本發(fā)明涉及利用輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)自發(fā)電技術(shù)的改進(jìn),屬于輪胎發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
車輛行駛過程中,輪胎快速地旋轉(zhuǎn),一些人注意到輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能,于是出現(xiàn)了輪胎發(fā)電的研究。目前對輪胎發(fā)電的認(rèn)識,大都停留在壓電效應(yīng)和旋轉(zhuǎn)切割磁力線產(chǎn)生電流。壓電效應(yīng)發(fā)電的不足在于,發(fā)電量非常微小,且在軟性材料上產(chǎn)生壓電效應(yīng)不明顯。要在輪胎變形中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)切割磁力線的方法非常復(fù)雜,且難以實(shí)現(xiàn)。因此,要讓輪胎變形產(chǎn)生電能又不大量額外消耗車載能源,必須另尋途徑。
現(xiàn)有技術(shù)公開了專利號為“201210508285.0”、發(fā)明名稱為“一種利用輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)自發(fā)電方法和機(jī)構(gòu)”的輪胎發(fā)電技術(shù),該技術(shù)在輪胎上沿圓周設(shè)有若干套直線發(fā)電機(jī),每套直線發(fā)電機(jī)包括配對的定子和動(dòng)子,定子位于機(jī)殼內(nèi),機(jī)殼固定安裝在輪輞上;定子為環(huán)形骨架上繞制線圈而形成,動(dòng)子由柱狀骨架和安裝在骨架上的永磁體或勵(lì)磁線圈構(gòu)成,動(dòng)子從定子中穿過,動(dòng)子一端在輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)始終與橡膠胎體內(nèi)表面接觸并可隨接觸處橡膠胎體的變形而在定子的導(dǎo)向作用下與定子之間發(fā)生徑向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。其利用輪胎的變形驅(qū)動(dòng)動(dòng)子與定子之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)而切割磁力線進(jìn)行發(fā)電,由于動(dòng)子移動(dòng)方向與輪胎前進(jìn)方向幾乎垂直,所以其消耗的能量少,相比其它現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電效率提高,但由于輪胎變形的復(fù)雜性,包括變形量大小、輪胎轉(zhuǎn)速大小以及振動(dòng)沖擊頻率的不同和不確定,而如何將輪胎發(fā)電與這些因素結(jié)合起來才能更好地提高發(fā)電效率,則是需要進(jìn)一步研究的方向,否則發(fā)電效率不高,輪胎發(fā)電很難真正用于實(shí)際車輛上。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足,本發(fā)明的目的在于提供一種進(jìn)一步提高發(fā)電效率、自身消耗能量小且容易實(shí)現(xiàn)的利用輪胎行駛變形高效發(fā)電車輪。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是這樣的:
一種利用輪胎行駛變形高效發(fā)電車輪,所述輪胎由輪輞和橡膠胎體構(gòu)成,在輪胎上沿圓周設(shè)有若干套直線發(fā)電機(jī),每套直線發(fā)電機(jī)包括配對的定子和動(dòng)子,定子位于機(jī)殼內(nèi),機(jī)殼固定安裝在輪輞上;定子的軸線位于輪胎直徑方向上,動(dòng)子兩端從定子中穿出,在動(dòng)子兩側(cè)設(shè)有對稱的導(dǎo)向軸,導(dǎo)向軸通過軸承安裝在機(jī)殼上,兩導(dǎo)向軸和動(dòng)子朝向輪胎中心端通過連接板連為一體以同步運(yùn)動(dòng);動(dòng)子一端還同時(shí)穿出機(jī)殼以在輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)始終與橡膠胎體內(nèi)底表面接觸并可隨接觸處橡膠胎體的變形而在導(dǎo)向軸導(dǎo)向下與定子之間發(fā)生軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng);在機(jī)殼內(nèi)設(shè)有離心力平衡機(jī)構(gòu),離心力平衡機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)動(dòng)子在不同轉(zhuǎn)速帶來的離心力下與橡膠胎體的作用力,利用該機(jī)構(gòu)平衡離心力,以減小不同轉(zhuǎn)速下作用力的大小和分布區(qū)間。
優(yōu)選地,所述離心力平衡機(jī)構(gòu)包括單向擋塊、彈簧和重錘;導(dǎo)向軸為具有軸向通孔的中空結(jié)構(gòu),在導(dǎo)向軸上設(shè)有徑向通孔,徑向通孔將導(dǎo)向軸軸向通孔和外部連通;單向擋塊為多個(gè)并設(shè)于每個(gè)徑向通孔內(nèi),單向擋塊通過自動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)與導(dǎo)向軸連接以在自由狀態(tài)下單向擋塊外端能夠自動(dòng)縮回徑向通孔內(nèi);重錘設(shè)于軸向通孔內(nèi)并可沿軸向通孔軸向滑動(dòng),重錘由一體成型的頭部、頸部和尾部構(gòu)成,頸部卡于單向擋塊之間,尾部通過收縮的鍥形結(jié)構(gòu)和頸部連接,單向擋塊可受鍥形結(jié)構(gòu)作用而克服自動(dòng)復(fù)位力伸出徑向通孔;彈簧套設(shè)于導(dǎo)向軸外,彈簧一端與機(jī)殼連接,另一端處于自由狀態(tài)形成自由端,伸出徑向通孔的單向擋塊可橫向插入彈簧螺圈之間的間隙中實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向軸與彈簧的連接;在單向擋塊外端設(shè)有便于單向擋塊插入彈簧螺圈之間間隙的導(dǎo)向斜面,導(dǎo)向斜面朝向彈簧自由端。
優(yōu)選地,所述離心力平衡機(jī)構(gòu)包括通過轉(zhuǎn)軸安裝在機(jī)殼上的單臂杠桿,杠桿自由端通過拉簧與導(dǎo)向軸遠(yuǎn)離橡膠胎體那端連接,轉(zhuǎn)軸上設(shè)有復(fù)位扭簧。
優(yōu)選地,所述離心力平衡機(jī)構(gòu)包括通過轉(zhuǎn)軸安裝在機(jī)殼上的雙臂杠桿,轉(zhuǎn)軸上設(shè)有復(fù)位扭簧,杠桿一端通過拉簧與導(dǎo)向軸遠(yuǎn)離橡膠胎體那端連接,杠桿另一端設(shè)有配重塊;或者所述杠桿一端與導(dǎo)向軸遠(yuǎn)離橡膠胎體那端連接,杠桿另一端連接拉簧一端,拉簧另一端與機(jī)殼連接。
優(yōu)選地,所述離心力平衡機(jī)構(gòu)包括懸臂、棘輪和設(shè)于導(dǎo)向軸上的條形齒,棘輪包括外圈、內(nèi)圈和通過棘爪轉(zhuǎn)軸設(shè)于內(nèi)圈上的棘爪,懸臂一端通過懸臂轉(zhuǎn)軸與機(jī)殼可轉(zhuǎn)動(dòng)連接,另一端與棘輪的內(nèi)圈通過內(nèi)圈轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接,在內(nèi)圈和機(jī)殼/定子之間設(shè)有蓄力用發(fā)條;棘輪外圈與條形齒嚙合;懸臂轉(zhuǎn)軸上設(shè)有用于克服離心力使懸臂復(fù)位的復(fù)位扭簧;自然狀態(tài)下,棘輪在復(fù)位扭簧和懸臂的作用下與導(dǎo)向軸條了形齒脫開。
在機(jī)殼頂端裝有彈性裝置,動(dòng)子在橡膠胎體變形往輪胎圓心方向推動(dòng)下到達(dá)最大行程時(shí)與該彈性裝置接觸,用于將動(dòng)子到達(dá)此位置時(shí)沒有完全釋放的動(dòng)能通過壓縮彈性裝置而儲能。
在動(dòng)子與橡膠胎體內(nèi)底間設(shè)有緩沖彈簧,緩沖彈簧一端設(shè)于動(dòng)子上,另一端用于與橡膠胎體接觸;或者緩沖彈簧一端設(shè)于橡膠胎體內(nèi)表面上,另一端用于與動(dòng)子接觸。
每套發(fā)電機(jī)在輪輞上的安裝角度,其中心線與該處輪輞切線有一定傾角,以使發(fā)電機(jī)在輪轂上的安裝角度沿輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向偏離。
每個(gè)直線發(fā)電機(jī)中設(shè)有多個(gè)離心力平衡機(jī)構(gòu),每個(gè)離心力平衡機(jī)構(gòu)在車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值時(shí)起作用,轉(zhuǎn)速的設(shè)定值各不相同。
所述直線發(fā)電機(jī)安裝在輪輞圓周上,成多列交叉排列。
相比現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明利用離心力平衡機(jī)構(gòu)減緩動(dòng)子因?yàn)殡x心力而往橡膠胎體方向的運(yùn)動(dòng),減小兩者的作用力,并進(jìn)行蓄力,由此使不同轉(zhuǎn)速導(dǎo)致的離心力下動(dòng)子和橡膠胎體的作用保持在一個(gè)相對均衡的狀態(tài),避免了不同轉(zhuǎn)速下離心力差異較大而帶來的作用力忽高忽低的問題。通過離心力平衡機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié),從而達(dá)到平衡動(dòng)子離心力的作用,車輪轉(zhuǎn)速不同,車輪推動(dòng)動(dòng)子的力的時(shí)間間隔也不同。因此動(dòng)子對應(yīng)胎面的振動(dòng)頻率的變化而調(diào)整,使動(dòng)子吸收更多胎面沖擊和振動(dòng)能量而產(chǎn)生更多電能。
2、本發(fā)明利用彈性裝置將動(dòng)子到達(dá)最大行程位置時(shí)沒有完全釋放的動(dòng)能通過壓縮彈性裝置而儲存,能夠很好地吸收多余能量,并將該能量用于動(dòng)子的復(fù)位,由此使動(dòng)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)更快,行程更大,發(fā)電效率更高。
3、通過動(dòng)子與輪胎內(nèi)底間的緩沖彈簧充分吸收輪胎的沖擊和振動(dòng)能量,轉(zhuǎn)化為動(dòng)子的動(dòng)能,從而避免沒有彈簧時(shí)該沖擊和振動(dòng)如果過大而動(dòng)子又不能馬上吸收,就會通過胎面和減振器消納而白白損耗,既提高了發(fā)電效率,駕駛感受也更好。
4、本發(fā)明通過每套發(fā)電機(jī)在輪輞上的特殊安裝角度,便于輪胎胎面受壓時(shí)第一時(shí)間將能量傳遞給動(dòng)子,從而最大限度吸收來自胎面的沖擊振動(dòng)能量,并使輪胎胎面對動(dòng)子的沖擊振動(dòng)時(shí)間最大化,動(dòng)子吸收更多的能量。
總之,通過上述多方面的措施,本發(fā)明輪胎發(fā)電的效率明顯提高,為該技術(shù)更快更好地推廣打下了良好的基礎(chǔ)。
附圖說明
圖1-本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-離心力平衡機(jī)構(gòu)第一種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。
圖3-離心力平衡機(jī)構(gòu)第二種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。
圖4-離心力平衡機(jī)構(gòu)第三種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。
圖5-離心力平衡機(jī)構(gòu)第四種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1,本發(fā)明利用輪胎行駛變形高效發(fā)電車輪,所述輪胎由輪輞1和橡膠胎體2構(gòu)成,在輪胎上沿圓周設(shè)有若干套直線發(fā)電機(jī),每套直線發(fā)電機(jī)包括配對的定子3和動(dòng)子4,定子3位于機(jī)殼5內(nèi),機(jī)殼5固定安裝在輪輞1上。定子3為由硅鋼片或其它材料疊放在一起形成的骨架上繞制線圈而成,定子3的軸線位于輪胎直徑方向上。動(dòng)子4由骨架和安裝在骨架上的永磁體或勵(lì)磁線圈構(gòu)成。動(dòng)子兩端從定子中穿出,其中一端從定子3穿出后還從機(jī)殼5中穿過朝向橡膠胎體2,另一端則位于機(jī)殼5中。在動(dòng)子4兩側(cè)設(shè)有對稱的導(dǎo)向軸6,導(dǎo)向軸6位于定子3外并通過軸承7安裝在機(jī)殼5上,兩導(dǎo)向軸6和動(dòng)子4朝向輪胎中心端通過連接板8連為一體以同步運(yùn)動(dòng)。為了使動(dòng)子能夠與定子之間不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng),動(dòng)子一端在輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)始終與橡膠胎體內(nèi)表面接觸并可隨接觸處橡膠胎體的變形而在導(dǎo)向軸導(dǎo)向下與定子之間發(fā)生軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。協(xié)助動(dòng)子移動(dòng)的導(dǎo)向軸布置在動(dòng)子移動(dòng)方向的兩側(cè),讓動(dòng)子在有限空間內(nèi)移動(dòng)更遠(yuǎn)的距離,產(chǎn)生更多的電能。在機(jī)殼內(nèi)設(shè)有離心力平衡機(jī)構(gòu),離心力平衡機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)動(dòng)子在不同轉(zhuǎn)速帶來的離心力下與橡膠胎體的作用力,利用該作用力平衡不同轉(zhuǎn)速下的離心力,以減小不同轉(zhuǎn)速下作用力的大小和分布區(qū)間,使動(dòng)子對橡膠車輪內(nèi)底的壓力基本穩(wěn)定或更小。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)發(fā)電的原理:當(dāng)某直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子所在處的輪胎與地面接觸時(shí),由于受壓,該處的輪胎會發(fā)生較大的變形,輪胎克服動(dòng)子重量和磁場阻力等推著動(dòng)子往上運(yùn)動(dòng),因?yàn)閯?dòng)子本身就位于定子中,故在往上運(yùn)動(dòng)過程中切割磁力線而發(fā)電。一旦該處輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)離開地面,輪胎即復(fù)原,動(dòng)子在離心力作用下,動(dòng)子也將復(fù)位,復(fù)位時(shí)間較輪胎復(fù)原緩慢一些,在復(fù)位過程中,同樣有切割磁力線過程,因此兩個(gè)過程都能發(fā)電。發(fā)電機(jī)動(dòng)子在受車輪一次沖擊振動(dòng)后,能產(chǎn)生多次這樣的往復(fù)移動(dòng),只是移動(dòng)幅度不斷減小,但每次移動(dòng)都產(chǎn)生不同的發(fā)電量,電力由大到小而已,實(shí)現(xiàn)間歇沖擊動(dòng)子、動(dòng)子連續(xù)發(fā)電的效果。這樣,在輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中,所有的發(fā)電機(jī)都按上述過程發(fā)電,隨著輪胎的快速轉(zhuǎn)動(dòng),電能即源源不斷地輸出。本發(fā)明發(fā)電機(jī)所發(fā)電量可先整流后經(jīng)集電環(huán)有線輸入車載蓄電池或電容中,也可通過電磁感應(yīng)、電磁耦合等方式無線輸入車載蓄電池或電容中。
本發(fā)明既可以適用于充氣輪胎,也可以適用于非充氣輪胎。
所述輪輞上設(shè)有通至輪輞外表面上的圓周環(huán)槽的徑向通孔,徑向通孔為臺階孔,臺階孔大孔徑為螺紋孔,機(jī)殼具有對應(yīng)的臺階狀并從中心向外螺紋旋接在徑向通孔中并在兩者結(jié)合部位設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。臺階面自然形成對機(jī)殼的限位面,不至于因?yàn)殡x心力而松動(dòng)。事實(shí)上,即使沒有臺階面,離心力也只會使機(jī)殼越旋越緊。本結(jié)構(gòu)機(jī)殼和定子安裝方便,對輪輞結(jié)構(gòu)改動(dòng)小,可以確保改動(dòng)后輪輞的強(qiáng)度符合要求。
本發(fā)明離心力平衡機(jī)構(gòu)具有多種結(jié)構(gòu)形式,包括但不局限于下述幾種:
1、所述離心力平衡機(jī)構(gòu)包括單向擋塊9、彈簧10和重錘11;參見圖2,導(dǎo)向軸6為具有軸向通孔的中空結(jié)構(gòu),在導(dǎo)向軸6上設(shè)有徑向通孔,徑向通孔將導(dǎo)向軸軸向通孔和外部連通;單向擋塊9設(shè)于每個(gè)徑向通孔內(nèi),單向擋塊9通過自動(dòng)復(fù)位機(jī)構(gòu)(如復(fù)位簧片12)與導(dǎo)向軸6連接以在自由狀態(tài)下單向擋塊外端能夠自動(dòng)縮回徑向通孔內(nèi)。重錘11設(shè)于軸向通孔內(nèi),重錘由一體成型的頭部、頸部和尾部構(gòu)成,頸部卡于多個(gè)單向擋塊之間,尾部通過收縮的鍥形結(jié)構(gòu)和頸部連接,單向擋塊9可受鍥形結(jié)構(gòu)作用而克服復(fù)位機(jī)構(gòu)復(fù)位力伸出徑向通孔。彈簧10套設(shè)于導(dǎo)向軸6外,彈簧10一端與機(jī)殼5連接,另一端處于自由狀態(tài),伸出徑向通孔的單向擋塊9可橫向插入彈簧10螺圈之間的間隙中實(shí)現(xiàn)兩者連接;在單向擋塊9外端設(shè)有便于單向擋塊插入彈簧螺圈之間間隙的導(dǎo)向斜面13,導(dǎo)向斜面朝向彈簧自由端。該結(jié)構(gòu)工作原理:在離心力作用下,重錘向下運(yùn)動(dòng)并將單向擋塊從徑向通孔推出,伸出的單向擋塊插入彈簧內(nèi)與彈簧連接,彈簧隨單向擋塊的運(yùn)動(dòng)而被壓縮或拉伸,由壓縮或拉伸的彈簧提供反作用力減緩動(dòng)子和導(dǎo)向軸往胎體方向運(yùn)動(dòng),進(jìn)而減輕兩者的作用力。假設(shè)離心力向下,當(dāng)彈簧下端與機(jī)殼連接時(shí),擋塊與彈簧連接,此時(shí)彈簧被壓縮;當(dāng)彈簧上端與機(jī)殼連接時(shí),擋塊與彈簧連接,此時(shí)彈簧被拉伸;不管壓縮或拉伸,彈簧的作用力都是與擋塊相反,即阻止動(dòng)子在離心力下向橡膠胎體方向運(yùn)動(dòng),因?yàn)殡x心力越大,彈簧的阻止作用力越大,由此平衡不同轉(zhuǎn)速下離心力的大小。在沒有離心力下或者車輪轉(zhuǎn)速低離心力小時(shí),擋塊因?yàn)閺?fù)位機(jī)構(gòu)而縮回,重錘受擋塊作用而復(fù)位,由于重錘具有頭部結(jié)構(gòu),因此重錘不會脫開多個(gè)擋塊的夾持,保證下一次可靠運(yùn)行。在動(dòng)子如圖2所示往上運(yùn)動(dòng)時(shí),如果擋塊上口與彈簧接觸,由于上口為斜面,在彈簧(包括復(fù)位簧片)的作用下,擋塊會縮回,即彈簧不會通過擋塊作用于動(dòng)子,只在下行方向起作用,此即擋塊單向所在。
在上述彈簧的基礎(chǔ)上,本發(fā)明離心力平衡機(jī)構(gòu)可以利用不同轉(zhuǎn)速下離心力不同,從而利用離心力讓不同的離心力平衡機(jī)構(gòu)或者擋塊讓彈簧和動(dòng)子相連,也可以利用傳感器實(shí)現(xiàn)不同輪速下伸出不同的擋塊讓彈簧和動(dòng)子相連,使動(dòng)子離心力和彈簧的回復(fù)力達(dá)到一個(gè)合理值,合理值不一定是兩個(gè)力相等,讓動(dòng)子在不同的輪速下受胎面沖擊后更容易振動(dòng),即在不同轉(zhuǎn)速下,發(fā)電機(jī)動(dòng)子的振動(dòng)頻率與車輪對動(dòng)子的沖擊頻率基本一致,動(dòng)子收集和輸出最大能量。
2、所述離心力平衡機(jī)構(gòu)包括通過轉(zhuǎn)軸安裝在機(jī)殼上的單臂杠桿14,單臂杠桿14自由端通過拉簧15與導(dǎo)向軸/動(dòng)子4遠(yuǎn)離橡膠胎體那端連接,見圖3。轉(zhuǎn)軸上設(shè)有克服動(dòng)子作用力使單臂杠桿復(fù)位的復(fù)位扭簧。在離心力使動(dòng)子往胎體方向運(yùn)動(dòng)時(shí),扭簧和拉簧提供反向作用力阻止該方向的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速越大,扭簧作用力越大。
3、所述離心力平衡機(jī)構(gòu)包括通過轉(zhuǎn)軸安裝在機(jī)殼上的雙臂杠桿16,雙臂杠桿16一端通過拉簧15與導(dǎo)向軸/動(dòng)子4遠(yuǎn)離橡膠胎體那端連接,雙臂杠桿16另一端設(shè)有配重塊17,見圖4。或者所述杠桿一端與導(dǎo)向軸遠(yuǎn)離橡膠胎體那端連接,杠桿另一端連接拉簧一端,拉簧另一端與機(jī)殼連接;在導(dǎo)向軸向橡膠胎體運(yùn)動(dòng)時(shí),拉簧提供反向拉力使動(dòng)子與橡膠胎體作用力減小。第三種結(jié)構(gòu)和第二種結(jié)構(gòu)有些類似,屬于第二種結(jié)構(gòu)的變形。
4、所述離心力平衡機(jī)構(gòu)包括懸臂18、棘輪19和設(shè)于導(dǎo)向軸上的條形齒20,見圖5,棘輪19包括外圈191、內(nèi)圈192和通過棘爪轉(zhuǎn)軸設(shè)于內(nèi)圈上的棘爪193,懸臂18一端通過懸臂轉(zhuǎn)軸與機(jī)殼可轉(zhuǎn)動(dòng)連接,另一端與棘輪的內(nèi)圈192通過內(nèi)圈轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)連接,在內(nèi)圈1-2和機(jī)殼/定子之間設(shè)有蓄力用發(fā)條194(盤簧);棘輪外圈191與條形齒20嚙合;懸臂轉(zhuǎn)軸上設(shè)有用于克服離心力使懸臂復(fù)位的復(fù)位扭簧;自然狀態(tài)下,棘輪在復(fù)位扭簧和懸臂的作用下與條形齒脫開。在機(jī)殼或者定子上設(shè)有限位塊,限位塊用于限制懸臂在離心力作用下的最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度,此最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度下棘輪外圈與條形齒處于最佳嚙合狀態(tài)。
該結(jié)構(gòu)工作原理:在離心力作用下,懸臂18和棘輪19甩出,懸臂18繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)棘輪19靠近條形齒最終與條形齒20嚙合,條形齒20隨導(dǎo)向軸6向橡膠胎體運(yùn)動(dòng)時(shí),條形齒20帶動(dòng)棘輪外圈191并通過棘爪193帶動(dòng)內(nèi)圈192一起轉(zhuǎn)動(dòng),發(fā)條194因內(nèi)圈192轉(zhuǎn)動(dòng)被旋緊蓄力,由發(fā)條提供克服離心力的阻力,以平衡不同轉(zhuǎn)速下的離心力。導(dǎo)向軸6反向運(yùn)動(dòng)時(shí)(即圖示向上),正常結(jié)構(gòu)下棘輪外圈空轉(zhuǎn),而本發(fā)明中發(fā)條194釋放并驅(qū)動(dòng)內(nèi)圈192與外圈同方向轉(zhuǎn)動(dòng),由此棘爪193作用于外圈191使外圈191同時(shí)受導(dǎo)向軸6上的條形齒20和內(nèi)圈192一起作用而轉(zhuǎn)動(dòng)。由于初始階段,發(fā)條瞬間釋放而導(dǎo)向軸由向下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向上運(yùn)動(dòng)較慢,此時(shí)以發(fā)條通過內(nèi)圈、棘爪、外圈驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向軸為主,而不是導(dǎo)向軸驅(qū)動(dòng)外圈轉(zhuǎn)動(dòng)為主,即發(fā)條儲能用于驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向軸往上運(yùn)動(dòng),這樣可以使導(dǎo)向軸和動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)更快,振動(dòng)頻率更高。為了更好地平衡離心力,由懸臂、棘輪構(gòu)成的離心力平衡機(jī)構(gòu)可以為多套,以在不同的轉(zhuǎn)速下與條形齒結(jié)合,從而隨轉(zhuǎn)速增大而提供更多的棘輪參與離心力平衡。
上述離心力平衡機(jī)構(gòu)也可以隨車輪轉(zhuǎn)速不同,讓不同數(shù)量的彈簧對動(dòng)子產(chǎn)生作用,從而達(dá)到平衡動(dòng)子離心力的作用。此時(shí)可以在連接板和機(jī)殼頂部(靠近輪子圓心端)之間設(shè)有拉簧23,拉簧有多根,每根拉簧在轉(zhuǎn)速大于預(yù)設(shè)值時(shí)被拉伸,每根拉簧對應(yīng)的轉(zhuǎn)速預(yù)設(shè)值各不相同。比如拉簧Ⅰ在轉(zhuǎn)速大于Ⅰ時(shí)被拉伸,拉簧Ⅱ在轉(zhuǎn)速大于Ⅱ時(shí)被拉伸,拉簧Ⅲ在轉(zhuǎn)速大于Ⅲ時(shí)被拉伸,轉(zhuǎn)速Ⅳ﹥轉(zhuǎn)速Ⅲ﹥轉(zhuǎn)速Ⅱ﹥轉(zhuǎn)速Ⅰ,這樣在不同的轉(zhuǎn)速下,就有不同數(shù)量的拉簧被拉伸,轉(zhuǎn)速越高,離心力越大,被拉伸的拉簧也越多,比如轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速Ⅳ時(shí),拉簧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ都被拉伸;轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速Ⅲ時(shí),拉簧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ都被拉伸,從而在不同的轉(zhuǎn)速下都能夠?qū)﹄x心力實(shí)現(xiàn)可靠的平衡。也可以在反方向安裝若干壓簧,原理跟拉簧類似。
除此之外,離心力平衡機(jī)構(gòu)還可以是電磁式或者液壓式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),電磁式利用傳感器采集離心力大小,進(jìn)而通過控制機(jī)構(gòu)使執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作,由執(zhí)行機(jī)構(gòu)平衡離心力,阻止動(dòng)子向胎體方向的運(yùn)動(dòng),從而均衡動(dòng)子與胎體的作用力。
每個(gè)直線發(fā)電機(jī)中設(shè)有多個(gè)離心力平衡機(jī)構(gòu),每個(gè)離心力平衡機(jī)構(gòu)在車輪轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定值時(shí)起作用,轉(zhuǎn)速的設(shè)定值各不相同。這些多個(gè)離心力平衡機(jī)構(gòu)既可以是同種結(jié)構(gòu)的多套,也可以是不同結(jié)構(gòu)的組合,這根據(jù)實(shí)際情況靈活選取。
為了將動(dòng)子在最大行程位置時(shí)還沒有釋放的能量儲存起來,本發(fā)明在機(jī)殼5頂端裝有彈性裝置21,動(dòng)子在胎體變形往輪胎中心方向推動(dòng)下到達(dá)最大行程時(shí)與該彈性裝置21接觸,用于將動(dòng)子到達(dá)此位置時(shí)沒有完全釋放的動(dòng)能通過壓縮彈性裝置21而儲能,隨后又推動(dòng)動(dòng)子回復(fù),對動(dòng)子的作用力更大,產(chǎn)生更多電能。所述彈性裝置為若干碰簧,碰簧位于動(dòng)子最大行程處,與自由狀態(tài)下的動(dòng)子間存在間距。由于橡膠胎體在不同情形下對動(dòng)子的作用力不同,動(dòng)子的行程也不同,理論上每次作用都會產(chǎn)生一個(gè)行程,不同作用力行程不同;由于空間原因,機(jī)殼限制了動(dòng)子最大行程,通常情況下動(dòng)子不會達(dá)到最大行程就會反向,但如果作用力很大,比如明顯的凹凸路面對橡膠胎體的變形就大,動(dòng)子可能會達(dá)到最大行程,即使在最大行程處,也有繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的趨勢,即胎體給動(dòng)子的作用力沒有完全釋放,此時(shí)通過彈性裝置就能夠很好地吸收多余能量,并將該能量用于動(dòng)子的復(fù)位,由此使動(dòng)子往復(fù)運(yùn)動(dòng)更快,行程更大,發(fā)電效率更高。
在動(dòng)子4與橡膠胎體2內(nèi)底間設(shè)有緩沖彈簧22,緩沖彈簧22一端設(shè)于動(dòng)子4上或者設(shè)于橡膠胎體2內(nèi)表面,另一端處于自由狀態(tài)。輪胎下沉量對應(yīng)位置的動(dòng)子被瞬間作用,由該緩沖彈簧充分吸收輪胎的沖擊和振動(dòng)能量,轉(zhuǎn)化為動(dòng)子的動(dòng)能,從而避免沒有彈簧時(shí)該沖擊和振動(dòng)如果過大而動(dòng)子又不能馬上吸收,就會通過胎面和減振器消納而白白損耗。緩沖彈簧同時(shí)緩沖輪胎給動(dòng)子的脈沖式?jīng)_擊,使動(dòng)子在定子內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)趨向均勻,駕駛感受也更好。
由于輪胎運(yùn)行與地面作用時(shí)有這樣一個(gè)特點(diǎn),輪胎變形時(shí),即將進(jìn)入路面部位會向外凸起,剛駛離路面部位會內(nèi)凹,為此每套發(fā)電機(jī)在輪輞上的安裝角度,其中心線與該處輪輞切線有一定傾角,以使發(fā)電機(jī)在輪轂上的安裝角度沿輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的方向偏離,即朝向外凸方向;便于輪胎胎面受壓變凸時(shí),第一時(shí)間將能量傳遞給動(dòng)子,從而最大限度吸收來自胎面的沖擊振動(dòng)能量,并使輪胎胎面對動(dòng)子的沖擊振動(dòng)時(shí)間最大化,動(dòng)子吸收更多的能量。
橡膠胎體內(nèi)底,由于要與動(dòng)子彈簧產(chǎn)生接觸磨損,故在底表面增設(shè)一層耐磨材料。
直線發(fā)電機(jī)安裝在輪輞圓周上,在圓周上成多列且列與列之間交叉排列,隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)可連續(xù)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)動(dòng)子,幾只上幾只下發(fā)電,增大發(fā)電量,減小動(dòng)子運(yùn)動(dòng)對車輪及車輛的沖擊。
本發(fā)明直線發(fā)電機(jī)的動(dòng)子移動(dòng)距離大于或等于輪胎下沉量,即動(dòng)子與輪胎胎面內(nèi)底之間是彈性碰撞,動(dòng)子收集更多能量。而胎面因?qū)⒛芰總鬟f給動(dòng)子,自身的振動(dòng)振幅大幅減小、振動(dòng)持續(xù)時(shí)間大幅縮短,因安裝直線發(fā)電機(jī)車輪質(zhì)量增加而導(dǎo)致的車輛簧下質(zhì)量增加,從而多了一條將沖擊振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能的傳遞途徑,這樣車輪遇凹凸不平路面對車身的沖擊就減少了,車輛舒適性和車輪觸地時(shí)間都得到提高。
最后說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。