[發明專利]用于輪胎內無線傳感器系統的感應功率傳輸

有效

• 申請號: 201080020791.4
• 申請日: 2010-05-05
• 公開（公告）號: CN102427960A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: G.L.M.詹森
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: B60C23/04
• 分類號: B60C23/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉紅;劉鵬

背景技術

清除器（scavenger）系統是已知的，該系統由于輪胎的旋轉和振動而產生能量。在這些系統中，該輪胎振動結合彈簧使物質（mass）加速。該移動物質可以例如是線圈內的磁體，該線圈由于磁體運動而產生電壓。另一種方式是在彈簧中應用壓電型材料（PZT），該彈簧在受到應力時產生電壓（參見US7467034B2和US2008/0047363A1）。還有一種可能性是一種使用固定磁體結合輪胎中的線圈的系統。這些系統在低旋轉速度下將不會產生足夠的功率并且可能相當笨重。

發明內容

所提出的系統可以在較低旋轉速度下產生足夠的功率。而且它可以非常小并且可以放置在遠程位置。

具體實施方式

本發明描述了一種系統，在該系統中，需要向輪胎內的傳感器系統提供電功率。該傳感器測量例如加速度、溫度、壓力和應變（strain）。所測量的數據經由RF鏈路傳送。用于系統的功率需要在沒有任何電流連接（galvanic?connections）的情況下供應。糟糕的解決方案是清除器，其使用輪的旋轉和振動。具有更穩定的功率的更好的解決方案是感應功率傳輸。

利用線圈的特殊布置和特殊操作模式，可以建立可靠的功率傳輸系統，其以很低的輪（輪胎）速度產生高功率。

圖1中示出發送和接收線圈的位置。

圖2中示出汽車系統中的空間限制。標記了發送線圈的優選位置。

該系統的必要特征是：

特征1：如圖1中所示的特殊的發送線圈構造和取向

所述發送線圈垂直于輪胎且盡可能靠近輪胎放置。這在輪胎內產生更好的場（field）并且因此產生對輪胎中的接收線圈的更好的耦合系數。當各線圈彼此面對時，磁通量通路很長，這是因為在輪胎和金屬輪緣中存在鋼帶。

線圈用部分鐵氧體磁芯支撐。這加強了磁場的產生。它還使得線圈屬性更少地依賴于環境。線圈的鄰域內的金屬物體可能影響線圈的感應。鐵氧體磁芯部分地起著屏蔽體的作用并且使該感應保持更穩定。

特征2：特殊的接收線圈構造和取向

如圖1所示，所述接收線圈垂直于輪胎放置。如圖3、4和5所示，輪胎中心處的場主要平行于輪胎。

垂直取向的線圈將最好地拾取（pick?up）如圖5所示的這些磁通線。所述接收線圈位于內輪胎表面的中心之上的輪胎內側上。圖3示出平行于輪胎的發送線圈和在中心輪胎中的接收線圈。圖4示出垂直于輪胎的發送線圈。圖5示出垂直于輪胎的發送線圈，其具有鐵氧體支撐/屏蔽。

特征3：特殊的操作模式

圖6示出輪胎和輪胎內的接收（拾取）線圈。

無線功率傳輸系統中的現有技術的總體狀態可以描述如下：

-?存在發送線圈（初級）

-?存在接收線圈（次級）

-?在發送與接收線圈之間存在足夠量的耦合

－發送線圈具有工作在一定頻率上的驅動器

-?在低耦合的情況下，驅動器具有可選的諧振電路

-?接收線圈具有用于產生適當的DC電壓的整流器調節器

-?再次同樣在低耦合的情況下，接收線圈具有可選的諧振電路。

圖7示意性示出通過磁感應如何將功率從發送線圈傳輸到接收線圈。

圖8示出所產生的作為所述設置的函數的功率。該圖示出存在產生大部分功率的小角度。該測量基于發送線圈中持續的功率水平。可以僅在接收線圈靠得很近的情況下通過開啟線圈實現更好的總效率。這需要從接收器到發送器的通信路徑。有可能經由RF鏈路（其已經被預見用于傳送發送器數據）來這樣做。在圖9中示意性示出了這一點。

另一種方式是以2種模式使用感應路徑，一種模式用于發送能量，而另一種模式用于返回產生了足夠水平的功率的信號。在圖10中示意性示出了這一點。

所述系統的操作模式可看起來如下。發送器發送小測試脈沖串（burst）以探查功率是否一定（at?a?certain）被接收。在足夠功率接收信號的反饋的情況下，在下一個循環，發射器將產生全周期的脈沖串。該全周期脈沖串將在未產生足夠的功率接收信號時停止。在圖11中示出了這一點。

圖12示出發送線圈。

圖13示出測試系統中發送線圈和接收線圈的位置。

圖14示出發送線圈和接收線圈的位置，其中接收線圈置于輪胎中。

圖15示出發送線圈相對于汽車的位置。