用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器，包括依次連接的懸臂梁式能量采集柱形單元、充電控制電路、儲能電路和電源輸出電路，懸臂梁式能量采集柱形單元包括圓柱形外殼、懸臂梁、永磁體、鐵芯和電磁線圈，懸臂梁的固定端和鐵芯均固定在圓柱型外殼上，電磁線圈嵌繞在鐵芯上，永磁體固定在懸臂梁的自由端，永磁體與鐵芯位置相對。本發明提供的能量采集器，既可采集汽車行駛過程中輪胎周期轉動時懸臂梁的質量塊上作用的交變重力引起的周期性振動的能量，又可采集由于路面不平使汽車輪胎產生隨機振動的能量，采集的能量用于對汽車胎壓監測系統發射端進行供電，屬于一種自發電裝置，其結構簡單、使用方便、節能環保、使用壽命長。
【專利說明】用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種用于汽車胎壓監測系統發射端的懸臂式振動能量采集器，屬 于環境能量采集領域。
【背景技術】
[0002] 汽車胎壓監測系統的功能是實時監測胎壓，接收端輪流顯示發射端通過無線通訊 方式發來的胎壓及胎溫數據；可以進行輪胎慢漏氣胎壓過低報警、車輛超載胎壓過高報警、 輪胎老化胎壓異常報警、胎溫過高報警、主機電池低電量提示等工作，并且在停車時顯示屏 自動關閉、電池供電時主機可自動進入停車省電模式，還可根據車型及輪胎位置設定相應 的標準壓力值。安裝汽車胎壓監測系統的好處有：檢測胎壓，預防爆胎；節省燃油，汽車降 低排放；減少磨損，輪胎壽命更長；確保操控性能；避免車輛部件非正常磨損。
[0003] 汽車胎壓監測系統的作用是在汽車行駛過程中對輪胎氣壓、溫度、變形等進行實 時自動監測，并對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以確保行車安全。其工作原理是：輪胎的氣 門芯上安裝一個傳感器，傳感器中包括感應氣壓的電橋式電子氣壓感應裝置，它將氣壓信 號轉換為電信號，通過無線發射裝置將信號發射出來。有的輪胎檢測傳感器還包含有測量 溫度、應變、將速度等參數的功能，為汽車行駛提供更多安全信息。該傳感器通過無線方式 發射到接收端，在顯示器上顯示各種數據變化或以蜂鳴等形式，提醒駕車者。并在輪胎漏氣 和壓力變化超過安全限制時進行報警，以保障行車安全。
[0004] 正因為胎壓檢測有諸多益處，可以降低交通事故發生幾率，保護人身財產安全，所 以擁有廣闊市場。由于輪胎是一個相對獨立的空間，胎壓監測系統無法通過有線方式供電， 一般采用化學電池作為電源，但化學電池存在體積大，使用壽命短的不足，且廢舊電池處理 不當還會造成嚴重的環境污染，因此近年來能量采集成為眾多學者研究熱門領域。振動能 量采集系統研究的是如何為更換電池不方便的設備利用周圍環境中的振動能量實現能量 自給的。
[0005] 汽車胎壓監測系統分為直接式和間接式兩種實現方式。間接式是通過汽車ABS 系統的輪速傳感器來比較車輪之間的轉速差別，以達到監視胎壓的目的。但此方式的缺點 是要汽車行駛一段距離才能起作用，而且不能同時對兩個以上的輪胎同時缺氣進行檢測等 等。直接式是在輪胎上直接安裝傳感器，傳感器傳送胎壓等信息給車內接收器，接收器予以 顯示。優點是信息全、靈敏度高，因此直接式將是未來胎壓監測系統的發展主流和趨勢。直 接式的缺點是目前市面上的傳感器電池都是一體化設計，電池一旦沒電，就要連傳感器一 起更換，后期維護成本非常高。因此解決胎壓監測系統的傳感器的供電問題成為制約胎壓 監測系統發展的關鍵技術之一。直接式又分外置式和內置式兩種結構，內置式需要安裝在 輪胎內，安裝較為困難。外置式安裝在氣門芯上，拆裝方便。
【發明內容】
[0006] 發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種用于汽車胎壓監測 系統發射端的懸臂式振動能量采集器，利用懸臂式電磁式能量采集結構將振動能量轉為電 能來解決電池壽命問題，為無線胎壓傳感器提供長期的電源供給，使其在其使用周期內不 需要更換電池。
[0007] 技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：
[0008] -種用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器，包括依次連接的懸臂梁式能量 采集柱形單元、充電控制電路、儲能電路和電源輸出電路，所述懸臂梁式能量采集柱形單元 包括圓柱形外殼、懸臂梁、永磁體、鐵芯和電磁線圈，所述懸臂梁的固定端和鐵芯均固定在 圓柱型外殼上，電磁線圈嵌繞在鐵芯上，永磁體固定在懸臂梁的自由端，永磁體與鐵芯位置 相對，確保永磁體隨懸臂梁的自由端運動時永磁體與鐵芯和電磁線圈不接觸。輪胎轉動時， 懸臂梁自由端上的永磁體會相對于固定在圓柱形外殼上的電磁線圈振動，根據電磁感應定 律，電磁線圈中產生交變的感應電動勢，形成電能，電能經過充電控制電路進行整流濾波 后，對儲能電路進行充電，并最終為汽車胎壓監測系統供電。使用時，懸臂梁式能量采集柱 形單元可作為汽車胎壓監測系統的內嵌模塊與其共同安裝在汽車輪胎氣門芯上，在汽車行 駛過程中，懸臂梁在質量塊（永磁體）的慣性力作用下隨輪胎轉動或汽車振動而產生振動， 因此只要汽車行駛就可持續對儲能電路進行充電，使汽車胎壓監測系統發射端始終具有足 夠的電能。
[0009] 優選的，所述懸臂梁、永磁體、鐵芯和電磁線圈均安裝在圓柱形外殼的內側，懸臂 梁沿圓柱形外殼的軸向設置。
[0010] 優選的，所述充電控制電路、儲能電路和電源輸出電路均集成設置在圓柱形外殼 上，整體形成一個模塊化結構。
[0011] 優選的，所述圓柱形外殼與汽車胎壓監測系統發射端可集成為一體的結構。
[0012] 優選的，所述圓柱型外殼安裝在汽車輪胎氣門芯上時，其內部懸臂梁的固定端朝 向輪胎軸心方向，從而使輪胎轉動時懸臂梁由于離心力的作用而受拉，不使其失穩。在安裝 時，通過簡單機械調整可使內部懸臂梁所在平面與汽車輪胎軸的方向平行，使懸臂梁工作 時發生彎曲振動。
[0013] 有益效果：本發明提供的懸臂式汽車胎壓監測系統能量采集器，既可采集汽車行 駛過程中輪胎周期轉動時懸臂梁的質量塊上作用的交變重力引起的周期性振動的能量，又 可采集由于路面不平使汽車輪胎產生隨機振動的能量，采集的能量用于對汽車胎壓監測系 統發射端進行供電，屬于一種自發電裝置，其結構簡單、使用方便、節能環保、使用壽命長； 通過采集汽車運動過程中的振動能量，對汽車胎壓監測系統發射端進行供電，使胎壓監測 系統免于更換電池。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發明的電氣相關原理框圖；
[0015] 圖2為懸臂梁式能量采集器的結構示意圖；
[0016] 圖3為本發明安裝的結構示意圖；
[0017] 圖4為一種簡單的充電控制電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0019] 如圖1、圖2所示為一種用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器，包括依次連 接的懸臂梁式能量采集柱形單元、充電控制電路、儲能電路和電源輸出電路，所述懸臂梁式 能量采集柱形單元包括圓柱形外殼1、懸臂梁5、永磁體4、鐵芯2和電磁線圈3,所述懸臂 梁5的固定端和鐵芯2均固定在圓柱型外殼1上，電磁線圈3嵌繞在鐵芯2上，永磁體4固 定在懸臂梁5的自由端，永磁體4與鐵芯2位置相對，確保永磁體4隨懸臂梁5的自由端 運動時永磁體4與鐵芯2和電磁線圈3不接觸。所述懸臂梁5、永磁體4、鐵芯2和電磁線 圈3均安裝在圓柱形外殼1的內側，懸臂梁5沿圓柱形外殼1的軸向設置；并且充電控制電 路、儲能電路和電源輸出電路均集成設置在圓柱形外殼1上，整體形成一個模塊化結構，該 模塊化結構與汽車胎壓監測系統發射端可集成為一體的結構，最終形成自發電汽車胎壓監 測系統6 ;圓柱型外殼1安裝在汽車輪胎氣門芯7上時，其內部懸臂梁5的固定端朝向汽車 輪胎8軸心方向，從而使輪胎轉動時懸臂梁5由于離心力的作用而受拉，不使其失穩。安裝 時，通過簡單機械調整，可使內部懸臂梁5所在平面與汽車輪胎軸的方向平行，使懸臂梁工 作時發生彎曲振動。
[0020] 如圖3所示，將自發電汽車胎壓監測系統6安裝在汽車輪胎8的氣門芯7上即可； 汽車行駛過程中，永磁體4隨汽車輪胎8的旋轉或汽車隨機振動而發生振動，電磁線圈3切 割永磁體4產生的磁力線產生感應電動勢，通過控制電路（如圖4所示）進行整流后存儲 至儲能電路中，對汽車胎壓監測系統發射端進行持續供電。
[0021] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出：對于本【技術領域】的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1. 一種用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器，其特征在于：包括依次連接的懸 臂梁式能量采集柱形單元、充電控制電路、儲能電路和電源輸出電路，所述懸臂梁式能量采 集柱形單元包括圓柱形外殼（1)、懸臂梁（5)、永磁體（4)、鐵芯（2)和電磁線圈（3)，所述懸 臂梁（5)的固定端和鐵芯（2)均固定在圓柱型外殼⑴上，電磁線圈（3)嵌繞在鐵芯（2) 上，永磁體（4)固定在懸臂梁（5)的自由端，永磁體（4)與鐵芯（2)位置相對，確保永磁體 (4)隨懸臂梁（5)的自由端運動時永磁體（4)與鐵芯⑵和電磁線圈（3)不接觸。
2. 根據權利要求1所述的用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器，其特征在于： 所述懸臂梁（5)、永磁體（4)、鐵芯（2)和電磁線圈（3)均安裝在圓柱形外殼（1)的內側，懸 臂梁（5)沿圓柱形外殼（1)的軸向設置。
3. 根據權利要求1或2所述的懸臂式汽車胎壓監測系統能量采集器，其特征在于：所 述充電控制電路、儲能電路和電源輸出電路均集成設置在圓柱形外殼（1)上，整體形成一 個模塊化結構。
4. 根據權利要求3所述的用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器，其特征在于： 所述圓柱形外殼（1)設計成與汽車胎壓監測系統發射端可集成為一體的結構。
5. 根據權利要求3所述用于汽車胎壓監測的懸臂式振動能量采集器，其特征在于：所 述圓柱型外殼（1)安裝在汽車輪胎氣門芯上時，其內部懸臂梁（5)的固定端朝向輪胎軸心 方向，從而使輪胎轉動時懸臂梁（5)由于離心力的作用而受拉，不使其失穩。
【文檔編號】H02K35/02GK104104205SQ201410310310
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】陳仁文, 王昊, 夏樺康, 任龍 申請人:南京航空航天大學