CN105656344B - 一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于汽车轮胎发电领域的一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置。所述发电装置包括：介电弹性体薄膜、上壳、防漏电保护下壳、下壳刚性弓型轴板、下壳联动滚轴、上壳联动滚轴、壳弹性固定轴、销钉、介电弹性体薄膜固定卡、电磁屏蔽罩和发电装置信号监测及压力传感处理系统。所述的汽车轮胎发电装置通过介电弹性体薄膜的拉伸与收缩实现机械能向电能的转换，同时上壳与防漏电保护下壳上均设有漏电保护装置和电磁屏蔽装置，具有安装方便、绿色环保、成本低、转化效率高等优点。
Description
技术领域
本发明属于汽车轮胎发电领域，特别涉及一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置。
背景技术
随着经济的发展、人口的增长和生活水平的提高，对能源的需求越来越大。由于化石燃料的不可再生及气候变化、生态破坏等，单纯依靠传统能源已无法满足能源的需求。因此发展可再生能源成为一个必然选择。
介电弹性体(DE)是一种能将机械能转换为电能的智能材料，具有高能量密度、大应变、高效率、高响应速度、低成本、质量轻等优点。介电弹性体发电机共分为三层，上下两层为柔性电极，中层为介电弹性体薄膜。介电弹性体发电的机理是电容式发电，首先由外力拉伸介电弹性体薄膜，使膜面积增大，膜变薄，此时给其充电一段时间；撤销机械能，介电弹性体薄膜自由收缩，膜电容降低，膜表面电压变大，介电弹性体储存能量增加，增加的电能为外力拉伸介电弹性体薄膜所做的功。
中国专利申请“一种基于介电弹性体的潮汐能发电机结构设计”提出将弹性介电体应用于潮汐能发电上。中国专利申请“流速能或浪头能发电机组及发电船”提出利用河流和海洋能源设计出流速能或浪头能发电机组和发电船。上述两项专利申请均利用自然界的机械能来发电，具有成本低，环境友好的优点。但是其发电机组需长时间浸泡在水中，容易导致设备出现腐蚀及漏电的现象，并且这些装置只能应用在河流或近海岸，具有很大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置，包括：介电弹性体薄膜1、上壳2、防漏电保护下壳3、下壳刚性弓型轴板4、下壳联动滚轴5、上壳联动滚轴6、壳弹性固定轴7、销钉8、介电弹性体薄膜固定卡9、电磁屏蔽罩10和发电装置信号监测及压力传感处理系统11；
介电弹性体薄膜1位于防漏电保护下壳3与下壳刚性弓形轴板4之间，且左右两端分别卡在位于上壳2两侧的介电弹性体薄膜固定卡9内，使介电弹性体薄膜1处于拉伸状态；下壳联动滚轴5与上壳联动滚轴6位于介电弹性体薄膜1上，减小介电弹性体薄膜在拉伸与收缩时的摩擦阻力；
壳弹性固定轴7穿过上壳2，且在壳弹性固定轴7的顶端设有销钉8；另外，壳弹性固定轴7的下部设有弹簧，使上壳2能在壳弹性固定轴7的轴杆之间上下移动；
电磁屏蔽罩10复合于上壳2与防漏电保护下壳3的内部，以减小电磁作用。
所述的介电弹性体薄膜1由5-50层聚丙烯酸酯弹性体复合制成，每层聚丙烯酸酯弹性体的厚度为30-100μm；所述聚丙烯酸酯弹性体的复合方式为上下黏贴或拉伸压合。
所述的上壳2和防漏电保护下壳3均采用三层复合材料组成；其中，外层为绝缘刚性材料，中层为抗拉强度为800-2000MPa的导电材料，内层为特种钢丝网；其中分布于上壳2与防漏电保护下壳3内的特种钢丝网可以防止发电机充电时高电压产生的电磁辐射。
所述导电材料通过引线与发电装置信号监测及压力传感处理系统11相连。
所述发电装置利用介电弹性体薄膜1的拉伸与收缩实现机械能与电能的转换。
所述发电装置利用上壳2与防漏电保护下壳3沿壳弹性固定轴7的上下运动，实现介电弹性体薄膜1的拉伸与收缩。
所述的一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置在汽车轮胎发电中的应用。
所述的发电装置安装于汽车轮胎的内胎中；其中，上壳2与轮毂固定，防漏电保护下壳3与轮胎的内表面固定。
所述发电装置在汽车轮胎中发电的具体方式为：汽车行驶中，当汽车轮胎未转动至发电装置时，介电弹性体薄膜1在下壳刚性弓型轴板4的表面处于拉伸状态；当轮胎转动至发电装置时，上壳2和防漏电保护下壳3在轮胎外力的作用下压缩，使介电弹性体薄膜1在下壳刚性弓型轴板4的作用力下从拉伸状态过渡到无张力状态，同时下壳联动滚轴5和上壳联动滚轴6滚动，减小介电弹性体薄膜1在拉伸与收缩时的摩擦阻力，完成机械能向电能的转化；将多个发电装置填充在整个轮胎中，使汽车在行进过程中轮胎运动到任何位置均能制造电能。
填充在整个轮胎中的多个发电装置的电路，通过并联的方式连接。
本发明的有益效果为：所述的汽车轮胎发电装置通过介电弹性体薄膜的拉伸与收缩实现机械能向电能的转换，且上壳与防漏电保护下壳上均设有漏电保护装置和电磁屏蔽装置，具有安装方便、绿色环保、成本低、转化效率高等优点。
附图说明
图1为所述汽车轮胎发电装置的主视结构剖示图；其中，1-介电弹性体薄膜、2-上壳、3-防漏电保护下壳、4-下壳刚性弓型轴板、5-下壳联动滚轴、6-上壳联动滚轴、7-壳弹性固定轴、8-销钉、9-介电弹性体薄膜固定卡、10-电磁屏蔽罩、11-发电装置信号监测及压力传感处理系统。
图2为所述汽车轮胎发电装置的左视结构图。
图3为所述汽车轮胎发电装置的俯视结构图。
图4为所述汽车轮胎发电装置中壳弹性固定轴7、销钉8和介电弹性体薄膜固定卡9的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置，包括：介电弹性体薄膜1、上壳2、防漏电保护下壳3、下壳刚性弓型轴板4、下壳联动滚轴5、上壳联动滚轴6、壳弹性固定轴7、销钉8、介电弹性体薄膜固定卡9、电磁屏蔽罩10和发电装置信号监测及压力传感处理系统11；
介电弹性体薄膜1位于防漏电保护下壳3与下壳刚性弓形轴板4之间，且左右两端分别卡在位于上壳2两侧的介电弹性体薄膜固定卡9内，使介电弹性体薄膜1处于拉伸状态；下壳联动滚轴5与上壳联动滚轴6位于介电弹性体薄膜1上，减小介电弹性体薄膜在拉伸与收缩时的摩擦阻力；
壳弹性固定轴7穿过上壳2，且在壳弹性固定轴7的顶端设有销钉8；另外，壳弹性固定轴7的下部设有弹簧，使上壳2能在壳弹性固定轴7的轴杆之间上下移动；
电磁屏蔽罩10复合于上壳2与防漏电保护下壳3的内部，以减小电磁作用。
所述的介电弹性体薄膜1由5-50层聚丙烯酸酯弹性体复合制成，每层聚丙烯酸酯弹性体的厚度为30-100μm；所述聚丙烯酸酯弹性体的复合方式为上下黏贴或拉伸压合。
所述的上壳2和防漏电保护下壳3均采用三层复合材料组成；其中，外层为绝缘刚性材料，中层为抗拉强度为800-2000MPa的导电材料，内层为特种钢丝网；其中分布于上壳2与防漏电保护下壳3内的特种钢丝网可以防止发电机充电时高电压产生的电磁辐射。
所述导电材料通过引线与发电装置信号监测及压力传感处理系统11相连。
所述发电装置利用介电弹性体薄膜1的拉伸与收缩实现机械能与电能的转换。
所述发电装置利用上壳2与防漏电保护下壳3沿壳弹性固定轴7的上下运动，实现介电弹性体薄膜1的拉伸与收缩。
实施例：一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置的并联发电方式
将所述的汽车轮胎发电装置安装于汽车的内胎中，其中上壳2与轮毂固定，防漏电保护下壳3与轮胎内表面固定。
汽车行驶中，当轮胎未转动至发电装置时，介电弹性体薄膜1在下壳刚性弓型轴板4的表面处于拉伸状态，介电弹性体薄膜1的电容最大，充放电系统使发电装置充满电量；当轮胎转动至发电装置时，上壳2和防漏电保护下壳3在轮胎外力的作用下压缩，使介电弹性体薄膜1在下壳刚性弓型轴板4的作用力下从拉伸状态过渡到无张力状态，此时介电弹性体薄膜1的电容变小，放出的能量为初始电能和上壳2与防漏电保护下壳3运动的机械能，该过程中下壳联动滚轴5和上壳联动滚轴6滚动，减小介电弹性体薄膜1在拉伸与收缩时的摩擦阻力，完成机械能向电能的转化。设计中多个发电装置通过并联的方式填充在整个轮胎中，使轮胎运动到任何位置均能制造电能，汽车在行进过程中四只轮胎会产生源源不断的电能为电动车或油电混合车提供清洁能源。
充放电系统，由介电弹性体薄膜1和发电装置信号监测及压力传感处理系统11构成。发电装置信号监测及压力传感处理系统11通过检测上壳2、防漏电保护下壳3的压力变化确定发电机装置在轮胎中的位置，并反馈给控制芯片；控制芯片在压力瞬间增大时启动充电，压力最高值时启动电力回收，以实现介电弹性体薄膜1在发电装置中的充放电过程。
漏电保护装置，由上壳2、防漏电保护下壳3和发电装置信号监测及压力传感处理系统11构成。当汽车在行驶中突遇紧急状态使轮胎过度形变时，发电装置在控制芯片正常工作情况下，会向介电弹性体薄膜1中充放高达近千伏的高电压，此时电磁屏蔽系统工作，放掉介电弹性体薄膜1所带的电以消除安全隐患。
电磁屏蔽系统，由电磁屏蔽罩10和发电装置中央信号监测处理系统11构成。汽车在高速行驶过程中会伴随快速的高压充放电，电路中产生快速的电震荡，进而会产生极大的电磁干扰，利用电磁屏蔽系统既可屏蔽掉电路长期工作中产生的电磁辐射。
Claims (10)
1.一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置，其特征在于，所述发电装置包括：介电弹性体薄膜(1)、上壳(2)、防漏电保护下壳(3)、下壳刚性弓型轴板(4)、下壳联动滚轴(5)、上壳联动滚轴(6)、壳弹性固定轴(7)、销钉(8)、介电弹性体薄膜固定卡(9)、电磁屏蔽罩(10)和发电装置信号监测及压力传感处理系统(11)；
介电弹性体薄膜(1)位于防漏电保护下壳(3)与下壳刚性弓形轴板(4)之间，且左右两端分别卡在位于上壳(2)两侧的介电弹性体薄膜固定卡(9)内，使介电弹性体薄膜(1)处于拉伸状态；下壳联动滚轴(5)与上壳联动滚轴(6)位于介电弹性体薄膜(1)上；
壳弹性固定轴(7)穿过上壳(2)，且在壳弹性固定轴(7)的顶端设有销钉(8)；另外，壳弹性固定轴(7)的下部设有弹簧，使上壳(2)能在壳弹性固定轴(7)的轴杆之间上下移动；
电磁屏蔽罩(10)固定于上壳(2)与防漏电保护下壳(3)的内表面，以减小电磁作用；发电装置信号监测及压力传感处理系统(11)通过引线与上壳(2)和防漏电保护下壳(3)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置，其特征在于，所述的介电弹性体薄膜(1)由5-50层聚丙烯酸酯弹性体复合制成，每层聚丙烯酸酯弹性体的厚度为30-100μm；所述聚丙烯酸酯弹性体的复合方式为上下黏贴或拉伸压合。
3.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置，其特征在于，所述的上壳(2)和防漏电保护下壳(3)均采用三层复合材料组成；其中，外层为绝缘刚性材料，中层为抗拉强度为800-2000MPa的导电材料，内层为特种钢丝网。
4.根据权利要求3所述的一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置，其特征在于，所述导电材料通过引线与发电装置信号监测及压力传感处理系统(11)相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置，其特征在于，所述发电装置利用介电弹性体薄膜(1)的拉伸与收缩实现机械能与电能的转换。
6.根据权利要求1所述的一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置，其特征在于，所述发电装置利用上壳(2)与防漏电保护下壳(3)沿壳弹性固定轴(7)的上下运动，实现介电弹性体薄膜(1)的拉伸与收缩。
7.权利要求1-6任一项所述的一种基于介电弹性体的汽车轮胎发电装置在汽车轮胎发电中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的发电装置安装于汽车轮胎的内胎中；其中，上壳(2)与轮毂固定，防漏电保护下壳(3)与轮胎的内表面固定。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述发电装置在汽车轮胎中发电的具体方式为：汽车行驶中，当汽车轮胎未转动至发电装置时，介电弹性体薄膜(1)在下壳刚性弓型轴板(4)的表面处于拉伸状态；当轮胎转动至发电装置时，上壳(2)和防漏电保护下壳(3)在轮胎外力的作用下压缩，使介电弹性体薄膜(1)在下壳刚性弓型轴板(4)的作用力下从拉伸状态过渡到无张力状态，同时下壳联动滚轴(5)和上壳联动滚轴(6)滚动，减小介电弹性体薄膜(1)在拉伸与收缩时的摩擦阻力，完成机械能向电能的转化；将多个发电装置填充在整个轮胎中，使汽车在行进过程中轮胎运动到任何位置均能制造电能。
10.根据权利要求 9所述的应用，其特征在于，填充在整个轮胎中的多个发电装置通过并联的方式连接。
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