用于轮胎组件中机电换能器的桥式补片

摘要

提供一种用于轮胎的桥式补片。该桥式补片改变由轮胎的内衬施加的机械力的幅度、方向或改变两者，以及尤其是改变应力－应变关系，以便获得用于操作机电换能器元件的期望的应力－应变关系，所述机电换能器元件连接到所述桥式元件。桥式补片包括至少一个衬垫，该衬垫构造成用于连接到轮胎的内衬，桥式元件连接到所述衬垫并且不与所述轮胎接触。在某些实施例中，桥式补片包括桥式元件，该桥式元件为拱形并且连接到两个衬垫，每个衬垫都位于桥式元件的末端。

说明书

技术领域

本发明大体涉及连接到轮胎的内衬的桥式补片，所述轮胎携带具有机电换能器元件的电路。该桥式补片构造成当轮胎经历变形时以预定方式对机电换能器元件施加机械力。

背景技术

电路结合到轮胎组件中能够允许许多功能，包括压力监视，温度监视，以及识别数据和其它信息的跟踪。诸如压电元件这样的机电换能器元件能够用于为电路供电。机电换能器元件将施加于其上的力转换为用于运行电路的电能。

将力施加到机电换能器元件的一种方法在于利用车辆运行期间的轮胎变形。轮胎中的变形例如可以产生能够被转换为电能的高达50,000微应变的应变场。然而，如果例如元件的最佳峰值应变为3000微应变，则使机电换能器元件经受该应变量可能导致该元件损坏。而且，运转期间轮胎内的变形在大小和方向上通常是不一致的，因此难以正确地定向换能器元件以有效地利用来自变形的能量。因此，携带机电换能器元件并且当轮胎经历变形时以预定方式对机电换能器元件施加机械力(即，期望的应力—应变关系)的设备将是有很用的。

发明内容

本发明的各种特征和优点将部分地在下面的描述中阐述，或者可以从该描述中明显看出。本发明在轮胎中提供了用于支撑包括机电换能器元件的电子设备的桥式补片。通常，一个或多个衬垫构造成用于连接到或集成到轮胎的内衬并且为桥式元件提供支撑，桥式元件连接到衬垫但是与内衬分开。桥式元件和衬垫的构造中的各种参数可以在轮胎运转期间被改变，以赋予机电换能器特定的期望的应力—应变关系。同样，施加到机电换能器元件的力的大小和方向以这样的方式被控制，该方式保护元件免受过量的力，同时施加必要的量以便为相关电子设备供电。

本发明的桥式补片可以具有许多构造。例如，桥式元件可以基本上是直的或拱形的。当为拱形形状时，桥式元件可以布置成使得它相对于轮胎的内衬凹入或凸出。如果需要，一个或多个支承轨道也可以位于所述桥式元件上，用于增加桥式元件的刚性。为了减小应力集中，桥式元件的一个或多个末端可以为圆柱形，以便在连接到衬垫的点形成更大的表面积。

例如，在一个典型实施例中，本发明提供了一种轮胎组件，该轮胎组件包括具有内衬的轮胎。第一衬垫和第二衬垫连接到轮胎的内衬并且彼此分开预定距离。提供了桥式元件，其至少具有两个末端。一个末端连接到第一衬垫，另一个末端连接到第二衬垫。该桥式元件不与轮胎接触。机电换能器元件连接到桥式元件并且构造成用于将来自轮胎的机械能转换为电能。同样，桥式元件与第一和第二衬垫一起构造，以便控制由于轮胎运转期间内衬的变形而施加到所述机电换能器元件的机械能。

在另一个典型实施例中，本发明提供了一种桥式补片组件，该桥式补片组件用于具有内衬的轮胎。所述组件包括至少一个衬垫，该衬垫构造成用于放置到轮胎的内衬上。桥式元件连接到衬垫，并且构造成当衬垫连接到轮胎时不与轮胎接触。机电换能器元件位于桥式元件上，并且构造成用于将来自轮胎变形的机械能转换为电能。衬垫可以由单衬垫组成，桥式元件连接到该单衬垫。作为另一选择，可以提供三个衬垫，包括第一衬垫，第二衬垫，和第三衬垫。同样，第二衬垫基本位于第一衬垫和第三衬垫之间。桥式元件连接到第一衬垫和第二衬垫；在轮胎使用桥式补片期间至少一个连接元件连接到第二衬垫和桥式元件，从而进一步限制桥式元件的运动。

作为另一选择，当使用单衬垫时，该衬垫可以连接到轮胎的内衬从而形成腔，该腔具有由桥式元件、单衬垫和轮胎的内衬限定的内部空间。内部空间可以与轮胎的剩余内部空间流体密封，或者可以产生孔以便提供与如此限定的内部空间的流体连通。桥式元件可以为拱形，基本平坦，或者可以使用其它形状。当为拱形时，桥式元件可以朝向或背离轮胎的内衬而拱起。为了有助于减小应力集中，桥式元件可以包括连接到衬垫的卷状或圆柱形末端。一个或多个轨道可以包含在桥式元件中以增加其刚性。

本发明也提供了一种用于获得机电换能器元件上期望的应力—应变关系的方法。在一个典型的实施例中，本发明的一种方法包括提供具有一对衬垫的轮胎，所述衬垫位于轮胎的内衬上，将衬垫与桥式元件桥接在一起从而使桥式元件不与轮胎的内衬接触，并将机电换能器元件连接到桥式元件。也可以包括确定桥式元件厚度的大小的附加步骤，以便在轮胎运转期间为机电换能器元件提供期望的应力—应变关系。类似地，该方法可以包括确定桥式元件宽度的大小的步骤，以便在轮胎运转期间为机电换能器元件提供期望的应力—应变关系。也可以增加将桥式元件与轮胎的内衬隔开的步骤，以便在轮胎运转期间为机电换能器元件提供期望的应力—应变关系。最后，可以包括为桥式元件选择材料的步骤，从而使所述材料的弹性模量有助于在轮胎运转期间在机电换能器元件上产生期望的应力—应变关系。

参考下面的描述和附加权利要求将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。包含在说明书中并且作为说明书一部分的附图与该描述一起说明了本发明的实施例，并且用于解释本发明的原理。

附图说明

图1是沿图2的线1-1的桥式补片的典型实施例的横截面图；

图2是包含图1的典型实施例的轮胎组件的透视图；

图3是带有一对圆柱形末端的桥式补片的典型实施例的横截面图；

图4是朝轮胎表面拱起的桥式补片的另一个典型实施例的横截面图；

图5是具有多个连接元件和第三衬垫的桥式补片的典型实施例的横截面图；

图6是沿图7的线6-6的横截面图；

图7是不带有拱形的桥式补片的典型实施例的透视图；

图8是带有拱形的桥式补片的典型实施例的平面图；

图9是带有单衬垫的桥式补片的典型实施例的平面图；

图10是沿图9的线10-10的横截面图；

图11是带有单衬垫的桥式补片的典型实施例的透视图，所述单衬垫具有在其中限定的通道。

具体实施方式

现在将具体参考本发明的实施例，以及在图中示出的一个或多个例子。每个例子仅仅作为本发明的解释而被提供，并不意味着对本发明的限制。例如，作为一个实施例一部分所示或所述的特征可以与另一个实施例结合，以进一步产生第三实施例。本发明欲包括这些和其它的修改和变化。

图1和2显示了连接到轮胎14的内衬34的本发明的桥式补片12的典型实施例。图1提供了补片12的横截面图，而图2显示了轮胎组件10，该轮胎组件10带有连接到轮胎14的内衬34的桥式补片12。尽管显示为与轮胎14的胎冠相对地被连接并且桥式元件22的长度垂直于轮胎14的轴线定向，但是桥式补片12可以相对于轮胎14位于各种其它位置和方位。

参考图1，一对衬垫16和18连接到内衬34，并且拱形桥式元件22在两端连接到衬垫16和18。包括诸如压电元件这样的机电换能器元件26的电路24连接到桥式元件22。桥式元件22因此悬挂并且不与内衬34接触。如前所述，为了正确地工作，机电换能器元件26可能要求在轮胎14运转期间施加给内衬34的不同应力—应变关系。用于换能器元件26的期望的应力—应变关系可以通过将换能器元件26放置到桥式补片12上而产生。更具体而言，桥式补片12和衬垫16和18可以构造成用于将轮胎内衬的变形施加的应力—应变关系转换为机电换能器元件26的期望的应力—应变关系。

例如，如图1的典型实施例所示，桥式元件22在衬垫16和18之间构造成拱形。如果机电换能器元件26直接连接到内衬34，则该构造可以用于减小机电换能器元件26将另外经受的应力—应变关系的幅度。另外，通过操作吸收或偏转在内衬34变形期间发生的部分应力—应变，用于构造衬垫16和18的材料也能够减小换能器元件26经受的应力—应变。

图1和2作为本发明的例子而被提供。如将要讨论的，桥式补片12也可以用于改向应力—应变关系，以便适应机电换能器元件26上应力—应变关系的期望方向。进一步地，桥式补片12可以构造成使得应力—应变关系的幅度和方向在整个桥式元件22上是一致的。作为另一选择，桥式补片12可以构造成使应力—应变的幅度和方向在桥式元件22上的不同位置有所不同。

为了如此获得桥式元件22上期望的应力—应变关系，构造桥式补片12的各种元件可以被改变以产生期望的结果。例如，桥式元件22或衬垫16和18的宽度、厚度、形状和/或弹性模量可以变化，以获得机电换能器元件26的期望的应力—应变关系。此外，页可以改变内衬34与桥式补片22间隔的距离，以便有助于获得期望的应力—应变关系。因此，使用这里公开的教导，本领域的普通技术人员将理解，可以调整各种参数以便将内衬34的应力—应变关系转换为桥式补片12的期望的应力—应变关系。现在将更具体地论述桥式补片12的各种典型实施例。

例如，现在参考图4，可以另外地构造桥式补片12，从而桥式元件22向内并且朝向内衬34而拱起。取决于轮胎14运转期间期望的应力—应变关系，机电传感器元件26可以连接到桥式元件22的任一端。

作为另一选择，可以如图5中所示地构造桥式补片12。在这里，附加衬垫20连接到内衬34并且位于衬垫16和18之间。一个或多个连接元件28可以连接到衬垫20和桥式元件22。连接元件28加强了桥式元件22并且有助于获得期望的应力—应变关系。

尽管在前面被描述为拱形，但是桥式元件22也可以构造成为基本上直的，如图6和7所示。桥式元件22可以带有一个或多个支承轨道32，以便有助于加强桥式元件22并随后产生期望的应力—应变关系。支承轨道32可以具有任何数量、厚度、横截面形状、或尺寸，以便获得桥式元件22的期望的刚性。

在该典型实施例中，本发明所有典型实施例都具有的事实是，衬垫16和18可以构造成便于帮助获得期望的应力—应变关系。例如，为衬垫16和18所选的构造的厚度、形状、或材料可以变化，以便有助于在桥式元件22上获得期望的应力—应变关系。例如，图8显示了一种构造，其中衬垫16和18为拱形，而不是在其它典型实施例中所示的简单矩形。

尽管被描述为包含多个衬垫16和18，但是桥式补片12可以构造成仅仅具有单衬垫16。图9显示了一个这样的典型实施例，其中桥式元件22的周边连接到单衬垫16。桥式补片12的这种设置导致轮胎14，衬垫16和桥式元件22限定了如图10中所示的内部空间36。当轮胎14安装到车轮上时，内部空间36可以与轮胎14中剩余的空气流体密封。内部空间36和轮胎14中剩余的空气之间的气压差异可以用于帮助对桥式元件22施加期望的应力—应变关系，该应力—应变关系随后被传递到机电换能器元件26。作为另一选择，如图11所示，孔38可以被限定为通过衬垫16，以便平衡内部空间36和轮胎14中剩余的空气之间的气压。

在这里提供的附图的全部实施例中所示的衬垫16和18的构造可以作为连接到内衬34的分开部分而被提供。作为另一选择，衬垫16和18可以在轮胎14的制造期间被模制到内衬34上。衬垫16和18以及桥式元件22可以由多种不同的材料制造。例如，衬垫16和18可以由橡胶制造，而桥式元件22可以由钢、聚合物、玻璃纤维、或者复合结构制造。优选地，桥式元件22由能够经受重复变形而不发生疲劳破坏的材料制造。衬垫16，18可以以这样的方式锚固到内衬34，使得在有益于机电换能器元件26性能的条件下以压缩或张力对机电换能器元件26预加应力。

包括机电换能器元件26的电路24可以以本领域公知的多种方式连接到桥式元件22。仅仅作为举例，可以使用粘合剂来连接电路24。机电换能器元件26可以结合到电路24中，或者可以另外地连接到与电路24分开的桥式元件22。尽管图1中示出了连接到与内衬34相对的桥式元件22的一侧，但是应当理解机电换能器元件26可以连接到桥式元件22的任一侧。

另外，桥式补片12可以被设计成用于减小或消除位于桥式元件22与衬垫16和18之间连接点的可能的应力集中。图3显示了带有一对圆柱形末端30和31的桥式元件22，所述末端连接到衬垫16和18。圆柱形末端30和31的扩大的表面积有助于分散位于桥式元件22与衬垫16和18之间连接点的应力，从而在该位置的应力集中被减小或消除。圆柱形末端30和31可以以多种方式形成到桥式元件22中。例如，如果桥形元件22由金属制造，那么末端可以简单地卷成圆柱形状，以便形成圆柱形末端30和31。如果桥式元件22由硬质聚合物制造，那么桥式元件22可以在每一端用圆柱体模制，或者作为另一选择，可以具有附着到每一端上的圆柱体以便形成圆柱形末端30，31。如果需要，该应力减小特征可以用于这里所述的任何典型实施例。

应当理解本发明包括对这里所述的轮胎组件10和桥式补片12的典型实施例所做的各种修改，这些修改在后附的权利要求及其等价物的范围之内。