CN102935799B - 一种利用轮胎转动自发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用轮胎转动自发电方法和机构，在轮胎上沿圆周设有若干套直线发电机，每套直线发电机包括配对的定子和动子，定子位于机壳内，机壳固定安装在轮辋上；定子为环形骨架上绕制线圈而形成，动子由柱状骨架和安装在骨架上的永磁体或励磁线圈构成，动子从定子中穿过，动子一端在轮胎转动时始终与橡胶胎体内表面接触并可随接触处橡胶胎体的变形而在定子的导向作用下与定子之间发生径向的往复运动。本发明利用轮胎的变形驱动动子与定子之间往复运动而切割磁力线进行发电，由于动子移动方向与轮胎前进方向几乎垂直，所以其消耗的能量少，而发出的电能多，因此本发明发电效率高，自身消耗能量小且容易实现。

Description

一种利用轮胎转动自发电方法

技术领域

本发明涉及利用轮胎转动自发电技术的改进，属于轮胎发电技术领域。

背景技术

车辆行驶过程中，轮胎快速地旋转，一些人注意到轮胎转动所产生的动能，于是出现了轮胎发电的研究。目前对轮胎发电的认识，大都停留在压电效应和旋转切割磁力线产生电流。压电效应发电的不足在于，发电量非常微小，且在软性材料上产生压电效应不明显。要在轮胎变形中产生旋转切割磁力线的方法非常复杂，且难以实现。因此，要让轮胎变形产生电能又不大量额外消耗车载能源，必须另寻途径。

专利号为“200920151749.0”的中国实用新型公开了一种磁电轮胎，在轮毂的环槽底套线圈，在线圈外离开间隙套磁环，外胎包结在磁环的外面。行车中，当路面冲击外胎，外胎沿径向受到压缩，使磁环接近路面一侧的部分靠近线圈，使线圈感应发电；随着车轮转动，外胎受压缩的地方离开路面逐渐外张恢复，此过程也使线圈感应发电。上述靠近远离发电属于已有的磁力发电原理，由于未能切割磁力线，发电效果十分有限，且发电部件仅限于轮胎内，不能产生足够大的电能。同时上述专利为了安装需要，轮毂由左右两部分构成，产品强度受到影响。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种发电效率高、自身消耗能量小且容易实现的利用轮胎转动自发电方法和机构。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

一种利用轮胎转动自发电方法，在轮胎上沿圆周设有若干套直线发电机，每套直线发电机包括配对的定子和动子，定子和动子位于轮胎同一条径向线上可随轮胎同步转动，定子安装在轮辋上并朝向橡胶胎体；本方法利用轮胎与地面接触的那部分会发生形变而变瘪、在驶离地面后又会复原的变形特性，将该形变传递给动子使动子与定子之间在径向发生相对运动，从而切割磁力线实现发电。

一种利用轮胎转动自发电机构，所述轮胎由轮辋和橡胶胎体构成，在轮胎上沿圆周设有若干套直线发电机，每套直线发电机包括配对的定子和动子，定子位于机壳内，机壳固定安装在轮辋上；定子为环形骨架上绕制线圈而形成，定子的轴线位于轮胎直径方向上，动子由柱状骨架和安装在骨架上的永磁体或励磁线圈构成，动子从定子中穿过，动子一端在轮胎转动时始终与橡胶胎体内表面接触并可随接触处橡胶胎体的变形而在定子的导向作用下与定子之间发生径向的往复运动。

动子一端始终与橡胶胎体内表面接触可以按如下两种结构实现：1、所述动子上套设有弹簧，由弹簧作用使动子一端始终与橡胶胎体内表面接触；弹簧一端抵在机壳上，弹簧另一端抵在动子上的弹簧定位盘上。2、或者在橡胶胎体内表面开有比动子小的夹持孔，动子一端位于夹持孔内，这样动子就能被橡胶材料的收缩力所夹持而始终与橡胶胎体内表面接触。

所述轮辋上设有通至轮辋外表面上的圆周环槽的径向通孔，机壳螺纹旋接在径向通孔中并在两者结合部位设有密封结构。本结构机壳和定子安装方便，对轮辋结构改动小，可以确保改动后轮辋的强度符合要求。

所述定子环形骨架内表面圆周上均匀设有若干朝向中心的绕线柱，线圈绕制在绕线柱上。

根据实际需要，本发明也可以对上述定子和动子位置进行交换，此时环形骨架上绕制线圈构成动子，柱状骨架和安装在骨架上的永磁体或励磁线圈构成定子。此时定子一端位于机壳，另一端从机壳中穿出朝向橡胶胎体内表面，机壳固定安装在轮辋上；动子的轴线位于轮胎直径方向上，动子套在定子从机壳穿出段上，动子一端在轮胎转动时始终与橡胶胎体内表面接触并可随接触处橡胶胎体的变形而与定子之间发生径向的往复运动。

本发明利用轮胎的变形驱动动子与定子之间往复运动而切割磁力线进行发电，由于动子移动方向与轮胎前进方向几乎垂直，所以其消耗的能量少，而发出的电能多，因此本发明发电效率高，自身消耗能量小且容易实现。

附图说明

图1-本发明结构示意图。

图2-图1的局部放大图。

图3-图1中定子结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明利用轮胎转动自发电方法，是在轮胎上沿圆周设有若干套直线发电机，每套直线发电机包括配对的定子和动子，定子和动子位于轮胎同一条径向线上可随轮胎同步转动，定子安装在轮辋上并朝向橡胶胎体。本方法利用橡胶胎体与地面接触的那部分会发生形变而变瘪、在驶离地面后又会复原的变形特性，将该形变传递给始终与胎体内表面接触的动子，而使动子与定子之间在径向上发生往复相对运动，从而切割磁力线实现发电。所有的直线发电机所发出的电能可以通过相关电路被车辆蓄电池或电容储存，为车辆仪器仪表供电或驱动车辆行驶。

参见图1和图2，本发明利用轮胎转动自发电机构，所述轮胎由轮辋1和橡胶胎体2构成，在轮胎上沿圆周设有若干套直线发电机，每套直线发电机包括配对的定子3和动子4，定子3位于机壳5内，机壳5固定安装在轮辋1上。定子3为由硅钢片或其它材料叠放在一起形成的环形骨架上绕制线圈而成，定子3的轴线位于轮胎直径方向上。动子4由柱状骨架和安装在骨架上的永磁体或励磁线圈构成，动子4一端从定子3和机壳5中穿过朝向橡胶胎体2，另一端位于机壳5中。在动子4和机壳5之间既可以设轴承6（滚针轴承）定位，也可以是滑动副定位。为了使动子能够与定子之间不断往复运动，本发明动子从机壳中穿出的那一端（在轮胎转动时或者静止状态下）始终与橡胶胎体内表面接触，这样在定子的导向作用下，动子就可随接触处橡胶胎体的变形而与定子之间发生径向的往复运动。

本发明动子一端在轮胎转动时始终与橡胶胎体内表面接触可以通过如下两种结构实现：1、所述动子4位于橡胶胎体内表面段上套设有弹簧7，由弹簧7作用使动子4一端始终与橡胶胎体2内表面接触；弹簧7一端抵在机壳5上，弹簧7另一端抵在动子上的弹簧定位盘8上，见图2。2、或者在橡胶胎体内表面开有比动子小的夹持孔，动子一端位于夹持孔内，这样动子就能被橡胶材料的收缩力所夹持而始终与橡胶胎体内表面接触。

本发明实现发电的原理：当某直线发电机动子所在处的轮胎与地面接触时，由于受压，该处的轮胎会发生较大的变形，轮胎克服动子重量和磁场阻力等推着动子往上运动，因为动子本身就位于定子中，故在往上运动过程中切割磁力线而发电。一旦该处轮胎转动离开地面，轮胎即复原，在弹簧的回复力和离心力等共同作用下，动子也随轮胎复位，在复位过程中，同样有切割磁力线过程，因此两个过程都能发电。这样，在轮胎转动一圈的过程中，所有的发电机都按上述过程发电一次，随着轮胎的快速转动，电能即源源不断地输出。

本发明设计动子与橡胶胎体内表面接触是为了增大动子的行程，使切割磁力线过程更长，发电更多。为了保证动子的行程，机壳应该具有足够的空腔使动子往复运动。另外，动子一端如果只在转动时始终与橡胶胎体内表面接触，而在静止状态下存在间隙，那么实际设计时，可以考虑离心力的作用将这段间隙弥补，即在弹簧的自然伸长状态时（静止下），动子与橡胶胎体内表面存在间隙。轮胎驶离地面进入复位过程时，由于有弹簧回弹力和离心力等，动子同样可以与轮胎接触，那么弹簧必然就会被拉伸，在下一次轮胎与地面接触动子被往上推时，弹簧就产生一个拉力，该拉力的存在可以减轻轮胎推动动子的负荷，提高发电效率。不管怎样设计，动子都应该在轮胎与地面接触变形过程中被推动往上运动，也许不是最开始轮胎变形的瞬间，但至少变形过程中存在上述现象，否则动子和定子就没有相对运动，无法切割磁力线发电。

所述轮辋上设有通至轮辋外表面上的圆周环槽的径向通孔，径向通孔为台阶孔，台阶孔大孔径为螺纹孔，机壳具有对应的台阶状并从中心向外螺纹旋接在径向通孔中并在两者结合部位设有密封结构。台阶面自然形成对机壳的限位面，不至于因为离心力而松动，事实上，即使没有台阶面，离心力也只会使机壳越旋越紧。本结构机壳和定子安装方便，对轮辋结构改动小，可以确保改动后轮辋的强度符合要求。

所述定子环形骨架内表面圆周上均匀设有若干朝向中心的绕线柱，线圈绕制在绕线柱上，见图3。

根据实际需要，本发明也可以对上述定子和动子位置进行交换，此时环形骨架上绕制的线圈构成动子，柱状骨架和安装在骨架上的永磁体或励磁线圈构成定子。此时定子一端位于机壳，另一端从机壳中穿出朝向橡胶胎体内表面，机壳固定安装在轮辋上；动子的轴线位于轮胎直径方向上，动子套在定子从机壳穿出段上，动子一端始终与橡胶胎体内表面接触并可随接触处橡胶胎体的变形而与定子之间发生径向的往复运动。其它结构可以参照图1。本发明既可用于充气轮胎，也可用于非充气轮胎。

本发明直线发电机磁场既可以用永磁体产生，也可以由励磁线圈产生。如果是永磁体，因不需要直流供电的磁场线圈，使电机结构更为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性。又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电机的效率。与旋转的永磁发电机一样，本发明直线发电机的永磁体也是装在运动件（橡胶胎体上）上形成动子，线圈绕制在硅钢材料或其它材料上构成定子。当然，这只是通常的安装方式，实际上两者的位置理论上可交换，以轻的一方为动子为宜。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种利用轮胎转动自发电方法，所述轮胎由轮辋（1）和橡胶胎体（2）构成，其特征在于：在轮胎上沿圆周设有若干套直线发电机，每套直线发电机包括配对的定子（3）和动子（4），定子（3）位于机壳（5）内，机壳（5）固定安装在轮辋（1）上；定子（3）为环形骨架上绕制线圈而形成，定子的轴线位于轮胎直径方向上；动子（4）由柱状骨架和安装在骨架上的永磁体或励磁线圈构成；动子（4）从定子（3）中穿过，所述动子（4）上套设有弹簧（7），弹簧（7）一端抵在机壳（5）上，弹簧（7）另一端抵在动子上的弹簧定位盘（8）上；动子一端只在轮胎转动时始终与橡胶胎体内表面接触并可随接触处橡胶胎体的变形而在定子的导向作用下与定子之间发生径向的往复运动，而在静止状态下存在间隙，该间隙通过离心力的作用将其弥补，具体为：在弹簧自然伸长状态时，动子与橡胶胎体内表面存在间隙；轮胎驶离地面进入复位过程时，通过弹簧回弹力和离心力使动子与轮胎接触，此时弹簧被拉伸，在下一次轮胎与地面接触动子被往上推时，弹簧就产生一个拉力；

所述发电方法利用轮胎与地面接触的那部分会发生形变而变瘪、在驶离地面后又会复原的变形特性，将该形变传递给动子使动子与定子之间在径向发生相对运动，从而切割磁力线实现发电。