一维轮胎补片装置及方法

专利名称：一维轮胎补片装置及方法
技术领域：
本发明主题涉及一种轮胎装置。特别而言，本发明主题涉及一种装置，该装置的长 度和宽度尺寸涉及了与轮胎相关联的物理方面，所述装置可以安装到轮胎当中以提供轮胎 装置的增强的耐久性。本发明主题还涉及这种轮胎装置或结构的使用，以获得被这种结构 所支撑的设备的增强的操作和耐久度特征。
背景技术：
电子设备与轮胎结构的结合已经被展示产生了多种实际优点。轮胎电子装置可以 提供它们自己的电源，该电子装置的操作取决于与轮胎相关联的现象，并且还可以包括传 感器和其它零件，以用于获取关于轮胎的各种物理参数的信息，例如温度、压力、轮胎转数、 轮胎转速等等。这种信息可能在轮胎监测和警报系统中有用，并且甚至可以用于回馈系统， 从而监测正确的轮胎压力级。美国已公开的专利申请2003/0209063 (Adamson et al.)(申请人为阿达姆松等 人)涉及一种系统和方法，其用于利用压电纤维合成物而从转动的轮胎的机械能中产生电 能。美国已公开的专利申请2003/0056351 (Wilkie et al.)(申请人为威尔克斯等人) 涉及一种压电微纤维合成物驱动器和制造该驱动器的方法。美国专利No. 6，093，997 (Zimnicki et al.)(申请人为齐姆尼克等人)涉及一种 嵌合在电绝缘基板组件当中的压电共鸣器，该电绝缘基板组件例如是多层的印刷电路板。美国专利No. 5，747，916 (Sugimoto et al.)(申请人为山本等人)涉及一种压电 变压器单元，其将输入电压转变成输出电压，并且该压电变压器单元包括被高电能驱动的 压电变压器元件。所有上述的美国专利和公开的专利申请的公开内容在此完全并入到本申请当中， 以用于引用的所有目的。尽管已经发展了压电发电器的各种实施方式，并且尽管已经实施 了轮胎特征检测设备的各种组合，但是并未出现任何设计来大体上涵盖所有所需的特征， 这些所需的特征将在下文中按照发明主题的技术来进行陈述。

发明内容
考虑到现有技术中遇到的和本发明主题所解决的公认的特征，已经提供了一种改 进的可安装于轮胎的装置和方法，其用来为轮胎补片和相关联的被支撑的设备和结构提供 增强的耐久度。在一个具体实施例当中，一种可安装于轮胎的装置，可以包括基板，该基板限定 了纵向方向、顶表面和底表面。该基板可以具有以基本线性关系布置的多个导电端子。该 可安装于轮胎的装置可以包括位于所述基板的底表面下方的第一支撑元件，以及位于所述 基板的顶表面上方的第二支撑元件。所述多个导电端子可以位于所述第一和第二支撑元件 之间。
在本发明的另一个示例性实施例当中，提供了一种方法，该方法对应于将第一 支撑元件定位于所述基板的底表面下方，从而该第一支撑元件叠盖所述基板的多个导电端 子；以及将第二支撑元件定位于所述基板的顶表面上方，从而该第二支撑元件叠盖所述基 板的多个导电端子。还是进一步地，应当理解，本发明主题的不同的实施例以及不同的当前的优选实 施例可以包括当前公开的特征、步骤、或元件、或他们的等价变换(包括并未明确显示在图 中或者在这些图的具体描述中说明的其特征、部件、或步骤或构型的组合)的各种组合或 构型。不必在该发明内容部分中表述的本发明主题的额外的实施例可以包括并且结合在以 上的综述的目标中参考的特征、零件或步骤的各方面的各种组合，以及/或者在本申请中 另外讨论的其它特征、零件、或步骤。在审阅了本说明书的其余部分的时候，本领域普通技 术人员将会更好的理解这些和其它实施例的多种特征和多个方面。


说明书中叙述了对于本领域技术人员而言本发明的完整的以及可实施的公开内 容，其包括本发明的最佳实施方式，这些公开内容参考了附图，其中图1图示性地显示了按照本发明的技术构建的一维的可安装于轮胎的装置；图2图示性地显示了可以与按照本发明的技术构建的一维的可安装于轮胎的装 置相关联的压电发电器的夹层构造；图3以覆盖图的方式，代表性地显示了代表性轮胎转动的顶部和接触补片的中心 的横向轮廓的比较的代表形式，本发明的技术可以用于该代表性轮胎当中；图4代表性地显示了示例性轮胎中的曲率半径的变化，本发明的技术可以应用于 该示例性轮胎当中；图5大体地显示了示例性轮胎并显示了该轮胎当中的一维可安装于轮胎的装置 的安装位置和定向；图6大体显示了在充气到标称压力下的未加载轮胎的横截面，其用于解释按照本 发明的技术的基板的宽度尺寸的选定；图7图表性地显示了可用于本发明的技术的可安装于轮胎的装置的弹性体补片 的台面结构的高度与按照本发明的技术选定的用度来表示的基板宽度之间的关系；图8代表性地显示了按照本发明的技术的一个实施例的示例性基板的平面图；图9代表性地显示了按照本发明技术的一个实施例的示例性的可安装于轮胎的 装置的分解图；图IOa-IOc代表性地显示了按照本发明技术的各个实施例的示例性的可安装于 轮胎的装置的横截面视图。本说明书和附图中通篇使用的附图标记的重复使用用来表示本发明相同或相似 的特征或元件。
具体实施例方式本发明主题可以涉及一种一维的可安装于轮胎的装置，该装置的长度和宽度与轮 胎的特定方面相关，所述装置可以安装到该轮胎当中。应当理解，在以下的讨论当中，术语“一维”主要用来表示本发明技术的可安装于轮胎的装置被如此指定，并非因为它实际上只 具有一个维度，而是强调这样一个事实宽度尺寸显著小于长度尺寸，其原因将在以下进行 完整的解释。而且当然地，所述装置具有高度，因为该设备实际上是一个三维物体，但是这 种高度也显著地小于其长度。进一步地，应当理解，正如本文中相对于本发明的技术的特定实施例而采用的那 样，术语“发电器”用来表示可以与本发明主题相关联的压电设备的挠曲将会产生穿过设 在该设备上的输出端子的输出电压。还是进一步地，由于与本发明的技术相关联的压电设 备可以分离地或者同时地作为传感器以及发电器来使用，因此术语发电器和传感器可以在 下文中进行互换。所公开的技术的多个方面的选定结合对应于本发明的多个不同的实施例。应当注 意到，本文中所展示并且讨论的每个示例性实施例不应当暗示为对本发明主题进行限制。 被显示或描述为一个实施例的一部分的特征或步骤可以用来与另一个实施例的多个方面 相结合来产生进一步的实施例。此外，特定的特征可以与并未明确表示的执行相同或类似 功能的类似的设备或特征进行互换。现在将具体参考发明主题的一维的可安装于轮胎的装置及其方法的当前优选的 实施例。现在参考附图，图1图示性地显示了按照本发明的技术构建的一维的可安装于轮 胎的装置100。从图1中可以看到，一维可安装于轮胎的装置100，当然实际上具有三个维 度。特别而言，装置100的基板部分可以构造为夹层结构102，该基板部分如图1所表示的 那样进行构建，其具有长度L和宽度W。此外，宽度尺寸W显著小于长度L。在优选的实施 例当中，L至少为W的两倍。并且，所示的作为可安装于轮胎的装置100的可选部分的是弹性体补片108，该弹 性体补片108具有顶表面114和下表面104，该顶表面114和下表面104通过具有高度H的 台面结构106而被分隔。按照本发明的技术，高度H小于宽度W或长度L。简要参考图4，本领域普通技术人员将会理解，在标称压力和标称载荷下工作的轮 胎将会具有类似于图4所示的轮廓。该轮廓包括大致平的区域，该大致平的区域通常被描 述为在接触补片的任一侧上与弯曲部分进行接触的接触补片。此外，在紧跟着接触补片的 之前和之后具有多个过渡区域，在该过渡区域中，在标称压力和标称载荷下工作的轮胎的 曲率半径从大致恒定的半径改变为大致平的或无限大的半径。正如以下将会进一步说明的 那样，可安装于轮胎的装置100的宽度W被选择为落入到这些过渡区域当中。更加特别而 言，宽度W被选择为落入到稍微较窄的宽度当中，以下将参考图6进行更加全面的说明。正如以下将会进一步说明的那样，本发明的技术的设备在本文中被称为“一维”设 备，其大体基于这样一种概念本发明的技术提供了这一种设备，当包括压电设备的时候， 该设备主要从仅仅一个维度上施加的应变而产生输出信号，该输出信号具有显著大的能量 以用于收获，该一个维度也就是所述设备的相对较长的长度尺寸。相反地，与沿着较长的长 度尺寸比较，从设备的宽度W的较短尺寸施加的应变提供了较小的信号产生，但是如果正 确解析的话，仍然可以提供信号机会。此外，当用作印刷电路板的已安装的电子装置的支撑 结构的时候，所述一维的可安装于轮胎的装置为这种印刷电路板提供了基本上没有应变的 安装布置。以下将参考图3和图4对这些概念进行更加全面的说明。进一步参考图1，将会看到，在一个实施例当中，一维的可安装于轮胎的装置100对应于可选的弹性体补片，该弹性体补片具有基板，该基板可以对应于夹层结构102。在示 例性的实施例当中，该夹层结构102可以对应于以下将参考图2来更加全面说明的压电材 料层、导电层和至少一个支撑层，这些层可以用作传感器或电压发电器。按照本发明的技术的基板可以是夹层结构102的形式，该基板可以被支撑在弹性 体材料108的可选层上，以形成补片，该补片可以使用标准的轮胎补片修补方法而被固定 至轮胎的内衬。弹性体材料108可以形成为下表面104和中心定位的隆起的台面结构部分 106，该台面结构部分106具有顶表面114，夹层结构102可以固定在该顶表面114上。大体 而言，弹性体材料可以对应于通常用作充气轮胎的构建当中的侧壁材料的材料组合物。本 领域普通技术人员将会理解，这种材料一般为抗氧化合成物。在本发明主题的示例性实施例当中，可以通过以下方式来制造轮胎补片组件将 粘合剂涂设在夹层结构102的一部分上，将该结构放置于构造成容纳夹层结构102的专用 模具当中，将模具的剩余部分填充弹性体材料并对补片进行固化。这样形成的补片可以接 着使用标准轮胎补片方修补法而固定至轮胎的内衬。在示例性的结构当中，粘合剂可以是 可从LORD公司获得的Chemlok⑧，弹性体材料可以对应于橡胶。按照本发明主题的另一个示例性实施例，可以单独使用Chemlok 将夹层结构102 直接固定至轮胎的内衬，而不使用弹性体材料作为媒介。还应当理解，按照本发明的技术构 建的可安装于轮胎的装置可以类似地安装到非充气轮胎和轮子的结合，该非充气轮胎和轮 子的结合称为Tweel ，是本发明的技术的拥有者制造的。现在简要参考图2，其示出了对应于图1的夹层结构102的示例性的夹层结构 200。夹层结构200对应于压电材料202层，该压电材料202层在其一侧上具有导电材料 204的第一层并且在其第二侧上具有导电材料204’的第二层。导电材料204的第一层固定 至绝缘材料206层，该绝缘材料206层充当夹层结构200的支撑基板。在本发明主题示例 性的实施例当中，压电材料202可以对应于钛锆酸铅(PZT)，导电材料204、204’可以包括铜 层，并且绝缘材料206可以对应于耐火基板材料，通常称为FR4。在本发明主题的另一个示例性实施例当中，可选的绝缘材料206’的第二层可以固 定至导电层204’。如果设有这种绝缘材料的第二层的话，则其可还可以对应于FR4。继续参考图1，一对连接/支撑端子或接线柱110、112沿着线132定位并在中心 线134的每一侧上定位。端子110可以电联接至导电层204，而端子112可以电联接至导 电层204’。本领域普通技术人员应当理解，所描述的连接/支撑端子的构型仅仅是为了示 例性的目的，其它构型也是有可能的，也是本发明的技术可以考虑的。例如，尽管本发明的 公开内容大体上显示了夹层结构102，其基本完全覆盖了补片108的顶表面114或者可选择 地，局部地悬于补片108的顶表面114上，但这并不是对本发明的技术的具体限制，因为夹 层结构102可以实际上被分割成两个或更多个部分。此外，尽管显示了一对连接/支撑端 子110、112，也可以提供额外的这种连接/支撑端子，它们沿着与连接/支撑端子110、112 的公共线、或者沿着所示的平行线定位在110’、112’以及110”、112”。更进一步地，在夹层 结构102可以被分成两个或更多个部分的实施例当中，这些部分可以通过连接/支撑端子 110、112而被并联电连接，或者根据需要以其它电构型进行电连接，包括通过提供额外的连 接/支撑端子而进行串联或者单独连接。本发明的公开内容的一个显著的方面是一对连接/支撑端子110、112沿着线132
7定位，或者更加一般性而言，沿着垂直于线134的线进行定位，其中线134沿着一维的可安 装于轮胎的装置100的主要弯曲方向130。按照本发明的技术，线132和线134可以从绝 对垂直(亦即90° )的排列进行士 10、士5或士2度的变化。以下将会更加清晰的了解， 线132可以表示确定了轮胎的转动方向，按照本发明的技术构建的可安装于轮胎的装置将 要安装在该轮胎当中。大体而言，由于主要的弯曲方向130沿着中心线134，则线132和因 此一对连接/支撑端子110、112的安装位置可以在沿着线134任何位置进行定位，然而，优 选的位置一般是如图所示的更加中心的位置。如将要在下面进一步说明的那样，当一维的可安装于轮胎的装置100按照本发明 技术而在轮胎当中定位的时候，如双箭头线130所示的主要弯曲方向就因为该一维的可安 装于轮胎的装置100在轮胎当中的定位以及该一维的可安装于轮胎的装置100的长度L和 宽度W而被确定。由于弯曲被限定在沿着该一个维度，亦即，一维方向，则安装至连接/支撑端子 110、112(并且替代地或者额外地，安装至连接/支撑端子110，、112，和110”、112”)的设 备的连接处上以及这些连接处之间的应变被最小化，这是因为它们与主应变方向(亦即， 一维的正交连接线132)的垂直排列。另一方面，例如如果连接/支撑端子110、112打算沿 着线134定位，即主要的弯曲线，则连接/支撑端子110、112之间的分隔距离则会随着沿着 线134的任何弯曲而发生变化。这则会在任何设备或印刷电路板136(图1中的剖视图表 示)上(以及替代地或者额外地，在电路板136、136”上)产生巨大的应变，印刷电路板136 以及替代地或者额外地电路板136’、136”可以安装至连接/支撑端子110、112和/或连接 /支撑端子110’、112’和/或110”、112”。应当理解的是，安装至它们对应的连接/支撑端 子的任何印刷电路板136、136’、136”的安装方式可以使得连接/支撑端子为该印刷电路板 提供所有的支撑。亦即，印刷电路板可以被安装，从而它们除了连接/支撑端子之外，不与 任何下面的结构相接触来获得支撑。在本发明的特定的示例性实施例当中，多个电路板136、136’、136”没有物理联接 在一起来利用与支撑端子的主应变方向定向的垂直性。在具体实施例当中，并没有在与一 对支撑端子110、112的排列线相平行的线排列上设置额外的销并将其联接至同一个印刷 电路板。然而，可以沿着与支撑端子110、112相同的线来设置额外的支撑端子。简要参考图5，其大体显示的轮胎500具有胎面部分510和侧壁部分520、522。按 照本发明的技术，一维可安装于轮胎的装置100在轮胎顶部530的中心部分内横向地安装 在侧壁部分520、522之间。如可以从图5中看到的那样，一维可安装于轮胎的装置100安 装到轮胎500的内衬上，其定向使得长度尺寸L在侧壁520、522的方向上延伸，亦即，基本 横向于轮胎500的转动方向来排列。换言之，一维可安装于轮胎的装置100的补片姿态角 度使得尺寸L与轮胎500的转动方向基本成90°排列。应当理解，在本文上下文当中，在 特定的方向上的“基本排列”用来表示从完美排列当中可以具有大约士0°到大约士20° 范围内的排列变化，例如士5°到大约士 15°，例如大约士8°到大约士 12°，例如大约为 士 10°、例如大约士5°、或大约士4°、或大约士3°、或大约士 1°，或者它们之间的任何 其它排列变化或排列变化的范围。利用本文中公开的教导，本领域普通技术人员将会理解，本发明的特定的实施例 可以不限制为可安装于轮胎的装置100的任何具体定向。例如，在特定的实施例当中，可安装于轮胎的装置100可以靠近轮胎的侧壁部分520或522进行安装或者甚至直接安装到轮 胎的侧壁部分520或522上。在这些实施例当中，可安装于轮胎的装置100的长度尺寸可 以在任何方向上排列。在示例性的构型当中，可以对长度尺寸进行选择，以使得可安装于轮胎的装置100 位于轮胎顶部的中心部分当中，并且延伸越过带束层轮胎结构的区域的大部分，其中分隔 各种带束层的间距是恒定的。当然，如前所述，可安装于轮胎的装置100还可以类似地安装 在非充气车轮和例如Tweel 非充气轮胎的轮胎当中。基于横向定向和如下事实宽度尺寸至少相对于源自基于轮胎滚动方向的改变的 任何弯曲或者应变生成的相对不显著，一维的可安装于轮胎的装置100主要看到了基于伴 随着转动的轮胎的横向轮廓变化的单调半径变化。这种后来的轮廓改变概念可以从图3和图4的研究中得到最佳的理解。图3以覆 盖图的方式，代表性地显示了代表性轮胎转动的顶部和接触补片的中心的横向轮廓的比较 的代表形式，本发明的技术可以用于该代表性轮胎当中，并且图3用剖视图的方式显示了 可安装于轮胎的装置100的安装定向。图4代表性地显示了示例性轮胎中的曲率半径的变 化，本发明的技术可以应用于该示例性轮胎当中。大体上如图3所示，对于示例性的常规充 气的275/80R22.5轮胎，横向曲率半径或轮廓(ρ)从轮胎处在其转动顶部的ρ 500mm变 化到在接触补片的中心处的P 平(亦即，基本上无限大的半径曲率)。本领域技术人员将 会理解，“接触补片”对应于轮胎与行驶表面相“接触”的表面区域，并且该表面在大体光滑 的表面上基本上是“平的”。另一方面，图4显示了在轮胎转动期间，圆周曲率半径(R)将会在大致恒定的非接 触补片区域(亦即，轮胎的基本上无偏斜的部分)和接触补片当中的明显大的曲率半径之 间进行变化，并且将会在随着偏斜而增大的接触补片的进入和离开位置上产生两个曲率极 值。按照本发明的技术，由于宽度的选定和在轮胎当中的长度方向安装定向，一维可安装于 轮胎的装置100主要看到了半径的单调变化，从例如大约500mm变化到平的，从而避免了两 个偏斜依赖的圆周极值。暴露出主要的半径的单调变化是本发明技术的其中一个特征，其导致了发明主题 的一维可安装于轮胎的装置的增强的耐久度。当压电发电器/传感器与可安装于轮胎的装 置相关联的时候，一维宽度选择导致的第二特征是基本上消除了源自纵向应变的无关信 号的产生，所述纵向应变是由于与压电设备相关联的可安装于轮胎的装置穿过进入点和离 开点到达轮胎接触补片所导致的。这种固有的信号过滤对各种用途而言有助于信号处理的 更大的精确度，这种信号可以在任何特定使用环境当中设置于上述各种用途。现在将注意力转移到图6，将会看到，本发明主题的可安装于轮胎的装置的基板部 分的宽度W可以通过考虑在标称充气压力下和在未加载时轮胎的物理参数而进行选择。这 种轮胎表示为轮胎600，其具有一致的直径D。轮胎600具有从轮胎600的中心转动点602 延伸至内表面608的半径r。线604和线606从中心转动点602延伸至内表面608，建立 了角度θ，按照本发明的技术，该角度θ被选定为大约Γ到大约5°的范围内，例如大约 2°到大约4°，例如大约3°、或大约2°、或大约1°，或者它们之间的任何其它角度或角 度范围。换言之，沿着轮胎600的内表面608所对着的弧长对应于大约Γ至大约5°的转 动，这种转动是当轮胎充气到标称压力的时候，从未加载轮胎600的转动中心602延伸至内
9表面608的线604进行测量的。该弧长确定了基板的最大宽度W。通过将一维可安装于轮胎的装置100的宽度W选定为足够窄，以基本避免进入或 离开接触补片区域而导致的应变，获得了大量的好处。作为最初的好处，该一维可安装于 轮胎的装置100上的应变本质上有效地限制到一个方向，从而提供了延长的寿命预期的可 能。在示例性的构型当中，例如在之前所述的示例性的275/80R22. 5的轮胎当中，宽度W可 以选定为小于大约30mm。在任何情况下，宽度W应当限制为装配到轮胎内表面尺寸的尺寸， 其如结合图6所描述的那样。正如本文中以上所述的那样，当在标称压力和标称载荷下工作的轮胎400在箭头 418的方向上转动的时候，在轮胎胎面进入和离开与轮胎行驶表面的接触的时候，产生了两 个过渡区域。在图4的例子当中，接触补片的离开部分被确定为线412、414之间的过渡部 分或区域。当然，类似的过渡部分形成在接触补片部分的入口处，但是并未在图中单独地示 例。如图所示，可安装于轮胎的装置100的宽度W被选定为完全装配到该过渡部分或区域 当中，从而基本上避免该可安装于轮胎的装置100在穿过过渡部分期间的翘曲。这导致了 第二个好处，该第二个好处是无关电压信号的产生被最小化，该无关的电压信号源自已安 装的压电设备由第二方向上的潜在弯曲产生。最后，通过减少整体宽度，对于布置在垂直于主应变方向的线当中的端子/支撑 元件110、112提供了更加稳定的安装定向，这减少了到达可以安装于其上的设备和/或印 刷电路板的机械和电联接上的应变。在示例性的构型当中，端子/支撑元件110、112之间 的间隔可以选定为小于大约18mm。关于整体长度尺寸的确定，将会从之前的描述中理解到，一维的可安装于轮胎的 装置100的长度L——亦即，相对于轮胎的横向尺寸——应当对于耐久度而言被最小化，而 对于能量产生而言被最大化。通过将可安装于轮胎的装置的长度横向地定向在顶点中心当 中，所提供的结构非常有效地增大了设备的耐久度，同时为该设备提供了对轮胎偏斜的不 敏感性。正如之前提到的那样，长度L可以被选择，以使得可安装于轮胎的装置100在肩部 之间位于轮胎顶部，并可以越过带束层轮胎结构的那个区域的相当大的部分，其中分隔各 个带束层的间距是恒定的。在示例性的构型当中，长度L可以被选定为至少是宽度W的两 倍。在示例性的构型当中，已经从实验中发现，通过选择这种安装定向以及长度和宽度的关 系，可以获得对疲劳裂缝开始出现的距离的10倍左右的改进。现在参考图7，其显示了可选的弹性体补片108’的台面结构106的高度H之间的 关系。该图表显示了用度表示的最大宽度Wmax与台面结构的高度H相关，其直至5mm的最大 台面结构高度H都是线性函数。在没采用弹性体补片的实例当中，亦即基板直接粘结至轮 胎的内衬的实例当中，Wmax被选定为Γ。随着高度H的增大，Wmax线性增大至最大值5°。 总体而言，这种关系可以被限定为对于0 < H彡5的情况，Wfflax = (4/5)Η+1。然而，在所有 情况当中，应当遵守L > W > H的关系。本领域普通技术人员将会理解，如果存在弹性体补 片的话，该弹性体补片在轮胎和已安装的装置100之间提供了隔绝度。在包含压电传感器/ 发电器的情形下，增大的高度H将会产生在设备的长度L方向上的应变减小。这反过来将 使得从压电设备产生较小的电压，但是将会提供增大的结构可依赖性，从而应当在选择台 面结构高度和长度L的关系时考虑设计的平衡性，该选择确定了电压的产生量。在任何情 况下，长度L不应当太长来引起设备延伸到轮胎的肩部部分当中。肩部部分被理解为超过顶部的轮胎的那个部分，其中，当从顶部的中心部分朝侧壁移动的时候，在带束层轮胎当中 的带束层的间距不再大致恒定。现在参考图8-10，将会对根据本发明技术的可安装于轮胎的装置的额外的示例性 实施例进行详细讨论。图8描绘了具有长度L的示例性基板800的平面图，该基板800用 于可安装于轮胎的装置。基板的长度L限定了基板的纵向方向。基板800可以对应于图2 所示的夹层结构200，该夹层结构200具有压电材料202层，该压电材料202层在其一侧上 具有导电材料204的第一层，并在其第二侧上具有导电材料204’的第二层。导电材料204 的第一层固定至绝缘材料206层，该绝缘材料206层充当夹层结构200的支撑基板。如上 所述，在特定实施例当中，压电材料202可以对应于钛锆酸铅(PZT)，导电材料204、204’可 以包括铜层，并且绝缘材料206可以对应于耐火基板材料，通常称为FR4。基板800可以包括第一压电设备810和第二压电设备820。在一个实施例当中，第 一压电设备810可以对应于电能压电发电器，而第二压电设备820可以对应于信号压电发 电器。电能压电设备810可以被配置成向可安装于轮胎的装置当中的各个设备提供电能， 信号压电设备820可以被配置成提供隔离的压电信号，其用于分析的目的。基板800在该基板上包括多个导电端子840、842、844和846。尽管图8中只显示 了四个导电端子840、842、844和846，利用本说明书中公开的教导，本领域普通技术人员将 会明白，本发明并不限制于导电端子的任何具体数量。例如，本发明技术可以涵盖两个导电 端子、四个导电端子、六个导电端子、五个导电端子或其它任何数量的导电端子。图8所示的多个导电端子包括一对外导电端子840、842以及一对内导电端子844、 846。导电端子840、842、844和846可以用来向嵌入到基板当中的第一和第二压电设备810、 820提供电连接。例如，一对外导电端子840、842可以通过导电通路850而向第一压电设备 810提供电连接。一对内导电端子844、846可以通过导电通路850而向第二压电设备820 提供电连接。可选地，第一压电设备810可以可操作地连接至端子840和844，而第二压电 设备820可以可操作地连接至另外的外导电端子842和内导电端子846。本领域普通技术 人员将会很容易地理解到，基板800的压电设备810、820可以连接至任何特定的导电端子 或者导电端子的组合，而并不偏离本发明的范围。导电端子840、842、844和846可以是能够用来建立压电设备810、820之间的电联 接的任何结构，或者是嵌入到可安装于轮胎的装置当中的基板、各种其它设备或结构当中 的导电层。例如，导电端子840、842、844和846可以是环绕开口的导电环的形式，例如铜环， 所述开口适于容纳电连接器或者接线柱。通过穿过导电环当中的开口而穿过电连接器、接 线柱或其它结构，导电环可以可操作地连接至电连接器、接线柱或其他结构。所述导电环将 环绕电连接器、接线柱或其它结构或者与其相接触，以建立任何必要的电连接。在具体实施 例当中，导电端子844和846可以是导电按钮的形式，例如铜按钮。导电按钮为与电连接器 或者其它结构的电接触提供了暴露的导电表面。按照本发明的技术，导电端子840、842、844和846以基本线性的关系而沿着线A-A 布置在基板800上。应当理解到，在本文的上下文当中，短语“基本线性的关系”的使用用 来表示从完美的线性关系中可以具有大约士0°到大约士20°范围内的排列变化，例如大 约士5°到大约士 15°，例如大约士8°到大约士 12°，例如大约士 10°，例如大约士5°， 或者大约士 4°，或者大约士 3°，或者大约士 Γ，或者它们之间的任何其它排列变化或排列变化的范围。导电端子840、842、844和846应当基本上沿着线A-A排列，即沿着与基板的纵向 方向呈大约80°到大约100°的线排列。基板的纵向方向可以基本上垂直于支撑轮胎的转 动方向而排列。利用本文中所公开的教导，本领域技术人员将会理解，基板800可以具有任 何数量的导电端子的线，以用于联接至印刷电路板。例如，基板可以具有两条导电端子的 线、三条导电端子的线、或其它任何数量的导电端子。正如以上的详细说明的那样，当一维基板800按照本发明的技术定位于轮胎当中 的时候，基板的弯曲被限定到一个维度上，亦即，一维方向。将导电端子842、846以基本线 性的关系而沿着线A-A布置，使得连接至导电端子840、842、844和846的多个设备之间的 连接处上以及这些连接处之间的应变被最小化，这是因为它们垂直于主应变方向的排列而 导致的。另一方面，例如如果多个导电端子将会沿着主弯曲线的话，则导电端子之间的分隔 距离则随着沿着该主弯曲线的任何弯曲而发生变化。这则会在连接至导电端子840、842、 844和846的任何设备或印刷电路板上产生相当大的应变。现在参考图9，将会对示例性的可安装于轮胎的装置900进行详细描述。如图所 示，示例性的可安装于轮胎的装置900包括弹性体材料910层、第一支撑元件920、基板 800、第二支撑元件930和印刷电路板940。基板800可以是如图2所示的夹层结构的形式， 该基板800可以在弹性体材料910层上被支撑，以形成补片，该补片可以使用标准的轮胎补 片修补方法而被固定至轮胎的内衬。弹性体材料910可以形成为基底部分912和中心定位 的隆起的台面结构部分914，基板800可以固定在该台面结构部分914上。如前所述，弹性 体材料可以对应于通常用作充气轮胎的构建当中的侧壁材料的材料组合物。当然，可安装 于轮胎的装置900还可以类似地安装在非充气车轮和轮胎当中，例如Tweel非充气轮胎。嵌入到弹性体材料910的可选层当中的是第一支撑元件920。第一支撑元件920 应当具有一定程度的硬度，从而为基板上的导电端子840、842、844和846提供机械支撑和 保护，并为可安装于轮胎的装置900的其它零件提供机械支撑。第一支撑元件920可以由 任何绝缘或非导电材料构成，例如举例而言，FR4。正如本文中所使用的那样，类似于“绝缘” 或“非导电”材料的短语的使用用来表示至少部分地抵抗电流或电子流动穿过材料的任何 材料。第一支撑元件920可以通过诸如可从LORD公司得到的Chemlok 的粘合剂而结合至 弹性体材料910的可选层。在另一个实施例当中，第一支撑元件可以由硬橡胶或其它刚性 材料形成，其嵌入、整合到弹性体材料910的可选层当中或者为该可选层的一部分。在该实 施例当中，不必使用粘合剂来将第一支撑材料920结合至弹性体材料的可选层。第一支撑 元件920还可以包括圆形边缘，从而使得施加至弹性体材料910层的应变最小化。如图9所示，第一支撑元件920被定位，从而它叠盖布置在基板800上的多个导电 端子840、842、844和846。在本说明书的上下文当中，短语“叠盖多个导电端子”用来包括 延伸越过或者遮盖在导电端子上方或者导电端子下方。通过这种方式，第一支撑元件920 为多个导电端子840、842、844和846提供了保护和支撑。第一支撑元件920可以包括多个 开口或者可以用来建立印刷电路板940和基板800之间的电联接的其他结构。在特定的实 施例当中，第一支撑元件920的宽度略大于导电端子840、842、844和846的宽度，以确保对 导电端子840、842、844和846的完全叠盖。然而，第一支撑元件920的宽度应当被最小化， 以避免在印刷电路板940上产生大的应力足迹，从而机械应力分布到基板800的不同部分上。例如，在具有导电端子的具体实施例当中，其中导电端子的最大直径为大约5. 5mm到大 约6mm，第一支撑元件920可以具有大约为7. 25mm的宽度，该宽度的变化在大约士0%到 大约士20%的范围内，例如大约士5%到大约士 15%，例如大约士8%到士 12%，例如大约 士 10%、或大约士 5%、或大约士4%、或大约士 3%、或大约士 1%，或者它们之间的任何其 它宽度变化或宽度变化范围。位于基板800上方的是第二支撑元件930。该第二支撑元件930充当印刷电路板 940和基板800之间的间隔器。第二支撑元件930可以具有足够的高度来防止受到机械应 力的时候印刷电路板940与基板800相接触，例如举例来说，在轮胎的转动期间。第二支撑 元件930可以包括多个开口 935，所述多个开口 935可以用于使得各种电连接器从印刷电路 板940来到基板。第二支撑元件930与第一支撑元件920类似，可以由绝缘材料形成，例如 举例来说，FR4。第二支撑元件930与第一支撑元件920 —同工作来为多个导电端子840、 842,844和846提供机械支撑和保护。如图所示，第二支撑元件930被定位，以使得它叠盖 多个导电端子840、842、844和846。优选地，第二支撑元件930的宽度小于第一支撑元件 920的宽度，从而第二支撑元件930和第一支撑元件920相对于印刷电路板940的应力线 或足迹被最小化。例如，在第一支撑元件920的宽度为大约7. 25mm的具体实施例当中，第 二支撑元件优选地其宽度为大约6. 25mm，该宽度的变化在大约士0%到大约士20%的范围 内，例如士5%到大约士 15%，例如大约士8%到士 12%，例如大约士 10%、或大约士5%、 或大约士4%、或大约士3%、或大约士 1%，或者它们之间的任何其它宽度变化或宽度变化 范围。在可安装于轮胎的装置900当中，多个导电端子840、842、844和846定位在第二 支撑元件930和第一支撑元件920之间。这种结构为可安装于轮胎的装置提供了增强的操 作特征和耐久特征。例如，第二支撑元件和第一支撑元件结构机械地夹住了导电端子840、 842、844和846的线，减少了可能会施加于导电端子的应变。第二支撑元件和第一支撑元件 结构还有助于对嵌入到基板800当中的导电或压电设备以及导电端子840、842、844和846 之间的良好的电接触进行保持。在具体实施例当中，轮胎装置可以在第一支撑元件920、第二支撑元件930、和/或 导电端子840、842、844和846之间的界面中包括焊料。该焊料用于为多个导电端子840、 842,844和846提供腐蚀性保护和电连接，并为第一支撑元件920、第二支撑元件930、和/ 或导电端子840、842、844和846之间的界面提供进一步的保护。通过施加至第一支撑元件 920和第二支撑元件930的压缩载荷，所述焊料以及第一支撑元件920、第二支撑元件930、 和导电端子840、842、844和846之间的界面被提供了进一步的机械保护。可以通过对将印 刷电路板940固定或紧固至接线柱925而提供该压缩载荷。如图9所示，第一支撑元件920包括从该第一支撑元件920延伸的一对接线柱 925。接线柱925可以通过嵌入到第一支撑元件920当中的螺母或插口 922而被联接至第一 支撑元件920。接线柱925应当由导电材料形成，从而接线柱可以用来建立印刷电路板940 和基板800之间的电连接。如图9和IOa-IOc所示，接线柱925可以延伸穿过一对外导电 端子840和842。在具体实施例当中，接线柱925可以用来建立连接至导电端子840和842 的电能压电设备810与印刷电路板940之间的电连接。导电端子840和842可以是导电环 的形式，其环绕接线柱925并与接线柱925相接触，从而建立了任何必要的电连接。
如图所示，接线柱925延伸穿过第二支撑元件中的开口 935，并机械连接且电连接 至印刷电路板940。固定件拟6可以用来将印刷电路板940机械连接至接线柱925。应当 理解到，安装至相对应的接线柱925的任何印刷电路板940可以以这样的方式安装，以使得 接线柱925为印刷电路板提供所有的支撑。亦即，多个印刷电路板可以安装成使得它们除 了与接线柱925接触以及与下方的第二支撑元件930附带接触之外，并不通过与任何下面 的结构接触而获得支撑。 可安装于轮胎的装置900可以包括一个或更多个电连接器950，该电连接器950被 设置成在印刷电路板940和基板800之间建立电连接。这些电连接器950仅用于电连接。 与接线柱925不同，电连接器950不对该可安装于轮胎的装置提供任何机械支撑。电连接 器950可以是建立了印刷电路板940和基板800之间的电连接的任何设备或结构。图IOa-IOc提供了沿着基板800的导电端子840、842、844和846的线截取的可安 装于轮胎的装置900的横截面视图。如图所示，该可安装于轮胎的装置包括第一支撑元件 920、基板800、第二支撑元件930和印刷电路板940。基板800被描绘成绝缘材料860层、 导电层870和绝缘材料880的另一层的形式。导电层870可以是仅仅嵌入到基板当中的单 一导电层，或者它可以对应于如图2所示的夹层结构，其中两个导电层204和204’夹住压 电层202。图IOa-IOc显示了按照本发明的技术可以使用的多种不同类型的电连接器950。 在图IOa中，电连接器950包括可操作地连接至内导电端子844、846的其中之一的表面安 装销950。在该实施例当中，内导电端子844、846可以是导电按钮的形式，其暴露出导电表 面。该表面安装销950可操作地连接至导电端子844、846的暴露的导电表面。表面安装销 950还容纳在印刷电路板940上的插口 942当中，建立了内导电端子844和846以及印刷电 路板940之间的电连接。图IOb中显示了电连接器950的另一个示例性实施例。在该示例性的实施例当中， 电连接器950包括可操作地连接至印刷电路板940的弹簧销。弹簧销950可以被压缩到内 导电端子844、846的其中之一上来建立电连接。例如，内导电端子844和846可以是导电 按钮的形式，其暴露出导电表面。当印刷电路板940安装至可安装于轮胎的装置900的时 候，弹簧销950可以压缩穿过第二支撑元件930并被压缩到内导电端子844、846的暴露的 导电表面上，从而建立了内导电端子844、846和印刷电路板940之间的电连接。图IOc中显示了电连接器950的再一示例性实施例。在该实施例当中，第一支撑元 件920包括用来容纳销950的插口 928，该销950可操作地连接至印刷电路板940。销950 穿过第二支撑元件930当中的开口 935，并穿过内导电端子844、846的其中之一。内导电端 子844、846可以是导电环的形式，其环绕销950并与销950相接触，从而建立电连接。本发明技术的电连接器950并非旨在限制为任何特定的结构或设备，而可以涵盖 用来建立印刷电路板940和基板800之间的电连接的任何结构、设备或结构或设备的组合。 例如，电连接器可以包括任何挠曲电线、弹簧销、弹簧插口、销和插口组合、销和螺母组合、 或其他任何设备或结构。在具体实施例当中，可以使用Custom Interconnects公司制造的 绒毛按钮连接器或插入器来作为电连接器950。本发明技术为可安装于轮胎的装置提供了增强的操作特征和耐久度特征。通过将 基板800的多个导电端子布置成基本线性的关系，基板800可以按照本发明技术来使用，从而使得施加至导电端子和联接至导电端子的各个设备或零件的应力最小化。本发明技术还 能够使得在各个设备或零件以及基板之间存在多个电连接，而不偏离该一维的可安装于轮 胎的装置提供的各种好处。 尽管已经相对于其具体实施例而对本发明主题进行了详细描述，应当理解的是， 本领域技术人员在获取对前述内容理解的时候，可以很容易地对这些实施例进行任何改 变、变型和等同变换。因此，本公开内容的范围是通过实例的方式而并非通过限制的方式， 并且本公开内容不排除这些修改、变型和/或对本发明主题的增加，因为这对本领域普通 技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.一种能够安装于轮胎的装置，包括基板，该基板限定了纵向方向、顶表面和底表面，该基板包括以基本线性关系布置的多 个导电端子；第一支撑元件，所述第一支撑元件位于所述基板的底表面下方；以及第二支撑元件，所述第二支撑元件位于所述基板的顶表面上方；其中所述多个导电端子位于第一和第二支撑元件之间。
2.如权利要求1所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述基板包括压电设备，该压电 设备包括布置在第一和第二导电层之间的压电层。
3.如权利要求1所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述多个导电端子以基本线性关 系而沿着与所述基板的纵向方向呈大约80°到大约100°的线来进行布置，并且所述基板 的纵向方向基本垂直于所述轮胎的转动方向。
4.如权利要求1所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述第一支撑元件包括从所述第 一支撑元件延伸的一对第一和第二接线柱，该第一和第二接线柱的每一个都延伸穿过所述 基板的多个导电端子的其中一个。
5.如权利要求4所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述第一和第二接线柱中的每一 个都延伸穿过所述第二支撑元件，并且可操作地连接至位于所述第二支撑元件上方的印刷 电路板，该第一和第二接线柱的每一个都在所述印刷电路板和所述基板之间提供电连接， 并为所述印刷电路板提供机械支撑。
6.如权利要求4所述的能够安装于轮胎的装置，其中该能够安装于轮胎的装置包括电 连接器，该电连接器被设置成在所述印刷电路板和所述基板上的多个导电端子的至少其中 一个之间提供电连接。
7.如权利要求1所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述多个导电端子包括一对外导 电端子和一对内导电端子，所述外导电端子可操作地连接至所述基板中的第一压电设备， 所述内导电端子可操作地连接至所述基板中的第二压电设备。
8.如权利要求7所述的能够安装于轮胎的装置，还包括一对第一和第二接线柱，所述 一对第一和第二接线柱从所述第一支撑元件延伸并穿过所述一对外导电端子和所述第二 支撑元件，所述接线柱可操作地连接至印刷电路板，从而在该印刷电路板和所述外导电端 子之间提供电连接，并为该印刷电路板提供机械支撑。
9.如权利要求5所述的能够安装于轮胎的装置，其中该能够安装于轮胎的装置包括焊 料，该焊料位于所述第一支撑元件、所述第二支撑元件和所述多个导电端子之间的界面处。
10.如权利要求9所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述第一和第二接线柱向所述 第一支撑元件、所述第二支撑元件和所述多个导电端子之间的界面提供压缩载荷。
11.如权利要求1所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述第二支撑元件和所述第一 支撑元件的每一个都具有一定宽度，该第二支撑元件的宽度小于该第一支撑元件的宽度。
12.如权利要求1所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述第一支撑元件位于弹性体 补片当中，该弹性体补片具有被台面结构分隔的第一表面和第二表面，所述弹性体补片的 第二表面粘结至所述基板的底表面。
13.如权利要求12所述的能够安装于轮胎的装置，其中所述第一支撑元件具有圆形边缘。
14.一种减少已安装于轮胎的组件中的应变的方法，包括提供基板，该基板限定了纵向方向、顶表面和底表面，该基板包括以基本线性关系布置 的多个导电端子；将第一支撑元件定位于所述基板的底表面下方，从而该第一支撑元件叠盖所述基板的 多个导电端子；以及将第二支撑元件定位于所述基板的顶表面上方，从而该第二支撑元件叠盖所述基板的 多个导电端子。
15.如权利要求14所述的方法，包括将所述基板的导电端子沿着与所述基板的纵向方向呈大约80°到大约100°的线来 进行定位；以及将所述基板安装于轮胎当中，从而所述基板的纵向方向排列为大致与所述轮胎的转动方向垂直。
16.如权利要求14所述的方法，其中所述基板包括压电设备，该压电设备包括布置在 第一导电层和第二导电层之间的压电层。
17.如权利要求14所述的方法，其中该方法中包括 提供从所述第一支撑元件延伸的一对第一和第二接线柱；将所述第一和第二接线柱的每一个都连接至布置在所述基板上的多个导电端子的其 中一个；以及将印刷电路板固定至所述一对第一和第二接线柱，以使得该印刷电路板支撑在所述第 二支撑元件上方。
18.如权利要求14所述的方法，其中所述方法包括在所述第一支撑元件、所述第二支 撑元件和所述多个导电端子之间的界面处提供焊料。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述方法包括向所述第一支撑元件、所述第二支 撑元件和所述多个导电端子之间的界面提供压缩载荷。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述方法包括通过对所述印刷电路板和所述第 一和第二接线柱之间的连接处进行紧固来提供所述压缩载荷。
全文摘要
本发明公开了一种能够安装于轮胎的装置和方法，其包括基板，该基板限定了纵向方向、顶表面和底表面。该基板具有以基本线性关系布置的多个导电端子。第一支撑元件位于所述基板的底表面下方，第二支撑元件位于所述基板的顶表面上方。所述多个导电端子位于所述第一和第二支撑元件之间。所述基板可以是压电设备，该压电设备具有布置在第一和第二导电层之间的压电层。所述多个导电端子可以以基本线性关系沿着与所述基板的纵向方向呈大约80°到大约100°的线来进行布置，并且所述基板的纵向方向基本垂直于所述轮胎的转动方向。
文档编号B60C19/00GK102137767SQ200980133961
公开日2011年7月27日 申请日期2009年4月30日 优先权日2008年8月29日
发明者D·A·韦斯顿, R·L·霍奇金森 申请人:米其林技术公司, 米其林研究和技术股份有限公司