面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器制造技术

本发明专利技术公开了一种面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器，以解决当前用于胎压传感器供能的压电发电装置存在的使用寿命短、俘能频率带宽窄等问题。本发明专利技术包括外壳体、旋转组件、压电发电组件三部分。旋转组件和压电发电组件固定在外壳体内部。所述旋转组件可将车轮的转动转化为自身的转动，并带动扇形磁铁一起进行转动，转动的扇形磁铁拨动压电发电组件末端的磁铁，使得压电组件产生形变，进而实现能量的俘获。本发明专利技术设计的压电发电装置利用了磁铁间非线性力产生的非线性刚度效应拓宽了俘能带宽，利用非接触磁力代替机械冲击提高了压电元件的使用寿命。在汽车和能源利用技术领域具有广泛的应用前景。

A nonlinear wide-band piezoelectric trapping device for the energy supply of a tire pressure monitoring sensor

The invention discloses a nonlinear broadband piezoelectric energy harvester for energy supply monitoring sensor, which solves the problems of short service life, narrow energy capture frequency and narrow bandwidth for current piezoelectric energy generating device for tire pressure sensor. The invention comprises three parts of a shell body, a rotating component and a piezoelectric power generation component. The rotating component and the piezoelectric power generation component are fixed inside the shell body. The rotary assembly can turn the wheel's rotation into its own rotation and drive the sector magnet to rotate together. The rotating sector magnet toggle the magnet at the end of the piezoelectric generating module, so that the piezoelectric component is deformed, and then the energy is captured. The piezoelectric generating device designed by the invention broadens the bandwidth of the capture power by utilizing the nonlinear stiffness effect generated by the nonlinear force between the magnets, and utilizes the non-contact magnetic force instead of the mechanical impact to improve the service life of the piezoelectric element. It has a wide application prospect in the field of automotive and energy utilization technology.

【技术实现步骤摘要】
面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器
本专利技术涉及一种面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器，属于汽车和能源收集

技术介绍
随着公路的发展和汽车性能的不断提高，汽车的行驶速度越来越快，特别是汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，事故更为频繁，汽车的安全性就变得尤为重要。汽车轮胎压力异常，极容易导致意外事故的发生。在恶性交通事故中，由爆胎引起的车祸所占比例非常高，而胎压不足是引起爆胎的重要原因之一，由此说明了胎压监测系统的重要性。当前为胎压传感器供能方式主要为化学电池供电，化学电池供电方式存在电池使用寿命有限、需定期更换以及环境污染等不足。利用压电元件的正压电效应俘获环境微能源转化为电能的能源收集技术，由于具有能量转换效率高、清洁无污染、不受电磁干扰等优势，成为微能源转化与供给技术的研究热点。汽车在行驶过程中，车轮转动具有本身能量大、转速高、且工作时振动频率变化幅度较大等特点。因此，合理利用车轮旋转的能量，结合压电元件的正压电效应将车轮旋转的能量转化为电能为胎压传感器供能，可有效解决传统电源供能方式带来的布线复杂及电池供能方式带来的需定期更换、污染环境等问题。然而，当前应用在汽车胎压监测系统领域中的压电发电装置普遍存在俘能频带窄、使用寿命短等问题，限制了压电发电装置在汽车与能源
的发展与应用。因此，需要研究一种用于胎压监测传感器供能的新型能源供给技术来解决目前存在的问题。
技术实现思路
为解决现有的胎压传感器供能装置存在俘能频带窄、使用寿命短等问题，本专利技术公开一种面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器，为胎压监测系统中的传感器提供一种新型环保、高效、稳定的供能装置。本专利技术所采用的技术方案是：所述面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器由外壳体、旋转组件、压电发电组件组成。所述旋转组件安装固定在外壳体中，压电发电组件与外壳体内壁上的安装槽一配合，通过胶粘方式固定。所述外壳体由封装壳、侧盖和紧定螺钉组成，封装壳和侧盖配合，通过紧定螺钉安装固定；所述封装壳底部中心位置设置有轴承安装孔一，其与轴承过盈配合，实现轴承的安装固定，所述封装壳四个侧面内壁靠近中部位置对称设有安装槽一，其与压电发电组件配合，通过粘接方式固定，所述封装壳端面四角均匀布置有螺纹孔，其与紧定螺钉进行螺纹连接；所述侧盖设置有轴承安装孔二和通孔一，所述轴承安装孔二与轴承过盈配合，实现轴承的安装固定，所述通孔一均匀布置在侧盖上端面四角的位置，其与螺纹孔配合，通过紧定螺钉安装固定。所述旋转组件由轴承、旋转轴、紧固螺钉、扇形磁铁、夹紧装置、基板组成，其中轴承对称布置在旋转组件两侧，与旋转轴配合连接，扇形磁铁粘接固定在旋转轴上，夹紧装置与旋转轴配合，布置在旋转轴的中间部位，基板与夹紧装置配合，通过紧固螺钉进行螺纹连接固定。所述轴承对称布置在旋转组件两侧，其与定位轴肩配合，限制旋转组件的轴向运动；所述旋转轴设置有定位轴肩、安装环槽和安装槽二，所述定位轴肩对称布置在旋转轴两侧，其与轴承配合连接，用于限定轴承的轴向位移，所述安装环槽对称分布在旋转轴两侧，其与扇形磁铁通过胶粘配合连接，安装环槽设置有M个，M为大于等于1的整数，本
技术实现思路
中M的取值为3，所述安装槽二设置在旋转轴的中部，其与夹紧装置的异形通孔配合连接；所述扇形磁铁对称分布在安装环槽内，扇形磁铁设有贴接面，其与安装环槽的外轮廓配合，通过胶粘连接固定；所述夹紧装置设有异形通孔，其与安装槽二配合，布置在旋转轴中部，所述夹紧装置的一侧端面上设有通孔二，其与紧固螺钉配合连接，所述夹紧装置的另一侧端面上设有安装螺纹孔，其与紧固螺钉螺纹连接，实现基板与夹紧装置的固定安装；所述基板设置有通孔三和质量块，所述通孔三布置在基板一侧端部，其与夹紧装置上的通孔二及安装螺纹孔配合，通过紧固螺钉安装固定，所述质量块粘接在基板的自由端。所述压电发电组件由矩形磁铁、压电基板和压电元件组成，所述矩形磁铁粘接在压电基板的悬臂梁端部，所述压电基板的固定端与外壳体上的安装槽二通过胶粘固定，压电基板设置有N条悬臂梁，N为大于等于1的整数，本
技术实现思路
中N的取值为3，所述压电元件粘接在悬臂梁的两侧；矩形磁铁与旋转组件中的扇形磁铁相互作用，使压电发电组件发生振动，压电元件产生形变，基于正压电效应实现电能的转化。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于压电材料的正压电效应，在非线性磁力的激励下，利用了磁铁间的非线性力产生了非线性刚度效应，能够拓宽压电元件的能量俘获频率带宽。由于本专利技术中利用了磁铁间作用力的非接触特性，能够大大降低装置的磨损程度，有效地增长了装置的使用寿命。本专利技术结构简单、新颖、可靠性高，发电过程中环保无污染，在胎压监测传感器等低功耗传感器供能等方面具有广泛的应用前景。附图说明图1所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器结构示意图；图2所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器外壳体结构示意图；图3所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器封装壳结构示意图；图4所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器侧盖结构示意图；图5所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器旋转组件结构示意图；图6所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器旋转轴结构示意图；图7所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器扇形磁铁结构示意图；图8所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器夹紧装置结构示意图；图9所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器基板结构示意图；图10所示为本专利技术提出的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器压电发电组件结构示意图。具体实施方式：结合图1~图10说明本实施方式。本实施方式提供的一种面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器的具体实施方案。所述面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器包括外壳体1、旋转组件2和压电发电组件3三部分。所述旋转组件2安装固定在外壳体1中，压电发电组件3与外壳体1内壁上的安装槽一1-1-2配合，通过胶粘方式固定。所述外壳体1由封装壳1-1、侧盖1-2和紧定螺钉1-3组成，封装壳1-1和侧盖1-2配合，通过紧定螺钉1-3安装固定；所述封装壳1-1底部中心位置设置有轴承安装孔一1-1-1，其与轴承2-1过盈配合，实现轴承2-1的安装固定，所述封装壳1-1四个侧面内壁靠近中部位置对称设有安装槽一1-1-2，其与压电发电组件3配合，通过粘接方式固定，所述封装壳1-1端面四角均匀布置有螺纹孔1-1-3，其与紧定螺钉1-3进行螺纹连接；所述侧盖1-2设置有轴承安装孔二1-2-1和通孔一1-2-2，所述轴承安装孔二1-2-1与轴承2-1过盈配合，实现轴承2-1的安装固定，所述通孔一1-2-2均匀布置在侧盖1-2上端面四角的位置，其与螺纹孔1-1-3配合，通过紧定螺钉1-3安装固定。所述旋转组件2由轴承2-1、旋转轴2-2、紧固螺钉2-3、扇形磁铁2-4、夹紧装置2-5、基板2-6组成，其中轴承2-1对称布置在旋转组件2两侧，与旋转轴2-2配合连接，扇形磁铁2-4粘接固定在旋转轴2-2上，夹紧装本文档来自技高网...

【技术保护点】
面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器，其特征在于所述该面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器包括外壳体（1）、旋转组件（2）和压电发电组件（3）三部分；所述旋转组件（2）安装固定在外壳体（1）中，压电发电组件（3）通过胶粘的方式固定在安装槽一（1‑1‑2）内；所述外壳体（1）由封装壳（1‑1）、侧盖（1‑2）和紧定螺钉（1‑3）组成，封装壳（1‑1）和侧盖（1‑2）通过紧定螺钉（1‑3）安装固定；所述旋转组件（2）由轴承（2‑1）、旋转轴（2‑2）、紧固螺钉（2‑3）、扇形磁铁（2‑4）、夹紧装置（2‑5）、基板（2‑6）组成，所述轴承（2‑1）对称布置在旋转组件（2）两侧；所述扇形磁铁（2‑4）粘接固定在旋转轴（2‑2）上，夹紧装置（2‑5）与旋转轴（2‑2）配合，安装固定在旋转轴（2‑2）的中间部位，基板（2‑6）通过紧固螺钉（2‑3）安装固定在夹紧装置（2‑5）上；所述压电发电组件（3）由矩形磁铁（3‑1）、压电基板（3‑2）和压电元件（3‑3）组成，所述矩形磁铁（3‑1）粘接在压电基板（3‑2）上，所述压电基板（3‑2）通过胶粘方式固定在外壳体（1）内，所述压电元件（3‑3）对称粘接在悬臂梁（3‑2‑1）的两侧。...

【技术特征摘要】
1.面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器，其特征在于所述该面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器包括外壳体（1）、旋转组件（2）和压电发电组件（3）三部分；所述旋转组件（2）安装固定在外壳体（1）中，压电发电组件（3）通过胶粘的方式固定在安装槽一（1-1-2）内；所述外壳体（1）由封装壳（1-1）、侧盖（1-2）和紧定螺钉（1-3）组成，封装壳（1-1）和侧盖（1-2）通过紧定螺钉（1-3）安装固定；所述旋转组件（2）由轴承（2-1）、旋转轴（2-2）、紧固螺钉（2-3）、扇形磁铁（2-4）、夹紧装置（2-5）、基板（2-6）组成，所述轴承（2-1）对称布置在旋转组件（2）两侧；所述扇形磁铁（2-4）粘接固定在旋转轴（2-2）上，夹紧装置（2-5）与旋转轴（2-2）配合，安装固定在旋转轴（2-2）的中间部位，基板（2-6）通过紧固螺钉（2-3）安装固定在夹紧装置（2-5）上；所述压电发电组件（3）由矩形磁铁（3-1）、压电基板（3-2）和压电元件（3-3）组成，所述矩形磁铁（3-1）粘接在压电基板（3-2）上，所述压电基板（3-2）通过胶粘方式固定在外壳体（1）内，所述压电元件（3-3）对称粘接在悬臂梁（3-2-1）的两侧。2.根据权利要求1所述的面向胎压监测传感器供能的非线性宽频压电俘能器，其特征在于所述封装壳（1-1）底部中心位置设置有轴承安装孔一（1-1-1），封装壳（1-1）四个侧面内壁靠近中部位置对称设有安装槽一（1-1-2），封装壳（1-1）端面四角均匀布置有螺纹孔（1-1-3）；所述侧盖（1-2）中心设置有轴承安装孔二（1-2-1），侧盖（1-2）四角均匀布置有通孔一（1-2-2）；所述轴承（2-1）与轴承安装孔一（1-1-1）和轴承安装孔二（1-2-1）过盈配合；所述螺纹孔（1-1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢晓晖，马腾，程廷海，姜雨，陈茜炎，陈鹏飞，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22