压电陶瓷轮胎发电机的设计

为解决汽车轮胎压力无线监测系统(TPMS)电能自给问题,应用压电换能原理,提出将PZT5压电振子复合在轮胎内底面,把运行中的机械能转换为电能为无线发射模块供电的思想,设计了一种压电陶瓷轮胎发电机。建立了双层膜压电振子的有限元(FEA)模型,运用ANSYS 11.0对不同尺寸的振子进行静力和瞬态分析,得出设计振子尺寸的依据。针对单个振子发电量低的状况,提出采用阵列方式增大发电量的方案,设计了一种多振子电量耦合输出调节控制电路。选择振子尺寸为40 mm×15 mm,实验得到单片压电振子在15 Hz固定形变的激励下,有效输出电流为5 μA,峰值电压为5 V以上。当振子数量为40个以上时,轮胎发电输出的功率能满足TPMS休眠模式耗电30 μW,发射耗电35 mW,间歇时间30 s的需要。实验表明,压电阵列式轮胎发电机平均输出功率为150~350 μW,瞬时输出功率可达到50 mW。