[发明专利]一种基于电磁感应的轮胎内能量回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮胎内能量回收装置，特别是关于一种基于电磁感应的轮胎内能量回收装置。

背景技术

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。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。轮胎具有多重作用，保证安全以及乘客舒适度。由于轮胎是车辆与地面的接触点，能够用来收集车辆本身及地面状况的实时信息。此信息可以用于轮胎的状态监控以及进行车辆动力学控制。汽车工业在轮胎状态监测技术上有着巨大的发展需求。安装有内置传感器的智能轮胎逐渐应用在现代汽车上。

操控汽车的力来自接地印迹，现有的检测系统及控制系统通过安装在轮胎内及轮胎外的传感器获得间接的数据进行轮胎状态监控或者实现车辆闭环控制。其中，TPMS(Tire Pressure Monitoring System轮胎压力监测系统)和ESC(Electroic Speed Control汽车电子稳定控制系统)是获取轮胎参数对车辆进行监测和控制以减少事故发生、提高交通安全的两大重要技术。TPMS监测轮胎压力和温度，然而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。ESC控制器监测汽车状态、控制制动力以及驱动力，轮胎参数对系统控制必不可少，但由于汽车动力学和不确定性使得参数很难被准确获取。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、法向纵向侧向轮胎力等参数提高汽车安全和稳定性。

现有的轮胎内置传感器依赖于电池供电以及无线数据传输系统。由于轮胎的旋转环境和气密特性无法使用线束供电和有线数据传输。然而即便使用低功耗的无线传感器也存在数据传输耗能明显降低电池寿命的问题。由于传感器安装位置不易拆装，为减少电池更换保证电池寿命，需要限制检测和发射数据的次数。TPMS系统在数据低发射频率下勉强能够工作，但如道路干扰探测系统(road-disturbance-detection systems，用于实时向主动悬架减震器发送命令)等对传输率的要求更高，因此带电池的无线传感器往往不能做到实时监测，影响汽车安全和操控性能。轮胎内能量回收能够通过电磁感应、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，回收能量转化为电能为传感器供电，直接解决了供电问题。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。压电材料变形次数有限，极大地限制了压电能量转化器的寿命，而轮胎在汽车行驶时高速旋转，产生的变形次数较多。静电起电机要求一个初始的极化电压或电荷，且输出阻抗较大，不适合作为能源供应。电磁机制具有高能量密度和高稳定性，不要求独立的电压源，还可以适应多种振动模式，如旋转、振动等。因此需要设计一种电磁发电式能量回收装置解决轮胎内传感器供电问题。现有技术中，有通过轮胎内安装的线圈在轮胎旋转过程中产生振动，同时外加磁场，由电磁感应产生电能，但外加磁场的方式可能会对传感器信号发送产生干扰。也有通过磁铁之间斥力使得运动磁铁悬浮在两个固定磁铁中间，悬浮的运动磁铁随着轮胎转动在线圈内上下运动，但由于固定磁铁与运动磁铁之间的磁场发生干扰，削弱磁通量的变化，不利于高密度发电。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够回收轮胎内能量的基于电磁感应的轮胎内能量回收装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于电磁感应的轮胎内能量回收装置，其特征在于：它包括若干个用于回收轮胎内能量的电磁感应能量回收模块、一AC/DC转换器和一储能元件；所有所述电磁感应能量回收模块周向均匀间隔设置于轮胎内衬，各所述电磁感应能量回收模块所包含的线圈通过导线依次串联连接，并与所述AC/DC转换器形成回路；各所述电磁感应能量回收模块将回收的电能传递给所述AC/DC转换器，所述AC/DC转换器将交流电压整合为直流电压，并将整合后的直流电压传递到所述储能元件进行存储,所述储能元件存储的电能用于为所述轮胎内的传感器进行供电。