本发明专利技术提供了轮胎内发电装置以及使用该轮胎内发电装置的轮胎监测系统。在非铅的轮胎内发电装置中实现了高的发电能力。所述装置（２）包括：压电部（２０），该压电部（２０）具有由下面的通式（ＰＸ）表示的钙钛矿型氧化物的无机压电体：（Ｂｉｘ，Ａ１－ｘ）（Ｂｙ，Ｃ１－ｙ）Ｏ３ （ＰＸ）（在式中，Ａ是除Ｐｂ外的平均离子价为２的Ａ位元素，Ｂ是平均离子价为３的Ｂ位元素，Ｃ是平均离子价大于３的Ｂ位元素，并且Ａ、Ｂ和Ｃ各自是一种或多种金属元素。Ｏ是氧。Ｂ和Ｃ具有不同的组成。０．６≤ｘ≤１．０，ｘ－０．２≤ｙ≤ｘ）；一对电极（２１，２２），其用于引出电荷，所述电荷是当压电部（２０由于对轮胎施加的外力而产生应变时在所述压电部中产生的；以及能量储存单元（２３），其用于储存引出的电荷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种由滚动轮胎的机械能产生电力的装置，以及使用该装置监测轮胎 的物理参数的系统。
技术介绍
当前实际用于监测轮胎的物理参数的系统，比如监测滚动轮胎的压力并且将该压 力信息实时传递给驱动器的轮胎压力监测系统(TPMS)，使用了纽扣电池作为电源。然而，纽 扣电池产生的问题在于它们根据其尺寸而限制可用的轮子形状，而且每一次更换均需要 时间和金钱，因为它们具有有限的工作寿命。此外，电池通过化学反应提供电源，并且在温 度变化非常大的轮胎内部引起了电力不稳定的问题。为了解决这些问题，人们已经在研究不使用电池而是利用滚动轮胎的振动来发电 的轮胎监测系统以及与该系统一起使用的振动发电机。例如，PCT日文公布2005-525^5 公开了一种自发电的轮胎组件，该组件具有压电材料片(patch)，该压电材料片用于由轮胎 内产生的机械应变产生电荷。该文献还描述了优选使用二氧化硅、钛酸钡、硫化镉、锆钛酸 盐(zirconate titanate) (PZT)、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯(PVC)作为压电材料。日本专利 4205102公开了一种电能产生系统，其具有连接至轮胎的胎面区域的压电器件的电源，其中 采用了 PZT作为压电器件的材料。然而，除PZT之外，在专利文献中描述的压电材料中的非铅压电材料具有低的压 电性能，并且不能提供足够的电力。相反，PZT与其它材料相比，提供显著优良的压电性能， 但是它含有高度毒性的Pb，Pb可能从制造工艺的废物中、从所使用的材料中或从使用后丢 弃的那些中泄漏出来，因此导致环境问题，包括土壤污染、空气污染等。本专利技术是鉴于上述的情形而研发的，并且本专利技术的目的是提供一种具有高的发电 能力的非铅轮胎内发电装置以及使用该装置的轮胎监测系统。
技术实现思路
本专利技术的轮胎内发电装置是一种被固定在轮胎的内表面上的装置，其包括压电 部，所述压电部具有由下面的通式(PX)表示的钙钛矿型氧化物的无机压电体；一对电极， 所述一对电极用于引出(extracting)电荷，所述电荷是当所述压电部由于对所述轮胎施 加的外力而发生应变时在所述压电部中产生的；和能量储存单元，所述能量储存单元用于 储存引出的电荷。(Bix, A1J (ByjC1-y)O3------------(PX)式中，A是除1 以外的平均离子价为2的A位元素，B是平均离子价为3的B位 元素，C是平均离子价大于3的B位元素，并且A、B和C各自是一种或多种金属元素。0是 氧。B和C具有不同的组成。0.6 ≤x≤ 1.0，X-0. 2 ≤ y ≤ χ.尽管A位元素或B位元素 的总摩尔量与氧原子的摩尔量的比率通常为1 3，但是在可以获得钙钛矿结构的范围内， 该比率可以偏离1:3。优选地，在本专利技术的轮胎内发电装置中，A位元素A是选自由Mg、Ca、Sr、Ba、(Na, Bi)和(K，Bi)组成的组中的至少一种金属元素。在本文中，(Na，Bi)或(K，Bi)的表示法 是指在一对括号中的平均离子价为2的两种元素的混合物。在这种情况下，离子价为1的 Na或K和离子价为3的Bi的等摩尔混合物将产生2的平均离子价。此夕卜，优选的是，B位元素B是选自由Al、Sc、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Y、化和 Re(稀土元素)组成的组中的至少一种金属元素。 在本专利技术的轮胎内发电装置中，优选的是，无机压电体的压电应变常数d33 (pm/V) 和相对介电常数ε μ满足下面的式(1)和O)。100 < ε 33 < 1500---------------------(1)d33 (pm/V) > 12Vb33...................(2)本文中，在d33和ε 33的双下标中的第一和第二下标分别是指当定义三个正交轴 1、2和3时的电场施加方向和应变方向，在这种情况下，表示其中应变的引出方向平行于电 场的施加方向的轴振动模式。因此，d33和ε μ分别是指在轴振动模式中的压电应变常数和 介电常数。再进一步地，优选无机压电体的压电应变常数d33和相对介电常数ε μ满足下面的 式⑶和⑷。100 < d33(pm/V)------------------(3)80 < g33(X IO-3V · m/N)--------------(4)(其中，是压电体的电压输出常数)。特别优选的是，钙钛矿型氧化物包含作为 第一组分的BaTiO3以及作为第二组分的Bii^e03。而且，由通式(PX)表示的钙钛矿型氧化物包含容许因子大于1. 0的第一组分和容 许因子小于ι. O的第二组分，并且满足下面的式(5)。0. 97 彡 TF (PX)彡 1. 02----------------(5)式中，TF(PX)表示由通式(PX)表示的氧化物的容许因子。本文中使用的术语“容 许因子TF”是指由下式表示的因子。TF= (r A+ r O) /-f 2 ( r B + r O)(其中，rA表示在A位的平均离子半径，rB表示在B位的平均离子半径，而 r0表示氧的离子半径)。本文中使用的术语“离子半径”是指所谓的aiarmon离子半 径(R.D. aiarmon，“修正的有效离子半径和卤化物及硫属化物中原子间距的系统研究 (Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides) ”，Acta Crystallogr，A32，第 751-767 页，1976)。如本文 中使用的术语“平均离子半径”是指由Σ CiR表示的量，其中C是晶格点离子的摩尔分数， 而R是离子半径。“共价键合半径”用于12-配位Bi的离子半径，因为其未在上述文献中描 述并且这样的Bi具有强共价键合。每一个容许因子理论上均基于上式获得。在这种情况下，还获得单独的不能采用 钙钛矿型结构的氧化物的容许因子。(TF(BaTiO3) = 1.062，TF(BiFeO3) = 0.989)。因而， 优选确定通式(PX)的组成以满足上述的式(1)。在通式(PX)中，优选的是，在A位元素的平均原子量Ma和B位元素的平均原子量Mb之间的差|Ma-Mb|大于145。在轮胎内发电装置中，优选的是，所述压电部包括聚合物复合压电体，所述聚合物 复合压电体由有机聚合物树脂基体和包含在所述基体中的无机压电体构成。如在“
技术介绍
”部分中所述的，在本文中使用的术语“聚合物复合压电体”是指 聚合物基体树脂和压电体的复合体，包括通常被称作“复合压电体”的那些(日本陶瓷协会 (Ceramic Society of Japan)，“陶瓷复合材料(Ceramic Composites)，第 2 章，陶瓷-塑料 复合压电体(Ceramic-Plastic Composite Piezoelectric Bodies)，，，由 B aifukan Co., Ltd出版)。优选地，聚合物复合压电体具有1-3型连通性(connectivity)。本文中使用的 术语“聚合物复合压电体的连通性”是指由Newnham等提出的复合体连通性(R. E. Newnham 等，“连通性禾口压电一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种被固定在轮胎的内表面上的轮胎内发电装置，其包括：压电部，所述压电部具有由下面的通式（ＰＸ）表示的钙钛矿型氧化物的无机压电体；一对电极，所述一对电极用于引出电荷，所述电荷是当所述压电部由于对所述轮胎施加的外力而发生应变时在所述压电部中产生的；和能量储存单元，所述能量储存单元用于储存引出的电荷，（Ｂｉ↓［ｘ］，Ａ↓［１－ｘ］）（Ｂ↓［ｙ］，Ｃ↓［１－ｙ］）Ｏ↓［３］－－－－－－－－－－－－（ＰＸ）式中，Ａ是除Ｐｂ以外的平均离子价为２的Ａ位元素，Ｂ是平均离子价为３的Ｂ位元素，Ｃ是平均离子价大于３的Ｂ位元素，并且Ａ、Ｂ和Ｃ各自是一种或多种金属元素，Ｏ是氧，Ｂ和Ｃ具有不同的组成，０．６≤ｘ≤１．０，ｘ－０．２≤ｙ≤ｘ。
【技术特征摘要】
JP 2009-9-28 2009-2220841.一种被固定在轮胎的内表面上的轮胎内发电装置，其包括压电部，所述压电部具 有由下面的通式(PX)表示的钙钛矿型氧化物的无机压电体；一对电极，所述一对电极用于 引出电荷，所述电荷是当所述压电部由于对所述轮胎施加的外力而发生应变时在所述压电 部中产生的；和能量储存单元，所述能量储存单元用于储存引出的电荷，(Bix, A1J (By，(Vy)O3------------(PX)式中，A是除1 以外的平均离子价为2的A位元素，B是平均离子价为3的B位元素， C是平均离子价大于3的B位元素，并且A、B和C各自是一种或多种金属元素，0是氧，B和 C具有不同的组成，0.6彡χ彡1.0，x-0. 2彡y彡χ。2.根据权利要求1所述的轮胎内发电装置，其中所述A位元素A是选自由以下金属元 素组成的组中的至少一种金属元素Mg、Ca、Sr、Ba、(Na, Bi)和(K，Bi)。3.根据权利要求1所述的轮胎内发电装置，其中所述B位元素B是选自由以下金属元 素组成的组中的至少一种金属元素A1、Sc、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Y、In和Re。4.根据权利要求1所述的轮胎内发电装置，其中所述无机压电体的压电应变常数 d33(pm/V)和相对介电常数ε 33满足下面的式(1)和(2)，100 < ε 33 < 1500---------------------(1)d33 (pm/V)> 12Ve33...................(2)05.根据权利要求4所述的轮胎内发电装置，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：平林恭稔，坂下幸雄，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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