CN112623078B - 一种滑板车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种滑板车，属滑板车与新能源技术领域。主要包括车架、车轮和轮轴，车轮的轮孔套在轮盘上，阶梯轴装在前后轮架上；车轮的轮体内镶嵌有动电极、环形的辅助电极和发光器，动电极由两个极环及其所连接的一组极梁构成；发光器由LED灯、整流器和电容构成，发光器镶嵌在车轮的轮体两侧，动电极和辅助电极经发光器形成回路；轮轴由阶梯轴、轮盘和定电极构成，定电极镶嵌在轮盘内部；定电极和极梁的数量、圆心角及极间角分别相等，各电极的圆心角不大于其极间角；轮轴和车轮相对转动过程中其接触面之间产生异种摩擦电荷，定电极和动电极上产生感应电荷；轮轴和车轮的相对转动使动电极与辅助电极之间产生电子交换、发光器发光。
Description
技术领域
本发明属于运动器材与新能源技术领域，具体涉及一种滑板车。
背景技术
滑板车已经逐渐成为人们休闲娱乐和健身的运动设施。为了提高滑板车的智能性和操控性，人们越来越青睐于具有定位跟踪、速度监测、灯光或声音警示等智能型滑板车，而目前这类电控滑板车的电能只能采用电池供应，无端地增加了体积和重量，对于儿童用滑板车尤其不适用；此外，电池电量耗尽时将失去警示功能，在人员密集场合运动时存在安全隐患。因此，急需开发一种具有自行发电供电的灯光或声音警示功能的滑板车，不仅可以解决其自身智能系统的供电问题，还可为手机等便携式电子设备充电。
发明内容
本发明提出一种滑板车，本发明采用的实施方案是：所提出的一种滑板车主要包括车架、车轮和轮轴，车架由踏板、车把和前后轮架构成，车轮经轮轴安装在前后轮架上。
车轮的轮体内镶嵌有动电极、环形的辅助电极和发光器，车轮为由注塑方法形成的整体结构，即动电极、辅助电极和发光器与车轮的轮体通过注塑的方法合成一体；动电极由两个极环及其所连接的一组极梁构成，极梁沿极环的圆周方向均布且与极环的轴线平行，极环和极梁的外缘与车轮的轮体的外缘位于同一圆柱面上，两个极环上远离极梁的侧面与车轮的轮体的端面平齐；极梁和辅助电极将车轮的轮体沿径向从里到外分隔成内层、中层和外侧，内层厚度远远小于中层厚度，内层厚度可为零；发光器由LED灯、整流器和电容构成，发光器镶嵌在车轮的轮体两侧，发光器经导线与动电极和辅助电极相连，动电极和辅助电极经发光器形成回路。
轮轴由阶梯轴、轮盘和定电极构成，定电极将轮盘分隔成内外侧，外层厚度远远小于内层厚度，阶梯轴材料为金属、轮盘材料为高分子塑料；轮盘通过注塑的方法安装在阶梯轴上，阶梯轴上与轮盘相接触部分的圆柱表面上设有凹槽；定电极镶嵌在轮盘内部，定电极与轮盘的轴线平行，定电极靠近轮盘的外缘。
车轮的轮孔套在轮盘上且车轮可绕轮盘转动，两个挡板经内螺母安装在阶梯轴上且两个挡板分别顶靠在轮盘的两侧，车轮位于两个挡板之间且可与挡板相对转动；阶梯轴经外螺母安装在前后轮架上。
轮盘和车轮的轮体的材料分别为摩擦电序列相隔较远的两种高分子材料，例如：轮盘的材料为聚酰亚胺、聚氯乙烯或聚四氟乙烯，车轮的轮体材料为聚酰胺；车轮和轮轴为整体结构，所谓整体结构是指车轮和轮轴都是通过注塑方法加工的整体结构；定电极、动电极和辅助电极的材料均为铜。
滑板车组装后，动电极的极梁和定电极为同心圆弧，定电极和极梁的数量、圆心角及极间角分别相等，各电极的圆心角不大于其极间角；动电极的圆心角是指同一个极梁的两个圆周方向的侧边与车轮的圆心连线间的夹角，动电极的极间角是指圆周上相邻的两个极梁的圆周方向上相邻侧边与车轮的圆心连线间的夹角；定电极的圆心角是指同一个定电极的两个圆周方向上的侧边与轮轴的圆心连线间的夹角，定电极的极间角是指圆周上两相邻定电极的相邻侧边与轮轴的圆心连线间的夹角；动电极的极梁比定电极的长度长且定电极与动电极的两个极环均不重叠，即定电极在轴向上位于两个极环之间、定电极与任意一个极环都不同时处于同一轴截面上。
工作中，轮轴和车轮相对转动过程中其接触面之间产生异种摩擦电荷，定电极和动电极上产生感应电荷；如：定电极的材料为铜、轮盘的材料为聚酰胺、车轮的轮体的材料为聚四氟乙烯时，轮盘的表面产生正电荷、车轮的轮体的表面产生负电荷；轮轴和车轮的接触表面存在异种电荷的情况下，轮轴和车轮的相对转动、即定电极和极梁在圆周方向上交替地重叠与分离会使动定电极间的电势差交替地增加和减小；因动电极经导线及发光器与辅助电极构成的回路，故动定电极间的电势差交替地增加和减小时动电极与辅助电极之间产生电子交换，即有电流流过和功率输出、发光器发光，此乃本发明滑板车的发电过程。
上述工作中，定电极和极梁的重叠是两个圆周方向上相邻的定电极和极梁的圆心角有重叠，定电极和极梁的分离是两个相邻的定电极和极梁的圆心角无重叠。
本发明中，轮轴和车轮相对转动时单位时间内所产生的电能为：
其中，N为定电极数量，n为车轮转速，w、l分别为定电极宽度和长度，ε0为真空介电常数，σ为定电极与极梁重叠时其表面的电荷密度，λh＝hw/εw+hn/εn，εw、εn分别为车轮的轮体和轮盘材料介电常数，hw和hn分别为车轮的内层和轮盘b2的外侧厚度，λl为与定电极与极梁圆周方向重叠度相关的系数0＜λl＜1。
优势与特色：具有自发电功能，便于实现市区滑行的灯光和声音警示、以及野外滑行运动的定位跟踪，还可作为便携产品的电源；发电单元输出电压受转速影响小或无影响、发电与供电能力强。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中滑板车的系统构成简图；
图2是本发明一个较佳实施例中车架、轮轴及车轮装配后的结构简图；
图3是图2的X-X剖视图；
图4是本发明一个较佳实施例中车轮的结构示意图；
图5是图4的左视图；
图6是本发明一个较佳实施例中轮轴的结构示意图；
图7是图6的Y-Y剖视图；
图8是本发明一个较佳实施例中动电极的展开示意图。
具体实施方式
本发明提出一种滑板车，主要包括车架J、车轮A和轮轴B，车架J由踏板J1、车把J2、前轮架J3和后轮架J4构成，车轮A经轮轴B安装在前轮架J3和后轮架J4上。
车轮A的轮体内镶嵌有动电极x、环形的辅助电极d和发光器e，车轮A为由注塑方法形成的整体结构，即动电极x、辅助电极d和发光器e与车轮A的轮体通过注塑的方法合成一体；动电极x由两个极环x1及其所连接的一组极梁x2构成，极梁x2沿极环x1的圆周方向均布且与极环x1的轴线平行，极环x1和极梁x2的外缘与车轮A的轮体的外缘位于同一圆柱面上，两个极环x1上远离极梁x2的侧面与车轮A的轮体的端面平齐；极梁x2和辅助电极d将车轮A的轮体沿径向从里到外分隔成内层a1、中层a2和外侧a3，内层a1的厚度远远小于中层a2的厚度，内层a1的厚度可为零；发光器e由LED灯、整流器和电容构成，发光器e镶嵌在车轮A的轮体两侧，发光器e经导线与动电极x和辅助电极d相连，动电极x和辅助电极d经发光器e形成回路。
轮轴B由阶梯轴b1、轮盘b2和定电极y构成，定电极y将轮盘b2分隔成内层b21和外侧b22，外层b22的厚度远远小于内层b21的厚度，阶梯轴b1的材料为金属、轮盘b2的材料为高分子塑料；轮盘b2通过注塑的方法安装在阶梯轴b1上，阶梯轴b1上与轮盘b2相接触部分的圆柱表面上设有凹槽；定电极y镶嵌在轮盘b2内部，定电极y与轮盘b2的轴线平行，定电极y靠近轮盘b2的外缘。
车轮A的轮孔a4套在轮盘b2上且车轮A可绕轮盘b2转动，两个挡板c经内螺母f安装在阶梯轴b1上并分别顶靠在轮盘b2的两侧，车轮A位于两个挡板c之间且可与挡板c相对转动；阶梯轴b1经外螺母g安装在前轮架J3和后轮架J4上。
轮盘b2和车轮A的轮体的材料分别为摩擦电序列相隔较远的两种高分子材料，例如：轮盘b2的材料为聚酰亚胺、聚氯乙烯或聚四氟乙烯，车轮A的轮体材料为聚酰胺；车轮A和轮轴B为整体结构，所谓整体结构是指车轮A和轮轴B都是通过注塑方法加工的整体结构；定电极y、动电极x和辅助电极d的材料均为铜。
滑板车组装后，动电极x的极梁x2和定电极y为同心圆弧，定电极y和极梁x2的数量、圆心角及极间角分别相等，各电极的圆心角不大于其极间角；动电极x的圆心角Q1是指同一个极梁x2的两个圆周方向的侧边与车轮A的圆心o1连线间的夹角，动电极x的极间角Q2是指圆周上相邻的两个极梁x2的圆周方向上相邻侧边与车轮A的圆心o1连线间的夹角；定电极y的圆心角Q3是指同一个定电极y的两个圆周方向上的侧边与轮轴B的圆心o2连线间的夹角，定电极y的极间角Q4是指圆周上两相邻定电极y的相邻侧边与轮轴B的圆心o2连线间的夹角；动电极x的极梁x2比定电极y的长度长且定电极y与动电极x的两个极环x1均不重叠，即定电极y在轴向上位于两个极环x1之间、定电极y与任意一个极环x1都不同时处于同一轴截面上。
工作中，轮轴B和车轮A相对转动过程中其接触面之间产生异种摩擦电荷，定电极y和动电极x上产生感应电荷；如：定电极y的材料为铜、轮盘b2的材料为聚酰胺、车轮A的轮体的材料为聚四氟乙烯时，轮盘b2的表面产生正电荷、车轮A的轮体的表面产生负电荷；轮轴B和车轮A的接触表面存在异种电荷的情况下，轮轴B和车轮A的相对转动、即定电极y和极梁x2在圆周方向上交替地重叠与分离会使动电极x和定电极y间的电势差交替地增加和减小；因动电极x经导线及发光器e与辅助电极d构成的回路，故动电极x和定电极y间的电势差交替地增加和减小时动电极x与辅助电极d之间产生电子交换，即有电流流过和功率输出、发光器e发光,此乃本发明滑板车的发电过程。
上述工作中，定电极y和极梁x2的重叠是两个圆周方向上相邻的定电极y和极梁x2的圆心角有重叠，定电极y和极梁x2的分离是两个相邻的定电极y和极梁x2的圆心角无重叠；图2所示为定电极y和极梁x2完全重叠的情况。
本发明中，轮轴B和车轮A相对转动时，单位时间内所产生的电能为：
其中，N为定电极y的数量，n为车轮B的转速，w、l分别为定电极y的宽度和长度，ε0为真空介电常数，σ为定电极y与极梁x2重叠时其表面的电荷密度，λh＝hw/εw+hn/εn，εw、εn分别为车轮A的轮体和轮盘b2材料介电常数，hw和hn分别为车轮A的内层a1和轮盘b2的外侧b22的厚度，λl为与定电极y与极梁x2圆周方向重叠度相关的系数0＜λl＜1。
Claims (4)
1.一种滑板车，主要包括车架、车轮和轮轴，车轮的轮孔套在轮盘上，阶梯轴装在前后轮架上；其特征在于：车轮的轮体内镶嵌有动电极、环形的辅助电极和发光器，动电极由两个极环及其所连接的一组极梁构成；发光器由LED灯、整流器和电容构成，发光器镶嵌在车轮的轮体两侧，发光器经导线与动电极和辅助电极相连，动电极和辅助电极经发光器形成回路；轮轴由阶梯轴、轮盘和定电极构成，定电极镶嵌在轮盘内部；两个挡板安装在阶梯轴上且分别顶靠在轮盘的两侧，车轮位于两个挡板之间；动电极的极梁和定电极为同心圆弧，定电极和极梁的数量、圆心角及极间角分别相等，各电极的圆心角不大于其极间角；动电极的极梁比定电极长且定电极与动电极的两个极环不重叠；轮轴和车轮相对转动过程中其接触面间产生异种电荷，动定电极间的电势差交替地增加和减小，动电极与辅助电极之间产生电子交换，发光器发光。
2.根据权利要求1所述的一种滑板车，其特征在于：轮盘和车轮的轮体的材料分别为摩擦电序列相隔较远的两种高分子材料，轮盘的材料为聚酰亚胺、聚氯乙烯或聚四氟乙烯，车轮的轮体材料为聚酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种滑板车，其特征在于：极梁沿极环的圆周方向均布且与极环的轴线平行，极环和极梁的外缘与车轮的轮体的外缘位于同一圆柱面上，两个极环上远离极梁的侧面与车轮的轮体的端面平齐；极梁和辅助电极将车轮的轮体沿径向从里到外分隔成内层、中层和外侧，内层厚度小于中层厚度，内层厚度可为零。
4.根据权利要求1所述的一种滑板车，其特征在于：定电极将轮盘分隔成内外侧，外层厚度小于内层厚度，定电极与轮盘的轴线平行，定电极靠近轮盘的外缘。
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