CN101247096A - 一种压电能量采集装置 - Google Patents

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高明煜
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Abstract

本发明涉及一种压电能量采集装置。目前已有的压电能量采集装置多根据特定场合而设计，不太适合在轮胎中应用。本发明包括压电发电装置、桥式整流电路、DC/DC升压电路。压电发电装置包括两个紧密配合的圆环型壳体，每个壳体在其触面上开有环形沟槽，两个沟槽对应位置设置，对接后形成密封的环状的钢球通道。钢球通道内沿钢球通道圆周均匀固定设置有多个压电振子，每段钢球通道内活动设置一个钢球。压电振子包括压电陶瓷片，两侧固定有金属基片。桥式整流电路设置在压电发电装置壳体内，与压电振子位置对应、数量相同。采用本发明装置，可以提高监测和无线发射密度，改善系统实时性，克服了电池对系统寿命的限制，延长了胎压监测系统的寿命。

Description

一种压电能量采集装置
技术领域
本发明涉及一种压电能量采集装置，具体是一种用于轮胎压力监测系统的压电能量采集装置。
背景技术
轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monitoring System，TPMS)是继ABS、安全气囊之后的第三大汽车主动性安全系统。现行的TPMS多采用锂电池供电，由于锂电池电量有限而且更换麻烦，为节能而降低了胎压监测和无线发射的密度，影响了监测的实时性。因此有必要引入压电能量采集系统，使TPMS实现无源化，从而延长系统的寿命，提高监测和无线发射的密度。目前已有的压电能量采集装置多根据特定场合而设计，不太适合在轮胎中应用。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供一种适合在轮胎内使用的压电能量采集装置。
本发明包括压电发电装置、桥式整流电路、DC/DC升压电路。
压电发电装置包括两个对称设置、紧密配合的圆环型壳体，每个壳体在其与另一边壳体相配合的接触面上沿圆周方向开有环形沟槽，两个环形沟槽对应位置设置，对接后形成密封的环状的钢球通道。钢球通道内沿钢球通道圆周均匀固定设置有n(4≤n≤10)个压电振子，将钢球通道分隔为n段，每段钢球通道内活动设置一个钢球。所述的压电振子包括压电陶瓷片，压电陶瓷片的两侧固定有金属基片，压电振子的整体平面与钢球通道垂直。
桥式整流电路设置在压电发电装置的壳体内，与压电振子位置对应，数量与压电振子数量相同。每个桥式整流电路包括整流二极管D1、D2、D3、D4和滤波电容C1。整流二极管D1、D2、D3、D4采用低压降的锗管构成整流桥，整流二极管D1的阴极与整流二极管D2的阳极和压电振子的压电陶瓷的一端连接，整流二极管D1的阳极与整流二极管D4的阳极连接，同时接地。整流二极管D2的阴极与整流二极管D3的阴极和滤波电容C1连接，整流二极管D3的阳极与整流二极管D4的阴极和压电振子的压电陶瓷的另一端连接。滤波电容C1一端与整流二极管D2和整流二极管D3的阴极连接，另一端接地。
DC/DC升压电路包括DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1、升压整流电感L1和升压整流二极管D5。各个桥式整流电路模块中的滤波电容C1的一端与升压整流电感L1的一端连接，升压整流电感L1的另一端与升压整流二极管D5的一端和DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的5脚连接。升压整流二极管D5的另一端与超级电容C2的一端和DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的1、2脚连接；DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的3脚悬空，4脚接地。超级电容C2的另一端接地。
本发明分析了轮胎内部的机械能，根据轮胎环境和运动模型，选择了压电能量采集装置；设计了电能的整流和升压电路；并采用超级电容作为储能器件。
在汽车行驶过程中，汽车轮胎中存在丰富的机械能，可以通过特殊的处理将机械能转变成电能，供胎压监测系统使用。采用此种供电方式，可以提高监测和无线发射密度，改善系统实时性，克服了电池对系统寿命的限制，延长了胎压监测系统的寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为压电发电装置的结构示意图；
图3为图2的侧面结构示意图；
图4为图2中压电振子结构示意图；
图5为桥式整流电路原理图；
图6为DC/DC升压电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，压电能量采集器包括压电发电装置1、桥式整流电路2、DC/DC升压电路3。
如图2和图3所示，冲击型压电发电装置包括两个对称设置的耐高温的圆环型的塑料壳体1-1，两个壳体1-1紧密配合，每个壳体1-1在其与另一边壳体相配合的接触面上沿圆周方向开有环形沟槽，两个环形沟槽对应位置设置，对接后形成密封的环状的钢球通道1-2。钢球通道1-2内沿钢球通道1-2圆周均匀固定设置四个压电振子1-3，四个压电振子1-3将钢球通道1-2分隔为四段，每段钢球通道内活动设置一个钢球1-4。塑料壳体采用耐高温的氟塑料；塑料壳体留有塑料沟道，宽度比小钢球直径略宽；压电振子1-3均匀的嵌入在塑料结构中，使其中心与沟道中心重合。装置中还留有放置整流电路2的凹槽和引线孔。
如图4所示，压电振子1-3包括压电陶瓷片1-3-1，压电陶瓷片1-3-1的两侧用502胶水粘合有金属基片1-3-2，压电振子1-3的整体平面与钢球通道1-2垂直。压电陶瓷片1-3-1采用掺有杂质的锆钛酸铅压电陶瓷，比如无锡惠丰公司的HF-B3.5M系列压电振子。压电振子1-3长为40mm，宽为20mm，厚为1mm。金属基片1-3-2采用高弹性模量的磷青铜材质，长为50mm，宽为20mm，厚为0.4mm。
如图5所示，桥式整流电路包括整流二极管D1、D2、D3、D4和滤波电容C1。整流二极管D1、D2、D3、D4采用低压降的锗管构成整流桥，整流二极管D1的阴极与整流二极管D2的阳极和压电振子1-3的压电陶瓷1-3-1的一端连接，整流二极管D1的阳极与整流二极管D4的阳极连接，同时接地。整流二极管D2的阴极与整流二极管D3的阴极和滤波电容C1连接，整流二极管D3的阳极与整流二极管D4的阴极和压电振子1-3的压电陶瓷1-3-1的另一端连接。滤波电容C1一端与整流二极管D2和整流二极管D3的阴极连接，另一端接地。
如图6所示，DC/DC升压电路包括DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1、升压整流电感L1和升压整流二极管D5。各个桥式整流电路模块中的滤波电容C1的一端与升压整流电感L1的一端连接，升压整流电感L1的另一端与升压整流二极管D5的一端和DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的5脚连接。升压整流二极管D5的另一端与超级电容C2的一端和DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的1、2脚连接；DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的3脚悬空，4脚接地。超级电容C2的另一端接地。
本发明电路的工作过程：
当汽车行驶时，钢球在到达最高点后在重力作用下加速，会产生相对速度，对它逆时针方向的前一块压电振子产生冲击。在低点时，在重力作用下减速，会对逆时针后方的压电振子产生冲击。同时，汽车的加速和减速也会使小钢球和压电振子产生相对速度，发生碰撞。由于冲击力的变化，导致压电陶瓷片的形变，最终导致压电陶瓷表面束缚电荷的改变。压电陶瓷表面束缚电荷变化，会引起电场的变化，推动自由电子的移动，此时压电陶瓷两端会有峰值不定的交流电输出。输出的交流电流过D1、D2、D3、D4组成的整流桥，然后经过滤波电容C1滤波，变为直流电。各整流模块的输出采用并联的方式接到DC/DC升压电路的输入端(升压电感L1的一端)，经DC/DC升压后，存储在储能器件超级电容C2中，就可以为轮胎压力检测系统供电。

Claims (1)

1、一种压电能量采集装置，包括压电发电装置、桥式整流电路、DC/DC升压电路，其特征在于：
所述的压电发电装置包括两个对称设置、紧密配合的圆环型壳体，每个壳体在其与另一边壳体相配合的接触面上沿圆周方向开有环形沟槽，两个环形沟槽对应位置设置，对接后形成密封的环状的钢球通道；钢球通道内沿钢球通道圆周均匀固定设置有n个压电振子，将钢球通道分隔为n段，4≤n≤10，每段钢球通道内活动设置一个钢球；所述的压电振子包括压电陶瓷片，压电陶瓷片的两侧固定有金属基片，压电振子的整体平面与钢球通道垂直；
所述的桥式整流电路设置在压电发电装置的壳体内，与压电振子位置对应，数量与压电振子数量相同；每个桥式整流电路包括整流二极管D1、D2、D3、D4和滤波电容C1；整流二极管D1、D2、D3、D4采用低压降的锗管构成整流桥，整流二极管D1的阴极与整流二极管D2的阳极和压电振子的压电陶瓷的一端连接，整流二极管D1的阳极与整流二极管D4的阳极连接，同时接地；整流二极管D2的阴极与整流二极管D3的阴极和滤波电容C1连接，整流二极管D3的阳极与整流二极管D4的阴极和压电振子的压电陶瓷的另一端连接；滤波电容C1一端与整流二极管D2和整流二极管D3的阴极连接，另一端接地；
所述的DC/DC升压电路包括DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1、升压整流电感L1和升压整流二极管D5；各个桥式整流电路模块中的滤波电容C1的一端与升压整流电感L1的一端连接，升压整流电感L1的另一端与升压整流二极管D5的一端和DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的5脚连接；升压整流二极管D5的另一端与超级电容C2的一端和DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的1、2脚连接；DC/DC升压芯片NCP1400ASN33T1的3脚悬空，4脚接地，超级电容C2的另一端接地。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101841254A (zh) * 2010-03-05 2010-09-22 华南农业大学 一种压电发电低功耗电源系统及其供电方法
CN101531333B (zh) * 2009-04-14 2012-01-18 曹嘉一 基于mems的传感器自供电电路及其制造工艺
CN102394558A (zh) * 2011-09-22 2012-03-28 浙江大学 一种时均流发电装置及方法
CN102680125A (zh) * 2012-04-24 2012-09-19 杭州休普电子技术有限公司 无线温度传感器
CN103647463A (zh) * 2013-11-06 2014-03-19 大连理工大学 一种基于压电效应的低频低损耗能量管理芯片
CN103786535A (zh) * 2012-11-05 2014-05-14 杨红光 相对旋转体间电量(电信号)传输电路
CN105680722A (zh) * 2016-03-25 2016-06-15 深圳市前海康启源科技有限公司 压电式电能收集装置及方法
CN107471927A (zh) * 2016-06-08 2017-12-15 滴滴（中国）科技有限公司 一种基于压电陶瓷的胎压监测装置、轮胎和车辆
CN114137351A (zh) * 2021-12-10 2022-03-04 同济大学 一种路面压电能量采集系统及评价方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101531333B (zh) * 2009-04-14 2012-01-18 曹嘉一 基于mems的传感器自供电电路及其制造工艺
CN101841254A (zh) * 2010-03-05 2010-09-22 华南农业大学 一种压电发电低功耗电源系统及其供电方法
CN102394558A (zh) * 2011-09-22 2012-03-28 浙江大学 一种时均流发电装置及方法
CN102680125A (zh) * 2012-04-24 2012-09-19 杭州休普电子技术有限公司 无线温度传感器
CN102680125B (zh) * 2012-04-24 2013-09-04 杭州休普电子技术有限公司 无线温度传感器
CN103786535A (zh) * 2012-11-05 2014-05-14 杨红光 相对旋转体间电量(电信号)传输电路
CN103786535B (zh) * 2012-11-05 2018-07-27 杨红光 相对旋转体间电量传输电路
CN103647463A (zh) * 2013-11-06 2014-03-19 大连理工大学 一种基于压电效应的低频低损耗能量管理芯片
CN103647463B (zh) * 2013-11-06 2016-08-17 大连理工大学 一种基于压电效应的低频低损耗能量管理芯片
CN105680722A (zh) * 2016-03-25 2016-06-15 深圳市前海康启源科技有限公司 压电式电能收集装置及方法
WO2017161957A1 (zh) * 2016-03-25 2017-09-28 深圳市前海康启源科技有限公司 压电式电能收集装置及方法
CN107471927A (zh) * 2016-06-08 2017-12-15 滴滴（中国）科技有限公司 一种基于压电陶瓷的胎压监测装置、轮胎和车辆
CN114137351A (zh) * 2021-12-10 2022-03-04 同济大学 一种路面压电能量采集系统及评价方法

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