CN107342708B - 一种自供电的共享单车定位装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自供电的共享单车定位装置，属于自行车技术领域。主体隔板上下两侧设有上下壳体，下壳体上设有左右凸台；上壳体装在单车横梁上，隔板下面装有缓冲垫，下壳体端部装有下端盖，下端盖上装有悬浮磁铁和电路板，电路板上设有能量转换电路和信号发射系统；左右凸台上装有换能器和簧片，簧片两端固定段之间经窄簧片连接有宽簧片，宽簧片上下两侧装有带两块立板的顶块，立板上设有倾斜的激励面；簧片下方顶块的横板上装有套筒、经拉簧悬挂有惯性块，套筒另一端自上而下装有惯性环和动磁铁，动磁铁与悬浮磁铁的同性磁极靠近安装；换能器由基板与压电片粘接而成，基板置于换能器内凹的一侧且靠近簧片安装，换能器自由端顶靠在激励面上。
Description
技术领域
本发明属于自行车技术领域，具体涉及一种自供电的共享单车定位装置。
背景技术
近年来，共享单车在人们生活中得到了迅速的应用与推广，但单车的乱停放现象和破坏偷盗事件也经常发生。为更好地维护与管理共享单车，上海市自行车行业协会明确规定：共享单车必须安装车载卫星定位系统，有助于政府对共享单车推行“电子围栏”管理。可见，定位系统对共享单车的维护与管理尤其重要。目前，市场上采用卫星定位技术的共享单车占比超过50％，但按地图成功查找的比例还较低，主要原因在于现有单车定位系统采用电池供电，电量耗尽时无法继续工作；此外，共享单车定位系统在利用电池供电时不仅需经常更换、浪费大量人力物力，而且废弃的化学电池处理不当还会造成严重的环境污染。故为更好地利用定位跟踪系统维护和管理共享单车，首先需解决其定位系统的供电问题，实现共享单车定位跟踪系统的能量自给。
发明内容
本发明提出一种自供电的共享单车定位装置，本发明采用的实施方案是：主体的隔板上方设有筒形的上壳体、下方设有长方形的下壳体，下壳体上设有左凸台及右凸台；上壳体经上压盖和螺钉安装在单车横梁上，隔板下面经螺钉安装有缓冲垫，下壳体的端部经螺钉安装有下端盖，下端盖上经螺钉安装有悬浮磁铁和电路板，电路板上设有能量转换电路和信号发射系统；左凸台和右凸台上经螺钉和压板安装有换能器和簧片，簧片两端的固定段分别固定在左凸台及右凸台上，换能器的一端固定在左凸台或右凸台上，各换能器经不同的导线组分别与电路板连接，换能器对称配置在簧片上下两侧；簧片两端的固定段与其上下相邻的换能器的固定端之间压接有厚垫片，上下相邻的两换能器的固定端之间压接有薄垫片。
簧片两端的固定段之间经两段窄簧片连接有宽簧片，窄簧片处设有用于增加变形量的折弯，宽簧片上下两侧经螺钉安装有顶块，顶块的横板上对称地设有两块立板，立板上设有倾斜的激励面；簧片下方顶块的横板上经螺钉安装有套筒、经拉簧悬挂有惯性块，拉簧和惯性块置于套筒内，套筒另一端自上而下经螺钉依次安装有惯性环和动磁铁，动磁铁与悬浮磁铁的同性磁极靠近安装；顶块、簧片、套筒、惯性环、动磁铁、拉簧及惯性块共同构成激励器，激励器为可各方向振动或摆动的两自由度系统。
换能器为由等厚度的基板与压电片粘接而成的弧形结构，基板置于换能器内凹的一侧且靠近簧片安装，换能器自由端顶靠在激励面上；非工作时各换能器中压电片上的最大应力为其许用值的一半；为使换能器具有最大发电能力、避免压电片因拉应力过大损坏，压电片凸面上半径的最小值为
其中H为换能器厚度，E1、E2分别为基板和压电片的弹性模量，/>
g31、T*分别为压电材料的介电常数、电压常数和许用拉应力。
环境中无振动的非工作状态下，激励器处于平衡状态，此时簧片不发生弯曲变形；当环境中存在振动时，激励器的平衡状态被破坏：根据环境振动或摆动方向的不同，激励器可纵向振动、横向摆动或纵向振动与横向摆动的组合；激励器的任何状态变化都将改变换能器自由端与激励面的接触点，从而改变换能器变形量及其压电片的应力分布状态，压电片上应力分布状态的变化过程中即将机械能转换成了电能；所生成的电能经能量转换电路处理后供给信号发射系统，信号发射系统再将单车的地理位置信号发射出去；当激励器位置变动幅度较大且纵向振动使顶块顶靠在缓冲垫上或使动磁铁顶靠在悬浮磁铁上时、以及横向摆动使与缓冲垫相邻的换能器顶靠在缓冲垫上时，各压电片上应力的最大值小于其许用值。
本发明中，换能器的变形特性由激励器的运动状态确定，在换能器结构及尺度确定时可通过顶块、簧片、套筒、惯性环、动磁铁、拉簧及惯性块的结构和尺度参数调整激励器的固有频率和响应特性，从而实现与单车颠簸振动的频率相匹配；激励器为两自由度系统，有效频带宽；同时，因换能器自身的基频远高于单车的颠簸振动频率，故换能器始终工作在一阶模态下，发电效果较好；此外，换能器工作中仅承受激励器的单向激励、只产生使压电片受压的单向变形，可靠性高。
优势与特色：通过收集单车运动时任意方向的振动能量发电，环境适应能力强、有效频带宽；压电振子自身无附加质量、基频高，可确保工作在一阶模态下，发电效果好，且系统基频和响应特性易于调节；工作中压电振子仅承受单向激励、产生单向弯曲变形，可靠性高。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中定位装置的结构剖面图；
图2是本发明一个较佳实施例中片簧的结构示意图；
图3是本发明一个较佳实施例中顶块的结构示意图；
图4是图3的左视图；
图5是图1的A-A剖视图；
图6是图1的B-B剖面图。
具体实施方式
主体a的隔板a1上方设有筒形的上壳体a2、下方设有长方形的下壳体a3，下壳体a3上设有左凸台a4及右凸台a4’；上壳体a2经上压盖b和螺钉安装在单车横梁Y上，隔板a1下面经螺钉安装有缓冲垫c，下壳体a3的端部经螺钉安装有下端盖d，下端盖d上经螺钉安装有悬浮磁铁e和电路板f，电路板f上设有能量转换电路和信号发射系统；左凸台a4和右凸台a4’上经螺钉和压板g安装有换能器h和簧片i，簧片i两端的固定段i1分别固定在左凸台a4及右凸台a4’上，换能器h的一端固定在左凸台a4或右凸台a4’上，各换能器h经不同的导线组分别与电路板f连接，换能器h对称配置在簧片i的上下两侧；簧片i两端的固定段i1与其上下相邻的换能器h的固定端之间压接有厚垫片j，两个相邻换能器h的固定端之间压接有薄垫片k。
簧片i两端的固定段i1之间经两段窄簧片i2连接有宽簧片i3，窄簧片i2处设有用于增加变形量的折弯；宽簧片i3上下两侧经螺钉安装有顶块m；顶块m的横板m1上对称地设有两块立板m2，立板m2上设有倾斜的激励面m3；簧片i下方的顶块m的横板m1上经螺钉安装有套筒n、经拉簧p悬挂有惯性块q，拉簧p和惯性块q置于套筒n内，套筒n的另一端自上而下经螺钉安装有惯性环r和动磁铁s，动磁铁s与悬浮磁铁e的同性磁极靠近安装；顶块m、簧片i、套筒n、惯性环r、动磁铁s、拉簧p及惯性块q共同构成激励器，激励器为可各方向振动或摆动的两自由度系统。
换能器h为由等厚度的基板h1与压电片h2粘接而成的弧形结构，基板h1置于换能器h内凹的一侧且靠近簧片i安装，换能器h自由端顶靠在激励面m3上；非工作时各换能器h中压电片h2上的最大应力为其许用值的一半；为使换能器h具有最大的发电能力、并避免压电片h2因拉应力过大而损坏，压电片h2凸面上的半径最小值为
其中H为换能器h的厚度，E1、E2分别为基板h1和压电片h2的弹性模量，/>
g31、T*分别为压电材料的介电常数、电压常数和许用拉应力。
环境中无振动的非工作状态下，激励器处于平衡状态，此时簧片i不发生弯曲变形；当环境中存在振动时，激励器的平衡状态被破坏：根据环境振动或摆动方向的不同，激励器可纵向振动、横向摆动或纵向振动与横向摆动的组合；激励器的任何状态变化都将改变换能器h自由端与激励面m3的接触点，从而改变换能器h的变形量及其压电片h2的应力分布状态，压电片h2上应力分布状态的变化过程中即将机械能转换成了电能；所生成的电能经能量转换电路处理后供给信号发射系统，信号发射系统再将单车的地理位置信号发射出去；当激励器位置变动幅度较大且纵向振动使顶块m顶靠在缓冲垫c上或使动磁铁s顶靠在悬浮磁铁e上、及横向摆动使与缓冲垫c相邻的换能器h顶靠在缓冲垫c上时，各压电片h2上应力的最大值小于其许用值。
本发明中，换能器h的变形特性由激励器的运动状态确定，在换能器h结构及尺度确定时可通过顶块m、簧片i、套筒n、惯性环r、动磁铁s、拉簧p及惯性块q的结构和尺度参数调整激励器的固有频率和响应特性，从而实现与单车颠簸振动的频率相匹配；激励器为两自由度系统，有效频带宽；同时，因换能器h自身的基频远高于单车的颠簸振动频率，故换能器h始终工作在一阶模态下，发电效果较好；此外，换能器h工作中仅承受激励器的单向激励、只产生使压电片h2受压的单向变形，可靠性高。
Claims (1)
1.一种自供电的共享单车定位装置，其特征在于：主体的隔板上方设有半圆筒形的上壳体、下方设有端口朝下的长方形的下壳体，隔板位于主体的中部，隔板为下壳体的顶壁和上壳体的底壁，下壳体的左侧壁上设有左凸台、右侧壁上设有右凸台；上壳体经半圆筒形的上压盖装在单车横梁上，上壳体和上压盖压接在单车横梁上，隔板下面装有缓冲垫，下壳体端部装有下端盖，下端盖上装有悬浮磁铁和电路板，电路板上设有能量转换电路和信号发射系统；左凸台和右凸台上装有换能器和簧片，换能器对称配置在簧片上下两侧，簧片两端的固定段与其上下相邻的换能器的固定端之间压接有厚垫片，上下相邻的两换能器的固定端之间压接有薄垫片；簧片两端的固定段之间经两段窄簧片连接有宽簧片，窄簧片处设有折弯，宽簧片上下两侧装有顶块，顶块为U形结构，顶块的横板上对称地设有两块梯形的立板，立板的斜边表面为激励面；簧片下方顶块的横板上装有套筒、经拉簧悬挂有惯性块，拉簧和惯性块置于套筒内，套筒另一端自上而下经螺钉依次安装有惯性环和动磁铁，动磁铁与悬浮磁铁正对安装且其同性磁极相对；换能器为由等厚度的基板与其一侧的压电片粘接而成的弧形结构，基板置于换能器内凹的一侧且靠近簧片安装，换能器自由端顶靠在激励面上；非工作时各换能器中压电片上的最大应力为其许用值的一半；为使换能器具有最大发电能力、避免压电片因拉应力过大损坏，压电片凸面上半径的最小值为
其中H为换能器厚度，E1、E2分别为基板和压电片的弹性模量，/>
g31、T*分别为压电材料的介电常数、电压常数和许用拉应力；激励器纵向振动使顶块顶靠在缓冲垫上或使动磁铁顶靠在悬浮磁铁上时、以及横向摆动使与缓冲垫相邻的换能器顶靠在缓冲垫上时，各压电片上应力的最大值小于其许用值。
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