WO2013028092A1 - Piezo-electric source of electrical energy for vehicles - Google Patents

Piezo-electric source of electrical energy for vehicles Download PDF

Info

Publication number
WO2013028092A1
WO2013028092A1 PCT/RU2011/000636 RU2011000636W WO2013028092A1 WO 2013028092 A1 WO2013028092 A1 WO 2013028092A1 RU 2011000636 W RU2011000636 W RU 2011000636W WO 2013028092 A1 WO2013028092 A1 WO 2013028092A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical energy
piezoelectric
energy
vehicle
source
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000636
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Насир Надир оглы ДОСТИЯРИ
Original Assignee
Dostiiari Nasir Nadir Ogly
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dostiiari Nasir Nadir Ogly filed Critical Dostiiari Nasir Nadir Ogly
Priority to PCT/RU2011/000636 priority Critical patent/WO2013028092A1/en
Publication of WO2013028092A1 publication Critical patent/WO2013028092A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K16/00—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind
    • B60K2016/006—Arrangements in connection with power supply of propulsion units in vehicles from forces of nature, e.g. sun or wind wind power driven
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/90—Energy harvesting concepts as power supply for auxiliaries' energy consumption, e.g. photovoltaic sun-roof

Definitions

  • the field of technology relates to piezoelectric converters of mechanical energy into electrical energy, and in particular to piezoelectric sources of electric energy for a vehicle, for example, for a hybrid car using an on-board source of electric energy to recharge power batteries of an electric wheel drive of a vehicle and power on-board vehicle equipment.
  • a piezoceramic DC generator [1] suitable for converting the inertia energy of rotation of the flywheel and the vehicle shafts into electrical energy, contains a cylindrical thin-walled piezoelectric element, two deforming rollers and two current collectors. Upon deformation by rollers of a radially polarized piezoelectric element on the electrodes, which are metallized surfaces, charges arise due to the direct piezoelectric effect, which are transmitted in the form of voltage to the consumer through collector rollers.
  • a piezoelectric direct current generator [2] containing a stator on which a piezoelectric element having the shape of a body of revolution is fixed, and a rotor made in the form of a shaft on which two deforming piezoelectric roller elements are fixed, characterized in that the piezoelectric element is made in it in the form of a bimorph disk fixed in the center, along the edge of which, in the zone of contact with the deforming rollers, there is a flexible insulating gasket.
  • an additional one or several bimorph disk piezoelectric elements are coaxially mounted on the stator, fixed in the center with the possibility of rotation and separated from each other in the center by insulating washers, and along the edge by flexible insulating spacers.
  • Known piezoelectric source of electrical energy suitable for converting the rolling energy, vibration and inertia of rotation of the wheels of a car into electrical energy and containing a wheel with the transformation of energy of mechanical deformation into electrical energy.
  • the wheel contains electrically insulated sections of the cylinder made of piezoelectric material and mounted on a cylindrical substrate on the cavity wall located along the wheel rim and bounded by concentric elastic with its two walls, which are rotation bodies, rigid pushing devices, located on the opposite wall of the cavity and constantly in contact with the convex sides of the sections, as well as a device for removing electrical voltage from the sections.
  • the wheel cavity is formed by concentrically arranged and hermetically connected cylindrical outer and inner wheel rims and is made in the form of a series of interconnected cavities formed by coaxially mounted hollow cylinders and filled with a selected liquid, each section is made of a selected piezoelectric material with tangential polarization, equipped with an elastic substrate and fixed along its extreme generators on the corresponding hollow cylinder, including rims, so that the contact with the liquid the convex side of the section is oval, on the outer rim of the wheel outside the cavity there are pressure devices, each of which is equipped with a pressure rod with the possibility of radial movement of it into the cavity and from the cavity without violating the tightness and without mechanical contact with sections, substrates and coaxial hollow cylinders inside the cavity.
  • a disadvantage of the known piezoelectric source of electric energy for a vehicle is the insufficient electric power output associated with the processing of only part of the mechanical energy of the vehicle’s losses, namely, only the rolling, vibration and inertia energy of the wheels of the car into electrical energy.
  • the electric energy source is designed for a dual purpose, namely, with the function of damping vehicle vibrations and generating electric energy, and its block of piezoelectric transducers of damping energy of mechanical vibrations of the vehicle into electric energy contains at least one ceramic piezoelectric element based on lead zirconate-titanate ( PZT) for installation between the frame and the vehicle suspension.
  • PZT lead zirconate-titanate
  • a disadvantage of the known piezoelectric source of electrical energy for a vehicle adopted as a prototype is the insufficient output power of electrical energy associated with insufficient processing of the mechanical energy of vehicle losses, namely the use of only part of this energy - the damping energy of the vehicle suspension vibration and its elements relative to its frame .
  • the objective of the invention is to increase the output power of a piezoelectric source of electrical energy for a vehicle.
  • the technical result that provides the solution of the problem is to increase the efficiency of converting the mechanical energy of vehicle losses into electrical energy by increasing the types of conversion of mechanical energy of vehicle losses to electrical energy and increasing the number of places to remove this energy in the vehicle.
  • the piezoelectric source of electric energy for vehicles including a block of piezoelectric energy converters of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy, connected through an energy transmission line to an electric energy storage device, each piezoelectric transducer comprising at least one piezoelectric element provided with current collectors for outputting electric energy from its conductive coatings, according to the invention it further comprises a block of piezoelectric transducers of kinetic energy of rolling bearings of a vehicle into electric energy, a unit piezoelectric transducer energy braking vehicle to electric ical energy and / or block of piezoelectric transducers oncoming wind energy into electrical energy, connected through power transmission line with an electrical energy accumulator.
  • the power transmission line is wired and / or wireless.
  • the wireless power transmission line is made by induction or radio frequency.
  • the block of piezoelectric converters of the kinetic energy of the rolling bearings of a vehicle into electrical energy contains at least one piezoelectric element installed between the rolling elements (balls or rollers) and the outer side of the inner race and / or the inner side of the outer race of the bearing.
  • the block of piezoelectric transducers of vehicle braking energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element mounted directly on the vehicle braking means, as well as between the joints of their kinematic units and / or the braking devices themselves, are made of dual functional purpose from a solid piezomaterial and are provided with corresponding conductive coatings and current collectors for the output of electrical energy and for piezoelectric conversion of energy ny into electric energy with simultaneous performance of direct functional purpose.
  • Dual braking functional purposes include details of the mechanical stress of the electrical braking system and / or details of the mechanical and hydraulic stresses of the hydraulic braking system. Details of the mechanical stress of the electrical braking system include the body of the electromagnets and their suspension elements.
  • the block of piezoelectric transducers of headwind energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element in the form of a film of elastic translucent piezomaterial, provided on one side with a self-adhesive film for installation on the vehicle body surface and / or on its glass.
  • the block of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy contains at least one piezoelectric element installed in places of compression, tension, shear, bending and / or torsion of the vehicle body and components and / or the vehicle body and / or its components are made with dual functionality from a solid piezomaterial provided with appropriate conductive coatings and current collectors for outputting electrical energy and for piezoelectric conversion energy mechanical vibrations of the vehicle and its components into electrical energy while performing direct functional purpose.
  • the vehicle body includes a body, frame and / or subframe. Double functional units for damping and piezoelectric conversion of mechanical vibration energy into electrical energy include means of suspension, shock absorption and / or kinematics.
  • Suspension means include ball bearings, elastic pads, steering tips and / or gaskets. Depreciation includes anti-roll bar, elastic steering tips, shock absorbers, springs and / or springs. Kinematic tools include steering gear, hinges, silent blocks, tie rods, differential, gearbox, transfer mechanism, tires, rims, rear and / or front axles.
  • the piezoelectric elements of the piezoelectric transducers are made of ceramic based on lead zirconate titanate (PZT) and / or from a polymeric material based on polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • FIG. 1 is a functional diagram of a piezoelectric electric power source for a vehicle
  • FIG. 2 is an example of the construction of a piezoelectric transducer of rolling energy of a vehicle’s wheels into electrical energy
  • FIG. 3 is an example of a design of a piezoelectric transducer for damping an elastic vehicle pad into electrical energy.
  • the piezoelectric source of electric energy for the vehicle includes means 1 for converting the energy of the parasitic losses of the vehicle arising from the movement of the vehicle and interfering with its movement into electrical energy.
  • Means 1 for the output electrical voltage are connected to the drive 2 of electric energy through line 3 of the transmission of energy of electric current.
  • the power transmission line 3 is wired and / or wireless.
  • the wireless power transmission line 3 is made by induction or radio frequency.
  • Radio frequency line 3 is made of the type “Bluetooth” or “Wai-Fai” in the selected frequency range from the condition of its radio compatibility with means 1 and the exclusion of radio interference to external communication means.
  • Means 1 for converting the energy of vehicle parasitic losses into electrical energy include a block 4 of piezoelectric transducers of kinetic energy of rolling bearings of a vehicle into electric energy, a block 5 of piezoelectric transformers of braking energy of a vehicle into electrical energy, a block of 6 piezoelectric transducers of headwind energy into electrical energy and / or block 7 of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations transport nogo means in electric energy.
  • Piezoelectric elements of piezoelectric transducer blocks 4- ⁇ 7 made of ceramic based on lead zirconate titanate (PZT) and / or from a polymeric material based on polyvinylidene fluoride (PVDF) and equipped with appropriate conductive coatings and current collectors for outputting electrical energy.
  • Block 4 of the piezoelectric transducers of the kinetic energy of the rolling bearings of the vehicle into electrical energy contains (Fig. 2) at least one piezoelectric element 4.1 installed between the rolling elements 4.2 (balls or rollers) and the inner side of the outer race 4.3 of the bearing and / or the outer side of the inner race 4.4 .
  • Piezoelectric elements 4.1 are equipped with appropriate conductive coatings 4.5, flexible wear-resistant insulating gaskets 4.6 and current collectors 4.7 for outputting electrical energy.
  • Block 5 of piezoelectric transducers of vehicle braking energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element mounted directly on the vehicle braking means, and also between the joints of their kinematic units and / or the braking devices themselves are made of dual functional purpose from a solid piezomaterial and are provided with corresponding conductive coatings and current collectors for outputting electrical energy and for piezoelectric conversion of braking energy energy into electric energy with the simultaneous implementation of direct functional purpose.
  • the dual-purpose braking means include mechanical stress parts of the electrical braking system and / or mechanical and hydraulic stress parts of the hydraulic braking system.
  • Block 6 of the piezoelectric transducers of the headwind energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element in the form of a film, for example, of an elastic translucent piezomaterial provided with appropriate conductive coatings of micron thickness and current collectors for outputting electrical energy.
  • the specified piezoelectric element on one side is provided with a self-adhesive film for installation on the surface of the vehicle body and / or on its glass.
  • Block 7 of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy contains at least one piezoelectric element 7.1, installed in the places of compression, tension, shear, bending and / or torsion of the vehicle body and components and / or the vehicle body itself and / or its the nodes are made with dual functional purpose from an elastic piezoelectric material 7.1, equipped with appropriate conductive coatings 7.2 and current collectors 7.3 for outputting electrical energy and for piezoelectric converting the energy of mechanical vibrations of the vehicle and its components into electrical energy with the simultaneous implementation of direct functional purpose - damping.
  • the body of a dual-use vehicle can be completely made of piezomaterial, or individual body elements, a frame and / or a subframe can be made of it.
  • Double functional units for damping and piezoelectric conversion of mechanical vibration energy into electrical energy include means of suspension, shock absorption and / or kinematics.
  • Said dual functional suspension means include ball bearings, elastic cushions, steering tips and / or gaskets.
  • Shock absorbers include anti-roll bars, elastic steering tips, shock absorbers, springs and / or springs.
  • Facilities kinematics include steering gear, hinges, silent blocks, tie rods, differential, gearbox, transfer mechanism, tires, wheel disks, rear and / or front axles.
  • the electrical outputs of blocks 4 + 7 are connected to the drive 2 of electrical energy.
  • the drive 2 is made in the form of a chemical and / or capacitor bank and is equipped with a voltage converter connected at the inputs to the current collectors of the piezoelectric elements of blocks 4 + 7, and at the output, to the electrical terminals of the batteries of the drive 2.
  • the specified invention is not limited to the above examples of its execution.
  • other embodiments of a piezoelectric source of electrical energy for a vehicle are possible.
  • complex kinematic units such as a vehicle gearbox, as well as a crankshaft, connecting rods of an internal combustion engine can be completely made of solid piezomaterial with corresponding conductive coatings of the sides and equipped with current collectors for outputting electric energy from them.
  • a piezoelectric source of electrical energy for a vehicle operates as follows.
  • the piezoelectric elements of the piezoelectric transducers of the units 4 of the means 1 convert the mechanical energy of losses of the corresponding form into electrical energy.
  • the electric voltage from blocks 4 + 7 is transmitted through line 3 to the inputs of drive 2.
  • the voltage converter of drive 2 converts direct current pulses to direct voltage, sums the indicated voltages and recharges the corresponding drive battery 2. This ensures utilization and conversion of the lost energy of tensile and compression mechanical vibrations , tension, shear, bending, torsion, as well as other types of parasitic dynamic deformation vehicle into electrical energy.
  • the invention was developed at the level of a technical proposal, and a prototype of a piezoelectric transducer of vibration energy of a GAZ -31 automobile’s suspension into electrical energy.
  • Micropiezoelectric generator H01L41 / 00, RU 2006113266, 2007.

Abstract

A piezo-electric source of electrical energy for a vehicle comprises means for converting the energy from the parasitic losses of the vehicle, said losses arising on movement of the car and hindering the movement thereof, into electrical energy. The means comprise piezo-electrical energy transducer units converting each of the following into electrical energy: kinetic energy from rolling-contact bearings of the vehicle, braking energy of the vehicle, head wind energy and energy from mechanical oscillations of the vehicle. Piezo-electric elements of the units are made of ceramic on the basis of lead zirconate titanate and/or of a polymeric material on the basis of polyvinylidene fluoride and are provided with corresponding electrically conductive coatings and with current collectors for outputting the electrical energy. The current collectors of the units are connected to an electrical energy store via an electric current power transmission line. The source has an increased power output and can be used for recharging rechargeable batteries, for supplying electrical energy to onboard equipment and for signalling that vehicle components on which the piezo-electric elements are mounted are in working order.

Description

Пьезоэлектрический источник электрической энергии для  Piezoelectric source of electrical energy for
транспортных средств.  Vehicle.
Область техники. Изобретение относится к пьезоэлектрическим преобразователям механической энергии в электрическую энергию, конкретно к пьезоэлектрическим источникам электрической энергии для транспортного средства, например для гибридного автомобиля, использующего бортовой источник электрической энергии для подзарядки силовых аккумуляторов электрического привода колес автомобиля и электропитания бортовой аппаратуры транспортного средства.  The field of technology. The invention relates to piezoelectric converters of mechanical energy into electrical energy, and in particular to piezoelectric sources of electric energy for a vehicle, for example, for a hybrid car using an on-board source of electric energy to recharge power batteries of an electric wheel drive of a vehicle and power on-board vehicle equipment.
Уровень техники. Известны пьезоэлектрические источники электрической энергии, пригодные для зарядки аккумуляторных батарей транспортного средства [1-^9], содержащие не менее одного биморфного пьезоэлемента, электрические выводы которых соединены с накопителем электрической энергии и устройство механической нагрузки пьезоэлемента.  The level of technology. Known piezoelectric sources of electrical energy suitable for charging vehicle batteries [1- ^ 9], containing at least one bimorph piezoelectric element, the electrical terminals of which are connected to the electrical energy storage device and the mechanical load of the piezoelectric element.
Так пьезокерамический генератор постоянного тока [1], пригодный для преобразования энергии инерции вращения маховика и валов автомобиля в электрическую энергию, содержит цилиндрический тонкостенный пьезоэлемент, два деформирующих ролика и два токосъемника. При деформации роликами поляризованного в радиальном направлении пьезоэлемента на электродах, которыми являются металлизированные поверхности, возникают вследствие прямого пьезоэффекта заряды, которые передаются в виде напряжения потребителю через токосъемные ролики.  So a piezoceramic DC generator [1], suitable for converting the inertia energy of rotation of the flywheel and the vehicle shafts into electrical energy, contains a cylindrical thin-walled piezoelectric element, two deforming rollers and two current collectors. Upon deformation by rollers of a radially polarized piezoelectric element on the electrodes, which are metallized surfaces, charges arise due to the direct piezoelectric effect, which are transmitted in the form of voltage to the consumer through collector rollers.
>  >
Недостатками этого пьезоэлектрического источника электрической энергии являются малая надежность вследствие того, что тонкослойное покрытие - электроды пьезоэлемента - быстро будет выведено из строя катящимися нажимными и токосъемными роликами; сложность конструкции; малая эффективность преобразования вследствие того, что при деформации цилиндра в нем имеются зоны сжатия и расширения, в которых при односторонней радиальной поляризации будут возникать одновременно положительные и отрицательные заряды на одном электроде, что приведет к их частичному суммированию, при этом снижается эффективность преобразования. The disadvantages of this piezoelectric source of electrical energy are low reliability due to the fact that a thin layer coating - piezoelectric electrodes - will quickly be disabled by rolling push and slip rings; design complexity; low conversion efficiency due to the fact that during the deformation of the cylinder there are compression and expansion zones in it, which, with unilateral radial polarization, positive and negative charges will simultaneously occur on one electrode, which will lead to their partial summation, while reducing the conversion efficiency.
Указанные недостатки устранены в пьезоэлектрическом генераторе постоянного тока [2], содержащем статор, на котором закреплен пьезоэлемент, имеющий форму тела вращения, и ротор, выполненный в виде вала, на котором закреплены два деформирующих пьезоэлемент ролика, отличающийся тем, что в нем пьезоэлемент выполнен в виде закрепленного в центре биморфного диска, по краю которого, в зоне контакта с деформирующими роликами, имеется гибкая изолирующая прокладка. При этом на статоре соосно установлены дополнительные один или несколько биморфных дисковых пьезоэлементов, закрепленных в центре с возможностью поворота и отделенных друг от друга в центре изолирующими шайбами, а по краю гибкими изолирующими прокладками.  These disadvantages are eliminated in a piezoelectric direct current generator [2], containing a stator on which a piezoelectric element having the shape of a body of revolution is fixed, and a rotor made in the form of a shaft on which two deforming piezoelectric roller elements are fixed, characterized in that the piezoelectric element is made in it in the form of a bimorph disk fixed in the center, along the edge of which, in the zone of contact with the deforming rollers, there is a flexible insulating gasket. At the same time, an additional one or several bimorph disk piezoelectric elements are coaxially mounted on the stator, fixed in the center with the possibility of rotation and separated from each other in the center by insulating washers, and along the edge by flexible insulating spacers.
Недостатком этого пьезоэлектрического источника электрической энергии для транспортного средства является недостаточная выходная мощность электрической энергии, связанная с переработкой только части механической энергии потерь автомобиля, а именно только энергии инерции вращения кинематических элементов и узлов автомобиля.  The disadvantage of this piezoelectric source of electric energy for a vehicle is the insufficient output power of electric energy associated with the processing of only part of the mechanical energy of the vehicle’s losses, namely, only the inertia energy of rotation of the kinematic elements and components of the car.
Известен пьезоэлектрический источник электрической энергии [3], пригодный для преобразования энергии качения, вибрации и инерции вращения колес автомобиля в электрическую энергию и содержащий колесо с трансформацией энергии механической деформации в электрическую. Колесо содержит электрически изолированные секции цилиндра, выполненные из пьезоэлектрического материала и закрепленные на цилиндрической подложке на стенке полости, расположенной вдоль обода колеса и ограниченной концентрическими эластичными своими двумя стенками, являющимися телами вращения, жесткие нажимные устройства, расположенные на противоположной стенке полости и постоянно контактирующие с выпуклыми сторонами секций, а также устройство съема электрического напряжения с секций. При этом полость колеса образована концентрически расположенными и герметично соединенными цилиндрическими внешним и внутренним ободами колеса и выполнена в виде ряда сообщающихся полостей, образованных коаксиально установленными полыми цилиндрами, и заполнена выбранной жидкостью, каждая секция выполнена из выбранного пьезоэлектрического материала с тангенциальной поляризацией, снабжена эластичной подложкой и закреплена по своим крайним образующим на соответствующем полом цилиндре, включая ободы, так, чтобы с жидкостью контактировала выпуклая сторона секции, на внешнем ободе колеса вне полости расположены нажимные устройства, каждое из которых снабжено нажимным штоком с возможностью радиального перемещения его в полость и из полости без нарушения герметичности и без механического контакта с секциями, подложками и коаксиальными полыми цилиндрами внутри полости. Known piezoelectric source of electrical energy [3], suitable for converting the rolling energy, vibration and inertia of rotation of the wheels of a car into electrical energy and containing a wheel with the transformation of energy of mechanical deformation into electrical energy. The wheel contains electrically insulated sections of the cylinder made of piezoelectric material and mounted on a cylindrical substrate on the cavity wall located along the wheel rim and bounded by concentric elastic with its two walls, which are rotation bodies, rigid pushing devices, located on the opposite wall of the cavity and constantly in contact with the convex sides of the sections, as well as a device for removing electrical voltage from the sections. In this case, the wheel cavity is formed by concentrically arranged and hermetically connected cylindrical outer and inner wheel rims and is made in the form of a series of interconnected cavities formed by coaxially mounted hollow cylinders and filled with a selected liquid, each section is made of a selected piezoelectric material with tangential polarization, equipped with an elastic substrate and fixed along its extreme generators on the corresponding hollow cylinder, including rims, so that the contact with the liquid the convex side of the section is oval, on the outer rim of the wheel outside the cavity there are pressure devices, each of which is equipped with a pressure rod with the possibility of radial movement of it into the cavity and from the cavity without violating the tightness and without mechanical contact with sections, substrates and coaxial hollow cylinders inside the cavity.
Недостатком известного пьезоэлектрического источника электрической энергии для транспортного средства является недостаточная выходная мощность электрической энергии, связанная с переработкой только части механической энергии потерь автомобиля, а именно только энергии качения, вибрации и инерции вращения колес автомобиля в электрическую энергию.  A disadvantage of the known piezoelectric source of electric energy for a vehicle is the insufficient electric power output associated with the processing of only part of the mechanical energy of the vehicle’s losses, namely, only the rolling, vibration and inertia energy of the wheels of the car into electrical energy.
Известен пьезоэлектрический источник электрической энергии для транспортного средства [4], включающий блок электромагнитных и блок пьезоэлектрических преобразователей энергии механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию, соединенный через линию передачи энергии с накопителем электрической энергии, причем каждый пьезоэлектрический преобразователь содержит не менее одного пьезоэлемента, снабженного токосъемниками для вывода электрической энергии с его токопроводящих покрытий. При этом источник электрической энергии выполнен двойного назначения, а именно - с функцией демпфирования колебаний транспортного средства и выработки электрической энергии, а его блок пьезоэлектрических преобразователей энергии демпфирования механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию содержит не менее одного керамического пьезоэлемента на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) для установки между рамой и подвеской транспортного средства. A known piezoelectric source of electrical energy for a vehicle [4], including a block of electromagnetic and a block of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy, connected through an energy transmission line with an electric energy storage device, each piezoelectric transducer contains at least one a piezoelectric element equipped with current collectors for outputting electrical energy from its conductive coatings. In this case, the electric energy source is designed for a dual purpose, namely, with the function of damping vehicle vibrations and generating electric energy, and its block of piezoelectric transducers of damping energy of mechanical vibrations of the vehicle into electric energy contains at least one ceramic piezoelectric element based on lead zirconate-titanate ( PZT) for installation between the frame and the vehicle suspension.
Недостатком известного пьезоэлектрического источника электрической энергии для транспортного средства, принятого за прототип, является недостаточная выходная мощность электрической энергии, связанная с недостаточной переработкой механической энергии потерь автомобиля, а именно использованием только части этой энергии - энергии гашения вибрации подвески транспортного средства и его элементов относительно его рамы.  A disadvantage of the known piezoelectric source of electrical energy for a vehicle adopted as a prototype is the insufficient output power of electrical energy associated with insufficient processing of the mechanical energy of vehicle losses, namely the use of only part of this energy - the damping energy of the vehicle suspension vibration and its elements relative to its frame .
Постановка задачи. Задачей изобретения является повышение выходной мощности пьезоэлектрического источника электрической энергии для транспортного средства.  Formulation of the problem. The objective of the invention is to increase the output power of a piezoelectric source of electrical energy for a vehicle.
Техническим результатом, обеспечивающим решение поставленной задачи, - повышение КПД преобразования механической энергии потерь транспортного средства в электрическую за счет увеличения видов преобразования механической энергии потерь автомобиля в электрическую энергию и увеличения количества мест съема этой энергии на автомобиле.  The technical result that provides the solution of the problem is to increase the efficiency of converting the mechanical energy of vehicle losses into electrical energy by increasing the types of conversion of mechanical energy of vehicle losses to electrical energy and increasing the number of places to remove this energy in the vehicle.
Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решение поставленной технической задачи обеспечиваются тем, что пьезоэлектрический источник электрической энергии для транспортных средств, включающий блок пьезоэлектрических преобразователей энергии механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию, соединенный через линию передачи энергии с накопителем электрической энергии, причем каждый пьезоэлектрический преобразователь содержит не менее одного пьезоэлемента, снабженного токосъемниками для вывода электрической энергии с его токопроводящих покрытий, согласно изобретению он дополнительно содержит блок пьезоэлектрических преобразователей кинетической энергии подшипников качения транспортного средства в электрическую энергию, блок пьезоэлектрических преобразователей энергии торможения транспортного средства в электрическую энергию и/или блок пьезоэлектрических преобразователей энергии встречного ветра в электрическую энергию, соединенных через линию передачи энергии с накопителем электрической энергии. The achievement of the claimed technical result and, as a result, the solution of the technical problem is provided by the fact that the piezoelectric source of electric energy for vehicles, including a block of piezoelectric energy converters of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy, connected through an energy transmission line to an electric energy storage device, each piezoelectric transducer comprising at least one piezoelectric element provided with current collectors for outputting electric energy from its conductive coatings, according to the invention it further comprises a block of piezoelectric transducers of kinetic energy of rolling bearings of a vehicle into electric energy, a unit piezoelectric transducer energy braking vehicle to electric ical energy and / or block of piezoelectric transducers oncoming wind energy into electrical energy, connected through power transmission line with an electrical energy accumulator.
При этом линия передачи энергии выполнена проводной и/или беспроводной. Беспроводная линия передачи энергии выполнена индукционной или радиочастотной. Блок пьезоэлектрических преобразователей кинетической энергии подшипников качения транспортного средства в электрическую энергию содержит не менее одного пьезоэлемента, установленного между элементами качения (шариками или роликами) и внешней стороной внутренней обоймы и/или внутренней стороной внешней обоймы подшипника. Блок пьезоэлектрических преобразователей энергии торможения транспортного средства в электрическую энергию содержит не менее одного пьезоэлемента, установленного непосредственно на средствах торможения транспортного средства, а также между сочленениями их кинематических узлов и/или сами устройства торможения выполнены двойного функционального назначения из твердого пьезоматериала и снабжены соответствующими токопроводящими покрытиями и токосъемниками для вывода электрической энергии и для пьезопреобразования энергии торможения в электрическую энергию с одновременным выполнением прямого функционального назначения. Средства торможения двойного функционального назначения включают детали механического напряжения электрической системы торможения и/или детали механического и гидравлического напряжения гидравлической системы торможения. Детали механического напряжения электрической системы торможения включают корпуса электромагнитов и элементы их подвески. Детали механического напряжения гидравлической системы торможения включают тормозной цилиндр и его элементы и/или тормоза колес и его элементы, а гидравлического напряжения - гидропроводы. Блок пьезоэлектрических преобразователей энергии встречного ветра в электрическую энергию содержит не менее одного пьезоэлемента в виде пленки из эластичного светопроницаемого пьезоматериала, снабженной с одной из сторон самоклеющейся пленкой для установки на поверхности кузова транспортного средства и/или на его стеклах. Блок пьезоэлектрических преобразователей энергии механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию, содержит не менее одного пьезоэлемента, установленного в местах сжатия, растяжения, сдвига, изгиба и/или кручения корпуса и узлов транспортного средства и/или сам корпус транспортного средства и/или его узлы выполнены с двойным функциональным назначением из твердого пьезоматериала, снабженного соответствующими токопроводящими покрытиями и токосъемниками для вывода электрической энергии и для пьезопреобразования энергии механических колебаний транспортного средства и его узлов в электрическую энергию с одновременным выполнением прямого функционального назначения. Корпус транспортного средства включает кузов, раму и/или подрамник. Узлы двойного функционального назначения для гашения и пьезопреобразования энергии механических колебаний в электрическую энергию включают средства подвески, амортизации и/или кинематики. Средства подвески включают шаровые опоры, эластичные подушки, рулевые наконечники и/или прокладки. Средства амортизации включают стабилизатор поперечной устойчивости, эластичные рулевые наконечники, амортизаторы, пружины и/или рессоры. Средства кинематики включают рулевой механизм, шарниры, сайлент - блоки, рулевые тяги, дифференциал, редуктор, раздаточный механизм, шины, диски колес, задний и/или передний мосты. Пьезоэлементы пьезоэлектрических преобразователей выполнены из керамики на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) и/или из полимерного материала на основе поливинилиденфторида (ПВДФ). In this case, the power transmission line is wired and / or wireless. The wireless power transmission line is made by induction or radio frequency. The block of piezoelectric converters of the kinetic energy of the rolling bearings of a vehicle into electrical energy contains at least one piezoelectric element installed between the rolling elements (balls or rollers) and the outer side of the inner race and / or the inner side of the outer race of the bearing. The block of piezoelectric transducers of vehicle braking energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element mounted directly on the vehicle braking means, as well as between the joints of their kinematic units and / or the braking devices themselves, are made of dual functional purpose from a solid piezomaterial and are provided with corresponding conductive coatings and current collectors for the output of electrical energy and for piezoelectric conversion of energy ny into electric energy with simultaneous performance of direct functional purpose. Dual braking functional purposes include details of the mechanical stress of the electrical braking system and / or details of the mechanical and hydraulic stresses of the hydraulic braking system. Details of the mechanical stress of the electrical braking system include the body of the electromagnets and their suspension elements. Details of the mechanical stress of the hydraulic braking system include a brake cylinder and its elements and / or wheel brakes and its elements, and hydraulic stress - hydraulic lines. The block of piezoelectric transducers of headwind energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element in the form of a film of elastic translucent piezomaterial, provided on one side with a self-adhesive film for installation on the vehicle body surface and / or on its glass. The block of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy, contains at least one piezoelectric element installed in places of compression, tension, shear, bending and / or torsion of the vehicle body and components and / or the vehicle body and / or its components are made with dual functionality from a solid piezomaterial provided with appropriate conductive coatings and current collectors for outputting electrical energy and for piezoelectric conversion energy mechanical vibrations of the vehicle and its components into electrical energy while performing direct functional purpose. The vehicle body includes a body, frame and / or subframe. Double functional units for damping and piezoelectric conversion of mechanical vibration energy into electrical energy include means of suspension, shock absorption and / or kinematics. Suspension means include ball bearings, elastic pads, steering tips and / or gaskets. Depreciation includes anti-roll bar, elastic steering tips, shock absorbers, springs and / or springs. Kinematic tools include steering gear, hinges, silent blocks, tie rods, differential, gearbox, transfer mechanism, tires, rims, rear and / or front axles. The piezoelectric elements of the piezoelectric transducers are made of ceramic based on lead zirconate titanate (PZT) and / or from a polymeric material based on polyvinylidene fluoride (PVDF).
Доказательство достижения технического результата и решения поставленной технической задачи. Дополнительное введение блока пьезоэлектрических преобразователей кинетической энергии подшипников качения транспортного средства в электрическую энергию, блока пьезоэлектрических преобразователей энергии торможения транспортного средства в электрическую энергию, блока пьезоэлектрических преобразователей энергии встречного ветра в электрическую энергию, а также, установка пьезоэлементов блока пьезоэлектрических преобразователей энергии механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию в местах сжатия, растяжения, сдвига, изгиба и/или кручения корпуса и узлов транспортного средства и/или выполнение корпуса транспортного средства и/или его узлов из твердого пьезоматериала, снабженного соответствующими токопроводящими покрытиями и токосъемниками для вывода электрической энергии и для пьезопреобразования энергии механических колебаний транспортного средства и его узлов в электрическую энергию с одновременным выполнением прямого функционального назначения позволяют повысить КПД преобразования механической энергии потерь транспортного средства в электрическую энергию за счет увеличения видов преобразования механической энергии потерь автомобиля в электрическую энергию, за счет увеличения количества мест съема этой энергии на транспортном средстве. Следствием этого является повышение выходной мощности пьезоэлектрического источника электрической энергии для транспортного средства и решение поставленной технической задачи. Proof of achieving a technical result and solving a technical problem. Additional introduction of the block of piezoelectric transducers of kinetic energy of rolling bearings of the vehicle into electrical energy, the block of piezoelectric transformers of energy of braking the vehicle into electrical energy, the block of piezoelectric transducers of headwind energy into electrical energy, as well as the installation of piezoelectric elements of the block of piezoelectric transformers of mechanical energy of the vehicle in electric energy in the places of compression, p tension, shear, bending and / or torsion of the vehicle body and components and / or the vehicle body and / or its components are made of solid piezomaterial provided with appropriate conductive coatings and current collectors for outputting electrical energy and for piezically transforming the energy of mechanical vibrations of the vehicle and nodes into electrical energy with the simultaneous implementation of direct functional purpose can increase the efficiency of conversion of mechanical energy losses transport means to electric energy due to an increase in the types of conversion of mechanical energy of vehicle losses into electrical energy, due to an increase in the number of places where this energy is removed on a vehicle. The consequence of this is an increase in power output. a piezoelectric source of electrical energy for a vehicle and the solution of a technical problem.
Ссылка на чертежи. На фиг. 1 представлена функциональная схема пьезоэлектрического источникам электрической энергии для транспортного средства, на фиг. 2 - пример конструкции пьезопреобразователя энергии качения колес транспортного средства в электрическую энергию, на фиг. 3 - пример конструкции пьезопреобразователя энергии демпфирования эластичной подушки транспортного средства в электрическую энергию.  Link to the drawings. In FIG. 1 is a functional diagram of a piezoelectric electric power source for a vehicle; FIG. 2 is an example of the construction of a piezoelectric transducer of rolling energy of a vehicle’s wheels into electrical energy, FIG. 3 is an example of a design of a piezoelectric transducer for damping an elastic vehicle pad into electrical energy.
Описание в статике. Пьезоэлектрический источник электрической энергии для транспортного средства включает средства 1 преобразования энергии паразитных потерь транспортного средства, возникающих при движении автомобиля и мешающих его движению, в электрическую энергию. Средства 1 по выходному электрическому напряжению соединены с накопителем 2 электрической энергии через линию 3 передачи энергии электрического тока. Линия 3 передачи энергии выполнена проводной и/или беспроводной. При этом беспроводная линия 3 передачи энергии выполнена индукционной или радиочастотной. Радиочастотная линия 3 выполнена типа «Блютуз» или «Вай - Фай» в выделенном диапазоне частот из условия её радиосовместимости со средствами 1 и исключения радиопомех внешним средствам связи. Средства 1 преобразования энергии паразитных потерь транспортного средства в электрическую энергию включают блок 4 пьезоэлектрических преобразователей кинетической энергии подшипников качения транспортного средства в электрическую энергию, блок 5 пьезоэлектрических преобразователей энергии торможения транспортного средства в электрическую энергию, блок 6 пьезоэлектрических преобразователей энергии встречного ветра в электрическую энергию и/или блок 7 пьезоэлектрических преобразователей энергии механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию. Пьезоэлементы пьезоэлектрических преобразователей блоков 4-^7 выполнены из керамики на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) и/или из полимерного материала на основе поливинилиденфторида (ПВДФ) и снабжены соответствующими токопроводящими покрытиями и токосъемниками для вывода электрической энергии. Блок 4 пьезоэлектрических преобразователей кинетической энергии подшипников качения транспортного средства в электрическую энергию содержит (фиг. 2) не менее одного пьезоэлемента 4.1, установленного между элементами 4.2 качения (шариками или роликами) и внутренней стороной внешней обоймы 4.3 подшипника и/или внешней стороной внутренней обоймы 4.4. Пьезоэлементы 4.1 снабжены соответствующими токопроводящими покрытиями 4.5, гибкими износоустойчивыми изолирующими прокладками 4.6 и токосъемниками 4.7 для вывода электрической энергии. Блок 5 пьезоэлектрических преобразователей энергии торможения транспортного средства в электрическую энергию содержит не менее одного пьезоэлемента, установленного непосредственно на средствах торможения транспортного средства, а также между сочленениями их кинематических узлов и/или сами устройства торможения выполнены двойного функционального назначения из твердого пьезоматериала и снабжены соответствующими токопроводящими покрытиями и токосъемниками для вывода электрической энергии и для пьезопреобразования энергии торможения в электрическую энергию с одновременным выполнением прямого функционального назначения. Средства торможения двойного функционального назначения включают детали механического напряжения электрической системы торможения и/или детали механического и гидравлического напряжения гидравлической системы торможения. Детали механического напряжения электрической системы торможения включают корпуса электромагнитов и элементы их подвески. Детали механического напряжения гидравлической системы торможения включают тормозной цилиндр и его элементы и/или тормоза колес и его элементы, а гидравлического напряжения - гидропроводы (на фигурах не показано). Блок 6 пьезоэлектрических преобразователей энергии встречного ветра в электрическую энергию содержит не менее одного пьезоэлемента в виде пленки, например из эластичного светопроницаемого пьезоматериала, снабженной соответствующими токопроводящими покрытиями микронной толщины и токосъемниками для вывода электрической энергии. Указанный пьезоэлемент с одной из сторон снабжен самоклеющейся пленкой для установки на поверхности кузова транспортного средства и/или на его стеклах. Блок 7 пьезоэлектрических преобразователей энергии механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию, содержит не менее одного пьезоэлемента 7.1 , установленного в местах сжатия, растяжения, сдвига, изгиба и/или кручения корпуса и узлов транспортного средства и/или сам корпус транспортного средства и/или его узлы выполнены с двойным функциональным назначением из эластичного пьезоматериала 7.1, снабженного соответствующими токопроводящими покрытиями 7.2 и токосъемниками 7.3 для вывода электрической энергии и для пьезопреобразования энергии механических колебаний транспортного средства и его узлов в электрическую энергию с одновременным выполнением прямого функционального назначения - демпфирования. Корпус транспортного средства двойного назначения может быть полностью выполнен из пьезоматериала или из него могут быть выполнены отдельные элементы кузова, рама и/или подрамник. Узлы двойного функционального назначения для гашения и пьезопреобразования энергии механических колебаний в электрическую энергию включают средства подвески, амортизации и/или кинематики. Указанные средства подвески двойного функционального назначения включают шаровые опоры, эластичные подушки, рулевые наконечники и/или прокладки. Средства амортизации включают стабилизатор поперечной устойчивости, эластичные рулевые наконечники, амортизаторы, пружины и/или рессоры. Средства кинематики включают рулевой механизм, шарниры, сайлент - блоки, рулевые тяги, дифференциал, редуктор, раздаточный механизм, шины, диски колес задний и/или передний мосты. Электрические выходы блоков 4+7 соединены с накопителем 2 электрической энергии. Накопитель 2 выполнен в виде химического и/или конденсаторного аккумулятора и снабжен преобразователем напряжений, соединенным по входам с токосъемниками пьезоэлементов блоков 4+7, а по выходу - с электрическими выводами аккумуляторов накопителя 2. Description in statics. The piezoelectric source of electric energy for the vehicle includes means 1 for converting the energy of the parasitic losses of the vehicle arising from the movement of the vehicle and interfering with its movement into electrical energy. Means 1 for the output electrical voltage are connected to the drive 2 of electric energy through line 3 of the transmission of energy of electric current. The power transmission line 3 is wired and / or wireless. In this case, the wireless power transmission line 3 is made by induction or radio frequency. Radio frequency line 3 is made of the type “Bluetooth” or “Wai-Fai” in the selected frequency range from the condition of its radio compatibility with means 1 and the exclusion of radio interference to external communication means. Means 1 for converting the energy of vehicle parasitic losses into electrical energy include a block 4 of piezoelectric transducers of kinetic energy of rolling bearings of a vehicle into electric energy, a block 5 of piezoelectric transformers of braking energy of a vehicle into electrical energy, a block of 6 piezoelectric transducers of headwind energy into electrical energy and / or block 7 of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations transport nogo means in electric energy. Piezoelectric elements of piezoelectric transducer blocks 4- ^ 7 made of ceramic based on lead zirconate titanate (PZT) and / or from a polymeric material based on polyvinylidene fluoride (PVDF) and equipped with appropriate conductive coatings and current collectors for outputting electrical energy. Block 4 of the piezoelectric transducers of the kinetic energy of the rolling bearings of the vehicle into electrical energy contains (Fig. 2) at least one piezoelectric element 4.1 installed between the rolling elements 4.2 (balls or rollers) and the inner side of the outer race 4.3 of the bearing and / or the outer side of the inner race 4.4 . Piezoelectric elements 4.1 are equipped with appropriate conductive coatings 4.5, flexible wear-resistant insulating gaskets 4.6 and current collectors 4.7 for outputting electrical energy. Block 5 of piezoelectric transducers of vehicle braking energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element mounted directly on the vehicle braking means, and also between the joints of their kinematic units and / or the braking devices themselves are made of dual functional purpose from a solid piezomaterial and are provided with corresponding conductive coatings and current collectors for outputting electrical energy and for piezoelectric conversion of braking energy energy into electric energy with the simultaneous implementation of direct functional purpose. The dual-purpose braking means include mechanical stress parts of the electrical braking system and / or mechanical and hydraulic stress parts of the hydraulic braking system. Details of the mechanical stress of the electrical braking system include the body of the electromagnets and their suspension elements. Details of the mechanical stress of the hydraulic braking system include a brake cylinder and its elements and / or wheel brakes and its elements, and hydraulic stress - hydraulic lines (not shown in the figures). Block 6 of the piezoelectric transducers of the headwind energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element in the form of a film, for example, of an elastic translucent piezomaterial provided with appropriate conductive coatings of micron thickness and current collectors for outputting electrical energy. The specified piezoelectric element on one side is provided with a self-adhesive film for installation on the surface of the vehicle body and / or on its glass. Block 7 of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy, contains at least one piezoelectric element 7.1, installed in the places of compression, tension, shear, bending and / or torsion of the vehicle body and components and / or the vehicle body itself and / or its the nodes are made with dual functional purpose from an elastic piezoelectric material 7.1, equipped with appropriate conductive coatings 7.2 and current collectors 7.3 for outputting electrical energy and for piezoelectric converting the energy of mechanical vibrations of the vehicle and its components into electrical energy with the simultaneous implementation of direct functional purpose - damping. The body of a dual-use vehicle can be completely made of piezomaterial, or individual body elements, a frame and / or a subframe can be made of it. Double functional units for damping and piezoelectric conversion of mechanical vibration energy into electrical energy include means of suspension, shock absorption and / or kinematics. Said dual functional suspension means include ball bearings, elastic cushions, steering tips and / or gaskets. Shock absorbers include anti-roll bars, elastic steering tips, shock absorbers, springs and / or springs. Facilities kinematics include steering gear, hinges, silent blocks, tie rods, differential, gearbox, transfer mechanism, tires, wheel disks, rear and / or front axles. The electrical outputs of blocks 4 + 7 are connected to the drive 2 of electrical energy. The drive 2 is made in the form of a chemical and / or capacitor bank and is equipped with a voltage converter connected at the inputs to the current collectors of the piezoelectric elements of blocks 4 + 7, and at the output, to the electrical terminals of the batteries of the drive 2.
Указанное изобретение не ограничивается вышеприведенными примерами его исполнения. В рамках данного изобретения возможны и другие варианты исполнения пьезоэлектрического источника электрической энергии для транспортного средства. Так сложные кинематические узлы, как коробка передач транспортного средства, а также коленчатый вал, шатуны двигателя внутреннего сгорания могут быть полностью изготовлены из твердого пьезоматериала с соответствующими токопроводящими покрытиями сторон и снабжены токосъемниками для вывода с них электрической энергии.  The specified invention is not limited to the above examples of its execution. In the framework of this invention, other embodiments of a piezoelectric source of electrical energy for a vehicle are possible. So complex kinematic units, such as a vehicle gearbox, as well as a crankshaft, connecting rods of an internal combustion engine can be completely made of solid piezomaterial with corresponding conductive coatings of the sides and equipped with current collectors for outputting electric energy from them.
Описание в динамике. Пьезоэлектрический источник электрической энергии для транспортного средства работает следующим образом. При движении транспорта пьезоэлементы пьезоэлектрических преобразователей блоков 4 средств 1 преобразуют механическую энергию потерь соответствующего вида в электрическую энергию. Электрическое напряжение с блоков 4+7 передается через линию 3 на входы накопителя 2. Преобразователь напряжений накопителя 2 преобразует импульсы постоянного тока в постоянное напряжение, суммирует указанные напряжения и подзаряжает соответствующий аккумулятор накопителя 2. Этим обеспечивается утилизация и преобразование теряемой энергии механических колебаний растяжения, сжатия, растяжения, сдвига, изгиба, кручения, а также других видов паразитной динамической деформации транспортного средства в электрическую энергию. Одновременно обеспечивается утилизация и преобразование теряемой кинетической энергии качения, паразитной энергии встречного ветра, и преобразовании их в электрическую энергию, пригодную для подзарядки аккумуляторов транспортного средства, электропитания ее бортовой аппаратуры и контроля работы соответствующих механизмов транспортного средства, на которых установлены пьезоэлементы блоков 4-^7. Description in dynamics. A piezoelectric source of electrical energy for a vehicle operates as follows. When the vehicle is moving, the piezoelectric elements of the piezoelectric transducers of the units 4 of the means 1 convert the mechanical energy of losses of the corresponding form into electrical energy. The electric voltage from blocks 4 + 7 is transmitted through line 3 to the inputs of drive 2. The voltage converter of drive 2 converts direct current pulses to direct voltage, sums the indicated voltages and recharges the corresponding drive battery 2. This ensures utilization and conversion of the lost energy of tensile and compression mechanical vibrations , tension, shear, bending, torsion, as well as other types of parasitic dynamic deformation vehicle into electrical energy. At the same time, utilization and conversion of the lost kinetic energy of rolling, parasitic energy of the headwind, and their conversion into electrical energy suitable for recharging the batteries of the vehicle, powering its on-board equipment and monitoring the operation of the respective vehicle mechanisms on which the piezoelectric elements of blocks 4- ^ 7 are provided .
Изобретение разработано на уровне технического предложения, и опытного образца пьезоэлектрического преобразователя энергии вибрации подвески автомобиля ГАЗ -31 в электрическую энергию.  The invention was developed at the level of a technical proposal, and a prototype of a piezoelectric transducer of vibration energy of a GAZ -31 automobile’s suspension into electrical energy.
Источники информации:  Information sources:
1. Генератор постоянного тока. RU 699590, МПК: H02N2/18,  1. DC generator. RU 699590, IPC: H02N2 / 18,
H01L41/113, 1979.  H01L41 / 113, 1979.
2. ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО  2. PIEZOELECTRIC GENERATOR OF CONSTANT
ТОКА. RU 21 13757, H02N2/18, 1998  CURRENT. RU 21 13757, H02N2 / 18, 1998
3. КОЛЕСО С ТРАНСФОРМАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ  3. WHEEL WITH ENERGY TRANSFORMATION
МЕХАНИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ. RU 95106708, 1997.  OF MECHANICAL DEFORMATION IN ELECTRIC ENERGY. RU 95106708, 1997.
4. ДЕМПФЕР МАШИНЫ (ВАРИАНТЫ) И СИСТЕМА ДЛЯ  4. MACHINE DAMPER (OPTIONS) AND SYSTEM FOR
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВИБРАЦИИ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ ДЕМПФЕР. RU 2421629, МПК: F03G7/08, Н02К35/04, 2010.  USING VIBRATION ENERGY CONTAINING SUCH DUMP. RU 2421629, IPC: F03G7 / 08, Н02К35 / 04, 2010.
5. ВИБРАЦИОННОЕ ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ. RU  5. VIBRATION ENERGY GENERATION. RU
2009109195, 2010.  2009109195, 2010.
6. СИСТЕМА С ВЫСОКИМ ИМПЕДАНСОМ ДЛЯ  6. HIGH IMPEDANCE SYSTEM FOR
ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ И СПОСОБ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. RU 2008121962, 2009. УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ. RU 20081 16682, 2009. ELECTRIC FIELDS GENERATION AND METHOD FOR ITS USE. RU 2008121962, 2009. IMPROVED ELECTRICITY PRODUCTION FOR TECHNOLOGICAL DEVICES. RU 20081 16682, 2009.
Микропьезоэлектрический генератор. H01L41/00, RU 2006113266, 2007. Micropiezoelectric generator. H01L41 / 00, RU 2006113266, 2007.
Energy harvester with adjustable resonant frequency. WO2006046937, МПК: B60C23/04, H01L41/053, H01L41/113, 2009. Energy harvester with adjustable resonant frequency. WO2006046937, IPC: B60C23 / 04, H01L41 / 053, H01L41 / 113, 2009.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Пьезоэлектрический источник электрической энергии для транспортных средств, включающий блок пьезоэлектрических преобразователей энергии механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию, соединенный через линию передачи энергии с накопителем электрической энергии, причем каждый пьезоэлектрический преобразователь содержит не менее одного пьезоэлемента, снабженного токосъемниками для вывода электрической энергии с его токопроводящих покрытий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок пьезоэлектрических преобразователей кинетической энергии подшипников качения транспортного средства в электрическую энергию, блок пьезоэлектрических преобразователей энергии торможения транспортного средства в электрическую энергию и/или блок пьезоэлектрических преобразователей энергии встречного ветра в электрическую энергию, соединенных через линию передачи энергии с накопителем электрической энергии.  1. A piezoelectric source of electric energy for vehicles, comprising a block of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy connected through an energy transmission line to an electric energy storage device, each piezoelectric transducer comprising at least one piezoelectric element equipped with current collectors for outputting electric energy with its conductive coatings, characterized in that it further comprises a piezoelectric block ble converters kinetic energy of the rolling bearing of the vehicle into electrical energy, a block of piezoelectric transducers vehicle braking energy into electrical energy and / or block of piezoelectric transducers oncoming wind energy into electrical energy, connected through power transmission line with an electrical energy accumulator.
2. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что линия передачи энергии выполнена проводной и/или беспроводной, при этом беспроводная линия передачи энергии выполнена индукционной или радиочастотной.  2. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 1, characterized in that the power transmission line is wired and / or wireless, while the wireless power transmission line is made by induction or radio frequency.
3. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что блок пьезоэлектрических преобразователей кинетической энергии подшипников качения транспортного средства в электрическую энергию содержит не менее одного пьезоэлемента, установленного между элементами качения (шариками или роликами) и внешней стороной внутренней обоймы и/или внутренней стороной внешней обоймы подшипника.  3. The piezoelectric source of electric energy according to claim 1, characterized in that the block of piezoelectric converters of the kinetic energy of the rolling bearings of the vehicle into electrical energy contains at least one piezoelectric element installed between the rolling elements (balls or rollers) and the outer side of the inner race and / or the inner side of the outer race of the bearing.
4. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что блок пьезоэлектрических преобразователей энергии торможения транспортного средства в электрическую энергию содержит не менее одного пьезоэлемента, установленного непосредственно на средствах торможения транспортного средства, а также между сочленениями их кинематических узлов и/или сами устройства торможения выполнены двойного функционального назначения из твердого пьезоматериала и снабжены соответствующими токопроводящими покрытиями и токосъемниками для вывода электрической энергии и для пьезопреобразования энергии торможения в электрическую энергию с одновременным выполнением прямого функционального назначения. 4. A piezoelectric source of electrical energy according to claim 1, characterized in that the block of piezoelectric transducers the vehicle’s braking energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element mounted directly on the vehicle’s braking means, as well as between the joints of their kinematic units and / or the braking devices themselves are made of dual functional purpose from a solid piezomaterial and are equipped with corresponding conductive coatings and current collectors for output electrical energy and for piezoelectric conversion of braking energy into electrical energy simultaneously m performing direct functional purpose.
5. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 4, отличающийся тем, что средства торможения двойного функционального назначения включают детали механического напряжения электрической системы торможения и/или детали механического и гидравлического напряжения гидравлической системы торможения.  5. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 4, characterized in that the dual-purpose braking means include mechanical stress parts of the electrical braking system and / or mechanical and hydraulic stress parts of the hydraulic braking system.
6. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 4, отличающийся тем, что детали механического напряжения электрической системы торможения включают корпуса электромагнитов и элементы их подвески.  6. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 4, characterized in that the details of the mechanical stress of the electrical braking system include the body of the electromagnets and their suspension elements.
7. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 4, отличающийся тем, что детали механического напряжения гидравлической системы торможения включают тормозной цилиндр и его элементы и/или тормоза колес и его элементы, а гидравлического напряжения - гидропроводы.  7. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 4, characterized in that the details of the mechanical stress of the hydraulic braking system include a brake cylinder and its elements and / or wheel brakes and its elements, and hydraulic voltage - hydraulic lines.
8. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что блок пьезоэлектрических преобразователей энергии встречного ветра в электрическую энергию содержит не менее одного пьезоэлемента в виде пленки из эластичного светопроницаемого пьезоматериала, снабженной с одной из сторон самоклеющейся пленкой для установки на поверхности кузова транспортного средства и/или на его стеклах. 8. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 1, characterized in that the block of piezoelectric transducers of the headwind energy into electrical energy contains at least one piezoelectric element in the form of a film of elastic translucent piezoelectric material provided on one side with a self-adhesive film for installation on the surface of the vehicle body and / or on its windows.
9. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что блок пьезоэлектрических преобразователей энергии механических колебаний транспортного средства в электрическую энергию, содержит не менее одного пьезоэлемента, установленного в местах сжатия, растяжения, сдвига, изгиба и/или кручения корпуса и узлов транспортного средства и/или сам корпус транспортного средства и/или его узлы выполнены с двойным функциональным назначением из твердого пьезоматериала, снабженного соответствующими токопроводящими покрытиями и токосъемниками для вывода электрической энергии и для пьезопреобразования энергии механических колебаний транспортного средства и его узлов в электрическую энергию с одновременным выполнением прямого функционального назначения.  9. The piezoelectric source of electric energy according to claim 1, characterized in that the block of piezoelectric transducers of energy of mechanical vibrations of the vehicle into electrical energy, contains at least one piezoelectric element installed in the places of compression, tension, shear, bending and / or torsion of the body and nodes of the vehicle and / or the vehicle body and / or its components are made with double functional purpose of a solid piezomaterial provided with appropriate conductive coatings iyami current collectors and for outputting electrical energy and mechanical energy pezopreobrazovaniya oscillations of the vehicle and its components into electrical energy while performing direct functional purpose.
10. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 9, отличающийся тем, что корпус транспортного средства включает кузов, раму и/или подрамник.  10. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 9, characterized in that the vehicle body includes a body, frame and / or subframe.
11. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 9, отличающийся тем, что узлы двойного функционального назначения включают средства подвески, амортизации и/или кинематики.  11. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 9, characterized in that the nodes of dual functional purpose include means of suspension, depreciation and / or kinematics.
12. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 1 1, отличающийся тем, что средства подвески включают шаровые опоры, эластичные подушки, рулевые наконечники и/или прокладки.  12. The piezoelectric source of electrical energy according to p. 1 1, characterized in that the suspension means include ball bearings, elastic cushions, steering tips and / or gaskets.
13. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 11, отличающийся тем, что средства амортизации включают стабилизатор поперечной устойчивости, эластичные рулевые наконечники, амортизаторы, пружины и/или рессоры.  13. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 11, characterized in that the depreciation means include a stabilizer bar, elastic steering tips, shock absorbers, springs and / or springs.
14. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 11, отличающийся тем, что средства кинематики включают рулевой механизм, шарниры, сайлент - блоки, рулевые тяги, дифференциал, редуктор, раздаточный механизм, шины, диски колес задний и/или передний мосты. 14. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 11, characterized in that the kinematics include a steering gear, hinges, silent - blocks, tie rods, differential, gearbox, transfer mechanism, tires, rims, rear and / or front axles.
15. Пьезоэлектрический источник электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что пьезоэлементы пьезоэлектрических преобразователей выполнены из керамики на основе цирконата-титаната свинца (ЦТС) и/или из полимерного материала на основе поливинилиденфторида (ПВДФ).  15. The piezoelectric source of electrical energy according to claim 1, characterized in that the piezoelectric elements of the piezoelectric transducers are made of ceramic based on lead zirconate titanate (PZT) and / or from a polymeric material based on polyvinylidene fluoride (PVDF).
PCT/RU2011/000636 2011-08-24 2011-08-24 Piezo-electric source of electrical energy for vehicles WO2013028092A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/000636 WO2013028092A1 (en) 2011-08-24 2011-08-24 Piezo-electric source of electrical energy for vehicles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/000636 WO2013028092A1 (en) 2011-08-24 2011-08-24 Piezo-electric source of electrical energy for vehicles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013028092A1 true WO2013028092A1 (en) 2013-02-28

Family

ID=47746672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000636 WO2013028092A1 (en) 2011-08-24 2011-08-24 Piezo-electric source of electrical energy for vehicles

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013028092A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3151372A4 (en) * 2014-09-04 2017-08-23 LG Chem, Ltd. Vehicle auxiliary generator for generating power through inertial force
RU173915U1 (en) * 2017-01-20 2017-09-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" POWER SUPPLY DEVICE FOR DIAGNOSTING THE TECHNICAL CONDITION OF THE CARGO WAGON
CN112639317A (en) * 2018-08-29 2021-04-09 米巴滑动轴承奥地利有限公司 Sliding bearing assembly
WO2021094049A1 (en) * 2019-11-11 2021-05-20 Volvo Truck Corporation Piezoelectric energy harvesting system for use in vehicle
US11541873B2 (en) 2019-10-21 2023-01-03 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for monitoring degradation associated with mounts for torque-supplying devices

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1597302A1 (en) * 1988-04-26 1990-10-07 Рижский политехнический институт им.А.Я.Пельше Self-contained piezoelectric source of power supply for vehicle
JPH04285480A (en) * 1991-03-14 1992-10-09 Sadayuki Ueha Braking method, brake, brake generating method and brake generator
RU2048997C1 (en) * 1992-10-22 1995-11-27 Пименов Борис Иванович Vehicle
RU2223574C2 (en) * 1998-01-22 2004-02-10 Роберт Бош Гмбх Piezoelectric drive
DE202004009637U1 (en) * 2004-06-18 2004-09-23 Jäger, Frank-Michael Hydraulic cylinders monitoring system e.g. for monitoring position of a piston, has ultrasonic sensors divided into segments, and located on cylinder walls and applied using self adhesive carriers
RU2262157C1 (en) * 2004-03-31 2005-10-10 Российская Федерация от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ Piezoelectric transducer
EP2151346A1 (en) * 2008-08-08 2010-02-10 Ludwig Laxhuber System for using the air pressure acting on a moving vehicle to produce energy
US7679271B2 (en) * 2005-04-27 2010-03-16 Drexel University Piezoelectric powered vehicles and motors
RU2421629C2 (en) * 2006-08-14 2011-06-20 Роузмаунт, Инк. Damper of machine (versions) and system for utilisation of vibration energy equipped with such damper

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1597302A1 (en) * 1988-04-26 1990-10-07 Рижский политехнический институт им.А.Я.Пельше Self-contained piezoelectric source of power supply for vehicle
JPH04285480A (en) * 1991-03-14 1992-10-09 Sadayuki Ueha Braking method, brake, brake generating method and brake generator
RU2048997C1 (en) * 1992-10-22 1995-11-27 Пименов Борис Иванович Vehicle
RU2223574C2 (en) * 1998-01-22 2004-02-10 Роберт Бош Гмбх Piezoelectric drive
RU2262157C1 (en) * 2004-03-31 2005-10-10 Российская Федерация от имени которой выступает государственный заказчик - Министерство Российской Федерации по атомной энергии - Минатом РФ Piezoelectric transducer
DE202004009637U1 (en) * 2004-06-18 2004-09-23 Jäger, Frank-Michael Hydraulic cylinders monitoring system e.g. for monitoring position of a piston, has ultrasonic sensors divided into segments, and located on cylinder walls and applied using self adhesive carriers
US7679271B2 (en) * 2005-04-27 2010-03-16 Drexel University Piezoelectric powered vehicles and motors
RU2421629C2 (en) * 2006-08-14 2011-06-20 Роузмаунт, Инк. Damper of machine (versions) and system for utilisation of vibration energy equipped with such damper
EP2151346A1 (en) * 2008-08-08 2010-02-10 Ludwig Laxhuber System for using the air pressure acting on a moving vehicle to produce energy

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3151372A4 (en) * 2014-09-04 2017-08-23 LG Chem, Ltd. Vehicle auxiliary generator for generating power through inertial force
US10305398B2 (en) 2014-09-04 2019-05-28 Lg Chem, Ltd. Auxiliary generator for vehicle that generates electric power using inertial force
RU173915U1 (en) * 2017-01-20 2017-09-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный университет путей сообщения" POWER SUPPLY DEVICE FOR DIAGNOSTING THE TECHNICAL CONDITION OF THE CARGO WAGON
CN112639317A (en) * 2018-08-29 2021-04-09 米巴滑动轴承奥地利有限公司 Sliding bearing assembly
CN112639317B (en) * 2018-08-29 2022-11-08 米巴滑动轴承奥地利有限公司 Sliding bearing assembly
US11541873B2 (en) 2019-10-21 2023-01-03 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for monitoring degradation associated with mounts for torque-supplying devices
WO2021094049A1 (en) * 2019-11-11 2021-05-20 Volvo Truck Corporation Piezoelectric energy harvesting system for use in vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Iqbal et al. Vibration‐based piezoelectric, electromagnetic, and hybrid energy harvesters for microsystems applications: A contributed review
Zou et al. Mechanical modulations for enhancing energy harvesting: Principles, methods and applications
Siang et al. Review of vibration‐based energy harvesting technology: Mechanism and architectural approach
WO2013028092A1 (en) Piezo-electric source of electrical energy for vehicles
US7260984B2 (en) Power generation utilizing tire pressure changes
US7508085B2 (en) Flexible member energy conversion device
US9385636B2 (en) Transport vehicle, charging system and electricity-generating tire
CN201685709U (en) Vibration type generating device
CN103889786A (en) Vehicle charging device
RU112507U1 (en) PIEZOELECTRIC SOURCE OF ELECTRIC ENERGY FOR DOSTIYARI VEHICLES
CN104412504A (en) Power generation device
CN107288820A (en) A kind of wind power generation plant based on dielectric elastomer
Germer et al. Energy harvesting for tire pressure monitoring systems from a mechanical energy point of view
CN101973203A (en) Pure self-power generation environmental-friendly electric automobile without additional charge
Darabseh et al. Energy harvesting from car suspension system: Mathematical approach for half car model
CN101177123B (en) Accumulated energy type power generation system with incabloc function for automobile
CN208180681U (en) A kind of double-deck generating tire based on PVDF
CN210075112U (en) Layered magnetoelectric composite material energy harvester
CA3044921A1 (en) Motor vehicle with unlimited autonomy & amp; zero pollution
Tang et al. Towards meso and macro scale energy harvesting of vibration
KR101217128B1 (en) Self-generation appatarus for automobile
CN101020419A (en) Gravitational energy electromobile
Makki et al. Piezoelectric power generation in tires
US9694690B2 (en) Method and apparatus for generation, transmission and storage of electric energy
CN112271874A (en) Gravity energy generator for motor vehicle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11871277

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 20/08/2014)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11871277

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1