(57)【要約】【課題】発電装置が移動した後に発電装置が静止しても、発電することができる慣性を利用した発電装置及びその発電装置を利用したタイヤ内圧検出装置を提供すること【解決手段】発電装置１１は、長尺状のケース１２を備えている。同ケース１２にはコイル１９が巻設されている。また、ケース１２の内部は、ケース１２に対して慣性により摺動可能な永久磁石１３が付勢部材１４に付勢されて配置された摺動空間１５となっている。そして、発電装置１１は、ケース１２がその長さ方向に加速又は減速して変位した際に、慣性により永久磁石１３が付勢部材１４の付勢に抗してコイル１９と相対的に移動することで生ずるコイル１９の起電力により発電する。次に、その状態からケース１２が静止すると、発電装置１１は、付勢部材１４に蓄積された弾性エネルギーにより永久磁石１３が摺動空間１５を移動して発電する。従って、発電装置１１は静止中でも発電することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、
前記ケース内に配置され、該ケース内を往復移動自在に配置された磁石部材と、
前記磁石部材に対して該磁石部材の移動方向に付勢する付勢部材と、
前記磁石部材の移動する経路に対応するケースの周囲に巻装されたコイルとを備え、
前記ケースが所定方向に加速又は減速して変位するときに、前記磁石部材が前記ケースに対して慣性により前記ケース内を前記付勢部材の付勢に抗して移動することにより、
前記コイルに起電力を発生する構成とされたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記ケースの内面又は前記磁石部材のうち少なくともいずれか一方には、前記ケースの内面と前記磁石部材との摩擦抵抗を低減する減摩剤が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記ケースは、長軸を備え、
前記磁石部材は、前記ケースの長さ方向に往復移動する構成とされたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記付勢部材は、一端は前記ケースの長さ方向の端部に支持され、他端は前記磁石部材を付勢するコイルスプリングから形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
タイヤ内の空気圧を計測する検知部と、
タイヤ側に設けられ、該検知部の検知に基づいて無線信号を送信する送信部と、
前記検知部及び送信部に対して電力供給を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段に対して請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発電装置と
を備えたことを特徴とするタイヤ内圧検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電装置及びタイヤ内圧検出装置に係り、詳しくは慣性を利用した発電装置及びその発電装置を利用したタイヤ内圧検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えば自動車等のタイヤに配置され、タイヤの空気圧を検知するタイヤプレッシャセンサ等のように、負荷を外部から電力供給困難に配置せざるを得ないような場合がある。そこで、このような場合、従来から、例えば、回転体の回転を利用して発電する発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
すなわち、図７に示すように、タイヤの回転中心近傍に配置された発電装置５１は、円環部５２とその円環部５２に巻設されたコイル体５３とを備えている。前記円環部５２は、その内部が滑走空間５４とされた中空の部材として形成されている。また、滑走空間５４には、磁石からなる滑走体５５が前記円環部５２に対して摺動滑走可能に配置されている。
【０００４】
そして、発電装置５１では、タイヤが回転を始めると、それに伴って円環部５２も回転する。その一方で、前記滑走空間５４に配置された滑走体５５は、慣性によって前記円環部５２内を滑走しつつその場に留まる。従って、磁石からなる滑走体５５が、回転する円環部５２に一体となるように固定されたコイル体５３に対して、相対的に変位することとなる。その結果、電磁誘導により、コイル体５３に起電力が生じ、前記発電装置５１は、図示しないトランス、ブリッジ、フィルタ等を介して、安定した電力として供給するというものであった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２５８２３４号公報（段落番号「０００８」〜「００３２」、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１の発電装置５１には、次のような問題があった。すなわち、発電装置５１がコイル体５３に起電力を得るには円環部５２の回転が必要であるが、その円環部５２はタイヤが回転している間にのみ回転する構成となっていた。そのため、自動車が停車し、タイヤが回転しないような状態では、前記発電装置５１は全く発電を行うことができないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、発電装置が移動した後に発電装置が静止しても、発電することができる慣性を利用した発電装置及びその発電装置を利用したタイヤ内圧検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、ケースと、前記ケース内に配置され、該ケース内を往復移動自在に配置された磁石部材と、前記磁石部材に対して該磁石部材の移動方向に付勢する付勢部材と、前記磁石部材の移動する経路に対応するケースの周囲に巻装されたコイルとを備え、前記ケースが所定方向に加速又は減速して変位するときに、前記磁石部材が前記ケースに対して慣性により前記ケース内を前記付勢部材の付勢に抗して移動することにより、前記コイルに起電力を発生する構成とされたことを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置において、前記ケースの内面又は前記磁石部材のうち少なくともいずれか一方には、前記ケースの内面と前記磁石部材との摩擦抵抗を低減する減摩剤が塗布されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発電装置において、前記ケースは、長軸を備え、前記磁石部材は、前記ケースの長さ方向に往復移動する構成とされたことを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発電装置において、前記付勢部材は、一端は前記ケースの長さ方向の端部に支持され、他端は前記磁石部材を付勢するコイルスプリングから形成されていることを要旨とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の発電装置とを備えたことを要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
【００１４】
図２に示すように、発電装置１１は、長尺状をなし、両端が閉塞された円筒形状のケース１２を備えている。すなわち、ケース１２は、図１において、左右方向に延びる長軸を備えている。また、絶縁材からなるケース１２の表面１２ａには、導体からなるコイル１９が閉回路を形成して巻設されている。本実施形態のコイル１９は、整流回路１６を介してバッテリ１７と接続されることにより閉回路を形成している。なお、発電装置１１、整流回路１６及びバッテリ１７をまとめて説明する場合には充電機構１８と呼ぶ。なお、充電機構１８は、蓄電手段に相当する。
【００１５】
図１に示すように、ケース１２の内部は、ケース１２に対して慣性により摺動可能な永久磁石１３が付勢部材１４に付勢されて配置された摺動空間１５となっている。なお、本実施形態では、永久磁石１３は磁石部材に相当する。
【００１６】
永久磁石１３は、ケース１２の内径よりも小さい径を有する球体状をなし、ケース１２の内面１２ｂに対して１点にて接触している。また、ケース１２の内面１２ｂ及び永久磁石１３には、内面１２ｂと永久磁石１３との摩擦抵抗を低減する例えば潤滑油等の減摩剤（図示しない）が塗布されており、永久磁石１３がケース１２に対して円滑に摺動し得るようになっている。また、永久磁石１３は、付勢部材１４の付勢力によりケース１２の長さ方向の略中央に配置するように付勢されている。なお、以下、説明上、永久磁石１３が付勢部材１４により付勢される位置を中立位置と呼び、永久磁石１３が中立位置に位置する状態を中立状態と呼ぶ。
【００１７】
付勢部材１４は、ケース１２の内径よりも小さい径を有するステンレス製のコイルスプリングからなり、ケース１２の長さ方向に永久磁石１３を挟んで２つ設けられている。各付勢部材１４の一端はケース１２の端面１２ｃにそれぞれ固着支持されている。そして、他端は永久磁石１３にそれぞれ固着されている。なお、付勢部材１４たるコイルスプリングのバネ係数は、ケース１２が長さ方向に加速又は減速して変位するときに、永久磁石１３が摺動空間１５を長さ方向に摺動し得る設定とされている。
【００１８】
なお、本実施形態の永久磁石１３は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、２つのコイルスプリングたる付勢部材１４のいずれか一方が最も縮んだ状態（最縮小状態）になるまで、ケース１２の長さ方向に往復動可能とされている。そのため、本実施形態における永久磁石１３の移動する経路とは、ケース１２内にて形成され、片側の付勢部材１４が最縮小状態になった場合における永久磁石１３の位置から、残りの付勢部材１４が最縮小状態になった場合における永久磁石１３の位置までの路をいう。
【００１９】
次に、発電装置１１の作用について説明する。
まず、ケース１２が、図１に示す中立状態から長さ方向のいずれか一方に加速した場合、永久磁石１３は慣性によりその場に留まろうとする。従って、永久磁石１３は、ケース１２に対して相対的に移動し、摺動空間１５をケース１２の加速する方向とは反対方向に内面１２ｂと摺接しつつ各付勢部材１４の付勢に抗して移動する。一方、ケース１２が、中立状態から長さ方向のいずれか一方に減速した場合、永久磁石１３は慣性によりその場に留まろうとする。従って、永久磁石１３は、ケース１２に対して相対的に移動し、摺動空間１５をケース１２の減速する方向と反対方向に内面１２ｂと摺接しつつ付勢部材１４の付勢に抗して移動する。
【００２０】
すなわち、ケース１２が長さ方向のいずれか一方に加速した場合と減速した場合とでは逆の現象が生ずる。例えば、図１に示す中立状態から、ケース１２が右方向に加速して移動すると、図３（ａ）に示すように、永久磁石１３は慣性により摺動空間１５を左方向にケース１２と相対的に移動することとなる。また、ケース１２が左方向に移動する状態にてケース１２が減速する場合にも、永久磁石１３は慣性により摺動空間１５を左方向にケース１２と相対的に移動する。
【００２１】
一方、図１に示す中立状態から、ケース１２が左方向に加速して移動すると、図３（ｂ）に示すように、永久磁石１３は慣性により摺動空間１５を右方向にケース１２と相対的に移動することとなる。また、ケース１２が右方向に移動する状態にてケース１２が減速する場合にも、永久磁石１３は慣性により摺動空間１５を右方向にケース１２と相対的に移動する。
【００２２】
その結果、図３（ａ），（ｂ）に示すように、永久磁石１３が２つの付勢部材１４の付勢に抗して位置する状態になると、各付勢部材１４は中立状態から伸縮した変位分の２乗に比例した弾性エネルギーを蓄積する。そして、この状態で、ケース１２が長さ方向に定速運動（静止状態を含む。）を行うと、永久磁石１３は各付勢部材１４の付勢力により中立位置に戻ろうとする。そして、永久磁石１３は、各付勢部材１４に蓄積された弾性エネルギーが永久磁石１３の運動エネルギー等に全て変換されるまで、中立位置を中心として長さ方向に反復運動を行う。従って、永久磁石１３は、ケース１２が全く移動しない状態でも付勢部材１４に蓄積された弾性エネルギーを利用することにより、ケース１２と相対的に変位する。
【００２３】
そして、以上のように永久磁石１３がケース１２に対して相対的に移動する際には、永久磁石１３はケース１２に巻設されたコイル１９に対しても相対的に移動している。その結果、コイル１９内部の磁場が変化してコイル１９内の電荷が移動する電磁誘導の作用により、コイル１９に起電力が生ずる。すなわち、発電装置１１は、永久磁石１３が慣性によりケース１２と相対的に移動することによってコイル１９に生じた起電力で発電する。
【００２４】
次に充電機構１８の作用について説明する。
発電装置１１のコイル１９にて生じた起電力は、永久磁石１３がコイル１９に対して相対的に移動する方向により正又は負の起電力となる。そのため、発電装置１１は、図２に示すように、整流回路１６にて整流した後にバッテリ１７に充電する。
【００２５】
さて、次に、自動車に用いられ、充電機構１８を備えたタイヤ内圧検出装置２１について図４に基づいて説明する。なお、図４において、説明上、車体及びタイヤの一部を省略して示している。
【００２６】
図４に示すように、タイヤ内圧検出装置２１は、タイヤ２２側に設けられた充電機構１８、検知部２３及び送信部２４とを備えている。
充電機構１８は、タイヤ２２のリム２６の車体２７側に固着されている。また、本実施形態の充電機構１８の発電装置１１は、図５に示すように、その軸方向がリム２６の接線方向と一致するように配置され、タイヤ２２の回転の角加速度による慣性を利用して発電する構成とされている。従って、充電機構１８は、タイヤの回転速度の変化によって発電し充電する。そして、充電機構１８のバッテリ１７は、検知部２３及び送信部２４と電気的に接続され、電力を供給可能となっている。
【００２７】
図４に示すように、検知部２３は、その一端がタイヤ２２内に位置するように、リム２６にねじ込んで設置され、タイヤの内圧を検知する。また、検知部２３の他端には、送信部２４が設けられており、電気的に接続されている。そして、検知部２３は、タイヤ２２の内圧の検知した結果を検知信号として送信部２４に伝達する。また、送信部２４は、検知部２３による検知信号を車体２７側に設けられた受信部２５に無線信号として送信する。
【００２８】
図４に示すように、受信部２５は、車体２７側に設けられた図示しないバッテリから電力を得ている。また、受信部２５は、電線２５ａにて車体２７側に設けられた図示しないシステム本体と電気的に接続され、送信部２４から受信した無線信号を検知信号として伝達する。そして、前記システム本体は、前記検知信号に基づいて、例えば車内に設けられた所定の表示部等にてランプを点灯させることにより乗員に所定の報知を行う。
【００２９】
次にタイヤ内圧検出装置２１の作用について説明する。
さて、自動車が停車状態から走行状態になると、タイヤ２２の回転速度は加速または減速等が行われることにより変化する。その結果、充電機構１８の発電装置１１は発電し、バッテリ１７に電力を供給して充電する。その一方で、バッテリ１７は、充電された電力によって検知部２３及び送信部２４に電力を供給する。また、バッテリ１７による検知部２３及び送信部２４への電力供給量よりも、発電装置１１による発電量のほうが大きい場合の過剰発電量は、バッテリ１７の充電のみに使用される。また、一般的に、自動車は通常の走行をしていてもスピードは絶えず変化している。そのため、走行状態でもタイヤ２２の回転速度は変化し、発電装置１１は発電を行う。
【００３０】
次に、自動車が走行状態から停車状態になる場合にも、減速が行われるため、同様に発電装置１１は発電を行う。そして、完全に停車状態になるとタイヤ２２の回転速度は変化せず発電装置１１に慣性は働かないが、発電装置１１は各付勢部材１４に蓄積された弾性エネルギーによって停車状態でも発電を行う。すなわち、発電装置１１は、停車状態でも、各付勢部材１４に蓄積された弾性エネルギーにより永久磁石１３が摺動空間１５をコイル１９に対して相対的に移動することによる電磁誘導の作用により発電する。そして、発電装置１１は、付勢部材１４の弾性エネルギーが全て消費されるまで永久磁石１３の前記反復運動により発電をし続ける。
【００３１】
一方、充電機構１８は、発電装置１１が発電している間、検知部２３及び送信部２４に絶えず電力を供給している。また、発電装置１１の発電がされない状態でも、バッテリ１７の電力を利用して検知部２３及び送信部２４に電力を供給する。
【００３２】
そして、検知部２３は、充電機構１８から電力供給がされる間、間欠的にタイヤ２２の内圧を検知する。また、送信部２４は、充電機構１８から電力供給がされる間、間欠的に受信部２５に無線信号を送信する。そして、前記システム本体は、受信部２５が無線信号を受信する間、ドライバに対して所定の報知を行う。
【００３３】
従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、発電装置１１を、コイル１９が巻設されたケース１２の内部に、付勢部材１４により中立位置に付勢された永久磁石１３を配置する構成とした。そして、永久磁石１３を、ケース１２が加速又は減速して変位する場合には、付勢部材１４の付勢に抗してケース１２及びコイル１９と相対的に移動する構成とした。
【００３４】
従って、発電装置１１は、ケース１２が加速又は減速して変位する際に、コイル１９に生ずる起電力により発電することができるとともに、付勢部材１４が弾性変形することにより弾性エネルギーを蓄積することができる。その結果、発電装置１１は、ケース１２が静止中であっても、永久磁石１３が、付勢部材１４に蓄積された弾性エネルギーにより、中立位置を中心にケース１２の長さ方向に往復運動を行うことによって発電することができる。また、タイヤ内圧検出装置２１の検知部２３及び送信部２４は、自動車が停車中であっても、発電装置１１の発電により充電機構１８から電力を得ることができる。
【００３５】
（２）上記実施形態では、ケース１２の内面１２ｂ及び永久磁石１３に、内面１２ｂと永久磁石１３との摩擦抵抗を低減する減摩剤を塗布した。
従って、永久磁石１３がケース１２内を慣性により摺動する際に、円滑に摺動することができる。その結果、永久磁石１３とケース１２の内面１２ｂとの摩擦エネルギーによるエネルギー損失を減らすことができ効率的な発電を行うことができる。
【００３６】
（３）さらに上記実施形態では、永久磁石１３を球体状に形成した。
従って、円筒状のケース１２に対して滑らかに接触するため、直方体状の永久磁石に具体化した場合等と比較して、さらに摩擦エネルギーによるエネルギー損失の軽減を図ることができる。
【００３７】
（４）上記実施形態では、永久磁石１３が付勢部材１４により付勢される中立位置を、ケース１２における長さ方向の略中央にした。
従って、永久磁石１３を、中立状態から、長さ方向のいずれにもケース１２と相対的に移動させることができる。
【００３８】
（５）上記実施形態では、永久磁石１３を２つの付勢部材１４により長さ方向に挟んで付勢した。
従って、永久磁石１３を、いずれか一方の付勢部材１４のみによって付勢する場合と比較して、より正確に中立位置に位置させることができる。
【００３９】
（６）上記実施形態では、発電装置１１にて発電した電力は一旦バッテリ１７に充電され、同バッテリ１７から検知部２３及び送信部２４に電力を供給する構成とした。
【００４０】
従って、検知部２３及び送信部２４は、自動車が停車状態であり、かつ、発電装置１１が発電しない状態でもバッテリ１７から電力を得ることができる。その結果、タイヤ内圧検出装置２１は、自動車が停車状態であり、かつ、発電装置１１が発電しない状態でもドライバに対し所定の報知を行うことができる。
【００４１】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、永久磁石１３を２つの付勢部材１４により付勢したが、付勢部材１４の数は何個でもよい。
【００４２】
○上記実施形態では、付勢部材１４をコイルスプリングとしたが、例えばゴム等のようなの他の付勢部材に具体化してもよい。
○上記実施形態では、ケース１２を長尺状に形成するとともに、永久磁石１３をケース１２に対してその長さ方向に相対的に移動させる構成としたが、ケース１２を長尺状に形成しなくてもよい。
【００４３】
○上記実施形態では、ケース１２の内面１２ｂ及び永久磁石１３に、内面１２ｂと永久磁石１３との摩擦抵抗を低減する減摩剤を塗布したが、ケース１２の内面１２ｂ及び永久磁石１３のいずれか一方のみに減摩剤を塗布してもよい。また、減摩剤を塗布しなくてもよい。
【００４４】
○上記実施形態では、永久磁石１３を球体状としたが、例えば直方体状等のような他の形であってもよい。
○上記実施形態では、発電装置１１を、その軸方向がリム２６の接線方向と一致するように配置し、タイヤ２２の回転の角加速度による慣性を利用して発電する構成としたが、図６（ａ）に示すように、タイヤ２２の径方向に沿うように配置してもよい。このようにした場合には、永久磁石１３は、タイヤ２２の遠心力により、ケース１２に対してその長さ方向に相対的に移動することとなる。
【００４５】
○上記実施形態では、ケース１２を円筒状に形成したが、例えば矩形状をなす箱体等のような他の形状であってもよい。また、図６（ｂ）に示すように、ケース１２をタイヤ２２の周方向に沿うように円弧状に形成してもよい。このようにすれば、上記実施形態のように発電装置１１をタイヤ２２に取り付けるような場合において、ケース１２の長さ方向の長さを設置スペースに対して効率的に確保することができ、永久磁石１３の摺動距離を長くすることができる。その結果、上記実施形態の場合と比較して、発電装置１１の発電量を増大させることができる。
【００４６】
○上記実施形態では、永久磁石１３の付勢部材１４により付勢される中立位置をケース１２の長さ方向の略中央としたが、どこでもよい。
○上記実施形態では、発電装置１１にて発電した電力を、バッテリ１７を介して、タイヤ内圧検出装置２１の検知部２３及び送信部２４に供給したが、バッテリ１７を省略して供給してもよい。
【００４７】
○上記実施形態では、ケース１２を絶縁性部材から形成したが、導電性部材から形成してもよい。この場合には、コイル１９は直接ケース１２に巻設されず、例えば、ケース１２を覆った絶縁性部材からなるシートや、絶縁膜からなる絶縁コートを施した上で巻設されることとなる。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、発電装置が移動した後に発電装置が静止しても、発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発電装置の一実施形態を示す断面図。
【図２】図１の発電装置をバッテリに接続した回路を示す説明図。
【図３】（ａ），（ｂ）は、図１の発電装置の作用を説明する断面図。
【図４】本発明のタイヤ内圧検出装置の一実施形態を示す一部断面模式図
【図５】図１の発電装置とタイヤの配置関係を示す模式図。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本発明の別例を示す模式図。
【図７】従来の発電装置を示す部分断面図。
【符号の説明】
１１…発電装置、１２…ケース、１２ｂ…内面、１２ｃ…端面、１３…永久磁石、１４…付勢部材、１８…蓄電手段としての充電機構、１９…コイル、２１…タイヤ内圧検出装置、２２…タイヤ、２３…検知部、２４…送信部、２７…車体。
【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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