CN213861736U - 一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，包括轮胎与采集器，采集器通过底部的基座固定在轮胎内部，采集器包括外壳并在外壳内设有悬臂铝梁，采集器顶部两侧对称设置有第三永磁体与第四永磁体；悬臂铝梁底部固定端与基座连接，悬臂铝梁固定端处设有压电片，悬臂铝梁顶部自由端固定设置有第一永磁体与第二永磁体；第一永磁体与第四永磁体之间对应但不接触设置，第一永磁体与第四永磁体的磁极方向相反；第二永磁体与第三永磁体之间对应但不接触设置，第二永磁体与第三永磁体的磁极方向相反。本实用新型可以适应更复杂的振动环境，采集更多的振动能。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车电子监测技术领域，涉及基于汽车轮胎转动的振动能量转换装置，尤其涉及一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器。
背景技术
随着科学技术的进步，使得汽车电子技术快速发展。汽车电子技术主要包括硬件和软件，车用传感器是现代化汽车的重要硬件设备，是促进汽车高档化、电子化、自动化发展的关键技术之一。然而，传感器线路连接变得越来越复杂、维修成本高。此外，嵌入式的传感器不能利用车载电源连接，如内置胎压监测传感器。近年来，利用环境能量为这些分布式或嵌入式无线传感器供能引起了世界各国研究人员的关注，它不但可以减少安装维修带来的成本，而且还可以有效利用环境能量。因此，针对车辆系统实际工作中存在的振动形式，开展面向车载传感器的振动能量采集技术研究，对于振动能量采集器的设计与分析，具有重要的理论意义。同时也可以拓宽能量采集的应用领域，推动振动能量采集器的工程应用。
现有技术的振动能量采集器南京航空航天大学于2014年7月1日申请的实用新型专利“用于汽车胎压监测的悬臂式震动能量采集器”，申请号2014103103103。但是，该采集器为悬臂梁振动能量采集器，只有一个平衡位型，对应的运动状态只在一个平衡位型附近运动，相应的采集频率效率比较低，采集频率带宽只能在共振频率范围具有高效的电量输出。
实用新型内容
实用新型目的：针对现有技术的不足与缺陷，本实用新型提供一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，可以适应更复杂的振动环境，采集更多的振动能。
技术方案：本实用新型的一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，其特征在于：包括轮胎与采集器，采集器通过底部的基座固定在轮胎内部，采集器包括外壳并在外壳内设有悬臂铝梁，采集器顶部两侧对称设置有第三永磁体与第四永磁体；所述悬臂铝梁底部固定端与基座连接，悬臂铝梁固定端处设有压电片，悬臂铝梁顶部自由端固定设置有第一永磁体与第二永磁体；所述第一永磁体与第四永磁体之间对应但不接触设置，第一永磁体与第四永磁体的磁极方向相反；所述第二永磁体与第三永磁体之间对应但不接触设置，第二永磁体与第三永磁体的磁极方向相反。
其中，所述的第一永磁体与第二永磁体的磁极方向相同。
其中，所述的第一永磁体与第二永磁体通过粘性物质与悬臂铝梁固定连接。
其中，所述的压电片贴附设置在悬臂铝梁表面。
其中，所述的外壳为圆柱形空心结构。
有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有以下显著优点：本实用新型克服现有技术只在一个平衡位型采集振动能的不足，能有效地在三个不同的平衡位型之间运动，可以适应更复杂的振动环境，采集更多的振动能，同时可以拓宽采集的频率带宽，增加采集效率。进而，可以节约更换电池的经济费用，为胎压传感器供给长期稳定的电能。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的采集器的结构示意图；
图3为本实用新型的宽频三稳态振动能量采集器的势能曲线图；
图4为现有的单纯悬臂梁振动能量采集器的势能曲线图；
图中1为轮胎；2为悬臂铝梁；3为第一永磁体；4为压电片；5为外壳；6为第二永磁体；7为第三永磁体；8为第四永磁体；9为基座；10为采集器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案做进一步的描述。
本实用新型的一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，包括轮胎1与采集器10，采集器10通过底部的基座9固定在轮胎1内部，采集器10包括外壳5并在外壳5内设有悬臂铝梁2，采集器10顶部两侧对称设置有第三永磁体7与第四永磁体8；悬臂铝梁2底部固定端与基座9连接，悬臂铝梁2固定端处设有压电片4，悬臂铝梁2顶部自由端固定设置有第一永磁体3与第二永磁体6；第一永磁体3与第四永磁体8之间对应但不接触设置，第一永磁体3与第四永磁体8的磁极方向相反；第二永磁体6与第三永磁体7之间对应但不接触设置，第二永磁体6与第三永磁体7的磁极方向相反。其中，第一永磁体3与第二永磁体6的磁极方向相同。第一永磁体3与第二永磁体6通过粘性物质与悬臂铝梁2固定连接。压电片4贴附设置在悬臂铝梁2表面。外壳5为圆柱形空心结构。
本实用新型的一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，包括转动激励源、采集器单元和电量输出电路单元。转动激励源为轮胎1，采集器单元为采集器10，电量输出电路单元为压电片4，包括压电片电容、外接电阻和产生的电压。
当外激励源轮胎1转动时，压电悬臂铝梁2自由端的第一永磁体3与第二永磁体6会左右摆动，与框架内第三永磁体7与第四永磁体8之间产生非线性的磁力，由于磁力的相互作用，形成三个稳定的平衡位型，从而产生三稳态的特性。同时，悬臂铝梁2自由端永磁体的左右摆动会引起悬臂铝梁2固定端的变形，从而使悬臂铝梁2固定端的压电片4产生形变，形成定向运动的电荷，进而在压电片4电容和外接电阻的作用下，产生电压，形成相应的闭合回路，最终为汽车胎压监测传感器供电。
由于磁力的相互作用，形成非线性的回复力，因此采集器10对应的静平衡位型有三个，相应地势能曲线如附图3所示，采集器自由端可以在三个不同的静平衡位型之间运动，从而比现有的单纯悬臂梁振动能量采集器(势能曲线如附图4)，能俘获更多的电能。
Claims (5)
1.一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，其特征在于：包括轮胎(1)与采集器(10)，采集器(10)通过底部的基座(9)固定在轮胎(1)内部，采集器(10)包括外壳(5)并在外壳(5)内设有悬臂铝梁(2)，采集器(10)顶部两侧对称设置有第三永磁体(7)与第四永磁体(8)；所述悬臂铝梁(2)底部固定端与基座(9)连接，悬臂铝梁(2)固定端处设有压电片(4)，悬臂铝梁(2)顶部自由端固定设置有第一永磁体(3)与第二永磁体(6)；所述第一永磁体(3)与第四永磁体(8)之间对应但不接触设置，第一永磁体(3)与第四永磁体(8)的磁极方向相反；所述第二永磁体(6)与第三永磁体(7)之间对应但不接触设置，第二永磁体(6)与第三永磁体(7)的磁极方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，其特征在于：所述的第一永磁体(3)与第二永磁体(6)的磁极方向相同。
3.根据权利要求1所述的一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，其特征在于：所述的第一永磁体(3)与第二永磁体(6)通过粘性物质与悬臂铝梁(2)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，其特征在于：所述的压电片(4)贴附设置在悬臂铝梁(2)表面。
5.根据权利要求1所述的一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器，其特征在于：所述的外壳(5)为圆柱形空心结构。
Priority Applications (1)
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| CN202022924726.8U CN213861736U (zh) | 2020-12-09 | 2020-12-09 | 一种基于转动激励的宽频三稳态振动能量采集器 |
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Publications (1)
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| CN213861736U true CN213861736U (zh) | 2021-08-03 |
Family
ID=77067017
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Country Status (1)
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2020
- 2020-12-09 CN CN202022924726.8U patent/CN213861736U/zh active Active
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