專利名稱：具有熱電設(shè)備的輪胎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)動(dòng)車的輪胎的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
向車輪或輪胎提供功能構(gòu)件是眾所周知的，例如壓力傳感器、 溫度傳感器或用于測(cè)量車輪或輪胎變形的設(shè)備。
概況地說，功能構(gòu)件是能起到作用的，它需要以電力方式供給動(dòng) 力。向功能構(gòu)件以電力方式供給動(dòng)力是眾所周知的，例如，通過電池 或通過傳輸電磁波并將所述波轉(zhuǎn)換成電。
另一種已知的向構(gòu)件供給動(dòng)力的方法在于使用基于塞貝克效應(yīng)
(Seebeckeffect)的熱電發(fā)電機(jī)。塞貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)是傳統(tǒng)設(shè)備， 它通過分別與發(fā)電機(jī)的冷電極和熱電極相接觸的熱元件和冷元件之間 存在的溫度差產(chǎn)生電。通過發(fā)電機(jī)輸送的電隨著溫度差的增加而增加。 然而，由于己知的是塞貝克效應(yīng)僅僅提供少量的電，產(chǎn)生足夠的電力 以向功能構(gòu)件的供給動(dòng)力需要非常特別的發(fā)電機(jī)使用和安裝條件。
文獻(xiàn)US-B2-7 209 032提出使用塞貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)來向車輪和 輪胎組件攜帶的電功能構(gòu)件供給動(dòng)力。然而，該文獻(xiàn)沒有詳細(xì)說明哪 個(gè)熱元件和冷元件需要與熱電發(fā)電機(jī)相連接以獲得用于向功能構(gòu)件供 給動(dòng)力的足夠的電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)特別目的是確定用于連接塞貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)的 熱元件和冷元件，以便向車輪和輪胎組件攜帶的電功能構(gòu)件有效地輸 送動(dòng)力。
為此，本發(fā)明提供一種具有用于以電力方式向構(gòu)件供給動(dòng)力的塞 貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)的輪胎，該發(fā)電機(jī)包括冷電極和熱電極，分別與 冷元件和熱元件連接，該熱元件為形成輪胎的一部分的元件。
當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪胎變形，特別是通過與地面接觸的區(qū)域時(shí)。特別 地，輪胎側(cè)壁承受反復(fù)的彎曲。這種變形導(dǎo)致了輪胎在相當(dāng)程度上被 加熱。
因而本發(fā)明提出使用形成輪胎的一部分并且被輪胎旋轉(zhuǎn)加熱的元 件作為熱元件，用于連接到塞貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)的熱電極。 將發(fā)電機(jī)定位在輪胎上還具有其他的優(yōu)勢(shì)。
首先，輪胎具有大的內(nèi)表面區(qū)域，該區(qū)域能夠用于支撐發(fā)電機(jī)。 眾所周知為了增加熱電發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電的量， 一個(gè)解決方法是將多個(gè) 發(fā)電機(jī)串聯(lián)放置，因此需要大尺寸的支撐。
另外，在使用時(shí)，輪胎溫度相對(duì)穩(wěn)定，不象車輪的溫度那樣，其 中車輪受溫度可以變化的剎車盤的影響。因此這使得以充分穩(wěn)定的方 式產(chǎn)生電變得可能。
本發(fā)明的輪胎還可包括一個(gè)或多個(gè)以下特征。
，熱元件形成為輪胎橡膠內(nèi)襯層的一部分。橡膠內(nèi)襯層，尤其是與 輪胎內(nèi)部空氣接觸的橡膠內(nèi)襯層的表面，很容易從輪胎內(nèi)部到達(dá)。從 而熱電發(fā)電機(jī)能夠簡(jiǎn)單地安裝在所述內(nèi)表面上并放置為與熱元件接 觸。
熱元件放置在輪胎的胎肩區(qū)域。輪胎的胎肩區(qū)域?qū)⑤喬ヌッ孢B接 到側(cè)壁，輪胎的胎肩區(qū)域是當(dāng)胎面通過接觸區(qū)域時(shí)承受大量彎曲的區(qū) 域。該區(qū)域溫度的上升特別大。因此將熱元件放置在這樣的區(qū)域是有 利的。
"熱元件放置在輪胎側(cè)壁的底部區(qū)域。
*熱元件放置在輪胎側(cè)壁的底部區(qū)域承受彎曲的區(qū)域。輪胎側(cè)壁的 底部區(qū)域承受較高程度的彎曲，因此產(chǎn)生特別大的溫度上升。因此將 熱元件放置在這樣的區(qū)域是有利的。
*冷元件形成輪胎的一部分。
*冷元件形成輪胎橡膠內(nèi)襯層的一部分。當(dāng)熱元件和冷元件放置在 輪胎橡膠內(nèi)襯層上時(shí)，熱電發(fā)電機(jī)能夠容易地安裝在輪胎橡膠內(nèi)襯層 上，例如通過整合在用于粘接結(jié)合到輪胎橡膠內(nèi)襯層上的橡膠片中。
冷元件包括輪胎內(nèi)與冷電極相接觸的空氣。輪胎內(nèi)的空氣通常具 有比輪胎溫度低很多的溫度，特別是比橡膠內(nèi)襯層彎曲區(qū)域的溫度低
很多。因此，在內(nèi)部空氣和輪胎橡膠內(nèi)襯層之間具有相當(dāng)?shù)臏囟炔睢?該溫度差被塞貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)有利地利用。
，輪胎包括安裝到輪胎橡膠內(nèi)襯層上的元件，該元件以一定的方式 布置并成形以便在輪胎旋轉(zhuǎn)的過程中加熱，從而構(gòu)成熱元件。通過提 供具有產(chǎn)生局部應(yīng)力的單獨(dú)功能的安裝的元件，人為地升高輪胎橡膠 內(nèi)襯層的溫度成為可能。這種局部應(yīng)力的存在使得在輪胎表面上產(chǎn)生 熱點(diǎn)。
*安裝的元件由橡膠制成，其具有比橡膠內(nèi)襯層更大的耗散性
(dissipation)。
輪胎進(jìn)一步包括用于在輪胎旋轉(zhuǎn)的過程中使安裝的元件變形的 裝置。


在閱讀后續(xù)描述后本發(fā)明能夠得到更好的理解，后續(xù)描述完全是 通過實(shí)例給出的并且以附圖為參考，其中-，圖1為說明塞貝克效應(yīng)的*圖2為用于安裝到本發(fā)明輪胎上的塞貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)的圖； ，圖3為通過圖2中的熱電發(fā)電機(jī)向功能構(gòu)件供給動(dòng)力的回路的示 意，圖4為本發(fā)明第一實(shí)施例中輪胎的軸向截面圖，顯示了熱電發(fā)電
機(jī)兩個(gè)可能的位置；
，圖5為本發(fā)明第二實(shí)施例中輪胎的軸向截面圖；和
*圖6為具有構(gòu)件的本發(fā)明輪胎的軸向截面圖，所述構(gòu)件安裝在其
上并以加熱的方式成形。
具體實(shí)施例方式
圖1為用于說明塞貝克效應(yīng)的原理的圖。塞貝克效應(yīng)，或熱電偶 效應(yīng)，利用在溫度差的影響下產(chǎn)生電壓的特定材料的特性。
圖1所示為一對(duì)導(dǎo)線10和12，每條導(dǎo)線具有各自的第一端11以 及各自的第二端13，各自的第一端11通過焊接點(diǎn)14連接到另一條導(dǎo) 線的第一端。第一端11與冷元件16接觸，第二端13與熱元件18接
觸。
在這種結(jié)構(gòu)中，塞貝克效應(yīng)在兩條導(dǎo)線10和12的第二端13之間 產(chǎn)生電壓E，其與冷元件16和熱元件18之間的溫度差成正比。比例系 數(shù)a是構(gòu)成導(dǎo)線10和12的材料的函數(shù)。
作為實(shí)例，當(dāng)導(dǎo)線由鎳鉻合金(CrNO和康銅(CuNi)制成時(shí)， 系數(shù)a等于70微伏每開氏溫度(pV/K)，或當(dāng)導(dǎo)線由碲化鉍(Bi2Te3) 制成時(shí)，系數(shù)a等于200 )aV/K。
圖2所示為包括多對(duì)導(dǎo)線10和12的塞貝克熱電發(fā)電機(jī)20，所述 導(dǎo)線具有其端部，所述端部被升高到不同的溫度以便產(chǎn)生電壓。
導(dǎo)線對(duì)以電力方式串聯(lián)連接,從而使得在發(fā)電機(jī)端子輸送的電壓E 與串聯(lián)的導(dǎo)線對(duì)的數(shù)目基本上成正比。
發(fā)電機(jī)20具有冷電極22和熱電極24，設(shè)計(jì)為分別與冷元件16 和熱元件18接觸，導(dǎo)線對(duì)的端部分別連接到其上。作為實(shí)例，這兩個(gè) 電極22和24分別包括平坦的橡膠塊。
為了對(duì)表面22和24以及導(dǎo)線10和12之間的焊點(diǎn)之間的溫度傳 導(dǎo)進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)電機(jī)具有促進(jìn)熱分布的銅柵格26。
本發(fā)明提出利用熱電發(fā)電機(jī)，如圖2所示的發(fā)電機(jī)，是為了向例 如壓力傳感器的功能構(gòu)件28供給動(dòng)力。
圖3中所示為用于構(gòu)件28的動(dòng)力供給回路的實(shí)例。動(dòng)力供給回路 包括電阻器30、 二極管32、控制二極管34和電容器36。
電容器36的功能是在構(gòu)件28不消耗能量的階段存儲(chǔ)能量，以便 在需求能量的階段能夠輸送所述能量。
電阻器30以及二極管32和34用于控制越過電容器36的端子獲 得的電壓，并用于調(diào)節(jié)輸送到電容器36的端子的電壓的交流頻率。
圖4所示為安裝有如圖2中所示的熱電發(fā)電機(jī)20的輪胎40。為了 清楚，圖4中僅僅示出了發(fā)電機(jī)20的電極22和24。
輪胎40包括位于輪胎胎冠的胎面42和兩個(gè)側(cè)壁44，僅示出了側(cè) 壁中的一個(gè)。與輪胎內(nèi)空氣接觸的輪胎40的部分由橡膠內(nèi)襯層46制 成。
與輪胎的胎面42及其側(cè)壁44相互連接的輪胎40的部分指的是胎 肩區(qū)域48。側(cè)壁44的底部部分指底部區(qū)域50。
當(dāng)輪胎運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，胎肩區(qū)域48和底部區(qū)域50是承受較高程度彎曲 的區(qū)域，因此導(dǎo)致輪胎的局部加熱，如圖4中的陰影區(qū)域所示。
在如圖4中所示的本發(fā)明第一實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)20的電極22和 24與冷元件15和熱元件18接觸，它們均形成為輪胎40的一部分，更 準(zhǔn)確的為輪胎的橡膠內(nèi)襯層46。
圖4中所示為輪胎34上發(fā)電機(jī)20的兩種可能的配置。
在第一配置中，發(fā)電機(jī)20的熱電極24與形成輪胎34的胎肩區(qū)域 48的一部分并構(gòu)成熱元件18的橡膠內(nèi)襯層46的區(qū)域52接觸。
發(fā)電機(jī)20的冷電極22與位于胎面42下并構(gòu)成冷元件16的橡膠 內(nèi)襯層46的區(qū)域54接觸。選擇區(qū)域52和54的方式使得這兩個(gè)區(qū)域 之間的溫度差為最大值。在該第一配置中，當(dāng)在使用輪胎的普通條件 下以100公里每小時(shí)(km/h)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫度差大約是4(TC。
在第二配置中，發(fā)電機(jī)20的熱電極24與形成輪胎34的底部區(qū)域 50的一部分并構(gòu)成熱元件18的橡膠內(nèi)襯層46的區(qū)域56接觸。
發(fā)電機(jī)20的冷電極22與位于輪胎胎圈57上并構(gòu)成冷元件16的 橡膠內(nèi)襯層46的區(qū)域58接觸。選擇區(qū)域56和58的方式使得這兩個(gè) 區(qū)域之間的溫度差為最大值。在該第二配置中，在使用輪胎的普通條 件下以100km/h運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫度差大約是3(TC。
這種溫度差足夠大以致于發(fā)電機(jī)20能產(chǎn)生適合用于向構(gòu)件28供 給動(dòng)力的電壓。作為實(shí)例，發(fā)電機(jī)20在165微瓦(pW)的功率下輸 送23毫伏(mV)的電壓，所述發(fā)電機(jī)20具有十條由導(dǎo)線10和12組 成的鎳鉻合金-康銅熱電偶，其與由34'C分離的熱點(diǎn)和冷點(diǎn)接觸。
對(duì)于發(fā)電機(jī)的電極的放置，這兩種配置是特別有利的，因?yàn)檩喬?的胎肩區(qū)域48和底部區(qū)域50是輪胎最熱的區(qū)域。
在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，如圖5所示，發(fā)電機(jī)20的熱電極24 與作為構(gòu)成輪胎40的橡膠內(nèi)襯層46的元件的熱元件18接觸，發(fā)電機(jī) 的冷電極22與由輪胎40內(nèi)與冷電極22接觸的空氣構(gòu)成的冷元件16 接觸。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，輪胎內(nèi)空氣的溫度大約是3(TC，因此使得 在熱點(diǎn)和冷點(diǎn)之間獲得相當(dāng)?shù)臏囟炔畛蔀榭赡堋?br> 在適用于上述實(shí)施例和圖6中所示實(shí)施例的本發(fā)明的變化形式中， 輪胎40具有安裝在輪胎40的橡膠內(nèi)襯層46上的元件60，該元件以一
定方式布置并成形以便在輪胎運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中加熱并構(gòu)成熱元件18。作
為實(shí)例，元件60包括以厚片或圓周橡膠環(huán)為形式的橡膠塊。元件60 優(yōu)選地由具有高耗散性配方的橡膠制成，具有較高程度的滯后現(xiàn)象。 元件60能夠放置在輪胎內(nèi)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，如圖6所示，元件60放置在輪胎側(cè)壁44的底部區(qū) 域50彎曲的區(qū)域。
在第三位置，如圖6所示，元件60放置在側(cè)壁上，接近輪胎胎圈 57并插入橡膠內(nèi)襯層和構(gòu)成用于使元件60變形的裝置的金屬葉片62 之間，特別是通過對(duì)橡膠塊實(shí)施剪切。為了達(dá)到這個(gè)目的，金屬葉片 具有和輪胎胎圈連接的一端，以便在輪胎旋轉(zhuǎn)和變形的過程中，葉片 的自由端遠(yuǎn)離并朝向橡膠內(nèi)襯層移動(dòng)以使得元件60的承受剪切。
在所有這三個(gè)位置中，元件60的溫度高于如果元件60不存在橡 膠內(nèi)襯層則會(huì)具有的溫度。因此，通過增加與發(fā)電機(jī)20的熱電極連接 的熱元件的溫度，在熱元件和冷元件之間的溫度差增加，從而使得由 發(fā)電機(jī)20產(chǎn)生的電壓增加。
權(quán)利要求
1、一種輪胎(34)，其特征在于具有用于以電力方式向構(gòu)件(28)供給電力的一個(gè)塞貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)(20)，發(fā)電機(jī)(20)包括分別與冷元件(16)和熱元件(18)接觸的冷電極(22)和熱電極(24)，熱元件(18)形成輪胎(34)的一部分。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的輪胎(34)，其中該熱元件(18)形成 輪胎(34)的橡膠內(nèi)襯層(46)的一部分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輪胎(34)，其中該熱元件(18) 放置在輪胎(34)的胎肩區(qū)域(48)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輪胎(34)，其中該熱元件(18) 放置在輪胎(34)的側(cè)壁(44)的底部區(qū)域(50)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪胎(34)，其中該熱元件(18)放置 在輪胎(34)的側(cè)壁(44)的底部區(qū)域(50)承受彎曲的區(qū)域。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的輪胎(34)，其中該冷元 件(16)形成輪胎(34)的一部分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的輪胎(34)，其中該冷元件(16)形成 輪胎(34)橡膠內(nèi)襯層(46)的一部分。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的輪胎(34)，其中該冷元 件(16)包括輪胎(34)內(nèi)與冷電極(22)相接觸的空氣。
9、 根據(jù)在先權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的輪胎(34)，包括安裝到輪 胎(34)橡膠內(nèi)襯層(46)上的元件(60)，該元件以一定的方式布 置并成形以便在輪胎(34)旋轉(zhuǎn)的過程中加熱，從而構(gòu)成熱元件。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的輪胎(34)，其中安裝的元件(60) 由橡膠制成，其具有比橡膠內(nèi)襯層(46)更大的耗散性。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的輪胎(34)，進(jìn)一步包括用于在 輪胎(34)旋轉(zhuǎn)的過程中使安裝的元件(60)變形的裝置(62)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有熱電設(shè)備的輪胎，即一種具有將電力輸送到構(gòu)件的塞貝克效應(yīng)熱電發(fā)電機(jī)(20)的輪胎(34)，發(fā)電機(jī)(20)包括分別與冷元件(16)和熱元件(18)接觸的冷電極(22)和熱電極(24)，熱元件(18)形成為輪胎(34)的一部分。
文檔編號(hào)B60C23/06GK101357568SQ20081021034
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月18日
發(fā)明者C·薩爾維, D·貝特朗, F·斯佩特勒, O·科隆熱 申請(qǐng)人:米其林技術(shù)公司;米其林研究和技術(shù)股份有限公司