CN102007015A - 利用施加于轮胎的负荷的发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用施加于轮胎的负荷的发电装置，更具体而言，利用通过施加于轮胎的负荷而在隔室产生的液压，使与发电机的旋转轴连接的液压驱动装置内的驱动齿轮旋转，由此，导出产生在与驱动齿轮连接的发电机的电流。根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置，其特征在于，在轮胎内部形成有多个隔室，该隔室通过相对轮胎行驶方向以斜线方向或水平方向设置的柔性隔板，将流体隔离并容纳在轮毂外周面和轮胎内周面之间；在各隔室具备喷出用液压管和吸入用液压管，该喷出用液压管用于将内部流体喷出至液压驱动装置内部，该吸入用液压管用于将所述液压驱动装置内的流体吸入至所述隔室内部；具备发电机以及电流引出机构，所述液压驱动装置的外壳设于发电机，发电机装载于轮毂内部，该发电机具备通过由喷出用液压管喷出的流体使驱动齿轮向轮胎旋转方向的反方向旋转，驱动齿轮的轴将旋转力传输至发电机的转子轴而发电的转子，该电流引出机构用于导出由所述发电机的转子产生的电。

Description

利用施加于轮胎的负荷的发电装置
技术领域
本发明涉及一种利用施加于轮胎的负荷的发电装置，更具体而言，利用在行驶中施加于轮胎的车身的负荷所产生的流体压力使驱动齿轮旋转，利用驱动齿轮的旋转力导出在发电机所产生的电流。
背景技术
汽车是现代生活中必不可少的必需品，但却具有诸多问题，例如因化石燃料的使用所导致的环境问题、资源枯竭问题等。为了解决这样的问题，至今已有电瓶车开发等多项研究。
其中，有关电瓶车，以往的电瓶车使用由充电站等外部供给的电能，行驶中难以进行充电，而且，由充电站供给的电能也是使用火力、原子能等由燃料而产生的能源，依然存在能源方面非经济性的问题。
基于以上问题，关于在行驶中充电已有以下研究，与为行驶而供给的能源无关，在行驶中利用由施加于轮胎的重力能源和来自轮胎内部压力的循环能源而产生的电能进行充电，由此实现高效能源使用。
行驶中充电的技术在本申请人的“利用施加于轮胎的车体负荷的动力发生装置(大韩民国申请号第10-2002-0032416号)”中已经披露。所述技术存在以下问题，由于发电驱动装置位于轮毂内周面和转子之间，由于需保持流体密封性使得旋转阻抗增加，同时，轮胎因凹凸不平的路面等受到冲击时流体有可能流入发电装置。
而且，最重要的是，由于发电装置的内部转子被安装于车轴，因此，当转子为了发电而向轮胎的反方向旋转时，将会导致妨碍车轴的驱动的结果，隔板的形成会引起轮胎疲劳度的增加，轮胎内部的隔板以与轮毂垂直的方向安装会导致乘车舒适度降低的问题等。
发明内容
本发明为解决如上所述的问题而提出的，旨在提供一种利用施加于轮胎的负荷的发电装置，通过将车辆行驶时作用于轮胎的机械能转换成电能来提高能源效率，同时改善此类技术所存在的以往问题点，例如，发电所导致的妨碍车轴旋转的现象，流体流入发电装置内部的问题，隔板的形成所导致的轮胎疲劳度增加，乘车舒适度降低的问题等。
根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置，在轮胎内侧向相对轮胎行驶方向的斜线方向形成隔板，轮毂的外周壁面和所述隔板之间形成隔离容纳流体的隔室，所述各隔室安装喷出用液压管，用于将流体喷出至液压驱动装置内部；吸入用液压管，用于将所述液压驱动装置内的流体吸入至所述隔室内部。
所述液压管连接在所述隔室的轮毂部位和液压驱动装置的外壳，液压驱动装置安装驱动齿轮，该驱动齿轮通过从喷出用液压管喷出的流体，向轮胎的反方向旋转并产生旋转力，用于将所述驱动齿轮的旋转力传输至发电机的驱动轴在所述驱动齿轮中心延长形成。
而且，该发电装置进一步包括液压驱动装置，在其内部啮合用于集中流体的喷射力的从动齿轮和所述驱动齿轮而成；发电机外壳，具备励磁线圈，安装于轮毂内部；发电机，在所述发电机外壳的中央具备通过所述驱动轴向轮胎的反方向旋转并发电的转子；电流引出机构，用于导出由所述发电机的转子生成的电气。
而且，为从所述发电机导出直流电流，在所述轮毂的中心部形成车轴，在该车轴中心具有可使所述驱动轴贯通的孔，所述驱动轴贯通轮毂以及车轴并向外部延长而形成，所述电流引出机构，进一步包括：外壳，固定于车体；端子，形成于所述外壳的外周面，用于引出电流；整流器，形成于所述外壳的内部，并固定于所述驱动轴；以及电刷，与所述端子连接并接地在整流器。
另外，该发电装置进一步包括励磁线圈接地机构，其包括：外壳，为将励磁电流供给给所述励磁线圈，围绕所述车轴外周固定于底盘；端子，形成于所述外壳的外周面，用于供给励磁电流；汇电环，形成于所述外壳的内部，固定于所述车轴；电刷，与所述端子连接，并接地在汇电环。
另外，为从所述发电机导出交流电流，在所述轮毂的中心部形成车轴，在该车轴中心具有可使所述驱动轴贯通的孔，所述驱动轴贯通轮毂以及车轴并向外部延长形成，所述电流引出机构，进一步包括：外壳，固定于底盘；端子，形成于所述外壳的外周面，用于导出电流；汇电环，形成于所述外壳的内部，固定于所述驱动轴；以及电刷，与所述端子连接，接地在汇电环。
另外，为将励磁电流提供给所述励磁线圈，进一步包括励磁线圈接地机构，其包括：外壳，围绕所述车轴外周并固定于底盘；端子，形成于所述外壳的外周面，用于供给励磁电流；整流器，形成于所述外壳的内部，固定于所述车轴；电刷，与所述端子连接，并接地在整流器。
根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置，可以在不发生车辆行驶所消耗的能源的额外损失的情况下产生电能，因此，可以相对以往的电瓶车提高能源效率，同时，通过产生来自机械能的电能，有效地改善环境问题。
并且，可以解决以往的问题点，例如流体流入发电装置的内部的问题，最重要的是，通过分离车轴和发电机的驱动轴，解决发电所引起的妨碍轮胎驱动的现象，为司机提供舒适的乘车满足度，另外，在使用管状隔室时，具有预防隔板的形成所导致的轮胎损伤的效果。
附图说明
图1是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置的轮胎和液压驱动装置的内部的实施例的侧视截面图。
图2是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置的液压驱动装置以及发电机内部的实施例的正视截面图。
图3是示出在利用施加于以往轮胎的负荷的发电装置的隔室结构中，与轮毂垂直方向形成隔板的实施例的透视图。
图4是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置的隔室结构中，与轮毂斜线方向形成的隔板的实施例的透视图。
图5是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置的电流引出机构以及励磁线圈接地机构的实施例的截面图。
图6是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置中，用于导出直流的电流引出机构以及励磁线圈接地机构的实施例的斜视图。
图7是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置中，用于导出交流的电流引出机构以及励磁线圈接地机构的实施例的斜视图。
符号说明
10：轮胎，20：轮毂，110：隔板，120：隔室，130：喷出用液压管，140：吸入用液压管，200：液压驱动装置，210：液压驱动装置外壳，220：驱动齿轮，230：驱动轴，240：从动齿轮，300：发电机，310：发电机外壳，320：励磁线圈，330：转子，340：车轴，341：孔，400：电流引出机构，410：电流引出机构外壳，421：整流器，422：电刷，423：汇电环，424：电刷，430：端子，500：励磁线圈接地机构，510：励磁线圈接地机构外壳，521：汇电环，522：电刷，523：整流器，524：电刷，530：端子，600：蓄电池。
具体实施方式
以下将参照图面详细说明本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置的轮胎和液压驱动装置内部的实施例的侧视截面图。图2是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置的液压驱动装置以及发电机内部的实施例的正视截面图。图3是示出在利用施加于以往轮胎的负荷的发电装置的液压部隔室结构中，相对轮胎的行使方向垂直方向形成的隔板的实施例的透视图。如图所示，本发明大致由轮胎10，安装有隔室；液压管，用于传输流体压力；液压驱动装置200，安装于轮毂20内部，利用流体压力产生旋转力；发电机300，利用所述旋转力发电；电流引出机构等构成。
如图4所示，在轮胎10的内部相对轮胎的行驶方向的斜线方向形成隔板110，在所述隔板110之间形成隔离容纳流体的隔室120。虽在图4中省略图示，在每个隔室安装喷出用液压管130和吸入用液压管140，喷出用液压管130将隔室120内的流体喷出至液压驱动装置200内部；吸入用液压管140用于将所述液压驱动装置200内的流体吸入至所述隔室内部，所述液压管连接在所述各隔室的轮毂20和液压驱动装置的外壳210。
如图1乃至图2所示，液压驱动装置200固定形成在轮毂20的内部，具备固定在发电机300的外壳210，在所述外壳210内部中央具有通过由所述喷出用液压管130喷出的流体向轮胎的反方向旋转产生旋转力的驱动齿轮220，用于将所述驱动齿轮的旋转力传输至发电机300的驱动轴230沿所述驱动齿轮的中心延长形成，用于有效地传输流体的力的从动齿轮240与所述驱动齿轮220啮合设置。
而且，图2所示的液压管130与轮毂的连接部位于轮毂外周壁面的中间地点，但这是为了便于理解，在实际制作时，考虑到流体流动时的障碍，从图面上来看，应使其向左侧移动，并且，液压管优选使用柔性材料。
并且，发电机与车轴分离地安装于轮毂20的内部，具备固定在轮毂20的发电机外壳310和固定在所述外壳310并向与轮胎同一方向旋转而产生磁力的励磁线圈320，在所述外壳310的中央设有通过所述驱动轴230向轮胎的反方向旋转并发电的转子330。
以下说明根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置的运转状态。
当在隔室和液压管以及液压驱动装置200的内部灌入适量流体，轮胎10承受车体负荷并向A方向旋转时，第1隔室120a，第2隔室120b，第3隔室120c由于所述轮胎10所受的车体负荷而依次被挤压后重新还原。此时，如图所示，灌入受到压力的第2隔室120b的流体通过喷出用液压管130b，将流体喷射至驱动齿轮220和从动齿轮240啮合的位置，该喷出用液压管130b具有止回阀功能使得仅向液压驱动装置200方向喷射流体，与此同时，被还原的第1隔室120a通过液压驱动装置200内被提高的压力和轮胎还原所引起的第1隔室120a内被降低的压力，通过吸入用液压管140a吸入所述液压驱动装置200内的流体的一部分，该吸入用液压管140a具有止回阀功能使得仅向隔室120方向喷射流体。若将流体喷射至驱动齿轮220和从动齿轮240啮合的位置，则驱动齿轮和从动齿轮旋转，用键连接在驱动齿轮的中心部的驱动轴230旋转，发电机的转子向连接于轮毂20的发电机外壳310的旋转方向的反方向旋转并发电。此时，驱动齿轮220旋转所需的动能是，如上所述，通过车身的负荷隔室内部的流体所受的重力能转换而来的，因此，本发明不会额外消耗汽车行驶所需能源，可以依次将所述重力能转换成动能，再将所述动能转换成电能而进行发电。
本发明中，液压驱动装置200采用了齿轮泵方式，但为了使驱动轴顺利地旋转，可以使用涡轮方式或涡旋叶片方式等已广为人知的其他形态的结构，使用齿轮泵方式时，尽可能以相似大小制作从动齿轮和驱动齿轮，方可有效传输流体的力。
如图2所示，设于轮毂20内部的液压驱动装置200和发电机300分别通过外壳210、310隔离而形成。这是为了，在流体流入所述发电机300时，由于流体的旋转方向和励磁线圈320旋转方向相反，有可能因流体的摩擦而妨碍轮毂20的旋转，因此，将流体与因流体而向轮毂20旋转方向的反方向旋转的驱动齿轮220分别隔离在外壳，并仅延长驱动轴230使转子330旋转。由此，发电机300内的励磁线圈320和转子330以不相摩擦的情况下顺利地向相反方向旋转。从而，所述液压驱动装置的外壳210、发电机外壳310以及励磁线圈320以由轮毂20延长的车轴340为中心向与轮胎10相同的方向旋转，相反，所述驱动齿轮220以及转子330以所述驱动轴230为中心向所述轮胎10的反方向旋转，因此，与由定子和在定子内旋转地转子构成的一般的发电机相比，具有更快速磁束变化从可获得更高的电势。
为使所述驱动齿轮220和从动齿轮240、驱动轴230和液压驱动装置的外壳210、发电机外壳310以及励磁线圈320和转子330可向相反方向圆滑地旋转，可在所需位置设置密封轴承等机构，以便减少摩擦，保持密封性。
此外，所述轮胎10内部的隔室120，如图1至图2所示，利用轮胎内壁、隔板110、轮毂外周壁面来隔离流体，利用密封性材料形成喷出用液压管和喷出用液压管的连接部；也可以用多个具有隔室120的形状且在其内部填充有流体的管子替代隔板110，作为隔室使用。
进一步详细说明管状隔室的外形，相对于轮胎行驶方向，沿水平方向或斜线方向形成的隔板110的厚度的中间地点的连接点、轮毂20的外周壁面连接点、以及轮胎的内壁面连接点构成管状隔室的外形结构。
而且，这种管结构隔室与由隔板110形成的隔室相比，具有预防隔板形成所引起的轮胎的损伤，相对简单地保持隔室的密封性等优点。
图5是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置的电流引出机构以及励磁线圈接地机构的实施例的截面图。作为电流引出机构，可利用已公知的由转子滑动接地而导出电流的各种机构，作为优选的一实施例，如下所述，可以适用在驱动轴的延长的外周面具备电流引出机构400的方式。另外，被导出的电流的一部分可以作为励磁线圈的励磁电流而被供给，同样，除了已公知的各种机构的接地方式以外，还可以采用如下所述的在车轴340的外周面具备励磁线圈接地机构500的方式。
如图所示，围绕从轮毂20延长的车轴340外周面形成励磁线圈接地机构500，围绕从驱动齿轮220贯通车轴的孔341而向外延长的驱动轴230的外侧外周面形成电流引出机构400。虽未详细图示，但励磁线圈320的导线可以埋设在所述车轴340的外周面和内周面之间并与励磁线圈接地机构500连接，转子330的线圈导线埋设在所述驱动轴230的内部并与电流引出机构400连接。这是为了防止每个导线由于励磁线圈320向与车轴340相同的方向旋转、转子330向与驱动轴230相同的方向旋转而被缠绕的现象。所述电流引出机构400和励磁线圈接地机构500，如下所述，具有为了从转子保持接触点的结构。
图6是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置中，用于导出直流的电流引出端以及励磁线圈接地机构的实施例的斜视图。由于从所述发电机300导出的电流是交流电流，因此为将其转换成直流而导出的电流引出机构400和用于将转换成直流的励磁电流供给至励磁线圈的励磁线圈接地机构500的结构。如图所示，为了根据本发明将交流转换成直流而导出电流，优选在所述轮毂20的中心部形成中心具有可使所述驱动轴230贯通的孔341的车轴340，所述驱动轴230贯通轮毂20以及车轴340并向外部延长而形成。另外，所述电流引出机构400进一步包括电流引出部420，该电流引出部420，包括：固定于底盘的外壳410；形成于所述外壳410外周面、用于导出电流的端子430；形成于所述外壳410内部且固定于所述驱动轴230的整流器421；与所述端子430连接并接地在整流器421的电刷422。用于将励磁电流供给至励磁线圈的励磁线圈接地机构500包括：外壳510，围绕所述车轴340的外周并固定于底盘；端子530，形成于所述外壳510的外周面、用于供给励磁电流；汇电环521，形成于所述外壳510的内部且固定于所述车轴340；接地部520；电刷522，与所述端子530连接并接地在汇电环521。
根据如上所述结构，通过电流引出机构400的整流器421和电刷422将交流电流转换成直流电流，被转换的直流电流被传输到蓄电池或其他装置，其中一部分可通过励磁线圈接地机构500的汇电环521和电刷522将直流的励磁电流供给至励磁线圈。
图7是示出根据本发明的利用施加于轮胎的负荷的发电装置中，用于导出交流的电流引出机构以及励磁线圈接地机构的实施例的斜视图。如图所示，为了导出直流电流，在所述轮毂20的中心部形成有中心具有可使所述驱动轴230穿过的孔341的车轴340，所述驱动轴230贯通轮毂20以及车轴340并向外部延长形成，所述电流引出机构400，进一步包括：外壳410，固定于底盘；端子430，形成于所述外壳410外周面、用于导出电流，汇电环423，形成于所述外壳410的内部且固定于所述驱动轴230；电刷424，与所述端子430连接并接地在汇电环423。为了将励磁电流供给至励磁线圈，包括：外壳510，围绕所述车轴340的外周并固定于底盘；端子530，形成于所述外壳510的外周面、用于供给励磁电流；整流器523，形成于所述外壳510的内部且固定于所述车轴340；电刷524，与所述端子530连接并接地在整流器523。
根据如上所述结构，通过电流引出机构400的汇电环423和电刷424不经转换交流电流而导出电流，被导出的交流电流传输至蓄电池或其他装置，其中一部分通过励磁线圈接地机构500的整流器523和电刷524转换成直流电流，由此，直流励磁电流可传输至励磁线圈。
所述内容为了发明的具体实施目的而表现为实施例，但本发明的内容并不局限于所述实施例，可在其技术思想和均等范围内进行各种变形实施，因此，本发明的权利范围不应被权利要求范围局限性地解释。
产业利用可能性
本发明可应用于利用轮胎驱动的所有输送机构，不仅是一般汽车，还可广泛应用于电瓶车和混合汽车、集装车辆、铲车、钻土机、推土机等特殊车辆，以及拖拉机、电搬运车、高尔夫球车、电动二轮车、电动自行车等，产业应用可能性极高。

Claims (6)

1.一种利用施加于轮胎的负荷的发电装置，其包括：轮胎(10)、喷出用液压管(130)和吸入用液压管(140)、液压驱动装置(200)、流体、发电机(300)、电流引出机构；
所述轮胎(10)具有隔板(110)和隔室(120)；隔板(110)在轮胎(10)内部相对轮胎行驶方向沿斜线方向形成；隔室(120)由轮毂(20)外周壁面、轮胎的内壁以及所述隔板(110)限定，以隔离地容纳所述流体；
所述喷出用液压管(130)和吸入用液压管(140)设置于在每个所述隔室；喷出用液压管(130)将所述隔室(120)内的流体传输至液压驱动装置(200)；吸入用液压管(140)将所述液压驱动装置(200)内的流体传输至所述隔室内部；喷出用液压管(130)和吸入用液压管(140)分别安装有止回阀，并连接于各隔室的轮毂(20)和液压驱动装置的外壳(210)；
所述液压驱动装置(200)在轮毂(20)的内部且包括外壳(210)、驱动齿轮(220)、驱动轴(230)、多个从动齿轮(240)；外壳(210)安装于发电机(300)；驱动齿轮(220)在所述外壳(210)内部中央，通过从所述喷出用液压管(130)喷出的流体向轮胎的反方向旋转并产生旋转力；驱动轴(230)从所述驱动齿轮中心延长形成，用于将所述驱动齿轮的旋转力传输至发电机(300)；多个从动齿轮(240)与所述驱动齿轮(220)啮合，以传输作用到从动齿轮上的流体的力；
所述流体填充在所述隔室(120)、喷出用液压管(130)、吸入用液压管(140)以及液压驱动装置(200)的内部；
所述发电机(300)安装于轮毂(20)的内部，发电机(300)包括外壳(310)、励磁线圈(320)和转子(330)；外壳(310)固定于轮毂(20)的内部；励磁线圈(320)固定于所述外壳(310)的内部并在与轮胎相同的方向旋转而产生磁力；转子(330)在所述外壳(310)的中央，转子(330)通过所述驱动轴(230)在轮胎的反方向旋转并产生电流；
所述电流引出机构导出从所述发电机(300)产生的电流；
其中，轮胎旋转时通过车身的负荷产生电。
2.根据权利要求1所述的利用施加于轮胎的负荷的发电装置，其特征在于：所述隔室具有由相对于轮胎行驶方向沿斜线方向形成的隔板(110)的厚度的中间位置的连接点、轮毂(20)的外周壁面的连接点、轮胎的内壁面的连接点构成的外形结构；
所述隔室由密封性材料形成为管状，并配备有用于所述喷出用液压管和吸入用液压管的连结部。
3.如权利要求1所述的利用施加于轮胎的负荷的发电装置，其特征在于：
为从所述发电机(300)导出直流电流，在所述轮毂(20)的中心部设置车轴(340)，车轴(340)中心具有可以使所述驱动轴(230)贯通的孔(341)，所述驱动轴(230)穿过轮毂(20)以及车轴(340)并向外部延长，
所述电流引出机构(400)，进一步包括外壳(410)、端子(430)、整流器(421)以及电刷(422)；外壳(410)固定于底盘；端子(430)形成于所述外壳(410)的外周面，用于导出电流；整流器(421)形成于所述外壳(410)的内部，且固定于所述驱动轴(230)；电刷(422)与所述端子(430)连接，并接地于整流器(421)。
4.如权利要求3所述的利用施加于轮胎的负荷的发电装置，其特征在于：
为将励磁电流提供给所述励磁线圈(320)，进一步包括励磁线圈接地机构(500)，该励磁线圈接地机构(500)包括：
外壳(510)，围绕所述车轴(340)的外周并固定于底盘；端子(530)，形成于所述外壳(510)的外周面，用于供给励磁电流；汇电环(521)，形成于所述外壳(510)的内部，固定于所述车轴(340)；电刷(522)，与所述端子(530)连接，并接地在汇电环(521)。
5.如权利要求1所述的利用施加于轮胎的负荷的发电装置，其特征在于：
为从所述发电机(300)导出交流电流，在所述轮毂(20)的中心部形成车轴(340)，车轴(340)中心具有所述驱动轴(230)穿过的孔(341)的，所述驱动轴(230)穿过轮毂(20)以及车轴(340)并向外部延伸，
所述电流引出机构(400)，进一步包括：外壳(410)，固定于底盘；端子(430)，形成于所述外壳(410)的外周面，用于导出电流；汇电环(423)，形成于所述外壳(410)的内部，固定于所述驱动轴(230)；电刷(424)，与所述端子(430)连接，接地在所述汇电环(423)。
6.如权利要求3所述的利用施加于轮胎的负荷的发电装置，其特征在于：
为将励磁电流提供给所述励磁线圈(320)，进一步包括，励磁线圈接地机构(500)，该励磁线圈接地机构(500)具有：
外壳(510)，围绕所述车轴(340)的外周并固定于底盘；端子(530)，形成于所述外壳(510)的外周面，用于供给励磁电流；整流器(523)，形成于所述外壳(510)的内部，固定于所述车轴(340)；电刷(524)，与所述端子(530)连接，并接地于整流器(523)。
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