(57)【要約】【課題】安価かつ簡素な構造で、耐久性に優れた電力発生装置を提供する。【解決手段】この電力発生装置は、タイヤの内側に組み付けられ、タイヤの機械エネルギーから電力を発生するものであって、第１電極を有する第１電極構造体および第２電極を有する第２電極構造体と、第１電極構造体と第２電極構造体とを、互いの対向距離が可変となるように、固定する固定部と、を備える。  各電極構造体の少なくとも一方は、対向面側に静電気を生じるための帯電体を有し、第１電極構造体は、タイヤに固定されるとともに、第２電極構造体は、第１電極構造体に対して可動するようにされている。  そして、タイヤの変形に応じて、帯電体が、対向する電極構造体と接触することにより静電気を生じるとともに、タイヤの変形に応じて、各電極構造体の間の対向距離が広がることにより、第１電極および第２電極の間に電圧を生じる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤ（１００）の内側に組み付けられ、回転する前記タイヤの機械エネルギーから電力を発生する電力発生装置であって、
対向する一対の電極構造体（１５，１６）としての、第１電極（１１）を有する第１電極構造体（１５）および第２電極（１２）を有する第２電極構造体（１６）と、
前記第１電極構造体と前記第２電極構造体とを、互いの対向距離が可変となるように、固定する固定部（１７）と、
を備え、
前記第１電極構造体および前記第２電極構造体の少なくとも一方は、対向面側に静電気を生じるための帯電体（１３，１４）を有し、
前記第１電極構造体は、前記タイヤに固定されるとともに、
前記第２電極構造体は、前記第１電極構造体に対して可動するようにされ、
前記タイヤの変形に応じて、前記帯電体が、対向する前記電極構造体と接触することにより静電気を生じるとともに、
前記タイヤの変形に応じて、前記第１電極構造体と前記第２電極構造体との間の対向距離が広がることにより、前記第１電極および前記第２電極の間に電圧を生じることを特徴とする電力発生装置。
【請求項２】
前記タイヤは、地面と接触して変形するタイヤ樹脂体（１１０）と、その内部に、前記タイヤ樹脂を補強するためのベルト（１２０）と、を有し、
前記第１電極構造体は、前記ベルトが前記第１電極となるように前記タイヤ樹脂体の内部に埋め込まれて配置されることを特徴とする請求項１に記載の電力発生装置。
【請求項３】
前記第１電極構造体は、前記帯電体としての第１帯電体（１３）を有し、前記第１帯電体が前記タイヤ樹脂体に相当することを特徴とする請求項２に記載の電力発生装置。
【請求項４】
前記第２電極構造体は、前記帯電体としての第２帯電体（１４）を有し、前記第２帯電体が前記タイヤ樹脂体に相当することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電力発生装置。
【請求項５】
前記ベルトを複数有し、
前記第２電極構造体は、前記第１電極に相当する前記ベルトとは別の前記ベルトが前記第２電極となるように前記タイヤの内部に埋め込まれて配置されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の電力発生装置。
【請求項６】
前記帯電体は前記タイヤ樹脂体に相当することを特徴とする請求項５に記載の電力発生装置。
【請求項７】
前記タイヤにおけるサイドウォール部（１００Ｃ）に配置され、
前記第１電極と前記第２電極の対向方向が、前記サイドウォール部の内壁における法線方向であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力発生装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力発生装置（１０）と、
前記電力発生装置が内側に配置されるタイヤ（１００）と、を備えることを特徴とするタイヤ組立体。
【請求項９】
前記タイヤに固定され、前記タイヤの回転に応じて前記電力発生装置とともに運動する錘部（５００）を有し、
前記タイヤ、前記電力発生装置、および、前記錘部から成る系の重心が前記タイヤの回転軸（Ｌ）上に位置することを特徴とする請求項８に記載のタイヤ組立体。
【請求項１０】
タイヤの機械エネルギーから電力を発生する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力発生装置（１０）と、
前記電力発生装置により生じた電力を蓄積するバッテリ（４３０）と、
前記バッテリから電力が供給され、外部に対して所定の信号を出力する電子装置（４１０）と、
前記電子装置が出力する前記信号を前記タイヤの外部に無線送信する無線機（４２０）と、を備えることを特徴とする自律発電システム。
【請求項１１】
前記電子装置は、前記タイヤに関する物理量を検出するセンサであり、前記信号は、前記物理量に関する情報であることを特徴とする請求項１０に記載の自律発電システム。
【請求項１２】
前記物理量は、前記タイヤの内側の空気圧、もしくは、前記タイヤまたはタイヤの内側の温度であることを特徴とする請求項１１に記載の自律発電システム。
【請求項１３】
外部に設けられ、前記信号を受信する受信機と、前記信号の受信回数を計数するカウンタと、を有する電子制御部を備え、
前記電子装置は、前記タイヤの変形に応じて発生する電圧が、所定の閾電圧を超えるごとに、前記信号を出力するとともに、
前記無線機は、前記電圧が前記閾電圧を超えるごとに、前記電子装置によって出力された前記信号を前記受信機に向けて無線送信し、
前記電子制御部は、前記カウンタにより計数された受信回数と、計数した時間に基づいて、前記タイヤの回転数を算出することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の自律発電システム。
【請求項１４】
タイヤの機械エネルギーから電力を発生する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力発生装置（１０）と、
前記電力発生装置から電力が供給され、外部に対して所定の信号を出力する電子装置（４１０）、
前記電子装置が出力する前記信号を前記タイヤの外部に無線送信する無線機（４２０）と、
外部に設けられ、前記信号を受信する受信機と、前記信号の受信回数を計数するカウンタと、を有する電子制御部と、を備え、
前記電子装置は、前記タイヤの変形に応じて供給される電圧が、所定の閾電圧を超えるごとに、前記信号を出力するとともに、
前記無線機は、前記電圧が前記閾電圧を超えるごとに、前記電子装置によって出力された前記信号を前記受信機に向けて無線送信し、
前記電子制御部は、前記カウンタにより計数された受信回数と、計数した時間に基づいて、前記タイヤの回転数を算出することを特徴とする自律発電システム。
【請求項１５】
前記電子装置は、前記タイヤに関する物理量を検出するセンサであり、前記信号は、前記物理量に関する情報であることを特徴とする請求項１４に記載の自律発電システム。
【請求項１６】
前記物理量は、前記タイヤの内側の空気圧、もしくは、前記タイヤまたはタイヤの内側の温度であることを特徴とする請求項１５に記載の自律発電システム。
【請求項１７】
前記電力発生装置および前記電子装置は、それぞれ、前記タイヤの回転方向に沿って等間隔に複数形成されることを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の自律発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転するタイヤのエネルギーから電力を発生する電力発生装置、それを備えたタイヤ組立体および自律発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１のように、回転するタイヤの機械エネルギーから電力を発生するタイヤ組立体が知られている。このタイヤ組立体は、電荷の発生に寄与する圧電装置を有し、その圧電装置がタイヤ組立体内の電子部品に電力を供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５１３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電装置には、一般的にＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた圧電体が用いられるが、ＰＺＴが環境に有害とされる鉛を含むという問題がある。この問題に対しては、鉛フリーであるニオブ酸ナトリウムカリウム等の代替物質を圧電体として用いることで対応できるが、ＰＺＴのように一般的に用いられる圧電体に較べて得られる電力が小さい。そして、電力を大きくするために圧電装置を大きくすると、コスト高になるという問題がある。すなわち、高電力化のための面積の拡張が困難であるという問題がある。
【０００５】
また、圧電装置では、固体である圧電体の伸縮によって電力を生じさせる。回転するタイヤのように、大きな加速度の変化を受ける環境下においては、圧電体が破損して電力の供給ができなくなる虞がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、安価で耐久性に優れた電力発生装置を提供することを目的とする。また、このような電力発生装置を備えたタイヤ組立体および自律発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、タイヤ（１００）の内側に組み付けられ、タイヤの機械エネルギーから電力を発生する電力発生装置であって、対向する一対の電極構造体（１５，１６）としての、第１電極（１１）を有する第１電極構造体（１５）および第２電極（１２）を有する第２電極構造体（１６）と、第１電極構造体と第２電極構造体とを、互いの対向距離が可変となるように、固定する固定部（１７）と、を備え、第１電極構造体および第２電極構造体の少なくとも一方は、対向面側に静電気を生じるための帯電体（１３，１４）を有し、第１電極構造体は、タイヤに固定されるとともに、第２電極構造体は、第１電極構造体に対して可動するようにされ、タイヤの変形に応じて、帯電体が、対向する電極構造体と接触することにより静電気を生じるとともに、タイヤの変形に応じて、第１電極構造体と第２電極構造体との間の対向距離が広がることにより、第１電極および第２電極の間に電圧を生じることを特徴としている。
【０００９】
これによれば、第１電極構造体と第２電極構造体との間で静電気を生じさせ、両者の間に電位差を生じさせることができる。すなわち、第１電極構造体と第２電極構造体との間に静電エネルギーを蓄積することができる。そして、この帯電によって生じた静電エネルギーをバッテリに蓄積したり、電子装置の駆動に用いたりすることができる。すなわち、コスト高の原因である圧電体を用いることなく発電することができる。また、剛性の高い圧電体を用いる従来の構成に較べて、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係るタイヤ組立体の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１におけるＩＩ領域を拡大した詳細を示す断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ領域を拡大した断面図において空隙を生じた状態を示す図である。
【図４】図２におけるＩＩＩ領域を拡大した断面図において空隙が消失した状態を示す図である。
【図５】電力発生装置および自律発電システムの概略構成を示す図である。
【図６】第２実施形態に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】変形例１に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図８】変形例１に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図９】変形例２に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図１２】第４実施形態に係るタイヤ組立体の概略構成を示す断面図である。
【図１３】その他実施形態に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図１４】第５実施形態に係る電力発生装置および自律発電システムの概略構成を示す図である。
【図１５】タイヤ回転数の算出方法を示す概略図である。
【図１６】第６実施形態に係る自律発電システムの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。なお、図３，４，５〜１１は、いずれも図２におけるＩＩＩ領域に相当する部分の拡大断面図である。
【００１２】
（第１実施形態）
最初に、図１〜図５を参照して、本実施形態に係る電力発生装置の概略構成について説明する。
【００１３】
本実施形態における電力発生装置は、例えば車両に搭載され、車両内のバッテリに充電したり、電子装置に電力を供給したりするものである。図１および図２に示すように、例えばこの電力発生装置１０は、タイヤ１００の内側に組み付けられる。車両が走行するとタイヤ１００は回転運動を行い、それに伴って路面から外力を受けることによって変形する。電力発生装置１０は、タイヤ１００の変形による機械エネルギーを電力に変換する。
【００１４】
なお、図１は、タイヤ１００における回転軸に沿う断面を図示したものである。また、図２は、図１におけるＩＩ領域を拡大したものであり、紙面上方を車両の進行方向としたとき、タイヤ１００の前方左側の部分のみを図示している。また、上記した電子装置とは、例えば、タイヤの空気圧を検出する圧力センサおよび圧力センサの制御部であり、タイヤ１００の内側に配置されるが、図２では電子装置やバッテリの図示を省略する。
【００１５】
まず、図１および図２を参照して、電力発生装置１０が組み付けられるタイヤ１００について簡単に説明する。本実施形態におけるタイヤ１００は一般的によく用いられるものであり、詳細の記載は省略する。
【００１６】
タイヤ１００は、図１に示すように、車輪のホイールリム２００を丸く囲むようにホイールリム２００に固定されている。図２に示すように、タイヤ１００は、トレッド部１００Ａ、ショルダ部１００Ｂ、サイドウォール部１００Ｃ、および、ビード部１００Ｄに分類することができる。トレッド部１００Ａは路面と接触する部分であり、後述のタイヤ樹脂体１１０の厚さがもっとも厚くなっている。ショルダ部１００Ｂはトレッド部１００Ａに隣接する部分であり、車両が旋回運動を行う際に路面と接する。サイドウォール部１００Ｃはショルダ部１００Ｂに隣接する部分であり、路面には接触しないが、路面から受ける衝撃を緩和する目的で屈曲する部分である。ビード部１００Ｄはタイヤ１００をホイールリム２００に固定する部分である。
【００１７】
タイヤ１００は、弾性変形可能なタイヤ樹脂体１１０と、タイヤ樹脂体１１０を補強して剛性を向上させるベルト１２０と、タイヤ樹脂体１１０を保持するとともに、タイヤ１００の受ける荷重や衝撃に対する耐久性を向上させるカーカス１３０と、を有している。
【００１８】
タイヤ樹脂体１１０は、合成ゴムや天然ゴムを主成分とし、カーボンや硫黄等の配合剤が混合された混合物から成り、弾性変形可能とされている。タイヤ樹脂体１１０は、ホイールリム２００との間に空気を充填するための中空部３００が形成されるように、ビード部１００Ｄにおいてホイールリム２００に固定されている。
【００１９】
ベルト１２０は、金属のワイヤー、例えば鋼のワイヤーを編んで帯状に形成され、タイヤ樹脂体１１０の内部に埋設されている。ベルト１２０は、トレッド部１００Ａからショルダ部１００Ｂを経てサイドウォール部１００Ｃの一部に至る部分に、タイヤ１００の周方向（回転方向）に張られている。
【００２０】
カーカス１３０は、例えばポリアミド系やポリエステル系の繊維から成り、タイヤ樹脂体１１０の内部のうち、ベルト１２０と中空部３００の間に埋設されている。カーカス１３０は、進行方向に対して左側のビード部１００Ｄから、図示しない右側のビード部まで延びて形成され、タイヤ１００の骨格として機能している。
【００２１】
また、タイヤ１００は、ビード部１００Ｄにビード１４０を有している。ビード１４０は高炭素鋼を束ねた構造を成している。このビード１４０はタイヤ樹脂体１１０をホイールリム２００に固定するとともに、カーカス１３０の両端を固定している。
【００２２】
次いで、図２および図３を参照して、電力発生装置１０の概略構成について説明する。
【００２３】
電力発生装置１０は、図２に示すように、タイヤ１００の内側、すなわち、タイヤ１００とホイールリム２００とに囲まれて形成される中空部３００に配置されている。電力発生装置１０は、タイヤ１００におけるサイドウォール部１００Ｃに固定されている。このように、電力発生装置１０は、タイヤ１００とともにタイヤ組立体を構成している。
【００２４】
電力発生装置１０は、図３に示すように、平板状の第１電極１１と、第１電極１１と対向する第２電極１２と、を有する。第１電極１１における第２電極１２との対向面には第１帯電体１３が形成されている。また、第２電極１２における第１電極１１との対向面には第２帯電体１４が形成されている。すなわち、第１帯電体１３と第２帯電体１４は互いに対向配置されている。
【００２５】
第１電極１１と第１帯電体１３は接合されて一体の第１電極構造体１５を成している。同様に、第２電極１２と第２帯電体１４は接合されて一体の第２電極構造体１６を成している。そして、第１電極構造体１５と第２電極構造体１６は、互いの端部同士が固定部１７によって固定されている。第１電極構造体１５は、固定部１７とともにタイヤ１００に固定されている。より具体的には、第１電極構造体１５を構成する第１電極１１がタイヤ樹脂体１１０に図示しない接着材を介して固定されている。第２電極構造体１６は、固定部１７により固定された部分を固定端として、自由に変形可能な膜状となっている。第２電極構造体１６はタイヤ１００の変形に応じて形を変えることができる。このため、第２電極構造体１６は、固定部１７により固定された部分を除いて、第１電極構造体１５に対する対向距離が、タイヤ１００の変形に応じて可変となっている。
【００２６】
第１電極構造体１５は、例えば、第１帯電体１３としてのポリエチレン膜上に、第１電極１１として金（Ａｕ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）が蒸着されて形成されている。一方、第２電極構造体１６は、第２帯電体１４としてのナイロン膜上に、第２電極１２として金（Ａｕ）もしくはアルミニウム（Ａｌ）が蒸着されて形成されている。本実施形態において、第１電極構造体１５および第２電極構造体１６は、互いに合同な平板形状の膜である。
【００２７】
固定部１７は、例えば、シリコーン系の接着材である。固定部１７は、第１電極構造体１５および第２電極構造体１６の縁部同士を互いに接着しつつ、電力発生装置１０をタイヤ１００に固定している。なお、本実施形態における電力発生装置１０は、第１電極構造体１５と第２電極構造体１６の対向方向が、電力発生装置１０の設置面の法線方向を向くように固定されている。
【００２８】
次いで、図３および図４を参照して、電力発生装置１０の動作について説明する。
【００２９】
図３は、タイヤ１００が進行方向に応力を受けて、つぶれるように変形した場合を図示している。このような状態では、サイドウォール部１００Ｃが進行方向に対して左側に凸になるように変形する。換言すれば、サイドウォール部１００Ｃが中空部３００から外側に凸になるように変形する。これにより、第２電極構造体１６が撓むように変形し、第１電極構造体１５との間に空隙ＡＧが形成される。
【００３０】
一方、タイヤ１００が受けていた応力が減少すると、サイドウォール部１００Ｃは伸びるように変形する。このため、図４に示すように、撓んでいた第２電極構造体１６が張るように変形する。これにより、空隙ＡＧは消失する。換言すれば、第１電極構造体１５と第２電極構造体１６が接触する。より詳しくは、第１帯電体１３と第２帯電体１４とが接触する。
【００３１】
路面との接触によってトレッド部１００Ａが受けた応力はサイドウォール部１００Ｃに伝達されてサイドウォール部１００Ｃの変形に寄与する。走行中の車両におけるタイヤ１００は、常に回転運動をしているため、トレッド部１００Ａにおけるある一点は、路面との間で接触と離間を繰り返す。すなわち、サイドウォール部１００Ｃは、タイヤ１００の回転に伴って周期的に伸縮を繰り返す。換言すれば、第１帯電体１３および第２帯電体１４は、周期的に接触と離間を繰り返す。
【００３２】
次いで、図５を参照して、電力発生装置１０における発電原理、および、作用効果について説明する。なお、以下の説明では、説明の簡便性を考慮し、第１電極１１および第２電極１２が、互いに平行を維持する平行平板であると仮定する。
【００３３】
上記したように、第１帯電体１３と第２帯電体１４は接触と離間を繰り返す。第１帯電体１３と第２帯電体１４が接触すると静電気を生じる。これにより生じた電荷の面密度（以下、電荷密度と示す）をσとすると、第１電極１１と第２電極１２との間に生じる電場ＥはＥ＝σ／εである。ここで、εは第１帯電体１３、第２帯電体１４および空隙ＡＧの各誘電率を考慮にいれた全体としての誘電率である。
【００３４】
一方、第１電極１１と第２電極１２との間の電位差Ｖは、電場Ｅが一定であるから、Ｖ＝Ｅｄである。ここで、ｄは、図５に示すように、第１帯電体１３と第２帯電体１４とが離間したときの対向距離である。したがって、第１帯電体１３と第２帯電体１４が互いに接触して電荷密度σをもって帯電した状態から、互いの対向距離がｄになるまで離間した際に各帯電体１３，１４に蓄積されるエネルギーＵは、数式１により表される。
【数１】
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【００３５】
なお、Ｃは、第１電極１１と第２電極１２とを電極とみなしたときのコンデンサの静電容量であり、Ｓは第１電極１１および第２電極１２の面積である。
【００３６】
図２〜図４においては、電子装置およびバッテリの図示を省略したが、本来、電力発生装置１０には、図５に示すように、電子回路４００が接続されている。電子回路４００は、電子装置としての圧力センサ４１０、圧力センサ４１０から出力される出力信号を外部に送信する無線機４２０、バッテリ４３０、および全波整流用のダイオード４４０有している。各帯電体１３，１４に蓄積されるエネルギーＵは、バッテリ４３０に蓄積される、あるいは、圧力センサ４１０に供給される電力となる。このように、本実施形態では、電力発生装置１０と電子回路４００とによって、自律発電システムが構築されている。
【００３７】
数式１によれば、エネルギーＵは、第１帯電体１３と第２帯電体１４の対向距離ｄに比例する。よって、この電力発生装置１０は、タイヤ１００の変形に起因する、第１帯電体１３と第２帯電体１４は接触と離間の繰り返しによって、発電を行うことができる。この電力発生装置１０は、一対の電極構造体１５，１６を重ね合わせただけの簡素な構成であって、高コストの主な原因である圧電体を用いる必要がないため、製造コストを抑制することができる。また、従来のように圧電体を用いる場合、剛性の高い圧電体の伸縮を発電に利用するため、経年劣化等により圧電体が応力割れを生ずる虞があった。一方、この電力発生装置１０は、第１電極構造体１５に対して相対的に可変の第２電極構造体１６を有する構成であるため、応力割れ等を生ずることがない。このため、電力発生装置１０の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
なお、一般的に、走行時のタイヤ１００は、サイドウォール部１００Ｃの変形量がもっとも大きい。本実施形態のように、電力発生装置１０をサイドウォール部１００Ｃに配置することにより、第１帯電体１３と第２帯電体１４の対向距離ｄを大きくすることができる。とくに、第１電極構造体１５と第２電極構造体１６の対向方向が、電力発生装置１０の設置面の法線方向を向くようにすることにより、対向距離ｄをほぼ最大にすることができる。
【００３９】
また、数式１によれば、エネルギーＵは、第１電極１１および第２電極１２の面積Ｓに比例する。従来でも、圧電体の大きさを大きくすることで発電量を大きくすることは可能であったが、コストが著しく増大するという問題があった。これに対して、本実施形態に係る電力発生装置１０は、高コストの主な原因である圧電体を用いないため、コストを抑制しつつ、各電極１１，１２、ひいては各電極構造体１５，１６の面積の増大を容易に行うことができる。
【００４０】
さらに、数式１によれば、エネルギーＵは、電荷密度σの二乗に比例する。すなわち、帯電量の増大に伴って充電量も増大する。このため、第１帯電体１３および第２帯電体１４の選び方によって、発電量を調整することができる。例えば、第１帯電体１３および第２帯電体１４の組み合わせとして、帯電列において離れた位置にある材料を選べば発電量を大きくすることができる。
【００４１】
（第２実施形態）
本実施形態では、電力発生装置１０の一部が、タイヤ１００の構成要素を兼用する例を示す。例えば、図６に示すように、タイヤ１００におけるベルト１２０が、電力発生装置１０における第１電極１１を兼用するようにすることができる。
【００４２】
この電力発生装置１０とタイヤ１００からなるタイヤ組立体は、ベルト１２０のうちタイヤ樹脂体１１０から中空部３００に露出した部分に第２電極構造体１６が固定されている。第２電極構造体１６は、第１実施形態と同様に、固定部１７によりタイヤ１００に固定され、固定部１７を固定端として、中央部が自由変形可能なようになっている。第２電極構造体１６は、第２電極１２と第２帯電体１４が貼り合わされて成る。このため、タイヤ１００の変形に伴って、第１電極１１としてのベルト１２０と第２帯電体１４とが接触と離間とを繰り返す。これにより、第１実施形態と同様に、発電を行うことができる。このような構成においては、電力発生装置１０の一部が、タイヤ１００の構成要素を兼用することができるため、電力発生装置１０、ひいてはタイヤ組立体の製造に係り、省材料化を実現することができる。
【００４３】
（変形例１）
第２実施形態の変形例として、図７に示すように、ベルト１２０のうちタイヤ樹脂体１１０から中空部３００に露出した部分に、第１帯電体１３を配置することもできる。第１帯電体１３は、第１電極１１としてのベルト１２０に貼り合わされている。この構成では、タイヤ１００の変形に伴って、第１帯電体１３と第２帯電体１４とが接触と離間とを繰り返す。
【００４４】
第１帯電体１３は任意の材料を選ぶことができるが、図８に示すように、第１帯電体１３として、タイヤ１００の構成要素であるタイヤ樹脂体１１０を用いることができる。これによれば、上記例のようにベルト１２０をタイヤ１００の中空部３００に露出させることなく、電力発生装置１０を構成することができる。換言すれば、タイヤ１００の内壁に、第２電極構造体１６を固定部１７により固定するだけで電力発生装置１０を構成することができる。
【００４５】
（変形例２）
また、タイヤ１００におけるベルト１２０を電力発生装置１０における第１電極１１と兼用させることに加えて、図９に示すように、タイヤ樹脂体１１０が電力発生装置１０における第２帯電体１４を兼用する構成とすることもできる。
【００４６】
この構成では、ベルト１２０より中空部３００側のタイヤ樹脂体１１０のうち、電力発生装置１０が構成される部分が、ベルト１２０から剥離している。そして、剥離したタイヤ樹脂体１１０の中空部３００側に第２電極１２が貼り合わされている。これにより、タイヤ樹脂体１１０のうち、剥離された部分は、自由変形可能となる。このため、タイヤ１００の変形に伴って、第１電極１１としてのベルト１２０と第２帯電体１４としてのタイヤ樹脂体１１０が接触と離間とを繰り返す。これにより、第１実施形態と同様に、発電を行うことができる。
【００４７】
なお、この変形例においては、ベルト１２０における第２帯電体１４との対向面に第１帯電体１３を有さない構成について示したが、タイヤ樹脂体１１０と異なる材料の帯電体を配置することもできる。
【００４８】
（第３実施形態）
本実施形態では、図１０に示すように、タイヤ樹脂体１１０の内部において、ベルト１２０が第１のベルト１２０ａと第２のベルト１２０ｂの２層構造になっている例について説明する。ベルト１２０が２層構造となっていることにより、電力発生装置１０は、第１のベルト１２０ａが、電力発生装置１０における第１電極１１を兼用し、第２のベルト１２０ｂが、第２電極１３を兼用する構成とすることができる。
【００４９】
この構成では、第１のベルト１２０ａと第２のベルト１２０ｂの間に位置するタイヤ樹脂体１１０の一部が除去されており、ベルト１２０ｂがベルト１２０ａに対して相対的に変位できるようになっている。すなわち、タイヤ１００の変形に伴って、ベルト１２０ａとベルト１２０ｂとの間に空隙ＡＧが生じたり消失したりする。本実施形態では、第１電極１１としての第１のベルト１２０ａにおける、第２のベルト１２０ｂとの対向面に第１帯電体１３が形成されている。このため、タイヤ１００の変形に伴って、第１帯電体１３と第２電極１２としての第２のベルト１２０ｂとが接触と離間とを繰り返す。
【００５０】
なお、上記例では、第１のベルト１２０ａにおける第２のベルト１２０ｂとの対向面に第１帯電体１３が形成される例を示したが、第２電極１２としての第２のベルト１２０ｂに帯電体を設け、これを第２帯電体１４としてもよい。
【００５１】
また、上記例では、タイヤ１００の構成要素とは別に第１帯電体１３が形成される例について示したが、図１１に示すように、第１帯電体１３をタイヤ樹脂体１１０で兼用させてもよい。また、タイヤ樹脂体１１０を第２のベルト１２０ｂに貼り合わせて第２帯電体１４として兼用させてもよい。
【００５２】
（第４実施形態）
上記した各実施形態では、電力発生装置１０がサイドウォール部１００Ｃに形成される例について説明したが、電力発生装置１０の設置位置は任意である。また、設置数も任意である。本実施形態における電力発生装置１０は、図１２に示すように、タイヤ１００の重心Ｐに対して点対称となるように２つ配置されて、タイヤ１００とともにタイヤ組立体を構成している。
【００５３】
本実施形態では、タイヤ組立体の左右のバランスを保つため、タイヤ１００の内側に錘部５００が設置されている。錘部５００もタイヤ１００の重心点Ｐに対して点対称となるように２つ配置されている。この構成においては、タイヤ１００、２つの電力発生装置１０、および、２つの錘部から成る系の重心がタイヤ１００の回転軸Ｌ上に位置するようになっている。このため、タイヤ１００の回転性能を損なうことなく、電力発生装置１０をタイヤ１００の内側に設置することができる。
【００５４】
なお、錘部５００は、タイヤ組立体全体の重心を調節する役割を有するものであるから、電力発生装置１０の質量と大差のないものであればいかなるものでもよい。電子回路４００を錘部５００に替えてもよいし、単なる金属塊であってもよい。
【００５５】
（第５実施形態）
上記した各実施形態における自律発電システムは、電力発生装置１０と電子回路４００とから構成されている例を示した。本実施形態では、図１４に示すように、自律発電システムが、これらの要素に加えて、電子制御装置６００を備える例を示す。電子制御装置６００は、例えばエンジンＥＣＵなどであり、圧力センサ４１０から得られる空気圧の情報を車両の制御に利用したり、車両の運転者に対して空気圧に関する情報を表示したりする。
【００５６】
本実施形態における電子制御装置６００は、受信機６１０とカウンタ６２０とを有している。
【００５７】
受信機６１０は、電子回路４００における無線機４２０が無線送信した信号を受信する。この信号は、電子装置たる圧力センサ４１０が検出した空気圧の情報である。つまり、圧力センサ４１０が検出した、ある時刻におけるタイヤ１００の内側の圧力値が、無線機４２０を介して受信機６１０に送信される。
【００５８】
カウンタ６２０は、受信機６１０で受信される信号の受信回数を計数する。
【００５９】
また、本実施形態における電子回路４００は、第１実施形態における構成に加えて、電位差検出部４５０と、比較器４６０と、を有している。
【００６０】
電位差検出部４５０は、タイヤ１００の変形に起因して生じる、第１電極１１と第２電極１２の間の電圧（電位差Ｖ）を検出する。
【００６１】
比較器４６０は、電位差検出部４５０により検出された、第１電極１１と第２電極１２の間の電位差Ｖと、所定の閾電圧Ｖｒｅｆとを比較する。比較器４６０は、Ｖ＞Ｖｒｅｆなる条件において、圧力センサ４１０と無線機４２０に対してトリガー信号を出力する。
【００６２】
圧力センサ４１０は、該トリガー信号が入力されると空気圧の情報を取得し、その信号を無線機４２０に出力する。無線機４２０は、空気圧に関する情報を含む信号を受信機６１０に向けて送信する。
【００６３】
つまり、圧力センサ４１０は、タイヤ１００の変形に応じて発生する電圧Ｖが、所定の閾電圧Ｖｒｅｆを超えるごとに、空気圧の情報を含む信号を出力する。そして、無線機４２０は、電圧Ｖが閾電圧Ｖｒｅｆを超えるごとに、上記信号を受信機６１０に向けて無線送信する。
【００６４】
そして、電子制御部６００は、図１５に示すように、カウンタ６２０により計数された信号の受信回数ｎと、計数に要した時間ｔと、に基づいてタイヤ１００の回転数を算出する。具体的には、タイヤ１００の回転数がｎ／ｔにより算出される。
【００６５】
このように、本実施形態に係る自律発電システムでは、圧力センサ４１０が取得する空気圧の信号の個数を利用して、回転数に関するセンサを用いることなく、タイヤ１００の回転数を計測することができる。
【００６６】
（変形例３）
なお、第５実施形態において、無線機４２０が受信機６１０に送信する信号として、電子装置として圧力センサ４１０が取得した空気圧の情報を用いる例を示したが、該信号としては、空気圧のような物理量が必ずしも必要というわけではない。
【００６７】
例えば、電子装置は、タイヤ１００の変形に応じて発生する電圧Ｖが、所定の閾電圧Ｖｒｅｆを超えるごとに、Ｖ＞Ｖｒｅｆを示す情報のみを報せる信号を出力する。そして、無線機４２０は、電圧Ｖが閾電圧Ｖｒｅｆを超えるごとに、上記信号を受信機６１０に向けて無線送信する。
【００６８】
このような構成では、無線機４２０が受信機６１０に対して送信する信号に、物理量の情報は含まれていないが、電子制御装置６００におけるカウンタ６２０は信号の受信回数ｎを計数することができ、計数に要した時間ｔも計測可能である。よって、電子制御装置６００はタイヤ１００の回転数を算出することができる。
【００６９】
（第６実施形態）
第５実施形態およびその変形例（変形例３）において、電力発生装置１０および電力発生装置１０に接続された電子回路４００が、等間隔に複数形成されているとよい。
【００７０】
具体的には、図１６に示すように、電力発生装置１０および電力発生装置１０に接続された電子回路４００が、それぞれ、タイヤ１００の回転方向に沿って４８個形成されている。
【００７１】
これによれば、タイヤ１００が１回転するうちに、電子制御装置６００には４８個のパルス信号が入力されることになる。よって、例えば悪路等に起因して幾つかの信号が送信されなかった場合であっても、信号のパルス周期、換言すればタイヤ１００の回転数を４８パルスの平均値として算出することができる。したがって、回転数の算出精度を向上させることができる。
【００７２】
また、回転数センサを用いる従来の回転数検出方法においても、回転数センサが電子制御装置に対して送信するパルス数は４８であり、電力発生装置１０および電力発生装置１０に接続された電子回路４００の数を４８個に設定すれば、従来の電子制御装置の回転数検出のための機構をそのまま流用することができる。
【００７３】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００７４】
第１実施形態、第２実施形態およびその変形例１（図３〜図８）において、第２帯電体１４を有する構成について示したが、第１電極構造体１５が第１帯電体１３を有する構成であれば、必ずしも第２帯電体１４が形成されている必要はない。第２帯電体１４が形成されない構成では、第１帯電体１３と第２電極１２とが互いに接触と離間を繰り返すことにより電力を得ることができる。
【００７５】
また、第１電極１１、第２電極１２、第１帯電体１３、および第２帯電体１４の材料はそれぞれ任意に選択することができる。互いに接触と離間を繰り返す組み合わせにおいて、静電気を生じる組み合わせであれば、いかなる材料を採用してもよい。
【００７６】
また、図１３に示すように、タイヤ１００が、異なる材料の複数のタイヤ樹脂体１１０ａ，１１０ｂから構成される場合には、第１帯電体１３を第１のタイヤ樹脂体１１０ａが兼用し、第２帯電体１４を第２のタイヤ樹脂体１１０ｂが兼用するようにしてもよい。
【００７７】
また、上記した各実施形態では、電子装置としてタイヤ１００の空気圧を検出する圧力センサ４１０を例示したが、この例に限定されない。電子装置が検出すべき物理量は任意であり、例えば、電子装置はタイヤ１００の内側やタイヤ１００自体の温度を検出する温度センサであってもよい。
【００７８】
また、上記した各実施形態では、電子回路４００がバッテリ４３０を有する構成について示したが、電力発生装置１０が発生させた電力は電子装置にも供給されるので、バッテリ４３０は必ずしも必要ではない。
【符号の説明】
【００７９】
１０…電力発生装置
１１…第１電極，１２…第２電極，１３…第１帯電体，１４…第２帯電体
１７…固定部
１００…タイヤ
１１０…タイヤ樹脂体，１２０…ベルト，１３０…カーカス，１４０…ビード
２００…ホイールリム
４００…電子回路
５００…錘部
６００…電子制御装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015077958.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2015077958.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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