汽车轮胎内置式动子切向运动的换能生电机理组件

摘要

本发明公开了一种汽车轮胎内置式动子切向运动的换能生电机理组件，包括生电组件与储能电路板，生电组件与轮胎固定连接，储能电路板设置于生电组件上，且生电组件与储能电路板相电气连接。本发明提供的汽车轮胎内置式动子切向运动的换能生电组件及其结构机理，能伴随轮胎的转动把切向运动的机械能转变成电能，同时进行大容量式储能，为轮胎内置安全行驶预警系统的内置电池补充能耗并为加大系统发射功率的设计应用提供新能源途径。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车轮胎内置式动子在离心力状态下运动的机-电换能技术领域，具体是指一种汽车轮胎内置式动子切向运动的换能生电机理组件。

背景技术

利用线圈作切割磁力线的机械运动能产生电能这种基本的电磁感应原理运用到汽车轮胎内部，利用轮胎转动的机械能转换成为电能，对轮胎内置式制动性能监测机构之类的安全行驶预警系统的内置电池提供电能补充，能大大提高内置电池的使用时限；也能为加大轮胎内置机构的发射功率提供能源途径，把安全行驶预警系统从小车的应用范围扩展到长车。然而，与常态的运动状态不同，轮胎转动时产生的离心力会对动子(线圈)的切向运动产生阻碍作用，使之难以作切割磁力线的机电换能运动。

发明内容

本发明的目的是为解决上述现有技术中未出现过的轮胎内置式机-电换能生电的需要，克服轮胎转动时产生的离心力对动子(线圈)的切向运动产生阻碍作用，提供一种以线圈为动子的抗离心力汽车轮胎内置式动子切向运动换能生电机理组件，伴随轮胎的转动产生电能并进行大容量式储能，为轮胎内置安全行驶预警系统的内置电池补充能耗。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种汽车轮胎内置式动子切向运动的换能生电机理组件，包括生电组件与储能电路板，生电组件与轮胎固定连接，储能电路板设置于生电组件上，且生电组件与储能电路板相电气连接。生电组件包括总体支承板、左右支撑板、上下导磁轴杆、左右扁平磁铁、线圈动子、左右压缩型弹簧与滑动机构，左右两支撑板平行相向安放并垂直固定在总体支承板上，上下导磁轴杆平行安放并固定在左右两支撑板之间，上下导磁轴杆的空隙之间靠近两支撑板处分别设置有两扁平磁铁，线圈动子和两压缩性弹簧嵌套在上导磁轴杆上，两压缩性弹簧分别安设在线圈动子的两端，线圈动子与滑动机构紧固连接，所述线圈动子的引出线与所述储能电路板相电气连接。所述总体支承板的下部设有平衡配重体。

滑动机构包括楔状滑槽固定体、楔状滑槽活动体和动子连接体，楔状滑槽固定体与上导磁轴杆平行且固定在所述总体支承板上，楔状滑槽活动体通过楔状滑槽与楔状滑槽固定体相滑动连接，滑槽活动体上固定安装有动子连接体，动子连接体与线圈动子固定连接。线圈动子能沿上导磁轴杆往返滑动，两压缩性弹簧能随线圈动子的往返滑动而伸缩，两扁平磁铁相对的磁极为同名磁极。

储能电路板上设置有拨动开关和LED灯，所述储能电路板的电路由交流倍压整流电路、隔离式大容量储能电路、低压直流升压电路、LED负载显示电路共同电气连接构成，所述交流倍压整流电路通过线圈引出线与线圈动子连接，隔离式大容量储能电路分别通过交流倍压整流电路信号线、低压直流升压电路信号线与交流倍压整流电路、低压直流升压电路相电气连接，低压直流升压电路通过LED负载显示电路信号线与LED负载显示电路相电气连接。

交流倍压整流电路由线圈信号引入插口J1、整流二极管D1、整流二极管D2、储能电容C1与储能电容C2共同电气连接构成。隔离式大容量储能电路由隔离二极管D3与大容量储能电容C3共同电气连接构成。低压直流升压电路由拨动开关S1、升压集成件U1、电容C4、电容C5与电感L2共同电气连接构成。LED负载显示电路由电阻R1与LED灯VL共同电气连接构成。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提供了未出现过的一种汽车轮胎内置式动子切向运动的换能生电组件及其结构机理，填补了现有技术中的技术空白。

2、本发明能伴随轮胎的转动把切向运动的机械能变换成为电能并进行大容量式储能，能为轮胎内置安全行驶预警系统的内置电池补充能耗。

3、本发明的轮胎内置线圈克服轮胎离心力作切割磁力线切向运动所实现的机-电换能生电机理，能为轮胎内置监测机构加大发射功率的设计应用提供新能源途径。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中储能电路板的电路方框图；

图3是本发明中储能电路板的电路原理图。

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。但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，一种汽车轮胎内置式动子切向运动的换能生电机理组件，包括生电组件与储能电路板3，生电组件与轮胎1固定连接，储能电路板3设置于生电组件上，且生电组件与储能电路板3相电气连接。生电组件包括总体支承板2、左右支撑板11和18、上下导磁轴杆9和7、左右扁平磁铁17和8、线圈动子12、左右压缩型弹簧16和10与滑动机构，左右两支撑板11和18平行相向安放并垂直固定在总体支承板2上，上下导磁轴杆9和7平行安放并固定在左右两支撑板11和18之间，上下导磁轴杆9和7的空隙之间靠近两支撑板处分别设置有两扁平磁铁17和8，线圈动子12和两压缩性弹簧16和10嵌套在上导磁轴杆9上，两压缩性弹簧16和10分别安设在线圈动子12的两端，线圈动子12与滑动机构紧固连接，所述线圈动子12的引出线与所述储能电路板3相电气连接。所述总体支承板2的下部设有平衡配重体19。

滑动机构包括楔状滑槽固定体15、楔状滑槽活动体14和动子连接体13，楔状滑槽固定体15与上导磁轴杆9平行且固定在所述总体支承板2上，楔状滑槽活动体14通过楔状滑槽与楔状滑槽固定体15相滑动连接，楔状滑槽活动体14上固定安装有动子连接体13，动子连接体13与线圈动子12固定连接。线圈动子12能沿上导磁轴杆9往返滑动，两压缩性弹簧能随线圈动子的往返滑动而伸缩，两扁平磁铁17和8相对的磁极为同名磁极。

如图2所示，本发明所述储能电路板上的电路包括交流倍压整流电路20、隔离式大容量储能电路21、低压直流升压电路22、LED负载显示电路23共同电气连接构成，其相互连接关系为：交流倍压整流电路20通过线圈引出线6与线圈动子12的交流输出信号相连接，隔离式大容量储能电路21分别通过交流倍压整流电路信号线、低压直流升压电路信号线与交流倍压整流电路20、低压直流升压电路22相电气连接，低压直流升压电路22还通过LED负载显示电路信号线与LED负载显示电路23相电气连接。

本发明的工作原理为：由于轮胎在不同的转动速度下所产生的线圈动子切向位移量不同，速度低时切向位移量大而速度高时切向位移量小，可据此确定左右压缩型弹簧17和10的长度，使低速度运动时往某侧压缩的弹簧具有足够的反弹力辅助线圈动子恢复到未往该侧运动时的平衡位置；生电组件随轮胎转动，当线圈动子每经过轮胎左右两个垂直方向、且当线圈动子12、动子连接体13和楔状滑槽活动体14三者的总重量、能抵消因离心力在楔状滑槽活动体14与楔状滑槽固定体15之间所产生的摩擦力时，线圈动子12就能沿着楔状滑槽15往返移动；另外，上下导磁轴杆9、7与左右扁平磁铁17、8之间形成了一种闭合磁路，并且两个相同磁极沿轴杆相向摆放方式使得穿越线圈横截面的磁力线均匀分布，线圈动子12沿着上导磁轴杆9往返移动时因切割了磁力线而在线圈中感应出交变信号，线圈匝数越多、扁平磁铁的磁性越强、线圈位移量越大、位移速率越快则感生电动势越高，线圈动子12的交变信号由线圈引出线6送到储能电路板3，通过交流倍压整流电路20整流成为直流电压，再通过隔离式大容量储能电路21进行单向储能，然后由低压直流升压电路22把在较低电压范围波动的低电压升至所需的5V，最后通过LED负载显示电路23的点亮状态来直观察看机-电换能生电的效果。

如图3所示，在本发明中的储能电路板的电路中，交流倍压整流电路由线圈信号引入插口J1、整流二极管D1和D2、储能法拉电容C1和C2共同电气连接构成；隔离式大容量储能电路由隔离二极管D3、大容量储能法拉电容C3共同电气连接构成；低压直流升压电路由拨动开关S1、升压集成件U1、电容C4和C5、电感L2共同电气连接构成；LED负载显示电路由电阻R1、LED灯VL共同电气连接构成。

本发明的储能电路工作原理是：线圈动子COIL感生的交流信号从J1接口输入到储能电路板的交流倍压整流电路中，当1端为正2端为负时，经整流二极管D1向C1充电，当2端为正1端为负时，经整流二极管D2向C2充电，在C1、C2上形成两个半周峰值电压的叠加；然后这两倍的直流电压经隔离二极管向大容量电容C3充电，实现不可反逆的单向储能，储能的大小取决于C3的大小和轮胎转动的时间长短；一旦拨动开关S1闭合，允许C3中从0.9V范围开始的低电压送至升压集成件U1的引脚1，经内部升压处理后能从引脚4输出5V稳定的直流电压，C4和C5用作U1的升压电容，L2用作U1的升压电感；通过LED灯的发亮状态可直观察看到换能生电的情况，R1为LED灯的限流电阻。

发明人经过研究试验，认为实现本发明的优选方式可以为：(1)按图1所示，轮胎及转动机构1由实际汽车轮胎和相应功率的可调速马达担任，并安装到可靠的金属机架上；可选用厚金属平板或木板加工成400×240mm的总体支承板2；线圈动子12和动子连接体13的大小视具体需要确定，实施例中的线圈动子12是在外径18mm、内孔10mm、长40mm的环氧树脂线包骨架上用0.07mm高强度漆包线绕约9000匝而成；楔状滑槽活动体14与楔状滑槽固定体15配对件选用市售50×15×6mm的金属导轨套件；上导磁轴杆9和下导磁轴杆7采用长110mm直径9mm的导磁软铁制作，左、右扁平磁铁17、8采用长20mm宽10mm的钕铁硼型强力磁钢，左、右压缩型弹簧16、10采用无磁不锈钢弹簧，左、右侧支承板18、11用55×40×2mm的铝板制作；(2)如图2和3所示，制作90×30mm大小的储能电路板3，并筛选元器件后进行安装连接，例如，二极管采用低压差型1N5817，C1～C3采用法拉电容，C4、C5采用贴片电解电容，集成件U1可选用MAX1724型，VL灯选用直径3mm的红色LED；可按图2和3所示以及所述连接关系进行储能电路板安装连接，并与线圈动子等相关部件进行电气连接，就能用于轮胎旋转时线圈动子切向运动的机-电换能生电试验。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。