[发明专利]一种基于压电材料的自行车发电轮毂

说明书

技术领域

本发明涉及自行车发电技术领域，具体涉及一种基于压电材料的自行车发电轮毂。

背景技术

随着社会发展，工业进步，人们财富收入增长，汽车走进了平凡人家。汽车在给人类方便舒适的同时也带来了拥堵和污染。因此近几年来，在提倡低碳出行政策下，自行车又迎来了新生机。从新型电动自行车、助力自行车、普通自行车到共享单车。为我们生活提供了便捷，也为环境保护贡献了力量。

在电动自行车、电动助力车、共享单车等有电能需求的自行车上，面临着续航能力的困境。特别是共享单车，在保有量巨大的情况下，电子锁与定位装置及其他电子设备的供电维护工作十分艰巨。

目前现有的自行车发电装置是利用电磁发电原理，消耗骑行动能。或者利用太阳能发电，效率不高，受天气影响严重。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有自行车的发电装置问题，提供一种基于压电材料的自行车发电轮毂。当自行车行驶时，车轮转动，压电材料组片模块循环受压力再释放，压电材料组片产生源源不断的电压电荷传输至能量回收转换电路转换为连续可使用或用于存储的电能，通过电能传输滑环传输到自行车用电装置设备或电能存储单元。本发明是将自行车行驶过程中轮毂受力产生形变的机械能热能等收集转化为电能，实现自行车自重发电，发电效率高，可达1000mAH/公里以上，为自行车提供电能补充。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于压电材料的自行车发电轮毂，包括自行车轮毂结构、压电材料组片模块、能量回收转换电路、电能传输滑环。

优选的，所述自行车轮毂结构，作为力传导介质，在满足安全平稳行驶的同时，安装在应力区域内，将自行车重力最大化的传递给压电材料，实现高效电能转化。

所述自行车轮毂结构需要高阻抗防水防腐密封，在避免水油污及杂质渗入的同时降低电能流失，提高转化效率。

优选的，所述压电材料组片模块不仅嵌入轮毂受力面中（图1所示），也适用但不仅限于安装于轮毂连杆（图2所示）等其他受力区域。通过多种方式，增加压电材料组片模块，提高受力单元数量，提高发电量。

优选的，所述压电材料组片模块引入自行车重量通过模拟计算出受力大小，根据自行车动力电压需求，采用压电材料压电特性方程换算出压电材料尺寸，在有限空间内尽可能多的极化叠片，使电能转最大化。

所述压电材料组片模块均匀对称分布（如图1所示），使其每组压电材料组片模块受力均衡，大小相同，自行车轮毂不失圆，刚度均匀，自行车行驶平稳安全。

所述压电材料组片模块嵌入安装在轮毂连杆上时（如图2所示），各轮毂连杆尺寸相同并中心对称，轮毂连杆处布置的压电材料组片模块预应力相同，受力均衡，刚度均匀，自行车行驶平稳安全。

优选的，所述相邻两组压电材料组片模块（如图1）之间夹角根据自行车车轮与轮毂的受力分析计算得出，尽可能使压电材料组片模块单个承载绝大部分车重传递的力，使其在车轮行驶旋转过程中，旋转位置从最上远离地面到最下垂直作用于地面的受力差最大，可使压电材料组片模块实现最大化的电能转化。

优选的，所述各轮毂连杆处压电材料组片模块（如图2）应力相同，受力均匀，行驶无抖动。

所述能量回收转换电路为桥式整流，配合电子切换开关与续流电感电容，较传统整流电路效率提高3倍以上。

所述压电材料组片模块使用导电电极板共用一路所述能量回收转换电荷，工艺简化，造价低廉，并联电流大，发电效率高。

所述电能传输滑环，因为车轮是个旋转结构，需采用电能传输滑环，才能将压电材料转换的电能从旋转机构上传输到自行车的用电设备和电能存储单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、目前现有的自行车发电装置是利用电磁发电原理，消耗骑行动能；

2、利用太阳能发电，效率不高，受天气影响严重；

3.本发明与上述1、2描述现有技术，有益效果在:结构简单，无缝式接触安装，无机械移动，寿命长，可靠性高，成本低，保证轮毂设计原理结构不变，不影响自行车舒适度与安全性，不增加自行车骑行消耗，不受半天夜晚阴晴天气影响。采用自行车自重发电，压电材料单元受力大，电能转换效率高。可用于自行车的电能设备使用和存储，及其他供电设备的补充。

附图说明：

图1为本发明的轮毂嵌入式安装示意图

图2为本发明的轮毂连杆安装示意图