專利名稱：：利用增強(qiáng)壓電材料從旋轉(zhuǎn)輪胎機(jī)械能量中產(chǎn)生電能的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及這樣的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)和方法用于使壓電結(jié)構(gòu)經(jīng)受傳統(tǒng)輪胎旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能量，從而為一體形成的輪胎電子儀器產(chǎn)生電能。壓電技術(shù)被用于將涉及輪胎彎曲的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電荷，然后調(diào)節(jié)該電荷量，并該電荷存儲到能量存儲器中。這種存儲能量的足夠積累則可為電子系統(tǒng)提供電能，電子系統(tǒng)包括用于識別各種物理輪胎參數(shù)的元件以及射頻(RF)發(fā)射器。
背景技術(shù)：
：電子器件與充氣輪胎結(jié)構(gòu)結(jié)合可具有許多實(shí)際的優(yōu)點(diǎn)。輪胎電子儀器可包括傳感器和其他獲得有關(guān)各種輪胎物理參數(shù)的元件，這些參數(shù)例如為，溫度、壓力、輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、車速等。在輪胎監(jiān)測和警報系統(tǒng)中，這種性能變得很有用，甚至有可能用在反饋系統(tǒng)中，以調(diào)整適當(dāng)?shù)妮喬毫λ?。?,749,984號美國專利(Frey等人)公開了一種能確定如輪胎偏轉(zhuǎn)、輪胎速度和輪胎轉(zhuǎn)數(shù)的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)和方法。在第4,510,484號美國專利(Snyder)中也可發(fā)現(xiàn)輪胎電子系統(tǒng)的另一個實(shí)例，該實(shí)例涉及非正常輪胎調(diào)節(jié)報警系統(tǒng)。第4,862,486號美國專利(Wing等人)中還涉及輪胎電子儀器，更特別公開了與車輛和卡車輪胎一起使用的典型轉(zhuǎn)數(shù)表。由集成在輪胎結(jié)構(gòu)上的電子系統(tǒng)提供的另一個潛在能力為商業(yè)車輛應(yīng)用中的財(cái)產(chǎn)跟蹤和運(yùn)行特性。商業(yè)車隊(duì)、航空器和大型挖土機(jī)/采礦車輛均為可利用輪胎電子系統(tǒng)和相關(guān)信息傳輸好處的可行產(chǎn)業(yè)。輪胎傳感器可確定在車輛中每個輪胎行走距離，并有助于這種商業(yè)系統(tǒng)的維護(hù)計(jì)劃。對于如涉及大地開采的那些更昂貴設(shè)備，可對車輛定位和性能可進(jìn)行優(yōu)化。利用RF標(biāo)簽傳輸可跟蹤整個車隊(duì)，在第5,457,447號美國專利(Ghaem等人)中公開了以上的典型方面。這種集成的輪胎電子系統(tǒng)用傳統(tǒng)方式通過各種技術(shù)和不同電能發(fā)生系統(tǒng)來提供電能。在第4,061,200號(Thompson)和第3,760,351號(Thomas)美國專利中公開了從輪胎運(yùn)動產(chǎn)生能量的機(jī)械特性的實(shí)例。這些實(shí)例提供了笨重復(fù)雜的系統(tǒng)，同時對于與現(xiàn)代輪胎結(jié)合不是最好的。在第4,510,484號美國專利(Snyder)中公開了對輪胎電子系統(tǒng)提供電能的另外一個選擇，其中涉及了沿著輪胎徑向中心對稱的壓電簧片電源。為輪胎電子系統(tǒng)提供電能的另一個典型解決方案為利用非充電電池，由于正確的電子系統(tǒng)操作要取決于周期性電池替換，因此該電池固有的特性使輪胎用戶不方便。傳統(tǒng)電池還通常帶有重金屬，這種重金屬不環(huán)保，同時特別是當(dāng)大量使用時，就有如何處置的問題。此外，當(dāng)為以復(fù)雜功能為特征的電子應(yīng)用場合提供電能時，電池非?？斓?fù)p耗能量存儲。在以相對較遠(yuǎn)距離傳輸信息的電子系統(tǒng)中，例如從卡車車輪處到卡車駕駛室的接收器，電池存儲損耗特別普遍。即使電池在從車輪位置傳輸?shù)捷^近接收器位置的電子系統(tǒng)中使用時，信息一般通過硬線傳輸媒質(zhì)從RF接收器位置到車輛駕駛室進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而在車輛中需要安裝額外并且通常昂貴的通信硬件。為輪胎監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)生能量的另外公知方法為，利用靠近輪胎并集成有電子儀器的詢問天線提取RF射束能量。提取從天線發(fā)出的能量為電子儀器提供電能，而該電子儀器經(jīng)常是限于幾微瓦內(nèi)的非常特定的超低能電子儀器。由于有限的傳輸范圍，與射束提供能量的電子儀器一起使用的詢問天線必須相對靠近(大約兩英寸內(nèi))到每個車輪上。這樣每輛車輛就需要多路詢問天線，從而增加了潛在的設(shè)備成本。每根天線還非常容易遭受路面災(zāi)害的破壞，因此從各方面看，不是為某些輪胎電子應(yīng)用場合提供能量的最理想方案。根據(jù)本主題，可以知道的是，壓電材料的某些優(yōu)點(diǎn)早就被認(rèn)識了。但是，這種技術(shù)經(jīng)常地進(jìn)步，從而潛在地提供了利用具有改進(jìn)操作性能壓電材料的應(yīng)用場合。在第5,869,189號(Hagood，IV等人)和第6,048,622號(Hagood，IV等人)美國專利中提供了壓電技術(shù)新進(jìn)展，涉及結(jié)構(gòu)控制的混合物。目前披露技術(shù)涉及了在壓電技術(shù)上的進(jìn)一步進(jìn)展，從而壓電能量發(fā)生裝置可集成在輪胎或車輪組件上，用于能量采集。假定壓電材料通常對過大應(yīng)變水平非常敏感，則本發(fā)明的另外方面可幫助確保這種集成的壓電材料得到增強(qiáng)，從而減少應(yīng)變水平以及材料損壞的危險。為了參照的目的，上述所有美國專利公開的內(nèi)容完全引用到本申請中。雖然各種輪胎電子系統(tǒng)和電能產(chǎn)生裝置得到開發(fā)，但是包含在后面根據(jù)主題技術(shù)提出的所有期望特征中的設(shè)計(jì)還沒有出現(xiàn)。發(fā)明概述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中遇到以及由本主題提出的已知特征，開發(fā)出為集成在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)電子系統(tǒng)提供電能的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。壓電技術(shù)被用于將與輪胎彎曲有關(guān)的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電荷，該電荷接著被調(diào)節(jié)并存儲到能量存儲器中。這種存儲能量的足夠積累然后為包括如射頻(RF)裝置的輪胎內(nèi)各種電子元件提供電能，從而把輪胎內(nèi)的信息無線轉(zhuǎn)發(fā)出去。根據(jù)公開技術(shù)的更具體方面，本主題的目的是提供集成有自我供電的電子元件的充氣輪胎。這樣電子元件從集成的壓電結(jié)構(gòu)中接收電能，其中該電子元件為充電電池、轉(zhuǎn)數(shù)表、有源RFID轉(zhuǎn)發(fā)器等。另一種電子應(yīng)用場合涉及用來測量和傳輸有關(guān)輪胎狀態(tài)信息和其他信息的電子組件，該狀態(tài)信息例如為壓力和溫度的信息，其他信息例如為輪胎轉(zhuǎn)數(shù)或一般輪胎識別變量信息。還可對在主題的集成壓電結(jié)構(gòu)中采用的壓電材料種類進(jìn)行變化。典型壓電材料包括石英、鈦酸鋇、硫化鎘、鋯鈦酸鉛(PZT)、聚偏氟乙稀(PVDF)和聚氯乙烯(PVC)。根據(jù)本技術(shù)的另外具體方面，各種特征可與本主題壓電結(jié)構(gòu)結(jié)合使用，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)并減少損壞的危險。其在某種情況下特別有利，由于集成在輪胎結(jié)構(gòu)的壓電材料通常經(jīng)受應(yīng)變，該應(yīng)變程度可使壓電材料損壞或破裂，從而減少結(jié)構(gòu)操作性能的有效性。在本技術(shù)的一些實(shí)施例中采用的一種增強(qiáng)部件涉及一種壓電纖維的收集結(jié)構(gòu)，這些纖維排成一線，并由環(huán)氧樹脂或聚合物的樹脂基體所包圍。通過把纖維埋在這種樹脂中，壓電材料經(jīng)受的總機(jī)械應(yīng)變分布在整個結(jié)構(gòu)上?？赏ㄟ^把壓電結(jié)構(gòu)安裝在為結(jié)構(gòu)提供均勻剛度的支撐襯底上而得到機(jī)械應(yīng)變的附加分布。本主題輪胎電子系統(tǒng)的各種特征和方面以及特定電能產(chǎn)生裝置具有多個優(yōu)點(diǎn)。披露的技術(shù)提供了不依賴替換電池的自我供電輪胎電子系統(tǒng)。雖然電池和電池操作裝置仍然包含在本主題的方面內(nèi)，然而根據(jù)披露技術(shù)，許多涉及僅僅由電池提供電能的電子儀器的困難被排除了。本主題的另一個優(yōu)點(diǎn)是，提供這樣的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)比傳統(tǒng)輪胎監(jiān)測系統(tǒng)減少了需要信號硬件的數(shù)量。通過提供自我供電的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)，就不需要帶附加硬線連接件的提取天線或多路接收器地點(diǎn)。這種輪胎檢測系統(tǒng)的元件可集成在給定車輛上的每個獨(dú)立輪胎結(jié)構(gòu)中，從而一個接收器(一般位于車輛駕駛室內(nèi))就能獲取由每個輪胎集成電子儀器傳輸?shù)男畔?。本主題的另一個優(yōu)點(diǎn)是，對于能在輪胎和車輪組件結(jié)構(gòu)內(nèi)利用的電子設(shè)備種類和數(shù)量沒有過多限制。由披露技術(shù)以外傳統(tǒng)方法提供電能的電子儀器通常限制為超低能量裝置。根據(jù)披露技術(shù)的裝置不需要進(jìn)行這種極端能量限制。由于能夠利用了更多元件和/或高級別設(shè)備，這個優(yōu)點(diǎn)還有助于輪胎電子儀器更好發(fā)揮功能。本主題的又一個優(yōu)點(diǎn)是，用于產(chǎn)生電能并利用該電能的披露系統(tǒng)和方法可用在各種現(xiàn)有的應(yīng)用場合。對于如商業(yè)車隊(duì)、飛機(jī)和采礦/大型挖土機(jī)設(shè)備的應(yīng)用場合，測量能力、監(jiān)測和報警系統(tǒng)、車輛反饋系統(tǒng)和財(cái)產(chǎn)跟蹤潛在能力是可行的。在本主題的一個典型實(shí)施例中，一種帶有集成的自我供電電子元件的輪胎組件包括充氣輪胎結(jié)構(gòu)、壓電材料片、能量存儲器和電子組件。最好是，充氣輪胎結(jié)構(gòu)的特征為一胎冠具有與地面接觸的外胎面部分、使所述輪胎安裝在輪輞上的胎圈部分、在每個胎圈部分和胎冠之間延伸的外胎壁部分以及沿著內(nèi)胎冠和胎壁的內(nèi)襯。壓電材料片與所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)的選定部分一體形成，并且該壓電材料片設(shè)計(jì)成當(dāng)充氣輪胎結(jié)構(gòu)經(jīng)受機(jī)械應(yīng)變時可在該壓電片上產(chǎn)生電荷，其中的機(jī)械應(yīng)變例如由輪胎旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的那些應(yīng)變。能量存儲器最好設(shè)計(jì)成接收在壓電材料片上產(chǎn)生的電荷，并在其中存儲選定量的電荷。電子組件連接到能量存儲器上，從而電子組件選定的功能由能量存儲器中的電荷提供電能。本技術(shù)的另外實(shí)施例可包括具有與各種增強(qiáng)特征結(jié)合的上述典型實(shí)施例的特征。根據(jù)這種典型增強(qiáng)特征，壓電材料片包括壓電纖維的組合結(jié)構(gòu)，該纖維埋在環(huán)氧樹脂基體內(nèi)，從而有助于把壓電纖維受到的應(yīng)變負(fù)載分散。本主題的又一個增強(qiáng)特征為如由玻璃纖維制成的支撐襯底，壓電材料片可附接到該襯底上，同樣使應(yīng)變在壓電材料上更均勻分布。本技術(shù)的另外典型實(shí)施例涉及一種用于與充氣輪胎結(jié)構(gòu)集成的電子組件，該組件設(shè)計(jì)成測量和傳輸與選定輪胎條件有關(guān)的信息。更具體地說，這種電子組件包括活性壓電纖維組合物結(jié)構(gòu)、支撐襯底、電能調(diào)節(jié)模塊、多個傳感器、微控制器和RF發(fā)射器；壓電結(jié)構(gòu)的特征可以是多根壓電纖維埋在環(huán)氧樹脂基體內(nèi)并設(shè)置在至少兩個電極層之間，這種實(shí)施例最好可結(jié)合到充氣輪胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，或者安裝和固化到輪胎結(jié)構(gòu)本身內(nèi)。電能調(diào)節(jié)模塊導(dǎo)電連接到選定電極層上，從而接收在壓電纖維內(nèi)產(chǎn)生的電流，并把該電流荷存儲到電能能量存儲器中，直到可選擇地提供調(diào)整后的電壓輸出。多個傳感器由調(diào)整后電壓輸出來提供電能并確定有關(guān)預(yù)先選擇輪胎條件的信息。RF發(fā)射器導(dǎo)電連接到微控制器上，并接收來自微控制器上的信息，從而把該信息在載波信號上調(diào)制，并發(fā)送到遙遠(yuǎn)接收器位置。這種典型電子組件還包括接收調(diào)節(jié)后電壓輸出的充電電池。從這里的詳細(xì)描述中，可知本主題的另外目的和優(yōu)點(diǎn)，或者對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。另外，還應(yīng)當(dāng)知道的是，在不脫離本主題精神和范圍的情況下，在本發(fā)明的各種實(shí)施例和應(yīng)用中，可對具體示出、指出和討論特征和步驟進(jìn)行改型和變化。這些變化可包括但不限于對那些示出、提及或討論的那些等同裝置、特征或步驟進(jìn)行的替換，以及各種部件、特征、步驟等的功能性、操作性或位置的顛倒。此外，可以理解的是，本主題的不同實(shí)施例以及當(dāng)前不同的優(yōu)選實(shí)施例可包括對目前披露特征、步驟或元件，或者它們的等同方式進(jìn)行各種組合或配置(包括的特征、部件或步驟的組合以及配置不超過圖中示出或在該圖詳細(xì)描述中提到的范圍)。本主題的另外實(shí)施例不需要在該概述部分描述，而可包括和包含在上述概述中提到的特征、元件或步驟以及/或者在該申請中討論的其他特征、元件或步驟的各種組合。在對說明書其他部分進(jìn)行瀏覽后，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將清楚地知道這些實(shí)施例和其他實(shí)施例的特征和方面。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在說明書中對包括最佳模式的本主題進(jìn)行了完整和可能的披露，其中說明書參照了附圖，這些附圖為圖1示出了集成有本主題的自我供電電子元件的典型輪胎結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖2示出了本主題的電能產(chǎn)生裝置典型方面的等角透視圖，特別涉及了典型壓電結(jié)構(gòu)；圖3A和3B分別示出了本主題典型輪胎組件的等角透視圖，該圖示出了壓電片與充電輪胎結(jié)構(gòu)取向的相應(yīng)典型結(jié)構(gòu)；圖4示出了本主題的電能裝置的外觀等角透視圖，該圖特別涉及壓電結(jié)構(gòu)的典型支撐襯底；圖5為本主題的電能產(chǎn)生裝置另外典型方面的示意圖；圖6A為本主題典型集成的自我供電電子儀器以及它們典型的相互作用的方框圖，其中的電子儀器包括電能產(chǎn)生裝置和輪胎電子系統(tǒng)；圖6B為本主題典型集成的自我供電電子儀器以及可替代的它們典型相互作用的方框圖，其中的電子儀器包括電能產(chǎn)生裝置和輪胎電子系統(tǒng)；圖7為披露技術(shù)的典型輪胎電子系統(tǒng)的方框圖；圖8為本主題的典型遙控接收器結(jié)構(gòu)的方框圖。在整個說明書和附圖中，相同標(biāo)號表示本發(fā)明相同或類似特征或元件。優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述如在本發(fā)明概述部分討論的那樣，本主題特別涉及為集成在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子系統(tǒng)進(jìn)行充電的改進(jìn)系統(tǒng)。電能產(chǎn)生裝置利用了壓電技術(shù)來把由輪胎撓曲產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)化成電流，該電流然后被調(diào)節(jié)并存儲到能量存儲器中。這種存儲能量的充分積累后可為電子系統(tǒng)提供電能，這些電子系統(tǒng)的例子包括，用來確定各種輪胎物理參數(shù)的部件以及射頻(RF)發(fā)射裝置。根據(jù)公開技術(shù)的電能產(chǎn)生裝置一般包括如增強(qiáng)壓電結(jié)構(gòu)的元件和電能調(diào)節(jié)模塊。典型壓電結(jié)構(gòu)的方面參照圖2和4進(jìn)行描述，而典型電能調(diào)節(jié)模塊存在于圖5中，并參照圖5進(jìn)行描述。圖1、3A和3B示出了把這樣電能產(chǎn)生裝置與輪胎結(jié)構(gòu)集成的典型方面。電能產(chǎn)生裝置的輸出可最好用于對輪胎或車輪組件內(nèi)的電子系統(tǒng)充電。圖7中示出了包括傳感器、微控制器和RF發(fā)射器的輪胎電子系統(tǒng)實(shí)例。參照圖6A和6B來討論電能產(chǎn)生裝置和電子系統(tǒng)之間的典型交互作用方面。最后，圖8中示出了用于得到從輪胎電子系統(tǒng)發(fā)射信息的遙控接收結(jié)構(gòu)典型實(shí)施例。公開技術(shù)的上述方面的選擇組合對應(yīng)于本主題的多個不同實(shí)施例。需要注意的是，在這里示出和討論的每個典型實(shí)施例都不對本主題進(jìn)行暗示地限制。作為一個實(shí)施例示出或描述的特征或步驟用于與另一個實(shí)施例的一些方面結(jié)合，從而得到又一個實(shí)施例。此外，某些特征可與類似裝置或特征進(jìn)行互換，這些類似裝置或特征沒有提到，但可實(shí)現(xiàn)相同或類似功能。同樣地，某些工藝步驟可進(jìn)行互換或與其他步驟結(jié)合，從而得到方法的另外典型實(shí)施例，其中該方法用于從來自轉(zhuǎn)動輪胎的機(jī)械能產(chǎn)生電能。下面具體參見示出的主題系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實(shí)施例，其中該主題系統(tǒng)和方法用于為集成在輪胎或車輪組件內(nèi)的電子系統(tǒng)產(chǎn)生電能。下面參見附圖，圖1示出了典型充氣輪胎組件10的剖面圖，其中該組件帶有本主題的集成自我充電的電子元件12。電能產(chǎn)生裝置(PGD)14最好與電子元件一起設(shè)置在輪胎結(jié)構(gòu)16內(nèi)，從而電子元件可在輪胎組件10內(nèi)進(jìn)行自我充電。與在輪胎組件內(nèi)提供電能的傳統(tǒng)技術(shù)比，帶有壓電材料(在后面描述)的本主題電能產(chǎn)生裝置性能具有多個優(yōu)點(diǎn)。前面討論的天線射束電能提取技術(shù)不再是選擇用來對輪胎電子組件進(jìn)行充電的有限選擇中之一。這樣，可總體上增加多種輪胎電子儀器的功能。利用電池產(chǎn)生能量的選擇已經(jīng)不再是必要的，這樣避免了浪費(fèi)和麻煩的電池更換。雖然示出的用于發(fā)電的公開技術(shù)中提出可不采用天線射束能量和電池，然而可以理解的是，電能產(chǎn)生裝置可采用壓電技術(shù)和/或電池和/或天線射束提取的混雜組合，從而為車輪組件內(nèi)不同選擇的電子元件提供能量。典型充氣輪胎結(jié)構(gòu)16的特征為胎冠15和胎壁20，其中該胎冠支撐著外胎面部分18，而胎壁20延伸到胎圈部22。胎壁20通常在剖面線17和19之間延伸，而輪胎胎冠15通常在兩個剖面線19之間延伸。胎圈22設(shè)置成使輪胎結(jié)構(gòu)16可有效地裝在車輪組件的輪輞上。由不透氣材料制成的內(nèi)襯形成了輪胎內(nèi)表面，該內(nèi)表面包括內(nèi)胎冠表面24和內(nèi)胎壁表面26。胎體23穿過胎壁部20和胎冠15在胎圈22之間延伸，并在充氣壓力下，限定了輪胎形狀，并傳遞力以牽引和轉(zhuǎn)向。帶組件21大致沿著胎冠15而設(shè)置在輪胎結(jié)構(gòu)16內(nèi)。在圖1的典型輪胎組件實(shí)施例中示出的PGD14可安裝到輪胎結(jié)構(gòu)16的內(nèi)胎冠表面24上。當(dāng)外胎面部分18沿著地面運(yùn)動并導(dǎo)致輪胎結(jié)構(gòu)16彎曲時，上述位置非常適合于對PGD14內(nèi)的壓電纖維進(jìn)行驅(qū)動。當(dāng)輪胎組件10沿著表面運(yùn)動時，這種與總機(jī)械振動相關(guān)聯(lián)的輪胎彎曲可使在電能產(chǎn)生裝置14內(nèi)的壓電纖維產(chǎn)生電流，該電流接著被調(diào)節(jié)并存儲到能量存儲器中，用于為輪胎電子儀器12提供電能。雖然內(nèi)胎冠表面24為安裝電能產(chǎn)生裝置14的邏輯位置，然而可以理解的是，PGD14也可安裝到如內(nèi)胎壁表面26的位置上。這個位置可為主題PGD14內(nèi)的壓電纖維帶來很少應(yīng)變，同時仍然為某些電子應(yīng)用場合提供足夠電能。另外，PGD14可安裝并固化在輪胎結(jié)構(gòu)16內(nèi)，例如，位于胎體23和沿著表面24和/或26提供的內(nèi)襯之間。PGD14在結(jié)合或埋入在輪胎結(jié)構(gòu)前可選擇地設(shè)置在附加的橡膠或彈性殼體上，以提供附加的保護(hù)。這種殼體可為使PGD結(jié)合到輪胎結(jié)構(gòu)上而另外提供。橡膠殼體可選擇地提供到PGD14的一側(cè)附近用于支撐，然后結(jié)合到輪胎結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。根據(jù)PGD14的各種可能位置，可以理解的是，術(shù)語“集成的”一般包含了所有可能位置，這些位置包括了安裝在輪胎結(jié)構(gòu)上或輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)。由PGD14提供電能的電子元件也可設(shè)置在相對于輪胎結(jié)構(gòu)的包括上面選擇位置的各種位置上。同樣地，術(shù)語“集成的”應(yīng)該通常包含了用于這種輪胎電子儀器的所有可能位置，其中這些位置包括了安裝在輪胎結(jié)構(gòu)上或安裝在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)。PGD14通常包括兩個主要元件、一個壓電片和一個包括至少一個能量存儲器的電能調(diào)節(jié)模塊。該壓電片經(jīng)受由輪胎旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)變，從而在壓電材料中產(chǎn)生電荷(相關(guān)領(lǐng)域的任何普通技術(shù)人員應(yīng)該知道)。該電荷然后最好被輸送到能量調(diào)節(jié)模塊中，在該模塊中，產(chǎn)生的電流被檢波、調(diào)節(jié)和存儲，用于對電子儀器提供電能。根據(jù)本主題能量發(fā)生裝置的可利用的具體壓電材料特定種類為壓電纖維組合結(jié)構(gòu)，如，Hagood.IV等人的第5,869,622號和第6,048,622號美國專利中披露的那些，為了所有目的在這里參照引用?？筛鶕?jù)本主題利用的這種活性纖維組合物(AFCs)的例子對應(yīng)于如ContinuumControlCorporation銷售的“PiezoFlex”牌技術(shù)。這種活性纖維組合物與已知的單片壓電陶瓷結(jié)構(gòu)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，提供了帶有改進(jìn)致動和傳感性能的舒適及穩(wěn)固結(jié)構(gòu)。圖2示出了根據(jù)目前披露的電能產(chǎn)生典型方面的壓電AFC結(jié)構(gòu)28的等角圖。這種壓電AFC結(jié)構(gòu)28包括多個壓電纖維30，該纖維單向取向，以提供AFC結(jié)構(gòu)28的致動和剛度。纖維30由環(huán)氧樹脂或聚合物的樹脂基體32所包圍，該基體通過負(fù)荷轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)提供了損傷容限。換句話說，把壓電纖維30埋在樹脂基體32內(nèi)可使壓電材料經(jīng)受的總機(jī)械應(yīng)變分布在AFC結(jié)構(gòu)28中。該壓電纖維具有共同極向34，該方向垂直于其大致相互平行的軸。仍然參見圖2，電極層最好沿著纖維/樹脂基體結(jié)構(gòu)的兩個相對表面設(shè)置在分隔的襯底上，以為AFC結(jié)構(gòu)28提供電輸入和輸出。根據(jù)圖2的典型實(shí)施例，電極層36設(shè)計(jì)成帶有交替指對指極性的成交叉指型結(jié)構(gòu)。通過本領(lǐng)域公知的漏模印刷技術(shù)和如加有銀的環(huán)氧樹脂的導(dǎo)電油墨，這種交叉指型的電極層36可蝕刻到分隔的襯底層上(例如由聚酰亞胺或聚酯制成)。圖2中單向電極結(jié)構(gòu)的取向設(shè)計(jì)成增強(qiáng)AFC結(jié)構(gòu)28機(jī)電響應(yīng)的定向性，以及提供相對較高的電荷和耦合系數(shù)。在電極36和纖維30之間樹脂基體32的量最好最小化，以達(dá)到較好的操作性能。根據(jù)主題技術(shù)，在AFC結(jié)構(gòu)中纖維相對于輪胎結(jié)構(gòu)的取向是特定的設(shè)計(jì)因素。當(dāng)把纖維沿著輪胎圓周方向進(jìn)行取向時，壓電纖維經(jīng)受較大的拉伸應(yīng)變，而經(jīng)受較小的壓縮應(yīng)變。根據(jù)圓周纖維取向，最好是對輪胎結(jié)構(gòu)16的胎冠15中AFC結(jié)構(gòu)28集成，如在圖3A典型輪胎組件實(shí)施例中示出的那樣。把纖維方向沿著輪胎徑向取向可使獲取的主要能量與徑向應(yīng)變聯(lián)系起來。這種取向幾乎不能對纖維產(chǎn)生破壞，而得到了纖維壓縮芯的潛在較高的敏感度。根據(jù)徑向纖維的取向，如圖3B典型輪胎組件實(shí)施例10所示，最好把AFC結(jié)構(gòu)28集成在輪胎結(jié)構(gòu)16的選擇后胎壁部分20上。這樣，根據(jù)壓電片的尺寸和將要經(jīng)受的特定輪胎環(huán)境，可確定沿著輪胎結(jié)構(gòu)徑向?qū)A周方向的本主題電能產(chǎn)生裝置的壓電片取向。更具體地說，對壓電AFC結(jié)構(gòu)的最佳定位和取向可基于下面因素，即輪胎每轉(zhuǎn)一圈所需要的最大電能、沿徑向?qū)A周安裝方向的最大張力和壓縮應(yīng)變以及在給定次數(shù)AFC結(jié)構(gòu)上應(yīng)變均勻性等因素。如圖2典型實(shí)施例的壓電AFC結(jié)構(gòu)的更特定特征可針對不同應(yīng)用而進(jìn)行調(diào)整。AFC結(jié)構(gòu)28的壓電纖維30可包括多種不同壓電材料，這些材料的實(shí)例包括石英、鈦酸鋇、硫化鎘、鋯鈦酸鉛(PZT)、聚偏氟乙稀(PVDF)和聚氯乙烯(PVC)。一些特定的PZT材料包括PZT5A、PZT5H、PZT4和PZT8。應(yīng)該知道的是，這些典型材料中的某些材料非常適合用在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)，因此可根據(jù)某些性能特征來進(jìn)行材料選擇。應(yīng)當(dāng)注意的是，這些和其他壓電材料的技術(shù)進(jìn)步可以形成更適合于用與機(jī)動車應(yīng)用場合的給定材料，因此，在主題電能產(chǎn)生裝置中包括這種新開發(fā)材料也屬于本發(fā)明的范圍。例如，現(xiàn)有形式的PVDF彈性體可能不適合于暴露于輪胎內(nèi)的某些極端條件下，但一定的進(jìn)展可制造出更適合的PVDF材料。另外的特定設(shè)計(jì)約束條件為壓電纖維的直徑38，該直徑通常在從大約3個千分之一英寸(密耳)到大約15密耳的范圍內(nèi)。此外，對于具體應(yīng)用場合設(shè)計(jì)的特定尺寸為交叉指型層36的電極指的寬度40和間距42。電極指寬度40的實(shí)例對應(yīng)于大約25密耳，而電極間距42的典型范圍對應(yīng)于從大約20密耳到大約100密耳。根據(jù)本主題采用的整個壓電AFC結(jié)構(gòu)的特定實(shí)例包括，具有45密耳電極指間距和具有10密耳直徑的PZT-5A壓電纖維交叉指型電極。用在本主題電能產(chǎn)生裝置中的壓電AFC結(jié)構(gòu)的另一個設(shè)計(jì)約束條件可考慮某些應(yīng)用場合。例如，如圖4所示，附加的增強(qiáng)件可通過把其設(shè)置在支撐襯底43附近而加到AFC結(jié)構(gòu)28上。AFC結(jié)構(gòu)28可根據(jù)任何已知的方法結(jié)合到支撐襯底43上。AFC結(jié)構(gòu)28與支撐襯底43的結(jié)合有利于在AFC結(jié)構(gòu)28內(nèi)壓電纖維經(jīng)受的應(yīng)變力的機(jī)械分布。通過對使整個AFC結(jié)構(gòu)28上應(yīng)變的均衡，所有的壓電纖維可在相同張力下工作。如低于大約3500με平面致動應(yīng)變的那些減少的應(yīng)變水平有助于減少對壓電纖維的潛在破壞力，同時提高AFC結(jié)構(gòu)的綜合性能。增強(qiáng)的壓電片能在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)相對于車輛環(huán)境可存在很長時間。在圖4中，襯底43的尺寸比AFC結(jié)構(gòu)28的要大，同時也容納有電端子49，該端子49連接到AFC結(jié)構(gòu)28的選定電極部分上。由于支撐襯底43最好用來使應(yīng)變盡可能地在AFC結(jié)構(gòu)28上分布均勻，支撐襯底43也最好具有均勻的厚度和剛度水平。支撐襯底的實(shí)際厚度可根據(jù)在輪胎結(jié)構(gòu)中采用材料種類來設(shè)計(jì)，其中本主題的PGD與輪胎結(jié)構(gòu)集成在一起。設(shè)計(jì)輪胎結(jié)構(gòu)的襯底厚度與彈性模量的最佳組合，以確保壓電片的正確致動和以適當(dāng)方式把PGD集成在輪胎結(jié)構(gòu)的能力。在該技術(shù)的一些實(shí)施例中，剛度水平是均勻的，然而也是容易調(diào)節(jié)的。典型支撐襯底43在一些實(shí)施例中的特征也可為，具有如低磁滯效應(yīng)、化學(xué)惰性和在輪胎環(huán)境下存在能力的特有性能。適合于形成支撐襯底43材料的具體實(shí)例為如玻璃纖維或其他類似材料的印制電路板(PCB)材料。另外制作支撐襯底43的適當(dāng)材料的實(shí)例為高模量橡膠化合物。對于集成在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)壓電片的尺寸和加工能力也有某些設(shè)計(jì)約束條件。一般對壓電片長度沒有限制；然而，測試表明，在長度上超過70毫米的壓電片在持續(xù)一定時間和/或暴露于某些極端條件下有失效的趨勢。對于某些應(yīng)用場合，可能需要大約80毫米的最大寬度。參見圖4，壓電片28的典型尺寸為大約35毫米的長度45和大約50毫米的寬度47，得到約1750平方毫米的面積。已經(jīng)確定的是，這樣的面積可提供足夠能量以對圖7中示出的典型輪胎電子組件12提供電能，其中該電子組件12包括至少一個微控制器、多個傳感器和一個RF發(fā)射器。對于其他輪胎應(yīng)用場合，如轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)，大約750平方毫米的壓電片面積可獲得足夠能量。應(yīng)當(dāng)知道的是，取決于需要電能的電子裝置數(shù)量和種類，根據(jù)本技術(shù)的最小壓電片面積適當(dāng)范圍為約750平方毫米到約2500平方毫米之間。當(dāng)然，根據(jù)本主題，壓電片可始終較大，這樣有時導(dǎo)致某些無效操作和/或者增加對纖維破壞的可能性。在該具體實(shí)施例中，長度尺寸設(shè)計(jì)成對應(yīng)于壓電片結(jié)構(gòu)28內(nèi)壓電纖維的長度。壓電片(沒有電能調(diào)節(jié)模塊)最大厚度可以是大約700微米，對于某些應(yīng)用，則需要大約20克的最大質(zhì)量(包括壓電片和電能調(diào)節(jié)模塊)。為了使壓電片結(jié)合到橡膠片上，以使其固定在輪胎內(nèi)部。該壓電片必須能在大約170攝氏度時能工作約30分鐘，同時經(jīng)受20巴壓力并也在150攝氏度下工作約60分鐘。應(yīng)當(dāng)知道的是，這些特定的限制條件可隨著相關(guān)材料和附著技術(shù)的進(jìn)展而變化。另外，根據(jù)本主題的PGD最好能具有從約-40攝氏度到約125攝氏度、約160千米/時的速度和約10年或70萬英里耐久性的操作條件。除了壓電片28外PGD14的第二個主要元件為電能調(diào)節(jié)模塊，在圖3中示出了該模塊的典型實(shí)施例。根據(jù)本主題的電能調(diào)節(jié)模塊的主要功能為整流、調(diào)節(jié)和存儲在壓電片結(jié)構(gòu)28內(nèi)產(chǎn)生的電荷。一般地，電能調(diào)節(jié)模塊可特別為不同收集電能的電子儀器應(yīng)用而設(shè)計(jì)。根據(jù)本說明書中公開的輪胎監(jiān)測系統(tǒng)典型實(shí)施例，根據(jù)一定的動態(tài)能量需要，設(shè)計(jì)圖3中的典型電能調(diào)節(jié)模塊。特別是，圖3的典型電能調(diào)節(jié)模塊設(shè)計(jì)成電壓輸出44通常為大約5伏特，輸出電壓44的最大偏差在±10毫伏內(nèi)，輸出電壓44的最小工作周期為大約60秒，以及輸出電壓44的最大工作周期為大約5秒。根據(jù)電子系統(tǒng)的功能，圖3典型電能調(diào)節(jié)模塊實(shí)施例操作的另外設(shè)計(jì)要求為，電子系統(tǒng)的大約4毫焦耳(mJoules)的最大能量要求以及電子系統(tǒng)在大約25微秒和大約200微秒之間的時間間隔。再來參照圖3的典型電能調(diào)節(jié)模塊，壓電結(jié)構(gòu)28的電極層36與如全橋式整流器46的整流器并聯(lián)?？商娲恼髌鹘Y(jié)構(gòu)為雙整流器或者N級電壓倍壓器。來自整流器46的整流過信號然后存儲到電解電容48中。適合于在圖3中典型電能調(diào)節(jié)模塊中使用的電解電容48為，大約為47μF電容的松下TEL系列鉭電容器。根據(jù)披露的電能調(diào)節(jié)模塊，其他特定的電解電容可同樣適合用作存儲元件。如可充電的固態(tài)電池、可充電化學(xué)電池、超級電容器或非電解電容的其他能量存儲元件可在某些應(yīng)用中提供適當(dāng)?shù)奶娲?，作為電能調(diào)節(jié)模塊的能量存儲器。一旦在電解電容48(或者其他適當(dāng)?shù)哪芰看鎯ζ?中積累了充足的能量，則FET晶體管50就作為開關(guān)，把在電容器48中存儲的能量釋放到電壓調(diào)節(jié)器52中。適用在圖3典型實(shí)施例中的電壓調(diào)節(jié)器為雙模式5伏可編程微功耗線性電壓調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器例如為由MaximIntegratedProducts銷售的MAX666牌調(diào)節(jié)器。這種電壓調(diào)節(jié)器可很好地適用在為用電池供電的系統(tǒng)中，并能把經(jīng)過電容器48的電壓轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)后的5伏輸出電壓44。如微功耗開關(guān)調(diào)節(jié)器的其他電壓調(diào)節(jié)器通常比線性調(diào)節(jié)器具有較高效率，根據(jù)公開技術(shù)，這種調(diào)節(jié)器也可采用。擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(DMOS)FET晶體管54和齊納二極管56可附加地設(shè)置在圖3的典型電能調(diào)節(jié)模塊中。最初，晶體管50和54關(guān)閉，在晶體管54的漏極接地線未接地，從而沒有輸出電壓44。電容器48充上足夠的電壓電平(由齊納二極管56和晶體管50的基極發(fā)射極結(jié)確定)，晶體管50打開，驅(qū)動晶體管54以及關(guān)閉晶體管50。在這一點(diǎn)上，電容器48經(jīng)過電路放電，為電子系統(tǒng)提供5伏調(diào)節(jié)后的輸出電壓44。一般地，當(dāng)提供有輸出電壓44的應(yīng)用電子儀器完成了有用的工作后，電子系統(tǒng)經(jīng)過電阻器60和電容器62在信號路徑58上發(fā)出信號反饋，以關(guān)閉場效應(yīng)管(FET)50和鈍化晶體管54，從而能量可再次開始在電容器48上累積。由PGD14產(chǎn)生的能量施加到各種器件上或根據(jù)本主題的不同輪胎電子系統(tǒng)(TESs)上。圖6A和6B分別示出了PGD14和TES12之間交互作用的典型方面。根據(jù)圖6A，能量可積累在PGD上的能量存儲器上，直到得到充足能量，從而實(shí)現(xiàn)TES12的所期望的功能。在電能循環(huán)之間，TES12保持無電能，這樣通過能量積累到PGD14的能量存儲器上的速度來控制對TES12的驅(qū)動。當(dāng)在PGD14上累積有足夠能量后，供電電壓“Vdd”和接地電壓“Vss”將在路徑64和66分別提供給TES12。TES12將把“有效的”信號沿著路徑58返回，該信號表明在TES12中的電子儀器目前正在工作。當(dāng)在TES12中的給定電子儀器完成了各自任務(wù)后，接著“有效的”信號變低，同時在PGD14中的能量存儲器再次積累能量。該循環(huán)將重復(fù)，只要輪胎組件以等于或大于給定閾值速度旋轉(zhuǎn)，其中的閾值速度一般大約為20千米/小時。根據(jù)參照圖6B描述和討論的典型交互作用，PGD14持續(xù)地把電壓“Vdd”和接地“Vss”信號提供給TES12，同時提供表示存儲在PGD14中能量多少的“能量計(jì)”。當(dāng)電能加到TES12上時，微處理器或其他適當(dāng)電子元件可周期地自身驅(qū)動，同時監(jiān)測來自PGD14的能量計(jì)信號。如果在PGD14的能量存儲器中有足夠多的能量，則TES12進(jìn)行一特定的任務(wù)。如果能量的量不夠使用，則TES12將進(jìn)入較低電能模式，在該模式，消耗的能量約少于1μA。能量記信號然后進(jìn)行周期地核對，直到能量累計(jì)充足。只要輪胎以等于或大于給定閾值速度旋轉(zhuǎn)，等待足夠能量累積、進(jìn)行特定操作以及返回到較低電能模式的循環(huán)最好以持續(xù)方式重復(fù)，。如上所述，根據(jù)在輪胎或車輪組件中具有的元件種類，TES12具有多個不同電子應(yīng)用場合。輪胎電子系統(tǒng)12的特定實(shí)例為圖7中示出的電子組件。具體地說，這種電子組件作為輪胎監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)測量輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度和壓力，并把結(jié)果通過射頻(RE)發(fā)射器68發(fā)送到遙控接收器位置。利用公開技術(shù)的相應(yīng)發(fā)射器和接收器模塊為如RadiometrixLtd.出售的相應(yīng)的TX2和RX2牌UHFFM數(shù)據(jù)發(fā)射器和接收器模塊。參照圖6A和6B討論的5伏電能信號“Vdd”、接地信號“Vss”以及“有效的”或者“能量計(jì)”信號最好從PGD14提供到微控制器70。利用公開技術(shù)的適當(dāng)微處理器實(shí)例為Microchip牌PIC16LF876的28插頭CMOSRISC微控制器。當(dāng)電能施加到輸入路徑64上，驅(qū)動微控制器70，同時把電能提供到溫度傳感器72和壓力傳感器74上(以及任何附加的傳感器或適當(dāng)TES12上的電子器件上)。適合于用在公開技術(shù)的溫度傳感器實(shí)例為LM50SOT-23單電源攝氏度傳感器，這種傳感器例如由松下半導(dǎo)體公司出售的那種。用在公開技術(shù)中適當(dāng)?shù)膲毫鞲衅?4實(shí)例為，由ICSensorsandMeasurementSpecialtiesInc.出售的Modle1471PCBoardMountable壓力傳感器。附加的傳感器76、78和80分別測量輪胎結(jié)構(gòu)和相應(yīng)車輪組件的附加特征。圖7的典型TES實(shí)施例12的另一個元件為可充電電池81，該電池也可設(shè)計(jì)成接收在PGD14的壓電結(jié)構(gòu)28內(nèi)產(chǎn)生的電荷，并為集成的輪胎電子儀器或車輛內(nèi)其他電子器件存儲附加能量。用在本主題中的可充電電池實(shí)例為，由InfinitePowerSolutions出售的LiteStar牌固態(tài)可充電電池。存儲在電池81中的能量通常比如典型電容器48的其他存儲器存儲較長時間。當(dāng)通過致動壓電纖維而不能有足夠電能產(chǎn)生時，存儲在電池81中的能量可提供給微控制器70中。例如當(dāng)車輛靜止或當(dāng)輪胎從車輛中拆下時，這種情況會發(fā)生。例如，當(dāng)?shù)孛婀ぷ魅藛T檢查商業(yè)客機(jī)上靜態(tài)輪胎中的氣壓時，需要有存儲的能量從而為TES12提供電能。另外，電池81可用來為TES12提供電能，從而當(dāng)輪胎從車輛上拆下時，可得到管理輪胎記錄或維修信息。再來參見圖7的典型TES實(shí)施例12，微控制器70最好包括模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器分別從傳感器72-80接收信息，并把其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息。微控制器70還包括存儲器，最好是非易失性的電子可擦可編程序只讀存貯器(EEPROM)，該存儲器存儲唯一的識別標(biāo)簽，該標(biāo)簽提供足夠的信息，以識別輪胎或車輪組件。這種識別變量在如貨運(yùn)車隊(duì)和飛機(jī)等商業(yè)應(yīng)用中跟蹤輪胎和車輛中特別有用。一旦如分別由傳感器72-80提供的需要信息由微控制器70得到并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，微控制器70最好切斷提供給傳感器的電能，并分別在導(dǎo)線82和84把電能提供給RF發(fā)射器68。所需的數(shù)字信息然后在線86輸出到RF發(fā)射器86，在那里數(shù)據(jù)在FM載波信號上進(jìn)行調(diào)制，并通過天線88傳輸?shù)竭b控接收器位置。根據(jù)本主題電能發(fā)生技術(shù)的被提供電能的電子組件的另一個實(shí)施例為，比圖7的典型TES實(shí)施例更少元件的組合，或者甚至是一個元件，如轉(zhuǎn)數(shù)表、單個傳感器、充電電池或閃光裝置。采用根據(jù)本主題帶自供電電子儀器的輪胎組件的車輛最好配有單個接收器，用于得到來自每個輪胎組件的無線傳輸信息。圖8提供了根據(jù)本主題的典型遙控接收器結(jié)構(gòu)90的方框圖。接收天線92有利于對從每個車輪組件傳輸來的信息的接收，并把該信息轉(zhuǎn)送給RF接收器94，在那里接收的信息從載波信號解調(diào)，并在路徑96上提供給信號處理器98。載波探測信號也從RF接收器94上通過信號路徑100提供給信號處理器98。從RF接收器94輸出的數(shù)據(jù)和載波探測信號最好在信號處理器98中一起放大，從而得到了沒有寄生噪聲的信號。具有減少的誤差可能性的數(shù)據(jù)信號然后最好發(fā)送給驅(qū)動電路，該電路把該數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成具有適合于通過RS232接口102傳輸?shù)街鳈C(jī)104的電壓電平。在主機(jī)104上最好設(shè)置有終端仿真軟件，從而把通過RS232接口102接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成由終端用戶容易使用的信息，如在可讀顯示模塊上提供的信息。應(yīng)當(dāng)知道的是，根據(jù)公開技術(shù)，除了在本說明書中具體公開的那些外，其它電子器件也可用于本主題電能發(fā)生技術(shù)中。例如，需要把除了溫度、壓力和識別信息以外的其他種類信息傳輸?shù)竭b遠(yuǎn)位置。這些實(shí)例包括輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、輪胎偏轉(zhuǎn)量、車輛速度和作用在輪胎結(jié)構(gòu)上靜態(tài)和動態(tài)力程度。第5749984號美國專利中公開了輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的另一個方面，該方面可用在本主題中，同時為了各種目的，該專利被參照地引用。輪胎電子系統(tǒng)可結(jié)合全球定位系統(tǒng)(GPS)，從而查明車輛的精確位置。壓電PGD可選擇地用于對車輪組件中的發(fā)光組件或反饋系統(tǒng)提供電能。能根據(jù)公開技術(shù)被供電能的電子應(yīng)用場合數(shù)量非常大，同時決不限定于本主題。雖然參照特定實(shí)施例詳細(xì)地描述了本主題，然而可以理解的是，在對上述內(nèi)容理解后，本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易對該實(shí)施例進(jìn)行變化、變型和等同替代。因此，本說明書公開范圍借助于實(shí)例，而不是被限制，同時本主題披露內(nèi)容不排除對本主題進(jìn)行改型、變化和/或者增加，而這些改型、變化和或者增加對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是顯而易見的。權(quán)利要求1.一種帶有集成的自我供電電子元件的輪胎組件，所述輪胎組件包括充氣輪胎結(jié)構(gòu)，其特征為一胎冠具有與地面接觸的外胎面部分、使所述輪胎安裝到輪輞上的胎圈部分、在每個胎圈部分和胎冠之間延伸的外胎壁部分、以及內(nèi)胎冠和胎壁的表面；壓電材料片，與所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)的選定部分一體形成，所述壓電材料片設(shè)計(jì)成一旦所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)經(jīng)受機(jī)械應(yīng)變即可在該壓電片上產(chǎn)生電荷；能量存儲器，設(shè)計(jì)成從所述壓電材料片上接收所述電荷，并在其中存儲選定量的所述電荷；以及電子組件，包括與所述能量存儲器連接的所述電子元件，從而使所述電子組件的選定電子元件由存儲在所述能量存儲器中的電荷提供電能。2.如權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述壓電材料從石英、鈦酸鋇、硫化鎘、鋯鈦酸鉛(PZT)、聚偏氟乙稀(PVDF)和聚氯乙烯(PVC)中選擇。3.如權(quán)利要求1的輪胎組件，還包括設(shè)置在所述壓電材料片附近的支撐襯底，該支撐襯底用于分散應(yīng)變，所述壓電材料以大致均勻方式在整個所述壓電材料片上經(jīng)受該應(yīng)變。4.如權(quán)利要求3的輪胎組件，還包括設(shè)置在組合的支撐襯底和壓電材料片的至少一側(cè)附近的橡膠殼體，以利于與所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)集成一體。5.如權(quán)利要求2的輪胎組件，其中所述壓電材料片包括纖維組合結(jié)構(gòu)，其中多種壓電纖維埋在環(huán)氧樹脂基體上。6.如權(quán)利要求5的輪胎結(jié)構(gòu)，其中所述纖維組合物結(jié)構(gòu)的壓電纖維均以大致一個方向取向，且因與所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)的選定胎壁一體形成而沿徑向設(shè)置。7.如權(quán)利要求5的輪胎結(jié)構(gòu)，其中所述纖維組合物結(jié)構(gòu)的壓電纖維均以大致一個方向取向，且因與所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)的選定胎冠部分一體形成而沿圓周方向設(shè)置。8.如權(quán)利要求1的輪胎結(jié)構(gòu)，還包括與所述能量存儲器一起設(shè)置的電能調(diào)節(jié)模塊，該模塊用于對表示產(chǎn)生在壓電材料片內(nèi)的所述電荷的電流信號進(jìn)行整流，并把整流后電流信號提供給所述能量存儲器，并產(chǎn)生調(diào)整后的電壓輸出。9.如權(quán)利要求8的輪胎結(jié)構(gòu)，其中所述電子組件包括充電電池。10.如權(quán)利要求1的輪胎結(jié)構(gòu)，其中所述電子組件包括至少一個用來監(jiān)測所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)的預(yù)定特征的傳感器。11.如權(quán)利要求10的輪胎結(jié)構(gòu)，其中所述電子組件包括用于把選定的傳感器信息以及附加的輪胎識別信息轉(zhuǎn)發(fā)到遙遠(yuǎn)位置的射頻(RF)裝置。12.如權(quán)利要求10的輪胎結(jié)構(gòu)，其中所述預(yù)定特征從溫度、壓力、輪胎轉(zhuǎn)數(shù)、車輛速度和作用在輪胎結(jié)構(gòu)上靜態(tài)和動態(tài)力水平中選擇。13.如權(quán)利要求1的輪胎結(jié)構(gòu)，其中限定所述壓電片的尺寸形成了在約750平方毫米和約2500平方毫米之間的片面積。14.如權(quán)利要求1的輪胎組件，其中所述能量存儲器為電容器。15.一種帶有集成的自我供電電子元件的輪胎組件，所述輪胎組件包括充氣輪胎結(jié)構(gòu)，其特征為一胎冠具有與地面接觸的外胎面部分、使所述輪胎安裝到輪輞上的胎圈部分、在每個胎圈部分和胎冠之間延伸的外胎壁部分、以及內(nèi)胎冠和胎壁的表面；壓電材料片，由所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)的選定部分承載，所述壓電材料片設(shè)計(jì)成一旦所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)經(jīng)受機(jī)械應(yīng)變即可在該壓電片上產(chǎn)生電荷；支撐襯底，設(shè)置在所述壓電材料片附近，該支撐襯底用于分散應(yīng)變，所述壓電材料以大致均勻方式在整個所述壓電材料片上經(jīng)受該應(yīng)變；能量存儲器，設(shè)計(jì)成接收所述壓電材料片產(chǎn)生的所述電荷，并在其中存儲選定量的所述電荷；以及電子組件，包括與所述能量存儲器連接的所述電子元件，從而使所述電子組件的選定電子元件由存儲在所述能量存儲器中的電荷提供電能。16.如權(quán)利要求15的輪胎組件，其中所述壓電材料從石英、鈦酸鋇、硫化鎘、鋯鈦酸鉛(PZT)、聚偏氟乙稀(PVDF)和聚氯乙烯(PVC)中選擇。17.如權(quán)利要求16的輪胎組件，其中所述壓電材料片包括纖維組合結(jié)構(gòu)，其中多根壓電纖維埋在環(huán)氧樹脂基體上。18.如權(quán)利要求15的輪胎結(jié)構(gòu)，還包括與所述能量存儲器一起設(shè)置的電能調(diào)節(jié)模塊，該模塊用于對產(chǎn)生在壓電材料片內(nèi)的一電流信號進(jìn)行整流，并把整流后電流信號提供給所述能量存儲器，并產(chǎn)生調(diào)整后的電壓輸出。19.如權(quán)利要求18的輪胎結(jié)構(gòu)，還包括充電電池，該電池設(shè)計(jì)成接收所述調(diào)整后電壓輸出。20.如權(quán)利要求15的輪胎結(jié)構(gòu)，其中所述電子組件包括用來監(jiān)測所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)溫度和壓力的傳感器。21.如權(quán)利要求20的輪胎結(jié)構(gòu)，其中所述電子組件還包括用于把選定的傳感器信息以及附加的輪胎識別信息轉(zhuǎn)發(fā)到遙遠(yuǎn)位置的射頻(RF)裝置。22.如權(quán)利要求15的輪胎結(jié)構(gòu)，其中限定所述壓電片的長度和寬度尺寸形成了在約750平方毫米和約2500平方毫米之間的片面積，并且所述支撐襯底的特征是，其長度和寬度尺寸大于或等于所述壓電片的相應(yīng)尺寸。23.如權(quán)利要求15的輪胎組件，其中所述支撐襯底由玻璃纖維構(gòu)成。24.一種用于與充氣輪胎結(jié)構(gòu)集成的電子組件，設(shè)計(jì)成測量和傳輸與選定輪胎條件有關(guān)的信息，所述電子組件包括活性壓電纖維組合物結(jié)構(gòu)，集成在充氣輪胎結(jié)構(gòu)中，其中所述壓電纖維組合物結(jié)構(gòu)的特征是多根壓電纖維埋在環(huán)氧樹脂基體內(nèi)并設(shè)置在至少兩個電極層之間；支撐襯底，設(shè)置在所述活性壓電纖維組合物結(jié)構(gòu)附近，用于分散應(yīng)變，所述壓電材料以大致均勻的方式在所述壓電纖維組合物結(jié)構(gòu)內(nèi)經(jīng)受該應(yīng)變；電能調(diào)節(jié)模塊，導(dǎo)電連接到所述壓電纖維組合物結(jié)構(gòu)的選定電極層，用于接收在壓電纖維內(nèi)產(chǎn)生的電荷，該電能調(diào)節(jié)模塊用于把該電荷存儲到電能調(diào)節(jié)模塊內(nèi)的能量存儲器中，并用于產(chǎn)生調(diào)整后的電壓輸出；多個傳感器，用于確定有關(guān)預(yù)先選定輪胎條件的信息，其中所述傳感器由來自于所述電能調(diào)節(jié)模塊的調(diào)整后電壓輸出來提供電能；微控制器，連接到所述電能調(diào)節(jié)模塊上并連接到所述多個傳感器上，用于處理從所述傳感器上接收的信息，并用于產(chǎn)生表示預(yù)先選定輪胎條件的選擇信息；以及RF發(fā)射器，導(dǎo)電連接到所述微控制器上，用于接收來自微控制器上的選擇信息，把該選擇信息調(diào)制到載波信號上，并把該選擇信息發(fā)送到遙控接收器位置。25.如權(quán)利要求24的電子組件，其中所述能量存儲器從電解電容、非電解電容、超級電容器、充電固態(tài)電池和充電化學(xué)電池中選擇。26.如權(quán)利要求24的電子組件，其中選擇的所述多個傳感器提供了有關(guān)充氣輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度和壓力的信息。27.如權(quán)利要求24的電子組件，還包括充電電池，其連接到來自所述電能調(diào)節(jié)模塊的調(diào)整后電壓輸出的。28.如權(quán)利要求24的電子組件，還包括由來自所述電能調(diào)節(jié)模塊的調(diào)整后電壓輸出提供電能的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)表。29.一種帶有集成的電能發(fā)生特征的輪胎組件，所述輪胎組件包括充氣輪胎結(jié)構(gòu)，其特征為一胎冠具有與地面接觸的外胎面部分、使所述輪胎安裝在輪輞上的胎圈部分、在每個胎圈部分和胎冠之間延伸的外胎壁部分、以及內(nèi)胎冠和胎壁的表面；壓電材料片，與所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)的選定部分一體形成，所述壓電材料片設(shè)計(jì)成一旦所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)經(jīng)受機(jī)械應(yīng)變即可在該壓電片上產(chǎn)生電荷；至少一個傳感器，用于確定有關(guān)預(yù)先選定輪胎條件的信息，其中所述至少一個傳感器由所述壓電材料片內(nèi)產(chǎn)生的電荷提供電能；以及天線，連接到所述至少一個傳感器上，用于發(fā)射和接收RF信號，該信號表示由所述至少一個傳感器確定的有關(guān)預(yù)先選擇輪胎條件的所述信息。30.如權(quán)利要求29的輪胎結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)置在所述壓電材料片附近的支撐襯底，該支撐襯底用于分散應(yīng)變，所述壓電材料以大致均勻方式在所述壓電材料片內(nèi)經(jīng)受該應(yīng)變。31.如權(quán)利要求29的輪胎組件，其中所述至少一個傳感器提供有關(guān)所述充氣輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度和壓力的信息。32.如權(quán)利要求29的輪胎結(jié)構(gòu)，還包括微控制器，該微控制器由所述壓電材料片產(chǎn)生的電荷提供電能，并連接到所述至少一個傳感器上，用于處理從所述至少一個傳感器接收的信息，并用于產(chǎn)生表示所述預(yù)先選擇條件的選擇信息。33.如權(quán)利要求32的輪胎結(jié)構(gòu)，還包括射頻(RF)發(fā)射器，該發(fā)射器連接到所述微控制器上，用于接收來自所述微控制器的選擇信息，把選擇信息調(diào)制到載波信號上，并把該選擇信息通過所述天線發(fā)送到遙控接收器位置。全文摘要一種用于從旋轉(zhuǎn)輪胎的機(jī)械能量中產(chǎn)生電能的系統(tǒng)，包括帶有壓電結(jié)構(gòu)和能量存儲器的電能產(chǎn)生裝置。該壓電結(jié)構(gòu)最好包括以大致單向方式埋在環(huán)氧樹脂基體內(nèi)的多個壓電纖維。壓電結(jié)構(gòu)可安裝到支撐襯底上，用于將機(jī)械應(yīng)變以大致均勻的方式分散在壓電結(jié)構(gòu)上。壓電結(jié)構(gòu)安裝在輪胎結(jié)構(gòu)內(nèi)，從而當(dāng)車輪組件沿著地面運(yùn)動時，在輪胎內(nèi)產(chǎn)生電荷。在壓電結(jié)構(gòu)內(nèi)的電極連接到電能調(diào)節(jié)模塊上，以對電流進(jìn)行整流，并把該電流存儲在能量存儲器中，該存儲器例如電解電容或者充電電池。從調(diào)整后的電壓源將產(chǎn)生并存儲的電能以向集成在車輪或輪胎中的各種電子儀器供電。一種帶有把輪胎壓力、溫度和識別變量的信息發(fā)送到遙控接收器位置的發(fā)射裝置的監(jiān)測系統(tǒng)。文檔編號H01L41/113GK1549776SQ03800953公開日2004年11月24日申請日期2003年5月5日優(yōu)先權(quán)日2002年5月10日發(fā)明者J·D·亞當(dāng)森,G·P·奧布賴恩,JD亞當(dāng)森,奧布賴恩申請人:米其林技術(shù)公司,米其林研究和技術(shù)股份有限公司