專(zhuān)利名稱(chēng)：由旋轉(zhuǎn)輪胎的機(jī)械能產(chǎn)生電能的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及使壓電結(jié)構(gòu)受到傳統(tǒng)輪胎旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，由此產(chǎn)生用于集成的輪胎電子器件的電能的系統(tǒng)和方法。壓電技術(shù)用于將與輪胎彎曲相關(guān)的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電荷，該電荷然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)并且儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)裝置中。然后這種存儲(chǔ)能量的充分積累能夠?yàn)殡娮酉到y(tǒng)供能，該電子系統(tǒng)包括用于識(shí)別各種輪胎物理參數(shù)的部件以及射頻(RF)發(fā)射裝置。
背景技術(shù)：
電子器件與氣胎結(jié)構(gòu)的結(jié)合具有許多實(shí)用優(yōu)點(diǎn)。輪胎電子器件可以包括傳感器和用于獲得關(guān)于諸如溫度、壓力、輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、車(chē)速等輪胎的各種物理參數(shù)信息的其它部件。這樣的性能信息可以有助于輪胎監(jiān)視和警報(bào)系統(tǒng)，甚至可以潛在地用于反饋系統(tǒng)，以用于調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)妮喬毫λ健?br> 美國(guó)專(zhuān)利No.5749984(Frey等人)公開(kāi)了一種能夠確定諸如輪胎偏轉(zhuǎn)、輪胎速度和輪胎轉(zhuǎn)數(shù)這樣的信息的輪胎監(jiān)視系統(tǒng)和方法。輪胎監(jiān)視系統(tǒng)的另一例子可以在美國(guó)專(zhuān)利No.4510484(Snyder)中找到，該專(zhuān)利涉及異常輪胎狀況警報(bào)系統(tǒng)。美國(guó)專(zhuān)利No.4862486(Wing等人)也涉及輪胎電子器件，尤其公開(kāi)了一種與汽車(chē)和卡車(chē)輪胎結(jié)合使用的典型的旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器。
由與輪胎結(jié)構(gòu)集成的電子系統(tǒng)所提供的另一潛在可能性對(duì)應(yīng)于財(cái)產(chǎn)跟蹤和商用車(chē)輛應(yīng)用的性能描述。商用卡車(chē)車(chē)隊(duì)，航空飛行器和重型推土機(jī)/采礦運(yùn)載工具都是能夠利用輪胎電子系統(tǒng)和相關(guān)信息傳輸?shù)目尚械墓I(yè)領(lǐng)域。輪胎傳感器能夠確定車(chē)輛中每個(gè)輪胎移動(dòng)的距離，并且因此幫助為該商用系統(tǒng)做出維護(hù)計(jì)劃?？梢詾橹T如那些涉及推土采礦設(shè)備的更昂貴應(yīng)用來(lái)優(yōu)化車(chē)輛位置和性能?？梢允褂肦F標(biāo)記發(fā)射來(lái)跟蹤全部車(chē)隊(duì)的車(chē)輛，其典型的方面公開(kāi)于美國(guó)專(zhuān)利No.5457447(Ghaem等人)。
這種集成的輪胎電子系統(tǒng)已經(jīng)傳統(tǒng)地通過(guò)各種技術(shù)和不同的能量產(chǎn)生系統(tǒng)而進(jìn)行了增強(qiáng)。用于從輪胎運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生能量的機(jī)械部件公開(kāi)于美國(guó)專(zhuān)利No.4061200(Thompson)和3760351(Thomas)中。這些例子提供了龐大復(fù)雜的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通常不適合與現(xiàn)代的輪胎應(yīng)用結(jié)合。
一些輪胎電子系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò)各種壓電裝置進(jìn)行了增強(qiáng)。美國(guó)專(zhuān)利No.6438193(Ko等人)公開(kāi)了一種自供能的輪胎旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器，該輪胎旋轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)器包括以一種方式安裝在輪胎中的壓電元件，使得當(dāng)輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)該壓電元件受到周期性的機(jī)械應(yīng)力，并且作為響應(yīng)提供周期性的脈沖。用于為輪胎電子系統(tǒng)供能的壓電裝置的另一例子公開(kāi)于美國(guó)專(zhuān)利No.4510484(Snyder)中，該專(zhuān)利涉及圍繞輪胎的輻射中心線(xiàn)對(duì)稱(chēng)地設(shè)置的壓電簧片電源。
用于為輪胎電子系統(tǒng)供能的另一典型解決方案對(duì)應(yīng)于使用不可再充電的電池，由于正確的電子系統(tǒng)操作取決于周期性的電池替換，因此這固有地為輪胎用戶(hù)造成了麻煩。傳統(tǒng)的電池也常常包含污染環(huán)境的重金屬，尤其當(dāng)大量使用的時(shí)候，這會(huì)帶來(lái)處理問(wèn)題。而且，當(dāng)為功能復(fù)雜的電子器件應(yīng)用提供能量時(shí)電池傾向于很快地耗盡其能量。電池存儲(chǔ)耗盡尤其在較遠(yuǎn)距離地發(fā)送信息的電子系統(tǒng)中很普遍，例如從卡車(chē)車(chē)輪位置發(fā)送到卡車(chē)車(chē)廂中的接收器。即使當(dāng)電池用于從車(chē)輪位置發(fā)送到更近的接收位置的電子系統(tǒng)，信息也典型地經(jīng)過(guò)從RF接收位置到車(chē)輛駕駛室的硬連線(xiàn)傳輸介質(zhì)而被延遲，因此需要在車(chē)輛中安裝附加的并且常常是昂貴的通信硬件。
為輪胎監(jiān)視系統(tǒng)供能的另一種已知方法涉及使用靠近輪胎和集成的電子部件的探詢(xún)天線(xiàn)來(lái)收集(scavenging)RF射束能量。從天線(xiàn)發(fā)射的能量被收集從而為電子器件提供能量，所述電子器件必須常常是專(zhuān)門(mén)的超低功率電子器件，其功率被限制在幾微瓦之內(nèi)。由于有限的發(fā)射范圍，與射束供能的電子器件結(jié)合使用的探詢(xún)天線(xiàn)必須典型地妥善放置到較靠近(大約在兩英尺內(nèi))每個(gè)車(chē)輪的位置。這典型地要求每個(gè)車(chē)輛具有多個(gè)探詢(xún)天線(xiàn)，因此增加了潛在的設(shè)備費(fèi)用。每個(gè)天線(xiàn)也很容易受到道路事故的損壞，因此由于多種原因天線(xiàn)不是用于為某些輪胎電子應(yīng)用供能的最理想的解決方案。
所有前述的美國(guó)專(zhuān)利的公開(kāi)都全部包含在本申請(qǐng)中以作參考。盡管各種輪胎電子系統(tǒng)和能量產(chǎn)生系統(tǒng)已經(jīng)得到了發(fā)展，但是還沒(méi)有出現(xiàn)通常包括根據(jù)該主題技術(shù)在后面提出的所有理想特征的設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)所遇到的以及本主旨所解決的公認(rèn)特征，開(kāi)發(fā)出了一種為集成到輪胎結(jié)構(gòu)中的電子系統(tǒng)供能的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。使用壓電技術(shù)將與輪胎彎曲相關(guān)的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電荷，該電荷然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)并且儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)裝置中。然后這種存儲(chǔ)能量的充分積累能夠?yàn)殡娮酉到y(tǒng)供能，該電子系統(tǒng)包括用于識(shí)別各種輪胎物理參數(shù)的部件以及射頻(RF)發(fā)射裝置。
根據(jù)該公開(kāi)技術(shù)的更特別的方面，本主旨的目標(biāo)是提供一種帶有集成的自供能的電子部件的氣胎。這種電子部件由從集成的壓電結(jié)構(gòu)獲得的能量自供能，并且可以適合許多電子應(yīng)用。一個(gè)典型的電子器件應(yīng)用涉及輪胎監(jiān)視系統(tǒng)，該監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)成測(cè)量和發(fā)送諸如壓力和溫度這樣的關(guān)于輪胎狀況的信息，以及諸如輪胎轉(zhuǎn)數(shù)或一般的輪胎識(shí)別變量這樣的信息。
主題輪胎電子系統(tǒng)和壓電能量產(chǎn)生裝置的各種特征和方面具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。公開(kāi)的技術(shù)提供了不依靠電池替換的自供能輪胎電子系統(tǒng)。盡管電池和電池操作裝置仍可以與本主旨的多個(gè)方面結(jié)合，但是根據(jù)公開(kāi)的技術(shù)能夠避免關(guān)于僅僅由電池供能的輪胎電子器件的復(fù)雜性。
本主旨的另一優(yōu)點(diǎn)在于提供了一種輪胎監(jiān)視系統(tǒng)，該輪胎監(jiān)視系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的輪胎監(jiān)視系統(tǒng)減少了所需的信號(hào)硬件。通過(guò)提供一種自供能的輪胎監(jiān)視系統(tǒng)，不需要收集天線(xiàn)或帶有附加硬連線(xiàn)的多個(gè)接收位置。這種輪胎監(jiān)視器系統(tǒng)的部件能夠集成到給定車(chē)輛上的每個(gè)獨(dú)立的輪胎結(jié)構(gòu)中，使得單獨(dú)接收器(典型地位于車(chē)廂中)能夠獲得由每個(gè)輪胎集成的電子器件發(fā)送的信息。
本主旨的另一優(yōu)點(diǎn)在于在能夠用于輪胎和車(chē)輪組件結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子設(shè)備的類(lèi)型和數(shù)量方面具有更少的限制。由傳統(tǒng)方法而不是根據(jù)該公開(kāi)的壓電技術(shù)供能的輪胎電子器件常常限定于超低功率的裝置。根據(jù)該公開(kāi)技術(shù)的裝置不必受到這種極端功率的限制。由于更多的部件和/或更高能級(jí)的設(shè)備可以潛在地被利用，因此該優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步促進(jìn)了輪胎電子器件的更大功能性。
本主旨的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)在于能夠根據(jù)多種現(xiàn)有應(yīng)用而使用用于產(chǎn)生能量和利用該能量的公開(kāi)的系統(tǒng)和方法。測(cè)量能力、監(jiān)視和警報(bào)系統(tǒng)、車(chē)輛反饋系統(tǒng)、和財(cái)產(chǎn)跟蹤潛力能夠用于諸如商用卡車(chē)車(chē)隊(duì)、飛機(jī)、和采礦/推土設(shè)備這樣的應(yīng)用。
在本主旨的一個(gè)典型實(shí)施例中，帶有集成的能量產(chǎn)生部件的氣胎組件包括輪胎結(jié)構(gòu)、壓電裝置、能量存儲(chǔ)裝置和電子組件。該輪胎結(jié)構(gòu)的特征在于具有用于接觸地面的外胎面部分的胎冠、用于將輪胎固定到輪緣的胎邊部分、和在每個(gè)胎邊部分和胎冠之間延伸的側(cè)壁部分。所述壓電裝置構(gòu)造成當(dāng)輪胎結(jié)構(gòu)受到機(jī)械應(yīng)變時(shí)在其中產(chǎn)生電荷。所述能量存儲(chǔ)裝置連接到壓電裝置以接收和儲(chǔ)存在壓電裝置中產(chǎn)生的選定數(shù)量的電荷。電子組件連接到能量存儲(chǔ)裝置，從而電子組件的選定部件由能量存儲(chǔ)裝置中儲(chǔ)存的電荷供能。
在本技術(shù)的另一典型實(shí)施例中，與預(yù)定物理環(huán)境集成的電子組件包括壓電裝置、至少一個(gè)傳感器和天線(xiàn)。該壓電裝置包括至少一個(gè)壓電晶片，并且構(gòu)造成當(dāng)受到機(jī)械力時(shí)在其中產(chǎn)生電荷。所述至少一個(gè)傳感器由壓電裝置內(nèi)產(chǎn)生的電荷供能，并且確定關(guān)于預(yù)定物理環(huán)境的預(yù)選特征的信息。所述天線(xiàn)連接到所述至少一個(gè)傳感器，用于發(fā)射代表關(guān)于所述預(yù)選特征的確定信息的RF信號(hào)，在一些實(shí)施例中該RF信號(hào)對(duì)應(yīng)于諸如壓力和溫度這樣的信息。在一些實(shí)施例中可以提供微控制器，所述微處理器也由壓電裝置內(nèi)產(chǎn)生的電荷供能，并且連接到所述至少一個(gè)傳感器，用于處理從所述傳感器接收的信息并用于產(chǎn)生表示預(yù)定物理環(huán)境的預(yù)選特征的選擇信息。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可以提供RF發(fā)射器以接收來(lái)自微控制器的選擇信息，將該信息調(diào)制為載波信號(hào)，并將該信息通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射到遠(yuǎn)程接收位置。
本技術(shù)的進(jìn)一步典型實(shí)施例包括輪胎結(jié)構(gòu)、多個(gè)壓電裝置、和至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。該輪胎結(jié)構(gòu)的特征在于具有用于接觸地面的外胎面部分的胎冠、用于將輪胎固定到輪緣的胎邊部分、和在每個(gè)胎邊部分和胎冠之間延伸的側(cè)壁部分。所述多個(gè)壓電裝置集成在整個(gè)輪胎結(jié)構(gòu)中的分散位置，并且分別構(gòu)造成當(dāng)輪胎結(jié)構(gòu)受到機(jī)械應(yīng)變時(shí)在其中產(chǎn)生電荷。所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置連接到壓電裝置以接收電荷并在其中儲(chǔ)存選定的數(shù)量。在一些實(shí)施例中，為每一個(gè)壓電裝置提供一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置。所述一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置可以用于為集中的電子模塊或多個(gè)不同的電子模塊供能。
根據(jù)當(dāng)前該公開(kāi)技術(shù)的更特別的實(shí)施例，前述壓電裝置(一個(gè)或多個(gè))的一些實(shí)施例可以對(duì)應(yīng)于帶有嵌入到環(huán)氧樹(shù)脂基體中的多個(gè)壓電光纖的光纖組合結(jié)構(gòu)。該壓電裝置(一個(gè)或多個(gè))可以可選擇地包括壓電陶瓷晶片，該壓電陶瓷晶片基本由保護(hù)套圍繞并且?guī)в星度氲挠糜谶B接到壓電陶瓷晶片(例如，通過(guò)電極)的第一和第二電導(dǎo)線(xiàn)。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，該壓電裝置(一個(gè)和多個(gè))包括一層壓電陶瓷材料，該層壓電陶瓷材料分別帶有用聚酰亞胺粘合劑(例如，高溫?zé)崴苄跃埘啺?粘附到其相對(duì)側(cè)的導(dǎo)電層(例如，鋁和不銹鋼層)。壓電裝置有時(shí)可以包括多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)在一起的壓電元件。這樣的多個(gè)壓電元件也可以按照同相或相反的極化方向構(gòu)造并按照d33或d31位移模式(displacement mode)構(gòu)造。
這里的詳細(xì)描述闡述了本主旨的另外的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)，或者本領(lǐng)域普通技術(shù)人員從這里的詳細(xì)描述可以明顯看出本主旨的另外的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。而且，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解對(duì)于這里具體所示、涉及和討論的特征和步驟的修改和變化可以在不同的實(shí)施例和本發(fā)明的使用中實(shí)現(xiàn)，而不超出本主旨的精神和范圍。變化可以包括但不限于對(duì)那些所示的、參考的或論述的等價(jià)手段、特征或步驟的替換，以及各種部分、特征、步驟等的功能的、操作的或位置的顛倒。
進(jìn)一步地，應(yīng)當(dāng)理解本主旨的不同實(shí)施例和當(dāng)前不同的優(yōu)選實(shí)施例可以包括當(dāng)前公開(kāi)的特征、步驟或元件或它們的等價(jià)物的各種組合或構(gòu)造(沒(méi)有清楚地顯示在圖中或沒(méi)有在這些圖的具體描述中陳述的包括特征、部分或步驟的組合或其構(gòu)造)。
本主旨的其它實(shí)施例并不一定在該總結(jié)部分表達(dá)，其可以包括和包含上面總結(jié)中提及的特征、部件或步驟的方面的組合和/或在本申請(qǐng)中另外論述的其它特征、部件或步驟的方面的組合。根據(jù)說(shuō)明書(shū)的其余部分的論述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更加理解這些和其它實(shí)施例的特征和方面。


在說(shuō)明書(shū)中闡述了包括最佳方式的本主旨對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的完全和授權(quán)的公開(kāi)，該說(shuō)明書(shū)參考附圖，其中圖1顯示了典型的氣胎結(jié)構(gòu)的一般橫截面圖，該氣胎結(jié)構(gòu)帶有根據(jù)本主旨的集成的自供能電子部件；圖2A顯示了與根據(jù)本主旨的能量產(chǎn)生裝置一起使用的第一典型壓電結(jié)構(gòu)的一般透視圖；圖2B顯示了與根據(jù)本主旨的能量產(chǎn)生裝置一起使用的第二典型壓電結(jié)構(gòu)的一般透視圖；圖2C顯示了與根據(jù)本主旨的能量產(chǎn)生裝置一起使用的第三典型壓電結(jié)構(gòu)的一般分解透視圖；圖3提供了根據(jù)本主旨的能量產(chǎn)生裝置的其它典型方面的示意圖，尤其關(guān)于典型的能量調(diào)節(jié)模塊；圖4A提供了典型的集成自供能電子器件的結(jié)構(gòu)圖，該電子器件包括能量產(chǎn)生裝置和輪胎電子系統(tǒng)以及根據(jù)本主旨的其典型相互作用；圖4B提供了典型的集成自供能電子器件的結(jié)構(gòu)圖，該電子器件包括能量產(chǎn)生裝置和輪胎電子系統(tǒng)以及根據(jù)本主旨的其另一典型相互作用；圖5提供了根據(jù)該公開(kāi)技術(shù)的典型輪胎電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖6提供了根據(jù)本主旨的典型遠(yuǎn)程接收器構(gòu)造的結(jié)構(gòu)圖；圖7A、7B、7C和7D示出了多個(gè)壓電元件以疊層組合方式用在根據(jù)本主旨的能量產(chǎn)生裝置中的各自典型構(gòu)造；圖8A和8B分別示出了多個(gè)壓電元件以串聯(lián)和并聯(lián)組合方式用在根據(jù)本主旨的能量產(chǎn)生裝置中的典型構(gòu)造；和圖9A、9B和9C分別示出了連接到根據(jù)本技術(shù)的典型能量產(chǎn)生裝置和輪胎電子系統(tǒng)實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置和一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用電子模塊的多個(gè)壓電元件的典型構(gòu)造。
在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和附圖中重復(fù)使用的參考標(biāo)記旨在表示本發(fā)明的相同的或類(lèi)似的特征或元件。應(yīng)當(dāng)理解在附圖中所示的各種特征并不一定按照比例，因此在附圖中這些特征之間的相對(duì)關(guān)系不應(yīng)當(dāng)限制當(dāng)前公開(kāi)的技術(shù)。
具體實(shí)施例方式
如在本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分所述，本主旨尤其涉及一種用于為集成到輪胎結(jié)構(gòu)中的電子系統(tǒng)供能的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。能量產(chǎn)生裝置使用壓電技術(shù)將與輪胎彎曲相關(guān)的機(jī)械應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電流，然后該電流經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)并且儲(chǔ)存在能量存儲(chǔ)裝置中。然后這種存儲(chǔ)能量的充分積累能夠?yàn)殡娮酉到y(tǒng)功能，該電子系統(tǒng)的例子包括用于識(shí)別各種輪胎物理參數(shù)的部件以及射頻(RF)發(fā)射裝置。
根據(jù)該公開(kāi)技術(shù)的能量產(chǎn)生裝置大體上包括兩個(gè)典型部件，即壓電結(jié)構(gòu)和能量調(diào)節(jié)模塊。參考圖2A、2B和2C描述了壓電結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施例的多個(gè)方面，參考附圖3提出和論述了一個(gè)典型的能量調(diào)節(jié)模塊(帶有能量存儲(chǔ)裝置)。關(guān)于能量產(chǎn)生裝置中一個(gè)或多個(gè)壓電元件的典型構(gòu)造的另外方面分別在圖7A-7D和圖8A和8B中示出。能量調(diào)節(jié)模塊的輸出則可以?xún)?yōu)選地用于為輪胎或車(chē)輪組件中的電子系統(tǒng)供能。圖5中示出了輪胎電子系統(tǒng)的一個(gè)例子，該輪胎電子系統(tǒng)包括傳感器、微控制器、和RF發(fā)射器。分別參考圖4A和4B描述了能量產(chǎn)生裝置和輪胎電子系統(tǒng)之間的典型相互作用的多個(gè)方面。在圖9A、9B和9C中示出了多個(gè)壓電元件和一個(gè)或多個(gè)輪胎電子模塊之間的相互作用的更多方面。最后，關(guān)于圖6描述了用于獲得從輪胎電子系統(tǒng)發(fā)送的信息的遠(yuǎn)程接收器構(gòu)造的典型實(shí)施例。
該公開(kāi)技術(shù)的前述方面的選定組合對(duì)應(yīng)于本主旨的多個(gè)不同的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意這里所提出和論述的每個(gè)典型實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)理解為對(duì)本主旨的限制。作為一個(gè)實(shí)施例的一部分所示或所述的特征或步驟可以用于與其它實(shí)施例的方面組合以產(chǎn)生更多的實(shí)施例。另外，某些特征可以與未清楚提及的執(zhí)行相同或類(lèi)似功能的類(lèi)似裝置或特征互換。同樣地，某些操作步驟可以與其它步驟互換或與之組合使用以產(chǎn)生用于從旋轉(zhuǎn)輪胎的機(jī)械能產(chǎn)生電能的方法的其它典型實(shí)施例。
現(xiàn)在將詳細(xì)參考針對(duì)集成到輪胎或車(chē)輪組件中的電子系統(tǒng)產(chǎn)生能量的該主題系統(tǒng)和方法的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例?，F(xiàn)在參考附圖，圖1提供了典型的氣胎組件10的一般橫截面圖，該氣胎結(jié)構(gòu)帶有根據(jù)本主旨的集成的自供能電子部件12。優(yōu)選地與輪胎結(jié)構(gòu)16內(nèi)部的電子部件結(jié)合而提供能量產(chǎn)生裝置(PGD)14，以使電子部件在輪胎組件10中是自供能的。
帶有如后面介紹的壓電材料的該主題能量產(chǎn)生裝置的性能提供了許多勝過(guò)用于在輪胎組件內(nèi)部提供能量的傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。如前面所述的天線(xiàn)射束能量收集技術(shù)不再是用于為輪胎電子器件供能的一個(gè)有限的選擇。同樣，通常增加了許多類(lèi)型的輪胎電子器件的功能。使用電池來(lái)產(chǎn)生能量的選擇不再是必要的，因此避免了昂貴的費(fèi)用和麻煩的電池替換。盡管當(dāng)前公開(kāi)的技術(shù)提供了允許去除天線(xiàn)射束能量和電池的能量產(chǎn)生裝置，應(yīng)當(dāng)理解能量產(chǎn)生裝置可以使用壓電技術(shù)和/或電池和/或天線(xiàn)射束收集的混合組合，從而為車(chē)輪組件中不同選定的電子部件供能。
典型的輪胎結(jié)構(gòu)16的特征在于胎冠15，該胎冠支撐外胎面部分18和延伸到胎邊部分22的側(cè)壁20。側(cè)壁20大體上在剖面線(xiàn)17和19之間延伸，輪胎胎冠15大體上在兩個(gè)剖面線(xiàn)19之間延伸。通常提供輪胎的胎邊22，從而輪胎結(jié)構(gòu)16能夠有效地固定到車(chē)輪組件的輪緣。透氣材料的內(nèi)襯形成輪胎的內(nèi)表面，該內(nèi)表面包括內(nèi)胎冠表面24和內(nèi)側(cè)壁表面26。構(gòu)架23穿過(guò)側(cè)壁部分20和胎冠15在胎邊22之間延伸，并且在膨脹壓力下限定了輪胎的形狀和傳輸用于牽引和轉(zhuǎn)向的力。加固帶封裝(belt package)21大體上沿胎冠15提供于輪胎結(jié)構(gòu)16內(nèi)。
如圖1中典型的輪胎組件實(shí)施例所示，PGD 14可以安裝到輪胎結(jié)構(gòu)16的內(nèi)胎冠表面24。當(dāng)外胎面部分18沿著地面移動(dòng)并且導(dǎo)致輪胎結(jié)構(gòu)16彎曲時(shí)該位置通常非常適合于PGD 14中壓電裝置的啟動(dòng)。當(dāng)輪胎組件10沿著一個(gè)表面移動(dòng)時(shí)，與一般的機(jī)械振動(dòng)聯(lián)系的輪胎彎曲能夠使能量產(chǎn)生裝置14中的壓電裝置產(chǎn)生電流，該電流然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)并且儲(chǔ)存在為輪胎電子器件12供能的能量存儲(chǔ)裝置中。盡管內(nèi)胎冠表面24是用于安裝能量產(chǎn)生裝置14的合理位置，但是應(yīng)當(dāng)理解PGD 14也可以安裝到諸如內(nèi)側(cè)壁表面26這樣的位置。該位置可在該主題的PGD 14內(nèi)的壓電元件上產(chǎn)生更小的應(yīng)變，同時(shí)仍能為某些電子應(yīng)用提供足夠的能量。進(jìn)一步地，PGD 14能夠在輪胎結(jié)構(gòu)16內(nèi)例如在構(gòu)架23和沿表面24和/或26提供的內(nèi)襯之間被安裝和固化。根據(jù)PGD 14的各種可能位置，應(yīng)當(dāng)理解術(shù)語(yǔ)“集成的”通常包括所有可能的位置，包括安裝到輪胎結(jié)構(gòu)上或內(nèi)。
PGD 14通常包括兩個(gè)主要部件，即壓電裝置和能量調(diào)節(jié)模塊。壓電裝置受到由輪胎旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)變，由此在一個(gè)或多個(gè)壓電元件中產(chǎn)生電荷(本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解)。該電荷然后優(yōu)選地提供給能量調(diào)節(jié)模塊，產(chǎn)生的電流在那里被整流，調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存，以便為電子器件供能。
壓電裝置可以包括多種壓電材料，包括但不限于鈦酸鋇，聚偏二氯乙烯(PVDF)，鋯鈦酸鉛(PZT)晶體，或PZT光纖。可以用于該主題的能量產(chǎn)生裝置的特殊類(lèi)型的壓電材料是諸如在Hagood，IV等人的美國(guó)專(zhuān)利No.5869189和6048622中公開(kāi)的壓電光纖組合結(jié)構(gòu)，上述發(fā)明包含在這里以作參考。可以用于本主旨的這種有源光纖組合(AFCs)的類(lèi)似例子對(duì)應(yīng)于諸如由Continuum Control公司提供銷(xiāo)售的“PiezoFlex”商標(biāo)技術(shù)。
圖2A顯示了根據(jù)當(dāng)前公開(kāi)的能量產(chǎn)生裝置的典型方面的壓電AFC結(jié)構(gòu)28的等軸圖。該壓電AFC結(jié)構(gòu)28包括多個(gè)壓電光纖30，所述光纖單向地排列以提供AFC結(jié)構(gòu)28的啟動(dòng)和剛性。光纖30由環(huán)氧或聚合物的樹(shù)脂基體32包圍，該樹(shù)脂基體通過(guò)負(fù)荷傳遞機(jī)構(gòu)提供了耐損壞性。壓電光纖具有橫穿它們的基本共同的平行軸線(xiàn)布置的共同極性還原方向(poling direction)34。
電極層優(yōu)選地沿著光纖/樹(shù)脂基體構(gòu)造的兩個(gè)相對(duì)表面提供于分離的襯底上以提供對(duì)AFC結(jié)構(gòu)28的電輸入和輸出。根據(jù)圖2A的典型實(shí)施例，電極層36使用交替的指到指(finger-to-finger)極性構(gòu)造成交叉指型布置。該指形電極層36可以使用本領(lǐng)域公知的絲網(wǎng)印刷技術(shù)和諸如灌銀環(huán)氧樹(shù)脂這樣的導(dǎo)電油墨在分離的襯底層(例如是聚酰亞胺和聚酯的)上進(jìn)行蝕刻。圖2A的交叉指型電極構(gòu)造的排列被設(shè)計(jì)成增強(qiáng)AFC結(jié)構(gòu)28的機(jī)電響應(yīng)的定向性，以及提供較高的電荷和耦合系數(shù)。優(yōu)選地減小電極36和光纖30之間的樹(shù)脂基體32的數(shù)量以獲得更大的工作性能。
AFC結(jié)構(gòu)中光纖相對(duì)于輪胎結(jié)構(gòu)的方向是根據(jù)該主題技術(shù)的一個(gè)特殊的設(shè)計(jì)因素。當(dāng)沿著輪胎的圓周方向定向光纖時(shí)，壓電光纖通常經(jīng)歷高拉伸應(yīng)變和低壓縮應(yīng)變。沿著輪胎的徑向的定向光纖方向使主能量獲取與徑向應(yīng)變相聯(lián)系。該定向更不可能導(dǎo)致?lián)p壞光纖，但是產(chǎn)生了光纖的壓縮極性還原的潛在更高的敏感性。因此，對(duì)于沿輪胎結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)的圓周徑向地定向本主旨的能量產(chǎn)生裝置的壓電補(bǔ)片，可以基于補(bǔ)片的尺寸和它遇到的特定輪胎環(huán)境而被確定。更特別地，壓電AFC結(jié)構(gòu)的最佳布置和定向可以基于諸如每個(gè)輪胎周期所需的最大功率、對(duì)于圓周安裝方向沿徑向的最大張力和壓縮應(yīng)變以及給定時(shí)間的AFC結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變一致性這樣的因素來(lái)確定。
例如圖2A的典型實(shí)施例的壓電AFC結(jié)構(gòu)的更特別的特征可以適合不同的應(yīng)用。例如，壓電光纖可以對(duì)應(yīng)于各種不同的PZT材料，包括PZT 5A，PZT 5H，PZT 4，PZT 8，和PMN-33PT。另一種特定的設(shè)計(jì)約束對(duì)應(yīng)于壓電光纖的直徑38，該直徑的范圍可以典型在大約一英寸的千分之(千分之一英寸)三到千分之十五英寸的范圍內(nèi)?？梢员辉O(shè)計(jì)用于特殊應(yīng)用的其它特定尺寸包括交叉指型層36中電極指(electrode finger)的寬度40和間距42。電極指寬度40例如對(duì)應(yīng)于大約千分之二十五英寸，電極間距42的典型范圍對(duì)應(yīng)于大約千分之二十英寸到大約千分之一百英寸。根據(jù)本主旨的總壓電AFC結(jié)構(gòu)的特定例子包括具有千分之四十五英寸電極指間距的交叉指型電極和具有千分之十英寸直徑的PZT-5A壓電光纖。
用于根據(jù)本主旨的能量產(chǎn)生裝置的壓電結(jié)構(gòu)的另外設(shè)計(jì)約束可以考慮某些應(yīng)用。例如，某些設(shè)計(jì)約束可以關(guān)于集成到輪胎結(jié)構(gòu)中的壓電補(bǔ)片的尺寸和工作性能。假設(shè)根據(jù)該公開(kāi)技術(shù)的PGD包括沿輪胎頂點(diǎn)沿圓周與集成的能量調(diào)節(jié)模塊一起安裝的壓電裝置。當(dāng)PGD附著到輪胎內(nèi)部時(shí)PGD優(yōu)選地提供于附加的橡膠或彈性體套中或支撐在橡膠或玻璃纖維襯底上以為其提供附加的保護(hù)。橡膠套或襯底另外地促進(jìn)了PGD附著到輪胎結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述的典型PGD構(gòu)造，通常沒(méi)有對(duì)壓電補(bǔ)片的長(zhǎng)度限制；然而，試驗(yàn)表明長(zhǎng)度超過(guò)70mm的補(bǔ)片容易失效。對(duì)于某些應(yīng)用大約80mm的最大寬度是可取的。對(duì)于某些應(yīng)用壓電補(bǔ)片的最大厚度(沒(méi)有能量調(diào)節(jié)模塊)可以大約為700微米，大約20克的最大質(zhì)量(包括壓電補(bǔ)片和能量調(diào)節(jié)模塊)是可取的。為了使壓電補(bǔ)片結(jié)合到用于附著到輪胎內(nèi)部的橡膠補(bǔ)片，該補(bǔ)片在受到大約20巴的壓力的同時(shí)必須通常能夠在大約170℃下存在大約30分鐘，而且在大約20巴的壓力下在大約150℃下存在大約60分鐘。應(yīng)當(dāng)理解這些特定的約束可以隨著相關(guān)材料和粘合技術(shù)的進(jìn)步而改變。另外，根據(jù)本主旨的PGD應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地能夠耐受從大約-40℃到大約125℃的工作條件，大約160kph的最大輪胎速度，和持續(xù)大約10年和700,000英里。
可以用于根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的PGD 14中另一類(lèi)型的壓電補(bǔ)片對(duì)應(yīng)于通常固體的壓電晶片。這種壓電晶片可以是單晶體和多晶體結(jié)構(gòu)，包括但不限于由諸如鈦酸鋇(BaTiO3)和鋯鈦酸鉛(PZT)這樣的多晶體鐵電材料制造的晶片。
現(xiàn)在參考圖2B，其示出了用于該公開(kāi)技術(shù)的能量產(chǎn)生裝置14的潛在壓電裝置28’的一個(gè)更特殊的例子。壓電裝置28’對(duì)應(yīng)于一個(gè)和多個(gè)壓電晶片，所述壓電晶片以單態(tài)，雙態(tài)或?qū)盈B/交錯(cuò)重疊被布置并且封裝在保護(hù)殼108中。單態(tài)布置通常對(duì)應(yīng)于壓電材料的單模塊部分(即，層)，該壓電材料在一些實(shí)施例中可以結(jié)合到無(wú)源襯底。雙態(tài)布置通常對(duì)應(yīng)于結(jié)合到中心金屬墊片層的相對(duì)側(cè)的壓電材料的兩個(gè)模塊部分(即，層)，層疊或交錯(cuò)重疊布置對(duì)應(yīng)于互相靠近并且連接的幾個(gè)壓電元件。與用于某些應(yīng)用的單態(tài)布置相比雙態(tài)和層疊布置可以對(duì)機(jī)械位移量產(chǎn)生更高電平的生成電荷。
仍然參考圖2B，其中可以提供一個(gè)或多個(gè)壓電晶片的保護(hù)套108可以充當(dāng)用于壓電陶瓷晶片的電絕緣和防止潮濕和潛在的粗粒雜質(zhì)。在一些實(shí)施例中，壓電晶片可以包括諸如PZT-5A和/或PZT-5H這樣的特殊PZT材料。分布電極110可以由諸如鎳構(gòu)成，并且可以提供在組件的頂表面和底表面以用于分別連接到預(yù)先連接的第一和第二電導(dǎo)線(xiàn)112和114。可以通過(guò)用于不帶有焊接線(xiàn)的可靠部件的連接器元件120到達(dá)用于連接到導(dǎo)線(xiàn)112和114的管腳。在連接器元件120的附加管腳可以提供各自的電連接116和118，用于極性還原壓電裝置28’中的壓電陶瓷元件(一個(gè)或多個(gè))。圖2B中所示和用于本主旨的壓電裝置的類(lèi)型的特殊例子對(duì)應(yīng)于諸如由Mide Technology公司提供銷(xiāo)售的“QuickPack”商標(biāo)技術(shù)(例如，ACX QuickPack-PowerAct QP15W)。
用于根據(jù)本主旨的能量產(chǎn)生裝置的壓電裝置的又一例子作為元件28”在圖2C中示出。圖2C示出了壓電元件28”的大體分解透視圖，該壓電元件包括通常以層疊布置的多層，其中單獨(dú)的材料疊加在彼此的頂部。包括壓電元件28”的層狀組合中的第一層對(duì)應(yīng)于金屬襯底層120，例如但不限于不銹鋼層。隨后的粘合劑層122被提供在壓電材料的內(nèi)層124周?chē)弘妼?24在一些實(shí)施例中可以對(duì)應(yīng)于諸如PZT這樣的壓電陶瓷材料。粘合劑層122在一些實(shí)施例中可以包括聚酰亞胺材料，或更具體而言為高溫?zé)崴苄跃埘啺?例如，諸如由由NASA’s LangleyResearch Center開(kāi)發(fā)的LaRCTM-SI牌材料)。壓電元件28”的頂層126包括金屬材料，例如但不限于鋁。這種多層可以通過(guò)將整個(gè)組件放置在壓熱器中而組合在一起，在所述壓熱器中該多層被加熱，被擠壓在一起，進(jìn)行蒸煮，然后冷卻到室溫左右。當(dāng)壓電元件28”開(kāi)始冷卻時(shí)，結(jié)合到壓電陶瓷層124的襯底層120用于使壓電陶瓷層124保持壓縮，同時(shí)其自身處于連續(xù)拉緊狀態(tài)。該產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力可以導(dǎo)致壓電裝置最終形成稍微彎曲的構(gòu)造，并且允許成品裝置比某些傳統(tǒng)壓電裝置經(jīng)受更高水平的機(jī)械偏轉(zhuǎn)而不會(huì)破裂。
圖2C中所示和用于根據(jù)本主旨的壓電裝置的類(lèi)型的特殊例子對(duì)應(yīng)于諸如由Face International公司提供銷(xiāo)售的“THUNDER”商標(biāo)技術(shù)(例如，F(xiàn)ace Thunder Actuator 6R)。THUNDER產(chǎn)品通常對(duì)應(yīng)于薄層單態(tài)鐵電激勵(lì)器和傳感器裝置，所述激勵(lì)器和傳感器裝置由與構(gòu)造成提供內(nèi)部預(yù)應(yīng)力的高強(qiáng)度結(jié)合材料保持在一起而形成“三明治狀”包裝的多層材料制造。盡管在裝置制造期間產(chǎn)生較高內(nèi)部應(yīng)力，但壓電元件28”的粘合劑層122將各種裝置層保持在一起。
應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到可以對(duì)上述用于與本主旨的能量產(chǎn)生裝置結(jié)合的典型壓電裝置的進(jìn)行變化，并且這些變化在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。例如，盡管這里提出的壓電元件通常為矩形形狀，應(yīng)當(dāng)理解也可以使用諸如圓形、方形這樣的不同形狀或另外形狀的壓電元件。對(duì)壓電元件的幾何形狀、尺寸、材料類(lèi)型等的另外改變通常在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的考慮范圍。
可以根據(jù)該公開(kāi)技術(shù)執(zhí)行的又一設(shè)計(jì)方面涉及例如現(xiàn)在分別參考圖7A-7D和8A-8B論述的多個(gè)壓電元件的組合。圖7A-7D分別示出了多個(gè)元件130怎樣可以垂直地在輪胎PGD中層疊的典型構(gòu)造。在圖7A-7D的每個(gè)構(gòu)造中盡管僅示出了兩個(gè)壓電元件130，應(yīng)當(dāng)理解可以使用兩個(gè)以上壓電元件。壓電元件130可以對(duì)應(yīng)于單晶體或多晶體壓電陶瓷晶片，包括但不限于由諸如鈦酸鋇(BaTiO3)和鋯鈦酸鉛(PZT)這樣的多晶體鐵電材料制造的晶片。盡管未在圖7A-7D中示出，應(yīng)當(dāng)理解中心導(dǎo)電墊片層可以提供在每個(gè)相鄰的壓電元件130之間，例如一些雙態(tài)和層疊壓電布置的特征。
圖7A-7D中所示的各種構(gòu)造示出了組合的壓電元件130的不同極性還原和位移模式。每個(gè)壓電元件130中的較短箭頭132和134代表每個(gè)壓電元件中的極性還原方向，所述箭頭通常從正指向負(fù)極性還原電極，高DC電壓在該壓電元件130的制造期間應(yīng)用到所述負(fù)極性還原電極。盡管不限于圖7A-7D所示的典型極性還原構(gòu)造，但所有這些壓電元件130都具有極化矢量132和134的特征，所述極化矢量大體平行于坐標(biāo)軸3。圖7B和7D分別示出了帶有兩個(gè)壓電元件130的構(gòu)造，所述壓電元件130具有同相的極化矢量，而圖7A和7D分別示出了帶有兩個(gè)壓電元件130的構(gòu)造，所述壓電元件130具有相反或異相的極化矢量。圖7A和7B的壓電構(gòu)造都為d33模式，其中位移(displacement)力(分別由箭頭136表示)對(duì)應(yīng)于在與電場(chǎng)和極性還原方向相同的方向的延伸。圖7C和7D的壓電構(gòu)造都為d31模式，其中位移力(分別由箭頭138表示)對(duì)應(yīng)于垂直于電場(chǎng)和極性還原方向的收縮。
圖7A-7D的構(gòu)造分別示出了更多的壓電材料怎樣能夠被提供于給定的應(yīng)變場(chǎng)中的例子，所述應(yīng)變場(chǎng)帶有與單個(gè)壓電元件相同的覆蓋區(qū)。當(dāng)壓電元件(一個(gè)或多個(gè))通過(guò)其接觸補(bǔ)片時(shí)，這種構(gòu)造具有電勢(shì)，從而為輪胎或車(chē)輪組件的每個(gè)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生更多的能量輸出。
現(xiàn)在參考圖8A和8B，應(yīng)當(dāng)理解當(dāng)組合兩個(gè)以上的壓電元件時(shí)壓電元件140能夠以串聯(lián)(例如在圖8A中所示)、并聯(lián)(如圖8B中所示)或其組合的形式被電連接。壓電元件140之間的串聯(lián)通常具有比單個(gè)壓電元件更高的電壓和更低的電流。如圖8A中所示，當(dāng)壓電元件通過(guò)輪胎或車(chē)輪組件的接觸補(bǔ)片時(shí)，該構(gòu)造尤其有益于檢測(cè)應(yīng)用，例如輪胎旋轉(zhuǎn)的測(cè)定。壓電元件140之間的并聯(lián)通常具有比單個(gè)壓電元件更低的電壓和更高的電流，其尤其有益于能量獲取應(yīng)用。如圖8B中所示，該構(gòu)造有助于減少能量泄漏并且可以簡(jiǎn)化能量調(diào)節(jié)電子器件。壓電元件140可以對(duì)應(yīng)于分別關(guān)于圖2A，2B和2C所示和所述的該特殊壓電元件28，28’和28”，或者在其它實(shí)施例中分別在圖7A-7D中所示的諸如元件130的壓電晶片。
除了壓電元件之外，PGD 14的第二主要部件是能量調(diào)節(jié)模塊，圖3中示出了該能量調(diào)節(jié)模塊的一個(gè)典型實(shí)施例。根據(jù)本主旨的能量調(diào)節(jié)模塊的主要功能是整流、調(diào)節(jié)和儲(chǔ)存在壓電結(jié)構(gòu)140中產(chǎn)生的電荷。通常，能量調(diào)節(jié)模塊可以特別地設(shè)計(jì)成用于不同的獲取能量的電子應(yīng)用。根據(jù)本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的圖3的輪胎監(jiān)視模塊的一個(gè)典型例子，圖3的典型能量調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)成符合某些動(dòng)能要求。特別地，圖3的典型能量調(diào)節(jié)模塊被設(shè)計(jì)成使得電壓輸出44通常大約為5伏，輸出電壓44的最大波動(dòng)在±10毫伏內(nèi)，輸出電壓44的最小工作周期(duty cycle)大約為60秒，輸出電壓44的最大工作周期大約為5秒。取決于電子系統(tǒng)的功能，圖3的典型能量調(diào)節(jié)模塊操作的另外設(shè)計(jì)要求對(duì)應(yīng)于電子系統(tǒng)中大約4毫焦耳的最大能量要求和電子系統(tǒng)能夠操作大約25毫秒到大約200毫秒的持續(xù)時(shí)間。
進(jìn)一步參考圖3的典型能量調(diào)節(jié)模塊，一個(gè)或多個(gè)壓電元件140與諸如全橋式整流器46這樣的整流器并聯(lián)?？蛇x擇的整流器構(gòu)造可以對(duì)應(yīng)于雙整流器或N級(jí)電壓倍增器。來(lái)自整流器46的整流信號(hào)然后被儲(chǔ)存在電解電容48中。適用于圖3的典型能量調(diào)節(jié)模塊的電解電容48的一個(gè)特殊例子對(duì)應(yīng)于帶有大約47μf電容量的松下TEL系列鉭電容。其它特殊的電解電容可以類(lèi)似地作為存儲(chǔ)元件使用在該公開(kāi)的能量調(diào)節(jié)模塊。諸如可再充電的電池或超電容這樣的其它能量存儲(chǔ)元件可以在某些應(yīng)用中作為能量存儲(chǔ)裝置為能量調(diào)節(jié)模塊提供合適的選擇。
一旦在電解電容48(或其它合適的能量存儲(chǔ)裝置)中積累了足夠的能量，F(xiàn)ET晶體管50起到開(kāi)關(guān)的作用從而將電容48中存儲(chǔ)的能量釋放到電壓調(diào)節(jié)器52。適用于圖3的典型實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)器的例子是雙模5伏可編程微功率電壓調(diào)節(jié)器，例如由Maxim Integrated Products提供銷(xiāo)售的MAX666牌。這種電壓調(diào)節(jié)器理想地適合于典型地作為電池供能系統(tǒng)的電子系統(tǒng)，并且有效地將電容器48兩端的電壓轉(zhuǎn)換為經(jīng)調(diào)節(jié)的5伏輸出電壓44。擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(DMOS)FET晶體管54和齊納二級(jí)管56附加地提供在圖3的典型能量調(diào)節(jié)模塊中。
最初，晶體管50和54關(guān)閉，在晶體管54的漏極的接地是懸置的，從而不提供輸出電壓44。當(dāng)電容48充電到足夠的電壓水平(其由齊納二級(jí)管56和晶體管50的基極—發(fā)射極結(jié)確定)，晶體管50開(kāi)啟，并啟動(dòng)晶體管54和閉鎖晶體管50?，F(xiàn)在，允許電容48通過(guò)向電子系統(tǒng)提供5伏調(diào)整輸出44的電路系統(tǒng)而放電。典型地，當(dāng)輸出電壓44供給的應(yīng)用電子器件完成其有用功時(shí)，電子系統(tǒng)通過(guò)電阻器60和電容器62在信號(hào)通道58發(fā)回信號(hào)，從而關(guān)閉場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)50并停用晶體管54，使得能量能夠再次開(kāi)始在電容48上積累。
PGD 14產(chǎn)生的能量可以應(yīng)用于根據(jù)本主旨的各種不同的輪胎電子系統(tǒng)(TES)。圖4A和4B分別示出了PGD 14和TES 12之間相互作用的典型方面。
根據(jù)圖4A，允許能量在PGD(例如，電容48)中的能量存儲(chǔ)裝置上積累，直到獲得用于在TES 12中執(zhí)行期望功能的足夠的電荷。在能量循環(huán)之間，TES 12保持無(wú)能量，因此TES 12的啟動(dòng)由能量在PGD14的能量存儲(chǔ)裝置中積累的速度控制。當(dāng)在PGD 14中積累了足夠的能量時(shí)，電源電壓“Vdd”和接地電壓“Vss”將分別在通道64和66提供于TES 12。TES 12將沿通道58返回“有效”信號(hào)，該信號(hào)表示TES 12中的電子器件目前在工作。當(dāng)TES 12中給定的電子器件完成它們各自的任務(wù)時(shí)，然后該“有效”信號(hào)變?nèi)酰⑶以赑GD 14中的能量存儲(chǔ)裝置再次積累能量。只要輪胎組件以給定的閥值速度或更高的速度旋轉(zhuǎn)，該循環(huán)將重復(fù)，所述閥值速度通常大約為20kph。
根據(jù)關(guān)于圖4B所示出和論述的典型相互作用，PGD 14持續(xù)地向TES 12提供電壓“Vdd”和接地電壓“Vss”信號(hào)，以及表示儲(chǔ)存在PGD 14中的能量大小的“燃料測(cè)定”信號(hào)。當(dāng)能量應(yīng)用于TES 12時(shí)，微處理器或其它合適的電子部件可以周期性地啟動(dòng)自身并監(jiān)視來(lái)自PGD 14的燃料測(cè)定信號(hào)。如果在PGD 14的能量存儲(chǔ)裝置中有足夠的能量可使用，那么TES 12將進(jìn)行指定的任務(wù)。如果沒(méi)有足夠的能量可使用，那么TES 12將進(jìn)入低功率模式，其中它消耗小于大約1μA的能量。燃料測(cè)定信號(hào)因此周期性地被檢查直到積累到足夠的能量。只要輪胎在給定的閥值速度或更高的速度旋轉(zhuǎn)，優(yōu)選地以連續(xù)的方式重復(fù)該等待足夠能量積累、進(jìn)行特定任務(wù)、和返回低能量模式的周期。
如前所述，取決于在輪胎或車(chē)輪組件中包括何種部件，TES 12可以包括各種不同的電子應(yīng)用。輪胎電子系統(tǒng)12的特殊例子對(duì)應(yīng)于例如隨后將參考圖5論述的輪胎監(jiān)視系統(tǒng)。特別地，圖5的輪胎監(jiān)視系統(tǒng)測(cè)量輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度和壓力，并且通過(guò)射頻(RF)發(fā)射器68將結(jié)果發(fā)送到遠(yuǎn)程接收位置。用于該公開(kāi)技術(shù)的方面的發(fā)射器和接收器模塊的例子對(duì)應(yīng)于諸如由Radiometrix有限公司提供銷(xiāo)售的各自的TX2和RX2牌UHF FM Data發(fā)射器和接收器模塊。
參考圖4A和4B論述的5伏能量信號(hào)“Vdd”，接地信號(hào)“Vss”，和“有效”或“燃料測(cè)定”信號(hào)優(yōu)選地從PGD 14提供給微控制器70。用于該公開(kāi)技術(shù)的合適微控制器的例子是Microchip牌PIC16LF876 28-pinCMOS RISC微控制器。當(dāng)在輸入通道64應(yīng)用能量時(shí)微控制器70被啟動(dòng)并且然后將能量應(yīng)用到溫度傳感器72和壓力傳感器74(以及在TES12中任何附加的傳感器或合適的電子裝置)。適用于該公開(kāi)技術(shù)的溫度傳感器72的一個(gè)例子是諸如由National Semiconductor提供銷(xiāo)售的LM50 SOT-23單電源攝氏溫度傳感器。適用于該公開(kāi)技術(shù)的壓力傳感器74的一個(gè)例子是諸如由ICSensors and Measurement Specialties有限公司提供銷(xiāo)售的1471型PC板可安裝壓力傳感器。其它的傳感器76，78和80分別可以測(cè)量輪胎結(jié)構(gòu)或相應(yīng)的車(chē)輪組件的附加特征。
圖5的典型TES實(shí)施例的另一部件對(duì)應(yīng)于可再充電的電池81，該電池也可以構(gòu)造成用于接收PGD 14的壓電結(jié)構(gòu)28產(chǎn)生的電荷和為集成的輪胎電子器件儲(chǔ)存附加的能量。儲(chǔ)存在電池81中的能量能夠典型地比諸如典型的電容48這樣的其它存儲(chǔ)裝置儲(chǔ)存更長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)壓電裝置的啟動(dòng)未產(chǎn)生足夠的能量時(shí)，儲(chǔ)存在電池81中的能量能夠提供給微控制器70。例如，當(dāng)車(chē)輛停止或當(dāng)輪胎從車(chē)輛去除時(shí)可能發(fā)生這種情況。例如，當(dāng)?shù)厍谌藛T檢查商用客機(jī)上固定輪胎中的氣壓時(shí)可能需要存儲(chǔ)的能量為T(mén)ES 12供能。而且，電池81可以用于為T(mén)ES 12提供能量，從而當(dāng)輪胎從車(chē)輛去除時(shí)可利用管理輪胎庫(kù)存或修補(bǔ)輪胎的信息。
進(jìn)一步參考圖5的典型TES實(shí)施例12，微控制器70優(yōu)選地包括模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，該模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別接收來(lái)自傳感器72-80的信息并且將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。微控制器70也包括優(yōu)選為非易失性EEPROM的存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器儲(chǔ)存唯一的識(shí)別標(biāo)記，該識(shí)別標(biāo)記提供足夠的信息以識(shí)別輪胎或車(chē)輪組件。該識(shí)別變量尤其有益于在諸如卡車(chē)車(chē)隊(duì)，飛機(jī)等的商業(yè)應(yīng)用中跟蹤輪胎和車(chē)輛。一旦諸如分別由傳感器72-80提供的預(yù)期信息被微控制器70獲取并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，微控制器70優(yōu)選地關(guān)閉到傳感器的能量，并且分別在線(xiàn)路82和84開(kāi)啟到RF發(fā)射器68的能量。預(yù)期的數(shù)字化信息然后在數(shù)據(jù)線(xiàn)86上輸出到RF發(fā)射器68，其中該數(shù)據(jù)被調(diào)制到FM載波信號(hào)上并且通過(guò)天線(xiàn)88發(fā)送到遠(yuǎn)程接收位置。
使用帶有根據(jù)本主旨的自供能電子器件的輪胎組件的車(chē)輛優(yōu)選地配備有用于從每個(gè)輪胎組件獲取無(wú)線(xiàn)發(fā)送信息的單獨(dú)接收器。圖6提供了根據(jù)本主旨的典型遠(yuǎn)程接收器構(gòu)造90的結(jié)構(gòu)圖。接收天線(xiàn)92促進(jìn)了從每個(gè)車(chē)輛組件發(fā)送的信息的接收并且將該信息傳遞到RF接收器94，其中該接收的信息從其載波信號(hào)被調(diào)制并且在通道96上被提供到信號(hào)處理器98。載波檢測(cè)信號(hào)也從RF接收器94通過(guò)信號(hào)通道100被提供到信號(hào)處理器98。從RF接收器94輸出的數(shù)據(jù)和載波檢測(cè)信號(hào)優(yōu)選地在信號(hào)處理器98中復(fù)合在一起，從而獲得沒(méi)有寄生噪聲的信號(hào)。帶有減小的誤差可能性的該數(shù)字信號(hào)然后優(yōu)選地傳遞到驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為帶有適合通過(guò)RS232接口102發(fā)送到主機(jī)104的電平的信號(hào)。終端仿真軟件優(yōu)選地提供于主機(jī)104，從而通過(guò)RS232接口102接收的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為最終用戶(hù)容易使用的信息，例如提供在可讀顯示模塊上的信息。
根據(jù)該公開(kāi)技術(shù)應(yīng)當(dāng)理解，除了在本說(shuō)明書(shū)中具體公開(kāi)的電子裝置之外的其它電子裝置可以用于該主題的能量產(chǎn)生技術(shù)。例如，將除了溫度、壓力和識(shí)別之外的其它類(lèi)型的信息發(fā)送到遠(yuǎn)程位置是可取的。例子包括輪胎轉(zhuǎn)數(shù)，輪胎偏轉(zhuǎn)量，和車(chē)速。美國(guó)專(zhuān)利No.5749984公開(kāi)了可以用于本主旨的輪胎監(jiān)視系統(tǒng)的其它方面，并且該專(zhuān)利包含在此以作參考。輪胎電子系統(tǒng)可以與全球定位系統(tǒng)(GPS)連接以查明車(chē)輛的準(zhǔn)確位置。壓電PGD可以可選擇地用于為燈組件或車(chē)輪組件中的反饋系統(tǒng)供能。根據(jù)該公開(kāi)技術(shù)的方面能夠被供能的電子應(yīng)用的數(shù)量是非常眾多的并且決不應(yīng)當(dāng)限制于本主旨。
根據(jù)當(dāng)前公開(kāi)的技術(shù)應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步理解本主旨的實(shí)施例和用于產(chǎn)生電子器件能量的方法不限于每個(gè)輪胎或車(chē)輪組件有一個(gè)能量產(chǎn)生裝置和一個(gè)輪胎電子模塊。這里公開(kāi)的多個(gè)元件的選擇組合不應(yīng)當(dāng)限于本發(fā)明的精神和范圍?，F(xiàn)在參考圖9A，9B和9C，其示出了用于可能包含到諸如圖1中所示的輪胎中或相應(yīng)的車(chē)輪組件中的特征的不同的典型組合。
現(xiàn)在參考圖9A，9B和9C，多個(gè)壓電元件140可以提供在輪胎或車(chē)輪組件內(nèi)。這些壓電元件140可以彼此靠近地定位在輪胎或車(chē)輪組件中，或者可以分散在輪胎或車(chē)輪組件中的不同位置。在一些實(shí)施例中壓電元件140可以包括分別在圖2A，2B和2C中所示和所述的該特殊壓電元件28，28’和28”，或者在其它實(shí)施例中可以包括分別在圖7A-7D中所示的諸如元件130的壓電晶片。當(dāng)通過(guò)壓電元件安裝于其中的輪胎或車(chē)輪組件的接觸補(bǔ)片時(shí)，圖9A的每個(gè)壓電元件140產(chǎn)生能量。
特別地參考圖9A，壓電元件140可以串聯(lián)或并聯(lián)地電連接，并且都連接到中央能量存儲(chǔ)模塊142。能量存儲(chǔ)模塊142包括諸如圖3的例子中所示的選定的能量調(diào)節(jié)電路系統(tǒng)，該能量調(diào)節(jié)電路系統(tǒng)包括諸如用于儲(chǔ)存各自的壓電元件140產(chǎn)生的能量的電容或電池這樣的能量?jī)?chǔ)存裝置。單個(gè)能量存儲(chǔ)模塊142進(jìn)一步連接到諸如TES 12這樣的電子模塊，從而TES 12中選定的應(yīng)用電子器件可以接收能量存儲(chǔ)模塊142儲(chǔ)存的能量。
特別地參考圖9B和9C，分散的壓電元件140可以串聯(lián)或并聯(lián)地電連接并且每個(gè)分別連接到不同的本地能量存儲(chǔ)模塊142。每個(gè)能量存儲(chǔ)模塊142包括諸如圖3的例子中所述的選定的能量調(diào)節(jié)電路系統(tǒng)，該能量調(diào)節(jié)電路系統(tǒng)包擴(kuò)諸如用于儲(chǔ)存各自的壓電元件140產(chǎn)生的能量的電容或電池這樣的能量?jī)?chǔ)存裝置。參考圖9B，多個(gè)存儲(chǔ)模塊142可以串聯(lián)或并聯(lián)地連接以將能量傳遞到諸如TES 12這樣的中央電子模塊，從而TES 12中選定的應(yīng)用電子器件可以接收能量存儲(chǔ)模塊142儲(chǔ)存的能量。可選擇地，在圖9C中，多個(gè)存儲(chǔ)模塊142中的每一個(gè)可以將能量傳遞到諸如TES 12這樣的各自的本地電子模塊。應(yīng)當(dāng)理解，多個(gè)本地電子模塊12可以分布在輪胎或車(chē)輪組件中的不同位置，并且可以彼此執(zhí)行類(lèi)似的供能或者可以構(gòu)造成執(zhí)行不同的供能，例如在各自不同的位置測(cè)量不同的參數(shù)。
盡管根據(jù)其特定實(shí)施例詳細(xì)描述了本主旨，但是應(yīng)當(dāng)理解獲得上述內(nèi)容的理解的本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行改變、變化或等價(jià)替換。因此，本公開(kāi)的范圍僅僅作為舉例而非限定，該主題公開(kāi)并不排除包含本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地明白的這些改變、變化和/或本主旨的附加。
權(quán)利要求
1.一種帶有集成的能量產(chǎn)生部件的輪胎組件，所述輪胎組件包括輪胎結(jié)構(gòu)，該輪胎結(jié)構(gòu)的特征在于具有用于接觸地面的外胎面部分的胎冠，用于將輪胎固定到輪緣的胎邊部分，和在每個(gè)胎邊部分和胎冠之間延伸的側(cè)壁部分；壓電裝置，該壓電裝置構(gòu)造成當(dāng)所述輪胎結(jié)構(gòu)受到機(jī)械應(yīng)變時(shí)在其中產(chǎn)生電荷；能量存儲(chǔ)裝置，該能量存儲(chǔ)裝置連接到所述壓電裝置，用于接收來(lái)自所述壓電裝置的所述電荷并用于儲(chǔ)存在所述壓電裝置中產(chǎn)生的選定數(shù)量的電荷；和電子組件，該電子組件連接到所述能量存儲(chǔ)裝置，從而所述電子組件的選定電子部件由所述能量存儲(chǔ)裝置中儲(chǔ)存的電荷供能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述壓電裝置包括光纖組合結(jié)構(gòu)，該光纖組合結(jié)構(gòu)帶有多個(gè)嵌入環(huán)氧樹(shù)脂基體中的壓電光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述壓電裝置包括至少一個(gè)壓電陶瓷晶片；保護(hù)套，其基本圍繞所述至少一個(gè)壓電陶瓷晶片；和連接到所述至少一個(gè)壓電陶瓷晶片的第一和第二電導(dǎo)線(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述壓電裝置包括具有第一和第二相對(duì)側(cè)的特征的一層壓電陶瓷材料；和靠近所述壓電陶瓷材料層的各自的第一和第二相對(duì)側(cè)提供的并且用各自的粘合劑層固定到那里的第一和第二導(dǎo)電層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的輪胎組件，其中所述各自的粘合劑層包括熱塑性聚酰亞胺。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的輪胎組件，其中所述第一和第二導(dǎo)電層分別包括選自于不銹鋼或鋁的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述壓電裝置包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個(gè)壓電陶瓷元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電陶瓷元件的極化方向被構(gòu)造成同相或反向中的一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電陶瓷元件的位移以d33和d31模式的其中之一構(gòu)造。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述壓電裝置包括至少一個(gè)壓電元件，該壓電元件包括選自于鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇、石英、硫化鎘、聚偏二氯乙烯(PVDF)或聚氯乙稀(PVC)的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的輪胎組件，進(jìn)一步包括結(jié)合所述能量存儲(chǔ)裝置提供的能量調(diào)節(jié)模塊，該能量調(diào)整模塊用于整流代表在所述壓電裝置中產(chǎn)生的所述電荷的電流信號(hào)，將該整流的電流信號(hào)提供給所述能量存儲(chǔ)裝置，并產(chǎn)生調(diào)整的電壓輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述電子組件包括可再充電的電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述電子組件包括至少一個(gè)傳感器，該傳感器構(gòu)造成監(jiān)視所述輪胎結(jié)構(gòu)的預(yù)定特征。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的輪胎組件，其中所述電子組件包括射頻(RF)裝置，該射頻裝置用于將所述至少一個(gè)傳感器監(jiān)視的選定信息和附加的輪胎識(shí)別信息傳遞到遠(yuǎn)程位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的輪胎組件，其中所述預(yù)定特征包括溫度，壓力、輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、車(chē)速、和作用于所述輪胎結(jié)構(gòu)上的靜力和動(dòng)力水平中的至少一個(gè)。
16.一種與預(yù)定物理環(huán)境集成的電子組件，所述電子組件包括構(gòu)造成當(dāng)受到機(jī)械力時(shí)產(chǎn)生電荷的壓電裝置，該壓電裝置包括至少一個(gè)壓電晶片；用于確定關(guān)于所述預(yù)定物理環(huán)境的預(yù)選特征的信息的至少一個(gè)傳感器，其中該至少一個(gè)傳感器由所述壓電裝置內(nèi)產(chǎn)生的電荷供能；和連接到所述至少一個(gè)傳感器用于發(fā)射RF信號(hào)的天線(xiàn)，該RF信號(hào)代表關(guān)于由所述至少一個(gè)傳感器確定的預(yù)選特征的所述信息。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的電子組件，其中所述壓電裝置包括至少一個(gè)壓電陶瓷晶片；保護(hù)套，其基本圍繞所述至少一個(gè)壓電陶瓷晶片；和連接到所述至少一個(gè)壓電陶瓷晶片的第一和第二電導(dǎo)線(xiàn)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的電子組件，其中所述壓電裝置包括具有第一和第二相對(duì)側(cè)的特征的一層壓電陶瓷材料；和靠近所述壓電陶瓷材料層的各自的第一和第二相對(duì)側(cè)提供的并且用各自的粘合劑層固定到那里的第一和第二導(dǎo)電層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的電子組件，其中所述各自的粘合劑層包括熱塑性聚酰亞胺。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的電子組件，其中所述第一和第二導(dǎo)電層分別包括選自于不銹鋼或鋁的材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的電子組件，其中所述壓電裝置包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個(gè)壓電陶瓷元件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的電子組件，其中所述多個(gè)壓電陶瓷元件的極化方向被構(gòu)造成同相或反向中的一個(gè)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的電子組件，其中所述多個(gè)壓電陶瓷元件的位移以d33和d31模式的其中之一構(gòu)造。
24.根據(jù)權(quán)利要求16的電子組件，其中所述壓電裝置包括至少一個(gè)壓電元件，該壓電元件包括選自于鋯鈦酸鉛(PZT)，鈦酸鋇，石英，硫化鎘，聚偏二氯乙烯(PVDF)或聚氯乙稀(PVC)的材料。
25.根據(jù)權(quán)利要求16的電子組件，其中所述的預(yù)定物理環(huán)境對(duì)應(yīng)于輪胎或車(chē)輪組件。
26.根據(jù)權(quán)利要求16的電子組件，其中所述至少一個(gè)傳感器提供關(guān)于所述預(yù)定物理環(huán)境內(nèi)溫度和壓力的信息。
27.根據(jù)權(quán)利要求16的電子組件，進(jìn)一步包括微控制器，該微控制器由所述壓電裝置中產(chǎn)生的電荷供能，并且連接到所述至少一個(gè)傳感器以用于處理從所述至少一個(gè)傳感器接收的信息和用于產(chǎn)生表示所述預(yù)定物理環(huán)境的所述預(yù)選特征的選擇信息。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的電子組件，進(jìn)一步包括RF發(fā)射器，該RF發(fā)射器連接到所述微控制器以用于接收來(lái)自所述微控制器的選擇信息，將所述選擇信息調(diào)制為載波信號(hào)，并將所述選擇信息通過(guò)所述天線(xiàn)發(fā)送到遠(yuǎn)程接收位置。
29.一種帶有集成的能量產(chǎn)生部件的輪胎組件，其包括輪胎結(jié)構(gòu)，該輪胎結(jié)構(gòu)的特征在于具有用于接觸地面的外胎面部分的胎冠、用于將輪胎固定到輪緣的胎邊部分、和在每個(gè)胎邊部分和胎冠之間延伸的側(cè)壁部分；多個(gè)壓電裝置，該多個(gè)壓電裝置集成在輪胎結(jié)構(gòu)中的分散位置并且分別構(gòu)造成當(dāng)輪胎結(jié)構(gòu)受到機(jī)械應(yīng)變時(shí)在其中產(chǎn)生電荷；和至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，該至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置連接到所述多個(gè)壓電裝置，用于接收來(lái)自所述多個(gè)壓電裝置的選定壓電裝置的所述電荷和在其中儲(chǔ)存選定數(shù)量的所述電荷。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的輪胎組件，進(jìn)一步包括電子組件，該電子組件連接到所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，從而所述電子組件的選定電子部件由所述能量存儲(chǔ)裝置中儲(chǔ)存的電荷供能。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的輪胎組件，進(jìn)一步包括多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，所述能量存儲(chǔ)裝置的每一個(gè)連接到所述多個(gè)壓電裝置的一個(gè)，用于分別接收來(lái)自所述多個(gè)壓電裝置的所述電荷和在其中儲(chǔ)存選定數(shù)量的所述電荷。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的輪胎組件，進(jìn)一步包括多個(gè)不同的電子模塊，所述多個(gè)不同的輪胎電子模塊的選定電子模塊分別連接到所述多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置的選定能量存儲(chǔ)裝置，從而所述多個(gè)不同的電子模塊的選定的電子部件由儲(chǔ)存在所述多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置中的電荷供能。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電裝置的選定壓電裝置包括光纖組合結(jié)構(gòu)，該光纖組合結(jié)構(gòu)帶有多個(gè)嵌入環(huán)氧樹(shù)脂基體中的壓電光纖。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電裝置的選定壓電裝置包括至少一個(gè)壓電陶瓷晶片；保護(hù)套，其基本圍繞所述至少一個(gè)壓電陶瓷晶片；和連接到所述至少一個(gè)壓電陶瓷晶片的第一和第二電導(dǎo)線(xiàn)。
35.根據(jù)權(quán)利要求29的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電裝置的選定壓電裝置包括具有第一和第二相對(duì)側(cè)的特征的一層壓電陶瓷材料；和靠近所述壓電陶瓷材料層的各自的第一和第二相對(duì)側(cè)提供的并且用各自的粘合劑層固定到那里的第一和第二導(dǎo)電層。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的輪胎組件，其中所述各自的粘合劑層包括熱塑性聚酰亞胺。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的輪胎組件，其中所述第一和第二導(dǎo)電層分別包括選自于不銹鋼或鋁的材料。
38.根據(jù)權(quán)利要求29的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電裝置的選定壓電裝置包括串聯(lián)或并聯(lián)連接的多個(gè)壓電陶瓷元件。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電陶瓷元件的極化方向被構(gòu)成同相或反向中的一個(gè)。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電陶瓷元件的位移以d33和d31模式的其中之一構(gòu)造。
41.根據(jù)權(quán)利要求29的輪胎組件，其中所述多個(gè)壓電裝置的每一個(gè)包括至少一個(gè)壓電元件，該壓電元件包括選自于鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇、石英、硫化鎘、聚偏二氯乙烯(PVDF)或聚氯乙稀(PVC)的材料。
42.根據(jù)權(quán)利要求29的輪胎組件，進(jìn)一步包括結(jié)合所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置提供的能量調(diào)節(jié)模塊，該能量調(diào)整模塊用于整流代表在所述多個(gè)壓電裝置的每一個(gè)中產(chǎn)生的所述電荷的至少一個(gè)電流信號(hào)，將該整流的電流信號(hào)提供給所述至少一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，并產(chǎn)生調(diào)整的電壓輸出。
全文摘要
一種帶有集成的能量產(chǎn)生部件的輪胎組件，包括一個(gè)或多個(gè)壓電裝置和能量調(diào)節(jié)模塊。壓電裝置可以包括以大體單向方式嵌入到環(huán)氧樹(shù)脂基體中的多個(gè)壓電光纖、提供于襯底上并且基本由保護(hù)套包圍的壓電陶瓷晶片、或者用熱塑性聚酰亞胺粘附到各自的頂部和底部導(dǎo)電層的壓電陶瓷單態(tài)結(jié)構(gòu)。每個(gè)壓電裝置可以包括以串聯(lián)和/或并聯(lián)布置連接的多個(gè)壓電元件，并且以各自的極性還原方向相反或同相布置和/或以d33或d31位移模式構(gòu)造。壓電裝置優(yōu)選地安裝到輪胎或車(chē)輪組件內(nèi)，從而當(dāng)車(chē)輪組件沿著地面移動(dòng)時(shí)在其中產(chǎn)生電荷，并且所述電荷隨后儲(chǔ)存在一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)裝置中。存儲(chǔ)的能量然后可以用于為諸如輪胎監(jiān)視系統(tǒng)這樣的電子器件供能。
文檔編號(hào)B60K25/08GK1699084SQ20051007221
公開(kāi)日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月21日
發(fā)明者J·D·阿達(dá)姆松, G·P·奧布賴(lài)恩 申請(qǐng)人:米其林研究和技術(shù)股份有限公司, 米其林技術(shù)公司