一種基于電磁感應的輪胎內能量回收裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種輪胎內能量回收裝置，特別是關于一種基于電磁感應的輪胎內能量回收裝置。
【背景技術】
[0002]隨著汽車電子化智能化的發展，汽車安全性能有了很大的提高。然而，根據美國運輸部的數據顯示，多于60%的事故是直接或間接由輪胎失效或側滑引起的。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監控以及進行車輛動力學控制。汽車工業在輪胎狀態監測技術上有著巨大的發展需求。安裝有內置傳感器的智能輪胎逐漸應用在現代汽車上。
[0003]操控汽車的力來自接地印跡，現有的檢測系統及控制系統通過安裝在輪胎內及輪胎外的傳感器獲得間接的數據進行輪胎狀態監控或者實現車輛閉環控制。其中，TPMS (TirePressure Monitoring System輪胎壓力監測系統)和 ESC (Electroic Speed Control 汽車電子穩定控制系統)是獲取輪胎參數對車輛進行監測和控制以減少事故發生、提高交通安全的兩大重要技術。TPMS監測輪胎壓力和溫度，然而由于內置電池的能量限制，傳輸數據的頻率較低，遠遠不能滿足實時監控的要求。ESC控制器監測汽車狀態、控制制動力以及驅動力，輪胎參數對系統控制必不可少，但由于汽車動力學和不確定性使得參數很難被準確獲取。智能化輪胎通過在輪胎內安裝傳感器獲得胎壓、溫度、車輪載荷、法向縱向側向輪胎力等參數提高汽車安全和穩定性。
[0004]現有的輪胎內置傳感器依賴于電池供電以及無線數據傳輸系統。由于輪胎的旋轉環境和氣密特性無法使用線束供電和有線數據傳輸。然而即便使用低功耗的無線傳感器也存在數據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，需要限制檢測和發射數據的次數。TPMS系統在數據低發射頻率下勉強能夠工作，但如道路干擾探測系統(road-disturbance-detect1n systems，用于實時向主動懸架減震器發送命令)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測，影響汽車安全和操控性能。輪胎內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、減速度產生的內置回收部件的相對運動回收能量，回收能量轉化為電能為傳感器供電，直接解決了供電問題。能量回收系統可以將耗散的損失能量轉化為可利用能量，也可以通過改變能量形式實現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]很多研宄在輪胎內安裝設計了能量回收系統，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實時數據傳輸，能量回收裝置還需要進一步研宄改進。壓電材料變形次數有限，極大地限制了壓電能量轉化器的壽命，而輪胎在汽車行駛時高速旋轉，產生的變形次數較多。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、振動等。因此需要設計一種電磁發電式能量回收裝置解決輪胎內傳感器供電問題。現有技術中，有通過輪胎內安裝的線圈在輪胎旋轉過程中產生振動，同時外加磁場，由電磁感應產生電能，但外加磁場的方式可能會對傳感器信號發送產生干擾。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動在線圈內上下運動，但由于固定磁鐵與運動磁鐵之間的磁場發生干擾，削弱磁通量的變化，不利于高密度發電。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠回收輪胎內能量的基于電磁感應的輪胎內能量回收裝置。
[0007]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:一種基于電磁感應的輪胎內能量回收裝置，其特征在于:它包括若干個用于回收輪胎內能量的電磁感應能量回收模塊、一 AC/DC轉換器和一儲能元件；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連接，并與所述AC/DC轉換器形成回路；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轉換器，所述AC/DC轉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；所述殼體為筒狀結構，所述筒狀結構的封閉端固定設置在所述輪胎內襯上；所述殼體內部固定設置有一環狀隔板，所述環狀隔板的內部向內延伸對稱設置一對導向齒；所述環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連接；所述磁鐵為實心圓柱體，所述磁鐵穿設過所述環狀隔板，所述磁鐵的兩側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]本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點:1、本發明包括電磁感應能量回收模塊、AC/DC轉換器和儲能元件，電磁感應能量回收模塊將回收的電能傳遞給AC/DC轉換器，由AC/DC轉換器轉換為直流電壓，并將整合后的直流電壓存儲在儲能元件內，儲能元件用于為輪胎內的傳感器進行供電，因此，可以將輪胎內能量轉化為電能為傳感器進行供電，取代了傳統的內置電池，從而取消了對內置電池壽命的依賴，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射頻率不受電源制約，能夠實現對車輪以及汽車狀態的實時監控，提高車輛安全性和主動控制性能。2、本發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襯，因此能夠提高發電能力并改善動平衡，較多的電能為傳感器供電，可以提高傳感器發送數據的頻率，進而提高汽車安全性。3、本發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，結構簡單、穩定，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，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最優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電能力。5、本發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，使得產生磁通量變化較大，根據右手螺旋定則，相反方向纏繞的第一線圈和第二線圈產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，從而產生較多電能。6、本發明磁鐵的兩側壁上設置有與環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。本發明可以廣泛應用于汽車輪胎內的能量回收過程中。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的原理示意圖；
[0014]圖2是本發明電磁感應能量回收模塊的結構示意圖，其中，(a)是俯視圖，(