[发明专利]用于汽车胎压监测的悬臂式振动能量采集器

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

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、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。

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。

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。

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。