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TPMS 震动发电机 技术

2010-5-16 16:55 2749 0 分类: 汽车电子




 

AT International    的部件工具部门奖授予了欧姆龙与旭硝子、东京大学大学院工学系研究科机械工学专业副教授铃木雄二联合试制的小型振动发电机。该发动机能使单价降低到1000日元以下。该发电机可以替代在振动剧烈的轮胎内设置的轮胎气压监测装置(TPMStire pressure monitoring system)和生产线上的振动检测器蓄电装置。从而免除更换蓄电装置,制造出基本免维护的装置。



  当输入频率为30Hz、加速度为0.5G的振动信号时,振动发电机的发电量为20μW。欧姆龙计划在2012年左右把这一数字提高到100μW。产生的电力可以花费几十秒到几分钟存储到电容器中,用来间歇性驱动设备。振动发电机的外形尺寸为20mm×20mm×4mm,大约相当于一百日元硬币大小,重量仅为3.2g。按照预定,该发电机将于2009年内与检测温度、气压的各类传感器及无线通信模块一体化,正式进入验证试验阶段。



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  发电采用了当二个电极的对置面积因振动而发生改变时,静电电容随之改变,从而产生电流的原理。欧姆龙为其中一个电极采用了正负电荷保持极化状态的驻极体。另一个电极为Au。这些电极在2块玻璃板上呈梳形排列。这样可以加大电极对置面积的变化量,便于静电电容随振动改变。

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欧姆龙试制的振动发电机的结构








  驻极体材料采用了旭硝子制造的高分子氟树脂CYTOP。使用CYTOP的理由是加工方便。因为是高分子材料,所以电极可以采用在玻璃板上蒸镀然后蚀刻的简单方法制作。而采用普通驻极体材料——无机物的加工时间长、且价格昂贵。



关键在于间隙的维持



  稳定获得大发电量的重要条件在于确保两个电极间存在大电势差。一般来说,发电量与电势差的平方成正比。此次,通过改进电极结构,过去为700V左右的电势差提高到了约1000V



  加大电势差需要缩小电极间隙。该试制品的电极间隙约为70μm。欧姆龙认为这是兼顾发电性能和生产性的最佳值。间隙增大的情况姑且不论,如果缩小间隙,电势差过度升高则会超过空气的介电击穿强度,导致放电现象的出现。而且还容易导致电极的相互接触。一旦发生接触,驻极体中积累的电荷将流向对电极,就无法发电。



  欧姆龙把形似焊球的隔板设置在了容纳电极底板的封装内部。其特点在于隔板不安装在电极底板上。在一个电极底板上安装隔板,然后使二者对置的方式易于维持间隙。但这种方式会使结构原本就趋于复杂的电极底板更加复杂,造成价格上升。欧姆龙表示从制造方面来看,在封装中安装的方式要简单的多



  隔板的材质和加工方法等详情尚未公开。欧姆龙只表示:选择摩擦小、易加工的材料非常重要



  另外,该发电机还为扩大用途进行了改进。为了便于改变共振频率,电极底板动子的支撑使用了两个螺旋弹簧。比方说,振动周期在步行时为数Hz,在高速公路等高架路上为2030Hz。只要改变螺旋弹簧的弹簧常数,发电机就可轻松应用于这些用途。



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