CN104377991A - 一种利用车身行驶压力实现自发电的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用车身行驶压力实现自发电的装置，结构中包括轮轴、支承组件和轮胎，所述轮胎内铺设一层压电复合材料层，后者包括沿其长边设置的、径向延伸的普通轮胎纤维和沿其短边设置的纬向延伸的压电纤维，经、纬两项纤维相互交织形成柔软坚韧的压电复合材料层，每条压电纤维的两端分别与金属丝相连接，这些压电纤维两端的金属丝分别与轮胎两侧的、相互绝缘的轮轴电学连接，两组轮轴上分别设置碳刷机构采集电能，两组碳刷机构通过稳压装置与车载蓄电池连接并对其进行充电。本发明提供了一种利用压电效应收集车身压力能量实现自发电并为车载蓄电池充电的装置。

Description

一种利用车身行驶压力实现自发电的装置
技术领域
本发明涉及汽车和能源利用技术领域，尤其是一种利用汽车车身压力经过压电效应进行发电、供电的技术。
背景技术
目前，汽车车载蓄电池的充电均是通过汽车马达带动发电机发电实现。与此同时，依据压电效应研究开发的各式各样的压电技术已经逐渐成熟，最常见的就是压电打火机，目前已经即为普遍。由于车身在行驶中时刻都对轮胎进行施压，轮胎上的各个受力点随汽车的行进时刻都在循环经历着“压力载入-压力释放”的过程，根据压电效应的基本原理，可以考虑收集这一部分能量转化为电能并代替电机为车载蓄电池充电。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用压电效应收集车身压力能量实现自发电并为车载蓄电池充电的装置。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种利用车身行驶压力实现自发电的装置，结构中包括轮轴和套接在轮轴上由轮毂、轮辐、轮辋组成的支承组件，轮胎套接在此支承组件的外周，所述轮胎内铺设一层压电复合材料层，此压电复合材料层沿轮胎周向铺设，其长度与轮胎周长相当，其宽度与轮胎宽度相当；此压电复合材料层内包括沿其长边设置的、径向延伸的普通轮胎纤维和沿其短边设置的纬向延伸的压电纤维，经、纬两项纤维相互交织形成柔软坚韧的压电复合材料层；所述纬向设置的诸多压电纤维在汽车行驶中受压发生压电效应形成微电池，此微电池的正、负极即每条压电纤维的两端分别与金属丝相连接，这些压电纤维两端的金属丝分别与轮胎两侧的、相互绝缘的轮轴电学连接，两组轮轴上分别设置碳刷机构采集电能，两组碳刷机构通过稳压装置与车载蓄电池连接并对其进行充电。
作为本发明的一种优选技术方案，所述压电纤维外包裹设置一层增韧绝缘塑胶层；压电复合材料层的轮胎纤维和压电纤维相互交织成型后整体熔铸到一层增韧塑胶层中，形成压电复合材料层。
作为本发明的一种优选技术方案，所述轮胎纤维在压电复合材料层中的呈直线绷紧布设，所述压电纤维呈正弦波样布设。
作为本发明的一种优选技术方案，所述支承组件采用绝缘的工程塑料材质，同时与压电纤维连接的金属丝采用高强合金材料，工程塑料与金属丝形成类钢筋混凝土结构。
作为本发明的一种优选技术方案，所述碳刷机构外侧设置防护罩。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明依据压电效应的原理，通过多项创新设计实现了对轮胎压力的电能转化和利用，具有实用、高效、稳定的特点。
首先，本发明独创了类似布料结构的“压电复合材料层”，此压电复合材料层包括沿其长边设置的、径向延伸的普通轮胎纤维和沿其短边设置的纬向延伸的压电纤维，经、纬两项纤维相互交织形成柔软坚韧的压电复合材料层，这样能够很好的铺设到汽车轮胎内，并且性能稳定，耐用性高！更进一步的，本发明在压电纤维外包裹设置一层增韧绝缘塑胶层，同时在径向的轮胎纤维和纬向的压电纤维相互交织成型后整体熔铸到一层增韧塑胶层中，形成高稳定性、高强度、高耐用的压电复合材料层！另外，本发明的轮胎纤维在压电复合材料层中的呈直线绷紧布设，而压电纤维呈正弦波样布设，这样的设计使得轮胎纤维承受汽车行驶中的各种应力，同时大大减少了施加到压电纤维上的应力，可以显著的提高产品的使用寿命！
本发明在支承组件中布设金属丝、同时采用碳刷机构实现了对压电能源的便捷、稳定采集和传输。与此同时，本发明的支承组件采用绝缘的工程塑料材质，而与压电纤维连接的金属丝采用高强合金材料，工程塑料与金属丝形成类钢筋混凝土结构！这样的结构设计一举两得，一方面适应了电学线路连接的要求，同时也提高了装置的强度，使之满足车辆载重的要求。
附图说明
图1是本发明的外观结构示意图。
图2显示压电复合材料层中的压电纤维与支承组件中的金属丝一一连接。
图3显示压电纤维及其外层的增韧绝缘塑胶层。
图4是利用压电轮胎向车载蓄电池进行充电的电路简图。
图中：1、轮轴；11、碳刷机构；2、支承组件；21、金属丝；3、轮胎；4、压电复合材料层；41、轮胎纤维；42、压电纤维；43、增韧绝缘塑胶层；5、稳压装置；6、车载蓄电池。
具体实施方式
参看附图，本发明一个具体实施例的结构中包括轮轴1和套接在轮轴1上由轮毂、轮辐、轮辋组成的支承组件2，轮胎3套接在此支承组件2的外周，轮胎3内铺设一层压电复合材料层4，此压电复合材料层4沿轮胎3周向铺设，其长度与轮胎3周长相当，其宽度与轮胎3宽度相当；此压电复合材料层4内包括沿其长边设置的、径向延伸的普通轮胎纤维41和沿其短边设置的纬向延伸的压电纤维42，压电纤维42外包裹设置一层增韧绝缘塑胶层43，压电复合材料层4的轮胎纤维41和压电纤维42相互交织成型后整体熔铸到一层增韧塑胶层中，形成压电复合材料层4；纬向设置的诸多压电纤维42在汽车行驶中受压发生压电效应形成微电池，此微电池的正、负极即每条压电纤维42的两端分别与金属丝21相连接，这些压电纤维42两端的金属丝分别与轮胎3两侧的、相互绝缘的轮轴1电学连接；支承组件2采用绝缘的工程塑料材质，同时与压电纤维连接的金属丝21采用高强合金材料，工程塑料与金属丝21形成类钢筋混凝土结构；两组轮轴1上分别设置碳刷机构11采集电能，碳刷机构11外侧设置防护罩，两组碳刷机构11通过稳压装置5与车载蓄电池6连接并对其进行充电。
参看附图，本发明的工作原理在于：本发明的压电复合材料层4包括沿其长边设置的、径向延伸的普通轮胎纤维41和沿其短边设置的纬向延伸的压电纤维42，经、纬两项纤维相互交织形成柔软坚韧的压电复合材料层4，这样能够很好的铺设到汽车轮胎内，并且性能稳定，耐用性高！更进一步的，本发明在压电纤维42外包裹设置一层增韧绝缘塑胶层43，同时在径向的轮胎纤维41和纬向的压电纤维42相互交织成型后整体熔铸到一层增韧塑胶层中，形成高稳定性、高强度、高耐用的压电复合材料层4！本发明在支承组件2中布设金属丝21、同时采用碳刷机构11实现了对压电能源的便捷、稳定采集和传输。与此同时，本发明的支承组件2采用绝缘的工程塑料材质，而与压电纤维42连接的金属丝21采用高强合金材料，工程塑料与金属丝形成类钢筋混凝土结构！这样的结构设计一举两得，一方面适应了电学线路连接的要求，同时也提高了装置的强度，使之满足车辆载重的要求。可见，本发明依据压电效应的原理，通过多项创新设计实现了对轮胎压力的电能转化和利用，具有实用、高效、稳定的特点。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (5)

1.一种利用车身行驶压力实现自发电的装置，结构中包括轮轴(1)和套接在轮轴(1)上由轮毂、轮辐、轮辋组成的支承组件(2)，轮胎(3)套接在此支承组件(2)的外周，其特征在于：
所述轮胎(3)内铺设一层压电复合材料层(4)，此压电复合材料层(4)沿轮胎(3)周向铺设，其长度与轮胎(3)周长相当，其宽度与轮胎(3)宽度相当；此压电复合材料层(4)内包括沿其长边设置的、径向延伸的普通轮胎纤维(41)和沿其短边设置的纬向延伸的压电纤维(42)，经、纬两项纤维相互交织形成柔软坚韧的压电复合材料层(4)；
所述纬向设置的诸多压电纤维(42)在汽车行驶中受压发生压电效应形成微电池，此微电池的正、负极即每条压电纤维(42)的两端分别与金属丝(21)相连，这些压电纤维(42)两端的金属丝分别与轮胎(3)两侧的、相互绝缘的轮轴(1)电学连接，两组轮轴(1)上分别设置碳刷机构(11)采集电能，两组碳刷机构(11)通过稳压装置(5)与车载蓄电池(6)连接并对其进行充电。
2.根据权利要求1所述的利用车身行驶压力实现自发电的装置，其特征在于：所述压电纤维(42)外包裹设置一层增韧绝缘塑胶层(43)；压电复合材料层(4)的轮胎纤维(41)和压电纤维(42)相互交织成型后整体熔铸到一层增韧塑胶层中，形成压电复合材料层(4)。
3.根据权利要求2所述的利用车身行驶压力实现自发电的装置，其特征在于：所述轮胎纤维(41)在压电复合材料层(4)中的呈直线绷紧布设，所述压电纤维(42)呈正弦波样布设。
4.根据权利要求1所述的利用车身行驶压力实现自发电的装置，其特征在于：所述支承组件(2)采用绝缘的工程塑料材质，同时与压电纤维连接的金属丝(21)采用高强合金材料，工程塑料与金属丝(21)形成类钢筋混凝土结构。
5.根据权利要求1所述的利用车身行驶压力实现自发电的装置，其特征在于：所述碳刷机构(11)外侧设置防护罩。
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