(57)【要約】【課題】  バルブに装着可能で、任意のタイヤ回転数で十分な発電電力を得ることが可能な発電装置の提供。  【解決手段】タイヤの回転力を利用して回転エネルギを電気エネルギに変換する発電装置であって、タイヤ１のバルブ３と嵌合する穴を有する略円筒形状の中心軸２１と、ロータ磁石２４を固定し中心軸２１に対して偏心した重心を有し中心軸２１を中心として回転するロータ２３と、中心軸２１に固定した基板２５に、ロータ磁石２４の磁束が鎖交するように配置されたコイル２６と、基板２５に設置され発電された電力を制御する手段６と、基板２５に設置され制御された電力を保存する手段７からなり、ロータ２３の動作範囲を制限するとともに、任意のタイヤ回転数で、ロータ２３が共振してコイル２６上を揺動運動するよう、ロータ２３が一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させる力を発生させる手段を備えている。【選択図】  図３
2007300758.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの回転力を利用して回転エネルギを電気エネルギに変換する発電装置であって、
前記タイヤのバルブと嵌合する穴を有する略円筒形状の軸と、
永久磁石を固定し前記軸に対して偏心した重心を有し前記軸を中心として回転するロータと、
前記軸に固定した基板に、前記永久磁石の磁束が鎖交するように配置されたコイルと、  前記基板に設置され発電された電力を制御する手段と、
前記基板に設置され前記制御された電力を保存する手段を備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電装置において、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させる力を発生させる手段を備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項３】
請求項２に記載の発電装置において、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させるような力を発生させる手段は、前記ロータに固定された渦巻バネからなることを特徴とする発電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の発電装置において、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させるような力を発生させる手段は、前記ロータが一定角度回転すると衝突する位置に設置された弾性体からなることを特徴とする発電装置。
【請求項５】
請求項２に記載の発電装置において、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させるような力を発生させる手段は、ロータが一定角度回転すると反発を受ける位置に設置された、ロータの永久磁石と同じ極性を持つ永久磁石からなることを特徴とする発電装置。
【請求項６】
タイヤの物理量を検出するセンサと、前記センサから得られる前記物理量を検知し処理する情報処理手段と、処理された情報を送信する手段を有するセンサモジュールであって、請求項１から請求項５の何れか一項に記載の発電装置を備えたことを特徴とするセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの回転エネルギを電気エネルギに変換する発電装置及びこれを用いたセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤの物理量を検出するセンサと、このセンサから得られる物理量を検知し処理する情報処理手段と、処理された情報を送信する手段への電力供給に、タイヤの回転エネルギを電気エネルギに変換するタイヤ装着用発電装置が提案されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照。）。この種の発電装置は、タイヤリムに特別に設置場所を設け、前記センサ、情報処理手段及び送信手段に近接して設置される。この種の発電装置は、タイヤの回転に伴って発電装置の回転軸を回転させるため、回転軸に対し偏心した回転錘を回転軸に装着している。
【特許文献１】特開２０００−２７８９２３号公報
【特許文献２】特開２００５−２２４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
タイヤ装着用発電装置は、タイヤの物理量を検出するセンサと、このセンサから得られる物理量を検知し処理する情報処理手段と、処理された情報を送信する手段に近接して設置する必要があるが、リムのタイヤ内側空間内に、センサ、情報処理手段及び送信手段とともに特別な場所を設け設置する場合、十分な固定強度と気密性を確保しなければならないため、装置の固定には細心の注意が必要である。また、リムのタイヤ外側空間に、特別な設置場所を設け設置しようとする場合、センサはタイヤの物理量を検出するためにタイヤ内側空間に設置しなければならないため、タイヤ外側空間に設置した情報処理手段及び発電装置との電気的配線が複雑になり信頼性の確保が困難となる。
【０００４】
また、発電装置の発電電力はタイヤの回転数によらず一定であることが望ましいが、従来の発電装置ではタイヤが高速で回転した場合、回転錘がタイヤ回転に追従して回転せず、発電電力が低下してしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、特別な設置場所を設ける必要がなく、バルブに装着可能な発電装置であり、任意のタイヤ回転数で十分な発電電力を得ることが可能な発電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、タイヤの回転力を利用して回転エネルギを電気エネルギに変換する発電装置であって、前記タイヤのバルブと嵌合する穴を有する略円筒形状の軸と、永久磁石を固定し前記軸に対して偏心した重心を有し前記軸を中心として回転するロータと、前記軸に固定した基板に、前記永久磁石の磁束が鎖交するように配置されたコイルと、前記基板に設置された電力を制御する手段と、前記基板に設置され前記制御された電力を保存する手段とを備えたことを特徴とする発電装置である。
本態様によれば、タイヤの回転に伴い回転するロータの中心軸は、略円筒形状をなし中心に穴があいている。この穴により、バルブへ挿入し装着することが可能になる。このため、タイヤリムに特別な設置場所を設ける必要はなく、装置の固定における信頼性の確保は容易になる。また、センサと、情報処理手段及び発電装置との電気的配線も容易になる。
【０００７】
本発明の第２の態様は、上記第１の態様に記載の発電装置において、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させる力を発生させる手段を備えたことを特徴とする発電装置である。
【０００８】
本態様によれば、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させる力を発生させる力を発生させる手段により、ロータの動作範囲を制限して効率良く発電させるとともに、任意のタイヤ回転数で、ロータを強制的に揺動運動させ、共振を起こさせる。共振を起こさせるタイヤ回転数は、反対方向へ回転させる力の増減で任意に設定できるので、任意のタイヤ回転数で十分な発電電力が得ることが可能になる。
【０００９】
本発明の第３の態様は、上記第２の態様に記載の発電装置において、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させるような力を発生させる手段は、前記ロータに固定された渦巻バネからなることを特徴とする発電装置である。
本発明の第４の態様は、上記第２の態様に記載の発電装置において、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させるような力を発生させる手段は、前記ロータが一定角度回転すると衝突する位置に設置された弾性体からなることを特徴とする発電装置である。
【００１０】
本発明の第５の態様は、上記第２の態様に記載の発電装置において、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させるような力を発生させる手段は、前記ロータが一定角度回転すると反発を受ける位置に設置された、ロータの永久磁石と同じ極性を持つ永久磁石からなることを特徴とする発電装置である。
【００１１】
上記第３から第５の態様によれば、ロータが一定角度回転した時に、回転した方向に対し反対方向へ回転させる力を発生させる手段として、ロータに渦巻バネを装着すること、ロータが一定角度回転すると衝突する位置に弾性体を設置すること、ロータが一定角度回転すると反発を受ける位置に、ロータの永久磁石と同じ極性を持つ永久磁石を設置することのうち、何れかを適用しているので、これらの手段により、ロータの動作範囲を制限して効率良く発電させるとともに、ロータは強制的に揺動運動させられ、任意のタイヤ回転数で共振を起こす。共振する周波数は、反対方向へ回転させる力の増減で任意に設定できるので、任意のタイヤ回転数で十分な発電電力が得ることが可能になる。
【００１２】
本発明の第６の態様は、タイヤの物理量を検出するセンサと、前記センサから得られる前記物理量を検知し処理する情報処理手段と、処理された情報を送信する手段を有するセンサモジュールであって、上記第１から第５の態様の何れかに記載の発電装置を備えたことを特徴とするセンサモジュールである。
【００１３】
本態様によれば、備えた上記発電装置に、タイヤの物理量を検出するセンサと、センサから得られる物理量を検知し処理する情報処理手段と、処理された情報を送信する手段を組み込み、タイヤバルブに装着することが可能になるので、タイヤリムに特別な設置場所を設ける必要はなく、装置の固定における信頼性の確保は容易になる。また、前記発電装置により、外部からの電力供給なしに、タイヤの物理量の検出、処理及び送信が可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係わる発電装置によれば、タイヤの回転を利用して回転エネルギを電気エネルギに変換する発電装置でありながら、タイヤバルブに装着できるため、装置の固定における信頼性の確保が容易になり、センサ、情報処理手段及び送信手段との電気的接続が容易になる。また、任意のタイヤ回転数で十分な発電電力を得ることができる。
本発明に係わるセンサモジュールによれば、備えた上記の発電装置にセンサ、情報処理手段及び送信手段を組み込み、タイヤバルブへ装着することが可能になるので、装置の固定における信頼性の確保は容易になる。
【００１５】
また、前記発電装置により、外部からの電力供給なしに、タイヤの物理量の検出、処理及び送信が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係わる発電装置の実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、図１は本発明に係わるセンサモジュールの第１の装着例を示す断面図、図２は図１のセンサモジュールのブロック図、図３は本発明に係わる発電装置の第１の実施形態を示す断面図、図４は図３に示すＡ−Ａで切った発電装置の断面図、図５はタイヤに装着された発電装置の姿勢をタイヤ回転位置９０°ごとに示した断面図、図６は図５におけるロータの位置の違いを示した、図４と同様の断面図、図７は本発明に係わるセンサモジュールの第２の装着例を示す断面図、図８は本発明に係わる発電装置の第２の実施形態を示す図４に相当する正面断面図、図９は本発明に係わる発電装置の第３の実施形態を示す図４に相当する正面断面図である。
【００１７】
図１は本発明に係わる発電装置を用いたタイヤセンサモジュールの実施の形態を示す概略構成図であり、図２はそのブロック図である。図１に示す符号１はタイヤであって、タイヤ１を保持するリム２には、バルブ３が組み付けられている。バルブ３には、センサモジュール４が装着されており、センサモジュール４は、発電装置５、電力制御手段６、電力保存手段７、センサ８、情報処理手段９及び送信手段１０で構成されている。センサ８で検出したタイヤの物理量は情報処理手段９で検知、処理され、送信手段１０で外部（運転者等）に伝えられる。センサ８、情報処理手段９及び送信手段１０は、発電装置５により発電され、電力制御手段６を経て、電力保存手段７に蓄えられた電力により駆動される。
【００１８】
図３は、本発明に係わるタイヤ装着用発電装置の第１の実施形態を示す断面図である。発電装置５は、大まかに分けて、タイヤの回転エネルギを電気エネルギに変換する部分と、電気エネルギを制御し、保存する部分から構成されており、発電装置全体は、ケース１１とカバー１２で覆われ保護されている。
【００１９】
タイヤ１の回転エネルギを電気エネルギに変換する部分は、中心軸２１と、中心軸２１に固定されロータ２３を回転可能に保持するベアリング２２と、ベアリング２２に保持され中心軸２１を中心に回転するロータ２３と、ロータ２３に固定されロータ２３とともに回転するロータ磁石２４と、中心軸２１に固定された基板２５と、基板２５に設置され、ロータ磁石２４と中心軸方向に、ロータ磁石２４の磁束が有効に鎖交する好適なギャップを隔て対向したコイル２６と、基板２５の裏側でコイル２６の裏側部分に設置しロータ磁石２４の磁路となる好適な厚さのヨーク２７からなる。
【００２０】
中心軸２１はパイプ状または略円筒形状をなし、バルブ３に好適に嵌合して装着できる
よう穴があいている。ロータ２３は図４のように扇形形状をなし、ロータ２３の重心が回転中心から偏った位置にあり、回転中心とロータ重心を結ぶ直線上にロータ磁石２４を備えている。また、ロータ２３には、ロータ２３の動作範囲を制限するとともに、特定のタイヤ回転数で共振して揺動運動するよう渦巻バネ２８が装着されている。
【００２１】
渦巻バネ２８は、一端がロータ２３に、他端はケース１１に固定され、両端以外は他の部品に接触せず、弾性力が有効に活用できるよう装着されている。
コイル２６は、中心軸２１からの距離が、中心軸２１とロータ磁石２４との距離とほぼ等しくなるよう、基板２５上に設置されている。
電気エネルギを制御し、保存する部分は、中心軸に固定された基板裏側に設置した電力制御手段６と、電力保存手段７からなる。
【００２２】
次に上記発電装置の動作について説明する。発電装置５のロータ２３は、コイル２６に対し、ほぼ９０°反時計方向に回転した、図６Ａの位置にくるよう渦巻バネ２８により保持されている。
【００２３】
発電装置５はタイヤ１とともに図５のＡＢＣＤの順に回転するものとする。発電装置５は、タイヤ１が図５Ａに示した位置にある時、コイル２６の中心と中心軸２１を結ぶ線はタイヤ１の回転中心軸と直角になり、かつ、コイル２６がタイヤ１の回転方向に対し反対側にくるよう、バルブ３に装着されている。
【００２４】
図５Ａの状態からタイヤ１が回転し始め、発電装置５が図５Ｂの位置にくると、ロータ２３は渦巻バネ２８の反発力に抗して、重心位置が下になる方向に動き振動して、コイル２６に対向する図６Ｂの位置で止まる。渦巻バネ２８の強さは、ロータ２３が重力により回転できるよう、重力によるロータ２３の回転力より小さく設定しておかなければならない。この時、ロータ２３に備えたロータ磁石２４も、コイル２６に対向した位置まで同様な動きをするので、コイル２６を鎖交する磁束量が変化し、コイル２６に誘起電圧を発生させる。
【００２５】
次に、タイヤ１が回転し、発電装置５が図５Ｃの位置にくると、ロータ２３に対する重力の影響はなくなり、ロータ２３は渦巻バネ２８の反発力により、コイル２６と９０°の位置をなす図６Ａの位置まで戻る。この時、コイル２６を鎖交する磁束量が変化し、コイル２６に誘起電圧を発生する。
【００２６】
次に、タイヤ１が回転し、発電装置５が図５Ｄの位置にくると、ロータ２３は渦巻バネ２８の反発力に抗して、重心位置が下になる方向に動き振動して、コイル２６と１８０°の位置をなす図６Ｃの位置で止まる。この時、コイル２６を鎖交する磁束はないので、コイル２６に誘起電圧は発生しない。
【００２７】
コイル２６と１８０°の位置をなす、このロータ停止位置に対向してコイルをもう１個設置し、コイル２６と電気的に接続すれば、より大きな発電電力を得ることが可能になる。
【００２８】
次に、タイヤ１が回転し、発電装置５が図５Ａの位置に戻ると、ロータ２３は、渦巻バネ２８の反発力により、コイル２６と９０°の位置をなす図６Ａの位置まで戻る。
発電装置５のロータ２３を、コイル２６に対し、ほぼ９０°時計方向に回転した位置にくるよう渦巻バネ２８を設定した場合、タイヤ１の回転方向を反対にした場合、コイルの設置位置を１８０°変えた場合も、上記説明と同様に、図６ＢまたはＤの位置で、コイル２６を鎖交するロータ磁石の磁束が変化するので、コイル２６に誘起電圧を発生させる。
図７のように、バルブ３がタイヤ１の軸と平行に近い角度に取り付けられている場合、重力は発電装置５のロータ２３を回転させるのに有効に働かないが、車両の速度は一定ではなくタイヤ回転数は変化するので、回転加速度がロータ２３に加わることになりロータ２３は回転する。
【００２９】
コイル２６に発生した電圧は、電力制御手段６により整流、調整された後、電力保存手段７に保存される。
【００３０】
上記のように、通常は、タイヤ１の回転に伴いロータ２３が揺動運動することで発電されるが、渦巻バネ２８の反発力が大きくなって、反発力によってロータ２３が揺動されるようになり、ロータ２３の固有振動数と一致すると、ロータ２３は共振し、より大きな振幅で揺動する。コイル２６を鎖交する磁束量の変化は大きくなり、コイル２６により大きな誘起電圧を発生させる。ここで、渦巻バネ２８の反発力は、任意に設定できるので、任意のタイヤ回転数で大きな電圧を得ることが可能になる。
【００３１】
また、渦巻バネ２８の代わりに、本発明に係わるタイヤ装着用発電装置の第２の実施形態として図８に示すように、ロータ２３が一定角度回転すると衝突する位置、すなわち、コイル２６をはさんだ二つの位置に弾性体３１を設置する構成が適用できる。
またさらに、本発明に係わるタイヤ装着用発電装置の第３の実施形態として図９に示すように、ロータ２３が一定角度回転すると反発を受ける位置、すなわちコイル２６をはさんだ二つの位置に、ロータ磁石２４と同じ極性を持つ永久磁石３２を設置する構成が適用できる。
【００３２】
弾性体３１または永久磁石３２の設置を適用した場合、発電装置５のロータ２３は、ケース１１の内側のロータ可動空間において、設置した二つの弾性体３１または永久磁石３２を結ぶ線で分けられる二つの空間のうち、コイル２６と対面可能な空間αに設置しておく。ロータ２３は、重力による回転方向の力を受けない位置、すなわち、タイヤ１に対し発電装置５が図５に示した位置にある時、空間α内のある場所に停止している。
【００３３】
タイヤ１が低速で回転している間は、空間α内を移動し、コイル２６に対向する面を通過した時にだけ、コイル２６に誘起電圧を発生させるだけであるが、タイヤ１が高速で回転するようになると、ロータ２３の回転速度が増加し、振幅が大きくなり、設置した弾性体３１に衝突、または永久磁石３２の反発を受け、回転した方向に対し反対方向へ回転させるような力を受ける。この力が大きくなり、この力によってロータ２３が揺動されるようになり、ロータ２３の固有振動数と一致すると、ロータ２３は共振し、より大きな振幅で揺動するため、コイル２６を鎖交する磁束量の変化が大きくなり、コイル２６に、より大きな誘起電圧を発生させる。弾性体３１または、永久磁石３２による反発力は、任意に設定できるので、渦巻バネ２８を適用した時と同様に、任意のタイヤ回転数で大きな電圧を得ることが可能になる。
【００３４】
この発電装置を用いて、基板２５上に、タイヤの物理量を検出するセンサ８と、センサから得られる物理量を検知し処理する情報処理手段９と、処理された情報を送信する手段１０を備えれば、外部からの電力供給なしに、タイヤの物理量の検出と送信が可能になり、バルブ３への装着が可能になることから装置の固定が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係わるセンサモジュールの第１の装着例を示す断面図である。
【図２】図１のセンサモジュールのブロック図である。
【図３】本発明に係わる発電装置の第１の実施形態を示す断面図である。
【図４】図３に示すＡ−Ａで切った発電装置の断面図である。
【図５】タイヤに装着された発電装置の姿勢をタイヤ回転位置９０°ごとに示した断面図である。
【図６】図５におけるロータの位置の違いを示した、図４と同様の断面図である。
【図７】本発明に係わるセンサモジュールの第２の装着例を示す断面図である。
【図８】本発明に係わる発電装置の第２の実施形態を示す図４に相当する正面断面図である。
【図９】本発明に係わる発電装置の第３の実施形態を示す図４に相当する正面断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  タイヤ
２  リム
３  バルブ
４  センサモジュール
５  発電装置
６  電力制御手段
７  電力保存手段
８  センサ
９  情報処理手段
１０  送信手段
１１  ケース
１２  カバー
２１  中心軸
２２  ベアリング
２３  ロータ
２４  ロータ磁石
２５  基板
２６  コイル
２７  ヨーク
２８  渦巻バネ
３１  弾性体
３２  永久磁石
３３  空間α
【図１】
2007300758.tif 000003
【図２】
2007300758.tif 000004
【図３】
2007300758.tif 000005
【図４】
2007300758.tif 000006
【図５】
2007300758.tif 000007
【図６】
2007300758.tif 000008
【図７】
2007300758.tif 000009
【図８】
2007300758.tif 000010
【図９】
2007300758.tif 000011