(57)【要約】【課題】  補強された圧電材料を用いて回転するタイヤの機械的エネルギーから電力を発生させるシステム。【解決手段】  圧電構造体と、エネルギー蓄積装置とを有し、圧電構造体はエポキシのマトリックス中にほぼ一方向に埋め込まれた複数の圧電繊維を含む。圧電構造体は機械的歪を圧電構造体中に均一に分散させるための支持基板に取り付けられる。圧電構造体はタイヤ内に取り付けられ、車輪が地面上を移動した時に電荷を発生させる。圧電構造体の電極は電力モジュールに接続され、この電力モジュールは電流を整流し、電解コンデンサまたは再充電可能な電池等の蓄積装置にエネルギーを蓄積する。蓄積されたエネルギーを受けた電圧源はタイヤまたはホイールに組み込まれた各種の電力電子システムへ給電する。タイヤの圧力、温度、識別情報を遠隔受信機に無線送信するタイヤモニターシステム。
2005525265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の(1)〜(4)を有することを特徴とする、自家動力式の電子部品が組み込まれたタイヤ組立体：
(1)  地面と接触する外側トレッド部を有するクラウンと、タイヤをホイールリムに取り付けるためのビード部と、各ビード部とクラウンとの間に延びた外側サイドウォール部と、内側クラウンと、サイドウォール表面とによって特徴付けられる空気タイヤ構造体、
(2)  空気タイヤ構造体が機械的歪を受けたときに内部に電荷を発生させる空気タイヤ構造体の選択された部分に組み込まれた圧電材料のパッチ、
(3)  圧電材料のパッチからの電荷を受け、選択された量の電荷を内部に蓄積するエネルギー蓄積装置、
(4)  電子部品組立体の選択された電子部品がエネルギー蓄積装置中に蓄積された電荷によって給電されるように、エネルギー蓄積装置に接続された電子部品を含む電子部品組立体。
【請求項２】
圧電材料が石英、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリ塩化ビニル(PVC)からなる群の中から選択される請求項１に記載のタイヤ組立体。
【請求項３】
圧電材料が受ける歪を圧電材料のパッチ全体にわたってほぼ均一に分散するための支持基板を圧電材料パッチに隣接してさらに有する請求項１に記載のタイヤ組立体。
【請求項４】
支持基板と圧電材料パッチとを組み合わせたものの少なくとも片側に空気タイヤ構造体への組み込みを容易にするためのゴムのケーシングを隣接してさらに有する請求項３に記載のタイヤ組立体。
【請求項５】
圧電材料のパッチがエポキシマトリックス中に埋め込まれた複数の圧電繊維からなる繊維複合構造体を含む請求項２に記載のタイヤ組立体。
【請求項６】
繊維複合構造体の全ての圧電繊維がほぼ一方向に整合し且つ半径方向に設けられ、空気タイヤ構造体の選択されたサイドウォール部分に組み込まれている請求項５に記載のタイヤ組立体。
【請求項７】
繊維複合構造体の全ての圧電繊維がほぼ一方向に整合し且つ周方向に設けられ、空気タイヤ構造体の選択されたクラウン部分に組み込まれている請求項５に記載のタイヤ組立体。
【請求項８】
エネルギー蓄積装置と一緒に電力調整モジュールが配置され、この電力調整モジュールは圧電材料のパッチ内で発生する電荷を表す電流信号を整流し、整流された電流信号をエネルギー蓄積装置に送り、調整された電圧出力を生成する請求項１に記載のタイヤ組立体。
【請求項９】
電子部品組立体が再充電可能な電池を含む請求項８に記載のタイヤ組立体。
【請求項１０】
電子部品組立体が空気タイヤ構造体の所定特性をモニターするための少なくとも1つのセンサを含む請求項１に記載のタイヤ組立体。
【請求項１１】
電子部品組立体が選択されたセンサ情報および付加的タイヤ識別情報を遠隔位置へ中継するための無線周波数(RF)装置を含む請求項１０に記載のタイヤ組立体。
【請求項１２】
所定特性が温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度およびタイヤ構造体に作用する静的および動的な力のレベルからなる群の中から選択される請求項１０に記載のタイヤ組立体。
【請求項１３】
パッチ面積が約750〜約2500 mm2になるように圧電パッチの寸法が規定されている請求項１に記載のタイヤ組立体。
【請求項１４】
エネルギー蓄積装置がキャパシターである請求項１に記載のタイヤ組立体。
【請求項１５】
下記の(1)〜(5)を有することを特徴とする自家動力式の電子部品が組み込まれたタイヤ組立体：
(1)  地面と接触する外側トレッド部を有するクラウンと、タイヤをホイールリムに取り付けるためのビード部と、各ビード部とクラウンとの間に延びた外側サイドウォール部と、内側クラウンと、サイドウォール表面とによって特徴付けられる空気タイヤ構造体、
(2)  空気タイヤ構造体が機械的歪を受けたときに内部に電荷を発生させる空気タイヤ構造体の選択された部分に組み込まれた圧電材料のパッチ、
(3)  圧電材料のパッチに隣接して配置された、圧電材料が受ける歪を圧電材料のパッチ全体にわたってほぼ均一に分散するための支持基板、
(4)  圧電材料のパッチからの電荷を受け、選択された量の電荷を内部に蓄積するエネルギー蓄積装置、
(5)  電子部品組立体の選択された電子部品がエネルギー蓄積装置中に蓄積された電荷によって給電されるように、エネルギー蓄積装置に接続された電子部品を含む電子部品組立体。
【請求項１６】
圧電材料が石英、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、およびポリ塩化ビニル(PVC)からなる群の中から選択される請求項１５に記載のタイヤ組立体。
【請求項１７】
圧電材料のパッチがエポキシマトリックス中に埋め込まれた複数の圧電繊維を有する繊維複合構造体からなる請求項１６に記載のタイヤ組立体。
【請求項１８】
エネルギー蓄積装置と一緒に電力調整モジュールが配置され、この電力調整モジュールは圧電材料のパッチ内で発生する電荷を表す電流信号を整流し、整流された電流信号をエネルギー蓄積装置に送り、調整された電圧出力を生成する請求項１５に記載のタイヤ組立体。
【請求項１９】
調整された電圧出力を受ける再充電可能な電池をさらに含む請求項１８に記載のタイヤ組立体。
【請求項２０】
電子部品組立体が空気タイヤ構造体の温度および圧力をモニターするための複数のセンサを含む請求項１５に記載のタイヤ組立体。
【請求項２１】
電子部品組立体が選択されたセンサ情報および付加的タイヤ識別情報を遠隔位置へ中継するための無線周波数(RF)装置をさらに含む請求項２０に記載のタイヤ組立体。
【請求項２２】
パッチ面積が約750〜約2500 mm2になるように圧電パッチの長さと幅が決められ、支持基板の長さと幅が圧電パッチの対応する寸法と同じか、それ以上である請求項１５に記載のタイヤ組立体。
【請求項２３】
支持基板がガラス繊維を含む請求項１５に記載のタイヤ組立体。
【請求項２４】
下記の(1)〜(6)を有することを特徴とする、選択されたタイヤ状態に関する情報を測定および送信するように設計され且つ空気タイヤ構造体に組み込まれる電子部品組立体：
(1)  エポキシマトリックス中に埋め込まれ且つ少なくとも2つの電極層の間に配置された複数の圧電繊維で特徴付けられる、空気タイヤ構造体に組み込まれたアクティブ圧電繊維複合構造体、
(2)  圧電繊維複合構造体に隣接して配置され、圧電繊維が受ける歪を圧電繊維複合構造体内にほぼ均一に分散する支持基板、
(3)  圧電繊維複合構造体の選択された電極層に電気的に接続された、圧電繊維内で発生した電荷を受け、内部のエネルギー蓄積装置に電荷を蓄積し、調整された電圧出力を生成する電力調整モジュール、
(4)  電力調整モジュールからの調整された電圧出力によって給電される、所定のタイヤ状態に関する情報を測定するための複数のセンサ、
(5)  電力調整モジュールと複数のセンサとに接続され、センサから受けた情報を処理しかつ所定のタイヤ状態を示す選択情報を生成するためのマイクロコントローラ、
(6)  マイクロコントローラに電気的に接続され、マイクロコントローラからの選択情報を受信し、選択情報を搬送信号に変調し、選択情報を遠隔受信機位置に送信するためのRF送信機。
【請求項２５】
エネルギー蓄積装置が、電解コンデンサ、非電解コンデンサ、スーパーコンデンサ、再充電可能な固体電池および再充電可能な化学電池からなる群の中から選択される装置である請求項２４に記載の電子部品組立体。
【請求項２６】
複数のセンサの中の選択されたセンサが空気タイヤ構造体内の温度および圧力に関する情報を出力する請求項２４に記載の電子部品組立体。
【請求項２７】
電力調整モジュールからの調整された電圧出力に接続される再充電可能な電池をさらに有する請求項２４に記載の電子部品組立体。
【請求項２８】
電力調整モジュールからの調整された電圧出力によって給電されるタイヤ回転計をさらに有する請求項２４に記載の電子部品組立体。
【請求項２９】
下記の(1)〜(4)を有することを特徴とする、タイヤ組立体発電機構が組み込まれたタイヤ組立体：
(1)  地面と接触する外側トレッド部を有するクラウンと、タイヤをホイールリムに取り付けるためのビード部と、各ビード部とクラウンとの間に延びた外側サイドウォール部と、内側クラウンと、サイドウォール表面とによって特徴付けられる空気タイヤ構造体、
(2)  空気タイヤ構造体が機械的歪を受けたときに内部に電荷を発生させる空気タイヤ構造体の選択された部分に組み込まれた圧電材料のパッチ、
(3)  圧電材料パッチ内で発生した電荷によって給電される、所定のタイヤ状態に関する情報を測定するための少なくとも1つのセンサ、
(4)  少なくとも1つのセンサに電気的に接続された、少なくとも1つのセンサによって測定された所定のタイヤ状態に関する情報を表すRF信号を送受信するためのアンテナ。
【請求項３０】
圧電材料が受ける歪を圧電材料パッチ内にほぼ均一に分散するための支持基板を圧電材料のパッチに隣接してさらに有する請求項２９に記載のタイヤ組立体。
【請求項３１】
少なくとも1つのセンサが空気タイヤ構造体内の温度および圧力に関する情報を出力する請求項２９に記載のタイヤ組立体。
【請求項３２】
圧電材料のパッチ内で発生した電荷によって給電され且つ少なくとも1つのセンサに接続された、少なくとも1つのセンサから受信した情報を処理しかつ所定のタイヤ状態を表す選択情報を生成するマイクロコントローラをさらに有する請求項２９に記載のタイヤ組立体。
【請求項３３】
マイクロコントローラに接続されて、マイクロコントローラからの選択情報を受信し、この選択情報を搬送信号に変調してアンテナを介して遠隔受信機位置へ送信するRF送信機をさらに有する請求項３２に記載のタイヤ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は2002年5月10日出願の本出願人の米国特許出願第10/143,535号の「圧電繊維複合体を用いて回転するタイヤの機械的エネルギーから電力を発生させるシステム」の一部継続出願である。
本発明は、一般に、通常のタイヤ回転による機械的エネルギーを圧電構造体に与えることによってタイヤに組み込んだ電子部品用の電力を発生させる装置および方法に関するものである。
本発明では圧電技術を利用してタイヤの撓みに伴う機械的な歪みを電荷に変換し、得られた電荷をエネルギー蓄積装置に蓄積し、こうして十分に蓄積されたエネルギーを用いて各種の物理的タイヤパラメータを識別するための部品や無線周波数(RF)送信装置を含むエレクトロニクスシステムへ給電する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスを空気タイヤ構造体中に組み込むことで多く実用的利点が得られる。こうした電子デバイスにはセンサや各種物理的パラメータ、例えば温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度等に関する情報を得るためのその他の部品が含まれる。これら性能情報はタイヤのモニター・警報システムで有用であり、さらに、正しいタイヤ圧レベルに調整するためのフィードバックシステムで使用することができる。
【０００３】
下記文献にはタイヤの撓み、タイヤ速度、タイヤ回転数等の情報を求めることができるタイヤモニターシステムおよび方法が開示されている。
【特許文献１】米国特許第5,749,984号明細書（Frey達）
【０００４】
下記文献には異常なタイヤ状態を警報する別のタイヤ電子部品システムの例が記載されている。
【特許文献２】米国特許第4,510,484号明細書（Snyder達）
【０００５】
下記文献に記載のタイヤ電子部品の対象は自動車およびトラックのタイヤと一緒に用いる回転計である。
【特許文献３】米国特許第4,862,486号明細書（Wing達）
【０００６】
タイヤ構造体中に電子部品システムを組み込むことによって得られるさらに他の用途は商業車両の追跡および性能評価ができる点にある。すなわち、商業用トラック、航空機およびアースムーバー／採炭車両の分野では本発明のタイヤ電子部品システムとそれに関連する情報送信の利点が利用できる。タイヤセンサによって走行する車両の各タイヤの距離を求めることができ、商業用システムの整備計画の助けとなる。採鉱装置等のコストのかかる用途では車両の位置および性能を最適化させることができる。車両群全体をRFタグ送信で追跡することができる。この例は下記文献に開示されている。
【特許文献４】米国特許第5,457,447号明細書（Ghaem達）
【０００７】
タイヤに組み込まれたこの種の電子部品システムにはこれまで各種方法および各種発電システムから給電がされてきた。タイヤの運動からエネルギーを発生させる機械機構の例は下記文献に開示されている。
【特許文献５】米国特許第4,061,200号明細書（Thompson達）
【特許文献６】米国特許第3,760,350号明細書（Thomas達）
【０００８】
しかし、上記文献に記載のシステムは複雑で大きく、現代のタイヤアプリケーションに組み入れるには適していない。
下記文献にはタイヤ電子部品システムへのさらに別の給電方法が開示されている。この特許ではタイヤの半径方向中心線を中心とした対称な圧電リード電源を用いている。
【特許文献７】米国特許第4,510,484号明細書（Snyder達）
【０００９】
タイヤ電子部品システムへの他の形式の給電方法は再充電不可能な電池を使用するものである。しかし、この方法は定期的に電池交換をして電子部品システムを正しく動作させる必要があるため、タイヤの使用者にとっては不便なものである。また、従来の電池は環境汚染につながる重金属を含んでいることが多いため、電池を多量に使用する場合には廃棄の問題が生じる。さらに、複雑な機能レベルの電子部品アプリケーションへ給電する場合には電池は蓄積したエネルギーを急速に消耗する。電池の蓄積エネルギーの消耗は遠距離通信、例えばトラックホイール位置からトラック車内の受信機までの遠い距離で情報を送信する電子部品システムでみられる。ホイール位置から上記位置よりも近い受信機位置へ送信する電子部品システムで電池を使用した場合でも、情報は一般に有線送信媒体を介してRF受信機位置から車内へ中継されるため、多くの場合、高価な追加の通信配線を車両内に設置する必要がある。
【００１０】
タイヤモニターシステム用の電力を得るため他の公知方法としては、タイヤとそれに組み込まれた電子機構に近接したインテロゲイションアンテナとを用いてRFビーム電力を捕える方法がある。アンテナから放射されるエネルギーを捕捉して電子部品を給電するため、多くの場合、これらの電子部品は数マイクロワット以下の極めて特殊な超低電力電子部品にしなければならない。一般に、ビーム給電される電子部品と一緒に用いるインテロゲイションアンテナは送信範囲が制限されているため、各ホイールのかなり近くに配置しなければならない（約2フィート以内）。従って、一般に、車両一台に多数のアンテナが必要になり、設備コストが増える。また、各アンテナは道路の障害物によって損傷しやすい。こうした多くの理由からある種のタイヤ電子アプリケーションではこの方法が最も望ましい給電方法であるとはいえない。
【００１１】
圧電材料のある種の利点が長い間認められていることは本発明者も理解している。しかし、この技術は常に進歩しており、より優れた動作性能を有する圧電材料を使用する用途が提供できる。圧電技術の最近の進歩は構造制御用複合体を対象とした下記文献に記載されている。
【特許文献８】米国特許第5,869,189号明細書（Hagood,IV達）
【特許文献９】米国特許第6,048,622号明細書（Hagood,IV達）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、エネルギーを得るために圧電発電装置をタイヤまたはホイール組立体中に組み込むように圧電技術をさらに進歩させたものである。すなわち、圧電材料は、大抵の場合、過剰な歪レベルに対して極めて弱いということから、本発明の別の観点は歪レベルおよび圧電材料が損傷する危険を減らすために圧電材料を補強することにある。
各種のタイヤ電子部品システムと、そのための発電システムが既に開発されているが、本発明による所望特性を全て含んだ設計は知られていない。なお、上記米国特許明細書に記載の内容は全て本明細書の一部を成す。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
従来技術に見られない本発明によって開発された本発明の対象は、タイヤ構造体に組み込まれる電子システムへ給電するための改良されたシステムおよび方法にある。本発明ではタイヤの撓みに起因する機械的歪を電荷に変換するために圧電技術を用い、得られた電荷をエネルギー蓄積装置で調整し、蓄積し、十分に蓄積された蓄積エネルギーをタイヤ内の種々の電子部品、例えば情報をタイヤ内部から無線中継するための無線周波数(RF)の送信装置へ給電する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の別の観点から、本発明の対象は自家動力式の電子部品が組み込まれた空気タイヤにある。組み込まれた圧電構造体から電力を受ける電子部品の例としては再充電可能な電池、回転計、アクティブRFIDトランスポンダー等の部品を挙げることができる。さらに別の用途の電子機器のとしては圧力、温度等のタイヤ状態に関する情報、タイヤ回転数、一般的なタイヤ識別変数等の情報を測定および送信するように設計された電子部品組立体がある。圧電材料の例としては石英、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリ塩化ビニル(PVC)が挙げられる。
【００１５】
本発明のさらに別の観点から、本発明では圧電構造体を補強し、構造体の損傷の危険を減らすための種々の機構を圧電構造体と一緒に使用する。タイヤ構造体に組み込まれた圧電材料は材料の破損またはひび割れを引き起こすようなレベルの歪を受けることが多く、それによって圧電構造体の効率、さらには動作性能が低下するので、これは特に有用である。本発明の実施例で使用した補強機構は互いに整合した圧電繊維の集合体の形をしており、エポキシまたはポリマーの樹脂マトリックスによって取り囲まれている。このように樹脂マトリックス中に繊維を埋め込むことによって圧電材料が受ける全ての機械的歪を構造体中に分散させることができる。圧電構造体を支持基板に取り付け、圧電構造体に均一な剛性を付与することによって機械的歪をさらに分散させることもできる。
【００１６】
本発明のタイヤ電子部品システムおよび発電装置の各種機構および特徴には多くの利点がある。本発明は電池交換に依存しない自家動力式の電子部品システムを提供する。電池および電池式装置を本発明の観点と一緒に用いることはできるが、本発明を用いることによって電池のみによって給電されるタイヤ電子部品の場合の多くの複雑な問題はなくなる。
【００１７】
本発明の別の利点は、従来のタイヤモニターシステムよりも必要とする信号処理用ハードウェアの数が少ないタイヤモニターシステムが提供される点にある。自家動力式のタイヤモニターシステムを用いることによって捕捉アンテナや複数の受信機位置が不要になり、追加のハードウェアも不要になる。本発明のタイヤモニターシステムは車両の個々のタイヤ構造体中に組み込むことができ、単一の受信機（一般に車内に配置される）によって各タイヤに組み込まれた電子部品から送信された情報を受信することができる。
【００１８】
本発明のさらに別の利点はタイヤおよびホイール組立体内で使用可能な電子設備の形式および数量に関する制約が少ない点にある。これに対して従来法で給電されるタイヤ電子部品は電力が著しく低い装置に制限されることが多い。本発明装置にはこうした極端な電力制限がない。この利点によってより多くの部品および／またはより高いレベルの設備を使用することができ、タイヤ電子部品のより良い動作をより容易に実行することができる。
【００１９】
本発明のさらに別の利点は、本発明のシステムおよび方法を種々の既存の用途で使用することによって、電力を発生させ、得られた電力を利用することができる点にある。すなわち、本発明の測定法、モニターおよび警報システム、車両フィードバックシステムおよび追跡システムは商業用トラック群、飛行機および採鉱／アースムーバー設備等の用途で使用できる。
【００２０】
自家動力式電子部品が組み込まれた本発明の一実施例のタイヤ組立体は、空気タイヤ構造体と、圧電材料のパッチと、エネルギー蓄積装置と、電子部品パッケージとを含む。空気タイヤ構造体は地面と接触する外側トレッド部を有するクラウンと、タイヤをホイールリムに取り付けるためのビード部と、各ビード部とクラウンとの間に延びた外側サイドウォール部と、内側クラウンおよびサイドウォール表面とによって特徴付けられる。圧電材料のパッチは空気タイヤ構造体の選択された部分に組み込まれ且つタイヤの回転に起因する機械的歪を受けたときに空気タイヤ構造体の内部で電荷を発生させる。エネルギー蓄積装置は圧電材料のパッチで発生した電荷を受け、選択された量の電荷を装置内部に蓄積するようになっているのが好ましい。エネルギー蓄積装置には電子部品のパッケージを接続することができ、電子部品のパッケージの選択された機能がエネルギー蓄積装置からの電荷によって給電される。
【００２１】
本発明の別の実施例では上記実施例の選択機構と種々の補強機構とを組み合わせることができる。このような補強機構の例では、圧電材料のパッチがエポキのシマトリックス中に埋め込まれた圧電繊維からなる複合構造体を含む。この複合構造体は圧電繊維が受ける歪の負荷を分散させる役目をする。本発明のさらに別の補強機構は支持基板、例えば繊維ガラスからなる支持基板で、この支持基板も歪を圧電材料中により均一に分散させるのを容易にする。圧電材料のパッチはこの支持基板に取り付ける。
【００２２】
本発明の別の対象は、タイヤの所定状態に関する情報を測定、送信するように設計された、空気タイヤ構造体に組み込むための電子部品組立体にある。この電子部品組立体はアクティブな圧電繊維複合体と、支持基板と、電力調整モジュールと、複数のセンサと、マイクロコントローラと、RF送信機とを含むことができる。圧電構造体はエポキシのマトリックス中に埋め込まれ且つ少なくとも2つの電極層の間に配置された複数の圧電繊維で特徴付けられる。この電子部品組立体は空気タイヤ構造体の内側部分に接着するか、タイヤ構造体に取り付け、加硫するのが好ましい。電力調整モジュールは圧電繊維内で発生した電流を受け、この電流をエネルギー蓄積装置に蓄積し、調整された電圧出力として選択的に出力するように、圧電繊維複合構造体の選択された電極層に電気的に接続される。複数のセンサへ調整された電圧出力が給電され、タイヤの所定状態に関する情報が求められる。RF送信機はマイクロコントローラに電気的に接続され、マイクロコントローラからの情報を受信し、搬送信号に変調し、遠隔受信機位置へ送信する。この電子部品組立体は調整された電圧出力を受ける再充電可能な電池を含むこともできる。
【００２３】
本発明の上記以外の目的および利点は以下の本発明の詳細な説明から当業者には容易に理解できよう。また、本明細書に例示、言及、説明した特定の機構および操作は、本発明の精神および範囲を逸脱しない限り、本発明の各種実施例および用途で変更および変形することができるということは理解できよう。変形としては例示、言及または説明した手段、機構または操作の均等物による置換および各種部分、機構、操作等の機能、動作、位置を逆にしたものが挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。
【００２４】
さらに、本発明の好ましい各実施例には本発明の機構、操作または要素あるいはそれらの均等物を種々組み合わせた形態が含まれることは理解できよう（図示せず、また、図面の詳細な説明に記載していない機構、部品、操作またはそれらの組み合わせを含む）。本発明の上記以外の実施例は上記の概要では説明しておらず、上記概要で述べた機構、部品または操作および／または本明細書の他の部分で説明した他の機構、部品または操作の特徴は種々組み合わることができる。そうした実施例の機構および特徴は以下の説明からより良く理解できよう。
以下に、添付図面を参照して本発明を当業者が理解できるように説明する。
【実施例】
【００２５】
本明細書および図面を通じて本発明の同じまたは類似機構または要素には同じ参照符号を使用する。
本発明の概要で述べたように、本発明の一つの対象はタイヤ構造体内に組み込まれる発電システムの改良システムにある。この場合、発電装置は圧電技術を利用して、タイヤの撓みに関連する機械的歪みを電流に変換し、この電流は次にエネルギー蓄積装置において調整され蓄積され、エネルギーが十分に蓄積されると、そのエネルギーが電子システム（例えば各種の物理的タイヤパラメータを識別するための部品）および無線周波数（RF）送信装置へ給電される。
【００２６】
一般に、本発明の発電装置は補強された圧電構造体と、電力調整モジュール等の部品を含む。［図2］および［図3］は圧電構造体の例を示す。電力調整モジュールの例は［図5］に示してある。［図1］、［図3A］および［図3B］は発電装置をタイヤ構造体中に組み込んだ実施例を示している。発電装置の電力はタイヤまたはホイール組立体内の電子部品への給電に使用される。［図7］はタイヤ電子部品システム（例えばセンサ、マイクロコントローラ）と、RF送信機の例を示している。発電装置とタイヤ電子部品システムとの相互作用の例は［図6A］および［図6B］を参照して説明する。また、［図8］はタイヤ電子部品システムから送信された情報を得るための遠隔受信機の実施例を示している。
【００２７】
本発明の開示技術の上記の例を選択的に組み合わせたものが本発明の種々の実施例に対応する。しかし、本発明の対象は本明細書で説明する各実施例に限定されるものではないことは理解できよう。一つの実施例の一部で説明された機構または操作を別の実施例と組合されて使用することでさらに別の実施例ができる。さらに、特定の機構を同じまたは類似機能を果たす類似装置または機構と置換することができるということは理解できよう。すなわち、特定の操作段階を他の操作と置換または組み合わせて使用でき、それによって回転するタイヤの機械エネルギーから電力を発生させるさらに別の実施例が得られる。
【００２８】
以下、本発明のタイヤまたはホイール組立体内に組み込まれる電子部品のための電力発生システムおよび方法の好ましい実施例を詳細に説明する。
［図1］は本発明の一つの実施例による自家発電式の電子部品12が組み込まれたタイヤ組立体10の全体の断面図である。発電装置（power generation device, 以下、PGD）14はタイヤ構造体16の内部に電子部品と一緒に設けられている。この電子部品はタイヤ組立体10内部で自家発電で駆動されるのが好ましい。
【００２９】
以下で説明する圧電材料を用いた本発明の発電装置はタイヤ組立体内部で電力が供給される点で従来法に比べて多くの利点を有する。すなわち、上記のアンテナビーム電力捕捉技術はタイヤ電子部品へ給電法の中で制約のある方法の1つではなくなる。同様に、多くのタイプのタイヤ電子部品の機能上の可能性が一般に増加する。発電に電池を使用する方法が必須ではなくなり、従って、コストのかかる厄介な電池交換は不要になる。本発明の発電装置技術を用いることでアンテナビーム電力捕捉法や電池を用いる方法は不要になるが、本発明の発電装置は圧電技術および／または電池および／またはアンテナビーム捕捉法を種々組み合わせてハイブリッドにしてホイール組立体内の種々の電子部品へ給電することができるということは理解できよう。
【００３０】
典型的なタイヤ構造体16は外側トレッド部18を支持するクラウン15と、ビード部22まで延びたサイドウォール20とによって特徴付けられる。サイドウォール20は一般に断面線17と19との間にわたって延び、タイヤクラウン15は2つの断面線19の間にわたって延びている。タイヤビード22は一般にタイヤ構造体16をホイール組立体のリムに効果的に取り付けできるようになっている。内側クラウン表面24と内側サイドウォール表面26とを含むタイヤの内側表面は気密材料のインナーライナーで形成されている。カーカス23はサイドウォール部20とクラウン15とを越えてビード22の間に延び、タイヤ圧下でタイヤの形状を規定し、トラクション力とステアリング力とを伝達する。ベルトパッケージ21は一般にタイヤ構造体内部にクラウン15に沿って設けられている。
【００３１】
［図1］のタイヤ組立体の実施例に示すように、PGD14はタイヤ構造体16の内側クラウン表面24上に取り付けることができる。この位置は一般に外側トレッド部18が地面に沿って移動した時にタイヤ構造体16が撓んだ時にPGD14内部の圧電繊維を駆動させるのに適した位置である。タイヤの撓みはタイヤ組立体10が移動した時の全体的な機械的振動と組合され、発電装置14内部の圧電繊維が電流を発生できるようにする。この電流はタイヤ電子部品12への給電用エネルギー蓄積装置で調整され、蓄積される。内側クラウン表面24は発電装置14を取り付けるための論理的位置であるが、PGD14を例えば内側サイドウォール表面26の位置に取り付けることもできるということは理解できよう。このように配置することによって特定用途の電子部品に十分な発電量を供給でき、しかも、本発明によるPGD14の内部の圧電繊維に加わる歪みを低下させることができる。さらに、PGD14をタイヤ構造体16の内部（例えばカーカス23と表面24および／または26に沿って延びたインナーライナーとの間）に取り付け、加硫することもできる。さらに、PGD14を追加のゴムまたはエラストマーのケーシング中に入れてからタイヤに接着したり、タイヤ内部に埋め込むことで追加的な保護を与えることもできる。こうしたケーシングを用いることでPGD14のタイヤへの接着が容易になる。ゴムのケーシングを支持用にPGD14の片側に隣接して取り付け、この支持体をタイヤ構造体の内側表面に接着することもできる。PGD14は各種の位置に配置できるので、「組み込む(integrated)」という用語は全ての可能な配置、例えばタイヤ構造体の表面または内部に取り付けることが含まれるということは理解できよう。PGD14によって給電される電子部品もタイヤ構造体の種々の位置（例えば上記の位置）に取り付けることができる。このように、「組み込む(integrated)」という用語はタイヤの電子部品に対して全ての可能な位置が含まれ、例えばタイヤ構造体上への取り付けまたはタイヤ構造体内部への埋込が含まれる。
【００３２】
PGD14は一般に2つの主要部品すなわち圧電パッチと、少なくとも1つのエネルギー蓄積装置を含む電力調整モジュールとを有する。圧電パッチは（当業者には周知であるように）タイヤの回転で生じる機械的歪みを受けて圧電材料中に電荷を発生させる。この電荷は電力調整モジュールへ送られ、得られた電流が整流され、調整され、蓄積してパワーエレクトロニクスでの使用するのが好ましい。
【００３３】
本発明が対象とする発電装置で利用可能な圧電材料としては圧電繊維複合構造体、例えば下記文献に記載のものが挙げられる。これらの特許の内容は参考として本明細書の一部を成す。
【特許文献１０】米国特許第5,869,622号明細書（Hagood，IV達）
【特許文献１１】米国特許第6,048,622号明細書（Hagood，IV達）
【００３４】
本発明で利用可能なアクティブ繊維複合体（AFC）の例としては「Continum Control Corporation」から市販の「Piezo Flex」ブランド法が挙げられる。このようなアクティブ繊維複合体は周知のモノリシックピエゾセラミック構造体よりも多くの利点を有し、作動および検知能力が向上した適合性のある頑丈な構造体になる。
【００３５】
［図2］は本発明の発電装置の実施例のAFC構造体28の等角図で、この圧電AFC構造体28は複数の圧電繊維30を含み、これらの圧電繊維は一方向に整合し、AFC構造体28を作動させ、この構造体に剛性を与えている。圧電繊維30はエポキシまたはポリマーの樹脂マトリックス32によって取り囲まれ、負荷伝達機構を介して損傷に対する許容度が与えられる。すなわち、圧電繊維30を樹脂マトリックス32中に埋め込むことによって圧電材料が受ける全ての機械的歪みをAFC構造体28の間に分散させることができる。各圧電繊維はそれらのほぼ平行な軸線方向配置を横切る共通ポーリング方向34を有する。
【００３６】
［図2］に示すように、繊維／樹脂マトリックス形の2つの対向する表面に沿って別々の各基板上に電極層を設けてAFC構造体28への電気の入力および出力を行うのが好ましい。［図2］の実施例では電極層36がフィンガ−ツ−フィンガ極性に互いに向き合わせて交互に配置したインターディジタル構造をしている。このようなインターディジタル構造の電極層36は当業者に周知のスクリーン印刷技術と銀入りエポキシ樹脂等の導電性インクとを用いて別体の基板層（例えばポリイミドまたはポリエステル）上にエッチングで形成することができる。［図2］のインターディジタル電極形構造はAFC構造体28の電気機械的応答の指向性を高め、高い電荷係数および結合係数を与えるように設計されている。より良い性能特性を得るためには電極36と繊維30との間の樹脂マトリックス32の量は最小にするのが好ましい。
【００３７】
AFC構造体中のタイヤ構造体に対する繊維の向きは本発明技術の一つの設計因子である。圧電繊維をタイヤの周方向に沿って向けると一般に圧電繊維が受ける引張歪は高くなるが、圧縮歪が低くなる。［図3A］のタイヤ組立体実施例10に示すように繊維を周方向に向けた場合には、AFC構造体28をタイヤ構造体16のクラウン部15に組み込むのが好ましい。繊維の向きをタイヤの半径方向に沿って向けると一次エネルギーの回収と半径方向歪みとを結合させることができる。この向きでは繊維を損う恐れは少なくなるが、繊維の圧縮減極の発生率が高くなる危険がある。［図3B］のタイヤ組立体実施例10に示すように、繊維を半径方向へ向けた時にはタイヤ構造体16の選択されたサイドウォール部20にAFC構造体28を組み込むのが好ましい。本発明の発電装置の圧電パッチをタイヤ構造体に沿って半径方向と周方向のどちらに向けるかはパッチの寸法およびパッチが使用される特定のタイヤ環境に基づいて決定できる。特に、圧電AFC構造体の最適配置および向きは各種の因子、例えばタイヤの１サイクルで所望の最大出力が得られ、半径方向対周方向の取付方向に沿ってピーク引張歪および圧縮歪が得られ、所定の時間でAFC構造体全体で歪の均一性が得られるように決定できる。
【００３８】
［図2］の実施例に示す圧電AFC構造体のより特異的な特徴は用途に合わせて調整できる。AFC構造体28の圧電繊維30は種々の圧電材料、例えば石英、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、ジルコン酸チタン酸鉛（PZT）、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)およびポリ塩化ビニル(PVC)を含むことができる。特定のPZT材料としてはPZT 5A、PZT 5H、PZT 4およびPZT 8が挙げられる。このような材料の例のいくつかはタイヤ構造体で使用するのに良く適しており、材料の選択は特定の性能特性に依存することは理解できよう。これらのおよびその他の圧電材料に関する技術の進歩によって所定の圧電材料を乗物用途で使用するのにより適したものにすることができる。従って、このような新たに開発された材料を本発明の発電装置に含めることは本発明の範囲に含まれる。例えば現在のPVDFエラストマーはタイヤ内の極端な状態に曝すのには適していなくても、技術の進歩によってより適したPVDF材料が作られることがある。
【００３９】
設計上の別の特定の制約は圧電繊維の直径38にある。この直径は一般に約1／3000インチ(ミル)〜約15ミルにすることができる。特定用途用に設計可能な他の特定寸法としてはインターディジタル層36の電極フィンガの幅40とピッチ42の寸法がある。電極フィンガ幅40は例えば約25ミルであり、電極ピッチ42は例えば約20ミル〜約100ミルである。本発明で使用する圧電AFC構造体全体の特定の実施例では、電極フィンガピッチが45ミルで、直径が10ミルのPZT-5A圧電繊維を有するインターディジタル電極を有する。
【００４０】
本発明の発電装置で使用される圧電AFC構造体の設計上のさらに別の制約は特定の用途でみられる。例えば、［図4］に示すように、追加の補強材を支持基板43に隣接して取り付けることによってAFC構造体28をさらに補強することができる。AFC構造体28は任意の周知方法で支持基板43に接着できる。AFC構造体28と支持基板43とを組み合わせることによって、AFC構造体28内の圧電繊維に生じる歪み力を機械的に容易に分散できる。AFC構造体28全体に歪を均一に分散することによって全ての圧電繊維は一般に同じ引張力下で作動する。歪レベルを例えばプレナ作動歪の約3500με以下に下げることによって圧電繊維を損傷させる力が減少し、AFC構造体の集合特性レベルが高まる。補強された圧電パッチはタイヤ構造体およびそれに対応する車両環境でより長期間耐えることができる。［図4］では基板43の寸法はAFC構造体28の寸法よりも大きく、電気的端子49を受けることができる。この電気的端子49はAFC構造体28の選択された電極部分に接続される。
【００４１】
支持基板43は歪をAFC構造体28全体にできるだけ均一に分散させる役目をするのが好ましいので、支持基板43も厚さおよび剛性レベルが均一であるのが好ましい。支持基板43の実際の厚さは本発明のPGDが組み込まれるタイヤ構造体で使用される材料のコイプに応じて設計できる。基板の厚さとタイヤ構造体用の弾性率との最適組合せは圧電パッチが正しく作動し、適切な方法でPGDとタイヤ構造体へ確実に組み込まれるように設計することである。本発明の実施例では剛性レベルを均一にするだけでなく、調整を容易にする。実施例の支持基板43は低いヒステリシスを有し、化学的に不活性で、タイヤ環境下で耐えることができる固有特性等を有する。支持基板43に適した材料の例は繊維ガラスまたは類似材料からなる印刷回路基板(PCB)材料である。支持基板43に適した材料の別の例は高弾性率ゴムコンパウンドである。
【００４２】
タイヤ構造体内に組み込む圧電パッチの寸法および加工特性に関してはさらにいくつかの設計上の制約がある。一般に圧電パッチの長さには制約はないが、70mm以上の長さのパッチは一定期間後および／またはある極端な状態に曝された時に破損し易いことが試験で分かっている。最大幅が約80mmのパッチが望まれる用途もある。［図4］を参照すると、圧電パッチ28の寸法は例えば長さ45が約35mmで、幅47が約50mmで、従って、面積が約1750mm2である。
【００４３】
この寸法は［図7］に示す少なくとも1つのマイクロコントローラ、複数のセンサおよびRF送信機を含むタイヤ電子部品組立体12を給電するのに十分なエネルギーを発生させるパッチ面積が得られるように決定されたものである。他の用途のタイヤ電子部品、例えば回転計で十分なエネルギーを発生させるパッチ面積は約750mm2である。本発明による最小パッチ面積は電力を必要とする電子装置の数およびタイプによって変わり、約750〜2500 mm2である。本発明では圧電パッチはさらに大きくできるが、そうするとある程度の動作の非効率化および／または繊維の損傷発生度の上昇につながることがあることは理解できよう。この特定の実施例では、長さがパッチ構造体28内の圧電繊維の長さと対応するようになっている。特定用途では圧電パッチの最大厚さ（電力調整モジュールは含まない）を約100μmにし、最大質量を約20g（圧電パッチと電力調整モジュールとを含む）にするのが望ましい。
【００４４】
圧電パッチをゴムパッチに結合させ、タイヤの内側に接着させるためには圧電パッチは一般に摂氏約170度の温度、約20バールの圧力に約30分間耐えることができ、さらに、摂氏約150度の温度、約20バールの圧力に約60分間耐えることができなければならない。これらの制約は適切な材料と接着技術によって変わりうることは理解できよう。さらに、本発明のPGDは摂氏マイナス約40度から摂氏約125度までの温度、時速約160キロの最大タイヤ速度および約10年または70万マイルの耐久性の運転条件に耐えられるのが好ましい。
【００４５】
圧電パッチ28以外のPGD14の第2の主要部品は電力調整モジュールである。［図５］にはその実施例が示してある。本発明の電力調整モジュールの主要な機能は圧電構造体28内で発生した電荷を整流し、調整し、蓄積することにある。一般に、電力調整モジュールは電力を回収するための各種電子部品に合わせて設計できる。本明細書のタイヤモニターシステムの実施例では［図５］の電力調整モジュールが所定の動的エネルギー要求量に合わせて設計される。特に、［図５］の電力調整モジュールは、電圧出力44が一般に約5ボルト、出力電圧44の最大リップルが±10ミリボルト、出力電圧44の最小デューテーサイクルが約60秒、出力電圧44の最大デューテーサイクルが約5秒になるように設計されている。［図５］の電力調整モジュールの実施例が作動する追加の設計条件は電子部品システムが回収する最大エネルギー要求量が約4ミリジュールで、電子部品システムが動作可能な時間が約25ミリ秒から約200ミリ秒の間である（これは電子部品システムの機能によって変わる）。
【００４６】
［図５］の電力調整モジュール実施例では、圧電構造体28の電極層36が整流器（例えばフルブリッジ整流器）46に並列接続されている。別の整流器の形態としてはダブル整流器またはN段増倍電圧整流器がある。整流器46から出た整流された信号は電解コンデンサ48に蓄積される。［図５］の電力調整モジュールでの使用に適した電解コンデンサ48の例は容量が約47μファラドのパナソニックTELシリーズのタンタルコンデンサである。他の電解コンデンサも本発明の電力調整モジュールの蓄積要素として同様に適している。他のエネルギー蓄積要素としては例えば再充電可能な固体電池、再充電可能な化学電池、スーパーコンデンサまたは非電解コンデンサがあり、用途に応じてこれらを電力調整モジュール用のエネルギー蓄積装置として用いることができる。
【００４７】
電解コンデンサ48（または他の適したエネルギー蓄積装置）に十分な量のエネルギーが蓄積された時に、FETトランジスタ50がスイッチの役目をしてコンデンサ(48)内に蓄積されたエネルギーを電圧調整器52に開放する。［図５］の実施例での使用に適した電圧調整器52の例はジュアルモードの5ボルトのプログラマブルマイクロパワーの線形電圧調整器、例えばMaxim Integrated Productsから市販のMAX666ブランドである。この電圧調整器は従来の電池式の電子部品システムで用いられていたもので、コンデンサ48の電圧を調整された5ボルトの出力電圧44に変換することができる。本発明では上記以外の他の電圧調整器、例えば多くの場合、線形調整器よりも効率がよいマイクロパワースイッチングレギュレータを使用することもできる。［図５］の電力調整モジュールには拡散金属酸化物半導体（DMOS）FETトランジスタ54と、ツェナーダイオード56とが追加されている。
【００４８】
トランジスタ50および54は最初はオフであり、トランジスタ54のドレインでアースが浮いているので、出力電圧44は供給されない。コンデンサ48が十分な電圧レベル（ツェナーダイオード56とトランジスタ50のベース−エミッター接合とによって決まる）まで充電すると、トランジスタ50がオンになり、トランジスタ54を作動させ、トランジスタ50をラッチングする。この時点でコンデンサ48は回路を通って5ボルトの調整出力44を電子部品システムへ放電する。一般に、出力電圧44が供給されるアプリケーションの電子部品の有効動作が終了したときには、電子部品システムから信号がレジスター60およびコンデンサ62を介して信号経路58に返され、電界効果トランジスター（FET）50をオフにし、トランジスタ54をオフにする。それによって再度コンデンサ48にエネルギーが蓄積され始まる。
【００４９】
本発明ではPGD14が発生したエネルギーを種々の装置または各種のタイヤ電子部品システム（Tire Electronics System, 以下、TES）に与えることができる。［図6A］および［図6B］はPGD14とTES12との間の相互作用の例を示している。
【００５０】
［図6A］では、TES12で所望の機能を果たすのに十分な電荷が得られるまで、エネルギーがPGDのエネルギー蓄積装置（例えばコンデンサ48）に蓄積される。発電サイクルの間にはTES12には給電されないままである。すなわち、エネルギーがPGD14のエネルギー蓄積装置に蓄積される速度によってTES12がアクティブにされタイミングが制御される。PGD14に十分なエネルギーが蓄積されると、供給電圧「Vdd」および接地電圧「Vss」がTES12に達する経路64および66に供給される。TES12はTES12内の電子部品が現在動作していることを示す「アクティブ」信号を経路58で返す。TES12内の所定の電子部品がそれぞれの作業を終わると、「アクティブ」信号が下がり、PGD14内のエネルギー蓄積装置は再度エネルギーを蓄積し始める。このサイクルはタイヤ組立体が所定の閾速度（一般に時速約20キロ）またはそれ以上の速度で回転している限り繰返される。
【００５１】
［図6B］に示した相互作用の例では、PGD14は上記の電圧「Vdd」および接地「Vss」信号をPGD14に蓄積されたエネルギーの量を表す「燃料計」信号と一緒にTES12に連続敵に出力する。電力がTES12に加えられると、マイクロプロセッサ、その他の適当な電子部品は周期的にそれ自身をアクティブ化し、PGD14からの「燃料計」信号をモニターすることができる。PGD14のエネルギー蓄積装置で十分な量のエネルギーが得られる場合には、TES12が特定の作業を行う。十分な量のエネルギーが得られない場合には、TES12は約1μA以下の電力を消費する低電力モードになる。その後、十分なエネルギーが蓄積されるまで燃料計信号が周期的にチェックされる。十分なエネルギーが蓄積されるのを待ち、特定の作業を行い、低電力モードに戻るというこのサイクルはタイヤが所定の閾速度またはそれ以上の速度で回転している限り、連続的に繰返される。
【００５２】
既に述べたように、TES12はタイヤまたはホイール組立体に含まれる部品の種類に応じて種々の電子アプリケーションを含むことができる。［図7］はタイヤ電子システム12の特定の電子部品組立体の例である。この電子部品組立体はタイヤ構造体内の温度および圧力を測定し、その測定結果を無線周波数（RF）送信機68によって遠隔受信機へ送信するタイヤモニターシステムの役目をする。本発明で使用する送信機および受信機モジュールの例はRadiometrix Ltd.から市販のTX2およびRX2ブランドのUHF FM Data Transmitter and Receiver Modulesである。
【００５３】
［図6A］および［図6B］で説明した5ボルトの電力信号「Vdd」、接地信号「Vss」、および「アクティブ」信号または「燃料計」信号はPGD14からマイクロコントローラ70へ送られるのが好ましい。本発明で使用するのに適したマイクロコントローラの例はマイクロチップブランドPIC16LF876 28-pin CMOS RISCマイクロコントローラである。このマイクロコントローラ70は入力路64に電力が加わると、アクティブ化される。次に、このマイクロコントローラ70は温度センサ72と圧力センサ74の両方（およびTES12内の任意の追加センサまたは適当な電子装置）に電力を与える。本発明で使用するのに適した温度センサ72の例はNational Semiconductorから市販のLM50 SOT-23 Single-Supply Centigrade Temperature Sensorである。本発明で使用するのに適した圧力センサ74の例はICSensors and Measurement Specialities Inc.から市販のModel 1471 PC Board Mountable Pressure Sensorである。追加センサ76、78、80を用いることによってタイヤ構造体またはそれに対応するホイール組立体の追加の特性をそれぞれ測定することができる。
【００５４】
［図7］のTES12の実施例のさらに別の部品は再充電可能な電池81である。この再充電可能な電池はPGD14の圧電構造体28が発生する電荷を受けるためと、タイヤ電子部品または車両の他の電子装置のための追加のエネルギーを蓄積するように設計することもできる。本発明で使用される再充電可能な電池の例はInfinite Power Solutionsから市販のLiteStarブランドの再充電可能な固体電池である。再充電可能な電池81は一般にコンデンサ48のような他の蓄積装置よりも長期間エネルギーを蓄積することができる。再充電可能な電池81に蓄積されたエネルギーを圧電繊維の作動によって発生する電力が十分でないときにマイクロコントローラ70へ送ることができる。このような状態は例えば車両が静止している時またはタイヤを車両から取外したときに起こり得る。例えば、地上整備員が旅客機の静止したタイヤの空気圧を検査するときにTES12へ給電するのに蓄積されたエネルギーが必要となることがある。また、車両からタイヤが取外されているときにタイヤの在庫または再生タイヤの管理のための情報を入手可能にするために再充電可能な電池81でTES12へ電力を供給することもできる。
【００５５】
［図7］のTES12をさらに参照すると、マイクロコントローラ70は複数のセンサ72〜80からそれぞれの情報を受信し、その情報をデジタル情報に変換するアナログ・ディジタル（A/D）変換器を備えるのが好ましい。マイクロコントローラ70はさらに、タイヤまたはホイール組立体を識別するのに十分な情報を提供する唯一の識別タグを蓄積するメモリ、好ましくは不揮発性EEPROMを有するのが好ましい。これらの識別変数は商業用途のタイヤおよび車両、例えばトラック輸送群、旅客機等の追跡で使用できる。マイクロコントローラ70は、複数のセンサ72〜80からそれぞれ所望の情報を入手し、デジタル情報に変換した後、センサへの電力を遮断して、ライン82、84を介してRF送信機68へ電力を供給するのが好ましい。次いで、所望のデジタル化された情報がデータライン86を介してRF送信機68に出力され、ここでデータがFM搬送信号で変調され、アンテナ88を介して遠隔受信機へ送信される。
【００５６】
本発明の発電技術で給電可能なタイヤ電子部品組立体の追加の実施例としては、［図7］のTES12よりも少ない数の部品を組み合わせたもの、または、単一の部品、例えば回転計、単一のセンサ、再充電可能な電池または閃光装置からなるものが挙げられる。
【００５７】
本発明の自家動力式の電子部品を備えたタイヤ組立体を使用する車両は各タイヤ組立体から無線送信された情報を得るための単一の受信機を備えるのが好ましい。
［図8］は本発明による遠隔受信機90の例を表すブロック図である。受信アンテナ92を用いることによって各ホイール組立体から送信された情報の受信が容易になる。この情報はRF受信機94へ中継される。受信された情報はこの受信機で搬送信号から復調され、経路96を介して信号処理装置98に出力される。RF受信機94から出力された搬送波検出信号は単一経路100を介して信号処理装置98へ送られる。RF受信機94から出力されたデータおよび搬送波検出信号は信号処理装置98で一緒に増倍されてスプリアスノイズのない信号を得るのが好ましい。誤り確率が低下したこのデータ信号は次にドライバ回路へ送られ、ドライバ回路ではこのデジタル信号をRS232インターフェース102を介したホストコンピュータ104への送信に適した電圧レベルの信号に変換するのが好ましい。ホストコンピュータ104では端末エミュレーションソフトウェアを用いてRS232インターフェース102を介して受信したデータを一般ユーザが使い易い情報、例えば表示モジュールで読むことのできる情報に変換するのが好ましい。
【００５８】
本明細書に具体的に開示した以外の電子装置を本発明の発電技術では利用できるということは理解できよう。例えば、温度、圧力および識別情報以外の各種情報を遠隔位置に送信することが考えられる。その例としてはタイヤの回転数、タイヤの変位量、車両速度およびタイヤ構造体に加わる静的および動的な力のレベルが挙げられる。上記米国特許第5,749,984号明細市には本発明の対象と一緒に使用可能なタイヤモニターシステムの他の例が開示されている。この特許の内容は本明細書の一部を成す。
【００５９】
本発明のタイヤ電子部品システムを車両の正確な位置を示すための衛星航法システム（GPS）と組み合わせることもできる。また、圧電PGDをホイール組立体内のパワー力光組立体またはフィードバックシステムの給電に使用することもできる。本発明によって給電可能な電子部品アプリケーションは莫大な数にのぼり、本発明対象が特定な用途に限定されるものではない。
【００６０】
以上、特定な実施例を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明では上記実施例を変更、変形し、均等物に置換できるということは当業者には理解できよう。従って、上記の開示は単なる例であって本発明がそれに限定されるものではなく、本発明は変更、変形および／または追加を除外するものではないということは当業者には理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の自家動力式電子部品が組み込まれた一実施例の空気タイヤ構造体全体の断面図。
【図２】本発明の発電装置、特に圧電構造体の一実施例の等角図。
【図３Ａ】空気タイヤ構造体に対する圧電パッチの一つの向きを示す本発明のタイヤ組立体の一実施例の等角図。
【図３Ｂ】空気タイヤ構造体に対する圧電パッチの別の向きを示す本発明のタイヤ組立体の一実施例の等角図。
【図４】本発明の発電装置、特に圧電構造体の支持基板の一実施例の等角図。
【図５】本発明の別の発電装置、特に電力調整モジュールの一実施例の概念図。
【図６Ａ】本発明の発電装置とタイヤ電子部品システムとを含む、タイヤ構造体に組み込まれた自家動力式電子部品と、それらの相互作用を示す一実施例のブロック図。
【図６Ｂ】本発明の発電装置とタイヤ電子部品システムとを含む、タイヤ構造体に組み込まれた自家動力式電子部品と、それらの相互作用を示す別の実施例を示すブロック図。
【図７】本発明のタイヤ電子部品システムの一実施例を示すブロック図。
【図８】本発明の遠隔受信機の一実施例を示すブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2005525265.tif 000013
2005525265.tif 000014
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