[发明专利]一种负刚度压电超材料弹性车轮及节能减震方法

权利要求书

1.一种负刚度压电超材料弹性车轮，其特征在于，包括輮轮(1)、轮毂盘(2)、固定环(3)、弹性板簧(4)、动力装置(5)；所述輮轮(1)包括3N个卡环(11)和M个弹性环(12)，其中M≥3，N≥1且M、N均为自然数；所述弹性环(12)平行穿过卡环(11)，形成M个平行圆环；所述卡环(11)沿圆周方向均匀分布；所述卡环(11)和弹性环(12)外层包裹有绝缘橡胶；所述轮毂盘(2)中心设有圆形通孔，固定环(3)外径与轮毂盘(2)相同，沿外径固定于轮毂盘(2)上；两侧轮毂盘(2)与固定环(3)分别套装在车轮两端，形成中空的圆柱形空间，即为轮毂盘-固定环空间；所述輮轮(1)和轮毂盘-固定环空间之间设有弹性板簧(4)；所述弹性板簧(4)由负刚度超材料制成，横截面为“C”型，内部含有压电单元；弹性板簧(4)数量为3N个，一端与卡环(11)下端固定连接，另一端以销轴连接形式固定在轮毂盘-固定环空间内；所述轮毂盘-固定环空间内设有动力装置(5)，所述动力装置(5)包括3N个蓄电池和驱动电机；每3个蓄电池串联成一个电池组；所述电池组并联安装在汽车车桥处，驱动电机外包裹电机壳，与轮毂盘(2)内侧固定；所述弹性板簧(4)一端接地，一端通过导线连接所述电池组的正极；所述驱动电机一端接地，一端通过导线连接在所述电池组的正极；所述弹性板簧(4)与所述驱动电机并联；所述电池组的负极端接地；

所述輮轮(1)的每个卡环(11)下端设有两个朝向轮心的凸起，与弹性板簧(4)一端通过铆接固定在一起；所述弹性板簧(4)另一端通过销轴连接固定于两侧固定环(3)之间。

2.根据权利要求1所述的一种负刚度压电超材料弹性车轮，其特征在于，所述两侧轮毂盘(2)外部设有固定端盖(6)，通过螺栓连接紧固。

3.根据权利要求1所述的一种负刚度压电超材料弹性车轮，其特征在于，所述弹性环(12)采用惰性金属材料或复合非金属材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种负刚度压电超材料弹性车轮，其特征在于，所述卡环(11)采用复合非金属材料或绝缘体材料制成。

5.一种采用权利要求1-4中任一项所述负刚度压电超材料弹性车轮的节能减震方法，其特征在于，当汽车静止时，负刚度压电超材料弹性车轮受到来自车身的不变的压力，所述弹性板簧两端产生电势差，进而产生电能，其中部分电能被所述蓄电池转换为化学能并储存在其内部；当车轮负载量不变时，没有其他能量被所述蓄电池储存；

当汽车行驶时，蓄电池将先前储存在内部的化学能转换为电能，带动电机转动，所述电机将电能转换为机械能，进而驱动车轮转动；在汽车行驶过程中，负刚度压电超材料弹性车轮受到来自车身的不断变化的压力，各弹性板簧受到不断变化的压力，两端产生电势差，进而产生电能；所述蓄电池将所述弹性板簧产生的部分电能转换为化学能并储存部分化学能在自身内部，同时又将储存在自身内部的化学能转换为电能和热能，用以驱动电机和发散热量；在上述过程中，弹性板簧为负刚度材料，当受到纵向压力时，产生的弹性形变沿横向减少，所受压力越大，变形量越小，在实现节能的同时达到减震效果。