(57)【要約】【課題】第１の構成部分１，５と第２の構成部分２と機械・電気エネルギー変換器３とを有し、前記第２の構成部分２が前記第１の構成部分１に機械的に結合されている形式の、機械エネルギーを電気的な有効エネルギーに変換するための装置を改良して、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する際に取り出されるエネルギー量が改善されたものを提供する。【解決手段】第２の構成部分２が運動減衰装置４を介して第１の構成部分１，５に結合されていて、それによって所定の運動方向６，７で運動している状態で第２の構成部分２が第１の構成部分１，５に対して相対的に移動し、機械・電気エネルギー変換器３が、この機械・電気エネルギー変換器の自重及び加速度によって生ぜしめられた力だけによって負荷される。【選択図】図１
2007318989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械エネルギーを電気的な有効エネルギーに変換するための装置であって、第１の構成部分（１，５）と第２の構成部分（２）と機械・電気エネルギー変換器（３）とを有しており、前記第２の構成部分（２）が前記第１の構成部分（１）に機械的に結合されている形式のものにおいて、
第２の構成部分（２）が運動減衰装置（４）を介して第１の構成部分（１，５）に結合されていて、それによって、所定の運動方向（６，７）で運動している状態で第２の構成部分（２）が第１の構成部分（１，５）に対して相対的に移動し、機械・電気エネルギー変換器（３）が、この機械・電気エネルギー変換器の自重及び加速度によって生ぜしめられた力だけによって負荷されるようになっていることを特徴とする、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するための装置。
【請求項２】
振動減衰装置（４，２３，３３，３４，４３，５３）が少なくとも１つの部材を有しており、この部材が振り子アームを形成している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
機械・電気エネルギー変換器（３）が圧電セラミック材料を有している、請求項１記載の装置。
【請求項４】
機械・電気エネルギー変換器（３）が誘導式の変換器を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
機械・電気エネルギー変換器（３）が容量式の変換器を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
機械・電気エネルギー変換器（３）に、前記第１の構成部分（１）に結合される付加的な質量体（５）が固定されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
第１の構成部分（１）、第２の構成部分（２）又は付加的な質量体（５）が、それぞれプリント基板として、ケーシングとして、アンテナとして又はその他の、存在する測定装置内に予め嵌め込まれている構成部分として構成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械エネルギーを電気的な有効エネルギーに変換するための装置であって、第１の構成部分と第２の構成部分と機械・電気エネルギー変換器とを有しており、前記第２の構成部分が前記第１の構成部分に機械的に結合されている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車工業においては、車輪に組み込まれている測定ユニットによって、物理的なデータ例えばタイヤ空気圧が測定される。このデータは、タイヤ内の規定状態を監視するために使用される。物理的な値を監視するための、並びに測定値を伝達するための（例えば無線によって）センサに必要なエネルギーは、典型的な形式で測定ユニット内のバッテリー（電池）によって提供される。勿論、バッテリーの耐用年数は、温度に及び送信間隔の頻度に著しく依存している。従って、測定ユニットの耐用年数は、一次的に、バッテリーの耐用年数に依存している。
【０００３】
誘導式のエネルギー伝達におけるように、車両からタイヤにエネルギーを伝達させる可能性も公知である。またタイヤ／車輪内でエネルギー発生を行うことも可能である。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公開第３４０７２５４号明細書によれば、エネルギー変換のための歪みバー（Biegebalken）について記載されており、この歪みバーは、タイヤリムの中心点方向に沿って、つまり遠心方向に整列されている。振動及びダイナミックな力の変動に基づいて歪みバーは変形し、それによって材料に制限されて電気エネルギーへの変換が行われる。自由に振動する端部に取り付けられた質量体が変位を増大させる。このような構成では、設けられている質量体に加速度が作用すると、歪み部材に強いプリロード／負荷が伝達される、という欠点がある。
【０００５】
ヨーロッパ特許公開第１０４３５７７号明細書によれば、エネルギー発生器を備えたタイヤ空気圧測定システムが公知である。ばねに組み付けられている圧電素子によって、機械的な変形が電気的なエネルギーに変換される。ばねは、一方側が固定的に組み付けられていて、他方側が自由に振動し、この場合、固定されている付加的な質量体が振動を増大させるようになっている。この場合、同様に、取り付けられた質量体及び加速度によって生ぜしめられるプリロードが歪みバーに伝達されるという欠点がある。
【０００６】
特開２００４−０３２９２９号公報によれば同様に、車両タイヤ内に配置された、圧電作用に基づく歪み部材としてのエネルギー発生器が公知である。歪み部材は回転軸線に対して垂直に配置されているので、加速されたタイヤ回転が必要とされ、このタイヤ回転は、圧電素子の変位を生ぜしめ、次いで電気エネルギーに変換される。
【０００７】
タイヤ／車輪内に設けられた公知のエネルギー発生器においては、構造的なインターフェース結合部とエネルギー変換部材／システムとの間に違いはない。例えばエネルギー変換素子／システムとしての圧電素子は、固定的な構成部分と相対移動可能な構成部分（例えば歪みバー）との間の構造的なインターフェース結合部に直接結合される。
【０００８】
タイヤ／車輪内でエネルギー変換を行う場合、存在する電子構成素子にエネルギーを供給するために、十分な機械エネルギーを電気的な有効エネルギーに変換する必要がある。機械エネルギーは次のように規定されている。
【０００９】
【数１】
2007318989.tif 000003
EMechnisch：  機械エネルギー
F(x)：  力
dx：  F(x)による変形
m：  質量
a(x)：  加速度
【００１０】
機械エネルギーを発生させるための影響パラメータ：
力Ｆ（ｘ）（この力は質量ｍ及び／又は加速度ａ（ｘ）を高めることによって実現される）
力の変化による変形ｄｘ（ばね／減衰比による影響）
【００１１】
機械的な設計の目的は、種々異なる数式によって電気エネルギーに変換されるべき十分な機械エネルギーを維持することである。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許公開第３４０７２５４号明細書
【特許文献２】ヨーロッパ特許公開第１０４３５７７号明細書
【特許文献３】特開２００４−０３２９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、機械的な変形エネルギーを電気的な有効エネルギーに変化するための装置で、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する際に取り出されるエネルギー量が改善されたものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題を解決した本発明によれば、第２の構成部分が運動減衰装置を介して第１の構成部分に結合されていて、それによって、所定の運動方向で運動している状態で第２の構成部分が第１の構成部分に対して相対的に移動し、機械・電気エネルギー変換器が、この機械・電気エネルギー変換器の自重及び加速度によって生ぜしめられた力だけによって負荷されるようになっている。単独でも任意の組み合わせでも実施可能である有利な実施態様は、従属請求項に記載されている。
【発明の効果】
【００１４】
機械エネルギーを電気的な有効エネルギーに変換するための本発明による装置は、第１の構成部分と第２の構成部分と機械・電気エネルギー変換器とを有しており、前記第２の構成部分が前記第１の構成部分に機械的に結合されており、この場合、第２の構成部分が運動減衰装置を介して第１の構成部分に結合されていて、それによって所定の運動方向で運動している状態で第２の構成部分が第１の構成部分に対して相対的に移動し、機械・電気エネルギー変換器が、第１の構成部分及び第２の構成部分により作用する力に対して機械的に連結解除されている。
【００１５】
構造的な実施例においては、機械的エネルギーを発生させるための基本原理は、固定された構成部分と相対運動可能な構成部分との間の相対運動であるので、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するための変換器は連結解除することができる。それによって相対運動の最適化と、エネルギー変換の最適化とは別個のものとみなすことができる。
【００１６】
本発明の有利な実施態様によれば、振動減衰装置が、例えば板ばね、渦巻きばね、ロープ若しくはケーブル、玉軸受又はこれと類似の少なくとも１つの部材を有しており、この部材が振り子アーム又はカム軌道のカム面を成しているか、又は第１の構成部分と第２の構成部分との間の相対運動を実現するようになっている。
【００１７】
本発明の有利な実施態様によれば、機械・電気エネルギー変換器が圧電セラミック材料を有している。
【００１８】
本発明の別の有利な実施態様によれば、機械・電気エネルギー変換器が誘導式の変換器又は容量式の変換器を有している。
【００１９】
本発明の別の有利な実施態様によれば、機械・電気エネルギー変換器に、前記第１の構成部分に結合される付加的な質量体が固定されている。
【００２０】
このようなエネルギー変換の形式においては、常に２つの構成部分間の相対運動及び例えば力変化及び／又は加速度変化による材料の変形が必要であるか、或いは２つの構成部分間の相対運動、又は例えば力変化及び／又は加速度変化による材料の変形が必要である。
【００２１】
本発明の別の有利な実施態様によれば、第１の構成部分又は第２の構成部分が、それぞれプリント基板として、ケーシングとして、アンテナとして又はその他の、存在する測定装置内に予め嵌め込まれている構成部分として構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１には、例えば自動車のタイヤ空気圧計に配置されたエネルギー変換装置が示されている。この装置は、堅固に組み付けられた構成部分１と、可動な構成部分２と、機械・電気エネルギー変換器３とから成っている。堅固に組み付けられた構成部分１と可動な構成部分２とは、運動減衰装置４を介して結合されている。この装置は、典型的な形式で図示の方向６，７に移動する。運動減衰装置４は、例えばこの運動減衰装置４のそれぞれの端部に、固定的に組み付けられた構成部分１と可動な構成部分２との間で緊締された２つの板ばねより成っている。機械・電気エネルギー変換器３は、圧電セラミック式、容量式又は誘導式のエネルギー変換器として構成されている。この場合、圧電セラミック式のエネルギー変換器３は、種々異なる形状で、例えば純粋なセラミックバー（Keramikbalken）として、バイモルフバー（Bimorphbalken）として及び／又は金属／セラミック・バイモルフバー（Metall/Keramik-Bimorph-Balken）として実現される。このエネルギー変換器は、相対運動を変形として感知する。機械・電気エネルギー変換器には、付加的に質量体５が固定されており、この質量体５は、電気エネルギー変換器３におけるバイアス若しくはプレリード（予備荷重）を考慮するようになっていて、固定的に組み付けられた第１の構成部分１，５に堅固に結合することができる。さらに、容量式及び／又は誘導式の機械・電気エネルギー変換器３を使用することができる。相対運動は、容量式の変換器においてはプレート間の電荷転送を生ぜしめ、誘導式の変換器においては磁束密度の変化を生ぜしめる。
【００２３】
エネルギー変換時においては、エネルギー変換材料／複合体若しくはエネルギー変換システムの電気的な伝送損が最も重要な特性である。しかしながら最良の相対運動を生ぜしめ、ひいては高い機械的なエネルギー（構造的なインターフェース結合によって実現される）を生ぜしめるために、システム全体を振動可能に構成する必要がある。この場合、ばね剛性／振動可能性は重大な影響を有している。連結解除によって、パラメータとしてのばね剛性／振動可能性及びシステム全体の伝送損は、互いに別個に最適化され、設計される。これによって、構造的なインターフェース結合の最適なばね剛性／振動可能性が生ぜしめられ、比較的小さい横方向流においてエネルギーを得るために、最適な相対運動及び機械・電気エネルギー変換器の最適な伝送損が得られる。
【００２４】
付加的に、連結解除によってエネルギー変換システムは可能な限り最小に負荷される。何故ならば、振動可能な全質量及びひいてはすべての力は構造的なインターフェース結合を介して受信される。エネルギー変換システムは、その固有の重量及び加速度から生ぜしめられた力によってのみ負荷される。
【００２５】
本発明の別の有利な実施例によれば、第１の構成部１と第２の構成部分又は付加的な質量体５は、それぞれプリント基板として、ケーシングとして、アンテナとして又は、存在する測定に予め挿入されている別の構成部分として構成されている。
【００２６】
この場合、構成部分は従来の課題をさらに利用し、付加的に多機能を有するべきである。例えば「振動可能な」質量体はプリント基板によって実現され、このプリント基板上に測定ユニットの構成部分が配置されている。さらに歪みバー（Biegebalken）が付加的な機能として、ケーシングとプリント基板との間の結合部であり、伝送損失を改善することができる。別の実施例によれば、歪みバーの固定端は、機能「ケーシング」を有していて、それによって外部の影響に対して保護する。
【００２７】
組み込まれたジェネレータシステムを使用した場合の利点：
付加的な振動可能な質量体を必要としない。
【００２８】
車輪／タイヤ内の測定ユニットの重量が減少される（ばね負荷されていない小さい質量）。
【００２９】
コンパクトな構造形式が得られる。
【００３０】
測定ユニットの幾つかの構成部材の付加的な機械的負荷解除（例えばＨＷ素子の損傷確率が小さい）が得られる。
【００３１】
図２には、小さい変位時における横方向運動のための連結解除装置が示されている。固定的に組み付けられた構成部分２２は、運動を減衰する装置２３例えば板ばねを介して可動な構成部分に結合されている。これによって、可動な構成部分２１は、僅かに変位しながら、固定的に組み付けられた構成部分２２に対して側方の相対運動２４を行う。
【００３２】
図３には、小さい変位で側方及び垂直方向の運動を行うための連結解除装置が示されている。定置に組み付けられた構成部分３２は、運動を減衰する装置３３，３４例えば渦巻きばねを介して、可動な構成部分３１に結合されている。これによって、可動な構成部分３１は、僅かに変位しながら、固定的に組み付けられた構成部分３２に対して横方向及び垂直方向の相対運動３５で移動する。運動を減衰する装置３３，３４として変形可能なプラスチック部材を使用してもよい。
【００３３】
図４には、ロープ結合部若しくはケーブル結合部を備えた連結解除装置が示されている。この場合、可動な構成部分４１は、ロープ若しくはケーブル４３を介して固定的な構成部分４２に結合されている。可動な構成部分４１は、運転中に垂直方向４５にプリロード（予備加重）をかけられているので、運動時にケーブル４３が付加的に、変位に関連した固定部として作用する。これによって可動な構成部分４１は、振動を減衰する、構成部分４３のばね剛性の不都合な影響を受けることなしに、固定的に組み付けられた構成部分４２に対して相対的に移動する。
【００３４】
図５には、支承部を備えた側方運動のための連結解除装置が示されている。固定的に組み付けられた構成部分５２は、運動減衰装置５３（例えば浮動支承部・固定支承部の組み合わせ）を介して可動な構成部分５１に結合されている。それによって、可動な構成部分５１は、僅かな変位を伴って、固定的に組み付けられた構成部分５２に対して側方の相対運動５４で移動する。
【００３５】
図６には、変形可能なプリント基板を備えた装置が示されている。この場合、プリント基板６１は、変位していない状態と、変形して変位した状態とが示されている。変形可能なプリント基板６１は、両側で、互いに向き合う両端部領域に固定されている。
【００３６】
本発明及び図示の実施例は、従来技術に対して特にバッテリー駆動式の測定システムと比較して次のような利点を有している。
【００３７】
温度の影響による耐用年数の低下が生じることはない。
【００３８】
耐用年数が長くなる。
【００３９】
付加的な振動可能な質量体は必要ない。
【００４０】
車輪／タイヤ内の測定ユニットの重量削減が得られる（ばね負荷されていない質量は僅かである）。
【００４１】
コンパクトな構造が得られる。
【００４２】
付加的に測定ユニットの幾つかの構成部材の機械的な負荷解除が得られる（例えばハードウェア素子の損傷確率が小さい）。
【００４３】
別の製品、例えば自動車のためのアクセスコントロールシステムのための利用可能性が得られる。
【００４４】
本発明は、特に自動車のタイヤ空気圧システムに適している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】エネルギー変換のための装置の概略的な斜視図である。
【図２】小さい変位時の側方運動のための連結解除装置を示す断面図である。
【図３】小さい変位時の側方運動及び垂直方向運動のめの連結解除装置を断面図である。
【図４】ケーブル結合部を有する連結解除装置の断面図である。
【図５】小さい変位時における支承部を備えた側方運動のための連結解除装置の断面図である。
【図６】変形可能なプリント基板を備えた装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  固定的な構成部分、  ２  可動な構成部分、  ３  機械・電気エネルギー変換器、  ４  運動減衰装置、  ５  質量体、  ２１  可動な構成部分、  ２２  固定的な構成部分、  運動の減衰された装置、  ２４  側方の相対運動、  ３１  可動な構成部分、  ３２  固定的な構成部分、  ３３，３４  運動減衰された装置、  ４１  可動な構成部分、  ４２  固定的な構成部分、  ４３  ロープ若しくはケーブル、  ４４  相対運動、  ４５  垂直方向、  ５１  可動な構成部分、  ５２  固定的な構成部分、  ５３  運動減衰装置、  ５４  側方の相対運動、  ６１  プリント基板
【図１】
2007318989.tif 000004
【図２】
2007318989.tif 000005
【図３】
2007318989.tif 000006
【図４】
2007318989.tif 000007
【図５】
2007318989.tif 000008
【図６】
2007318989.tif 000009