本發(fā)明大體上涉及車輛輪胎內(nèi)的電能產(chǎn)生。更確切地說，本發(fā)明涉及響應于滾動的輪胎的輪輞與內(nèi)部輪胎觸地面之間的距離的可變性產(chǎn)生電能。

背景技術：

電子裝置正日益并入車輛輪胎內(nèi)。這些電子裝置可以包括傳感器和適于獲得關于輪胎的各種物理參數(shù)(例如，胎壓、胎溫、輪胎轉數(shù)、車輛速度等等)的信息的其它組件。此類信息可適用于輪胎監(jiān)測和/或警報系統(tǒng)。實際上，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(tire pressure monitoring system，TPMS)通常用于監(jiān)測機動車輛的胎壓。通常，輪胎性能信息會被傳輸?shù)綑C動車輛的車輛側收發(fā)器。因此，位于車輪處的電子裝置可以包括無線傳輸電路。此外，可以采用微處理器以便收集來自傳感器的信號并在傳輸之前處理該信號。

此類集成輪胎電子產(chǎn)品模塊必須得到電力供應以用于操作其傳感器元件、用于處理傳感器信號并且用于將信號傳輸?shù)杰囕v側收發(fā)器。因此，此類電子產(chǎn)品模塊通常由位于輪胎電子產(chǎn)品內(nèi)的非再充電型電池供電。不利的是，集成輪胎電子產(chǎn)品模塊內(nèi)的電池的使用壽命有限。例如，用于集成輪胎電子產(chǎn)品模塊的電池可以持續(xù)大致六年到十年。然而，輪胎可以具有大致五年的使用期限，而汽車可以具有十年或更長的使用期限。因此，將很可能需要在車輛的使用期限期間更換電池或整個模塊。例如，可能需要在更換輪胎不久之后更換每個輪胎的電池或整個模塊，這既不方便而且也昂貴。可替換的是，作為預防性維護措施，可能會隨著輪胎同時丟棄并更換具有大量剩余電池壽命的可操作的集成輪胎電子產(chǎn)品模塊，這既浪費又昂貴。此外，一些駕駛員會忽略指示電池需要更 換的儀表盤警示燈以便避免支付維修費，由此降低了他們的安全性。

因此，從成本、可靠性、安全性和環(huán)境的角度來看，需要的是淘汰使用電池作為集成輪胎電子產(chǎn)品的能量源或至少延長電池的使用壽命。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于在車輛的輪胎內(nèi)安裝的設備，包括：具有第一端和第二端的柔性臂，其中所述第一端被配置成耦合到在上面安裝所述輪胎的輪輞和所述輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面中的一個，并且所述第二端被配置成與所述輪輞和所述內(nèi)部輪胎觸地面中的另一個接觸；以及電力產(chǎn)生元件，所述電力產(chǎn)生元件耦合到所述柔性臂以用于產(chǎn)生電能，其中所述柔性臂響應于在所述輪胎的滾動移動期間所述輪輞與所述內(nèi)部輪胎觸地面之間距離的可變性而變形，并且所述電力產(chǎn)生元件響應于所述柔性臂的變形產(chǎn)生所述電能。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于在車輛的輪胎內(nèi)部安裝的系統(tǒng)，包括：胎壓傳感器模塊，其用于監(jiān)測所述輪胎中的氣壓；以及電力產(chǎn)生設備，其包括：具有第一端和第二端的柔性臂，所述第一端耦合到在上面安裝所述輪胎的輪輞和所述輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面中的一個，所述第二端與所述輪輞和所述內(nèi)部輪胎觸地面中的另一個接觸；以及電力產(chǎn)生元件，所述電力產(chǎn)生元件耦合到所述柔性臂以用于產(chǎn)生電能，所述電力產(chǎn)生元件與所述胎壓傳感器模塊電連通，其中所述柔性臂響應于在所述輪胎的滾動移動期間所述輪輞與所述內(nèi)部輪胎觸地面之間距離的可變性而變形，所述電力產(chǎn)生元件響應于所述柔性臂的變形產(chǎn)生所述電能，并且所述電力產(chǎn)生元件向所述胎壓傳感器模塊提供所述電能。

附圖說明

附圖用來另外示出各種實施例并解釋根據(jù)本發(fā)明的所有各種原理和優(yōu)點，在附圖中類似附圖標記貫穿不同的視圖指代相同的或功能類似的元件，各圖不必按比例繪制，附圖與下文的具體實施方式一起并入本說明書并且形成本說明書的部分。

圖1示出實施根據(jù)實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)的機動車輛的俯視圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的包括胎壓傳感器模塊和電力產(chǎn)生設備的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)的簡化框圖；

圖3示出電力產(chǎn)生設備的柔性臂的正視圖；

圖4示出胎壓傳感器模塊的方框圖；

圖5示出電力產(chǎn)生設備的方框圖；

圖6示出集成輪胎電子產(chǎn)品模塊位于其中的輪胎的局部截面視圖；

圖7示出圖6的輪胎的局部截面視圖，其中該輪胎已經(jīng)旋轉使得集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)位于輪胎在一個表面上滾動時輪胎與該表面的接觸面處；

圖8示出具有根據(jù)另一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)的輪胎的局部截面視圖；

圖9示出具有根據(jù)另一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)的輪胎的局部截面視圖；

圖10示出具有根據(jù)另一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)的輪胎的局部截面視圖；

圖11示出具有根據(jù)另一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)的輪胎的局部截面視圖；

圖12示出當具有圖11的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)的輪胎在運動中時該輪胎的局部截面視圖；以及

圖13示出具有根據(jù)又一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)的輪胎的局部截面視圖。

具體實施方式

概括來說，本發(fā)明涉及一種電力產(chǎn)生設備、一種位于包括該電力產(chǎn)生設備的車輛的輪胎內(nèi)部的系統(tǒng)，以及一種用于在車輛的輪胎內(nèi)產(chǎn)生電能的方法。更確切地說，電力產(chǎn)生設備可以位于在上面安裝輪胎的輪輞上，以用于向集成輪胎電子產(chǎn)品提供電能，集成輪胎電子產(chǎn)品例如胎壓 傳感器模塊或智能胎壓傳感器模塊。電力產(chǎn)生設備在輪胎旋轉時利用輪輞與輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面之間距離的可變性來產(chǎn)生電能。電力產(chǎn)生設備使胎壓傳感器模塊與輪胎的使用壽命完全脫離，可以允許排除或最小化用于胎壓傳感器模塊的車載電池，并且可以無限地延長胎壓傳感器模塊的使用期限。此外，電力產(chǎn)生設備可以產(chǎn)生比當前胎壓傳感器模塊所需的更多的電能，由此減少此類裝置中對嚴格的低功率要求的需要。另外，電力產(chǎn)生設備可以用來從睡眠/停放工作模式切換到運動/感測工作模式，由此減少或排除在胎壓傳感器模塊內(nèi)設置運動檢測傳感器(例如，加速計)的需要。

提供本發(fā)明以通過能夠?qū)崿F(xiàn)的方式對在應用時制作和使用根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的最佳模式進行解釋。另外提供本發(fā)明以加強對本發(fā)明的創(chuàng)造性原理和優(yōu)點的理解和了解，而不是以任何方式限制本發(fā)明。應理解，例如第一和第二、頂部和底部等等相關術語(如果存在的話)的使用僅用于區(qū)分實體或動作，而不必要求或意指在此類實體或動作之間的任何實際此種關系或次序。本發(fā)明僅通過所附權利要求書限定，該所附權利要求書包括在本申請及提出的那些權利要求的全部等效物的未決期間所進行的任何修正。

參考圖1，圖1示出實施根據(jù)實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22、24、26、28的機動車輛20的頂視圖。在示出的實施例中，機動車輛20是具有電機30的汽車。然而，車輛20可以是任何類型的機動車輛，例如卡車、半拖車、多用途運動車、摩托車、公交車、電動車輛、飛機等。

車輛20由四個車輪32、34、36、38支撐。每個車輪32、34、36、38包括輪輞40、42、44、46，在這些輪輞40、42、44、46上面安裝輪胎48、50、52、54。車輛20還包括具有輪輞58和輪胎60的備用輪56。車輪32、34、36、38中的每一個車輪包括對應的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22、24、26、28。類似地，備用輪56可以包括集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)62。在示出的實施例中，集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22、24、26、28、62中的每一個安裝到其車輪32、34、36、38、56的輪輞40、42、44、46、58暴露于對應輪胎48、50、52、54、60的內(nèi)部加壓側的一部分。

每個集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22、24、26、28、62包括天線，該天線用于將關于對應輪胎48、50、52、54、60的信息傳輸?shù)桨惭b在儀表板66中的中央控制器系統(tǒng)64?？刂破飨到y(tǒng)64評估接收到的信息并且通過啟動儀表板66中的指示器(例如，顯示器68或儀表盤燈)適時通知駕駛員任何異常情況。總體而言，集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22、24、26、28、62以及車輛側控制器系統(tǒng)64和顯示器68形成車輛20的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(tire pressure monitoring system，TPMS)。

圖2示出根據(jù)實施例的包括胎壓傳感器模塊70和電力產(chǎn)生設備72的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22的簡化框圖。電力產(chǎn)生設備72的胎壓傳感器模塊70和電力調(diào)節(jié)電路74可以封入安裝到車輪32(圖1)的輪輞40(圖1)上的防護外殼76中。因此，集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22容納在輪胎48的加壓環(huán)境內(nèi)。為簡單起見，結合車輪32(圖1)和集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22描述結合圖2和隨后圖3-10呈現(xiàn)的以下論述。然而，應理解，以下論述等效地適用于集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)24、26、28和62(圖1)。

一般來說，電力產(chǎn)生設備72與胎壓傳感器模塊70電互連從而向胎壓傳感器模塊70提供電能78，標記為PWR。另外，在一些實施例中，電力產(chǎn)生模塊72可以向胎壓傳感器模塊70提供喚醒信號80，標記為WAKE。胎壓傳感器模塊70可以感測輪胎的壓力，處理壓力信號，并且隨后經(jīng)由天線84將輸出信號82傳輸?shù)娇刂破飨到y(tǒng)64?？刂破飨到y(tǒng)64包括射頻(radio frequency，RF)接收器86，該RF接收器86具有天線88以用于接收傳輸?shù)妮敵鲂盘?2并將輸出信號82傳送到信息處理電路90進行另外的處理。顯示器68連接到信息處理電路90的輸出端，并且在車輛20(圖1)的儀表板66(圖1)處呈現(xiàn)由信息處理電路90導出的信息。

根據(jù)具體實施例，電力產(chǎn)生設備72包括位于外殼76中的電力調(diào)節(jié)電路74、柔性臂92和電力產(chǎn)生元件94。柔性臂92和電力產(chǎn)生元件94位于外殼76外部。電力產(chǎn)生元件94耦合到柔性臂92并且被配置成產(chǎn)生電能78。更確切地說，柔性臂92具有第一端96和第二端98。第一端 96經(jīng)由(例如)焊接、邊緣連接器、緊固件等耦合到集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22的外殼76。通過到外殼76的連接，柔性臂92的第一端96由此耦合到車輪32(圖1)的輪輞40(圖1)。

柔性臂92的第二端98被配置成與輪胎48的內(nèi)部輪胎觸地面100接觸。然而，第二端98從內(nèi)部輪胎觸地面100機械地解耦。也就是說，不存在將柔性臂92的第二端98物理地連接到內(nèi)部輪胎觸地面100的緊固件、粘合劑等。由于不存在柔性臂92到輪胎48的內(nèi)部輪胎觸地面100的物理連接，因此電力產(chǎn)生設備72能從輪胎48充分地解耦。相應地，當需要更換輪胎48時，包括柔性臂92的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22將保持安裝到輪輞40而不必同時被換掉。

在一些實施例中，第二端98包括鉤狀特征99或一些其它結構以便于第二端98相對于內(nèi)部輪胎觸地面100的滑動運動。例如，柔性臂92可以被預制為或以其它方式定形為包括鉤狀特征99。鉤狀特征99的上翻部分能在很大程度上防止柔性臂92的第二端98粘附到或以其它方式損壞內(nèi)部輪胎觸地面100。本領域的技術人員將認識到，第二端98可以具有有助于第二端98相對于內(nèi)部輪胎觸地面100的滑動運動的任何合適的形狀。

一起參考圖2和3，圖3示出電力產(chǎn)生設備72的柔性臂92的正視圖。在實施例中，柔性臂92呈現(xiàn)至少相當于輪輞40與輪胎48的內(nèi)部輪胎觸地面100之間的距離的最大量值的總長度102。簡要地參考圖6，最大距離104處于輪胎48內(nèi)部當輪胎48不與表面106(例如，道路)接觸且輪胎48被充分地充氣時的位置處。

返回參考圖2和3，柔性臂92由適當剛性的但是可彈性變形的材料形成。也就是說，柔性臂92由當被施加力時能夠彎曲或折曲的材料形成。然而，此變形是可反轉的。如此，一旦不再施加致使彎曲的力，柔性臂92就會返回為其初始形狀。此類材料包括但不限于彈性體、形狀記憶金屬、橡膠等。

在一些實施例中，柔性臂92包括表面108，該表面108具有第一尺寸109，例如，寬度(見圖3)，該第一尺寸大于第二尺寸110，例如柔 性臂92的厚度(見圖2)。柔性臂92的該配置使得柔性臂92能夠在大致橫向于柔性臂92的平坦表面108的方向上112上變形。電力產(chǎn)生元件94耦合到柔性臂92的表面108。更確切地說，電力產(chǎn)生元件94在柔性臂92中的彎曲部相對于該彎曲部的其余部分最大程度彎曲的位置114處耦合到柔性臂92。雖然柔性臂92描述為具有明顯大于其厚度110的寬度109，但是在替代實施例中，柔性臂92可以是具有低寬度厚度比的“晶須”配置。此類“晶須”配置可以用來使得輪胎的拆除更容易，因為該配置將順應側向負荷。

在操作中，當車輪32旋轉(即，滾動)時，輪胎48與道路106的表面瞬時接觸的部分將瞬時壓縮，使得輪輞40與輪胎48的內(nèi)部輪胎觸地面100之間的距離相對于最大距離104(圖6)減小。輪胎48與表面106之間的接觸位置有時被稱為接觸面。隨著輪胎48繼續(xù)滾動，此位置將移動而不再與表面106接觸，即接觸面結束。因此，輪輞40與輪胎48的內(nèi)部輪胎觸地面100之間的距離將增大至(例如)最大距離104。響應于在輪胎48的此滾動移動期間輪輞40與輪胎48之間的距離的此可變性，具有與內(nèi)部輪胎觸地面100接觸的第二端98的柔性臂92變形，即，彎曲。也就是說，當車輪32旋轉時，柔性臂92將響應于來自與表面106接觸施加的力而彎曲，且隨后當因柔性臂92的彈性變形特征而消除了此力時使該柔性臂92的彎曲部反轉。

在實施例中，電力產(chǎn)生元件94可以是能夠?qū)⒂扇嵝员?2的變形引起的機械應力轉換成電能78的壓電條帶材料，例如薄膜鈦酸鉛鋯(PZT)、石英、鈮酸鋰、或其它壓電材料。也就是說，壓電材料一般來說包括在經(jīng)受機械應力時產(chǎn)生電荷的結晶或多晶材料。因此，壓電電力產(chǎn)生元件94能夠通過壓電效應從柔性臂92的運動(即，變形)中收集能量。典型壓電條帶材料可以產(chǎn)生毫瓦量級的電力，該電力對集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22內(nèi)的電子電路供電可以是綽綽有余的。通過將電力產(chǎn)生元件94置放在相對于柔性臂92的其余部分具有最大程度彎曲(即，最大機械應力)的位置114處，可以從柔性臂92的運動中收集最大量的能量。

如圖3中所示，可以在柔性臂92中形成一個或多個導電跡線116、118。例如，柔性臂92可以被配置成具有多個內(nèi)層的平坦柔性電路，其中這些層中的至少一層包括導電跡線116、118。在這個例子中，導電跡線116、118可以與位于柔性臂92的第一端96處的邊緣連接器120內(nèi)的引腳耦合。因此，邊緣連接器120可以與外殼76中的對應插座(未示出)相連接，從而使壓電材料與電力產(chǎn)生設備72的電力調(diào)節(jié)電路74電互連。本領域的技術人員將認識到，可以設想其它結構配置以用于將收集到的電能78從壓電電力產(chǎn)生元件94載送到電力調(diào)節(jié)電路74。

圖4示出胎壓傳感器模塊70的簡化框圖。胎壓傳感器模塊70包括電池122，該電池122可以連接到電力管理電路124的輸入端。例如，電池正輸出端連接到電力管理電路124的輸入端。電池負輸出端可以連接到集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22(圖2)內(nèi)的所有模塊的公共回線。另外，電力產(chǎn)生設備72(以虛線形式示出)可以連接到電力管理電路124的另一輸入端和/或連接到電池122(以虛線形式示出)。

來自電力產(chǎn)生沒備72的電能78和來自電池122的電能可以由電力管理電路124控制以分別地對壓力傳感器126、溫度傳感器128、過程控制器130以及具有天線84的RF發(fā)射器132的輸入端供電。在一些實施例中，相對電池122中存儲的電能的使用，電力管理電路124可以優(yōu)先使用來自電力產(chǎn)生設備72的電能78。如此，電池122可以是小容量電池?？商鎿Q的是，電力產(chǎn)生設備72可以產(chǎn)生足夠的電能，因此可以不需要電池122。并且在又其它實施例中，電池122可以從電力產(chǎn)生設備72再充電。

在操作中，當壓力傳感器126被供電時，壓力傳感器126用于感測胎壓。在一種形式中，壓力傳感器126可以是適于置放在輪胎48內(nèi)的微機電系統(tǒng)(microelectromechanical system，MEMS)壓力傳感器。例如，可以用硅的形式制造壓力傳感器，其中物理感測機構為可變電阻或可變電容。類似地，在被供電時，溫度傳感器128用于感測輪胎48內(nèi)的空氣的溫度。可以使用可變電容、可變電阻或二極管電壓完成溫度測量。

過程控制器130可以用于執(zhí)行壓力傳感器128和溫度傳感器128的 輸出的模數(shù)轉換、向傳感器126、128提供時鐘同步和控制信號、提供參考電壓、并且執(zhí)行與壓力和溫度測量值相關聯(lián)的傳感器誤差和非線性誤差的校正。另外，過程控制器130用于以給定時間間隔收集壓力和溫度測量值，且隨后經(jīng)由RF發(fā)射器132以另一時間間隔發(fā)送該數(shù)據(jù)。例如，過程控制器130可以在輪胎48內(nèi)的氣壓降到預定值以下時向RF發(fā)射器132提供低壓告警信號。

在一些配置中，將電力管理電路124用作矩陣開關，過程控制器130可以選擇性地連接和切斷胎壓傳感器模塊70的其它功能組件的電源。除了充當矩陣開關以外，電力管理電路124還可以將其它功率節(jié)省邏輯和功能性并入該電力管理電路中以實施各種較低功率模式和時序感測參數(shù)。本領域的技術人員將容易認識到，胎壓傳感器模塊70可以具有多于或少于圖4中描繪的功能模塊，并且可以具有多于或少于本文中描述的功能性。

管理和控制功耗是低功率應用的關鍵任務。例如胎壓傳感器模塊70等一些通信系統(tǒng)可以在功能性減少和功耗減少的情況下從作用、啟用或運動模式切換到備用、停用或停放模式。此外，與靜止時相反，在車輛使用時可能需要更頻繁地監(jiān)測胎壓。因此，胎壓傳感器模塊有時被配置成用于至少兩種工作模式，在本文中稱為運動模式和停放模式。在運動模式中，胎壓傳感器模塊70可以比在停放模式中(例如，每十分鐘一次)時更頻繁地(例如，每十五秒一次)獲得胎壓讀數(shù)。

因此，一些胎壓傳感器模塊包括用于識別輪胎何時處于運動中的額外運動檢測傳感器和電路?？商鎿Q的是，一些胎壓傳感器模塊可以在存儲器(例如，ROM)中含有邏輯電路或軟件代碼，以用于僅僅基于壓力和溫度測量值識別輪胎何時處于運動中的目的。額外運動檢測傳感器和電路和/或邏輯電路或軟件代碼增加了此類胎壓傳感器模塊的復雜度以及相應成本。

根據(jù)實施例，當輪胎48(圖2)開始旋轉并且柔性臂92(圖2)響應于輪胎48的旋轉而變形時，將開始產(chǎn)生電能78。借助于實例，可以基于柔性臂92的變形率和/或基于跨電力產(chǎn)生元件94的負荷產(chǎn)生電壓。 柔性臂92的變形率越高，所產(chǎn)生的電壓將越高。類似地，跨電力產(chǎn)生元件92的負荷越小(即，電阻越高)，所產(chǎn)生的電壓將越高。在實施例中，電力調(diào)節(jié)電路74可以含有檢測和調(diào)節(jié)電路，該檢測和調(diào)節(jié)電路最初檢測由電力產(chǎn)生元件94產(chǎn)生的電壓，并且將喚醒信號80傳送到過程控制器130，使得過程控制器130能夠從停放模式直接切換到感測模式。相反，當輪胎48停止旋轉時，還可以向過程控制器傳送喚醒信號80的丟失(任選地受制于一定的時序考量)，使得過程控制器130能夠從感測模式直接切換到停放模式。通過使用來自電力產(chǎn)生設備72的喚醒信號80，可以無需將運動檢測傳感器和電路和/或邏輯電路或軟件代碼并入胎壓傳感器模塊70中，由此可能減少胎壓傳感器模塊70的成本和復雜度。

圖5示出電力產(chǎn)生設備72的簡化框圖。一般來說，電力產(chǎn)生設備72包括電力產(chǎn)生元件94，該電力產(chǎn)生元件94與電力調(diào)節(jié)電路74電連通。電力產(chǎn)生設備72可以另外包括電力存儲裝置134，該電力存儲裝置134經(jīng)由電力調(diào)節(jié)電路74與電力產(chǎn)生元件94電互連。另外，電力存儲裝置134可以與胎壓傳感器模塊70電互連(以虛線形式示出)。電力存儲裝置134可以是可再充電電池、電容器、超級電容器、或能夠在需要使用之前一直存儲電能的一些其它裝置。

在實施例中，電力產(chǎn)生元件94利用輪輞40(圖1)與內(nèi)部輪胎觸地面100(圖2)之間的距離的可變性產(chǎn)生電力，該距離的可變性在本文中表示為輪胎面-輪輞距離變化參數(shù)136。電力調(diào)節(jié)電路74從電力產(chǎn)生元件94接收由能量收集產(chǎn)生的電力。電力調(diào)節(jié)電路74將該電力轉換成用于電能78的適當電壓。電力調(diào)節(jié)電路74接著可將電能78提供到胎壓傳感器模塊70。可替換的是或另外，電力調(diào)節(jié)電路74可以將電能78的全部或一部分提供到電力存儲裝置134，在需要由胎壓傳感器模塊70使用之前可以一直在該電力存儲裝置134中存儲電能78的該全部或一部分。

圖6示出集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22位于其中的輪胎48的局部截面視圖。如圖所示，集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22的外殼76在輪胎48的閥桿138處安裝到輪輞40。輪胎48沿著表面106滾動而處于運動中，如由箭 頭140表示。柔性臂92的第二端98與輪胎48的內(nèi)部輪胎觸地面100接觸。然而，輪胎48的在柔性臂92當前所位于的區(qū)域處不與表面106接觸。因此，可彈性變形的柔性臂92伸展到距離142，并且可以或可以不保持與內(nèi)部輪胎觸地面100接觸。箭頭144表示柔性臂92的彎曲部使得柔性臂92在這種非接觸方位中伸展到距離142的方向。

圖7示出輪胎48的局部截面視圖，其中該輪胎48已經(jīng)旋轉使得集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22目前位于輪胎48在表面106上滾動時該輪胎48與該表面106的接觸面146處。圖7表示輪胎48的在柔性臂92當前所位于的區(qū)域處與表面106接觸的情況。因此，可彈性變形的柔性臂92壓縮為小于距離142(圖6)的距離148。箭頭150表示柔性臂92的彎曲部使得柔性臂92在這種接觸方位中壓縮到距離148的方向。

圖8示出具有根據(jù)另一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)152的輪胎48的局部截面視圖。集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)152在很大程度上相當于上文所論述的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22。因此，集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)152包括柔性臂92、電力調(diào)節(jié)電路74(未示出)以及胎壓傳感器模塊70(未示出)。為簡潔起見，將不在本文中重復這些組件的描述。然而，集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)152實施電磁電力產(chǎn)生設備154，代替上文所論述的壓電電力產(chǎn)生元件94(圖2)。

電磁電力產(chǎn)生設備154包括磁體156，該磁體156耦合到柔性臂92。電磁電力產(chǎn)生設備154另外包括線圈元件158，該線圈元件158耦合到外殼76或以其它方式定位在外殼76內(nèi)，使得該線圈元件158與輪輞40呈固定關系。根據(jù)這個替代實施例，當柔性臂92響應于輪輞40與內(nèi)部輪胎觸地面100之間的距離的可變性而變形時，響應于磁體156(該磁體156耦合到柔性臂92)相對于線圈元件158移動而在線圈元件158中產(chǎn)生電能78(圖2)。磁體156相對于線圈元件158的移動由箭頭160表示。也就是說，通過保持線圈元件158靜止并且移動磁場，即，移動磁體156，在線圈元件158中誘發(fā)電壓。此電力在電力調(diào)節(jié)電路74(圖2)處被適當調(diào)節(jié)以產(chǎn)生電能78(圖2)從而為胎壓傳感器模塊70(圖2)供電。

圖9示出具有根據(jù)另一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)162的輪胎48的局部截面視圖。集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)162在很大程度上相當于上文所論述的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)22。因此，集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)162包括柔性臂92、電力調(diào)節(jié)電路74(未示出)以及胎壓傳感器模塊70(未示出)。同樣，為簡潔起見，將不在本文中重復這些組件的描述。類似于集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)152(圖8)，集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)162也實施電磁電力產(chǎn)生配置，代替上文所論述的壓電電力產(chǎn)生元件94(圖2)。

集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)162包括電磁電力產(chǎn)生設備164，該電磁電力產(chǎn)生設備164包括磁體166，該磁體166耦合到非鐵磁軸168，該非鐵磁軸168又耦合到柔性臂92。磁體166另外與固定的彈簧元件170耦合。電磁電力產(chǎn)生設備164另外包括線圈元件172，該線圈元件172耦合到外殼76或以其它方式定位在外殼76內(nèi)，使得該線圈元件172與輪輞40呈固定關系。以虛線形式示出外殼76從而主要顯示并強調(diào)電磁電力產(chǎn)生設備164的元件。

根據(jù)這個替代實施例，當柔性臂92響應于輪輞40與內(nèi)部輪胎觸地面100之間的距離的可變性而變形時，響應于安裝到軸168(該軸168耦合到柔性臂92)的磁體166相對于線圈元件172移動而在線圈元件172中產(chǎn)生電能78(圖2)。也就是說，通過保持線圈元件172靜止并且移動磁場，即，移動磁體166，在線圈元件172中誘發(fā)電壓。磁體166相對于線圈元件172的移動由箭頭174表示。此電力在電力調(diào)節(jié)電路74(圖2)處被適當調(diào)節(jié)以產(chǎn)生電能78(圖2)從而為胎壓傳感器模塊70(圖2)供電。

圖10示出具有根據(jù)又一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)176的輪胎48的局部截面視圖。集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)176的組件在很大程度上相當于先前描述的系統(tǒng)，不同的是集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)176利用柔性臂178代替上文所論述的柔性臂92。在這種示例性配置中，壓電電力產(chǎn)生元件94耦合到柔性臂178。柔性臂178包括經(jīng)由外殼76耦合到輪輞40的第一端180以及與內(nèi)部輪胎觸地面100接觸但是從內(nèi)部輪胎觸地面100機械地解耦的第二端182。然而，柔性臂178的形狀與上文描述的那 些柔性臂不同。因此，壓電電力產(chǎn)生元件94在第一端180附近耦合到柔性臂178，所耦合的位置是相對于柔性臂178的其余部分最大彎曲的位置。由于電力產(chǎn)生元件94耦合到柔性臂的第一端180，因此該電力產(chǎn)生元件94鄰近外殼76和閥桿138置放。因此，在外殼76與電力產(chǎn)生元件94之間伸展的導電跡線(未示出)不必與先前描述的結構一樣長。

柔性臂178包括從柔性臂178的第二端182伸展的高柔韌性尾部結構184。如上文所論述，當需要更換輪胎48時，包括柔性臂92的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)將保持安裝到輪輞40而不必同時被換掉。在圖10的實施例中，尾部結構184呈現(xiàn)與輪輞40的外圓周相對應的長度。當從輪輞40拆除輪胎時，尾部結構184將很容易地彎曲移開。隨后，可以圍繞輪輞40卷繞柔性尾部結構184，并且可以將端部186任選地經(jīng)由閂鎖機構(未示出)緊固到外殼76，從而將柔性臂178保持在升高位置中。接著可以將新輪胎至少部分地安裝在輪輞40上，并且可以釋放保持尾部結構184的端部184的閂鎖機構。例如，閥桿138上的按鈕可以釋放尾部結構184的端部184并且由此允許柔性臂178下降到與輪胎48的內(nèi)部輪胎觸地面100接觸中。隨著輪胎開始旋轉，離心力可以致使尾部結構184從輪輞40朝外移動以接觸內(nèi)部輪胎觸地面100，同時保持從內(nèi)部輪胎觸地面100機械地解耦。

圖11示出具有根據(jù)另一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)188的輪胎48的局部截面視圖。集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)188的組件在很大程度上相當于先前描述的系統(tǒng)，不同的是集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)188利用柔性臂190代替上文所論述的柔性臂。在這種示例性配置中，壓電電力產(chǎn)生元件94在相對于柔性臂190的其余部分最大彎曲的位置處耦合到柔性臂190。柔性臂190包括經(jīng)由外殼76耦合到輪輞40的第一端192以及與內(nèi)部輪胎觸地面100接觸但是從內(nèi)部輪胎觸地面100機械地解耦的第二端194。在一些實施例中，質(zhì)量元件196可以耦合到柔性臂190的第二端194。

圖11表示輪胎48不在運動中的情況，即，輪胎48未旋轉或低于一定臨界轉速的情況。在此類情況下，柔性臂190的彈簧力將致使柔性 臂190的第二端194被朝向輪輞40牽引。因此，在輪胎的安裝和拆除期間柔性臂190將不會礙事且被損壞或毀壞。

圖12示出當具有集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)188的輪胎48在運動中(如由箭頭197表示)時該輪胎48的局部截面視圖。當輪胎48旋轉時，柔性臂190的彈簧力小于由旋轉運動引起的離心力。因此，柔性臂190的第二端194將被牽引與內(nèi)部輪胎觸地面100接觸。

上文描述的各種實施例包括柔性臂，柔性臂中的一端被配置成耦合到在上面安裝輪胎的輪輞，并且相對端被配置成與輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面接觸。然而，在替代實施例中，有可能柔性臂的一端被配置成耦合到輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面，并且相對端被配置成與輪輞接觸但是從輪輞機械地解耦。

現(xiàn)在參考圖13，圖13示出具有根據(jù)又一實施例的集成輪胎電子產(chǎn)品系統(tǒng)200的輪胎198的局部截面視圖。一般來說，輪胎198是不通過氣壓支撐的非充氣輪胎或無空氣輪胎。在示出的實施例中，充當非充氣輪胎198的內(nèi)部輪胎觸地面的輪輞202占據(jù)車輪的大部分直徑。輪輞202可以用耐磨橡膠輪胎面材料204覆蓋。當每個柔性臂206經(jīng)過接觸面J46時，呈半剛性臂或輪輻形式的柔性臂206變形，以使安裝輪胎198的車輛的行駛平緩。電力產(chǎn)生元件94位于每個柔性臂206的壓縮區(qū)域處，即，最柔韌的部分處。所有電力產(chǎn)生元件94可以接線到集成電子產(chǎn)品系統(tǒng)200的外殼76內(nèi)的電力調(diào)節(jié)電路(未示出)，該集成電子產(chǎn)品系統(tǒng)200可以安裝在輪轂208(輪胎198安裝到輪轂208)附近，或可替換的是，安裝在輪輞202上。

綜上所述，上文所論述的本發(fā)明的實施例必然包括一種電力產(chǎn)生設備、一種位于包括該電力產(chǎn)生設備的車輛的輪胎內(nèi)部的系統(tǒng)、以及一種用于在車輛的輪胎內(nèi)產(chǎn)生電能的方法。一種用于在車輛的輪胎內(nèi)安裝的設備的實施例包括具有第一端和第二端的柔性臂。第一端被配置成耦合到在上面安裝輪胎的輪輞和輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面中的一個。第二端被配置成與輪輞和內(nèi)部輪胎觸地面中的另一個接觸但是從該另一個機械地解耦。該設備另外包括電力產(chǎn)生元件，該電力產(chǎn)生元件耦合到柔性臂以 用于產(chǎn)生電能，其中柔性臂響應于在輪胎的滾動移動期間輪輞與內(nèi)部輪胎觸地面之間距離的可變性而變形，并且電力產(chǎn)生元件響應于柔性臂的變形產(chǎn)生電能。

一種用于在車輛的輪胎內(nèi)部安裝的系統(tǒng)的實施例包括用于監(jiān)測輪胎中的氣壓的胎壓傳感器模塊以及電力產(chǎn)生設備。電力產(chǎn)生設備包括具有第一端和第二端的柔性臂。第一端耦合到在上面安裝輪胎的輪輞和輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面中的一個。第二端與輪輞和內(nèi)部輪胎觸地面中的另一個接觸但是從該另一個機械地解耦。該電力產(chǎn)生設備另外包括電力產(chǎn)生元件，該電力產(chǎn)生元件耦合到柔性臂以用于產(chǎn)生電能。電力產(chǎn)生元件與胎壓傳感器模塊電連通，其中柔性臂響應于在輪胎的滾動移動期間輪輞與內(nèi)部輪胎觸地面之間距離的可變性而變形，電力產(chǎn)生元件響應于柔性臂的變形產(chǎn)生電能，并且電力產(chǎn)生元件向胎壓傳感器模塊提供電能。

一種用于在車輛的輪胎內(nèi)產(chǎn)生電能的方法的實施例包括將設備耦合到在上面安裝輪胎的輪輞。該設備包括柔性臂和耦合到柔性臂的電力產(chǎn)生元件。柔性臂具有第一端和第二端，其中該耦合操作將柔性臂的第一端機械地耦合到輪輞，并且柔性臂的第二端與輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面接觸但是從該內(nèi)部輪胎觸地面機械地解耦。該方法另外包括在表面上旋轉輪胎，其中柔性臂響應于在輪胎的滾動移動期間輪輞與內(nèi)部輪胎觸地面之間距離的可變性而變形，并且電力產(chǎn)生元件響應于柔性臂的變形產(chǎn)生電能。

電力產(chǎn)生設備在輪胎旋轉時利用輪輞與輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面之間距離的可變性來產(chǎn)生電能。此外，在上面存在電力產(chǎn)生元件并且可以從輪胎的內(nèi)部輪胎觸地面機械地解耦的柔性臂使胎壓傳感器模塊與輪胎的使用壽命完全脫離，可以允許排除或最小化用于胎壓傳感器模塊的車載電池，并且可以無限地延長胎壓傳感器模塊的使用期限。此外，電力產(chǎn)生設備可以產(chǎn)生比當前胎壓傳感器模塊所需的更多的電能，由此減少此類裝置中對嚴格的低功率要求的需要。另外，電力產(chǎn)生設備可以用來從睡眠/停放工作模式切換到運動/感測工作模式，由此減少或排除在胎壓傳感器模塊內(nèi)設置運動檢測傳感器(例如，加速計)的需要。

本公開旨在闡明使用根據(jù)本發(fā)明的各種實施例的方式而非限制本發(fā)明的各種實施例的真實、既定和公平的范圍及精神。以上描述并不打算是窮盡性的或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的確切形式。鑒于以上教示，可以進行許多修改或變化。選擇和描述實施例是為了提供對本發(fā)明的原理和本發(fā)明的實際應用的最佳說明，并且使本領域的技術人員能夠在各種實施例中并用適合于所預期特定用途的各種修改來利用本發(fā)明。當根據(jù)清楚地、合法地并且公正地賦予的權利的廣度來解釋時，所有這樣的修改和變化及其所有等效物均處于如由所附權利要求書所確定的本發(fā)明的保護范圍內(nèi)，并且在本專利申請的未決期間可以修正。