CN203410251U - 轮胎胎压和速度探测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种轮胎胎压和速度探测装置，该装置包括：纳米发电机和探测电路，其中：纳米发电机固定于轮胎的内侧，并与探测电路相连，用于根据轮胎的形变或摩擦产生电信号并将产生的电信号输出给探测电路；探测电路与纳米发电机连接，用于根据纳米发电机产生的电信号来检测轮胎的胎压和速度。本实用新型将汽车行驶过程中轮胎形变产生的机械能转化为电能，有效地利用了车辆的剩余能量，实现自供能的胎压和速度传感，确保行驶安全。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车领域，尤其是一种轮胎胎压和速度探测装置，该装置利用纳米发电机将汽车行驶过程中轮胎形变产生的机械能转化为电能，可用于小功率发电，压强和速度探测等领域。
背景技术
目前，周围工作环境中的能量，比如桥梁震动产生的能量、机械系统中的摩擦、行驶中的汽车轮胎产生的形变等等，在很大程度上被忽视和浪费掉了。这其中，对汽车行驶过程中剩余机械能的利用，提高车辆能量的使用效率，最为便捷并与生活息息相关。收集这些未开发的能量来给微小电子器件供能，可以使一些相关小功率电子设备不需要间歇性充电，同时能够实现绿色环保理念，保护人类生存环境，也是目前汽车技术发展的趋势。
轮胎转动时会不停地旋转、压缩。对比轮胎接触和不接触地面时的形变量，可发现其形变率非常大，可作为发生弯曲和弯曲消失的两种不同状态的机械触发器。若将柔性的纳米发电机固定在轮胎内侧，那么在发电机的固定位置与地面相接触时，轮胎发生形变，纳米发电机就可以产生电脉冲信号。这种纳米发电机的功率足以驱动一些小型电子器件或系统，如果将其与电容器或电池相连，通过几个周期的能量收集，便可以驱动更高功耗的电子器件。
实用新型内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本实用新型提出一种轮胎胎压和速度探测装置，该装置通过一种纳米发电机能量转化系统，将车辆行驶过程中的机械能转化为电能，并将其利用到轮胎的胎压探测和车辆行驶速度的探测中。
本实用新型提出的一种轮胎胎压和速度探测装置包括：纳米发电机5和探测电路，其中：
所述纳米发电机5固定于轮胎的内侧，并与所述探测电路相连，用于根据轮胎的形变或摩擦产生电信号并将产生的电信号输出给所述探测电路；
所述探测电路与所述纳米发电机5连接，用于根据所述纳米发电机5产生的电信号来检测轮胎的胎压和速度。
其中，所述纳米发电机为压电材料发电机或摩擦发电机。
其中，所述压电材料发电机为氧化锌纳米发电机。
其中，所述压电材料发电机由上至下依次包括介质层、压电材料层和基底层。
其中，所述压电材料发电机由上至下依次包括介质层、压电材料层、基底层、压电材料层和介质层。
其中，所述介质层上沉积有金属电极层，所述基底层与所述压电材料层相对的表面上沉积有种子层，所述压电材料层生长在所述种子层上，所述基底层与所述种子层相对的表面上沉积有一层金属层。
其中，所述介质层为聚甲基丙烯酸甲脂层，所述金属电极层为铬/金电极层；所述压电材料层为氧化锌纳米线阵列层；所述基底层为聚苯乙烯基底层，所述种子层为氧化锌种子层，所述金属层为铬；所述氧化锌纳米线阵列层以水热法生长在所述种子层上。
其中，所述氧化锌纳米线阵列层4为水热法生长。
其中，所述探测电路包括整流桥6、电流/电压探测器7和保险丝8，其中：所述整流桥6与所述纳米发电机5相连，用于对于所述纳米发电机5输出的电信号进行整流，并将整流后得到的电流输出给所述电流/电压探测器7；所述电流/电压探测器7与所述整流桥6相连；所述保险丝8与所述电流/电压探测器7相连。
其中，所述纳米发电机5为多个。
其中，多个纳米发电机5遍布于整个轮胎的内侧面，或者是多层叠加。
本实用新型所公开的轮胎胎压和速度探测装置具有的有益效果是：有效利用车辆的剩余能量，实现自供能的胎压和速度传感，确保行驶安全。
附图说明
图1是本实用新型提出的轮胎胎压和速度探测装置的结构示意图；
图2是根据本实用新型的一实施例的双层氧化锌纳米发电机的结构示意图；
图3是将本实用新型提出的轮胎胎压和速度探测装置在轮胎上的装置示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
图1是本实用新型提出的轮胎胎压和速度探测装置的结构示意图，如图1所示，所述轮胎胎压和速度探测装置包括：纳米发电机5和探测电路，其中：
所述纳米发电机5固定于轮胎的内侧，并与所述探测电路相连，用于根据轮胎的形变或摩擦产生电信号并将产生的电信号输出给所述探测电路；
所述纳米发电机5为压电材料发电机或摩擦发电机，比如拱形的摩擦发电机，可获得更高的输出特性。
所述压电材料发电机由上至下依次包括介质层、压电材料层和基底层，其中，所述介质层向外的表面上沉积有金属电极层，所述基底层与所述压电材料层相对的表面上沉积有种子层，所述压电材料层生长在所述种子层上，所述基底层与所述种子层相对的表面上还沉积有一层金属层；
在本实用新型的一实施例中，所述压电材料发电机为双层结构，具体地，所述双层压电材料发电机由上至下依次包括介质层、压电材料层、基底层、压电材料层和介质层，其中，所述介质层向外的表面上均沉积有金属电极层，所述基底层与所述压电材料层相对的表面上均沉积有种子层，所述压电材料层生长在相应的种子层上，所述基底层与所述种子层相对的表面上还分别沉积有一层金属层；
在本实用新型的一实施例中，所述介质层为聚甲基丙烯酸甲脂层，所述金属电极层为铬/金电极层；所述压电材料层为氧化锌纳米线阵列层；所述基底层为聚苯乙烯基底层，所述种子层为氧化锌种子层，所述金属层为铬；所述氧化锌纳米线阵列层以水热法生长在所述种子层上；
图2是根据本实用新型的一实施例的双层氧化锌纳米发电机的结构示意图，如图2所示，所述双层氧化锌纳米发电机由上至下依次包括沉积有铬/金电极层1的聚甲基丙烯酸甲脂层2、氧化锌纳米线阵列层4、聚苯乙烯基底层3、氧化锌纳米线阵列层4和沉积有铬/金电极层1的聚甲基丙烯酸甲脂层2。所述聚苯乙烯基底层3的两侧依次沉积有一层铬和一层氧化锌种子层，水热法生长的氧化锌纳米线阵列层4分别生长在所述氧化锌种子层上；两侧的氧化锌纳米线阵列层4上覆上一层聚甲基丙烯酸甲脂层2，再在其上沉积铬/金电极层1，即得到所述氧化锌纳米发电机。
所述探测电路与所述纳米发电机5连接，用于根据所述纳米发电机5产生的电信号来检测轮胎的胎压和速度。
进一步地，所述探测电路包括整流桥6、电流/电压探测器7和保险丝8，其中，所述整流桥6与所述纳米发电机5相连，用于对于所述纳米发电机5输出的电信号进行整流，并将整流后得到的电流输出给所述电流/电压探测器7；所述电流/电压探测器7与所述整流桥6相连，用于采集和输出探测电路的信号，从而完成探测；所述保险丝8与所述电流/电压探测器7相连，用于防止偶然的过载情况对电路造成损害，起到保护电路的作用。
在实际应用时，固定于轮胎内侧的纳米发电机5可以不止一个，可以遍布于整个内侧面，甚至是多层叠加，这样输出的电信号便可成倍增大。
图3是将本实用新型提出的轮胎胎压和速度探测装置在轮胎上的装置示意图，此处压电材料发电机为例进行说明，如图3所示，所述轮胎胎压和速度探测装置在应用时，压电材料发电机安装的固定位置与地面相接触，轮胎发生形变，所述压电材料发电机产生电信号，图3中10指代轮胎的前进方向，9指代形变方向。
轮胎的变形程度与胎压相关，胎压越小变形越大，轮胎也就越平。因此，当胎压减小的时候，所述压电材料发电机就会输出大幅的电信号，从而实现胎压的探测。当车速增大，即轮胎转动速度增大时，所述压电材料发电机通过形变位置（与地面接触的位置）的时间减少，即更快地通过形变位置，这样所述压电材料发电机输出的电压增大，从而实现速度的探测。
综上，本实用新型利用纳米发电机收集转动的轮胎的机械能，将其转化为电能，并且用于胎压和速度传感，从而能够有效利用车辆的剩余能量，实现自供能的胎压和速度传感，确保行驶的安全。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种轮胎胎压和速度探测装置，其特征在于，该装置包括：纳米发电机（5）和探测电路，其中：
所述纳米发电机（5）固定于轮胎的内侧，并与所述探测电路相连，用于根据轮胎的形变或摩擦产生电信号并将产生的电信号输出给所述探测电路；
所述探测电路与所述纳米发电机（5）连接，用于根据所述纳米发电机（5）产生的电信号来检测轮胎的胎压和速度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米发电机为压电材料发电机或摩擦发电机。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压电材料发电机为氧化锌纳米发电机。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压电材料发电机由上至下依次包括介质层、压电材料层和基底层。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压电材料发电机由上至下依次包括介质层、压电材料层、基底层、压电材料层和介质层。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述介质层上沉积有金属电极层，所述基底层与所述压电材料层相对的表面上沉积有种子层，所述压电材料层生长在所述种子层上，所述基底层与所述种子层相对的表面上沉积有一层金属层。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述介质层为聚甲基丙烯酸甲脂层，所述金属电极层为铬/金电极层；所述压电材料层为氧化锌纳米线阵列层；所述基底层为聚苯乙烯基底层，所述种子层为氧化锌种子层，所述金属层为铬；所述氧化锌纳米线阵列层以水热法生长在所述种子层上。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述氧化锌纳米线阵列层（4）为水热法生长。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探测电路包括整流桥（6）、电流/电压探测器（7）和保险丝（8），其中：
所述整流桥（6）与所述纳米发电机（5）相连，用于对于所述纳米发电机（5）输出的电信号进行整流，并将整流后得到的电流输出给所述电流/电压探测器（7）；
所述电流/电压探测器（7）与所述整流桥（6）相连；
所述保险丝（8）与所述电流/电压探测器（7）相连。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米发电机（5）为多个。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，多个纳米发电机（5）遍布于整个轮胎的内侧面，或者是多层叠加。
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