一种轮胎内能量回收装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种能量回收装置，特别是关于一种轮胎内能量回收装置。
【背景技术】
[0002]随着汽车电子化、智能化的发展，汽车安全性能有了很大的提高。汽车轮胎具有多重作用，能够保证安全驾驶以及乘客舒适度。然而，根据美国运输部的数据显示，多于60%的事故是直接或间接由轮胎失效或侧滑引起的，可见轮胎对于汽车性能和交通安全至关重要。由于轮胎是车辆与地面的接触点，因此能够用来收集车辆本身及地面状况的实时信息，收集的信息可以用于轮胎状态监控和车辆动力学控制。汽车工业在轮胎状态监测技术上有着巨大的发展需求，因此安装有内置传感器的智能轮胎逐渐应用在现代汽车上。智能化轮胎通过在轮胎内安装传感器获得胎压、温度、车轮载荷和法向、纵向、侧向轮胎力等参数，从而提高汽车安全性和稳定性。但是，由于轮胎的旋转环境和气密特性，现有的轮胎内置传感器多依赖于电池供电以及无线数据传输系统传输信号，无法使用线束为内置传感器供电，也无法通过有线数据传输形式将内置传感器信号进行发送。然而即便使用低功耗的无线传感器也存在数据传输耗能，使电池寿命降低的问题。由于传感器安装位置不易拆装，为减少电池更换次数保证电池寿命，需要限制传感器的检测和发射数据的次数。现有的安装于轮胎内部的TPMS系统(轮胎压力监测系统)由于内置电池的能量限制，传输数据的频率较低，远远不能满足实时监控的要求。带电池的无线传感器往往不能做到实时监测，因此会影响汽车安全和操控性能。
[0003]轮胎内能量回收系统能够通过电磁感应、压电效应等原理利用轮胎变形能量，也可以通过加速度、减速度产生的内置回收部件的相对运动回收能量，并将回收能量转化为电能为传感器供电，从而解决了供电问题。能量回收系统可以将耗散的损失能量转化为可利用能量，也可以通过改变能量形式实现能量在不同部分之间的传递，为传感器供电并使得高频率实时信息传输成为可能。很多研究在轮胎内安装设计了能量回收系统，采用压电、电磁或者静电等方法进行能量回收，然而回收的能量较低还不足以实现实时数据传输，能量回收装置还需要进一步研究改进。另外，主动控制的车辆稳定性系统需要轮胎侧向力、纵向力、垂直力、垂直变形、侧偏角等参数，其中侧偏角是对车辆操控稳定性安全性至关重要的参数，很多现有的解决方案是采用基于光学或者声波的传感器，但是安装和标定存在很大困难。优化车辆稳定性控制和保证传感器能量供应是提高车辆性能很重要的方面。
[0004]现有技术中存在应用压电效应为轮胎内传感器供电的装置，它利用轮胎的振动产生电能。但压电材料的寿命有限，且在它的系统中还需要交直流转换器，增加了电路的复杂度。现有技术中还存在通过轮胎内安装的线圈在轮胎旋转过程中产生振动，由电磁感应产生电能。它虽然能够回收能量为传感器供电，但是不能提供额外的车辆参数为主动控制系统提供依据。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够回收轮胎内能量的轮胎内能量回收装置。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案:一种轮胎内能量回收装置，其特征在于:包括一机架、一霍尔式角度传感器、一发电机、一齿轮、一连杆、一连杆角度传感器、一 DC/DC稳压器和一储能元件；所述机架的顶部固定设置在轮圈外侧，所述发电机的壳体固定设置在所述机架上；所述发电机的发电轴固定穿设所述飞轮，并通过两支架轴承固定在所述机架上；位于所述机架内的所述发电轴通过一单向轴承连接所述齿轮；所述齿轮啮合一齿条，所述齿条的一端通过一弹簧固定连接所述机架的顶部，所述齿条的另一端通过一铰链活动连接所述连杆的一端，所述连杆的另一端粘接在轮胎的内壁；所述铰链的一端设置有所述连杆角度传感器，所述连杆角度传感器将采集的所述连杆转动角度发送给一设置在所述轮胎内的ECU ;所述霍尔式角度传感器固定设置在所述机架上，且与所述齿轮相对设置用于实时采集所述齿轮的旋转角度，所述霍尔式角度传感器将采集的旋转角度发送给所述ECU ;所述ECU电连接一 RF无线发射器；所述发电机电连接所述DC/DC稳压器，所述发电机将产生的电能通过所述DC/DC稳压器转化为稳定的输出电压后，输送到所述储能元件进行存储；所述储能元件用于为所述霍尔式角度传感器、连杆角度传感器、ECU、RF无线发射器、DC/DC稳压器以及所述轮胎内的TPMS系统进行供电。
[0007]所述机架为U型结构，所述U型结构的开口端下部分别设置有用于安装所述支架轴承的通孔，所述U型结构的中部固定设置一固定板，所述固定板上设置有一用于固定所述霍尔式角度传感器的通孔；所述固定板的一端向外延设置一用于固定所述发电机壳体的夹持板。
[0008]所述储能元件采用超级电容组或电池。
[0009]所述发电机采用直流永磁发电机。
[0010]一种轮胎内能量回收装置，其特征在于:包括一机架、一霍尔式角度传感器、一发电机、一齿轮、一连杆、一连杆角度传感器、一 DC/DC稳压器和一储能元件；所述机架的顶部固定设置在轮圈外侧，所述发电机的壳体固定设置在所述机架上；所述发电机的发电轴固定穿设所述飞轮，并通过两支架轴承固定在所述机架上；位于所述机架内的所述发电轴固定连接所述齿轮；所述齿轮啮合一齿条，所述齿条的一端通过一弹簧固定连接所述机架的顶部，所述齿条的另一端通过一铰链活动连接所述连杆的一端，所述连杆的另一端粘接在轮胎的内壁；所述铰链的一端设置有所述连杆角度传感器，所述连杆角度传感器将采集的所述连杆转动角度发送给一设置在所述轮胎内的ECU ;所述霍尔式角度传感器固定设置在所述机架上，且与所述齿轮相对设置用于实时采集所述齿轮的旋转角度，所述霍尔式角度传感器将采集的旋转角度发送给所述ECU ;所述ECU电连接一 RF无线发射器；所述发电机将产生的交流电能通过一交流直流转换器转换为直流电，并通过所述DC/DC稳压器转化为稳定的输出电压后，输送到所述储能元件进行存储；所述储能元件用于为所述霍尔式角度传感器、连杆角度传感器、E⑶、RF无线发射器、DC/DC稳压器以及所述轮胎内的TPMS系统进行供电。
[0011]所述机架为U型结构，所述U型结构的开口端下部分别设置有用于安装所述支架轴承的通孔，所述U型结构的中部固定设置一固定板，所述固定板上设置有一用于固定所述霍尔式角度传感器的通孔；所述固定板的一端向外延设置一用于固定所述发电机壳体的夹持板。
[0012]所述储能元件采用超级电容组或电池。
[0013]所述发电机采用直流永磁发电机。
[0014]本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本实用新型包括连杆、齿条、齿轮、飞轮、发电机、储能元件、E⑶(电子控制单元)和RF无线发射器，连杆的一端粘接轮胎内壁，连杆的另一端通过铰链连接连接齿条，齿条与齿轮啮合；连杆将轮胎变形的位移传递给齿条，齿条带动齿轮旋转，齿轮与发电机的发电轴通过一单向轴承连接，发电轴上固定穿设飞轮，在齿条向下运动时，飞轮在发电轴的带动下旋转，从而存储动能，同时发电轴带动发电机发电；当齿条向上运动时，由于单向轴承的存在，飞轮依靠存储的动能带动发电机的发电轴按原来的旋转方向继续旋转，使发电机进行发电，提高了发电持续时间；发电机将产生的电能输送进储能元件进行存储，用于为自身进行供电，因此对轮胎内能量进行了回收，且提高了的能量输出密度，相比于传统的电池供电，解决了智能轮胎传感器供电问题，所回收的能量规模能够满足传感器实时发送数据的要求，提高主动控制系统的性能和车辆安全性。2、本实用新型包括霍尔式角度传感器和连杆角度传感器，齿轮角度传感器用于实时齿轮的旋转角度，连杆角度传感器用于实时采集连杆的转动角度，霍尔式角度传感器和连杆角度传感器将采集的旋转角度和转动角度发送给ECU。3、本实用新型中单向轴承的使用使发电机产生的电能为直流电能，因此可以免去整流电路，提高电路效率。4、本实用新型齿条和机架顶部之间设置有限制齿条竖直运动的限位弹簧，保证在连杆与轮胎粘接处失效时不对轮胎造成额外伤害，且可以实现齿条快速回位，从而提高效率。5、本发明由于发电轴固定连接齿轮，所以当车辆的运动状态发生改变时，轮胎通过连杆拉动齿条向下或向上移动，从而带动与齿条啮合的齿轮顺时针旋转或逆时针旋转，而发电轴与齿轮做同步的旋转运动，发电机在发电轴的带动下产生交流电能，发电机将产生的交流电能通过一交直流转换器转换为直流电，并通过DC/DC稳压器转化为稳定的输出电压后，输送到储能元件进行存储，从而实现了轮胎内能量的回收。本实用新型可以广泛应用于轮胎内能量过程中。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型实施例一的原理示意图；
[0016]图2是本实用新型实施例一的结构示意图；其中，(a)是三维示意图，(b)是主视图，(c)是(b)的左视图，⑷是(b)沿A-A方向的剖视图。
[0017]图3是本实用新型的安装示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
[0019]实施例一:
[0020]如图1?3所示，本实用新型提供的轮胎内能量回收装置包括一机架1、一霍尔式角度传感器2、一发电机3、一 E⑶4、一 RF无线发射器5、一飞轮6、两支架轴承7、一单向轴承8、一齿轮9、一弹簧10、一齿条11、一连杆12、一连杆角度传感器13、一 DC/DC稳压器14、一储能元件15。
[0021]机架I的顶部固定设置在轮圈16外侧，发电机3的壳体固定设置在机架I上；。发电机I的发电轴31固定穿设飞轮6，并通过两支架轴承7固定在机架I上，两支架轴承7用于承受发电机3竖直方向的力，同时保证发电轴31转动。位于机架I内的发电轴31通过单向轴承8连接齿轮9。齿轮9啮合齿条11，齿条11的一端通过弹簧10固定连接机架I的顶部，弹簧