CN101420134A - 利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置，其包括设置在车身下方的发射器和设置在车轮骨内的能量接收器，所述发射线圈包括发射电源和发射线圈，发射电源与车身供电线路连接，为发射线圈提供工作电压；所述能量接收器与所在各轮胎的胎压传感器的电池充电器连接；发射器在通电后以10MHz的频率振动，在周围形成一个强大的非辐射磁场，该磁场使能量接收器产生电磁共振，所述能量接收器的线圈中产生电流，流入电池充电器的输入端给电池充电。本发明结构简单、紧凑，合理；采用无线充电线圈的充电管理可免拆卸和免维护，长时间使用，节能环保；能量转移的效率高，比普通的非共振磁感应效率要高出100万倍之多；且对人体无害。

Description

利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置

技术领域

本发明涉及一种利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置，具体地说是用于给轮胎压力监测系统(TPMS)无线充电的装置。

背景技术

汽车轮胎压力监测系统(简称胎压监测系统)主要用于在汽车行驶时实时地对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全，是驾车者和乘车人员的生命安全保障预警系统。

基于压力传感器的TPMS是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并对各轮胎气压进行显示及监视，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统会自动报警。由于安装在轮胎内拆装很不方便，所以电池的寿命决定了整个系统的寿命。本发明利用无线充电对轮胎内的传感器电池充电设法解决电池寿命问题。

目前TPMS主要有三种实现方式：直接TPMS系统、间接TPMS系统和正在推出的混合TPMS。

间接TPMS是与车辆的防抱死系统(ABS)一起使用的。ABS采用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。但是，间接TPMS有一定的局限性。第一是指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态。第二，当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充气不足。第三，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统不会发现这一故障。另外，气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。

直接TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中央接收器进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。

混合TPMS就是在常规的间接TPMS需要在系统中安装两个额外的胎压传感器和一个射频接收器。胎压传感器要安装在车轮上，两个传感器呈对角安装。它们能够检测到在同一个车轴或车辆同一侧的两个处于低压状态的轮胎，当所有4个轮胎都处于低压状态时，系统也可以检测到故障。但是，和间接系统相似，当两个呈对角的轮胎(不带直接气压传感器)都处于低压状态时，系统只能检测到一个轮胎充气不足。

直接式TPMS包括射频TPMS模块，射频发射器，射频接收器，以及RISC微控制器以及压力传感器等。完善的产品链自成系统，具有最高的匹配性，采用的是ASK/FSK调制方案，工作在350MHz和450MHz免许可频段。除了能够实现精确的胎压监测外，还能提供准确的温度检测和加速度检测。压力范围为100-450kPa，而温度范围和加速度范围则分别为-40～+125℃和-12～115g。

不管直接或混合TPMS都需利用气压传感器并将压力信号通过无线信号传出，传感器及无线传输都需要电池供电。不用无线充电对电池的要求就很高。

发明内容

本发明的目的在于利用无线充电对安装在汽车轮胎内的胎压传感器电池进行充电，以解决胎压传感器电池寿命问题，提供一种利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置。

按照本发明提供的技术方案，一种利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置，包括设置在车身下方的发射器和设置在车轮骨内的能量接收器；所述发射线圈包括发射电源和发射线圈，所述发射电源与车身供电线路连接，为发射线圈提供工作电压。

所述能量接收器与所在各轮胎的胎压传感器的电池充电器连接；所述发射线圈在通电后以10MHz的频率振动，在周围形成一个强大的非辐射磁场，所述非辐射磁场使所述能量接收器产生电磁共振，所述能量接收器的线圈中产生电流，流入电池充电器的输入端给电池充电。

所述发射线圈和能量接收器均为直径为50±1cm的圆形铜线圈，所述铜线圈固有频率为10MHz。

当所述电池电压低时，胎压传感器发出电压低的信号，胎压监测系统收到该信号后在车辆行进时启动所述发射器。

本发明与已有技术相比具有以下优点：本发明结构简单、紧凑，合理；采用无线充电线圈的充电管理可免拆卸和免维护，长时间使用，节能环保；能量转移的效率高，比普通的非共振磁感应效率要高出100万倍之多；且对人体无害。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，设置在车身下方的发射器和设置在车轮骨内的能量接收器，所述发射器包括发射电源和发射线圈。所述发射电源与车身供电线路连接，为发射线圈提供工作电压(9～28V)，工作电压的大小视车辆大小而定。所述能量接收器与所在各轮胎的胎压传感器的电池充电器连接。

所述发射线圈在通电后以10MHz的频率振动，在周围形成一个强大的非辐射磁场，所述非辐射磁场使所述能量接收器产生电磁共振，所述能量接收器的线圈中产生电流，流入电池充电器的输入端给电池充电。所述发射线圈和能量接收器均为直径为50±1cm的圆形铜线圈，所述铜线圈固有频率为10MHz。

当所述电池电压低时，胎压传感器发出电压低的信号，TPMS收到该信号后在车辆行进时启动所述发射器。

电池充电器采用充电管理芯片LT4054，为减少电池充电老化，延长电池使用寿命，充电管理采取三个阶段：

第一，小电流预充阶段，针对传感器送出电压低信息时的电压情况，限制充电线圈的电流；第二，恒压充阶段，小电流预充阶段完毕后，增大充电线圈的电流并恒压充电；第三，小电流恒流充阶段，在电池接近充满时，恒压充阶段完毕，限制充电线圈电流直到电池充满。

充电电流随电压而变，变化范围为0～6mA。分段充电主要解决电池充电老化现象，提高系统稳定性。

比较三种短距离无线充电技术：

电磁感应，传输功率为几瓦到几百瓦，传输距离小于或等于1cm。被充电产品必须置于充电器附近；终端产品中的次级线圈和电路之间必须进行屏蔽；充电器必须具备对被充电产品进行辨识能力，否则会想附近任意金属物传输能量，导致其发热从而产生危险。

无线电波，传输功率最高100毫瓦，传输距离最高10米。其传输功率小，无法在1到2小时内完成手机等电子产品的充电任务；功效低，发射器发送的大量功率以无线电波的方式被浪费。

电磁共振，传输功率可达几千瓦，传输距离3-4米。其必须对所需频率进行保护，在几米范围内进行传输需要几到几百兆赫兹的频率。

选用电磁共振可以给多个传感器同时充电，选用了直径为50厘米的铜线圈，通过调整发射端频率使多个线圈产生共振在10MHz。

其可行性在于，通常情况下，电磁辐射具有发散性，相隔较远的接收器只能接收到发射能量的极小一部分。而当接收天线的固有频率与发射端的电磁场频率一致时，就会产生共振，此时磁场耦合强度明显增强，无线电力的传输效率大幅度提高。实验表明，当收发双方相隔2米时，传输60瓦功率的辐射损失仅为5瓦。因此，在几米内传输电力是可行的。

其安全性在于，人体作为非磁性物体，暴露在强磁场环境中不会有任何风险。医院对病人进行核磁共振检查时，磁场强度高达1T也不会对伤害人体。相比之下，共振状态下磁场强度处于10^-4T数量级，仅相当于地磁场的强度，不会对人体构成危害。

Claims (3)

1、一种利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置，包括设置在车身下方的发射器和设置在车轮骨内的能量接收器，其特征是：

所述发射线圈包括发射电源和发射线圈，所述发射电源与车身供电线路连接，为发射线圈提供工作电压；

所述能量接收器与所在各轮胎的胎压传感器的电池充电器连接；

所述发射线圈在通电后以10MHz的频率振动，在周围形成一个强大的非辐射磁场，所述非辐射磁场使所述能量接收器产生电磁共振，所述能量接收器的线圈中产生电流，流入电池充电器的输入端给电池充电。

2、根据权利要求1所述的利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置，其特征在于，所述发射线圈和能量接收器均为直径为50±1cm的圆形铜线圈，所述铜线圈固有频率为10MHz。

3、根据权利要求1所述的利用电磁共振给胎压传感器电池充电的装置，其特征在于，当所述电池电压低时，胎压传感器发出电压低的信号，胎压监测系统收到该信号后在车辆行进时启动所述发射器。

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