CN107933220A - 一种发电式胎压传感装置及胎压监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发电式胎压传感装置及胎压监测系统,其中传感装置置于轮胎内,包括:传感器模块,测量胎压并与外界无线通讯,外球体,内部形成有容纳腔,并且其表面上设置有容纳腔贯通的第一通气孔,内球体,径向尺寸小于容纳腔,内球体活动设置于容纳腔中,传感器模块固设在内球体内部,内球体表面上设置有与传感器模块导通的第二通气孔,发电模块,包括磁感线圈以及磁性材料,磁性材料设置在外球体内或为外球体一部分,磁感线圈固设在内球体内产生感应电动势,以及,电源转换模块,将感应电动势转换后为传感器模块供电。可通过电磁感应产生电能为传感装置供电,解决了现有电池的供电问题,同时提高了发射天线发射的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及交通工具轮胎监控系统领域,尤其指一种发电式胎压传感装置及胎压监测系统。
背景技术
轮胎压力监测系统(TPMS)是对车辆的轮胎压力、温度等信息进行实时监测的安全装置。它利用安装在每一个轮胎里的传感器来直接测量轮胎的气压、温度和电池电量,当轮胎气压低于主机厂推荐的轮胎冷态压力的25%,或者低于法规中列出的压力的最小值时,TPMS报警提醒司机。以此提高车辆高速行驶的安全性能,最大限度地减少高速公路上的爆胎事故。
目前市场上的胎压传感器大多数均采用电池供电,通过灌胶工艺将电池和电路板封装在壳体内,电池无法更换,该结构的缺点在于:更换电池很不方便,在电池耗完后常需要更换整个胎压传感器。此外在电池能量不足时,发射天线的发射功率不足,容易造成数据丢失。
发明内容
本发明的目的是提供一种发电式胎压传感装置及胎压监测系统,可通过电磁感应产生电能为传感装置供电,解决了现有电池的供电问题,同时提高了发射天线发射的稳定性。
本发明提供的技术方案如下:一种发电式胎压传感装置,置于轮胎内,其特征在于,进一步包括:
传感器模块,测量胎压并与外界无线通讯,
外球体,内部形成有容纳腔,并且其表面上设置有所述容纳腔贯通的第一通气孔,
内球体,且其径向尺寸小于所述容纳腔,所述内球体活动设置于所述容纳腔中,所述传感器模块固设在所述内球体内部,所述内球体表面上设置有与所述传感器模块导通的第二通气孔,
发电模块,包括磁感线圈以及磁性材料,所述磁性材料设置在所述外球体内或为所述外球体一部分的,所述磁感线圈固设在所述内球体内产生感应电动势,以及,
电源转换模块,将所述感应电动势转换后为所述传感器模块供电。
本技术方案,外球体上设置有形成磁场的磁性材料,内球体活动设置在外球体内部的容纳腔内,且内球体内部设置有与其一起运动的磁感线圈,外球体会与内球体的质量及受力情况不同,在轮胎的带动下的运动状态不同,进而发生相对运动,则内球体内的线圈在外球体磁性材料形成的磁场中的磁通量会发生变化,进而产生感应电动势,经电源转换模块后可为传感器模块供电。
优选的,所述内球体为不倒翁式结构。
本技术方案,内球体有恢复为平衡状态的趋势和动作,与外球体发生的相对运动幅度更大,相应产生的感应电动势越大,也即发电越多。、
优选的,进一步包括储能模块,其分别与所述电源转换模块以及所述传感器模块电连接。
具体的,所述电源转换模块为整流稳压电路,用于将所述感应电动势整流、滤波和稳压后转为直流电。
具体的,所述传感器模块包括传感器、电路板以及发射天线。
优选的,所述外球体与所述内球体之间排布有若干滚珠。
本技术方案,内球体通过滚动摩擦在外球体中滚动,可以减少内球体在外球体内活动的阻力,得以更快的恢复到平衡状态,可使得发射天线的朝向变化更小。
具体的,所述滚珠均匀固设在所述容纳腔的内表面形成球面。
具体的,所述内球体包括配重部和封装部,所述配重部的质量大于所述封装部,且所述配重部的体积小于所述封装部;其中,
所述传感器模块被封装入所述封装部内。
具体的,所述球体被不经过球心的平面分隔为两部分,其中体积较大的部分为所述封装部,体积较小的部分为所述配重部。
具体的,所述内球体处于稳态时经过其重心的竖直线为平衡线;
所述发射天线为圆环状,且圆环所在平面的垂线与所述平衡线平行。
本技术方案,当内球体在轮胎内部相对其平衡线转动时,还能保障天线发射角度不变,该发射角度应与监测系统中的接收器相适配,可以有效的提高信号强度和稳定性。
本发明还公开一种胎压监测系统,适用于包括轮胎的移载工具,包括前述的发电式胎压传感装置,所述发电式胎压传感装置位于所述轮胎内
本发明提供的一种发电式胎压传感装置及胎压监测系统,能够带来以下至少一种有益效果:
1、外球体与内球体上分别设置产生磁场的磁性线圈和磁感线圈,通过内球体与外球体的相对运动产生供电的感应电动势,进一步的将内球体设计为不倒翁式结构,其恢复至平衡状态的运动趋势可以加大内外球体之间相对运动的幅度,进而增大了该发电式胎压传感装置的供电能力。
2、设置储能模块,轮胎转动时产生的电能可以部分存储在储能模块中,在轮胎不转动或转动较慢时使用,可以起到一定的电力再分配功能。
3、将传感装置的外形设计为球形,在其自身重力驱动下使其位置维持在轮胎内的最低点处附近,进而保证传感装置与轮胎的相对位置保持不变或者保持较小的变化幅度,测量状态更加稳定。
4、球体为套装的双球结构,内球体可在外球体内活动,且其为不倒翁结构,使得内球体的竖直方向上一直在平衡状态附近摆动,并将内球体设计为与地面平行的圆环形,可以保证天线发射角度不变或保持较小的变化幅度,有效的提高信号强度和稳定性。
5、内球体通过滚动摩擦在外球体中滚动,可以减少内球体在外球体内活动的阻力,得以更快的恢复到平衡状态,可使得发射天线的朝向变化更小。
附图说明
下面将以明确易懂的方式,结合附图说明优选实施方式,对发电式胎压传感装置及胎压监测系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是发电式胎压传感装置的平面结构示意图。
图2是发电式胎压传感装置置于轮胎中工作状态示意图。
附图标号说明:100、发电式胎压传感装置,101、电源转换模块,102、储能模块,110、电路板,120、发射天线,200、外球体,210、第一通气孔,300、内球体,310、配重部,320、封装部,330、第二通气孔,400、滚珠,500、轮胎,510、轮毂,600、磁感线圈。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,并获得其他的实施方式。
为使图面简洁,各图中的只示意性地表示出了与本发明相关的部分,它们并不代表其作为产品的实际结构。
实施例一
如图1所示,本实施例公开一种发电式胎压传感装置,可直接置于轮胎内使用,其包括传感器模块、外球体200、内球体300、发电模块以及电源转换模块101。
传感器模块用以测量胎压并与外界无线通讯。外球体200内部形成有容纳腔,并且其表面上设置有容纳腔贯通的第一通气孔210,内球体300,且其径向尺寸小于容纳腔,内球体300活动设置于容纳腔中,传感器模块固设在内球体300内部,内球体300表面上设置有与传感器模块导通的第二通气孔330。示例性的,第一通气孔210可以设置在外球体表面上相隔一定角度位置处,以适应内球体300和外球体200的相对运动。
发电模块包括磁感线圈600以及磁性材料,磁性材料设置在外球体200内或为外球体200一部分,磁感线圈600固设在内球体300内产生感应电动势。也即外球体200上设置有形成磁场的磁性材料,示例性的,磁性材料排布后形成图1中的N极和S极。内球体300活动设置在外球体200内部的容纳腔内,且内球体300内部设置有与其一起运动的磁感线圈600,外球体200会与内球体300的质量及受力情况不同,在轮胎的带动下的运动状态不同发生相对运动,则内球体300内的线圈在外球体200磁性材料形成的磁场中的磁通量会发生变化,进而产生感应电动势,经电源转换模块101后可为传感器模块供电。示例性的,内球体300为不倒翁式结构。内球体300有恢复为平衡状态的趋势和动作,与外球体200发生的相对运动幅度更大,相应产生的感应电动势越大,也即发电越多。
传感器模块包括传感器130、电路板110以及发射天线120,均固设在内球体300内,传感器130连入电路板110的电路中,磁感线圈600经由电源转换模块101转换后与电路板110上的处理电路的电源输入端电连接以进行供电,发射天线120与电路板110上的处理电路输出端电连接以传输传感器130的测量信息,传感器130除有测量压力功能外,还可具备测量温度功能。内球体300上的第二通气孔导通至传感器130以方便测量。
电源转换模块101的功能是将感应电动势转换后为传感器模块供电,因为内外球体相对运动产生感应电动势的波形一般是无序、且波动较大的,无法直接用以供电,因而需要电源转换模块101将其调整后再进行供电。示例性的,所述电源转换模块为整流稳压电路,用于将所述感应电动势整流、滤波和稳压后转为直流电后与电路板110电连接。
球形胎压传感装置的外形设置为可自由滚动的球形结构,可将其直接放置如轮胎中,如图2所示,球形胎压传感装置100位于轮胎500与轮毂510的空间中,在轮胎旋转过程中,在其自身重力驱动下使其位置可以通过滚动维持在轮胎内的最低点处附近,进而保证传感装置与轮胎的相对位置保持不变或者保持较小的变化幅度,测量状态更加稳定。
优选的,发电式胎压传感装置进一步包括储能模块102,其分别与电源转换模块101以及传感器模块电连接。轮胎转动时磁感线圈产生的电能可以部分存储在储能模块中,在轮胎不转动或转动较慢时使用,可以起到一定的电力再分配功能。
实施例二
在实施例一的基础上,外球体200与内球体300之间排布有若干滚珠400。内球体300通过滚动摩擦在外球体200中滚动,可以减少内球体300在外球体200内活动的阻力,得以更快的恢复到平衡状态,可使得发射天线120的朝向变化更小。进一步优选的,滚珠400均匀固设在容纳腔的内表面形成球面。
示例性,内球体300被不经过球心的平面分割为两部分,其中体积较大的部分为封装部320,体积较小的部分为配重部310,并且配重部310的质量大于封装部320,则内球体形成了一个不倒翁结构,重心位于图1中摆放状态下球心的下方,则在轮胎转动使球体发生扰动时,内球体300有恢复重心在最低位置的运动趋势,进而带动其上的发射天线至指定角度。类似的,在内球体中封装部320和配重部310可以不局限在被不经过球心的平面分割为两部分的划分方式,只需满足配重部310的质量大于封装部320,且配重部310的体积小于封装部320,就可以形成不倒翁结构,封装部320为塑封形成,在塑封过程中可将电源102、传感器130、电路板110以及发射天线120被封装于其内部。
内球体300处于稳态时经过其重心的竖直线为平衡线,即内球体处于平衡状态时该平衡线是竖直指向地面的,为重力作用方向,也即在轮胎转动过程中,内球体300会一直维持平衡线竖直或者接近竖直的状态,这可以保证发射天线120的朝向不会发射较大的变化。进一步优选的,发射天线120为圆环状,且圆环所在平面的垂线与平衡线平行。则内球体300在轮胎内部相对其平衡线转动时,还能保障天线发射角度不变,该发射角度应与监测系统中的接收器相适配,可以有效的提高信号强度和稳定性。
本发明还公开一种胎压监测系统,包括前述实施例一、二的发电式胎压传感装置,发电式胎压传感装置位于轮胎内。适用于包括轮胎的移载工具。
应当说明的是,上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种发电式胎压传感装置,置于轮胎内,其特征在于,包括:
传感器模块,测量胎压并与外界无线通讯,
外球体,内部形成有容纳腔,并且其表面上设置有所述容纳腔贯通的第一通气孔,
内球体,径向尺寸小于所述容纳腔,所述内球体活动设置于所述容纳腔中,所述传感器模块固设在所述内球体内部,所述内球体表面上设置有与所述传感器模块导通的第二通气孔,
发电模块,包括磁感线圈以及磁性材料,所述磁性材料设置在所述外球体内或为所述外球体一部分,所述磁感线圈固设在所述内球体内产生感应电动势,以及,
电源转换模块,将所述感应电动势转换后为所述传感器模块供电。
2.根据权利要求1所述的发电式胎压传感装置,其特征在于,所述内球体为不倒翁式结构。
3.根据权利要求2所述的发电式胎压传感装置,其特征在于:
所述发电式胎压传感装置进一步包括储能模块,其分别与所述电源转换模块以及所述传感器模块电连接;
和/或;
所述电源转换模块为整流稳压电路,用于将所述感应电动势整流、滤波和稳压后转为直流电;
和/或;
所述传感器模块包括传感器、电路板以及发射天线。
4.根据权利要求1-3任一所述的发电式胎压传感装置,其特征在于,所述外球体与所述内球体之间排布有若干滚珠。
5.根据权利要求4所述的发电式胎压传感装置,其特征在于,所述滚珠均匀固设在所述容纳腔的内表面形成球面。
6.根据权利要求2或3所述的发电式胎压传感装置,其特征在于,所述内球体包括配重部和封装部,所述配重部的质量大于所述封装部,且所述配重部的体积小于所述封装部;其中,
所述传感器模块被封装入所述封装部内。
7.根据权利要求6所述的发电式胎压传感装置,其特征在于,所述球体被不经过球心的平面分隔为两部分,其中体积较大的部分为所述封装部,体积较小的部分为所述配重部。
8.根据权利要求2或3所述的发电式胎压传感装置,其特征在于,所述内球体处于稳态时经过其重心的竖直线为平衡线;
所述发射天线为圆环状,且圆环所在平面的垂线与所述平衡线平行。
9.一种胎压监测系统,适用于包括轮胎的移载工具,其特征在于,包括根据权利要求1-8任一所述的发电式胎压传感装置,所述发电式胎压传感装置位于所述轮胎内。
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