无线胎压监测系统技术方案

一种无线胎压监测系统，包括：设置于轮胎内、外胎之间的摩擦纳米发电机，用于将轮胎行进过程中形变产生的机械能转化为电能；以及无线胎压监测单元，由摩擦纳米发电机提供电能，用于完成胎压监测。由此可以实现自驱动的无线胎压监测，确保对胎压的实时监测，解决了现有技术中胎压监测系统受限于电池寿命而不能对胎压进行实时监测的问题。

【技术实现步骤摘要】
无线胎压监测系统
本公开属于摩擦发电
，更具体地涉及一种无线胎压检测系统。
技术介绍
通常情况下，车辆在行驶过程中需要对轮胎压力进行监测，以确保行车安全。但现有技术中的胎压测试系统一般是由电池进行供电，这样就可能出现胎压测试系统受限于电池寿命而需要定期更换维护的弊端。而汽车轮胎是汽车的重要组成部件，其对于保障汽车的安全行驶具有重要的作用。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，发现其形变率非常大，因此行驶中的汽车轮胎能够产生较大的能量，但此能量在很大程度上都被忽视和浪费掉了。
技术实现思路
基于以上问题，本公开的主要目的在于提出一种无线胎压监测系统，用于解决以上技术问题的至少之一。为了实现上述目的，作为本公开的一个方面，本公开提出一种无线胎压监测系统，包括：设置于轮胎内、外胎之间的摩擦纳米发电机，用于将轮胎行进过程中形变产生的机械能转化为电能；以及无线胎压监测单元，由摩擦纳米发电机提供电能，用于完成胎压监测。在本公开的一些实施例中，上述摩擦纳米发电机包括：基底层，为2N边形的环形结构；第一电极层，紧贴基底层内侧N个相邻边，作为摩擦纳米发电机的第一摩擦电极；摩擦电极层，紧贴基底层内侧另外N个相邻边，作为摩擦纳米发电机的第二摩擦电极；以及绝缘层，紧贴第一电极层/摩擦电极层。其中，基底层为在外力作用下能够发生变形的结构，以改变绝缘层与摩擦电极层/第一电极层的接触/分离状态，且在分离状态时，第一电极层或摩擦电极层处于能够感应产生电荷的状态；N为大于1的自然数。在本公开的一些实施例中，上述第一电极层连接有第一引出导线；摩擦电极层连接有第二引出导线；摩擦纳米发电机通过第一引出导线及第二引出导线连接至无线胎压监测单元。在本公开的一些实施例中，上述基底层为正2N边形的环形结构。在本公开的一些实施例中，上述N为奇数，且基底层的2N个边中的一组对边与轮胎的径向垂直；优选地，N＝3。在本公开的一些实施例中，上述绝缘层在基底层未发生变形时，与摩擦电极层/第一电极层之间存在预定间隙；绝缘层在基底层发生变形时，与摩擦电极层/第一电极层在形变压力下相互接触。在本公开的一些实施例中，上述绝缘层与第一电极层/摩擦电极层接触面的相对面具有微结构，该微结构为包括纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构中任意组合的阵列结构。在本公开的一些实施例中，上述第一电极层和摩擦电极层的主体材质包括：金属、合金和导电氧化物的任意组合；绝缘层的主体材质包括高分子聚合物；基底层的主体材料包括柔性绝缘材料；优选地，该柔性绝缘材料具有高耐久性。在本公开的一些实施例中，上述无线胎压监测单元包括：交/直流转换电路，与摩擦纳米发电机连接，用于将摩擦纳米发电机转化得到的电能存储并向无线胎压传感器供电；无线胎压传感器，包括：设置在轮胎气嘴处的发射端，用于对轮胎的胎压进行检测，并将检测结果发射至接收端；接收端，用于接收检测结果并实时呈现。在本公开的一些实施例中，上述摩擦纳米发电机通过粘贴、缝合或堆叠方式设置于所述轮胎的内、外胎之间；和/或，摩擦纳米发电机的数量为多个，该多个摩擦纳米发电机之间通过导线以并联方式连接，导线分布在轮胎的内、外胎之间。在本公开的一些实施例中，上述系统还包括：密封单元，用于对导线和摩擦纳米发电机接近轮胎外胎的边缘进行密封。在本公开的一些实施例中，上述摩擦纳米发电机的尺寸与轮胎内、外胎的尺寸相匹配。本公开提出的无线胎压监测系统具有以下有益效果：1、在轮胎的内侧设置摩擦纳米发电机，使得在轮胎行进过程中，该摩擦纳米发电机可以将由于轮胎内侧变形产生的机械能转化为电能，以为与其连接的无线胎压监测单元供电，由此可以实现自驱动的无线胎压监测，确保对胎压的实时监测，解决了现有技术中胎压监测系统受限于电池寿命而不能对胎压进行实时监测的问题；2、本公开的摩擦纳米发电机包括2N边形的环形结构的基底层，基底层的变形会引起绝缘层与摩擦电极层/第一电极层之间接触/分离状态的改变，摩擦产生电荷；且在分离状态时，第一电极层或摩擦电极层通过感应产生电荷，因此本公开的摩擦纳米发电机能够将变形引起的机械能高效的转化为电能，在收集低频能源方面有绝对的优势；3、绝缘层与第一电极层/摩擦电极层接触面的相对面具有微结构，从而增大绝缘层和摩擦电极层之间的接触面积，有利于电荷的产生和积累，因此可进一步提高机械能转化为电能的转化效率，提高摩擦纳米发电机的发电效率。附图说明图1是本公开一实施例提出的无线胎压监测系统的结构图；图2是本公开一实施例提出的摩擦纳米发电机的结构示意图；图3是图2所示的摩擦纳米发电机中高分子聚合物绝缘层纳米线结构所在表面的电镜扫描图；图4是将图2所示的摩擦纳米发电机安装在轮胎上的位置示意图；图5是图2所示的摩擦纳米发电机随轮胎运动变形而发电的原理图；图6是本公开一实施例提出的无线胎压监测系统的电路图；图7是图2所示的摩擦纳米发电机的阻抗匹配曲线；图8是图2所示的摩擦纳米发电机电输出的稳定性曲线；图9是本公开提出的无线胎压监测系统在正常工作时的电容电压曲线。具体实施方式为使本公开的目的、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，对本公开作进一步的详细说明。通过对汽车行驶过程中机械能的利用，能够提高车辆能量的使用效率，若将柔性的摩擦纳米发电机固定在轮胎内侧，那么在摩擦纳米发电机的固定位置与地面相接触时，轮胎发生形变，摩擦纳米发电机就可以产生电脉冲信号。但是，摩擦纳米发电机的不同形状会对其嵌入轮子后的输出有很大的影响。因此，本公开的目的在于提供一种摩擦纳米发电机的无线胎压监测系统，以使摩擦纳米发电机更好的与轮胎相结合，解决现有技术中胎压监测系统受限于电池寿命而不能对胎压进行实时监测的问题；同时解决摩擦纳米发电机的不同形状会对其嵌入轮子后的输出有很大的影响的问题。基于以上描述，本公开提出本公开提出一种无线胎压监测系统，包括：设置于轮胎内、外胎之问的摩擦纳米发电机，用于将轮胎行进过程中形变产生的机械能转化为电能；以及无线胎压监测单元，由摩擦纳米发电机提供电能，用于完成胎压监测。本公开通过在轮胎的内侧设置摩擦纳米发电机，使得在轮胎行进过程中，该摩擦纳米发电机可以将由于轮胎内侧变形产生的机械能转化为电能，以为与其连接的无线胎压监测单元供电，由此可以实现自驱动的无线胎压监测，确保对胎压的实时监测，解决了现有技术中胎压监测系统受限于电池寿命而不能对胎压进行实时监测的问题。在本公开的一些实施例中，上述摩擦纳米发电机包括：基底层，为2N边形的环形结构；第一电极层，紧贴基底层内侧N个相邻边，作为摩擦纳米发电机的第一摩擦电极；摩擦电极层，紧贴基底层内侧另外N个相邻边，作为摩擦纳米发电机的第二摩擦电极；以及绝缘层，紧贴第一电极层/摩擦电极层。其中，基底层在外力作用下发生变形，以改变绝缘层与摩擦电极层/第一电极层的接触/分离状态，摩擦产生电荷，且在分离状态时，第一电极层或摩擦电极层通过感应产生电荷；N为大于1的自然数。本实施例的摩擦纳米发电机能够将变形引起的机械能高效的转化为电能，在收集低频能源方面有绝对的优势。在本公开的一些实施例中，上述第一电极层连接有第一引出导线；摩擦电极层连接有第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线胎压监测系统，其特征在于，所述系统包括：设置于轮胎内、外胎之间的摩擦纳米发电机，用于将所述轮胎行进过程中形变产生的机械能转化为电能；以及无线胎压监测单元，由所述摩擦纳米发电机提供电能，用于完成胎压监测；其中，所述摩擦纳米发电机的尺寸与所述轮胎内、外胎的尺寸相匹配。

【技术特征摘要】
1.一种无线胎压监测系统，其特征在于，所述系统包括：设置于轮胎内、外胎之间的摩擦纳米发电机，用于将所述轮胎行进过程中形变产生的机械能转化为电能；以及无线胎压监测单元，由所述摩擦纳米发电机提供电能，用于完成胎压监测；其中，所述摩擦纳米发电机的尺寸与所述轮胎内、外胎的尺寸相匹配。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述摩擦纳米发电机包括：基底层，为2N边形的环形结构；第一电极层，紧贴所述基底层内侧N个相邻边，作为所述摩擦纳米发电机的第一摩擦电极；摩擦电极层，紧贴所述基底层内侧另外N个相邻边，作为所述摩擦纳米发电机的第二摩擦电极；以及绝缘层，紧贴所述第一电极层/摩擦电极层；其中，所述基底层为在外力作用下能够发生变形的结构，以改变所述绝缘层与摩擦电极层/第一电极层的接触/分离状态，且在分离状态时，所述第一电极层或摩擦电极层处于能够感应产生电荷的状态；N为大于1的自然数。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述第一电极层连接有第一引出导线；所述摩擦电极层连接有第二引出导线；所述摩擦纳米发电机通过所述第一引出导线及第二引出导线连接至所述无线胎压监测单元。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述基底层为正2N边形的环形结构。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述N为奇数，且所述基底层的2N个边中的一组对边与所述轮胎的径向垂直。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述N＝3。7.根据权利要求2至6中任一项所述的系统，其特征在于：所述绝缘层在所述基底层未发生变形时，与所述摩擦电极层/第一电极层之间存在预定间隙；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，郭桐，刘国旭，逄尧堃，吴波，王中林，李新建，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11