一种基于PVDF压电薄膜的运动自行车的制作方法

本发明涉及能量转换技术领域，具体地说，涉及一种适用于野外或者长途骑行的基于pvdf压电薄膜的运动自行车。

背景技术：

运动自行车是骑行者野外郊游和长期骑行的必备工具，在骑行过程中人们要用到各种电子产品，如用手机来导航等。目前在骑行过程中遇到的最大的问题是无法获得便捷充足无污染的电源。

利用机械能发电主要有两类方法:一类是利用切割磁感线发电，通过外接电机，利用传动装置由车轮带动小电机发电，但是这类发电方法外置装置多、质量大、效率低，会对骑行造成不利影响；另一类是利用压电材料,如压电陶瓷，设计一定的机械结构使压电陶瓷材料发生形变，利用正压电效应转化为电能，但传统的压电陶瓷材料由于脆性，在作用力反复冲击下容易破碎，且含铅陶瓷片会对环境造成污染。

聚偏二氟乙烯(pvdf)压电薄膜是一种有机高分子薄膜，其介电强度高、稳定性好、具有柔性、加工性能好、体积小，其与传统的压电材料相比具有力电转换灵敏度高、机械性能强度高的特点。将pvdf压电薄膜材料运用于自行车发电具有发电装置质量轻、外置装置少、效率高、可持续利用的优点，能解决骑行过程中用电来源问题。

发明专利cn201510701396.7“一种自行车发电装置”公开了一种通过拨打压电陶瓷片发电的发电车轮，其沿车轮径向安装多片压电陶瓷，在车轮中心轴安装剑齿，压电陶瓷的一端和剑齿相接触，车轮转动时，通过中心轴带动剑齿转动并不断地拨打压电陶瓷，从而产生电能。该装置庞大，外露的剑齿容易卷入人的衣物等导致危险，增加安全隐患；通过不断拨打压电陶瓷发电会带来持续振动，容易导致剑齿及压电陶瓷片磨损，同时也有噪声大的缺点。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种基于pvdf压电薄膜的运动自行车。采用pvdf压电薄膜为核心元件，通过pvdf压电薄膜将自行车轮胎处受压而具有的机械能转化为电能；通过无线传输方式输出电能，保证骑行过程中电能稳定输出；采用蓄电用电装置，为骑行装备提供电源。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括发电装置、输电装置、蓄电用电装置，发电装置装配在自行车轮胎内，用于将运动时轮胎的机械能通过pvdf压电薄膜转化为电能，输电装置固定在自行车轮毂内侧车圈部位，利用无线传输方式将电能输出储存于蓄电用电装置，为电子设备提供移动电源；

所述发电装置包括两条pvdf压电薄膜、缓冲橡胶带，pvdf压电薄膜为长条形，pvdf压电薄膜固定在自行车内胎外缘和车轮外带内部的夹层中，且沿轮胎周向环绕，pvdf压电薄膜与车轮外带之间、两层pvdf压电薄膜之间均加铺一层厚为2mm的缓冲橡胶带；缓冲橡胶带位于两层pvdf压电薄膜之间起绝缘保护作用，当自行车行进时，利用pvdf压电薄膜的正压电效应发电；

所述输电装置包括振荡器、电荷放大器、小型电池、发射线圈、接收线圈，整流模块与两条pvdf压电薄膜相连，一条pvdf压电薄膜作为小型电池充电电源，小型电池为振荡器、电荷放大器提供能量，另一条pvdf压电薄膜所发的电经整流模块整流后与发射线圈相连，发射出电力信号；发射线圈与接收线圈分别安装在车轮中心部位，线圈直径为10cm，发射线圈随着车轮转动，接收线圈固定在车叉处，接收线圈与发射线圈平行放置，两线圈间距为6mm，接收线圈用于接收电力信号；

所述蓄电用电装置由max1811整流模块和移动电源组成，整流模块与接收线圈相连，将输出的电能储存在移动电源内，为电子设备供电。

所述pvdf压电薄膜根据需要制成相应的形状，pvdf压电薄膜宽度为车轮外带宽度的60％。

有益效果

本发明提出的一种基于pvdf压电薄膜的运动自行车，由发电装置、输电装置和蓄电用电装置组成；发电装置位于自行车轮胎内，pvdf压电薄膜固定在自行车内胎外缘和外带内部的夹层中，分上下两层环绕轮胎一周；缓冲橡胶位于两层pvdf压电薄膜之间，起到绝缘保护作用，当自行车行进时，利用pvdf压电薄膜的正压电效应发电。输电装置固定在自行车轮毂内侧车圈部位，其中，整流模块固定于车轮轮毂内侧，发射线圈位于车轮中心随车轮转动，接收线圈平行于发射线圈固定在自行车车叉处，电力信号经过放大后利用线圈通过无线传输方式将电能输出，储存于蓄电用电装置，为电子设备提供移动电源。

本发明基于pvdf压电薄膜的运动自行车，采用pvdf压电薄膜为核心元件，通过pvdf压电薄膜将自行车轮胎处受压而具有的机械能转化为电能；通过无线传输方式输出电能，保证骑行过程中电能稳定输出；采用蓄电用电装置为骑行装备提供电源。通过压电效应产生电能；内置发电装置，不影响自行车美观不会造成安全隐患，发电装置发电时无噪声，pvdf压电薄膜无磨损，具有长期使用的特点。

本发明基于pvdf压电薄膜的运动自行车，采用pvdf压电薄膜的发电方法，通过利用pvdf压电薄膜压电常数高、容易制成任意形状、机械性能强度高、耐冲击耐疲劳的优点。其将自行车行进时的机械能转化为电能，为骑行者提供移动电源，既节约能源，又不会造成环境污染，并解决了长途骑行中用电长期使用的问题。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种基于pvdf压电薄膜的运动自行车作进一步详细说明。

图1为本发明基于pvdf压电薄膜的运动自行车的车轮示意图。

图2为本发明基于pvdf压电薄膜的运动自行车的发电装置剖视图。

图3为本发明基于pvdf压电薄膜的运动自行车总体示意图。

图4为本发明基于pvdf压电薄膜的运动自行车的整流电路图。

图5为本发明基于pvdf压电薄膜的运动自行车的运算放大器电路图。

图6为本发明运动自行车的输电装置的传输线圈安装部位示意图。

图中

1.车轮外带2.pvdf压电薄膜3.车轮内胎4.电信号调理模块5.车轮轮毂6.细导线7.传输线圈8.轮毂小孔9.发电装置10.输电装置11.蓄电用电装置

具体实施方式

本实施例是一种基于pvdf压电薄膜的运动自行车。

参阅图1～图6，本实施例基于pvdf压电薄膜的运动自行车，由发电装置9、输电装置10、蓄电用电装置11组成；发电装置9装配在自行车车轮外带1内，用于将运动时车轮的机械能通过pvdf压电薄膜转化为电能。输电装置10固定在自行车车轮轮毂内侧车圈部位，利用无线传输方式将电能输出储存于蓄电用电装置11，为电子设备提供移动电源。其中，发电装置9包括两片pvdf压电薄膜2、缓冲橡胶带，pvdf压电薄膜2为长条形，pvdf压电薄膜固定在自行车车轮内胎外缘和车轮外带内部的夹层中，且沿轮胎周向环绕。pvdf压电薄膜2与车轮外带1之间、两层pvdf压电薄膜之间均加铺一层厚为2mm，宽度为4cm的缓冲橡胶带。缓冲橡胶带位于两层pvdf压电薄膜之间起绝缘保护作用，当自行车行进时，利用pvdf压电薄膜的正压电效应发电。输电装置10包括振荡器、电荷放大器、小型电池、发射线圈、接收线圈，整流模块与两条pvdf压电薄膜相连，一条pvdf压电薄膜作为小型电池充电电源，小型电池为振荡器、电荷放大器提供能量；另一条pvdf压电薄膜所发的电经整流模块整流后与发射线圈相连，发射出电力信号。发射线圈和接收线圈分别安装在车轮中心部位，线圈直径为10cm，发射线圈随着车轮转动，接收线圈固定在自行车车叉处，接收线圈与发射线圈平行放置，两线圈间距为6mm，接收线圈用于接收电力信号。蓄电用电装置由max1811整流模块和移动电源组成，整流模块与接收线圈相连，将输出的电能储存在移动电源内，为电子设备供电。

本实施例中，自行车车轮包括车轮外带1、车轮内胎3、电信号调理模块4、车轮轮毂5、细导线6、传输线圈7，自行车车轮为26寸，发电装置9安装在自行车前轮。pvdf压电薄膜2厚度为1mm，长度为2m，宽度为3cm。pvdf压电薄膜根据需要制成相应的形状，pvdf压电薄膜宽度为车轮外带宽度的60％。两条pvdf压电薄膜分上下两层固定于自行车车轮内胎3外缘和车轮外带1内部的夹层中。首先在外胎内侧铺一条厚度为2mm，宽度为4cm的缓冲橡胶带，用树脂胶固定；并在其上铺上一圈pvdf压电薄膜，使接线靠近轮毂小孔8，再覆盖上一层缓冲橡胶带并用树脂胶固定；然后,再铺第二层pvdf压电薄膜，同样使用树脂胶固定，将接线穿过轮毂小孔8，使用树脂胶将接线固定后，再装上内胎进行充气。

输电装置10中电信号调理模块4包含max1811整流模块、振荡器、电荷放大器、小型电池，电荷放大器是由运算放大器集成元件组成的二级放大装置，小型电池为振荡器、电荷放大器供电，并保证电荷放大器供电充足。该小型电池使用第二层pvdf压电薄膜作为充电电源，将连接第二层pvdf压电薄膜的引线与max1811整流模块连接，经过整流之后为小型电池充电。将第一层pvdf压电薄膜与振荡器、电荷放大器连接，将电力信号放大，放大后的电力信号通过细导线6，沿着车轮辐条到达车轮中心处与传输线圈7连接。电信号调理模块4用绝缘橡胶做好绝缘处理，使用树脂胶固定在车轮轮毂5处。发射线圈与接收线圈分别安装在车轮中心部位，发射线圈与接收线圈分别缠绕于两个圆形底盘上并由树脂胶粘贴固定，线圈直径为10cm。发射线圈跟随底盘固定在车轮上，随着车轮的转动；接收线圈固定在车叉处，接收线圈与发射线圈平行放置，两线圈间距为6mm。车轮转动时，发射线圈将电信号转化为磁信号，接收线圈处感应到磁通量的变化而将磁信号转变为电信号，电能沿着导线输出到蓄电用电装置。

蓄电用电装置11由max1811整流模块和移动电源组成，整流模块与接收线圈相连，接收线圈接收到电力信号后,电量经整流后将输出的电能储存在移动电源内，为电子设备供电。移动电源也可取出单独使用。