[发明专利]多功能摩擦发电轮胎及基于该轮胎的传感器和供电设备

说明书

技术领域

本发明属于摩擦发电机技术领域，具体涉及一种多功能摩擦发电轮胎，供电设备及一种独立传感器。

背景技术

目前生活中机械能无处不在，量级也覆盖很宽的范围，但是广泛被人们忽略。本发明利用摩擦起电和静电感应原理将机械能转化为电能这一基本思想，提供一种多功能摩擦发电轮胎。将该摩擦发电轮胎安装于车辆，机械之上，利用轮胎滚动，颠簸，变形等过程产生的机械能转化成电能为外接的电路提供电信号，形成一种绿色环保的发电方式。其自身也可作为传感器，得到一种可以自驱动，免维护的传感器。该多功能摩擦发电轮胎具备多个功能，当以不同的运动方式触发该发电多功能摩擦发电轮胎时，产生电信号的大小或者形状不同，可以作为传感器，监测轮胎的运动状况；当导电层为阵列结构，触发不同位置时，对应的区域产生电信号，可以用于轮胎状态监测，以及速度监测；并且，传输出来的电信号经过外电路的设计与智能系统组合，可以作为报警系统，胎压监测系统，温度监测系统抑或供电设备等。

现有技术中存在具有发电功能的轮胎，但是大多数为压电材料或者通过一系列机械设备带动发电机发电，结构复杂，耗材多，价格昂贵，功能单一，不利于安装使用。中国专利201010230731.7公开了一种磁感应发电轮胎，需要感应线圈，软磁体等部件，存在结构复杂，制备过程繁琐等问题。中国专利201620439198.8公开了一种利用压电材料发电的轮胎，制备过程中需要加入换向器，电刷，压电材料等，同样存在结构复杂的问题。

本发明中提到的多功能摩擦发电轮胎，解决的具体问题如下：

为了解决现有发电地毯的复杂结构，耗材多，成本高的问题，本发明提供的摩擦发电轮胎是利用目前现有的轮胎结构将其设计成一体式摩擦发电轮胎，在不影响轮胎正常使用的前提下，赋予轮胎更多的功能，不仅可以发电作为电源而且可以作为传感器，应用在对轮胎实时状态全方位监测，车辆供电，轮胎寿命检测等场合。

1、本发明的多功能摩擦发电轮胎采用一体式结构或者贴合式结构，将导电层元件与轮胎本体做成片层结构，无需复杂的线圈，软磁体以及换向器等，结构简单、耗材少，加工方便，成本低廉。

2、本发明的多功能摩擦发电轮胎采用摩擦发电的形式，轮胎表面为第一摩擦层，该摩擦发电轮胎无需刻意设计第二摩擦层，轮胎工作环境中的地面，金属转鼓，砂轮以及与轮胎材质有区别的其他物质均可充当第二摩擦层。

3、本发明提供的多功能摩擦发电轮胎，是在市场上现有的轮胎结构基础上添加一个导电层元件，对轮胎本身的使用不受任何影响，并且成本低。

4、本发明提供的多功能摩擦发电轮胎，不仅可以作为节能环保的电源，而且通过产生电信号的特征与触发条件之间的关系，该轮胎可以作为独立供电的传感器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种多功能摩擦发电轮胎，所述摩擦发电轮胎包括导电层元件和轮胎本体，所述的导电层元件与轮胎本体可以复合为一体，也可贴合在其表面；

进一步地，所述轮胎本体为复合式结构，导电层可以同时充当轮胎结构层，也可仅承担导电作用；

进一步地，所述的导电层元件为导体、半导体材料,可以是单一材质的材料，也可以是复合材料；

进一步地，所述轮胎本体为子午线轮胎，斜交胎，所述轮胎本体为半钢轮胎或者全钢轮胎；

进一步地，所述导电层元件包括可以导电的纯金属或合金，所述纯金属包括金、银、铜、铁、铂、钯、铝、镍、钛、钒、铬、锰、硒、钼和钨；所述合金包括铝合金、铜合金、钛合金、镁合金、铍合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金和钽合金；所述导电材料包括铟锡氧化物、石墨烯及其衍生物、离子掺杂的半导体和导电薄膜材料；

进一步地，所述摩擦发电轮胎系统包括第一摩擦层、第二摩擦层和外电路，所述第一摩擦层为轮胎本体的表面部分，所述第二摩擦层为生活中能够与轮胎表面材料产生摩擦起电的材料，所述外电路为连接两摩擦层，或者连接其中之一与另一电势不同的区域。所述第一摩擦层和第二摩擦层在外力作用下，通过接触和分离，或者滚动，滑移，靠近远离的过程向外电路输出电信号；

进一步地，所述导电层元件包括多个输出端和导电层，所述导电层通过输出端连接外电路或者导电层直接与外电路连接；

进一步地，所述导电层元件位于轮胎的层间轮胎的最里层或者最外层；

进一步地，所述的导电层元件为一个连续的大单元或者多个独立不连续的单元；