汽车轮胎形变致发电装置转让专利
申请号 : CN200510112004.X
文献号 : CN1992484B
文献日 : 2010-06-23
发明人 : 李威 , 陈旭琳 , 詹汝楫 , 杨从明
申请人 : 上海保隆汽车科技股份有限公司 , 上海群英汽车电子有限公司
摘要 :
本发明公开了一种汽车轮胎形变致发电装置，安装在轮辋和轮胎内表面之间；其特点是，包括：底座、外盖、内套、磁体、弹性体、线圈；所述的底座固连在轮辋上；所述的外盖套在底座口部，其顶部顶在轮胎内表面处；所述的内套设在底座内；所述的磁体镶嵌在内套内；所述的弹性体套在内套外；所述的线圈缠绕在内套下部，与磁体底部相邻。该装置能够在汽车行驶时将轮胎由于受到汽车自重而导致的形变转化为电能。只要汽车在行驶过程中，线圈就可产生持续的电流。
权利要求 :
1.汽车轮胎形变致发电装置，安装在轮辋和轮胎内表面之间；其特征在于，包括：底座、外盖、内套、磁体、弹性体、线圈；所述的底座固连在轮辋上；所述的外盖套在底座口部，其顶部顶在轮胎内表面处；所述的内套包括上内套和下内套；所述的磁体镶嵌在内套内；所述的下内套设在底座内；所述的上内套固定在外盖的顶部内侧，形成磁体顶部的固定座；所述的下内套的下部位于与磁体底部相邻的段上设有上、下两圈凸条，所述的线圈缠绕在所述两圈凸条之间，与磁体底部相邻；所述的弹性体套在内套外、设在外盖顶部内壁与内套的上圈凸条的上方之间。
2.根据权利要求1所述的汽车轮胎形变致发电装置，其特征在于，所述的底座上段两侧对称设有封闭的滑槽。
3.根据权利要求2所述的汽车轮胎形变致发电装置，其特征在于，所述的滑槽的长度以所述外盖向下滑行时所带动磁体向下穿过线圈为准。
4.根据权利要求2所述的汽车轮胎形变致发电装置，其特征在于，还包括两个限位销，分别穿越底座上段两侧的滑槽与所述外盖的底部固定；所述两个限位销可随外盖的上下而在所述滑槽中滑行。
5.根据权利要求1所述的汽车轮胎形变致发电装置，其特征在于，所述的弹性体由弹簧构成。
6.根据权利要求1所述的汽车轮胎形变致发电装置，其特征在于，所述的底座的底部采用胶粘或其它方式与轮辋固定连接。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种利用微小形变发电的装置，尤其涉及一种汽车轮胎形变致发电装置。
背景技术
汽车轮胎压力监视系统，简称TPMS，即“Tire Pressure MonitoringSystem”，主要用于在汽车行驶时，适时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气造成低胎压和高温高胎压防爆胎进行预警，确保行车安全。
一般地，汽车轮胎压力监视系统由发射检测模块(每个轮胎一个)和接收显示模块(一个)组成。不同类型的轮胎压力监测系统具体组成不同。
但是，目前市场上TPMS大都采用电池馈电方式使安装有胎压监测传感器的发射检测模块得以正常工作，而这种方式使TPMS系统寿命受到极大限制，且使其对气压的监测采取周期性的节电方式而不能对气压进行实时监测，而且极大地影响了TPMS胎内模块的重量和体积。
为了解决上述问题，有人提出了陶瓷压电饱馈电的TPMS方案，压电陶瓷产生电能的工作原理是正反压电效应，压电陶瓷在应力作用下通过压电效应可以产生数量可观的电荷，在工作物质上建立起很高的电势，可以输出不小的静电能，实际上构成了一个压电电源。
压电陶瓷在现有主动式TPMS(主动式TPMS是直接式TPMS中的一种，它利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压)基础上的改进，解决了电池的问题，而且发电模块应用面十分广。但压电陶瓷可以形变的次数有限，目前一般是几十万次。假设汽车一天行驶100公里，车轮半径为0.3米，周长为1.88米，则每天轮胎转动100*1000/1.88＝53191圈，也就是压电陶瓷形变53191次。按目前压电陶瓷的技术水平，压电电源可以使用10天左右，或者是车行驶1000公里。就目前的技术而言，离实用还有距离。
中国专利申请号200410067821.3的发明公开了一种微型振动发电机，其结构如图1所示，其主要包括壳体1，在壳体内设有磁钢3，在磁钢3左右两侧设有与其配合的两组线圈2，磁钢3上下两端面分别通过两弹簧4与壳体1的上下内壁相连接。在汽车上下颠簸时，该装置能够将振动的机械能转换为电能，为汽车内的小型电器充电。
该发明的微型振动发电机虽然能够将汽车振动的机械能转换为电能，但是由于路况的关系，汽车在行驶过程中，振动的频率和振动的幅度都是不可预知的，因此由振动产生的电源将是断续且没有周期的，无法为需要实时监控的TPMS提供的可靠的供电。
一般地，汽车轮胎压力监视系统由发射检测模块(每个轮胎一个)和接收显示模块(一个)组成。不同类型的轮胎压力监测系统具体组成不同。
但是，目前市场上TPMS大都采用电池馈电方式使安装有胎压监测传感器的发射检测模块得以正常工作，而这种方式使TPMS系统寿命受到极大限制，且使其对气压的监测采取周期性的节电方式而不能对气压进行实时监测，而且极大地影响了TPMS胎内模块的重量和体积。
为了解决上述问题，有人提出了陶瓷压电饱馈电的TPMS方案，压电陶瓷产生电能的工作原理是正反压电效应，压电陶瓷在应力作用下通过压电效应可以产生数量可观的电荷，在工作物质上建立起很高的电势，可以输出不小的静电能，实际上构成了一个压电电源。
压电陶瓷在现有主动式TPMS(主动式TPMS是直接式TPMS中的一种，它利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压)基础上的改进，解决了电池的问题，而且发电模块应用面十分广。但压电陶瓷可以形变的次数有限，目前一般是几十万次。假设汽车一天行驶100公里，车轮半径为0.3米，周长为1.88米，则每天轮胎转动100*1000/1.88＝53191圈，也就是压电陶瓷形变53191次。按目前压电陶瓷的技术水平，压电电源可以使用10天左右，或者是车行驶1000公里。就目前的技术而言，离实用还有距离。
中国专利申请号200410067821.3的发明公开了一种微型振动发电机，其结构如图1所示，其主要包括壳体1，在壳体内设有磁钢3，在磁钢3左右两侧设有与其配合的两组线圈2，磁钢3上下两端面分别通过两弹簧4与壳体1的上下内壁相连接。在汽车上下颠簸时，该装置能够将振动的机械能转换为电能，为汽车内的小型电器充电。
该发明的微型振动发电机虽然能够将汽车振动的机械能转换为电能，但是由于路况的关系，汽车在行驶过程中，振动的频率和振动的幅度都是不可预知的，因此由振动产生的电源将是断续且没有周期的，无法为需要实时监控的TPMS提供的可靠的供电。
发明内容
本发明为了解决现有的上述TPMS的寿命、监测密度、重量和体积等问题，而提出一种使用寿命长、体积小、重量轻、发电稳定的汽车轮胎形变致发电装置。
本发明采取的技术方案是：汽车轮胎形变致发电装置，安装在轮辋和轮胎内表面之间；其特点是，包括：底座、外盖、内套、磁体、弹性体、线圈；所述的底座固连在轮辋上；所述的外盖套在底座口部，其顶部顶在轮胎内表面处；所述的内套设在底座内；所述的磁体镶嵌在内套内；所述的弹性体套在内套外；所述的线圈缠绕在内套下部，与磁体底部相邻。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的底座上段两侧对称设有封闭的滑槽。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的滑槽的长度以所述外盖向下滑行时所带动磁体向下穿过线圈为准。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，还包括两个限位销，分别穿越底座上段两侧的滑槽与所述外盖的底部固定；所述定位销可随外盖的上下而在所述滑槽中滑行。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的底座上段两侧对称设有封闭的滑槽。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的内套包括上内套和下内套，所述的上内套固定在外盖的顶部内侧，形成磁体顶部的固定座；所述的下内套的下部位于与磁体底部相邻的段上设有上、下两圈凸条，所述的线圈缠绕在所述两圈凸条之间。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的弹性体设在外盖顶部内壁与内套的上圈凸条的上方之间。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的弹性体由弹簧构成。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的底座的底部采用胶粘或其它方式与轮辋固定连接。
汽车启动后，轮胎运转，当磁体安装处的轮胎受到汽车自重而形变，向内凹陷，带动磁体进入线圈，线圈切割磁力线产生一脉冲电压；当磁体安装处的轮胎不再受到汽车自重，则由于内部气压的作用恢复形状，带动磁体退出线圈，线圈切割磁力线产生一与前次脉冲电压反向的脉冲电压。汽车在高速行驶的过程过程中，轮胎每转一圈，磁体将穿过和退出线圈一次，因此只要汽车在行驶过程中，线圈就可产生持续的电流。
由于本发明采用了以上的技术方案，在车启动后就能连续发电，其自供电TPMS技术(无电池馈电技术)可使TPMS系统工作寿命下限在20年以上，大大降低产品的成本。
本发明采取的技术方案是：汽车轮胎形变致发电装置，安装在轮辋和轮胎内表面之间；其特点是，包括：底座、外盖、内套、磁体、弹性体、线圈；所述的底座固连在轮辋上；所述的外盖套在底座口部，其顶部顶在轮胎内表面处；所述的内套设在底座内；所述的磁体镶嵌在内套内；所述的弹性体套在内套外；所述的线圈缠绕在内套下部，与磁体底部相邻。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的底座上段两侧对称设有封闭的滑槽。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的滑槽的长度以所述外盖向下滑行时所带动磁体向下穿过线圈为准。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，还包括两个限位销，分别穿越底座上段两侧的滑槽与所述外盖的底部固定；所述定位销可随外盖的上下而在所述滑槽中滑行。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的底座上段两侧对称设有封闭的滑槽。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的内套包括上内套和下内套，所述的上内套固定在外盖的顶部内侧，形成磁体顶部的固定座；所述的下内套的下部位于与磁体底部相邻的段上设有上、下两圈凸条，所述的线圈缠绕在所述两圈凸条之间。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的弹性体设在外盖顶部内壁与内套的上圈凸条的上方之间。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的弹性体由弹簧构成。
上述汽车轮胎形变致发电装置，其中，所述的底座的底部采用胶粘或其它方式与轮辋固定连接。
汽车启动后，轮胎运转，当磁体安装处的轮胎受到汽车自重而形变，向内凹陷，带动磁体进入线圈，线圈切割磁力线产生一脉冲电压；当磁体安装处的轮胎不再受到汽车自重，则由于内部气压的作用恢复形状，带动磁体退出线圈，线圈切割磁力线产生一与前次脉冲电压反向的脉冲电压。汽车在高速行驶的过程过程中，轮胎每转一圈，磁体将穿过和退出线圈一次，因此只要汽车在行驶过程中，线圈就可产生持续的电流。
由于本发明采用了以上的技术方案，在车启动后就能连续发电，其自供电TPMS技术(无电池馈电技术)可使TPMS系统工作寿命下限在20年以上，大大降低产品的成本。
附图说明
本发明的具体性能特征由以下的实施例及其附图进一步说明。
图1是中国专利申请号200410067821.3公开的微型振动发电机结构示意图。
图2是本发明汽车轮胎形变致发电装置安装在轮胎上的整体结构示意图。
图3是本发明在使用时轮胎面未与地面接触时本发明的结构示意图(一般状态下)，其中：a是本发明安装在轮胎内的使用状态图，b是a中虚框部分的放大示意图。
图4是本发明在使用时轮胎与地面接触时本发明的结构示意图，其中：a是本发明安装在轮胎内的使用状态图，b是a中虚框部分的放大示意图。
图1是中国专利申请号200410067821.3公开的微型振动发电机结构示意图。
图2是本发明汽车轮胎形变致发电装置安装在轮胎上的整体结构示意图。
图3是本发明在使用时轮胎面未与地面接触时本发明的结构示意图(一般状态下)，其中：a是本发明安装在轮胎内的使用状态图，b是a中虚框部分的放大示意图。
图4是本发明在使用时轮胎与地面接触时本发明的结构示意图，其中：a是本发明安装在轮胎内的使用状态图，b是a中虚框部分的放大示意图。
具体实施方式
请参阅图2。本发明汽车轮胎形变致发电装置10，安装在轮辋20和轮胎30内表面之间。
请参阅图2。本发明汽车轮胎形变致发电装置10包括：底座11、外12、内套13、磁体14、弹性体15、线圈16。其中底座11固连在轮辋20上；外盖12套在底座11的口部，外盖12顶部顶在轮胎30内表面处；内套13设在底座11内；磁体14镶嵌在内套13内；弹性体15套在内套13外；线圈16缠绕在内套13下部，与磁体14底部相邻。在底座11上段两侧对称设有封闭的滑槽111，该滑槽111的长度以外盖12向下滑行时所带动磁体14向下穿过线圈16为准。
本发明汽车轮胎形变致发电装置10还包括两个限位销17，分别穿越底座11上段两侧的滑槽111与外盖12的底部固定。该定位销17可随外盖12的上下而在滑槽111中滑行。
该内套13包括上内套131和下内套132。上内套131固定在外盖12的顶部内侧，形成磁体14顶部的固定座；下内套132的下部位于与磁体14底部相邻的段上设有上、下两圈凸条1321、1322，线圈16缠绕在这两圈凸条之间。
弹性体15设在外盖12顶部内壁与内套的上圈凸条1321的上方之间。弹性体15由弹簧构成。
底座11的底部可采用胶粘或其它方式与轮辋20固定连接。
以下详细描述本发明的发电原理：
汽车轮胎形变致发电装置10安装在轮辋20和轮胎30内表面之间，底座11用胶粘或其它方式与轮惘20连接，外盖12在弹簧弹性体15的弹力作用下顶在轮胎30内表面处。当致发电装置10安装位置处的轮胎30表面未与地面接触时，因为致发电装置10内的磁体14连接在外盖12上，外盖12此时由于受到弹簧(弹性体)15的力的作用，使外盖12顶住轮胎30的内表面，磁体14处在线圈16的上端，如图3所示。当轮胎30在运动过程中，轮胎30表面与地面接触部分不断变换，当致发电装置10安装位置处的轮胎30表面与地面接触时，轮胎30由于受到汽车自重的影响，与地面接触处的轮胎30会变形。由于本发明顶在轮胎30内表面，轮胎30的变形将使外盖12沿轮轴方向运动，从而带动磁体14运动。磁体14将逐渐穿过线圈16，由于磁体穿过线圈16运动引起穿过线圈16的磁通量的变化，从而使线圈16产生一脉冲电压。当轮胎30由于旋转，本发明安装位置处的轮胎30表面离开地面后，轮胎30由于内部气压的作用会自动复原，此时外盖12在弹簧(弹性体)15的弹性力的作用下会一直顶住轮胎30内表面，磁体14由于与外盖连接在一起，所以磁体14也会随外盖12一起运动，此时磁体14向之前运动的反方向运动，磁体14退出线圈16，这一运动使穿过线圈16的磁通量产生变化，从而导致线圈16产生一与前次的脉冲电压反向的脉冲电压。汽车在行驶的过程过程中，轮胎3每转一圈，磁体14将穿过和退出线圈16一次，因此汽车在行驶过程中线圈16可产生持续的电流。
请参阅图2。本发明汽车轮胎形变致发电装置10包括：底座11、外12、内套13、磁体14、弹性体15、线圈16。其中底座11固连在轮辋20上；外盖12套在底座11的口部，外盖12顶部顶在轮胎30内表面处；内套13设在底座11内；磁体14镶嵌在内套13内；弹性体15套在内套13外；线圈16缠绕在内套13下部，与磁体14底部相邻。在底座11上段两侧对称设有封闭的滑槽111，该滑槽111的长度以外盖12向下滑行时所带动磁体14向下穿过线圈16为准。
本发明汽车轮胎形变致发电装置10还包括两个限位销17，分别穿越底座11上段两侧的滑槽111与外盖12的底部固定。该定位销17可随外盖12的上下而在滑槽111中滑行。
该内套13包括上内套131和下内套132。上内套131固定在外盖12的顶部内侧，形成磁体14顶部的固定座；下内套132的下部位于与磁体14底部相邻的段上设有上、下两圈凸条1321、1322，线圈16缠绕在这两圈凸条之间。
弹性体15设在外盖12顶部内壁与内套的上圈凸条1321的上方之间。弹性体15由弹簧构成。
底座11的底部可采用胶粘或其它方式与轮辋20固定连接。
以下详细描述本发明的发电原理：
汽车轮胎形变致发电装置10安装在轮辋20和轮胎30内表面之间，底座11用胶粘或其它方式与轮惘20连接，外盖12在弹簧弹性体15的弹力作用下顶在轮胎30内表面处。当致发电装置10安装位置处的轮胎30表面未与地面接触时，因为致发电装置10内的磁体14连接在外盖12上，外盖12此时由于受到弹簧(弹性体)15的力的作用，使外盖12顶住轮胎30的内表面，磁体14处在线圈16的上端，如图3所示。当轮胎30在运动过程中，轮胎30表面与地面接触部分不断变换，当致发电装置10安装位置处的轮胎30表面与地面接触时，轮胎30由于受到汽车自重的影响，与地面接触处的轮胎30会变形。由于本发明顶在轮胎30内表面，轮胎30的变形将使外盖12沿轮轴方向运动，从而带动磁体14运动。磁体14将逐渐穿过线圈16，由于磁体穿过线圈16运动引起穿过线圈16的磁通量的变化，从而使线圈16产生一脉冲电压。当轮胎30由于旋转，本发明安装位置处的轮胎30表面离开地面后，轮胎30由于内部气压的作用会自动复原，此时外盖12在弹簧(弹性体)15的弹性力的作用下会一直顶住轮胎30内表面，磁体14由于与外盖连接在一起，所以磁体14也会随外盖12一起运动，此时磁体14向之前运动的反方向运动，磁体14退出线圈16，这一运动使穿过线圈16的磁通量产生变化，从而导致线圈16产生一与前次的脉冲电压反向的脉冲电压。汽车在行驶的过程过程中，轮胎3每转一圈，磁体14将穿过和退出线圈16一次，因此汽车在行驶过程中线圈16可产生持续的电流。