DE112021004471T5

DE112021004471T5 - Reifenabnutzungsmesseinrichtung und energieerzeugungseinrichtung

Info

Publication number: DE112021004471T5
Application number: DE112021004471.0T
Authority: DE
Inventors: Yuki Imai; Tokuo Nakamura; Takafumi Noguchi; Hiroyuki TOBARI; Shinya Ichise; Ryosuke Suzuki; Rie KUROSAWA; Heishiro Fudo; Eiji Shinohara; Manabu Tamura; Nobuhiko SUEMATSU
Original assignee: Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-07-06
Also published as: JPWO2022044665A1; US20230158837A1; JP7492590B2; CN116325448A; WO2022044665A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 bereit, die eine Abnutzung eines Reifens 20 basierend auf einem Magnetfeld von einem in den Reifen 20 eingebetteten magnetischen Objekt 30 erfasst. Die Einrichtung beinhaltet einen magnetischen Sensor 12A, einen magnetischen Sensor 12B, und eine Batterie 11. Die Batterie 11 ist dazu in der Lage das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 zu übertragen, und hat eine äußere Kante 11e, von der das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 als ein Emissionsmagnetfeld ausgestrahlt wird. Jeder der magnetischen Sensoren 12A und 12B sind in einer Position angeordnet, in der das Emissionsmagnetfeld durch den Sensor erfassbar ist. Solch eine Konfiguration ermöglicht eine akkurate Erfassung der Abnutzung des Reifens und ist geeignet zur Größen- und Gewichtsreduzierung der Einrichtung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung, die eine Abnutzung eines Reifens basierend auf einem magnetischen Feld von einem Magneten erfasst, der in dem Reifen eingebettet ist, und bezieht sich auf eine Energieerzeugungseinrichtung.
Hintergrund
Die fortschreitende Abnutzung eines Reifens reduziert die Haftungsfähigkeit beim Fahren auf einer Straße und die Wasserableitungsfähigkeit zur Ableitung von Wasser zwischen dem Reifen und der Straße beim Fahren auf einer nassen Straße. Ein Fahrer oder Flottenmanager prüft Laufflächen der Reifen visuell auf Abnutzung und tauscht einen abgenutzten Reifen aus, um die Sicherheit zu gewährleisten, bevor der Reifen übermäßig abgenutzt und damit unsicher für den Gebrauch ist. Zum Beispiel werden in den Rillen eines Reifens angebrachte Rutschmarken zur Sichtkontrolle verwendet. Ein Inspektionsvorgang ist kompliziert. Ein Abnutzungszustand kann falsch bestimmt werden. Manche Benutzer führen die Inspektion möglicherweise nie durch. Wenn die Abnutzung eines Reifens falsch bestimmt wird, kann es sein, dass der Reifen mit reduzierten Fähigkeiten weiter benutzt wird, was aus Sicherheitsgründen nicht zu bevorzugen ist.
Es wurde ein Sensormodul entwickelt, um den Grad der Reifenabnutzung durch ein anderes Verfahren als die visuelle Beobachtung zu messen. Zum Beispiel offenbart PTL 1 ein Sensormodul, das einen magnetischen Sensor beinhaltet, der die Magnetflussdichte eines Magnetfeldes in einer Richtung entlang des Radius eines Reifens in einem Laufflächenabschnitt erfasst. Das Sensormodul ist dazu eingerichtet, die Abnutzung des Laufflächenabschnitts basierend auf der vom magnetischen Sensor erfassten Magnetflussdichte zu messen.
PTL 2 offenbart eine reifeninterne Energieerzeugungseinrichtung, die andere Einrichtungen in einem Reifen mit Energie versorgt. Die Energieerzeugungseinrichtung beinhaltet rotierende Elemente, die jeweils einen Magneten, eine Basis, die die rotierenden Elemente stützt, und Spulen, die sich in der Basis befinden, beinhalten. Die Magnete rotieren mit der Rotation des Reifens und erzeugen somit elektrischen Energie.
Zitierliste
Patentliteratur

PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 2019-203831
PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 2011-239510

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Das in PTL 1 offenbarte Sensormodul soll die Stärke eines sich durch Abnutzung ändernden Magnetfeldes messen, um den Abnutzungszustand eines Reifens stets genau zu bestimmen. Folglich wird in PTL 1 keine Konfiguration beschrieben, die darauf abzielt, die Größe und das Gewicht des Sensormoduls zu reduzieren. Das Sensormodul wird im Gebrauch an einem Reifen montiert. Ein großes oder ein schweres Sensormodul kann verursachen, dass der Reifen beim Rotieren aus dem Gleichgewicht gerät. Deshalb ist es erforderlich, dass das Sensormodul so klein und leicht wie möglich ist. Die in PTL 2 beschriebene Einrichtung, bei der es sich um ein ausgeklügeltes Energieerzeugungssystem handelt, neigt dazu, an Gewicht zuzunehmen. Ein Reifen mit einer solchen Einrichtung kann beim Rotieren aus dem Gleichgewicht geraten.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, die Reifenabnutzung genau zu erfassen und eine Reduzierung der Größe und des Gewichts zu erzielen, sowie eine Energieerzeugungseinrichtung vorzusehen, die in einem Reifen montierbar ist.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung stellt eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung bereit, die die Abnutzung eines Reifens basierend auf einem Magnetfeld von einem in dem Reifen eingebetteten Magneten erfasst, wobei die Einrichtung zumindest einen magnetischen Sensor und ein magnetisches Sammelelement beinhaltet, das in der Lage ist, das Magnetfeld von dem Magneten zu übermitteln/übertragen, wobei das magnetische Sammelelement eine äußere Kante aufweist, von der das Magnetfeld von dem Magneten als ein Emissionsmagnetfeld ausgestrahlt wird. Der zumindest eine magnetische Sensor ist in einer Position angeordnet, in der das Emissionsmagnetfeld durch den zumindest einen magnetischen Sensor erfassbar ist.
In der vorstehenden Konfiguration wird das Emissionsmagnetfeld des Magnetsammlers erfasst. Eine solche Konfiguration macht es überflüssig, den zumindest einen magnetischen Sensor in der Nähe des im Reifen eingebetteten Magneten anzuordnen. Dies führt zu einer höheren Flexibilität bei der Gestaltung des zumindest einen magnetischen Sensors. Dies ermöglicht eine Vereinfachung eines Aufbaus der Reifenabnutzungsmesseinrichtung und führt zu einer Reduzierung der Größe und des Gewichts der Einrichtung sowie zu einer höheren Erfassungsgenauigkeit.
Vorzugsweise beinhaltet die
Reifenabnutzungsmesseinrichtung ferner ein Magnetfeld-Führungselement, das das Emissionsmagnetfeld führt. In diesem Fall kann das magnetische Sammelelement eine Knopfzellenbatterie sein. Vorzugsweise, in einer Draufsicht in einer Richtung entlang einer Normalen zu einer Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie, ist ein Ende des Magnetfeld-Führungselements, das dem zumindest einen magnetischen Sensor benachbart ist, außerhalb der äußeren Kante der Knopfzellenbatterie angeordnet, und der zumindest eine magnetische Sensor ist zwischen der Knopfzellenbatterie und dem Ende des Magnetfeld-Führungselements angeordnet.
Eine solche Konfiguration ermöglicht es, das durch das Magnetfeld-Führungselement geführte Emissionsmagnetfeld effizient durch den zumindest einen magnetischen Sensor zu erfassen, was zu einer verbesserten Erfassungsgenauigkeit des zumindest einen magnetischen Sensors führt. Speziell ist das durch das Magnetfeld-Führungselement geführte Emissionsmagnetfeld zwischen der Knopfzellenbatterie und dem Ende des Magnetfeld-Führungselements ausgebildet. Das durch das Magnetfeld-Führungselement geführte Emissionsmagnetfeld ermöglicht eine Erhöhung der Magnetflussdichte. Deshalb kann der zumindest eine magnetische Sensor, der zwischen der Knopfzellenbatterie und dem Ende des Magnetfeld-Führungselements angeordnet ist, das Emissionsmagnetfeld genau erfassen.
Vorzugsweise ist die Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie dem Magneten zugewandt. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, dass die gesamte äußere Kante der Knopfzellenbatterie das Emissionsmagnetfeld ausstrahlt. Der mindestens eine magnetische Sensor, der in der Nähe der äußeren Kante angeordnet ist, kann das Emissionsmagnetfeld erfassen.
Das Magnetfeld-Führungselement kann eine Antenne sein, die als ein Wellenleiter/Hohlleiter dient und elektromagnetische Wellen ausstrahlt und empfängt. Die Verwendung einer Antenne zur Kommunikation als Magnetfeld-Führungselement ermöglicht eine Reduzierung der Größe und des Gewichts der Reifenabnutzungsmesseinrichtung.
Eine Richtung, in der das Emissionsmagnetfeld durch den zumindest einen magnetischen Sensor erfassbar ist, kann parallel zur Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie sein. Das Ende des Magnetfeld-Führungselements und der zumindest eine magnetische Sensor können auf derselben Ebene parallel zur Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie angeordnet sein.
Eine solche Konfiguration ermöglicht es, dass das Emissionsmagnetfeld, das durch den zumindest einen magnetischen Sensor erfasst wird, mehr Komponenten parallel zur Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie beinhaltet, was in einer effizienten Erfassung des Emissionsmagnetfeldes resultiert.
Der zumindest eine magnetische Sensor kann einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor beinhalten. Der erste Sensor kann in einer Richtung parallel zur Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie auf einer Seite der Knopfzellenbatterie angeordnet sein, und der zweite Sensor kann in dieser Richtung auf der anderen Seite der Knopfzellenbatterie angeordnet sein. Die Abnutzung des Reifens kann basierend auf einer Ausgabe des ersten Sensors und einer Ausgabe des zweiten Sensors erfasst werden.
In diesem Fall weist die Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie in einer Draufsicht in der Richtung entlang der Normalen zur Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie vorzugsweise einen Mittelpunkt auf, der zu dem im Reifen eingebetteten Magneten ausgerichtet ist und auf einer geraden Linie angeordnet ist, die den ersten Sensor und den zweiten Sensor verbindet.
Die Ausgaben des ersten und des zweiten Sensors können verwendet werden, um den Einfluss von Rauschen auszugleichen, wie beispielsweise ein externes Magnetfeld. Ein Magnetfeld auf einer Seite der Knopfzellenbatterie und ein Magnetfeld auf der anderen Seite hiervon sind in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet. Zum Beispiel stellt die Verwendung der Differenz zwischen den Ausgaben eine Ausgabe bereit, deren Größe ungefähr doppelt so groß ist wie die Ausgabe eines magnetischen Sensors, was zu einer verbesserten Erfassungsgenauigkeit führt.
In der Reifenabnutzungsmesseinrichtung, die ein Magnetfeld-Führungselement beinhaltet, das das Emissionsmagnetfeld leitet, kann der zumindest eine magnetische Sensor einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor beinhalten, das Magnetfeld-Führungselement kann ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen, die benachbart zu dem zumindest einen magnetischen Sensor sind, das magnetische Sammelteil kann eine Knopfzellenbatterie sein, der erste Sensor und das erste Ende können in einer Richtung parallel zu einer Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie auf einer Seite der Knopfzellenbatterie angeordnet sein, und der zweite Sensor und das zweite Ende können in dieser Richtung auf der anderen Seite der Knopfzellenbatterie angeordnet sein, und die Abnutzung des Reifens kann basierend auf einer Ausgabe des ersten Sensors und einer Ausgabe des zweiten Sensors erfasst werden.
Eine solche Konfiguration ermöglicht es, dass das durch das Magnetfeld-Führungselement geführte Emissionsmagnetfeld von dem zumindest einen magnetischen Sensor effizient erfasst wird, was in einer verbesserten Genauigkeit der Messung der Reifenabnutzung resultiert.
Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung kann ferner eine Spule beinhalten, die innerhalb eines Bereichs des Magnetfeldes des Magneten angeordnet ist, und ein Induktionsstrom, der in der Spule erzeugt wird, kann als Betriebsenergiequelle verfügbar sein. In diesem Fall ist die Spule vorzugsweise zwischen dem magnetischen Sammelelement und dem Magneten angeordnet.
Da sich die relative Positionsbeziehung zwischen dem Magneten und der Spule mit der Rotation des Reifens verändert, ändert sich auch die Dichte eines Magnetflusses, der durch die Spule fließt. Das Anordnen der Spule zwischen dem magnetischen Sammelelement und dem Magneten erhöht die Dichte des Magnetflusses, der durch die Spule fließt, was zu einer verbesserten Energieerzeugungseffizienz führt. Deshalb kann die von der Spule erzeugte elektrische Energie für den Betrieb der Reifenabnutzungsmesseinrichtung genutzt werden, während die Reifenabnutzungsmesseinrichtung in ihren äußeren Abmessungen (Größe) klein gehalten wird.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner eine Energieerzeugungseinrichtung vor, die einen in einem Reifen eingebetteten Magneten und eine innerhalb eines Bereichs eines Magnetfelds des Magneten angeordnete Spule beinhaltet. In dieser Einrichtung ändert sich die relative Positionsbeziehung zwischen dem Magneten und der Spule mit der Rotation des Reifens, und Energie wird aufgrund einer Änderung in der Dichte des Magnetflusses, der durch die Spule fließt, erzeugt, die durch eine Änderung der relativen Positionsbeziehung verursacht wird. Vorzugsweise beinhaltet die Energieerzeugungseinrichtung ferner ein magnetisches Element, und die Spule ist zwischen dem magnetischen Element und dem Magneten angeordnet.
Eine solche Konfiguration ermöglicht es, einen Induktionsstrom, der aufgrund einer durch die Rotation des Reifens verursachten Änderung der Dichte des durch die Spule fließenden Magnetflusses erzeugt wird, zur Stromerzeugung zu nutzen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart eingerichtet, dass das Magnetfeld des magnetischen Sammelelements erfasst wird. Diese Konfiguration führt zu einer höheren Flexibilität beim Anordnen des zumindest einen magnetischen Sensors. Dadurch wird eine Reduzierung von Größe und Gewicht der Einrichtung erreicht und eine genaue Messung der Reifenabnutzung ermöglicht. Zusätzlich ermöglicht die Konfiguration, die die Spule beinhaltet, dass ein Induktionsstrom, der aufgrund einer durch die Rotation des Reifens verursachten Änderung der Magnetflussdichte eines durch die Spule verlaufenden Magnetfeldes erzeugt wird, zur Energieerzeugung genutzt werden kann, ohne eine Zunahme der Größe der Einrichtung zu bewirken.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Querschnittsansicht der Konfiguration einer Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[2] (a) ist eine Vektorkarte, die ein Magnetfeld in der Reifenabnutzungseinrichtung von 1 darstellt, und (b) ist eine Konturkarte, die sensor-erfassbare Komponenten des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 1 darstellt.
[3] (a) ist eine Konturkarte, die sensor-erfassbare Komponenten des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 1 darstellt, und (b) ist eine Konturkarte, die sensor-erfassbare Komponenten eines Magnetfelds in einer Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 8 zeigt.
[4] 4 ist eine schematische Abbildung, die die Positionsbeziehung zwischen einem Magneten, einer Knopfzellenbatterie, magnetische Sensoren, und Enden einer Antenne in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 1 darstellt.
[5] 5 ist eine schematische Querschnittansicht der Konfiguration einer Modifikation der Reifenabnutzungsmesseinrichtung.
[6] (a) ist eine Vektorkarte, die ein Magnetfeld in einer Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 5 darstellt, und (b) ist eine Konturkarte, die sensor-erfassbare Komponenten des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 5 darstellt.
[7] 7 ist eine schematische Schnittansicht der an einen Reifen montierten Reifenabnutzungsmesseinrichtung.
[8] 8 ist eine schematische Querschnittansicht der Konfiguration einer Reifenabnutzungsmesseinrichtung des Standes der Technik.
[9] (a) ist eine Vektorkarte, die ein Magnetfeld in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 8 zeigt, und (b) ist eine Konturkarte, die sensor-erfassbare Komponenten des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 8 zeigt.
[10] 10 ist eine schematische Querschnittansicht der Konfiguration einer anderen
[11] 11 ist eine schematische Querschnittansicht der Konfiguration einer Energieerzeugungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[12] (a) ist eine perspektivische Ansicht, die die Geometrie der Reifenabnutzungsmesseinrichtungen von Beispiel 1 und Beispiel 2 darstellt, und (b) ist eine perspektivische Ansicht, die die Geometrie der Reifenabnutzungsmesseinrichtung eines Vergleichsbeispiels 1 darstellt.
[13] 13 ist ein Graph, der die Verhältnisse der Ausgaben in Beispielen 1 und 2 zu einer Ausgabe im Vergleichsbeispiel 1.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dieselben Komponenten sind in den Abbildungen mit denselben Bezugszeichen versehen, und redundante Beschreibungen werden gegebenenfalls weggelassen.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die an einem Reifen montiert ist. Wie in 7 dargestellt, ist eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 an einer Innenfläche 21 eines Reifens 20 angeordnet, und ein magnetisches Objekt 30 ist in einem Laufflächenabschnitt 23 an einer Außenfläche 22 eingebettet. Wenn das magnetische Objekt 30 zusammen mit dem Laufflächenabschnitt 23 abgenutzt wird, ändert sich das Magnetfeld M, das in 7 durch gestrichelte Linien dargestellt ist, des magnetischen Objekts 30. Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 kann einen Abnutzungszustand des Laufflächenabschnitts 23 durch das Messen des Magnetfelds M erfassen. Zum Beispiel kann ein Abnutzungszustand des Reifens 20 basierend auf einer Tabelle erfasst werden, in der die Änderungen des Magnetfelds M, die mit der Abnutzung des magnetischen Objekts 30 verbunden sind, und ein Messwert des Magnetfelds M gespeichert sind.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht der Konfiguration einer Reifenabnutzungsmesseinrichtung des Standes der Technik. Wie in 8 dargestellt, beinhaltet eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung 100 eine Knopfzellenbatterie 101. Da die Knopfzellenbatterie 101 ein Gehäuse aus einem hochpermeablen weichmagnetischen Material beinhaltet, tendiert ein Magnetfeld, das von dem in den Laufflächenabschnitt 23 des Reifens 20 eingebetteten magnetischen Objekt 30 erzeugt wird, dazu, zur Knopfzellenbatterie 101 geleitet zu werden. Aus diesem Grund ist die Knopfzellenbatterie 101 normalerweise nicht zwischen dem magnetischen Objekt 30 und den magnetischen Sensoren 102A und 102B angeordnet. Die magnetischen Sensoren 102A und 102B sind näher zum magnetischen Objekt 30 angeordnet als die Knopfzellenbatterie 101 und sind in ausreichendem Abstand zur Knopfzellenbatterie 101 positioniert. Mit anderen Worten: Ein Abstand D1 von dem magnetischen Objekt 30 zu der Knopfzellenbatterie 101 ist größer als ein Abstand D2 von dem magnetischen Objekt 30 zu den magnetischen Sensoren 102A und 102B, sodass die Knopfzellenbatterie die magnetische Erfassung durch die magnetischen Sensoren 102A und 102B nicht beeinflusst. Diese Anordnung der Knopfzellenbatterie 101 und der magnetischen Sensoren 102A und 102B in 8 führt zu einem komplizierten Aufbau der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 100, was die Größe der Einrichtung vergrößert.
9(a) ist eine Vektorkarte, die ein Magnetfeld in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 8 zeigt. 9(b) ist eine Konturenkarte, die die sensor-erfassbaren Komponenten des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 8 zeigt. Die Vektorkarte zeigt die Richtungen der Magnetfeldkomponenten und Magnetflussdichten anhand von Vektoren. Die Konturenkarte zeigt die Magnetflussdichten der Komponenten des Magnetfelds in einer Richtung entlang der X-Achse als Grautöne. Ein dunklerer Grauton zeigt eine höhere Magnetflussdichte an.
Wie in 9(a) dargestellt, ist in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 100 des Standes der Technik ein Bereich mit hoher Magnetflussdichte in der Nähe des magnetischen Objekts 30 ausgebildet. Die magnetischen Sensoren 102A und 102B sind in diesem Bereich angeordnet, um den Magnetfluss des magnetischen Objekts 30 zu erfassen. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass ein Bereich, in dem die Magnetflussdichte der Komponenten in der Richtung entlang der X-Achse hoch ist, in der Nähe einer äußeren Kante 101e der Knopfzellenbatterie 101 gegenüberliegend dem magnetischen Objekt 30 ausgebildet ist, wie in 9(b) dargestellt. Ein Magnetfeld in diesem Bereich ist ein Emissionsmagnetfeld, d. h. das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30, das auf die Knopfzellenbatterie 101 geführt und durch die Knopfzellenbatterie 101 ausgestrahlt wird. Das Emissionsmagnetfeld ändert sich, wenn sich das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 ändert. Deshalb ermöglicht das Messen des Emissionsmagnetfelds das Erfassen einer Änderung des Magnetfelds des magnetischen Objekts 30.
Speziell kann die Knopfzellenbatterie 101 näher zu dem magnetischen Objekt 30 angeordnet sein als die magnetischen Sensoren 102A und 102B, und die magnetischen Sensoren 102A und 102B können in einer Position angeordnet werden, in der das von der äußeren Kante 101e der Knopfzellenbatterie 101 ausgestrahlte Emissionsmagnetfeld durch die Sensoren erfassbar ist. Eine solche Konfiguration ermöglicht eine Messung der Veränderung des Magnetfelds des magnetischen Objekts 30. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Knopfzellenbatterie 101 als magnetisches Sammelelement (Pseudojoch) zu verwenden, was in einem vereinfachten Aufbau der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 100 resultiert. Dies ermöglicht eine Reduzierung von Größe und Gewicht der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 100. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Konfiguration der Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform einen magnetischen Sensor 12A, einen magnetischen Sensor 12B und eine Knopfzellenbatterie 11 und erfasst ein Magnetfeld des im Reifen 20 eingebetteten magnetischen Objekts 30, um die Abnutzung des Reifens 20 zu messen.
Die Knopfzellenbatterie 11 ist in einer Position angeordnet, in der die Knopfzellenbatterie 11 das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 übertragen kann. Die Knopfzellenbatterie 11 weist eine äußere Kante 11e auf, von der das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 als Emissionsmagnetfeld ausgestrahlt wird. In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine handelsübliche Knopfzellenbatterie (Knopfbatterie) als Energiequelle für die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 verwendet wird. Ein magnetisches Sammelelement ist nicht auf die Knopfzellenbatterie 11 beschränkt. Es kann jedes magnetische Sammelelement verwendet werden, das in der Lage ist, ein Magnetfeld von dem magnetischen Objekt 30 zu übertragen. Der hier verwendete Ausdruck „magnetisches Sammelelement, das in der Lage ist, ein Magnetfeld zu übertragen“ bezieht sich auf eine Komponente, z. B. eine Batterie, die es dem Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 ermöglicht, als Emissionsmagnetfeld von diesem ausgestrahlt zu werden, und die einen Abschnitt aus einem hochpermeablen weichmagnetischen Material beinhaltet. Die Knopfzellenbatterie 11 beinhaltet ein Gehäuse (außen), das sich von einer Elektrodenoberfläche 11d bis zur äußeren Kante 11e kontinuierlich erstreckt, und das Gehäuse ist aus einem weichmagnetischen Material gefertigt. Wenn, in einer Position, auf die das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 einwirkt, angeordnet, überträgt die Knopfzellenbatterie 11 das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 und ermöglicht es dem Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 als Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e, die vom magnetischen Objekt 30 entfernt angeordnet ist, ausgestrahlt/abgestrahlt zu werden.
In dieser Ausführungsform bezieht sich der Ausdruck „vom Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 beeinflusste Position“ auf einen Bereich, in dem die Magnetflussdichte des Magnetfelds des magnetischen Objekts 30 erfassbar ist. Obwohl eine Magnetflussdichte von mehr als 0 mT erfasst werden kann, ist eine geringere Magnetflussdichte anfällig für Rauschen. Zum Beispiel ist es zu bevorzugen, dass die Differenz zwischen mehreren Erfassungsergebnissen erhalten wird, um den Einfluss des Rauschens auszugleichen. Der Ausdruck „in der Position angeordnet sein, auf die das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 einwirkt“ bezieht sich auf einen Zustand, in dem ein das Magnetfeld übermittelnder Abschnitt aus einem weichmagnetischen Material in der Position angeordnet ist, die vom Magnetfeld beeinflusst wird. Die Knopfzellenbatterie 11 überträgt und ermöglicht dem Magnetfeld als das Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e ausgestrahlt zu werden, solange sich ein Abschnitt der Elektrodenoberfläche 11d, der aus dem weichmagnetischen Material gemacht ist, in der Position befindet, die von dem Magnetfeld beeinflusst wird. Aus diesem Grund muss nicht der gesamte Abschnitt aus dem weichmagnetischen Material in der Position angeordnet sein, die durch das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 beeinflusst wird.
Die Elektrodenoberfläche 11d der Knopfzellenbatterie 11 ist so angeordnet, dass sie dem magnetischen Objekt 30 zugewandt ist. Mit anderen Worten: Die Elektrodenoberfläche 11d ist so angeordnet, dass sie der Innenfläche 21 des Reifens 20 zugewandt ist, so dass die Richtung (Normalrichtung) einer Normalen 11L zur Elektrodenoberfläche 11d entlang der Y-Achse verläuft. Somit kann die Knopfzellenbatterie 11 das Magnetfeld von dem magnetischen Objekt 30 effizient übertragen und ermöglicht, dass das Magnetfeld als Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e ausgestrahlt wird.
Die magnetischen Sensoren 12A und 12B sind in einer Position angeordnet, die benachbart zu einer Oberfläche 11f der Knopfzellenbatterie 11 gegenüberliegend dem magnetischen Objekt 30 ist und in der das von der äußeren Kante 11e ausgestrahlte Emissionsmagnetfeld von den Sensoren erfassbar ist. Die magnetischen Sensoren 12A und 12B sind auf derselben Ebene angeordnet. Das Emissionsmagnetfeld wird in 1 von der äußeren Kante 11e schräg nach oben abgestrahlt. Ein Bereich mit einer höheren Magnetflussdichte als der seines umgebenden Bereichs ist in der Nähe der äußeren Kante 11e ausgebildet. Mit anderen Worten: Die Anordnung der magnetischen Sensoren 12A und 12B in der Position, in der das von der äußeren Kante 11e ausgestrahlte Emissionsmagnetfeld erfassbar ist, ermöglicht eine genaue Erkennung einer Änderung des Magnetfelds. Um das Emissionsmagnetfeld durch die magnetischen Sensoren 12A und 12B zu erfassen, beträgt beispielsweise eine Magnetflussdichte in einer Richtung, in der das Emissionsmagnetfeld in der Position jedes der magnetischen Sensoren 12A und 12B erfassbar ist, vorzugsweise 0,4 mT oder mehr. In dieser Ausführungsform bezieht sich der Begriff „Magnetflussdichte“ wie hier verwendet auf eine Magnetflussdichte, die erfasst wird, wenn die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 vor der Verwendung an einem neuen Reifen 20 montiert wird.
In der Anwendung des magnetischen Objekts 30 zur Erzeugung eines Magnetfelds mit einer Magnetflussdichte an der Oberfläche von z. B. 26 mT, wenn die Knopfzellenbatterie 11 in einer Position angeordnet ist, in der der Abstand D1 von dem magnetischen Objekt 30 zur Elektrodenoberfläche 11d im Bereich von etwa 10 bis etwa 20 mm liegt, kann die Knopfzellenbatterie 11 das Magnetfeld übertragen. Um das Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e durch die magnetischen Sensoren 12A und 12B genau zu erfassen, sind die magnetischen Sensoren 12A und 12B so angeordnet, dass ein Abstand (LX) entlang der X-Achse von der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 2,8 mm oder weniger, vorzugsweise 2,5 mm oder weniger, weiter vorzugsweise 2,3 mm oder weniger beträgt. Zu demselben Zweck sind die magnetischen Sensoren 12A und 12B so angeordnet, dass ein Abstand (LY) entlang der Y-Achse von der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 3,2 mm oder weniger beträgt, vorzugsweise 2,9 mm oder weniger, weiter vorzugsweise 2,7 mm oder weniger.
Wie in 1 dargestellt, ist der Abstand D2 entlang der Y-Achse zwischen dem magnetischen Objekt 30 und den magnetischen Sensoren 12A und 12B größer als der Abstand D1 zwischen dem magnetischen Objekt 30 und der Knopfzellenbatterie 11. Folglich erfassen die magnetischen Sensoren 12A und 12B das Magnetfeld von dem magnetischen Gegenstand 30 nicht direkt. Die magnetischen Sensoren 12A und 12B erfassen das durch die Knopfzellenbatterie 11 übertragene und von der äußeren Kante 11e abgestrahlte Emissionsmagnetfeld. In dieser Ausführungsform bezieht sich der Ausdruck „Abstand zwischen Komponenten“ wie hier verwendet auf einen Abstand zwischen Abschnitten der Komponenten, die einander am nächsten sind.
Für die magnetischen Sensoren 12A und 12B, die das Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e messen, werden magnetoresistive Elemente verwendet, die jeweils einen Widerstand aufweisen, der sich in Abhängigkeit von der Richtung und Stärke eines Magnetfeldes ändert. Beispiele für das magnetoresistive Element beinhalten ein Riesenmagnetoresistiv-Element (GMR) und ein Tunnelmagnetoresistiv-Element (TMR). Das Messen durch die magnetischen Sensoren 12A und 12B muss nicht kontinuierlich in Echtzeit durchgeführte werden, und kann intermittierend in regelmäßigen Zeitintervallen durchgeführt werden. Alternativ kann das Messen auch als Reaktion auf eine externe Anweisung durchgeführt werden, die über eine Funkkommunikationseinheit (nicht abgebildet) empfangen wird. Das Messen in regelmäßigen Zeitintervallen oder basierend auf einem Befehl führt zu einem geringeren Energieverbrauch als bei einer kontinuierlichen Messung. Anstelle der magnetoresistiven Elemente können Hall-Elemente als die magnetischen Sensoren 12A und 12B verwendet werden, um eine Änderung der Stärke eines Magnetflusses zu messen. Magnetoimpedanz-Elemente können als die magnetischen Sensoren 12A und 12B verwendet werden, um eine Änderung der Impedanz zu messen, die durch eine Änderung im Magnetfeld verursacht wird.
Die magnetischen Sensoren 12A und 12B, die dazu eingerichtet sind, eine Magnetflussdichte in der Richtung entlang der X-Achse zu erfassen, können das Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e genau erfassen. Die Erfassungsrichtung ist nicht nur auf die Richtung entlang der X-Achse beschränkt. Die magnetischen Sensoren 12A und 12B können dazu eingerichtet sein, Magnetfelder entlang dreier zueinander orthogonaler Achsen (d. h. der X-, Y- und Z-Achse) zu erfassen. In diesem Fall kann jeder der magnetischen Sensoren 12A und 12B drei Sensorelemente beinhalten, die jeweils ein Magnetfeld entlang einer Achse erfassen. In der Ausführungsform sind die magnetischen Sensoren 12A und 12B GMR-Sensoren, die jeweils ein GMR-Element in einem Formgehäuse beinhalten.
Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 kann Informationen über die Abnutzung des Reifens 20 basierend auf der Messung des Magnetfelds durch die magnetischen Sensoren 12A und 12B an eine fahrzeuginterne Einrichtung ausgeben, zum Beispiel über die Funkkommunikationseinheit. Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 kann Informationen über die Ergebnisse der Messungen der magnetischen Sensoren 12A und 12B an die fahrzeuginterne Einrichtung übermitteln und Informationen von der fahrzeuginternen Einrichtung über die Funkkommunikationseinheit empfangen. Die Übertragung und das Empfangen von Informationen durch die Kommunikation zwischen der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 und externen Einrichtungen wird von einer Zentraleinheit (CPU) gesteuert (nicht abgebildet).
Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 beinhaltet eine Antenne 13 zur externen Kommunikation. Die Antenne 13 weist gegenüberliegende Enden 13a und 13b auf, die in der Nähe der magnetischen Sensoren 12A bzw. 12B positioniert sind, so dass jedes Ende in einer Position angeordnet ist, in der das Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e zu dem Ende geführt werden kann. Die Antenne 13 dient als Wellenleiter/Hohlleiter, und strahlt elektromagnetische Wellen aus und empfängt sie. Die Antenne 13 fungiert als ein Magnetfeld-Führungselement (Joch), das das Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 führt. Die Enden 13a und 13b der Antenne 13 sind in der Nähe der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 angeordnet und fungieren jeweils als ein Magnetfeld-Führungselement (Joch), das das Emissionsmagnetfeld führt. Die magnetischen Sensoren 12A und 12B sind zwischen der äußeren Kante 11e und den Enden 13a und 13b angeordnet.
2(a) ist eine Vektorkarte, die ein Magnetfeld in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 1 zeigt. 2(b) ist eine Konturenkarte, die sensor-erfassbare Komponenten des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 1 zeigt. Wie in (a) und (b) von 2 dargestellt, ist die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 dazu eingerichtet, dass die Knopfzellenbatterie 11 in einer Position angeordnet ist, in der die Knopfzellenbatterie 11 das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 übertragen kann, und dass jeder der magnetischen Sensoren 12A und 12B in einer Position angeordnet ist, in der das Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 vom Sensor erfassbar ist. Eine solche Konfiguration ermöglicht es, dass die Knopfzellenbatterie 11 als ein Pseudojoch fungiert und dass die magnetischen Sensoren 12A und 12B das Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e erfassen können. Die Anordnung der Knopfzellenbatterie 11 zwischen dem magnetischen Objekt 30 und den magnetischen Sensoren 12A und 12B in der oben beschriebenen Weise ermöglicht eine Reduzierung der Größe und des Gewichts der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 und eine genaue Messung eines Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30.
3(a) ist eine Konturenkarte, die sensor-erfassbare Komponenten des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 1 zeigt. 3(b) ist eine Konturenkarte, die sensor-erfassbare Komponenten des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 8 zeigt.
Wie in 3(a) dargestellt, sind in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform zwischen der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 und den Enden 13a und 13b der Antenne 13 Bereiche ausgebildet, in denen die Magnetflussdichte von Komponenten in der Richtung entlang der X-Achse hoch ist. Diese Bereiche werden durch das Emissionsmagnetfeld ausgebildet, das von der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 zu den Enden 13a und 13b der Antenne 13 geführt wird. Die Anordnung der magnetischen Sensoren 12A und 12B, die in diesen Bereichen jeweils eine Sensitivitätsachse entlang der X-Achse aufweisen, ermöglicht eine genaue Erfassung des Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30. Darüber hinaus, da die magnetischen Sensoren 12A und 12B zwischen der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 und den Enden 13a und 13b der Antenne 13 angeordnet sind, ist jeder der magnetischen Sensoren 12A und 12B zuverlässig in einer Position angeordnet, in der das Emissionsmagnetfeld durch den Sensor erfassbar ist.
Wie in 3(b) dargestellt, sind die magnetischen Sensoren 102A und 102B in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 100 des Standes der Technik näher am magnetischen Objekt 30 angeordnet als die Knopfzellenbatterie 11 und erfassen das Magnetfeld des magnetischen Objekts 30 direkt. Eine solche Konfiguration macht es schwierig, die Größe und das Gewicht der Einrichtung zu reduzieren.
4 ist eine schematische Darstellung der Positionsbeziehung zwischen dem magnetischen Objekt 30, der Knopfzellenbatterie 11, den magnetischen Sensoren 12A und 12B und den Enden 13a und 13b der Antenne 13 in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 1. 4 zeigt schematisch die Positionsbeziehung in der Draufsicht in Richtung der Y-Achse oder in der Richtung entlang der Normalen 11L (siehe 1) zur Elektrodenoberfläche 11d der Knopfzellenbatterie 11. Mit anderen Worten: Die Elektrodenoberfläche 11d ist dem Betrachter von 4 abgewandt. Wie in 4 dargestellt, sind das dem magnetischen Sensor 12A benachbarte Ende 13a der Antenne 13 und das dem magnetischen Sensor 12B benachbarte Ende 13b derselben außerhalb der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 angeordnet, oder so, dass sie die Knopfzellenbatterie 11 nicht überlappen. Der magnetische Sensor 12A ist zwischen der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 und dem Ende 13a der Antenne 13 angeordnet, und der magnetische Sensor 12B ist zwischen der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 und dem Ende 13b der Antenne 13 angeordnet.
Mit Bezug auf 4 sind in der Draufsicht in der Richtung entlang der Y-Achse die äußere Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11, der magnetische Sensor 12A und das Ende 13a der Antenne 13 so angeordnet, dass sie sich nicht gegenseitig überlappen, und die äußere Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11, der magnetische Sensor 12B und das Ende 13b der Antenne 13 sind so angeordnet, dass sie sich nicht gegenseitig überlappen. Die Anordnung in 4 ist ein Beispiel. Die magnetischen Sensoren 12A und 12B müssen nur zwischen der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 und den Enden 13a und 13b der Antenne 13 angeordnet sein. Zum Beispiel können sich in der Draufsicht in der Richtung entlang der Y-Achse der magnetische Sensor 12A, die äußere Kante 11e und ein Teil oder die Gesamtheit des Endes 13a überlappen, und der magnetische Sensor 12B, die äußere Kante 11e und ein Teil oder die Gesamtheit des Endes 13b können sich gegenseitig überlappen.
Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 beinhaltet den magnetischen Sensor 12A und den magnetischen Sensor 12B. Der magnetische Sensor 12A ist in der Richtung entlang der X-Achse auf einer Seite der Knopfzellenbatterie 11 parallel zur Elektrodenoberfläche 11d der Knopfzellenbatterie 11 angeordnet, und der magnetische Sensor 12B ist auf der anderen Seite hiervon angeordnet. In der Ausführungsform, wie in 4 gezeigt, hat die Elektrodenoberfläche 11d der Knopfzellenbatterie 11 einen Mittelpunkt O, der auf das in den Reifen 20 eingebettete magnetische Objekt 30 ausgerichtet ist, und auf einer geraden Linie L angeordnet ist, die den magnetischen Sensor 12A und den magnetischen Sensor 12B verbindet.
Die gerade Linie L, die den magnetischen Sensor 12A und den magnetischen Sensor 12B verbindet, ist parallel zur X-Achse. Jedes der Enden 13a und 13b der Antenne 12 ist auf der geraden Linie L angeordnet. Die magnetischen Sensoren 12A und 12B sind mit Bezug auf den Mittelpunkt O der Elektrodenoberfläche 11d der Knopfzellenbatterie 11 symmetrische angeordnet. Die Enden 13a und 13b der Antenne 13 sind mit Bezug auf den Mittelpunkt O der Elektrodenoberfläche 11d der Knopfzellenbatterie 11 symmetrische angeordnet.
Der magnetische Sensor 12A und das Ende 13a sind auf einer Seite der Knopfzellenbatterie 11 angeordnet, und der magnetische Sensor 12B und das Ende 13b sind auf der anderen Seite davon angeordnet. Die Knopfzellenbatterie 11 ist in der Richtung entlang der X-Achse gesehen mit dem magnetischen Objekt 30 überlagert.
Die vorstehend beschriebene Konfiguration verursacht, dass ein Emissionsmagnetfeld Ma, das durch den magnetischen Sensor 12A erfasst wird, und ein Emissionsmagnetfeld Mb, das durch den magnetischen Sensor 12B erfasst wird, dieselbe Magnetflussdichte aufweisen und gegensätzlich zueinander orientiert sind. Deshalb wird die Abnutzung des Reifens 20 basierend auf einer Ausgabe des magnetischen Sensors 12A und einer Ausgabe des magnetischen Sensors 12B erfasst, was in einer verbesserten Redundanz der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 resultiert.
Die magnetischen Sensoren 12A und 12B werden durch ein externes Magnetfeld ähnlich beeinflusst, was als Rauschen in der Messung dient. Aus diesem Grund kann die Differenz zwischen den Ausgaben dieser zwei Sensoren dazu verwendet werden, den Einfluss des externen Magnetfelds zu eliminieren. Da die Ausgaben der zwei Sensoren auf den in entgegensetzte Richtungen orientierten Magnetfeldern basiert, stellt die Verwendung der Differenz zwischen den Ausgaben eine Ausgabe bereit, deren Größe zwei Mal der Größe einer Ausgabe von einem Sensor ist, zusätzlich zu Eliminierung des Einflusses von Rauschen. Deshalb kann der Einfluss von Rauschen, wie beispielsweise ein externes Magnetfeld, eliminiert werden, und eine Ausgabe kann in der Größe erhöht werden, wodurch eine exakte Messung der Abnutzung des Reifens 20 erzielt wird.
Das magnetische Objekt 30 beinhaltet ein Polymermaterial und ein hartmagnetisches Partikelmaterial (magnetische Partikel), die in dem Polymermaterial verteilt und in einer Richtung magnetisiert sind. Das magnetische Objekt 30 ist in dem Laufflächenabschnitt eingebettet, sodass die Richtung der Magnetisierung mit einer radialen Richtung des Reifens ausgerichtet ist. Als das Polymermaterial wird vorzugsweise, z.B. ein Gummimaterial mit derselben Zusammensetzung wie die einer Laufflächen-Gummizusammensetzung für den Laufflächenabschnitt verwendet.
Das magnetische Objekt 30 weist vorzugsweise eine Magnetflussdichte von 1 mT oder mehr an seiner Oberfläche auf. Um eine zuverlässige Messung der Magnetflussdichte des magnetischen Objekts zu erzielen, ohne durch den Magnetismus der Erde beeinfluss zu werden, weist das magnetische Objekt 30 eine Magnetflussdichte von vorzugsweise 0,05 mT oder mehr, weiter vorzugsweise 0,5 mT oder mehr an Messpositionen auf, an denen die magnetischen Sensoren 12A und 12B angeordnet sind.
Um eine Magnetkraft des magnetischen Objekts 30 davon abzuhalten, z.B., andere fahrzeuginterne elektronische Einrichtungen, negativ zu beeinflussen, hat das magnetische Objekt 30 vorzugsweise eine Oberflächen-Magnetflussdichte von 600 mT oder weniger. Um das magnetische Objekt 30 davon abzuhalten, ein Metallstück, wie beispielsweise einen Nagel, auf einer Straße beim Fahren auf der Straße anzuziehen, hat das magnetische Objekt 30 weiter vorzugsweise eine Oberflächen-Magnetflussdichte von 60 mT oder weniger. Die Oberflächen-Magnetflussdichte des magnetischen Objekts ist ein Wert, der in direktem Kontakt mit dem magnetisierten magnetischen Objekt 30 in Teslametern gemessen wird.
<Modifikation>
5 ist eine schematische Querschnittansicht der Konfiguration einer Modifikation der Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß der Ausführungsform. Eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung 50 von 5 ist derart eingerichtet, dass die magnetischen Sensoren 12A und 12B und die Enden 13a und 13b der Antenne 13 auf einer Oberfläche 51d eines Substrats 51 angeordnet sind, die der Knopfzellenbatterie 11 zugewandt ist. Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 50 unterscheidet sich von der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 in der vorstehend beschriebenen Konfiguration. In anderen Worten: die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 50 beinhaltet die magnetischen Sensoren 12A und 12B und die Enden 13a und 13b der Antenne 13, die auf derselben Ebene des Substrats 51 parallel zur Elektrodenoberfläche 11d der Knopfzellenbatterie 11 angeordnet sind.
6(a) ist eine Vektorkarte, die ein Magnetfeld in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 5 zeigt. 6(b) ist eine Konturkarte, die sensor-erfassbare Komponente des Magnetfelds in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung von 5 zeigt. Wie in (a) und (b) von 6 gezeigt, ermöglicht solch eine Konfiguration, in der die magnetischen Sensoren 12A und 12B und die Enden 13a und 13b der Antenne 13 auf derselben Ebene angeordnet sind, einem Emissionsmagnetfeld von der äußeren Kante 11e der Knopfzellenbatterie 11 zu den Enden 13a und 13b der Antenne 12 geführt zu werden und in der Richtung entlang der X-Achse orientiert zu sein, in der das Emissionsmagnetfeld durch die magnetischen Sensoren 12A und 12B auf dem Substrat 51 erfassbar ist. Dies führt zu einer höheren Erfassungsgenauigkeit der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 50.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht der Konfiguration einer anderen Modifikation der Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie in 10 gezeigt, beinhaltet eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 eine Spule 61, die innerhalb des Bereichs eines Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30 angeordnet ist, und, als eine Betriebsenergiequelle, einen Induktionsstrom nutzen kann, der in der Spule 61 durch Rotation des Reifens 20 erzeugt wird. Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 unterscheidet sich von der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 (siehe 1) in der vorstehend beschriebenen Konfiguration. Das in dem Laufflächenabschnitt 23 des Reifens 20 eingebettete magnetische Objekt 30 ist aufgrund von Deformation des Reifens 20, die mit seiner Rotation verbunden ist, verschoben. Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 nutzt die Verschiebung des magnetischen Objekts 30 zur Erzeugung elektrischer Energie.
Die Spule 61 ist zwischen der Knopfzellenbatterie 11, die auch als ein magnetisches Sammelelement dient, und dem in dem Laufflächenabschnitt 23 des Reifens 20 eingebetteten magnetischen Objekt 30 angeordnet. Die Magnetflussdichte eines Magnetfelds von dem magnetischen Objekt, die die Spule 61 durchläuft, ändert sich aufgrund von Deformation des Reifens 20, die mit der Rotation des Reifens 20 zusammenhängt. Eine Änderung in der Magnetflussdichte in der Richtung entlang der Y-Achse, die in 10 durch einen umrandeten Doppelpfeil angezeigt ist, verursacht einen Induktionsstrom in der Spule 61, der wiederum eine elektromotorische Kraft produziert. Die elektromotorische Kraft wird als eine Energiequelle der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60, z.B. zur Aktivierung der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 oder zur Kommunikation verwendet.
In der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 wird eine Änderung in der Magnetflussdeichte des Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30, die mit der Rotation oder Vibration des Reifens 20 zusammenhängt, dazu verwendet einen Induktionsstrom in der Spule 61 zu erzeugen, und somit elektrische Energie zu erzeugen. Deshalb kann die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 klein und leicht gehalten werden, und erzeugte elektrische Energie kann für verschiedene Anwendungen genutzt werden. Wie vorstehend beschrieben, wird eine Änderung der relativen Positionsbeziehung zwischen dem magnetischen Objekt 30 und der Spule 61, die durch Rotation des Reifens 20 verursacht wird, in elektrische Energie umgewandelt und als diese verwendet. Dies reduziert eine Energieverbrauchsbelastung der Knopfzellenbatterie 11.
Für ein Magnetfeld zwischen dem magnetischen Objekt 30 und der Knopfzellenbatterie 11 sammelt die Oberfläche der Knopfzellenbatterie 11 das Magnetfeld und erhöht somit die Magnetflussdichte der Komponente in der Richtung entlang der Y-Achse des Magnetfelds. Als ein typischer Magnetfluss, der durch eine Spule verläuft, wenn die Magnetflussdichte der Komponente (Komponenten in der Richtung entlang der Y-Achse in 10) des Magnetflusses, die orthogonal zur Spule sind, höher ist, ändert sich der Magnetfluss durch die Spule signifikanter, sodass ein größerer Induktionsstrom in der Spule erzeugt wird. Aus diesem Grund, wenn von dem magnetischen Objekt 30 aus betrachtet, ist die Spule 61 benachbart zur Knopfzellenbatterie 11 angeordnet und näher zum magnetischen Objekt 30 positioniert als die Knopfzellenbatterie 11. Das erhöht einen Induktionsstrom, der in der Spule 61 mit der Rotation des Reifens 20 erzeugt wird, und erlaubt somit eine effiziente Erzeugung von elektrischer Energie.
Eine elektromotorische Kraft, die in der Spule 61produziert wird, verändert sich abhängig von der Größe oder des Grads der Änderung in der Magnetflussdichte eines Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30. In anderen Worten: eine elektromotorische Kraft, die in der Spule 61 produziert wird, gibt einen Zustand des Reifens 20 wieder. Aus diesem Grund kann eine elektromotorische Kraft, die in der Spule 61 produziert wird, dazu verwendet werden, einen Zustand des Reifens 20 zu erfassen. Zum Beispiel, wenn das in dem Laufflächenabschnitt 23 eingebettete magnetische Objekt 30 aufgrund von Abnutzung des Reifens 20 in der Größe abnimmt, nimmt die Magnetflussdichte des Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30 ab, sodass eine Änderung in der Magnetflussdichte des Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30, die mit der Rotation des Reifens 20 zusammenhängt, auch abnimmt. Deshalb ändert sich eine elektromotorische Kraft (Induktionsstrom), die in der Spule 61 produziert wird, abhängig von dem Grad der Abnutzung des Reifens 20. Aus diesem Grund kann die Abnutzung des Reifens 20 basierend auf einer elektromotorischen Kraft, die in der Spule 61 produziert wird, erfasst werden. In diesem Fall kann die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 die magnetischen Sensoren 12A und 12B in 10 ausschließen.
Die Spule 61 ist elektrische mit einer Energiespeicherkomponente (nicht dargestellt) verbunden. Die Energiespeicherkomponente beinhaltet eine Gleichrichterschaltung und eine Ladeschaltung, und ermöglicht einem Induktionsstrom, der aufgrund einer Änderung in der Magnetflussdichte erzeugt wird, in einem Kondensator geladen zu werden. Als Gleichrichtschaltung kann z.B. ein Gleichrichtelement mit einem Schaltkreis verwendet werden, der einen in der Spule 61 erzeugten Induktionsstrom (Wechselstrom) gleichrichtet. Als Ladeschaltung kann z.B. ein kapazitiver Kondensator verwendet werden, der elektrische Ladung eines Induktionsstroms speichert. Die Verwendung von in dem Kondensator gespeicherter elektrischer Energie zur Aktivierung der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 oder zu Kommunikation reduziert die Belastung der Knopfzellenbatterie 11, und verlängert somit eine Periode (Betriebsdauer), während der die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 kontinuierlich genutzt werden kann. Wenn die Knopfzellenbatterie 11 eine Sekundärbatterie ist, kann die Knopfzellenbatterie 11 als eine Energiespeicherkomponente verwendet werden, und der vorstehend beschriebene Kondensator kann weggelassen werden. In diesem Fall beinhaltet die Energiespeicherkomponente eine Lade- und Entladeschaltung statt der Ladeschaltung.
10 zeigt eine beispielhafte Konfiguration, in der das magnetische Objekt 30 sich verformt, wenn sich der Reifen 20 verformt. Die Konfiguration ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 kann jede Konfiguration haben, solange die Deformation des Reifens 20 eine Änderung in der Magnetflussdichte eines Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30 in der Spule 61 verursacht. Zum Beispiel kann die Reifenabnutzungsmesseinrichtung 60 eine Konfiguration haben, in der die Deformation des Reifens 20 verursacht, dass sich die Spule 61 und nicht das magnetische Objekt 30 verformt, um eine Änderung in der Magnetflussdichte des Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30 in der Spule 61 zu verursachen.
11 ist eine schematische Querschnittsansicht der Konfiguration einer Energieerzeugungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 11 dargestellt, beinhaltet eine Energieerzeugungseinrichtung 70 das in den Reifens 20 eingebettete magnetische Objekt 30 und die Spule 61, die innerhalb des Bereichs eines Magnetfelds von dem magnetischen Objekt 30 angeordnet ist. Eine relative Positionsbeziehung zwischen dem magnetischen Objekt 30 und der Spule 61 ändert sich mit der Rotation des Reifens 20. Eine Änderung der relativen Positionsbeziehung verursacht eine Änderung in der Magnetflussdichte des Magnetfelds, das durch die Spule 61 verläuft, und erzeugt somit elektrische Energie.
Die Energieerzeugungseinrichtung 70 beinhaltet ferner die Knopfzellenbatterie 11 als eine Art Sekundärbatterie, die als magnetisches Element dient. Die Spule 61 ist zwischen der Knopfzellenbatterie 11 und de magnetischen Objekt 30 angeordnet. Eine solche Konfiguration kann einen Induktionsstrom erhöhen, der in der Spule 61 mit der Rotation des Reifens 20 erzeugt wird, was in einer effizienten Energieerzeugung resultiert.
Obwohl die Antenne 13 in 11 dargestellt ist, kann die Antenne 13 von der Konfiguration entfernt werden, wenn sie nicht erforderlich ist. Zum Beispiel kann die Energieerzeugungseinheit 70 einem Sensor separat von der Energieerzeugungseinheit 70 Energie zuführen, und der Sensor kann eine Antenne zur Kommunikation haben.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind für ein einfaches Verstehen der vorliegenden Erfindung gedacht und sind nicht dazu gedacht, den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Deshalb sind die in den vorstehenden Ausführungsformen offenbarten Komponenten dazu gedacht, so ausgelegt zu werden, dass alle Designänderungen und Äquivalente zum technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung gehören. Zum Beispiel kann die Energieerzeugungseinheit 70 aus 11 eine Messeinheit beinhalten, die eine Änderung in Amplitude oder Frequenz einer in der Spule 61 produzierten, elektromotorischen Kraft misst, und einen Reifenzustand inklusive einem Abnutzungszustand basierend auf einem von der Messeinheit erhaltenen Signal erfasst. Wenn eine in der Spule 61 produzierte elektromotorische Kraft eine durch die Messeinheit zu messende Signalquelle ist, kann die Energieerzeugungseinrichtung 70 als eine Erfassungseinrichtung dienen, die Informationen über einen Reifenzustand ausgibt. Obwohl die Knopfzellenbatterie 11 als ein magnetisches Element in der Energieerzeugungseinheit 70 fungiert, kann ein anderes, von der Knopfzellenbatterie 11 verschiedenes magnetisches Element vorgesehen sein. Wenn die Energieerzeugungseinheit 70 als eine Erfassungseinrichtung fungiert, kann die Knopfzellenbatterie 11 ausgeschlossen bzw. weggelassen werden.
BEISPIELE
Um zu bestimmen, wie viel höher eine Ausgabe in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung mit der in 1 dargestellten Konfiguration und eine Ausgabe in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung ohne die Antenne 13 sind als die in der Reifenabnutzungsmesseinrichtung 100 des Standes der Technik aus 8, wurden die Ausgaben gemessen und verglichen. Die Einrichtung beinhalteten jeweils das magnetische Objekt 30 mit einer Oberflächenmagnetflussdichte von 26 mT.

12(a) ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild und schematische innere Strukturen von Reifenabnutzungsmesseinrichtungen des Beispiel 1 und des Beispiels 2 zeigt. 12(b) ist eine perspektivische Ansicht, die das Erscheinungsbild und schematisch innere Strukturen einer Reifenabnutzungsmesseinrichtung eines Vergleichsbeispiels 1 zeigt. Tabelle 1 und 13 zeigen die gemessenen Ausgaben. [Tabelle 1]

Tabelle 1	Beispiel 1	Beispiel 2	Vergleichsbeispiel 1
	ohne Joch	mit Joch
D1 (mm)	16.0	16.0	20.7
D2 (mm)	21.2	21.2	17
Größe (mm)	28×36×15	28×36×15	36×47×24
Volumenverhältnis (%)	37.2	37.2	100.0
Ggewicht (g)	21	21	42
Gewichtsverhältnis (%)	50.0	50.0	100.0
Ausgabeverhältnis (%)	123.0	145.7	100.0

Wie in Tabelle 1 und 13 gezeigt, ermöglicht die Konfiguration, in der die Knopfzellenbatterie ein Magnetfeld von dem magnetischen Objekt überträgt und die magnetischen Sensoren ein von der äußeren Kante der Knopfzellenbatterie ausgestrahltes Emissionsmagnetfeld erfassen, eine bemerkenswerte Reduzierung des Volumens und des Gewichts verglichen mit den Stand-der-Technik-Konfiguration, und erzielt auch eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit aufgrund einer größeren Ausgabe.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist anwendbar auf eine Reifenabnutzungsmesseinrichtung, die in der Lage ist, einen Abnutzungszustand eines Reifens ohne visuelle Begutachtung zu messen.
Bezugszeichenliste

10, 50, 60: Reifenabnutzungsmesseinrichtung
11: Knopfzellenbatterie (Batterie, magnetisches Sammelelement, magnetisches Element)
11L: Normale
11d: Elektrodenoberfläche
11e: äußere Kante
11f: Oberfläche
12A: magnetischer Sensor (erster Sensor)
12B: magnetischer Sensor (zweiter Sensor)
13: Antenne
13a: Ende (erstes Ende, Ende benachbart zum magnetischen Sensor)
13b: Ende (zweites Ende, Ende benachbart zum magnetischen Sensor)
20: Reifen
21: Innenfläche
22: Außenfläche
23: Laufflächenabschnitt
30: magnetisches Objekt (Magnet)
51: Substrat
51d: Oberfläche
61: Spule
70: Energieerzeugungseinrichtung
100: Reifenabnutzungsmesseinrichtung
101: Knopfzellenbatterie
101e: äußere Kante
102A, 102B: magnetischer Sensor
M: Magnetfeld
Ma, Mb: Emissionsmagnetfeld
O: Mittelpunkt
D1, D2: Distanz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019203831 [0004]
JP 2011239510 [0004]

Claims

Reifenabnutzungsmesseinrichtung, die eine Abnutzung eines Reifens basierend auf einem Magnetfeld von einem in dem Reifen eingebetteten Magneten erfasst, wobei die Einrichtung umfasst: zumindest einen magnetischen Sensor; und ein magnetisches Sammelelement, das zur Übertragung des Magnetfelds von dem Magneten geeignet ist, wobei das magnetische Sammelelement eine äußere Kante aufweist, von der das Magnetfeld des Magneten als ein Emissionsmagnetfeld ausgestrahlt wird, wobei der zumindest eine magnetische Sensor in einer Position angeordnet ist, an der das Emissionsmagnetfeld durch dem zumindest einen magnetischen Sensor erfassbar ist.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein Magnetfeld-Führungselement, das das Emissionsmagnetfeld führt.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das magnetische Sammelelement eine Knopfzellenbatterie ist, und wobei, in einer Draufsicht in einer Richtung entlang einer Normalen zu einer Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie, ein Ende des Magnetfeld-Führungselements, das zu dem zumindest einen magnetischen Sensor benachbart ist, außerhalb der äußeren Kante der Knopfzellenbatterie angeordnet ist, und der zumindest eine magnetische Sensor zwischen der Knopfzellenbatterie und dem Ende des Magnetfeld-Führungselements angeordnet ist.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie dem Magneten zugewandt ist.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das Magnetfeld-Führungselement eine Antenne ist, die als ein Wellenleiter dient und elektromagnetische Wellen ausstrahlt und empfängt.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei eine Richtung, in die das Emissionsmagnetfeld durch den zumindest einen magnetischen Sensor erfassbar ist, parallel zur Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie ist, und wobei das Ende des Magnetfeld-Führungselements und der zumindest eine magnetische Sensor auf derselben Ebene parallel zur Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie angeordnet sind.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei der zumindest eine magnetische Sensor einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor beinhaltet, wobei der erste Sensor in einer Richtung parallel zur Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie auf einer Seite der Knopfzellenbatterie angeordnet ist, und der zweite Sensor in der Richtung auf einer anderen Seite der Knopfzellenbatterie angeordnet ist, und wobei eine Abnutzung des Reifens basierend auf einer Ausgabe des ersten Sensors und einer Ausgabe des zweiten Sensors erfasst wird.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 7, wobei, in einer Draufsicht in der Richtung entlang der Normalen auf die Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie, die Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie einen Mittelpunkt aufweist, der auf den in den Reifen eingebetteten Magneten abgestimmt ist und auf einer geraden Linie, die den ersten Sensor und den zweiten Sensor verbindet, angeordnet ist.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der zumindest eine magnetische Sensor einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor beinhaltet, wobei das Magnetfeld-Führungselement ein erstes Ende und ein zweites Ende hat, die zu dem zumindest einen magnetischen Sensor benachbart sind; wobei das magnetische Sammelelement eine Knopfzellenbatterie ist, der erste Sensor und das erste Ende in einer Richtung parallel zu einer Elektrodenoberfläche der Knopfzellenbatterie an einer Seite der Knopfzellenbatterie angeordnet sind, und der zweite Sensor und das zweite Ende in der Richtung an einer anderen Seite der Knopfzellenbatterie angeordnet sind, und wobei eine Abnutzung des Reifens basierend auf einer Ausgabe des ersten Sensors und einer Ausgabe des zweiten Sensors erfasst wird.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: eine Spule, die innerhalb eines Bereichs des Magnetfelds des Magnets angeordnet ist, wobei ein Induktionsstrom, der aufgrund einer Rotation des Reifens in der Spule erzeugt wird, als eine Betriebsenergiequelle verfügbar ist.
Reifenabnutzungsmesseinrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Spule zwischen dem magnetischen Sammelelement und dem Magneten angeordnet ist.
Energieerzeugungseinrichtung, umfassend: einen Magneten, der in einen Reifen eingebettet ist; und eine Spule, die innerhalb eines Bereichs eines Magnetfelds des Magneten angeordnet ist, wobei sich eine relative Positionsbeziehung zwischen dem Magneten und der Spule mit der Rotation des Reifens ändert, und wobei Energie aufgrund einer Änderung der Dichte eines die Spule durchlaufenden Magnetflusses erzeugt wird, der durch eine Änderung der relativen Positionsbeziehung verursacht wird.
Energieerzeugungseinrichtung gemäß Anspruch 12, ferner umfassend: ein magnetisches Element, wobei die Spule zwischen dem magnetischen Element und dem Magneten angeordnet ist.