[发明专利]一种汽车轮辋宽频带压电能量收集装置

说明书

本发明涉及一种汽车轮辋宽频带压电能量收集装置，包括基座、悬臂梁、撞击梁、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连接质量块，所述撞击梁一端固定设在基座上，并与所述悬臂梁平行排布，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。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，撞击梁与悬臂梁的质量块在运动过程中产生碰撞，可以拓宽收集频带，从而可以针对多种车速进行能量收集，解决了传统车轮无线传感器需要经常更换电池的问题。

技术领域

本发明属于能量转化与收集技术领域，尤其涉及一种汽车轮辋宽频带压电能量收集装置。

背景技术

智能轮胎是一种新兴的轮胎概念，配备有多种智能传感器，用于监测轮胎气压、应力、温度、加速度、车轮负载、摩擦和胎面磨损等参数，以此提高轮胎和轮胎控制系统的可靠性。其中目前应用最多的是胎压监测装置，其采用压力传感器获取轮胎内部的气压数据，在轮胎充气不足时提醒驾驶员。不利的道路状况和轮胎缺陷在道路交通事故中起着重要作用。因此，从交通安全的角度来看，迫切需要具有用于道路状况的警告系统的智能轮胎，优化对不良表面的控制，以及测量轮胎变形的轮胎缺陷检测系统，各种传感器的使用将会提高驾驶员的安全性。

智能轮胎的关键技术是传感器的装配，目前传感器的技术已经比较成熟，具有多种商用传感器。因为轮胎及其附属结构中空隙小，结构复杂，因此必须使用无线传感器以减少走线的存在。对于无线传感器来说，其供电是一个主要的问题，因为传统的电池供电方案需要经常对电池进行更换，十分不便。

目前，科研人员提出的基于轮胎旋转的振动能量收集方法，利用轮胎运动中产生的振动产生能量为传感器供电，主要应用的方法有压电法及电磁法。压电法主要利用压电片贴于轮胎内部，当压电片与地面接触时产生应变从而产生能量。电磁法主要利用电磁感应定律，在车轮中加入辅助的磁铁及线圈。但是，因为轮胎橡胶的刚度非常低，所以设计材料在轮胎中是不合适的，高刚度差异可能导致压电片与轮胎橡胶脱粘或降低轮胎性能；其次，电磁的存在对轮胎的一些电磁传感器产生工作的干扰。

因此，基于这些问题，提供一种汽车轮辋宽频带压电能量收集装置，用于解决现有汽车轮辋振动能量收集技术中的压电方案需要贴附于轮胎上的集成及应用问题，将结构集成在轮辋辐条中，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，提供一种汽车轮辋宽频带压电能量收集装置，用于解决现有汽车轮辋振动能量收集技术中的压电方案需要贴附于轮胎上的集成及应用问题，将结构集成在轮辋辐条中，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：

一种汽车轮辋宽频带压电能量收集装置，包括车轮、轮辋辐条、基座、悬臂梁、撞击梁、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连接质量块，所述撞击梁一端固定设在基座上，并与所述悬臂梁平行排布，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、撞击梁、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，所述撞击梁采用非铁磁性金属材料，其长度与包含质量块的悬臂梁一致，其宽度与悬臂梁一致。