專利名稱：用于輪胎組件中機電換能器的橋式補片的制作方法
技術領域：
本發明大體涉及連接到輪胎的內襯的橋式補片，所述輪胎攜帶具有機電換能器元件的電路。該橋式補片構造成當輪胎經歷變形時以預定方式對機電換能器元件施加機械力。
背景技術：
電路結合到輪胎組件中能夠允許許多功能，包括壓力監視，溫度監視，以及識別數據和其它信息的跟蹤。諸如壓電元件這樣的機電換能器元件能夠用于為電路供電。機電換能器元件將施加于其上的力轉換為用于運行電路的電能。
將力施加到機電換能器元件的一種方法在于利用車輛運行期間的輪胎變形。輪胎中的變形例如可以產生能夠被轉換為電能的高達50,000微應變的應變場。然而，如果例如元件的最佳峰值應變為3000微應變，則使機電換能器元件經受該應變量可能導致該元件損壞。而且，運轉期間輪胎內的變形在大小和方向上通常是不一致的，因此難以正確地定向換能器元件以有效地利用來自變形的能量。因此，攜帶機電換能器元件并且當輪胎經歷變形時以預定方式對機電換能器元件施加機械力(即，期望的應力—應變關系)的設備將是有很用的。
發明內容
本發明的各種特征和優點將部分地在下面的描述中闡述，或者可以從該描述中明顯看出。本發明在輪胎中提供了用于支撐包括機電換能器元件的電子設備的橋式補片。通常，一個或多個襯墊構造成用于連接到或集成到輪胎的內襯并且為橋式元件提供支撐，橋式元件連接到襯墊但是與內襯分開。橋式元件和襯墊的構造中的各種參數可以在輪胎運轉期間被改變，以賦予機電換能器特定的期望的應力—應變關系。同樣，施加到機電換能器元件的力的大小和方向以這樣的方式被控制，該方式保護元件免受過量的力，同時施加必要的量以便為相關電子設備供電。
本發明的橋式補片可以具有許多構造。例如，橋式元件可以基本上是直的或拱形的。當為拱形形狀時，橋式元件可以布置成使得它相對于輪胎的內襯凹入或凸出。如果需要，一個或多個支承軌道也可以位于所述橋式元件上，用于增加橋式元件的剛性。為了減小應力集中，橋式元件的一個或多個末端可以為圓柱形，以便在連接到襯墊的點形成更大的表面積。
例如，在一個典型實施例中，本發明提供了一種輪胎組件，該輪胎組件包括具有內襯的輪胎。第一襯墊和第二襯墊連接到輪胎的內襯并且彼此分開預定距離。提供了橋式元件，其至少具有兩個末端。一個末端連接到第一襯墊，另一個末端連接到第二襯墊。該橋式元件不與輪胎接觸。機電換能器元件連接到橋式元件并且構造成用于將來自輪胎的機械能轉換為電能。同樣，橋式元件與第一和第二襯墊一起構造，以便控制由于輪胎運轉期間內襯的變形而施加到所述機電換能器元件的機械能。
在另一個典型實施例中，本發明提供了一種橋式補片組件，該橋式補片組件用于具有內襯的輪胎。所述組件包括至少一個襯墊，該襯墊構造成用于放置到輪胎的內襯上。橋式元件連接到襯墊，并且構造成當襯墊連接到輪胎時不與輪胎接觸。機電換能器元件位于橋式元件上，并且構造成用于將來自輪胎變形的機械能轉換為電能。襯墊可以由單襯墊組成，橋式元件連接到該單襯墊。作為另一選擇，可以提供三個襯墊，包括第一襯墊，第二襯墊，和第三襯墊。同樣，第二襯墊基本位于第一襯墊和第三襯墊之間。橋式元件連接到第一襯墊和第二襯墊；在輪胎使用橋式補片期間至少一個連接元件連接到第二襯墊和橋式元件，從而進一步限制橋式元件的運動。
作為另一選擇，當使用單襯墊時，該襯墊可以連接到輪胎的內襯從而形成腔，該腔具有由橋式元件、單襯墊和輪胎的內襯限定的內部空間。內部空間可以與輪胎的剩余內部空間流體密封，或者可以產生孔以便提供與如此限定的內部空間的流體連通。橋式元件可以為拱形，基本平坦，或者可以使用其它形狀。當為拱形時，橋式元件可以朝向或背離輪胎的內襯而拱起。為了有助于減小應力集中，橋式元件可以包括連接到襯墊的卷狀或圓柱形末端。一個或多個軌道可以包含在橋式元件中以增加其剛性。
本發明也提供了一種用于獲得機電換能器元件上期望的應力—應變關系的方法。在一個典型的實施例中，本發明的一種方法包括提供具有一對襯墊的輪胎，所述襯墊位于輪胎的內襯上，將襯墊與橋式元件橋接在一起從而使橋式元件不與輪胎的內襯接觸，并將機電換能器元件連接到橋式元件。也可以包括確定橋式元件厚度的大小的附加步驟，以便在輪胎運轉期間為機電換能器元件提供期望的應力—應變關系。類似地，該方法可以包括確定橋式元件寬度的大小的步驟，以便在輪胎運轉期間為機電換能器元件提供期望的應力—應變關系。也可以增加將橋式元件與輪胎的內襯隔開的步驟，以便在輪胎運轉期間為機電換能器元件提供期望的應力—應變關系。最后，可以包括為橋式元件選擇材料的步驟，從而使所述材料的彈性模量有助于在輪胎運轉期間在機電換能器元件上產生期望的應力—應變關系。
參考下面的描述和附加權利要求將更好地理解本發明的這些和其它特征、方面和優點。包含在說明書中并且作為說明書一部分的附圖與該描述一起說明了本發明的實施例，并且用于解釋本發明的原理。
圖1是沿圖2的線1-1的橋式補片的典型實施例的橫截面圖；圖2是包含圖1的典型實施例的輪胎組件的透視圖；圖3是帶有一對圓柱形末端的橋式補片的典型實施例的橫截面圖；圖4是朝輪胎表面拱起的橋式補片的另一個典型實施例的橫截面圖；圖5是具有多個連接元件和第三襯墊的橋式補片的典型實施例的橫截面圖；圖6是沿圖7的線6-6的橫截面圖；圖7是不帶有拱形的橋式補片的典型實施例的透視圖；圖8是帶有拱形的橋式補片的典型實施例的平面圖；圖9是帶有單襯墊的橋式補片的典型實施例的平面圖；圖10是沿圖9的線10-10的橫截面圖；圖11是帶有單襯墊的橋式補片的典型實施例的透視圖，所述單襯墊具有在其中限定的通道。
具體實施例方式
現在將具體參考本發明的實施例，以及在圖中示出的一個或多個例子。每個例子僅僅作為本發明的解釋而被提供，并不意味著對本發明的限制。例如，作為一個實施例一部分所示或所述的特征可以與另一個實施例結合，以進一步產生第三實施例。本發明欲包括這些和其它的修改和變化。
圖1和2顯示了連接到輪胎14的內襯34的本發明的橋式補片12的典型實施例。圖1提供了補片12的橫截面圖，而圖2顯示了輪胎組件10，該輪胎組件10帶有連接到輪胎14的內襯34的橋式補片12。盡管顯示為與輪胎14的胎冠相對地被連接并且橋式元件22的長度垂直于輪胎14的軸線定向，但是橋式補片12可以相對于輪胎14位于各種其它位置和方位。
參考圖1，一對襯墊16和18連接到內襯34，并且拱形橋式元件22在兩端連接到襯墊16和18。包括諸如壓電元件這樣的機電換能器元件26的電路24連接到橋式元件22。橋式元件22因此懸掛并且不與內襯34接觸。如前所述，為了正確地工作，機電換能器元件26可能要求在輪胎14運轉期間施加給內襯34的不同應力—應變關系。用于換能器元件26的期望的應力—應變關系可以通過將換能器元件26放置到橋式補片12上而產生。更具體而言，橋式補片12和襯墊16和18可以構造成用于將輪胎內襯的變形施加的應力—應變關系轉換為機電換能器元件26的期望的應力—應變關系。
例如，如圖1的典型實施例所示，橋式元件22在襯墊16和18之間構造成拱形。如果機電換能器元件26直接連接到內襯34，則該構造可以用于減小機電換能器元件26將另外經受的應力—應變關系的幅度。另外，通過操作吸收或偏轉在內襯34變形期間發生的部分應力—應變，用于構造襯墊16和18的材料也能夠減小換能器元件26經受的應力—應變。
圖1和2作為本發明的例子而被提供。如將要討論的，橋式補片12也可以用于改向應力—應變關系，以便適應機電換能器元件26上應力—應變關系的期望方向。進一步地，橋式補片12可以構造成使得應力—應變關系的幅度和方向在整個橋式元件22上是一致的。作為另一選擇，橋式補片12可以構造成使應力—應變的幅度和方向在橋式元件22上的不同位置有所不同。
為了如此獲得橋式元件22上期望的應力—應變關系，構造橋式補片12的各種元件可以被改變以產生期望的結果。例如，橋式元件22或襯墊16和18的寬度、厚度、形狀和/或彈性模量可以變化，以獲得機電換能器元件26的期望的應力—應變關系。此外，頁可以改變內襯34與橋式補片22間隔的距離，以便有助于獲得期望的應力—應變關系。因此，使用這里公開的教導，本領域的普通技術人員將理解，可以調整各種參數以便將內襯34的應力—應變關系轉換為橋式補片12的期望的應力—應變關系。現在將更具體地論述橋式補片12的各種典型實施例。
例如，現在參考圖4，可以另外地構造橋式補片12，從而橋式元件22向內并且朝向內襯34而拱起。取決于輪胎14運轉期間期望的應力—應變關系，機電傳感器元件26可以連接到橋式元件22的任一端。
作為另一選擇，可以如圖5中所示地構造橋式補片12。在這里，附加襯墊20連接到內襯34并且位于襯墊16和18之間。一個或多個連接元件28可以連接到襯墊20和橋式元件22。連接元件28加強了橋式元件22并且有助于獲得期望的應力—應變關系。
盡管在前面被描述為拱形，但是橋式元件22也可以構造成為基本上直的，如圖6和7所示。橋式元件22可以帶有一個或多個支承軌道32，以便有助于加強橋式元件22并隨后產生期望的應力—應變關系。支承軌道32可以具有任何數量、厚度、橫截面形狀、或尺寸，以便獲得橋式元件22的期望的剛性。
在該典型實施例中，本發明所有典型實施例都具有的事實是，襯墊16和18可以構造成便于幫助獲得期望的應力—應變關系。例如，為襯墊16和18所選的構造的厚度、形狀、或材料可以變化，以便有助于在橋式元件22上獲得期望的應力—應變關系。例如，圖8顯示了一種構造，其中襯墊16和18為拱形，而不是在其它典型實施例中所示的簡單矩形。
盡管被描述為包含多個襯墊16和18，但是橋式補片12可以構造成僅僅具有單襯墊16。圖9顯示了一個這樣的典型實施例，其中橋式元件22的周邊連接到單襯墊16。橋式補片12的這種設置導致輪胎14，襯墊16和橋式元件22限定了如圖10中所示的內部空間36。當輪胎14安裝到車輪上時，內部空間36可以與輪胎14中剩余的空氣流體密封。內部空間36和輪胎14中剩余的空氣之間的氣壓差異可以用于幫助對橋式元件22施加期望的應力—應變關系，該應力—應變關系隨后被傳遞到機電換能器元件26。作為另一選擇，如圖11所示，孔38可以被限定為通過襯墊16，以便平衡內部空間36和輪胎14中剩余的空氣之間的氣壓。
在這里提供的附圖的全部實施例中所示的襯墊16和18的構造可以作為連接到內襯34的分開部分而被提供。作為另一選擇，襯墊16和18可以在輪胎14的制造期間被模制到內襯34上。襯墊16和18以及橋式元件22可以由多種不同的材料制造。例如，襯墊16和18可以由橡膠制造，而橋式元件22可以由鋼、聚合物、玻璃纖維、或者復合結構制造。優選地，橋式元件22由能夠經受重復變形而不發生疲勞破壞的材料制造。襯墊16，18可以以這樣的方式錨固到內襯34，使得在有益于機電換能器元件26性能的條件下以壓縮或張力對機電換能器元件26預加應力。
包括機電換能器元件26的電路24可以以本領域公知的多種方式連接到橋式元件22。僅僅作為舉例，可以使用粘合劑來連接電路24。機電換能器元件26可以結合到電路24中，或者可以另外地連接到與電路24分開的橋式元件22。盡管圖1中示出了連接到與內襯34相對的橋式元件22的一側，但是應當理解機電換能器元件26可以連接到橋式元件22的任一側。
另外，橋式補片12可以被設計成用于減小或消除位于橋式元件22與襯墊16和18之間連接點的可能的應力集中。圖3顯示了帶有一對圓柱形末端30和31的橋式元件22，所述末端連接到襯墊16和18。圓柱形末端30和31的擴大的表面積有助于分散位于橋式元件22與襯墊16和18之間連接點的應力，從而在該位置的應力集中被減小或消除。圓柱形末端30和31可以以多種方式形成到橋式元件22中。例如，如果橋形元件22由金屬制造，那么末端可以簡單地卷成圓柱形狀，以便形成圓柱形末端30和31。如果橋式元件22由硬質聚合物制造，那么橋式元件22可以在每一端用圓柱體模制，或者作為另一選擇，可以具有附著到每一端上的圓柱體以便形成圓柱形末端30，31。如果需要，該應力減小特征可以用于這里所述的任何典型實施例。
應當理解本發明包括對這里所述的輪胎組件10和橋式補片12的典型實施例所做的各種修改，這些修改在后附的權利要求及其等價物的范圍之內。
權利要求
1.一種輪胎組件，包括具有內襯的輪胎；第一襯墊和第二襯墊，其連接到所述輪胎的所述內襯并且彼此分開預定距離；橋式元件，其至少具有兩個末端，一個末端連接到所述第一襯墊，另一個末端連接到所述第二襯墊，所述橋式元件不與所述輪胎接觸；和機電換能器元件，其連接到所述橋式元件并且構造成用于將來自所述輪胎的機械能轉換為電能，其中所述橋式元件與所述第一和第二襯墊一起構造，以便控制在所述輪胎運轉期間由于所述內襯的變形而施加到所述機電換能器元件的機械能。
2.根據權利要求1所述的輪胎組件，進一步包括第三襯墊，其連接到所述輪胎的內襯，并且位于所述第一襯墊和所述第二襯墊之間；和至少一個連接元件，其將所述第三襯墊連接到所述橋式元件。
3.根據權利要求1所述的輪胎組件，其中所述橋式元件的所述末端為圓柱形，以便減小所述輪胎運轉期間的應力集中。
4.根據權利要求1所述的輪胎組件，進一步包括電路，該電路位于所述橋式元件上并且電連接到所述機電換能器元件。
5.根據權利要求4所述的輪胎組件，其中所述電路和所述機電換能器元件位于所述橋式元件和所述內襯之間。
6.根據權利要求1所述的輪胎組件，其中所述第一襯墊和第二襯墊為拱形。
7.根據權利要求1所述的輪胎組件，其中所述橋式元件具有至少一個位于其上的支承軌道，用于增加所述橋式元件的剛性。
8.根據權利要求1所述的輪胎組件，其中所述橋式元件在所述第一襯墊和所述第二襯墊之間朝著所述輪胎的所述內襯拱起。
9.根據權利要求1所述的輪胎組件，其中所述橋式元件在所述第一襯墊和所述第二襯墊之間背離所述輪胎的所述內襯拱起。
10.一種用于具有內襯的輪胎中的橋式補片組件，其包括至少一個襯墊，其構造成用于放置到輪胎的內襯上；橋式元件，其連接到所述襯墊并且構造成當所述至少一個襯墊連接到所述輪胎時不與所述輪胎接觸；和機電換能器元件，其位于所述橋式元件上并且構造成用于將來自輪胎變形的機械能轉換為電能。
11.根據權利要求10所述的橋式補片，其中所述至少一個襯墊包括單襯墊，所述橋式元件連接到該單襯墊。
12.根據權利要求11所述的橋式補片，進一步包括具有內襯的輪胎；其中所述單襯墊連接到所述內襯從而形成腔，該腔具有由所述橋式元件，所述單襯墊和輪胎的所述內襯限定的內部空間。
13.根據權利要求12所述的橋式補片，其中所述內部空間是流體密封的。
14.根據權利要求12所述的橋式補片，其中所述單襯墊限定了孔，該孔提供與所述內部空間的流體連通。
15.根據權利要求10所述的橋式補片，其中所述橋式元件基本上是平的。
16.根據權利要求10所述的橋式補片，其中所述橋式元件為拱形。
17.根據權利要求10所述的橋式補片，其中所述至少一個襯墊進一步包括第一襯墊，第二襯墊，和第三襯墊，其中所述第二襯墊基本位于所述第一襯墊和所述第三襯墊之間；所述橋式元件連接到所述第一襯墊和所述第二襯墊；在所述輪胎使用所述橋式補片期間，至少一個連接元件將所述第二襯墊連接到所述橋式元件，從而進一步限制所述橋式元件的運動。
18.根據權利要求10所述的橋式補片，其中所述橋式元件進一步包括至少一個為圓柱形且連接到所述至少一個襯墊的末端。
19.根據權利要求10所述的橋式補片，其中所述橋式元件具有至少一個位于其上的支承軌道，用于增加所述橋式元件的剛性。
20.一種用于獲得機電換能器元件上期望的應力-應變關系的方法，包括以下步驟提供具有一對襯墊的輪胎，所述襯墊位于所述輪胎的內襯上；將所述襯墊與橋式元件橋接在一起從而使所述橋式元件不與所述輪胎的內襯接觸；和將機電換能器元件連接到所述橋式元件。
21.根據權利要求20所述的方法，進一步包括確定所述橋式元件厚度的大小的步驟，以便在輪胎運轉期間為機電換能器元件提供期望的應力-應變關系。
22.根據權利要求20所述的方法，進一步包括確定所述橋式元件寬度的大小的步驟，以便在輪胎運轉期間為機電換能器元件提供期望的應力-應變關系。
23.根據權利要求20所述的方法，進一步包括將所述橋式元件與輪胎的內襯隔開的步驟，以便在輪胎運轉期間為機電換能器元件提供期望的應力-應變關系。
24.根據權利要求20所述的方法，進一步包括為所述橋式元件選擇材料的步驟，從而使所述材料的彈性模量有助于在輪胎運轉期間在機電換能器元件上產生期望的應力-應變關系。
全文摘要
提供一種用于輪胎的橋式補片。該橋式補片改變由輪胎的內襯施加的機械力的幅度、方向或改變兩者，以及尤其是改變應力－應變關系，以便獲得用于操作機電換能器元件的期望的應力－應變關系，所述機電換能器元件連接到所述橋式元件。橋式補片包括至少一個襯墊，該襯墊構造成用于連接到輪胎的內襯，橋式元件連接到所述襯墊并且不與所述輪胎接觸。在某些實施例中，橋式補片包括橋式元件，該橋式元件為拱形并且連接到兩個襯墊，每個襯墊都位于橋式元件的末端。
文檔編號H02K35/00GK1719694SQ20051007706
公開日2006年1月11日 申請日期2005年6月15日 優先權日2004年7月9日
發明者J·C·辛尼特 申請人:米其林技術公司, 米其林研究和技術股份有限公司