(57)【要約】【課題】タイヤのトレッド部の裏面に設置することができる、小型で発電量の多いタイヤ内発電装置を提供する。【解決手段】磁歪材料からなる磁歪棒１と、磁歪棒１に巻回されたコイル２と、重りとなる重量部３と、を有するタイヤ内発電装置１０であり、磁歪棒１の一方の端部から延び、重量部３と連結する第１の連結部４ａと、磁歪棒１の他方の端部から延びる第２の連結部４ｂと、を有し、重量部３または第２の連結部４ｂに磁力発生部５が設けられ、かつ、重量部３と第２の連結部４ｂとが間隙６を開けて配置されてなり、間隙６が磁気回路の一部を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪材料からなる磁歪棒と、該磁歪棒に巻回されたコイルと、重りとなる重量部と、を有するタイヤ内発電装置において、
前記磁歪棒の一方の端部から延び、前記重量部と連結する第１の連結部と、前記磁歪棒の他方の端部から延びる第２の連結部と、を有し、
前記重量部または前記第２の連結部に磁力発生部が設けられ、かつ、前記重量部と前記第２の連結部とが間隙を開けて配置されてなり、前記間隙が磁気回路の一部を構成することを特徴とするタイヤ内発電装置。
【請求項２】
前記磁力発生部が、互いに対向する前記重量部および前記第２の連結部の対向面のいずれか一方に配置されてなる請求項１記載のタイヤ内発電装置。
【請求項３】
前記重量部と前記第２の連結部とに磁気回路絞り手段が設けられている請求項１記載のタイヤ内発電装置。
【請求項４】
タイヤのトレッド部裏面に取り付け可能であり、タイヤのトレッド部裏面に装着した場合、前記磁歪棒の軸方向が前記タイヤの径方向と一致する請求項１〜３のうちいずれか一項記載のタイヤ内発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ内発電装置（以下、単に「発電装置」とも称す）に関し、詳しくは、タイヤのトレッド部の裏面に設置することができる、小型で発電量の多いタイヤ内発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、タイヤ内の温度や圧力を検出するタイヤ圧力モニタリングシステム（ＴＰＭＳ：Ｔｉｒｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等のセンサと無線を有するデバイスが知られている。このようなデバイスをタイヤの内側に設置して、タイヤ内の温度や圧力をモニタリングする場合、そのデバイスに電力を供給する電源が必要であり、このような電源としてタイヤ内発電装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図７は、特許文献１で提案されている、従来の発電装置の概略側面図である。図示するように、特許文献１の発電装置２０は、磁歪材料で構成された磁歪棒１１と、磁歪棒１１に一様な圧縮力または引張力を加えるための剛性および形状を有する磁性材料で構成され、磁歪棒１１と平行に配置された剛性棒１２と、磁歪棒１１に巻回されたコイル１３と、磁歪棒１１と平行に配置された剛性棒１２の部分以外の部分である２つの連結ヨーク１４ａ、１４ｂと、を有する発電素子を備えている。特許文献１の発電装置は、磁歪棒１１の軸方向とは垂直な方向の振動により、磁歪棒１１が伸長または収縮することにより発電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１５８４７３号
【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、特許文献１で提案されている発電装置は、タイヤの内部に設置するにあたっては、改善すべき点が残されていた。すなわち、特許文献１の発電装置においては、磁歪棒に圧縮・引張歪みを十分に与えるためには磁歪棒を長くする必要がある。そのため、発電素子全体として縦長の形状となってしまい、タイヤ内に設置することが困難である。
【０００６】
また、特許文献１で提案されている発電装置は、磁石を有する剛性棒１２を備えているが、磁歪棒１１に巻回したコイル１３は磁歪棒と剛性棒１２との間に配置されるため、コイル１３の巻き数を多くするとコイル１３の厚みが増してコイル１３と剛性棒１２が接触してしまう。そのため、コイル１３の巻き数が制限されてしまい、十分な発電量を得ることができない。さらに、特許文献１で提案されている発電素子では、発電素子に大きな変形が加わった場合、コイル１３が剛性棒１２や磁歪棒１１と干渉するため、故障が発生しやすい。したがって、タイヤ内に設置する発電装置は、これらの問題を回避し得るものでなければならない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解消した、タイヤのトレッド部の裏面に設置することができる、小型で発電量の多いタイヤ内発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ねじり変形による逆磁歪効果を利用して発電する発電素子を用い、さらに、その構成を下記のとおりとすることで、上記課題を解消することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明のタイヤ内発電装置は、磁歪材料からなる磁歪棒と、該磁歪棒に巻回されたコイルと、重りとなる重量部と、を有するタイヤ内発電装置において、
前記磁歪棒の一方の端部から延び、前記重量部と連結する第１の連結部と、前記磁歪棒の他方の端部から延びる第２の連結部と、を有し、
前記重量部または前記第２の連結部に磁力発生部が設けられ、かつ、前記重量部と前記第２の連結部とが間隙を開けて配置されてなり、前記間隙が磁気回路の一部を構成することを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の発電装置においては、前記磁力発生部が、互いに対向する前記重量部および前記第２の連結部の対向面のいずれか一方に配置されてなることが好ましい。また、本発明の発電装置においては、前記重量部と前記第２の連結部とに磁気回路絞り手段が設けられていることが好ましい。本発明の発電装置は、タイヤのトレッド部裏面に取り付け可能であり、タイヤのトレッド部裏面に装着した場合、前記磁歪棒の軸方向が前記タイヤの径方向と一致することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、タイヤのトレッド部の裏面に設置することができる、小型で発電量の多いタイヤ内発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略側面図である。
【図３】本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略断面図である。
【図４】本発明の他の好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略側面図である。
【図５】本発明のさらに他の好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略側面図であり、（ａ）は、重量部の第２の連結部との対向面に磁力発生部５を配置した場合であり、（ｂ）は、重量部の第２の連結部との対向面との反対面に配置した場合であり、（ｃ）は、重量部の中央部に配置した場合である。
【図６】本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置にねじり変形が与えられた場合における、重量部と磁石との位置関係を示す模式図である。
【図７】従来の発電装置の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のタイヤ内発電装置について、図面を用いて詳細に説明する。
本発明の発電装置は、タイヤ踏み蹴り時における加速度を利用して、磁歪材料からなる磁歪棒にねじり変形を与え、これにより生じる逆磁歪効果を利用して発電を行う発電装置である。図１は、本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略斜視図であり、図２は、本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略側面図であり、図３は、本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略断面図である。
【００１４】
図示するように、本発明の発電装置１０は、磁歪材料からなる磁歪棒１と、磁歪棒１に巻回されたコイル２と、重りとなる重量部３と、を有しており、磁歪棒１の一方の端部から延び重量部３と連結する第１の連結部４ａと、磁歪棒１の他方の端部から延びる第２の連結部４ｂと、を備えている。本発明の発電装置１０においては、重量部３または第２の連結部４ｂに磁力発生部５、図示例においては、第２の連結部４ｂ上であって、重量部３と相対する位置に磁力発生部５として磁石５が設けられており、かつ、重量部３と第２の連結部４ｂとが間隙６を開けて配置され、間隙６が磁気回路の一部を構成している。図１〜３に示す例においては、重量部３と第２の連結部４ｂに磁力発生部５として設けられた磁石５とが間隙６を開けて配置されている。図１〜３に示す発電装置１０においては、磁力発生部５が、第２の連結部４ｂの磁歪棒１と連結している側と反対側の端部に設けられているがこれに限られるものではない。
【００１５】
図４は、本発明の他の好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略側面図であり、図示するように、第２の連結部４ｂの中央部の一部を磁力発生部５としてもよいし、第２の連結部４ｂ全体を磁力発生部としてもよい。この場合、磁力発生部５は第２の連結部４ｂ中に埋め込まれていてもよい。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明のさらに他の好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置の概略側面図であり、図示するように、重量部３の一部を磁力発生部５としてもよい。例えば、図５（ａ）に示すように、重量部３の第２の連結部４ｂとの対向面に磁力発生部５を設けてもよく、図５（ｂ）に示すように、重量部３の第１の連結部４ａ側に磁力発生部５を設けてもよく、また、図５（ｃ）に示すように、重量部３の中央部に磁力発生部５を設けてもよい。さらに、図示はしないが、重量部３全体を磁力発生部５としてよい。この場合、磁力発生部５は重量部３中に埋め込まれていてもよい。
【００１６】
本発明の発電装置１０は、タイヤのトレッド部の裏側に設置し、タイヤの踏み蹴り時における加速度を利用して、磁歪棒１にねじり変形を与えることで逆磁歪効果を発生させて発電させるものである。そのため、重量部３と第２の連結部４ｂの間に間隙６を設けて、磁歪棒１のねじり変形を可能にしている。さらに、磁歪棒１には第１の連結部４ａを介して重量部３を配置している。そのため、重量部３が磁歪棒１を軸として水平方向（図１中の矢印の方向）に振動し、磁歪棒１に与えるねじり変形を大きくすることができ、これにより発電量を多くすることができる。本発明の発電装置１０においては、重量部３と第２の連結部４ｂ、図１〜３に示す例においては、重量部３と第２の連結部４ｂに磁力発生部５として設けられた磁石５との間の間隙６の距離Ｌ１は０．０１〜５ｍｍ程度とすればよい。
【００１７】
また、本発明の発電装置１０においては、重量部３と第２の連結部４ｂとの間に間隙６が設られているため、タイヤ接地時の加速度による入力が磁歪棒１に集中し、その結果、発電量をさらに大きくすることができる。さらに、重量部３と第２の連結部４ｂとの間に間隙６を設けることで、上下方向の振動によって、間隙６の距離Ｌ１が変化するため、これによっても、発電を行うこともできるという利点を有している。
【００１８】
上述のとおり、磁歪棒に圧縮・引張歪を加えるタイプの発電装置は、大きな発電量を得ようとすると、磁歪棒の軸方向に垂直な方向への変形を大きくする必要がある（図７参照）。そのため、大きな発電量を得るためには磁歪棒を長くする必要があるが、その結果、発電装置全体が縦長の形状になってしまう。したがって、圧縮・引張歪を加えるタイプの発電装置は、タイヤの内部に設置するには不向きである。しかしながら、本発明の発電装置１０は、ねじり変形を利用しているため、磁歪棒１を長くする必要はなく、第１の連結部４ａと第２の連結部４ｂを長くすることで、磁歪棒１に加わるねじり変形を増大させることができる。したがって、タイヤの内部に設置するのに好適である。本発明の発電装置１０においては、磁歪棒１の長さは、５〜３０ｍｍ程度であればよい。
【００１９】
また、上述のとおり、磁歪棒に圧縮・引張歪を与えるタイプの発電装置は、磁歪棒が軸方向に垂直な方向に振動するため、磁歪棒とコイルとの干渉が問題となる（図７参照）。しかしながら、本発明の発電装置１０のように、磁歪棒１にねじり変形を与えるタイプの発電装置では、磁歪棒１の軸方向に垂直な方向の形状変化は微小であり、磁歪棒１とコイル２との干渉を防止することができる。
【００２０】
さらに、従来の発電装置においては、コイルは磁歪棒とバックヨークとの間に巻回することになるため、コイルの厚みは磁歪棒とバックヨークとの間隔により決まってしまうため、コイルの巻き数を増やそうとすると磁歪棒を長くしなければならず、縦長の構造になってしまう。しかしながら、本発明の発電装置１０においては、第１の連結部４ａおよび第２の連結部４ｂは、長い方が磁歪棒１に加わるねじり変形が大きくなり好ましいため、装置自体を縦長にすることなく磁歪棒１に巻回するコイル２の巻き数を多くすることができる。かかる観点から、本発明の発電装置１０においては、磁歪棒１の中心と重量部３の中心との距離Ｌ２は１０〜１００ｍｍが好ましい。
【００２１】
さらにまた、本発明の発電装置１０は、タイヤの周方向加速度変化を利用して発電をおこなうため、接地時以外の時にも発電を継続することができ、エネルギーの利用効率に優れている。また、本発明の発電装置においては、磁気回路内に磁歪材料を用いているため、磁石寸法を小さくできるという利点も有している。
【００２２】
本発明の発電装置１０においては、重量部３と第２の連結部４ｂとに磁気回路絞り手段を有することが好ましい。図３に示す例においては、磁気回路絞り手段として、重量部３に凹部３ａが、第２の連結部４ｂ（図示例においては、磁力発生部５である磁石５）に凹部５ａが、それぞれが対向するように設けられている。したがって、本発明の発電装置１０が発電を行っていない場合、重量部３の縁部３ｂと磁石５の縁部５ｂとは上下方向において重なり合う位置関係となっており、それぞれの縁部３ｂ、５ｂが磁気回路を形成している。一方、本発明の発電装置１０にねじり変形が加わった場合、重量部３は水平方向に振動するため、重量部３の縁部３ｂと磁石５の縁部５ｂとの位置関係が変化し、その結果、磁気回路が絞られることになり、ねじり変形による磁力変化を大きくすることができる。
【００２３】
図６は、本発明の一好適な実施の形態に係るタイヤ内発電装置にねじり変形が与えられた場合における、重量部と磁石との位置関係を示す模式図である。図示する例においては、重量部３の縁部３ｂおよび磁石５の縁部５ｂが上下方向において重なる斜線で示される部分に磁気回路が絞られることになる。そのため、磁気回路絞り手段を設けることで、本発明の発電装置１０は、逆磁歪効果による透磁率の変化に加えて、与える磁力の量も変化するため、効率よく発電を行うことができる。なお、図示例では、磁気回路絞り手段として、重量部３および磁石５にそれぞれ凹部３ａ、５ａを設けているがこれに限られるものではない。例えば、重量部３および磁石５のそれぞれの対向面に凸部を設けて、磁気回路を絞ってもよい。
【００２４】
本発明の発電装置１０は、タイヤの周方向加速度変化を利用して発電をしているため、本発明の発電装置１０をタイヤ内部に設置するときは、タイヤ内部においてタイヤの周方向化速度変化が最も大きいトレッド裏側が好ましい。また、本発明の発電装置１０を、タイヤのトレッド部裏面に装着した場合、磁歪棒１の軸方向がタイヤの径方向と一致することが好ましい。このとき、第１の連結部４ａおよび第２の連結部４ｂの長手方向が、タイヤの前後方向に直交し、かつ、トレッドの幅方向中心と発電装置１０の長手方向の中心とが一致するように設置する。このように本発明の発電装置１０をトレッド部の裏面に設置することで、本発明の発電装置１０の性能を最大限に発揮させることができる。なお、本発明の発電装置１０をタイヤのトレッド裏面に取り付けるにあたっては、本発明の発電装置１０を、接着剤等で直接取り付けてもよく、また、ゴム、樹脂、金属部材、または、これらの複合材を介して取り付けてもよい。
【００２５】
本発明の発電装置１０は、磁歪材料からなる磁歪棒１と、磁歪棒１に巻回されたコイル２と、重りとなる重量部３と、を有し、磁歪棒１の一方の端部から延び、重量部３と連結する第１の連結部４ａと、磁歪棒１の他方の端部から延びる第２の連結部４ｂと、を有し、重量部３または第２の連結部４ｂに磁力発生部５が設けられ、かつ、重量部３と第２の連結部４ｂとが間隙６を開けて配置されてなり、間隙６が磁気回路の一部を構成することのみが重要であって、これ以外の構成については特に制限はない。また、本発明の発電装置１０を構成する磁歪棒１、コイル２、重量部３、第１、第２の連結部４ａ、４ｂの材質についても特に制限はなく、公知のものを用いることができる。
【００２６】
例えば、本発明の発電装置１０においては、磁歪棒１を形成する磁歪材料は、鉄ガリウム合金であるＧａｌｆｅｎｏｌを好適に用いることができるが、鉄コバルト合金であるパーメンジュールであってもよいし、その他の材料であってもよい。また、本発明の発電装置１０においては、磁歪棒１は結晶状態の材料だけでなく、アモルファス状態の材料であってもよい。なお、磁歪棒１の形状としては、直方体の棒状でも円柱状の棒状でもよく、板状や薄帯状等の形状であってもよい。
【００２７】
また、本発明の発電装置１０においては、磁歪棒１に巻回するコイル２としては、例えば、銅線を用いることができる。コイルの巻き数については、特に制限はなく、用途に応じて適宜巻き数を設定することができる。このコイル２の巻き数を変えることで、発電装置１０で発生する発電量を調整することができる。また、図示例では、磁歪棒１とコイル２との間には隙間が設けられている。さらに、本発明の発電装置１０においては、コイル２は、樹脂によりその間が埋められ、一体とされていてもよい。
【００２８】
さらに、本発明の発電装置１０においては、磁力発生部５として磁石５を用いることができるが、磁石５としては永久磁石を用いることができるが、これに限られるものではない。さらにまた、重量部３や第１の連結部４ａおよび第２の連結部４ｂは鉄を含む磁性材料によって形成すればよい。また、本発明の発電装置１０を取り付けるタイヤについても特に制限はなく、いずれのタイヤにも取り付けることが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
１  磁歪棒
２  コイル
３  重量部
３ａ  凹部
３ｂ  縁部
４ａ  第１の連結部
４ｂ  第２の連結部
５  磁力発生部（磁石）
５ａ  凹部
５ｂ  縁部
６  間隙
１０  タイヤ内発電装置（発電装置）
１１  磁歪棒
１２  剛性棒
１３  コイル
１４  連結ヨーク
２０  発電装置
【図１】
2016226213.tif 000003
【図２】
2016226213.tif 000004
【図３】
2016226213.tif 000005
【図４】
2016226213.tif 000006
【図５】
2016226213.tif 000007
【図６】
2016226213.tif 000008
【図７】
2016226213.tif 000009