輪胎胎壓和速度探測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種輪胎胎壓和速度探測裝置，該裝置包括：納米發(fā)電機(jī)和探測電路，其中：納米發(fā)電機(jī)固定于輪胎的內(nèi)側(cè)，并與探測電路相連，用于根據(jù)輪胎的形變或摩擦產(chǎn)生電信號(hào)并將產(chǎn)生的電信號(hào)輸出給探測電路；探測電路與納米發(fā)電機(jī)連接，用于根據(jù)納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電信號(hào)來檢測輪胎的胎壓和速度。本實(shí)用新型將汽車行駛過程中輪胎形變產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，有效地利用了車輛的剩余能量，實(shí)現(xiàn)自供能的胎壓和速度傳感，確保行駛安全。
【專利說明】輪胎胎壓和速度探測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及汽車領(lǐng)域，尤其是一種輪胎胎壓和速度探測裝置，該裝置利用納米發(fā)電機(jī)將汽車行駛過程中輪胎形變產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，可用于小功率發(fā)電，壓強(qiáng)和速度探測等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，周圍工作環(huán)境中的能量，比如橋梁震動(dòng)產(chǎn)生的能量、機(jī)械系統(tǒng)中的摩擦、行駛中的汽車輪胎產(chǎn)生的形變等等，在很大程度上被忽視和浪費(fèi)掉了。這其中，對(duì)汽車行駛過程中剩余機(jī)械能的利用，提高車輛能量的使用效率，最為便捷并與生活息息相關(guān)。收集這些未開發(fā)的能量來給微小電子器件供能，可以使一些相關(guān)小功率電子設(shè)備不需要間歇性充電，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)綠色環(huán)保理念，保護(hù)人類生存環(huán)境，也是目前汽車技術(shù)發(fā)展的趨勢。
[0003]輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)不停地旋轉(zhuǎn)、壓縮。對(duì)比輪胎接觸和不接觸地面時(shí)的形變量，可發(fā)現(xiàn)其形變率非常大，可作為發(fā)生彎曲和彎曲消失的兩種不同狀態(tài)的機(jī)械觸發(fā)器。若將柔性的納米發(fā)電機(jī)固定在輪胎內(nèi)側(cè)，那么在發(fā)電機(jī)的固定位置與地面相接觸時(shí)，輪胎發(fā)生形變，納米發(fā)電機(jī)就可以產(chǎn)生電脈沖信號(hào)。這種納米發(fā)電機(jī)的功率足以驅(qū)動(dòng)一些小型電子器件或系統(tǒng)，如果將其與電容器或電池相連，通過幾個(gè)周期的能量收集，便可以驅(qū)動(dòng)更高功耗的電子器件。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提出一種輪胎胎壓和速度探測裝置，該裝置通過一種納米發(fā)電機(jī)能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，將車輛行駛過程中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并將其利用到輪胎的胎壓探測和車輛行駛速度的探測中。
[0005]本實(shí)用新型提出的一種輪胎胎壓和速度探測裝置包括:納米發(fā)電機(jī)5和探測電路，其中:
[0006]所述納米發(fā)電機(jī)5固定于輪胎的內(nèi)側(cè)，并與所述探測電路相連，用于根據(jù)輪胎的形變或摩擦產(chǎn)生電信號(hào)并將產(chǎn)生的電信號(hào)輸出給所述探測電路；
[0007]所述探測電路與所述納米發(fā)電機(jī)5連接，用于根據(jù)所述納米發(fā)電機(jī)5產(chǎn)生的電信號(hào)來檢測輪胎的胎壓和速度。
[0008]其中，所述納米發(fā)電機(jī)為壓電材料發(fā)電機(jī)或摩擦發(fā)電機(jī)。
[0009]其中，所述壓電材料發(fā)電機(jī)為氧化鋅納米發(fā)電機(jī)。
[0010]其中，所述壓電材料發(fā)電機(jī)由上至下依次包括介質(zhì)層、壓電材料層和基底層。
[0011]其中，所述壓電材料發(fā)電機(jī)由上至下依次包括介質(zhì)層、壓電材料層、基底層、壓電材料層和介質(zhì)層。
[0012]其中，所述介質(zhì)層上沉積有金屬電極層，所述基底層與所述壓電材料層相對(duì)的表面上沉積有種子層，所述壓電材料層生長在所述種子層上，所述基底層與所述種子層相對(duì)的表面上沉積有一層金屬層。[0013]其中，所述介質(zhì)層為聚甲基丙烯酸甲脂層，所述金屬電極層為鉻/金電極層；所述壓電材料層為氧化鋅納米線陣列層；所述基底層為聚苯乙烯基底層，所述種子層為氧化鋅種子層，所述金屬層為鉻；所述氧化鋅納米線陣列層以水熱法生長在所述種子層上。
[0014]其中，所述氧化鋅納米線陣列層4為水熱法生長。
[0015]其中，所述探測電路包括整流橋6、電流/電壓探測器7和保險(xiǎn)絲8，其中:所述整流橋6與所述納米發(fā)電機(jī)5相連，用于對(duì)于所述納米發(fā)電機(jī)5輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流，并將整流后得到的電流輸出給所述電流/電壓探測器7 ;所述電流/電壓探測器7與所述整流橋6相連；所述保險(xiǎn)絲8與所述電流/電壓探測器7相連。
[0016]其中，所述納米發(fā)電機(jī)5為多個(gè)。
[0017]其中，多個(gè)納米發(fā)電機(jī)5遍布于整個(gè)輪胎的內(nèi)側(cè)面，或者是多層疊加。
[0018]本實(shí)用新型所公開的輪胎胎壓和速度探測裝置具有的有益效果是:有效利用車輛的剩余能量，實(shí)現(xiàn)自供能的胎壓和速度傳感，確保行駛安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型提出的輪胎胎壓和速度探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例的雙層氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是將本實(shí)用新型提出的輪胎胎壓和速度探測裝置在輪胎上的裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023]圖1是本實(shí)用新型提出的輪胎胎壓和速度探測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述輪胎胎壓和速度探測裝置包括:納米發(fā)電機(jī)5和探測電路，其中:
[0024]所述納米發(fā)電機(jī)5固定于輪胎的內(nèi)側(cè)，并與所述探測電路相連，用于根據(jù)輪胎的形變或摩擦產(chǎn)生電信號(hào)并將產(chǎn)生的電信號(hào)輸出給所述探測電路；
[0025]所述納米發(fā)電機(jī)5為壓電材料發(fā)電機(jī)或摩擦發(fā)電機(jī)，比如拱形的摩擦發(fā)電機(jī)，可獲得更高的輸出特性。
[0026]所述壓電材料發(fā)電機(jī)由上至下依次包括介質(zhì)層、壓電材料層和基底層，其中，所述介質(zhì)層向外的表面上沉積有金屬電極層，所述基底層與所述壓電材料層相對(duì)的表面上沉積有種子層，所述壓電材料層生長在所述種子層上，所述基底層與所述種子層相對(duì)的表面上還沉積有一層金屬層；
[0027]在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，所述壓電材料發(fā)電機(jī)為雙層結(jié)構(gòu)，具體地，所述雙層壓電材料發(fā)電機(jī)由上至下依次包括介質(zhì)層、壓電材料層、基底層、壓電材料層和介質(zhì)層，其中，所述介質(zhì)層向外的表面上均沉積有金屬電極層，所述基底層與所述壓電材料層相對(duì)的表面上均沉積有種子層，所述壓電材料層生長在相應(yīng)的種子層上，所述基底層與所述種子層相對(duì)的表面上還分別沉積有一層金屬層；
[0028]在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，所述介質(zhì)層為聚甲基丙烯酸甲脂層，所述金屬電極層為鉻/金電極層；所述壓電材料層為氧化鋅納米線陣列層；所述基底層為聚苯乙烯基底層，所述種子層為氧化鋅種子層，所述金屬層為鉻；所述氧化鋅納米線陣列層以水熱法生長在所述種子層上；
[0029]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型的一實(shí)施例的雙層氧化鋅納米發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，所述雙層氧化鋅納米發(fā)電機(jī)由上至下依次包括沉積有鉻/金電極層I的聚甲基丙烯酸甲脂層2、氧化鋅納米線陣列層4、聚苯乙烯基底層3、氧化鋅納米線陣列層4和沉積有鉻/金電極層I的聚甲基丙烯酸甲脂層2。所述聚苯乙烯基底層3的兩側(cè)依次沉積有一層鉻和一層氧化鋅種子層，水熱法生長的氧化鋅納米線陣列層4分別生長在所述氧化鋅種子層上；兩側(cè)的氧化鋅納米線陣列層4上覆上一層聚甲基丙烯酸甲脂層2，再在其上沉積鉻/金電極層1，即得到所述氧化鋅納米發(fā)電機(jī)。
[0030]所述探測電路與所述納米發(fā)電機(jī)5連接，用于根據(jù)所述納米發(fā)電機(jī)5產(chǎn)生的電信號(hào)來檢測輪胎的胎壓和速度。
[0031]進(jìn)一步地，所述探測電路包括整流橋6、電流/電壓探測器7和保險(xiǎn)絲8，其中，所述整流橋6與所述納米發(fā)電機(jī)5相連，用于對(duì)于所述納米發(fā)電機(jī)5輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流，并將整流后得到的電流輸出給所述電流/電壓探測器7 ;所述電流/電壓探測器7與所述整流橋6相連，用于采集和輸出探測電路的信號(hào)，從而完成探測；所述保險(xiǎn)絲8與所述電流/電壓探測器7相連，用于防止偶然的過載情況對(duì)電路造成損害，起到保護(hù)電路的作用。
[0032]在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，固定于輪胎內(nèi)側(cè)的納米發(fā)電機(jī)5可以不止一個(gè)，可以遍布于整個(gè)內(nèi)側(cè)面，甚至是多層疊加，這樣輸出的電信號(hào)便可成倍增大。
[0033]圖3是將本實(shí)用新型提出的輪胎胎壓和速度探測裝置在輪胎上的裝置示意圖，此處壓電材料發(fā)電機(jī)為例進(jìn)行說明，如圖3所示，所述輪胎胎壓和速度探測裝置在應(yīng)用時(shí)，壓電材料發(fā)電機(jī)安裝的固定位置與地面相接觸，輪胎發(fā)生形變，所述壓電材料發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電信號(hào)，圖3中10指代輪胎的前進(jìn)方向，9指代形變方向。
[0034]輪胎的變形程度與胎壓相關(guān)，胎壓越小變形越大，輪胎也就越平。因此，當(dāng)胎壓減小的時(shí)候，所述壓電材料發(fā)電機(jī)就會(huì)輸出大幅的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)胎壓的探測。當(dāng)車速增大，即輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)速度增大時(shí)，所述壓電材料發(fā)電機(jī)通過形變位置(與地面接觸的位置)的時(shí)間減少，即更快地通過形變位置，這樣所述壓電材料發(fā)電機(jī)輸出的電壓增大，從而實(shí)現(xiàn)速度的探測。
[0035]綜上，本實(shí)用新型利用納米發(fā)電機(jī)收集轉(zhuǎn)動(dòng)的輪胎的機(jī)械能，將其轉(zhuǎn)化為電能，并且用于胎壓和速度傳感，從而能夠有效利用車輛的剩余能量，實(shí)現(xiàn)自供能的胎壓和速度傳感，確保行駛的安全。
[0036]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種輪胎胎壓和速度探測裝置，其特征在于，該裝置包括:納米發(fā)電機(jī)(5)和探測電路，其中: 所述納米發(fā)電機(jī)(5)固定于輪胎的內(nèi)側(cè)，并與所述探測電路相連，用于根據(jù)輪胎的形變或摩擦產(chǎn)生電信號(hào)并將產(chǎn)生的電信號(hào)輸出給所述探測電路； 所述探測電路與所述納米發(fā)電機(jī)(5)連接，用于根據(jù)所述納米發(fā)電機(jī)(5)產(chǎn)生的電信號(hào)來檢測輪胎的胎壓和速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述納米發(fā)電機(jī)為壓電材料發(fā)電機(jī)或摩擦發(fā)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述壓電材料發(fā)電機(jī)為氧化鋅納米發(fā)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述壓電材料發(fā)電機(jī)由上至下依次包括介質(zhì)層、壓電材料層和基底層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述壓電材料發(fā)電機(jī)由上至下依次包括介質(zhì)層、壓電材料層、基底層、壓電材料層和介質(zhì)層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于，所述介質(zhì)層上沉積有金屬電極層，所述基底層與所述壓電材料層相對(duì)的表面上沉積有種子層，所述壓電材料層生長在所述種子層上，所述基底層與所述種子層相對(duì)的表面上沉積有一層金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述介質(zhì)層為聚甲基丙烯酸甲脂層，所述金屬電極層為鉻/金電極層；所述壓電材料層為氧化鋅納米線陣列層；所述基底層為聚苯乙烯基底層，所述種子層為氧化鋅種子層，所述金屬層為鉻；所述氧化鋅納米線陣列層以水熱法生長在所述種子層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述氧化鋅納米線陣列層(4)為水熱法生長。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述探測電路包括整流橋(6)、電流/電壓探測器(7)和保險(xiǎn)絲(8)，其中: 所述整流橋(6 )與所述納米發(fā)電機(jī)(5 )相連，用于對(duì)于所述納米發(fā)電機(jī)(5 )輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流，并將整流后得到的電流輸出給所述電流/電壓探測器(7)； 所述電流/電壓探測器(7)與所述整流橋(6)相連； 所述保險(xiǎn)絲(8)與所述電流/電壓探測器(7)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述納米發(fā)電機(jī)(5)為多個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，多個(gè)納米發(fā)電機(jī)(5)遍布于整個(gè)輪胎的內(nèi)側(cè)面，或者是多層疊加。
【文檔編號(hào)】G01P3/42GK203410251SQ201320496306
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】陳夢曉, 潘曹峰, 王中林 申請(qǐng)人:國家納米科學(xué)中心