CN109687764A - 一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置，包括车轮、轮辋辐条、基座、悬臂梁、压电片、质量块、能量收集电路、电能存储器件；所述压电片固定设置在悬臂梁上，所述悬臂梁一端与所述基座固定连接，所述悬臂梁另一端固定设有质量块，所述压电片与能量收集电路相连接，所述能量收集电路连接电能存储器件，所述电能存储器件连接车轮无线传感器并为其供电；所述悬臂梁、压电片位于车轮轮辋的任一轮辋辐条内，所述基座固定在车轮轮辋内部靠近轮胎一侧，质量块位于靠近车轮的中心；所述悬臂梁与压电片的连接面与所述车轮圆形截面垂直。本发明结构简单，易于设计与制作，成本低；解决了传统车轮无线传感器需要经常更换电池的问题。
Description
技术领域
本发明属于能量转化与收集技术领域，尤其涉及一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置。
背景技术
车轮是汽车唯一与路面直接接触的部位，承载着车身重量与高速转动，车轮的状态直接影响了车辆的行驶安全。可以获取多种行驶信息的智能车轮概念在十几年前就被提及，但没有得到长足的发展。随着MEMS技术及自动驾驶汽车技术的兴起，智能车轮再次获得了重视。这种概念车轮可以搭载多种传感器以获取轮辋压力、温度、摩擦力矩、路况信息、周围环境信息等。
目前，有一些特别针对于车轮研发的传感器及算法，有基于加速度、压电、磁和表面波原理的传感器，基于不同的算法有对胎压、接触形变、扭矩、转角等参数的测量。这些传感器大部分是无线传感器,因为在车轮狭小的空间中,使用传统的有线传感器将会增加车轮的开孔数量,降低系统强度。同时，多余的线缆一旦脱落或松散，将会对旋转车轮的安全造成一定的风险。但是，无论使用哪种无线传感器用于汽车车轮的性能监测，都需要能量的供给。目前，能量是限制智能车轮发展的一个瓶颈。传统的电池供电方法具有维护频繁、体积大等缺点，对于具有多种传感器的智能轮辋来说，不是一种理想的解决方案。
因此，基于这些问题，提供一种为车轮无线传感器供电的能量收集方法，用于解决现有技术中传感器供电难以解决的问题，以提供一种无需外部能源、稳定、高效的供电技术，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种为车轮无线传感器供电的能量收集方法，用于解决现有技术中传感器供电难以解决的问题，以提供一种无需外部能源、稳定、高效的供电技术。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置，包括车轮、轮辋辐条、基座、悬臂梁、压电片、质量块、能量收集电路、电能存储器件；
所述压电片设置在悬臂梁上，所述悬臂梁一端与所述基座固定连接，所述悬臂梁另一端固定设有质量块，所述压电片与能量收集电路相连接，所述能量收集电路连接电能存储器件，所述电能存储器件连接车轮无线传感器并为其供电；
所述悬臂梁、压电片位于车轮轮辋的任一轮辋辐条内，所述基座固定在车轮轮辋内部靠近轮胎一侧，质量块位于靠近车轮的中心；
所述悬臂梁与压电片的连接面与所述车轮圆形截面垂直。
进一步的，所述悬臂梁采用非铁磁性金属。
进一步的，所述质量块采用非铁磁性材料。
进一步的，所述压电片采用压电陶瓷、粗压电纤维复合材料、聚偏氟乙烯中的任一种。
进一步的，所述能量收集电路为桥式整流电路。
进一步的，所述电能存储器件为电池或超级电容器。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明以悬臂梁为基础能量收集结构，附加质量块与压电片，结构简单，易于设计与制作，成本低；以能量收集的方法为传感器供电，解决了传统车轮无线传感器需要经常更换电池的问题；
2、本发明未引入电磁材料，对车轮附近的电磁原理传感器的工作不造成影响。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1是本发明实施例提供的为车轮无线传感器供电的能量收集装置固定在车轮轮辋中的示意图；
图2是本发明实施例提供的为车轮无线传感器供电的能量收集装置的结构示意图；
图中：
1、车轮 2、轮辋辐条
2-1、基座 2-2、悬臂梁 2-3、压电片
2-4、质量块 2-5、能量收集电路 2-6、电能存储器件
2-7、车轮无线传感器
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面就结合图1至图2来具体说明本发明。
实施例1
图1是本发明实施例提供的为车轮无线传感器供电的能量收集装置固定在车轮轮辋中的示意图；图2是本发明实施例提供的为车轮无线传感器供电的能量收集装置的结构示意图；如图1～2所示，本实施例提供的为车轮无线传感器供电的能量收集装置，包括车轮1、轮辋辐条2、基座2-1、悬臂梁2-2、压电片2-3、质量块2-4、能量收集电路2-5、电能存储器件2-6；
所述压电片2-3设置在悬臂梁2-2上，此实施例中可以考虑将压电片2-3粘贴在悬臂梁2-2表面，所述悬臂梁2-2一端与所述基座2-1固定连接，所述悬臂梁2-2另一端固定设有质量块2-4，所述压电片2-3与能量收集电路2-5相连接，所述能量收集电路2-5连接电能存储器件2-6，所述电能存储器件2-6连接车轮无线传感器2-7并为其供电；
所述悬臂梁2-2、压电片2-3位于车轮轮辋的任一轮辋辐条2内，所述基座2-1固定在车轮轮辋内部靠近轮胎一侧，质量块2-4位于靠近车轮的中心；
所述悬臂梁2-2与压电片2-3的连接面与所述车轮圆形截面垂直。
需要指出的是，所述悬臂梁2-2采用非铁磁性金属；所述质量块2-4采用非铁磁性材料；所述压电片2-3采用压电陶瓷、粗压电纤维复合材料、聚偏氟乙烯中的任一种；所述能量收集电路2-5为本领域常用的桥式整流电路；所述电能存储器件2-6为电池或超级电容器。
需要说明的是，所述基座2-1固定在车轮轮辋内部靠近轮胎一侧，质量块2-4位于靠近车轮的中心，使得所述悬臂梁2-2、压电片2-3位于车轮轮辋的任一轮辋辐条2内，从而可以不改变传统车轮结构，对车轮正常运转无影响。
其中，车轮无线传感器2-7可以为汽车车轮可用的无线传感器，例如胎压监测传感器、温度传感器、振动传感器等，其所放置位置可以为轮辋辐条的内部或外部。
作为举例，在本发明中，利用车轮产生旋转，能量收集装置是车轮中常见的轮辋辐条结构，借助车轮的转动带动其他部件也一同运动；在此过程中，质量块2-4由于重力作用在悬臂梁2-2的自由端将会呈现周期上下运动，悬臂梁2-2及压电片2-3将会随振动产生形变，通过压电效应产生交变电压，再通过能量收集电路2-5将其转换成电能，在电能存储器件2-6中存储，以实现为车轮无线传感器2-7供给能量；未引入磁铁材料，对汽车正常运转无影响。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (6)
1.一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置，其特征在于：包括车轮、轮辋辐条、基座、悬臂梁、压电片、质量块、能量收集电路、电能存储器件；
所述压电片固定设置在悬臂梁上，所述悬臂梁一端与所述基座固定连接，所述悬臂梁另一端固定设有质量块，所述压电片与能量收集电路相连接，所述能量收集电路连接电能存储器件，所述电能存储器件连接车轮无线传感器并为其供电；
所述悬臂梁、压电片位于车轮轮辋的任一轮辋辐条内，所述基座固定在车轮轮辋内部靠近轮胎一侧，质量块位于靠近车轮的中心；
所述悬臂梁与压电片的连接面与所述车轮圆形截面垂直。
2.根据权利要求1所述的一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置，其特征在于：所述悬臂梁采用非铁磁性金属。
3.根据权利要求2所述的一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置，其特征在于：所述质量块采用非铁磁性材料。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置，其特征在于：所述压电片采用压电陶瓷、粗压电纤维复合材料、聚偏氟乙烯中的任一种。
5.根据权利要求4所述的一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置，其特征在于：所述能量收集电路为桥式整流电路。
6.根据权利要求5所述的一种为车轮无线传感器供电的能量收集装置，其特征在于：所述电能存储器件为电池或超级电容器。
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2019
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