随着智能轮胎的发展,轮胎内实时的传感器数据成为高汽车安全性的关键因素,传统的内置电池的供电方式无法满足智能轮胎传感器系统数据实时传输的频率要求和电能需求。在轮胎内部设计能够持续产生电能的装置成为研究的主流,目前已有文献的轮胎内能量回收装置大多基于压电效应、电磁感应和电容效应等,但发电功率多数为微瓦级。本文出的轮胎内能量回收装置采用机电一体化设计,目标在于为智能轮胎实时传感器系统供持续的电能,实现毫瓦级别的平均能量回收功率。本轮胎内机电能量回收装置安装在轮辋和胎面之间,采用齿轮齿条、滑块导轨的传动机构,设计单向轴承的机械整流机构实现单向旋转并简化整流电路,此外应用飞轮储能结构稳定装置发电输出。本文对出的能量回收装置进行了可行性理论验证、精细化和轻量化结构设计、数学建模、仿真结果分析与参数优化、装置受力与车轮动平衡分析等,从理论仿真层面分析装置的可行性和能量回收特性。进一步加工样机并设计校核实验台架,进行台架试验。实验结果与仿真结果呈现相同的装置发电规律与特性:能量回收装置所供的电压、功率随车速或车轮载荷的高而增大;装置发电具有周期性规律,单向轴承和飞轮的设计使得发电波形呈现单向平稳的特点。实验结果表明在57km/h的车速下可实现82mW的平均发电功率,在低至10km/h的车速时仍具有毫瓦以上的平均功率(6mW),发电性能随车速的高而增强,能够满足胎压传感器系统及智能轮胎传感器系统的供电需求。