CN108879974A - 一种汽车智能轮胎的无线供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车智能轮胎的无线供电系统，包括依次电连接的直流电源、逆变器、初级线圈、次级线圈、稳压整流器和电子模块，逆变器包括逆变器工作电源电路，稳压整流器包括稳压整流电源电路；该汽车智能轮胎的无线供电系统，为汽车智能轮胎内的传感及信号处理等电子模块提供一种无线供电设计，省去了拆装电池的麻烦、提高了智能轮胎的供电寿命以及监测的稳定性，不用担心传感器的电量使用限制，可以根据实际需求进行实时的轮胎状态检测、信号处理以及无线传输，从而使智能轮胎的电子模块工作更稳定，工作时间更长。有利于轮胎动平衡，行车平稳。有利于环保和节省资源。由于采用无线供电设计，减少了纽扣电池的使用，保护环境，节省资源。

Description

一种汽车智能轮胎的无线供电系统

技术领域

本发明涉及汽车轮胎安全装备领域，具体涉及一种汽车智能轮胎的无线供电系统。

背景技术

智能轮胎是轮胎行业的未来发展趋势，在轮胎内部安装传感器及信号处理等电子模块是实现轮胎智能化的重要手段，但是，如何为上述电子模块进行持续、可靠地供电是必须要解决的问题。

目前，采用纽扣电池进行直接供电是最主流的一种方式。纽扣电池的尺寸较小，虽然能够满足轮胎内的空间限制，但是，纽扣电池的容量一般不是很大，大约在500mAh～1000mAh。这样就限制了其使用寿命，通常为传感器供电的纽扣电池寿命一般是3年左右，难以为智能轮胎提供全寿命的电量需求。而如果采用尺寸和电池容量较大的电池，一方面对轮胎的安装使用造成一定的困难，另一方面也会产生一定的安全隐患。

比如，轮胎内恶劣的工作环境也对这种直接供电方式提出了考验，汽车运行时，胎内温度可到100℃甚至更高，气压达到500kPa。在高温高压状态下，电池的寿命会大大降低，甚者发生变形、爆裂，从而对汽车行驶造成严重的安全隐患。

此外，由于电池存在一定的重量，如果采用尺寸和容量较大的电池，将对轮胎的动平衡也会有所影响。安装在轮胎内部的传感器和电池其实是固定在轮胎内表面的，本身就是智能轮胎的一部分，所以智能轮胎在整个圆周上密度不是均匀的。若整个装置过重，那么轮胎上相应的平衡块也很重，有时候这种平衡块都没办法找到，所以传感器及电池部分的质量越小越好，传感器元件本身重量很小，重量大部分都集中在电池上，所以，为了保证智能轮胎的动平衡，最主要的途径是减轻电池重量或者采用间接供电模式。

采用电池直接供电方式的轮内传感器对信号采集也会有很大影响。由于汽车轮胎异常造成的交通事故往往都是在一瞬间，所以实时监控就是对智能轮胎的一个基本要求。但是，如果发射频率过高，采样时间过频，耗电量巨大，电池寿命无法保证。若为了延长电池寿命，就必须限制检测和发射次数，尽管提高的使用寿命，但是其监测的作用并没有发挥出来，无法保证实时监控。因此，为了满足智能轮胎的要求，需要为胎内传感装置设计一种新的供电方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车智能轮胎的无线供电系统，用以解决现有技术不足的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种汽车智能轮胎的无线供电系统，包括依次电连接的直流电源、逆变器、初级线圈、次级线圈、稳压整流器和电子模块，所述直流电源与逆变器的输入端电连接，所述初级线圈与逆变器的输出端电连接；

所述逆变器包括逆变器工作电源电路，所述逆变器工作电源电路包括第一集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、可调电阻、第一电容、第二电容、第一场效应管、第二场效应管和第一变压器，所述第一集成电路的型号为SG3524，所述第一集成电路的第八端、第四端和第五端均接地，所述第一集成电路的第七端通过第一电容接地，所述第一集成电路的到第六端通过第一电阻接地，所述第一集成电路的第二端通过第二电阻接地，所述第一集成电路的第一端通过第三电阻接地，所述第一集成电路的第九端分别与可调电阻和第二电容连接，所述第一集成电路的第十一端与第二场效应管的栅极连接，所述第一集成电路的第十二端与第一集成电路的第十三端连接，所述第一集成电路的第十二端通过第六电阻和第七电阻组成的串联电路分别与第二电容和可调电阻连接，所述第一集成电路的第十四端与第一场效应管的栅极连接，所述第一集成电路的第十五端通过开关外接12V直流电压电源，所述第一集成电路的第十六端通过第四电阻与第一集成电路的第二端连接，所述第一集成电路的第一端通过第五电阻、第二电容和可调电阻组成的串联电路接地，所述可调电阻的可调端接地，所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极均接地，所述第一场效应管的源极通过第一变压器的一次侧与第二场效应管的源极连接，所述第一变压器的一次侧的中心点外接12V直流电压电源；

所述稳压整流器包括稳压整流电源电路，所述稳压整流电源电路包括第二变压器、整流桥、第二集成电路、第五电容、第六电容、第三电容和第四电容，所述第二集成电路的型号为LM309，所述整流桥的输入端与第二变压器的二次侧连接，所述整流桥的输出端的正极与第二集成电路的第一端连接，所述整流桥的输出端的负极接地，所述第二集成电路的第一端分别通过第五电容和第六电容接地，所述第二集成电路的接地端接地，所述第二集成电路的第三端分别通过第三电容和第四电容接地。

作为优选，所述直流电源电压为12V或24V。

作为优选，为了便于提高初级线圈的输出功率，所述直流电源上电连接有升压模块。

作为优选，为了减小电阻，所述初级线圈和次级线圈均为合金材料。

作为优选，所述逆变器为高频逆变器。

作为优选，所述电子模块包括传感器和控制器。

本发明的有益效果是，该汽车智能轮胎的无线供电系统，设计合理，为汽车智能轮胎内的传感及信号处理等电子模块提供一种无线供电设计，省去了拆装电池的麻烦、提高了智能轮胎的供电寿命以及监测的稳定性。和直接供电式传感器相比较，不用担心传感器的电量使用限制，可以根据实际需求进行实时的轮胎状态检测、信号处理以及无线传输，从而使智能轮胎的电子模块工作更稳定，工作时间更长。采用无线供电的设计减少了电池的配重，放置在轮胎内的整个检测发射装置体积和重量可以做的很小，有利于轮胎动平衡，行车平稳。有利于环保和节省资源。由于采用无线供电设计，减少了纽扣电池的使用，保护环境，节省资源。

附图说明

图1是本发明的汽车智能轮胎的无线供电系统的安装结构示意图。

图2是本发明的汽车智能轮胎的无线供电系统的系统原理图。

图3是本发明的汽车智能轮胎的无线供电系统的逆变器工作电源电路的电路原理图。

图4是本发明的汽车智能轮胎的无线供电系统的稳压整流电源电路的电路原理图。

图中：1.直流电源，2.逆变器，3.初级线圈，4.次级线圈，5.稳压整流器，6.电子模块。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-图4所示，一种汽车智能轮胎的无线供电系统，包括依次电连接的直流电源1、逆变器2、初级线圈3、次级线圈4、稳压整流器5和电子模块6，所述直流电源1与逆变器2的输入端电连接，所述初级线圈3与逆变器2的输出端电连接；

所述逆变器2包括逆变器工作电源电路，所述逆变器工作电源电路包括第一集成电路U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、可调电阻RP1、第一电容C1、第二电容C2、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2和第一变压器T1，所述第一集成电路U1的型号为SG3524，所述第一集成电路U1的第八端、第四端和第五端均接地，所述第一集成电路U1的第七端通过第一电容C1接地，所述第一集成电路U1的到第六端通过第一电阻R1接地，所述第一集成电路U1的第二端通过第二电阻R2接地，所述第一集成电路U1的第一端通过第三电阻R3接地，所述第一集成电路U1的第九端分别与可调电阻RP1和第二电容C2连接，所述第一集成电路U1的第十一端与第二场效应管Q2的栅极连接，所述第一集成电路U1的第十二端与第一集成电路U1的第十三端连接，所述第一集成电路U1的第十二端通过第六电阻R6和第七电阻R7组成的串联电路分别与第二电容C2和可调电阻RP1连接，所述第一集成电路U1的第十四端与第一场效应管Q1的栅极连接，所述第一集成电路U1的第十五端通过开关外接12V直流电压电源，所述第一集成电路U1的第十六端通过第四电阻R4与第一集成电路U1的第二端连接，所述第一集成电路U1的第一端通过第五电阻R5、第二电容C2和可调电阻RP1组成的串联电路接地，所述可调电阻RP1的可调端接地，所述第一场效应管Q1的漏极和第二场效应管Q2的漏极均接地，所述第一场效应管Q1的源极通过第一变压器T1的一次侧与第二场效应管Q2的源极连接，所述第一变压器T1的一次侧的中心点外接12V直流电压电源；

所述稳压整流器包括稳压整流电源电路，所述稳压整流电源电路包括第二变压器T2、整流桥N1、第二集成电路U2、第五电容C5、第六电容C6、第三电容C3和第四电容C4，所述第二集成电路U2的型号为LM309，所述整流桥N1的输入端与第二变压器T2的二次侧连接，所述整流桥N1的输出端的正极与第二集成电路U2的第一端连接，所述整流桥N1的输出端的负极接地，所述第二集成电路U2的第一端分别通过第五电容C5和第六电容C6接地，所述第二集成电路U2的接地端接地，所述第二集成电路U2的第三端分别通过第三电容C3和第四电容C4接地。

作为优选，所述直流电源电压为12V或24V。

作为优选，为了便于提高初级线圈3的输出功率，所述直流电源1上电连接有升压模块。

作为优选，为了减小电阻，所述初级线圈3和次级线圈4均为合金材料。

作为优选，所述逆变器2为高频逆变器。

作为优选，所述电子模块6包括传感器和控制器。

使用时，逆变器2和初级线圈3安装在汽车轮拱上，是固定不动的，而次级线圈4、稳压整流器5和电子模块6安装在汽车轮胎的胎冠气密层中，随着胎面运动。

直流电源1可以是汽车的蓄电池，当轮胎的尺寸较大时，可以采用升压模块将电压升高。

工作原理为：逆变器2将直流电转换成高频交流电输出至初级线圈3，从而在整个轮胎区域内产生变化的磁场，随着轮子转动，次级线圈4受到电磁感应后输出电压，经稳压整流器5变成稳定的直流电，对电子模块6进行供电。

初级线圈3采用电阻较小的合金材料，并固定于汽车轮拱内侧上方，其产生的变化的磁场区域需能够覆盖整个轮胎的三维几何尺寸，为了避免磁场对车内电子设备产生影响，汽车轮拱则采用电磁屏蔽材料制造比较好。

逆变器工作电源电路的工作原理：第一集成电路U1通过分别控制第一场效应管Q1和第二场效应管Q2的通断，来实现第一变压器T1一次侧的电源的通断，从而耦合到第一变压器T1的二次侧，输出交流信号，实现了电源的逆变。该电路中，第一集成电路U1的待机电流为8mA，从而极大的降低了工作电源电路的功耗，提高了其实用价值。

稳压整流电源电路的工作原理：电源电压经过第二变压器T2降压以后，再通过整流桥N1整流输出，随后由第五电容C5和第六电容C6进行滤波处理，接着进入到第二集成电路U2内部进行稳压输出，最后在从第二集成电路U2中输出，同时由第三电容C3和第四电容C4进行滤波输出，从而实现了电源电压的稳定可靠的输出。该电路中，第二集成电路U2的型号为LM309，其内部具有热保护功能，使得第二集成电路U2内部消耗过大的时候，第二集成电路U2会自动关闭，从而实现了电源电路的自保护功能，提高了工作电源电路的可靠性。

与现有技术相比，该汽车智能轮胎的无线供电系统，设计合理，为汽车智能轮胎内的传感及信号处理等电子模块提供一种无线供电设计，省去了拆装电池的麻烦、提高了智能轮胎的供电寿命以及监测的稳定性。和直接供电式传感器相比较，不用担心传感器的电量使用限制，可以根据实际需求进行实时的轮胎状态检测、信号处理以及无线传输，从而使智能轮胎的电子模块工作更稳定，工作时间更长。采用无线供电的设计减少了电池的配重，放置在轮胎内的整个检测发射装置体积和重量可以做的很小，有利于轮胎动平衡，行车平稳。有利于环保和节省资源。由于采用无线供电设计，减少了纽扣电池的使用，保护环境，节省资源。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种汽车智能轮胎的无线供电系统，所述无线供电系统包括依次电连接的直流电源、逆变器、初级线圈、次级线圈、稳压整流器和电子模块，其特征在于，所述直流电源与逆变器的输入端电连接，所述初级线圈与逆变器的输出端电连接；

所述逆变器包括逆变器工作电源电路，所述逆变器工作电源电路包括第一集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、可调电阻、第一电容、第二电容、第一场效应管、第二场效应管和第一变压器，所述第一集成电路的型号为SG3524，所述第一集成电路的第八端、第四端和第五端均接地，所述第一集成电路的第七端通过第一电容接地，所述第一集成电路的到第六端通过第一电阻接地，所述第一集成电路的第二端通过第二电阻接地，所述第一集成电路的第一端通过第三电阻接地，所述第一集成电路的第九端分别与可调电阻和第二电容连接，所述第一集成电路的第十一端与第二场效应管的栅极连接，所述第一集成电路的第十二端与第一集成电路的第十三端连接，所述第一集成电路的第十二端通过第六电阻和第七电阻组成的串联电路分别与第二电容和可调电阻连接，所述第一集成电路的第十四端与第一场效应管的栅极连接，所述第一集成电路的第十五端通过开关外接12V直流电压电源，所述第一集成电路的第十六端通过第四电阻与第一集成电路的第二端连接，所述第一集成电路的第一端通过第五电阻、第二电容和可调电阻组成的串联电路接地，所述可调电阻的可调端接地，所述第一场效应管的漏极和第二场效应管的漏极均接地，所述第一场效应管的源极通过第一变压器的一次侧与第二场效应管的源极连接，所述第一变压器的一次侧的中心点外接12V直流电压电源；

所述稳压整流器包括稳压整流电源电路，所述稳压整流电源电路包括第二变压器、整流桥、第二集成电路、第五电容、第六电容、第三电容和第四电容，所述第二集成电路的型号为LM309，所述整流桥的输入端与第二变压器的二次侧连接，所述整流桥的输出端的正极与第二集成电路的第一端连接，所述整流桥的输出端的负极接地，所述第二集成电路的第一端分别通过第五电容和第六电容接地，所述第二集成电路的接地端接地，所述第二集成电路的第三端分别通过第三电容和第四电容接地。

2.如权利要求1所述的汽车智能轮胎的无线供电系统，其特征在于，所述直流电源电压为12V或24V。

3.如权利要求1所述的汽车智能轮胎的无线供电系统，其特征在于，所述直流电源上电连接有升压模块。

4.如权利要求1所述的汽车智能轮胎的无线供电系统，其特征在于，所述初级线圈和次级线圈均为合金材料。

5.如权利要求1所述的汽车智能轮胎的无线供电系统，其特征在于，所述逆变器为高频逆变器。

6.如权利要求1所述的汽车智能轮胎的无线供电系统，其特征在于，所述电子模块包括传感器和控制器。