(57)【要約】【課題】振動を利用した発電の効率を適切に高めることのできるステアリングホイールを提供する。【解決手段】ステアリングホイール１は、ステアリングホイール１からの振動が伝達される質量体１０と第１コイル２２と質量体１０の振動により第１コイル２２に対する相対位置が変化する第１磁石２４とで構成される電磁誘導式の発電装置４０を備えている。そして、ステアリングホイール１は、質量体１０をステアリングホイール１に支持するとともに質量体１０を備える発電装置４０の共振周波数を変更可能な支持部材３０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングホイールからの振動が伝達される質量体と第１コイルと前記質量体の振動により前記第１コイルに対する相対位置が変化する第１磁石とで構成される電磁誘導式の発電装置と、
前記質量体をステアリングホイールに支持するとともに同質量体を備える前記発電装置の共振周波数を変更可能な支持部材と、を備える
ことを特徴とするステアリングホイール。
【請求項２】
前記支持部材は、一端が前記質量体に固定されており、他端がステアリングホイールに固定された弾性部材にて構成されている
請求項１に記載のステアリングホイール。
【請求項３】
前記弾性部材のばね定数は、前記発電装置の共振周波数とステアリングホイールの共振周波数とが一致する値に設定されている
請求項２に記載のステアリングホイール。
【請求項４】
前記質量体は、前記支持部材とステアリングホイールのスポークとで揺動可能に支持されており、
前記スポークに前記第１コイル及び前記第１磁石が設けられている
請求項１〜３のいずれか１項に記載のステアリングホイール。
【請求項５】
当該ステアリングホイールにおいて、ステアリングコラムに設けられた第２磁石に対向する部位には第２コイルが設けられている
請求項１〜４のいずれか１項に記載のステアリングホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリングホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両を操舵するステアリングホイールが組み付けられるステアリングコラムには、方向指示器、ワイパ、ヘッドライト等の各種操作スイッチが設けられている。これら操作スイッチは耐久性や操作性を考慮してある程度の大きさがあり、ステアリングコラム内のスペースを圧迫している。そこで、例えば特許文献１等に記載されているように、そうした操作スイッチをステアリングホイールに設けることなどが考えられる。
【０００３】
ここで、ステアリングホイールに操作スイッチを設ける場合には、操作スイッチの操作状態を車両側の制御装置に伝える必要があり、その信号伝達方法として、例えば無線通信を利用する場合には、ステアリングホイール側の送信器に電力を供給する必要がある。こうした電力供給については、例えば特許文献２に記載されているように、振動を電力に変換する発電装置（圧電素子）をステアリングホイールに設けて、ステアリングホイール自身に発電機能を持たせることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３２７４２０号公報
【特許文献２】特開２００９−１９６６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来、ステアリングホイールの振動を利用して発電することが提案されており、このようにして発電する場合には、ステアリングホイールの共振周波数と発電装置の共振周波数とを一致させることにより、振動を利用した発電の効率を高めることができる。
【０００６】
ここで、ステアリングホイールの共振周波数は、操舵装置の構造など種々の要因によって異なるため、そうした共振周波数の違いに対応できないと発電効率が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、振動を利用した発電の効率を適切に高めることのできるステアリングホイールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するステアリングホイールは、ステアリングホイールからの振動が伝達される質量体と第１コイルと質量体の振動により第１コイルに対する相対位置が変化する第１磁石とで構成される電磁誘導式の発電装置と、質量体をステアリングホイールに支持するとともに同質量体を備える発電装置の共振周波数を変更可能な支持部材とを備えるようにしている。なお、上記質量体とは、振動を低減するダイナミックダンパのマス系（錘）として機能する部材である。
【０００９】
同構成によれば、ステアリングホイールの振動によって質量体が振動し、この質量体の振動によって第１コイルに対する第１磁石の相対位置が変化することにより、第１コイルに対する磁界の変化が生じて電磁誘導が起きる。この電磁誘導により、第１コイルには電力が発生する。ここで、同構成では、質量体をステアリングホイールに支持する支持部材が、質量体を備える発電装置の共振周波数を変更可能な部材とされている。従って、ステアリングホイールの共振周波数と発電装置の共振周波数とを一致させることができるようになる。ステアリングホイールと発電装置の共振周波数が一致すると、質量体の振動による第１磁石の相対位置変化量が大きくなり、電磁誘導による起電力が大きくなる。そのため、振動を利用した発電の効率を適切に高めることができるようになる。
【００１０】
また、同構成によれば、ステアリングホイールの振動エネルギーが電気エネルギーに変換されることにより、ステアリングホイールの振動は減衰される。そのため、ステアリングホイールの振動を抑えることも可能になる。
【００１１】
なお、上述したステアリングホイールの共振周波数と発電装置の共振周波数との一致とは、それらの各共振周波数が完全に一致することのみに限定されるものではない。つまり、ステアリングホイールと発電装置との間で共振現象が起きるのであれば、ステアリングホイールの共振周波数と発電装置の共振周波数とが若干ずれていても、ステアリングホイールの共振周波数と発電装置の共振周波数とは一致しているものとする。
【００１２】
また、上記ステアリングホイールにおいて、支持部材は、一端が質量体に固定されており、他端がステアリングホイールに固定された弾性部材にて構成されていることが好ましい。
【００１３】
同構成によれば、質量体を支持する支持部材が弾性部材で構成されているため、その弾性部材を交換することにより、支持部材のばね定数を変えることができる。従って、発電装置の共振周波数を簡素な構造で容易に変更することができる。
【００１４】
なお、そうした弾性部材のばね定数は、発電装置の共振周波数とステアリングホイールの共振周波数とが一致する値に設定することが好ましい。この場合には、発電装置を大きく振動させることができるため、第１コイルの発電量を十分に高めることができる。
【００１５】
また、上記ステアリングホイールにおいて、質量体は、支持部材とステアリングホイールのスポークとで揺動可能に支持されており、スポークに第１コイル及び第１磁石が設けられていることが好ましい。
【００１６】
同構成によれば、質量体の振動がスポークを介して第１磁石に伝達されることにより、第１磁石は、スポークに設けられた第１コイルに対して相対移動し、その結果第１コイルには電力が発生する。従って。ステアリングホイールの振動を確実に電力へと変換することができる。
【００１７】
また、上記ステアリングホイールにおいて、ステアリングコラムに設けられた第２磁石に対向する部位には第２コイルが設けられていることが好ましい。
同構成によれば、ステアリングホイールが操舵されると、第２磁石に対する第２コイルの相対位置が変化するため、ステアリングホイールに設けられた第２コイルに対する磁界の変化が生じて、第２コイルには電磁誘導による起電力が発生する。従って、ステアリングホイールを操舵したときに発電することができるようになる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、振動を利用した発電の効率を適切に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ステアリングホイールの一実施形態における正面図。
【図２】同実施形態におけるスポークの断面図。
【図３】同実施形態におけるステアリングホイールの側面図。
【図４】同実施形態における第２磁石と第２コイルとの位置関係を示す模式図。
【図５】同実施形態のステアリングホイールの振動の大きさを示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、ステアリングホイールの一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
図１に示すように、車両を操舵するステアリングホイール１は、運転者が把持する円環状のグリップ部１ａを備えている。
【００２１】
グリップ部１ａの中心には、振動を低減するダイナミックダンパのマス系（錘）として機能する質量体１０が配設されている。この質量体１０は、ステアリングホイール１のスポーク２０及び支持部材３０によって揺動可能に支持されている。
【００２２】
スポーク２０の一端は質量体１０に固定されており、他端はグリップ部１ａに固定されている。また、質量体１０は２つのスポーク２０で支持されており、本実施形態では、スポーク２０の配設位相が１８０°にされている。なお、スポーク２０の配設数や配設位相は適宜変更することができる。
【００２３】
ステアリングホイール１には、電磁誘導式の発電装置４０が設けられている。この発電装置４０は、ステアリングホイール１からの振動が伝達される上記質量体１０と、スポーク２０に設けられた第１コイル２２と、スポーク２０に設けられており、質量体１０の振動により第１コイル２２に対する相対位置が変化する第１磁石２４とで構成されている。
【００２４】
図２に、各スポーク２０の断面構造を示す。この図２に示すように、スポーク２０の内部には、スポーク２０の長手方向（ステアリングホイール１の径方向）に延びる円環状の鉄芯２３が設けられており、鉄芯２３内には、スポーク２０の長手方向に移動する棒状の上記第１磁石２４が入れられている。また、鉄芯２３の外周には、スポーク２０の長手方向に延びる上記第１コイル２２が巻かれている。そして、第１コイル２２の外周は軟質のカバー２１で覆われている。
【００２５】
鉄芯２３内を第１磁石２４が移動すると、第１コイル２２に対する第１磁石２４の相対位置が変化することにより、第１コイル２２に対する磁界の変化が生じて、第１コイル２２には電磁誘導が生じる。この電磁誘導により、第１コイル２２には電力が発生する。
【００２６】
先の図１に示すように、支持部材３０は、２つのスポーク２０の中間位相であってグリップ部１ａの内周側の下方に設けられており、弾性部材であるばねで構成されている。支持部材３０の一端は質量体１０に、他端はグリップ部１ａにそれぞれ固定されている。そして、支持部材３０は、カバー３１によって覆われている。
【００２７】
支持部材の３０のばね定数は、発電装置４０の共振周波数とステアリングホイール１の共振周波数とが一致する値に設定されている。すなわち、共振周波数Ｆは、次式（１）で表すことができる。
【００２８】
Ｆ＝（１／２π）×（ｋ／Ｍ）＾（１／２）  …（１）
Ｆ：共振周波数（Ｈｚ）
ｋ：ばね定数（Ｎ／ｍ）
Ｍ：振動体の質量（ｋｇ）
式（１）において、ステアリングホイール１の共振周波数ＦＳを「Ｆ」に代入し、発電装置４０の質量を「Ｍ」に代入して、ばね定数Ｋについての一次式を解くことにより、発電装置４０の共振周波数とステアリングホイール１の共振周波数とが一致するばね定数を求めることができる。
【００２９】
なお、ステアリングホイール１の共振周波数と発電装置４０の共振周波数との一致とは、それらの各共振周波数が完全に一致することのみに限定されるものではない。つまり、ステアリングホイール１と発電装置４０との間で共振現象が起きるのであれば、ステアリングホイール１の共振周波数と発電装置４０の共振周波数とが若干ずれていても、ステアリングホイール１の共振周波数と発電装置４０の共振周波数とは一致しているものとする。
【００３０】
また、グリップ部１ａの内周側の上方であって、支持部材３０に対向する部位には、質量体１０の変位量を検出する変位センサ１１０が設けられている。
また、グリップ部１ａの内周側の上方であって、変位センサ１１０の左側には、第１スイッチパネル５０が設けられており、第１スイッチパネル５０には、各種のスイッチ５０ａが設けられている。同様に、グリップ部１ａの内周側の上方であって、変位センサ１１０の右側には、第２スイッチパネル５１が設けられており、第２スイッチパネル５１にも、各種のスイッチ５１ａが設けられている。スイッチ５０ａやスイッチ５１ａには、例えば方向指示器、ワイパ、ヘッドライト等の各種操作スイッチが割り当てられている。
【００３１】
図３に示すように、ステアリングホイール１を取り付けるステアリングコラム６０からは、ステアリングシャフト７０が突出している。このステアリングシャフト７０の突出部にステアリングホイール１が固定されることにより、ステアリングホイール１とステアリングシャフト７０とは一体回転する。
【００３２】
ステアリングコラム６０において、ステアリングホイール１に対向する面の内側には、円弧状の第２磁石８１が設けられており、ステアリングホイール１の内側であって第２磁石８１に対向する部位には第２コイル８０が設けられている。
【００３３】
図４に、第２磁石８１と第２コイル８０との位置関係を示す。この図４に示すように、ステアリングホイール１が直進状態に保持されているときには、第２コイル８０は、一点鎖線にて示すように、第２磁石８１の円弧方向において中間付近の位置になる。そして、ステアリングホイール１が右に操舵されると、第２コイル８０は、二点鎖線にて示すように、ステアリングシャフト７０を回転中心にして矢印Ｒ方向に回動する。また、ステアリングホイール１が左に操舵されると、第２コイル８０は、二点鎖線にて示すように、ステアリングシャフト７０を回転中心にして矢印Ｌ方向に回動する。このようにステアリングホイール１が操舵されると、第２磁石８１に対する第２コイル８０の相対位置が変化するため、ステアリングホイール１に設けられた第２コイルに対する磁界の変化が生じて、第２コイル８０には電磁誘導による起電力が発生する。従って、ステアリングホイール１を操舵したときには、第２コイル８０によって発電が行われる。
【００３４】
先の図３に示すように、ステアリングホイール１の内部には、第１コイル２２や第２コイル８０によって発電された電力を蓄えるバッテリ１００が設けられている。
また、ステアリングホイール１の内部には、上記スイッチ５０ａやスイッチ５１ａの操作状態を示す操作信号を車両側の制御装置に伝えるための無線送信器９０が設けられている。この無線送信器９０には、上記バッテリ１００から電力が供給される。
【００３５】
無線送信器９０から送信された操作信号は、ステアリングコラム６０内に設けられた無線受信器９１によって受信され、その受信された操作信号は、車両側の制御装置２００に入力される。そして制御装置２００により、操作信号に応じた方向指示器の点滅動作や、ワイパの動作、あるいはヘッドライトの点灯動作などの各種動作制御が行われる。
【００３６】
なお、上記変位センサ１１０によって検出された変位信号も無線送信器９０を介して無線受信器９１に送信される。無線受信器９１にて受信された変位信号は、制御装置２００に入力される。制御装置２００に入力された変位信号は、以下のようにして利用することができる。例えば制御装置２００では、変位信号に基づいて質量体１０の振動周波数と振動レベルとを算出する。そして制御装置２００は、算出された振動周波数のうちで振動レベルが最大になる周波数と、ステアリングホイール１の共振周波数とが大きく異なっている場合には、ステアリングホイール１の共振周波数に対して発電装置４０の共振周波数がずれている可能性があると判断し、支持部材３０のばね定数を変更する必要があることを示す信号を出力する。こうして出力された信号は、車両の整備工場などで読み出され、支持部材３０が、他のばね定数を有する支持部材３０に交換されることにより、発電装置４０とステアリングホイール１との共振周波数にずれが生じたとしても、そのずれは修正される。
【００３７】
次に、上記ステアリングホイール１によって得られる作用を説明する。
ステアリングホイール１の振動によって質量体１０が振動し、この質量体１０の振動によって第１コイル２２に対する第１磁石２４の相対位置が変化すると、第１コイル２２には電磁誘導が生じ、この電磁誘導により、第１コイル２２には電力が生じる。ここで、質量体１０をステアリングホイール１に支持する支持部材３０が、質量体１０を備える発電装置４０の共振周波数を変更可能な支持部材とされている。つまり上記実施形態では、支持部材３０を交換することにより、質量体１０を備える発電装置４０の共振周波数を変更することが可能にされている。
【００３８】
従って、ステアリングホイール１の共振周波数は、操舵装置の構造や操舵系の剛性変化など種々の要因によって異なるが、上記ステアリングホイール１では、ばね定数が適切に設定された支持部材３０を使用することにより、ステアリングホイール１の共振周波数と、発電装置４０の共振周波数とを一致させることができる。このようにしてステアリングホイール１と発電装置４０の共振周波数が一致すると、質量体１０の振動による第１磁石２４の相対位置変化量が大きくなり、電磁誘導による起電力が大きくなる。そのため、振動を利用した発電の効率が高められる。
【００３９】
また、図５に示すように、発電装置４０を設けていないステアリングホイールの振動の大きさ（二点鎖線にて図示）に対して、発電装置４０を備えているステアリングホイール１の振動の大きさ（実線にて図示）は小さくなる。これは、発電装置４０によってステアリングホイール１の振動エネルギーが電気エネルギーに変換されることにより、ステアリングホイールの振動のエネルギーＥが減衰されるためである。これによりステアリングホイール１の振動を抑えることも可能になる。
【００４０】
また、支持部材３０は、一端が質量体１０に固定されており、他端がステアリングホイール１のグリップ部１ａに固定された弾性部材（ばね）にて構成されている。このように質量体１０を支持する支持部材３０が弾性部材で構成されているため、その弾性部材を交換することにより、支持部材３０のばね定数を変えることができる。従って、発電装置４０の共振周波数を簡素な構造で容易に変更することが可能である。
【００４１】
また、質量体１０は、支持部材３０とスポーク２０とで揺動可能に支持されており、スポーク２０に第１コイル２２及び第１磁石２４が設けられている。従って、質量体１０の振動がスポーク２０を介して第１磁石２４に伝達され、第１磁石２４は、スポーク２０に設けられた第１コイル２２に対して相対移動する。その結果、第１コイル２２には電力が発生する。従って、ステアリングホイール１の振動が確実に電力に変換される。
【００４２】
また、ステアリングホイール１において、ステアリングコラム６０に設けられた第２磁石８１に対向する部位には第２コイル８０を設けている。従って、上述したようにステアリングホイール１を操舵したときには、第２コイル８０によって発電が行われる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ステアリングホイール１からの振動が伝達される質量体１０と第１コイル２２と質量体１０の振動により第１コイル２２に対する相対位置が変化する第１磁石２４とで構成される電磁誘導式の発電装置４０を備えるようにしている。そして、質量体１０をステアリングホイール１に支持するとともに質量体１０を備える発電装置４０の共振周波数を変更可能な支持部材３０を備えるようにしている。そのため、ステアリングホイール１の共振周波数と発電装置４０の共振周波数とを一致させることができるようになり、第１コイル２２では電磁誘導による起電力が大きくなる。そのため、振動を利用した発電の効率を適切に高めることができるようになる。
【００４４】
（２）また、ステアリングホイール１の振動エネルギーが電気エネルギーに変換されることにより、ステアリングホイール１の振動は減衰される。そのため、ステアリングホイール１の振動を抑えることも可能になる。
【００４５】
（３）支持部材３０を、一端が質量体１０に固定されており、他端がステアリングホイール１のグリップ部１ａに固定されたばねで構成している。そのため、ばねで構成された支持部材３０を交換することにより、支持部材３０のばね定数を変えることができる。従って、発電装置４０の共振周波数を簡素な構造で容易に変更することができるようになる。
【００４６】
（４）支持部材３０のばね定数を、発電装置４０の共振周波数とステアリングホイール１の共振周波数とが一致する値に設定しているため、発電装置４０を大きく振動させることができる。従って、第１コイル２２の発電量を十分に高めることができる。
【００４７】
（５）質量体１０を、支持部材３０とステアリングホイール１のスポーク２０とで揺動可能に支持しており、スポーク２０に第１コイル２２及び第１磁石２４を設けている。従って、ステアリングホイール１の振動を確実に電力へと変換することができる。
【００４８】
（６）ステアリングホイール１において、ステアリングコラム６０に設けられた第２磁石８１に対向する部位には、第２コイル８０を設けている。従って、ステアリングホイール１を操舵したときにも発電することができる。
【００４９】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・支持部材３０のカバー３１は省略してもよい。
・支持部材３０をばねで構成するようにしたが、その他の弾性部材、例えばゴムやウレタンなどで構成してもよい。
【００５０】
・変位センサ１１０を省略してもよい。
・第２磁石８１は円弧状に形成されていたが、円環状態に形成してもよい。また、第２磁石８１や第２コイル８０を複数設けてもよい。
【００５１】
・第２磁石８１及び第２コイル８０を省略してもよい。
・バッテリ１００や無線送信器９０をステアリングホイール１の外側に設けるようにしてもよい。また、無線受信器９１をステアリングコラム６０の外側に設けるようにしてもよい。
【００５２】
・第２コイル８０をステアリングホイール１の外側の面に設けたり、第２磁石８１をステアリングコラム６０の外側の面に設けたりしてもよい。
・第１コイル２２及び第１磁石２４をスポーク２０に設けるようにしたが、その他の部位に設けてもよい。要は、質量体１０の振動により第１コイル２２に対する相対位置が変化するように第１磁石２４を設けるようにすればよい。
【００５３】
・第１スイッチパネル５０や第２スイッチパネル５１に表示装置を設け、その表示装置に対してバッテリ１００の電力を供給するようにしてもよい。
・第１コイル２２や第２コイル８０で発電した電力をバッテリ１００に蓄えるようにしたが、第１コイル２２や第２コイル８０で発電した電力を無線送信器９０に直接供給するようにしてもよい。
【００５４】
・第１コイル２２や第２コイル８０で発電した電力を無線送信器９０に供給するようにしたが、その他の電気機器に電力を供給してもよい。
・第１スイッチパネル５０、第２スイッチパネル５１、無線送信器９０、無線受信器９１を省略して、第１コイル２２や第２コイル８０で発電した電力を他の電気機器に供給するようにしてもよい。すなわち第１コイル２２や第２コイル８０で発電した電力の供給先は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、他の電気機器に供給することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…ステアリングホイール、１ａ…グリップ部、１０…質量体、２０…スポーク、２１…カバー、２２…第１コイル、２３…鉄芯、２４…第１磁石、３０…支持部材、３１…カバー、４０…発電装置、５０…第１スイッチパネル、５０ａ…スイッチ、５１…第２スイッチパネル、５１ａ…スイッチ、６０…ステアリングコラム、７０…ステアリングシャフト、８０…第２コイル、８１…第２磁石、９０…無線送信器、９１…無線受信器、１００…バッテリ、１１０…変位センサ、２００…制御装置。
【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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