(57)【要約】【課題】タイヤ内圧警報装置等、車輪に設けられられた機器に電力を供給するための実用的な車輪装着起電力発生装置を提供し、これらの機器を用いたシステムにおける、電池の早期消耗に起因する前述の問題を解消するとともに、起電力発生装置を用いた表示装置および温度異常検出装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】車輪装着起電力発生装置を車輪のリムに取り付け、車輪装着起電力発生装置をペルチエ素子と、ペルチエ素子により生成された起電力を出力する両端子とを含んで構成し、このペルチエ素子の高温側をタイヤ内圧部の気体に直接的に、もしくは高熱伝導媒体を介して間接的に接触させ、低温側をタイヤ外の気体に直接的に、もしくは高熱伝導媒体を介して間接的に接触させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪のリムに取り付けられるとともに、ペルチエ素子と、ペルチエ素子により生成された起電力を出力する両端子とを具えてなり、このペルチエ素子の高温側をタイヤ内圧部の気体に直接的に、もしくは高熱伝導媒体を介して間接的に接触させ、低温側をタイヤ外の気体に直接的に、もしくは高熱伝導媒体を介して間接的に接触させてなる車輪装着起電力発生装置。
【請求項２】
タイヤ内圧部に配設されるとともに、ペルチエ素子の前記低温側の高熱伝導媒体をリムを含んで構成してなる請求項１に記載の車輪装着起電力発生装置。
【請求項３】
タイヤ内圧部に配設されるとともに、ペルチエ素子の前記低温側の高熱伝導媒体を、少なくとも一方の端がタイヤ外に配置されこの端からリムを貫通してタイヤ内圧部に延在するヒートパイプを含んで構成してなる請求項１に記載の車輪装着起電力発生装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の車輪装着起電力発生装置と、この装置の出力端子に接続された表示用ランプとを具え、表示用ランプを車輪の車両外側側面に取り付けてなる表示装置。
【請求項５】
請求項１〜３に記載の車輪装着起電力発生装置と、この装置の出力端子間の電圧を測定する電圧計と、この電圧計の測定値に応じてタイヤ内圧部の温度に関する情報を車体側に発信する発信器とを具えてなる温度異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輪に設けられられたタイヤ内圧警報装置等の電気機器に電源を供給するための車輪装着起電力発生装置、これを用いた表示装置および温度異常検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧の異常を運転者に知らせるため、車両のリムに取り付けられ、圧力センサでタイヤの空気圧を検出し、空気圧に関する情報を電波により車両側に設けた受信機に送信するタイヤ内圧警報装置は知られているが、このタイヤ内圧警報装置は車輪の回転部分に取り付けられているため、車体の非回転部分に電源を設けて、ここから、圧力センサを駆動するための電力や、電波を送信するための電力を供給することは難しく、電池をタイヤ内圧警報装置に内蔵して、この電池から電力の供給を行っている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このタイヤ内圧警報装置は、タイヤの空気圧をチェックして正常であることを確認するという本来の機能からして、圧力測定や測定結果の送信は、常に所定時間以下の間隔で行う必要があり、その電力消費を抑制することが難しいことに加え、車輪の回転のバランスを崩さないためには、タイヤ内圧警報装置は軽量でなければならず、そのため電池の大きさや容量にも限度があり、電池の早期消耗が問題となっている。かといって、電池がその寿命に達する度に、タイヤとリムとに囲繞されたタイヤ内空部に取り付けられているタイヤ内圧警報装置の電池を交換するために、わざわざ、タイヤをリムから取り外すことは実用的ではない。この問題を解決するため電池の高寿命化、あるいは、タイヤ内圧警報装置の省電力化の開発が進められているが、いまだに十分満足するものは得られていない。
【０００４】
また、電池の代わりに車体側から車輪側に電力を供給する方法として、回転する車輪と車軸の間を直接配線で接続することができないので、これら同士をスリップリングで摩擦接触させこのスリップリングを通して電力を供給することが考えられるが、この方法は、スリップリングの摩耗が激しくて実用的ではない。
【０００５】
さらに、タイヤ内圧のほかにも、タイヤの状態、例えば、タイヤの各部の温度や変形を監視して、これらに異常もしくは異常の前兆が検知された場合にはこれを運転者に知らせるシステムも種々提案されているが、これらの状態を監視するセンサは回転するタイヤに設けられなければならず、しかもこれらの状態は常に所定時間以下の間隔でチェックされる必要があり、この場合も、電池の寿命に起因する問題があり、さらに、タイヤの状態を連続的に検知するセンサにあっては、電池だけではこの消費電力を十分供給できない場合もあり、これらのセンサに電力を供給する方法が未解決の問題となっていて未だ実用化されていない。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３５５２０３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤ内圧警報装置等、車輪に設けられられた機器に電力を供給するための実用的な車輪装着起電力発生装置を提供し、これらの機器を用いたシステムにおける、電池の早期消耗に起因する前述の問題を解消するとともに、起電力発生装置を用いた表示装置および温度異常検出装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成ならびに作用を以下に示す。
【０００９】
請求項１に記載の車輪装着起電力発生装置は、車輪のリムに取り付けられるとともに、ペルチエ素子と、ペルチエ素子により生成された起電力を出力する両端子とを具えてなり、このペルチエ素子の高温側をタイヤ内圧部の気体に直接的に、もしくは高熱伝導媒体を介して間接的に接触させ、低温側をタイヤ外の気体に直接的に、もしくは高熱伝導媒体を介して間接的に接触させてなるものである。
【００１０】
タイヤの走行に伴って、タイヤはその繰り返し変形により内部発熱しタイヤ内圧部の気体の温度は上昇し、タイヤの内外で大きな温度差を生成する。本発明に係るこの車輪装着起電力発生装置は、タイヤ内外に生成される温度差を利用して、ペルチエ素子の高温側と低温側との間に温度差を発生させこの温度差により生じた起電力を取り出し、この装置の両端子間に起電力を出力するものであり、この装置によれば、この装置自身が回転する車輪のリムに取り付けられているので、この装置の出力端子を車輪上に設けられている圧力センサ等の機器に接続してこれらに電源を供給することができ、電池の早期消耗等の問題を解消することができる。また、この装置で電力を生成するにあたり、従来は熱として無駄に捨てられているエネルギを利用するので、その点でも好ましい。
【００１１】
請求項２に記載の車輪装着起電力発生装置は、請求項１に記載するところにおいて、タイヤ内圧部に配設されるとともに、ペルチエ素子の前記低温側の高熱伝導媒体をリムを含んで構成してなるものである。
【００１２】
この車輪装着起電力発生装置によれば、この装置はタイヤ内圧部に配設され、またペルチエ素子の低温側を直接的もしくは高熱伝導媒体を介して間接的に、リムの表面に接触させるので、リム表面とタイヤ内圧部との間の温度差に応じた起電力を発生させることができ、また、この装置を簡易にリムに取り付けることができる。
【００１３】
請求項３に記載の車輪装着起電力発生装置は、請求項１に記載するところにおいて、タイヤ内圧部に配設されるとともに、ペルチエ素子の前記低温側の高熱伝導媒体を、少なくとも一方の端がタイヤ外に配置されこの端からリムを貫通してタイヤ内圧部に延在するヒートパイプを含んで構成してなるものである。
【００１４】
この車輪装着起電力発生装置によれば、この装置はタイヤ内圧部に配設され、またペルチエ素子の低温側を直接的もしくは高熱伝導媒体を介して間接的に、タイヤ外部に端を有しこの端からリムを貫通してタイヤ内圧部に延在するヒートパイプの表面に接触させるので、ペルチエ素子の高温側と低温側の間に大きな温度差を形成することができ高い効率で起電力を発生させることができる。
【００１５】
請求項４に記載の表示装置は、請求項１〜３に記載の車輪装着起電力発生装置と、この装置の出力端子に接続された表示用ランプとを具え、表示用ランプを車輪の車両外側側面に取り付けてなるものである。
【００１６】
本発明に係るこの表示装置によれば、表示用ランプが車輪の車両外側側面に取り付けられているので、これを装飾用として用いることができ、この場合、表示のための電源を前記車輪装着起電力発生装置から供給することができ、電池の早期消耗の問題を解消することができるとともにこのためのエネルギを無駄に消費することもない。
【００１７】
また、車輪装着起電力発生装置はタイヤ内圧部の温度が上昇すると発生起電力が大きくなるので、この表示ランプをタイヤ内圧部の温度を表わす目安表示として用いることができ、例えば、起電力発生装置の出力端子間の電圧が所定の値に達したとき表示ランプが点灯するように回路を構成することによりタイヤ内圧部の温度の異常上昇を表示することができる。
【００１８】
請求項５に記載の温度異常検出装置は、請求項１〜３に記載の車輪装着起電力発生装置と、この装置の出力端子間の電圧を測定する電圧計と、この電圧計の測定値に応じてタイヤ内圧部の温度に関する情報を車体側に発信する発信器とを具えてなるものである。
【００１９】
本発明に係るこの温度異常検出装置によれば、出力端子間の起電力を測定する電圧センサの測定値を発信器から車体側に発信し、あるいは出力端子間の電圧が所定値を越えると発信器が温度異常信号を発信することができるので、車輪装着起電力発生装置がタイヤ内圧部の温度が上昇すると発生起電力が大きくなることを利用して、タイヤ内圧部の温度に関する情報もしくはタイヤ内圧部の温度異常を運転者に知らせることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１ないし図５に基づいて説明する。図１は本実施形態の起電力発生装置１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれ、起電力発生装置１の平面図およびタイヤ赤道面側から見た側面図である。起電力発生装置１はリムＲのタイヤ内圧部Ｎ側の表面Ｒｓに貼り付けられるとともに、ペルチエ素子よりなる複数の熱電モジュール４と、ペルチエ素子により生成された起電力を出力する両方の端子９を具える。このリムＲには、起電力発生装置１の他に、電源を必要とする機器、例えば内圧警報装置３および充電装置２が取り付けられ、起電力発生装置１と充電装置２との間、および充電装置２と内圧警報装置３との間はそれぞれ配線で接続され、起電力発生装置１で生成された電力は充電装置２を介して内圧警報装置３に内蔵されている充電池に蓄えられる。
【００２１】
起電力発生装置１は、平板状をなす熱電モジュール４の両方の伝熱面４ｓにそれぞれ貼り付けられた高温側集熱板５ａおよび低温側集熱板５ｂと、これらの熱電モジュール４の出力端電極７同士を直列に接続する内部配線１５とを具え、高温側集熱板５ａはタイヤ内圧部Ｎの気体に接触するよう設けられ、一方、低温側集熱板５ｂはリムのタイヤ内圧部側の表面Ｒｓに接触するよう設けられる。また、熱電モジュール４に接続されない両端の出力端電極７は、起電力発生装置１の前記端子９に接続される。
【００２２】
図３は、熱電モジュール４の構造を示す斜視図であり、図４はペルチエ素子６の構成を示す模式図である。熱電モジュール４は複数のペルチエ素子６を直列に接続するとともにこれらを平面的に配列して構成される。一つのペルチエ素子６は互いに電気的特性の異なる導電ブロック１１および１２と、これらのブロック１１、１２の一方の端同士を連結する第一の電極１３ａと、これらの他方の端同士を連結する第二の電極１３ｂとで構成され、隣接するペルチエ素子６同士は、第一および第二の電極１３ａ、１３ｂのいずれか一方を共通にして直列に接続されている。
【００２３】
それぞれのペルチエ素子６の第一の電極１３ａは第一の高熱伝導電気絶縁シート８ａに貼り付けられ、同様に、第二の電極１３ｂは第二の高熱伝導電気絶縁シート８ｂに貼り付けられ、また、直列に接続されたペルチエ素子６のうち、両端のペルチエ素子６の第一の電極１３ａもしくは第二の電極１３ｂ同士に起電力を取り出すリード線７ａが取り付けられる。ここでは、これらのリード線７ａのついた電極を出力端電極７と呼ぶこととする。
【００２４】
以上のように、熱電モジュール４は、複数のペルチエ素子６、両高熱伝導電気絶縁シート８ａ、８ｂ、および両出力端電極７で構成され、両高熱伝導電気絶縁シート８ａ、８ｂの間に温度差を付与することにより、両出力端電極７間に起電力を発生させることができる。
【００２５】
このように構成された起電力発生装置１において、タイヤＴの走行に伴って、タイヤＴとリムＲとで気密に囲まれたタイヤ内圧部Ｎの温度が上昇して、タイヤの外部Ｕとの間で大きな温度差が生成されると、タイヤ内圧部Ｎの気体に接触している高温側集熱板５ａはほぼタイヤ内圧部Ｎの温度となり、一方、通常アルミや鉄等の高熱伝導物質よりなるリムＲの表面Ｒｓはタイヤの外部Ｕの気体の温度に近い温度に冷却されているので、表面Ｒｓに貼り付けられる高温側集熱板５ｂと高温側集熱板５ａとの間に大きな温度差が生じ、この温度差はそれぞれのペルチエ素子６の第一の電極１３ａと第二の電極１３ｂとの間の温度差を生起し、この温度差によってそれぞれのペルチエ素子６で発生した起電力は、ペルチエ素子６同士が直列に接続されていることにより、足し合わされて端子９間に大きな起電力を出力することができる。
【００２６】
ここで、同一種類の半導体のＮ型とＰ型とは同じ電流の向きに対して異なる向きに熱流を発生させることから、ペルチエ素子６を構成する導電ブロック１１、１２の材料として、同一種類の半導体を用い、対をなす一方のブロックをＮ型半導体、他方のブロックをＰ型半導体とするのがよく、このことにより、両電極間に高い温度差を得ることができる。なる効果をえることができる。そして、このような半導体としては、（Ｂｅ・Ｓｂ）２Ｔｅ３、Ｂｉ２（Ｔｅ・Ｓｅ）３、Ｂｉ２Ｔｅ３、ＰｂＴｅ、ＺｎＴｅ、Ｂｉなどが知られている。
【００２７】
また、高熱伝導電気絶縁シートとしては、アルミナや窒化アルミなどが用いられる。さらに、熱電モジュール４の伝熱面４ｓとそれぞれの集熱板５ａ、５ｂとの間の貼着、および集熱板５ｂとリムＲとの間の貼着に際しては、これらの間で高い熱伝導性を担持させる必要があり、このため、熱伝導コンパウンドやシリコングリースなどを用いて貼着するのがよい。
【００２８】
図５は、別の態様の起電力発生装置１Ａを示す図であり、図５（ａ）はこの平面図、図５（ｂ）はこれをタイヤ赤道面側から見た側面図である。なお、この図に置いて、起電力発生装置１と同様の部分には同じ符号を用いて示す。起電力発生装置１Ａはタイヤ内圧部Ｎに設けられるとともに、ペルチエ素子６よりなる複数の熱電モジュール４、これらの熱電モジュール４の両伝熱面４ｓにそれぞれ貼り付けられた高温側集熱板５ａおよび低温側集熱板５ｂ、これらの熱電モジュール４の出力端電極７同士を直列に接続する内部配線１５、起電力を出力する端子９、両端１４ｅがタイヤの外に配置されこれらの端からリムＲを気密に貫通してタイヤ内圧部Ｎに延在するヒートパイプ１４、ヒートパイプ１４のそれぞれの端１４ｅに取り付けられこれらの端１４ｅ近傍を冷却する冷却フィン１６を具える。そして、ヒートパイプ１４はリムＲに取り付けられ、高温側集熱板５ａはタイヤ内圧部Ｎの気体に接触するよう設けられ、一方、低温側集熱板５ｂはヒートパイプ１４に接触するよう設けられる。
【００２９】
このヒートパイプ１４は、蒸発と凝縮とを行う作動液を封入された多数の細管よりなり、ヒートパイプ１４の長さ方向に温度差が発生すると、高温部では作動液の蒸発、低温部では凝縮が起こり、この現象により生じた圧力差が高温部と低温部との間で作動液を流動させ、蒸発と凝縮とが継続する。すなわち、ヒートパイプ１４は、低温部としての、タイヤ外Ｕに配置された両端１４ｅと、高温部としての、低温側集熱板５ｂに接触するタイヤ内圧部Ｎ延在部分とを有し、低温側集熱板５ｂを冷却することができ、起電力発生装置１ａの両集熱板５ａ、５ｂ間に大きな温度差を形成して、既に説明した熱電モジュール４の機能により、起電力発生装置１ａの出力端子９間に大きな起電力を出力することができる。
【００３０】
以上説明した起電力発生装置１、もしくは１ａは、図１に示すように、タイヤ内圧警報装置のような機器に電力を供給することができるが、このほかにも、起電力発生装置１、１ａの出力端子９間に、車輪Ｗの車両外側側面に取り付けられた表示ランプを接続をして車輪装着表示装置を構成して、装飾として用いたり、この起電力発生装置１，１ａの発生起電力がタイヤ内圧部Ｎの温度に依存することを利用してタイヤ内圧部の温度を表わす目安表示として用いたりすることができる。
【００３１】
また、起電力発生装置１、１ａの出力端子９間に、この間の電圧を測定する電圧計とこの電圧計の測定値を車体側に発信する発信器とを設け、装置１、１ａがタイヤ内圧部Ｎの温度が上昇すると発生起電力が大きくなることを利用して、タイヤ内圧部Ｎの温度に関する情報もしくはタイヤ内圧部Ｎの温度異常を運転者に知らせる装置を構成することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、起電力発生装置１、１Ａ自身が回転する車輪Ｗのリムに取り付けられているので、この装置１、１Ａの出力端子９を車輪Ｗ上に設けられている圧力センサ等の機器に接続してこれらに電源を供給することができ、電池の早期消耗等の問題を解消することができる。また、この装置で電力を生成するにあたり、従来は熱として無駄に捨てられているエネルギを利用するので、その点でも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態の起電力発生装置を示すタイヤ子午線断面図である。
【図２】起電力発生装置を示す平面図および側面図である。
【図３】熱電モジュールを示す斜視図である。
【図４】ペルチエ素子を示す模式図である。
【図５】別の態様の起電力発生装置を示す平面図および側面図図である。
【符号の説明】
１、１Ａ  起電力発生装置
２  充電装置
３  内圧警報装置
４  熱電モジュール
５ａ、５ｂ  高温側、低温側集熱板
６  ペルチエ素子
７  出力端電極
７ａ  リード線
８ａ、８ｂ  高熱伝導電気絶縁シート
９  出力端子
１１、１２  導電ブロック
１３ａ、１３ｂ  ペルチエ素子の電極
１４  ヒートパイプ
１４ａ  ヒートパイプの端
１５  内部配線
１６  冷却フィン
Ｗ  車輪
Ｔ  タイヤ
Ｒ  リム
Ｒｓ  リムのタイヤ内圧部側の表面
Ｎ  タイヤ内圧部
Ｕ  タイヤ外
【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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