(57)【要約】【課題】メンテナンスの必要性が小さい簡易な構成で、磁石によって発電された電力を使うメリットを充分生かすことができるモニタ装置を提供する。【解決手段】タイヤの回転力によって回転する環状の中空体１０１と、中空体１０１の表面に巻き回されるコイル１０３と、タイヤの回転速度の変化に伴って、コイル１０３が巻き回された中空体内の空間を通って移動可能な球形の磁石１０２と、磁石１０２がコイル１０３の近傍を通るとき、コイル１０３に流れる電流によって生じた電力の供給を受けて動作するセンサ素子と、によってモニタ装置を構成する。【選択図】  図１
2013126336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの回転力によって回転する環状の中空体と、
前記中空体の表面に巻き回されるコイルと、
前記タイヤの回転速度の変化に伴って、前記コイルが巻き回された前記中空体内の空間を通って移動可能な球形の磁石と、
前記磁石が前記コイルの近傍を通るとき、前記コイルに流れる電流によって生じた電力の供給を受けて動作するセンサ素子と、
を含むことを特徴とするモニタ装置。
【請求項２】
前記中空体の内周面または前記磁石の表面に、前記タイヤの回転速度の上昇に伴って前記磁石が移動することを防ぐ凹部または凸部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のモニタ装置。
【請求項３】
前記中空体は、その内周面に、前記タイヤの回転速度の上昇に伴って前記磁石が移動することを抑止する抑止部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のモニタ装置。
【請求項４】
前記センサ素子が、前記タイヤの部位ごとの圧力、温度、加速度、角速度に関する情報の少なくなくとも一つを検出することを特徴とする請求項１に記載のモニタ装置。
【請求項５】
前記コイルに流れる電流によって生じた電力を蓄積する蓄電部をさらに含み、
前記蓄積部に蓄積された電力は、前記センサ素子に所定の時間間隔で提供されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモニタ装置。
【請求項６】
タイヤの回転力によって回転する円環を構成する中空体と、
前記中空体の表面に巻き回されるコイルと、
前記タイヤの回転速度の変化に伴って、前記中空体の前記コイルが巻き回された空間を通って移動可能な球形の磁石と、
前記磁石が前記コイルの近傍を通るとき、前記コイルに流れる電流によって生じた電力の供給を受けて動作するセンサ素子と、
前記センサ素子の動作によって出力された信号を送信する送信部と、
を含むモニタ装置と、
前記送信装置によって送信された信号を受信する受信装置と、
を含むことを特徴とするモニタシステム。
【請求項７】
前記モニタ装置が前記中空体の円環上に複数設けられ、
複数の前記センサ素子の各々は、前記タイヤの部位ごとの圧力、温度、加速度、角速度に関する情報の少なくなくとも一つを検出し、
前記送信部は、前記センサ素子によって検出された信号を前記受信装置に送信することを特徴とする請求項６に記載のモニタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤの状態をモニタするモニタ装置、モニタシステムに係り、特に、エネルギーハーベスティング技術を使ってモニタを行うモニタ装置、モニタシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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と呼ばれている。エネルギーハーベスティングには、太陽光等の他、電磁誘導を利用して発電する技術がある。
電磁誘導を利用して発電する技術は、電池の交換が不要になることから、メンテナンスがし難い場所にある構成に適用すると効果的である。メンテナンスがし難い場所の一つとして、車両のタイヤの内部がある。車両のタイヤ内部には、圧力を測定してパンクを検出する、ＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System)とよばれるシステムがある。
【０００３】
ＴＰＭＳに磁石を利用する従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、長尺状のケースにコイルを巻き回し、ケースの内部に付勢部材（コイルスプリング）と永久磁石とを封入した発電装置をタイヤに設けることが記載されている。引用文献１記載の発明によれば、発電装置は車両の加減速によって電磁誘導によって発電し、発電した電力を使ってタイヤの内圧を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８７４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した特許文献１に記載された発明は、発電機にコイルスプリングを用いている。コイルスプリングは、経時的な劣化等によってその弾性力が変化し得る部材である。コイルスプリングの弾性力が変化すると、発電量が設計値と相違するようになり、発電機がタイヤの内圧を検出するセンサを動作させるのに充分な電力を発電できなくなる恐れがある。
【０００６】
このため、特許文献１に記載された発明は、電池の交換が不要になっても、発電機をメンテナンスする必要がある。このような特許文献１記載の発明は、磁石によって発電された電力を使うことのメリットが充分得られないという問題がある。
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであって、メンテナンスの必要性が小さい簡易な構成で、磁石によって発電された電力を使うメリットを充分生かすことができるモニタ装置、モニタシステム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】
【０００７】
上記の課題を解消するため、本発明の一態様のモニタ装置は、タイヤ（例えば図２に示したタイヤ２）の回転力によって回転する環状の中空体（例えば図１（ａ）に示した中空体１０１）と、前記中空体の表面に巻き回されるコイル（例えば図１（ａ）に示したコイル１０３）と、前記タイヤの回転速度の変化に伴って、前記コイルが巻き回された前記中空体内の空間を通って移動可能な球形の磁石（例えば図１（ｂ）に示した磁石１０２）と、前記磁石が前記コイルの近傍を通るとき、前記コイルに流れる電流によって生じた電力の供給を受けて動作するセンサ素子（例えば図３に示したセンサ２０４）と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様のモニタ装置は、前記中空体の内周面または前記磁石の表面が、前記タイヤの回転速度の上昇に伴って前記磁石が移動することを防ぐ凹部または凸部（例えば図５に示した凸部５０２ａ、１０１ａ）を設けたことが望ましい。
本発明の一態様のモニタ装置は、前記中空体が、その内周面に、前記タイヤの回転速度の上昇に伴って前記磁石が移動することを抑止する抑止部材（例えば図６に示した抑止部材６０１）をさらに含むことが望ましい。
【０００９】
本発明の一態様のモニタ装置は、前記センサ素子が、前記タイヤの部位ごとの圧力、温度、加速度、角速度に関する情報の少なくなくとも一つを検出することを特徴とすることが望ましい。
本発明の一態様のモニタ装置は、前記コイルに流れる電流によって生じた電力を蓄積する蓄電部をさらに含み、前記蓄積部に蓄積された電力は、前記センサ素子に所定の時間間隔で提供されることが望ましい。
【００１０】
本発明の一態様のモニタシステムは、タイヤの回転力によって回転する円環を構成する中空体と、前記中空体の表面に巻き回されるコイルと、前記タイヤの回転速度の変化に伴って、前記中空体の前記コイルが巻き回された空間を通って移動可能な球形の磁石と、前記磁石が前記コイルの近傍を通るとき、前記コイルに流れる電流によって生じた電力の供給を受けて動作するセンサ素子と、前記センサ素子の動作によって出力された信号を送信する送信部と、を含むモニタ装置と、前記送信装置によって送信された信号を受信する受信装置（例えば図３に示した受信部２０７）と、を含むことが望ましい。
【００１１】
本発明の一態様のモニタシステムは、前記モニタ装置が前記中空体の円環上に複数設けられ、複数の前記センサ素子の各々は、前記タイヤの部位ごとの圧力、温度、加速度、角速度に関する情報の少なくなくとも一つを検出し、前記送信部は、前記センサ素子によって検出された信号を前記受信装置に送信することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、経時的な劣化のない球形の磁石を、中空体内を移動させることによって発電をさせるから、メンテナンスの必要性が小さい簡易な構成で、磁石によって発電された電力を使うメリットを充分生かすことができるモニタ装置、モニタシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態のモニタ装置を説明するための図である。
【図２】図１（ｂ）に示したモニタ装置のセッティング場所を説明するための図である。
【図３】図１に示したコントローラを説明するための図である。
【図４】第１実施形態のモニタ装置の動作を説明するための図である。
【図５】第２実施形態の中空体と磁石とを示した図である。
【図６】第３実施形態の中空体と磁石とを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のモニタ装置、モニタシステムの第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態を説明する。
・第１実施形態
[構成]
図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態のモニタ装置を説明するための図である。図１（ａ）は、モニタ装置を、中空体１０１の長さ方向に沿って切断した断面図である。図１（ｂ）は、中空体１０１の内部に封入された磁石１０２を示した図である。
【００１５】
モニタ装置は、タイヤ（図３に図示）の回転力によって回転する環状の中空体１０１と、中空体１０１の表面に巻き回されるコイル１０３と、タイヤの回転速度の変化に伴って、中空体１０１のコイル１０３が巻き回された空間を通って移動可能な球形の磁石１０２と、磁石１０２がコイル１０３の近傍を通るとき、コイル１０３に流れる電流によって生じた電力の供給を受けて動作するセンサ素子を含むコントローラ１０４と、を含んでいる。
【００１６】
第１実施形態では、コイル１０３とコントローラ１０４とが一体的に組み込まれてユニットを構成している。このような構成によれば、コイル１０３とコントローラ１０４との間に信号線をひき回す必要がなくなって、信号線の断線等を防ぐことができる。また、タイヤ内におけるモニタ装置のレイアウトを簡易化することができる。
また、モニタ装置が簡易にレイアウトできることにより、コイル１０３及びコントローラ１０４のユニットは中空体外周上であれば多数箇所、容易にコントローラ１０４とともに設置可能で、タイヤの部位ごとの圧力、温度、加速度、角速度といった情報を測定することができる。第１実施形態にあっても、図１（ａ）に示したように、コイル１０３及びコントローラ１０４のユニットが中空体１０１の円環上に複数（２つ）設けられている。
【００１７】
図１（ａ）に示したように、中空体１０１は、断面が円形の筒体を環状にして構成され、筒体は樹脂等で形成されている。また、中空体１０１は、タイヤの内部に設けられる所謂タイヤチューブであってもよい。コイル１０３は、中空体１０１の表面に巻き回され、中空体１０１の表面に固定されている。図１（ｂ）に示したように、磁石１０２は、球形状を有していて、その中心を通る断面に沿ってＮ極とＳ極とに分けられる。
【００１８】
図１（ａ）に示した中空体１０１中を図１（ｂ）に示した磁石１０２が移動するとき、磁石１０２はコイル１０３の近傍を通ることになる。図１（ｂ）に示した磁石１０２は、転がることによってＳ極とＮ極とが交互に切り替わり、磁石１０２近傍の磁界を変化させる。このため、磁石１０２が通ったときにコイル１０３に電流が流れ、電力が発生する。
図２は、図１（ｂ）に示したモニタ装置のセッティング場所を説明するための図であって、ホイール１と、タイヤ２とを示している。第１実施形態では、図１（ｂ）に示したモニタ装置を、図２に示したホイール１の部位１ａに、中空体１０１を固定する、あるいはタイヤ２の内側の部位２ａに中空体１０１を固定するものとする。
【００１９】
図３は、図１に示したコントローラ１０４を説明するための図である。図２に示したように、コントローラ１０４は、コイル１０３に流れた電流を整流する整流器２０１と、整流器２０１によって整流された電流によって発生した電力をコンデンサ２０５に充電する充電制御部２０２と、コンデンサ２０５に充電された電力が供給されて動作するセンサ２０４と、センサ２０４に電力を一定の時間間隔で供給するためのタイマ２０３と、センサ２０４が出力した信号を外部に送信する送信部２０６と、を含んでいる。
【００２０】
第１実施形態では、センサ２０４を圧力センサとし、タイヤ２の内圧を検出している。センサ２０４は、タイヤ２の内圧を検出し、送信部２０６は、検出された圧力の値を示す信号を、電力の供給を受けるタイミングで外部に送信する。
また、第１実施形態では、車両の室内に受信部２０７を設け、送信部２０６によって送信された信号を受信する。受信部２０７は、公知のキーレスエントリー等の電装品によって送信された信号を受信する構成と同様のものであってもよい。受信部２０７は、図示しないコントローラと接続されていて、コントローラは、例えば、受信した信号が予め定められた圧力以下の圧力を示す場合、図示しないブザーを鳴動させたり、図示しないディスプレイのパンクを示すアイコンを点灯させたりする。
【００２１】
以上述べたモニタ装置と、受信部２０７とによって、第１実施形態のタイヤ内の圧力のモニタシステムが構成される。
なお、第１実施形態は、センサ２０４を、圧力を検出するセンサを設けるものに限定するものでなく、他の物理量を検出するセンサを用いるものであってもよい。他の物理量としては、例えば、圧力、温度、加速度、角速度等が考えられる。温度を検出するセンサを第１実施形態のモニタ装置に適用すれば、タイヤ２の内部の温度を検出し、タイヤ２の発熱等を観測することができる。
【００２２】
さらに、第１実施形態では、円環をなす中空体１０１の円周上に複数のコイル１０３及びコントローラ１０４のユニットを設置することにより、タイヤ２の部位ごとの圧力、温度、加速度、角速度といった走行情報のいずれか一つあるいは、それらを組み合わせて検出、送信することができる。すなわち、第１実施形態は、複数のユニットの各々が有するセンサ２０４が、圧力、温度、加速度、角速度の情報のうち、互いに相違するいずれか１つを検出するものとすることができる。このような構成では、例えば、図１（ａ）に示したコントローラ１０４の一方に温度を検出するセンサ２０４を設け、他方に加速度を検出するセンサ２０４を設けることができる。
【００２３】
また、第１実施形態では、複数のユニットの各々が有するセンサ２０４が、圧力、温度、加速度、角速度の情報のうち、同じ情報を検出するものとすることができる。このような構成では、例えば、図１（ａ）に示した２つのコントローラ１０４の両方に温度を検出するセンサ２０４を設け、タイヤ２の部位による温度の違い（温度分布）を検出することができる。
【００２４】
さらに、第１実施形態では、送信部２０６によって複数の情報が送信される場合、受信部２０７が、複数の情報を組み合わせて図示しないコントローラに指示を出力するようにしてもよい。例えば、図１（ａ）に示したコントローラ１０４の一方に温度を検出するセンサ２０４を設け、他方に加速度を検出するセンサ２０４を設けた場合、コントローラ１０４の一方が加速度と温度との情報を併せてタイヤにかかる負荷を推定し、推定された負荷を受信部２０７に送信することができる。あるいは、２つのコントローラ１０４から出力された情報が各々受信部２０７に送信され、受信部２０７が、加速度と温度との情報を併せてタイヤにかかる負荷を推定することもできる。
【００２５】
[動作]
次に、第１実施形態のモニタ装置の動作を説明する。
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施形態のモニタ装置の動作を説明するための図である。図４（ａ）は、車両が加速してタイヤ２の回転速度が高まった場合の磁石１０２の挙動を説明するための図である。タイヤ２の回転速度が高まる（車両が加速する）と、タイヤ２に対し、矢線Ａの方向に加速度がかかる。加速度により、磁石１０２には力が加わり、磁石１０２は矢線Ｂの方向に転がりながら移動する。磁石１０２は、中空体１０１の内周面に沿って転がって、中空体１０１の内周面であって、表面にコイル１０３が巻きまわされた箇所を通過する。このとき、中空体１０１表面のコイル１０３に電流が流れる。
【００２６】
また、図４（ｂ）は、車両が減速してタイヤ２の回転速度が低下した場合の磁石１０２の挙動を説明するための図である。タイヤ２の回転速度が低下する（車両が減速する）と、タイヤ２に対し、矢線Ｃの方向に負の加速度がかかる。加速度により、磁石１０２には力が加わり、磁石１０２は矢線Ｄの方向に転がりながら移動する。磁石１０２は、中空体１０１の内周面に沿って転がって、中空体１０１の内周面であって、表面にコイル１０３が巻きまわされた箇所を通過する。このとき、中空体１０１表面のコイル１０３に電流が流れる。
【００２７】
図４（ｃ）は、車両が一定の速度で走行していて、タイヤ２が一定の回転速度で回転している状態を示している。このとき、磁石１０２には力が加わらず、磁石１０２と中空体１０１の内周面との相対的な位置関係は変化することがない。このため、図４（ｃ）に示した状態では、コイルに電流が流れることがない。
図４（ａ）〜（ｃ）で示したように、第１実施形態のモニタ装置は、タイヤの回転速度が変動するときにだけ磁石１０２が移動して発電が起こる。発電した電力は、図３に示したコンデンサ２０５に蓄積される。このような第１実施形態によれば、タイヤの回転速度が変動するたびに発電が起こり、コンデンサに電力が蓄積されていく。そして、前記したように、蓄積されている電力が所定の時間間隔でセンサ２０４に供給されるから、蓄積された電力を効率的に消費してタイヤ２の内部の圧力を検出することができる。
【００２８】
以上説明した第１実施形態によれば、タイヤ２の内部で発電する機構を経時劣化が起こる弾性体を用いることなく実現することができる。このため、タイヤ２に設けられるＴＰＭＳに電池の交換が必要ないハーベスティング技術を用いることのメリットを充分生かすことができる。また、第１実施形態では、車両の速度が変化するときにだけ発電が起こることによる発電量の不足を補うため、蓄積された電力を一定の時間間隔でセンサ２０４に供給している。このため、第１実施形態は、蓄積された電力を効率的に利用して、センサ２０４を長時間動作させることができる。
【００２９】
・第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態のモニタ装置を説明する。
図５は、第２実施形態の中空体１０１と、磁石５０２とを示した図であって、図１に示した中空体１０１の、その長さ方向に沿う従断面図である。図５において、図１〜４に示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
【００３０】
第２実施形態のモニタ装置は、中空体１０１の内周面または磁石１０２の表面が、タイヤ２の回転速度の上昇に伴って磁石１０２が移動することを防ぐ凹部または凸部を有するものである。第２実施形態では、表面に凸部を設けて磁石１０２を磁石５０２に加工している。
また、第２実施形態では、中空体１０１の内周面に凸部１０１ａを設けている。このような第２実施形態によれば、磁石５０２に図４に示した矢線Ａの方向の力が加わったとき、磁石５０２の凸部５０２ａが内周面の凸部１０１ａに引っ掛かる。このため、第２実施形態によれば、磁石５０２が図４に示した矢線Ｂの方向に移動することを妨げることができる。一方、磁石５０２の凸部５０２ａは、磁石５０２に図４に示した矢線Ｃの方向の力が加わったときには凸部１０１ａによって移動が妨げられる可能性が少ない。
【００３１】
以上のことにより、第２実施形態では、車両が加速したときに磁石５０２が移動することなく発電が起こらない。また、車両が減速したときには磁石５０２が移動し、発電が起こる。このため、第２実施形態では、車両の加速に使用されるべき運動エネルギーが発電に費やされることがなくなって、車両の運動エネルギーを効率的に使用することができる。
【００３２】
なお、以上説明した第２実施形態の凸部１０１ａ、５０２ａは、図５に示した形状に限定されるものではなく、磁石１０２が一方の方向に移動することが妨げられて、他方の方向に移動することを妨げないものであれば、どのような形状であってもよい。
また、このような部材は、凸部に限定されるものではなく、凹部であってもよい。さらに、磁石５０２の移動方向を規制する部材は、磁石１０２の表面と中空体１０１の内周面の両方に形成されることに限定されるものではなく、どちらか一方にのみ形成されるものであってもよい。
【００３３】
・第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態のモニタ装置を説明する。
図６は、第３実施形態の中空体１０１と、磁石１０２とを示した図であって、図１に示した中空体１０１の、その長さ方向に沿う縦断面図である。図６において、図１〜４に示した構成と同様の構成については同様の符号を付し、その説明を一部略すものとする。
【００３４】
第３実施形態のモニタ装置は、中空体１０１が、その内周面に、タイヤ２の回転速度の上昇に伴って磁石１０２が移動することを抑止する抑止部材６０１を備えるものである。抑止部材６０１は、互いの間隙が一方向に向かって狭まるように、枠部６０１ｂに固定された複数の三角片６０１ａによって形成されている。三角片６０１ａは、例えば平面視において二等辺三角形形状を有していて、その底辺が枠部６０１ｂと接続されている。枠部６０１ｂは、中空体１０１の内周に固定されていて、中空体１０１の内周と略等しい直径を有する円環である。
【００３５】
三角片６０１ａ、枠部６０１ｂは、例えば樹脂によって形成されている。また、三角片６０１ａ、枠部６０１ｂを樹脂で作成すれば、三角片６０１ａ、枠部６０１ｂを一体的に形成することも可能である。
このような第３実施形態によれば、磁石１０２は、抑止部材６０１に妨げられて、図６に示した矢線Ｅの方向に移動することができない。一方、磁石１０２は、矢線Ｅと反対の方向に移動するときは、抑止部材６０１に移動を妨げられることがない。第３実施形態では、抑止部材６０１を、例えば図１に示した中空体１０１内部の、コイル１０３同士の間に設けるようにしてもよい。
【００３６】
そして、第３実施形態では、抑止部材６０１を、タイヤ２の前方に向けて三角片６０１ａの間隙が狭まるように設ければ、車両が加速したときに磁石１０２が移動することなく発電が起こらない。また、車両が減速したときには磁石５０２が移動し、発電が起こる。このため、第２実施形態では、車両の加速に使用されるべき運動エネルギーが発電に費やされることがなくなって、車両の運動エネルギーを効率的に使用することができる。
【００３７】
なお、第３実施形態の抑止部材６０１は、図６に示した形状に限定されるものでなく、磁石１０２の移動方向を規制できるものであれば、どのようなものであってもよい。
さらに、以上説明した本発明の範囲は、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、特許請求の範囲に記載された請求項により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】
【００３８】
本発明のモニタ装置及びモニタシステムは、回転する磁石がコイルに近接することによって発生する電力によってセンサ信号を出力させる構成であれば、どのようなものにも適用することができる。そして、本発明のモニタ装置は、特に、外部から電力を供給する必要がないため、メンテナンスが困難な場所に取り付けられるセンサに適用すると効果的である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ホイール
２  タイヤ
１０１  中空体
１０１ａ、５０２  凸部
１０２、５０２  磁石
１０３  コイル
１０４  コントローラ
２０１  整流器
２０２  充電制御部
２０３  タイマ
２０４  センサ
２０５  コンデンサ
２０６  送信部
２０７  受信部
６０１  抑止部材
６０１ａ  三角片
６０１ｂ  枠部
【図１】
2013126336.tif 000003
【図２】
2013126336.tif 000004
【図３】
2013126336.tif 000005
【図４】
2013126336.tif 000006
【図５】
2013126336.tif 000007
【図６】
2013126336.tif 000008