一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于汽车轮胎自发电机技术领域，尤其涉及一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机。
【背景技术】
[0002]汽车轮胎的工作状况是影响汽车安全性和经济性的重要因素，目前，轮胎压力监测系统(TPMS)已经得到广泛应用，TPMS系统将一个由一次性池供电、有测量和无线通讯功能的胎压监测模块置于充气轮胎内部，监测模块实时地通过无线通讯将轮胎气压、温度等参数传输到驾驶室的接收、显示、报警装置，可以预见，将来还会有更多附属于轮胎的电子设备出现。
[0003]这些附属于轮胎的电子设备都随着轮胎一起旋转运动，不便于由外部供电，目前大多采用灌封在模块中的特种一次性电池供电，电池耗尽模块即整体报废，造成资源浪费，例如现有内置式胎压监测模块产品的电池实际使用寿命约2?4年，低于轮胎的寿命，虽然已有可以更换电池的改进型胎压监测模块出现，但更换模块或更换电池都必须拆解轮胎，费时费力。
[0004]针对上述问题，轮胎自发电技术方案被提出，该类方案利用压电发电或摩擦发电等技术将轮胎转动、震动或弹性变形的机械能转换为电能用作胎压监测模块等轮胎附属电子设备的工作电源，从而突破一次性电池对轮胎附属电子设备的服务年限和性能的限制，例如中华人民共和国知识产权局于2014年7月16日授权的、公告号为CN 203713439 U的专利文献，名称为《一种自供电的轮胎胎压监测系统》公开了一种安装在轮胎内部轮辋周围的摩擦和压电发电装置，以期实现胎压监测模块自供电，但是，该实用新型所提供的技术方案是一个围绕整个轮辋、由多种零部件构成的复杂机器，结构庞大，成本高昂，所述之摩擦和压电发电应用技术也还不够成熟。
【实用新型内容】
[0005]为克服上述不足，本实用新型提供一种采用传统的电磁感应发电原理，结构简单，安装方便，体积小，重量轻，成本低廉的轮胎自发电机。
[0006]本实用新型的方案如下:一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，包括充气轮胎及其金属轮毂、安装在轮毂中心的电磁感应式自发电机，自发电机的转子与轮毂同轴安装并跟随轮毂同步旋转，自发电机的偏心重锤定子通过轴承套装在转子外周，定子的偏心重锤的重力分力产生的力矩与转子旋转发电时对于定子的电动力矩和摩擦力矩之和平衡，工作时，定子处于平衡位置而不跟随轮毂旋转。
[0007]进一步，金属制成的自发电机外壳固定在轮毂的中心孔里，自发电机的转子套筒固定在自发电机外壳的底部并与轮毂的中心孔同轴；
[0008]所述的转子套筒内部安装有转子铁芯，转子铁芯上绕有转子线圈，转子线圈的一个输出端通过输出电缆沿着一条轮辐引向轮辋，转子线圈的另一输出端与转子套筒直接电气连接，即焊接于搭铁接点；
[0009]自发电机的偏心重锤定子通过一对轴承套装在转子套筒上，可以自由旋转，偏心重锤定子的孔内固定有一对永久磁体。
[0010]进一步，所述的转子套筒由非铁磁性金属材料制成。
[0011]进一步，中心孔装饰盖嵌装在轮毂的中心孔里盖住自发电机。
[0012]进一步，所述之电磁感应式自发电机是永磁式单相交流发电机。
[0013]进一步，所述的自发电机转子可以是带有铁芯的绕线式转子，也可以是永磁式定子。
[0014]进一步，所述之自发电机发出的交流电可以经过整流、滤波和稳压电路转换成稳定直流电。
[0015]本实用新型将传统的电磁感应发电机改造后安装汽车轮毂中心，随着车轮旋转即可自发电，给内置式胎压监测模块等轮胎附属电子设备提供能源，使得这些设备的服务年限和技术性能不再受到原先使用的一次性电池的限制；本实用新型所述之带有偏心重锤定子的自发电机，借助新颖的偏心重锤定子设计，将传统的电磁感应发电机技术运用到轮胎自发电技术新领域，与压电发电或摩擦发电等自发电专利技术相比，本实用新型的技术方案具有原理成熟，结构简单，成本低廉，体积小，重量轻等特征，可以较方便地安装在现有的汽车轮毂上。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型的总体结构示意图；
[0017]图2是图1的A-A剖面图；
[0018]图3是图2的I局部(自发电机)放大图；
[0019]图4是本实施例的工作原理示意图，其中，图4(a)是车轮不转动时自发电机的状态；
[0020]图4 (b)是车轮顺时针转动时自发电机的状态；
[0021]图5是本实施例的电气原理图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0023]图1是本实用新型实施例的总体结构示意图，公知的充气轮胎，其外胎I安装在轮辋2上，轮辋2经轮辐4与轮毂3连成一体，在轮毂3的中心孔5里同轴地固定着永磁式交流发电机的转子6，转子6随着轮毂一起旋转；发电机的偏心重锤定子7通过轴承同轴地套装在转子6的外周，借助偏心重锤保证定子不随轮毂一起旋转。
[0024]图2是图1的A-A剖面图，图2中:I局部是置于轮毂中心孔的自发电机；胎压监测模块12被固定在外胎I和轮辋2组成的气密空间内部。
[0025]图3是图2的I局部(自发电机)放大图，金属制成的自发电机外壳18固定在轮毂3的中心孔里，自发电机的转子套筒13固定在自发电机外壳18的底部并与轮毂3的中心孔同轴，转子套筒13由非铁磁性金属材料制成，转子套筒13内部安装有转子铁芯10，转子铁芯10上绕有转子线圈9，转子线圈9的一个输出端通过输出电缆8沿着一条轮辐引向轮辋，转子线圈9的另一输出端16与转子套筒13直接电气连接，即焊接于“搭铁”接点17 ；自发电机的偏心重锤定子7通过一对轴承14套装在转子套筒13上，可以自由旋转，偏心重锤定子的孔内固定有一对永久磁体11 ;中心孔装饰盖15嵌装在轮毂3的中心孔里盖住自发电机。
[0026]图4是本实施例的工作原理示意图，下面通过图4进一步说明本实施例的工作原理:
[0027]图4 (a)表示车轮不转动时自发电机的状态，包含转子铁芯10和转子线圈9的转子6亦跟随轮毂处于静止状态，带有永久磁体11的偏心重锤定子7在重力G作用下自然下垂，转子6和定子7之间没有相对运动，自发电机不发电。
[0028]图4 (b)表示车轮顺时针转动时自发电机的状态，转子6及其转子铁芯10和转子线圈9随轮毂顺时针旋转，与定子7的永久磁体11所建立的磁场之间产生相对运动，转子线圈9中产生感应电动势和电流，随之产生反向的电动力矩和轴承摩擦力矩，方向如图所示为顺时针，设该两力矩之和为M，作用在偏心重锤定子7上，使偏心重锤定子7绕旋转轴ο顺时针转一个角度α，设偏心重锤的重心为c点，则重力G的切向分量Gt绕旋转轴ο产生力矩Mg，Mg的方向为反时针(即与M的方向相反)，Mg的大小为:
[0029]Mg=Gt*L = G* L^sin α
[0030]式中，L为偏心重锤的重心c到旋转轴O的距离；
[0031]α为偏心重锤定子7在力矩M作用下旋转的角度；
[0032]由上式可知，力矩Mg随偏心重锤定子7的旋转角α增大而增大，直到Mg=M时达到平衡状态，偏心重锤定子7即固定在旋转角等于α的平衡位置，发电机进入正常工作。
[0033]图5是本实施例的电原理图，左边部分表不自发电机的转子铁芯10和转子线圈9在定子永久磁体11形成的磁场里旋转，转子线圈9两端输出幅值和频率随车轮转速变化而变化的交变电压，该电压输送到胎压监测模块12的电源电路23，电源电路23内依次连接有的整流器30、滤波电容31、稳压和充电保护电路32以及可充电式储能器33，交变电压经过整流、滤波和稳压后得到稳定的直流电压给可充电式储能器33充电，同时给胎压监测模块或其他轮胎附属电子设备提供工作能源，稳压充电保护电路32还兼有充电保护功能。
[0034]尽管上文对本实用新型的【具体实施方式】给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，其特征是:包括充气轮胎及其金属轮毂、安装在轮毂中心的电磁感应式自发电机，自发电机的转子与轮毂同轴安装并跟随轮毂同步旋转，自发电机的偏心重锤定子通过轴承套装在转子外周，定子的偏心重锤的重力分力产生的力矩与转子旋转发电时对于定子的电动力矩和摩擦力矩之和平衡，工作时，定子处于平衡位置而不跟随轮毂旋转。2.根据权利要求1所述的一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，其特征在于:金属制成的自发电机外壳固定在轮毂的中心孔里，自发电机的转子套筒固定在自发电机外壳的底部并与轮毂的中心孔同轴； 所述的转子套筒内部安装有转子铁芯，转子铁芯上绕有转子线圈，转子线圈的一个输出端通过输出电缆沿着一条轮辐引向轮辋，转子线圈的另一输出端与转子套筒直接电气连接，即焊接于搭铁接点； 自发电机的偏心重锤定子通过一对轴承套装在转子套筒上，可以自由旋转，偏心重锤定子的孔内固定有一对永久磁体。3.根据权利要求2所述的一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，其特征在于，所述的转子套筒由非铁磁性金属材料制成。4.根据权利要求1或2所述的一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，其特征在于，中心孔装饰盖嵌装在轮毂的中心孔里盖住自发电机。5.根据权利要求3所述的一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，其特征在于:所述之电磁感应式自发电机是永磁式单相交流发电机。6.根据权利要求1所述的一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，其特征在于:所述的自发电机转子是带有铁芯的绕线式转子或永磁式定子。7.根据权利要求1所述的一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，其特征在于:所述之自发电机发出的交流电可以经过整流、滤波和稳压电路转换成稳定直流电。
【专利摘要】本实用新型公开了一种带有偏心重锤定子的轮胎自发电机，包括充气轮胎及其金属轮毂、安装在轮毂中心的电磁感应式自发电机，自发电机的转子与轮毂同轴安装并跟随轮毂同步旋转，自发电机的偏心重锤定子通过轴承套装在转子外周，定子的偏心重锤的重力分力产生的力矩与转子旋转发电时对于定子的电动力矩和摩擦力矩之和平衡，工作时，定子处于平衡位置而不跟随轮毂旋转。本实用新型采用传统的电磁感应发电原理，结构简单，安装方便，体积小，重量轻，成本低廉。
【IPC分类】H02K7/18, B60B19/00, H02K7/075
【公开号】CN204701394
【申请号】CN201520207247
【发明人】张奇志, 钱楷
【申请人】黄山市万邦电子科技有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年4月9日