JP2008531373A - System and method for reducing tire vibration - Google Patents
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Abstract
タイヤ構造体の共振特性を調整するための機能を組み込んだタイヤアセンブリは、空気タイヤ構造体、誘電性エラストマアクチュエータ構造体及び電源を具備している。アクチュエータ構造体は、タイヤ構造体の選択した内部表面位置に一体的に組み込まれ、或る実施例では、2つのゴムプレートの間に取り付けられた複数の誘電性エラストマ部分とし、又は、容積のある空胴を画定するために結合される複数の誘電性エラストマ板とし、更に又は、タイヤ構造体の内側サイドウオール位置の間に取り付けられた複数の誘電性エラストマコードとすることができる。各誘電性エラストマ部分は、第1及び第2の電極が互いに反対側の面に設けられたエラストマ材料層を含み、単一板状、折り重ねられた板状、波板状又は丸められた板状とすることができる。電源は、誘電性エラストマ部分の第1及び第2の電極の内の選択した電極に結合され、その選択した電極に選択的に電圧を印加するように構成されている。或る実施例では、電源は、誘電性エラストマ部分が機械力を受けたときに発生される電荷を蓄積するためのエネルギー蓄積装置としても二重に機能する。A tire assembly incorporating a function for adjusting the resonance characteristics of a tire structure includes a pneumatic tire structure, a dielectric elastomer actuator structure, and a power source. The actuator structure is integrally incorporated at a selected internal surface location of the tire structure, and in one embodiment is a plurality of dielectric elastomer portions mounted between two rubber plates, or is voluminous. It may be a plurality of dielectric elastomer plates that are joined to define the cavity and / or may be a plurality of dielectric elastomer cords mounted between the inner sidewall positions of the tire structure. Each dielectric elastomer portion includes an elastomer material layer having first and second electrodes provided on opposite surfaces, and is a single plate, a folded plate, a corrugated plate or a rolled plate Can be used. The power source is coupled to a selected electrode of the first and second electrodes of the dielectric elastomer portion and is configured to selectively apply a voltage to the selected electrode. In some embodiments, the power supply also double functions as an energy storage device for storing the charge generated when the dielectric elastomer portion is subjected to mechanical force.
Description
本発明は、包括的に言うならば、タイヤ又は対応するホイールアセンブリの振動を消滅させるためのシステム及び方法に関するものである。より具体的には、タイヤの空胴共振を消滅させ、タイヤのサイドウオールスティフネスを調整し、タイヤ接地面の大きさに影響を及ぼすことによって制御タイヤ性能を制御するための技術を提供するものである。 The present invention generally relates to a system and method for eliminating vibrations in a tire or corresponding wheel assembly. More specifically, it provides technology to control tire performance by eliminating tire cavity resonance, adjusting tire sidewall stiffness, and affecting the size of the tire contact surface. is there.
ホイール振動の発生は、多くの種類の機械化された輸送技術に関連する耐久性、性能及び快適さレベルに影響を及ぼす固有の問題である。車両が地面上を走行するとき、地面からの衝撃及び摩擦エネルギーは、そのタイヤ及び/又はホイールアセンブリ内の振動モードのエネルギーに変換させられる場合もある。このように生成された振動は、タイヤの温度を増大し、そのうえドライバに不快感を生じさせる場合もあるノイズを生成する傾向がある。従って、車両のタイヤアセンブリと関連する機械的振動の量を制限することは、望ましいことであろう。 The occurrence of wheel vibration is an inherent problem affecting the durability, performance and comfort levels associated with many types of mechanized transportation technology. As the vehicle travels on the ground, impact and frictional energy from the ground may be converted to vibration mode energy in its tire and / or wheel assembly. The vibration generated in this way tends to increase the temperature of the tire and also generate noise that can cause driver discomfort. Therefore, it would be desirable to limit the amount of mechanical vibration associated with a vehicle tire assembly.
駆動力を受ける全ての物理系と同様に、回転タイヤは、空胴共振器として作用する。従って、タイヤの機械的エネルギーの一部は、特定の車両速度で共振振動に変換される。共振振動が他の振動モードのエネルギーと比較して少ない減衰で多くの場合伝搬することができるので、この現象がタイヤアセンブリに対する特別な関心事であるであろう。機械系の共振モードを変更することによって、共振エネルギーレベルを減衰させることができ、そして、物理的な振動は少なくすることができる。 As with all physical systems that receive a driving force, the rotating tire acts as a cavity resonator. Thus, some of the mechanical energy of the tire is converted to resonant vibration at a specific vehicle speed. This phenomenon will be of particular interest to tire assemblies since resonant vibrations can often propagate with less damping compared to the energy of other vibration modes. By changing the resonance mode of the mechanical system, the resonance energy level can be damped and the physical vibration can be reduced.
本発明の選択的な実施例は、タイヤ又はホイールアセンブリの振動特性及び共振性質を制御する誘電性エラストマを利用するアクチュエータメカニズムを提案する。米国特許第6,545,384号(Pelrineその他)及び米特許出願公開US2002/0130673(Pelrineその他)にて開示されているように、誘電性エラストマの確かな利点は、従来より認識されている。これら特許及び特許出願はここに引用して全ての目的のために本願明細書に組み入れられる。しかし、この技術は絶えずよくなっており、誘電性エラストマが使用可能な新しい用途を切り開いている。本発明の特徴は、ここに開示する関心事並びにタイヤ及びホイールアセンブリの振動エネルギーの発生に係る他の事に向けており、かかる振動を減らすための改良した方法を提供する。本発明の方法その他は、(詳細は本明細書の他の部分で後述するように)タイヤ又はホイールアセンブリに一体化される誘電性エラストマ構成を利用する。
本発明は注目した特長に鑑みて、タイヤの振動を減少するための改良した特長と方法が開発された。誘電性エラストマ材料は、タイヤの空胴共振特性を調整するためにアクチュエータデバイスとして使われる。この種の誘電性エラストマは、第1及び第2の電極がエラストマの両側に配置されているエラストマ材料の一部に対応する。
電極への制御された電圧の印加は、それに比例量した変形を生じ、誘電性エラストマの機械的な作動を生じる。
In view of the noted features of the present invention, improved features and methods have been developed to reduce tire vibration. Dielectric elastomer materials are used as actuator devices to adjust tire cavity resonance characteristics. This type of dielectric elastomer corresponds to a portion of the elastomer material in which the first and second electrodes are disposed on both sides of the elastomer.
Application of a controlled voltage to the electrode results in a proportional amount of deformation and mechanical actuation of the dielectric elastomer.
本発明の誘電性エラストマ技術及び対応するタイヤへの適用の様々な機能及び特徴は、複数の利点をもたらす。ここに開示される誘電性エラストマ材料は、それらの独特な電極構成のために重要な設計融通性をもたらしている。エラストマ材料は、板状、折り重ねられた板状、丸くされたコード状又は他の形状に形成でき、いろいろな具体的な装着環境に調和するようにカスタマイズすることができる。 The various functions and features of the dielectric elastomer technology and corresponding tire application of the present invention provide several advantages. The dielectric elastomer materials disclosed herein provide significant design flexibility due to their unique electrode configuration. Elastomer materials can be formed into plates, folded plates, rounded cords, or other shapes and can be customized to match a variety of specific mounting environments.
本発明の他の効果は、ここに開示される誘電性エラストマ材料が、タイヤの空胴共振を消滅させて、タイヤ振動を減らすために利用できることである。タイヤ振動の低減は、タイヤ内の温度及びタイヤアセンブリによって生じるノイズを減らすことができる。振動を減少することにより、タイヤの寿命を引き伸ばすことができ、相対的なドライバ快適さのレベルを高めることができる。 Another advantage of the present invention is that the dielectric elastomer material disclosed herein can be used to eliminate tire cavity resonance and reduce tire vibration. Reduction of tire vibration can reduce the temperature in the tire and the noise caused by the tire assembly. By reducing vibrations, the life of the tire can be extended and the level of relative driver comfort can be increased.
本発明のなお更なる効果は、ここに開示される誘電性エラストマアクチュエータが、タイヤのサイドウオールスティフネス、従って、タイヤの或る性能特性に影響を及ぼすように使用できることである。サイドウオール撓みの制御により、トラクションを改良するためにタイヤの接地面を増大するか又はころがり抵抗を減らして全体的な燃費効率を改良するためにタイヤの接地面を減少することができる。 A still further advantage of the present invention is that the dielectric elastomer actuators disclosed herein can be used to affect the tire sidewall stiffness and thus certain performance characteristics of the tire. By controlling the sidewall deflection, the tire contact surface can be increased to improve traction, or the tire contact surface can be reduced to reduce rolling resistance and improve overall fuel efficiency.
本発明の1つの典型的な実施例において、タイヤの空胴共振を調整するための特徴を組み込んだタイヤアセンブリは、空気タイヤ構造体、誘電性エラストマアクチュエータ構造体及び電源を具備している。空気タイヤ構造体は、地面に接触する外側トレッド部分を有するクラウンと、ホイールリムにタイヤを着床させるためのビード部分と、各ビード部分及びクラウンとの間に延びているサイドウオール部分と、内側クラウン表面と、内側サイドウオール表面とを有している。誘電性エラストマアクチュエータ構造体が、タイヤ構造体のクラウン内面及びサイドウオール内面上の選択した位置に組み込まれ、少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を含む。その誘電性エラストマ部分は、互いに反対側の面に第1及び第2の電極が設けらているエラストマ材料層を含んでいる。電源は、誘電性エラストマアクチュエータ構造体の第1及び第2の互いに対抗している電極の内の選択した電極に接続されて、少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に電圧を選択的に印加して、その結果、その少なくとも一つの誘電性エラストマ部分の有効表面積を調整することができる。 In one exemplary embodiment of the present invention, a tire assembly incorporating features for adjusting tire cavity resonance includes a pneumatic tire structure, a dielectric elastomer actuator structure, and a power source. The pneumatic tire structure includes a crown having an outer tread portion that contacts the ground, a bead portion for landing the tire on the wheel rim, a side wall portion extending between each bead portion and the crown, and an inner side. It has a crown surface and an inner side wall surface. A dielectric elastomer actuator structure is incorporated at selected locations on the crown and sidewall inner surfaces of the tire structure and includes at least one dielectric elastomer portion. The dielectric elastomer portion includes an elastomer material layer in which first and second electrodes are provided on opposite surfaces. A power source is connected to a selected one of the first and second opposing electrodes of the dielectric elastomer actuator structure to selectively apply a voltage to at least one dielectric elastomer portion; As a result, the effective surface area of the at least one dielectric elastomer portion can be adjusted.
更に別の特定のタイヤアセンブリ実施例においては、誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、2つのゴムプレートを含み、それらゴムプレートとの間に取り付けられる複数の誘電性エラストマ部分のための開放した又は完全閉じた包囲体を構成することができる。かかる構成において、ゴムプレート間の間隔は、誘電性エラストマ部分に印加する電圧レベルの選択によって調整することができる。他の誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、一つ以上の一体化された誘電性エラストマ板であり、それら一つ以上の誘電性エラストマ板に印加される電荷レベルに応じた体積が変化する体積部分を形成する。更に別の誘電性エラストマアクチュエータ構造体は、複数の誘電性エラストマコードであり、複数の誘電性エラストマコードが、タイヤ構造体の互いに向かい合うサイドウオール内面の内の選択した面に取り付けられる。或る実施例では、誘電性エラストマ部分は、単一板状、折り重ねられた板状、波板状、丸くされたコード状とすることもできる。 In yet another specific tire assembly embodiment, the dielectric elastomer actuator structure includes two rubber plates, open or fully closed for a plurality of dielectric elastomer portions mounted between the rubber plates. An enclosure can be constructed. In such a configuration, the spacing between the rubber plates can be adjusted by selecting the voltage level applied to the dielectric elastomer portion. Another dielectric elastomer actuator structure is one or more integrated dielectric elastomer plates that have a volume that varies in volume according to the charge level applied to the one or more dielectric elastomer plates. Form. Yet another dielectric elastomer actuator structure is a plurality of dielectric elastomeric cords that are attached to selected surfaces within the mutually opposite sidewall inner surfaces of the tire structure. In some embodiments, the dielectric elastomer portion may be a single plate, a folded plate, a corrugated plate, or a rounded cord.
本発明の更に別の特定の実施例において、マイクロコントローラが電源に接続され、電源から少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される電圧の量を監視し調整するように構成される。状態応答デバイス(例えばセンサ、その他)が更にマイクロコントローラに接続され、連結されることができて、タイヤ構造体に係る所定の特性(例えば温度、圧力、振動レベル、ノイズレベル、その他)を検地するように構成することができる。かかる特性レベルを監視することにより、電源から少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加される可変電圧量を調整することができる。車両オペレータは更に、車両性能を所望のレベルにするために印加電圧のレベルをマニュアル制御するためにユーザー入力インタフェースを介して入力を与えることができる。 In yet another specific embodiment of the present invention, a microcontroller is connected to the power source and is configured to monitor and adjust the amount of voltage applied from the power source to the at least one dielectric elastomer portion. Condition response devices (eg, sensors, etc.) can be further connected to and coupled to the microcontroller to detect predetermined characteristics (eg, temperature, pressure, vibration level, noise level, etc.) associated with the tire structure. It can be constituted as follows. By monitoring such a characteristic level, it is possible to adjust the amount of variable voltage applied from the power source to the at least one dielectric elastomer portion. The vehicle operator can also provide input via a user input interface to manually control the level of applied voltage to achieve the desired level of vehicle performance.
本発明の他の実施例は、タイヤの空胴共振を調整する方法である。タイヤ構造体の選ばれた内部の表面上に少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設けて、タイヤ構造体に関連する少なくとも一つの所定の特性(例えば温度、圧力、振動、ノイズ)を監視して、少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に選択的に電荷を加える工程を含む。加えられる電荷の量は、少なくとも一つの予め定められた特性の監視されたレベルに関係し、そして、加えられる電荷の量は、少なくとも一つの誘電性エラストマ部分の機械的撓み量を決定し、結果として、タイヤ構造体の共振特性を調整する。少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設ける工程は、上述したような典型的な誘電性エラストマアクチュエータ構造体を設けることに対応することができる。 Another embodiment of the present invention is a method for adjusting tire cavity resonance. Providing at least one dielectric elastomer portion on a selected internal surface of the tire structure to monitor at least one predetermined characteristic (eg, temperature, pressure, vibration, noise) associated with the tire structure; Selectively applying a charge to at least one dielectric elastomer portion. The amount of charge applied is related to the monitored level of at least one predetermined characteristic, and the amount of charge applied determines the amount of mechanical deflection of the at least one dielectric elastomer portion, resulting in The resonance characteristics of the tire structure are adjusted. Providing at least one dielectric elastomer portion may correspond to providing a typical dielectric elastomer actuator structure as described above.
本発明の更に別の実施例は、タイヤサイドウオールスティフネスを調整し且つ電気エネルギーを回収する機能を組み込んだタイヤアセンブリである。かかるタイヤアセンブリは、前述したような空気タイヤ構造体、複数の誘電性エラストマ部分及び少なくとも一つのエネルギー蓄積装置を有している。複数の誘電性エラストマ部分は、空気タイヤ構造体の内部表面の内の選択した表面間に取り付けられ、複数の誘電性エラストマ部分の各々は、第1及び第2の電極が互いに反対側の表面上に設けられているを備えているエラストマ材料層を有している。誘電性エラストマ部分は、或る実施例においては、誘電性エラストマコードを形成するように丸くすることができる。誘電性エラストマ部分は、機械力が印加されると電気エネルギーを生成し、一方、電気エネルギーが印加されると機械的に変形するようになされている。複数の誘電性エラストマ部分に接続された少なくとも一つのエネルギー蓄積装置が、誘電性エラストマ部分によって生成された電気エネルギーの内の選択した量を蓄積して電源として機能して、様々なレベルの機械的変形が要求されるときに、その電源から電圧を印加することができるように構成される。 Yet another embodiment of the present invention is a tire assembly that incorporates functions for adjusting tire sidewall stiffness and recovering electrical energy. Such a tire assembly includes a pneumatic tire structure as described above, a plurality of dielectric elastomer portions, and at least one energy storage device. A plurality of dielectric elastomer portions are mounted between selected surfaces of the inner surface of the pneumatic tire structure, each of the plurality of dielectric elastomer portions having a first and a second electrode on surfaces opposite to each other. Having an elastomeric material layer comprising a. The dielectric elastomer portion may be rounded to form a dielectric elastomer cord in certain embodiments. The dielectric elastomer portion is adapted to generate electrical energy when mechanical force is applied, while mechanically deforming when electrical energy is applied. At least one energy storage device connected to the plurality of dielectric elastomer portions stores a selected amount of the electrical energy generated by the dielectric elastomer portions and functions as a power source to provide various levels of mechanical energy. When deformation is required, a voltage can be applied from the power source.
本発明のその他の目的及び効果は、以下の詳細な説明において述べると共に、以下の詳細な説明から当業者には明らかになる筈である。更に、以下に詳細に説明し図解する本発明の特徴や工程に対する変更や修正は、本発明の精神から離れることなく、本発明の様々な実施例や使用方法において実現可能であることも理解される筈である。変更や修正は、以下に説明し図解する手段や特徴や工程をそれらに均等な手段や特徴や工程に置換することや、様々な部品、特徴、工程などの機能上や動作上や位置上の反転などを含むが、それらに限定されるものではない。 Other objects and advantages of the present invention will be set forth in the following detailed description and will be apparent to those skilled in the art from the following detailed description. Further, it is understood that changes and modifications to the features and processes of the present invention described and illustrated in detail below can be implemented in various embodiments and methods of use of the present invention without departing from the spirit of the invention. That's right. Changes and modifications can be made by replacing the means, features, and processes described and illustrated below with equivalent means, features, and processes, as well as functions, operations, and positions of various parts, features, and processes. Including, but not limited to, inversion.
更に、本発明の様々な実施例や様々な現在好ましい実施例は、ここに開示する特徴や部品や工程や配置やそれらの均等物の様々な組合せや配置(図面に明確に示されていない又は図面を参照しての詳細な説明に記載さていない特徴や部品や工程や配置の組合せも含む)を含むものである。本明細書の発明の概要において必ずしも説明していない本発明の他の実施例は、本明細書の発明の概要において言及した特徴や部品や工程、及び/又は本明細書において別に検討している他の特徴や部品や工程の性質の様々の組合せも含むこともできる。本明細書の他の部分を検討することにより、当業者は、上記した実施例及びほかの特徴をより良く理解できるであろう。 Further, the various embodiments and various presently preferred embodiments of the invention may be embodied in various combinations or arrangements of features, components, processes, arrangements or their equivalents disclosed herein (not explicitly shown in the drawings or Including combinations of features, parts, processes and arrangements not described in the detailed description with reference to the drawings). Other embodiments of the invention not necessarily described in the Summary of the Invention herein are discussed separately in the features, parts and processes mentioned in the Summary of the Invention herein, and / or elsewhere in the specification. Various combinations of other features, parts and process properties can also be included. By reviewing other portions of the specification, one of ordinary skill in the art will better understand the embodiments and other features described above.
最良の形態を含む本発明の十分且つ実施可能な、当業者に向けた開示は、添付図面を参照して本明細書において行う。 A full and practicable disclosure to the skilled artisan of the present invention, including the best mode, is made herein with reference to the accompanying drawings.
本発明の同一又は類似の特徴又は要素を表すために同一の参照符号を本明細書及び添付図面において使用する。 The same reference numbers are used in the specification and the accompanying drawings to represent the same or similar features or elements of the invention.
「課題を解決するための手段」の項で述べたように、本発明は特に空気タイヤ構造体の空胴共振を調整するための機能及び方法に係るものである。図1、図2A及び図2Bは、空気タイヤ構造体と、タイヤ共振特性を調整するための組込み誘電性エラストマアクチュエータ構造体とを有するタイヤアセンブリの第1の実施例の様々な特徴を図解している。
第1の実施例は、2つの平行のゴムプレートとの間に設けられた複数の誘電性エラストマ部分を有している。タイヤアセンブリの第2の実施例の様々な特徴は、図4及び図5に図示されており、空気タイヤ構造体の内部表面に取り付けるに適した、一体化された複数の誘電性エラストマ板部分から形成されている可変容積空胴を有している。図6は、空気タイヤ構造体に組み込まれた誘電性エラストマアクチュエータ構造体の更に別の実施例を図示する。図6の実施例は、タイヤのサイドウオール内面の様々な場所に取り付けられた複数の誘電性エラストマ部分を有している。誘電性エラストマ部分のこのような構成は、タイヤのサイドウオールスティフネス及びタイヤの接地面の大きさを調整し、且つ誘電性エラストマ部分の機械的変形によって生成される電気エネルギーを回収するために利用することができる。単一板状、折り重ねられた板状、波板状、丸くされたコード状を含む誘電性エラストマ部分の様々な典型的な形状は、図3Aから図3Dに図解してある。本発明の誘電性エラストマアクチュエータと結合する典型的な回路コンポーネントは、図7を参照して説明する。
As described in the section “Means for Solving the Problems”, the present invention particularly relates to a function and method for adjusting the cavity resonance of a pneumatic tire structure. FIGS. 1, 2A and 2B illustrate various features of a first embodiment of a tire assembly having a pneumatic tire structure and a built-in dielectric elastomer actuator structure for adjusting tire resonance characteristics. Yes.
The first embodiment has a plurality of dielectric elastomer portions provided between two parallel rubber plates. Various features of the second embodiment of the tire assembly are illustrated in FIGS. 4 and 5 from a plurality of integrated dielectric elastomer plate portions suitable for attachment to the interior surface of the pneumatic tire structure. It has a variable volume cavity that is formed. FIG. 6 illustrates yet another embodiment of a dielectric elastomer actuator structure incorporated into a pneumatic tire structure. The embodiment of FIG. 6 has a plurality of dielectric elastomer portions attached at various locations on the inner surface of the tire sidewall. Such a configuration of the dielectric elastomer portion is used to adjust the tire sidewall stiffness and the size of the tire contact surface and to recover the electrical energy generated by the mechanical deformation of the dielectric elastomer portion. be able to. Various exemplary shapes of the dielectric elastomer portion, including single plate, folded plate, corrugated plate, rounded cord, are illustrated in FIGS. 3A-3D. Exemplary circuit components that couple with the dielectric elastomer actuator of the present invention are described with reference to FIG.
図1を参照すると、本発明の第1の典型的なタイヤアセンブリ10が図示されている。タイヤアセンブリ10は、組み込まれた誘電性エラストマアクチュエータ構造体14によって、空気タイヤ構造体12の空胴共振を調整する特徴を有するように構成されている。タイヤ構造体12は、外側トレッド部分18を支持するクラウン16及びビード部分22に延びるサイドウオール20によって典型的に特徴づけられる。タイヤ構造体12がホイールアセンブリのリムに効果的に着床することができるようにタイヤビード22が一般に設けられている。空気不透過性材料の内側のライナが、内側クラウン表面24及び内側サイドウオール表面26を含むタイヤの内表面を形成している。カーカスは、サイドウオール部分20及びクラウン16を通ってビード22の間に延びており、タイヤ圧が加わったときに、タイヤの形状を画定して、トラクション及びステアリングのための力を伝達する。ベルトパッケージ21は、クラウン16にほぼ沿ってタイヤ構造体12内に設けられている。
Referring to FIG. 1, a first
タイヤ構造体12がリムに取り付けられて、地面上を回転して駆動力を受けるときに、回転タイヤ構造体12は空胴共振器として作用する。従って、タイヤの機械エネルギーの一部は、特定の車両速度で共振振動に変換される。共振振動は他の振動モードのエネルギーより少ない減衰で多くの場合伝搬することができるので、この現象は、タイヤアセンブリにとって特に関心事である場合もある。従って、誘電性エラストマアクチュエータ構造体14が、空気タイヤ構造体12に組み込まれて、機械系の共振モードを調整する。その結果、共振エネルギーレベルは減衰させられ、そして、物理的な振動は、誘電性エラストマ構成14の選択の作動によって少なくすることができる。
When the
誘電性エラストマアクチュエータ構造体14のより詳細な図が、図2Aに示されている。典型的なアクチュエータ構造体14は、ほぼ平行な一対のゴムプレート32の間に設けられた複数の誘電性エラストマ部分30を有する。アクチュエータ構造体が組み入れられるタイヤ構造体12の空胴共振の消滅は、ゴムプレート32間の間隔34を調整することによって可能である。間隔34は、誘電性エラストマ部分30に対する電源(電圧レベル)の選択的印加によって調整される。図2Bは、そのような誘電性エラストマ部分30の異なる位置状態を図示している。(実線によって表示された)位置30aにある誘電性エラストマ部分は、電荷が印加されていない例を図示しており、(点線によって表示された)位置30bにある誘電性エラストマ部分は、所定量の電荷が印加されている例を図示している。
A more detailed view of the dielectric
誘電性エラストマ部分30はいろいろな異なる形状をとることができる。その内の幾つかを、図3Aから図3Dに図示する。ここに図示する誘電性エラストマ部分30の各々の様々な形は、比較的薄い絶縁性(誘電体)エラストマポリマー材料層36と、そのエラストマ層36の互いに反対側に位置する表面に形成された2つの電極層38とを一般に具備している。電極層38は、噴霧、スクリーン印刷、フォトリソグラフィ又はその他の技術によってエラストマ層に塗布できるグラファイト、カーボンブラック又は他の妥当な材料のような、比較的伸縮自在な(屈伸自在な)材料から形成される。或る実施例では、互いに反対側にある電極層38は、単一の連続した電極層ではなく、複数の分離している電極部分とすることができることは理解されたい。誘電性エラストマ部分30は、図3Aに示すように単一板形状でも、図3bに示すように折り重ねられた板でも、図3Cの展開図に示すように波板状でも、図3Dに示すようにコード状に丸められた板でもよい。図3Bから図3Dに示す典型的は実施例においては、少ない体積で誘電性エラストマ材料の表面積を大きくし、図3Aの単一板状構成と比較して、材料の機械的変形の可能性を大きくしている。誘電性エラストマ部分30のための多くの異なる典型的な形状をここに説明し図示したが、他の形状も可能であるも理解されたい。本発明の範囲は、ここで開示した特定の形状に限定されるものではい。
The dielectric elastomer portion 30 can take a variety of different shapes. Some of them are illustrated in FIGS. 3A to 3D. The various shapes of each of the dielectric elastomer portions 30 shown herein are formed on a relatively thin insulating (dielectric) elastomeric
誘電性エラストマアクチュエータの動作の原理は、電極38間のマクスウェルの力によりエラストマ材料36を変形させるエラストマ材料36の性質に基づく。電圧差が誘電性エラストマアクチュエータに加えられるときに、正電荷が一方の電極に現われ、負電荷が他方の電極に現われる。その電荷が互いに引き付け合い、電極間に圧力を作用させて、電極を互いに押し付け合い、誘電性エラストマ部分の表面積をその動作面において伸ばしてゆく。本発明の実施例において利用できる典型的な誘電性エラストマの他の特徴は、上記の特許文献1及び特許文献2に開示されている。それら特許文献はここに引用して本明細書に組み入れる。
The principle of operation of the dielectric elastomer actuator is based on the nature of the
再び図1及び図2Aを参照するならば、アクチュエータ構造体14のゴムプレート32の1つ又は2つを、内側クラウン表面24のようなタイヤ構造体12の内部表面に貼り付けることができる。アクチュエータ構造体14はまた内側サイドウオール表面26のような位置に取り付けることができることは理解できるであろうが、内側クラウン表面24が本発明の目的に良く適合している。更に、アクチュエータ構造体14は、タイヤ構造体12内、例えば、カーカスと内表面24及び/又は26に設けられている内側ライナとの間に取り付けられて硬化することもできる。アクチュエータ構造体14のための様々な可能な取り付け位置に応じて、用語「組み込まれる」は、タイヤ構造体上に取り付けられる又はタイヤ構造体内に一体化されることも含み、全ての可能な位置を含むものと理解されたい。アクチュエータ構造体14の組み込みは、タイヤ構造体12の材料と一緒に硬化できる材料をゴムプレート32のために選ぶことによって容易になる。エラストマ部分30の外側の電極が、タイヤ構造体12及びゴムプレート32に多くの場合利用されているゴムに適合するグラファイト又はカーボンブラック材料から形成することができる場合、誘電性エラストマ部分30をアクチュエータ14のゴムプレート32に取り付けることが更に容易になる。
図1及び図2Aに図示していないが、アクチュエータ構造体14の或る実施例は、向かい合うプレートの間に設けられる代わりに、ゴムパッケージ内に完全に収容されている誘電性エラストマ部分30とすることができるも理解されたい。
Referring again to FIGS. 1 and 2A, one or two of the
Although not shown in FIGS. 1 and 2A, one embodiment of the
図1及び図2Aのタイヤアセンブリ10は、空気タイヤ構造体12が動作時、望ましくない振動モードに達したときに、空胴共振を調整可能できるようにした誘電性エラストマアクチュエータ構造体14を備えている。タイヤ構造体12の一つ以上の特性及び対応するタイヤ性能(例えば温度、圧力、振動又は雑音レベル、その他)は、適当な感知装置によって監視することができる。監視されたタイヤ特性に基づいて、アクチュエータ構造体14のゴムプレート32間の間隔が選択的に調整されて、特性のうちの少なくとも1つを最適化する。機械的なタイヤシステム10の共振モードが変更されると、より多くの振動エネルギーは減数させられ、車両オペレータが感じるノイズ、熱及び振動がほとんどなくなる。この結果は、タイヤ寿命を伸ばして、車両の全体的な快適さ及び性能を高めることができる。アクチュエータ構造体14の動作を効果的に監視し制御するためにアクチュエータ構造体14と結合する典型的な回路のそのほかの点についての詳細は、図7を参照して後述する。
The
タイヤの共振特性を調整するための特徴を組み込んだタイヤアセンブリの他の典型的な実施例は、図4のタイヤアセンブリ10’で具体化されている。タイヤアセンブリ10’は、図1に関して上述した空気タイヤ構造体12を有し、同様な特徴には同一の参照符号を付している。誘電性エラストマアクチュエータ構造体40は、可変容積空胴として設けられている。提供される。可変容積空胴構造体40の容積を調整することによって、タイヤの共振モードが望ましくないレベルに近づくときに、タイヤの共振モードは弱めることができる。全体形状が全く異なるにもかかわらず、これも原理の点で図1のアクチュエータ構造体と同様である。
Another exemplary embodiment of a tire assembly incorporating features for adjusting the resonance characteristics of the tire is embodied in the tire assembly 10 'of FIG. The tire assembly 10 'includes the
図4のアクチュエータ構造体40は、図5に更に詳細に図示されている。誘電性エラストマアクチュエータ構造体40は、三次元の空胴を形成するために互いに固定されている複数の誘電性エラストマ板42(各々形状の点で図3Aに図示されている誘電性エラストマ部分と同様である)を含む。可変容積空胴は、底面を有していても有していなくともよく、タイヤ構造体12の内側表面と一体的に組み込まれる。この一体的に組み込みは、アクチュエータ構造体14の組み込みについては前述したようであってもよい。図5は更に、アクチュエータ構造体40によって形づくられる容積が如何に変化するかも図示しており、その容積可変能力の範を示している。(実線によって表示された)典型的な状態40aでのアクチュエータ構造体は、誘電性エラストマ板に電荷が印加されていない状態を図解しており、(点線によって表示された)状態40bは、電荷が誘電性エラストマ部分のうちの少なくとも1つに加えられている状態を図解している。
The
タイヤの共振特性を調整するための機能を含む本発明の更に別の実施例は、図6のタイヤアセンブリ10”によって表示されている。タイヤアセンブリ10”は、図1を参照して上述したものと同様な部分を有する空気タイヤ構造体12を含む。誘電性エラストマアクチュエータ構造体50は、タイヤ構造体12の内部表面上の所定の末端部分の間に取り付けられた複数の誘電性エラストマ部分52を有する。1つの実施例において、各誘電性エラストマ部分52のそれぞれの末端部は、タイヤ構造体12の互いに向かい合うサイドウオール表面に取付けられる。1つの実施例において、誘電性エラストマ部分52は、他の形状も当然採用できるが、(例えば、図3Dに図示されるように)誘電性エラストマ材料板を丸めて形成される誘電性エラストマコードである。
Yet another embodiment of the present invention, including the function to adjust the resonance characteristics of the tire, is represented by the
互いに向かい合うサイドウオール表面の間に誘電性エラストマ部分52を取り付けることによって、アクチュエータ構造体50は、タイヤ構造体12の空胴共振を消滅させることができるだけでなくて、タイヤのサイドウオールスティフネスを調整することもできる。タイヤサイドウオールスティフネスに影響を及ぼすことができることによって、タイヤ性能の多くの特性に同時に影響を与えることも可能である。サイドウオールスティフネスの調整は、タイヤ空気圧のレベル、車両動作時の快適さのレベル、タイヤの接地面の大きさ他のような特性に影響を及ぼすことができる。例えば、タイヤが砂の地面又は泥の地面に遭遇する場合、接地面の大きさを広げて、タイヤトラクションを改善することもできる。同様に、接地面の大きさを狭くして、ころがり抵抗を減らして、全体的な燃費効率を改良することもできる。一つ以上の接地面の大きさの間で切り換えることは、結合されている電子装置及び選択可能な利用者オプションによって可能である。
By attaching a
次に図7を参照するならば、本発明の典型的な誘電性エラストマアクチュエータ構造体に結合している典型的な電子装置部品が図示されている。図7に図示される誘電性エラストマアクチュエータは、上述した典型的な構成例14、40又は50のどれにでも対応することができる。誘電性エラストマアクチュエータ14/40/50の各誘電性エラストマ部分の一つ以上の電極は、それぞれの誘電性エラストマ部分に電圧レベルを供給する電源54に結合されていることが好ましい。電源54は、電池、再充電可能なキャパシタ、又はタイヤアセンブリの機械的運動に応じて電荷を生成する圧電構造体を含むいろいろな異なる装置とすることができる。いくつかの実施例において、上述した典型的な電源を組み合わせて使用することができる。例えば、圧電構造体が電荷を発生し、その発生した電荷を再充電可能なキャパシタに蓄積して、アクチュエータ14/40/50に選択的に印加すうようにもできる。一方、圧電構造体及び/又はキャパシタから十分な電荷が供給されないときには、電池が電源として使用されて、アクチュエータ14/40/50に選択的に印加すうようにもできる。
Referring now to FIG. 7, a typical electronic device component is shown coupled to a typical dielectric elastomer actuator structure of the present invention. The dielectric elastomer actuator illustrated in FIG. 7 can correspond to any of the above-described typical configuration examples 14, 40, or 50. One or more electrodes of each dielectric elastomer portion of the
更に図7を参照すると、電源54からアクチュエータ14/40/50に印加される電荷の量は、マイクロコントローラ56によって制御することができる。マイクロコントローラ56は、一つ以上の状態応答デバイス58から受け取った入力に基づいて電荷の量を決定することができる。状態応答デバイス58は、センサ、弾性波装置又は入力状態の変化に従い出力が変化する他の電子部品とすることができる。状態応答デバイス58は、タイヤの温度、圧力、振動レベル、ノイズレベルなどのような特性を感知するように構成できる。状態応答デバイス58の出力に応じて、マイクロコントローラ56が電源54と通信して、適切なレベルの電圧がアクチュエータ14/40/50の誘電性エラストマ一部に自動的に印加されて、測定している特性を最適化する。マイクロコントローラ56は、電源54からアクチュエータ14/40/50に印加される電荷のレベルに対して所定の調整を実行するように前もってプログラムされていてもよいし、又は、選択的なユーザー入力に基づいて動作するように構成されていてもよい。(例えばユーザー入力インタフェース60を介して)ユーザー入力が利用可能なときに、それらの入力に基づいて電源54から印加される電圧レベルを選ぶことができ、又はマイクロコントローラ56による電荷の選択の印加を保証する状態応答デバイス58からの読み取りレベルを設定することもできる。ユーザー入力インタフェース60は、トグルスイッチと同程度の単純なインタフェースでもよく、又はユーザーがマイクロコントローラ56をプログラムするための情報を入れることができる周辺コンピュータでもよい。
Still referring to FIG. 7, the amount of charge applied from the
更に図7を参照して、選択的な作動だけでなく誘電性エラストマ構造体から電気エネルギーを回収するためにも誘電性エラストマ構造体を利用する場合の本発明の実施例において使用される任意選択的な構成を説明する。アクチュエータ構造体の誘電性エラストマ部分は、印加された電気的な力を機械的な力に変換する。しかし、誘電性エラストマはまた、機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができるトランスデューサとして機能することができる。タイヤ構造体は、車両動作時、相当量の機械的振動を受けるので、それら機械的振動によって、タイヤ構造体内に組み込まれた誘電性エラストマ部分の機械的変形が生じる。誘電性エラストマ部分の機械的変形により、電荷が生成されると、その生成された電荷を集めるために、エネルギー蓄積装置62を設けることができる。エネルギー蓄積装置62に蓄積される電荷は、電源52と組み合わせて又は電源52の代わりとして使用され、アクチュエータ14/40/50に電圧を選択的に印加することができる。エネルギー蓄積装置62からのパワーは更に、マイクロコントローラ56のようなコンポーネントに電力を供給するために用いてもよい。エネルギー蓄積装置62が電源54と共に使われるときに、誘電性エラストマアクチュエータ14/40/50に印加される電圧レベルを調整することができるために、エネルギー蓄積装置62と電源54の両方はマイクロコントローラ56に結合することができる。
Still referring to FIG. 7, the options used in embodiments of the present invention when utilizing a dielectric elastomer structure to recover electrical energy from the dielectric elastomer structure as well as selective actuation. A typical configuration will be described. The dielectric elastomer portion of the actuator structure converts the applied electrical force into a mechanical force. However, dielectric elastomers can also function as transducers that can convert mechanical energy into electrical energy. Since the tire structure is subjected to a considerable amount of mechanical vibration during vehicle operation, the mechanical vibration causes mechanical deformation of the dielectric elastomer portion incorporated in the tire structure. When charge is generated by mechanical deformation of the dielectric elastomer portion, an
いくつかの実施例において、エネルギー蓄積装置62は、スーパーキャパシタを含む他の種類のキャパシタを使用することもできるが、電解キャパシタとすることができる。他の典型的なエネルギー蓄積装置は、再充電可能な電池とすることもできる。(図示していない)追加の電力回収回路をエネルギー蓄積装置62と組み合わせて設けて、他の電子部品と結合する条件付電源を構成することもできる。図7に表示される回路に結合できる電子部品の形式及び種類は極めて多様であり、本発明はここで開示したコンポーネントだけに限定されるものではないことは理解されたい。
In some embodiments, the
以上、特定な実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、上記した記載を理解した上で、当業者が上記実施例を変更し修正し又は上記実施例の均等物を容易に実現できることは理解できるであろう。従って、上記実施例の開示は、例示に過ぎず、限定を意味するものではない。また、上記実施例の開示は、当業者にとって容易に実現できる変更、修正、追加を除外するものではない。 The present invention has been described in detail above with reference to specific embodiments. However, upon understanding the above description, those skilled in the art can change and modify the above embodiments or easily realize equivalents of the above embodiments. You will understand what you can do. Accordingly, the disclosure of the above embodiments is merely illustrative and is not meant to be limiting. Further, the disclosure of the above embodiments does not exclude changes, modifications, and additions that can be easily realized by those skilled in the art.
Claims (27)
地面に接触する外側トレッド部分を有するクラウンと、ホイールリムにタイヤを着床させるためのビード部分と、各ビード部分とクラウンとの間に延びているサイドウオール部分と、内側クラウン表面と、内側サイドウオール表面とを有する空気タイヤ構造体と、
前記空気タイヤ構造体のクラウン内面及びサイドウオール内面上の選択した位置に組み込まれ、互いに反対側の面に第1及び第2の電極が設けられているエラストマ材料層を含んでいる少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を含む誘電性エラストマアクチュエータ構造体と、
前記誘電性エラストマアクチュエータ構造体の第1及び第2の互いに対抗している電極の内の選択した電極に接続されており、前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に電圧を選択的に印加して、前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分の有効表面積を調整することができる電源と
を具備していることを特徴とするタイヤアセンブリ。 A tire assembly incorporating a function for adjusting the cavity resonance of the tire assembly,
A crown having an outer tread portion in contact with the ground; a bead portion for landing a tire on a wheel rim; a side wall portion extending between each bead portion and the crown; an inner crown surface; and an inner side A pneumatic tire structure having a wall surface;
At least one dielectric comprising an elastomer material layer incorporated at selected locations on the inner surface of the crown and side walls of the pneumatic tire structure and provided with first and second electrodes on opposite surfaces. A dielectric elastomer actuator structure including a conductive elastomer portion;
Connected to a selected one of the first and second opposing electrodes of the dielectric elastomer actuator structure, selectively applying a voltage to the at least one dielectric elastomer portion; And a power supply capable of adjusting an effective surface area of the at least one dielectric elastomer portion.
タイヤ構造体の選ばれた内部表面位置上に少なくとも一つの誘電性エラストマ部分を設け、
タイヤ構造体と関連する少なくとも一つの所定の特性を監視し、
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に電荷を選択的に印加し、
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加する電荷の量を、前記少なくとも一つの所定の特性の監視したレベルに応じるようにし、
前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分に印加した電荷の量が、前記少なくとも一つの誘電性エラストマ部分の機械的な変形量を決定して、タイヤ構造体の共振特性を調整する
ことを特徴とする方法。 A method for adjusting cavity resonance of a tire structure,
Providing at least one dielectric elastomer portion on a selected internal surface location of the tire structure;
Monitor at least one predetermined characteristic associated with the tire structure;
Selectively applying a charge to the at least one dielectric elastomer portion;
The amount of charge applied to the at least one dielectric elastomer portion is responsive to a monitored level of the at least one predetermined characteristic;
A method wherein the amount of charge applied to the at least one dielectric elastomer portion determines a mechanical deformation amount of the at least one dielectric elastomer portion to adjust a resonance characteristic of the tire structure. .
地面に接触する外側トレッド部分を有するクラウンと、ホイールリムにタイヤを着床させるためのビード部分と、各ビード部分とクラウンとの間に延びているサイドウオール部分と、内側クラウン表面と、内側サイドウオール表面とを有する空気タイヤ構造体と、
前記空気タイヤ構造体の選択した内面の間に取り付けらている複数の誘電性エラストマ部分にして、当該複数の誘電性エラストマ部分の各々は、互いに反対側の面に第1及び第2の電極が設けられているエラストマ材料層を含んでおり、当該複数の誘電性エラストマ部分は、当該複数の誘電性エラストマ部分に対する機械的な力の印加で電気エネルギーを生成し、当該複数の誘電性エラストマ部分に対する電気エネルギーの印加で機械的に変形する、複数の誘電性エラストマ部分と、
前記複数の誘電性エラストマ部分の第1及び第2の電極の内の選択した電極に接続されており、前記複数の誘電性エラストマ部分によって生成された電気エネルギーを蓄積し、前記機械的変形のレベルを変えることが必要なときには前記複数の誘電性エラストマ部分に電荷を印加するように構成されている少なくとも一つのエネルギー蓄積装置と
を具備することを特徴とするタイヤアセンブリ。 A tire assembly incorporating functions for adjusting tire sidewall stiffness and recovering electrical energy,
A crown having an outer tread portion in contact with the ground; a bead portion for landing a tire on a wheel rim; a side wall portion extending between each bead portion and the crown; an inner crown surface; and an inner side A pneumatic tire structure having a wall surface;
A plurality of dielectric elastomer portions attached between selected inner surfaces of the pneumatic tire structure, wherein each of the plurality of dielectric elastomer portions has first and second electrodes on opposite surfaces. A plurality of dielectric elastomer portions provided, wherein the plurality of dielectric elastomer portions generate electrical energy upon application of a mechanical force to the plurality of dielectric elastomer portions, and the plurality of dielectric elastomer portions A plurality of dielectric elastomer portions that mechanically deform upon application of electrical energy; and
Connected to a selected one of the first and second electrodes of the plurality of dielectric elastomer portions, storing electrical energy generated by the plurality of dielectric elastomer portions, and level of mechanical deformation A tire assembly comprising: at least one energy storage device configured to apply a charge to the plurality of dielectric elastomer portions when it is necessary to change the temperature.
前記少なくとも一つのエネルギー蓄積装置に結合されたマイクロコントローラを更に具備しており、前記マイクロコントローラは、前記少なくとも一つのエネルギー蓄積装置から前記複数の誘電性エラストマ部分に印加される電圧の量を監視して調整するように構成されていることを特徴とする請求項20に記載のタイヤアセンブリ。 .
And a microcontroller coupled to the at least one energy storage device, the microcontroller monitoring an amount of voltage applied from the at least one energy storage device to the plurality of dielectric elastomer portions. 21. A tire assembly according to claim 20, wherein the tire assembly is configured to adjust.
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