[发明专利]基于压电橡胶的无源压力发电装置

说明书

本发明提供一种基于压电橡胶的无源压力发电装置，所述的基于压电橡胶的无源压力发电装置包括轮胎、压电橡胶膜、金属极板、轮胎驱动轴以及电力输出器。该发电装置利用轮胎运行过程产生的压力和振动使复合于轮胎内的柔性压电橡胶产生脉冲电压，通过交直流转换电路将脉冲电压产生的脉冲电流转化为直流电流，并对蓄电池进行充电，实现机电能量转换。本发明实现了利用压电橡胶来获得能源，可用于制造汽车轮胎压力发电系统以提高燃油利用率，本发电装置制造简单、成本低、使用寿命长，不会造成二次污染。

技术领域

本发明涉及一种无源压力发电装置，特别涉及一种基于压电橡胶的无源压力发电装置。

背景技术

目前国内外汽车保有量急剧上升，但汽车行驶时的能量利用率都很低，燃油汽车对热能的利用率普遍不高，柴油机仅 30% ～ 40%，汽油机仅20% ～ 35%，其余大部分热能未被利用。另外，柴油和汽油均是从石油中提炼的，石油是一种不可再生来源，若持续采用低效率的燃油汽车，石油资源将面临枯竭。

轮胎作为汽车的关键承载部件之一，具有承受车辆负荷，向路面传递驱动力和制动力等作用，通过采用节油轮胎，最多仅降低约5%的汽车燃油量。若能将轮胎转动过程的能量加以利用，可节约大量石油用量。

基于轮胎转动能量来提高汽车的燃油利用率的有关措施很多，较多利用挡泥板和轮毂上安装的线圈进行无线传能，也存在利用轮胎内部设置的振动发电装置进行旁路电路供电等措施。但以上措施均存在一定弊端，如无线传能方式的胎压供电装置需要在汽车主体和轮毂上同时安装磁场线圈，系统投资成本过高，且在轮毂上安装线圈易影响轮胎生产和线圈性能；振动发电装置产生的电量与振动能量相关，而振动的强弱受地面的光滑程度影响，较难控制。

因此，亟需设计一种性价比高，寿命长且易于工程实现的无源压力发电装置。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于压电橡胶的无源压力发电装置。以转动的汽车轮胎为例，在外轮胎内部靠轮胎外侧处，根据外轮胎规格，沿着轮胎圆周内部布置多片压电橡胶元件，该橡胶采用最新研发的一种有别于陶瓷压电材料和高分子树脂压电材料的新型压力发电橡胶，具有高输出功率和高柔性，该橡胶可制作为柔软薄膜状。利用压电橡胶形变产生电能，将该能量收集起来，可用于汽车行驶过程的系统用电。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于压电橡胶的无源压力发电装置，其特征在于，包括轮胎、压电橡胶膜、金属极板、导线A、导线B、轮辋、电刷滑环、轮胎驱动轴、滚珠、电刷、电刷支架、压簧、导线C和电力输出器；

压电橡胶膜复合在靠近轮胎内的近地侧，金属极板置于压电橡胶膜上；压电橡胶膜作为发电单元，其内侧的金属极板连接导线A和导线B，导线A与轮辋相连接，利用轮胎驱动轴形成电极，导线B与电刷滑环相衔接，电刷滑环安装在轮胎驱动轴上，组成整个轮胎发电单元；电刷在轮胎驱动轴运转过程与电刷滑环持续接触，最后通过导线C实现电力输出。

进一步的，所述的压电橡胶膜可根据发电要求以及轮胎的受力情况在同一受力面进行机械结构上的叠加，在电路连接方式上串联组成发电单元，达到合适压力发电水平；压电橡胶膜的形状采用正多边形，大小可调。

进一步的，所述的轮胎的机电能量转换单元设有相互独立的电流回路，以防止不同轮胎内的压电橡胶膜相互放电而影响电能效率。

进一步的，所述的金属极板置于压电橡胶膜上，但不完全覆盖在压电橡胶膜。

进一步的，所述导线A和导线B分别与金属极板与相连接，为避免在轮胎反复受压下变形而折断，导线A和导线B应采用优质柔性绞丝线。

进一步的，所述电力输出器由电刷、滚珠、电刷滑环和电刷支架组成。

进一步的，所述电刷滑环安装在轮胎驱动轴上，其金属膜片通过绝缘材料与轮胎驱动轴隔离。