CN114050699A - 一种基于低频俘能的定位跟踪装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于低频俘能的定位跟踪装置，属新能源与车辆电子领域；摇臂由臂板与半轴构成，两半轴分别装在壳体的前后壁上，臂板上装有调频块；上簧两端分别与端盖和臂板相连，下簧两端分别与臂板和壳体的下壁相连，上下簧与臂板垂直；线圈座上装有线圈，磁铁座上装有磁铁和惯性块，两轴向相邻的磁铁间设有垫片；吊簧上先两端分别与摇臂的臂板和磁铁座相连；磁铁座与其上所装的元件构成动子，动子置于线圈座的内腔中；上下簧、摇臂及调频块构成耦合器，耦合器与动子构成振动系统；车辆颠簸震动时，耦合器及动子在系统惯性力的作用下往复振动，线圈通过切割磁力线将机械能转换成电能并供给信号处理与发射单元，信号发射单元将车辆位置信息发射出去。

Description

一种基于低频俘能的定位跟踪装置
技术领域
本发明属于新能源与汽车电子应用技术领域，具体涉及一种基于低频俘能的定位跟踪装置，用于车辆的定位与跟踪。
背景技术
定位导航系统已成为当今各种车辆不可或缺的汽车电子产品，但现有的车载定位导航系统功能单一，主要是以引导驾驶员前往目的地为应用目标。从行车安全及监管等实际应用的角度，车载定位跟踪系统还可实现车速实时监测数据上传、重大交通事故自动报警、车辆被盗追踪等功能。因现有的车载定位系统是基于发动机供电的，一旦发动机熄火停车或出现故障不能正常运转，定位跟踪系统将无法继续正常工作。此外，现有定位跟踪系统都是外置的，易于被人为地关闭或被破坏掉，无法用于速度监测及失窃追踪等目的。
为拓展车辆定位跟踪系统的功能和实用性，首先需解决其电能供给问题，并需将电源及定位跟踪系统隐秘、密闭地安装，以提高其可靠性和安全性、避免认为关闭和蓄意破坏。为此，人们提出了多种形式的压电及电磁式振动发电装置，以期通过行车振动能量回收构造独立的自供电电源，从而可使定位跟踪系统得以隐秘地封装在安全部位。但由于结构原理或器件特性的原因，现有的相关振动发电装置的系统固有频率都是固定、通常都远高于车辆的颠簸频率且效带宽较窄，最关键的是产品一旦出厂便不可调节，故无法满足不同车型、不同路况及不同行车速度等环境的应用需求。
发明内容
一种基于低频俘能的定位跟踪装置，主要包括壳体、端盖、摇臂、轴座、滑块、上簧、下簧、吊簧、调频块、惯性块、线圈、线圈座、磁铁、磁铁座、垫片及电路板，电路板上设有能量转换处理单元及定位跟踪信号处理与发射单元。
壳体为上方设有端口的长方形中空结构，壳体由前壁、后壁、左壁、右壁和下壁构成，端盖经螺钉安装在壳体的端口上，端盖和壳体的下壁上分别设有端盖导槽和壳体导槽。
摇臂由臂板与其两侧同轴的半轴构成，半轴的轴线位于臂板厚度方向的对称中介面内，臂板的长度方向上设有臂板导槽；两个半轴经轴座分别安装在壳体的前壁和后壁上，轴座的座板经螺钉安装在前壁或后壁上，半轴的轴端置于轴座的轴孔内，轴座靠近壳体的左壁一侧。
端盖导槽的下侧、壳体导槽的上侧及臂板导槽的上下两侧都经螺钉安装有滑块，臂板导槽的上下两侧分别安装有一个滑块和两个滑块，臂板导槽的上侧经螺钉安装有调频块，臂板导槽上最右侧的滑块的几何中心与调频块的几何中心位于同一铅垂线上；调频块及滑块经螺钉固定且各导槽中滑块的位置可调；上簧的上下两端分别经滑块与端盖和臂板相连，下簧的上下两端分别经滑块与臂板和壳体的下壁相连，上簧和下簧均与臂板垂直。
电路板及线圈座经螺钉安装在壳体的下壁上，线圈座的座板经螺钉安装在下壁上，线圈座的筒壁的外侧安装有线圈，线圈座与所安装的线圈构成定子，各线圈经独立的导线组及整流桥与电路板相连；磁铁座的筒壁的一端设有座板，磁铁座的筒壁外侧安装有磁铁，两轴向相邻的磁铁之间设有垫片；磁铁座的内腔内部设有隔板，隔板的下侧经螺钉安装有惯性块；吊簧的上端经螺钉及滑块与摇臂的臂板相连、下端与磁铁座的隔板相连；调频块与惯性块的质心位于同一铅锤线上；磁铁座与其上所安装的磁铁、垫片及惯性块构成动子，动子置于线圈座的内腔中，定子与动子构成换能器，换能器的功能是将振动能转换成电能。
本发明中，上簧、下簧、摇臂及调频块构成耦合器，耦合器与动子构成振动系统，耦合器的功能是通过频率匹配将车辆的颠簸振动进行放大后再激励换能器发电，耦合器自身的固有频率通过改变上簧、下簧及调频块到半轴的距离以及调频块的质量大小加以调节，以便使线圈与磁铁间产生足够大的相对运动；振动系统的固有频率还可通过惯性块的质量调节。
本发明中，滑块和摇臂均为轻质材料且其质量远小于调频块的质量，耦合器的固有频率为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，式中：ζ为阻尼比，k1、k2分别为上簧和下簧的刚度，x、y、z分别为上簧、下簧及调频块到半轴的距离， m1为调频块的质量。
本发明中，滑块和摇臂均为轻质材料且质量远小于动子、调频块和惯性块的质量，振动系统的固有频率约为
Figure 277981DEST_PATH_IMAGE002
，式中：ζ为阻尼比，k1、k2、k3分别为上簧、下簧和吊簧的刚度，x、y、z分别为上簧、下簧及调频块与吊簧到半轴的距离， m0、m1和m2分别为动子、调频块和惯性块的质量。
本发明中，垫片与磁铁的厚度相等且小于线圈的厚度，所述厚度是指垫片和磁铁沿磁铁座的轴向方向的尺寸；非工作状态下，线圈厚度方向的对称中心面与磁铁的上端面或下端面位于同一水平面内；工作时，即车辆颠簸震动时，耦合器及动子在系统惯性力的作用下分别绕半轴往复转动和上下往复振动，线圈通过切割磁力线将机械能转换成电能，电能经转换处理后供给信号处理与发射单元，信号发射单元将车辆位置信息发射出去。
优势与特色：无需更换部件，通过改变部件安装位置即可调节系统固有频率，调频方法简单易行、并可实现超低频发电；振动系统为两自由度系统，环境适应能力强、有效频带宽，尤其适于超低频、大振幅的随机颠簸。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中跟踪装置的结构示意图；
图2是本发明一个较佳实施例中摇臂的结构示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是本发明一个较佳实施例中轴承座的结构示意图；
图5是图4的俯视图；
图6是本发明一个较佳实施例中线圈座套的结构示意图；
图7是本发明一个较佳实施例中磁铁座套的结构示意图。
具体实施方式
一种基于低频俘能的定位跟踪装置，主要包括壳体a、端盖b、摇臂c、轴座d、滑块e、上簧f1、下簧f2、吊簧f3、调频块g1、惯性块g2、线圈h、线圈座m、磁铁i、磁铁座n、垫片j及电路板p，电路板p上设有能量转换处理单元及定位跟踪信号处理与发射单元。
壳体a为上方设有端口的长方形中空结构，壳体a由前壁、后壁、左壁、右壁和下壁构成，端盖b经螺钉安装在壳体a的端口上，端盖b和壳体a的下壁上分别设有端盖导槽和壳体导槽。
摇臂c由臂板c1与其两侧同轴的半轴c2构成，半轴c2的轴线位于臂板c1厚度方向的对称中介面内，臂板c1的长度方向上设有臂板导槽c3；两个半轴c2经轴座d分别安装在壳体a的前壁和后壁上，轴座d的座板d1经螺钉安装在前壁或后壁上，半轴c2的轴端置于轴座d的轴孔d2内，轴座d靠近壳体a的左壁一侧。
端盖导槽的下侧、壳体导槽的上侧及臂板导槽c3的上下两侧都经螺钉安装有滑块e，臂板导槽c3的上下两侧分别安装有一个滑块e和两个滑块e，臂板导槽c3的上侧经螺钉安装有调频块g1，臂板导槽c3上最右侧的滑块e的几何中心与调频块g1的几何中心位于同一铅垂线上；调频块g1及滑块e经螺钉固定且各导槽中滑块e的位置可调；上簧f1的上下两端分别经滑块e与端盖b和臂板c1相连，下簧f2的上下两端分别经滑块e与臂板c1和壳体a的下壁相连，上簧f1和下簧f2均与臂板c1垂直。
电路板p及线圈座m经螺钉安装在壳体a的下壁上，线圈座m的座板m1经螺钉安装在下壁上，线圈座m的筒壁m2的外侧安装有线圈h，线圈座m与所安装的线圈h构成定子，各线圈h经独立的导线组及整流桥与电路板p相连；磁铁座n的筒壁n2的一端设有座板n1，磁铁座n的筒壁n2外侧安装有磁铁i，两轴向相邻的磁铁i之间设有垫片j；磁铁座n的内腔n3内部设有隔板n4，隔板n4的下侧经螺钉安装有惯性块g2；吊簧f3的上端经螺钉及滑块e与摇臂c的臂板c1相连、下端与磁铁座n的隔板n4相连；磁铁座n与其上所安装的磁铁i和垫片j构成动子，动子置于线圈座m的内腔m3中，定子与动子构成换能器，换能器的功能是将振动能转换成电能。
本发明中，上簧f1、下簧f2、摇臂c及调频块g1构成耦合器，耦合器与动子构成振动系统，耦合器的功能是通过频率匹配将车辆的颠簸振动进行放大后再激励换能器发电，耦合器自身的固有频率通过改变上簧f1、下簧f2及调频块g1到半轴c2的距离以及调频块g1的质量大小加以调节，以便使线圈h与磁铁i间产生足够大的相对运动；振动系统的固有频率还可通过惯性块g2的质量m2调节。
本发明中，滑块e和摇臂c均为轻质材料且其质量远小于调频块g1的质量，耦合器的固有频率为：
Figure 154670DEST_PATH_IMAGE001
，式中：ζ为阻尼比，k1、k2分别为上簧f1和下簧f2的刚度，x、y、z分别为上簧f1、下簧f2及调频块g1到半轴c2的距离， m1为调频块g1的质量。
本发明中，滑块e和摇臂c均为轻质材料且其质量远小于动子、调频块g1和惯性块g2的质量，振动系统的固有频率约为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，式中：ζ为阻尼比，k1、k2、k3分别为上簧f1、下簧f2和吊簧f3的刚度，x、y、z分别为上簧f1、下簧f2及调频块g1与吊簧f3到半轴c2的距离， m0、m1和m2分别为动子、调频块g1和惯性块g2的质量。
本发明中，垫片j与磁铁i的厚度相等且小于线圈h的厚度，所述厚度是指垫片j和磁铁i沿磁铁座n的轴向方向的尺寸；非工作状态下，线圈h厚度方向的对称中心面与磁铁i的上端面或下端面位于同一水平面内；工作时，即车辆颠簸震动时，耦合器及动子在系统惯性力的作用下分别绕半轴c2往复转动和上下往复振动，线圈通过切割磁力线将机械能转换成电能，电能经转换处理后供给信号处理与发射单元，信号发射单元将车辆位置信息发射出去。

Claims (3)

1.一种基于低频俘能的定位跟踪装置，主要包括装有端盖的壳体、摇臂、上簧、下簧、吊簧、调频块、惯性块、线圈、线圈座、磁铁、磁铁座、垫片及电路板，其特征在于：电路板及线圈座装在壳体的下壁上，摇臂由臂板与其两侧的半轴构成，两半轴分别装在壳体的前壁和后壁上，臂板上装有调频块；上簧两端分别与端盖和臂板相连，下簧两端分别与臂板和壳体的下壁相连，上簧和下簧均与臂板垂直；线圈座上装有线圈，磁铁座上装有磁铁和惯性块，两轴向相邻的磁铁间设有垫片；吊簧上端与摇臂的臂板相连、下端与磁铁座相连，惯性块与调频块的质心位于同一铅锤线上；磁铁座与其上所装的磁铁、垫片及惯性块构成动子，动子置于线圈座的内腔中；上簧、下簧、摇臂及调频块构成耦合器，耦合器与动子构成振动系统；车辆颠簸震动时，耦合器及动子在系统惯性力的作用下分别绕半轴往复转动和上下往复振动，线圈通过切割磁力线将机械能转换成电能并供给信号处理与发射单元，信号发射单元将车辆位置信息发射出去。
2.根据权利要求1所述的一种基于低频俘能的定位跟踪装置，其特征在于：耦合器固有频率通过改变上簧、下簧及调频块到半轴的距离以及调频块质量，振动系统的固有频率还通过惯性块质量调节。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种基于低频俘能的定位跟踪装置，其特征在于：垫片与磁铁的厚度相等且小于线圈厚度，非工作时线圈厚度方向的对称中心面与磁铁的上端面或下端面位于同一水平面内。
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