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一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机

阅读:104发布:2023-03-04

专利汇可以提供一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种面向胎压监测 传感器 供能的多模式复合发 电机 ,以解决当前用于胎压传感器供能存在的俘能方式单一、 能量 转换效率低等问题。本发明由壳体、压电发电组件、圆柱磁 铁 Ⅰ、电磁线圈、圆柱筒和摩擦发电单元组成。复合发电机随 车轮 的转动,圆柱 磁铁 Ⅰ在自身重 力 的作用下在圆柱筒内上下运动,与外侧的电磁线圈和压电发电部分相互作用,进而实现电磁发电和压电发电;同时,圆柱磁铁作用于摩擦发电单元,进而实现 接触 -分离式摩擦发电。本发明设计的多模式复合发电机实现了不同发电模式的有效结合,克服了单一的俘能方式,提高了能量的转换效率,具有结构紧凑,能量利用率高等特点。在低功耗传感器供能技术领域具有广泛的应用前景。,下面是一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机专利的具体信息内容。

1.一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,其特征在于所述该种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机由壳体(1)、紧固螺栓(2)、螺母(3)、压电发电组件(4)、紧固螺钉(5)、圆柱磁Ⅰ(6)、电磁线圈(7)、圆柱筒(8)和摩擦发电单元(9)组成;所述壳体(1)利用紧固螺栓(2)和螺母(3)通过螺纹连接的方式固定;所述压电发电组件(4)利用紧固螺钉(5)与螺纹通孔(1-4)通过螺纹连接的方式固定在壳体(1)的壳体上端面(1-6)上的一侧;所述圆柱磁铁Ⅰ(6)放置在圆柱筒(8)的圆柱筒内腔(8-1)内;所述电磁线圈(7)缠绕在圆柱筒(8)的圆柱筒外表面(8-2)的中间位置;所述圆柱筒(8)放置在圆柱筒安装槽(1-3)内;所述摩擦发电单元(9)对称放置在壳体(1)两端的方形凹槽(1-1)内。
2.根据权利要求1所述的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,其特征在于所述壳体(1)两端分别设有方形凹槽(1-1),摩擦发电单元(9)放置在方形凹槽(1-1)内,所述壳体(1)两端在靠近方形凹槽(1-1)的内侧分别设有半环形挡板(1-2),所述壳体(1)两端在靠近的半环形挡板(1-2)的内侧分别设有圆柱筒安装槽(1-3),圆柱筒(8)放置在圆柱筒安装槽(1-3)内,所述壳体(1)在一侧的中间位置均布设有螺纹通孔(1-4),所述壳体(1)四设有螺栓安装孔(1-5),紧固螺栓(2)放置在螺栓安装孔(1-5)内与螺母(3)进行螺纹连接,所述壳体(1)在中间位置设有方形孔(1-7),圆柱筒(8)放置在方形孔(1-7)内。
3.根据权利要求1所述的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,其特征在于所述压电发电组件(4)由压电发电单元(4-1)组成,所述压电发电单元(4-1)均布阵列在壳体(1)的壳体上端面(1-6)上。
4.根据权利要求3所述的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,其特征在于所述压电发电单元(4-1)包括圆柱磁铁Ⅱ(4-1-1)、矩形压电陶瓷片(4-1-2)和基板(4-1-3);所述圆柱磁铁Ⅱ(4-1-1)通过胶粘的方式固定在铜基板(4-1-3)一侧的一端,所述矩形压电陶瓷片(4-1-2)通过粘贴的方式固定在铜基板(4-1-3)的铜基板上表面(4-1-3-1)上;所述铜基板(4-1-3)包括铜基板上表面(4-1-3-1)和固定孔(4-1-3-2),所述固定孔(4-
1-3-2)设置在铜基板(4-1-3)的另一端。
5.根据权利要求1所述的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,其特征在于所述圆柱筒(8)设置有圆柱筒内腔(8-1)和圆柱筒外表面(8-2);所述圆柱筒内腔(8-1)设置在圆柱筒(8)的中部,圆柱磁铁Ⅰ(6)放置在圆柱筒内腔(8-1)内。
6.根据权利要求1所述的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,其特征在于所述摩擦发电单元(9)由基板Ⅰ(9-1)、基板Ⅱ(9-2)、弹簧(9-3)和接触-分离式摩擦发电部分(9-4)组成,所述基板Ⅰ(9-1)和基板Ⅱ(9-2)通过胶粘的方式固定在一起,弹簧(9-3)放置在弹簧安装孔(9-2-1)内,接触-分离式摩擦发电部分(9-4)通过粘贴的方式粘在基板Ⅱ(9-2)的一侧。
7.根据权利要求6所述的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,其特征在于所述基板Ⅱ(9-2)的四角设有弹簧安装孔(9-2-1),弹簧(9-3)放置在弹簧安装孔(9-2-
1)内;所述接触-分离式摩擦发电部分(9-4)包括电极Ⅰ(9-4-1)、摩擦材料(9-4-2)、电极Ⅱ(9-4-3)和海绵胶(9-4-4);所述电极Ⅰ(9-4-1)粘贴在一个基板Ⅱ(9-2)的一侧,所述电极Ⅱ(9-4-3)粘在海绵胶(9-4-4)的上部,所述摩擦材料(9-4-2)粘在电极Ⅱ(9-4-3)上部,所述海绵胶(9-4-4)粘在另一个基板Ⅱ(9-2)上。
8.根据权利要求3所述的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,其特征在于所述壳体(1)的壳体上端面(1-6)上等距离布置有n个压电发电单元(4-1),n为大于1的正整数,所述压电发电单元(4-1)的长度为L,其长度L从左到右依次递减。

说明书全文

一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机

技术领域

[0001] 本发明涉及一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,属于低功耗传感器供能技术领域。

背景技术

[0002] 随着汽车向智能化的方向快速发展,大量的车载传感器在汽车上得到了广泛应用。而胎压监测传感器作为车载传感器的一种在监测轮胎压温度方面起到了重要作用,确保了汽车的安全行驶。然而,当前胎压监测传感器的持续稳定工作主要通过化学电池供电。但是化学电池供电的方式存在着使用寿命有限、需要定期更换以及对环境污染等弊端。
[0003] 利用新型能源供给技术把汽车行驶产生的旋转机械能转换为电能,可直接为胎压监测传感器供能,从而可以解决由于使用化学电池供电所存在的问题。当前,对于汽车旋转机械能的收集主要有以下几种方式:(1)摩擦发电:基于耦合接触起电和静电感应的摩擦发电作为一种新型的能量转换方式被王中林教授团队所提出。其存在着输出电压高,制作简单,成本低和材料应用范围广等优点。(2)压电发电:利用压电材料的正压电效应将机械能转换为电能,压电俘能具有功率密度高、易于微型化等优点。(3)电磁发电:利用电磁感应现象将机械能转换为电能,其存在具有阻抗小,输出电流大等优点。然而,当前收集汽车旋转机械能量转化为电能来为胎压监测传感器供能的俘能装置普遍存在着俘能方式单一、能量转换效率低等问题,不能有效的收集汽车旋转机械能,限制了俘能装置在低功耗传感器供能技术领域的发展与应用。因此,需要研究一种用于胎压监测传感器供能的新型能源供给技术来解决目前存在的问题。

发明内容

[0004] 为解决现有的胎压传感器供能装置存在的俘能方式单一、能量转换效率低等问题,本发明公开一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机,为胎压监测系统中的传感器提供一种新型环保、高效、稳定的供能装置。
[0005] 本发明所采用的技术方案是:所述一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机由壳体、紧固螺栓螺母、压电发电组件、紧固螺钉、圆柱磁Ⅰ、电磁线圈、圆柱筒和摩擦发电单元组成;所述壳体利用紧固螺栓和螺母通过螺纹连接的方式固定;所述压电发电组件利用紧固螺钉与螺纹通孔通过螺纹连接的方式固定在壳体的壳体上端面上的一侧;所述圆柱磁铁Ⅰ放置在圆柱筒的圆柱筒内腔内;所述电磁线圈缠绕在圆柱筒的圆柱筒外表面的中间位置;所述圆柱筒放置在圆柱筒安装槽内;所述摩擦发电单元对称放置在壳体两端的方形凹槽内。
[0006] 所述壳体两端分别设有方形凹槽,摩擦发电单元放置在方形凹槽内,所述壳体两端在靠近方形凹槽的内侧分别设有半环形挡板,所述壳体两端在靠近的半环形挡板的内侧分别设有圆柱筒安装槽,圆柱筒放置在圆柱筒安装槽内,所述壳体在一侧的中间位置均布设有螺纹通孔,所述壳体四设有螺栓安装孔,紧固螺栓放置在螺栓安装孔内与螺母进行螺纹连接,所述壳体在中间位置设有方形孔,圆柱筒放置在方形孔内。
[0007] 所述压电发电组件由压电发电单元组成,所述压电发电单元均布阵列在壳体的壳体上端面上。
[0008] 所述压电发电单元包括圆柱磁铁Ⅱ、矩形压电陶瓷片和基板;所述圆柱磁铁Ⅱ通过胶粘的方式固定在铜基板一侧的一端,所述矩形压电陶瓷片通过粘贴的方式固定在铜基板的铜基板上表面上;所述铜基板包括铜基板上表面和固定孔,所述固定孔设置在铜基板的另一端。
[0009] 所述圆柱筒设置有圆柱筒内腔和圆柱筒外表面;所述圆柱筒内腔设置在圆柱筒的中部,圆柱磁铁Ⅰ放置在圆柱筒内腔内。
[0010] 所述摩擦发电单元由基板Ⅰ、基板Ⅱ、弹簧和接触-分离式摩擦发电部分组成,所述基板Ⅰ和基板Ⅱ通过胶粘的方式固定在一起,弹簧放置在弹簧安装孔内,接触-分离式摩擦发电部分通过粘贴的方式粘在基板Ⅱ的一侧。
[0011] 所述基板Ⅱ的四角设有弹簧安装孔,弹簧放置在弹簧安装孔内;所述接触-分离式摩擦发电部分包括电极Ⅰ、摩擦材料、电极Ⅱ和海绵胶;所述电极Ⅰ粘贴在一个基板Ⅱ的一侧,所述电极Ⅱ粘在海绵胶的上部,所述摩擦材料粘在电极Ⅱ上部,所述海绵胶粘在另一个基板Ⅱ上。
[0012] 所述壳体的壳体上端面上等距离布置有n个压电发电单元,n为大于1的正整数,所述压电发电单元的长度为L,其长度L从左到右依次递减,L的范围满足40 50mm。~
[0013] 本发明的有益效果是:本发明通过摩擦起电原理、电磁感应原理和压电材料的正压电效应有效原理三者结合有效的将汽车旋转机械能转变为电能,极大的提高了该复合发电机的俘能效率及能量的利用率。本发明解决了当前俘能装置存在的俘能方式单一、能量转换效率低等问题,同时本发明结构简单、新颖、可靠性高,发电过程中环保无污染,在胎压监测传感器等低功耗传感器供能等方面具有广泛的应用前景。附图说明
[0014] 图1所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机结构示意图;图2所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机壳体结构示意图Ⅰ;
图3所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机壳体结构示意图Ⅱ;
图4所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机压电发电组件结构示意图;
图5所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机压电发电电压结构示意图;
图6所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机铜基板结构示意图;
图7所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机圆柱筒结构示意图;
图8所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机摩擦发电单元结构示意图;
图9所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机基板Ⅱ结构示意图;
图10所示为本发明提出的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机接触-分离式摩擦发电部分结构示意图。

具体实施方式

[0015] 结合图1 图10说明本实施方式。~
[0016] 本实施方式提供的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机的具体实施方案。所述一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机由壳体1、紧固螺栓2、螺母3、压电发电组件4、紧固螺钉5、圆柱磁铁Ⅰ6、电磁线圈7、圆柱筒8和摩擦发电单元9组成;所述壳体1利用紧固螺栓2和螺母3通过螺纹连接的方式固定,所述压电发电组件4利用紧固螺钉5与螺纹通孔1-4通过螺纹连接的方式固定在壳体1的壳体上端面1-6上的一侧,所述圆柱磁铁Ⅰ6放置在圆柱筒8的圆柱筒内腔8-1内,所述电磁线圈7缠绕在圆柱筒8的圆柱筒外表面
8-2的中间位置,所述圆柱筒8放置在圆柱筒安装槽1-3内,所述摩擦发电单元9放置在方形凹槽1-1内。
[0017] 所述壳体1两端分别设有方形凹槽1-1,用于放置摩擦发电单元9,所述壳体1两端在靠近方形凹槽1-1的内侧分别设有半环形挡板1-2,用于圆柱筒8两端的固定,所述壳体1两端在靠近的半环形挡板1-2的内侧分别设有圆柱筒安装槽1-3,用于放置圆柱筒8,所述壳体1在一侧的中间位置均布设有螺纹通孔1-4,所述螺纹通孔1-4与铜基板4-1-3上的固定孔4-1-3-2通过紧固螺钉5旋合连接,用于实现压电发电组件4的固定,所述壳体1四角设有螺栓安装孔1-5,紧固螺栓2放置在螺栓安装孔1-5内与螺母3进行螺纹连接,所述壳体1在中间位置设有方形孔1-7,实现圆柱筒8在中间的放置。
[0018] 所述压电发电组件4由压电发电单元4-1组成,所述压电发电单元4-1均布阵列在壳体1的壳体上端面1-6上。
[0019] 所述压电发电单元4-1包括圆柱磁铁Ⅱ4-1-1、矩形压电陶瓷片4-1-2和铜基板4-1-3;所述圆柱磁铁Ⅱ4-1-1通过胶粘的方式固定在铜基板4-1-3一侧的一端,所述矩形压电陶瓷片4-1-2通过粘贴的方式固定在铜基板4-1-3的铜基板上表面4-1-3-1上,所述铜基板
4-1-3包括铜基板上表面4-1-3-1和固定孔4-1-3-2,所述固定孔4-1-3-2设置在铜基板4-1-
3的另一端,其与壳体1上的螺纹通孔1-4配合,通过紧固螺钉5旋合连接,实现压电发电组件
4在壳体1上的固定。
[0020] 所述圆柱筒8设置有圆柱筒内腔8-1和圆柱筒外表面8-2;所述圆柱筒内腔8-1设置在圆柱筒8的中部,圆柱磁铁Ⅰ6放置在圆柱筒内腔8-1内,所述圆柱筒外表面8-2用于缠绕电磁线圈7。
[0021] 所述摩擦发电单元9由基板Ⅰ9-1、基板Ⅱ9-2、弹簧9-3和接触分-离式摩擦发电部分9-4组成,所述基板Ⅰ9-1和基板Ⅱ9-2通过胶粘的方式固定在一起,弹簧9-3放置在弹簧安装孔9-2-1内,接触-分离式摩擦发电部分9-4通过粘贴的方式粘在基板Ⅱ9-2的一侧。
[0022] 所述基板Ⅱ9-2的四角设有弹簧安装孔9-2-1,其用于放置弹簧9-3;所述接触-分离式摩擦发电部分9-4包括电极Ⅰ9-4-1、摩擦材料9-4-2、电极Ⅱ9-4-3和海绵胶9-4-4;所述电极Ⅰ9-4-1粘贴在一个基板Ⅱ9-2的一侧,所述电极Ⅱ9-4-3粘在海绵胶9-4-4的上部,所述摩擦材料9-4-2粘在电极Ⅱ9-4-3上部,摩擦材料9-4-2可以采用PTFE、PDMS等聚合物材料制成,电极Ⅰ9-4-1和电极Ⅱ9-4-3可以采用铜或材质制成,所述海绵胶9-4-4粘在另一个基板Ⅱ9-2上,其用于增大摩擦材料9-4-2和电极Ⅰ9-4-1的接触面积。
[0023] 所述壳体1的壳体上端面1-7上分别横向布置n个压电发电单元4-1,n为大于1的正整数,本具体实施方式中n的取值为3,其长度L从左到右依次递减,L的范围满足40 50mm,用~于实现多模态压电发电。
[0024] 工作原理:利用车轮旋转时产生的能量作用于发电装置上,当车轮转动时,放置于圆柱筒内腔8-1内的圆柱磁铁Ⅰ6会随着车轮的转动在圆柱筒内腔8-1中上下的滑动,使圆柱磁铁Ⅰ6与圆柱筒外表面8-2上的电磁线圈7发生电磁感应现象,圆柱磁铁Ⅰ6切割磁感线,使电磁线圈7产生感应电流,实现电磁发电;同时,在圆柱磁铁Ⅰ6上下滑动的过程中,圆柱磁铁Ⅰ6会与压电发电单元4-1上的圆柱磁铁Ⅱ4-1-1产生相互作用,使压电发电单元4-1在圆柱磁铁Ⅰ6与圆柱磁铁Ⅱ4-1-1相互作用下产生初始偏转,实现压电发电,同时,压电发电单元4-1的长短不一,从而拓宽了能量收集带宽,提高了能量转换效率;在圆柱磁铁Ⅰ6上下滑动的过程中,圆柱磁铁Ⅰ6自身的重力作用于基板Ⅰ,从而挤压弹簧9-3,使电极Ⅰ9-4-1与摩擦材料9-4-2接触,由于摩擦电极性的差别,得电子能力强的材料将从得电子能力弱的材料上吸引电子,发生电荷转移,从而使得电极Ⅰ9-4-1和摩擦材料9-4-2上的两个接触面带上等量异号的电荷,即摩擦电荷,当圆柱磁铁Ⅰ6远离基板Ⅰ,在弹簧恢复力的作用下,电极Ⅰ9-4-1和摩擦材料9-4-2上的两个接触面分开,由于中间夹杂空气层,两面上电荷不能完全中和,形成电势差,为平衡这个电势差,通过静电感应在电极Ⅱ9-4-3上感应出相反电性的电荷,电极Ⅰ
9-4-1和电极Ⅱ9-4-3用负载连接起来,电势差将使得电子在两个电极之间逆时针流动,以平衡材料间的静电电势差,在外部电路也就会形成瞬时电流,实现接触-分离式摩擦发电。
[0025] 综合以上所述内容,本发明设计的一种面向胎压监测传感器供能的多模式复合发电机能够克服单一的俘能方式,提高了能量的转换效率,具有结构紧凑,能量利用率高等特点,将产生的电能通过模处理后可直接为胎压传感器供电或汽车蓄电池充电,实现了车轮转动能量的高效俘能,在胎压监测传感器等低功耗传感器供能等方面具有广泛的应用前景。
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