专利名称：具有热电设备的轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于机动车的轮胎的技术领域。
背景技术：
向车轮或轮胎提供功能构件是众所周知的，例如压力传感器、 温度传感器或用于测量车轮或轮胎变形的设备。
概况地说，功能构件是能起到作用的，它需要以电力方式供给动 力。向功能构件以电力方式供给动力是众所周知的，例如，通过电池 或通过传输电磁波并将所述波转换成电。
另一种已知的向构件供给动力的方法在于使用基于塞贝克效应
(Seebeckeffect)的热电发电机。塞贝克效应热电发电机是传统设备， 它通过分别与发电机的冷电极和热电极相接触的热元件和冷元件之间 存在的温度差产生电。通过发电机输送的电随着温度差的增加而增加。 然而，由于己知的是塞贝克效应仅仅提供少量的电，产生足够的电力 以向功能构件的供给动力需要非常特别的发电机使用和安装条件。
文献US-B2-7 209 032提出使用塞贝克效应热电发电机来向车轮和 轮胎组件携带的电功能构件供给动力。然而，该文献没有详细说明哪 个热元件和冷元件需要与热电发电机相连接以获得用于向功能构件供 给动力的足够的电。
发明内容
本发明的一个特别目的是确定用于连接塞贝克效应热电发电机的 热元件和冷元件，以便向车轮和轮胎组件携带的电功能构件有效地输 送动力。
为此，本发明提供一种具有用于以电力方式向构件供给动力的塞 贝克效应热电发电机的轮胎，该发电机包括冷电极和热电极，分别与 冷元件和热元件连接，该热元件为形成轮胎的一部分的元件。
当它旋转时，轮胎变形，特别是通过与地面接触的区域时。特别 地，轮胎侧壁承受反复的弯曲。这种变形导致了轮胎在相当程度上被 加热。
因而本发明提出使用形成轮胎的一部分并且被轮胎旋转加热的元 件作为热元件，用于连接到塞贝克效应热电发电机的热电极。 将发电机定位在轮胎上还具有其他的优势。
首先，轮胎具有大的内表面区域，该区域能够用于支撑发电机。 众所周知为了增加热电发电机产生的电的量， 一个解决方法是将多个 发电机串联放置，因此需要大尺寸的支撑。
另外，在使用时，轮胎温度相对稳定，不象车轮的温度那样，其 中车轮受温度可以变化的刹车盘的影响。因此这使得以充分稳定的方 式产生电变得可能。
本发明的轮胎还可包括一个或多个以下特征。
，热元件形成为轮胎橡胶内衬层的一部分。橡胶内衬层，尤其是与 轮胎内部空气接触的橡胶内衬层的表面，很容易从轮胎内部到达。从 而热电发电机能够简单地安装在所述内表面上并放置为与热元件接 触。
热元件放置在轮胎的胎肩区域。轮胎的胎肩区域将轮胎胎面连接 到侧壁，轮胎的胎肩区域是当胎面通过接触区域时承受大量弯曲的区 域。该区域温度的上升特别大。因此将热元件放置在这样的区域是有 利的。
"热元件放置在轮胎侧壁的底部区域。
*热元件放置在轮胎侧壁的底部区域承受弯曲的区域。轮胎侧壁的 底部区域承受较高程度的弯曲，因此产生特别大的温度上升。因此将 热元件放置在这样的区域是有利的。
*冷元件形成轮胎的一部分。
*冷元件形成轮胎橡胶内衬层的一部分。当热元件和冷元件放置在 轮胎橡胶内衬层上时，热电发电机能够容易地安装在轮胎橡胶内衬层 上，例如通过整合在用于粘接结合到轮胎橡胶内衬层上的橡胶片中。
冷元件包括轮胎内与冷电极相接触的空气。轮胎内的空气通常具 有比轮胎温度低很多的温度，特别是比橡胶内衬层弯曲区域的温度低
很多。因此，在内部空气和轮胎橡胶内衬层之间具有相当的温度差。 该温度差被塞贝克效应热电发电机有利地利用。
，轮胎包括安装到轮胎橡胶内衬层上的元件，该元件以一定的方式 布置并成形以便在轮胎旋转的过程中加热，从而构成热元件。通过提 供具有产生局部应力的单独功能的安装的元件，人为地升高轮胎橡胶 内衬层的温度成为可能。这种局部应力的存在使得在轮胎表面上产生 热点。
*安装的元件由橡胶制成，其具有比橡胶内衬层更大的耗散性
(dissipation)。
轮胎进一步包括用于在轮胎旋转的过程中使安装的元件变形的 装置。
在阅读后续描述后本发明能够得到更好的理解，后续描述完全是 通过实例给出的并且以附图为参考，其中-，图1为说明塞贝克效应的*图2为用于安装到本发明轮胎上的塞贝克效应热电发电机的图； ，图3为通过图2中的热电发电机向功能构件供给动力的回路的示 意，图4为本发明第一实施例中轮胎的轴向截面图，显示了热电发电
机两个可能的位置；
，图5为本发明第二实施例中轮胎的轴向截面图；和
*图6为具有构件的本发明轮胎的轴向截面图，所述构件安装在其
上并以加热的方式成形。
具体实施例方式
图1为用于说明塞贝克效应的原理的图。塞贝克效应，或热电偶 效应，利用在温度差的影响下产生电压的特定材料的特性。
图1所示为一对导线10和12，每条导线具有各自的第一端11以 及各自的第二端13，各自的第一端11通过焊接点14连接到另一条导 线的第一端。第一端11与冷元件16接触，第二端13与热元件18接
触。
在这种结构中，塞贝克效应在两条导线10和12的第二端13之间 产生电压E，其与冷元件16和热元件18之间的温度差成正比。比例系 数a是构成导线10和12的材料的函数。
作为实例，当导线由镍铬合金(CrNO和康铜(CuNi)制成时， 系数a等于70微伏每开氏温度(pV/K)，或当导线由碲化铋(Bi2Te3) 制成时，系数a等于200 )aV/K。
图2所示为包括多对导线10和12的塞贝克热电发电机20，所述 导线具有其端部，所述端部被升高到不同的温度以便产生电压。
导线对以电力方式串联连接,从而使得在发电机端子输送的电压E 与串联的导线对的数目基本上成正比。
发电机20具有冷电极22和热电极24，设计为分别与冷元件16 和热元件18接触，导线对的端部分别连接到其上。作为实例，这两个 电极22和24分别包括平坦的橡胶块。
为了对表面22和24以及导线10和12之间的焊点之间的温度传 导进行优化，发电机具有促进热分布的铜栅格26。
本发明提出利用热电发电机，如图2所示的发电机，是为了向例 如压力传感器的功能构件28供给动力。
图3中所示为用于构件28的动力供给回路的实例。动力供给回路 包括电阻器30、 二极管32、控制二极管34和电容器36。
电容器36的功能是在构件28不消耗能量的阶段存储能量，以便 在需求能量的阶段能够输送所述能量。
电阻器30以及二极管32和34用于控制越过电容器36的端子获 得的电压，并用于调节输送到电容器36的端子的电压的交流频率。
图4所示为安装有如图2中所示的热电发电机20的轮胎40。为了 清楚，图4中仅仅示出了发电机20的电极22和24。
轮胎40包括位于轮胎胎冠的胎面42和两个侧壁44，仅示出了侧 壁中的一个。与轮胎内空气接触的轮胎40的部分由橡胶内衬层46制 成。
与轮胎的胎面42及其侧壁44相互连接的轮胎40的部分指的是胎 肩区域48。侧壁44的底部部分指底部区域50。
当轮胎运转时，胎肩区域48和底部区域50是承受较高程度弯曲 的区域，因此导致轮胎的局部加热，如图4中的阴影区域所示。
在如图4中所示的本发明第一实施例中，发电机20的电极22和 24与冷元件15和热元件18接触，它们均形成为轮胎40的一部分，更 准确的为轮胎的橡胶内衬层46。
图4中所示为轮胎34上发电机20的两种可能的配置。
在第一配置中，发电机20的热电极24与形成轮胎34的胎肩区域 48的一部分并构成热元件18的橡胶内衬层46的区域52接触。
发电机20的冷电极22与位于胎面42下并构成冷元件16的橡胶 内衬层46的区域54接触。选择区域52和54的方式使得这两个区域 之间的温度差为最大值。在该第一配置中，当在使用轮胎的普通条件 下以100公里每小时(km/h)运转时，温度差大约是4(TC。
在第二配置中，发电机20的热电极24与形成轮胎34的底部区域 50的一部分并构成热元件18的橡胶内衬层46的区域56接触。
发电机20的冷电极22与位于轮胎胎圈57上并构成冷元件16的 橡胶内衬层46的区域58接触。选择区域56和58的方式使得这两个 区域之间的温度差为最大值。在该第二配置中，在使用轮胎的普通条 件下以100km/h运转时，温度差大约是3(TC。
这种温度差足够大以致于发电机20能产生适合用于向构件28供 给动力的电压。作为实例，发电机20在165微瓦(pW)的功率下输 送23毫伏(mV)的电压，所述发电机20具有十条由导线10和12组 成的镍铬合金-康铜热电偶，其与由34'C分离的热点和冷点接触。
对于发电机的电极的放置，这两种配置是特别有利的，因为轮胎 的胎肩区域48和底部区域50是轮胎最热的区域。
在本发明的第二实施例中，如图5所示，发电机20的热电极24 与作为构成轮胎40的橡胶内衬层46的元件的热元件18接触，发电机 的冷电极22与由轮胎40内与冷电极22接触的空气构成的冷元件16 接触。在正常运转条件下，轮胎内空气的温度大约是3(TC，因此使得 在热点和冷点之间获得相当的温度差成为可能。
在适用于上述实施例和图6中所示实施例的本发明的变化形式中， 轮胎40具有安装在轮胎40的橡胶内衬层46上的元件60，该元件以一
定方式布置并成形以便在轮胎运转的过程中加热并构成热元件18。作
为实例，元件60包括以厚片或圆周橡胶环为形式的橡胶块。元件60 优选地由具有高耗散性配方的橡胶制成，具有较高程度的滞后现象。 元件60能够放置在轮胎内不同的位置。 在第一位置(未示出)，元件60放置在胎面下。 在第二位置，如图6所示，元件60放置在轮胎侧壁44的底部区 域50弯曲的区域。
在第三位置，如图6所示，元件60放置在侧壁上，接近轮胎胎圈 57并插入橡胶内衬层和构成用于使元件60变形的装置的金属叶片62 之间，特别是通过对橡胶块实施剪切。为了达到这个目的，金属叶片 具有和轮胎胎圈连接的一端，以便在轮胎旋转和变形的过程中，叶片 的自由端远离并朝向橡胶内衬层移动以使得元件60的承受剪切。
在所有这三个位置中，元件60的温度高于如果元件60不存在橡 胶内衬层则会具有的温度。因此，通过增加与发电机20的热电极连接 的热元件的温度，在热元件和冷元件之间的温度差增加，从而使得由 发电机20产生的电压增加。
权利要求
1、一种轮胎(34)，其特征在于具有用于以电力方式向构件(28)供给电力的一个塞贝克效应热电发电机(20)，发电机(20)包括分别与冷元件(16)和热元件(18)接触的冷电极(22)和热电极(24)，热元件(18)形成轮胎(34)的一部分。
2、 根据权利要求l所述的轮胎(34)，其中该热元件(18)形成 轮胎(34)的橡胶内衬层(46)的一部分。
3、 根据权利要求1或2所述的轮胎(34)，其中该热元件(18) 放置在轮胎(34)的胎肩区域(48)。
4、 根据权利要求1或2所述的轮胎(34)，其中该热元件(18) 放置在轮胎(34)的侧壁(44)的底部区域(50)。
5、 根据权利要求4所述的轮胎(34)，其中该热元件(18)放置 在轮胎(34)的侧壁(44)的底部区域(50)承受弯曲的区域。
6、 根据权利要求1至5中任一项所述的轮胎(34)，其中该冷元 件(16)形成轮胎(34)的一部分。
7、 根据权利要求6所述的轮胎(34)，其中该冷元件(16)形成 轮胎(34)橡胶内衬层(46)的一部分。
8、 根据权利要求1至5中任一项所述的轮胎(34)，其中该冷元 件(16)包括轮胎(34)内与冷电极(22)相接触的空气。
9、 根据在先权利要求中任一项所述的轮胎(34)，包括安装到轮 胎(34)橡胶内衬层(46)上的元件(60)，该元件以一定的方式布 置并成形以便在轮胎(34)旋转的过程中加热，从而构成热元件。
10、 根据权利要求9所述的轮胎(34)，其中安装的元件(60) 由橡胶制成，其具有比橡胶内衬层(46)更大的耗散性。
11、 根据权利要求9或10所述的轮胎(34)，进一步包括用于在 轮胎(34)旋转的过程中使安装的元件(60)变形的装置(62)。
全文摘要
本发明涉及一种具有热电设备的轮胎，即一种具有将电力输送到构件的塞贝克效应热电发电机(20)的轮胎(34)，发电机(20)包括分别与冷元件(16)和热元件(18)接触的冷电极(22)和热电极(24)，热元件(18)形成为轮胎(34)的一部分。
文档编号B60C23/06GK101357568SQ20081021034
公开日2009年2月4日 申请日期2008年7月17日 优先权日2007年7月18日
发明者C·萨尔维, D·贝特朗, F·斯佩特勒, O·科隆热 申请人:米其林技术公司;米其林研究和技术股份有限公司