[发明专利]面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置及其设计方法

权利要求书

1.面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置，包括宽频俘能装置本体，其特征在于：所述宽频俘能装置本体包括第一固定架(1)、线圈(2)、永磁铁芯(3)，所述第一固定架(1)的顶部固设有弹性薄片(4)，所述弹性薄片(4)的一端与所述第一固定架(1)固定连接，所述弹性薄片(4)的另一端悬空，且所述弹性薄片(4)上设有压电陶瓷片(5)；

所述线圈(2)为圆筒状，所述永磁铁芯(3)为圆柱形结构，且所述永磁铁芯(3)位于所述线圈(2)内，所述线圈(2)的一端与所述第一固定架(1)连接，所述线圈(2)的另一端连接有第二固定架(6)，所述第一固定架(1)与所述第二固定架(6)平行设置；

所述宽频俘能装置本体还包括用于对装置发电效果进行调整的调平组件。

2.根据权利要求1所述的面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置，其特征在于：所述调平组件包括固设在所述永磁铁芯(3)两端的约束弹簧(7)，两个所述约束弹簧(7)远离所述永磁铁芯(3)的一端分别与对应的第一固定架(1)或第二固定架(6)连接。

3.根据权利要求2所述的面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置，其特征在于：所述约束弹簧(7)的长度为50mm，线径为0.4mm。

4.根据权利要求3所述的面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置，其特征在于：所述调平组件还包括与所述弹性薄片(4)可拆卸连接的配重件(8)，所述配重件(8)位于所述弹性薄片(4)远离所述第一固定架(1)的一端。

5.根据权利要求4所述的面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置，其特征在于：所述宽频俘能装置还包括LTC3588-1芯片，所述宽频俘能装置本体的输出端分别连接LTC3588-1芯片的PZ1和PZ2引脚。

6.如权利要求5所述的面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：设计宽频俘能装置本体结构；

S2：设计能量采集电路，选择芯片，与宽频俘能装置本体连接，形成完整的宽频俘能装置；

S3：对步骤S1中宽频俘能装置本体使用的压电陶瓷片(5)进行压电实验平台测试；

S4：对步骤S1中宽频俘能装置本体使用的压电陶瓷片(5)进行实车压电测试，在弹性薄片(4)上加装配重件(8)；

S5：对步骤S1中宽频俘能装置本体使用的线圈(2)和永磁铁芯(3)进行电磁发电实验，在永磁铁芯(3)的两端加装约束弹簧(7)。

7.根据权利要求6所述的面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置的设计方法，其特征在于，步骤S4的具体操作包括以下步骤，

S401：将宽频俘能装置本体使用的压电陶瓷片(5)安装在汽车轮毂位置；

S402：使用导电滑环将压电陶瓷片(5)与示波器连接；

S403：在不同路面上以不同车速行驶，观察示波器的波形。

8.根据权利要求6所述的面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置的设计方法，其特征在于，步骤S5的具体操作包括以下步骤，

S501：对宽频俘能装置本体使用的线圈(2)和永磁铁芯(3)进行电磁发电实验；

S502：根据全桥整流-电容滤波电路原理，计算宽频俘能装置输出至负载两端的电压；

S503：在永磁铁芯(3)的两端加装约束弹簧(7)，根据步骤S502中负载两端的电压调整约束弹簧的长度和线径。

9.根据权利要求8所述的面向汽车车胎内集成传感器的宽频俘能装置的设计方法，其特征在于，步骤S502的具体操作包括以下步骤，

令负载电压V_L保持恒定不变，在输入电压曲线[t₁，t₃]的变化周期内，由于电荷守恒定律，输入电荷的总量与输出到负载的电荷与流经电容C_r的电荷量之和相等，因为负载电压V_L稳定不变，所以

式中，R_L为等效负载电阻；T为调制信号周期；I为电路电流；

计算上式得

式中，U_M表示振动位移的幅值；α表示压电应力因子；C₁表示压电片的等效电容；ω是振动角频率；

则负载电压表示为

由上式得电路的收集功率为

令：

则最佳输出负载为

最大输出功率为

此时，负载两端的电压为