CN107359821B - 一种共享单车定位跟踪系统用自供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种共享单车定位跟踪系统用自供电装置，属压电发电领域。上盖与底盖装在套筒两侧；上盖的底壁上设有凸环，底盖的底壁上设有凸环一和凸环二，上盖的凸环上及底盖的凸环一上装有定磁铁，底盖的凸环二上装有电路板；导柱两端固定在上盖和底盖上，导柱自下而上套有平衡弹簧、惯性块和限位弹簧，平衡弹簧和限位弹簧为碟形弹簧；惯性块两端装有动磁铁，动磁铁与定磁铁的异性磁极相对安装；惯性块的侧边设有凸环，凸环两侧装有压电振子，压电振子由基板和压电膜粘接而成，基板靠近凸环安装，压电振子自由端装有顶块，上下两侧压电振子经顶块顶靠在套筒的环形盘上。
Description
技术领域
本发明属于自行车电子技术及压电发电技术领域，具体涉及一种共享单车定位跟踪系统用自供电装置。
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
本发明提出一种共享单车定位跟踪系统用自供电装置，本发明采用的实施方案是：上盖与底盖分别通过螺钉安装在套筒的上下两侧；上盖的底壁上设有凸环，底盖的底壁上设有凸环一和凸环二，上盖的凸环上及底盖的凸环一上都经螺钉安装有定磁铁，底盖的凸环二上经螺钉安装有电路板；导柱两端分别固定在上盖和底盖上，导柱自下而上依次套有平衡弹簧、惯性块和限位弹簧，平衡弹簧和限位弹簧为碟形弹簧；惯性块的上下两端经螺钉安装有动磁铁，动磁铁与定磁铁的异性磁极相对安装；惯性块的侧边设有凸环，凸环的上下两侧都经螺钉和压环安装有压电振子，压电振子由基板和压电膜粘接而成，基板靠近凸环安装，压电振子的自由端经螺钉安装有顶块，上下两侧的压电振子经顶块顶靠在套筒的环形盘上；惯性块受惯性力作用向下运动使平衡弹簧压死时，上侧的压电振子的弯曲变形量达到最大、压电膜上最大压应力小于其许用值，下侧的压电振子处于平直状态，不产生反向的拉应力；惯性块受惯性力作用向上运动使限位弹簧压死时，上侧的压电振子处于平直状态，不产生反向的拉应力，下侧的压电振子弯曲变形量达到最大、压电膜上最大压应力小于其许用值。
压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时，上下两侧压电振子的变形及受力状态分别相同；当惯性块受惯性力作用使平衡弹簧或限位弹簧压死时，压电膜上的最大压应力小于其许用压应力、压电振子端部的弯曲变形量不大于许用值其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，，α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm为基板的厚度，H为压电振子的总厚度，Em和Ep分别为基板和压电膜的杨氏模量，k31和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子的长度。
非工作状态下，上下两侧压电振子的变形及受力状态分别相同；工作时，即共享单车在骑行过程中产生振动时，惯性块在其自身惯性力作用下沿导柱往复移动；当惯性块向下移动时，上侧的压电振子的弯曲变形量逐渐增大、压电膜上的压应力相应增大，下侧的压电振子在其自身弹性力作用下弯曲变形量逐渐减小、压电膜上的压应力也减小；当惯性块向上运动时，上侧的压电振子的弯曲变形量逐渐减小、压电膜上的压应力减小，下侧的压电振子的弯曲变形量逐渐增大、压电膜上的压应力增大；上述压电振子弯曲变形量交替增加与减小的过程中即将机械能转换成电能。
优势与特色：①工作中压电膜仅承受压应力，避免因受拉应力过大损毁、可靠性高；②平衡弹簧和限位弹簧确保压电振子变形量不超过许用值，适于大振幅、高强度振动环境；③系统基频主要由平衡弹簧与限位弹簧刚度及质量块质量决定、可调节范围大，动定磁铁还可实现增幅拓频，故可实现低频、宽带能量回收。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中自供电装置的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式
上盖b与底盖a分别通过螺钉安装在套筒j的上下两侧；上盖b的底壁上设有凸环b1，底盖a的底壁上设有凸环一a1和凸环二a2，上盖b的凸环b1上及底盖a的凸环一a1上都经螺钉安装有定磁铁c，底盖a的凸环二a2上经螺钉安装有电路板g；导柱d两端分别固定在上盖b和底盖a上，导柱d自下而上依次套有平衡弹簧e、惯性块f和限位弹簧e’，平衡弹簧e和限位弹簧e’为碟形弹簧；惯性块f的上下两端经螺钉安装有动磁铁c’，动磁铁c’与定磁铁c的异性磁极相对安装；惯性块f的侧边设有凸环f1，凸环f1的上下两侧都经螺钉和压环k安装有压电振子i，压电振子i由基板i1和压电膜i2粘接而成，基板i1靠近凸环f1安装，压电振子i的自由端经螺钉安装有顶块h，上下两侧的压电振子i经顶块h顶靠在套筒j的环形盘j1上；惯性块f受惯性力作用向下运动使平衡弹簧e压死时，上侧的压电振子i的弯曲变形量达到最大、压电膜i2上最大压应力小于其许用值，下侧的压电振子i处于平直状态，不产生反向的拉应力；惯性块f受惯性力作用向上运动使限位弹簧e’压死时，上侧的压电振子i处于平直状态，不产生反向的拉应力，下侧的压电振子i弯曲变形量达到最大、压电膜i2上最大压应力小于其许用值。
压电振子i安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时，上下两侧压电振子i的变形及受力状态分别相同；当惯性块f受惯性力作用使平衡弹簧e或限位弹簧e’压死时，压电膜i2上的最大压应力小于其许用压应力、压电振子i端部的弯曲变形量不大于许用值其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm为基板i1的厚度，H为压电振子i的总厚度，Em和Ep分别为基板i1和压电膜i2的杨氏模量，k31和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子i的长度。
非工作状态下，上下两侧压电振子i的变形及受力状态分别相同；工作时，即共享单车在骑行过程中产生振动时，惯性块f在其自身惯性力作用下沿导柱d往复移动；当惯性块f向下移动时，上侧的压电振子i的弯曲变形量逐渐增大、压电膜i2上的压应力相应增大，下侧的压电振子i在其自身弹性力作用下弯曲变形量逐渐减小、压电膜i2上的压应力也减小；当惯性块f向上运动时，上侧的压电振子i的弯曲变形量逐渐减小、压电膜i2上的压应力减小，下侧的压电振子i的弯曲变形量逐渐增大、压电膜i2上的压应力增大；上述压电振子i弯曲变形量交替增加与减小的过程中即将机械能转换成电能。
Claims (1)
1.一种共享单车定位跟踪系统用自供电装置，其特征在于：上盖与底盖分别安装在套筒的上下两侧；上盖的底壁上设有凸环，底盖的底壁上设有凸环一和凸环二，上盖的凸环上及底盖的凸环一上安装有定磁铁，底盖的凸环二上安装有电路板；导柱两端分别固定在上盖和底盖上，导柱自下而上依次套有平衡弹簧、惯性块和限位弹簧，平衡弹簧和限位弹簧为碟形弹簧；惯性块的上下两端安装有动磁铁，动磁铁与定磁铁的异性磁极相对安装；惯性块的侧边设有凸环，凸环的上下两侧安装有压电振子，压电振子由基板和压电膜粘接而成，基板靠近凸环安装，压电振子的自由端安装有顶块，上下两侧的压电振子经顶块顶靠在套筒的环形盘上；惯性块受惯性力作用向下运动使平衡弹簧压死时，上侧的压电振子的弯曲变形量达到最大、压电膜上最大压应力小于其许用值，下侧的压电振子处于平直状态，不产生反向的拉应力；惯性块受惯性力作用向上运动使限位弹簧压死时，上侧的压电振子处于平直状态，不产生反向的拉应力，下侧的压电振子弯曲变形量达到最大、压电膜上最大压应力小于其许用值。
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