с выходом электрической энергии турбины или турбин и одной или более фотоэлектрических солнечных батарей; использование мощности от вторичного батарейного блока для работы первого вспомогательного электрического двигателя; использование первого вспомогательного электрического двигателя для приведения в движение второго вспомогательного электрического двигателя через трансмиссию, соединяющую выходной вал первого вспомогательного электрического двигателя с входным валом второго вспомогательного электрического двигателя; посредством соединения трансмиссии повышение скорости вращения от первого до второго вспомогательного электрического двигателя с приведением второго вспомогательного электрического двигателя в движение для генерирования второй ступени электрической энергии постоянного или переменного тока на втором уровне энергии, более высоком, чем первый уровень энергии; и подача электрической энергии на втором уровне энергии от выходной клеммы второго вспомогательного электрического двигателя к основной батарее или основным батареям электрического транспортного средства и/или приводному двигателю электрического транспортного средства.