CN105406763A - 车辆用辅助发电机和包括该车辆用辅助发电机的车辆 - Google Patents
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Abstract
公开了车辆用辅助发电机和包括该车辆用辅助发电机的车辆。该车辆用辅助发电机将车辆的动能转换成电能，该辅助发电机包括：球形惯性主体，该球形惯性主体被构造成由于从车辆的移动获得的惯性力而可在与车辆移动的方向相反的方向上移动；固定管，该固定管具有被接纳在其中的可移动球形惯性主体；发电构件，该发电构件安装在固定管中用于从球形惯性主体的移动产生电能；和转换器，该转换器电连接到发电构件以将由发电构件产生的电能转换成可用电。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年9月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0117448的优先权，该韩国专利申请的公开内容以其整体通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种使用惯性力产生电力的车辆用辅助发电机，以及一种包括该车辆用辅助发电机的车辆。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)是使用内燃机和由电池驱动的马达作为动力源的车辆。考虑到化石燃料的耗尽，作为下一代运输手段研发的混合动力电动车辆已经吸引了相当大的关注。
混合动力电动车辆使用内燃机以高速运行并且使用由电池驱动的马达以低速运行。
被构造成仅使用电池和电动马达运行而不使用内燃机的电动车辆也已经吸引了相当大的关注。电动车辆通过使用储存在电池中的电驱动电动马达而运行。电动车辆具有的优点在于，电动车辆的结构是简单的，并且电动车辆的耐久性是高的，电动车辆的驱动和维护是容易的，并且电动车辆不排放任何污染物，从而有助于保护环境。出于这些原因，已经广泛地研发了电动车辆。
预期将逐渐使用混合动力电动车辆和电动车辆，因为混合动力电动车辆和电动车辆与使用化石燃料的传统车辆相比产生较低的运行费用和维修费用。
然而，由于其电容量的限制，在混合动力电动车辆或电动车辆中所使用的电池比内燃机提供较短的行驶距离。由于这个原因，必须提供电池充电系统，使得可以连续地对电池充电。
为此，基于在高速行驶期间的边际(marginal)驱动力或制动，混合动力电动车辆和电动车辆使用通过能量回收系统对电池充电的系统。然而，可以仅使用这种能量回收系统实现的行驶距离上的增加受到限制。
因此，存在对于能够连续地对混合动力电动车辆或电动车辆的电池连续地充电从而增加车辆的行驶距离的技术的高必要性。
发明内容
技术问题
因此，已经作出本发明来解决以上问题以及尚未解决的其它技术问题。
作为解决如上文所描述的问题的各种广泛和深入研究以及实验的结果，本申请的发明人已经发现，当使用了将车辆的动能转换成电能的辅助发电机时，能够对电池连续地充电，从而增加车辆的行驶距离。基于这些发现，已经完成了本发明。
技术方案
根据本发明的一个方面，可以通过提供将车辆的动能转换成电能的车辆用辅助发电机来实现以上和其它目的，辅助发电机包括：球形惯性主体，该球形惯性主体被构造成由于从车辆的移动获得的惯性力而可在与车辆移动的方向相反的方向上移动；固定管，该固定管具有被接纳在其中的可移动球形惯性主体；发电构件，该发电构件安装在固定管中用于从球形惯性主体的移动产生电能；和转换器，该转换器电连接到发电构件用于将由发电构件产生的电能转换成可用电。
也就是，通过如上文所描述的特殊结构，根据本发明的辅助发电机能够将从车辆的移动获得的动能转换成电能。因此，能够在车辆移动的同时获得电能。因此，能够连续地对电池充电，从而增加车辆的行驶距离。
在发电构件的非限制性示例中，发电构件可以是压电元件。压电元件可以是具有烧结锆钛酸铅(PZT)或钛酸钡的压电陶瓷。然而，本发明并不限于这种情况。
压电元件可以安装在固定管的内侧，以当球形惯性主体在由于惯性力而移动的同时对压电元件直接施加压力时产生电能。
在该结构中，压电元件可以电连接到转换器。球形惯性主体可以在沿着固定管移动的同时为压电元件提供压力，并且压电元件可以产生电能。所产生的电能，即，电力，被传输至转换器，该转换器将所接收的电转换成可用电。可以利用所述转换的电对车辆的电池单体充电，或所转换的电可以被用作马达的动力。
除了在沿着固定管移动的同时提供压力的球形惯性主体之外，压力可以被提供给其它位置。例如，在车辆的移动期间，外力可以使车辆振动。此时，响应于车辆的振动，球形惯性主体可以在固定管中移动，并且对被安装到固定管内侧的压电元件的各个位置提供压力。
因此，球形惯性主体可以具有比固定管的内径小的尺寸，使得球形惯性主体可以在固定管中不同地移动。例如，球形惯性主体可以具有与固定管的内径的50％至80％相等的尺寸。
如果球形惯性主体的尺寸小于上文限定的范围，则球形惯性主体可能不对压电元件提供充分的压力，这是不期望的。另一方面，如果球形惯性主体的尺寸大于上文限定的范围，则由于球形惯性主体与压电元件之间的摩擦，球形惯性主体的移动速度可能降低，其结果是，由压电元件产生的电能的量可能减小。
在发电构件的另一个非限制性示例中，发电构件可以是安装在固定管中的发电轴承，该发电轴承包括球形发电主体，该球形发电主体被构造成根据球形惯性主体的移动而执行旋转运动，该发电轴承被构造成使用由球形发电主体的旋转运动产生的摩擦力来产生摩擦电。
特别地，发电轴承可以进一步包括一对环形固定部件，并且球形发电主体可以包括安装在固定部件之间的两个或更多个球形发电主体。
两个或更多个旋转轴可以被设置在固定部件之间，并且球形发电主体可以安装到相应的旋转轴，使得球形发电主体绕相应的旋转轴旋转。
每个球形发电主体可以以球体的形状形成，使得球形发电主体可以执行旋转运动。球形发电主体可以由绝缘体(诸如，塑料)制成，使得球形发电主体可以通过球形发电主体与旋转轴之间的摩擦产生摩擦电。旋转轴也可以由可以容易地产生摩擦电的塑料制成。
由球形发电主体的旋转产生的摩擦电由发电轴承经由旋转轴收集。所收集的摩擦电被传输至转换器，该转换器电连接到发电轴承。转换器可以将摩擦电转换成可用电。为此，发电轴承可以由呈现高电导率的金属材料制成。具体地，发电轴承可以由诸如铝或铜的导电材料制成。然而，本发明并不限于这种情况。
可以通过球形惯性主体的移动实现球形发电主体的旋转运动。也就是，当在固定管中移动时，球形惯性主体接触被安装在固定管中的发电轴承的球形发电主体，并且球形发电主体获得在与球形惯性主体移动的方向相反的方向上的旋转力。因此，球形发电主体旋转。也就是，球形惯性主体的移动速度决定球形发电主体的旋转力。
因此，球形惯性主体可以具有足够的尺寸以在球形惯性主体的移动速度不降低的状态下使球形惯性主体穿过发电轴承。例如，球形惯性主体可以具有与发电轴承的内径的50％至80％相等的尺寸。
如果球形惯性主体的尺寸小于上文限定的范围，则球形惯性主体可以容易地穿过发电轴承。然而，球形惯性主体接触球形发电主体的可能性减小，其结果是，难以引起球形发电主体的旋转运动，这是不期望的。另一方面，如果球形惯性主体的尺寸大于上文限定的范围，则球形惯性主体可能不容易地穿过发电轴承。因此，球形惯性主体的移动速度可能降低，其结果是，球形发电主体的旋转力减小，这是不期望的。
此外，为了获得高惯性力，球形惯性主体可以由高密度金属制成。具体地，球形惯性主体可以由钨或铂制成。然而，本发明并不限于这种情况。
同时，在具体示例中，固定管可以被构造成具有如下结构：在不同方向上延伸的两个或更多个管彼此联接。
具体地，固定管可以包括：第一管，第一管与车辆的横向方向平行地延伸；第二管，第二管与车辆的纵向方向平行地延伸；和第三管，第三管与车辆的高度方向平行地延伸。
第一管、第二管和第三管可以彼此联接同时彼此垂直。可以基于车辆的内部结构灵活地改变第一管、第二管和第三管彼此联接的结构。
此外，第一管、第二管和第三管每一个可以具有被接纳在其中的球形惯性主体。
第一管、第二管和第三管每一个可以具有被安装在其中的两个或更多个发电轴承。
可替代地，压电元件可以安装在第一、第二和第三管中的每一个的内侧上。
在上文的结构中，第一管、第二管和第三管中的球形惯性主体可以获得在各种方向上的惯性力。因此，能够使用从车辆的各种移动获得的动能产生电能。
例如，当车辆向左或向右移动时，被接纳在与车辆的横向方向平行地延伸的第一管中的球形惯性主体可以在第一管中在与车辆移动的方向相反的方向上移动。因此，能够将从车辆的向左或向右移动获得的动能转换成电能。
同时，当将车辆制动时，被接纳在与车辆的纵向方向平行地延伸的第二管中的球形惯性主体可以在车辆的向前方向上移动，并且当使车辆加速时，被接纳在第二管中的球形惯性主体可以在车辆的向后方向上移动。因此，可以将从车辆的向前或向后移动获得的动能转换成电能。
此外，当车辆由于振动而向上或向下移动时，被接纳在与车辆的高度方向平行地延伸的第三管中的球形惯性主体可以在第三管中在与车辆移动的方向相反的方向上移动。因此，可以将从车辆的振动获得的动能转换成电能。
可替代地，压电元件和发电轴承两者都可以安装在第一、第二和第三管中的每一个中。
在上文的结构中，从车辆的各种移动获得的球形惯性主体的动能可以对压电元件施加压力以为发电轴承的球形发电主体提供旋转力，据此能够有效地产生电能。
因此，如先前所描述的，在根据本发明的辅助发电机中，被接纳在管中的球形惯性主体可能由于随车辆的移动同时自然产生的惯性力而移动，并且球形惯性主体可以对压电元件和/或发电轴承提供外力(从该外力可以产生电能)，据此可以将车辆的动能转换成电能。此外，根据本发明的辅助发电机具有如下结构特性：在不同的方向上布置固定管以将从车辆的向上、向下、向左、向右、向前和向后的移动获得的各种动能转换成电能。
在具体示例中，固定管可以由电绝缘聚合材料或复合材料制成。具体地，固定管可以由低重量复合材料制成。例如，复合材料可以是碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。然而，本发明并不限于这种情况。
根据本发明的另一个方面，提供了一种车辆，该车辆包括具有上述构造的辅助发电机和可由辅助发电机产生的电力充电的两个或更多个电池单体。
电池单体中的每一个可以是包括电极组件的袋状二次电池，该电极组件被构造成具有在正电极与负电极之间置放分隔物的结构，该电极组件在密封状态下安装在由包括金属层和树脂层的层压片制成的电池壳体中。可替代地，电池单体中的每一个可以是锂二次电池。
所述两个或更多个电池单体可以以特定结构堆叠以构成大容量电池模块。
车辆可以是选自如下组的任一个，该组由电动车辆、混合动力电动车辆和插电式混合动力电动车辆组成。然而，本发明并不限于这种情况。
附图说明
根据结合附图所作出的下列详细描述，将更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点，其中：
图1为示出根据本发明的辅助发电机的典型视图；
图2为详细地示出图1的固定管的典型视图；
图3为沿着图2的线A-A’截取的固定管的竖直截面图；
图4为详细地示出图2的发电轴承的典型视图；并且
图5为示出装备有根据本发明的辅助发电机的车辆的典型视图。
具体实施方式
现在，将参照附图对本发明的示例性实施例进行详细地描述。然而，应注意，本发明的范围并不受到示出的实施例的限制。
图1为示出根据本发明的辅助发电机的典型视图，图2为详细地示出图1的固定管的典型视图，图3为沿着图2的线A-A’截取的固定管的竖直截面图，图4为详细地示出图2的发电轴承的典型视图，并且图5为示出装备有根据本发明的辅助发电机的车辆的典型视图。
首先参照图1至图3，辅助发电机10包括：固定管100；压电元件210，压电元件210安装在固定管100的内侧；发电轴承300，发电轴承300安装在固定管100中；球形惯性主体201、202和203，球形惯性主体201、202和203被构造成可在固定管100中移动；和转换器120，转换器120用于将来自压电元件210和发电轴承300的摩擦电转换成电力。
如图1所示，随着球形惯性主体201、202和203在固定管100中的移动，由压电元件210和发电轴承300产生的电被传输至电连接到固定管100的转换器120。转换器120将所接收到的电转换成电流，该电流可以对电池单体20充电。在均匀电压下利用电流对电池单体20充电。
参照图2至图5，固定管100包括在不同的方向上延伸的第一管101、第二管102和第三管103。
具体地，第一管101在X轴线方向上延伸，使得第一管101垂直于第二管102和第三管103，X轴线方向平行于车辆400的横向方向。第二管102在Y轴线方向上延伸，使得第二管102垂直于第一管101和第三管103，Y轴线方向平行于车辆400的纵向方向。第三管103在Z轴线方向上延伸，使得第三管103垂直于第一管101和第二管102，Z轴线方向平行于车辆400的高度方向。
为了方便描述，在图2中发电轴承300被示出为被安装在第一管中，并且在图3中压电元件210被示出为被安装在第二管的内侧，这是示例性的。两个或更多个发电轴承300可以安装在第一至第三管101至103中的每一个中，并且一个压电元件210可以安装在第一至第三管101至103中的每一个的内侧。此外，考虑到这些管中的每一个管的长度和期望的电能的量，可以灵活地布置发电轴承300和压电元件210。
压电元件(未示出)和发电轴承300安装在第一管101中，并且球形惯性主体201被接纳在第一管101中，使得球形惯性主体201在X轴线方向上沿着第一管101移动。压电元件210和发电轴承(未示出)安装在第二管102中，并且球形惯性主体202被接纳在第二管102中，使得球形惯性主体202在Y轴线方向上沿着第二管102移动。压电元件(未示出)和发电轴承(未示出)安装在第三管103中，并且球形惯性主体203被接纳在第三管103中，使得球形惯性主体203在Z轴线方向上沿着第三管103移动。
发电轴承300被构造成具有如下结构：其中，多个球形发电主体308被安装到在一对环形固定部件302和304之间的旋转轴(未示出)。环形发电轴承300具有开口310，球形惯性主体201穿过该开口310。球形发电主体308部分地突出到开口310中。因此，当球形惯性主体201穿过发电轴承300的开口310时，部分地突出到开口310中的球形发电主体308接触球形惯性主体201，其结果是，球形发电主体308在与球形惯性主体201移动的方向相反的方向上旋转。随着球形发电主体308绕相应的旋转轴旋转，球形发电主体308产生摩擦电。
同时，辅助发电机10被安装在图5所示的车辆400中。当车辆400在车辆400的横向方向，即X轴线方向上(向左或向右)移动时，被接纳在第一管101中的球形惯性主体201获得在与车辆400移动的方向相反的方向上的惯性力并且因此在第一管101中移动。此时，球形惯性主体201在其前进方向上按压压电元件。因此，被施加到压电元件的压力瞬间改变，并且因此，压电元件发电。此外，球形惯性主体201使发电轴承300的球形发电主体308旋转，并且球形发电主体308的旋转运动被转换成电能。
当车辆400在车辆400的纵向方向(即，Y轴线方向)上加速或减速时，被接纳在第二管102中的球形惯性主体202获得在与车辆400加速或减速的方向相反的方向上的惯性力并且因此在第二管102中移动。此时，球形惯性主体202在其前进方向上按压压电元件。因此，被施加到压电元件的压力瞬间改变，并且因此，压电元件发电。此外，球形惯性主体202使发电轴承(未示出)的球形发电主体(未示出)旋转，并且球形发电主体(未示出)的旋转运动被转换成电能。
当车辆400在车辆400的高度方向(即，Z轴线方向)上向上移动时，被接纳在第三管103中的球形惯性主体203获得向下的惯性力并且因此在第三管103中移动。当车辆400在Z轴线方向上向下移动时，球形惯性主体203获得向上的惯性力并且因此在第三管103中移动。球形惯性主体203为压电元件和发电轴承提供压力和旋转力以发电。当车辆400向上和向下移动时，响应于车辆400的向上和向下移动，被接纳在第一管101和第二管102中的球形惯性主体201和202在第一管101和第二管102中向上和向下抖动以对压电元件210施加压力。因此，压电元件210发电。
如上文参照附图所描述的，根据本发明的辅助发电机具有的结构特征在于，被接纳在固定管中的球形惯性主体通过根据车辆的移动产生的动能而移动，并且从球形惯性主体的移动穿过压电元件和发电轴承产生电能，据此在车辆移动的同时能够获得电能。因此，根据本发明的辅助发电机可以增加可使用电驱动车辆的距离。
虽然出于说明性目的已经公开了本发明的示例性实施例，但是本领域的技术人员将明白，在不脱离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、增加和替换。
工业实用性
如从上文的描述明显的，根据本发明的辅助发电机能够通过如上文所描述的特殊结构将从车辆的移动获得的动能转换成电能。因此，在车辆移动的同时能够获得电能。因此，能够连续地对电池充电，从而增加车辆的行驶距离。
Claims (22)
1.一种车辆用辅助发电机，所述车辆用辅助发电机用于将车辆的动能转换成电能，所述辅助发电机包括：
球形惯性主体，所述球形惯性主体被构造成由于从所述车辆的移动获得的惯性力而能够在与所述车辆移动的方向相反的方向上移动；
固定管，所述固定管中接纳有可移动的所述球形惯性主体；
发电构件，所述发电构件被安装在所述固定管中，以用于由所述球形惯性主体的移动产生电能；和
转换器，所述转换器被电连接到所述发电构件，以用于将由所述发电构件产生的电能转换成可用电。
2.根据权利要求1所述的车辆用辅助发电机，其中，所述发电构件为压电元件。
3.根据权利要求2所述的车辆用辅助发电机，其中，所述压电元件被安装在所述固定管的内侧上，以用于当所述球形惯性主体在由于所述惯性力而移动的同时对所述压电元件直接施加压力时产生电能。
4.根据权利要求1所述的车辆用辅助发电机，其中，所述发电构件是被安装在所述固定管中的发电轴承，所述发电轴承包括球形发电主体，所述球形发电主体被构造成随着所述球形惯性主体的移动而进行旋转运动，所述发电轴承被构造成使用由所述球形发电主体的旋转运动产生的摩擦力来产生摩擦电。
5.根据权利要求4所述的车辆用辅助发电机，其中，所述发电轴承进一步包括一对环形固定部件，并且所述球形发电主体包括被安装在所述固定部件之间的两个或更多个球形发电主体。
6.根据权利要求5所述的车辆用辅助发电机，其中，在所述固定部件之间设置有两个或更多个旋转轴，并且所述球形发电主体被安装到相应的旋转轴，使得所述球形发电主体绕相应的旋转轴旋转。
7.根据权利要求4所述的车辆用辅助发电机，其中，当在所述固定管中移动时，所述球形惯性主体与被安装在所述固定管中的所述发电轴承的所述球形发电主体接触，并且所述球形发电主体获得在与所述球形惯性主体移动的方向相反的方向上的旋转力。
8.根据权利要求1所述的车辆用辅助发电机，其中，所述固定管被构造成具有如下结构，即：在不同方向上延伸的两个或更多个管彼此联接。
9.根据权利要求8所述的车辆用辅助发电机，其中，所述固定管包括：第一管，所述第一管与所述车辆的横向方向平行地延伸；第二管，所述第二管与所述车辆的纵向方向平行地延伸；和第三管，所述第三管与所述车辆的高度方向平行地延伸。
10.根据权利要求9所述的车辆用辅助发电机，其中，所述第一管、所述第二管和所述第三管中的每一个中接纳有球形惯性主体。
11.根据权利要求10所述的车辆用辅助发电机，其中，当所述车辆向左或向右移动时，被接纳在所述第一管中的所述球形惯性主体在所述第一管中在与所述车辆移动的方向相反的方向上移动。
12.根据权利要求10所述的车辆用辅助发电机，其中，当所述车辆被制动时，被接纳在所述第二管中的所述球形惯性主体在所述车辆的向前方向上移动，并且当所述车辆加速时，被接纳在所述第二管中的所述球形惯性主体在所述车辆的向后方向上移动。
13.根据权利要求10所述的车辆用辅助发电机，其中，当所述车辆由于振动而向上或向下移动时，被接纳在所述第三管中的所述球形惯性主体在所述第三管中在与所述车辆移动的方向相反的方向上移动。
14.根据权利要求9所述的车辆用辅助发电机，其中，所述第一管、所述第二管和所述第三管中的每一个中安装有压电元件和/或两个或更多个发电轴承。
15.根据权利要求1所述的车辆用辅助发电机，其中，所述球形惯性主体的直径等于所述固定管的内径的50％至80％。
16.根据权利要求1所述的车辆用辅助发电机，其中，所述固定管由电绝缘聚合材料或复合材料制成。
17.根据权利要求13所述的车辆用辅助发电机，其中，所述复合材料为碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。
18.根据权利要求1所述的车辆用辅助发电机，其中，所述球形惯性主体由钨或铂制成。
19.一种车辆，包括根据权利要求1所述的车辆用辅助发电机和两个或更多个电池单体，所述电池单体能够利用由所述车辆用辅助发电机产生的电力进行充电。
20.根据权利要求19所述的车辆，其中，所述车辆为电动车辆。
21.根据权利要求20所述的车辆，其中，所述电动车辆为混合动力电动车辆。
22.根据权利要求21所述的车辆，其中，所述混合动力电动车辆为插电式混合动力电动车辆。
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