專利名稱：發(fā)電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于固定在氣胎內(nèi)的發(fā)電器。本發(fā)明特別適合用于汽車輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于將電力提供給用于從輪胎傳輸數(shù)據(jù)的遙測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知的是一種用于測(cè)量汽車輪胎內(nèi)壓力的輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備。輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備還可以測(cè)量輪胎環(huán)境內(nèi)的其他參數(shù)，如輪胎的局部溫度。測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)如無(wú)線電波連接傳輸?shù)狡嚺?，其在顯示到汽車駕駛員前經(jīng)過(guò)電子處理。這樣可以使傳輸數(shù)據(jù)的接受者監(jiān)測(cè)輪胎條件的變化，例如，減少損壞汽車的輪胎，或預(yù)測(cè)輪胎的失效。這在汽車高速行駛時(shí)具有特別大的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)楫?dāng)輪胎內(nèi)的環(huán)境處于最壞時(shí)，最有可能損壞輪胎，其最終將最大程度地傷害汽車的乘員。
大多數(shù)現(xiàn)有輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備使用電池作為電源，其位于車輪上或在輪胎內(nèi)。此設(shè)置具有幾個(gè)不理想的限制，例如，可以容納在輪胎內(nèi)的電池壽命和尺寸或重量的限制。其還可能具有進(jìn)一步在下述情況下的不理想的撞擊作用，如果可以獲得的有限的電源，例如作為涉及重量的結(jié)果，能夠被中繼處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)量和頻率將受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于降低或充分避免指出的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，其提供一種用于固定在氣胎內(nèi)的發(fā)電器，該發(fā)電器包括壓電元件、設(shè)置用于與壓電元件接觸并與壓電元件電連通的控制電路的驅(qū)動(dòng)塊，其中驅(qū)動(dòng)塊設(shè)置為在使用時(shí)響應(yīng)作用在驅(qū)動(dòng)塊上的外力使壓電元件形變以產(chǎn)生電荷，其特征在于控制電路形成驅(qū)動(dòng)塊的至少一部分。
便利的是，發(fā)電器包括用于壓電元件的外殼、驅(qū)動(dòng)塊和控制電路，外殼適用于固定在氣胎內(nèi)。
外殼的外表面具有適合于連接到汽車的輪胎的弧形內(nèi)表面的基本弧形輪廓。外殼的外表面可以包括用于與汽車輪胎的內(nèi)部圖形互補(bǔ)結(jié)合的的外部輪廓。
在優(yōu)選方式中，外殼可松開地固定到適合于通過(guò)夾子連接到輪胎內(nèi)壁的底腳上。
在優(yōu)選方式中，底腳包括在使用時(shí)用于使空氣繞外殼運(yùn)動(dòng)的空氣通道。
在優(yōu)選方式中，壓電元件在驅(qū)動(dòng)塊作用下的最大形變量通過(guò)部分外殼進(jìn)行限制。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，外殼包括基壁，且壓電元件支撐在遠(yuǎn)離基壁的元件中心區(qū)域的外殼上，而其中基壁用于限制壓電元件的最大形變量。
在優(yōu)選方式中，壓電元件為壓電圓盤的形式，優(yōu)選具有半徑R，并固定在半徑大于R的支撐圓盤上。
在優(yōu)選方式中，驅(qū)動(dòng)塊包括可移動(dòng)地固定在外殼并用于與壓電元件接觸的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器可以包括設(shè)置用于與壓電元件接觸且可以為延長(zhǎng)形狀的凸出部分。在優(yōu)選實(shí)施方式中，凸出部分接觸壓電元件的中心區(qū)域并可以設(shè)置用于與圓盤直徑接觸。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，控制電路固定在驅(qū)動(dòng)器上。在另一實(shí)施方式中，外殼包括適用于驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的罩，且控制電路固定在罩上。
在優(yōu)選方式中，控制電路封閉在結(jié)合到驅(qū)動(dòng)塊的灌注混合物中。
控制電路可以包括用于監(jiān)測(cè)位于外殼周圍的環(huán)境參數(shù)的傳感器電路。
發(fā)電器可以形成遙測(cè)裝置的一部分，且控制電路包括用于監(jiān)測(cè)位于裝置周圍環(huán)境的參數(shù)的傳感器電路。
在優(yōu)選方式中，控制電路包括低電力消耗協(xié)議，用于使產(chǎn)生電力的消耗的最小化。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種發(fā)電器，其適用于將電力提供到遙測(cè)設(shè)備以用于從旋轉(zhuǎn)氣胎的惡劣環(huán)境內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，其避免了使用電池。


下面將參照相應(yīng)的附圖，通過(guò)實(shí)施例的方式對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行具體說(shuō)明，其中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式具有發(fā)電器的胎內(nèi)電力/傳感器或遙測(cè)裝置的分解透視圖；圖2是顯示圖1所示裝置處于裝配、靜止位置的局部截面視圖；圖3是顯示圖2所示的裝置的透視圖；圖4是顯示形成圖1到3中所示裝置的部分的壓電圓盤和黃銅固定件的平面視圖；圖5a是顯示發(fā)電器元件之間相互關(guān)系的方框圖；圖5是顯示圖1到3所示的在低電力消耗協(xié)議中用于控制測(cè)量和由裝置數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧鞒虉D；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施方式具有發(fā)電器的胎內(nèi)電力/傳感器或遙測(cè)裝置的另一實(shí)施方式的透視圖；圖7是顯示從上面看圖6所示的裝置的分解透視圖；圖8是顯示從下面看圖6和7所示的裝置的分解透視圖；圖9是顯示圖6到8所示的裝置的截面視圖；圖10是顯示圖6到9所示的裝置在使用氣胎時(shí)的端視圖；以及圖11是顯示圖10所示的裝置的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1到4，發(fā)電器/傳感器裝置總體上用10表示，用于在輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備中使用。裝置10包括由加強(qiáng)的噴射注模復(fù)合材料制作、用于固定并適用于承受車用氣胎惡劣環(huán)境的外殼12。雖然外殼12說(shuō)明為復(fù)合材料注模形成，但可以使用任何適合的材料。
外殼12具有為中空外凸形狀的基座或底腳16，在圖2中表示為C，用于連接到汽車輪胎的對(duì)應(yīng)的弧形內(nèi)表面?；?6限定了具有內(nèi)基座壁20，圖1中表示為18的腔體。
裝置10包括具有半徑R的壓電圓盤14形式的壓電元件11，其居中地固定在半徑大于R的黃銅支撐圓盤15上。元件11固定在外殼12中用于產(chǎn)生電力以操作裝置10內(nèi)的電路。
外殼12的基座16包括兩個(gè)相對(duì)凹槽22，用于支撐黃銅圓盤15的外圍部分，其中之一可以從圖1中清晰地看到。當(dāng)支撐在基座16上時(shí)，黃銅圓盤15的中心部分間隔基座壁20一小段距離。蓋26容納在基座16上，其覆蓋支撐在凹槽22上的黃銅圓盤15的外圍部分，以便圓盤沿兩個(gè)邊部分47夾在蓋26和凹槽22之間。
罩28設(shè)置在蓋26上，罩包括延伸通過(guò)蓋26中的中心孔27的中心成型部分30。
印刷電路板(PCB)32固定在罩28上的外殼12中。如圖5a所示，PCB 32包括微處理器、射頻(RF)發(fā)射機(jī)、包括壓力和溫度傳感器的壓力和溫度傳感器電路、以及形成輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備的一部分的監(jiān)控和控制電路。PCB 32還包括用于將來(lái)自壓電陶瓷圓盤14的交流輸出轉(zhuǎn)換為直流輸出的整流器；一系列電容形式的能量?jī)?chǔ)存元件，其儲(chǔ)存來(lái)自整流器的直流輸出以備需要，以及設(shè)置用于調(diào)整電容器電壓輸出的DC-DC控制器。優(yōu)選實(shí)施方式使用超低泄漏型電容器，以保證盡可能保持高比例產(chǎn)生電荷，以保持內(nèi)部泄漏降到最低。
PCB 32通過(guò)未示出的兩條電線與壓電陶瓷圓盤14電連通，并通過(guò)灌注混合物34固定在罩28周圍，以在安裝或運(yùn)輸期間保護(hù)PCB 32免受旋轉(zhuǎn)氣胎內(nèi)惡劣環(huán)境的影響。灌注混合物34可以為任意適合的形式，但在此實(shí)施方式中為兩部分環(huán)氧粘合劑。
驅(qū)動(dòng)器36設(shè)置在壓電陶瓷圓盤14、蓋26和罩28之間，驅(qū)動(dòng)器由整體形成的底腳38和桿40組成。桿40延伸進(jìn)罩28的中心成型部分中并包括中心孔42。從圖2中可以清晰地看出，底腳38包括整體形成的延長(zhǎng)凸出部分或凸出前端44，其與壓電陶瓷元件接觸。如圖4所示，凸出前端44徑向延伸穿過(guò)壓電元件11，其顯示了凸出前端44在壓電元件11上的接觸面積以及圓盤15在基座16上的支撐面積47?？梢郧逦乜闯?，壓電陶瓷元件11構(gòu)成基本上為簡(jiǎn)單支撐桿，通過(guò)凹槽22支撐在基座16中的一側(cè)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)器36的凸出前端44在其相對(duì)側(cè)接觸。
驅(qū)動(dòng)器36通過(guò)穿過(guò)罩28的螺絲釘46連接到罩28，且固定地容納在桿40的孔42中。基座16通過(guò)穿過(guò)基座16的角并固定容納在蓋26中的四個(gè)螺絲釘48連接到蓋26。
此結(jié)構(gòu)為以便壓電元件11可以在驅(qū)動(dòng)器36的影響下向下形變(如圖2所示)，其將在后面更具體地說(shuō)明。然而，壓電元件11的最大形變量通過(guò)黃銅圓盤15的下側(cè)和內(nèi)基座壁20之間的距離進(jìn)行限制，在圖1到4的實(shí)施方式中設(shè)定為0.4mm。因此，避免可能另外損壞元件11的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)生電荷容量的元件11的過(guò)度形變。外殼12內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器36在相對(duì)方向、即從圖2的上方看垂直遠(yuǎn)離壓電陶瓷圓盤14方向的運(yùn)動(dòng)通過(guò)蓋26的壁27進(jìn)行限制。在圖1到4的實(shí)施方式中，當(dāng)發(fā)電器10在圖2所示的靜止位置時(shí)，驅(qū)動(dòng)器36的底腳38的上側(cè)和蓋26的壁27之間的最大距離為0.6mm。因此，外殼12內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器36的最大移動(dòng)距離在圖1到4的實(shí)施方式中為1mm。外殼12內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器36的此最大移動(dòng)距離設(shè)定為預(yù)定的低值，以保護(hù)由于在使用時(shí)驅(qū)動(dòng)器36在壓電圓盤14上表面上的形變和/或沖擊造成的壓電陶瓷圓盤14的損壞。應(yīng)該理解，驅(qū)動(dòng)器的最大移動(dòng)和壓電陶瓷元件的形變可以限制為適合于保護(hù)整體結(jié)構(gòu)和壓電元件產(chǎn)生電荷容量的任何距離。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，與壓電陶瓷圓盤14相關(guān)的PCB 32的與元件組合的壓電陶瓷圓盤14的設(shè)置形成發(fā)電器的一部分，以用于為裝置10的電路提供電力。
現(xiàn)在將通過(guò)實(shí)施例的方式說(shuō)明發(fā)電器的操作，其中通過(guò)將外殼12的基座16的外表面連接到輪胎內(nèi)表面的對(duì)應(yīng)弧形輪廓，裝置10固定在汽車輪子的氣胎上，且其中裝置10包括任何已知適合結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷圓盤14。
可以清晰地看出，圓盤14的機(jī)械激勵(lì)產(chǎn)生電壓。結(jié)果基本為線性，即，產(chǎn)生的電場(chǎng)直接隨著施加的機(jī)械應(yīng)力變化，且與方向相關(guān)，以便壓縮和拉伸應(yīng)力產(chǎn)生相對(duì)極性的電壓。
罩28、PCB32、灌注混合物34以及驅(qū)動(dòng)器36在使用時(shí)作為單一裝置塊作用在圓盤14上，即，罩、驅(qū)動(dòng)器、電路以及灌注混合物起到合成驅(qū)動(dòng)塊的作用。當(dāng)輪子旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力作用在罩28、PCB32以及灌注混合物34上，其迫使驅(qū)動(dòng)器36在壓電元件11的方向徑向向外。此在驅(qū)動(dòng)器36上的離心作用使得壓電元件11形變，典型情況是，其從當(dāng)輪子不旋轉(zhuǎn)時(shí)的靜止位置在中心區(qū)域的0.2到0.4mm之間形變。由于壓電元件11只起到支撐桿的作用，且驅(qū)動(dòng)器36的凸出前端44與圓盤14在用于黃銅圓盤15的支撐區(qū)域之間的中心位置45接觸，所以，形變?yōu)辄S銅圓盤15的兩個(gè)支撐區(qū)域47之間的圓盤14和15的均勻彎曲的形式。
可以理解，當(dāng)汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)，鄰接裝置10的輪胎的外區(qū)域沿汽車運(yùn)行的表面接觸，輪子每旋轉(zhuǎn)一圈接觸一次。此接觸使鄰接裝置的輪胎區(qū)域變形，最終以壓電元件11變形的形式通過(guò)驅(qū)動(dòng)器36將變形傳輸?shù)桨l(fā)電器。因此，當(dāng)輪子在公路表面旋轉(zhuǎn)期間，壓電圓盤14經(jīng)受機(jī)械激勵(lì)的變化，從而每個(gè)激勵(lì)導(dǎo)致通過(guò)壓電圓盤14產(chǎn)生勢(shì)能差。此過(guò)程參照旋轉(zhuǎn)輪設(shè)定在下面，從鄰接裝置10的輪胎區(qū)域向與公路表面接觸的方向移動(dòng)的位置開始。
如上所述，隨著輪子的旋轉(zhuǎn)，在由罩28、PCB32以及灌注混合物34的離心作用下，驅(qū)動(dòng)器36與壓電圓盤14接觸。因此，在通過(guò)驅(qū)動(dòng)器36傳輸?shù)碾x心力作用下，壓電圓盤14經(jīng)受基本恒定的形變。當(dāng)輪子進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)時(shí)，鄰接裝置10的輪胎區(qū)域與公路表面接觸并變形。此變形導(dǎo)致在與公路表面接觸點(diǎn)區(qū)域的輪胎減速，使得經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器36的離心力突然降低，造成幾乎瞬時(shí)基本為零。此離心加速的變化造成在驅(qū)動(dòng)器36的作用下通過(guò)壓電圓盤14的形變降低，并產(chǎn)生連通到PCB32的電荷的第一脈沖。
當(dāng)輪子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在鄰接裝置10的輪胎區(qū)域移動(dòng)遠(yuǎn)離與公路表面接觸的瞬時(shí)，鄰接裝置10的輪胎的加速突然增加，其導(dǎo)致經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器36的離心力的瞬時(shí)增加。因此，如上所述，在驅(qū)動(dòng)器36、罩28、PCB32以及灌注混合物34的離心作用下，壓電圓盤14再次產(chǎn)生形變，產(chǎn)生與上述第一脈沖相對(duì)極性且連通到PCB32的電荷的第二脈沖。
因此，在輪子旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)期間，快速連續(xù)地產(chǎn)生相對(duì)極性電荷的兩個(gè)脈沖，構(gòu)成一個(gè)交變電流輸出。整流器將交流輸出整流成直流輸出，并儲(chǔ)存在電容器中，作為輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備的電力使用。輪子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，就產(chǎn)生少量的儲(chǔ)存電荷，典型情況是5-10毫微庫(kù)侖。
除了由于與公路表面接觸輪子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生儲(chǔ)存的電荷外，裝置10還將另外的激勵(lì)力傳輸?shù)綁弘娫?4，例如，由于公路表面缺陷的振動(dòng)造成的加速/減速，或輪子本身的不平衡力。如上所述，如果激勵(lì)足夠產(chǎn)生使壓電圓盤14形變，則將產(chǎn)生額外儲(chǔ)存的電荷并儲(chǔ)存在電容器中。
在某些情況下，如上所述，作用在汽車輪胎內(nèi)部裝置10上的力將不能充分使壓電圓盤14均勻彎曲。取而代之的是，變形將在緊鄰驅(qū)動(dòng)器且與驅(qū)動(dòng)器接觸的點(diǎn)為圓盤14的結(jié)構(gòu)局部“擠壓”的形式。在操作中，圓盤結(jié)構(gòu)的局部“擠壓”也在穿過(guò)元件11的截面上產(chǎn)生勢(shì)能差，以用于產(chǎn)生基本為上述的電荷。
裝置10的特殊優(yōu)點(diǎn)在于控制電路作為用于壓電元件11的驅(qū)動(dòng)塊使用。在說(shuō)明的實(shí)施方式中，罩28、PCB32以及灌注混合物34的重量作為單一裝置操作以起到用于壓電圓盤14的驅(qū)動(dòng)塊/激勵(lì)器的作用，而不需要任何額外的塊。因此，整體上減少了發(fā)電器的重量，以最大限度地減少由于鄰接固定在汽車輪胎中區(qū)域的裝置11造成的局部磨損，因此，降低了出現(xiàn)在輪胎面中的局部禿點(diǎn)的可能性。
基座16的外表面C可以包括用于與汽車輪胎的內(nèi)部圖形互補(bǔ)結(jié)合的外部輪廓，以進(jìn)一步限制使用時(shí)輪胎上的局部磨損作用。
為了利用發(fā)電器產(chǎn)生的少量電力并去除備份電池以提供給輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備電力的需要，超低的電力消耗協(xié)議用于控制通過(guò)電容器儲(chǔ)存的電力消耗。
現(xiàn)在將通過(guò)實(shí)施例的方式說(shuō)明輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備的操作，說(shuō)明實(shí)現(xiàn)的步驟以保證實(shí)現(xiàn)最佳的低電力協(xié)議，參照?qǐng)D5，以監(jiān)測(cè)設(shè)備的“睡眠”模式開始。如上所述，輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備包括具有壓電發(fā)電器的裝置10、微處理器、射頻(RF)發(fā)射機(jī)、壓力和溫度傳感器電路、以及監(jiān)控和控制電路。
實(shí)施例1步驟1微處理器在“睡眠”模式，其中除監(jiān)測(cè)器電路之外，所有的內(nèi)部處理為暫停，用于監(jiān)測(cè)微處理器的“喚醒”要求。在此實(shí)施方式中，監(jiān)測(cè)器電路監(jiān)測(cè)位于裝置中的微處理器外部的液晶振蕩器形式的外部參考時(shí)鐘。因此，在睡眠模式中，大多數(shù)微處理器電路為不能運(yùn)行狀態(tài)，且輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備的能量消耗在最低狀態(tài)，例如接近24微安培的供給電流。
步驟2在預(yù)定時(shí)間后，在此實(shí)施方式中為60秒，監(jiān)測(cè)電路“喚醒”微處理器。當(dāng)“喚醒”時(shí)，微處理器從外部時(shí)鐘轉(zhuǎn)換到內(nèi)部電阻電容振蕩器形式的內(nèi)部時(shí)鐘。實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換可促進(jìn)模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的更高速度操作，以及接下來(lái)汽車監(jiān)測(cè)設(shè)備使用的計(jì)算。此轉(zhuǎn)換還將電力傳輸?shù)轿⑻幚砥鞯膬?nèi)部電路上，其允許用于微處理器的主要程序并可以使微處理器進(jìn)入測(cè)量和控制階段。
步驟3一旦微處理器已經(jīng)“喚醒”，電力提供到溫度和壓力傳感器電路。當(dāng)微處理器測(cè)量輪胎內(nèi)的局部壓力和溫度后，經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間后，在此實(shí)施方式中為0.5毫秒，有利于傳感器電路的設(shè)置。這些值儲(chǔ)存在微處理器內(nèi)，且瞬時(shí)消除傳輸?shù)絺鞲衅麟娐返碾娏Α?br> 步驟4儲(chǔ)存的壓力和溫度值與傳感器識(shí)別和周期的冗余校驗(yàn)鏈接在一起以形成數(shù)據(jù)包，用于傳輸?shù)狡噧?nèi)的接收器裝置/顯示裝置。
步驟5然后，微處理器從內(nèi)部時(shí)鐘轉(zhuǎn)換回到外部時(shí)鐘。此改變用于保證通過(guò)射頻(RF)連接的數(shù)據(jù)傳送的精確時(shí)間信號(hào)，由于外部時(shí)鐘為石英晶體時(shí)間參考裝置，其保證比內(nèi)部時(shí)鐘獲得更高的絕對(duì)頻率精確度。
步驟6微處理器設(shè)定控制線到3v的邏輯高值，其允許使用RF發(fā)射機(jī)，因此使其發(fā)射射頻載波。經(jīng)過(guò)接近1毫秒的設(shè)定時(shí)間，以有利于在從PCB32傳輸數(shù)據(jù)前設(shè)定發(fā)射機(jī)元件。用于偏置射頻數(shù)據(jù)限制器的模擬位組合格式與傳感器識(shí)別和用于周期的冗余校驗(yàn)鏈接。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為調(diào)制到433MHz無(wú)線電波的用于傳播到接收器裝置的頻率。
步驟7傳輸數(shù)據(jù)并瞬時(shí)抑制傳輸?shù)絉F接收器的電力，微處理器重新進(jìn)入‘睡眠模式’的點(diǎn)。
因此，通過(guò)利用上述實(shí)施例1-7步驟說(shuō)明的低電力協(xié)議，輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備只利用了來(lái)自發(fā)電器的最少量電力傳輸輪胎內(nèi)局部壓力和溫度的讀數(shù)。當(dāng)使用后，參照上述步驟2，微處理器保持在睡眠模式預(yù)定的周期，參照?qǐng)D1到4的說(shuō)明，同時(shí)儲(chǔ)存在電容器中的能量通過(guò)壓電陶瓷圓盤14的激勵(lì)重新充電。因此，利用步驟1-7的連續(xù)循環(huán)，輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備可以利用壓電陶瓷圓盤14產(chǎn)生的少量電荷監(jiān)測(cè)輪胎的局部條件，而不需要提供備份電池。連續(xù)循環(huán)在輪胎正常操作條件期間非常有利，從而可以監(jiān)測(cè)表示輪胎潛在問(wèn)題或失效的輪胎壓力和溫度的任何改變，例如，以排除爆胎。這在汽車高速行駛時(shí)特別有利。
重要的是，在用于遙測(cè)裝置協(xié)議中有三方面相互關(guān)聯(lián)的臨界因素，在壓電元件的電荷產(chǎn)生量、電荷儲(chǔ)存尺寸和效率、和通過(guò)發(fā)射機(jī)“起動(dòng)”時(shí)間控制的RF發(fā)射機(jī)的可靠性之間。對(duì)于規(guī)定形式的壓電元件，具有用于發(fā)電器的最佳電荷容量以及用于RF發(fā)射機(jī)的最佳發(fā)射時(shí)間。壓電元件必須具有足夠的電荷產(chǎn)生以克服儲(chǔ)存電容器的阻抗，且電容器必須具有足夠的電容以保持需要進(jìn)行測(cè)量/發(fā)射周期的電荷要求，RF發(fā)射機(jī)“起動(dòng)”時(shí)間，即當(dāng)發(fā)射機(jī)為激活且發(fā)射時(shí)，必須具有足夠的電荷以在儲(chǔ)存的能量消耗盡之前傳輸數(shù)據(jù)的最大周期以及在RF連接的可靠性為副作用下的最小周期之間保持最佳。如果傳輸時(shí)間在最佳周期之外延伸，則數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行ьl率減少到規(guī)定的容量。
用于輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備中相對(duì)汽車每個(gè)輪胎的每個(gè)傳感器電路傳輸?shù)杰囕d接收器裝置的數(shù)據(jù)在顯示裝置上顯示給汽車駕駛員。顯示裝置可以利用可視化數(shù)據(jù)和/或通過(guò)視聽裝置顯示，例如連接到汽車中的視聽系統(tǒng)告訴駕駛員。
汽車的每個(gè)輪胎/車輪都通過(guò)相對(duì)位于該輪胎內(nèi)具體傳感器的獨(dú)特識(shí)別特征進(jìn)行標(biāo)識(shí)。此識(shí)別特征還表現(xiàn)在與來(lái)自輪胎內(nèi)傳感器的數(shù)據(jù)組合的顯示裝置上。在汽車輪子移動(dòng)到汽車另一位置的情況下，其仍然可以與顯示裝置上的相關(guān)信息相關(guān)。適合的識(shí)別特征包括色彩編碼符號(hào)和α數(shù)字符號(hào)。
每個(gè)傳感器都具有唯一的電子序號(hào)，其有助于無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的安全。唯一的電子序號(hào)還可以起到用于標(biāo)簽特征的作用以用于安全及防止偽造的目的。
參照發(fā)電器的優(yōu)選實(shí)施方式，已經(jīng)說(shuō)明了可儲(chǔ)存電荷通過(guò)汽車車輪每旋轉(zhuǎn)一圈由壓電元件產(chǎn)生的情況，因此，可以清晰地看出，電荷的產(chǎn)生正比于汽車的運(yùn)行速度。在以上電力消耗協(xié)議的實(shí)施例中，從輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和用于測(cè)量和傳輸另外讀取的微處理器“喚醒”之間的時(shí)間延遲設(shè)定為預(yù)定值。在緩慢運(yùn)行的汽車中，在預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生和儲(chǔ)存的電荷小于在同樣的時(shí)間周期中以更快的速度運(yùn)行的汽車產(chǎn)生和儲(chǔ)存的電荷。因此，微處理器“喚醒”之間的時(shí)間間隔設(shè)定為預(yù)定值，選擇為產(chǎn)生和儲(chǔ)存足夠的電荷以用于緩慢運(yùn)行的車輛，例如，25kmh的輪胎的參數(shù)的測(cè)量和傳輸。
然而，隨著汽車速度的增加，電荷產(chǎn)生的速度也增加。因此，要求產(chǎn)生足夠的電荷以使輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量和傳輸輪胎參數(shù)的時(shí)間周期減少。
為了獲得此優(yōu)點(diǎn)，需要改進(jìn)上述低能量協(xié)議以便微處理器為從相對(duì)汽車的速度或儲(chǔ)存在電容器中電荷狀態(tài)的函數(shù)的間隔的其睡眠模式“喚醒”，其可以使數(shù)據(jù)傳輸正比于汽車速度的變化。
下列實(shí)施例顯示了操作的優(yōu)選實(shí)施方式，其中從輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速度正比于汽車速度，基本與上述實(shí)施例1相同，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在“睡眠”模式開始。
實(shí)施例2步驟1如上所述，當(dāng)車輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過(guò)發(fā)電器產(chǎn)生儲(chǔ)存的電力輸出。在此實(shí)施例中，此發(fā)電器的特征用于監(jiān)測(cè)汽車的速度和/或電容器電荷的狀態(tài)。每個(gè)儲(chǔ)存電力輸出的一少部分都為調(diào)制信號(hào)以考慮在輪子旋轉(zhuǎn)期間壓電圓盤14經(jīng)經(jīng)受的電力的誤觸發(fā)，例如，由于路面的不完整造成的振動(dòng)引起的加速/形變。然后，將調(diào)制的信號(hào)供給到微處理器中的中斷電路，其即刻從睡眠模式喚醒微處理器并增加微處理器中的計(jì)數(shù)器。然后，微處理器馬上返回到睡眠模式。
步驟2現(xiàn)在已經(jīng)知道輪子每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)產(chǎn)生的平均電荷和足夠測(cè)量和傳輸來(lái)自裝置10的儲(chǔ)存的電荷值的數(shù)據(jù)。因此，可以計(jì)算出要求用于電容器的計(jì)數(shù)器的“中斷”或增加的次數(shù)以存儲(chǔ)足夠的用于測(cè)量和傳輸來(lái)自設(shè)備的數(shù)據(jù)的電荷。因此，當(dāng)輪子旋轉(zhuǎn)預(yù)定轉(zhuǎn)數(shù)后，例如50轉(zhuǎn)，微處理器可以設(shè)定為基本與實(shí)施例1的步驟2所述相同的“喚醒”。在此點(diǎn)，電力起動(dòng)微處理器的內(nèi)部電路，其允許使用微處理器的主程序并使微處理器進(jìn)入測(cè)量和控制狀態(tài)。
微處理器的內(nèi)時(shí)鐘監(jiān)測(cè)完成預(yù)定轉(zhuǎn)數(shù)花費(fèi)的時(shí)間。因此，可以從經(jīng)過(guò)的時(shí)間計(jì)算出在時(shí)間周期內(nèi)的汽車平均速度值以及交叉參考與車輪直徑相關(guān)的數(shù)據(jù)表計(jì)算出經(jīng)過(guò)的距離。
步驟3如實(shí)施例1所述，一旦微處理器已經(jīng)“喚醒”，則電力將提供到溫度和壓力傳感器電路。當(dāng)微處理器測(cè)量輪胎內(nèi)的局部壓力和溫度后，經(jīng)過(guò)規(guī)定的時(shí)間，例如500毫秒，以有利于傳感器電路的設(shè)置。這些值儲(chǔ)存在微處理器內(nèi)，且瞬時(shí)地消除傳輸?shù)絺鞲衅麟娐返碾娏Α?br> 步驟4如實(shí)施例1的步驟4所述，儲(chǔ)存的壓力和溫度值與傳感器識(shí)別和周期冗余校驗(yàn)以及步驟2期間計(jì)算的速度值鏈接。
接下來(lái)的步驟5到7基本與以上實(shí)施例說(shuō)明的步驟5到7同樣進(jìn)行。
由于數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣扰c汽車的速度成正比，因此，此操作模式主要對(duì)已知的輪胎監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行了安全改進(jìn)，其中根據(jù)汽車的速度進(jìn)行信息傳輸和定期更新。此具有的特殊優(yōu)點(diǎn)在于更容易監(jiān)測(cè)出輪胎的災(zāi)難性失效，這在汽車高速行駛中可能造成更嚴(yán)重的后果。裝置10在汽車高速行駛時(shí)比在低速行駛時(shí)更經(jīng)常地定期更新，例如，通過(guò)警告司機(jī)汽車輪胎的任何消氣從而改進(jìn)汽車的安全性。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的電力/傳感器或遙測(cè)裝置在圖6到11中顯示為100，其基本與上述裝置10相對(duì)應(yīng)。
如圖6所示，裝置100包括外殼112，其由基座部分116和固定在基座部分116上的罩128組成。外殼112可拆除地固定在由橡膠或任何適合的材料制作的彈性基座或底腳151上。一對(duì)彈性?shī)A臂153可樞轉(zhuǎn)地設(shè)置在底腳151上，用于與外殼112的基座部分116上的成型部分117彈壓配合作用。例如，裝置100以通過(guò)從其與成型部分117的作用撤除臂153，以方便地從底腳151拆除，用于使用新的底腳151以修理或安裝在另一輪胎中。
如圖10和11所示，底腳151適用于永久地固定到輪胎的內(nèi)表面159并可以在使用后與輪胎一起處理掉。在底腳151中設(shè)置了兩個(gè)空氣通道155，其具有在使用時(shí)允許空氣繞裝置100運(yùn)動(dòng)以及設(shè)置充分柔性的底腳以有助于對(duì)裝置100內(nèi)部元件的保護(hù)和吸收沖擊的雙重作用，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)期間輪胎的彎曲傳播到裝置100的內(nèi)部元件。
底腳151總體上為橢圓并具有比外殼112的基座部分116更大的表面面積。底腳151的形狀和尺寸設(shè)計(jì)為在輪胎上傳播裝置100的載荷，以減少裝置100區(qū)域中不利輪胎的磨損，另外還希望當(dāng)在輪胎內(nèi)設(shè)置局部塊時(shí)，裝置100的質(zhì)量在30-50克之間的區(qū)域。
參照?qǐng)D7到9，將具體說(shuō)明外殼112和裝置100內(nèi)部元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
主要參照?qǐng)D1到4的說(shuō)明，裝置100包括固定在黃銅支撐盤115上的壓電元件114。外殼112的基座部分116限定通過(guò)基座壁120和外壁121形成的隔間118。凹槽122形成于外壁121中，用于支撐一部分黃銅圓盤115的外圍。當(dāng)支撐在基座部分116上時(shí)，黃銅圓盤115的中心部分間隔基座壁120一段距離。在此實(shí)施方式中，設(shè)置了延伸過(guò)部分凹槽122的分隔片123，用于與黃銅圓盤115的外圍作用，以保持黃銅圓盤115，從而使壓電元件114保持在基座部分116上。
裝置100包括限定腔體137的整體塊鑄造的驅(qū)動(dòng)器136，其可移動(dòng)地固定在外殼112中。對(duì)應(yīng)于參照?qǐng)D1到4所述的PCB 32的印刷電路板或PCB(未示出)固定在腔137體中。PCB通過(guò)電線(未示出)與壓電陶瓷圓盤114電連通，其在腔體137的地板上穿過(guò)孔139。PCB通過(guò)灌注混合物(未示出)在裝置100安裝和搬運(yùn)期間保護(hù)PCB牢固地位于驅(qū)動(dòng)器136上，并在使用時(shí)防止旋轉(zhuǎn)氣胎內(nèi)的惡劣環(huán)境。
從圖8可以看出，延長(zhǎng)凸出部分或凸出前端144形成于驅(qū)動(dòng)器136的下側(cè)。從圖9可以看出，在外殼112中的正常靜止位置，凸出前端144與壓電陶瓷元件114接觸。在靜止位置，驅(qū)動(dòng)器136的下側(cè)與基座部分116的內(nèi)表面間隔接近0.3mm的一段距離。
在使用中，壓電元件114在驅(qū)動(dòng)塊的作用下在基座壁120的方向形變，因此，可以清晰地看出，最大的形變限制為接近0.3mm，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器136的外圍與內(nèi)表面141接觸時(shí)。此最大形變限制為保護(hù)壓電元件114免于受到過(guò)大的彎曲，并可以為任意適合的距離，例如在0.2和0.5mm之間?？梢郧逦乜闯?，PCB元件和灌注混合物形成用于具有驅(qū)動(dòng)器136的壓電元件激勵(lì)的驅(qū)動(dòng)塊的部分。
外殼112由塑料噴射注模形成并適合于承受汽車氣胎內(nèi)的惡劣環(huán)境。壓電陶瓷圓盤114、驅(qū)動(dòng)器136以及控制電路形式為在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式中使用的發(fā)電器的一部分。
裝置100的操作基本與裝置10相同，因此，如上所述，裝置100的操作在此不作重點(diǎn)說(shuō)明。
總之，可以清晰地看出，裝置10、100每個(gè)都作為遙測(cè)裝置，其可以測(cè)量和傳輸位于裝置附近相關(guān)輪胎條件的數(shù)據(jù)。
通過(guò)可以永久連接到輪胎的犧牲底腳151，將輪胎中的遙測(cè)裝置固定到輪胎的內(nèi)表面的主旨概念不局限于上述具有壓電發(fā)電器的裝置的應(yīng)用。底腳可以與任何適合的遙測(cè)裝置一起使用。因此，申請(qǐng)人可以以獨(dú)立權(quán)利要求保護(hù)此主旨概念。
權(quán)利要求
1.一種用于固定在氣胎內(nèi)的發(fā)電器，所述發(fā)電器包括壓電元件、設(shè)置用于與壓電元件接觸的驅(qū)動(dòng)塊以及與壓電元件電連通的控制電路，其中驅(qū)動(dòng)塊設(shè)置為在使用時(shí)響應(yīng)作用在驅(qū)動(dòng)塊上的外力使壓電元件形變以產(chǎn)生電荷，其特征在于控制電路形成驅(qū)動(dòng)塊的至少一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)電器，其特征在于發(fā)電器包括用于壓電元件的外殼、驅(qū)動(dòng)塊和控制電路，外殼適用于固定在氣胎內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電器，其特征在于外殼的外表面具有適合于連接到汽車輪胎的弧形內(nèi)表面的基本弧形輪廓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的發(fā)電器，其特征在于外殼的外表面包括用于與汽車輪胎的內(nèi)部圖形互補(bǔ)結(jié)合的外部輪廓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)電器，其特征在于外殼可松開地固定到適合于連接到輪胎的內(nèi)壁面的底腳上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)電器，其特征在于外殼通過(guò)夾子可松開地固定到底腳上。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的發(fā)電器，其特征在于底腳包括在使用時(shí)用于使空氣繞外殼運(yùn)動(dòng)的通道。
8.根據(jù)權(quán)利要求2到7中任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于在驅(qū)動(dòng)塊作用下壓電元件的最大形變通過(guò)部分外殼進(jìn)行限制。
9.根據(jù)權(quán)利要求2到8中任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于外殼包括基壁，且壓電元件支撐在遠(yuǎn)離基壁的元件中心區(qū)域的外殼上，而其中基壁用于限制壓電元件的最大形變量。
10.根據(jù)先前所述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于，壓電元件為壓電陶瓷圓盤的形式。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)電器，其特征在于壓電陶瓷圓盤具有半徑R，并固定在半徑大于R的支撐圓盤上。
12.根據(jù)權(quán)利要求2到11中任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于驅(qū)動(dòng)塊包括可移動(dòng)地固定在外殼中并用于與壓電元件接觸的驅(qū)動(dòng)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)電器，其特征在于驅(qū)動(dòng)器包括設(shè)置用于與壓電元件接觸的凸出部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)電器，其特征在于，凸出部分為延長(zhǎng)形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的發(fā)電器，其特征在于凸出部分與壓電元件的中心區(qū)域接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，當(dāng)從屬于權(quán)利要求11時(shí)，其中凸出部分設(shè)置為用于與圓盤直徑接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求12到16中任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于，控制電路固定在驅(qū)動(dòng)器上。
18.根據(jù)權(quán)利要求12到16中任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于外殼包括適用于驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)的罩，且其中控制電路固定在罩上。
19.根據(jù)先前所述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于驅(qū)動(dòng)塊設(shè)置在外殼中用于在離心力作用下與壓電元件接觸。
20.根據(jù)先前所述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于控制電路封閉在也結(jié)合到驅(qū)動(dòng)塊上的灌注混合物中。
21.根據(jù)先前所述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于控制電路包括用于監(jiān)測(cè)位于外殼周圍的環(huán)境參數(shù)的傳感器電路。
22.根據(jù)先前所述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于發(fā)電器形成遙測(cè)裝置的部分且控制電路包括用于監(jiān)測(cè)位于裝置周圍的環(huán)境參數(shù)的傳感器電路。
23.根據(jù)先前所述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的發(fā)電器，其特征在于控制電路包括低電力消耗協(xié)議，用于使產(chǎn)生電力的消耗最小化。
24.一種在此已經(jīng)基本說(shuō)明且在圖1到5和6到11顯示的發(fā)電器。
全文摘要
遙測(cè)裝置(100)設(shè)置用于固定在氣胎內(nèi)。裝置(100)包括用于將電力提供到裝置(100)的壓電發(fā)電器。壓電元件(114)支撐在具有設(shè)置用于與元件(114)接觸的驅(qū)動(dòng)器(136)的外殼(112)中，以便在輪胎旋轉(zhuǎn)期間響應(yīng)作用在驅(qū)動(dòng)器(136)上的外力使元件(114)發(fā)生形變。輪胎每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，通過(guò)元件(114)的形變產(chǎn)生電荷的周期脈沖。在電力消耗協(xié)議下儲(chǔ)存和使用電荷以操作壓力和溫度傳感器，并從裝置(100)傳輸數(shù)據(jù)。遙測(cè)電路固定以用于與驅(qū)動(dòng)器(136)一起運(yùn)動(dòng)，因此，結(jié)合到元件(114)上的驅(qū)動(dòng)塊。
文檔編號(hào)B60C23/04GK1717339SQ200380104140
公開日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2003年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月1日
發(fā)明者杰弗里·哈斯韋爾, 西蒙·威廉·福西斯, 保羅·里斯·霍爾茲沃思, 斯蒂芬·約翰·鮑爾斯, 大衛(wèi)·馬修·斯馬特, 米格爾·耶穌·加西亞-埃爾南德斯, 胡安·安東尼奧·查維斯-多明格斯, 安東尼奧·圖羅-佩羅宜, 若爾迪·薩拉薩爾-佐勒 申請(qǐng)人:皮爾泰克有限公司