(57)【要約】【課題】  簡易、かつ小さな力による操作で器機をリモートコントロールするのに必要な電力をエネルギーハーベスティング技術によって得ることができるスイッチ装置を提供する。【解決手段】  回転軸１ｂを中心に回転し得るギア１と、回転軸１ｂに取り付けられ、ギア１の回転と連動して回転する磁石２と、磁石２を挟んで設けられ、磁石が回転な磁界変化を鎖交磁束の変化としてとらえる電磁誘導で起電力を発生するコイル対３ａ、３ｂと、ギア１に巻き回されるベルト４と、によってスイッチ装置を構成する。ベルト４のギア１と接触する側の内周面４１は、ギア１の周辺に形成された歯部１ａとかみ合い、ベルト２の回転と連動してギア１を回転させる歯部４１ａを有する有歯領域Ｃと、歯部４１ａが形成されていない無歯領域Ｄと、有している。有歯領域Ｃと無歯領域Ｄとは、内周面４１の周方向に交互に配置される。【選択図】  図１
2013211744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心に回転し得るギアと、
前記回転軸に取り付けられ、前記ギアの回転と連動して回転する磁石と、
前記磁石を挟んで設けられ、前記磁石が回転する際に発生する空間的な磁界変化を鎖交磁束の変化としてとらえるコイル対と、
前記ギアに巻き回される無端体と、を含み、
前記無端体の前記ギアと接触する側の面である内周面は、
前記ギアの外周面に形成されたギア側歯部とかみ合い、前記無端体の回転と連動して前記ギアを回転させる無端体側歯部を有する有歯領域と、前記無端体側歯部が形成されていない無歯領域と、を含み、前記有歯領域と前記無歯領域とは、前記内周面の周方向に交互に配置されることを特徴とするスイッチ装置。
【請求項２】
前記回転軸を中心にして回転するフライホイールをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記無端体がベルト部材であることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記無端体がリングギアであることを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギーハーベスティング技術を利用したスイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、空調機やテレビ等をリモートコントロールするためのコントローラが普及している。このようなコントローラは、その多くが赤外線を使用して空調機等の本体にコントロール信号を送信し、本体にオン、オフ等の指示を与えている。このような技術は、例えば、特許文献１等、多数の公知文献に記載されている。
ところで、近年、クリーンなエネルギーを使用することが推奨されていて、太陽光や風力発電によって生成された電力の利用に関する提案が多くなされている。このような技術は、エネルギーハーベスティング技術と呼ばれている。エネルギーハーベスティング技術には、太陽光等の他、電磁誘導を利用して発電する技術がある。
【０００３】
電磁誘導を利用するエネルギーハーベスティング技術を上記したコントローラに利用できれば、電池切れ等によってコントローラが使用できなくなるという事態を回避することができる。また、コントローラに乾電池等が不要になって、リモートコントロールにかかるコストをも低減することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２７１４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、磁石の回転による磁束変化を電磁誘導によりコイルが電力を発生する際に、後段の回路に効率よく電力を供給するには、誘起起電力の振幅が整流用ダイオードの順方向電圧（VF)に比べて十分に高いことが必要であり、磁石との相対関係変化によるコイルの鎖交磁束の時間変化を大きくすることにより、起電力を大きくすることが有効である。鎖交磁束の時間変化を大きくするには、コイル中で磁石を高速に回転させる必要がある。
【０００６】
このため、電磁誘導によって発電された電力をコントローラに使用するには、少ない電力でコントロール信号を送信することと、オペレータがスイッチ操作と同程度の力を加えることによって発電が行われるようにすることが課題となる。
上記課題を解決するためには、赤外線よりも消費電力が少ない電気信号をコントロール信号に使用することが考えられる。しかし、スイッチ操作と同程度の力でコントロール信号を送信できる電力を発電する構成については、未だ検討の余地がある。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、簡易、かつ小さな力による操作で器機をリモートコントロールするのに必要な電力をエネルギーハーベスティング技術によって得ることができるスイッチ装置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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の一態様のスイッチ装置は、回転軸（例えば図１に示した回転軸１ｂ）を中心に回転し得るギア（例えば図１に示したギア１）と、回転軸に取り付けられ、ギアの回転と連動して回転する磁石（例えば図１に示した磁石２）と、磁石を挟んで設けられ、磁石が回転する際に発生する空間的な磁界変化を鎖交磁束の変化としてとらえるコイル対（例えば図１に示したコイル３ａ、３ｂ）と、ギアに巻き回される無端体（例えば図１に示したベルト４）と、を含み、無端体のギアと接触する側の面である内周面は、ギアの外周面に形成されたギア側歯部（例えば図１、図２に示した歯部１ａ）とかみ合って、無端体の回転と連動してギアを回転させる無端体側歯部（例えば図１、図２に示した歯部４１ａ）を有する有歯領域（例えば図１、図２に示した有歯領域Ｃ）と、無端体側歯部が形成されていない無歯領域（例えば図１、図２に示した無歯領域Ｄ）と、を含み、有歯領域と無歯領域とは、内周面の周方向に交互に配置されることを特徴とする。
【０００９】
このような態様によれば、オペレータが無端部を引っ張ることにより、ギアの歯部と無端部内周面の歯部とがかみ合ってギアが回転し、ギアが１つの有歯領域上を通過した直後に空回りする。このため、ギアは内周面の全てに歯を有する無端部によって回転された場合よりも高速に回転することができる。このため、所定の発電量を蓄積するために必要な、オペレータが無端部を引っ張る長さを短く、また、無端部を引っ張る力を小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明の一態様のスイッチ装置は、上記発明において、回転軸を中心にして回転するフライホイール（例えば図１、２、３、６に示したフライホイール５）をさらに含むことができる。
このような態様によれば、フライホイールの慣性によって回転軸上の磁石を長時間回転させることができる。
【００１１】
また、本発明の一態様のスイッチ装置は、上記発明において、無端体をベルト部材（例えば図１、図５に示したベルト４）とすることができる。
このような態様によれば、無端体の重量を軽くし、ひいてはスイッチ装置全体の構成を軽量化することができる。
また、本発明の一態様のスイッチ装置は、無端体をリングギア（例えば図６に示したリングギア６０）とすることができる。
このような態様によれば、無端体を回転操作しやすくすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
上記した発明によれば、簡易、かつ小さな力による操作で器機をリモートコントロールするのに必要な電力をエネルギーハーベスティング技術によって得ることができるスイッチ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態のスイッチ装置を説明するための斜視図である。
【図２】図１に示したスイッチ装置の正面図である。
【図３】図１に示したスイッチ装置の断面図である。
【図４】図１〜３に示した制御部を説明するための図である。
【図５】本発明の一実施形態のスイッチ装置をキーレスエントリーシステムに適用した例を説明するための図である。
【図６】本発明の一実施形態の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態のスイッチ装置について説明する。
[実施形態]
図１は、本発明の一実施形態のスイッチ装置を説明するための斜視図である。図示したスイッチ装置は、仮想的な線分Ａ−Ａ’に沿う回転軸１ｂを中心に回転し得るギア１と、回転軸１ｂに取り付けられ、ギア１の回転１と連動して回転する磁石２と、磁石２を挟んで設けられ、磁石２が回転する際に発生する空間的な磁界変化を鎖交磁束の時間変化としてとらえ電磁誘導により電力に変換するコイル３ａ、３ｂからなるコイル３ａ、３ｂを含むコイル対と、ギア１に巻き回される無端体としてのベルト４と、を含んでいる。
【００１５】
さらに、本実施形態のスイッチ装置は、回転軸を中心にして回転するフライホイール５を含んでいる。
本実施形態のベルト４には、例えば車両のエンジン部品として使用されるタイミングベルトと同様のベルと状の部材が使用される。タイミングベルトは、ゴム、心線、帆布によって構成されていて、心線にはグラスファイバーが使用されている。
【００１６】
フライホイール５は、回転軸１ｂの回転系の慣性モーメントを増やすために使用される。フライホイール５によれば、ギア１の回転速度が短時間に大きく減速した場合であっても、回転軸１ｂの回転速度の変化を緩やかにし、ギア１が停止した後も磁石２を回転させることができる。このようなフライホイール５は、運動エネルギーを蓄えて、別の機械要素にトルクを与えるエネルギー源としても機能する。
【００１７】
また、本実施形態のスイッチ装置は、制御部６を備えている。制御部６は、スイッチ装置が発電した電力を蓄積するコンデンサを備えている。制御部６の具体的な構成は後に説明するものとする。
上記したスイッチ装置は、二点鎖線で示した筐体７内に収容されている。回転軸１ｂの始端と終端とは筐体７に回転自在に固定されている。
【００１８】
図２は、図１に示したスイッチ装置の正面図である。ベルト状のベルト４には、ギア１と接触する側の面（以下、「内周面」と記す）と、ギア１と接触しない側の面とがある。また、ギア１は、その中心が回転軸１ｂに固定されている円盤状の部材であって、円盤の外周には歯部１ａが形成されている。
内周面４１は、ギア１の周辺に形成された歯部１ａとかみ合い、ベルト４の回転と連動してギア１を回転させる歯部４１ａを有する有歯領域Ｃと、歯部４１ａが形成されていない無歯領域Ｄと、を含んでいる。有歯領域Ｃと無歯領域Ｄとは、内周面４１の周方向に交互に配置されている。有歯領域Ｃ、無歯領域Ｄは、いずれも幅が内周面４１の幅と等しく、無端体の長さ方向に沿う所定の長さを有している。
【００１９】
図３は、図１に示したスイッチ装置の断面図である。スイッチ装置は、ギア１及びベルト４のみが筐体７から露出されている。オペレータがベルト４を手動で引っ張るとギア１が回転し、回転軸１ｂが回転する。回転軸１ｂの回転によってフライホイール５及び磁石２が回転する。
磁石２が回転する際に発生する空間的な磁界変化が３ａ、３ｂのコイル対の鎖交磁束を時間変化させ、コイルに起電力を生じる。磁界の変化によってコイルに電流が流れ、電流が流れることによって電力が発生する。発生した電力は、制御部６に設けられたコンデンサに蓄積される。
【００２０】
本実施形態のベルト４によれば、ベルト４がオペレータに引っ張られると、ベルト４が回転すると共に、有歯領域Ｃの歯部４１ａがギア１の歯部１ａとかみ合う。そして、ギア１が回転を開始する。ギア１が回転するにしたがって１つの有歯領域Ｃとギア１の歯部１ａとの接触が終了すると、続いて無歯領域Ｄが歯部１と対向し、歯部１ａが負荷から解放されて高速に回転する（空回りする）。
【００２１】
この際、オペレータは、ベルト４を引っ張った感触によって歯部１ａが空回りしているか、またはベルト４側の歯部４１ａとかみ合っているかを知ることができる。オペレータは、ベルト４が無負荷で回転した後、ベルト４に再び負荷がかかったと判断すると、ギア１の回転が終了するまでベルト４を引っ張ることをしない。このため、本実施形態は、回転を開始したギア１に制動をかけることがなく、ギア１にいったん与えた回転エネルギーを有効に活用することができる。また、オペレータが一回にベルト４を引っ張る長さを最小限にすることができる。
【００２２】
また、このようなオペレータの操作を実現するためには、図１〜図３に示したベルトのうち、オペレータが一度に引っ張りやすい長さに合わせて、有歯領域Ｃの長さと、無歯領域Ｄの長さと、両者のピッチを設定する必要がある。
すなわち、本実施形態では、例えば、筐体７と筐体７から外部に出ているベルト４の部分との境界(持ち手位置と記す)をオペレータが持ち、持ち手位置が図１〜図３に示したベルト４の最下部に来るように引っ張る動作が行われ得る。このような動作を想定すると、有歯領域Ｃ、無歯領域Ｄの長さを、持ち手位置からベルトの最下部までの長さとすることが考えられる。そして、持ち手位置が有歯領域Ｃの端部に一致しているとき、次の有歯領域Ｃの歯部４１ａと歯部１ａとのかみ合わせが開始されるように筐体７やベルト４の長さ、ギア１の大きさを設計するようにすることが望ましい。
【００２３】
このような構成によれば、オペレータが、持ち手位置が最下部に来るようにベルト４を引っ張る間にギア１と有歯領域Ｃとがかみ合わされ、ギア１が回転してかみ合わせが解除される。かみ合わせの解除後、ギア１が空回りしている間はオペレータがベルト４を引っ張ったことによってベルト４は筐体７から引き出され、歯部４１ａと歯部１ａとのかみ合わせが開始した位置で停止する。このため、次回オペレータがベルト４を引っ張る際も、持ち手位置に有歯領域Ｃの端部が一致し、次の有歯領域Ｃは、歯部４１ａとギア１の歯部１ａとのかみ合わせが開始される位置に達している。
【００２４】
上記した本実施形態は、オペレータがベルト４を引っ張ることにより、ベルト４の内周面４１の全面に歯部４１ａが形成される構成よりも、ギア１を高速に回転させることができる。また、ギア１が回転したことによって回転軸１ｂに取り付けられた磁石２がフライホイール５の慣性によって長時間回転する。磁石２の回転によって生じた磁界の変化により、コイル３ａ、３ｂに流れた電流によって電力が生じる。
【００２５】
図４は、図１〜３に示した制御部６を説明するための図である。制御部６は、コイル３ａ、３ｂを流れる電流を整流する整流回路部７１、整流された電流によって生じた電力をコンデンサ７３に蓄積するための充電コントローラ部７２と、コンデンサ７３に蓄積された電力を使って器機の動作を制御するためのコントロール信号を出力する信号送信部７４と、を備えている。コイル３ａ、３ｂによって生成される磁界の向きは一定であるが、その変化は磁石２の回転方向によって相違する。このため、本実施形態は、磁石２を２方向に回転させることにより、位相が互いに半周期ずれた２種類のコントロール信号を送信することができる。
【００２６】
磁石２の回転方向を切り替えることにより、位相が異なる２種類のコントロール信号を出力できる場合、一方のコントロール信号を例えば空調装置をオンさせるコントロール信号とすることができる。また、他方のコントロール信号を、例えば空調装置をオフさせるコントロール信号とすることできる。
なお、以上説明した本実施形態のスイッチ装置は、空調装置のリモートコントロールに用途を限定されるものではない。すなわち、コントロール信号に電気信号を使うようにすれば、テレビやオーディオ装置といった遠隔操作が要求されるどのような装置にも適用することが可能である。
【００２７】
（適用例）
次に、以上説明した本実施形態のスイッチ装置の適用例を説明する。
図５は、本実施形態のスイッチ装置を、車両のキーレスシステムに適用した例である。なお、図５において、図１に示した部材には同様の符号を付し、説明を一部略すものとする。
【００２８】
図５に示したキーレスエントリーシステムでは、キー部５０を支持するホルダー部５７内に、図１に示したギア１、フライホイール５、磁石２、コイル３ａ、３ｂ、制御部６が収容されている。ギア１に巻き回されたベルト４は、ホルダー部５７の開口部５７ａから一部外部に出ていて、オペレータは、ベルト４の外部に出ている部分を引っ張ってギア１を回転させる。ギア１に巻き回されているベルト４の内周面には、歯部４１ａが設けられている有歯領域Ｃと無歯領域Ｄが形成されている。
【００２９】
図５に示した適用例にあっても、オペレータは、外部に出ているベルト４の部分を引っ張った後、ギア１の回転が終わるまでベルト４を引っ張ることをしない。このような動作を実現するためには、有歯領域Ｃと無歯領域Ｄの長さを、開口部５７ａとベルト４との境界から、外部のベルト４における開口部５７ａから最も遠い位置までの長さとすることが考えられる。
【００３０】
また、図５に示した例では、ホルダー部５７に５つのスイッチボタン５１が設けられていて、スイッチボタン５１の各々に、例えば、「ドア解錠」、「ドア施錠」、「トランク解錠」、「スライドドア開」、「スライドドア閉」といった動作が対応付けられている。
図５に示した例では、先ず、オペレータがベルト４を引っ張って図４に示したコンデンサ７３に蓄電する。そして、直後にスイッチボタン５１のいずれかを押圧し、蓄電された電力を使って押圧されたスイッチボタン５１に対応するコントロール信号を送信させる。
【００３１】
なお、スイッチボタン５１の各々に異なるコントロール信号を対応させるためには、図４に示した制御部６の例えば信号送信部７４に、スイッチボタン５１に対応した制御信号と操作対象物を識別するＩＤ情報のコードを信号送信部で変調をかけ送信すればよい。
また、スイッチボタン５１の押圧によって送信されたコントロール信号は、車両側に設けられたコントローラの受信装置に受信される。コントローラは、コントロール信号の種別を判断し、車両のドアを解錠したり、解錠されているドアを施錠したりする。
【００３２】
（変形例）
図６は、上記した本発明の一実施形態の変形例を説明するための図である。図６において、図１に示した構成と同様の構成には同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
図６に示したスイッチ装置は、図１等に示したベルト状のベルト４に代えてリングギア６０を用いた点で上記実施形態１の構成と相違する。リングギア６０は、ハンドル６３を備え、オペレータがハンドル６３を回転操作することにより、回転軸６２を中心に回転する。リングギア６０は、図１に示したスイッチ装置のベルト４と同様に、その内周面６１に、歯部６１ａが設けられた有歯領域Ｃと無歯領域Ｄとを有している。
【００３３】
このようなリングギア６０によれば、図１に示したスイッチ装置と同様に、ギア１の歯部１ａが歯部６１ａとかみ合って回転する。そして、１つの有歯領域Ｃがギア１上を移動した直後からギア１が空回りを開始する。このため、図６に示したスイッチ装置は、オペレータがハンドル６３を回転操作したとき、内周面の全面に歯部６１ａを有するリングギアを同等の力で操作した場合よりも、ギア１を高速で回転させることができる。
【００３４】
なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、電磁誘導を使って電気信号を送信するスイッチ装置であれば、どのような構成にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  ギア
１ａ、４１ａ、６１ａ  歯部
１ｂ、６２  回転軸
２  磁石
３ａ、３ｂ  コイル
４  ベルト
５  フライホイール
６  制御部
７  筐体
４１、６１  内周面
５０  キー部
５１  スイッチボタン
５７  ホルダー部
５７ａ  開口部
６０  リングギア
６３  ハンドル
７１  整流回路部
７２  充電コントローラ部
７３  コンデンサ
７４  信号送信部
【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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