TWI584975B - Transportation - Google Patents

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TWI584975B TW102139538A TW102139538A TWI584975B TW I584975 B TWI584975 B TW I584975B TW 102139538 A TW102139538 A TW 102139538A TW 102139538 A TW102139538 A TW 102139538A TW I584975 B TWI584975 B TW I584975B
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洪翊軒
林高遠
林煜軒
陳建豪
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Description

交通工具
本發明是有關於一種交通工具，特別是指一種具有輪胎的交通工具。
目前大多數的車輛是以石油為車輛的動力來源。有鑑於車輛排放廢氣造成空氣污染日益嚴重並石油耗盡的危機，相關產業已開始研發以電力取代石油作為車輛動力來源的電池動力車。
電池動力車的可行駛距離與其電池能量密度有密切的關係。如何發展出一種可應用於車輛的能源轉換機制，能於車輛行駛時將可利用的能量轉換為電能以對車輛的電池充電，以有效提升電池動力車的可行駛距離，遂成為本發明進一步要探討的主題。
因此，本發明之目的，即在提供一種交通工具，其能於行駛時將可利用的能量轉換為電能並對其儲能單元充電。
於是，本發明交通工具，包含一驅動單元、一輪胎、一儲能單元、一壓電單元、一導電環單元、一導電 單元及一處理單元。該輪胎受該驅動單元驅動而轉動。該壓電單元設置於該輪胎並具有一正輸出端及一負輸出端。當該輪胎接觸地面並轉動，該壓電單元受力形變而產生一電能並由該正輸出端及該負輸出端輸出。該導電環單元包括一電連接於該壓電單元的正輸出端之第一導電環，及一電連接於該壓電單元的負輸出端之第二導電環。該第一導電環及該第二導電環係與該輪胎同軸地設置於該輪胎。
該導電單元包括一第一導電元件及一第二導電元件。當該輪胎轉動時，該第一導電環及該第二導電環相對於該第一導電元件及該第二導電元件轉動，且該第一導電元件持續與該第一導電環接觸而與該第一導電環電連接，該第二導電元件持續與該第二導電環接觸而與該第二導電環電連接。該處理單元具有一電連接於該第一導電元件的第一端、一電連接於該第二導電元件的第二端，及一電連接於該儲能單元的第三端。該處理單元將接收自該第一導電元件及該第二導電元件的電能轉換成可供該儲能單元儲存的形式，並將該轉換後的電能傳送給該儲能單元以供該儲能單元儲存該電能。
較佳地，該壓電單元包括複數個相互並聯的壓電子單元，各該壓電子單元具有複數個相互串聯的壓電元件。更佳地，該等壓電子單元可區分為複數個第一壓電子單元、複數個第二壓電子單元及複數個第三壓電子單元，該第一壓電子單元的該等壓電元件工作於一第一頻率，該第二壓電子單元的該等壓電元件工作於一相異於該第一頻 率的第二頻率，該第三壓電子單元的該等壓電元件工作於一相異於該第一頻率與該第二頻率的第三頻率。更佳地，各該第一壓電子單元設置於兩相鄰的第二壓電子單元之間及兩相鄰的第三壓電子單元之間，各該第二壓電子單元設置於兩相鄰的第一壓電子單元之間及兩相鄰的第三壓電子單元之間，各該第三壓電子單元設置於兩相鄰的第一壓電子單元之間及兩相鄰的第二壓電子單元之間。
較佳地，該輪胎包括一環形的周壁，及連接於該周壁且呈環形並彼此相間隔的一內側胎壁與一外側胎壁，該導電環單元是設置於該輪胎的內側胎壁的外表面。
較佳地，該交通工具還包含一避震器，該導電單元係設置於該避震器上。
較佳地，該處理單元包括一整流電路、一電容、及一直流對直流轉換器，該整流電路具有一電連接於該處理單元的第一端之第一端、一第二端、一電連接於該處理單元的第二端之第三端，及一接地的接地端，該電容具有一電連接於該整流電路的第二端之第一端，及一接地的第二端，該直流對直流轉換器具有一電連接於該整流電路的第二端之第一端，及一電連接於該處理單元的第三端之第二端。更佳地，該整流電路包括一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體及一第四二極體，該第一二極體的陽極及陰極分別電連接於該整流電路的第一端及第二端，該第二二極體的陽極及陰極分別電連接於該整流電路的接地端及第三端，該第三二極體的陽極及陰極分別電連接於 該整流電路的第三端及第二端，該第四二極體的陽極及陰極分別電連接於該整流電路的接地端及第一端。。
較佳地，該第一導電元件及該第二導電元件分別為一碳刷。
較佳地，該儲能單元為一鋰離子電池。
較佳地，所述的交通工具包含複數個輪胎、複數個分別對應該等輪胎的壓電單元、複數個分別對應該等壓電單元的導電環單元、複數個分別對應該等導電環單元的導電單元，及複數個分別對應該等導電單元的處理單元。
較佳地，該驅動單元為一牽引馬達，該驅動單元電連接於該儲能單元並由該儲能單元供應其運轉所需電力。
本發明之功效在於藉由設置於該輪胎的壓電單元產生電能，並藉由該導電環單元、該導電單元及該處理單元的相互配合以將該電能傳遞至儲能單元並儲存於該儲能單元，從而增加儲能單元的續航力。
1‧‧‧驅動單元
2‧‧‧輪胎
21‧‧‧周壁
22‧‧‧內側胎壁
23‧‧‧外側胎壁
3‧‧‧儲能單元
4‧‧‧壓電單元
401‧‧‧正輸出端
402‧‧‧負輸出端
41‧‧‧壓電子單元
41a‧‧‧第一壓電子單元
41b‧‧‧第二壓電子單元
41c‧‧‧第三壓電子單元
411、411a、411b、411c‧‧‧壓電元件
5‧‧‧導電環單元
51‧‧‧第一導電環
52‧‧‧第二導電環
6‧‧‧導電單元
61‧‧‧第一導電元件
62‧‧‧第二導電元件
7‧‧‧處理單元
71‧‧‧整流電路
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
C‧‧‧電容
72‧‧‧直流對直流轉換器
8‧‧‧避震器
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明交通工具的較佳實施例的一硬體連接關係示意圖；圖2是該較佳實施例的一輪胎、一導電環單元及複數個壓電元件的一示意圖，說明該等壓電元件設置於該輪胎 內部並電連接於該導電環單元；及圖3是該較佳實施例的一避震器、一導電單元、該導電環單元及該輪胎的一示意圖，說明該導電單元係設置於該避震器上。
參閱圖1、圖2及圖3，本發明交通工具的較佳實施例包含一驅動單元1、複數個輪胎2、一儲能單元3、複數個分別對應該等輪胎2的壓電單元4、複數個分別對應該等壓電單元4的導電環單元5、複數個分別對應該等導電環單元5的導電單元6、複數個分別對應該等導電單元6的處理單元7，及複數個分別對應該等輪胎2的避震器8。在本實施例中，交通工具為一電池動力車，驅動單元1為一牽引馬達(Traction Motor)，驅動單元1電連接於儲能單元3並由儲能單元3供應其運轉所需電力。儲能單元3在本實施例中為一鋰離子電池。
輪胎2在本實施例中的數目為四(圖2及圖3僅顯示一)，其受驅動單元1驅動而轉動，使交通工具能於路面上行進。各輪胎2包括一環形的周壁21，及連接於該周壁21且呈環形並彼此相間隔的一內側胎壁22與一外側胎壁23。周壁21的外表面即用於接觸路面(圖未示)。
各壓電單元4設置於對應之輪胎2並具有一正輸出端401及一負輸出端402。本實施例的壓電單元4設置於輪胎2內部，其包括複數個相互並聯的壓電子單元41，各該壓電子單元41具有複數個相互串聯的壓電元件411。 當交通工具於路面行進時，其輪胎2接觸地面並轉動，由重力做功產生的正向力與滾動阻抗產生的剪應力對壓電單元4施力，使壓電單元4的壓電元件受力形變而產生一電能並由壓電單元4的正輸出端401及負輸出端402輸出。在本實施例中，各壓電單元4的該等壓電子單元41可區分為複數個第一壓電子單元41a、複數個第二壓電子單元41b及複數個第三壓電子單元41c。第一壓電子單元41a的該等壓電元件411a工作於一第一頻率，第二壓電子單元41b的該等壓電元件411b工作於一相異於該第一頻率的第二頻率，第三壓電子單元41c的該等壓電元件411c工作於一相異於該第一頻率與該第二頻率的第三頻率。由於在不同的行進車速下，輪胎2的轉速不同，壓電元件411受力的頻率也不同，因此藉由工作頻率不同的第一壓電子單元41a、第二壓電子單元41b及第三壓電子單元41c能使壓電單元4於不同的行進車速下皆能產生電能。
此外，第一壓電子單元41a、第二壓電子單元41b及第三壓電子單元41c係依序交錯排列。更明確的說，各第一壓電子單元41a設置於兩相鄰的第二壓電子單元41b之間及兩相鄰的第三壓電子單元41c之間，各第二壓電子單元41b設置於兩相鄰的第一壓電子單元41a之間及兩相鄰的第三壓電子單元41c之間，各第三壓電子單元41c設置於兩相鄰的第一壓電子單元41a之間及兩相鄰的第二壓電子單元41b之間。藉此使第一壓電子單元41a、第二壓電子單元41b及第三壓電子單元41c均勻分布於輪胎2內部 。
各導電環單元5包括一電連接於對應之壓電單元4的正輸出端401之第一導電環51，及一電連接於對應之壓電單元4的負輸出端402之第二導電環52。第一導電環51及第二導電環52係與輪胎2同軸地設置於輪胎2。本實施例中的導電環單元5是設置於輪胎2的內側胎壁22的外表面。導電環單元5可以是以銅為材料製成。
導電單元6包括一第一導電元件61及一第二導電元件62。本實施例的導電單元6係設置於對應之避震器8上。當輪胎2轉動時，第一導電環51及第二導電環52相對於第一導電元件61及第二導電元件62轉動，且第一導電元件61持續與第一導電環51接觸而與第一導電環51電連接，第二導電元件62持續與第二導電環52接觸而與第二導電環52電連接。本實施例中的第一導電元件61及第二導電元件62分別為一碳刷(或稱電刷)。
處理單元7具有一電連接於第一導電元件61的第一端、一電連接於第二導電元件62的第二端，及一電連接於儲能單元3的第三端。處理單元7將接收自第一導電元件61及第二導電元件62的電能轉換成可供儲能單元3儲存的形式，並將轉換後的電能傳送給儲能單元3以供儲能單元3儲存該電能。更具體的說，處理單元7包括一整流電路71、一電容C、及一直流對直流轉換器72(DC/DC CONVERTER)。整流電路71為一橋式整流器，其具有一電連接於該處理單元7的第一端之第一端、一第二端、一電 連接於該處理單元7的第二端之第三端，及一接地的接地端。整流電路71包括一第一二極體D1、一第二二極體D2、一第三二極體D3及一第四二極體D4。第一二極體D1的陽極及陰極分別電連接於整流電路71的第一端及第二端，第二二極體D2的陽極及陰極分別電連接於整流電路71的接地端及第三端，第三二極體D3的陽極及陰極分別電連接於整流電路71的第三端及第二端，第四二極體D4的陽極及陰極分別電連接於整流電路71的接地端及第一端。處理單元7配置整流電路71的原因說明如下。當交通工具行進時，輪胎2周壁21的各區段會依序週期性地接觸地面，當周壁21各區段由接觸路面的狀態進入非接觸路面的狀態時，周壁21與壓電元件411回復之應力可能使壓電元件411由壓縮的狀態變成小幅拉伸之狀態，因此壓電元件411所展生之電能的功率有可能有負值產生。故透過整流電路71能使負值的電能轉換為正值。
電容C具有一電連接於整流電路71的第二端之第一端，及一接地的第二端。電容C係用於產生穩壓與濾波的功能。直流對直流轉換器72具有一電連接於該整流電路71的第二端之第一端，及一電連接於該處理單元7的第三端之第二端。直流對直流轉換器72係用於將所接收的電能之電壓轉換為可供儲能單元3接收儲存的電壓，並將轉換後的電能輸出至儲能單元3。藉此，當交通工具行進時，儲能單元3能持續受到充電，達成「隨走隨充」的功效。
綜上所述，本發明交通裝置藉由設置於輪胎2 內的壓電單元4產生電能，並藉由導電環單元5、導電單元6及處理單元7的相互配合以將電能傳遞至儲能單元3並儲存於儲能單元3，從而使交通工具於行進時儲能單元3能持續受到充電，藉以增加儲能單元3的續航力，進而增加交通工具可行駛的距離，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧驅動單元
3‧‧‧儲能單元
4‧‧‧壓電單元
401‧‧‧正輸出端
402‧‧‧負輸出端
41‧‧‧壓電子單元
41a‧‧‧第一壓電子單元
41b‧‧‧第二壓電子單元
41c‧‧‧第三壓電子單元
411、411a、411b、411c
‧‧‧壓電元件
5‧‧‧導電環單元
51‧‧‧第一導電環
52‧‧‧第二導電環
6‧‧‧導電單元
61‧‧‧第一導電元件
62‧‧‧第二導電元件
7‧‧‧處理單元
71‧‧‧整流電路
D1‧‧‧第一二極體
D2‧‧‧第二二極體
D3‧‧‧第三二極體
D4‧‧‧第四二極體
C‧‧‧電容
72‧‧‧直流對直流轉換器

Claims (10)

  1. 一種交通工具，包含：一驅動單元；一輪胎，受該驅動單元驅動而轉動；一儲能單元；一壓電單元，設置於該輪胎並具有一正輸出端及一負輸出端，當該輪胎接觸地面並轉動，該壓電單元受力形變而產生一電能並由該正輸出端及該負輸出端輸出；一導電環單元，包括一電連接於該壓電單元的正輸出端之第一導電環，及一電連接於該壓電單元的負輸出端之第二導電環，該第一導電環及該第二導電環係與該輪胎同軸地設置於該輪胎；一導電單元，包括一第一導電元件及一第二導電元件，當該輪胎轉動時，該第一導電環及該第二導電環相對於該第一導電元件及該第二導電元件轉動，且該第一導電元件持續與該第一導電環接觸而與該第一導電環電連接，該第二導電元件持續與該第二導電環接觸而與該第二導電環電連接；及一處理單元，具有一電連接於該第一導電元件的第一端、一電連接於該第二導電元件的第二端，及一電連接於該儲能單元的第三端，該處理單元將接收自該第一導電元件及該第二導電元件的電能轉換成可供該儲能單元儲存的形式，並將該轉換後的電能傳送給該儲能單元以供該儲能單元儲存該電能； 其中，該壓電單元包括複數個相互並聯的壓電子單元，各該壓電子單元具有複數個相互串聯的壓電元件；其中，該等壓電子單元可區分為複數個第一壓電子單元、複數個第二壓電子單元及複數個第三壓電子單元，該第一壓電子單元的該等壓電元件工作於一第一頻率，該第二壓電子單元的該等壓電元件工作於一相異於該第一頻率的第二頻率，該第三壓電子單元的該等壓電元件工作於一相異於該第一頻率與該第二頻率的第三頻率。
  2. 如請求項1所述的交通工具，其中，各該第一壓電子單元設置於兩相鄰的第二壓電子單元之間及兩相鄰的第三壓電子單元之間，各該第二壓電子單元設置於兩相鄰的第一壓電子單元之間及兩相鄰的第三壓電子單元之間，各該第三壓電子單元設置於兩相鄰的第一壓電子單元之間及兩相鄰的第二壓電子單元之間。
  3. 如請求項1所述的交通工具，其中，該輪胎包括一環形的周壁，及連接於該周壁且呈環形並彼此相間隔的一內側胎壁與一外側胎壁，該導電環單元是設置於該輪胎的內側胎壁的外表面。
  4. 如請求項1所述的交通工具，其中，該交通工具還包含一避震器，該導電單元係設置於該避震器上。
  5. 如請求項1所述的交通工具，其中，該處理單元包括一整流電路、一電容、及一直流對直流轉換器，該整流電路具有一電連接於該處理單元的第一端之第一端、一第 二端、一電連接於該處理單元的第二端之第三端，及一接地的接地端，該電容具有一電連接於該整流電路的第二端之第一端，及一接地的第二端，該直流對直流轉換器具有一電連接於該整流電路的第二端之第一端，及一電連接於該處理單元的第三端之第二端。
  6. 如請求項5所述的交通工具，其中，該整流電路包括一第一二極體、一第二二極體、一第三二極體及一第四二極體，該第一二極體的陽極及陰極分別電連接於該整流電路的第一端及第二端，該第二二極體的陽極及陰極分別電連接於該整流電路的接地端及第三端，該第三二極體的陽極及陰極分別電連接於該整流電路的第三端及第二端，該第四二極體的陽極及陰極分別電連接於該整流電路的接地端及第一端。
  7. 如請求項1所述的交通工具，其中，該第一導電元件及該第二導電元件分別為一碳刷。
  8. 如請求項1所述的交通工具，其中，該儲能單元為一鋰離子電池。
  9. 如請求項1所述的交通工具，包含複數個輪胎、複數個分別對應該等輪胎的壓電單元、複數個分別對應該等壓電單元的導電環單元、複數個分別對應該等導電環單元的導電單元，及複數個分別對應該等導電單元的處理單元。
  10. 如請求項1所述的交通工具，其中，該驅動單元為一牽引馬達，該驅動單元電連接於該儲能單元並由該儲能單 元供應其運轉所需電力。
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