一種基于電磁感應的輪胎內(nèi)能量回收裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輪胎內(nèi)能量回收裝置，特別是關于一種基于電磁感應的輪胎內(nèi)能量回收裝置。
【背景技術】
[0002]隨著汽車電子化智能化的發(fā)展，汽車安全性能有了很大的提高。然而，根據(jù)美國運輸部的數(shù)據(jù)顯示，多于60%的事故是直接或間接由輪胎失效或側(cè)滑引起的。可見輪胎對于汽車性能和交通安全至關重要。輪胎具有多重作用，保證安全以及乘客舒適度。由于輪胎是車輛與地面的接觸點，能夠用來收集車輛本身及地面狀況的實時信息。此信息可以用于輪胎的狀態(tài)監(jiān)控以及進行車輛動力學控制。汽車工業(yè)在輪胎狀態(tài)監(jiān)測技術上有著巨大的發(fā)展需求。安裝有內(nèi)置傳感器的智能輪胎逐漸應用在現(xiàn)代汽車上。
[0003]操控汽車的力來自接地印跡，現(xiàn)有的檢測系統(tǒng)及控制系統(tǒng)通過安裝在輪胎內(nèi)及輪胎外的傳感器獲得間接的數(shù)據(jù)進行輪胎狀態(tài)監(jiān)控或者實現(xiàn)車輛閉環(huán)控制。其中，TPMS (TirePressure Monitoring System輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng))和 ESC (Electroic Speed Control 汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng))是獲取輪胎參數(shù)對車輛進行監(jiān)測和控制以減少事故發(fā)生、提高交通安全的兩大重要技術。TPMS監(jiān)測輪胎壓力和溫度，然而由于內(nèi)置電池的能量限制，傳輸數(shù)據(jù)的頻率較低，遠遠不能滿足實時監(jiān)控的要求。ESC控制器監(jiān)測汽車狀態(tài)、控制制動力以及驅(qū)動力，輪胎參數(shù)對系統(tǒng)控制必不可少，但由于汽車動力學和不確定性使得參數(shù)很難被準確獲取。智能化輪胎通過在輪胎內(nèi)安裝傳感器獲得胎壓、溫度、車輪載荷、法向縱向側(cè)向輪胎力等參數(shù)提高汽車安全和穩(wěn)定性。
[0004]現(xiàn)有的輪胎內(nèi)置傳感器依賴于電池供電以及無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。由于輪胎的旋轉(zhuǎn)環(huán)境和氣密特性無法使用線束供電和有線數(shù)據(jù)傳輸。然而即便使用低功耗的無線傳感器也存在數(shù)據(jù)傳輸耗能明顯降低電池壽命的問題。由于傳感器安裝位置不易拆裝，為減少電池更換保證電池壽命，需要限制檢測和發(fā)射數(shù)據(jù)的次數(shù)。TPMS系統(tǒng)在數(shù)據(jù)低發(fā)射頻率下勉強能夠工作，但如道路干擾探測系統(tǒng)(road-disturbance-detect1n systems，用于實時向主動懸架減震器發(fā)送命令)等對傳輸率的要求更高，因此帶電池的無線傳感器往往不能做到實時監(jiān)測，影響汽車安全和操控性能。輪胎內(nèi)能量回收能夠通過電磁感應、壓電效應等原理利用輪胎變形能量，也可以通過加速度、減速度產(chǎn)生的內(nèi)置回收部件的相對運動回收能量，回收能量轉(zhuǎn)化為電能為傳感器供電，直接解決了供電問題。能量回收系統(tǒng)可以將耗散的損失能量轉(zhuǎn)化為可利用能量，也可以通過改變能量形式實現(xiàn)能量在不同部分之間的傳遞，為傳感器供電并使得高頻率實時信息傳輸成為可能。
[0005]很多研宄在輪胎內(nèi)安裝設計了能量回收系統(tǒng)，采用壓電、電磁或者靜電等方法進行能量回收，然而回收的能量較低還不足以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)傳輸，能量回收裝置還需要進一步研宄改進。壓電材料變形次數(shù)有限，極大地限制了壓電能量轉(zhuǎn)化器的壽命，而輪胎在汽車行駛時高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的變形次數(shù)較多。靜電起電機要求一個初始的極化電壓或電荷，且輸出阻抗較大，不適合作為能源供應。電磁機制具有高能量密度和高穩(wěn)定性，不要求獨立的電壓源，還可以適應多種振動模式，如旋轉(zhuǎn)、振動等。因此需要設計一種電磁發(fā)電式能量回收裝置解決輪胎內(nèi)傳感器供電問題?，F(xiàn)有技術中，有通過輪胎內(nèi)安裝的線圈在輪胎旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動，同時外加磁場，由電磁感應產(chǎn)生電能，但外加磁場的方式可能會對傳感器信號發(fā)送產(chǎn)生干擾。也有通過磁鐵之間斥力使得運動磁鐵懸浮在兩個固定磁鐵中間，懸浮的運動磁鐵隨著輪胎轉(zhuǎn)動在線圈內(nèi)上下運動，但由于固定磁鐵與運動磁鐵之間的磁場發(fā)生干擾，削弱磁通量的變化，不利于高密度發(fā)電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠回收輪胎內(nèi)能量的基于電磁感應的輪胎內(nèi)能量回收裝置。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案:一種基于電磁感應的輪胎內(nèi)能量回收裝置，其特征在于:它包括若干個用于回收輪胎內(nèi)能量的電磁感應能量回收模塊、一 AC/DC轉(zhuǎn)換器和一儲能元件；所有所述電磁感應能量回收模塊周向均勻間隔設置于輪胎內(nèi)襯，各所述電磁感應能量回收模塊所包含的線圈通過導線依次串聯(lián)連接，并與所述AC/DC轉(zhuǎn)換器形成回路；各所述電磁感應能量回收模塊將回收的電能傳遞給所述AC/DC轉(zhuǎn)換器，所述AC/DC轉(zhuǎn)換器將交流電壓整合為直流電壓，并將整合后的直流電壓傳遞到所述儲能元件進行存儲，所述儲能元件存儲的電能用于為所述輪胎內(nèi)的傳感器進行供電。
[0008]所述電磁感應能量回收模塊包括殼體、第一線圈、第二線圈和磁鐵；所述殼體為筒狀結(jié)構(gòu)，所述筒狀結(jié)構(gòu)的封閉端固定設置在所述輪胎內(nèi)襯上；所述殼體內(nèi)部固定設置有一環(huán)狀隔板，所述環(huán)狀隔板的內(nèi)部向內(nèi)延伸對稱設置一對導向齒；所述環(huán)狀隔板將所述殼體分為上下兩部分容納空間，兩部分容納空間的每一所述殼體內(nèi)壁上分別固定設置有反向纏繞的所述第一線圈和所述第二線圈，所述第一線圈和所述第二線圈之間通過導線串聯(lián)連接；所述磁鐵為實心圓柱體，所述磁鐵穿設過所述環(huán)狀隔板，所述磁鐵的兩側(cè)壁設置有與所述導向齒配合使用的凹槽，所述磁鐵的底部固定連接一彈簧的一端，所述彈簧的另一端固定設置在所述殼體的底部。
[0009]所述殼體采用保護磁通量的材料制備而成。
[0010]所述彈簧采用非線性彈簧。
[0011]所述儲能元件采用電池或者超級電容。
[0012]本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明包括電磁感應能量回收模塊、AC/DC轉(zhuǎn)換器和儲能元件，電磁感應能量回收模塊將回收的電能傳遞給AC/DC轉(zhuǎn)換器，由AC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為直流電壓，并將整合后的直流電壓存儲在儲能元件內(nèi)，儲能元件用于為輪胎內(nèi)的傳感器進行供電，因此，可以將輪胎內(nèi)能量轉(zhuǎn)化為電能為傳感器進行供電，取代了傳統(tǒng)的內(nèi)置電池，從而取消了對內(nèi)置電池壽命的依賴，同時取消了對特殊傳感器，如聲表面波傳感器的依賴，使得傳感器類型和發(fā)射頻率不受電源制約，能夠?qū)崿F(xiàn)對車輪以及汽車狀態(tài)的實時監(jiān)控，提高車輛安全性和主動控制性能。2、本發(fā)明包括若干電磁感應能量回收模塊，且周向均勻間隔分布于輪胎內(nèi)襯，因此能夠提高發(fā)電能力并改善動平衡，較多的電能為傳感器供電，可以提高傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)的頻率，進而提高汽車安全性。3、本發(fā)明的電磁感應能量回收模塊包括殼體、第一線圈、磁鐵和第二線圈，結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定，使用壽命長，無需外設電源，其中，殼體采用保護磁通量的材料制備而成，可以防止磁通量泄露減弱磁場強度，同時增強抗干擾能力。4、本發(fā)明中使用的彈簧為非線性彈簧，一方面可以支撐磁鐵，另一方面可以改善磁鐵受力狀態(tài)，使得磁鐵能夠盡可能自由并且大幅度快速的運動，并且可以通過設計彈簧剛度或變形特性實現(xiàn)最優(yōu)磁鐵行程和受力之間關系，達到改善磁鐵運動特性的目的，增大磁鐵運動幅度和速度提高發(fā)電能力。5、本發(fā)明的第一線圈和第二線圈采用相反方向纏繞的方式，磁鐵偏離中間位置運動時，一個線圈的磁通量增大，一個線圈的磁通量減少，使得產(chǎn)生磁通量變化較大，根據(jù)右手螺旋定則，相反方向纏繞的第一線圈和第二線圈產(chǎn)生的電流方向不一樣，感應電壓方向不一樣，一個為正，一個為負，感應電壓相減得到正值，從而產(chǎn)生較多電能。6、本發(fā)明磁鐵的兩側(cè)壁上設置有與環(huán)狀隔板的導向齒配合使用的凹槽，可以限制磁鐵的運動方向，起到導向的作用。本發(fā)明可以廣泛應用于汽車輪胎內(nèi)的能量回收過程中。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的原理示意圖；
[0014]圖2是本發(fā)明電磁感應能量回收模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)是俯視圖，(