[發(fā)明專利]一種基于壓電材料的自動發(fā)電輪轂

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• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107856475A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李正;李銘浩
• 申請（專利權(quán)）人: 成都皆為科技有限公司
• 主分類號: B60B19/00
• 分類號: B60B19/00;B60K25/08;H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源車輛領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓電材料的自動發(fā)電輪轂。

背景技術(shù)

新能源汽車根據(jù)動力可分為五大類：純電動汽車、燃氣汽車、燃料電池汽車、混合動力汽車、各種替代燃料汽車。其中純電動和混合動力發(fā)展和普及迅速，尤其是純電動車呈現(xiàn)了未來的發(fā)展趨勢。雖然技術(shù)上實現(xiàn)了質(zhì)的飛越，然而在電控系統(tǒng)、電池能力和電動機系統(tǒng)上限制了新能源汽車的普及，其根本問題就是車輛行駛的安全可靠性和車輛的續(xù)航能力，尤其是車輛的充電和續(xù)航能力制約著新能源汽車的發(fā)展。

現(xiàn)有未應(yīng)用的機械式發(fā)電輪胎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特殊定制輪胎，消耗車輛行駛動能，發(fā)電效率低。不管從車輛行駛的舒適度、安全性上還是發(fā)電效率和造價比上，都無實際應(yīng)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對現(xiàn)有的新能源車輛的續(xù)航能力不足，充電時間較長等情況，提供一種提高新能源車輛的續(xù)航能力，并無需增加充電時間的基于壓電材料的自動發(fā)電輪轂。當(dāng)新能源車輛行駛時，車輪轉(zhuǎn)動，壓電材料組片模塊循環(huán)受壓力再釋放，壓電材料組片產(chǎn)生源源不斷的電壓電荷傳輸至能量回收轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為連續(xù)可使用或用于存儲的電能，通過電能傳輸滑環(huán)傳輸?shù)杰囕v用電裝置設(shè)備或電能存儲單元。本發(fā)明是將車輛行駛過程中輪轂受力產(chǎn)生形變的機械能熱能等收集轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)車輛自重發(fā)電，為新能源車輛提供動力補充，并且不增加車輛行駛動能消耗，能明顯提高電能驅(qū)動車輛的續(xù)航能力，甚至高達20%以上。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案。

一種基于壓電材料的自動發(fā)電輪轂，包括車輛輪轂結(jié)構(gòu)（含法蘭盤安裝孔）、壓電材料組片模塊、能量回收轉(zhuǎn)換電路、電能傳輸滑環(huán)。

優(yōu)選的，所述車輛輪轂結(jié)構(gòu)，作為力傳導(dǎo)介質(zhì)，在滿足安全行駛同時，調(diào)整受力杠桿比，盡可能大的將車輛重力傳遞給壓電材料，甚至實現(xiàn)力放大傳遞，實現(xiàn)高效電能轉(zhuǎn)化。

所述車輛輪轂結(jié)構(gòu)需要高阻抗防水防腐密封，在避免水、油污及雜質(zhì)滲入的同時降低電能流失，提高轉(zhuǎn)化效率。

優(yōu)選的，所述壓電材料組片模塊不僅嵌入輪轂受力面中（圖1所示），也適用但不僅限于安裝于輪轂法蘭盤（圖2、圖3所示）等其他受力區(qū)域。通過多種方式，增加壓電材料組片模塊，提高受力單元數(shù)量，提高發(fā)電量。

優(yōu)選的，所述壓電材料組片模塊引入車輛重量通過模擬計算出受力大小，根據(jù)車輛動力電壓需求，采用壓電材料壓電特性方程換算出壓電材料尺寸，在有限空間內(nèi)盡可能多的極化疊片，使電能轉(zhuǎn)最大化。

所述壓電材料組片模塊均勻?qū)ΨQ分布（如圖1所示），使其每組壓電材料組片模塊受力均衡，大小相同，車輛輪轂不失圓，剛度均勻，車輛行駛平穩(wěn)安全。

所述壓電材料組片模塊嵌入安裝在法蘭盤上時（如圖2所示），在法蘭盤安裝孔位，孔位不布置壓電材料組片模塊，但在孔位周圍均勻?qū)ΨQ分布，使每組壓電材料組片模塊受力均勻，車輛輪轂法蘭盤受力均衡，剛度均勻，車輛行駛平穩(wěn)安全。

優(yōu)選的，所述相鄰兩組壓電材料組片模塊（如圖1）之間夾角根據(jù)車輛車輪與輪轂的受力分析計算得出，盡可能使壓電材料組片模塊單個承載絕大部分車重傳遞的力，使其在車輪行駛旋轉(zhuǎn)過程中，旋轉(zhuǎn)位置從最上遠離地面到最下垂直作用于地面的受力差最大，可使用盡可能少的壓電材料組片模塊實現(xiàn)盡可能多的電能轉(zhuǎn)化。

優(yōu)選的，所述相鄰壓電材料組片模塊（如圖2）均勻分布，使法蘭盤上受力均勻，減少應(yīng)力集中點，防止局部受力導(dǎo)致安裝不平整造成的抖動，提高車輛行駛的平穩(wěn)性和安全性，同時也最大化的電能轉(zhuǎn)換。

所述能量回收轉(zhuǎn)換電路為橋式整流，配合電子切換開關(guān)與續(xù)流電感電容，較傳統(tǒng)整流電路效率提高3倍以上。

所述能量回收轉(zhuǎn)換電路對角線壓電材料組片模塊共用一路，各路之間可根據(jù)電壓或電流需求對能量回收轉(zhuǎn)換電路前級實現(xiàn)串并聯(lián)。

所述電能傳輸滑環(huán)，因為車輪是個旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，需采用電能傳輸滑環(huán)，才能將壓電材料轉(zhuǎn)換的電能從旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上傳輸?shù)杰囕v的用電設(shè)備和電能存儲單元。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果。

1、現(xiàn)有未應(yīng)用的機械式發(fā)電輪胎，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輪胎特殊需定制，車輛行駛動能消耗大，再除去電磁感應(yīng)產(chǎn)生的熱能，發(fā)電效率低下。其次車輛行駛的舒適度差，顛簸抖動嚴(yán)重，安全性也不高。最后由于采用機械電磁感應(yīng)發(fā)電，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，壽命短，并且造價高，基本無實際應(yīng)用價值。

2、現(xiàn)有的壓電式輪胎發(fā)電，都安裝在輪胎里，工藝復(fù)雜，并且功率十分低，不具備提高新能源車輛的續(xù)航能力。