用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器，包括依次连接的悬臂梁式能量采集柱形单元、充电控制电路、储能电路和电源输出电路，悬臂梁式能量采集柱形单元包括圆柱形外壳、悬臂梁、永磁体、铁芯和电磁线圈，悬臂梁的固定端和铁芯均固定在圆柱型外壳上，电磁线圈嵌绕在铁芯上，永磁体固定在悬臂梁的自由端，永磁体与铁芯位置相对。本发明提供的能量采集器，既可采集汽车行驶过程中轮胎周期转动时悬臂梁的质量块上作用的交变重力引起的周期性振动的能量，又可采集由于路面不平使汽车轮胎产生随机振动的能量，采集的能量用于对汽车胎压监测系统发射端进行供电，属于一种自发电装置，其结构简单、使用方便、节能环保、使用寿命长。
【专利说明】用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种用于汽车胎压监测系统发射端的悬臂式振动能量采集器，属 于环境能量采集领域。
【背景技术】
[0002] 汽车胎压监测系统的功能是实时监测胎压，接收端轮流显示发射端通过无线通讯 方式发来的胎压及胎温数据；可以进行轮胎慢漏气胎压过低报警、车辆超载胎压过高报警、 轮胎老化胎压异常报警、胎温过高报警、主机电池低电量提示等工作，并且在停车时显示屏 自动关闭、电池供电时主机可自动进入停车省电模式，还可根据车型及轮胎位置设定相应 的标准压力值。安装汽车胎压监测系统的好处有：检测胎压，预防爆胎；节省燃油，汽车降 低排放；减少磨损，轮胎寿命更长；确保操控性能；避免车辆部件非正常磨损。
[0003] 汽车胎压监测系统的作用是在汽车行驶过程中对轮胎气压、温度、变形等进行实 时自动监测，并对轮胎漏气和低气压进行报警，以确保行车安全。其工作原理是：轮胎的气 门芯上安装一个传感器，传感器中包括感应气压的电桥式电子气压感应装置，它将气压信 号转换为电信号，通过无线发射装置将信号发射出来。有的轮胎检测传感器还包含有测量 温度、应变、将速度等参数的功能，为汽车行驶提供更多安全信息。该传感器通过无线方式 发射到接收端，在显示器上显示各种数据变化或以蜂鸣等形式，提醒驾车者。并在轮胎漏气 和压力变化超过安全限制时进行报警，以保障行车安全。
[0004] 正因为胎压检测有诸多益处，可以降低交通事故发生几率，保护人身财产安全，所 以拥有广阔市场。由于轮胎是一个相对独立的空间，胎压监测系统无法通过有线方式供电， 一般采用化学电池作为电源，但化学电池存在体积大，使用寿命短的不足，且废旧电池处理 不当还会造成严重的环境污染，因此近年来能量采集成为众多学者研究热门领域。振动能 量采集系统研究的是如何为更换电池不方便的设备利用周围环境中的振动能量实现能量 自给的。
[0005] 汽车胎压监测系统分为直接式和间接式两种实现方式。间接式是通过汽车ABS 系统的轮速传感器来比较车轮之间的转速差别，以达到监视胎压的目的。但此方式的缺点 是要汽车行驶一段距离才能起作用，而且不能同时对两个以上的轮胎同时缺气进行检测等 等。直接式是在轮胎上直接安装传感器，传感器传送胎压等信息给车内接收器，接收器予以 显示。优点是信息全、灵敏度高，因此直接式将是未来胎压监测系统的发展主流和趋势。直 接式的缺点是目前市面上的传感器电池都是一体化设计，电池一旦没电，就要连传感器一 起更换，后期维护成本非常高。因此解决胎压监测系统的传感器的供电问题成为制约胎压 监测系统发展的关键技术之一。直接式又分外置式和内置式两种结构，内置式需要安装在 轮胎内，安装较为困难。外置式安装在气门芯上，拆装方便。
【发明内容】
[0006] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于汽车胎压监测 系统发射端的悬臂式振动能量采集器，利用悬臂式电磁式能量采集结构将振动能量转为电 能来解决电池寿命问题，为无线胎压传感器提供长期的电源供给，使其在其使用周期内不 需要更换电池。
[0007] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008] -种用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器，包括依次连接的悬臂梁式能量 采集柱形单元、充电控制电路、储能电路和电源输出电路，所述悬臂梁式能量采集柱形单元 包括圆柱形外壳、悬臂梁、永磁体、铁芯和电磁线圈，所述悬臂梁的固定端和铁芯均固定在 圆柱型外壳上，电磁线圈嵌绕在铁芯上，永磁体固定在悬臂梁的自由端，永磁体与铁芯位置 相对，确保永磁体随悬臂梁的自由端运动时永磁体与铁芯和电磁线圈不接触。轮胎转动时， 悬臂梁自由端上的永磁体会相对于固定在圆柱形外壳上的电磁线圈振动，根据电磁感应定 律，电磁线圈中产生交变的感应电动势，形成电能，电能经过充电控制电路进行整流滤波 后，对储能电路进行充电，并最终为汽车胎压监测系统供电。使用时，悬臂梁式能量采集柱 形单元可作为汽车胎压监测系统的内嵌模块与其共同安装在汽车轮胎气门芯上，在汽车行 驶过程中，悬臂梁在质量块（永磁体）的惯性力作用下随轮胎转动或汽车振动而产生振动， 因此只要汽车行驶就可持续对储能电路进行充电，使汽车胎压监测系统发射端始终具有足 够的电能。
[0009] 优选的，所述悬臂梁、永磁体、铁芯和电磁线圈均安装在圆柱形外壳的内侧，悬臂 梁沿圆柱形外壳的轴向设置。
[0010] 优选的，所述充电控制电路、储能电路和电源输出电路均集成设置在圆柱形外壳 上，整体形成一个模块化结构。
[0011] 优选的，所述圆柱形外壳与汽车胎压监测系统发射端可集成为一体的结构。
[0012] 优选的，所述圆柱型外壳安装在汽车轮胎气门芯上时，其内部悬臂梁的固定端朝 向轮胎轴心方向，从而使轮胎转动时悬臂梁由于离心力的作用而受拉，不使其失稳。在安装 时，通过简单机械调整可使内部悬臂梁所在平面与汽车轮胎轴的方向平行，使悬臂梁工作 时发生弯曲振动。
[0013] 有益效果：本发明提供的悬臂式汽车胎压监测系统能量采集器，既可采集汽车行 驶过程中轮胎周期转动时悬臂梁的质量块上作用的交变重力引起的周期性振动的能量，又 可采集由于路面不平使汽车轮胎产生随机振动的能量，采集的能量用于对汽车胎压监测系 统发射端进行供电，属于一种自发电装置，其结构简单、使用方便、节能环保、使用寿命长； 通过采集汽车运动过程中的振动能量，对汽车胎压监测系统发射端进行供电，使胎压监测 系统免于更换电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明的电气相关原理框图；
[0015] 图2为悬臂梁式能量采集器的结构示意图；
[0016] 图3为本发明安装的结构示意图；
[0017] 图4为一种简单的充电控制电路的原理图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0019] 如图1、图2所示为一种用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器，包括依次连 接的悬臂梁式能量采集柱形单元、充电控制电路、储能电路和电源输出电路，所述悬臂梁式 能量采集柱形单元包括圆柱形外壳1、悬臂梁5、永磁体4、铁芯2和电磁线圈3,所述悬臂 梁5的固定端和铁芯2均固定在圆柱型外壳1上，电磁线圈3嵌绕在铁芯2上，永磁体4固 定在悬臂梁5的自由端，永磁体4与铁芯2位置相对，确保永磁体4随悬臂梁5的自由端 运动时永磁体4与铁芯2和电磁线圈3不接触。所述悬臂梁5、永磁体4、铁芯2和电磁线 圈3均安装在圆柱形外壳1的内侧，悬臂梁5沿圆柱形外壳1的轴向设置；并且充电控制电 路、储能电路和电源输出电路均集成设置在圆柱形外壳1上，整体形成一个模块化结构，该 模块化结构与汽车胎压监测系统发射端可集成为一体的结构，最终形成自发电汽车胎压监 测系统6 ;圆柱型外壳1安装在汽车轮胎气门芯7上时，其内部悬臂梁5的固定端朝向汽车 轮胎8轴心方向，从而使轮胎转动时悬臂梁5由于离心力的作用而受拉，不使其失稳。安装 时，通过简单机械调整，可使内部悬臂梁5所在平面与汽车轮胎轴的方向平行，使悬臂梁工 作时发生弯曲振动。
[0020] 如图3所示，将自发电汽车胎压监测系统6安装在汽车轮胎8的气门芯7上即可； 汽车行驶过程中，永磁体4随汽车轮胎8的旋转或汽车随机振动而发生振动，电磁线圈3切 割永磁体4产生的磁力线产生感应电动势，通过控制电路（如图4所示）进行整流后存储 至储能电路中，对汽车胎压监测系统发射端进行持续供电。
[0021] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本【技术领域】的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器，其特征在于：包括依次连接的悬 臂梁式能量采集柱形单元、充电控制电路、储能电路和电源输出电路，所述悬臂梁式能量采 集柱形单元包括圆柱形外壳（1)、悬臂梁（5)、永磁体（4)、铁芯（2)和电磁线圈（3)，所述悬 臂梁（5)的固定端和铁芯（2)均固定在圆柱型外壳⑴上，电磁线圈（3)嵌绕在铁芯（2) 上，永磁体（4)固定在悬臂梁（5)的自由端，永磁体（4)与铁芯（2)位置相对，确保永磁体 (4)随悬臂梁（5)的自由端运动时永磁体（4)与铁芯⑵和电磁线圈（3)不接触。
2. 根据权利要求1所述的用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器，其特征在于： 所述悬臂梁（5)、永磁体（4)、铁芯（2)和电磁线圈（3)均安装在圆柱形外壳（1)的内侧，悬 臂梁（5)沿圆柱形外壳（1)的轴向设置。
3. 根据权利要求1或2所述的悬臂式汽车胎压监测系统能量采集器，其特征在于：所 述充电控制电路、储能电路和电源输出电路均集成设置在圆柱形外壳（1)上，整体形成一 个模块化结构。
4. 根据权利要求3所述的用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器，其特征在于： 所述圆柱形外壳（1)设计成与汽车胎压监测系统发射端可集成为一体的结构。
5. 根据权利要求3所述用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器，其特征在于：所 述圆柱型外壳（1)安装在汽车轮胎气门芯上时，其内部悬臂梁（5)的固定端朝向轮胎轴心 方向，从而使轮胎转动时悬臂梁（5)由于离心力的作用而受拉，不使其失稳。
【文档编号】H02K35/02GK104104205SQ201410310310
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】陈仁文, 王昊, 夏桦康, 任龙 申请人:南京航空航天大学