JP2004023904A

JP2004023904A - タイヤ電源供給装置

Info

Publication number: JP2004023904A
Application number: JP2002176052A
Authority: JP
Inventors: Masami Kikuchi; 菊池　正美; Takahisa Shizuku; 雫　　孝久
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】タイヤ内圧警報装置等、タイヤ内空部に設けられた内空部機器に電力を供給する装置を提供し、これらの内空部機器を用いたシステムの、電池の早期消耗に起因する問題を解消する。
【解決手段】タイヤ電源供給装置は、車軸の非回転部分に設けられ磁界を形成する固定子と、車軸の回転部分に固定され前記磁界内で回転し起電力を発生する回転子と、回転子で発生した起電力を内空部機器に送電する送電回路部とを具え、固定子には、車軸中心を中心とする円周上に、車軸中心に向かう磁界を形成するＮ極とＳ極とが交互に配列され、回転子は、前記固定子に対応する車軸軸方向位置で車軸回転部に一端を固定され前記固定子の半径方向内側近傍に他端を有する高透磁率磁性材料よりなる複数の回転ヨークと、それぞれの回転ヨークを磁気的に連結する連結ヨークと、これらの回転ヨークの回りを車軸半径方向に沿って螺旋状に巻かれ車軸の回転に伴って起電力を発生するそれぞれの回転コイルとを具える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイヤ内圧警報装置等、タイヤ内空部に設けられた内空部機器に電力を供給する電源供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気圧の異常を運転者に知らせるため、従来から、車両のリムに取り付けられ、圧力センサでタイヤの空気圧を検出し、空気圧に関する情報を電波により車両側に設けた受信機に送信するタイヤ内圧警報装置は知られている。このタイヤ内圧警報装置は車輪の回転部分に取り付けられているため、車体の非回転部分に電源を設けて、ここから、圧力センサを駆動するための電力や、電波を送信するための電力を供給することは難しいため、電池がタイヤ内圧警報装置に内蔵され、この電池で電力の供給が行われている。
【０００３】
このタイヤ内圧警報装置は、タイヤの空気圧をチェックして正常であることを確認するという本来の機能からして、圧力測定や測定結果の送信は、常に所定時間以下の間隔で行う必要があり、その電力消費を抑制することが難しいことに加え、車輪の回転のバランスを崩さないため、タイヤ内圧警報装置は軽量でなければならず、そのため電池の大きさや容量にも限度があり、電池の早期消耗が問題となっている。かといって、電池がその寿命に到達する度に、タイヤとリムとに囲繞されたタイヤ内空部に取り付けられているタイヤ内圧警報装置の電池を交換するために、わざわざ、タイヤをリムから取り外すことは実用的ではない。この問題を解決するため電池の高寿命化、あるいは、タイヤ内圧警報装置の省電力化の開発が進められてきているが、いまだに十分満足するものは得られていない。
【０００４】
タイヤ内圧のほかにも、タイヤの状態、例えば、タイヤの各部の温度や変形を監視して、これらに異常もしくは異常の前兆が検知された場合にはこれを運転者に知らせるシステムも種々提案されているが、これらの状態を監視するセンサは回転するタイヤに設けられなければならず、しかもこれらの状態は常に所定時間以下の間隔でチェックされる必要があり、これらのセンサに電力を供給する方法が未解決の問題となっていて未だ実用化されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、タイヤ内圧警報装置等、タイヤ内空部に設けられた内空部機器に電力を供給する装置を提供し、これらの内空部機器を用いたシステムが、電池の早期消耗に起因する前述の問題を解消することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成を以下に示す。
【０００７】
第一の発明は、リムとこのリムに組み付けられたタイヤとにより囲繞されるタイヤ内空部に設けられた内空部機器に電力を供給するタイヤ電源供給装置であって、
車軸の非回転部分に設けられ磁界を形成する固定子と、車軸の回転部分に固定され前記磁界内で回転し起電力を発生する回転子と、回転子で発生した起電力を内空部機器に送電する送電回路部とを具えてなり、
前記固定子には、車軸中心を中心とする円周上に、車軸中心に向かう磁界を形成するＮ極とＳ極とが交互に配列され、
前記回転子は、前記固定子に対応する車軸軸方向位置で車軸回転部に一端を固定され前記固定子の半径方向内側近傍に他端を有する高透磁率磁性材料よりなる複数の回転ヨークと、それぞれの回転ヨークを磁気的に連結する連結ヨークと、これらの回転ヨークの回りを車軸半径方向に沿って螺旋状に巻かれ車軸の回転に伴って起電力を発生するそれぞれの回転コイルとを具えてなるタイヤ電源供給装置である。
【０００８】
第二の発明は、第一の発明において、前記送電回路部に、タイヤもしくはリムに取り付けられた変圧器を設けてなり、前記変圧器の一次側を回転コイルに接続し、二次側を内空部機器に直接もしくは間接的に接続するとともに、前記変圧器の一次側コイルをタイヤもしくはリムの大気圧側に配設し、二次側コイルをタイヤ内空部に配設してなるタイヤ電源供給装置である。
【０００９】
第三の発明は、第一もしくは第二の発明において、前記送電回路部に、内空圧機器に電力を供給する二次電池と二次電池を充電する充電器とを設けてなるタイヤ電源供給装置である。
【００１０】
第四の発明は、第二もしくは第三の発明において、一次側コイルの軸心と二次側コイルの軸心とをほぼ一致させてなるタイヤ電源供給装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るタイヤ電源供給装置の実施形態について図１ないし図６に基づいて説明する。図１は、このタイヤ電源供給装置１を車軸１０の軸心を通る断面において示す断面図である。車軸１０の非回転部分を構成するアクスルケース１３には、ハブ１２が軸支され、タイヤ２を装着するリム１１はハブ１２に固定されている。ハブ１２の半径方向中心位置には、軸方向に延在する回転シャフト９が取り付けられている。タイヤ２とリム１１とによって囲繞されるタイヤ内空部３には、リム１１に固定されてタイヤの内圧を検出するタイヤ内圧警報装置４が設けられていて、このタイヤ内圧警報装置４は本発明における内空部機器の一例をなすものである。アクスルケース１３の半径方向内側には発電機１９が設けられ、発電機１９で発電された電力は、配線２１、変圧器２０、充電器６および二次電池５とを経てタイヤ内圧警報装置４に供給される。配線２１、変圧器２０、充電器６および二次電池５は送電回路部を構成し、タイヤ電源供給装置１は、発電機１９と送電回路部とで構成される。
【００１２】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ矢視を示す発電機１９の側面図である。発電機１９は、アクスルケース１３の内周面に取付けら複数の磁石１８ｎ、１８ｓよりなる固定子１８と、回転シャフト９に固定して設けられた回転子１４とよりなり、回転子１４は、回転シャフト９の外周面に取り付けられた連結ヨーク１５、連結ヨーク１５の外周面に一体的に固定され半径方向外側に向かって延在する四本の回転ヨーク１６ａ〜１６ｄ、および、これらの回転ヨーク１６ａ〜１６ｄにらせん状に巻かれたそれぞれの回転コイル１７ａ〜１７ｄを具えている。回転ヨーク１６ａ〜１６ｄは鉄などの高透磁率を有する材料で構成されるとともに、互いに周方向に９０度ずつ離隔して配置されていて、その半径方向外側端の半径方向位置は、磁石１８ｎ、１８ｓの内側近傍となるよう構成されている。また、回転コイル１７ａの半径方向内側端と回転コイル１７ｂの内側端、回転コイル１７ｂの外側端と回転コイル１７ｃの外側端、回転コイル１７ｃの内側端と回転コイル１７ｄの内側端とがそれぞれ接続されている。
【００１３】
図３は、図１の変圧器２０の部分を拡大して示す断面図である。変圧器２０は、リムウエル部１１ａの半径方向内側に気密に取り付けられた円筒状の突出隔壁２２、突出隔壁２２の蓋部２２ａに取り付けられるとともに突出隔壁２２の円筒面２２ｂの内側に配置され高透磁率材料よりなる磁心２３、突出隔壁２２の円筒面２２ｂの外側にらせん状に巻かれた一次側コイル２４および磁心２３の外周に巻かれた二次側コイル２５を具えている。そして、二次側コイルは、タイヤ内圧警報装置４に直接電力を供給する二次電池５を充電する充電器６に接続されている。
【００１４】
回転コイル１７ａの外側端と回転コイル１７ｄの外側端とは二本の配線２１を介して変圧器２０の一次側コイル２４の両端に接続されている。ハブ１２および回転シャフト９の半径方向中心部には、ハブ１２の軸方向端に開放する配線主穴２６が設けられ、この配線主穴２６の開放端と反対側の端付近で配線主穴２６に連結する配線副穴２７が設けられていて、配線副穴２７は回転シャフト９および連結ヨーク１５を通過して半径方向外側に開放している。また、ホイールディスク１１ｂには二個の貫通穴２８ａ、２８ｂが設けられそして、配線２１は、配線副穴２７、配線主穴２６および二個の貫通穴２８ａ、２８ｂを通って配設されている。
【００１５】
図４は、発電機１９から、内空部機器４までの配線系統を示す配線系統図である。回転コイル１７ａ〜１７ｄ、変圧器２０の一次側コイル２４および配線２１とで第一の閉回路３１を構成し、変圧器２０の二次側コイル２５と充電器６とは第二の閉回路３２を構成する。
【００１６】
ついで、この実施形態の発電機１９により第一の閉回路３１に電流を生成する発電原理について説明する。図２に示す状態において、回転ヨーク１６ａ〜１６ｄの半径方向外側端は、磁石１８ｎもしくは磁石１８ｓの真正面に対向していて、この状態においては、磁石１８ｎから磁石１８ｓへの磁路が形成されるよう回転ヨーク１６ａ〜１６ｄの中に磁束が生起され、Ｎ極磁石からＳ極磁石へ向かう方向を磁束の向きとし、磁束の向きをこの向きの矢印で表すと図２に示す通りとなる。すなわち、回転ヨーク１６ａ〜１６ｄに生起される磁束をそれぞれＦａ〜Ｆｄとすると、回転ヨーク１６ａ、１６ｃはＮ極の磁石１８ｎに対向するとともに回転ヨーク１６ｂ、１６ｄはＳ極の磁石１８ｓに対向しているので、ＦａとＦｃとは半径方向中心へ接近する方向、ＦｂとＦｄとは半径方向中心から離隔する方向の磁束となる。
【００１７】
図５は、図２に示す回転シャフト９を反時計方向周りに３０度だけ回転した状態で示す発電機１９の側面図である。この状態においては、回転ヨーク１６ａ、１６ｃはＳ極の磁石１８ｓに対向するとともに回転ヨーク１６ｂ、１６ｄはＮ極の磁石１８ｎに対向しているので、ＦａとＦｃとは半径方向中心から離隔する方向、ＦｂとＦｄとは半径方向中心へ接近する方向の磁束となる。すなわちそれぞれの回転ヨーク１６ａ〜１６ｄに生起される磁束は、図２に示される状態から図５に示される状態に移行する間にその向きを逆転することになり、従ってこの間に変化するそれぞれの回転ヨーク１６ａ〜１６ｄの磁束密度の時間変化率に比例した大きさの起電力がそれぞれの回転コイル１７ａ〜１７ｄに発生する。そして、第一の閉回路３１において、互いに接続された回転コイル１７ａ〜１７ｄはこれらの電流の向きが同じとなるよう配線されているので、それぞれの回転コイル１７ａ〜１７ｄに発生した起電力は足し合わされることになる。
【００１８】
図６は、図４に示す第一の閉回路３１を流れる電流を、横軸に時間ｔ、縦軸に電流値Ｉをとって示すグラフである。回転シャフト９が３０度回転する時間ｔ３０の間に一回の電流ピークＰ１を発生させ、さらに３０度回転する次の時間ｔ３０の間に電流ピークＰ２を発生させ、順次、同様にしてＰ３、Ｐ４を発生させることができる。このとき、相前後する電流ピークは正負逆転するものとなることは図２および図５を参照すれば明らかであり、このようにして、第一の閉回路３１には図６に示される電流を発生させることができる。
【００１９】
以上、発電機１９の発電原理について説明したが、一方、変圧器２０の変圧原理は、一次側コイル２４において、第一の閉回路３１に生起された一時側変動電圧によってその時間微分に比例した磁束が磁心２３に発生し、そしてこの磁心２３に発生した磁束の時間変化によって磁束の時間微分に比例した起電力が二次側コイルに発生し、これによって第二の閉回路３２にタイヤ内圧警報装置４の電源となる電圧を生起することができるというものである。ここで、一次側コイル２４と二次側コイル２５との中心軸を同心とすることにより漏洩磁束を抑制して、変圧効率を高めることができる。
【００２０】
以上、タイヤ電源供給装置１の実施形態について説明したが、本発明は、図１〜図４に示される構成のものだけでなく、幾多の実施態様のものも含んでいる。発電機１９に関しては、たとえば、回転ヨーク１６ａ〜１６ｄに対向する位置に磁石１８ｎ、１８ｓを配置する代りに、この位置に端を有する高透磁率磁性材料よりなる固定ヨークを配設し、この固定ヨークと磁気的に連結する磁石を回転ヨーク１６ａ〜１６ｄから離れた位置に設けることも可能である。また、固定子１８上の磁極の数や、回転子の回転ヨークの数を適宜設定することができる。
【００２１】
送電回路部に関しても、例えば、内空圧機器がタイヤ内圧警報装置４ではなく車両が停車中の場合は電源を必要としないものである場合は、二次電池５と充電器６とを省略することができる。この場合、内空圧機器が直流電源を必要とする場合、あるいは、安定した電源電圧もしくは安定した電源周波数を必要とする場合にはこれらの要求特性に応じて、電源を変換しあるいは電源を安定化するアダプタをタイヤ電源供給装置の送電回路部に設けるのがよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、第一の発明によれば、車軸の非回転部分に設けられた固定子８の半径方向内側に配置され、車軸の回転部分である回転シャフト１４に固定して設けられた回転子１４が車両の走行に伴って回転するとき、回転コイル１７ａ〜１７ｄに起電力を発生させることができるので、タイヤを含む回転部分内で発電して内空圧機器に電力を供給することができ、電源を車両の非回転部分に設けようとした場合には問題となる、非回転部分から回転部分への配線の敷設方法が困難であるという点を解消することができ、また、電源を車軸の回転部分に設けた電池とした場合に懸念される電池の早期消耗という問題も回避することができる。
【００２３】
第二の発明によれば、タイヤもしくはリムに固定して設けられた変圧器を具えているので、前述の効果に加えて、大気圧下で送電される起電力を、内圧が充填されたタイヤ内空部に導入するに際し、大気圧側からタイヤ内空部に配線で接続することなく磁気誘導の原理に基づいて電力を送電することができ、タイヤもしくはリムを貫通して配設された配線により伝送した場合に懸念される貫通穴からの内圧漏洩の問題を解消させることができる。
【００２４】
第三の発明によれば、送電回路部に、内空圧機器に電力を供給する二次電池と二次電池を充電する充電器とを設けているので、上述の効果に加えて、車両が停止して車軸の回転が止まっても内空圧機器には二次電池から電力を供給して続けて、その機能が停止することを防止することができ、しかも、二次電池の容量が低下すると充電器によりこれを充電して、電池寿命の懸念を解消することができる。
【００２５】
第四の発明によれば、変圧器の一次側コイルの軸心と二次側コイルの軸心とをほぼ一致させたので、上述の効果に加えて、一次側から二次側への変換効率を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るタイヤ電源供給装置を示す断面図である。
【図２】発電機の側面図である。
【図３】図に示された発電機を拡大して示すの側面図である。
【図４】発電機から内空部機器４までの配線系統を示す配線系統図である。
【図５】別の状態における発電機を図２に対応して示す側面図である。
【図６】第一の閉回路３１を流れる電流の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１　タイヤ電源供給装置
２　タイヤ
３　タイヤ内空部
４　タイヤ内圧警報装置
５　二次電池
６　充電器
４　タイヤ内圧警報装置
９　回転シャフト
１０　車軸
１１　リム
１１ａ　リムウエル部
１１ｂ　ホイールディスク
１２　ハブ
１３　アクスルケース
１４　回転子
１５　連結ヨーク
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ　回転ヨーク
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ　回転コイル
１８　固定子
１８ｎ、１８ｓ　磁石
１９　発電機
２０　変圧器
２１　配線
２２　突出隔壁
２２ａ　蓋部
２２ｂ　円筒面
２３　磁心
２４　一次側コイル
２５　二次側コイル
２６　配線主穴
２７　配線副穴
２８ａ、２８ｂ　貫通穴
３１　第一の閉回路
３２　第二の閉回路
Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ　磁束

Claims

リムとこのリムに組み付けられたタイヤとにより囲繞されるタイヤ内空部に設けられた内空部機器に電力を供給するタイヤ電源供給装置であって、
車軸の非回転部分に設けられ磁界を形成する固定子と、車軸の回転部分に固定され前記磁界内で回転し起電力を発生する回転子と、回転子で発生した起電力を内空部機器に送電する送電回路部とを具えてなり、
前記固定子には、車軸中心を中心とする円周上に、車軸中心に向かう磁界を形成するＮ極とＳ極とが交互に配列され、
前記回転子は、前記固定子に対応する車軸軸方向位置で車軸回転部に一端を固定され前記固定子の半径方向内側近傍に他端を有する高透磁率磁性材料よりなる複数の回転ヨークと、それぞれの回転ヨークを磁気的に連結する連結ヨークと、これらの回転ヨークの回りを車軸半径方向に沿って螺旋状に巻かれ車軸の回転に伴って起電力を発生するそれぞれの回転コイルとを具えてなるタイヤ電源供給装置。
前記送電回路部に、タイヤもしくはリムに取り付けられた変圧器を設けてなり、前記変圧器の一次側を回転コイルに接続し、二次側を内空部機器に直接もしくは間接的に接続するとともに、前記変圧器の一次側コイルをタイヤもしくはリムの大気圧側に配設し、二次側コイルをタイヤ内空部に配設してなる請求項１に記載のタイヤ電源供給装置。
前記送電回路部に、内空圧機器に電力を供給する二次電池と二次電池を充電する充電器とを設けてなる請求項１もしくは請求項２に記載のタイヤ電源供給装置。
一次側コイルの軸心と二次側コイルの軸心とをほぼ一致させてなる請求項２〜３のいずれかに記載のタイヤ電源供給装置。