胎内传感器供能轮芯发电装置及方法与流程

本发明涉及轮胎，特别涉及一种胎内传感器供能轮芯发电装置及方法。

背景技术：

1、近年来，随着汽车工业的快速发展，对车辆安全性能和智能化的要求也越来越高，胎内传感器作为一种重要的车辆安全监测装置，被广泛应用于汽车胎压监测系统、车辆稳定性控制系统等领域，然而，胎内传感器的供能一直是一个挑战，传统的供能方式往往需要外部电源或电池，增加了系统的复杂性和维护成本。

2、为了解决这一问题，胎内传感器供能轮芯发电装置应运而生，该装置利用车辆行驶时产生的动能，通过定子与转子的相对运动，将机械能转化为电能，为胎内传感器系统提供供电，相较于传统的供能方式，该装置具有自给自足、无需外部电源或电池的优势，大大降低了系统的复杂性和维护成本。

3、在设计胎内传感器供能轮芯发电装置时，需要考虑以下几个关键技术要点：首先是装置的安装方式，以往技术手段是对轮辋和底盘结构进行一定改装以固定定子，这种方式需改制较多轮辋及底盘结构，在安全性和轻量化上都存在风险，因此，简易和安全的安装方式将提高产品的适用性，即尽可能少地对轮辋或车辆底盘结构进行额外改装，不会影响车辆的正常行驶；其次是充电机制的设计，在车辆行驶过程中，随着车速增加充电功率也增加，为了避免发电功率过高而引发安全问题，通常的处理增加保护电路，但考虑到胎内工作环境复杂，电路工作稳定性本身是个挑战，保护电路也有超载损坏的可能，更换传感器器系统更是复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种胎内传感器功能轮芯发电装置及方法，以用于汽车内部传感器的供电，并且在供电功率过大时，硬件上自动关闭供电避免电路系统受损。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、传感器系统，所述传感器系统置于轮胎内部；

4、供电电池，与传感器系统电连接；

5、发电机，由定子、转子以及配重块组成，所述定子与轮毂固定连接，所述转子与定子转动相连，所述配重块偏心固定连接于转子，并且配重块的重力力矩小于轮毂转速阈值vmax下定子与转子之间的阻力力矩；

6、所述轮毂转速阈值vmax=p/k，其中p为传感器系统的功率阈值的最大值，k为发电机的功率常数；

7、所述发电机通过供电线路与传感器系统和供电电池相连，且发电机工作状态下同时对传感器系统供电和对供电电池进行充电，发电机停止工作时，供电电池为传感器系统进行供电。

8、发电机定子跟随轮毂一同转动，由于配重块重力产生的作用，导致定子从而与转子之间发生相对运动，而定子与转子之间的阻力包括摩擦力和电磁感应力，所以当配重块的重力产生的力矩小于摩擦力和电磁感应力产生的力矩时，定子会带动转子一同转动，又由于定子和转子之间的阻力与轮毂转速呈正相关，而轮毂转速又决定了发电机的输出功率，所以，为了实现超速状态下胎内传感器系统正常工作，需要确保发电机输出功率不超传感器系统的功率阈值，因此以传感器系统的功率阈值来限定发电机的输出功率，从而限定轮毂转速阈值，进而可计算出配重块的安装状态，最终实现通过配重块的合理安装来避免胎内传感器因超速导致的过载问题，以增强胎内传感器系统的安全性，提高元器件的使用寿命。

9、进一步地，所述配重块重量m需满足以下条件：

10、m＜（kvmax+ff）/dl；

11、其中，k为发电机功率常数；

12、ff=μn，为定子与转子之间的摩擦力；

13、d为定子转子之间的电磁阻力与轴心距离；

14、l为配重块质心与轴心距离。

15、进一步地，所述发电机还包括有与轮毂固定连接的保护壳体，所述定子由对称设置并且固定连接的两组磁铁固定盘组成，所述磁铁固定盘内侧面设置有多组磁铁柱，两组磁铁固定盘固定连接于保护壳体内部，所述转子由中轴和线圈盘组成，所述中轴与磁铁固定盘之间转动连接，所述线圈盘与中轴同轴固定连接且位于两组磁铁固定盘内部。

16、进一步地，所述传感器系统连接有功率检测单元。

17、进一步地，所述供电电池还连接有电压检测单元。

18、进一步地，所述电压检测单元连接有无线传输模块，所述无线传输模块信号连接有外部显示单元。

19、通过电压检测单元检测供电电池电压可判定电池电量，并通过无线传输模块传输至外部显示单元，从而便于观测充电情况。

20、胎内传感器供能轮芯发电方法，基于上述的胎内传感器供能轮芯发电装置，其特征在于，包括以下步骤：

21、s1、检测胎内传感器系统和工作电路的功率阈值范围，并根据该功率阈值范围的最大值计算发电机转速，从而得到车轮轮毂转速阈值vmax；

22、s2、计算轮毂转速阈值vmax状态下的发电机转子与定子之间的阻力，所述阻力包括摩擦阻力和电磁感应阻力；

23、s3、以配重块重力力矩与车速阈值vmax状态下定子和转子之间阻力力矩相等为限定条件，计算车速阈值vmax状态下的配重块安装状态，所述安装状态为（m×l）max，其中，m为配重块重量，l为配重块质心与轴心之间距离；

24、s4、选取合适的配重块并固定安装，确保配重块在该安装状态下，当轮毂转速达到阈值vmax时，发电机停止工作。

25、进一步地，所述步骤s3中，设定配重块质心与轴心之间的距离l为定值，计算得到车速阈值vmax状态下的配重块的重量为mmax。

26、进一步地，所述步骤s4中，选取配重块时，确保配重块重量m＜mmax。

27、本发明的有益效果在于：

28、通过发电机可为胎内传感器系统提供工作电力，并且通过传感器系统的功率阈值设计配重块的重量或安装状态，可实现对发电机输出功率的控制，从而避免由于车速过高导致系统内元器件过载产生损坏，进而提高胎内传感器系统的安全性和稳定性。

技术特征：

1.胎内传感器供能轮芯发电装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的胎内传感器供能轮芯发电装置，其特征在于，所述配重块重量m需满足以下条件：

3.根据权利要求1所述的胎内传感器供能轮芯发电装置，其特征在于，所述发电机还包括有与轮毂固定连接的保护壳体，所述定子由对称设置并且固定连接的两组磁铁固定盘组成，所述磁铁固定盘内侧面设置有多组磁铁柱，两组磁铁固定盘固定连接于保护壳体内部，所述转子由中轴和线圈盘组成，所述中轴与磁铁固定盘之间转动连接，所述线圈盘与中轴同轴固定连接且位于两组磁铁固定盘内部。

4.根据权利要求1所述的胎内传感器供能轮芯发电装置，其特征在于，所述传感器系统连接有功率检测单元。

5.根据权利要求1所述的胎内传感器供能轮芯发电装置，其特征在于，所述供电电池还连接有电压检测单元。

6.根据权利要求5所述的胎内传感器供能轮芯发电装置，其特征在于，所述电压检测单元连接有无线传输模块，所述无线传输模块信号连接有外部显示单元。

7.胎内传感器供能轮芯发电方法，基于权利要求1-6任意一项所述的胎内传感器供能轮芯发电装置，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的胎内传感器供能轮芯发电方法，其特征在于，所述步骤s3中，设定配重块质心与轴心之间的距离l为定值，计算得到车速阈值vmax状态下的配重块的重量mmax。

9.根据权利要求8所述的胎内传感器供能轮芯发电方法，其特征在于，所述步骤s4中，选取配重块时，确保配重块重量m＜mmax。

技术总结本发明的目的在于提供一种胎内传感器供能轮芯发电装置及方法，以用于汽车内部传感器的供电，并且在供电功率过大时，硬件上自动关闭供电避免电路系统受损，胎内传感器供能轮芯发电装置包括：供电电池、设置于轮胎内部的传感器系统以及由定子、转子以及配重块组成的发电机，定子与轮毂固定连接，转子与定子转动相连，配重块偏心固定连接于转子，配重块的重力力矩小于轮毂转速阈值Vmax下定子与转子之间的阻力力矩，轮毂转速阈值v<subgt;max</subgt;=P/k，P为传感器系统的功率阈值的最大值；通过传感器系统功率阈值确定配重块的重量或安装位置，实现对发电机输出功率的控制，从而避免由于超速导致的传感器系统过载，有效提高胎内传感器系统的安全性。技术研发人员：宁卫明,卢荡,郑涛,罗吉良,任海宁,郭志刚,马健,陈健,袁浩,余一鹏,邹林受保护的技术使用者：山东丰源轮胎制造股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23