(57)【要約】【課題】高電力を得ることができるタイヤ内発電装置を提供する。【解決手段】タイヤの気室内に取付けられる発電装置において、車両走行時のタイヤに加わる遠心力の変化に応じて直線往復移動可能に設けられた発電用磁石６と、発電用磁石６の移動を案内するガイド３と、発電用磁石６との電磁誘導作用により電流を発生するコイル８と、発電用磁石６を反発させる反発用磁石５とを備え、発電用磁石６は、ガイド３に沿った方向に複数の単位磁石１５が積層された構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの気室内に取付けられるタイヤ内発電装置において、車両走行時のタイヤに加わる遠心力の変化に応じて直線往復移動可能に設けられた発電用磁石と、発電用磁石の移動を案内するガイドと、発電用磁石との電磁誘導作用により電流を発生するコイルと、発電用磁石を反発させる反発手段とを備え、発電用磁石は、ガイドに沿った方向に複数の単位磁石が積層された構成であることを特徴とするタイヤ内発電装置。
【請求項２】
反発手段が反発用磁石であることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ内発電装置。
【請求項３】
反発用磁石に近い側に位置する単位磁石のガイドに沿った方向の厚さを他の単位磁石よりも厚くしたことを特徴とする請求項２に記載のタイヤ内発電装置。
【請求項４】
反発用磁石の発電用磁石側の面とガイドに沿った方向でのコイルの反発用磁石側の一端との間の最短距離を、単位磁石のうちのガイドに沿った方向の厚さの最小値に相当する長さに設定したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のタイヤ内発電装置。
【請求項５】
発電用磁石と、ガイドと、コイルと、反発手段とを収納する閉空間が、ガイドとしてのガイド棒の一端及び反発手段の一端が取付けられたベースと、発電用磁石の外周面と対向する筒内周面を備えた一端開放他端閉塞の有底の筒状に形成されたケースとが組み合わされて形成され、コイルがケースの内周面に固定されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のタイヤ内発電装置。
【請求項６】
ケースが空気逃がし孔を備えたことを特徴とする請求項５に記載のタイヤ内発電装置。
【請求項７】
コイルの内周面と発電用磁石の外周面との間の距離を、発電用磁石の径寸法の１／１０にしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のタイヤ内発電装置。
【請求項８】
コイルの巻線として、断面矩形状の平角線を用いたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のタイヤ内発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電力を得ることの可能なタイヤ内発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤ内の温度や圧力を検出するＴＰＭＳ(タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム)等のセンサ＋無線を有するデバイスをタイヤ気室内に設置してタイヤモニタリングを実施する場合に、そのデバイスに電力を供給するタイヤ内発電装置が知られている（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７８９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のタイヤ内発電装置では、高電力を得ることができないという課題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、高電力を得ることができるタイヤ内発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るタイヤ内発電装置によれば、タイヤの気室内に取付けられる発電装置において、車両走行時のタイヤに加わる遠心力の変化に応じて直線往復移動可能に設けられた発電用磁石と、発電用磁石の移動を案内するガイドと、発電用磁石との電磁誘導作用により電流を発生するコイルと、発電用磁石を反発させる反発手段とを備え、発電用磁石は、ガイドに沿った方向に複数の単位磁石が積層された構成としたので、磁束密度が上がり、高電圧を発生して、高電力を得ることができるタイヤ内発電装置となる。
反発手段が反発用磁石であるので、タイヤの遠心力のＯＮ／ＯＦＦにより発電用磁石を直線往復移動させることができるので、効率的に高電圧を発生できる。
反発用磁石に近い側に位置する単位磁石のガイドに沿った方向の厚さを他の単位磁石よりも厚くしたので、発電用磁石と反発用磁石との間に作用する反発力を大きくでき、タイヤ内発電装置が取付けられているタイヤの内面の裏側に位置するトレッド面が接地している時の位置エネルギーを最大限に稼ぐことができるので、遠心力発生時に発電用磁石がコイルを横切る速度を速くでき、高い電圧を発生できるようになる。
反発用磁石の発電用磁石側の面とガイドに沿った方向でのコイルの反発用磁石側の一端との間の最短距離を、単位磁石のうちのガイドに沿った方向の厚さの最小値に相当する長さに設定したので、発電用磁石の直線往復移動位置とコイルの位置とを一致させることができ、漏洩磁束を少なくできて、高電圧を発生できるようになる。
発電用磁石と、ガイドと、コイルと、反発手段とを収納する閉空間が、ガイドとしてのガイド棒の一端及び反発手段の一端が取付けられたベースと、発電用磁石の外周面と対向する筒内周面を備えた一端開放他端閉塞の有底の筒状に形成されたケースとが組み合わされて形成され、コイルがケースの内周面に固定されたので、発電用磁石とコイルとの距離を近くでき、漏洩磁束を少なくできて、高電圧を発生できるようになる。
ケースが空気逃がし孔を備えたので、ケースの内周面と発電用磁石の外周面との間の距離を小さくしても、タイヤの遠心力によって発電用磁石が直線往復移動する際の空気抵抗が少なくなり、発電用磁石をスムーズに直線往復移動させることができるようになり、効率的な発電作用を実現できる。
コイルの内周面と発電用磁石の外周面との間の距離を、発電用磁石の径寸法の１／１０にしたので、漏洩磁束を少なくできて、高電圧を発生できるようになる。
コイルの巻線として、断面矩形状の平角線を用いたので、巻線抵抗減少と巻数増加が図れ、巻線密度を向上できるので、発電効率が高まる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】タイヤ内発電装置を示す図（形態１）。
【図２】タイヤ内発電装置の断面図（形態１）。
【図３】タイヤ内発電装置の断面図（形態２）。
【図４】タイヤ内発電装置の断面図（形態２）。
【図５】発電量と車両速度との関係を示す図（形態２）。
【図６】タイヤ内発電装置を示す図（形態４）。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
形態１
図１，２に示すように、本形態１に係るタイヤ内発電装置１は、ベース２と、発電用磁石の移動を案内するガイド棒３と、リニアベアリング４と、磁気ばねとして作用して発電用磁石を反発させる反発手段としての磁石（以下、反発用磁石５という）と、車両走行時のタイヤに加わる遠心力の変化に応じて直線往復移動可能に設けられた磁石（以下、発電用磁石６）と、ケース７と、発電用磁石６との電磁誘導作用により電流を発生するコイル８とを備える。
ベース２は、円板により形成される。ガイド棒３は、丸棒により形成される。
ガイド棒３は、ベース２を形成する円板の一方の円面１８の円中心より円面と直交する方向に延長するように設けられる。このベース２及びガイド棒３は、一体に形成されたものでもよいし、個々の別体に形成されたものが互いに結合されて形成されたものでもよい。
反発用磁石５は、ガイド棒３が貫通する中心孔９を備えた円板形状に形成され、中心孔９にガイド棒３を通して円板面１０とベース２とが接着される。反発用磁石５の円板の外周径はベース２の円板の外周径よりも小さい。
リニアベアリング４は、図示しないが、外筒と、外筒の内側に設けられた保持筒と、保持筒の内部に設けられた多数のボールとにより形成される。保持筒の内面には、筒の中心軸に沿った方向に延長する複数の溝が周方向に所定の間隔を隔てて形成されており、複数のボールが当該溝に沿って極めて円滑に無限循環運動を行う構造になっている。即ち、ガイド棒３が保持筒の筒孔を貫通するように、リニアベアリング４がガイド棒３に取付けられ、リニアベアリング４の保持筒の溝より露出するボールとガイド棒３の外周面とが摺動することで、ガイド棒３の外周面とボールとが転がり接触しながら低い転がり摩擦で相対移動を行うことができる。転がり摩擦係数μが０．００５である。
発電用磁石６は、円の中心にリニアベアリング４の筒の外周面に嵌め込まれる中心孔１１を備えた円板形状の磁石である。発電用磁石６の中心孔１１がリニアベアリング４の筒の外周面に嵌め込まれて、発電用磁石６がリニアベアリング４と同心となるようにリニアベアリング４に固定される。これにより、車両走行時のタイヤに加わる遠心力の変化に応じて発電用磁石６がリニアベアリング４を介してガイド棒３上をガイド棒３の延長方向に直線往復移動可能に構成される。この場合、リニアベアリング４を備えているので、ガイド棒３との摩擦抵抗を少なくでき、発電用磁石６が精度良く直進往復運動を行う。発電用磁石６は、円の中心にリニアベアリング４の筒の外周面に嵌め込まれる中心孔１１を備えた複数個の円板形状の単位磁石１５がガイド棒３に沿った方向に積層された構成である。単位磁石１５は、円板の一方の円面１６側が「Ｎ」極に着磁され、円板の他方の円面側が「Ｓ」極に着磁されたものである。発電用磁石６は、図１に示すように、例えば、２枚の単位磁石１５の一方の円面１６同士、又は、他方の円面同士が接着されて形成される。即ち、単位磁石１５同士は、同極に着磁された面同士が接着されて発電用磁石６を構成する。発電用磁石６と反発用磁石５との互いに向かい合う円面同士は同極に形成され、これにより、発電用磁石６が反発用磁石５に近づいた場合に発電用磁石６が反発用磁石５により反発して反発用磁石５より離れる方向に移動する。
ケース７は、一端開放他端閉塞の有底の同径筒状に形成される。ケース７の筒の内周径は、発電用磁石６の外周径及び反発用磁石５の外周径よりも大きく、ケース７の筒の外周径は、ベース２の外周径よりも小さい。
コイル８は、ケース７の筒の内周面１４に固定される。コイル８は、ケース７の内周面１４の周方向にＮ回（例えば１００回）巻き回された構成である。ケース７に固定されたコイル８の内周径は、発電用磁石６の外周径よりも大きい。
ケース７の一端開放端面とベースの一方の円面１８とを接触させ、ケース７の他端閉塞蓋１９の内面に形成されたガイド棒支持孔２０にガイド棒３の他端を嵌め込むことによって、ケース７とベース２とで形成された閉空間２１内に、ガイド棒３、発電用磁石６、反発用磁石５、コイル８が収納されたタイヤ内発電装置１が構成される。
【０００８】
ケース７には、筒の内周面１４と外周面とを貫通する空気逃がし孔２２が形成される。空気逃がし孔２２は、発電用磁石６の平衡位置よりもベース２側に少なくとも１つ、発電用磁石６の平衡位置よりも他端閉塞蓋１９側に少なくとも１つ設けられる。これにより、ケース７の内周面１４と発電用磁石６の外周面２３との間の距離を小さくしても、タイヤの遠心力によって発電用磁石６が直線往復移動する際の空気抵抗が少なくなり、発電用磁石６をスムーズに直線往復移動させることができるようになり、効率的な発電作用を実現できる。
【０００９】
以上のように構成されたタイヤ内発電装置１は、ベース２の他方の円面がタイヤ気室内の例えばトレッド面裏面に相当する位置に固定される。そして、車を走行させると、タイヤ内振動でもっともエネルギーの高い遠心力の変動により、発電用磁石６がガイド棒３の延長方向に直線往復移動を行う。タイヤ内の遠心力Ｆ＝ｍ×Ｖ２／ｒ（ｍはタイヤ内発電装置１の質量、Ｖは車輪速度、ｒはタイヤ半径）は、接地時以外においては、Ｖ２／ｒにより決まり、接地時には０になる。これにより、発電用磁石６がガイド棒３の延長方向に直線往復移動を行う。そして、発電用磁石６がコイル８を横切るたびに、電圧が発生する。この電圧が整流回路２５を通して充電回路２６に充電され、デバイス２７に供給される。
【００１０】
形態１によれば、発電用磁石６が、同極同士を接着してガイド棒３の棒に沿った方向に積層された複数個の単位磁石１５により構成されたので、磁束密度が上がり、高電圧を発生するタイヤ内発電装置１を提供できる。
【００１１】
形態１によれば、コイル８をケース７の内側に固定したので、発電用磁石６とコイル８との距離を近くでき、漏洩磁束を少なくできて、高電圧を発生できるようになる。
【００１２】
形態１によれば、発電用磁石６が、リニアベアリング４に保持され、ガイド棒３に沿って直線往復移動可能に構成されたので、リニアベアリング４により発電用磁石６が移動する際の摩擦抵抗を少なくでき、かつ、ガイド棒３により発電用磁石６が精度よく直線往復移動を行うので、発電用磁石６がスムーズに直線往復移動し、効率的に高電圧を発生できる高品質のタイヤ内発電装置１を提供できる。
【００１３】
形態１によれば、反発用磁石５を備えたので、タイヤの遠心力のＯＮ／ＯＦＦにより発電用磁石６を直線往復移動させることができるので、効率的に高電圧を発生できる。また、発電用磁石６がリニアベアリング４により保持されているため、互いに向かい合う反発用磁石５と発電用磁石６との面を平行に保てるため、最大の反発力を得ることができる。
【００１４】
形態１において、好ましくは、ガイド棒３の外周面、発電用磁石６の外周面２３、コイル８の内周面２４、ケース７の内周面１４は、ガイド棒３の中心線と平行となるように構成する。これにより、発電用磁石６がスムーズに直線往復移動し、効率的な発電作用を実現できる。
【００１５】
形態１において、好ましくは、図２に示すように、発電用磁石６の外周面２３とコイル８の内周面との最短距離ａを、発電用磁石の円の外径寸法の１０％以下程度に形成する。これにより、漏洩磁束を少なくできて、高電圧を発生できるようになる。
【００１６】
形態１において、好ましくは、コイルの巻線として、断面矩形状の平角線を用いる。これにより、巻線抵抗減少と巻数増加が図れ、巻線密度を向上できるので、発電効率が高まる。
【００１７】
形態１において、好ましくは、リニアベアリング４を非磁性の材料により形成する。これにより、反発用磁石５と発電用磁石６との間に引力が生じるのを防止でき、反発用磁石５による反発力を最大にできるので、反発用磁石５と発電用磁石６とが接触して発電用磁石６がコイル８を横切らなくなって発電されない状態となることを防止できる。
【００１８】
形態１において、好ましくは、リニアベアリング４のボールを、非磁性体、例えば、セラミックや樹脂により形成する。これにより、ボールの動きが磁石の磁力によって妨げられることを防止でき、発電用磁石６をスムーズに直線往復移動させることができるようになる。
【００１９】
形態１において、好ましくは、ガイド棒３を、非磁性の材料により形成する。これにより、ガイド棒３と磁石とが引き合うのを防止できて、発電用磁石６をスムーズに直線往復移動させることができるようになる。
【００２０】
形態１において、好ましくは、ガイド棒３を、非導電性の材料により形成する。これにより、ガイド棒３に発生する渦電流をなくすことができ、ガイド棒３による力学的損失をなくすことができる。
【００２１】
形態１において、好ましくは、ケースを、非磁性かつ非導電性の材料により形成する。例えば、ＰＥＥＫ、ＡＢＳ等の樹脂により形成する。これによれば、ケース７と磁石とが引き合うのを防止できて、発電用磁石６をスムーズに直線往復移動させることができるようになり、また、ケース７に発生する渦電流をなくすことができて、ケースによる力学的損失をなくすことができる。
【００２２】
形態１において、好ましくは、反発用磁石５、発電用磁石６を、残留磁束密度の高いネオジウム磁石により形成する。これにより、大きい反発力、安定した高電圧を得ることができる。
【００２３】
形態２
図３に示すように、発電用磁石６は、反発用磁石５に近い側に位置される単位磁石１５の円板の厚さｃが、反発用磁石５に遠い側に位置される単位磁石１５の円板の厚さｄよりも厚いもの、例えば、５／３程度のものを用いる。これにより、発電用磁石６と反発用磁石５との間に作用する反発力が大きくなるので、タイヤ内発電装置１が取付けられているタイヤの内面の裏側に位置するトレッド面が接地している時（遠心力ＯＦＦ時）の位置エネルギーを最大限に稼ぐことができ、遠心力発生時に発電用磁石６がコイル８を横切る速度を速くできるので、高い電圧を発生できるようになる。
【００２４】
コイル８と対向する単位磁石１５のガイド棒３に沿った方向の厚さがコイル８のガイド棒３に沿った方向の厚さよりも薄いと、他の単位磁石１５の影響を受けて平均磁束が減少する。そこで、形態１又は形態２の反発用磁石５を形成する単位磁石のガイド棒３に沿った方向の厚さの最小値は、コイル８のガイド棒３に沿った方向の厚さよりも厚くする。これにより、磁束密度を大きくでき、高電圧を発生できる。
【００２５】
タイヤに遠心力が加わった状態においては、発電用磁石６は、反発用磁石５から数ｍｍ程度離れた位置を平衡位置として直線往復移動を繰り返す。そこで、形態１又は形態２において、好ましくは、図４に示すように、反発用磁石５の発電用磁石６側の円面とガイド棒３に沿った方向でのコイル８の反発用磁石５側の一端との間の最短距離ｂを、単位磁石１５の円板の厚さの最小値に相当する長さに設定する。これにより、発電用磁石６の直線往復移動位置とコイル８の位置とを一致させることができるので、漏洩磁束を少なくできて、高電圧を発生できるようになる。
【００２６】
実施例
・タイヤサイズ；２２５／５５Ｒ１７を用いた。
・反発用磁石５、発電用磁石６としてφ１０ｍｍの円板形状のネオジウム磁石を用いた。発電用磁石６は、２個の単位磁石１５を積層したものを用い、反発用磁石５に近い側の単位磁石１５として厚さ６ｍｍのものを使用し、もう一方の単位磁石１５として厚さ２ｍｍのものを用いた。
・コイル８は内径１０．５ｍｍ、外径１２．５ｍｍとした。巻線は平角線を用い、二層巻とした。
・非磁性のセラミック製のボールを備えたリニアベアリングを用いた。
・走行速度３０ｋｍ／ｈ、４０ｋｍ／ｈ、５０ｋｍ／ｈ、６０ｋｍ／ｈ、７０ｋｍ／ｈで定常走行して、充電回路に充電される電圧が安定するまで走行した。
・安定した電圧とデバイスの負荷（Ｒ＝３００Ω）とにより、発電量（Ｗ＝Ｖ２／Ｒ）を算出した。
・実施例による発電量と車両速度との関係を図５に示した。
・図５から、安定して連続的に数ｍＷ以上の充電を行えることがわかる。
【００２７】
形態３
ケース７とベース２とで形成され、ガイド棒３、反発用磁石５、発電用磁石６、コイル８が収納される閉空間２１内を真空に形成すれば、ケース７に空気逃がし孔２２を形成することなく、発電用磁石６をスムーズに直線往復移動させることができるようになり、効率的な発電作用を実現できる。
【００２８】
形態４
図６に示すように、反発用磁石５の代わりに、コイルばねのような弾性体２９によって発電用磁石６とベース２とを連結し、遠心力によって弾性体２９が伸縮することで、発電用磁石６がガイド棒３に沿って直線往復移動可能なように構成されたタイヤ内発電装置１としてもよい。この場合において、ケース７を用いない場合は、図６に示すように、ベース２に取付けられた支持部材３０でコイル８を支持するようにしてもよい。
尚、コイルばねのような弾性体２９は、減衰の要因となるので、発電量の少ない４０ｋｍ／ｈ以下走行時に反発用磁石５と発電用磁石６とが接触しないものを選定する。
【００２９】
形態５
発電用磁石６の移動をケース７の内周面１４でガイドするように構成されたタイヤ内発電装置１としてもよい。
【００３０】
形態６
異極に着磁された面同士が接着されて積層された複数の単位磁石１５により発電用磁石６を構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明のタイヤ内発電装置１によれば、タイヤ内の温度や圧力等のタイヤ情報、例えば、タイヤにかかる圧力、路面の滑りやすさを検出し、これらタイヤの動的な状態を連続送信するために高電力を必要とするデバイスに安定して電力を供給できるようになる。
【符号の説明】
【００３２】
１  タイヤ内発電装置、２  ベース、３  ガイド棒（ガイド）、
５  反発用磁石（反発手段）、６  発電用磁石、７  ケース、８  コイル、
１４  内周面、１５  単位磁石、２１  閉空間、２２  空気逃がし孔、
２３  発電用磁石の外周面、２４  コイルの内周面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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