[发明专利]轮胎内发电装置及使用该轮胎内发电装置的轮胎监测系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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2005-525265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。

本发明是鉴于上述的情形而研发的，并且本发明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。

发明内容

本发明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。

(Bi_x，A_1-x)(B_y，C_1-y)O₃------------(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。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，在本发明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。

此外，优选的是，B位元素B是选自由Al、Sc、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ga、Y、In和Re(稀土元素)组成的组中的至少一种金属元素。

在本发明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ε₃₃满足下面的式(1)和(2)。

100＜ε₃₃＜1500---------------------(1)

d33(pm/V)>12ϵ33---(2)]]>