[發明專利]面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置及其設計方法

在審

• 申請號: 202211040175.6
• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115473454A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 劉志浩;劉釔訊;劉秀鈺;高欽和;馬棟;高蕾
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍火箭軍工程大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/02;H02J7/32
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 謝亞娟

1.面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置，包括寬頻俘能裝置本體，其特征在于：所述寬頻俘能裝置本體包括第一固定架(1)、線圈(2)、永磁鐵芯(3)，所述第一固定架(1)的頂部固設有彈性薄片(4)，所述彈性薄片(4)的一端與所述第一固定架(1)固定連接，所述彈性薄片(4)的另一端懸空，且所述彈性薄片(4)上設有壓電陶瓷片(5)；

所述線圈(2)為圓筒狀，所述永磁鐵芯(3)為圓柱形結構，且所述永磁鐵芯(3)位于所述線圈(2)內，所述線圈(2)的一端與所述第一固定架(1)連接，所述線圈(2)的另一端連接有第二固定架(6)，所述第一固定架(1)與所述第二固定架(6)平行設置；

所述寬頻俘能裝置本體還包括用于對裝置發電效果進行調整的調平組件。

2.根據權利要求1所述的面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置，其特征在于：所述調平組件包括固設在所述永磁鐵芯(3)兩端的約束彈簧(7)，兩個所述約束彈簧(7)遠離所述永磁鐵芯(3)的一端分別與對應的第一固定架(1)或第二固定架(6)連接。

3.根據權利要求2所述的面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置，其特征在于：所述約束彈簧(7)的長度為50mm，線徑為0.4mm。

4.根據權利要求3所述的面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置，其特征在于：所述調平組件還包括與所述彈性薄片(4)可拆卸連接的配重件(8)，所述配重件(8)位于所述彈性薄片(4)遠離所述第一固定架(1)的一端。

5.根據權利要求4所述的面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置，其特征在于：所述寬頻俘能裝置還包括LTC3588-1芯片，所述寬頻俘能裝置本體的輸出端分別連接LTC3588-1芯片的PZ1和PZ2引腳。

6.如權利要求5所述的面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置的設計方法，其特征在于，包括以下步驟，

S1：設計寬頻俘能裝置本體結構；

S2：設計能量采集電路，選擇芯片，與寬頻俘能裝置本體連接，形成完整的寬頻俘能裝置；

S3：對步驟S1中寬頻俘能裝置本體使用的壓電陶瓷片(5)進行壓電實驗平臺測試；

S4：對步驟S1中寬頻俘能裝置本體使用的壓電陶瓷片(5)進行實車壓電測試，在彈性薄片(4)上加裝配重件(8)；

S5：對步驟S1中寬頻俘能裝置本體使用的線圈(2)和永磁鐵芯(3)進行電磁發電實驗，在永磁鐵芯(3)的兩端加裝約束彈簧(7)。

7.根據權利要求6所述的面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置的設計方法，其特征在于，步驟S4的具體操作包括以下步驟，

S401：將寬頻俘能裝置本體使用的壓電陶瓷片(5)安裝在汽車輪轂位置；

S402：使用導電滑環將壓電陶瓷片(5)與示波器連接；

S403：在不同路面上以不同車速行駛，觀察示波器的波形。

8.根據權利要求6所述的面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置的設計方法，其特征在于，步驟S5的具體操作包括以下步驟，

S501：對寬頻俘能裝置本體使用的線圈(2)和永磁鐵芯(3)進行電磁發電實驗；

S502：根據全橋整流-電容濾波電路原理，計算寬頻俘能裝置輸出至負載兩端的電壓；

S503：在永磁鐵芯(3)的兩端加裝約束彈簧(7)，根據步驟S502中負載兩端的電壓調整約束彈簧的長度和線徑。

9.根據權利要求8所述的面向汽車車胎內集成傳感器的寬頻俘能裝置的設計方法，其特征在于，步驟S502的具體操作包括以下步驟，

令負載電壓V_L保持恒定不變，在輸入電壓曲線[t₁，t₃]的變化周期內，由于電荷守恒定律，輸入電荷的總量與輸出到負載的電荷與流經電容C_r的電荷量之和相等，因為負載電壓V_L穩定不變，所以

式中，R_L為等效負載電阻；T為調制信號周期；I為電路電流；

計算上式得

式中，U_M表示振動位移的幅值；α表示壓電應力因子；C₁表示壓電片的等效電容；ω是振動角頻率；

則負載電壓表示為

由上式得電路的收集功率為

令：

則最佳輸出負載為

最大輸出功率為

此時，負載兩端的電壓為