(57)【要約】【課題】車体側の電源とは別に簡易な構成の車両用発電機構を提供する。【解決手段】本発明の車両用充電機構は、ホイールを備える車両に装着される車両用発電機構100であって、コイル110及びマグネット120を備える。コイル110及びマグネット120の一方は、車両のホイールHに装着される。コイル110及びマグネット120の他方は、車両のホイールHに対して非回転のブレーキ機構に装着される。そして、車両の走行に伴うコイル110とマグネット120の相対的移動により、コイル120に誘導電流が生じるように構成される。【選択図】図１
2009189120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホイールを備える車両に装着される車両用発電機構であって、
車両のホイールに装着されるマグネット及びコイルのいずれか一方と、
車両のホイールに対して非回転のブレーキ機構に装着されるマグネット及びコイルのいずれか他方とを備え、
車両の走行に伴うコイルとマグネットの相対的移動により、コイルに誘導電流が生じるように構成されたことを特徴とする車両用発電機構。
【請求項２】
前記コイルは、ホイールを構成するリムの外周に複数個並列されるように構成され、
前記マグネットは、各コイルに対して鎖交磁束を生じさせるようにブレーキキャリパーに固定されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機構。
【請求項３】
前記コイルは、ホイールを構成するスポークの内側において、ホイールの周方向に複数個並列されるように構成され、
前記マグネットは、各コイルに対して鎖交磁束を生じさせるようにブレーキキャリパーに固定されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行に伴って発電を行う発電機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タイヤの空気圧が低下した状態で車両が走行すると、パンクする虞があり、安全のために空気圧の監視が必要とされる。例えば米国では、4.5t以上の車両には、空気圧監視装置を装備することが義務付けられている。しかし、通常、空気圧監視装置は、空気圧の状態を運転者に通告乃至は警報するだけであり、実際の空気圧の調整作業は、運転者の側に委ねられていた。そのため、運転者の失念等によって、空気圧の補充が必要であるにもかかわらず、そのまま放置され、思わぬトラブルが発生する虞もある。このようなことから、自動的にタイヤ内に空気の充填ができるようにしたタイヤやホイールが提案されるようになった。
【０００３】
例えば、タイヤ内の気体を加圧又は減圧するポンプ手段と、タイヤ内の圧力を検出する圧力検出手段とをホイールに設け、圧力検出手段からの出力信号に基づいて、ポンプ手段の作動を制御する制御手段を備えた空気圧調整装置が提案されている（例えば特許文献１）。この空気圧調整装置のポンプ手段には、固体電解質体の表裏両面に電極を形成したポンプセルや、圧電ポンプが用いられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９９６４５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、特許文献１の発明では、ポンプセルや圧電ポンプ、その動作制御を行う制御手段の他、これら各部に電力を供給する電源は、車体側に設けられている。そのため、タイヤの空気圧の調整に車体側の電源の電力を消費する。さらに、既存の車両に対して、ホイールを交換する程度の簡易な作業で、空気圧の自動調整などに利用できる発電機能をホイールに持たせることができない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、車体側の電源とは別に簡易な構成の車両用発電機構を提供することにある。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、車体側の構造変更を極力少なくし、既存の車両に対しても、主としてホイールの交換を行うことで発電機能を付与できる車両用発電機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の車両用発電機構は、ホイールを備える車両に装着される車両用発電機構であって、マグネット及びコイルを備える。マグネット及びコイルの一方は、車両のホイールに装着される。マグネット及びコイルの他方は、車両のホイールに対して非回転のブレーキ機構に装着される。そして、車両の走行に伴うコイルとマグネットの相対的移動により、コイルに誘導電流が生じるように構成されたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、コイルとマグネットという簡易な構成であるため、車両側の構造変更をほとんど伴うことなく発電機構を構築することができる。また、車両走行時のホイールの回転を利用して、コイルとマグネットの相対的移動により、コイルに誘導電流を生じさせることができる。そのため、車両側に搭載されている電源の電力を消費することなく、本発明発電機構により得られた電力を種々の車載電気機器に利用することができる。
【００１０】
本発明の車両用発電機構において、前記コイルは、ホイールを構成するリムの外周に複数個並列されるように構成され、前記マグネットは、各コイルに対して鎖交磁束を生じさせるようにブレーキキャリパーに固定されるように構成されていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、ホイールの外周にコイルを配することで、タイヤ内にコイルを収納できるため、外部環境からコイルを保護することができる。また、マグネットをブレーキキャリパーに固定することができるため、車両側の構造変更を極力少なくすることができる。
【００１２】
本発明の車両用発電機構において、前記コイルは、ホイールを構成するスポークの内側において、ホイールの周方向に複数個並列されるように構成され、前記マグネットは、各コイルに対して鎖交磁束を生じさせるようにブレーキキャリパーに固定されるように構成されていることも好ましい。
【００１３】
この構成によれば、スポークの内側にコイルを配することで、コイルとマグネットとの間隔を小さくでき、より効率的な発電を行うことができる。また、マグネットをブレーキキャリパーに固定することができるため、車両側の構造変更を極力少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の車両用発電機構は、車両走行時のホイールの回転に伴う電磁誘導を利用して、簡易な構成にて効率的な発電を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施の形態に係る発電機構ついて図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
＜実施形態１＞
ここでは、走行時のタイヤの回転を利用してコイルとマグネットの電磁誘導にて発電を行い、その電力をタイヤへの空気充填機構の駆動に利用する場合を例として、本発明発電機構を図１〜３に基づいて説明する。図１ではホイールHとタイヤTを一点鎖線で示し、本発明発電機構及び空気充填機構並びにブレーキキャリパーBC及びディスクロータDを太線で示している。
【００１７】
図１、２は本実施形態の発電機構100をホイールHに取り付け、さらにそのホイールHにタイヤTを装着した状態を示す。コイル110はホイールHに装着され、マグネット120はブレーキキャリパーBCに装着される。そして、このホイールは、発電機構100の発電電力を蓄電するバッテリ2（蓄電手段）、バッテリ2からの電力により駆動されるモータ31及びピストンポンプ32（空気供給手段3）、このモータの動作を制御する制御手段4及び減圧バルブ5を備える。
【００１８】
まず、発電機構100は、ホイールHの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換出力する。この発電機構100を構成するコイル110とマグネット120のうち、複数のコイル110はホイールのリムHLの外周に固定されている。各コイル110をホイールのリムHLの外周に配置することで、後述する実施形態２に比べて多数のコイル110を用いることができる。各コイル110は、絶縁被覆を有する銅線をらせん状に成形したもので、その軸方向がホイールHの径方向に沿うように、リムHLの外周にほぼ一定間隔で配列されている。例えば、φ0.5mmの丸銅線を、φ40mm、長さ10mmに成形したコイル110を利用することができる。一方、マグネット120は、ホイールHに対して非回転のブレーキキャリパーBCにおけるホイールHの外周側に一つ固定されている。つまり、マグネット120はホイールHを介してコイル110に鎖交磁束を発生させるように配置されることになる。マグネット120のブレーキキャリパーBCへの固定は、ねじ止めなどの適宜な手段が利用できる。このようなコイル110とマグネット120の配置により、走行時、ホイールHが回転すると、マグネット120に対して各コイル110が周回されることになり、電磁誘導によりコイル110には誘導電流が発生する。なお、ここでのマグネット120は、電磁石でも永久磁石でもよい。本例では、マグネット12を永久磁石としたが、電磁石の場合、励磁のための電力は、車体側のバッテリ（図示略）から供給してもよいし、ホイール側のバッテリ2から可動カプラなどを介して供給してもよい。また、ブレーキは、キャリパーBCのピストンPiを駆動してブレーキパッドPaでディスクロータDを挟持するディスクブレーキとしているが（図２）、ブレーキの構成がディスクブレーキに限定されるわけではない。
【００１９】
バッテリ2は、発電機構100から得られる電気エネルギーを蓄電する（図１〜３）。このバッテリ2には二次電池が好適に利用できる。例えば、単三電池３本程度でもモータ31及び制御手段4の駆動に必要な電力を供給できる。バッテリ2の他、所定の容量が得られれば、コンデンサ、電気二重層キャパシタなどを蓄電手段に利用してもよい。
【００２０】
ピストンポンプ32は、外気を圧縮してタイヤ内に圧縮空気を供給する。例えば、内径φ6mm、長さ10mm程度の小型のものが好適に利用できる。本例では、このピストンポンプ32の駆動にモータ31を用いている。ここで用いるモータ31は、出力が数W（10W以下）程度の小型のものでよい。勿論、ピストンポンプ32以外のものであっても、空気の圧縮とタイヤTへの供給が可能でホイールHに装着可能なサイズであれば、空気供給手段として利用できる。
【００２１】
制御手段4は、CPUを備え、モータ31の駆動を制御してピストンポンプ32の動作を制御する。タイヤTの空気圧の調整は、頻繁に行う必要はないため、一定間隔、例えば３日に一度とか一週間に一度などの間隔で空気の充填を行う。つまり、制御手段4は、タイマー部と、プログラムで予め設定された上記間隔ごとにモータ31（ピストンポンプ32）を駆動させる駆動指令部とを備える。
【００２２】
減圧バルブ5は、タイヤT内の空気圧が適正圧を超えた場合、自動的にタイヤT内の空気を外部に放出することで、タイヤT内が過加圧になることを抑制する。
【００２３】
上述した複数のコイル110、バッテリ2、モータ31、ピストンポンプ32、制御手段4、減圧バルブ5は、全てリムHLに固定されており、減圧バルブ5がリムHLの内外周に連通可能な構成となっているほか、他の構成部材は全てリムHLの外周、つまりタイヤTの内部に固定されている。
【００２４】
このような発電機構によれば、車両の走行時、ホイールH（タイヤT）が回転することにより、電磁誘導によりコイル110に誘導電流を発生させ、その電気エネルギーをバッテリ2に蓄えることができる。そして、上記の空気充填機構によれば、一定期間ごとに、バッテリ2からの電力を利用してモータ31（ピストンポンプ32）を駆動することで、自動的にタイヤTの空気圧を適正に調整することができる。タイヤT内への空気の充填が過剰となった場合、減圧バルブ5が作動して、タイヤ内の空気を自動的に外部に放出するため、タイヤ内が過加圧となることもない。
【００２５】
また、複数のコイル110、バッテリ2、モータ31、ピストンポンプ32、制御手段4及び減圧バルブ5は、全てホイールHに固定されているため、既存の車両のホイールを、本発明の発電機構に加え空気充填機構を装着したホイールHに交換し、ブレーキキャリパーBCにマグネット120を装着するだけで、既存の車両に対して発電機能及び自動空気充填機能を付加することができる。特に、複数のコイル110、バッテリ2、モータ31、ピストンポンプ32、制御手段4及び減圧バルブ5はタイヤT内に収納されているため、外部環境からも保護される。
【００２６】
さらに、コイル110に生じた誘導電流を、バッテリ2を介して制御手段4及びモータ31の作動に利用するまでの電流経路を全てホイールH側で行うことができるため、車体側とホイールH側とを可動カプラなどを介して電気的に接続する必要もない。
【００２７】
そして、安価なコイル110を複数とし、高価なマグネット120を単一としているため、マグネットを複数、コイルを単数とする場合に比べて、経済的にも優れた発電機構とすることができる。
【００２８】
その他、本例の変形例としては、さらにバッテリの充電状態の検知手段をホイールに設け、単に一定期間ごとに空気の充填を行うのではなく、一定期間が経過し、かつバッテリの充電状態が一定の規定状態以上である場合に空気の充填を行うようにしてもよい。例えば、充電状態の検知手段として、バッテリの電圧センサを設け、制御手段が備える判定部により電圧センサの検知結果が一定の閾値以上であるかどうかを判断する。そして、検知結果が閾値以上の場合にバッテリからモータに電力を供給して空気の充填を行い、閾値未満の場合には空気の充填を見送るようにしてもよい。
【００２９】
他の変形例としてはコイル、バッテリ、モータ、ピストンポンプ、制御手段を全て帯状の連結部材で一体とすることが挙げられる。この連結部材をホイールの外周に巻き付けて、連結部材の両端部同士を結合することで、ホイールに発電機構の一部及び空気充填機構の各構成部材を容易に装着することができる。連結部材の材質としては、可撓性があり、かつコイルとマグネットの電磁誘導時に渦電流が生じないよう、プラスチックなどの非導電性材料が好適である。
【００３０】
さらに別の変形例としては、発電機構の発電電圧が低い場合、必要に応じて、昇圧手段を設け、昇圧した電圧にてバッテリを充電することが好ましい（以下の実施形態２、３でも同様）。
【００３１】
なお、この実施形態では、発電機構の電力をタイヤへの空気充填機構の駆動に用いているが、本発明の発電機構から電力供給を受ける機器は、空気充填機構に限定されるわけではない。例えば、本発明発電機構の電力を、可動カプラなどを介して車体側のバッテリに蓄電させ、エアコン、カーステレオ、ワイパーなど、車載電装品の駆動の補助に用いても良い。
【００３２】
＜実施形態２＞
次に、コイルとマグネットの配置を実施形態１と異ならせた本発明の実施形態を図４に基づいて説明する。本例は、コイルとマグネットの配置が異なる点を除いて、他の構成は実施形態１と同様である。以下の説明は、相違点を中心に行う。
【００３３】
ここでは、複数コイル110は、ホイールHのスポークHSの内側において、ホイールHの周方向に並列されるよう固定されている。つまり、コイル110の軸方向がホイールHの軸方向に沿うようにコイル110が配されている。このコイル110のホイールHへの配置は、例えば各コイル110を環状の非導電性材料からなるプレート（図示略）を用い、予め直列接続された各コイル110をプレート上に固定しておき、そのプレートをスポークHSに固定するようにすることが好ましい。一方、単一のマグネット120は、回転してきた各コイル110とコイル110の軸方向に隙間をもって対面するように、ブレーキキャリパーBCの外側に固定されている。
【００３４】
本例の構成によれば、コイル110とマグネット120との間に隙間があるだけであり、両者の間にホイールHが介在されている実施形態１に比べて、隙間の管理が行い易い。特に、コイル110とマグネット120の双方がタイヤの外部に配されているため、コイル110とマグネット120の隙間を目視にて容易に確認できる。また、コイル110の配置箇所が実施形態１に比べてホイールHの内周側であるため、コイル110の配置数を実施形態１に比べて少なくすることができる。さらに、両者の間隔を実施形態１に比べて狭くできる。ここで、コイル110とマグネット120との隙間が小さいほど発電電力を大きくできる。そのため、より効率的な発電を行うことができる。
【００３５】
（試算例）
実施形態１の発電機構と、実施形態２の発電機構を用いて、発電電力を試算した。ここでは、実施形態１としてコイルとマグネットの間隔を30mm、実施形態２としてコイルとマグネットの間隔を10mm、５mmとし、その各々について車速と発電電力との関係を調べた。その結果を図５に示す。
【００３６】
このグラフから明らかなように、コイルとマグネットの間隔が小さいほど発電電力が大きいことがわかる。特に、車速が上がるほど発電電力が累進的に大きくなることがわかる。また、実施形態1において、コイルの数を18個とし、コイルとマグネットの間隔を30mmとした場合と、実施形態２において、コイルの数を10個とし、コイルとマグネットの間隔を５mmとした場合とでは、実施形態２の方が、発電電力が大きかった。
【００３７】
＜実施形態３＞
以上の実施形態１〜２では、複数のコイルをホイールに設け、単一のマグネットをブレーキキャリパーに設けたが、逆に、複数のマグネットをホイールに設け、単一のコイルをブレーキキャリパーに設けてもよい。その場合、複数のマグネットをホイールのリムの外周か、スポークの内側に設ければよい。そして、コイルがブレーキキャリパーに設けられているため、コイルに発生した誘導電流は、車体側から可動カプラなどを介してホイール側のバッテリに供給する。この構成によれば、多数のマグネットを用いることで、高い出力の発電を行うことができる。
【００３８】
なお、本発明の範囲は、上述した各種実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の発電機構は、走行中のホイールの回転動作を利用して効率的に発電を行うことができ、車両の発電機構として好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態1に係る発電機構をタイヤ付きホイールに装着した状態を示す透視斜視図である。
【図２】実施形態1に係る発電機構をタイヤ付きホイールに装着した状態を示す縦断面図である。
【図３】実施形態1に係る発電機構と空気充填機構の機能ブロック図である。
【図４】実施形態2に係る発電機構をタイヤ付きホイールに装着した状態を示す部分縦断面図である。
【図５】車速と発電電力との関係を、コイルとマグネットとの間隔でどう変わるかを示したグラフである。
【符号の説明】
【００４１】
100  発電機構
110  コイル  120  マグネット
2  バッテリ
3  空気供給手段
31  モータ  32  ピストンポンプ
4  制御手段
5  減圧バルブ
H  ホイール
HL  リム  HS  スポーク
T  タイヤ
BC  ブレーキキャリパー  Pi  ピストン  Pa  ブレーキパッド
D  ディスクロータ
【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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