一種便于安裝的車輪振動俘能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種振動俘能裝置，特別涉及一種便于安裝的車輪振動俘能裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，在汽車的各組成部件中，輪胎是較為重要的一個組成部分。汽車與地面間作 用力均通過輪胎進行傳遞。因此獲取這些作用力并作為主動安全系統(tǒng)的參考數(shù)據(jù)及控制參 數(shù)對于行車安全來講具有很重要的意義。目前，包括米其林在內(nèi)的許多輪胎制造商都在致 力于研發(fā)帶有傳感器的智能輪胎，通過這些傳感器來獲取包括溫度，壓力，車輪轉(zhuǎn)數(shù)在內(nèi)的 眾多參數(shù)。
[0003] 現(xiàn)有的對傳感器進行供能的方式大多是有源式的，即通過安裝鋰電池對傳感器進 行供電。這種方法的缺點在于：由于傳感器安裝于輪胎內(nèi)部，因此造成更換電池的操作較為 復(fù)雜，降低裝置的實用性。同時，輪胎振動產(chǎn)生的能量被大大浪費，因此將輪胎內(nèi)部的能量 轉(zhuǎn)換成電能供給傳感器使用將是一種解決問題的思路。利用壓電材料捕獲車輪的振動，將 機械能轉(zhuǎn)化成電能是近年來一種被廣泛研宄的無源供能方式。這種供電方式主要利用的是 壓電材料的正壓電效應(yīng)，即當(dāng)壓電材料隨車輪振動時，其形狀會發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電能。 將其發(fā)出的電能進行收集，整流之后即可供給傳感器使用。
[0004] 專利200510072213. 6公開了一種布置在輪胎內(nèi)表面上的振動能量收集裝置，但 是由于輪胎的振動情況較為復(fù)雜，產(chǎn)生的電流不規(guī)律，造成了可控性較差。而且在胎面附加 壓電材料也會改變輪胎材料的彈性特性等性能，從而造成不良影響。專利201210451220. 7 公開了一種車輪振動能量收集裝置，但其沒有考慮該裝置的安裝條件。輪胎與輪輞之間的 安裝是采用專用的輪胎安裝設(shè)備進行，若裝置設(shè)計不合理將導(dǎo)致無法安裝，大大降低裝置 的實用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的輪胎內(nèi)傳感器采用電池供電時使用壽命短， 導(dǎo)致不能實時工作的問題而提供的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置。
[0006] 本實用新型提供的便于安裝的車輪振動俘能裝置包括底座、壓電懸臂梁總成、殼 體、舵機和電源及控制模塊，其中底座固定在輪輞內(nèi)，壓電懸臂梁總成設(shè)在殼體內(nèi)，殼體通 過轉(zhuǎn)軸樞接在底座上，舵機驅(qū)使殼體進行轉(zhuǎn)動，壓電懸臂梁總成通過導(dǎo)線與電源及控制模 塊連接，電源及控制模塊通過導(dǎo)線與舵機相連，電源及控制模塊給舵機提供動力并控制舵 機的工作。
[0007] 底座與輪輞接觸的下表面形狀與輪輞的形狀相應(yīng)，底座的頂面為變截面，其中與 殼體底部接觸的部位與殼體底部的形狀相應(yīng)，與殼體側(cè)面接觸的部位與殼體側(cè)面的形狀相 應(yīng)，殼體側(cè)面與輪輞接觸時為相切接觸。
[0008] 殼體的底部與側(cè)面分別安設(shè)有第一磁鐵塊和第二磁鐵塊，底座上與第一磁鐵塊對 應(yīng)位置處設(shè)有第一固定孔，底座上與第二磁鐵塊對應(yīng)位置處設(shè)有第二固定孔。
[0009]殼體內(nèi)為真空的，殼體繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動行程為0-120°，由徑向位置轉(zhuǎn)到與輪輞相切 為止。
[0010] 舵機通過搖臂驅(qū)使殼體進行轉(zhuǎn)動。
[0011] 轉(zhuǎn)軸通過底座兩端的固定塊與底座連接。
[0012] 壓電懸臂梁總成的自由端對稱布置有質(zhì)量塊。
[0013] 電源及控制模塊由能量收集電路、無線舵機驅(qū)動控制模塊及舵機遙控器組成，其 中能量收集電路中接線端與壓電懸臂梁總成上、下極板相連，對壓電懸臂梁總成產(chǎn)生的電 能進行收集，并以3. 3V直流恒壓源的形式進行輸出，接線端分別與無線舵機驅(qū)動控制模塊 的正、負極相連，從而對其進行供電，無線舵機驅(qū)動控制模塊實現(xiàn)對舵機的驅(qū)動和控制，其 中控制信號通過FM或RF無線發(fā)射接收方式由舵機遙控器輸入。
[0014] 能量收集電路為鋰電池儲能式能量收集電路，采用凌力爾特公司設(shè)計生產(chǎn)的 LTC3588為主要芯片的典型鋰電池儲能式能量收集電路。
[0015] 本實用新型的工作原理：
[0016] 在進行輪胎拆裝工作時，通過舵機遙控器輸入收回信號。由能量收集電路供電的 舵機驅(qū)動與控制模塊接收到收回信號，并開始驅(qū)動舵機運動。舵機轉(zhuǎn)動并帶動舵機搖臂擺 動，使整個殼體轉(zhuǎn)動，最終轉(zhuǎn)動到殼體側(cè)面與底座的上表面的斜面部分接觸。殼體充分與輪 輞外表面貼合，其長度方向中間位置與輪輞外表面相切，從而保證了殼體所占用的徑向尺 寸最小，確保不影響輪胎的拆裝。
[0017] 在輪胎安裝完畢后，須使殼體進入工作狀態(tài)。同樣的，通過舵機遙控器輸入張開信 號，由能量收集電路供電的舵機驅(qū)動與控制模塊接收到張開信號，并開始驅(qū)動舵機反方向 運動。舵機轉(zhuǎn)動并帶動搖臂擺動，使殼體轉(zhuǎn)動，最終轉(zhuǎn)動到殼體底面與底座的上表面的平面 部分接觸，從而使殼體中的壓電懸臂梁總成沿車輪徑向布置。至此，整個裝置進入工作狀 態(tài)。當(dāng)車輛運動時，車輪由于傳動系的扭振以及路面不平的激勵會產(chǎn)生沿車輪周向的振動， 當(dāng)壓電懸臂梁總成沿車輪徑向布置時，利用該振動產(chǎn)生的電能最高。但該種布置方案會使 裝置占用徑向尺寸大，造成輪胎安裝困難的問題，因此本實用新型中的張開裝置的重要性 尤顯突出。在壓電懸臂梁總成收到車輪振動的激勵后便產(chǎn)生振動。PZT壓電層受到變化的 拉、壓應(yīng)力作用，通過壓電材料自身的正壓電效應(yīng)產(chǎn)生累積在上、下表面的電荷。電荷通過 導(dǎo)線組輸入到能量收集電路中，該電路對電荷進行收集并儲存于自身鋰電池中，供給傳感 器及舵機使用。至此，及完成了車輪振動能量的收集。
[0018] 為了提高能量轉(zhuǎn)化率，本實用新型將整個裝置固定在輪輞上。本實用新型基于如 下考慮：輪輞的振動較之于輪胎或其他的振動更加平穩(wěn)，振動更有規(guī)律，能量轉(zhuǎn)化率更高。 同時，本實用新型采用的壓電片振動固有頻率與輪胎振動頻率相同，實現(xiàn)共振，使得能量轉(zhuǎn) 換率進一步提高。進一步說，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)速增大時，車輪振動頻率隨之提高，本實用新型將壓 電片安裝方向定為徑向，利用離心力充當(dāng)壓電懸臂梁的軸向力，從而提高壓電懸臂梁的固 有頻率，使之與車輪振動頻率保持同步增長。實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)壓電懸臂梁固有頻率，提高了 共振帶寬。
[0019] 頻率公式為：
[0020] f輪0c 乂車
【主權(quán)項】
1. 一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：包括底座、壓電懸臂梁總成、殼 體、舵機和電源及控制模塊，其中底座固定在輪輞內(nèi)，壓電懸臂梁總成設(shè)在殼體內(nèi)，殼體通 過轉(zhuǎn)軸樞接在底座上，舵機驅(qū)使殼體進行轉(zhuǎn)動，壓電懸臂梁總成通過導(dǎo)線與電源及控制模 塊連接，電源及控制模塊通過導(dǎo)線與舵機相連，電源及控制模塊給舵機提供動力并控制舵 機的工作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：所述的底 座與輪輞接觸的下表面形狀與輪輞的形狀相應(yīng)，底座的頂面為變截面，其中與殼體底部接 觸的部位與殼體底部的形狀相應(yīng)，與殼體側(cè)面接觸的部位與殼體側(cè)面的形狀相應(yīng)，殼體側(cè) 面與輪輞接觸時為相切接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：所述的殼 體的底部與側(cè)面分別安設(shè)有第一磁鐵塊和第二磁鐵塊，底座上與第一磁鐵塊對應(yīng)位置處設(shè) 有第一固定孔，底座上與第二磁鐵塊對應(yīng)位置處設(shè)有第二固定孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：所述的殼 體內(nèi)為真空的，殼體繞轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動行程為0-120°，由徑向位置轉(zhuǎn)到與輪輞相切為止。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：所述的舵 機通過搖臂驅(qū)使殼體進行轉(zhuǎn)動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：所述的轉(zhuǎn) 軸通過底座兩端的固定塊與底座連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：所述的壓 電懸臂梁總成的自由端對稱布置有質(zhì)量塊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：所述的電 源及控制模塊由能量收集電路，無線舵機驅(qū)動控制模塊及舵機遙控器組成，其中能量收集 電路中接線端與壓電懸臂梁總成上、下極板相連，對壓電懸臂梁總成產(chǎn)生的電能進行收集， 并以3. 3V直流恒壓源的形式進行輸出，接線端分別與無線舵機驅(qū)動控制模塊的正、負極相 連，從而對其進行供電，無線舵機驅(qū)動控制模塊實現(xiàn)對舵機的驅(qū)動和控制，其中控制信號通 過FM或RF無線發(fā)射接收方式由舵機遙控器輸入。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，其特征在于：所述的能 量收集電路為鋰電池儲能式能量收集電路。
【專利摘要】本實用新型公開了一種便于安裝的車輪振動俘能裝置，包括底座、壓電懸臂梁總成、殼體、舵機和電源及控制模塊，其中底座固定在輪輞內(nèi)，壓電懸臂梁總成設(shè)在殼體內(nèi)，殼體通過轉(zhuǎn)軸樞接在底座上，舵機驅(qū)使殼體進行轉(zhuǎn)動，壓電懸臂梁總成通過導(dǎo)線與電源及控制模塊連接，電源及控制模塊通過導(dǎo)線與舵機相連，電源及控制模塊給舵機提供動力并控制舵機的工作。底座與輪輞接觸的下表面形狀與輪輞的形狀相應(yīng)，底座的頂面為變截面，其中與殼體底部接觸的部位與殼體底部的形狀相應(yīng)，與殼體側(cè)面接觸的部位與殼體側(cè)面的形狀相應(yīng)，殼體側(cè)面與輪輞接觸時為相切接觸。有益效果：該裝置總成能夠進行便捷快速拆裝，舵機通過無線控制，簡單易行。
【IPC分類】H02N2-18
【公開號】CN204578403
【申請?zhí)枴緾N201520120101
【發(fā)明人】韓嘉懿, 朱冰, 趙健, 陳東升, 葛強, 李偉男, 王潔新, 張龍飛
【申請人】吉林大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年3月1日