CN105980823A - 具有磁体的传感器装置和用于轮胎检查的传感器阵列 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于沿着轮胎的胎圈部分进行轮胎检查的传感器装置。所述传感器装置包含磁体阵列，其被配置成为传感器阵列提供所要的磁体通量场，所述传感器阵列用于检测所述胎圈部分附近的所述轮胎的主体帘布层的加固件的损坏。所述磁通量场足以实现所述胎圈部分中的损坏检测，而不会使所述传感器阵列过饱和。所述传感器装置还允许接近所述轮胎的所述内表面定位所述传感器阵列以实现提高的检测。

Description

具有磁体的传感器装置和用于轮胎检查的传感器阵列

技术领域

本发明的标的物大体上涉及用于检查胎圈区域附近的轮胎的加固件的传感器装置。

背景技术

已知的轮胎构造使用具有加强元件的主体帘布层，其从胎圈部分延伸到胎圈部分，通过相对的侧壁部分以及轮胎的胎冠部分。有时被称为胎体帘布层或加固帘布层的主体帘布层典型地锚定在胎圈处，并且在轮胎充气和使用时维持轮胎的整体形状。主体帘布层的加强元件通常基本上沿着径向方向(垂直于旋转轴的方向)定向并且可以包含例如含铁金属。

在轮胎使用期间，这些加强元件(有时被称为帘布)可能例如由于道路中的物体、在路边行进和其它破坏性事件的影响而被损坏。在一些情形中，加强元件可能由于此类事件而被完全破坏。令人遗憾的是，通过轮胎外部的目视检查并不能容易地发现这种损坏，因为加强元件包含在用于构造轮胎的橡胶材料内。

市售轮胎通常在被称为翻新的过程之后重复使用。通过翻新，从轮胎移除磨损的胎面，且将新的胎面带或胎面区段安装到轮胎上。胎面的更换与更换整个轮胎相比更便宜，且允许使用相同轮胎胎体获得额外里程。这是尤其用于重型卡车的商用轮胎常见的实践方法。

然而，在更换胎面之前，有利的是检查轮胎(包含主体帘布层的加强元件)的损坏或磨损。在某些情形中，检查可能发现轮胎需要更换而不是翻新。替代地，可能需要维修轮胎。如上所述，仅仅通过目视检查并不能容易地发现对内部元件(例如，主体帘布层的加强元件)的所有损坏。

由于用于例如重型卡车轮胎等商用轮胎的加强元件常常是由含铁材料构造，因此可以使用一个或多个传感器来检测加强元件中的裂缝，例如，通过轮胎的目视检查原本不可确定的破坏处。例如，磁体可用于沿着加强元件产生磁通量场。传感器可用于检测指示断层的磁通量中的改变。需要使此检查过程自动化，使得可经济地且方便地检查多个轮胎。还需要使检查过程所需的时间量最少。

沿着轮胎的胎圈部分检测主体帘布层的加强元件的损坏是成问题的。轮胎的每一相对的胎圈部分通常包含沿着形成环或环形的周向方向延伸的胎圈。此胎圈是由含铁金属构造，其可干扰对轮胎的胎圈部分附近的主体帘布层的加强元件的损坏的准确检测。更具体来说，胎圈提供大量的含铁金属，其妨碍断层检测所需的磁通量在加强元件中的饱和水平。一些轮胎构造还使用围绕胎圈缠绕的主体帘布层，其进一步增加了其中需要检查的区域中的含铁金属的量。另外，胎圈部分的非线性几何形状还方案将传感器放置成接近轮胎的表面的工作，这是提高检测灵敏性及准确度所需的。非线性几何形状及含铁金属的存在还在产生磁通量的场的过程中产生问题，所述场以对于损坏检测足够但不会不合需要地使用于检测磁通量的传感器饱和的水平恰当地定位。

因此，可用于沿着轮胎的胎圈部分进行轮胎检查的装置将是有用的。更明确地说，可以反复地将一或多个传感器放置在胎圈部分附近以用于检测主体帘布层的加强元件的损坏的装置将是有用的。还可恰当地产生对于损坏检测所需的磁场的此类装置将是特别有利的。

发明内容

本发明提供用于沿着轮胎的胎圈部分进行轮胎检查的传感器装置。所述传感器装置包含磁体阵列，其被配置成为传感器阵列提供所要的磁体通量场，其用于检测胎圈部分附近的轮胎的主体帘布层的加固件的损坏。所述磁通量场足以实现胎圈部分中的损坏检测，而不会使传感器阵列过饱和。所述传感器装置还允许接近轮胎的内表面定位传感器阵列以实现提高的检测。本发明的另外目标和优点将部分在以下描述中进行阐述，或可以从所述描述中显而易见，或可以通过实践本发明来习得。

在本发明的一个示范性实施例中，提供一种用于轮胎检查的传感器装置，其可沿着轮胎的内表面可拆卸地定位。所述轮胎具有胎圈部分且界定径向方向及轴向方向。所述传感器装置包含主体，所述主体包括用于放置在胎圈部分附近的内表面处的最外检查表面。提供传感器阵列，其包含以直线方式布置的多个传感器且界定纵向方向。所述传感器阵列由所述主体支撑且接近所述最外检查表面而定位。所述传感器阵列具有相对端。磁体阵列布置在所述主体上，使得在定位传感器装置以用于轮胎检查时，外部检查表面及传感器阵列定位在所述磁体阵列的至少一部分与所述轮胎之间。所述磁体阵列包含具有第一端及第二端的多个磁体。所述多个磁体的至少一部分布置成圆的弧并且配置成部分环绕轮胎的胎圈部分。圆的弧具有中心角度α，其中60度≤α≤90度。所述磁体还包含末端磁体，所述末端磁体具有沿着纵向方向移位超过传感器阵列的相对端中的一者的至少一个端。

在另一示范性实施例中，本发明包含一种用于轮胎检查的传感器装置。轮胎具有胎圈部分且界定径向方向及轴向方向。所述传感器装置包含主体，所述主体具有放置在胎圈部分附近的轮胎的内表面处的最外检查表面。传感器阵列提供界定纵向方向的多个传感器。传感器阵列由所述主体支撑且定位在最外检查表面附近。所述传感器阵列具有相对端。磁体阵列被支撑在主体上。所述磁体阵列沿着其长度界定中心轴，所述中心轴定位在与由传感器阵列界定的纵向方向相同的平面内。所述磁体阵列包含多个磁体，所述多个磁体具有第一端及第二端。所述多个磁体的至少一部分布置为圆的弧，且被配置成用于定位在轮胎的胎圈部分处。圆的弧具有中心角度α，其中60度≤α≤90度。提供末端磁体，所述末端磁体具有沿着纵向方向移位超过传感器阵列的相对端中的一者的至少一个端。

参考以下描述以及所附权利要求书将更好地理解本发明的这些以及其它特征、方面和优点。并入在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图图示了本发明的实施例，并且与所述描述一起用以说明本发明的原理。

附图说明

本说明书中阐述本发明的针对所属领域的一般技术人员的完整且启发性揭示内容(包含其最佳模式)，说明书参考附图，在所述附图中：

图1是轮胎的一个侧面的部分横截面图以及本发明的示范性实施例的侧视图。

图2说明图1中描绘的本发明的示范性实施例的透视图。

图3是图2的示范性实施例的前视图。

图4是图2的示范性实施例的侧视图。

图5是图2的示范性实施例的横截面侧视图。

图6是轮胎的一个侧面的部分横截面图以及另一本发明的示范性实施例的侧视图。

图7说明图6中描绘的本发明的示范性实施例的透视图。

图8是图6的示范性实施例的前视图。

图9是图6的示范性实施例的横截面侧视图。

图10是轮胎的一个侧面的另一部分横截面图及图6的示范性实施例的侧视图以及通过此示范性实施例产生的磁场的描述。

具体实施方式

出于描述本发明的目的，现在将详细参考本发明的实施例，在图式中示出了本发明的实施例的一个或多个实例。每个实例是为了说明本发明而提供，而非限制本发明。实际上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以在本发明中进行各种修改以及改变。举例来说，被示出或描述为一个实施例的部分的特征可以与另一实施例一起使用以产生再一实施例。因此，希望本发明涵盖此类修改和变化，所述修改和变化处于所附权利要求书及其等效物的范围内。

如本文所使用，应用以下定义：

“子午面”是轮胎的旋转轴位于其内的平面。图1是沿着子午面获得的示范性轮胎50的截面。

轮胎的“胎冠部分”是在轮胎的侧壁部分之间沿着轴向方向A(其是平行于轮胎的旋转轴的方向)延伸的部分，包含胎面以及胎面径向向内定位的组件。

“主体帘布层”或“胎体”或“胎体帘布层”是在轮胎的相对侧上的胎圈部分之间延伸并且从所述胎圈部分延伸通过相对的侧壁部分并且跨越轮胎的胎冠部分的层。主体帘布层可以包含含铁加固件。

“径向方向”垂直于轮胎的旋转轴并且在图中以“R”和方向箭头标示。平行于旋转轴的轴向方向在图中以“A”和方向箭头标示。

轮胎的“周向方向”(也称为纵向方向)是与轮胎的边缘相对应的方向并且由轮胎在正常操作期间的旋转方向界定。周向方向在图中以“C”和方向箭头标示。

在以下描述中，在示范性实施例的图式中标示方向R、A及C以标示在定位传感器装置以用于轮胎检查时示范性实施例相对于轮胎的定向。另外，在定位传感器装置100以用于轮胎检查时，参考相对于所述传感器装置确定的这些方向描述示范性实施例的各种组件的位置。

图1说明处于用于检查代表性轮胎50的位置的本发明的传感器装置100的示范性实施例的侧视图。仅展示沿着轮胎50的子午面的横截面的一部分，因为当在子午面上观看时，轮胎50围绕其中心线大体上对称。轮胎50包含具有胎圈54的胎圈部分52。主体帘布层62从胎圈部分52沿着轮胎50的两侧穿过侧壁部分56并且穿过胎冠部分58延伸。胎冠部分58包含胎面部分60及从胎面部分60径向向内定位的带束帘布层66。

对于此示范性实施例，传感器装置100可拆卸地定位在轮胎50的胎圈部分52处且邻近于其内表面68的部分。传感器装置100可沿着多个轮胎的胎圈部分可重复地定位，这可为(例如)在商业设施中在附接点110处连接的定位系统(未图示)可能需要的。传感器装置100可用于检查轮胎50，尤其在需要在胎圈部分52处紧密接近轮胎50的内表面68定位一或多个传感器以及产生磁通量的场的一或多个磁体以用于损坏检测的情况下。

更明确地说，主体帘布层62包含加强元件(未图示)，其通常由含铁材料构造且嵌入用于构造轮胎50的橡胶材料中。如先前陈述，加强元件可在轮胎50的使用期间受到损坏。在轮胎检查过程(其可为例如翻新操作的部分)期间，可检查轮胎50以寻找此类加强元件的损坏。例如，传感器装置100可包含本文中将进一步描述的用于检测含铁加强元件中的断裂的一或多个霍耳效应传感器。在本发明的其它示范性实施例中，传感器装置100还可包含霍耳效应传感器、温度传感器、光学传感器及/或其它类型的传感器。

在定位传感器装置100以用于检查轮胎50时，传感器装置100可放置成非常靠近(例如，在5mm到6mm内)胎圈部分52处的内表面68或可甚至接触内表面68。一旦定位，轮胎50便可以围绕其旋转轴旋转以便在轮胎的整个圆周上扫描或检测断裂的加强元件。传感器装置100允许传感器紧密接近内表面52而放置一或多个传感器，这可为进行适当测试所必需的，并且还因允许通过轮胎50的单次旋转进行完全检查而加快了测试。另外，由于磁体阵列相对于传感器的独特定位，所以本发明将产生磁通量场，其可用于检测胎圈部分52附近的含铁加强元件的损坏，尽管在包含胎圈54、主体帘布层62及可围绕胎圈54缠绕的主体帘布层62的卷边64的胎圈部分52处存在大量的含铁组件，如图1中所展示。同时，传感器将不会出现磁通量过饱和，磁通量过饱和可妨碍轮胎检查的准确度。

现在参考图1、2、3、4及5，传感器装置100包含可由一体地形成或附接的一或多个部分构造的主体102。主体102包含界定最外检查表面108的平台106。如本文中所用，“最外”是指检查表面108是主体102的与由传感器检查的轮胎50的内表面68的那部分最接近的部分。最外检查表面108具有沿着一个侧面观看(图1及4)的略微凹入的型面(图1及4)，以便促进其邻近于内表面68的定位。最外检查表面108还相对于周向方向C略微弯曲(图3)

如图3及5中所展示，传感器装置100包含接近最外检查表面108而定位的传感器阵列112。对于此示范性实施例，传感器阵列112包含在直接定位在最外检查表面108下方或后方的传感器支撑表面120上定位的多个传感器114。传感器114是霍耳效应传感器，其检测磁通量并且可以提供指示磁通量的存在以及磁通量密度的信号。如在图3中提供的传感器装置100的前视图中所展示，多个传感器114线性地且彼此邻近地布置。在定位传感器装置100以用于检查轮胎50时，传感器114还界定在轮胎50的子午面内的纵向方向L。传感器阵列112还包含沿着纵向方向L与第二相对端118分开的第一相对端116。虽然可取决于传感器阵列112所要的检测长度而使用任何数目的霍耳效应传感器，但在本发明的一个示范性实施例中，沿着传感器阵列112的纵向方向L使用总共16个霍耳效应传感器。

现在参考图1、4及5，传感器装置100还包含磁体阵列122。对于此示范性实施例，磁体阵列122布置在主体102上，使得外部检查表面108及传感器阵列112比磁体阵列122更靠近内表面68。在一些实施例中，磁体阵列122布置在主体102上，使得在定位传感器装置100以用于轮胎检查时，外部检查表面108及传感器阵列112处于磁体阵列122的至少一部分与轮胎50之间，如图1中所展示。

磁体阵列122包含具有第一端126及第二端128的多个磁体124。(图4)。多个磁体124以交替的极性连续地布置，如图4中所展示。在本文中，“以交替的极性连续地布置”是指邻近的磁体124以彼此相向的相反极定向，例如，N-S/N-S/N-S或S-N/S-N/S-N。

多个磁体124的至少一部分布置为圆的弧。对于此示范性实施例，多个磁体124沿着弧彼此接触且界定中心轴CA_PM(图5)。在此实施例中，中心轴CA_PM处于与由传感器阵列112界定的纵向方向L相同的平面(轮胎50的子午面)中。圆的弧具有半径R及中心角度α。圆的弧具有半径R及中心角度α。在定位传感器装置100以用于轮胎检查时，半径R在胎圈54中发起且扫过中心角度α，所述中心角度处于60度到90度的范围内，或60度≤α≤90度。这种将多个磁体124的至少一部分布置为圆的弧确保这些磁体124至少部分环绕胎圈部分52。对于图1到5中展示的示范性实施例，中心角度α是大约60度。

继续图4及5，磁体阵列122还包含末端磁体130，所述末端磁体具有第一端132、第二端134并且还界定中心轴CA_TM。如所展示，第一端132从第二端134径向向内定位。第二端134沿着纵向方向L从传感器阵列112的第二端118移位预定距离E。更明确地说，预定距离E表示末端磁体130的第二端134与传感器阵列112的第二相对端118之间的距离。第二端134的此移位确保传感器阵列112的多个传感器114不会磁通量过饱和，磁通量过饱和可干扰在轮胎检查期间对邻近于最外检查表面108而定位的主体帘布层62中的加固件的那部分的损坏的恰当检测。在一个示范性实施例中，预定距离E是大约10mm到大约15mm。在另一示范性实施例中，预定距离E是大约13mm。末端磁体130的极性也以相对于多个磁体124的交替极性连续地布置。

继续图4及5，传感器装置100包含具有第一端138及第二端140的连接条136。连接条136可由含铁金属(例如钢)构造且用于帮助分布由多个磁体124及末端磁体130产生的磁通量。连接条136在多个磁体124的第二端128与末端磁体130的第一端132之间延伸。在一个示范性实施例中，连接条136在第一端138处具有大体上等于多个磁体124的第二端128的横截面积的横截面积(在垂直于轮胎50的子午面的平面中)。类似地，连接条136在第二端138处具有大体上等于末端磁体130的第一端132的横截面积的横截面积。

在本发明的替代实施例中，通过延长多个磁体124来取代连接条136。更明确地说，对于此替代实施例，多个磁体124可以沿着纵向方向L线性地延长且延长为接触(或接近)末端磁体130的第一端132。可使用以交替的极性连续地布置的多个磁体或通过具有与连接条134相当的长度的单个磁体来实现多个磁体124的延长。无论如何，所述磁体将在圆的弧中的磁体124与末端磁体130之间以交替的极性连续地布置。另外，虽然展示为单个磁体，但末端磁体130可为以交替的极性连续地布置的多个磁体，前提条件是第二端134移位了预定距离E，如已经描述。

图6、7、8、9及10说明本发明的传感器装置100的另一示范性实施例，其中使用相同的参考标号来标示与已经针对图1、2、3、4、5及6的示范性实施例描述的相同或类似的特征。对于图6、7、8、9及10的示范性实施例，传感器装置100包含传感器主体102，所述传感器主体具有相对于彼此形成锐角的第一臂部分101及第二臂部分103。第一臂部分101支撑传感器阵列112及磁体阵列122。另外，对于此示范性实施例，磁体阵列122包含由第二臂部分103支撑的补充磁体142。补充磁体142具有沿着轴向方向A延伸的中心轴CA_SM(图9)。对于此示范性实施例，中心轴CA_SM在与中心轴CA_PM及中心轴CA_TM相同的平面内排成一行。应理解，在其它示范性实施例中，三个中心轴CA_SM，CA_PM及中心轴CA_TM可不在相同的平面中排成一行。

如所展示，补充磁体142具有沿着CA_SM通过第二端146纵向分离的第一端144。在传感器装置100处于适当位置以用于轮胎检查时(图10)，补充磁体142的第一端144及多个磁体124的第一端从胎圈部分52径向向内定位。另外，补充磁体142的第一端144具有与多个磁体124的第一端126的极性相同的极性。对于此示范性实施例，第一端126及第一端144分开预定距离D(图9)。在一个实施例中，预定距离D处于5mm到15mm的范围内。在另一实施例中，预定距离D是大约10mm。虽然展示为单个磁体，但补充磁体142可为以交替的极性连续地布置的多个磁体，前提条件是第一端144移位了预定距离D，如已经描述。

6、7、8、9及10的示范性实施例还包含环绕传感器阵列112的最外检查表面108中的孔隙148。传感器支撑表面120相对于最外检查表面108略微凹入以便在轮胎检查期间保护传感器阵列112。还可以使用其它配置。

图10提供使用传感器装置100以用于检查轮胎50的示范。更明确地说，图10展示由磁体阵列122产生的磁通量的代表性场F1及F2。如所展示，沿着侧壁56的肩状物区产生场F1，而围绕胎圈部分52产生场F2。重要的是，所述磁通量不使传感器阵列112过饱和，过饱和将妨碍对所关注区中的主体帘布层62的加固件中的断裂的准确检测。同时，提供足够的磁通量进行检测，尽管在胎圈部分52中存在大量含铁材料。

尽管已关于本发明的具体示范性实施例和其方法详细地描述本发明，但是应了解，在获得对前述内容的理解之后所属领域的技术人员可以容易地产生对此类实施例的改变、变体及等效物。因此，本发明的范围是作为举例而非作为限制，并且本发明并不排除包含所属领域的技术人员使用本文所揭示的教示将容易明白的对本发明的此类修改、变化和/或添加。

Claims (17)

1.一种用于轮胎检查的传感器装置，其可沿着轮胎的内表面可拆卸地定位，所述轮胎具有胎圈部分且界定径向方向及轴向方向，所述传感器装置包括：

主体，其包括用于放置在所述胎圈部分附近的所述内表面处的最外检查表面；

传感器阵列，其包括以直线方式布置且界定纵向方向的多个传感器，所述传感器阵列由所述主体支撑且接近所述最外检查表面而定位，所述传感器阵列具有相对端；

磁体阵列，其布置在所述主体上，使得在定位所述传感器装置以用于轮胎检查时，所述外部检查表面及传感器阵列定位在所述磁体阵列的至少一部分与所述轮胎之间，所述磁体阵列包括

多个磁体，其具有第一端及第二端，其中所述多个磁体的至少一部分布置为圆的弧并且配置成部分环绕所述轮胎的所述胎圈部分，所述圆的所述弧具有中心角度α，其中60度≤α≤90度；及

末端磁体，其具有沿着所述纵向方向移位超过所述传感器阵列的所述相对端中的一者的至少一个端。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述磁体阵列进一步包括由所述主体支撑且具有第一端及第二端的补充磁体，其中在定位所述传感器装置以用于检查所述轮胎时，所述补充磁体及所述多个磁体的所述第一端从所述胎圈部分径向向内定位，且其中所述补充磁体的所述第一端及所述多个磁体的所述第一端具有相同的极性。

3.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述多个磁体的所述第一端及所述补充磁体的所述第一端彼此分开预定距离。

4.根据权利要求3所述的传感器装置，其中分开所述补充磁体及所述多个磁体的所述第一端的所述预定距离处于5mm到15mm的范围内。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，其中分开所述补充磁体及所述多个磁体的所述第一端的所述预定距离是大约10mm。

6.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述多个磁体以交替的极性连续地布置。

7.根据权利要求6所述的传感器装置，其中所述多个磁体沿着所述圆的所述弧彼此接触。

8.根据权利要求1所述的传感器装置，其进一步包括在所述多个磁体的所述第二端与所述末端磁体之间延伸的连接条，所述连接条包括含铁金属。

9.根据权利要求8所述的传感器装置，其中所述连接条具有沿着一端的大体上等于所述多个磁体的所述第二端及所述末端磁体的一端的横截面积的横截面积。

10.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述多个磁体的所述第二端定位成邻近于所述末端磁体且与所述末端磁体以交替的极性连续地布置。

11.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述最外检查表面界定环绕所述传感器阵列的孔隙。

12.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述传感器阵列包括多个霍耳效应传感器。

13.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述多个磁体界定处于与所述传感器阵列的所述多个传感器相同的平面中的中心轴。

14.根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述圆的所述弧是由在定位所述传感器装置以用于轮胎检查时具有位于所述轮胎的所述胎圈部分中的中心的半径界定。

15.一种用于轮胎检查的传感器装置，所述轮胎具有胎圈部分且界定径向方向及轴向方向，所述传感器装置包括：

主体，其包括用于放置在所述胎圈部分附近的所述轮胎的所述内表面处的最外检查表面；

传感器阵列，其包括界定纵向方向的多个传感器，所述传感器阵列由所述主体支撑且定位在所述最外检查表面附近，所述传感器阵列具有相对端；

磁体阵列，其被支撑在所述主体上，所述磁体阵列沿着其长度界定中心轴，所述中心轴定位在与由所述传感器阵列界定的所述纵向方向相同的平面内，所述磁体阵列包括

多个磁体，其具有第一端及第二端，其中所述多个磁体的至少一部分布置为圆的弧且被配置成用于定位在所述轮胎的所述胎圈部分处，所述圆的所述弧具有中心角度α，其中60度≤α≤90度；及

末端磁体，其具有沿着所述纵向方向移位超过所述传感器阵列的所述相对端中的一者的至少一个端。

16.根据权利要求15所述的用于轮胎检查的传感器装置，其进一步包括补充磁体，所述补充磁体由所述主体支撑且具有第一端及第二端，其中在定位所述传感器装置以用于检查所述轮胎时，所述补充磁体及所述多个磁体的所述第一端从所述胎圈部分径向向内定位，且其中所述补充磁体的所述第一端及所述多个磁体的所述第一端具有相同的极性。

17.根据权利要求16所述的用于轮胎检查的传感器装置，其中所述主体进一步包括：

第一臂部分，所述传感器阵列定位在上面；及

第二臂部分，所述补充磁体定位在上面；

其中所述第一臂部分及第二臂部分形成角度，所述轮胎的所述胎圈部分在轮胎检查期间定位到所述角度中。