轮胎内自由运动的无电池汽车胎压监测发射器制造技术

本实用新型专利技术属于汽车配件领域，公开了一种轮胎内自由运动的无电池汽车胎压监测发射器，包括：外壳、动能采集装置、发电装置和电路板；所述外壳由两个空心半球组成，外壁上设有透气孔；动能采集装置用于收集来源于轮胎内壁的滚动动能、颠振动能、晃动动能或触地冲击动能，发电装置通过电磁感应发电方式把动能转换为交流电能；电路板除包括胎压监测芯片和天线外，还包括储能元件、整流充电装置、线性稳压器、电能检测器。经过动能采集‑>动能释放‑>发电‑>充供电等四个环节，解决了胎压监测芯片无电池供电的多方面技术问题，并且根据动能采集方式不同提供了多个优选的具体实施方案，本实用新型专利技术结构简单、可靠性高、使用简单、成本低，有较强的市场竞争力。

Non battery vehicle tire pressure monitoring transmitter with free movement inside tyre

The utility model belongs to the field of auto parts, and discloses a free motion of a battery car tire pressure monitoring transmitter in a tire, which includes a shell, a kinetic energy acquisition device, a power generation device and a circuit board. The shell is composed of two hollow hemispheres and a air permeable hole on the outer wall; a kinetic energy acquisition device is used to collect the origin of the wheel. The rolling kinetic energy, the vibration energy, the sloshing kinetic energy, or the ground shock kinetic energy of the inner wall, and the power generation device converts the kinetic energy to the alternating current energy through electromagnetic induction generation, and the circuit board includes the energy storage element, the rectifying charging device, the linear regulator, and the electric energy detector, except for the tire pressure monitoring chip and the antenna. Through four links, such as kinetic energy collection > kinetic energy release > power generation > charging power supply and so on, many technical problems of no battery power supply for the tire pressure monitoring chip are solved, and several specific implementation schemes are provided according to the different modes of kinetic energy acquisition. The utility model is simple in structure, high in reliability, simple in use and low in cost. Strong market competitiveness.

【技术实现步骤摘要】
轮胎内自由运动的无电池汽车胎压监测发射器
本技术属于汽车配件领域，涉及一种轮胎内自由运动的无电池汽车胎压监测发射器。
技术介绍
现有汽车胎压监测发射器通常具有内置式和外置式两种类型，一般安装在轮胎气门嘴上，通过窄带无线传输把胎压数据传输到配套的显示控制装置或者汽车中控台，这些产品通常采用纽扣电池（比如CR2450）供电，由于纽扣电池容量存在限制，用户需要定期更换价格不菲的耐高温电池。从目前的情况看，中档价格的内置式产品的更换电池的周期约为2~3年，更换时需要扒胎和做动平衡，甚为不便。有的产品把高容量的电池集成在传感器上，能用更长的时间比如7年以上，但是当电池用完后必须连同传感器一起更换，令用户破费不少；假定中档价格的内置式产品的更换周期为3年，那么按15年的汽车使用期来算，需要更换4次，每次更换4颗电池，每颗电池15元，用户累计需要花费240元更换16颗电池，增加不少维护费用的同时还搭进去不少维修工时。这些换下来的电池有可能被用户被随意丢弃，虽然现代的电池都是无汞电池，但并不能保证完全不含对环境影响的其他重金属，因此还是会对环境有一定的影响。对于外置式产品而言，更换电池的周期更短，为了减少电池的高度以尽可能减少外置式胎压检测器体积和离心力，降低对动平衡的影响，中国专利CN102122718A提供了外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池及其制备方法。如果能技术一种不用电池的汽车胎压监测发射器，仅仅从汽车前进的动能中获取电能，那么将避免更换电池的麻烦，节省用户金钱，并且对环境生态有很大的好处。事实上，这种技术有不少：中国专利CN1702952A提供使用压电振子转换电能来实现自供电的技术，压电振子采用了多个串联和并联的压电陶瓷片制成，压电振子实际上固定在轮毂上；中国专利CN1978227A提供了一种无电池胎压监测系统，包括一个在轮胎内设置一个风扇的发电装置，利用胎内空间之空气推动产生电力；中国专利CN201677706U提供一种自发电的方式，使用了一个小型发电机固定在车轮上，通过风力推动叶轮来发电，并在车轮上装有用于保护风力叶轮的挡板；中国专利CN103171377A提供了使用压电装置供电的胎压监测无源传感器，压电装置安装在轮毂上并可随车轮滚动产生电压；中国专利CN205168193U提供一种设有旋转发电装置的车轮，采用一种通过壳体的固定机构固定在车轮上的旋转发电装置，使用偏心机构带动发电机发电；中国专利CN205097841提供一种基于WIFI充电的胎压监测发射器装置，采用基于WIFI充电的原理为线路板供电；中国专利CN205239028U提供一种电磁感应式胎压传感器，在气门嘴上安装有感应线圈，在刹车片上的磁铁，当轮胎转动时，感应线圈通过切割磁铁所产生的磁力线来产生脉动感生电动势。上述专利的共同点是都通过把发电设备的某个部分以某种形式固定在车轮上或车辆的某个部位，多数对安装有一定的要求，并需要在安装后调整轮胎的动平衡；另外这些专利大体存在一些发电效率较低的问题，比如使用压电陶瓷发电的技术存在压电陶瓷容易损坏、发电电压低，电流小的问题；使用固定在轮胎内部的风扇转动带动电机发电存在技术缺陷，因为轮胎高速转动时，内部空气与轮胎几乎同步运动，相对风速很小，在高速公路上匀速行驶时有可能发不出足够的电能；使用接收WIFI信号或者其他无线射频信号来充电虽然原理可行，但WIFI信号和无线射频的能量太小，这种技术还有很长的路要走才能实用化，如果没有WIFI信号可能会丧失功能；那种在刹车片放置磁铁，然后在气门芯处设有线圈通过高速随轮胎旋转的线圈切割磁力线来发电的方案，虽然采用发电效率较高的电磁发电方式，但是由于磁铁和线圈的距离过大，加上磁铁在线圈外部旋转形成的电流抵消效应，发电效率实际并不高，另外制动器的高热（制动摩擦产生的高温或者夏季太阳直射制动器铁质材料产生高温）还能使磁铁退磁。本技术的专利技术人认为，技术一种能自由地放置在轮胎内的汽车胎压监测发射器是一种更好的方案，这使得胎压监测发射器不与轮胎或者轮毂的任何部位形成固定连接关系，可以在轮胎内自由滚动，显而易见地，这具有很多好处：首先是不会对轮胎的动平衡有影响，其次是可采用发电效率较高的电磁式感应发电方式，再次是这样的产品的安装极为简单，只需要扒胎然后把产品随意扔进胎内然后重新上胎即可。
技术实现思路
基于上述考虑，提供一种轮胎内自由运动的无电池汽车胎压监测发射器，通过汽车运动时轮胎转动获得动能，再把动能转变为电能为发射器内部的胎压监测相关电路供电。具有不影响轮胎动平衡、无需电池、安装简单等优点。本技术的基本思路是，既然汽车在路上行驶时轮胎一边高速旋转，一边随悬架系统上下颠震，并且其质心还以车速直线或者曲线前行，运动中的轮胎可以看成是一个抖动、进动、偏轴的周期性自旋系统，既然这种系统具有带有确定性和随机性的运动动能，我们就可以从高速行驶的轮胎中获取汽车胎压监测发射器工作所必需的电能。简单地说，如果我们把汽车胎压监测发射器做成球状或类似于球形的形状，把它放进在轮毂和轮胎内壁的环形空腔内部，就有可能在轮胎内部通过轮胎转动、颠震和其他形式的运动中获取动能，再把这种动能通过高效的电磁感应式发电机转变为电能，为胎压监测相关电路供电。不失一般性，下面把本技术产品以球体的外观形状来进行分析，为叙述方便起见，有时会把本技术直接简称为球体。首先需要弄清楚球体在轮胎内部的运动情况：为方便理解，把观察点设在轮胎的侧面，以轮胎的转轴中心为坐标中心把轮胎按照笛卡尔坐标系分为四个象限，假定轮胎前进的方向为X轴；当汽车缓慢行驶时，球体在轮胎内壁上滚动，此时球体处于第三象限内，球体离地面的垂直高度并不高，如果汽车停止，那么球体将会来回在轮胎内壁滚动几次后回到最低点即第三、第四象限的交界处，这期间球体和轮胎内壁的运动关系是摩擦滚动关系；随着汽车加速，轮胎内部的旋转气流加快，对球体产生推动，在摩擦力和气流的双重作用下，球体滚动的同时，离地的高度逐渐提高，甚至会翻滚到上方到达第二象限，并可能绕过轮胎转轴来到第一象限、经过第四象限回到第三象限围绕轮胎转轴运动，这样球体就获得了离心力；当汽车速度继续加快并超过一个阈值时，球体被离心力压在轮胎内壁上基本不动，离心力和轮胎内壁的反作用力达到平衡，轮胎每转一圈压迫地面时，由于轮胎与地面接触面为平面而不再为柱面，球体从受到来自轮胎内壁等同于离心力的反作用力变为受到垂直地面向上的瞬间冲击力，这种冲击力使得球体向上弹起，轻微离开内壁表面前移再次落在轮胎内壁上，连续观察时，好像球体在轮胎内部以缓慢的速度在内壁上往车轮转动的线速度方向蠕动；与此同时，汽车以较高速度运行时，汽车轮胎内部的旋转气流开始变小，即轮胎内部的空气几乎随轮胎同步转动。经过研究发现，小轿车的速度超过40Km/h时，球体在内部就基本上随轮胎同步转动了；当汽车从高速到低速的刹车制动过程中，轮胎内部气流重新开始增强，当球体离心力不足以克服重力时，球体会从轮胎内壁上脱落并有可能撞击到轮毂，脱落的球体有可能围绕轮胎的转轴在轮胎内部随气流不规则滚飞或者在轮胎内壁上滚动，此时对球体存在冲击，需要球体具有一定的抗撞击能力，即球体具有刚性而不至于撞坏。从上面可看出，在汽车以低速行驶时，球体在内部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轮胎内自由运动的无电池汽车胎压监测发射器，其特征在于，包括：外壳、动能采集装置、发电装置和电路板；所述外壳的形状为圆球形或流线形，由两个空心半球在装配阶段胶合或热熔而成，外壳为动能采集装置、发电装置和电路板提供安装空间，采用高弹性的硬塑料制成，外壁上设有用于平衡内外气压的透气孔；动能采集装置用于收集来源于轮胎内壁的滚动动能、颠振动能、晃动动能或触地冲击动能，收集的动能以弹簧压缩能、弹簧摆动能、摆锤惯性能等形式存在，分别以弹簧弹力、磁吸牵引力、转轴扭力等形式释放出来，带动发电装置把动能转换为交流电能；所述电路板除了包括集成了胎压传感器/微控制器/无线发射器的胎压监测芯片和天线外，还包括用于积累和储存电能的储能元件、用于把发电装置产生的交流电转换为脉动直流电并给储能元件充电的整流充电装置、用于输出稳定直流电压的线性稳压器、用于当检测到储存的电能达到胎压监测芯片工作所需最低能量时通过启动线性稳压器来使胎压监测芯片工作的电能检测器。

【技术特征摘要】
1.轮胎内自由运动的无电池汽车胎压监测发射器，其特征在于，包括：外壳、动能采集装置、发电装置和电路板；所述外壳的形状为圆球形或流线形，由两个空心半球在装配阶段胶合或热熔而成，外壳为动能采集装置、发电装置和电路板提供安装空间，采用高弹性的硬塑料制成，外壁上设有用于平衡内外气压的透气孔；动能采集装置用于收集来源于轮胎内壁的滚动动能、颠振动能、晃动动能或触地冲击动能，收集的动能以弹簧压缩能、弹簧摆动能、摆锤惯性能等形式存在，分别以弹簧弹力、磁吸牵引力、转轴扭力等形式释放出来，带动发电装置把动能转换为交流电能；所述电路板除了包括集成了胎压传感器/微控制器/无线发射器的胎压监测芯片和天线外，还包括用于积累和储存电能的储能元件、用于把发电装置产生的交流电转换为脉动直流电并给储能元件充电的整流充电装置、用于输出稳定直流电压的线性稳压器、用于当检测到储存的电能达到胎压监测芯片工作所需最低能量时通过启动线性稳压器来使胎压监测芯片工作的电能检测器。2.根据权利要求1所述的无电池汽车胎压监测发射器，其特征在于，所述流线形包括纺锤形、棒槌形、橄榄球形、鹅卵形。3.根据权利要求1所述的无电池汽车胎压监测发射器，其特征在于，所述整流充电装置包括用于把交流电整流为脉冲直流电的整流桥、用于限制充电电压和泄放多余电能的稳压二极管；所述储能元件包括电解电容和超级电容；所述电能检测器包括复位芯片、时序控制芯片、执行电能检测任务的单片机。4.根据权利要求1~3任一项所述的无电池汽车胎压监测发射器，其特征在于，所述动能采集装置包括配重块、弹簧和牵引磁铁；起稳定姿态作用的配重块被固定于外壳的内壁上；弹簧的一端与配重块固定连接，弹簧另一端和...

【专利技术属性】
技术研发人员：向英特，
申请(专利权)人：向英特，
类型：新型
国别省市：山东,37