CN107738571A - 一种基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源车辆技术领域，具体涉及一种基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘。其特征在于包括车辆轮毂法兰盘（含安装孔）、压电材料组片模块、能量回收转换电路、电能传输滑环。车辆重量通过轮毂法兰盘传递到车轮作用于路面与反作用力形成平衡。当车辆行驶时车轮转动，压电材料组片模块循环受压力再释放，压电材料组片产生电压电荷不断的传输至能量回收转换电路转换为连续可使用或用于存储的电能，通过电能传输滑环传输到车辆用电装置或电能存储单元。本发明是将车辆行驶过程中轮毂法兰盘受力产生形变的机械能热能等收集转化为电能为新能源车辆提供动力补充，不增加车辆行驶动能消耗，能明显提高电能驱动车辆的续航能力，甚至高达10%以上。
Description
技术领域
本发明涉及新能源车辆领域，特别涉及一种基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘。
背景技术
新能源汽车根据动力可分为五大类：纯电动汽车、燃气汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车、各种替代燃料汽车。其中纯电动和混合动力发展和普及迅速，尤其是纯电动车呈现了未来的发展趋势。虽然技术上实现的质的飞越，然而在电控***、电池能力和电动机***上限制了新能源汽车的普及，其根本问题就是车辆行驶的安全可靠性和车辆的续航能力，尤其是车辆的充电和续航能力制约着新能源汽车的发展。
现有未应用的机械式发电轮胎，结构复杂，特殊定制轮胎，消耗车辆行驶动能，发电效率低。不管车辆行驶的舒适度、安全性上还是发电效率和造价比上，都无实际应用价值。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有的新能源车辆的续航能力不足，充电时间较长等情况，提供一种提高新能源车辆的续航能力，并无需增加充电时间的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘。当安装自动发电轮毂法兰盘的新能源车辆行驶时，车轮转动，压电材料组片模块循环受压力再释放，压电材料组片产生源源不断的电压电荷传输至能量回收转换电路转换为连续可使用或用于存储的电能，通过电能传输滑环传输到车辆用电装置设备或电能存储单元。本发明是将车辆行驶过程中轮毂法兰盘受力产生形变的机械能热能等收集转化为电能，实现车辆自重发电，为新能源车辆提供动力补充，并且不增加车辆行驶动能消耗，能明显提高电能驱动车辆的续航能力，甚至高达10%以上。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，包括车辆轮毂法兰盘（含安装孔）、压电材料组片模块、能量回收转换电路、电能传输滑环。
优选的，所述车辆轮毂法兰盘结构，作为力传导介质，在满足安全行驶同时，调整受力杠杆比，尽可能大的将车辆重力传递给压电材料，甚至实现力放大传递，实现高效电能转化。
所述车辆轮毂法兰盘结构需要高阻抗防水防腐密封，在避免水、油污及杂质渗入的同时降低电能流失，提高转化效率。
优选的，所述压电材料组片模块嵌入安装在轮毂法兰盘受力面中（图1所示），也适用等其他受力区域。通过多种方式，增加压电材料组片模块，提高受力单元数量，提高发电量。
优选的，所述压电材料组片模块引入车辆重量通过模拟计算出受力大小，根据车辆动力电压需求，采用压电材料压电特性方程换算出压电材料尺寸，在有限空间内尽可能多的极化叠片，使电能转最大化。
所述压电材料组片模块嵌入安装在法兰盘上时（如图1所示），在法兰盘安装孔位，孔位不布置压电材料组片模块，但在孔位周围均匀对称分布，使每组压电材料组片模块受力均匀，法兰盘平整均匀，刚度均匀受力均衡，车辆行驶平稳安全。
优选的，所述相邻两组压电材料组片模块（如图1）之间间距根据车辆轮毂法兰盘的受力分析计算得出，尽可能使压电材料组片模块单个承载绝大部分车重传递的力，使其在车轮行驶旋转过程中，旋转位置从最上远离地面到最下垂直作用于地面的受力差最大，可使用尽可能少的压电材料组片模块实现尽可能多的电能转化。
优选的，所述相邻压电材料组片模块（如图1）均匀分布，使法兰盘上受力均匀，减少应力集中点，防止局部受力导致安装不平整造成的抖动，提高车辆行驶的平稳性和安全性。
所述能量回收转换电路为桥式整流，配合电子切换开关与续流电感电容，较传统整流电路效率提高3倍以上。
所述能量回收转换电路对角线压电材料组片模块共用一路，各路之间可根据电压或电流需求对能量回收转换电路前级实现串并联。
所述电能传输滑环，轮毂法兰盘随车轮转动，是个旋转结构，需采用电能传输滑环，才能将压电材料转换的电能从旋转机构上传输到车辆的用电设备和电能存储单元。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、现有未应用的机械式发电轮胎，结构复杂，轮胎特殊需定制，车辆行驶动能消耗大，再除去电磁感应产生的热能，发电效率低下。其次车辆行驶的舒适度差，颠簸抖动严重，安全性也不高。最后由于采用机械电磁感应发电，结构复杂，可靠性低，寿命短，并且造价高，基本无实际应用价值；
2、现有的压电式轮胎发电，都安装在轮胎里，工艺复杂，并且功率十分低，不具备提高新能源车辆的续航能力；
3.本发明与上述1、2描述现有技术，有益效果在:结构简单，无缝式接触安装，无机械移动，寿命长，可靠性高，成本低，保证轮毂法兰盘设计原理结构不变，不影响车辆舒适度与安全性，不增加车辆行驶动力消耗。由于采用车辆自重发电，压电材料单元受力大，电能转换效率高。可用于新能源车辆的电能动力补充，明显提高车辆的续航能力。
附图说明。
图1为本发明的压电材料自动发电轮毂法兰盘的示意图
图中标记：1-轮毂法兰盘（连接车轮和车身），2-轮毂法兰盘安装孔（通过此孔链接车身），3-压电材料组片模块（受力后能产生电能），4-电能传输滑环（旋转物体电能传输装置），5-能量回收转换电路（将交替无规律不规则变化的电能收集整理为可使用的标准电能）。
具体实施
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
本实施例应用于车辆行驶过程中的情况下。
如图1所示，一种基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘。其特征在于，它包括车辆轮毂法兰盘1（含安装孔2）、压电材料组片模块3、电能传输滑环4、能量回收转换电路5。
当车辆行驶时，轮毂法兰盘安装孔2链接车轮和车身，车轮转动，车轮通过与地面接触的反作用力承载车辆重量，达到平衡。
车轮受到地面的反作用力通过轮毂传递到法兰盘1传递到压电材料组片模块3，最后传递到车辆减震桥，支撑车身。
车辆在行驶过程中，车轮将力传递到各个压电材料组片模块3，车轮行驶旋转过程中，单个压电材料组片模块3位置从最上远离地面旋转到最下垂直作用于地面的受力差转换为电压电荷，使用能量回收转换电路5整流转换为可应用的电能后，通过电能传输滑环4传输到车辆用于供电和储能。
车辆行驶，车轮转动，车轮每转动一圈，轮毂法兰盘1中每个压电材料组片模块3发电1次，车轮不停转动，压电材料组片模块3实现循环发电。
本实例通过将压电材料组片模块嵌入安装在轮毂法兰盘应力位置，通过车轮转动，将车辆重力作用于压电材料组片模块上产生电能，使用能量回收电路转换后，通过电能传输滑环传输给车辆，用于使用和电能存储，达到提高续航能力的目的。因为其原理在电池、电机和电控***之外，所以无论这三大技术如何发展，都能为其续航能力提供有效的补充，并且行驶路程越长，补充越大，为新能源车辆推广起到明显促进作用。
Claims (10)
1.一种基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，它包括车辆轮毂法兰盘（含安装孔）、压电材料组片模块、能量回收转换电路、电能传输滑环。
2.根据权利要求1所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，所述嵌入安装在轮毂法兰盘中的压电材料组片模块与法兰盘应力处紧密连接有预应力，也可通过安装轮毂螺钉施加预应力，所述车辆的重力作用于压电材料上。
3.根据权利要求2所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，所述嵌入轮毂结构中的压电材料组片模块根据压电材料特性力对应电压和电荷量进行极化叠片。
4.根据权利要求3所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，所述嵌入安装在轮毂法兰盘中的压电材料组片模块按照优化均匀分布。
5.根据权利要求1所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，所述车辆轮毂法兰盘受力均匀，力传导直接作用于所述压电材料组片模块上。
6.根据权利要求5所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，所述车辆轮毂法兰盘内部采用高阻抗材料填充。
7.根据权利要求6所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，所述车辆轮毂法兰盘采用防水防腐密封。
8.根据权利要求1所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，所述能量回收转换电路，与所述压电材料组片模块根据电能需求实施串并联。
9.根据权利要求1所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，所述电能传输滑环，密封安装在轮毂法兰盘中心。
10.根据权利要求1-9所述的基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘，其特征在于，应用范围包含所有电能驱动车辆。
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