JP2004187429A - 発電装置及びタイヤ内圧検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電装置が移動した後に発電装置が静止しても、発電することができる慣性を利用した発電装置及びその発電装置を利用したタイヤ内圧検出装置を提供すること
【解決手段】発電装置11は、長尺状のケース12を備えている。同ケース12にはコイル19が巻設されている。また、ケース12の内部は、ケース12に対して慣性により摺動可能な永久磁石13が付勢部材14に付勢されて配置された摺動空間15となっている。そして、発電装置11は、ケース12がその長さ方向に加速又は減速して変位した際に、慣性により永久磁石13が付勢部材14の付勢に抗してコイル19と相対的に移動することで生ずるコイル19の起電力により発電する。次に、その状態からケース12が静止すると、発電装置11は、付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーにより永久磁石13が摺動空間15を移動して発電する。従って、発電装置11は静止中でも発電することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】発電装置11は、長尺状のケース12を備えている。同ケース12にはコイル19が巻設されている。また、ケース12の内部は、ケース12に対して慣性により摺動可能な永久磁石13が付勢部材14に付勢されて配置された摺動空間15となっている。そして、発電装置11は、ケース12がその長さ方向に加速又は減速して変位した際に、慣性により永久磁石13が付勢部材14の付勢に抗してコイル19と相対的に移動することで生ずるコイル19の起電力により発電する。次に、その状態からケース12が静止すると、発電装置11は、付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーにより永久磁石13が摺動空間15を移動して発電する。従って、発電装置11は静止中でも発電することができる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電装置及びタイヤ内圧検出装置に係り、詳しくは慣性を利用した発電装置及びその発電装置を利用したタイヤ内圧検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、例えば自動車等のタイヤに配置され、タイヤの空気圧を検知するタイヤプレッシャセンサ等のように、負荷を外部から電力供給困難に配置せざるを得ないような場合がある。そこで、このような場合、従来から、例えば、回転体の回転を利用して発電する発電装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
すなわち、図7に示すように、タイヤの回転中心近傍に配置された発電装置51は、円環部52とその円環部52に巻設されたコイル体53とを備えている。前記円環部52は、その内部が滑走空間54とされた中空の部材として形成されている。また、滑走空間54には、磁石からなる滑走体55が前記円環部52に対して摺動滑走可能に配置されている。
【0004】
そして、発電装置51では、タイヤが回転を始めると、それに伴って円環部52も回転する。その一方で、前記滑走空間54に配置された滑走体55は、慣性によって前記円環部52内を滑走しつつその場に留まる。従って、磁石からなる滑走体55が、回転する円環部52に一体となるように固定されたコイル体53に対して、相対的に変位することとなる。その結果、電磁誘導により、コイル体53に起電力が生じ、前記発電装置51は、図示しないトランス、ブリッジ、フィルタ等を介して、安定した電力として供給するというものであった。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−258234号公報(段落番号「0008」〜「0032」、第1図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献1の発電装置51には、次のような問題があった。すなわち、発電装置51がコイル体53に起電力を得るには円環部52の回転が必要であるが、その円環部52はタイヤが回転している間にのみ回転する構成となっていた。そのため、自動車が停車し、タイヤが回転しないような状態では、前記発電装置51は全く発電を行うことができないという問題があった。
【0007】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、発電装置が移動した後に発電装置が静止しても、発電することができる慣性を利用した発電装置及びその発電装置を利用したタイヤ内圧検出装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、ケースと、前記ケース内に配置され、該ケース内を往復移動自在に配置された磁石部材と、前記磁石部材に対して該磁石部材の移動方向に付勢する付勢部材と、前記磁石部材の移動する経路に対応するケースの周囲に巻装されたコイルとを備え、前記ケースが所定方向に加速又は減速して変位するときに、前記磁石部材が前記ケースに対して慣性により前記ケース内を前記付勢部材の付勢に抗して移動することにより、前記コイルに起電力を発生する構成とされたことを要旨とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発電装置において、前記ケースの内面又は前記磁石部材のうち少なくともいずれか一方には、前記ケースの内面と前記磁石部材との摩擦抵抗を低減する減摩剤が塗布されていることを要旨とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発電装置において、前記ケースは、長軸を備え、前記磁石部材は、前記ケースの長さ方向に往復移動する構成とされたことを要旨とする。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発電装置において、前記付勢部材は、一端は前記ケースの長さ方向の端部に支持され、他端は前記磁石部材を付勢するコイルスプリングから形成されていることを要旨とする。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の発電装置とを備えたことを要旨とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図5に従って説明する。
【0014】
図2に示すように、発電装置11は、長尺状をなし、両端が閉塞された円筒形状のケース12を備えている。すなわち、ケース12は、図1において、左右方向に延びる長軸を備えている。また、絶縁材からなるケース12の表面12aには、導体からなるコイル19が閉回路を形成して巻設されている。本実施形態のコイル19は、整流回路16を介してバッテリ17と接続されることにより閉回路を形成している。なお、発電装置11、整流回路16及びバッテリ17をまとめて説明する場合には充電機構18と呼ぶ。なお、充電機構18は、蓄電手段に相当する。
【0015】
図1に示すように、ケース12の内部は、ケース12に対して慣性により摺動可能な永久磁石13が付勢部材14に付勢されて配置された摺動空間15となっている。なお、本実施形態では、永久磁石13は磁石部材に相当する。
【0016】
永久磁石13は、ケース12の内径よりも小さい径を有する球体状をなし、ケース12の内面12bに対して1点にて接触している。また、ケース12の内面12b及び永久磁石13には、内面12bと永久磁石13との摩擦抵抗を低減する例えば潤滑油等の減摩剤(図示しない)が塗布されており、永久磁石13がケース12に対して円滑に摺動し得るようになっている。また、永久磁石13は、付勢部材14の付勢力によりケース12の長さ方向の略中央に配置するように付勢されている。なお、以下、説明上、永久磁石13が付勢部材14により付勢される位置を中立位置と呼び、永久磁石13が中立位置に位置する状態を中立状態と呼ぶ。
【0017】
付勢部材14は、ケース12の内径よりも小さい径を有するステンレス製のコイルスプリングからなり、ケース12の長さ方向に永久磁石13を挟んで2つ設けられている。各付勢部材14の一端はケース12の端面12cにそれぞれ固着支持されている。そして、他端は永久磁石13にそれぞれ固着されている。なお、付勢部材14たるコイルスプリングのバネ係数は、ケース12が長さ方向に加速又は減速して変位するときに、永久磁石13が摺動空間15を長さ方向に摺動し得る設定とされている。
【0018】
なお、本実施形態の永久磁石13は、図3(a),(b)に示すように、2つのコイルスプリングたる付勢部材14のいずれか一方が最も縮んだ状態(最縮小状態)になるまで、ケース12の長さ方向に往復動可能とされている。そのため、本実施形態における永久磁石13の移動する経路とは、ケース12内にて形成され、片側の付勢部材14が最縮小状態になった場合における永久磁石13の位置から、残りの付勢部材14が最縮小状態になった場合における永久磁石13の位置までの路をいう。
【0019】
次に、発電装置11の作用について説明する。
まず、ケース12が、図1に示す中立状態から長さ方向のいずれか一方に加速した場合、永久磁石13は慣性によりその場に留まろうとする。従って、永久磁石13は、ケース12に対して相対的に移動し、摺動空間15をケース12の加速する方向とは反対方向に内面12bと摺接しつつ各付勢部材14の付勢に抗して移動する。一方、ケース12が、中立状態から長さ方向のいずれか一方に減速した場合、永久磁石13は慣性によりその場に留まろうとする。従って、永久磁石13は、ケース12に対して相対的に移動し、摺動空間15をケース12の減速する方向と反対方向に内面12bと摺接しつつ付勢部材14の付勢に抗して移動する。
【0020】
すなわち、ケース12が長さ方向のいずれか一方に加速した場合と減速した場合とでは逆の現象が生ずる。例えば、図1に示す中立状態から、ケース12が右方向に加速して移動すると、図3(a)に示すように、永久磁石13は慣性により摺動空間15を左方向にケース12と相対的に移動することとなる。また、ケース12が左方向に移動する状態にてケース12が減速する場合にも、永久磁石13は慣性により摺動空間15を左方向にケース12と相対的に移動する。
【0021】
一方、図1に示す中立状態から、ケース12が左方向に加速して移動すると、図3(b)に示すように、永久磁石13は慣性により摺動空間15を右方向にケース12と相対的に移動することとなる。また、ケース12が右方向に移動する状態にてケース12が減速する場合にも、永久磁石13は慣性により摺動空間15を右方向にケース12と相対的に移動する。
【0022】
その結果、図3(a),(b)に示すように、永久磁石13が2つの付勢部材14の付勢に抗して位置する状態になると、各付勢部材14は中立状態から伸縮した変位分の2乗に比例した弾性エネルギーを蓄積する。そして、この状態で、ケース12が長さ方向に定速運動(静止状態を含む。)を行うと、永久磁石13は各付勢部材14の付勢力により中立位置に戻ろうとする。そして、永久磁石13は、各付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーが永久磁石13の運動エネルギー等に全て変換されるまで、中立位置を中心として長さ方向に反復運動を行う。従って、永久磁石13は、ケース12が全く移動しない状態でも付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーを利用することにより、ケース12と相対的に変位する。
【0023】
そして、以上のように永久磁石13がケース12に対して相対的に移動する際には、永久磁石13はケース12に巻設されたコイル19に対しても相対的に移動している。その結果、コイル19内部の磁場が変化してコイル19内の電荷が移動する電磁誘導の作用により、コイル19に起電力が生ずる。すなわち、発電装置11は、永久磁石13が慣性によりケース12と相対的に移動することによってコイル19に生じた起電力で発電する。
【0024】
次に充電機構18の作用について説明する。
発電装置11のコイル19にて生じた起電力は、永久磁石13がコイル19に対して相対的に移動する方向により正又は負の起電力となる。そのため、発電装置11は、図2に示すように、整流回路16にて整流した後にバッテリ17に充電する。
【0025】
さて、次に、自動車に用いられ、充電機構18を備えたタイヤ内圧検出装置21について図4に基づいて説明する。なお、図4において、説明上、車体及びタイヤの一部を省略して示している。
【0026】
図4に示すように、タイヤ内圧検出装置21は、タイヤ22側に設けられた充電機構18、検知部23及び送信部24とを備えている。
充電機構18は、タイヤ22のリム26の車体27側に固着されている。また、本実施形態の充電機構18の発電装置11は、図5に示すように、その軸方向がリム26の接線方向と一致するように配置され、タイヤ22の回転の角加速度による慣性を利用して発電する構成とされている。従って、充電機構18は、タイヤの回転速度の変化によって発電し充電する。そして、充電機構18のバッテリ17は、検知部23及び送信部24と電気的に接続され、電力を供給可能となっている。
【0027】
図4に示すように、検知部23は、その一端がタイヤ22内に位置するように、リム26にねじ込んで設置され、タイヤの内圧を検知する。また、検知部23の他端には、送信部24が設けられており、電気的に接続されている。そして、検知部23は、タイヤ22の内圧の検知した結果を検知信号として送信部24に伝達する。また、送信部24は、検知部23による検知信号を車体27側に設けられた受信部25に無線信号として送信する。
【0028】
図4に示すように、受信部25は、車体27側に設けられた図示しないバッテリから電力を得ている。また、受信部25は、電線25aにて車体27側に設けられた図示しないシステム本体と電気的に接続され、送信部24から受信した無線信号を検知信号として伝達する。そして、前記システム本体は、前記検知信号に基づいて、例えば車内に設けられた所定の表示部等にてランプを点灯させることにより乗員に所定の報知を行う。
【0029】
次にタイヤ内圧検出装置21の作用について説明する。
さて、自動車が停車状態から走行状態になると、タイヤ22の回転速度は加速または減速等が行われることにより変化する。その結果、充電機構18の発電装置11は発電し、バッテリ17に電力を供給して充電する。その一方で、バッテリ17は、充電された電力によって検知部23及び送信部24に電力を供給する。また、バッテリ17による検知部23及び送信部24への電力供給量よりも、発電装置11による発電量のほうが大きい場合の過剰発電量は、バッテリ17の充電のみに使用される。また、一般的に、自動車は通常の走行をしていてもスピードは絶えず変化している。そのため、走行状態でもタイヤ22の回転速度は変化し、発電装置11は発電を行う。
【0030】
次に、自動車が走行状態から停車状態になる場合にも、減速が行われるため、同様に発電装置11は発電を行う。そして、完全に停車状態になるとタイヤ22の回転速度は変化せず発電装置11に慣性は働かないが、発電装置11は各付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーによって停車状態でも発電を行う。すなわち、発電装置11は、停車状態でも、各付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーにより永久磁石13が摺動空間15をコイル19に対して相対的に移動することによる電磁誘導の作用により発電する。そして、発電装置11は、付勢部材14の弾性エネルギーが全て消費されるまで永久磁石13の前記反復運動により発電をし続ける。
【0031】
一方、充電機構18は、発電装置11が発電している間、検知部23及び送信部24に絶えず電力を供給している。また、発電装置11の発電がされない状態でも、バッテリ17の電力を利用して検知部23及び送信部24に電力を供給する。
【0032】
そして、検知部23は、充電機構18から電力供給がされる間、間欠的にタイヤ22の内圧を検知する。また、送信部24は、充電機構18から電力供給がされる間、間欠的に受信部25に無線信号を送信する。そして、前記システム本体は、受信部25が無線信号を受信する間、ドライバに対して所定の報知を行う。
【0033】
従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)上記実施形態では、発電装置11を、コイル19が巻設されたケース12の内部に、付勢部材14により中立位置に付勢された永久磁石13を配置する構成とした。そして、永久磁石13を、ケース12が加速又は減速して変位する場合には、付勢部材14の付勢に抗してケース12及びコイル19と相対的に移動する構成とした。
【0034】
従って、発電装置11は、ケース12が加速又は減速して変位する際に、コイル19に生ずる起電力により発電することができるとともに、付勢部材14が弾性変形することにより弾性エネルギーを蓄積することができる。その結果、発電装置11は、ケース12が静止中であっても、永久磁石13が、付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーにより、中立位置を中心にケース12の長さ方向に往復運動を行うことによって発電することができる。また、タイヤ内圧検出装置21の検知部23及び送信部24は、自動車が停車中であっても、発電装置11の発電により充電機構18から電力を得ることができる。
【0035】
(2)上記実施形態では、ケース12の内面12b及び永久磁石13に、内面12bと永久磁石13との摩擦抵抗を低減する減摩剤を塗布した。
従って、永久磁石13がケース12内を慣性により摺動する際に、円滑に摺動することができる。その結果、永久磁石13とケース12の内面12bとの摩擦エネルギーによるエネルギー損失を減らすことができ効率的な発電を行うことができる。
【0036】
(3)さらに上記実施形態では、永久磁石13を球体状に形成した。
従って、円筒状のケース12に対して滑らかに接触するため、直方体状の永久磁石に具体化した場合等と比較して、さらに摩擦エネルギーによるエネルギー損失の軽減を図ることができる。
【0037】
(4)上記実施形態では、永久磁石13が付勢部材14により付勢される中立位置を、ケース12における長さ方向の略中央にした。
従って、永久磁石13を、中立状態から、長さ方向のいずれにもケース12と相対的に移動させることができる。
【0038】
(5)上記実施形態では、永久磁石13を2つの付勢部材14により長さ方向に挟んで付勢した。
従って、永久磁石13を、いずれか一方の付勢部材14のみによって付勢する場合と比較して、より正確に中立位置に位置させることができる。
【0039】
(6)上記実施形態では、発電装置11にて発電した電力は一旦バッテリ17に充電され、同バッテリ17から検知部23及び送信部24に電力を供給する構成とした。
【0040】
従って、検知部23及び送信部24は、自動車が停車状態であり、かつ、発電装置11が発電しない状態でもバッテリ17から電力を得ることができる。その結果、タイヤ内圧検出装置21は、自動車が停車状態であり、かつ、発電装置11が発電しない状態でもドライバに対し所定の報知を行うことができる。
【0041】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、永久磁石13を2つの付勢部材14により付勢したが、付勢部材14の数は何個でもよい。
【0042】
○上記実施形態では、付勢部材14をコイルスプリングとしたが、例えばゴム等のようなの他の付勢部材に具体化してもよい。
○上記実施形態では、ケース12を長尺状に形成するとともに、永久磁石13をケース12に対してその長さ方向に相対的に移動させる構成としたが、ケース12を長尺状に形成しなくてもよい。
【0043】
○上記実施形態では、ケース12の内面12b及び永久磁石13に、内面12bと永久磁石13との摩擦抵抗を低減する減摩剤を塗布したが、ケース12の内面12b及び永久磁石13のいずれか一方のみに減摩剤を塗布してもよい。また、減摩剤を塗布しなくてもよい。
【0044】
○上記実施形態では、永久磁石13を球体状としたが、例えば直方体状等のような他の形であってもよい。
○上記実施形態では、発電装置11を、その軸方向がリム26の接線方向と一致するように配置し、タイヤ22の回転の角加速度による慣性を利用して発電する構成としたが、図6(a)に示すように、タイヤ22の径方向に沿うように配置してもよい。このようにした場合には、永久磁石13は、タイヤ22の遠心力により、ケース12に対してその長さ方向に相対的に移動することとなる。
【0045】
○上記実施形態では、ケース12を円筒状に形成したが、例えば矩形状をなす箱体等のような他の形状であってもよい。また、図6(b)に示すように、ケース12をタイヤ22の周方向に沿うように円弧状に形成してもよい。このようにすれば、上記実施形態のように発電装置11をタイヤ22に取り付けるような場合において、ケース12の長さ方向の長さを設置スペースに対して効率的に確保することができ、永久磁石13の摺動距離を長くすることができる。その結果、上記実施形態の場合と比較して、発電装置11の発電量を増大させることができる。
【0046】
○上記実施形態では、永久磁石13の付勢部材14により付勢される中立位置をケース12の長さ方向の略中央としたが、どこでもよい。
○上記実施形態では、発電装置11にて発電した電力を、バッテリ17を介して、タイヤ内圧検出装置21の検知部23及び送信部24に供給したが、バッテリ17を省略して供給してもよい。
【0047】
○上記実施形態では、ケース12を絶縁性部材から形成したが、導電性部材から形成してもよい。この場合には、コイル19は直接ケース12に巻設されず、例えば、ケース12を覆った絶縁性部材からなるシートや、絶縁膜からなる絶縁コートを施した上で巻設されることとなる。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、発電装置が移動した後に発電装置が静止しても、発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発電装置の一実施形態を示す断面図。
【図2】図1の発電装置をバッテリに接続した回路を示す説明図。
【図3】(a),(b)は、図1の発電装置の作用を説明する断面図。
【図4】本発明のタイヤ内圧検出装置の一実施形態を示す一部断面模式図
【図5】図1の発電装置とタイヤの配置関係を示す模式図。
【図6】(a),(b)は、本発明の別例を示す模式図。
【図7】従来の発電装置を示す部分断面図。
【符号の説明】
11…発電装置、12…ケース、12b…内面、12c…端面、13…永久磁石、14…付勢部材、18…蓄電手段としての充電機構、19…コイル、21…タイヤ内圧検出装置、22…タイヤ、23…検知部、24…送信部、27…車体。
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電装置及びタイヤ内圧検出装置に係り、詳しくは慣性を利用した発電装置及びその発電装置を利用したタイヤ内圧検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、例えば自動車等のタイヤに配置され、タイヤの空気圧を検知するタイヤプレッシャセンサ等のように、負荷を外部から電力供給困難に配置せざるを得ないような場合がある。そこで、このような場合、従来から、例えば、回転体の回転を利用して発電する発電装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
すなわち、図7に示すように、タイヤの回転中心近傍に配置された発電装置51は、円環部52とその円環部52に巻設されたコイル体53とを備えている。前記円環部52は、その内部が滑走空間54とされた中空の部材として形成されている。また、滑走空間54には、磁石からなる滑走体55が前記円環部52に対して摺動滑走可能に配置されている。
【0004】
そして、発電装置51では、タイヤが回転を始めると、それに伴って円環部52も回転する。その一方で、前記滑走空間54に配置された滑走体55は、慣性によって前記円環部52内を滑走しつつその場に留まる。従って、磁石からなる滑走体55が、回転する円環部52に一体となるように固定されたコイル体53に対して、相対的に変位することとなる。その結果、電磁誘導により、コイル体53に起電力が生じ、前記発電装置51は、図示しないトランス、ブリッジ、フィルタ等を介して、安定した電力として供給するというものであった。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−258234号公報(段落番号「0008」〜「0032」、第1図)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献1の発電装置51には、次のような問題があった。すなわち、発電装置51がコイル体53に起電力を得るには円環部52の回転が必要であるが、その円環部52はタイヤが回転している間にのみ回転する構成となっていた。そのため、自動車が停車し、タイヤが回転しないような状態では、前記発電装置51は全く発電を行うことができないという問題があった。
【0007】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、発電装置が移動した後に発電装置が静止しても、発電することができる慣性を利用した発電装置及びその発電装置を利用したタイヤ内圧検出装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、ケースと、前記ケース内に配置され、該ケース内を往復移動自在に配置された磁石部材と、前記磁石部材に対して該磁石部材の移動方向に付勢する付勢部材と、前記磁石部材の移動する経路に対応するケースの周囲に巻装されたコイルとを備え、前記ケースが所定方向に加速又は減速して変位するときに、前記磁石部材が前記ケースに対して慣性により前記ケース内を前記付勢部材の付勢に抗して移動することにより、前記コイルに起電力を発生する構成とされたことを要旨とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発電装置において、前記ケースの内面又は前記磁石部材のうち少なくともいずれか一方には、前記ケースの内面と前記磁石部材との摩擦抵抗を低減する減摩剤が塗布されていることを要旨とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の発電装置において、前記ケースは、長軸を備え、前記磁石部材は、前記ケースの長さ方向に往復移動する構成とされたことを要旨とする。
【0011】
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発電装置において、前記付勢部材は、一端は前記ケースの長さ方向の端部に支持され、他端は前記磁石部材を付勢するコイルスプリングから形成されていることを要旨とする。
【0012】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の発電装置とを備えたことを要旨とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図5に従って説明する。
【0014】
図2に示すように、発電装置11は、長尺状をなし、両端が閉塞された円筒形状のケース12を備えている。すなわち、ケース12は、図1において、左右方向に延びる長軸を備えている。また、絶縁材からなるケース12の表面12aには、導体からなるコイル19が閉回路を形成して巻設されている。本実施形態のコイル19は、整流回路16を介してバッテリ17と接続されることにより閉回路を形成している。なお、発電装置11、整流回路16及びバッテリ17をまとめて説明する場合には充電機構18と呼ぶ。なお、充電機構18は、蓄電手段に相当する。
【0015】
図1に示すように、ケース12の内部は、ケース12に対して慣性により摺動可能な永久磁石13が付勢部材14に付勢されて配置された摺動空間15となっている。なお、本実施形態では、永久磁石13は磁石部材に相当する。
【0016】
永久磁石13は、ケース12の内径よりも小さい径を有する球体状をなし、ケース12の内面12bに対して1点にて接触している。また、ケース12の内面12b及び永久磁石13には、内面12bと永久磁石13との摩擦抵抗を低減する例えば潤滑油等の減摩剤(図示しない)が塗布されており、永久磁石13がケース12に対して円滑に摺動し得るようになっている。また、永久磁石13は、付勢部材14の付勢力によりケース12の長さ方向の略中央に配置するように付勢されている。なお、以下、説明上、永久磁石13が付勢部材14により付勢される位置を中立位置と呼び、永久磁石13が中立位置に位置する状態を中立状態と呼ぶ。
【0017】
付勢部材14は、ケース12の内径よりも小さい径を有するステンレス製のコイルスプリングからなり、ケース12の長さ方向に永久磁石13を挟んで2つ設けられている。各付勢部材14の一端はケース12の端面12cにそれぞれ固着支持されている。そして、他端は永久磁石13にそれぞれ固着されている。なお、付勢部材14たるコイルスプリングのバネ係数は、ケース12が長さ方向に加速又は減速して変位するときに、永久磁石13が摺動空間15を長さ方向に摺動し得る設定とされている。
【0018】
なお、本実施形態の永久磁石13は、図3(a),(b)に示すように、2つのコイルスプリングたる付勢部材14のいずれか一方が最も縮んだ状態(最縮小状態)になるまで、ケース12の長さ方向に往復動可能とされている。そのため、本実施形態における永久磁石13の移動する経路とは、ケース12内にて形成され、片側の付勢部材14が最縮小状態になった場合における永久磁石13の位置から、残りの付勢部材14が最縮小状態になった場合における永久磁石13の位置までの路をいう。
【0019】
次に、発電装置11の作用について説明する。
まず、ケース12が、図1に示す中立状態から長さ方向のいずれか一方に加速した場合、永久磁石13は慣性によりその場に留まろうとする。従って、永久磁石13は、ケース12に対して相対的に移動し、摺動空間15をケース12の加速する方向とは反対方向に内面12bと摺接しつつ各付勢部材14の付勢に抗して移動する。一方、ケース12が、中立状態から長さ方向のいずれか一方に減速した場合、永久磁石13は慣性によりその場に留まろうとする。従って、永久磁石13は、ケース12に対して相対的に移動し、摺動空間15をケース12の減速する方向と反対方向に内面12bと摺接しつつ付勢部材14の付勢に抗して移動する。
【0020】
すなわち、ケース12が長さ方向のいずれか一方に加速した場合と減速した場合とでは逆の現象が生ずる。例えば、図1に示す中立状態から、ケース12が右方向に加速して移動すると、図3(a)に示すように、永久磁石13は慣性により摺動空間15を左方向にケース12と相対的に移動することとなる。また、ケース12が左方向に移動する状態にてケース12が減速する場合にも、永久磁石13は慣性により摺動空間15を左方向にケース12と相対的に移動する。
【0021】
一方、図1に示す中立状態から、ケース12が左方向に加速して移動すると、図3(b)に示すように、永久磁石13は慣性により摺動空間15を右方向にケース12と相対的に移動することとなる。また、ケース12が右方向に移動する状態にてケース12が減速する場合にも、永久磁石13は慣性により摺動空間15を右方向にケース12と相対的に移動する。
【0022】
その結果、図3(a),(b)に示すように、永久磁石13が2つの付勢部材14の付勢に抗して位置する状態になると、各付勢部材14は中立状態から伸縮した変位分の2乗に比例した弾性エネルギーを蓄積する。そして、この状態で、ケース12が長さ方向に定速運動(静止状態を含む。)を行うと、永久磁石13は各付勢部材14の付勢力により中立位置に戻ろうとする。そして、永久磁石13は、各付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーが永久磁石13の運動エネルギー等に全て変換されるまで、中立位置を中心として長さ方向に反復運動を行う。従って、永久磁石13は、ケース12が全く移動しない状態でも付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーを利用することにより、ケース12と相対的に変位する。
【0023】
そして、以上のように永久磁石13がケース12に対して相対的に移動する際には、永久磁石13はケース12に巻設されたコイル19に対しても相対的に移動している。その結果、コイル19内部の磁場が変化してコイル19内の電荷が移動する電磁誘導の作用により、コイル19に起電力が生ずる。すなわち、発電装置11は、永久磁石13が慣性によりケース12と相対的に移動することによってコイル19に生じた起電力で発電する。
【0024】
次に充電機構18の作用について説明する。
発電装置11のコイル19にて生じた起電力は、永久磁石13がコイル19に対して相対的に移動する方向により正又は負の起電力となる。そのため、発電装置11は、図2に示すように、整流回路16にて整流した後にバッテリ17に充電する。
【0025】
さて、次に、自動車に用いられ、充電機構18を備えたタイヤ内圧検出装置21について図4に基づいて説明する。なお、図4において、説明上、車体及びタイヤの一部を省略して示している。
【0026】
図4に示すように、タイヤ内圧検出装置21は、タイヤ22側に設けられた充電機構18、検知部23及び送信部24とを備えている。
充電機構18は、タイヤ22のリム26の車体27側に固着されている。また、本実施形態の充電機構18の発電装置11は、図5に示すように、その軸方向がリム26の接線方向と一致するように配置され、タイヤ22の回転の角加速度による慣性を利用して発電する構成とされている。従って、充電機構18は、タイヤの回転速度の変化によって発電し充電する。そして、充電機構18のバッテリ17は、検知部23及び送信部24と電気的に接続され、電力を供給可能となっている。
【0027】
図4に示すように、検知部23は、その一端がタイヤ22内に位置するように、リム26にねじ込んで設置され、タイヤの内圧を検知する。また、検知部23の他端には、送信部24が設けられており、電気的に接続されている。そして、検知部23は、タイヤ22の内圧の検知した結果を検知信号として送信部24に伝達する。また、送信部24は、検知部23による検知信号を車体27側に設けられた受信部25に無線信号として送信する。
【0028】
図4に示すように、受信部25は、車体27側に設けられた図示しないバッテリから電力を得ている。また、受信部25は、電線25aにて車体27側に設けられた図示しないシステム本体と電気的に接続され、送信部24から受信した無線信号を検知信号として伝達する。そして、前記システム本体は、前記検知信号に基づいて、例えば車内に設けられた所定の表示部等にてランプを点灯させることにより乗員に所定の報知を行う。
【0029】
次にタイヤ内圧検出装置21の作用について説明する。
さて、自動車が停車状態から走行状態になると、タイヤ22の回転速度は加速または減速等が行われることにより変化する。その結果、充電機構18の発電装置11は発電し、バッテリ17に電力を供給して充電する。その一方で、バッテリ17は、充電された電力によって検知部23及び送信部24に電力を供給する。また、バッテリ17による検知部23及び送信部24への電力供給量よりも、発電装置11による発電量のほうが大きい場合の過剰発電量は、バッテリ17の充電のみに使用される。また、一般的に、自動車は通常の走行をしていてもスピードは絶えず変化している。そのため、走行状態でもタイヤ22の回転速度は変化し、発電装置11は発電を行う。
【0030】
次に、自動車が走行状態から停車状態になる場合にも、減速が行われるため、同様に発電装置11は発電を行う。そして、完全に停車状態になるとタイヤ22の回転速度は変化せず発電装置11に慣性は働かないが、発電装置11は各付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーによって停車状態でも発電を行う。すなわち、発電装置11は、停車状態でも、各付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーにより永久磁石13が摺動空間15をコイル19に対して相対的に移動することによる電磁誘導の作用により発電する。そして、発電装置11は、付勢部材14の弾性エネルギーが全て消費されるまで永久磁石13の前記反復運動により発電をし続ける。
【0031】
一方、充電機構18は、発電装置11が発電している間、検知部23及び送信部24に絶えず電力を供給している。また、発電装置11の発電がされない状態でも、バッテリ17の電力を利用して検知部23及び送信部24に電力を供給する。
【0032】
そして、検知部23は、充電機構18から電力供給がされる間、間欠的にタイヤ22の内圧を検知する。また、送信部24は、充電機構18から電力供給がされる間、間欠的に受信部25に無線信号を送信する。そして、前記システム本体は、受信部25が無線信号を受信する間、ドライバに対して所定の報知を行う。
【0033】
従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)上記実施形態では、発電装置11を、コイル19が巻設されたケース12の内部に、付勢部材14により中立位置に付勢された永久磁石13を配置する構成とした。そして、永久磁石13を、ケース12が加速又は減速して変位する場合には、付勢部材14の付勢に抗してケース12及びコイル19と相対的に移動する構成とした。
【0034】
従って、発電装置11は、ケース12が加速又は減速して変位する際に、コイル19に生ずる起電力により発電することができるとともに、付勢部材14が弾性変形することにより弾性エネルギーを蓄積することができる。その結果、発電装置11は、ケース12が静止中であっても、永久磁石13が、付勢部材14に蓄積された弾性エネルギーにより、中立位置を中心にケース12の長さ方向に往復運動を行うことによって発電することができる。また、タイヤ内圧検出装置21の検知部23及び送信部24は、自動車が停車中であっても、発電装置11の発電により充電機構18から電力を得ることができる。
【0035】
(2)上記実施形態では、ケース12の内面12b及び永久磁石13に、内面12bと永久磁石13との摩擦抵抗を低減する減摩剤を塗布した。
従って、永久磁石13がケース12内を慣性により摺動する際に、円滑に摺動することができる。その結果、永久磁石13とケース12の内面12bとの摩擦エネルギーによるエネルギー損失を減らすことができ効率的な発電を行うことができる。
【0036】
(3)さらに上記実施形態では、永久磁石13を球体状に形成した。
従って、円筒状のケース12に対して滑らかに接触するため、直方体状の永久磁石に具体化した場合等と比較して、さらに摩擦エネルギーによるエネルギー損失の軽減を図ることができる。
【0037】
(4)上記実施形態では、永久磁石13が付勢部材14により付勢される中立位置を、ケース12における長さ方向の略中央にした。
従って、永久磁石13を、中立状態から、長さ方向のいずれにもケース12と相対的に移動させることができる。
【0038】
(5)上記実施形態では、永久磁石13を2つの付勢部材14により長さ方向に挟んで付勢した。
従って、永久磁石13を、いずれか一方の付勢部材14のみによって付勢する場合と比較して、より正確に中立位置に位置させることができる。
【0039】
(6)上記実施形態では、発電装置11にて発電した電力は一旦バッテリ17に充電され、同バッテリ17から検知部23及び送信部24に電力を供給する構成とした。
【0040】
従って、検知部23及び送信部24は、自動車が停車状態であり、かつ、発電装置11が発電しない状態でもバッテリ17から電力を得ることができる。その結果、タイヤ内圧検出装置21は、自動車が停車状態であり、かつ、発電装置11が発電しない状態でもドライバに対し所定の報知を行うことができる。
【0041】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、永久磁石13を2つの付勢部材14により付勢したが、付勢部材14の数は何個でもよい。
【0042】
○上記実施形態では、付勢部材14をコイルスプリングとしたが、例えばゴム等のようなの他の付勢部材に具体化してもよい。
○上記実施形態では、ケース12を長尺状に形成するとともに、永久磁石13をケース12に対してその長さ方向に相対的に移動させる構成としたが、ケース12を長尺状に形成しなくてもよい。
【0043】
○上記実施形態では、ケース12の内面12b及び永久磁石13に、内面12bと永久磁石13との摩擦抵抗を低減する減摩剤を塗布したが、ケース12の内面12b及び永久磁石13のいずれか一方のみに減摩剤を塗布してもよい。また、減摩剤を塗布しなくてもよい。
【0044】
○上記実施形態では、永久磁石13を球体状としたが、例えば直方体状等のような他の形であってもよい。
○上記実施形態では、発電装置11を、その軸方向がリム26の接線方向と一致するように配置し、タイヤ22の回転の角加速度による慣性を利用して発電する構成としたが、図6(a)に示すように、タイヤ22の径方向に沿うように配置してもよい。このようにした場合には、永久磁石13は、タイヤ22の遠心力により、ケース12に対してその長さ方向に相対的に移動することとなる。
【0045】
○上記実施形態では、ケース12を円筒状に形成したが、例えば矩形状をなす箱体等のような他の形状であってもよい。また、図6(b)に示すように、ケース12をタイヤ22の周方向に沿うように円弧状に形成してもよい。このようにすれば、上記実施形態のように発電装置11をタイヤ22に取り付けるような場合において、ケース12の長さ方向の長さを設置スペースに対して効率的に確保することができ、永久磁石13の摺動距離を長くすることができる。その結果、上記実施形態の場合と比較して、発電装置11の発電量を増大させることができる。
【0046】
○上記実施形態では、永久磁石13の付勢部材14により付勢される中立位置をケース12の長さ方向の略中央としたが、どこでもよい。
○上記実施形態では、発電装置11にて発電した電力を、バッテリ17を介して、タイヤ内圧検出装置21の検知部23及び送信部24に供給したが、バッテリ17を省略して供給してもよい。
【0047】
○上記実施形態では、ケース12を絶縁性部材から形成したが、導電性部材から形成してもよい。この場合には、コイル19は直接ケース12に巻設されず、例えば、ケース12を覆った絶縁性部材からなるシートや、絶縁膜からなる絶縁コートを施した上で巻設されることとなる。
【0048】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、発電装置が移動した後に発電装置が静止しても、発電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発電装置の一実施形態を示す断面図。
【図2】図1の発電装置をバッテリに接続した回路を示す説明図。
【図3】(a),(b)は、図1の発電装置の作用を説明する断面図。
【図4】本発明のタイヤ内圧検出装置の一実施形態を示す一部断面模式図
【図5】図1の発電装置とタイヤの配置関係を示す模式図。
【図6】(a),(b)は、本発明の別例を示す模式図。
【図7】従来の発電装置を示す部分断面図。
【符号の説明】
11…発電装置、12…ケース、12b…内面、12c…端面、13…永久磁石、14…付勢部材、18…蓄電手段としての充電機構、19…コイル、21…タイヤ内圧検出装置、22…タイヤ、23…検知部、24…送信部、27…車体。
Claims (5)
- ケースと、
前記ケース内に配置され、該ケース内を往復移動自在に配置された磁石部材と、
前記磁石部材に対して該磁石部材の移動方向に付勢する付勢部材と、
前記磁石部材の移動する経路に対応するケースの周囲に巻装されたコイルとを備え、
前記ケースが所定方向に加速又は減速して変位するときに、前記磁石部材が前記ケースに対して慣性により前記ケース内を前記付勢部材の付勢に抗して移動することにより、
前記コイルに起電力を発生する構成とされたことを特徴とする発電装置。 - 前記ケースの内面又は前記磁石部材のうち少なくともいずれか一方には、前記ケースの内面と前記磁石部材との摩擦抵抗を低減する減摩剤が塗布されていることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。
- 前記ケースは、長軸を備え、
前記磁石部材は、前記ケースの長さ方向に往復移動する構成とされたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の発電装置。 - 前記付勢部材は、一端は前記ケースの長さ方向の端部に支持され、他端は前記磁石部材を付勢するコイルスプリングから形成されていることを特徴とする請求項3に記載の発電装置。
- タイヤ内の空気圧を計測する検知部と、
タイヤ側に設けられ、該検知部の検知に基づいて無線信号を送信する送信部と、
前記検知部及び送信部に対して電力供給を行う蓄電手段と、
前記蓄電手段に対して請求項1〜請求項4のうちいずれか一項に記載の発電装置と
を備えたことを特徴とするタイヤ内圧検出装置。
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