CN107856475A - 一种基于压电材料的自动发电轮毂 - Google Patents
一种基于压电材料的自动发电轮毂 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107856475A CN107856475A CN201711214413.XA CN201711214413A CN107856475A CN 107856475 A CN107856475 A CN 107856475A CN 201711214413 A CN201711214413 A CN 201711214413A CN 107856475 A CN107856475 A CN 107856475A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric
- vehicle
- wheel hub
- energy
- automatic generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 7
- 239000013589 supplement Substances 0.000 abstract description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
- B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
- B60K25/00—Auxiliary drives
- B60K25/08—Auxiliary drives from a ground wheel, e.g. engaging the wheel tread or rim
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Transportation (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
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。其特征在于，包括车辆轮毂（含法兰盘安装孔）、压电材料组片模块、能量回收转换电路、电能传输滑环。车辆重量通过轮毂传递到车轮作用于路面，与反作用力达到平衡。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地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，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20%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。
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。虽然技术上实现了质的飞越，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。不管从车辆行驶的舒适度、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。当新能源车辆行驶时，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20%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，包括车辆轮毂结构（含法兰盘安装孔）、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不仅嵌入轮毂受力面中（图1所示），也适用但不仅限于安装于轮毂法兰盘（图2、图3所示）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均匀对称分布（如图1所示），使其每组压电材料组片模块受力均衡，大小相同，车辆轮毂不失圆，刚度均匀，车辆行驶平稳安全。
所述压电材料组片模块嵌入安装在法兰盘上时（如图2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，车辆轮毂法兰盘受力均衡，刚度均匀，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）之间夹角根据车辆车轮与轮毂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2）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，同时也最大化的电能转换。
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，因为车轮是个旋转结构，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为本发明的轮毂嵌入式安装示意图（正视图）。
图2为本发明的轮毂法兰盘嵌入式安装示意图（正视图）。
图3为本发明的轮毂法兰盘嵌入式安装示意图（剖面图）。
图中标记：图1、图2、图3是本发明的不同方式和不同视图，但其标记对应相同，1-轮胎（橡胶外胎），2-轮毂（用于连接车轮和车身），3-轮毂法兰盘安装孔（通过此孔链接车身），4-压电材料组片模块（受力后能产生电能），5-电能传输滑环（旋转物体电能传输装置），6-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1
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。其特征在于，它包括车辆轮毂结构2（含法兰盘安装孔3）、压电材料组片模块4、电能传输滑环5、能量回收转换电路6。
当车辆行驶时，车轮转动，轮胎1通过与地面接触的反作用力承载车辆重量，达到平衡。
轮胎1受到地面的反作用力通过轮毂2传递到压电材料组片模块4，再传递轮毂法兰盘，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4，车轮行驶旋转过程中，单个压电材料组片模块4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6整流转换为可应用的电能后，通过电能传输滑环5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2中每个压电材料组片模块4发电1次，车轮不停转动，压电材料组片模块4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。
实施例2
本实施例应用于车辆行驶过程中的情况下。
如图2、图3所示，一种基于压电材料的自动发电轮毂。其特征在于，它包括车辆轮毂结构2（含法兰盘和安装孔3）、压电材料组片模块4、能量回收转换电路6、电能传输滑环5。
当车辆行驶时，车轮转动，轮胎1通过与地面接触的反作用力承载车辆重量，达到平衡。
轮胎1受到地面的反作用力通过轮毂2传递到轮毂法兰盘，再传递到压电材料组片模块4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4，车轮行驶旋转过程中，单个压电材料组片模块4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6整流转换为可应用的电能后，通过电能传输滑环5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2中每个压电材料组片模块4发电1次，车轮不停转动，压电材料组片模块4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 (11)
1.一种基于压电材料的自动发电轮毂，其特征在于，它包括车辆轮毂结构（含法兰盘安装孔）、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，其特征在于，所述嵌入轮毂结构中的压电材料组片模块与轮毂变形处紧密连接，有预应力，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，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，其特征在于，所述嵌入轮毂结构中的压电材料组片模块按照优化间距分布，所述相邻压电材料组片模块之间存在一定夹角。
5.根据权利要求1所述的基于压电材料的自动发电轮毂，其特征在于，所述车辆轮毂结构受力均匀，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，其特征在于，所述车辆轮毂结构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，其特征在于，所述车辆轮毂结构采用防水防腐密封。
8.根据权利要求1所述的基于压电材料的自动发电轮毂，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，其特征在于，所述电能传输滑环，密封安装在轮毂中心。
10.根据权利要求1-5所述的基于压电材料的自动发电轮毂，其特征在于，所述压电材料组片模块不仅限于嵌入轮毂受力面中，也适用于但不仅限于轮毂法兰盘等受力的所有区域。
11.根据权利要求1-10所述的基于压电材料的自动发电轮毂，其特征在于，应用范围包含所有电能驱动车辆。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711214413.XA CN107856475A (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种基于压电材料的自动发电轮毂 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711214413.XA CN107856475A (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种基于压电材料的自动发电轮毂 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107856475A true CN107856475A (zh) | 2018-03-30 |
Family
ID=61702764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711214413.XA Pending CN107856475A (zh) | 2017-11-28 | 2017-11-28 | 一种基于压电材料的自动发电轮毂 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107856475A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110635715A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-31 | 江苏大学 | 一种车辆轮胎振动能量收集装置及车辆 |
| CN113910826A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 江苏理工学院 | 轮毂罩、轮毂和车辆 |
| CN114905889A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-16 | 湖南芯易德科技有限公司 | 发电装置、车轮组件以及汽车 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1852017A (zh) * | 2006-05-30 | 2006-10-25 | 李冠伟 | 汽车轮箍压电式发电机 |
| CN102957338A (zh) * | 2011-08-29 | 2013-03-06 | 文仁信 | 车辆上的压电发电装置 |
| CN104377992A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-25 | 大连华工创新科技股份有限公司 | 轮胎发电装置 |
| CN205468305U (zh) * | 2016-01-07 | 2016-08-17 | 上海杰屹汽车科技有限公司 | 汽车自发电车轮 |
| CN106849751A (zh) * | 2017-03-01 | 2017-06-13 | 西北工业大学 | 一种运动自行车发电蓄电装置 |
-
2017
- 2017-11-28 CN CN201711214413.XA patent/CN107856475A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1852017A (zh) * | 2006-05-30 | 2006-10-25 | 李冠伟 | 汽车轮箍压电式发电机 |
| CN102957338A (zh) * | 2011-08-29 | 2013-03-06 | 文仁信 | 车辆上的压电发电装置 |
| CN104377992A (zh) * | 2014-11-07 | 2015-02-25 | 大连华工创新科技股份有限公司 | 轮胎发电装置 |
| CN205468305U (zh) * | 2016-01-07 | 2016-08-17 | 上海杰屹汽车科技有限公司 | 汽车自发电车轮 |
| CN106849751A (zh) * | 2017-03-01 | 2017-06-13 | 西北工业大学 | 一种运动自行车发电蓄电装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110635715A (zh) * | 2019-09-29 | 2019-12-31 | 江苏大学 | 一种车辆轮胎振动能量收集装置及车辆 |
| CN113910826A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-11 | 江苏理工学院 | 轮毂罩、轮毂和车辆 |
| CN113910826B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-09-22 | 江苏理工学院 | 轮毂罩、轮毂和车辆 |
| CN114905889A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-16 | 湖南芯易德科技有限公司 | 发电装置、车轮组件以及汽车 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104112036B (zh) | 混联式混合动力电动汽车的仿真方法 | |
| CN107856475A (zh) | 一种基于压电材料的自动发电轮毂 | |
| CN105682977A (zh) | 所有电动/电力车辆 | |
| CN103963662B (zh) | 电动汽车独立四轮毂电驱动***、各驱动单元的电压和功率设计方法及其控制方法 | |
| CN107719005A (zh) | 一种基于压电材料的自行车发电轮毂 | |
| CN101834456B (zh) | 一种电动汽车于上下坡的在线充电及能量回收*** | |
| CN107386331A (zh) | 一种可实时自检的压力发电智能井盖 | |
| CN107738571A (zh) | 一种基于压电材料的自动发电轮毂法兰盘 | |
| CN203398860U (zh) | 用于自行车的供电*** | |
| CN204915335U (zh) | 节能电动车 | |
| CN202243039U (zh) | 一种多能源电动车 | |
| CN102009731A (zh) | 一种电动自行车重力发电装置 | |
| CN201761374U (zh) | 一种新型自动双供清洁能源电动汽车 | |
| CN101020419A (zh) | 重力能电动汽车 | |
| CN204547726U (zh) | 双驱动电动汽车动力*** | |
| CN202944216U (zh) | 由多种自然能源混合互补驱动的新型轿车 | |
| CN108482163B (zh) | 具有转向惯性能回收***的新能源汽车 | |
| CN207291652U (zh) | 一种新型助力电机 | |
| CN202827178U (zh) | 一种带有离合式充电***的纯电动汽车 | |
| CN101830182A (zh) | 一种电动汽车的在线充电和能量回收方法 | |
| CN206186810U (zh) | 一种风能电动房车 | |
| CN104859460B (zh) | 一种具备能量回收功能的电动汽车驱动装置 | |
| CN206202000U (zh) | 一种电动车下坡势能回收发电利用装置 | |
| CN106143771A (zh) | 一种蓄能自行车 | |
| CN205185887U (zh) | 一种自动续航电动车 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180330 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |