CN107719005A - 一种基于压电材料的自行车发电轮毂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自行车发电技术领域，具体涉及一种基于压电材料的自行车发电轮毂。其特征在于，它包括自行车轮毂结构、压电材料组片模块、能量回收转换电路、电能传输滑环。自行车重量通过轮毂传递到车轮，作用于路面，与反作用力形成平衡。当自行车行驶时，车轮转动；压电材料组片模块循环受压力再释放，压电材料组片产生电压电荷不断传输至能量回收转换电路转换为连续可使用或用于存储的电能，通过电能传输滑环传输到自行车用电子设备或电能存储单元。本发明是将自行车行驶过程中轮毂受力产生形变的机械能热能等收集转化为电能，为自行车提供电能，可供用于电子设备使用和电池单元存储，并且不增加自行车行驶动能消耗。

Description

一种基于压电材料的自行车发电轮毂

技术领域

本发明涉及自行车发电技术领域，具体涉及一种基于压电材料的自行车发电轮毂。

背景技术

随着社会发展，工业进步，人们财富收入增长，汽车走进了平凡人家。汽车在给人类方便舒适的同时也带来了拥堵和污染。因此近几年来，在提倡低碳出行政策下，自行车又迎来了新生机。从新型电动自行车、助力自行车、普通自行车到共享单车。为我们生活提供了便捷，也为环境保护贡献了力量。

在电动自行车、电动助力车、共享单车等有电能需求的自行车上，面临着续航能力的困境。特别是共享单车，在保有量巨大的情况下，电子锁与定位装置及其他电子设备的供电维护工作十分艰巨。

目前现有的自行车发电装置是利用电磁发电原理，消耗骑行动能。或者利用太阳能发电，效率不高，受天气影响严重。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有自行车的发电装置问题，提供一种基于压电材料的自行车发电轮毂。当自行车行驶时，车轮转动，压电材料组片模块循环受压力再释放，压电材料组片产生源源不断的电压电荷传输至能量回收转换电路转换为连续可使用或用于存储的电能，通过电能传输滑环传输到自行车用电装置设备或电能存储单元。本发明是将自行车行驶过程中轮毂受力产生形变的机械能热能等收集转化为电能，实现自行车自重发电，发电效率高，可达1000mAH/公里以上，为自行车提供电能补充。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于压电材料的自行车发电轮毂，包括自行车轮毂结构、压电材料组片模块、能量回收转换电路、电能传输滑环。

优选的，所述自行车轮毂结构，作为力传导介质，在满足安全平稳行驶的同时，安装在应力区域内，将自行车重力最大化的传递给压电材料，实现高效电能转化。

所述自行车轮毂结构需要高阻抗防水防腐密封，在避免水油污及杂质渗入的同时降低电能流失，提高转化效率。

优选的，所述压电材料组片模块不仅嵌入轮毂受力面中（图1所示），也适用但不仅限于安装于轮毂连杆（图2所示）等其他受力区域。通过多种方式，增加压电材料组片模块，提高受力单元数量，提高发电量。

优选的，所述压电材料组片模块引入自行车重量通过模拟计算出受力大小，根据自行车动力电压需求，采用压电材料压电特性方程换算出压电材料尺寸，在有限空间内尽可能多的极化叠片，使电能转最大化。

所述压电材料组片模块均匀对称分布（如图1所示），使其每组压电材料组片模块受力均衡，大小相同，自行车轮毂不失圆，刚度均匀，自行车行驶平稳安全。

所述压电材料组片模块嵌入安装在轮毂连杆上时（如图2所示），各轮毂连杆尺寸相同并中心对称，轮毂连杆处布置的压电材料组片模块预应力相同，受力均衡，刚度均匀，自行车行驶平稳安全。

优选的，所述相邻两组压电材料组片模块（如图1）之间夹角根据自行车车轮与轮毂的受力分析计算得出，尽可能使压电材料组片模块单个承载绝大部分车重传递的力，使其在车轮行驶旋转过程中，旋转位置从最上远离地面到最下垂直作用于地面的受力差最大，可使压电材料组片模块实现最大化的电能转化。

优选的，所述各轮毂连杆处压电材料组片模块（如图2）应力相同，受力均匀，行驶无抖动。

所述能量回收转换电路为桥式整流，配合电子切换开关与续流电感电容，较传统整流电路效率提高3倍以上。

所述压电材料组片模块使用导电电极板共用一路所述能量回收转换电荷，工艺简化，造价低廉，并联电流大，发电效率高。

所述电能传输滑环，因为车轮是个旋转结构，需采用电能传输滑环，才能将压电材料转换的电能从旋转机构上传输到自行车的用电设备和电能存储单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、目前现有的自行车发电装置是利用电磁发电原理，消耗骑行动能；

2、利用太阳能发电，效率不高，受天气影响严重；

3.本发明与上述1、2描述现有技术，有益效果在:结构简单，无缝式接触安装，无机械移动，寿命长，可靠性高，成本低，保证轮毂设计原理结构不变，不影响自行车舒适度与安全性，不增加自行车骑行消耗，不受半天夜晚阴晴天气影响。采用自行车自重发电，压电材料单元受力大，电能转换效率高。可用于自行车的电能设备使用和存储，及其他供电设备的补充。

附图说明：

图1为本发明的轮毂嵌入式安装示意图

图2为本发明的轮毂连杆安装示意图

图中标记：图1、图2是本发明的不同方式的示意图，但其标记对应相同，1-轮胎（橡胶外胎），2-轮毂（用于连接车轮和车身），3-轮毂连杆（用于支撑轮毂），4-压电材料组片模块（受力后能产生电能），5-能量回收转换电路（将交替无规律不规则变化的电能收集整理为可使用的标准电能），6-电能传输滑环（旋转物体电能传输装置）。

具体实施

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

本实施例应用于自行车行驶过程中的情况下。

如图1所示，一种基于压电材料的自行车发电轮毂。其特征在于，它包括自行车轮毂2、轮毂连杆3、压电材料组片模块4、能量回收转换电路5、电能传输滑环6。

当自行车行驶时，车轮转动，轮胎1通过与地面接触的反作用力承载自行车重量，达到力平衡。

轮胎1受到地面的反作用力通过轮毂2传递到压电材料组片模块4，再传递轮毂连杆3，最后通过轴承传递到自行车车架上，支撑车身。

自行车在行驶过程中，车轮将力传递到各个压电材料组片模块4，车轮行驶旋转过程中，单个压电材料组片模块4位置从最上远离地面旋转到最下垂直作用于地面的受力差转换为电压电荷，使用能量回收转换电路5整流转换为可应用的电能后，通过电能传输滑环6传输到自行车用于供电和储能。

自行车行驶，车轮转动，车轮每转动一圈，轮毂2中每个压电材料组片模块4发电1次，车轮不停转动，压电材料组片模块4实现循环发电。

本实例通过将压电材料组片模块嵌入安装在轮毂受力位置，通过车轮转动，将自行车重力作用于压电材料组片模块上产生电能，使用能量回收电路转换后，通过电能传输滑环传输给自行车，用于使用和电能存储，为自行车实现万物相连和大数据服务提供电能支撑。

实施例2

本实施例应用于自行车行驶过程中的情况下。

如图2所示，一种基于压电材料的自行车发电轮毂。其特征在于，它包括自行车轮毂结构2、轮毂连杆3、压电材料组片模块4、能量回收转换电路5、电能传输滑环6。

当自行车行驶时，车轮转动，轮胎1通过与地面接触的反作用力承载自行车重量，达到力平衡。

轮胎1受到地面的反作用力通过轮毂2传递到轮毂连杆3，再传递到压电材料组片模块4最后通过轴承传递到自行车车架上，支撑车身。

自行车在行驶过程中，车轮将力传递到各个压电材料组片模块4，车轮行驶旋转过程中，单个压电材料组片模块4位置从最上远离地面旋转到最下垂直作用于地面的受力差转换为电压电荷，使用能量回收转换电路5整流转换为可应用的电能后，通过电能传输滑环6传输到自行车用于供电和储能。

自行车行驶，车轮转动，车轮每转动一圈，轮毂2中每个压电材料组片模块4发电1次，车轮不停转动，压电材料组片模块4实现循环发电。

本实例通过将压电材料组片模块嵌入安装在轮毂受力位置，通过车轮转动，将自行车重力作用于压电材料组片模块上产生电能，使用能量回收电路转换后，通过电能传输滑环传输给自行车，用于使用和电能存储，为自行车实现万物相连和大数据服务提供电能支撑。

Claims (10)

1.一种基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，它包括自行车轮毂结构、压电材料组片模块、能量回收转换电路、电能传输滑环。

2.根据权利要求1所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，所述嵌入轮毂结构中的压电材料组片模块与轮毂变形处紧密连接，有预应力，所述自行车的重力作用于压电材料上。

3.根据权利要求2所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，所述嵌入轮毂结构中的压电材料组片模块根据压电材料特性力对应电压和电荷量进行极化叠片。

4.根据权利要求3所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，所述嵌入轮毂结构中的压电材料组片模块按照优化间距分布，所述相邻压电材料组片模块之间存在一定夹角。

5.根据权利要求1所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，所述自行车轮毂结构采用高阻抗材料填充。

6.根据权利要求5所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，所述自行车轮毂结构采用防水防腐密封。

7.根据权利要求1所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，所述能量回收转换电路，与所述压电材料组片模块根据电能需求实施串并联。

8.根据权利要求1所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，所述电能传输滑环，密封安装在轮毂中心。

9.根据权利要求1-4所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，所述压电材料组片模块不仅限于嵌入轮毂受力面中，也适用于但不仅限于轮毂受力支撑轮毂连杆以及法兰盘等受力的所有区域。

10.根据权利要求1-9所述的基于压电材料的自行车发电轮毂，其特征在于，应用范围包含所有含电子电能设备的自行车。