[发明专利]内胎式压电发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽车内胎，特别是一种内胎式压电发电装置。

背景技术

汽车造型各异，但无论怎么变化，其所有重量都需要由车轮来支撑，而车轮上的车胎在旋转过程中，有着“压缩——放松——压缩”的循环工作过程，这与压电材料的工作过程相似，因此，将压电材料应用于车辆外胎，并设计合适的结构，可以使之产生电能，用以给汽车上的电子元件及蓄电池充电。

压电材料具有压电效应：对压电材料施加压力，它便会产生电位差，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态。因此，当压电材料受力时，将其表面的电荷引出，接入蓄电池等电能存储装置，形成电流，就可以实现对车辆充电，这也是本发明的充电原理。

已申请的申请号为：200510112671.8的发明专利“从转动轮胎中的机械能中产生电力的系统及方法”，该专利使用的一种实例是在美国发售的压电活性纤维组合物，与国内普遍使用的压电材料有较大区别；而车胎受路况的影响，会发生局部大形变和受到冲击等情况，很可能会导致车胎内的压电材料受损，而该专利并未考虑该情况；此外，轮胎摩擦生热对压电材料的影响也并未考虑。

申请号201110035645.5的发明专利“一种弹性触发压电装置及其应用”，结构过于笨重复杂，且对现有成熟的车轮结构改动较大。

申请号201280051445.1的发明专利“车辆充电装置”，主要是一种方法专利，没有考虑冲击等具体情况，并未设计相应的保护压电元件的缓冲结构，对于其弹性部，也没有具体的结构设计。

申请号201320267026.3的实用新型专利“轮胎压力发电装置”，其活塞结构对于路面的复杂情况，在可行性与强度方面未予以考虑，也没有相应的保护结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于车辆充电的内胎式压电发电装置，以克服以上技术不足。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的是一种内胎式压电发电装置，该装置主要由内胎和包含于其内腔中的棱台状弹性体、发电层组成，其中：内胎的两侧胎壁上均匀的开有通气孔；棱台状弹性体有多组，每两组棱台状弹性体之间设有与通气孔相通的空腔结构，每一组棱台状弹性体之间置放一个发电层。

所述的发电层由两块压力施加片和位于其间的压电发电元件、支撑柱及垫片组成，其中压电发电元件通过两块压力施加片内侧一面的安装槽固定和保护。

所述的两块压力施加片，其内侧都设有与之焊接相连或一起成型加工而得的相对应的垫片；垫片上有相应的圆孔沉槽，支撑柱就安装在该圆孔沉槽中；所述的支撑柱，其可在垫片的圆孔沉槽中沿孔的轴向活动。

所述的支撑柱，其长度略小于减去发电元件安装槽两倍深度后的压电发电元件的厚度，以便在正常工作状态时，压力只由压电发电元件承受，用于产生电能，当出现车辆超载或车轮局部受到冲击的情况时，超过正常工作范围的压力值再由支撑柱承受，达到保护压电发电元件的目的。

所述的内胎，其与棱台状弹性体采用镶嵌方式连接。

所述的棱台状弹性体，其一端通过粘连与内胎的内壁相连；或者，随内胎一起成型加工而得。

所述的棱台状弹性体，其另一端直接与发电层相连，或者其另一端与发电层中的压力施加片粘连，或者将压力施加片镶嵌到棱台状弹性体中。

所述的棱台状弹性体，由实心或空心多孔状弹性材料制成。

所述的棱台状弹性体，其接触发电层中的压力施加片的一端较小，另一端较大。

所述的发电层中的压电发电元件，为一整块长方体的压电发电元件；或者，是由若干个较小体积的部件构成的压电发电元件，这些部件通过串联或并联方式相连。

本发明与以往技术相比主要优点：

其一：由于目前国内普遍使用的压电发电元件都是以平面作为其受力形变面，而纤维状压电元件主要应用于电致伸缩，同时，承受径向力并以曲面作为工作面的压电发电元件在制造过程中可能会出现存在残余应力的情况，这会使得发电元件的强度下降；而压电材料自身的高脆性，以及易受轮胎产热影响等特点也进一步限制了其在汽车上的应用；所以为了有较大的使用范围，本发明巧妙地设计了棱台状弹性体，通过该弹性体改变沿轮辋径向的径向力的方向，最后通过压力施加片将径向力转化为垂直于发电元件平面的压力；此外，这样的结构也可吸收由轮胎传递而来的轮胎与地面摩擦产生的热量。需要指出的是，该棱台状弹性体也适用于纤维状压电组合物。