CN114619876A - 一种基于行驶动能的自发电车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于行驶动能的自发电车辆，包括车体，所述车体具有中心控制器、电能传输模块和发电车轮，所述发电车轮包括轮辋、轮胎和发电装置，轮辋与轮胎之间具有密封空间，发电装置固定在密封空间内，所述中心控制器通过电能传输模块与发电装置连接，所述发电车轮转动时驱动发电装置发电。本发明在车轮内设置了发电结构，在车辆行驶时能够利用其产生的动能驱动发电结构进行稳定而有效的发电，既解决了现有电动车辆续航不足以及需要对车轮改动大的技术问题，又能够为电动车辆的有效推广做出贡献。

Description

一种基于行驶动能的自发电车辆

技术领域

本发明属于新能源车辆技术领域，具体涉及一种基于行驶动能的自发电车辆。

背景技术

电动车辆顾名思义就是主要采用电力驱动的车辆，大部分车辆直接采用电机驱动，小部分车辆把电动机装在发动机舱内。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除了人们对石油资源日见枯竭的担心。电动车辆还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有关研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动车辆，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动的车辆高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量，正是这些优点，使得电动车辆得到越来越多的推广应用。

对于电动车辆来说，其难点在于电力储存技术其优点在于技术相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。但其缺点在于蓄电池单位重量储存的能量太少，导致电动车辆的行驶里程较短。并且，电动车辆主要依靠充电桩充电。但一方面，目前的充电桩数量仍然较少，特别是大城市以外的地方，像中小型城市、广大乡镇和边远地区，充电桩非常少。因此，现在开电动车辆出门，存在着不方便充电的技术问题。另外，电动车辆每次充电需要的时间较长，也存在着便捷性较差和影响人们时间的技术问题。

为了解决上述技术问题，现有技术中提出了利用电动车辆行驶过程中车轮的旋转进行发电的新技术，如公开号为CN111412122A的文献就公开了一种轮胎变形发电装置，其包括中间支撑模块，左侧发电模块和右侧发电模块；所述左侧发电模块和右侧发电模块通过所述中间支撑模块连接；所述左侧发电模块包括：弹性势能回收装置、传动装置和发电机；所述弹性势能回收装置与所述传动装置连接，所述传动装置与所述发电机连接；所述左侧发电模块和右侧发电模块结构相同；在电动车辆行驶过程中，车辆轮胎发生弹性形变，带动所述弹性势能转换装置拨动所述传动装置运转，所述传动装置带动所述发电机发电。该技术可以高效的将轮胎变形产生的弹性形变势能转化为电能，显著增加电动车辆的续航里程。但实际上，该技术仍然存在如下技术问题：

1、该技术通过在车辆车轮的左右两侧加装两个传动装置配合发电，增加了车辆车轮的宽度，不仅改变了车轮的结构和外形，还增加了车辆行驶时的阻力。

2、该技术不能调节滚筒内齿轮的速度，在车辆慢速行驶时可能发电不足，而高速时又可能因转速过高损坏发电机和齿轮。

3、该技术中的受力杆是固连在车轮外胎内壁上的，而车轮外胎是由橡胶构成的，由于轮胎在转动时长期的变形、弯折，是车轮最脆弱的地方，如果长时间使轮胎内壁受力，在车辆高速行驶时是非常危险的。按照能量守恒定律，该现有技术不能提供太大的力，否则轮胎会被损坏，所以通过该种方式发电存在着电能不足的问题，实用性较差。

4、该技术的原理采用的是在轮胎压到地面时向两侧鼓起变形后缩短了受力杆和拨片的距离，使其两者接触带动内齿轮旋转，从而带动发电机旋转发电。但受其结构限制，其能够安装发电机的数量较少，且所有发电机都处于高负荷状态，也容易导致轮胎发热。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于行驶动能的自发电车辆，本发明在车轮内设置了发电结构，在车辆行驶时能够利用其产生的动能驱动发电结构进行稳定而有效的发电，既解决了现有电动车辆续航不足以及需要对车轮改动大的技术问题，又能够为电动车辆的有效推广做出贡献。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：包括车体，所述车体具有中心控制器、电能传输模块和发电车轮，所述发电车轮包括轮辋、轮胎和发电装置，轮辋与轮胎之间具有密封空间，发电装置固定在密封空间内，所述中心控制器通过电能传输模块与发电装置连接，所述发电车轮转动时驱动发电装置发电。

所述发电车轮的数量为多个，多个发电车轮的发电装置分别通过电能传输模块与中心控制器连接。

所述发电装置包括顶升环、环形架、外推动环、内驱动环和发电组件，所述顶升环固定在轮胎的内表面，所述发电组件和环形架均固定在密封空间内，所述内驱动环通过环形架可转动地套设在发电组件上，所述外推动环通过环形架活动设置在内驱动环与顶升环之间，且外推动环可在内驱动环与顶升环之间移动；所述发电车轮转动时，位于轮胎下部的顶升环向上顶起外推动环，外推动环受力向上运动并推动内驱动环转动，进而内驱动环驱动发电组件发电。

所述外推动环的内表面设有棘爪组件，所述内驱动环的外表面设有棘齿组件，所述棘爪组件包括多根呈环状均布在外推动环内表面的棘爪，所述棘齿组件包括多个呈环状均布在内驱动环外表面的棘齿，外推动环通过棘爪和棘齿带动内驱动环持续转动。

所述棘爪在外推动环的内表面上呈多环分布，所述棘齿在内驱动环的外表面上呈多环分布，且各环上的棘齿错位分布。

所述外推动环的内表面设有多条环形槽、多根中心轴和多个卷簧，中心轴通过轴承贯穿环形槽，多根中心轴在外推动环的内表面呈环形布置，多个卷簧分别设置在多根中心轴上；所述棘爪通过中心轴安装在环形槽内，所述棘爪包括限位端和伸出环形槽的拨动端，所述卷簧、限位端和环形槽的槽底配合限制拨动端的伸出角度。

所述棘爪组件还包括用于控制棘爪伸缩的电控单元，所述电控单元包括控制器、电磁铁、第一弹性导电环片和第二弹性导电环片，第一弹性导电环片分别通过侧支架固定在外推动环的内表面两侧，第二弹性导电环片与发电组件连接，第二弹性导电环片分别对应固定在第一弹性导电环片内，第二弹性导电环片与第一弹性导电环片之间有间隙，且当外推动环带动内驱动环转动时第二弹性导电环片与第一弹性导电环片导通；控制器与电磁铁均固定在外推动环内表面一侧的第一弹性导电环片下方，电磁铁通过支臂与中心轴固定连接，控制器分别与第一弹性导电环片和电磁铁连接，控制器通电后可通过电磁铁控制中心轴转动。

所述发电组件包括发电机、传动齿轮和电源控制盒，发电机通过弹性支架固定在密封空间内，电源控制盒固定在弹性支架上，电源控制盒的电源输入端与发电机连接，电源输出端与电能传输模块连接；传动齿轮固定在发电机的动力轴上；内驱动环的内表面均布有与传动齿轮相适配的驱动齿，内驱动环通过驱动齿和传动齿轮驱动发电机发电。

所述发电机的数量为一个或多个，当发电机的数量为多个时，两两发电机共用一个传动齿轮，且发电机采用串联、并联或串联与并联相结合的方式布置。

所述发电组件包括转动环、永磁体、感应发电线圈和电源控制盒，转动环通过轴承活动设置在环形架上，内驱动环固定套设在转动环的外表面，电源控制盒固定在环形架上，电源控制盒的电源输入端与感应发电线圈连接，电源输出端与电能传输模块连接；永磁体固定在转动环的内表面，感应发电线圈通过轮辋固定在永磁体的一侧，所述内驱动环通过转动环带动永磁体切割感应发电线圈发电。

所述永磁体通过固定架在转动环的内表面呈多环分布，所述感应发电线圈通过固定架在轮辋上呈多环分布，多个永磁体环与多个感应发电线圈环间隔分布，且感应发电线圈采用串联、并联或串联与并联相结合的方式布置。

所述顶升环采用弹性材料制成，顶升环上设有使顶升环两侧压力相等的通气孔，顶升环的外环侧固定在轮胎的内表面中部，顶升环的内环侧在发电车轮转动时向上顶起外推动环。

采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：

1、本发明所述的自发电车辆包括车体以及设置在车体上的中心控制器、电能传输模块和发电车轮，其重点改进之处在于在普通车轮内设置了发电装置，从而将普通车轮改进成为了可利用车轮旋转过程中进行持续发电的发电车轮。相对于现有技术而言，由于发电装置设置在车轮内，因而在车辆行驶时能够利用其产生的动能驱动发电结构进行稳定而有效的发电，既解决了现有电动车辆续航不足以及需要对车轮改动大的技术问题，又能够为电动车辆的有效推广做出贡献。

2、本发明中发电车轮的数量可为多个，采用多个发电车轮配合有利于为车辆提供更充足的发电量，从而达到有效延长续航的目的。

3、本发明中的发电装置包括均安装在密封空间内的顶升环、环形架、外推动环、内驱动环和发电组件。本发明采用该特定结构的发电装置，相对于现有技术而言，不需要改变车轮的主体结构就能够利用车轮的旋转过程进行持续发电，不仅具有发电效果好和发电量充足的优点，还保证了车轮的结构稳定性和实用性更好，同时能够在不改变车辆现有装置的情况下可方便地加装，加装方式简单，一般的技术工人可完成，实用性强并易于实施。

另外，本发明将顶升环固定在轮胎的内表面，先利用顶升环和外推动环带动内驱动环转动，再利用内驱动环驱动发电装置发电，这不仅保证了顶升环、外推动环、内驱动环和发电装置这四者之间稳定的动作关系，还相当于增加了轮胎的厚度和提高了轮胎的承压力，在车辆高速行驶时若遇到爆胎，通过顶升环还可以对车辆起到暂时的支撑作用，进而有利于提高车辆行驶的安全性。

进一步的，由于顶升环呈环状固定在轮胎的内表面，所以在车辆转动时能够均匀连续的对外推动环施加向上的力，让外推动环一直处于向上压住内驱动环的状态，这也使得车辆运动时不会出现颠簸、抖动等现象，从而有利于提高车辆行驶时的稳定性。

4、本发明通过特定结构的棘爪组件和棘齿组件带动内驱动环持续转动，进而由内驱动环带动发电装置发电，其优点在于可以保证外推动环能够持续而稳定地通过内驱动环驱动发电装置发电，以达到能满足车辆行驶时驱动和充电要求的目的。

5、本发明将棘爪和棘齿均设置为呈多环分布，并使各环上的棘齿错位分布，其优点在于能连续不断的推动内驱动环转动，从而保证车辆在低速行驶时发电量的稳定，满足车辆驱动和充电的要求。

6、本发明通过中心轴和卷簧将棘爪安装在环形槽内，该结构使得棘爪具有容错能力，能够避免出现因棘爪与棘齿发生碰撞而导致棘爪和/或棘齿损坏的情况。另外，卷簧的作用是让棘爪向上竖起，限位端的作用决定了棘爪竖起的角度，卷簧、限位端和环形槽的槽底三者相配合就能够限制拨动端的伸出角度，从而保证外推动环对内驱动环驱动的稳定性和持续性更好。

7、本发明通过特定结构的电控单元能够控制棘爪伸缩，进而控制参与动作的棘爪的数量，其优点在于可以根据发电装置输出电压电流的大小来控制参与推动棘齿的棘爪数量，从而控制内驱动环的转速，为车辆提供稳定的电压和电流，以避免车辆在慢速时发电量不足、在高速时发电机无限制的高速转动而损坏发电机和齿轮等。

8、本发明既可采用由发电机、传动齿轮和电源控制盒组成的转动式发电组件进行发电，也可采用由转动环、永磁体、感应发电线圈和电源控制盒组成的切割感应式发电组件进行发电，即可根据实际情况选择相应的发电结构，有利于满足不同的需求。且采用切割感应式发电还有利于减少齿轮摩擦产生的能量消耗。另外，通过电源控制盒一方面便于发电线缆的统一连接，另一方面还能够对电源进行整流、滤波和稳压，再一方面也便于电源的统一输出。

9、本发明中发电机的数量既可为一个，也可为多个，能够根据不同需求选择不同大小及功率的发电机进行排布。另外，当发电机的数量为多个时，两两发电机共用一个传动齿轮，且发电机采用串联、并联或串联与并联相结合的方式布置。其优点在于还可以组合数十个乃至上百个发电机同时发电，以达到输出高电压大电流，满足车辆在行驶时驱动和充电要求的目的。

10、本发明将永磁体和感应发电线圈均设置为呈多环分布，并使多个永磁体环与多个感应发电线圈环间隔分布。由于推动内驱动环转动时，所有的感应发电线圈都有电流流过并产生电能，但此时每个感应发电线圈产生的电压和电流都比较小。本发明将数百个感应发电线圈通过串并联的方式就可以获得较高的电压和较大的电流，类似现在电动车的动力电池组将上百个3.7V电池串并联一样的原理，具有发电效果好及发电稳定等优点。

11、本发明采用弹性材料制成的环形件作为顶升环，一方面具有顶升环作用于外推动环效果稳定的优点，另一方面能够在车辆发生爆胎时起到一定的支撑作用，以增加车辆在行驶过程中的安全性。而将环形件两侧的压力设置相等，则能够减少车辆发生爆胎的机率，提高了车辆的使用安全性。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例2中发电车轮的结构示意图；

图3为图2所示A的结构示意图；

图4为实施例3中棘齿在内驱动环上错位分布时的结构示意图；

图5为实施例3中棘爪安装在外推动环上的主视结构示意图；

图6为图5的剖视结构示意图；

图7为图5的俯视结构示意图；

图8为实施例5的结构示意图

图9为图8所示B的结构示意图；

图10为图8的左视结构示意图；

图11为图8发生旋转时的结构示意图；

图12为图8所示结构的电路连接示意图；

图13为实施例6时的结构示意图；

图14为图13所示C的结构示意图；

图15为图13的左视结构示意图。

图中标记为：1、车体，2、发电车轮，3、轮胎，4、轮辋，5、周向环槽，6、密封空间，7、发电组件，8、内驱动环，9、外推动环，10、顶升环，11、通气孔，12、棘爪，13、棘齿，14、环形槽，15、中心轴，16、卷簧，17、限位端，18、拨动端，19、控制器，20、电磁铁，21、第一弹性导电环片，22、第二弹性导电环片，23、侧支架，24、发电机，25、传动齿轮，26、驱动齿，27、弹性支架，28、支撑杆，29、弹性垫片，30、压板，31、调节螺母，32、转动环，33、永磁体，34、感应发电线圈，35、环形架，36、限位滑槽，37、电源输出模块，38、电源接收模块，39、车辆中心控制器，40、电源控制盒。

具体实施方式

实施例1

本实施例公开了一种基于行驶动能的自发电车辆，该自发电车辆在车轮内的密封区域加装了发电结构，通过该发电结构能够在车辆行驶时利用车轮转动时产生的动能驱动发电结构进行有效发电，以达到为车辆有效续航的目的。

如图1所示，所述的自发电车辆包括车体1，所述车体1包括目前常见的各种车辆车体1，例如小汽车、货车、电瓶车、火车等等。所述车体1具有中心控制器19、电能传输模块和发电车轮2，所述发电车轮2包括轮辋4、轮胎3和发电装置，轮辋4与轮胎3之间具有密封空间6，发电装置固定在密封空间6内。由于轮辋4具有周向环槽5，因此密封空间6实质上由固定在轮辋4上的轮胎3与周向环槽5形成，发电装置具体固定在轮辋4的周向环槽5内。所述中心控制器19通过电能传输模块与发电装置连接，所述发电车轮2转动时驱动发电装置发电。所述中心控制器19可安装在车体1上的合适位置，例如中控内部等。所述电能传输模块安装在车体1与发电车轮2之间，由于车轮是旋转的，因此既可采用无线传输的电源输出模块37和电源接收模块38作为电能传输模块实现电能的输出，也可采用电刷结构的电源输出模块37和电源接收模块38作为电能传输模块实现电能的输出。

本实施例对发电车轮2的数量不作限定，发电车轮2的数量既可为一个，但为了保证发电量的充足性，优选发电车轮2的数量为多个。例如，小汽车可设置四个发电车轮2，而货车则可根据需要设置相应数量的发电车轮2。多个发电车轮2的发电装置分别通过电能传输模块与中心控制器19连接，以保证所发电能的稳定传输和统一控制。

需要说明的是，本实施例对发电装置的具体结构不作限定，只要是车辆行驶时能够利用车轮的旋转进行发电的结构均可。具体的，所述发电车轮2转动时驱动发电装置发电是指：发电车轮2转动时，位于车轮下部的轮胎3受力先向上运动，再利用该向上运动带动发电装置发电。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例对发电装置的结构作了进一步限定。如图2-3所示，所述发电装置包括顶升环10、环形架35、外推动环9、内驱动环8和发电组件7，所述顶升环10固定在轮胎3的内表面，所述发电组件7和环形架35均固定在密封空间6内，具体发电组件7和环形架35均固定在轮辋4的周向环槽5内，所述内驱动环8通过环形架35可转动地套设在发电组件7上，所述外推动环9通过环形架35活动设置在内驱动环8与顶升环10之间，且外推动环9可在内驱动环8与顶升环10之间移动；所述发电车轮2转动时，位于轮胎3下部的顶升环10向上顶起外推动环9，外推动环9受力向上运动并推动内驱动环8转动，进而内驱动环8驱动发电组件7发电。具体来说就是，在车辆行驶过程中轮胎3持续旋转，此时在车辆自身的重力下，位于轮辋4下部的顶升环10先向上运动并推动外推动环9向上运动，再由外推动环9带动内驱动环8持续转动，进而内驱动环8驱动发电组件7发电。

为了保证各部件在车轮上的稳定性，本实施例中所述环形架35固定在周向环槽5的槽底，环形架35的数量可以为一套或多套，为一套时，外推动环9和内驱动环8安装在同一个环形架35上，为两套时，外推动环9和内驱动环8可分别安装在环形架35上，环形架35的结构和数量也可根据车轮大小等相应设置，本实施例并不作具体限定。通常的，环形架35具有内环侧和外环侧，环形架35的内环侧固定在周向环槽5的槽底上，环形架35的外环侧上设有限位滑槽36。所述内驱动环8可通过轴承活动安装在环形架35上，以便于在外推动环9的作用下转动。所述外推动环9可通过轴承活动安装在限位滑槽36内，以便于在受到顶升环10的作用力时带动内驱动环8转动。另外，为了保证顶升环10与外推动环9之间传力的稳定性，还可根据需要另外设置如齿轮内的限位件等。

本实施例对发电组件7、内驱动环8、外推动环9和顶升环10的具体结构不作限定，只要是在车轮旋转过程中，位于轮辋4下部的顶升环10能够先向上运动并推动外推动环9向上运动，再由外推动环9带动内驱动环8持续转动，进而由内驱动环8驱动发电组件7发电的结构均可。

本实施例还对顶升环10作了进一步限定，所述顶升环10优选采用具有一定弹性的材料制成的弹性件，但也可采用非弹性材料制成，顶升环10的外环侧固定在轮胎3的内表面中部，顶升环10的内环侧在发电车轮2转动时向上顶起外推动环9。其中，制备材料包括但不限于橡胶、液体、弹簧、液压、金属等材料，但本实施例优选采用与轮胎3材质相同的橡胶材料制备顶升环10。另外，当顶升环10为实心结构时，可在顶升环10上开设通气孔11以使顶升环10两侧的压力相等。

本实施例需要说明的是，为了提高顶升环10对轮胎3的支撑力以及提高顶升环10对外推动环9的推动效果，优选顶升环10的外环侧具有与轮胎3内表面中部形状相适配并增大两者接触面积的连接部，优选顶升环10的内环侧具有增大其与外推动环9接触面积的梯形推动面或倒梯形推动面。

另外，由于车轮本身体积较小，且周向环槽5的空间有限，为了便于各部件的合理布置及有效安装，说明书中所涉及到的外推动环9、内驱动环8等结构件均可采用分体式结构，例如，可将外推动环9和内驱动环8设置为两个半环组合的分体结构，其他结构件均可如此，从而便于各部件的安装固定。外推动环9的宽度通常大于内驱动环8的宽度，但本实施例对外推动环9和内驱动环8的厚度及宽度等均不作限定，根据周向环槽5的内部空间相应设置即可。

实施例3

在实施例2的基础上，本实施例对外推动环9与内驱动环8之间的驱动结构作了进一步限定。如图3所示，所述外推动环9的内表面设有棘爪组件，所述内驱动环8的外表面设有棘齿组件，所述棘爪组件包括多根呈环状均布在外推动环9内表面的棘爪12，所述棘齿组件包括多个呈环状均布在内驱动环8外表面的棘齿13，即多根棘爪12以外推动环9的中心为轴心均布在外推动环9的内表面，多个棘齿13以内驱动环8的中心为轴心均布在内驱动环8的外表面。当外推动环9受到顶升环10向上的顶升作用力时，外推动环9通过棘爪12和棘齿13带动内驱动环8持续转动，进而带动发电装置发电。需要说明的是，本实施例对棘爪12与棘齿13的具体结构及大小不作限定，以棘爪12能够有效驱动棘齿13为宜。

进一步的，所述棘爪12在外推动环9的内表面上呈多环分布，所述棘齿13在内驱动环8的外表面上呈多环分布，且各环上的棘齿13设计成如图4所示的错位分布。在该结构下，外推动环9通过棘爪12和棘齿13能够持续不断地推动内驱动环8循环转动，进而保证发电的稳定性。

需要说明的是，本实施例对棘爪12的数量与棘齿13的数量不作限定，棘齿13的数量既可与棘爪12的数量相同，也可多于或少于棘爪12的数量。各环上的棘爪12既可错位分布，也可一一对称布置，各环上的棘齿13既可错位分布，也可一一对称布置。以棘爪12和棘齿13分别设置三环为例，所谓的一一对称布置是指：在同一轴向方向，三个环上棘爪12的中心线和轮廓线完全重合，三个环上棘齿13的中心线和轮廓线完全重合。也就是说，从同一轴向方向看过去，将只能看到一个棘爪12和棘齿13，后面两个棘爪12和棘齿13将被第一个棘爪12和棘齿13完全遮挡。本实施例优选各环上的棘爪12一一对称布置以及各环上的棘齿13错位分布，以便于在棘爪12和棘齿13的配合下持续不断的推动内驱动环8循环转动。

另外，本实施例还对棘爪12在外推动环9上的结构作了进一步限定。如图5-7所示，所述外推动环9的内表面设有多条环形槽14、多根中心轴15和多个卷簧16，环形槽14的数量与棘爪12在外推动环9上的环数相同，中心轴15的数量不限，卷簧16的数量可与中心轴15的数量相同，也可两倍于中心轴15的数量，即中心轴15可与卷簧16一一对应设置，也可一根中心轴15配备两个卷簧16。具体的，中心轴15通过轴承贯穿环形槽14，多根中心轴15在外推动环9的内表面呈环形布置，多个卷簧16分别设置在多根中心轴15上；所述棘爪12通过中心轴15安装在环形槽14内，每根中心轴15可安装与环形槽14条数相同数量的棘爪12，例如，若环形槽14的数量为三条，则每根中心轴15上安装三个棘爪12，且三个棘爪12分别位于三个环形槽14内。所述棘爪12包括位于环形槽14内的限位端17和伸出环形槽14的拨动端18，卷簧16的作用是让棘爪12向上竖起，限位端17的作用决定了棘爪12竖起的角度，卷簧16、限位端17和环形槽14的槽底三者相配合就能够限制拨动端18的伸出角度，从而保证外推动环9对内驱动环8驱动的稳定性和持续性更好。

为了避免棘爪12及棘齿13因发生碰撞而损坏，本实施例优选将拨动端18设置为圆弧结构或圆锥形结构。在车轮转动过程中，由于棘爪12具有一定的可转动角度，因此就使得棘爪12每次都能够准确介入棘齿13之间。

实施例4

在实施例3的基础上，为了避免车辆在慢速时发电量不足和在高速时发电组件7无限制的高速转动而损坏，本实施例另外增设了控制棘爪12伸缩的电控单元，以便于通过控制棘爪12伸缩来控制参与推动棘齿13的棘爪12数量，从而控制内驱动环8的转速，为车辆提供稳定的电压和电流。

如图5-7所示，所述电控单元包括控制器19、电磁铁20、第一弹性导电环片21和第二弹性导电环片22，第一弹性导电环片21分别通过侧支架23固定在外推动环9的内表面两侧，第二弹性导电环片22与发电组件7连接，第二弹性导电环片22分别对应固定在第一弹性导电环片21内，优选第二弹性导电环片22通过限位滑槽36固定在第一弹性导电环片21内，固定后第二弹性导电环片22与第一弹性导电环片21之间有间隙，且当外推动环9带动内驱动环8转动时第二弹性导电环片22与第一弹性导电环片21导通；控制器19与电磁铁20均固定在外推动环9内表面一侧的第一弹性导电环片21下方，电磁铁20通过支臂与中心轴15固定连接，控制器19分别与第一弹性导电环片21和电磁铁20连接，控制器19在第二弹性导电环片22与第一弹性导电环片21导通时通电，控制器19内设有取样、控制电路，控制器19通电后可通过取样、控制电路控制电磁铁20，再由电磁铁20控制中心轴15转动，进而由中心轴15控制位于该轴上的棘爪12转动，达到控制参与推动棘齿13的棘爪12数量的目的。

需要说明的是，电磁铁20的数量与中心轴15的数量相同，相当于每个电磁铁20通过支臂对应连接一根中心轴15。由于棘齿13呈多环分布，且各环上的棘齿13错位分布，因此在实际应用过程中，可根据车辆的行驶速度，通过控制器19减少参与推动棘爪12的数量（例如可间隔减少参与推动棘爪12的数量），以保持内驱动环8的持续转动和发电组件7的稳定发电。当然，使用电磁铁20控制中心轴15转动仅是本实施例的优选，根据需求的不同，也可采用电机代替电磁铁20控制中心轴15转动。

实施例5

在实施例1-4中任一实施例的基础上，本实施例限定了对发电组件7的结构作了进一步限定。如图8-11所示，所述发电组件7包括发电机24、传动齿轮25和电源控制盒40，发电机24通过弹性支架27固定在密封空间6内，电源控制盒40固定在弹性支架27上，电源控制盒40的电源输入端与发电机24连接，电源输出端与电能传输模块连接；传动齿轮25固定在发电机24的动力轴上；内驱动环8的内表面均布有与传动齿轮25相适配的驱动齿26，内驱动环8通过驱动齿26和传动齿轮25驱动发电机24发电。

本实施例中发电机24的数量既可为一个，也可为多个，当为一个时，可选择功率较大的发电机24，当发电机24的数量为多个时，可选择功率较小的发电机24，具体数量可根据发电机24的功率相应选择，两两发电机24可共用一个传动齿轮25。另外，当发电机24数量较多时，多个发电机24可根据需要采用串联、并联或串联与并联相结合的方式布置。

进一步的，当发电机24的数量为较少时，电源控制盒40的数量可为一个，当发电机24的数量较多时，电源控制盒40的数量可为多个并相互互联，电源控制盒40主要用于发电机24线缆的统一连接，电源的整流、滤波、稳压，以及电源的统一输出。另外，电源控制盒40还可通过降压电路外接胎压检测仪器等。

为了使内驱动环8上的驱动齿26与传动齿轮25更好的啮合，本实施例对弹性支架27的结构作了进一步限定。具体的，所述弹性支架27包括支撑杆28、弹性垫片29、压板30和调节螺母31，支撑杆28垂直固定在周向环槽5的槽底，弹性垫片29分别设置在各支撑杆28的下部，压板30和调节螺母31均设置在支撑杆28的上部，发电机24可通过调节螺母31固定在弹性垫片29与压板30之间，以保证发电机24有向上的力和驱动齿26的良好的啮合。需要说明的是，当发电机24的数量为多个时，支撑杆28、弹性垫片29、压板30和调节螺母31的数量均相应增加。当支撑杆28、弹性垫片29、压板30和调节螺母31的数量均相应增加后，支撑杆28可分两排并呈环状垂直固定在槽底，而弹性垫片29、压板30和调节螺母31相应布置即可。采用该结构的弹性支架27，使得发电机24在轮辋4内具有一定的弹性变形力，从而能够在车轮受到冲击时形成一定缓冲，进而避免发电机24因冲击而损坏，提高了发电机24的稳定性和使用寿命。另外，通过弹性支架27还可以调节发电机24向上的力，使驱动发电机24的传动齿轮25和内驱动环8上齿轮更好的啮合，以保证发电的稳定性。

现以自身重量为1.6吨、共设置四个发电车轮2为例来说明本实施例的实施原理，如下：

分布在每个发电车轮2上的重量大约为400公斤，通过顶升环10取其中的作用于车辆轴向的力，如50公斤，这个力的大小可以通过设计顶升环10的强度决定，如电动自行车、电动小汽车、电动公交车和电动货车、电动大卡车都不一样，这个轴向的力作用外推动环9上，外推动环9上的棘爪12在卷簧16的作用下按一定角度向上翘起，翘起的棘爪12将力传递给内驱动环8，外推动环9通过限位滑槽36与内驱动环8保持一定的距离，这个距离小于棘爪12翘起的高度，内驱动环8上安装有设计好的和棘爪12对应的棘齿13，在车轮旋转的过程中，轴向的力通过棘爪12作用在棘齿13上，由于内外推动环9的距离小于棘爪12的翘起的高度，这时这个力将迫使棘齿13带动内驱动环8沿车轮转动的方向转动，通过这种方式把轴向向上的力转变成了轴向旋转的力，通过内驱动环8上的驱动齿26同时就可带动多个发电机24同时发电。另外，还可通过调整发电机24数量来保证输出电压和电流能满足电动车的驱动和充电要求。

现以采用120个棘爪12，120个棘齿13，发电机24传动齿轮25为20齿，发电机24数量为40个，40个发电机24两两一组组成20组，并采用如图12所示串联与并联相结合的方式布置，在额定4000转/分钟时输出电压200V，电流300mA为例进行说明。如下：

在车辆行驶的时候通过棘爪12推动棘齿13带动传动齿轮25转动，若每压一次能带动发电机24齿轮转动4个齿，压5次小齿轮转一圈，车轮转一圈为120÷5=小齿轮转24圈，发电机24也旋转24转，以车胎周长为2米，车辆行驶速度为20公里/小时为例，20000米÷60分钟=333.333米/分钟÷车胎周长2米=车轮转动166圈/分钟×发电机24转=发电机24的转速为3984转/分钟，这时每个发电机24可以输出约220V/300mA。我们再通过控制器19来调整棘爪12的数量，让每个发电机24电压维持在180V，电流在240mA左右稳定运行，整流滤波后直流电压在200V左右（也可以采用交流串并联的方式），20个发电机24为一组分别并联能得到每个发电机24电流240mA×20个发电机24并联=4.8A左右的电流，40个发电机24分两组并联得到2组200V电压4.8A电流的两个电源，将两组电源串联就能得到一个电压400V，电流4.8A左右的直流电源，4个车轮就能提供电压400V，电流19.2A的动力电源，剩余电能还能给电池充电，完全能满足现在电动车辆的行驶和充电需求，也可以直接给轮毂电机供电，只需要把发电机24做适当的调整即可（如轮毂电机目前供电电压为100V/10A，可以选用20个100V/500MA的发电机24或其他满足条件的组合）。

实施例6

在实施例1-4中任一实施例的基础上，本实施例限定了对发电组件7的结构作了进一步限定。如图13-15所示，所述发电组件7包括转动环32、永磁体33、感应发电线圈34和电源控制盒40，转动环32通过轴承活动设置在环形架35上，内驱动环8固定套设在转动环32的外表面，相当于内驱动环8通过转动环32间接设置在环形架35上，内驱动环8受力可带动转动环32在环形架35上转动。电源控制盒40固定在环形架35上，电源控制盒40的电源输入端与感应发电线圈34连接，电源输出端与电能传输模块连接。永磁体33固定在转动环32的内表面，感应发电线圈34通过轮辋4固定在永磁体33的一侧，具体固定在轮辋4的周向环槽5内，所述内驱动环8通过转动环32带动永磁体33切割感应发电线圈34发电。

本实施例中永磁体33和感应发电线圈34的数量均可为多个，所述永磁体33通过固定架在转动环32的内表面呈多环分布，所述感应发电线圈34通过固定架在周向环槽5的槽底呈多环分布，每个固定架上的永磁体33可为多个，每个固定架上的感应发电线圈34也可为多个。多个永磁体环与多个感应发电线圈环间隔分布，且多个感应发电线圈34同样可采用串联、并联或串联与并联相结合的方式布置，其设置方式可参考实施例5中发电机24的布置方式。

本实施例现以车辆在行驶速度20公里/小时时所需电力400V/15A为例进行说明，该发电组件7可以设计为感应发电线圈34为4V/350mA，在固定架上安装200个感应发电线圈34，一个固定架上将安装一个100个感应发电线圈34串联后可获得两组400V/350mA的电源输出。再将两组400V/350mA的电源并联，每组固定架上将获得400V/700mA的电源，固定架可为6组，将6组分别并联后就可获得400V/4.2A的电源输出，4个车轮就能提供电压400V，电流16.8A的动力电源，永磁体33按感应发电线圈34的排列做相应的设置即可。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (12)

1.一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：包括车体（1），所述车体（1）具有中心控制器（19）、电能传输模块和发电车轮（2），所述发电车轮（2）包括轮辋（4）、轮胎（3）和发电装置，轮辋（4）与轮胎（3）之间具有密封空间（6），发电装置固定在密封空间（6）内，所述中心控制器（19）通过电能传输模块与发电装置连接，所述发电车轮（2）转动时驱动发电装置发电。

2.根据权利要求1所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述发电车轮（2）的数量为多个，多个发电车轮（2）的发电装置分别通过电能传输模块与中心控制器（19）连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述发电装置包括顶升环（10）、环形架（35）、外推动环（9）、内驱动环（8）和发电组件（7），所述顶升环（10）固定在轮胎（3）的内表面，所述发电组件（7）和环形架（35）均固定在密封空间（6）内，所述内驱动环（8）通过环形架（35）可转动地套设在发电组件（7）上，所述外推动环（9）通过环形架（35）活动设置在内驱动环（8）与顶升环（10）之间，且外推动环（9）可在内驱动环（8）与顶升环（10）之间移动；所述发电车轮（2）转动时，位于轮胎（3）下部的顶升环（10）向上顶起外推动环（9），外推动环（9）受力向上运动并推动内驱动环（8）转动，进而内驱动环（8）驱动发电组件（7）发电。

4.根据权利要求3所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述外推动环（9）的内表面设有棘爪组件，所述内驱动环（8）的外表面设有棘齿组件，所述棘爪组件包括多根呈环状均布在外推动环（9）内表面的棘爪（12），所述棘齿组件包括多个呈环状均布在内驱动环（8）外表面的棘齿（13），外推动环（9）通过棘爪（12）和棘齿（13）带动内驱动环（8）持续转动。

5.根据权利要求4所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述棘爪（12）在外推动环（9）的内表面上呈多环分布，所述棘齿（13）在内驱动环（8）的外表面上呈多环分布，且各环上的棘齿（13）错位分布。

6.根据权利要求5所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述外推动环（9）的内表面设有多条环形槽（14）、多根中心轴（15）和多个卷簧（16），中心轴（15）通过轴承贯穿环形槽（14），多根中心轴（15）在外推动环（9）的内表面呈环形布置，多个卷簧（16）分别设置在多根中心轴（15）上；所述棘爪（12）通过中心轴（15）安装在环形槽（14）内，所述棘爪（12）包括限位端（17）和伸出环形槽（14）的拨动端（18），所述卷簧（16）、限位端（17）和环形槽（14）的槽底配合限制拨动端（18）的伸出角度。

7.根据权利要求6所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述棘爪组件还包括用于控制棘爪（12）伸缩的电控单元，所述电控单元包括控制器（19）、电磁铁（20）、第一弹性导电环片（21）和第二弹性导电环片（22），第一弹性导电环片（21）分别通过侧支架（23）固定在外推动环（9）的内表面两侧，第二弹性导电环片（22）与发电组件（7）连接，第二弹性导电环片（22）分别对应固定在第一弹性导电环片（21）内，第二弹性导电环片（22）与第一弹性导电环片（21）之间有间隙，且当外推动环（9）带动内驱动环（8）转动时第二弹性导电环片（22）与第一弹性导电环片（21）导通；控制器（19）与电磁铁（20）均固定在外推动环（9）内表面一侧的第一弹性导电环片（21）下方，电磁铁（20）通过支臂与中心轴（15）固定连接，控制器（19）分别与第一弹性导电环片（21）和电磁铁（20）连接，控制器（19）通电后可通过电磁铁（20）控制中心轴（15）转动。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述发电组件（7）包括发电机（24）、传动齿轮（25）和电源控制盒（40），发电机（24）通过弹性支架（27）固定在密封空间（6）内，电源控制盒（40）固定在弹性支架（27）上，电源控制盒（40）的电源输入端与发电机（24）连接，电源输出端与电能传输模块连接；传动齿轮（25）固定在发电机（24）的动力轴上；内驱动环（8）的内表面均布有与传动齿轮（25）相适配的驱动齿（26），内驱动环（8）通过驱动齿（26）和传动齿轮（25）驱动发电机（24）发电。

9.根据权利要求8所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述发电机（24）的数量为一个或多个，当发电机（24）的数量为多个时，两两发电机（24）共用一个传动齿轮（25），且发电机（24）采用串联、并联或串联与并联相结合的方式布置。

10.根据权利要求3-7中任一项所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述发电组件（7）包括转动环（32）、永磁体（33）、感应发电线圈（34）和电源控制盒（40），转动环（32）通过轴承活动设置在环形架（35）上，内驱动环（8）固定套设在转动环（32）的外表面，电源控制盒（40）固定在环形架（35）上，电源控制盒（40）的电源输入端与感应发电线圈（34）连接，电源输出端与电能传输模块连接；永磁体（33）固定在转动环（32）的内表面，感应发电线圈（34）通过轮辋（4）固定在永磁体（33）的一侧，所述内驱动环（8）通过转动环（32）带动永磁体（33）切割感应发电线圈（34）发电。

11.根据权利要求10所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述永磁体（33）通过固定架在转动环（32）的内表面呈多环分布，所述感应发电线圈（34）通过固定架在轮辋（4）上呈多环分布，多个永磁体环与多个感应发电线圈环间隔分布，且感应发电线圈（34）采用串联、并联或串联与并联相结合的方式布置。

12.根据权利要求3所述的一种基于行驶动能的自发电车辆，其特征在于：所述顶升环（10）采用弹性材料制成，顶升环（10）上设有使顶升环（10）两侧压力相等的通气孔（11），顶升环（10）的外环侧固定在轮胎（3）的内表面中部，顶升环（10）的内环侧在发电车轮（2）转动时向上顶起外推动环（9）。

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