Сборка шины со встроенными устройствами для генерирования электроэнергии

Сборка шины со встроенными устройствами для генерирования электроэнергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системе и способу воздействия на пьезоэлектрические структуры посредством механической энергии вращения шин и генерированию за счет этого электрической энергии для встроенных электронных средств шин. Пьезоэлектрические элементы используют для преобразования механического напряжения, возникающего при изгибе элементов шин или колес, в электрический заряд, который затем приводится к требуемым условиям и аккумулируется в устройстве аккумулирования энергии. Достаточные запасы этой аккумулированной энергии могут впоследствии обеспечить питание электронных систем, в число которых входят элементы для идентификации различных физических параметров шин, а также радиочастотные (РЧ) передающие устройства.

Предшествующий уровень техники

Внедрение электронных устройств в конструкции шин дает много практических преимуществ. Электронные средства шин могут включать в себя датчики и другие компоненты для получения информации, касающейся различных физических параметров шины, таких как температура, давление, количество оборотов шины, скорость транспортного средства и т.д. Такая информация о рабочих характеристиках может оказаться полезной в системах оперативного контроля и аварийной сигнализации шин и даже обладает потенциалом использования в системах обратной связи для регулирования надлежащих уровней давления в шинах.

В патенте США №5749984 описаны система и способ оперативного контроля шин, обеспечивающие возможность определения такой информации, как прогиб шины, скорость шины и количество оборотов шины. Еще один пример электронной системы шин раскрыт в патенте США № 4510484, который касается системы аварийной сигнализации аномального состояния шины. Патент США № 4862486 также относится к электронным средствам шин, а более конкретно, описывает возможный счетчик оборотов шин легковых и грузовых автомобилей.

Еще одна потенциальная возможность, обеспечиваемая электронными системами, встраиваемыми в структуры шин, касается получения характеристик параметров слежения и эксплуатации для коммерческих приложений транспортных средств. Парки грузовых автомобилей, воздушные суда, а также землеройные транспортные средства и/или транспортные средства горнодобывающей промышленности, - все они относятся к жизненно важным отраслям промышленности, в которых можно воспользоваться выгодами электронных систем шин и передачей полученной информации. Датчики шин могут определять расстояние, которое прошла каждая шина в транспортном средстве, а значит, и оказывать помощь в планировании технического обслуживания таких систем. Можно оптимизировать определение местонахождения и технические характеристики транспортных средств для более дорогостоящего использования, которое касается оборудования горнодобывающей промышленности. За всеми транспортными средствами можно осуществлять слежение с помощью передачи радиочастотных сигналов-меток, возможные аспекты которой описаны в патенте США № 4457477.

Питание таких встроенных электронных систем шин обычно осуществлялось различными способами с помощью разных систем выработки электроэнергии. Примеры механических устройств для генерирования энергии в результате движения шин описаны в патентах США № 4061200 и № 3760351. В этих примерах раскрыты громоздкие сложные системы, которые обычно не пользуются предпочтением при внедрении в современных приложениях шин.

Питание некоторых электронных систем шин осуществляется также с помощью различных пьезоэлектрических устройств. В патенте США № 6438193 описан безбатарейный счетчик оборотов шины, который содержит пьезоэлектрический элемент, установленный в шине таким образом, что подвергается периодическим механическим напряжениям, когда шина вращается, и выдает периодические импульсы в ответ на них. Еще один пример пьезоэлектрических устройств, используемых для питания электронных систем шин, описан в патенте США № 4510484, в котором раскрыт пьезоэлектрический источник питания на основе вибрирующей пластины, установленной симметрично относительно радиальной центральной линии шины.

Еще одно типичное решение, касающееся питания электронных систем шин, относится к использованию неперезаряжаемой батареи, что неизбежно связано с неудобством для пользователя шин, поскольку правильная работа электронной системы зависит от периодической замены батареи. Обычные батареи часто содержат тяжелые металлы, которые неблагоприятны для окружающей среды и в настоящее время существует проблема утилизации, особенно когда они используются в больших количествах. Помимо этого, батареи имеют тенденцию расходовать свою энергию довольно быстро для питания электронных приборов, имеющих комплексные уровни функциональных возможностей. Истощение запаса энергии батарей особенно касается электронных систем, которые передают информацию на относительно большое расстояние, например, с участков на колесах грузового автомобиля в приемник, находящийся в кабине грузового автомобиля. Даже когда батареи используются в электронных системах, которые осуществляют передачу с участков на колесах грузового автомобиля в более близкое место, где находится приемник, информация затем, как правило, транслируется через схемное для передачи из места, где находится радиочастотный приемник, в кабину автомобиля, вследствие чего требуется установка дополнительного и часто дорогостоящего аппаратного обеспечения связи.

Еще один известный способ получения электрической энергии для систем оперативного контроля шин относится к захвату электроэнергии радиочастотного луча опрашивающей антенной, размещенной в непосредственной близости к шине, и встроенным в нее электронным средствам. Энергия, излучаемая антенной, используется для питания электронных средств, которые часто представляют собой весьма специализированные электронные средства сверхмалой мощности, ограниченной в пределах нескольких микроватт. Опрашивающие антенны, применяемые для питания электронных средств должны располагаться сравнительно близко (в пределах примерно двух футов) к каждому колесу из-за ограниченных диапазонов передачи. Как правило, для этого нужны несколько опрашивающих антенн на транспортном средстве, которые вносят дополнительный вклад в потенциальные затраты на аппаратуру. Каждая антенна также весьма подвержена повреждению в результате дорожных инцидентов, так что по многим причинам этот способ не представляет собой решение, наиболее желательное для питания в некоторых приложениях электронных средств шин.

Хотя известны различные электронные системы шин и системы генерирования электроэнергии для этих систем, до сих пор не создана конструкция, которая охватывает в целом все желательные характеристики, представляемая ниже в соответствии с предлагаемой технологией.

Краткое изложение сущности изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков, которые присущи известным техническим решениям, т.е. создание усовершенствованных систем и способа питания электронных систем, встроенных в структуру шины, обеспечивающих преобразование механических напряжений, связанных с прогибом шины, в электрический заряд, который приводится к требуемым условиям и аккумулируется в одном или более устройствах аккумулирования энергии, на основе пьезоэлектрической технологии, а затем аккумулированная энергия впоследствии используется для питания электронных систем, в число которых входят элементы для идентификации различных физических параметров шин, а также радиочастотных (РЧ) передающих устройств.

Более конкретно, задача, которую позволяет решить настоящее изобретение, состоит в создании шины со встроенными безбатарейными электронными компонентами. Безбатарейное питание таких электронных компонентов осуществляется энергией от встроенных пьезоэлектрических структур и может соответствовать многочисленным требованиям электронных средств. Одно возможное приложение электронных средств касается системы оперативного контроля шин, предназначенной для измерения и передачи информации, связанной с условиями работы шин, например давлением и температурой, а также другой информации, такой, как количество оборотов шин или общие идентификационные переменные шин.

Различные признаки и аспекты предлагаемой электронной системы шины и специализированного устройства для выработки электроэнергии дают множество преимуществ. Предлагаемая технология обеспечивает безбатарейную систему питания шины, не зависящую от замены батарей. Хотя в некоторых аспектах настоящего изобретения не исключается возможность встраивания батарей и устройств с батарейным питанием, в соответствии с предлагаемой технологией исключаются многие сложности, касающиеся электронных средств шин, которые просто питаются от батарей.

Другое преимущество настоящего изобретения состоит в том, что предложена система оперативного контроля, которая уменьшает количество требуемых аппаратных средств передачи сигналов по сравнению с обычными системами оперативного контроля шин. За счет создания оперативной системы контроля шин, которая питается не от батарей, не требуются ни собирающие антенны, ни многочисленные места расположения приемников с дополнительными схемно-реализованными соединениями. Элементы такой системы оперативного контроля шин могут быть встроены внутри каждой отдельной структуры шин на заданном транспортном средстве таким образом, что приемник (в типичном случае находящийся в кабине транспортного средства) будет получать информацию, передаваемую электронными средствами каждой шины.

Еще одно преимущество настоящего изобретения состоит в том, что имеются лишь незначительные ограничения, касающиеся типа и количества электронной аппаратуры, которую можно использовать внутри структур шин и узлов колес. Электронные средства шин, питание которых осуществляется обычными способами, а не в соответствии с предлагаемой пьезоэлектрической технологией, часто ограничены устройствами сверхмалой мощности. Устройства в соответствии с предлагаемой технологией не имеют таких ограничений по потреблению электроэнергии. Это преимущество облегчает достижение расширенных функциональных возможностей электронных средств шин, поскольку обеспечивается использование большего количества элементов и/или единиц аппаратуры более высокого уровня.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения узел шины со встроенными устройствами для выработки электроэнергии содержит структуру пневматической шины, пьезоэлектрическое устройство и электронный узел. Структура пневматической шины характеризуется наличием короны, имеющей протекторный участок для создания контакта с поверхностью грунта, бортовых участков для посадки шины на обод колеса и участков боковин между каждым бортовым участком и короной. Внутри шины вдоль боковин между бортовыми участками и короной предусмотрен каркас, внутри короны шины между протекторным участком и каркасом предусмотрена брекерная набивка, а внутренний герметизирующий слой образует внутреннюю поверхность структуры шины. Пьезоэлектрическое устройство выполнено с возможностью формирования в нем электрического заряда, когда структура шины подвергается воздействию механических напряжений. Электронный узел подсоединен к устройствам выработки электроэнергии (в некоторых вариантах осуществления через устройства аккумулирования энергии) таким образом, что требуемые элементы электронного узла запитываются электрическим зарядом, генерируемым пьезоэлектрическим устройством.

Пьезоэлектрическое устройство может быть встроено во множестве разных участков структуры пневматической шины, включая, но, не ограничиваясь, участки в короне между протекторным участком и брекерной набивкой, в короне между брекерным участком и каркасом, в короне между каркасом и внутренним герметизирующим слоем, в боковине между каркасом и внешней поверхностью шины, в боковине между каркасом и внутренним герметизирующим слоем, а также в основании короны около выбранного бортового участка структуры шины. В некоторых вариантах осуществления структура пневматической шины также включает в себя участок бегового слоя между брекерной набивкой и протекторным участком. В таких вариантах осуществления пьезоэлектрическое устройство может быть внедрено в корону шины либо между протекторным участком и участком бегового слоя, либо между брекерной набивкой и участком бегового слоя. В других вариантах осуществления, брекерная набивка включает в себя, по меньшей мере, первый и второй стальные брекеры, а пьезоэлектрическое устройство может быть установлено между соответствующими стальными брекерами. Пьезоэлектрическое устройство также может быть прикреплено к резиновому кожуху, который обеспечивает дополнительную опору для пьезоэлектрического устройства, или может быть внедрено в этот кожух. Резиновый корпус и пьезоэлектрическое устройство можно установить на внутренний герметизирующий слой или на внешний протекторный участок структуры пневматической шины.

В другом возможном варианте осуществления сборка шины со встроенными устройствами для генерирования электроэнергии включает в себя структуру пневматической шины, защитную опору, пьезоэлектрическое устройство и электронный узел. Структура пневматической шины характеризуется наличием короны, имеющей протекторный участок для создания контакта с поверхностью грунта. Защитная опора выполнена с возможностью установки на обод колеса изнутри структуры пневматической шины, чтобы протекторный участок мог иметь опору в случае потери давления накачивания. Защитная опора содержит кольцевое тело, имеющее внутреннюю поверхность, предназначенную для посадки вокруг обода колеса, и внешнюю крышку, входящую в контакт с протекторным участком шины в случае потери давления. Пьезоэлектрическое устройство может быть встроено на выбранном участке защитной опоры и выполнено с возможностью выработки в нем электрического заряда, когда защитная опора подвергается воздействию механических напряжений во время потери давления в структуре пневматической шины. Электронный узел подсоединен к пьезоэлектрическому устройству, а выбранные элементы узла запитываются электрическим зарядом, вырабатываемым пьезоэлектрическим устройством. В некоторых вариантах осуществления также можно использовать электрический заряд для инициирования сигнала, указывающего, когда структура пневматической шины работает в условиях, когда шина прокалывается и спускает.

В еще одном возможном варианте осуществления изобретения узел шины содержит непневматическую шину с несущей структурой, пьезоэлектрическое устройство и электронный узел. Непневматическая шина с несущей структурой включает в себя армированный кольцевой бандаж, множество листовых спиц, проходящих поперек армированного кольцевого бандажа радиально внутрь от него, и монтажный бандаж у радиально внутреннего конца листовых спиц. На радиально внешней поверхности армированного кольцевого бандажа также может располагаться протекторный участок. Пьезоэлектрическое устройство может быть выполнено как единое целое с непневматической шиной с несущей структурой и располагаться в таких местах, как внутренняя поверхность армированного кольцевого бандажа либо на одной или более из множества листовых спиц. Когда непневматическая шина с несущей структурой подвергается воздействию механических напряжений, пьезоэлектрическое устройство вырабатывает электрический заряд, который впоследствии используется для питания одного или более электронных элементов электронного узла.

В соответствии с более конкретными вариантами осуществления изобретения в некоторых случаях пьезоэлектрическое устройство (вышеупомянутые пьезоэлектрические устройства) может быть реализовано на основе волоконной композиционной структуры с множеством пьезоэлектрических волокон, внедренных в эпоксидную матрицу. В альтернативном варианте пьезоэлектрические устройства могут включать в себя пьезоэлектрическую пластину, окруженную защитным кожухом, и снабжены первым и вторым электрическими выводами для соединения с пьезокерамической пластиной, например, через электроды. В других вариантах осуществления пьезоэлектрические устройства могут включать слой пьезоэлектрического материала с соответствующими проводящими слоями, например слоями алюминия или нержавеющей стали, приклеенными к противоположным сторонам полиимидным клеем, например, высокотемпературным термопластичным полиимидом. Пьезоэлектрические устройства могут иногда включать в себя несколько пьезоэлектрических элементов, соединенных друг с другом последовательно или параллельно. Эти несколько пьезоэлектрических элементов также могут быть выполнены с направлениями поляризации сегнетоэлектрика, которые находятся либо в фазе, либо в противофазе, а также с размещением, соответствующим режимам d33 или d31 смещения. Пьезоэлектрические элементы могут включать в себя такие материалы, как цирконат-титанат свинца (PZT), титанат бария, кварц, сульфид кадмия, поливинилфторид (PVF) и поливинилхлорид (PVC).

Дополнительные задачи и преимущества предмета настоящего изобретения приведены в нижеследующем подробном описании. В рамках предмета изобретения возможны модификации и изменения конкретно иллюстрируемых, упоминаемых и рассматриваемых признаков и этапов осуществления изобретения. Изменения могут включать в себя, но не в ограничительном смысле, замену эквивалентными средствами, признаков или этапов, которые иллюстрируются, упоминаются и рассматриваются, а также функциональные, технологические или позиционные перестановки различных деталей, признаков, этапов и т.п.

Краткое описание чертежей

Полная и подробная характеристика настоящего изобретения, включая лучший вариант его осуществления, приведена в нижеследующем описании со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг. 1 изображает поперечное сечение структуры пневматической шины со встроенными безбатарейными электронными элементам согласно изобретению;

фиг. 2А - общий вид первого варианта пьезоэлектрической структуры для использования с устройством для выработки электроэнергии согласно изобретению;

фиг. 2В - общий вид второго варианта пьезоэлектрической структуры для использования с устройством для выработки электроэнергии согласно изобретению;

фиг. 2С - общий вид третьего варианта пьезоэлектрической структуры для использования с устройством для выработки электроэнергии согласно изобретению;

фиг. 3 - электрическую схему возможного аспекта устройства для выработки электроэнергии, в частности модуля приведения электроэнергии к требуемым условия, согласно изобретению;

фиг. 4А - блок-схему возможных встроенных безбатарейных электронных средств, включая устройство для выработки электроэнергии и электронную систему шины, согласно изобретению;

фиг. 4В - блок-схему возможных встроенных безбатарейных электронных средств, включая устройство для выработки электроэнергии и электронную систему шины, согласно изобретению;

фиг. 5 - блок-схему возможной электронной системы шины согласно изобретению;

фиг. 6 - блок-схему возможной конфигурации с удаленным приемником согласно изобретению;

фиг. 7А, 7В, 7С и 7D - возможные конфигурации нескольких пьезоэлектрических элементов в стопообразной комбинации для использования в устройстве для выработки электроэнергии согласно изобретению;

фиг. 8А и 8В - возможные конфигурации нескольких пьезоэлектрических элементов в последовательной и параллельной комбинации для использования в устройстве для выработки электроэнергии согласно изобретению;

фиг. 9А, 9В и 9С - возможные конфигурации нескольких пьезоэлектрических элементов, подсоединенных к одному или более устройствам аккумулирования энергии и одному или более прикладным электронным модулям для выработки электроэнергии и электронной системы шины, согласно изобретению;

фиг. 10 - осевое полусечение шины, имеющей защитную опору, установленную на ободе колеса внутри шины, и встроенные безбатарейные электронные элементы согласно изобретению;

фиг. 11 - осевое полусечение шины и защитной опоры, где защитная опора находится в состоянии спущенной шины согласно изобретению;

фиг. 12 - вид сбоку возможной непневматической шины с несущей структурой, имеющей встроенные безбатарейные электронные компоненты, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

В описании раскрыты система и способ питания электронных систем, встроенных в структуру шины. В устройстве для выработки электроэнергии используется пьезоэлектрическая технология для преобразования механического напряжения, связанного с изгибом шины, в электрический ток, который затем приводится к требуемым условиям и аккумулируется в устройстве аккумулирования энергии. Достаточные запасы такой аккумулированной энергии могут впоследствии обеспечить питание электронных систем, примеры которых включают в себя компоненты для идентификации различных физических параметров шин, а также передающие устройства, работающие на радиочастотах.

Устройство для выработки электроэнергии согласно изобретению содержит два компонента - пьезоэлектрическую структуру и модуль приведения электроэнергии к требуемым условиям. Аспекты различных возможных пьезоэлектрических структур описаны со ссылками на фиг.2А, 2В и 2С, а возможный модуль приведения электроэнергии к требуемым условиям представлен на фиг.3. Дополнительные возможные конфигурации одного или более пьезоэлектрических элементов в устройстве для выработки электроэнергии иллюстрируются на фиг. 7А-7D соответственно, и на фиг. 8А и 8В. Электроэнергию модуля приведения электроэнергии к требуемым условиям можно использовать для питания электронных систем внутри узла колеса или шины. Пример электронной системы шины, включая датчики, микроконтроллер и радиочастотный передатчик, представлен на фиг. 5. Аспекты возможного взаимодействия между устройством для выработки электроэнергии и электронной системой шины рассматриваются на фиг. 4А и 4В соответственно. Дополнительные аспекты взаимодействия между несколькими пьезоэлектрическими элементами и одним или более электронными модулями шины представлены на фиг. 9А, 9В и 9С. И, наконец, возможный вариант осуществления с удаленным приемником для получения информации, передаваемой из электронной системы шины, представлен на фиг. 6.

Признаки или этапы, иллюстрируемые и описываемые как часть одного варианта осуществления, могут использоваться в комбинации в другом варианте осуществления, что приводит к дополнительным вариантам осуществления. Некоторые технологические этапы могут быть взаимозаменяемыми или применяемыми в комбинациях с другими этапами, что приводит к дополнительным возможным вариантам осуществления способа выработки электрической энергии из механической энергии вращающейся шины.

На фиг. 1 представлено общее поперечное сечение возможного узла 10 пневматической шины со встроенными безбатарейными электронными элементами 12. Устройство 14 для выработки электроэнергии (УВЭ) выполнено совместно с электронными компонентами, которые являются внутренними безбатарейными элементами внутри узла 10 шины.

Возможности предлагаемого устройства для выработки электроэнергии с пьезоэлектрическими материалами, представляемыми ниже, дают многочисленные преимущества над обычными способами выработки электроэнергии внутри узла шины. Способы захвата электроэнергии луча антенны, рассмотренные ранее, больше не являются одним из вариантов, выбираемым для питания электронных средств шин. Как таковые, функциональные возможности многих типов электронных средств шин значительно расширены. Вариант использования батарей для выработки электроэнергии больше не актуален, что позволяет избежать дорогостоящей и хлопотной замены батарей. Хотя предлагаемая в настоящем изобретении технология обеспечивает исключение устройства для выработки электроэнергии, в котором используются электроэнергия луча антенны и батареи, следует понять, что в этом устройстве для выработки электроэнергии возможно применение гибридной комбинации пьезоэлектрической технологии и/или батарей и/или захвата луча антенны для питания различных выбранных электронных компонентов внутри узла колеса.

Структура 16 пневматической шины характеризуется наличием короны 15, которая поддерживает протекторный участок 18 и боковины 20, проходящие к бортовым участкам 22. Боковины 20 проходят между двумя линиями 17 и 19 сечения. Борта 22 шины выполнены так, что структуру 16 шины можно эффективно сажать на обод узла колеса. Внутренний герметизирующий слой воздухонепроницаемого материала образует внутреннюю поверхность шины, включая поверхность 24 короны и внутренние поверхности 26 боковин. Вдоль участков 20 боковин между бортами 22 и короной 15 проходит каркас 23, который под воздействием давления накачивания определяет форму шины и передает силу тяги и управления поворотом. Внутри структуры 16 шины, главным образом, вдоль короны 15, предусмотрена брекерная набивка, содержащая по меньшей мере первый и второй брекеры 21а и 21b, обычно выполненные из такого материала как сталь. В некоторых шинах могут быть предусмотрены дополнительные покровные слои или беговые слои, полностью покрывающие стальной брекер и способствующие поддержанию брекерной набивки отделенной от шины, что обеспечивает улучшенные рабочие характеристики и повышенную долговечность шины. Участок 25 бегового слоя может включать в себя один или более слоев усиления из промышленного текстиля.

Как показано в возможном варианте осуществления узла шины на фиг. 1, УВЭ 14 может быть установлено на внутренней поверхности 24 короны структуры 16 шины. Это место подходит для возбуждения пьезоэлектрического устройства, находящегося внутри УВЭ 14, когда внешний протекторный участок 18 движется по поверхности грунта, что проявляется в изгибе структуры 16 шины. Изгиб шины связан с общими механическими вибрациями, когда узел 10 шины движется по поверхности, и гарантирует, что пьезоэлектрическое устройство внутри устройства 14 для выработки электроэнергии будет вырабатывать электрический ток, который затем приводится к требуемым условиям и аккумулируется в устройстве аккумулирования энергии для питания электронных средств 12 шины. Хотя внутренняя поверхность 24 короны является логичным местом для установки устройства 14 для выработки электроэнергии, УВЭ 14 также может быть установлено на других участках, включая внутреннюю поверхность 26 боковин. Такое место может обусловить меньшее напряжение на пьезоэлектрических элементах внутри предлагаемого УВЭ 14, обеспечивая при этом выработку достаточной электроэнергии для некоторых приложений электронных средств.

Кроме того, УВЭ 14 или по меньшей мере часть пьезоэлектрических элементов УВЭ 14 могут быть завулканизированы внутри структуры 16 шины. Примеры участков, где УВЭ 14 или его пьезоэлектрический элемент можно внедрить внутрь структуры 16 шины, включают, но не ограничиваются, участки в короне шины или в области промежутка между протекторным участком 19 и брекерной набивкой, в виде первого и второго стальных брекеров 21а и 21b, в области промежутка между первым и вторым стальными брекерами 21а и 21b и внутренним герметизирующим слоем, предусмотренным вдоль поверхностей 24 и/или 26, в боковине между каркасом 23 и внутренним герметизирующим слоем, в боковине между каркасом и резиной боковины, в общем случае расположенной на участках 27 или внедренной в участки 29, часто называемые зоной основания шины. Для шин, которые включают в себя беговые слои, такие как участок бегового слоя 25, дополнительные конкретные участки, где возможно внедрение УВЭ 14 или соответствующего пьезоэлектрического элемента, включают в себя участки в имеющейся в шине области между протекторным участком 18 и участком 25 бегового слоя, или между участком 25 бегового слоя и брекерной набивкой, в виде первого и второго стальных брекеров 21а, 21b.

В альтернативном варианте для обеспечения дополнительной защиты, УВЭ 14 или его выбранные элементы можно разместить в дополнительном резиновом или эластомерном кожухе перед приклеиванием к структуре шины или внедрением в нее. Такой кожух можно расположить рядом с одной стороной УВЭ 14 или его выбранными элементами для создания опоры, и тогда кожух можно приклеить к внутренней поверхности структуры шины. В других вариантах осуществления УВЭ 14 можно устанавливать на относительно жесткую подложку, например, из стекловолокна или другого подходящего жесткого материала, чтобы обеспечить дополнительную защиту и опору для структуры. Резиновый кожух и/или подложка и/или другие элементы, которые расположены рядом с УВЭ 14, совместно служат механическим сопряжением между довольно жестким пьезоэлектрическим элементом внутри УВЭ 14 и довольно гибким материалом структуры 16 шины, в который такие элементы внедрены. Наличие механического сопряжения способствует защите структуры 16 шины от повреждения, которое может быть вызвано наличием негибкого пьезоэлектрического элемента, а также защищает пьезоэлектрический элемент от относительно больших искажений формы, которые в противном случае инициировались бы шиной на пьезоэлектрическом элементе. В некоторых случаях можно проводить механическую оптимизацию относительно промежуточного слоя для регулирования коэффициента напряжений (сил) и деформаций (смещений), которые возникают с любой стороны сопряжения.

Возможные участки для размещения комбинации накладок и пьезоэлектрических элементов включают в себя участки вдоль внутреннего герметизирующего слоя, расположенного вдоль поверхностей 24 и/или 26, или внутри структуры 16 шины. В соответствии с множеством возможных участков для УВЭ 14 должно быть понятно, что термин «встроенные» в общем случае охватывает возможные участки, где возможна установка на или в структуре шины.

Предлагаемую пьезоэлектрическую технологию можно использовать в нетрадиционных шинах, т.е. шинах, в возможную конструкцию которых внесены изменения. Например, заявленная технология генерирования электроэнергии может быть внедрена в шины, имеющие защитные опорные элементы, установленные внутри шин на ободах их колес, для восприятия нагрузки в случае отказа шины и, таким образом, поддерживающие протекторную полосу шины в случае снижения давления накачивания. На фиг. 10 и 11 представлены элементы защитной опоры. На фиг. 10 представлено осевое полусечение защитной опоры 150, установленной вокруг предпочтительного обода 152 колеса внутри полости 154 шины 156. Шина 156 предназначена для установки на ободе 152 колеса и имеет два борта разных диаметров. Опора 150 имеет три основные детали: основание 158 круглой общей формы, армированное слоем 160, ориентированным продольно под углом ноль градусов, кольцевую крышку 162 с продольными канавками 164 в ее радиально внешней стенке, и кольцевое тело 166 для соединения основания 158 и крышки 172 друг с другом. Полость, ограниченная участком 168, дает возможность уменьшить вес опоры 150, а также обеспечивает равномерное опирание в состоянии езды на спущенной шине (т.е. при полной или частичной потере давления шины). На фиг. 11 представлена защитная опора, аналогичная той, которая представлена на фиг. 10, во время езды на спущенной шине. Крышка 162 опоры 150 находится в контакте с радиально внутренней поверхностью бегового слоя шины 156, предотвращая, таким образом, проворачивание шины 156 на ободе 152 колеса во время потери давления воздуха в полости шине 154. Внутри структуры шины могут быть встроены другие специальные защитные опоры. Известная опора (см., например, патент США № 5891279) является твердым круглым приспособлением, но возможны и другие варианты воплощения опоры из других материалов, например из пенорезины, которая подвергается деформации в режиме езды на спущенной шине.

Пьезоэлектрический элемент или другие выбранные части УВЭ 14 можно выполнить как единое целое с защитной опорой 150 структур шин, подверженных проколам. Например, УВЭ 14 или его части могут быть выполнены как единое целое с участком крышки защитной опоры 150, например, между краями одной из канавок 164. Альтернативное место установки может соответствовать внутренней поверхности области, ограниченной полостью 168. УВЭ 14 или, в частности, его электрический элемент можно устанавливать, крепить или внедрять и в других местах относительно шины, имеющей элемент защитной опоры, для облегчения езды на спущенной шине.

Когда шина (фиг. 10 и 11) работает при нормальных давлениях накачивания, шина 156 подвергается деформациям, а защитная опора 150 - нет. Однако, когда шина работает в режиме езды на спущенной шине, который также называют режимом повышенной подвижности, защитная опора 150 подвергается деформации. Напряжения, вносимые этими деформациями, вызывают выработку электроэнергии пьезоэлектрическим элементом, выполненным как единое целое с защитной опорой 150. Эту электроэнергию можно использовать для включения визуального и/или звукового индикатора, сигнализатора или другого сигнального механизма, указывающего водителю транспортного средства, что шина работает в режиме «езды на спущенной шине», при полной или частичной потере давления, по меньшей мере, в одной шине. Вырабатываемую электроэнергию также можно использовать для питания электронных устройств внутри узла шины и/или колеса. Электронные устройства можно использовать для осуществления таких возможных функций, как подсчет количества оборотов или расстояния, которое указывается в милях, километрах, и которое шина с защитной опорой прошла в режиме езды на спущенной шине или повышенной подвижности, измерение контактной длины накладки защитной опоры в качестве показателя того, насколько сильно спустила шина, и измерение температуры защитной опоры во время работы в режиме повышенной подвижности. Выбираемую комбинацию вышеуказанных возможных данных можно использовать для определения остающегося эффективного срока службы защитной опоры. Остающийся эффективный срок службы защитной опоры и другие, связанные с ним данные, включая информацию, указывающую, когда шина работала при потере давления в шине, можно хранить в запоминающем устройстве, которое крепится на или в защитной опоре шины. Тогда при обслуживании шины техник сможет определить, требует ли замены упомянутая опора-вкладыш. В некоторых вариантах осуществления можно аккумулировать достаточную электрическую энергию для передачи радиосигнала в центральный пункт в кабине для оповещения водителя, когда возникает опасное состояние.

Еще одним примером шины, с которой можно использовать предлагаемую пьезоэлектрическую систему, является шина со структурной опорой, которая представлена на фиг. 12, будет описана непневматическая шина со структурной опорой. Непневматическая шина 170 (фиг. 12) выполнена с возможностью выдерживать нагрузку просто с помощью собственных структурных элементов, в отличие от механизма обычных пневматических шин без опоры, создаваемой внутренним давлением воздуха. Непневматическая шина 170 со структурной опорой имеет контактирующий с грунтом протекторный участок 172, армированный кольцевой бандаж 174, расположенный радиально изнутри от протекторного участка, множество листовых спиц 176, проходящих от кольцевого бандажа в поперечном направлении радиально внутрь от него, и монтажный бандаж 178 на радиально внутреннем конце листовых спиц. Монтажный бандаж 178 крепит шину 170 к колесу 180 или ступице. Хотя это не показано на фиг. 12, но может быть предусмотрено дополнительное множество листовых спиц, проходящих в экваториальной плоскости. Армированный кольцевой бандаж 174 может содержать, в частности, эластомерный слой, работающий на сдвиг, первую мембрану, приклеенную к радиальной, крайней изнутри поверхности эластомерного слоя, работающего на сдвиг, и