基于轮胎变形的压电能量俘获装置

1.本实用新型属于环境能量俘获技术领域，涉及一种基于轮胎变形的压电能量俘获装置。


背景技术：

2.合适的轮胎胎压对于汽车的安全行驶来说至关重要，为了可以实时监控轮胎的胎压和温度，胎压监测系统的改进和应用备受关注。然而为胎压监测系统供能的电池却具有寿命短、污染大、不易更换等缺点。与此同时，受微机电和无线传感器网络技术发展的激励，为无线传感器件提供可持续能源的环境能量俘获技术得到迅猛发展。
3.目前，最基本的环境能量俘能方法有三种:静电式、电磁式和压电式。其中，压电式发电装置具有能量密度大、无电磁干扰、易于加工，便于实现小型化和集成化等诸多优点，具有非常广阔的应用前景。因此，如何将压电发电装置与轮胎结合起来，为车辆轮胎的胎压监测系统或其他系统供电，具有重要的研究前景。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种基于轮胎变形的压电能量俘获装置，从而俘获轮胎在汽车重力的作用下发生形变而产生的应变能，并通过正压电效应将俘获的应变能转化为电能，最终为胎压监测系统或其他系统供电。
5.本实用新型所采用的技术方案是一种基于轮胎变形的压电能量俘获装置，包括轮胎，轮胎包括轮毂，轮毂套设有内胎，内胎套设有外胎；其特征在于：轮毂的轮辐之间安装有压电曲梁，压电曲梁上固定有内磁铁，内磁铁位于压电曲梁远离轮毂中心的一侧；内胎内包覆有外磁铁，内磁铁与外磁铁的中心在轮毂的同一径向上，内磁铁与外磁铁为相同磁极相对布置。
6.本实用新型的特点还在于：
7.压电曲梁的表面粘贴有压电片薄层。
8.压电曲梁为弧形。
9.压电曲梁朝向轮胎的中心。
10.轮辐上沿轴向开设有凹槽，压电曲梁通过相邻轮辐上的凹槽固定于轮毂上。
11.外磁铁为沿轮胎轴向布置且加工成圆角的细长状长方体磁铁。
12.本实用新型的压电能量俘获装置可俘获汽车轮胎在发生形变时产生的应变能，可作为一种绿色能源的获取方式，具有结构简单，不易损坏，易于推广的优点。
附图说明
13.图1是本实用新型的压电能量俘获装置的结构示意图；
14.图2是本实用新型的压电能量俘获装置的作业示意图。
15.图中，1.轮毂，2.内胎，3.压电曲梁，4.内磁铁，5.外磁铁，6.外胎。
具体实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
17.本实用新型一种基于轮胎变形的压电能量俘获装置，如图1所示，包括轮毂、内胎、压电曲梁、内磁铁、外磁铁和外胎。
18.其中，内胎2套在轮毂1的外周上，外胎6套在内胎2的外面从而构成了轮胎的主体；压电曲梁3是通过其基体表面上粘贴压电片薄层构成的，压电曲梁3为板状的弹性弧形结构，并且朝向轮胎的中心。压电曲梁3设置在轮毂1上两相邻轮辐之间，轮辐上有凹槽，压电曲梁3通过将两端嵌入轮辐上的凹槽内得以固定；内磁铁4固定在压电曲梁3上，外磁铁5包覆在内胎2里面，内磁铁4和外磁铁5的中心在轮毂1的同一径向上，并且二者为相同磁极面对面布置。
19.本实用新型的工作原理为：由于内磁铁4和外磁铁5为相同磁极面对面布置，所以二者之间存在斥力；当轮胎包覆外磁铁5的部分不与地面接触时，内磁铁4和外磁铁5与压电曲梁3组成的系统处于平衡状态，压电曲梁3没有变形或者变形量很小，如图1所示；当轮胎包覆外磁铁5的部分与地面接触而产生变形时，外磁铁5会靠近轮胎中心，由于斥力，内磁铁4也会向轮胎中心运动；压电曲梁3在内磁铁4的运动的作用下会产生变形，如图2所示，从而由正压电效应产生可以俘获的电荷。
20.当汽车在公路上转动运行时，压电曲梁3内会产生周期性的电荷，可通过一定的电路将电荷产生的电流整流后储存到蓄电池里面或直接为胎压监测系统供电，并可通过在车轮上均布多个相同的压电能量俘获装置以提高俘能功率。
21.为了在满足内胎2和外磁铁5不易损坏条件的同时，系统能够产生足够的电荷，外磁铁5可以设置为沿轮胎轴向布置并且将各条棱边加工成圆角的细长状长方体。
22.本实用新型的压电能量俘获装置利用磁铁间的磁力将轮胎的变形转化为压电曲梁的变形，再通过压电效应将压电曲梁的变形能转化为电能。俘获的电能可以直接为安装在轮胎里的传感器供电。另外，还可以根据压电曲梁的输出电压和者功率大小直接判断汽车轮胎的胎压：当汽车的胎压充足时，轮胎不易变形，此时压电曲梁的输出电压和功率比较小；当汽车的胎压不足时，轮胎容易变形，此时压电曲梁的输出电压和功率会增大，并且是胎压越低，输出电压和功率越大。本设计可以同时实现为传感器供电和汽车轮胎胎压监测，对汽车的节能减排、安全行驶和日常维护，具有重要的意义。


技术特征：
1.基于轮胎变形的压电能量俘获装置，包括轮胎，轮胎包括轮毂(1)，所述轮毂(1)套设有内胎(2)，所述内胎(2)套设有外胎(6)；其特征在于：所述轮毂(1)的轮辐之间安装有压电曲梁(3)，所述压电曲梁(3)上固定有内磁铁(4)，所述内磁铁(4)位于压电曲梁(3)远离轮毂(1)中心的一侧；所述内胎(2)内包覆有外磁铁(5)，所述内磁铁(4)与外磁铁(5)的中心在轮毂(1)的同一径向上，所述内磁铁(4)与外磁铁(5)为相同磁极相对布置。2.根据权利要求1所述的基于轮胎变形的压电能量俘获装置，其特征在于，所述压电曲梁(3)的表面粘贴有压电片薄层。3.根据权利要求1所述的基于轮胎变形的压电能量俘获装置，其特征在于，所述压电曲梁(3)为板状的弹性结构。4.根据权利要求3所述的基于轮胎变形的压电能量俘获装置，其特征在于，所述压电曲梁(3)为弧形。5.根据权利要求4所述的基于轮胎变形的压电能量俘获装置，其特征在于，所述压电曲梁(3)朝向轮胎的中心。6.根据权利要求1所述的基于轮胎变形的压电能量俘获装置，其特征在于，所述轮辐上沿轴向开设有凹槽，所述压电曲梁(3)通过相邻轮辐上的凹槽固定于轮毂(1)上。7.根据权利要求1所述的基于轮胎变形的压电能量俘获装置，其特征在于，所述外磁铁(5)为沿轮胎轴向布置且加工成圆角的细长状长方体磁铁。

技术总结
本实用新型公开了基于轮胎变形的压电能量俘获装置，包括轮胎，轮胎包括轮毂，轮毂套设有内胎，内胎套设有外胎；其特征在于：轮毂的轮辐之间安装有压电曲梁，压电曲梁为板状的弹性结构，压电曲梁上固定有内磁铁，内磁铁位于压电曲梁远离轮毂中心的一侧；内胎内包覆有外磁铁，内磁铁与外磁铁的中心在轮毂的同一径向上，内磁铁与外磁铁为相同磁极相对布置。本实用新型的压电能量俘获装置可俘获汽车轮胎在发生形变时产生的应变能，同时实现为传感器供电和汽车轮胎胎压监测，对汽车的节能减排、安全行驶和日常维护，具有重要的意义。可作为一种绿色能源的获取方式，具有结构简单，不易损坏，易于推广的优点。易于推广的优点。易于推广的优点。


技术研发人员：王芳隆 张咏琪 周生喜 徐艳龙
受保护的技术使用者：西北工业大学深圳研究院
技术研发日：2022.01.20
技术公布日：2022/10/4