CN107395049A - 一种单车定位跟踪装置 - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters

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Abstract

本发明涉及一种单车定位跟踪装置，属于自行车技术领域。吊架装在单车横梁上，吊架端盖装在主体侧壁端部，主体底壁上装有电路板和悬浮磁铁；主体侧壁的下环台上装有限位板、上环台上装有两组压电振子和片簧，压电振子位于片簧上下两侧，压电振子与片簧间压接有隔环；隔环压接在片簧的外环片上，外环片经辐片连接有内圆片；内圆片上下两侧装有压板；惯性块上端固定在片簧下方的压板上、下端安装有被悬磁铁，被悬磁铁与悬浮磁铁同性磁极相对安装，被悬磁铁与悬浮磁铁都为圆形磁铁；两个压板、惯性块及被悬磁铁构成激励器；压电振子为由基板和压电片粘接而成的扇形或长方形悬臂梁；基板靠近片簧安装，压电振子自由端顶靠在激励环上。

Description

一种单车定位跟踪装置
技术领域
本发明属于自行车技术领域，具体涉及一种单车定位跟踪装置。
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
本发明提出一种单车定位跟踪装置，本发明采用的实施方案是：吊架上设有端盖和半壳体，主体上设有主体底壁和主体侧壁，主体侧壁上设有上环台和下环台；半壳体经螺钉和壳盖安装在单车横梁上，端盖经螺钉安装在主体侧壁端部；主体底壁上经螺钉安装有电路板和悬浮磁铁，电路板上设有能量转换电路、控制与信号发射系统；下环台上经螺钉安装有带通孔的限位板，上环台上经螺钉和压环安装有两组压电振子和片簧，压电振子位于片簧的上下两侧，压电振子固定端与片簧固定端之间压接有隔环；隔环压接在片簧的外环片上，外环片经辐片连接有内圆片；内圆片上下两侧经螺钉安装有压板，压板的外缘上设有激励环；惯性块上端经螺钉固定在片簧下方的压板上、下端经螺钉安装有被悬磁铁，被悬磁铁与悬浮磁铁的同性磁极相对安装，被悬磁铁与悬浮磁铁都为圆形磁铁且被悬磁铁与悬浮磁铁的直径比小于0.5；两个压板、惯性块及被悬磁铁构成激励器。
压电振子为由基板和压电片粘接而成的扇形或长方形悬臂梁，各压电振子经不同的导线组分别与电路板连接；基板靠近片簧安装，基板自由端设有向压电片一侧弯曲的翻边，压电振子的自由端顶靠在激励环上；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时压电振子的弯曲变形量为其许用值的一半，压电振子为长方形时其自由端变形量的许用值为其中：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为基板厚度，H为压电振子总厚度，Em和Ep分别为基板和压电片材料的杨氏模量，k31和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子的悬臂长度。
本发明中，压电振子自由端是指包含基板和压电片两层结构的端部。
环境中无振动的非工作状态下，激励器处于平衡状态，此时片簧不发生弯曲变形，片簧上下两侧压电振子的弯曲变形及压电片上的应力分布状态分别相同；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激励环与压电振子的接触点，从而改变压电振子的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并将压电振子自由端的翻边顶靠在端盖或限位板上时，压电振子自由端的变形量小于其许用值，从而确保压电片上的最大压应力小于其许用值。
本发明中，压电振子的变形特性由激励器的运动状态确定，在压电振子结构及尺度确定时可通过片簧、压板、惯性块及被悬磁铁的结构和尺度加以调整，从而实现与单车颠簸振动的频率相匹配；同时，因压电振子自身的基频远高于单车的颠簸振动频率，故压电振子始终工作在一阶模态下，发电效果较好；此外，压电振子工作中仅承受激励器的单向激励、只产生使压电片承受压应力的单向变形，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；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，且系统基频易于通过惯性块质量和尺度加以调节；工作中压电振子仅承受单向激励、产生单向弯曲变形、压电片仅承受压应力，可靠性高。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中定位跟踪装置的结构剖面图；
图2是图1中采用矩形压电振子时的A-A剖视图；
图3是图1左视图；
图4是本发明一个较佳实施例中片簧的结构剖面示意图；
图5是压电振子的结构示意图。
具体实施方式
吊架a上设有端盖a1和半壳体a2，主体b上设有主体底壁b1和主体侧壁b2，主体侧壁b2上设有下环台b3和上环台b4；半壳体a2经螺钉和壳盖c安装在单车横梁Y上，端盖a1经螺钉安装在主体侧壁b2的端部；主体底壁b1上经螺钉安装有电路板d和悬浮磁铁e，电路板d上设有能量转换电路、控制与信号发射系统；下环台b3上经螺钉安装有带通孔的限位板f，上环台b4上经螺钉和压环g安装有两组压电振子h和片簧i，压电振子h位于片簧i的上下两侧，压电振子h的固定端与片簧i的固定端之间压接有隔环j；隔环j压接在片簧i的外环片i1上，外环片i1经辐片i2连接有内圆片i3；内圆片i3上下两侧经螺钉安装有压板k，压板k的外缘上设有激励环k1；惯性块m的上端经螺钉固定在片簧i下方的压板k上、下端经螺钉安装有被悬磁铁n，被悬磁铁n与悬浮磁铁e的同性磁极相对安装，被悬磁铁n与悬浮磁铁e都为圆形磁铁且被悬磁铁n与悬浮磁铁e的直径比小于0.5；两个压板k、惯性块m及被悬磁铁n构成激励器。
压电振子h为由基板h1和压电片h2粘接而成的扇形或长方形悬臂梁，各压电振子h经不同的导线组分别与电路板d连接；基板h1靠近片簧i安装，基板h1的自由端设有向压电片h2一侧弯曲的翻边h3，压电振子h的自由端顶靠在激励环k1上；压电振子h安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时压电振子h的弯曲变形量为其许用值的一半，压电振子h为长方形时其自由端变形量的许用值为其中：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h1的厚度，H为压电振子h总厚度，Em和Ep分别为基板h1和压电片h2材料的杨氏模量，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h的悬臂长度。
本发明中，压电振子h的自由端是指包含基板h1和压电片h2两层结构的端部。
环境中无振动的非工作状态下，激励器处于平衡状态，此时片簧i不发生弯曲变形，片簧i上下两侧压电振子h的弯曲变形及压电片h2上的应力分布状态分别相同；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激励环k1与压电振子h的接触点，从而改变压电振子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并将压电振子h自由端的翻边h3顶靠在端盖a1或限位板f上时，压电振子h自由端的变形量小于其许用值，从而确保压电片h2上的最大压应力小于其许用值。
本发明中，压电振子h的变形特性由激励器的运动状态确定，在压电振子h结构及尺度确定时可通过片簧i、压板k、惯性块m及被悬磁铁n的结构和尺度加以调整，从而实现与单车颠簸振动的频率相匹配；同时，因压电振子h自身的基频远高于单车的颠簸振动频率，故压电振子h始终工作在一阶模态下，发电效果较好；此外，压电振子h工作中仅承受激励器的单向激励、只产生使压电片h2承受压应力的单向变形，可靠性高。

Claims (1)

1.一种单车定位跟踪装置，其特征在于：吊架上设有端盖和半壳体，主体上设有主体底壁和主体侧壁，主体侧壁上设有上环台和下环台；半壳体经螺钉和壳盖安装在单车横梁上，端盖装在主体侧壁端部；主体底壁上装有电路板和悬浮磁铁，电路板上设有能量转换电路、控制与信号发射系统；下环台上装有带通孔的限位板，上环台上装有两组压电振子和片簧，压电振子位于片簧上下两侧，压电振子固定端与片簧固定端之间压接有隔环；隔环压接在片簧的外环片上，外环片经辐片连接有内圆片；内圆片上下两侧安装有压板，压板的外缘上设有激励环；惯性块上端固定在片簧下方的压板上、下端安装有被悬磁铁，被悬磁铁与悬浮磁铁同性磁极相对安装；两个压板、惯性块及被悬磁铁构成激励器；压电振子为由基板和压电片粘接而成的扇形或长方形悬臂梁；基板靠近片簧安装，基板自由端设有向压电片一侧弯曲的翻边，压电振子自由端顶靠在激励环上；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时压电振子的弯曲变形量为其许用值的一半，工作中当激励环将压电振子自由端的翻边顶靠在端盖或限位板上时，压电振子自由端的变形量小于其许用值。
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