JP2000272312A - タイヤ内部状態測定器 - Google Patents
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Abstract
業を簡略化できると共に耐久性及び信頼性に優れたタイ
ヤ内部状態測定器を提供する。 【解決手段】 転動することによって発電する発電部
と、この発電部によって発電された電力によって動作す
るセンサ本体とトランスポンダからなるセンサ部11と
を備えたセンサモジュール3を連通気泡を有する球形の
衝撃緩衝部材2によって包み込んだタイヤ内部状態測定
器1を構成し、これをタイヤ気室内に放置してて用い
る。
Description
置してタイヤ気室内の空気圧や温度等のタイヤ内部状態
を測定するタイヤ内部状態測定器に関するものである。
ヤ内部状態を検知するセンサとトランスポンダとを組み
合わせたセンサモジュールをタイヤ中に埋設するなどし
て、タイヤの内部状態を外部から検出し、この情報を用
いてタイヤの管理を行う方法が用いられるようになって
きた。
ホイールに固定して取り付けられる。また、センサモジ
ュールは電子回路を用いたものであるため、電源が必要
になるが、センサモジュールはタイヤ気室内に設置され
ることが殆どであり、タイヤ外部からの電源供給が困難
なことから、多くの場合、電池を用いて駆動を行ってい
た。
ルにセンサモジュールを取り付ける場合、車両走行時の
遠心力、振動等によってセンサモジュールの取り付けが
緩み、不具合が生じないようにしなければならない。こ
のため、センサモジュールの取り付けには、高い耐久性
と信頼性が要求され、取り付け構造部分の重量が増加す
ると共に、取り付け作業に多大の手間と時間がかかると
いう問題点があった。
て電池が使用されているので、電池の寿命が尽きたとき
に、タイヤを解体してセンサモジュールの電池交換、若
しくはセンサモジュール自体を交換する作業を行わなけ
ればならなかった。
ヤへの取り付け作業及びメンテナンス作業を簡略化でき
ると共に耐久性及び信頼性に優れたタイヤ内部状態測定
器を提供することにある。
成するために、タイヤ気室内に放置してタイヤの内部状
態を検知するタイヤ内部状態測定器であって、転動する
ことによって発電する発電部と、該発電部によって発電
された電力によって動作するセンサと、前記発電部によ
って発電された電力によって動作し、前記センサの検出
結果をタイヤ外部に送信する送信手段とを備えたセンサ
モジュールと、該センサモジュールの周囲を覆う衝撃緩
衝部材とから構成されているタイヤ内部状態測定器を提
案する。
内に放置され、車両走行時にはタイヤの回転と共にタイ
ヤ気室内を転動する。この転動により発電部が発電を行
い、発電された電力によってセンサ及び送信手段が動作
する。
検出して電気信号として送信手段に出力する。該送信手
段は、センサから入力した電気信号に基づいて、前記セ
ンサが検出した気室内の環境状態をデータとしてタイヤ
外部に送信する。
前記衝撃緩衝部材によって緩和され、前記センサモジュ
ールの損傷或いは破壊が防止される。
通気泡弾性発泡体によって構成することにより、該衝撃
緩衝部材によって前記センサモジュールを包み込み衝撃
を緩和すると共に、前記センサモジュールがタイヤ気室
内の空気圧や温度等の環境状態を連通気泡を介して取得
できるようにした。
泡体によって構成したときには、その表面からセンサモ
ジュールへの連通孔を形成することにより、該連通孔を
介して前記センサモジュールがタイヤ気室内の空気圧や
温度等の環境状態を取得できるようにした。
された1つ以上の弾性体と、該弾性体を覆い且つ弾性体
よりも小さい開口部が形成されている容器とから前記衝
撃緩衝部材を構成することにより、前記容器によって衝
撃緩和力の強化を図ると共に、前記弾性体が一体型でな
く複数の分離した弾性体からなる場合も、該複数の弾性
体によって前記センサモジュールを包み込み衝撃を緩和
できるようにした。
と、該回転軸に対して偏心した重心を有し該回転軸を中
心として回転する回転錘と、該回転錘の回転によって相
互運動をなす永久磁石及びコイルとを備えた。
して偏心しているため、タイヤの回転に伴って回転錘の
回転軸が移動すると前記重心に対して回転軸の周囲を回
転させる力が働く。これにより、タイヤの回転に伴って
回転錘が回転すると、前記永久磁石とコイルが相互運動
をなし、永久磁石から発せられた磁束が断続的にコイル
に交叉する。従って、前記コイルにはレンツの法則に基
づく誘導起電力が発生し、発電が行われる。
ほぼ直交する方向に両磁極が配置された前記永久磁石を
有すると共に該回転軸を中心として回転する発電ロータ
と、前記回転錘の回転を前記発電ロータに伝達して発電
ロータを回転させる回転伝達機構とを備え、前記永久磁
石の磁束が交叉するように前記コイルを配置した。
回転錘が回転すると、回転伝達機構によって前記回転錘
の回転が発電ロータに伝達される。これにより発電ロー
タが回転すると、該発電ロータに設けられた永久磁石が
回転する。該永久磁石の磁極から発せられた磁束は前記
コイルに交叉し、コイルに交叉する磁束の方向は前記発
電ロータの回転に同期して反転する。これにより、前記
コイルにはレンツの法則に基づく誘導起電力が発生し、
発電が行われる。
円形状の開口部が形成されたステータを設け、該ステー
タに前記コイルを巻回し、前記発電ロータをステータの
開口部内に配置した。
と永久磁石が回転し、該永久磁石の磁極から発せられた
磁束は透磁率の高いステータ内を通過する。これによ
り、コイルの巻回軸に沿って瞬時に磁束が通過する。ま
た、コイル内を通過する磁束は、前記発電ロータの回転
に同期して反転する。これにより、前記コイルにはレン
ツの法則に基づく誘導起電力が発生し、発電が行われ
る。
アリングを設けることにより、転動時に不要な力が回転
錘にかかるのを抑制した。
イヤの回転及び停止の状態を検出するタイヤ回転状態検
出手段を設けることにより、他のセンサを設けることな
くタイヤの回転及び停止の状態を検出できるようにし
た。
実施形態を説明する。
イヤ内部状態測定器を示す外観図、図2はその断面図で
ある。図において、1はタイヤ内部状態測定器(以下、
状態測定器と称する)で、衝撃緩衝部材2とその中央部
に埋設されたセンサモジュール3とから構成されてい
る。
連通気泡弾性発泡体、即ち内部の気泡が互いに連結して
存在する耐熱性の弾性発泡体によって形成されている。
に、センサ部11、二次電池12及び発電部13が基板
14上に固定され、さらに基板14がカバー15によっ
て覆われて構成されている。また、図示していないが、
センサ部11、二次電池12及び発電部13は互いに電
気的配線によって接続されている。
び発電部13の構成を説明する。図4はセンサモジュー
ル3の電気系回路及び発電部13の概略を説明する構成
図、図5は電圧制御回路を示すブロック図、図6は発電
部13の構成を示す平面図、図7は図6における矢視方
向に見た発電部13の概略側断面図である。
スポンダ21とセンサ本体22から構成されている。ト
ランスポンダ21は、CPUを主体とするコントローラ
23、高周波回路(以下、RF回路と称する)24及び
アンテナ25によって構成され、所定の質問信号を受信
したときに応答信号を送信する。
は空気圧センサ等で、検出値に対応した電気信号を出力
する。
二次電池12から電力の供給を受けて動作し、センサ本
体22によって検出されたタイヤ気室内環境データは、
コントローラ23によって所定フォーマットのデータに
変換された後、応答信号としてRF回路24を介してア
ンテナ25から所定周波数の電磁波で送信される。
発電部13によって発電された電力が供給されて充電さ
れるようになっている。
回路32及びコンデンサ33から構成されている。
加わる力によって発電を行うように構成されている。即
ち、図4、図6及び図7に示すように、発電機構部31
は、ベース41及びカバー42からなるケースを備え、
ケース内にはベース41に固定された回転軸43aを中
心として回転する回転錘43が設けられている。この回
転錘43は、その重心が回転軸43a位置から大きくず
れた位置となるような形状、例えば扇形をなしている。
さらに、回転錘43には歯車43bが固定されており、
回転錘43の回転と共に歯車43bも回転するようにな
っている。
伴って回転する中間車44、及びこの中間車44の回転
に伴って回転する発電ロータ45が設けられている。こ
れらの歯車43b、中間車44によって一般に輪列機構
と称される回転運動伝達機構が形成されている。
方向にN極とS極を有する永久磁石から構成されてい
る。さらに、発電ロータ45を両端部間に挟むように略
C字型の高透磁率材からなるステータ46が配置され、
このステータ46の中央部分に導線が巻回されてコイル
47が形成されている。
回転錘43の回転を支持するベアリング48が配置され
ている。これにより、回転に不要な力が回転錘43にか
かっても回転錘43はベアリング48によって支持され
るので、回転錘43が損傷を受けることがない。
空き領域には、電圧制御回路32及びコンデンサ33が
配置されている。
リミッタ回路51、ダイオード52、コンデンサ53及
び昇圧回路54から構成されている。
接続され、所定の上限値を超えてコイル47の誘起電流
が出力されないようにしている。これにより、大きな誘
起電流が発生した場合も、後段に接続された回路の破壊
等が防止される。
続されて、この直列回路がリミッタ回路51に並列接続
されている。このダイオード52によってコイル47に
発生した誘起電流は整流され、コンデンサ53に一時的
に蓄積される。
所定倍して出力する回路で、その入力側はコンデンサ5
3の両端に接続されている。これにより、コンデンサ5
3に蓄積された電圧が、昇圧回路54によって昇圧され
て出力される。
が並列接続され、昇圧回路54から出力された電力はコ
ンデンサ13cに蓄積される。
ように二次電池12が接続されているので、昇圧回路5
4の出力によって二次電池12も充電され、これらコン
デンサ33及び二次電池12に蓄積された電気エネルギ
ーがセンサ部11に供給される。
8及び図9に示すように、タイヤ60の気室61内に放
置されて用いられる。これにより、車両の走行に伴って
タイヤ60が回転すると状態測定器1は気室61内を転
動し、発電部13では次のようにして発電が行われる。
器1がタイヤ気室61の内部を転動すると、発電機構部
31の回転錘43が回転する。この回転運動が発電ロー
タ45に伝達されて、発電ロータ45が回転する。発電
ロータ45が回転すると、発電ロータ45の永久磁石が
回転し、永久磁石の両磁極は回転に伴ってステータ46
の両端部と交互に対向し、対向した瞬間に永久磁石のN
極から発せられた磁束はステータ46内を通ってS極に
至る。これにより、コイル47の巻回軸に沿って瞬時に
磁束が通過する。また、コイル47内を通過する磁束
は、発電ロータ45の回転に同期して反転する。これに
より、コイル47にはレンツの法則に基づく誘導起電力
が発生して発電が行われ、コイル47の両端からは回転
錘43の回転に伴って交流電力が出力される。
60の回転力を利用して発電された電力によってセンサ
部11が駆動するので、半永久的な使用が可能になり、
従来のような電池交換を行う必要がない。
てセンサ部11を駆動しているので、タイヤが回転しな
い状態においてもセンサ部11の機能を十分に発揮する
ことができる。さらに、二次電池12は発電部13によ
って充電されるので、発電された電気エネルギーのうち
センサ部11で消費できない分の電気エネルギーを有効
に利用することができる。
タイヤホイール等に固定する必要がないため、状態測定
器1を簡単にタイヤ60に取り付けることができると共
に、従来のように取り付け構造部分の重量が増加するこ
ともない。
て、図10乃至図12を参照して説明する。ここでは、
上記のセンサモジュール3を用いた発電効率測定実験の
結果を説明する。図10及び図11は発電効率測定時に
おけるタイヤへのセンサモジュール装着位置を説明する
図、図12は走行時間に対する蓄電電圧を示す図であ
る。図12においては、縦軸はコンデンサ33の端子間
の測定電圧を表し、横軸は車両の走行時間を表してい
る。
を図10及び図11に示す位置に装着した。即ち、タイ
ヤ60の回転軸60aの中心から距離L1(=175m
m)の位置に、回転錘43の回転軸43aがタイヤ60
の回転軸60aに対して直交するようにセンサモジュー
ル3を装着した。
保って車両走行し、コンデンサ33の端子間電圧を走行
開始時から測定した。また、走行速度として10km/
h、30km/h、50km/h、80km/hの4つ
を選択して行った。
行速度10km/hのとき、コンデンサ33の端子間電
圧は、走行開始時においては0V、15分経過時には1
11mV、30分経過時には200mV、45分経過時
には244mV、60分経過時には267mV、75分
経過時には244mV、90分経過時には286mVで
あった。
33の端子間電圧は、走行開始時においては0V、15
分経過時には1000mV、30分経過時には1911
mV、45分経過時には2178mV、60分経過時に
は2178mV、75分経過時には2178mV、90
分経過時には2178mVであった。
33の端子間電圧は、走行開始時においては0V、15
分経過時には844mV、30分経過時には1244m
V、45分経過時には1467mV、60分経過時には
1667mV、75分経過時には1756mV、90分
経過時には1844mVであった。
33の端子間電圧は、走行開始時においては0V、15
分経過時には89mV、30分経過時には133mV、
45分経過時には178mV、60分経過時には222
mV、75分経過時には289mV、90分経過時には
311mVであった。
3は、通常の一般的な車両走行によって、センサ部11
を駆動するに十分な電気エネルギーを発電することがで
きる。
る。
3Aの構成を示す平面図、図14は図13における矢視
方向に見た発電部13Aの概略側面断面図である。
における発電部13のベアリング48の位置を変えた発
電部13Aを備えたセンサモジュールを構成した。ま
た、発電部13Aの構成以外は第1の実施形態と同じで
ある。
の実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表す。ま
た、第1の実施形態における発電部13と第2の実施形
態における発電部13Aとの相違点は、ベアリングの配
置にあり、発電部13Aでは回転錘43の回転半径方向
外側面とベース41の内側面との間にベアリング48A
を配置したことである。
タイヤの回転軸と平行になった場合、遠心力によって回
転軸43aにかかる応力をベアリング48Aによって緩
和することができる。
の実施形態と同様にして行った。この評価実験において
は、発電部13Aを備えたセンサモジュール3Aを図1
5及び図16に示す位置に装着した。即ち、タイヤ60
の回転軸60aの中心から距離L2(=140mm)の
位置に、回転錘43の回転軸43aがタイヤ60の回転
軸60aに対して平行になるようにセンサモジュール3
Aを装着した。
果が得られた。図17において、縦軸はコンデンサ33
の端子間の測定電圧を表し、横軸は車両の走行時間を表
している。
デンサ33の端子間電圧は、走行開始時においては0
V、15分経過時には933mV、30分経過時には1
422mV、45分経過時には1733mV、60分経
過時には1977mV、75分経過時には2156m
V、90分経過時には2156mVであった。
33の端子間電圧は、走行開始時においては0V、15
分経過時には244mV、30分経過時には378m
V、45分経過時には444mV、60分経過時には4
89mV、75分経過時には533mV、90分経過時
には556mVであった。
33の端子間電圧は、走行開始時においては0V、15
分経過時には111mV、30分経過時には156m
V、45分経過時には200mV、60分経過時には2
22mV、75分経過時には244mV、90分経過時
には267mVであった。
33の端子間電圧は、走行開始時においては0V、15
分経過時には44mV、30分経過時には67mV、4
5分経過時には89mV、60分経過時には133m
V、75分経過時には156mV、90分経過時には1
78mVであった。
3は、通常走行によって、センサ部11を駆動するに十
分な電気エネルギーを発電することができる。
る。
測定器におけるセンサモジュール3Bの電気系回路を示
す構成図である。図において、前述した第1の実施形態
と同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略
する。また、第1の実施形態と第3の実施形態との相違
点は、第3の実施形態では発電部13Bのコイル47か
らの出力によってタイヤの回転/停止の状態をコントロ
ーラ23が検知できるようにしたことである。
はコイル47の両端間の起電力を端子を介してセンサ部
11Bの発電状態検出回路26に出力できるようになっ
ている。また、発電状態検出回路26は、例えば、ダイ
オードとコンパレータからなり、起電力が発生している
ときはコンパレータの2値化出力がローターの回転に同
期して反転するようになっている。このコンパレータの
出力信号がコントローラ23に入力されている。これに
より、コントローラ23は、発電状態検出回路26の出
力信号が反転を繰り返しているときに発電が行われてい
る、即ちタイヤが回転していると判断し、発電状態検出
回路26の出力信号が所定時間以上一定値を保っている
とき発電が停止している、即ちタイヤの回転が停止して
いると判定する。
13Bの発電状態を監視することにより、タイヤの回転
/停止の状態を検知することができる。従って、タイヤ
の回転状態を検知するための特別なセンサを設けること
なく、タイヤの回転/停止の状態を検知することができ
るので、構成の簡略化、モジュールの小型化、及びコス
トの低減を図ることができる。
る。
タイヤ内部状態測定器1Cを示す外観図、図20はその
断面図である。図において、前述した第1の実施形態と
同一構成部分は同一符号をもって表しその説明を省略す
る。また、第1の実施形態と第4の実施形態の相違点
は、衝撃緩衝部材2の周りを球形の容器4で覆ったこと
である。
らなり、その表面には複数の開口部4aが形成され、空
気圧や温度などの外部環境状態をそのまま衝撃緩衝部材
2の連通気泡を介してセンサモジュール3Cに伝達でき
るようになっている。
によって囲むことにより、タイヤ気室内を転動する際に
受ける衝撃をさらに緩和することができると共に、さら
に耐久性に優れたものとなる。
発明の一具体例に過ぎず、本発明がこれらの実施形態の
みに限定されるものではない。例えば、衝撃緩衝部材2
を耐熱性の独立気泡弾性発泡体やゴムによって形成して
も良い。この場合には、外部の環境状態をセンサモジュ
ールに伝達するための連通孔を設ければよい。また、容
器4を用いた構成では、容器4内に開口部4aよりも大
きい複数の衝撃緩衝部材を包含し、これら複数の衝撃緩
衝部材によってセンサモジュール3への衝撃を緩和する
ようにしても良い。
各実施形態では電磁誘導を利用した発電部を構成した
が、電磁誘導発電だけに限定されることはなく、例えば
ピエゾ発電を利用しても良い。その場合は、例えば表面
と裏面とにピエゾ素子を配設した振動片の先端を、回転
する回転錘の端部により撓ませて振動することにより発
電するようにしても良い。
至7記載のタイヤ内部状態測定器によれば、タイヤ気室
を転動することにより発電した電力によってセンサ部が
動作するので、半永久的な使用が可能になり、従来のよ
うな電池交換を行う必要がない。さらに、従来のように
タイヤホイール等に固定する必要がないため、簡単にタ
イヤに取り付けることができると共に、従来のように取
り付け構造部分の重量が増加することもない。
に加えて、転動に伴って生ずる回転錘の回転運動を利用
して発電を行うので、発電部による長時間安定した発電
が可能になる。
て、タイヤ回転状態検出手段を備えたことにより、特別
なセンサを設けることなく、タイヤの回転/停止の状態
を検知することができるので、構成の簡略化、モジュー
ルの小型化、及びコストの低減を図ることができる。
態測定器を示す外観図
態測定器を示す断面図
ールを示す外観図
ールの電機系回路及発電部の構成を説明する図
の構成を示すブロック図
を示す平面図
を示す概略側断面図
態測定器の取り付け状態を示す断面図
態測定器の取り付け状態を示す断面図
定時のタイヤへのセンサモジュール装着位置を説明する
図
定時のタイヤへのセンサモジュール装着位置を説明する
図
走行時間に対する蓄電電圧を示す図
成を示す平面図
成を示す概略側断面図
状態測定器の取り付け状態を示す断面図
状態測定器の取り付け状態を示す断面図
走行時間に対する蓄電電圧を示す図
ュールの電気系回路を示すブロック図
状態測定器を示す外観図
状態測定器を示す断面図
3,3A,3B,3C…センサモジュール、11,11
B…センサ部、12…二次電池、13,13A,13B
…発電装置、14…基板、15…カバー、21…トラン
スポンダ、22…センサ本体、23…コントローラ、2
4…高周波回路(RF回路)、25…アンテナ、26…
発電状態検出回路、31…発電機構部、32…電圧制御
回路、33…コンデンサ、41…ベース、42…カバ
ー、43…回転錘、43a…回転軸、43b…歯車、4
4…中間車、45…発電ロータ、46…ステータ、47
…コイル、48,48A…ベアリング、51…リミッタ
回路、52…ダイオード、53…コンデンサ、54…昇
圧回路、60…タイヤ、61…気室。
Claims (9)
- 【請求項1】 タイヤ気室内に放置してタイヤの内部状
態を検知するタイヤ内部状態測定器であって、 転動することによって発電する発電部と、 該発電部によって発電された電力によって動作するセン
サと、 前記発電部によって発電された電力によって動作し、前
記センサの検出結果をタイヤ外部に送信する送信手段と
を備えたセンサモジュールと、 該センサモジュールの周囲を覆う衝撃緩衝部材とから構
成されていることを特徴とするタイヤ内部状態測定器。 - 【請求項2】 前記衝撃緩衝部材が連通気泡弾性発泡体
からなることを特徴とする請求項1記載のタイヤ内部状
態測定器。 - 【請求項3】 前記衝撃緩衝部材が、その表面からセン
サモジュールへの連通孔を有する独立気泡弾性発泡体か
らなることを特徴とする請求項1記載のタイヤ内部状態
測定器。 - 【請求項4】 前記衝撃緩衝部材が、前記センサモジュ
ールの周囲に配置された1つ以上の弾性体と、該弾性体
を覆い、前記弾性体よりも小さい開口部が形成されてい
る容器とからなることを特徴とする請求項1乃至3の何
れかに記載のタイヤ内部状態測定器。 - 【請求項5】 前記発電部は、回転軸と、該回転軸に対
して偏心した重心を有し該回転軸を中心として回転する
回転錘と、該回転錘の回転によって相互運動をなす永久
磁石及びコイルとを備えていることを特徴とする請求項
1乃至4の何れかに記載のタイヤ内部状態測定器。 - 【請求項6】 回転軸にほぼ直交する方向に両磁極が配
置された前記永久磁石を有すると共に該回転軸を中心と
して回転する発電ロータと、 前記回転錘の回転を前記発電ロータに伝達して発電ロー
タを回転させる回転伝達機構とを備え、 前記コイルは前記永久磁石の磁束が交叉するように配置
されていることを特徴とする請求項5記載のタイヤ内部
状態測定器。 - 【請求項7】 所定の透磁率を有し略円形状の開口部が
形成されたステータを設け、 前記コイルは前記ステータに巻回されてなり、 前記発電ロータは前記ステータの開口部内に配置されて
いることを特徴とする請求項6記載のタイヤ内部状態測
定器。 - 【請求項8】 前記回転錘の回転運動を支持するベアリ
ングを設けたことを特徴とする請求項5乃至7の何れか
に記載のタイヤ内部状態測定器。 - 【請求項9】 前記発電部の発電状態を検知してタイヤ
の回転及び停止の状態を検出するタイヤ回転状態検出手
段を設けたことを特徴とする請求項1乃至8の何れかに
記載のタイヤ内部状態測定器。
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