PT107813A1 - Pneu com câmaras de ar para produzir energia elétrica com movimento de automóvel - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO INSERE-SE NO DOMÍNIO TÉCNICO DE PNEUS QUE PRODUZEM ENERGIA ELÉCTRICA E PRETENDE SOLUCIONAR O PROBLEMA DA INSUFICIENTE PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA EM PNEUS. O PRESENTE INVENTO REFERE-SE A PNEU, DE CAMADA EXTERNA DE BORRACHA ESPESSA (2), QUE GERA ENGERGIA ELÉCTRICA, POSSUINDO NO SEU INTERIOR CINCO CÂMARAS-DE-AR (0, 7, 8, 9, 13), TODAS EM CAMADA, CHEIAS DE AR, COM PIPO EXTERNO COMUM (1), COM MATERIAS PIEZOELÉTRICOS FIXOS (10), SENDO QUE AS CAMADAS TÊM ESPONJA ENTRE ELAS (3, 4, 5, 6) E NA PARTE LATERAL EXTERIOR O PNEU CONTÉM UM CONJUNTO CONSTITUÍDO POR UMA PLACA SOLAR FOTOVOLTAICA (11) MÓVEL, COM PEQUENOS BASTÕES (17), EM SUPORTE (19) ONDE SE ENCONTRAM GERADORES (18) E MATERIAIS PIEZOELÉCTRICOS (20, 21), QUE PERMITE APROVEITAR A FORÇA DO MOVIMENTO NAS CURCAS. QUANDO O PNEU SE MOVE E A PRIMEIRA CAMADA (7) LEVA À COMPRESSÃO DA SEGUNDA CAMADA (8), A CORRENTE ELÉCTRICA É ENCAMINHADA ATRAVÉS DE CABOS (12) E UM SISTEMA DE EMISSÃO DE ENERGIA SEM FIOS, COM BOBINE (14), ENTRE O PNEU, O EIXO CENTRAL E OS CABOS NO INTERIOR DO VEÍCULO.

Description

DESCRIÇÃO

Pneu com câmaras-de-ar para produzir energia elétrica com o movimento de automóvel. Área técnica da invenção

Atualmente, a maioria dos automóveis ainda utiliza combustíveis fósseis, já existindo automóveis movidos a energia eléctrica mas, mais dispendiosos na aquisição. Ainda assim, existe o desafio de levar a que essa energia eléctrica seja oriunda de fontes renováveis. Todavia, em Portugal, uma parte importante da energia elétrica, já é produzida a partir de fontes renováveis. Não obstante, o automóvel ser um importante foco de poluição, não existem geradores de energia limpa que permitam explorar todas as potencialidades que a sua estrutura e movimento apresentam. Por exemplo, relativamente aos pneus, em todo o mundo, os contextos de aproveitamento de energia do pneu são pouco desenvolvidos não permitindo níveis de recolha de energia plenamente satisfatórios. Todavia, a energia contida no movimento do automóvel e nas vibrações do pneu, poderá ser importante para suprir as necessidades energéticas do automóvel e consequentemente da nossa sociedade. Sendo verdade que existe a necessidade de energia elétrica produzida de forma amiga do ambiente, também é verdade que as formas de produção renováveis só serão uma verdadeira opção para os agentes económicos, se a energia que produzirem apresentar custos de produção competitivos.

Os materiais piezoelétricos existem em variedade considerável e produzem tensão em valores apreciáveis. Todavia, apresentam valores de currente produzida muito baixos pelo que se procura também conseguir aumentar a potência por via da sua utilização.

Além das questões de eficiência, são também importantes os fatores de peso e atrito do veículo automóvel. Com efeito, o peso acrescentado por qualquer gerador de energia renovável a bordo do automóvel deve ser compensado por alguma redução de peso, por exemplo, substituição por materiais mais leves na carroçaria e restantes componentes automóveis nas áreas mais elevadas do veículo, menos sugeitos a choques. 0 impacto no habitat terrestre devido aos processos de produção do gerador de energia também deve ser tido em conta em projetos deste tipo, levando à escolha de opções técnicas que o permitam minimizar.

Estado da técnica

No contexto dos pneus de automóvel, USP 20030146676, utiliza materiais piezoeléctricos e USP 6291901, utiliza pequenos geradores mecânicos. O tipo de materiais piezoeléctricos é considerado ("Cerâmicas piezoelétricas: funcionamento e propriedades", Antônio Pereira, ATCP, 2010, p. 7).

Sumário da invenção O presente invento refere-se a uma máquina para produzir energia eléctrica com o movimento e vibração dos pneus, cujo funcionamento se baseia em pressão sobre materiais piezoelétricos, colocados na superfície de várias camadas de câmaras-de-ar, e ainda placas solares fotovoltaicas circulares. As placas solares laterais e circulares permitem substituir os tampons que apenas têm função estética e levam a maior peso dos veículos.

Esta máquina está especialmente indicada para veículos que fazem longos percursos ou percursos isolados e para os quais é desejável aumentar a autonomia energética mas, também para permitir aumentar a produção de energia limpa atendendo a que o facto de um automóvel consumir eletricidade não significa que este não seja indiretamente responsável por poluição, se essa eletricidade for produzida por vias poluentes. Na elaboração desta máquina, é necessário ter em atenção o compromisso entre o número de câmaras-de-ar em camada e de pedaços de material piezoelético e o aumento do peso, considerando a energia que se deseja produzir, eventualmente em complementaridade com outros geradores a bordo. Estas camadas de câmaras-de-ar permitem adicionar mais elementos piezoelétricos conseguindo-se assim obter um desempenho aceitável, com eficiência acrescida.

No caso específico da produção de energia eléctrica no pneu, para a qual a máquina deste invento está especialmente indicada, pode-se referir que um equipamento com estas características poderá levar ao incremento da produção de energia eléctrica e evita o impacto visual no exterior do automóvel e o impacto ao nível do seu desempenho aerodinâmico, pois se localiza no interior do veículo. Outra vantagem é o facto do invento se poder montar em qualquer pneu, bastando para isso ter as dimensões adequadas. A montagem da máquina é simplificada, por modularidade e produção parcelar. A máquina de acordo com o presente invento compreende um conjunto de cinco de câmaras-de-ar, em camada, paralelas ao solo, ligadas em paralelo ao equipamento de emissão de energia electrica sem fios junto ao eixo da roda, revestidas com materiais piezoelétricos ligados em série entre si, e ainda uma placa solar fotovoltaica circular e lateral à roda no zona desprovida da borracha do pneu, assente em suporte com geradores próprios. A corrente gerada é encaminhada por cabos finos que saém de cada gerador e se dirigem para o eixo da roda. No eixo da roda localiza-se um sistema sem fios para trasmitir a energia para o restante veiculo em direção ao motor e/ou baterias. 0 sistema sem fios é constituído por uma bobine circular de indução junto do centro do pneu e outra bobine circular em torno do eixo onde a roda é acoplada. A máquina pode ser instalada em simultâneo em todos os pneus do veiculo, permitindo maior estabilidade do veiculo e aproveitamento energético.

Assim, a máquina objecto do presente invento, é caracterizada por ser um equipamento mecânico e eléctrico, concebido especialmente para produzir energia eléctrica com o movimento e vibração dos pneus em complementaridade com a energia solar. 0 presente invento é seguidamente descrito em pormenor, sem carácter limitativo e a titulo exemplificativo, por meio de uma sua forma de realização preferida, representada nos desenhos anexos, nos quais: - a fig. 1 é uma representação em perspectiva esquemática (frontal) e simplificada de uma concretização da máquina de acordo com o invento; e - a fig. 2 é uma representação em perspectiva esquemática (frontal) e simplificada de uma câmara de ar de uma concretização da máquina de acordo com o invento; e - a fig. 3 é um corte esquemático (lateral) da dita máquina das fig. 1 e 2.

Descrição da concretização preferida

Fazendo referência às figuras, vai ser agora descrita a concretização preferida do invento, em que a máquina é constituída por um conjunto de orgãos representados nas ditas figuras, montadas como seguidamente se descreve. A máquina possui cinco câmaras-de-ar (0, 7, 8, 9, 13), em camada, com limites em borracha e que são revestidos também por materiais piezoelétricos (10) e esponja (3, 4, 5, 6) e são cheias de ar através de pipo de enchimento comum(1). A estrutura de suporte, não representada, das câmaras-de-ar, junto a estas e junto do eixo da roda, é constituída por um material resistente (com bons índices de resistência/peso e resistência à tração, por exemplo, poliéster e aço) à pressão (e elevadas tensões normais pontuais). Ao centro da roda, na base da dita estrutura, não representada, existem plásticos isolantes (15, 16) e existe um equipamento sem fios, constituído por uma bobine de circular de indução (14) e outra bobine circular em torno do eixo onde a roda é acoplada, não representada, para envio da energia elétrica, para o interior do automóvel, por forma a encaminhar para as baterias disponíveis. Na parte lateral da roda existe uma placa solar circular (11), a qual permite gerar energia elétrica através da captação de energia solar.

Materiais piezoelétricos, por exemplo, cerâmicas, polímeros, semicondutores ou compósitos, espaçados entre si, e com forma retangular, revestem a superfie das câmaras-de-ar. Os espaços entre os materiais permitem evitar que estes se desgastem ao toque entre eles quando as câmaras-de-ar ainda não estão totalmente cheias de ar. Todos os pedaços de materiais piezoelétricos (10) estão ligados entre si por fios condutores (12) por forma a encaminhar a eletricidade para o centro da roda. As várias câmaras-de-ar, encaminham os respetivos fluxos de energia elétrica, estando ligadas em paralelo com a estrutura central da roda, tal como a placa solar fotovoltaica lateral (11) .

Este conjunto de câmaras-de-ar que juntas levam à pressão dos respetivos materiais piezoelétricos das suas superfícies, permitem um acréscimo importante de produção de energia elétrica, em termos de tensão e juntamente com o gerador da placa solar fotovoltaica (11), permitem um aumento da intensidade da energia elétrica. A placa solar fotovoltaica (11) é movei, assente em suporte (19), e possui, como cobertura interior, revestimento em material piezoeléctrico (21), e outros pequenos pedaços de materiais piezoeléctricos na parte frontal (20), bem como no interior pequenos bastões (17) que acionam geradores do tipo indutor-induzido (18), e estes elementos, em conjuntom permitem aproveitar energia eléctrica com os movimentos nas curvas e vibrações, com as forças laterais, que complementam os restantes geradores do pneu, sendo estes os efeitos técnicos inesperados deste equipamento.

Aquando da montagem da máquina em um pneu, com camada externa de borracha expessa (2), primeiro colocam-se as cinco câmaras-de-ar em camada (0, 7, 8, 9, 13), sequencialmente por forma a juntar os condutores em paralelo, e a fazer a ligação ao pipo comum, seguidas do gerador de energia solar, a placa solar fotovoltaica lateral (11) , fixa de tal forma que ocupe o local dos atuais tampons das rodas. No interior do pneu existe um tubo, não representado, que encaminha o ar proveniente do pipo, para as câmaras-de-ar, providas de válvulas de controlo da pressão, não representadas, e ainda a parte mais ao centro da roda e os espaços entre as câmaras-de-ar, os quais também são parcialmente preenchidos com ar.

Quando a dita câmara-de-ar em camada mais externa (7) ao pneu é pressionada quando o pneu rola e a comprime, leva também à compressão das restantes câmaras-de-ar, em sequência, levando ao acionamento de todos os materiais piezoelétricos.

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES

   1 - Equipamento para produzir energia, caracterizado por se encontrar em pneu e compreender cinco câmaras-de-ar em camada e achatadas (0, 7, 8, 9, 13), sendo revestidas com materiais piezoeléctricos (10) ligados em série, com esponja entre elas (3, 4, 5, 6), possuindo um pipo de enchimento comum (1), cujo fluxo de ar é controlado por válvulas, não representadas, e lateralmente ao pneu existe uma placa solar fotovoltaica externa, movei e circular (11) em suporte (19) com geradores (18) e materiais piezoeléctricos (20, 21) e pequenos bastões (17) .
2. 2 - Equipamento para produzir energia, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por possuir câmaras-de-ar ligadas em paralelo (0, 7, 8, 9, 13) .
3. 3 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 2, caracterizado por todos os geradores se ligarem a um emissor sem fios de energia elétrica, constituído por uma bobine circular de indução junto do centro do pneu (14) e uma bobine circular, não representada, em torno do eixo onde a roda é acoplada, ligada ao sistema central do veículo, não representado.
4. 4 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por possuir placa solar movei lateral (11), em suporte (19), em conjunto com materiais piezoeléctricos (20, 21) e geradores de pequena dimensão que se ligam em série (18) acionados por pequenos bastões (17).
5. 5 - Equipamento para produzir energia, de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por possuir no centro da roda uma zona sem câmara-de-ar, que também é preenchida com ar, além da bobine emissora (14) e plásticos isolantes (15, 16) .