(57)【要約】【課題】シンプルで小型な構成で十分な電力を供給する発電装置を備えたタイヤを提供する。【解決手段】  タイヤに生じる歪みを電気エネルギーに変換する発電装置100は、伸縮性のある少なくとも２つの電極12と該電極12間に設けられタイヤ1から加えられた歪みに基づき該電極12間に電位差を生じさせる誘電エラストマー12とを有する少なくとも１つの発電素子10と、該発電素子10に生じた電気エネルギーを蓄積する蓄電器を有する装置本体100aとを備える。回転するタイヤ1が接地することによって生じる収縮による歪み及び伸張による歪みが１つの発電素子10に同時に加わらないように発電素子10のタイヤ周方向の長さを設定する。  【選択図】  図１
2006223054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤに生じる歪みを電気エネルギーに変換する発電装置を備えたタイヤであって、
前記発電装置は、
伸縮性のある少なくとも２つの電極と該電極間に設けられタイヤから加えられた歪みに基づき該電極間に電位差を生じさせる弾性高分子化合物とを有する少なくとも１つの発電素子と、
該発電素子に生じた電気エネルギーを蓄積する蓄電器とを備え、
回転するタイヤが接地することによって生じる収縮による歪み及び伸張による歪みが１つの発電素子に同時に加わらないように発電素子のタイヤ周方向の長さを設定した
ことを特徴とするタイヤ。
【請求項２】
前記発電装置は前記蓄電器に蓄積された電気エネルギーを前記タイヤに備わる他の装置に供給する
ことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ。
【請求項３】
前記タイヤ内部の少なくとも一方の側面において回転軸を中心とした円周上に前記発電素子を複数設けた
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ。
【請求項４】
前記蓄電器は２次電池からなる
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のタイヤ。
【請求項５】
前記蓄電器は大容量キャパシタからなる
ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のタイヤ。
【請求項６】
前記各電極はそれぞれ導電性高分子化合物からなる
ことを特徴とする請求項１乃至５に記載のタイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤに生じる歪みを電気エネルギーに変換する発電装置を備えたタイヤに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤやリム等の回転体に設けられた加速度センサや圧力センサ等の電子機器は、回転体に設けられているため車両等に設けた電源から電力を供給することが難しく、これらの機器は電気回路を動作させるために内蔵電池を用いる場合が殆どであり、電池が消耗すると動作しなくなる。このため、定期的に電池を交換する必要があり、交換作業に多大な手間を必要とした。また、タイヤ内にこれらの電子機器を埋め込んだものでは、電池交換を行うことができなかった。
【０００３】
従来、この問題を解決するため、変形を加えることによって電気が発生する圧電素子をタイヤ表面又はタイヤ内部に設けて、回転するタイヤが地面等から受ける歪みによって圧電素子に発生する電気を電子機器に供給するものや、車輪の回転軸を中心とする同一円周上に複数の発電コイル及び磁石を配置し、複数の発電コイルが車輪と共に車軸の周りを回転することによって磁石の磁界を横切って起電力を発生させるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２２４０６９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧電素子は一般に歪みが１％程度の場合に適切な効率で電気を発生するが、歪みが約５％程度生じるタイヤに用いるには不適切であり、また、電子機器に供給する発電量としては不十分であるという問題があった。
【０００５】
また、電磁誘導による起電力を発生させる場合、電子機器に十分な電力を供給するためにタイヤ内部や車軸周辺に発電補助機構を配置する必要があるが、タイヤ内部には路面からの衝撃を吸収するため所定量の気体が必要であり、車軸周辺にはハブ、ブレーキディスクまたはブレーキドラム等が配置されており、発電性能を高めたり発電効率を向上するために発電補助機構を複雑化、大型化するには制限があった。
【０００６】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、シンプルで小型な構成で十分な電力を供給する発電装置を備えたタイヤを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の目的を達成するために、タイヤに生じる歪みを電気エネルギーに変換する発電装置を備えたタイヤであって、前記発電装置は、伸縮性のある少なくとも２つの電極と該電極間に設けられタイヤから加えられた歪みに基づき該電極間に電位差を生じさせる弾性高分子化合物とを有する少なくとも１つの発電素子と、該発電素子に生じた電気エネルギーを蓄積する蓄電器とを備え、回転するタイヤが接地することによって生じる収縮による歪み及び伸張による歪みが１つの発電素子に同時に加わらないように発電素子のタイヤ周方向の長さを設定したタイヤを提案する。
【０００８】
上記構成よりなるタイヤによれば、回転するタイヤが接地することによって生じる収縮による歪み及び伸張による歪みが１つの発電素子に同時に加わらないように発電素子のタイヤ周方向の長さが設定されたことから、１つの発電素子に収縮による歪みに基づいて生じる電位差と伸張による歪みに基づいて生じる電位差が同時に発生し互いの電位差が相殺されることを防止することができ、圧電素子等と比較して非常に多くの電気エネルギーを蓄積することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のタイヤによれば、１つの発電素子に収縮による歪みに基づいて生じる電位差と伸張による歪みに基づいて生じる電位差が同時に発生し互いの電位差が相殺されることを防止することができ、圧電素子等と比較して非常に多くの電気エネルギーを蓄積することができるので、シンプルで小型な発電装置によって十分な電力を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態における発電装置を備えたタイヤの概略破断斜視図、図２は本発明の一実施形態における発電装置を備えたタイヤの側断面図、図３は図１に示す発電装置の構成を示す電気ブロック図、図４は本発明の一実施形態における発電装置の動作を説明する図、図５は本発明の一実施形態における発電装置の動作を説明する図である。
【００１２】
図１において、発電装置を備えたタイヤはタイヤ1と発電装置100とから構成されている。
【００１３】
タイヤ1は、例えば、周知のチューブレスラジアルタイヤであり、周知のキャップトレッド2、アンダートレッド3、ベルト4A,4B、カーカス5、インナライナー6等から構成されており、リム7及び図示しないホイールによって車両等に保持されている。
【００１４】
発電装置100は、発電素子10、装置本体100aから構成されており、発電素子10はリード線10aによって装置本体100aに接続されている。
【００１５】
発電素子10は、２つの電極11と２つの電極間に挟まれた誘電エラストマー12とからなり、タイヤ1内部の側面に設けられる。
【００１６】
電極11は数μmの厚さで、誘電エラストマー12の両面に接着しており、その材料は例えば導電性ポリマを用いたり、カーボンをスパッタリングや蒸着したもの等であり、伸縮性のある電極として機能する限り材料の種類は問わない。
【００１７】
誘電エラストマー12は、２つの電極11間の絶縁誘導体として機能し、変形を加えられると電極11間に電位差を生じる弾性ポリマである。誘電エラストマー12としてシリコン成分を含む弾性ポリマ、アクリル成分を含む弾性ポリマ等が挙げられ、誘電率を増大させるため添加物を含んでもいてもよい。また、誘電エラストマー12の厚さは数μm〜１mmの範囲の値であり、必要とする電気エネルギーや設置位置等によって決めることができる。なお、誘電エラストマー12は、固定するための図示しない枠等によってあらかじめ引き伸ばされるようにしてもよいし、タイヤ製造工程である成形・加硫工程において引き伸ばされるようにしてもよい。
【００１８】
このように構成された発電素子10は、非常にシンプルで小型な素子であり、優れた伸縮性を有するコンデンサとして機能する。従って、発電素子10をタイヤ1の内部に設けることができ、タイヤ1に生じる大きな歪みに対して十分に伸縮することができるので、発電素子10に加えられた歪みによってコンデンサの静電容量が変化することにより、圧電素子等と比較して非常に多くの電気エネルギーに変換することができる。
【００１９】
図において、発電素子10は２つの電極11を備えているが、これに限定されるものではなく、発電素子10は２つ以上の電極11間に誘電エラストマー12を設けた積層構造であってもよい。
【００２０】
また、発電素子10はより大きな歪みを受けるために、１０％程度の歪みが生じるタイヤ1内部の側面に設けることが好ましいが、これに限定されるものではなく、タイヤ1内に埋設したりキャップトレッド2表面に装着してもよいし、タイヤ1内部の底面に設けてもよい。なお、装置本体100Aも歪みの生じないリム7等に設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２１】
また、図２に示すように、タイヤ1内部の一方又は両方の側面においてタイヤ1の回転軸を中心とした円周上に発電素子10を複数設けるようにしても良い。これにより、タイヤ1が回転している間、常に発電素子10に歪みを加えらることができる。なお、この場合、図のように装置本体100aもリム7等の回転軸を中心とした円周上に設けることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００２２】
次に、図１に示す装置本体100aの構成について説明する。
【００２３】
装置本体100aは、電極12間の電位差によって発電素子10に生じた電気エネルギーを、リード線10aを介して蓄積するためのものである。
【００２４】
図３に示す発電装置100のブロック図において、整流回路110は、ダイオード１11,112、コンデンサ113、及び抵抗器114から構成され、周知の全波整流回路を形成している。整流回路110の入力側はそれぞれリード線10aを介して発電素子10に接続され、整流回路110の出力側は蓄電器120に接続されている。
【００２５】
蓄電器120は、例えば２次電池或いは大容量キャパシタから構成されており、整流回路110がそれぞれ並列に接続されている。なお、発電素子10が２以上ある場合には、装置本体100aは発電素子10と同数の整流回路110を備え、それぞれ蓄電器120と並列に接続する。これにより、タイヤ1に歪みが生じていないときでも蓄電器120によって電力を供給することができる。
【００２６】
記憶部131は、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリからなり、外部装置200の供給電圧等の情報が記憶されている。
【００２７】
ＣＰＵ132は、周知のマイクロコンピュータ等からなり、記憶部131に記憶された情報を読み込んで、蓄電器120に蓄積された電力を外部装置200に供給するために制御信号を送信する。
【００２８】
電源制御部133は、例えば電子スイッチと昇圧型電源回路等から構成され、ＣＰＵ132からの制御信号に基づいて電子スイッチをオンオフし、蓄電器120に蓄積される電力を回路動作に必要な電圧に変換して、例えば圧力センサ、加速度センサ、トランスポンダ等のタイヤ1に備わる外部装置200に供給する。従って、タイヤ1に備わる外部装置200は動作するのに十分な電気エネルギーを発電装置100から受けることができる。なお、外部装置200への電力の供給方法は有線、無線等の手段を問わず、必要に応じて装置本体100a内に無線による電力供給のためのアンテナ等を付加してもよい。
【００２９】
次に、回転するタイヤ1における発電装置100の動作について説明する。
【００３０】
一般に、回転するタイヤ1は地面と接地することによって接地面から力を受け、タイヤ1には収縮による歪みが生じる。また、タイヤ1が地面と離れ接地面から受けていた力から開放されることによって、タイヤ1には伸張による歪みが生じる。
【００３１】
図４に示す回転するタイヤ1の側断面図において、発電素子10はタイヤ1内部の側面に設けられ、装置本体10aはリム7上に設けられている。タイヤ1内部の側面には、タイヤ１の回転軸と接地面s1で囲われた領域r1の接地開始端で収縮による歪みf1が生じ、領域r1の接地終了端で伸張による歪みf2が生じている。
【００３２】
１つの発電素子10が領域r1内に収まらない場合、タイヤ1が接地するすることによって、発電素子10に収縮による歪みf1と伸張による歪みf2が同時に加えられる。収縮による歪みf1に基づいて生じる電位差と収縮による歪みf1に基づいて生じる電位差は互いに逆向きであるため、それぞれの電位差は相殺され効率良く電気エネルギーを蓄積することができない。
【００３３】
一般に、接地面s1の範囲は、タイヤ1の回転速度、タイヤ1内部の空気圧、タイヤ1の偏平率等によって決まる。
【００３４】
従って、図５に示すように、これらの値に基づいて周方向の長さLを設定した発電素子10をタイヤ1内部の側面に設けることにより、発電素子10が領域r1内に収まるようになり、領域r1の接地開始端で生じる収縮による歪みf1又は領域r1の接地終了端で生じる伸張による歪みf2のいずれか一方のみが、発電素子10に加えられることとなる。
【００３５】
このように、上記構成及び動作によりなる発電装置100を備えたタイヤ1によれば、回転するタイヤ1が接地することによって生じる収縮による歪み及び伸張による歪みが１つの発電素子10に同時に加わらないように発電素子10のタイヤ周方向の長さLが設定されたことから、１つの発電素子10に収縮による歪みf1に基づいて生じる電位差と伸張による歪みf2に基づいて生じる電位差が同時に発生し互いの電位差が相殺されることを防止することができ、圧電素子等と比較して非常に多くの電気エネルギーを蓄積することができるので、シンプルで小型な発電装置100によって十分な電力を供給することができる。
【００３６】
また、蓄電器120に蓄積された電気エネルギーがタイヤ1に備わる外部装置200に供給されることにより、動作するのに十分な電気エネルギーを発電装置100から受けることができるので、外部装置200は電源を有することなく半永久的に動作することができる。
【００３７】
また、タイヤ1内部の少なくとも一方の側面において回転軸を中心とした円周上に発電素子10が複数設けられたことにより、タイヤ1が回転している間、常に発電素子10に歪みを加えらることができるので、タイヤ1に生じる歪みを効率良く電気エネルギーに変換することができる。
【００３８】
なお、前述の実施形態は一具体例であって本発明の構成がこれらのみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態における発電装置を備えたタイヤの概略破断斜視図
【図２】本発明の一実施形態における発電装置を備えたタイヤの側断面図
【図３】図１に示す発電装置の構成を示す電気ブロック図
【図４】本発明の一実施形態における発電装置の動作を説明する図
【図５】本発明の一実施形態における発電装置の動作を説明する図
【符号の説明】
【００４０】
1…タイヤ、2…キャップトレッド、3…アンダートレッド、4A,4B…ベルト、5…カーカス、6…インナライナー、7…ハブ、10…発電素子、10a…リード線、11…電極、12…誘電エラストマー、100…発電装置、100a…装置本体、110…整流回路、111,112…ダイオード、113…コンデンサ、114…抵抗器、120…蓄電器、131…記憶部、132…ＣＰＵ、133…電源制御部、200…外部装置、f1,f2…歪み、r1…領域、s1…接地面。
【図１】
2006223054.tif 000003
【図２】
2006223054.tif 000004
【図３】
2006223054.tif 000005
【図４】
2006223054.tif 000006
【図５】
2006223054.tif 000007