[发明专利]面向车轮旋转能量收集的自供电轮速监测系统

说明书

本发明公开了面向车轮旋转能量收集的自供电轮速监测系统，以解决当前用于轮速监测系统供能存在的能量转换效率低、能量转换形式单一、布线复杂等问题。本发明由后端盖、壳体、电磁线圈、压电组件、PTFE薄膜、电极、飞轮传动轴、飞轮组件、螺栓Ⅰ、螺母Ⅰ、前端盖、螺栓Ⅱ、螺母Ⅱ、轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、信号处理单元、低功耗中央处理器组成。随着车轮的转动，在飞轮传动轴的作用下系统中的飞轮组件也随之做旋转运动。飞轮组件上的方形磁铁II与压电组件相互作用，实现压电发电。同时，矩形磁铁与壳体内的电磁线圈相互作用，实现电磁发电。另一方面，飞轮组件上的摩擦材料与电极之间产生相对运功，进而实现独立层式摩擦发电；对三种发电方式进行有效的电能整合后为低功耗中央处理器供电；低功耗中央处理器通过分析摩擦材料与独立电极输出电信号的趋势和频率，可以用来对车轮转速进行实时传感和监测，并且通过低功耗中央处理器的无线通讯模块将识别的信息发送到显示终端，对轮速信息进行实时的显示。本发明设计的自供电轮速监测系统，实现了不同发电模式的有效结合，提高了能量的转换效率。具有能量利用率高、对车轮转速进行实时的传感与监测、自供电无线传感等特点。

技术领域

本发明涉及一种面向车轮旋转能量收集的自供电轮速监测系统，属于机械运动能量收集与车辆传感领域。

背景技术

随着智能汽车技术的快速发展，越来越多的传感器应用到智能汽车系统中。轮速监测系统作为汽车ABS系统中的一个重要的分支，在监测车轮转速方面起到重要作用，确保了汽车的安全行驶。传统的轮速监测系统正常工作时需要外接化学电池，但化学电池实用寿命有限并且对环境会产生污染的特点。

将环境中的机械能转换为电能为低功耗传感器供电，作为一种新型能源供给技术成为了研究热点。汽车运动过程中，车轮产生大量的旋转能量，如果对车轮旋转能量进行有效的回收利用，可直接为轮速传感系统供能，从而可以解决由于使用化学电池供电所存在的问题。当前，对于汽车旋转能量的收集主要通过三种方式：(1)电磁俘能：利用法拉第电磁感应现象将机械能转换为电能，其存在具有阻抗小，在高频环境下运行稳定，输出电流大等优点；(2)压电俘能：利用正压电效应将机械能转换为电能，压电俘能具有功率密度高、对外界应变灵敏度高等优点；(3)摩擦电俘能：基于耦合接触起电和静电感应的摩擦发电作为一种新型的能量转换方式被王中林教授团队所提出。其存在着输出电压高，制作简单，成本低和材料应用范围广等优点。如果能将这三种能量收集方法有效结合起来，就可能实现优势互补。这种综合方法的优点是可以提高能源利用率，减少能源浪费，能长时间为用电设备供电。因此，需要研究一种面向车轮旋转能量收集的新型能源供给技术来解决目前存在的问题。

发明内容

为解决现有的车轮轮速传感系统供能装置存在的俘能方式单一、能量转换效率低、系统接线复杂等问题，本发明公开一种面向车轮旋转能量收集的自供电轮速监测系统，为轮速传感系统提供一种新型高效、稳定的供能装置。

本发明所采用的技术方案是：

所述面向车轮旋转能量收集的自供电轮速监测系统包括后端盖、壳体、电磁线圈、压电组件、PTFE薄膜、电极、飞轮传动轴、飞轮组件、螺栓Ⅰ、螺母Ⅰ、前端盖、螺栓Ⅱ、螺母Ⅱ、轴承Ⅰ、轴承Ⅱ、信号处理单元、低功耗中央处理器。所述后端盖通过螺栓安装孔利用螺栓Ⅰ与螺母Ⅰ通过螺纹连接的方式固定在壳体的后端；所述前端盖通过螺栓安装孔利用螺栓Ⅱ与螺母Ⅱ通过螺纹连接的方式固定在壳体的前端；所述电磁线圈通过胶粘的方式粘连在壳体内壁的圆形凹槽中；所述压电组件通过胶粘的方式固定在壳体方形凸台的矩形凹槽Ⅰ内；所述PTFE薄膜通过胶粘的方式使PTFE薄膜的外表面粘贴在壳体内壁；所述电极通过均匀胶粘的方式固定在PTFE薄膜的内表面；所述飞轮组件通过过盈配合固定到飞轮传动轴上；所述飞轮传动轴通过过盈配合固定到轴承Ⅰ、轴承Ⅱ上；所述轴承Ⅰ通过过盈配合安装到前端盖的轴承安装座中；所述轴承Ⅱ通过过盈配合安装到后端盖的轴承安装座中。

所述前端盖设有轴承座Ⅰ、螺栓安装孔Ⅰ；所述轴承安装座Ⅰ用于放置轴承Ⅰ；所述轴承Ⅰ安装在飞轮传动轴上。