CN102673337A - 汽车震动颠簸机械能回收发电装置 - Google Patents

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本发明涉及一种发电装置，公开了一种汽车震动颠簸机械能回收发电装置。包括：汽车悬挂***和若干压电陶瓷片；所述的汽车悬挂***包括弹性元件，用于保持轮胎完全与地面接触，缓冲不平地面造成的车辆颠簸；减震器，用于来抑制弹性原件吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击；以及传力杆，用于完成力的传递；所述的压电陶瓷片，套装在所述汽车悬挂***的减震器上并通过电线连接到取电装置。本装置结构简单、不发热、无电磁干扰、发生电压高、产生的能源清洁可再生，对环境的保护以及新能源的开发与利用具有重大意义。

Description

汽车震动颠簸机械能回收发电装置
技术领域
本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种将汽车悬挂装置的无效动能转化为电能的汽车震动颠簸机械能回收发电装置。
背景技术
随着世界经济的发展，能源的消耗量也大大增加。就目前而言，以石油为主的能源由于供求严重失衡，价格暴涨，影响和波及世界各地的经济发展，给世界经济发展带来极大风险的情况。随着人们生活水平的提高，汽车保有量越来越大，汽车能源消耗在总能源消耗中所占的比例越来越高，汽车节能问题也越来越受到关注。目前，对环境影响相对传统汽车较小的电动力汽车已经开始在生活中投入使用，但是由于当前技术下的蓄电池单位重量储存的能量太少，电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵，至于使用成本也参差不齐，这主要取决于电池的寿命及当地的油、电价格。
为节约能源，同时优化利用汽车资源，很多学者致力于研究汽车节能方法，并卓有成效，例如汽车尾气发电、汽车废热回收等等，大多是将汽车热能转化为动能，很少有将汽车行驶中的无效机械能转化为有效能源的装置。
机械能在日常环境中普遍存在，与其它能量相比便于利用。机电能量转换有3种典型的方法：电磁感应法、静电(电容)转换和压电转换。现有技术条件下，电磁感应法的技术比较成熟，能量转换效率相对较高。由于它是通过磁铁和线圈的相对运动产生电能，因此机构复杂、体积较大。静电转换可以直接产生2V至几伏电压，可以方便地和微机电***结合。但是静电转换需要一个独立电压源初始化转换过程。压电转换则不需要这样，而且发生电压较高，无需变压器。压电材料在外力作用下产生电荷，当所生成的电荷量较大时，可用来构造微型发电装置或直接为电子器件提供能源供应，压电能量收集装置的优点在于结构简单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等。利用压电陶瓷片可以有效的将汽车在行驶过程中产生无用机械能转化为电能。
发明内容
本发明针对现有技术中的汽车无用机械能无法转化为有效能量等问题，提供了一种通过利用压电陶瓷片受震动产生电荷的功能，将汽车悬挂装置震动过程中的机械能转化为电能，具有结构简单、不发热、无电磁干扰、发生电压高等特点的汽车震动颠簸机械能回收发电装置。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种汽车震动颠簸机械能回收发电装置，包括：汽车悬挂***和若干压电陶瓷片；
所述的汽车悬挂***包括弹性元件，用于保持轮胎完全与地面接触，缓冲不平地面造成的车辆颠簸；减震器，用于来抑制弹性原件吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击；以及传力杆，用于完成力的传递；
所述的压电陶瓷片，套装在所述汽车悬挂***的减震器上并通过电线连接到取电装置。
汽车悬挂***是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲由路面传给车架或车身的冲击，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺地行驶。悬挂是汽车***中的一个重要组成部分，影响着汽车的行驶平顺性和操纵稳定性等性能，是现代轿车的关键部件之一。悬挂***包括弹性元件、减振器和传力装置等三部分，这部分分别起缓冲、减振和力传递作用。
压电陶瓷是在铁电陶瓷上施加直流强电场进行极化处理后得到的，是一种可以使电能和机械能相互转换的特殊陶瓷材料。当这种陶瓷受到机械应力时，会引起极化现象，而且极化值与应力成正比；相反，这种陶瓷受到电场作用时，也会产生与电场强度成正比的形变。这两种效应统称为压电效应。压电陶瓷在外力作用下产生电荷，当所生成的电荷量较大时，可用来构造微型发电装置或直接为电子器件提供能源供应。
将环状或圆筒状的压电陶瓷片贴在汽车悬挂***的减震器上，汽车行驶时，弹性元件发生震动，减震器随之震动，压电陶瓷片受到这种震动的机械应力，产生电荷，实现发电。
作为优选，所述的若干个压电陶瓷片并联或串联连接；所述的压电陶瓷片为环状或圆筒状薄片；所述的取电装置可以是充电电容、电池或用电设备。
由于压电陶瓷片具有硬和脆的特点，单体晶片较薄，切割面积一般都比较小，而压电陶瓷片发电的特点是高电压低电流，在单体压电陶瓷片面积受限的情况下，可以将多个压电陶瓷片并联或串联，以提高压电陶瓷片的发电能力。
所述汽车震动颠簸机械能回收发电装置可替代汽车发电装置，作为汽车电力来源。
本发明通过利用压电陶瓷片受震动产生电荷的功能，将汽车悬挂装置震动过程中的机械能转化为电能，本装置结构简单、不发热、无电磁干扰、发生电压高、产生的能源清洁可再生，对环境的保护以及新能源的开发与利用具有重大意义。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为本发明实施例常态示意图；
图3为本发明实施例颠簸状态示意图；
图4为压电陶瓷片并联结构示意图；
图5为压电陶瓷片串联结构示意图；
图6为压电陶瓷片标准能量收集电路图；
图7为压电陶瓷片电容储能电路图；
其中：1-减震器，2-弹性元件，3-传力杆，4-轮胎轴，5-压电陶瓷片，6-取电装置。
具体实施方式
下面结合图1、图2、图3，与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种汽车震动颠簸机械能回收发电装置，包括：汽车悬挂***和若干压电陶瓷片；
所述的汽车悬挂***包括弹性元件2，用于保持轮胎完全与地面接触，缓冲不平地面造成的车辆颠簸；减震器1，用于来抑制弹性原件吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击；以及传力杆3，用于完成力的传递；
所述的压电陶瓷片5，套装在所述汽车悬挂***的减震器1上并通过电线连接到取电装置6。
汽车悬挂***是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力矩，缓冲由路面传给车架或车身的冲击，并衰减由此引起的振动，以保证汽车能平顺地行驶。悬挂是汽车***中的一个重要组成部分，影响着汽车的行驶平顺性和操纵稳定性等性能，是现代轿车的关键部件之一。悬挂***包括弹性元件、减振器和传力装置等三部分，这部分分别起缓冲、减振和力传递作用。
压电陶瓷是在铁电陶瓷上施加直流强电场进行极化处理后得到的，是一种可以使电能和机械能相互转换的特殊陶瓷材料。当这种陶瓷受到机械应力时，会引起极化现象，而且极化值与应力成正比；相反，这种陶瓷受到电场作用时，也会产生与电场强度成正比的形变。这两种效应统称为压电效应。压电陶瓷在外力作用下产生电荷，当所生成的电荷量较大时，可用来构造微型发电装置或直接为电子器件提供能源供应。
如图3所示，将环状或圆筒状的压电陶瓷片5贴在汽车悬挂***的减震器1上，汽车行驶时由于路面高低不平发生颠簸，弹性元件2发生震动，伸长或缩短，减震器1随之震动，压电陶瓷片5受到这种震动的机械应力，产生电荷，实现发电。
实施例1
一种汽车震动颠簸机械能回收发电装置，包括：汽车悬挂***和若干压电陶瓷片；
所述的汽车悬挂***包括弹性元件2，用于保持轮胎完全与地面接触，缓冲不平地面造成的车辆颠簸；减震器1，用于来抑制弹性原件吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击；以及传力杆3，用于完成力的传递；
所述的压电陶瓷片5，为若干个环状或圆筒状薄片压电陶瓷片，套装在所述汽车悬挂***的减震器1上，相互之间通过电线并联连接，并通过电线连接到取电装置6。所述的取电装置6为用电设备。
由于减震器1为圆柱状结构，故本实施例中采用环状或圆筒状薄片压电陶瓷片。由于压电陶瓷片具有硬和脆的特点，单体晶片较薄，切割面积一般都比较小，而压电陶瓷片发电的特点是高电压低电流，在单体压电陶瓷片面积受限的情况下，如图4所示本实施例将n个压电陶瓷片并联，以提高压电陶瓷片的发电能力。如图6所示，本实施例中并联后的压电陶瓷片5通过电线连接到用电设备。n个压电陶瓷片并联时，其输出电容CP’为单片压电陶瓷片电容的CP的n倍，但输出电压U等于单片电压，极板上电荷量Q’为单片电荷量的Q的n倍，即：
Q’＝nQ  U’＝U  CP’＝nCP
由上述分析可知，并联接法，输出电荷大，时间常数大，宜用于测量缓变信号，并且适用于以电荷作为输出量的场合。
实施例2
一种汽车震动颠簸机械能回收发电装置，包括：汽车悬挂***和若干压电陶瓷片；
所述的汽车悬挂***包括弹性元件2，用于保持轮胎完全与地面接触，缓冲不平地面造成的车辆颠簸；减震器1，用于来抑制弹性原件吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击；以及传力杆3，用于完成力的传递；
所述的压电陶瓷片5，为若干个环状或圆筒状薄片压电陶瓷片，套装在所述汽车悬挂***的减震器1上，相互之间通过电线串联连接，并通过电线连接到取电装置6。所述的取电装置6为充电电容。
由于减震器1为圆柱状结构，故本实施例中采用环状或圆筒状薄片压电陶瓷片。由于压电陶瓷片具有硬和脆的特点，单体晶片较薄，切割面积一般都比较小，而压电陶瓷片发电的特点是高电压低电流，在单体压电陶瓷片面积受限的情况下，如图5所示本实施例将n个压电陶瓷片串联，以提高压电陶瓷片的发电能力。如图7所示，本实施例中并联后的压电陶瓷片5通过电线连接到用电设备。n个压电陶瓷片串联时，输出的总电荷Q’等于单片电荷Q，而电压U’为单片电压U的n倍，总电容CP’为单片电容CP的1/n，即：
Q’＝Q  U’＝nU  CP’＝1/nCP
由上述分析可知，串联接法，输出电压大，本身电容小，适用于以电压作为输出信号，且测量电路输入阻抗很高的场合。并联联结的方式更适用于无线发射装置的使用要求。
本发明通过利用压电陶瓷片受震动产生电荷的功能，将汽车悬挂装置震动过程中的机械能转化为电能，本发明位于汽车悬挂装置中四个减震***之中，可替代汽车发电装置，作为汽车电力来源。本装置结构简单、不发热、无电磁干扰、发生电压高、产生的能源清洁可再生，对环境的保护以及新能源的开发与利用具有重大意义。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种汽车震动颠簸机械能回收发电装置，包括：汽车悬挂***和若干压电陶瓷片(5)；
所述的汽车悬挂***包括弹性元件(2)，用于保持轮胎完全与地面接触，缓冲不平地面造成的车辆颠簸；减震器(1)，用于来抑制弹性原件吸震后反弹时的震荡及来自路面的冲击；以及传力杆(3)，用于完成力的传递；
其特征在于：所述的压电陶瓷片(5)，套装在所述汽车悬挂***的减震器(1)上并通过电线连接到取电装置(6)。
2.根据权利要求1所述的汽车震动颠簸机械能回收发电装置，其特征在于：所述的若干个压电陶瓷片(5)并联或串联连接。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的汽车震动颠簸机械能回收发电装置，其特征在于：所述的压电陶瓷片(5)为环状或圆筒状薄片。
4.根据权利要求1所述的汽车震动颠簸机械能回收发电装置，其特征在于：所述的取电装置(6)可以是充电电容、电池或用电设备。
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