JP2004224069A - 発電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】タイヤ内圧警報装置等、車輪に設けられられた機器に電力を供給するための実用的な発電機を提供し、これらの機器を用いたシステムにおける、電池の早期消耗に起因する前述の問題を解消する。
【解決手段】円周上に配置された複数の電磁コイル２よりなる発電コイル体２Ｋと、発電コイル体２Ｋと共通の軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の磁石３よりなる磁石体３Ｋとを具え、磁石体３Ｋは共通軸心ＣＡの周りに周方向に変化する磁界を形成するとともに発電コイル体２Ｋに対して相対回転可能に設けられ、それぞれの電磁コイルは発電コイル体２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置された発電機１において、発電コイル体２Ｋを、車軸Ａの周りを回転する車輪Ｗに配設する。
【選択図】 図１
【解決手段】円周上に配置された複数の電磁コイル２よりなる発電コイル体２Ｋと、発電コイル体２Ｋと共通の軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の磁石３よりなる磁石体３Ｋとを具え、磁石体３Ｋは共通軸心ＣＡの周りに周方向に変化する磁界を形成するとともに発電コイル体２Ｋに対して相対回転可能に設けられ、それぞれの電磁コイルは発電コイル体２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置された発電機１において、発電コイル体２Ｋを、車軸Ａの周りを回転する車輪Ｗに配設する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車軸の周りを回転する車輪に設けられられたタイヤ内圧警報装置等の電気機器に電源を供給するための発電機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、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が、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く、電池をタイヤ内圧警報装置に内蔵して、この電池から電力の供給を行っている（例えば、特許文献１）。
【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には、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いるが、いまだに十分満足するものは得られていない。
【０００４】
また、電池の代わりに車体側から車輪側に電力を供給する方法として、回転する車輪と車軸の間を直接配線で接続することができないので、これら同士をスリップリングで摩擦接触させこのスリップリングを通して電力を供給することが考えられるが、この方法は、スリップリングの摩耗が激しくて実用的ではない。
【０００５】
さらに、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、この場合も、電池の寿命に起因する問題があり、さらに、タイヤの状態を連続的に検知する装置では、電池だけではこの消費電力を十分供給できない場合もあり、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。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３５５２０３
【０００７】
【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、車輪に設けられられた機器に電力を供給するための実用的な発電機を提供し、これらの機器を用いたシステムにおける、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。
【０００８】
【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、その要旨構成ならびに作用を以下に示す。第一の発明は、円周上に配置された複数の電磁コイルよりなる発電コイル体と、発電コイル体と共通の軸心を中心とする円周上に配置された複数の磁石よりなる磁石体とを具え、磁石体は共通軸心の周りに周方向に変化する磁界を形成するとともに発電コイル体に対して相対回転可能に設けられ、それぞれの電磁コイルは発電コイル体の前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置された発電機において、
発電コイル体を、車軸の周りを回転する車輪に配設してなる発電機である。
ここで、車輪の定義に関し、リムホイールとこれに組み付けられたタイヤの他、リムホイールを取り付けて車軸の周りに回転するハブも含んで車輪と呼ぶこととする。
【０００９】
第二の発明は、第一の発明において、車輪と協働して前記相対回転を生成する非回転要素として機能するウェートリングを車輪のリムとタイヤとに囲繞されたタイヤ内空部に配設し、このウェートリングの周方向の一部に錘を取り付けるとともに、ウェートリングをリムの外周に回転自在に配設してなる発電機である。
【００１０】
第三の発明は、第一もしくは第二の発明において、車軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を車軸もしくは前記ウェートリングに配設してなる発電機である。
【００１１】
第四の発明は、第一もしくは第二の発明において、車軸と平行な向きで車軸もしくは前記ウェートリングに固定された惑星軸、車軸もしくは前記ウェートリングに車軸周りに回転可能に取り付けられた固定側遊動リング、車輪に固定された車輪側リング、および、惑星軸の周りに回転可能に設けられた惑星リングを具え、惑星リングを、固定側遊動リングと車輪側リングとにそれぞれ車輪半径方向内外の異なる側で摩擦接触もしくは噛合して自転するよう配置してなり、
車軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を固定側遊動リングに配設してなる発電機である。
【００１２】
第五の発明は、第一もしくは第二の発明において、車軸と平行な向きで車輪に固定された惑星軸と、惑星軸に取り付けられ車輪の回転に伴って公転する惑星ユニットとを具え、
惑星ユニットは、車軸の外周もしくは前記ウェートリングの内周に摩擦接触もしくは噛合して惑星軸の周りを回転する惑星アウターリング、惑星軸に固定された車輪側固定リング、惑星軸の周りに回転自在に設けられた惑星インナーリング、車軸と平行な向きで前記惑星アウターリングに固定された衛星軸、および、衛星軸の周りに回転可能に設けられた衛星リングを有し、衛星リングを、前記惑星インナーリングと前記車輪側固定リングとにそれぞれ惑星軸半径方向内外の異なる側で摩擦接触もしくは噛合して自転するよう配置してなり、
惑星軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を惑星インナーリングに配設し、発電コイル体を車輪側固定リングに配設してなる発電機である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１ないし図１９に基づいて説明する。図１は第一の実施形態の発電機１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれ、図１の矢視ａ−ａ、および、矢視ｂ−ｂに対応する部分断面図である。第一の実施形態の発電機１は、車軸Ａの軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル２よりなる発電コイル体２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体２Ｋから軸方向に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石３よりなる磁石体３Ｋとを具え、磁石体３Ｋはプレート５を介して車軸Ａに固定され、発電コイル体２Ｋは、ブラケット９を介して車軸の周りを回転する車輪ＷのハブＨに固定され、したがって、発電コイル体２Ｋと磁石体３Ｋとは車輪Ｗの回転速度と同じ回転速度で相対回転する。
【００１４】
これらの磁石３は、図２（ａ）に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル２ａとよりなり、これらの電磁コイル２は、図２（ａ）に示す例においては、周上に八個、等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部６を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置され、図１に示すものの場合、磁石３と電磁コイル３とは車軸の軸心に平行な向きに対向して配設される。
【００１５】
タイヤ内圧やタイヤ温度などを検知するセンサに代表される電気機器Ｄ、およびこの電気機器Ｄに供給する電源の電圧を調整するレギュレータＲが、車輪ＷのリムＭの半径方向外側に取り付けられ、リムＭとタイヤＴとに囲繞された内空部Ｐに配置される。そして、レギュレータＲと電気機器Ｄとは配線で接続され、また、電磁コイル２はそれぞれで発生した起電力が足し合わせられるよう互いに直列に配線され、リムＭを気密に貫通する貫通穴を通過してレギュレータＲに配線４で接続される。
【００１６】
このように発電コイル体２Ｋを車輪Ｗに配設した発電機１によれば、車両の走行にともなって車輪Ｗが車軸Ａの周りを回転する際、発電コイル体２Ｋのそれぞれの電磁コイル２は磁石体３Ｋにより形成された磁界を横切って起電力を発生し、この起電力はそれぞれ足し合わされて電気機器Ｄに供給されるので、スリップリング等を介さず直接配線で電力を電気機器Ｄに供給することができる。
【００１７】
図３は第二の実施形態の発電機１１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図４は、図１の矢視ＩＶ−ＩＶに対応する部分断面図である。第二の実施形態の発電機１１は、車軸Ａの軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル１２よりなる発電コイル体１２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体１２Ｋから半径方向内側に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石１３よりなる磁石体１３Ｋとを具え、磁石体３Ｋはプレート１５を介して車軸Ａに固定され、発電コイル体１２Ｋは、ブラケット１９を介して車軸の周りを回転する車輪ＷのハブＨに固定され、したがって第一の実施形態と同様、発電コイル体２Ｋと磁石体３Ｋとは車輪Ｗの回転速度と同じ回転速度で相対回転する。
【００１８】
これらの磁石１３は、図４に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル１２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク１２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル１２ａとよりなり、これらの電磁コイル１２は、図４に示す例においては、周上に八個等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部１６を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体１２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置され、図４に示すものの場合、磁石１３と電磁コイル１２とは半径方向内外に対向して配設される。
【００１９】
以上のように構成された発電機１１は、電磁コイル１２と磁石１３とが半径方向内外に対向して配置されている点だけが、第一の実施形態の発電機１と異なるだけであり、したがって、発電機１と同様、車両の走行にともなって車輪Ｗが車軸Ａの周りを回転する際発電された電力は、スリップリング等を介さず直接配線１４で電力を電気機器Ｄに供給することができる。
【００２０】
図５は第三の実施形態の発電機２１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図６（ａ）および図６（ｂ）はそれぞれ、図５の矢視ａ−ａ、および、矢視ｂ−ｂに対応する部分断面図である。第三の実施形態の発電機２１は、車軸Ａの軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル２２よりなる発電コイル体２２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体２２Ｋから軸方向に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石２３よりなる磁石体２３Ｋとを具える。
【００２１】
車輪ＷのリムＭとタイヤＴによって囲繞されるタイヤ内空部Ｐには、円環状をなす環状ブラケット２７がリムＭの外周に取り付けられ、また、錘２９を周方向の一部分に設けたウェートリング２５が環状ブラケット２７に、ベアリング２８を介して車軸Ａの軸心周りに回転自在に取り付けられる。磁石体２３Ｋは、ウェートリング２５に固定して設けられ、一方、発電コイル体２Ｋは、環状ブラケット２７に固定される。
【００２２】
ここで、磁石体３Ｋを取り付けるウェートリング２５は、リムＭに回転自在に取り付けられるので、リムＭの回転下においても、錘２９の作用により錘２９がいつも車軸Ａの直下に位置するよう姿勢保持され、このことにより、ウェートリング２５を、車輪Ｗと協働して前記相対回転を生成する非回転要素として機能させることができる。したがって、前述の実施形態と同様、発電コイル体２２Ｋと磁石体２３Ｋとは車輪Ｗの回転速度と同じ回転速度で相対回転する。
【００２３】
これらの磁石２３は、図６（ｂ）に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル２２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク２２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル２２ａとよりなり、これらの電磁コイル２２は、図６（ａ）に示す例においては、周上に八個等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部２６を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体２２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置され、図５に示すものの場合、磁石２３と電磁コイル２３とは車軸の軸心に平行な向きに対向して配設される。
【００２４】
電気機器Ｄ、およびこの電気機器Ｄに供給する電源の電圧を調整するレギュレータＲは、車輪ＷのリムＭの半径方向外側に取り付けられ、リムＭとタイヤＴとに囲繞された内空部Ｐに配置され、レギュレータＲ、電気機器Ｄ、および発電コイル体２３Ｋの間は前述の実施形態と同様に配線で接続されるが、本実施形態においては、発電コイル体２３Ｋもタイヤ内空部Ｐに設けたので、リムＭに貫通穴を設けて配線をタイヤ内空部Ｐの内外に延在させる必要がなく、このため貫通穴を気密に保持するための手当を不要なものとすることができる。
【００２５】
以上のように構成された発電機２１も、前述の実施形態と同様、車両の走行にともなって車輪Ｗが車軸Ａの周りを回転する際発電された電力は、スリップリング等を介さず直接配線で電力を電気機器Ｄに供給することができる。なお、この実施形態において、図５に示すものの場合、発電コイル体２２Ｋと磁石体２３Ｋとは共通軸心の軸方向に対向して配置されるが、これらを半径方向に対向させて配置することもできる。
【００２６】
図７は第四の実施形態の発電機３１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図８および図９はそれぞれ、図７の矢視ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ、および、矢視ＩＸ−ＩＸに対応する部分断面図である。第四の実施形態の発電機３１は、車軸Ａの軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル３２よりなる発電コイル体３２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体３２Ｋの半径方向内側に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石３３よりなる磁石体３３Ｋとを具える。
【００２７】
車軸Ａの周りを回転する車輪ＷのハブＨには車軸軸心を中心とする環状ブラケット３６が取り付けられ、この環状ブラケット３６に発電コイル体３２Ｋが半径方向内側に向けて固定され、一方、車軸Ａの外周にベアリング４１を介して固定側遊動リング４０が回転自在に取り付けられ、磁石体３３Ｋは、取付リング３５を介してこの固定側遊動リング４０に固定され、発電コイル体３２Ｋと半径方向内外に対向する向きに配置される。
【００２８】
また、車軸Ａにはこれと平行な向きに惑星軸３８が複数本、図示の例では周方向に等間隔をおいて配列された三本が固定して設けられ、それぞれの惑星軸２８の周りに惑星リング３７が回転可能に設けられる。そして、この惑星リング３７は、車軸Ａの半径方向の内側で固定側遊動リング４０の外周と噛合するとともに、半径方向外側で、環状ブラケット３６に取り付けられた車輪側リング３９の内周と噛合して配設される。
【００２９】
図８に示すように、車輪側リング３９のピッチ半径をＲ１、固定側遊動リング４０のピッチ半径をＲ２として、以上のように構成された発電機３１において、車軸Ａの周りに、車輪Ｗが角速度Ω１で回転する際、固定側遊動リング４０は、惑星リング３７を介して車輪側リング３９に駆動され、車輪側リング３９と反対の向きに車輪側リング３９と同じ周速度で回転するので固定側遊動リング４０の角速度Ω２は式（１）で表わされるものとなる。
Ω２＝（Ｒ１／Ｒ２）・Ω１ （１）
【００３０】
従って、発電コイル体３２Ｋは車輪側リング３９に連結され磁石体３３Ｋは固定側遊動リング４０に連結されているので、発電コイル体３２Ｋと磁石体３３Ｋとは式（２）のω１の回転速度で相対回転し、車輪Ｗの回転速度Ω１に対して（１＋（Ｒ１／Ｒ２））倍だけ増速される。そして、発電機３１は、この増速により、より高い起電力を発生することができる。
ω１＝Ω１＋Ω２＝（１＋（Ｒ１／Ｒ２））・Ω１ （２）
【００３１】
また、磁石３３は、図９に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成し、それぞれの電磁コイル３２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク３２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル３２ａとよりなり、これらの電磁コイル３２は、図９に示す例においては、周上に八個等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体３２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置される。
【００３２】
このように構成された本実施形態の発電機３１は、発電コイル体３２Ｋを車輪Ｗに配設したので、前述の実施形態と同様、発電コイル体３２Ｋで発生した電力を直接配線３４で電気機器Ｄに供給することができ、しかも、磁石体３３Ｋと発電コイル体３２Ｋとは車輪Ｗの回転速度の（１＋（Ｒ１／Ｒ２））倍だけ増速されて相対回転するのでより高い効率で発電を行うことができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、惑星リング３７を、車輪側リング３９および固定側遊動リング４０に噛合させたが、この代わりに、これらを摩擦接触させても同様に機能させることができる。
【００３４】
また、車軸Ａの代わりに、車輪と協働して発電コイル体３２Ｋと磁石体３３Ｋとの相対回転を生成する非回転要素として、第三の実施形態におけるウェートリング２５と同様なものを用いることができ、このことにより、タイヤ内空部に設けられたレギュレータＲ、電気機器Ｄに、リムＭに貫通穴を設けることなく電力を供給することができる。
【００３５】
図１０は第五の実施形態の発電機５１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図１１は、図１０の矢視ＸＩ−ＸＩに対応する部分断面図である。また、図１２は、惑星ユニット６０の詳細を示すタイヤ子午線断面図であり、図１３および図１４はそれぞれ、図１２の矢視ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ、および、矢視ＸＩＶ−ＸＩＶに対応する部分断面図である。第五の実施形態の発電機５１は、車軸Ａに取り付けられた固定リング６１と、車輪ＷのハブＨに環状ブラケット６２を介して車軸Ａと平行な向きに固定された複数の惑星軸５７と、それぞれの惑星軸５７に取り付けられ車輪Ｗの回転に伴って公転する惑星ユニット６０とを具え、図示の例では、惑星軸５７は周方向に等間隔をおいて三本配列される。
【００３６】
惑星ユニット６０は、外周を固定リング６１の外周と噛合させ惑星軸５７の周りにベアリング６５を介して回転可能に取り付けられた惑星アウターリング５８、惑星軸５７に固定された車輪側固定リング５６、惑星軸５７の周りにベアリング６６を介して回転自在に設けられた惑星インナーリング６９、車軸Ａと平行な向きで惑星アウターリング５８に固定された衛星軸６３、および、衛星軸６３の周りにベアリング６７を介して回転可能に設けられた衛星リング６４を有し、衛星リング６４は、その外周を惑星インナーリング６９の外周と噛合させるとともに車輪側固定リング５６の内周とも噛合させて自転するよう配置される。
【００３７】
そして、この発電機５１は、惑星軸５７の軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル５２よりなる発電コイル体５２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体５２Ｋの半径方向内側に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石５３よりなる磁石体５３Ｋとを具え、磁石体５３Ｋは磁石ホルダ５５を介して惑星インナーリング６９に配設され、発電コイル体５２Ｋは車輪側固定リング５６に直接配設される。
【００３８】
図１３に示すように、固定リング６１のピッチ半径をＲ３、惑星アウターリング５８のピッチ半径をＲ４、車輪側固定リング５６のピッチ半径をＲ５、惑星インナーリング６９のピッチ半径をＲ６として、以上のように構成された発電機５１において、車軸Ａの周りに車輪Ｗが角速度Ω１で回転するとき、車輪ＷのハブＨに固定された惑星軸５７も角速度Ω１で公転し、このとき、惑星アウターリング５８は固定リング６１と噛合するので、惑星アウターリング５８は惑星軸５７の周りに角速度Ω３で自転し、衛星軸６３は惑星アウターリング５８に固定されているので、衛星軸６３およびその周りを自転する衛星リング６３は同じ回転速度Ω３で公転する。この公転に伴って、惑星軸５７に固定された車輪側固定リング５６に噛合する衛星リング６４は自転し、この自転によって、惑星リング６４と噛合し惑星軸５７の周りに回転可能に設けられた惑星インナーリング６９は、衛星軸６３の公転の向きと反対の向きにΩ４の角速度で自転する。
【００３９】
そして、Ω３、Ω４は、車輪回転速度Ω１を用いて、それぞれ、式（３）、式（４）のように表わすことができる。
Ω３＝（Ｒ３／Ｒ４）・Ω１ （３）
Ω４＝（Ｒ５／Ｒ６）Ω３＝（Ｒ５／Ｒ６）・（Ｒ３／Ｒ４）・Ω１ （４）
【００４０】
ここで、発電コイル体５２Ｋは車輪側固定リング５６に固定され、磁石体５３Ｋは惑星インナーリング６９に固定されているので、これらは、式（４）より、車輪Ｗの回転速度Ω１に対して（Ｒ５／Ｒ６）・（Ｒ３／Ｒ４）倍だけ増速された回転速度で相対回転する。そして、発電機５１は、この増速により、より高い起電力を発生することができる。
【００４１】
また、磁石５３は、図１４に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル５２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク５２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル５２ａとよりなり、これらの電磁コイル５２は、図１４に示す例においては、周上に八個等、間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体５２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置される。
【００４２】
このように構成された本実施形態の発電機５１は、発電コイル体５２Ｋを車輪Ｗに配設したので、前述の実施形態と同様、発電コイル体５２Ｋで発生した電力を直接配線５４で電気機器Ｄに供給することができ、しかも、磁石体５３Ｋと発電コイル体５２Ｋとは車輪Ｗの回転速度の（Ｒ５／Ｒ６）・（Ｒ３／Ｒ４）倍だけ増速されて相対回転するのでより高い効率で発電を行うことができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、惑星アウターリング５８を固定リング６１に、衛星リング６４を惑星インナーリング６９と車輪側固定リング５６にそれぞれ噛合させて掛合させたが、この代わりに、これらを互いに摩擦接触させて掛合させても同様に機能させることができる。
【００４４】
図１５は第六の実施形態の発電機７１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図１６は、図１５の矢視ＸＶＩ−ＸＶＩに対応する部分断面図である。また、図１７は、惑星ユニット８０の詳細を示すタイヤ子午線断面図であり、図１８および図１９はそれぞれ、図１７の矢視ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ、および、矢視ＸＩＸ−ＸＩＸに対応する部分断面図である。第六の実施形態の発電機７１は、リムＭの半径方向外側に取り付けられた環状ブラケット９１にベアリング９３を介して車軸Ａの軸心周りに回転自在に取り付けられたウェートリング８１を具え、ウェートリング８１にはその周方向の一部分に錘９２が設けられ、車輪Ｗの回転下でも錘９２が車軸Ａの垂直方向下方に位置する姿勢となるので非回転要素として機能する。
【００４５】
そして、この発電機７１は、車輪ＷのリムＭに環状ブラケット８２を介して車輪Ｗの軸心と平行な向きに固定された複数の惑星軸７７と、それぞれの惑星軸７７に取り付けられ車輪Ｗの回転に伴って公転する惑星ユニット８０とを具え、図示の例では、惑星軸は７７は周方向に等間隔をおいて三本配列される。
【００４６】
惑星ユニット８０は、外周をウェートリング８１の内周と噛合させ惑星軸７７の周りにベアリング８５を介して回転可能に取り付けられた惑星アウターリング７８、惑星軸７７に固定された車輪側固定リング７６、惑星軸７７の周りにベアリング８６を介して回転自在に設けられた惑星インナーリング８９、惑星アウターリング７８にその軸心と平行に固定された衛星軸８３、および、衛星軸８３の周りにベアリング８７を介して回転可能に設けられた衛星リング６４を有し、衛星リング６４は、その外周を惑星インナーリング８９の外周と噛合させるとともに車輪側固定リング７６の内周とも噛合させて自転するよう配置される。
【００４７】
そして、この発電機７１は、惑星軸７７の軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル７２よりなる発電コイル体７２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体７２Ｋの半径方向内側に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石７３よりなる磁石体７３Ｋとを具え、磁石体７３Ｋは磁石ホルダ７５を介して惑星インナーリング８９に配設され、発電コイル体７２Ｋは車輪側固定リング７６に直接配設される。
【００４８】
第五の実施形態の発電機５１について説明したように、ウェートリング８１のピッチ半径をＲ３ａ、惑星アウターリング７８のピッチ半径をＲ４ａ、車輪側固定リング７６のピッチ半径をＲ５ａ、惑星インナーリング８９のピッチ半径をＲ６ａとするとき、発電コイル体７２Ｋと磁石体７３Ｋとは、車輪Ｗの回転速度Ω１に対して（Ｒ５ａ／Ｒ６ａ）・（Ｒ３ａ／Ｒ４ａ）倍だけ増速された回転速度で相対回転する。そして、発電機５１は、この増速により、より高い起電力を発生することができる。
【００４９】
また、磁石７３は、図１９に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル７２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク７２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル７２ａとよりなり、これらの電磁コイル７２は、図１９に示す例においては、周上に八個、等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体７２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置される。
【００５０】
このように構成された本実施形態の発電機７１は、発電コイル体７２Ｋで発生した電力を直接配線で電気機器Ｄに供給することができ、しかも、磁石体７３Ｋと発電コイル体７２Ｋとは車輪Ｗの回転速度の（Ｒ５ａ／Ｒ６ａ）・（Ｒ３ａ／Ｒ４ａ）倍だけ増速されて相対回転するのでより高い効率で発電を行うことができる点で、第五の実施形態の発電機５１と同様であるが、磁石体７３Ｋと発電コイル体７２Ｋとの相対回転を車輪Ｗと協働して生成する非回転要素として、車軸Ａの代わりにタイヤ内空部Ｐに配設されたウェートリング８１を用いる点で異なり、このことによって、発電機７１をタイヤ内空部Ｐに設けることができ、したがって電気機器Ｄとの配線を設けるに際してリムＭを貫通させることを不要とさせることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、発電コイル体２Ｋ、１２Ｋ、２２Ｋ、３２Ｋ、５２Ｋ、７２Ｋを車輪Ｗに配設したので、スリップリング等を介さずに発電した電力をタイヤ内空部Ｐに設けられた電気機器Ｄに直接配線で供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図２】図１の、矢視ａ−ａおよびｂ−ｂに対応する部分断面図である。
【図３】第二の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図４】図３の、矢視ＩＶ−ＩＶに対応する部分断面図である。
【図５】第三の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図６】図５の、矢視ａ−ａおよびｂ−ｂに対応する部分断面図である。
【図７】第四の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図８】図７の矢視ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに対応する部分断面図である。
【図９】図７の矢視ＩＸ−ＩＸに対応する部分断面図である。
【図１０】第五の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図１１】図１０の矢視ＸＩ−ＸＩに対応する部分断面図である。
【図１２】惑星ユニットの詳細を示すタイヤ子午線断面図である。
【図１３】図１２の矢視ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに対応する部分断面図である。
【図１４】図１２の矢視ＸＩＶ−ＸＩＶに対応する部分断面図である。
【図１５】第六の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図１６】図１５の矢視ＸＶＩ−ＸＶＩに対応する部分断面図である。
【図１７】惑星ユニットの詳細を示すタイヤ子午線断面図である。
【図１８】図１７の矢視ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに対応する部分断面図である。
【図１９】図１７の矢視ＸＩＸ−ＸＩＸに対応する部分断面図である。
【符号の説明】
１ 発電機
２ 電磁コイル
２Ｋ 発電コイル体
２ａ コイル
２ｂ 円柱状ヨーク
３ 磁石
３Ｋ 磁石体
４ 配線
５ プレート
６ 共通ヨーク部
９ ブラケット
１１ 発電機
１２ 電磁コイル
１２Ｋ 発電コイル体
１２ａ コイル
１２ｂ 円柱状ヨーク
１３ 磁石
１３Ｋ 磁石体
１４ 配線
１５ プレート
１６ 共通ヨーク部
１９ ブラケット
２１ 発電機
２２ 電磁コイル
２２Ｋ 発電コイル体
２２ａ コイル
２２ｂ 円柱状ヨーク
２３ 磁石
２３Ｋ 磁石体
２４ 配線
２５ ウェートリング
２６ 共通ヨーク部
２７ 環状ブラケット
２８ ベアリング
２９ 錘
３１ 発電機
３２ 電磁コイル
３２Ｋ 発電コイル体
３２ａ コイル
３２ｂ 円柱状ヨーク
３３ 磁石
３３Ｋ 磁石体
３４ 配線
３５ 取付リング
３６ 環状ブラケット
３７ 惑星リング
３８ 惑星軸
３９ 車輪側リング
４０ 固定側遊動リング
４１ ベアリング
５１ 発電機
５２ 電磁コイル
５２Ｋ 発電コイル体
５２ａ コイル
５２ｂ 円柱状ヨーク
５３ 磁石
５３Ｋ 磁石体
５４ 配線
５５ 磁石ホルダ
５６ 車輪側固定リング
５７ 惑星軸
５８ 惑星アウターリング
６０ 惑星ユニット
６１ 固定リング
６２ 環状ブラケット
６３ 衛星軸
６４ 衛星リング
６５、６６、６７ ベアリング
６９ 惑星インナーリング
７１ 発電機
７２ 電磁コイル
７２Ｋ 発電コイル体
７２ａ コイル
７２ｂ 円柱状ヨーク
７３ 磁石
７３Ｋ 磁石体
７４ 配線
７５ 磁石ホルダ
７６ 車輪側固定リング
７７ 惑星軸
７８ 惑星アウターリング
８０ 惑星ユニット
８１ ウェートリング
８２ 環状ブラケット
８３ 衛星軸
８４ 衛星リング
８５、６６、６７ ベアリング
８９ 惑星インナーリング
９１ 環状ブラケット
９２ 錘
９３ ベアリング
Ａ 車軸
Ｗ 車輪
Ｈ ハブ
Ｍ リム
Ｔ タイヤ
Ｐ タイヤ内空部
Ｒ レギュレータ
Ｄ 電気機器
ＣＡ 共通軸心
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の車軸の周りを回転する車輪に設けられられたタイヤ内圧警報装置等の電気機器に電源を供給するための発電機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、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が、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く、電池をタイヤ内圧警報装置に内蔵して、この電池から電力の供給を行っている（例えば、特許文献１）。
【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には、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いるが、いまだに十分満足するものは得られていない。
【０００４】
また、電池の代わりに車体側から車輪側に電力を供給する方法として、回転する車輪と車軸の間を直接配線で接続することができないので、これら同士をスリップリングで摩擦接触させこのスリップリングを通して電力を供給することが考えられるが、この方法は、スリップリングの摩耗が激しくて実用的ではない。
【０００５】
さらに、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、この場合も、電池の寿命に起因する問題があり、さらに、タイヤの状態を連続的に検知する装置では、電池だけではこの消費電力を十分供給できない場合もあり、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。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３５５２０３
【０００７】
【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、車輪に設けられられた機器に電力を供給するための実用的な発電機を提供し、これらの機器を用いたシステムにおける、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。
【０００８】
【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、その要旨構成ならびに作用を以下に示す。第一の発明は、円周上に配置された複数の電磁コイルよりなる発電コイル体と、発電コイル体と共通の軸心を中心とする円周上に配置された複数の磁石よりなる磁石体とを具え、磁石体は共通軸心の周りに周方向に変化する磁界を形成するとともに発電コイル体に対して相対回転可能に設けられ、それぞれの電磁コイルは発電コイル体の前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置された発電機において、
発電コイル体を、車軸の周りを回転する車輪に配設してなる発電機である。
ここで、車輪の定義に関し、リムホイールとこれに組み付けられたタイヤの他、リムホイールを取り付けて車軸の周りに回転するハブも含んで車輪と呼ぶこととする。
【０００９】
第二の発明は、第一の発明において、車輪と協働して前記相対回転を生成する非回転要素として機能するウェートリングを車輪のリムとタイヤとに囲繞されたタイヤ内空部に配設し、このウェートリングの周方向の一部に錘を取り付けるとともに、ウェートリングをリムの外周に回転自在に配設してなる発電機である。
【００１０】
第三の発明は、第一もしくは第二の発明において、車軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を車軸もしくは前記ウェートリングに配設してなる発電機である。
【００１１】
第四の発明は、第一もしくは第二の発明において、車軸と平行な向きで車軸もしくは前記ウェートリングに固定された惑星軸、車軸もしくは前記ウェートリングに車軸周りに回転可能に取り付けられた固定側遊動リング、車輪に固定された車輪側リング、および、惑星軸の周りに回転可能に設けられた惑星リングを具え、惑星リングを、固定側遊動リングと車輪側リングとにそれぞれ車輪半径方向内外の異なる側で摩擦接触もしくは噛合して自転するよう配置してなり、
車軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を固定側遊動リングに配設してなる発電機である。
【００１２】
第五の発明は、第一もしくは第二の発明において、車軸と平行な向きで車輪に固定された惑星軸と、惑星軸に取り付けられ車輪の回転に伴って公転する惑星ユニットとを具え、
惑星ユニットは、車軸の外周もしくは前記ウェートリングの内周に摩擦接触もしくは噛合して惑星軸の周りを回転する惑星アウターリング、惑星軸に固定された車輪側固定リング、惑星軸の周りに回転自在に設けられた惑星インナーリング、車軸と平行な向きで前記惑星アウターリングに固定された衛星軸、および、衛星軸の周りに回転可能に設けられた衛星リングを有し、衛星リングを、前記惑星インナーリングと前記車輪側固定リングとにそれぞれ惑星軸半径方向内外の異なる側で摩擦接触もしくは噛合して自転するよう配置してなり、
惑星軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を惑星インナーリングに配設し、発電コイル体を車輪側固定リングに配設してなる発電機である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１ないし図１９に基づいて説明する。図１は第一の実施形態の発電機１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図２（ａ）および図２（ｂ）はそれぞれ、図１の矢視ａ−ａ、および、矢視ｂ−ｂに対応する部分断面図である。第一の実施形態の発電機１は、車軸Ａの軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル２よりなる発電コイル体２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体２Ｋから軸方向に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石３よりなる磁石体３Ｋとを具え、磁石体３Ｋはプレート５を介して車軸Ａに固定され、発電コイル体２Ｋは、ブラケット９を介して車軸の周りを回転する車輪ＷのハブＨに固定され、したがって、発電コイル体２Ｋと磁石体３Ｋとは車輪Ｗの回転速度と同じ回転速度で相対回転する。
【００１４】
これらの磁石３は、図２（ａ）に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル２ａとよりなり、これらの電磁コイル２は、図２（ａ）に示す例においては、周上に八個、等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部６を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置され、図１に示すものの場合、磁石３と電磁コイル３とは車軸の軸心に平行な向きに対向して配設される。
【００１５】
タイヤ内圧やタイヤ温度などを検知するセンサに代表される電気機器Ｄ、およびこの電気機器Ｄに供給する電源の電圧を調整するレギュレータＲが、車輪ＷのリムＭの半径方向外側に取り付けられ、リムＭとタイヤＴとに囲繞された内空部Ｐに配置される。そして、レギュレータＲと電気機器Ｄとは配線で接続され、また、電磁コイル２はそれぞれで発生した起電力が足し合わせられるよう互いに直列に配線され、リムＭを気密に貫通する貫通穴を通過してレギュレータＲに配線４で接続される。
【００１６】
このように発電コイル体２Ｋを車輪Ｗに配設した発電機１によれば、車両の走行にともなって車輪Ｗが車軸Ａの周りを回転する際、発電コイル体２Ｋのそれぞれの電磁コイル２は磁石体３Ｋにより形成された磁界を横切って起電力を発生し、この起電力はそれぞれ足し合わされて電気機器Ｄに供給されるので、スリップリング等を介さず直接配線で電力を電気機器Ｄに供給することができる。
【００１７】
図３は第二の実施形態の発電機１１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図４は、図１の矢視ＩＶ−ＩＶに対応する部分断面図である。第二の実施形態の発電機１１は、車軸Ａの軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル１２よりなる発電コイル体１２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体１２Ｋから半径方向内側に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石１３よりなる磁石体１３Ｋとを具え、磁石体３Ｋはプレート１５を介して車軸Ａに固定され、発電コイル体１２Ｋは、ブラケット１９を介して車軸の周りを回転する車輪ＷのハブＨに固定され、したがって第一の実施形態と同様、発電コイル体２Ｋと磁石体３Ｋとは車輪Ｗの回転速度と同じ回転速度で相対回転する。
【００１８】
これらの磁石１３は、図４に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル１２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク１２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル１２ａとよりなり、これらの電磁コイル１２は、図４に示す例においては、周上に八個等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部１６を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体１２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置され、図４に示すものの場合、磁石１３と電磁コイル１２とは半径方向内外に対向して配設される。
【００１９】
以上のように構成された発電機１１は、電磁コイル１２と磁石１３とが半径方向内外に対向して配置されている点だけが、第一の実施形態の発電機１と異なるだけであり、したがって、発電機１と同様、車両の走行にともなって車輪Ｗが車軸Ａの周りを回転する際発電された電力は、スリップリング等を介さず直接配線１４で電力を電気機器Ｄに供給することができる。
【００２０】
図５は第三の実施形態の発電機２１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図６（ａ）および図６（ｂ）はそれぞれ、図５の矢視ａ−ａ、および、矢視ｂ−ｂに対応する部分断面図である。第三の実施形態の発電機２１は、車軸Ａの軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル２２よりなる発電コイル体２２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体２２Ｋから軸方向に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石２３よりなる磁石体２３Ｋとを具える。
【００２１】
車輪ＷのリムＭとタイヤＴによって囲繞されるタイヤ内空部Ｐには、円環状をなす環状ブラケット２７がリムＭの外周に取り付けられ、また、錘２９を周方向の一部分に設けたウェートリング２５が環状ブラケット２７に、ベアリング２８を介して車軸Ａの軸心周りに回転自在に取り付けられる。磁石体２３Ｋは、ウェートリング２５に固定して設けられ、一方、発電コイル体２Ｋは、環状ブラケット２７に固定される。
【００２２】
ここで、磁石体３Ｋを取り付けるウェートリング２５は、リムＭに回転自在に取り付けられるので、リムＭの回転下においても、錘２９の作用により錘２９がいつも車軸Ａの直下に位置するよう姿勢保持され、このことにより、ウェートリング２５を、車輪Ｗと協働して前記相対回転を生成する非回転要素として機能させることができる。したがって、前述の実施形態と同様、発電コイル体２２Ｋと磁石体２３Ｋとは車輪Ｗの回転速度と同じ回転速度で相対回転する。
【００２３】
これらの磁石２３は、図６（ｂ）に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル２２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク２２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル２２ａとよりなり、これらの電磁コイル２２は、図６（ａ）に示す例においては、周上に八個等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部２６を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体２２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置され、図５に示すものの場合、磁石２３と電磁コイル２３とは車軸の軸心に平行な向きに対向して配設される。
【００２４】
電気機器Ｄ、およびこの電気機器Ｄに供給する電源の電圧を調整するレギュレータＲは、車輪ＷのリムＭの半径方向外側に取り付けられ、リムＭとタイヤＴとに囲繞された内空部Ｐに配置され、レギュレータＲ、電気機器Ｄ、および発電コイル体２３Ｋの間は前述の実施形態と同様に配線で接続されるが、本実施形態においては、発電コイル体２３Ｋもタイヤ内空部Ｐに設けたので、リムＭに貫通穴を設けて配線をタイヤ内空部Ｐの内外に延在させる必要がなく、このため貫通穴を気密に保持するための手当を不要なものとすることができる。
【００２５】
以上のように構成された発電機２１も、前述の実施形態と同様、車両の走行にともなって車輪Ｗが車軸Ａの周りを回転する際発電された電力は、スリップリング等を介さず直接配線で電力を電気機器Ｄに供給することができる。なお、この実施形態において、図５に示すものの場合、発電コイル体２２Ｋと磁石体２３Ｋとは共通軸心の軸方向に対向して配置されるが、これらを半径方向に対向させて配置することもできる。
【００２６】
図７は第四の実施形態の発電機３１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図８および図９はそれぞれ、図７の矢視ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ、および、矢視ＩＸ−ＩＸに対応する部分断面図である。第四の実施形態の発電機３１は、車軸Ａの軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル３２よりなる発電コイル体３２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体３２Ｋの半径方向内側に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石３３よりなる磁石体３３Ｋとを具える。
【００２７】
車軸Ａの周りを回転する車輪ＷのハブＨには車軸軸心を中心とする環状ブラケット３６が取り付けられ、この環状ブラケット３６に発電コイル体３２Ｋが半径方向内側に向けて固定され、一方、車軸Ａの外周にベアリング４１を介して固定側遊動リング４０が回転自在に取り付けられ、磁石体３３Ｋは、取付リング３５を介してこの固定側遊動リング４０に固定され、発電コイル体３２Ｋと半径方向内外に対向する向きに配置される。
【００２８】
また、車軸Ａにはこれと平行な向きに惑星軸３８が複数本、図示の例では周方向に等間隔をおいて配列された三本が固定して設けられ、それぞれの惑星軸２８の周りに惑星リング３７が回転可能に設けられる。そして、この惑星リング３７は、車軸Ａの半径方向の内側で固定側遊動リング４０の外周と噛合するとともに、半径方向外側で、環状ブラケット３６に取り付けられた車輪側リング３９の内周と噛合して配設される。
【００２９】
図８に示すように、車輪側リング３９のピッチ半径をＲ１、固定側遊動リング４０のピッチ半径をＲ２として、以上のように構成された発電機３１において、車軸Ａの周りに、車輪Ｗが角速度Ω１で回転する際、固定側遊動リング４０は、惑星リング３７を介して車輪側リング３９に駆動され、車輪側リング３９と反対の向きに車輪側リング３９と同じ周速度で回転するので固定側遊動リング４０の角速度Ω２は式（１）で表わされるものとなる。
Ω２＝（Ｒ１／Ｒ２）・Ω１ （１）
【００３０】
従って、発電コイル体３２Ｋは車輪側リング３９に連結され磁石体３３Ｋは固定側遊動リング４０に連結されているので、発電コイル体３２Ｋと磁石体３３Ｋとは式（２）のω１の回転速度で相対回転し、車輪Ｗの回転速度Ω１に対して（１＋（Ｒ１／Ｒ２））倍だけ増速される。そして、発電機３１は、この増速により、より高い起電力を発生することができる。
ω１＝Ω１＋Ω２＝（１＋（Ｒ１／Ｒ２））・Ω１ （２）
【００３１】
また、磁石３３は、図９に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成し、それぞれの電磁コイル３２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク３２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル３２ａとよりなり、これらの電磁コイル３２は、図９に示す例においては、周上に八個等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体３２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置される。
【００３２】
このように構成された本実施形態の発電機３１は、発電コイル体３２Ｋを車輪Ｗに配設したので、前述の実施形態と同様、発電コイル体３２Ｋで発生した電力を直接配線３４で電気機器Ｄに供給することができ、しかも、磁石体３３Ｋと発電コイル体３２Ｋとは車輪Ｗの回転速度の（１＋（Ｒ１／Ｒ２））倍だけ増速されて相対回転するのでより高い効率で発電を行うことができる。
【００３３】
なお、本実施形態においては、惑星リング３７を、車輪側リング３９および固定側遊動リング４０に噛合させたが、この代わりに、これらを摩擦接触させても同様に機能させることができる。
【００３４】
また、車軸Ａの代わりに、車輪と協働して発電コイル体３２Ｋと磁石体３３Ｋとの相対回転を生成する非回転要素として、第三の実施形態におけるウェートリング２５と同様なものを用いることができ、このことにより、タイヤ内空部に設けられたレギュレータＲ、電気機器Ｄに、リムＭに貫通穴を設けることなく電力を供給することができる。
【００３５】
図１０は第五の実施形態の発電機５１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図１１は、図１０の矢視ＸＩ−ＸＩに対応する部分断面図である。また、図１２は、惑星ユニット６０の詳細を示すタイヤ子午線断面図であり、図１３および図１４はそれぞれ、図１２の矢視ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ、および、矢視ＸＩＶ−ＸＩＶに対応する部分断面図である。第五の実施形態の発電機５１は、車軸Ａに取り付けられた固定リング６１と、車輪ＷのハブＨに環状ブラケット６２を介して車軸Ａと平行な向きに固定された複数の惑星軸５７と、それぞれの惑星軸５７に取り付けられ車輪Ｗの回転に伴って公転する惑星ユニット６０とを具え、図示の例では、惑星軸５７は周方向に等間隔をおいて三本配列される。
【００３６】
惑星ユニット６０は、外周を固定リング６１の外周と噛合させ惑星軸５７の周りにベアリング６５を介して回転可能に取り付けられた惑星アウターリング５８、惑星軸５７に固定された車輪側固定リング５６、惑星軸５７の周りにベアリング６６を介して回転自在に設けられた惑星インナーリング６９、車軸Ａと平行な向きで惑星アウターリング５８に固定された衛星軸６３、および、衛星軸６３の周りにベアリング６７を介して回転可能に設けられた衛星リング６４を有し、衛星リング６４は、その外周を惑星インナーリング６９の外周と噛合させるとともに車輪側固定リング５６の内周とも噛合させて自転するよう配置される。
【００３７】
そして、この発電機５１は、惑星軸５７の軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル５２よりなる発電コイル体５２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体５２Ｋの半径方向内側に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石５３よりなる磁石体５３Ｋとを具え、磁石体５３Ｋは磁石ホルダ５５を介して惑星インナーリング６９に配設され、発電コイル体５２Ｋは車輪側固定リング５６に直接配設される。
【００３８】
図１３に示すように、固定リング６１のピッチ半径をＲ３、惑星アウターリング５８のピッチ半径をＲ４、車輪側固定リング５６のピッチ半径をＲ５、惑星インナーリング６９のピッチ半径をＲ６として、以上のように構成された発電機５１において、車軸Ａの周りに車輪Ｗが角速度Ω１で回転するとき、車輪ＷのハブＨに固定された惑星軸５７も角速度Ω１で公転し、このとき、惑星アウターリング５８は固定リング６１と噛合するので、惑星アウターリング５８は惑星軸５７の周りに角速度Ω３で自転し、衛星軸６３は惑星アウターリング５８に固定されているので、衛星軸６３およびその周りを自転する衛星リング６３は同じ回転速度Ω３で公転する。この公転に伴って、惑星軸５７に固定された車輪側固定リング５６に噛合する衛星リング６４は自転し、この自転によって、惑星リング６４と噛合し惑星軸５７の周りに回転可能に設けられた惑星インナーリング６９は、衛星軸６３の公転の向きと反対の向きにΩ４の角速度で自転する。
【００３９】
そして、Ω３、Ω４は、車輪回転速度Ω１を用いて、それぞれ、式（３）、式（４）のように表わすことができる。
Ω３＝（Ｒ３／Ｒ４）・Ω１ （３）
Ω４＝（Ｒ５／Ｒ６）Ω３＝（Ｒ５／Ｒ６）・（Ｒ３／Ｒ４）・Ω１ （４）
【００４０】
ここで、発電コイル体５２Ｋは車輪側固定リング５６に固定され、磁石体５３Ｋは惑星インナーリング６９に固定されているので、これらは、式（４）より、車輪Ｗの回転速度Ω１に対して（Ｒ５／Ｒ６）・（Ｒ３／Ｒ４）倍だけ増速された回転速度で相対回転する。そして、発電機５１は、この増速により、より高い起電力を発生することができる。
【００４１】
また、磁石５３は、図１４に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル５２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク５２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル５２ａとよりなり、これらの電磁コイル５２は、図１４に示す例においては、周上に八個等、間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体５２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置される。
【００４２】
このように構成された本実施形態の発電機５１は、発電コイル体５２Ｋを車輪Ｗに配設したので、前述の実施形態と同様、発電コイル体５２Ｋで発生した電力を直接配線５４で電気機器Ｄに供給することができ、しかも、磁石体５３Ｋと発電コイル体５２Ｋとは車輪Ｗの回転速度の（Ｒ５／Ｒ６）・（Ｒ３／Ｒ４）倍だけ増速されて相対回転するのでより高い効率で発電を行うことができる。
【００４３】
なお、本実施形態においては、惑星アウターリング５８を固定リング６１に、衛星リング６４を惑星インナーリング６９と車輪側固定リング５６にそれぞれ噛合させて掛合させたが、この代わりに、これらを互いに摩擦接触させて掛合させても同様に機能させることができる。
【００４４】
図１５は第六の実施形態の発電機７１をタイヤ子午線面において示す断面図であり、図１６は、図１５の矢視ＸＶＩ−ＸＶＩに対応する部分断面図である。また、図１７は、惑星ユニット８０の詳細を示すタイヤ子午線断面図であり、図１８および図１９はそれぞれ、図１７の矢視ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ、および、矢視ＸＩＸ−ＸＩＸに対応する部分断面図である。第六の実施形態の発電機７１は、リムＭの半径方向外側に取り付けられた環状ブラケット９１にベアリング９３を介して車軸Ａの軸心周りに回転自在に取り付けられたウェートリング８１を具え、ウェートリング８１にはその周方向の一部分に錘９２が設けられ、車輪Ｗの回転下でも錘９２が車軸Ａの垂直方向下方に位置する姿勢となるので非回転要素として機能する。
【００４５】
そして、この発電機７１は、車輪ＷのリムＭに環状ブラケット８２を介して車輪Ｗの軸心と平行な向きに固定された複数の惑星軸７７と、それぞれの惑星軸７７に取り付けられ車輪Ｗの回転に伴って公転する惑星ユニット８０とを具え、図示の例では、惑星軸は７７は周方向に等間隔をおいて三本配列される。
【００４６】
惑星ユニット８０は、外周をウェートリング８１の内周と噛合させ惑星軸７７の周りにベアリング８５を介して回転可能に取り付けられた惑星アウターリング７８、惑星軸７７に固定された車輪側固定リング７６、惑星軸７７の周りにベアリング８６を介して回転自在に設けられた惑星インナーリング８９、惑星アウターリング７８にその軸心と平行に固定された衛星軸８３、および、衛星軸８３の周りにベアリング８７を介して回転可能に設けられた衛星リング６４を有し、衛星リング６４は、その外周を惑星インナーリング８９の外周と噛合させるとともに車輪側固定リング７６の内周とも噛合させて自転するよう配置される。
【００４７】
そして、この発電機７１は、惑星軸７７の軸心を共通軸心ＣＡとして、共通軸心ＣＡを中心とする円周上に配置された複数の電磁コイル７２よりなる発電コイル体７２Ｋと、共通軸心ＣＡ上に中心を有し発電コイル体７２Ｋの半径方向内側に離隔して位置する円周上に配置された複数の磁石７３よりなる磁石体７３Ｋとを具え、磁石体７３Ｋは磁石ホルダ７５を介して惑星インナーリング８９に配設され、発電コイル体７２Ｋは車輪側固定リング７６に直接配設される。
【００４８】
第五の実施形態の発電機５１について説明したように、ウェートリング８１のピッチ半径をＲ３ａ、惑星アウターリング７８のピッチ半径をＲ４ａ、車輪側固定リング７６のピッチ半径をＲ５ａ、惑星インナーリング８９のピッチ半径をＲ６ａとするとき、発電コイル体７２Ｋと磁石体７３Ｋとは、車輪Ｗの回転速度Ω１に対して（Ｒ５ａ／Ｒ６ａ）・（Ｒ３ａ／Ｒ４ａ）倍だけ増速された回転速度で相対回転する。そして、発電機５１は、この増速により、より高い起電力を発生することができる。
【００４９】
また、磁石７３は、図１９に示す例においては、周上に八個、磁極の向きを交互に逆にして等間隔に配置され、周方向に変化する磁界を形成する。それぞれの電磁コイル７２は高透磁率磁性体よりなる円柱状ヨーク７２ｂとその周りに螺旋巻回されたコイル７２ａとよりなり、これらの電磁コイル７２は、図１９に示す例においては、周上に八個、等間隔をおいて設けられ、共通ヨーク部を介して磁気的に連結されるとともに、発電コイル体７２Ｋの前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置される。
【００５０】
このように構成された本実施形態の発電機７１は、発電コイル体７２Ｋで発生した電力を直接配線で電気機器Ｄに供給することができ、しかも、磁石体７３Ｋと発電コイル体７２Ｋとは車輪Ｗの回転速度の（Ｒ５ａ／Ｒ６ａ）・（Ｒ３ａ／Ｒ４ａ）倍だけ増速されて相対回転するのでより高い効率で発電を行うことができる点で、第五の実施形態の発電機５１と同様であるが、磁石体７３Ｋと発電コイル体７２Ｋとの相対回転を車輪Ｗと協働して生成する非回転要素として、車軸Ａの代わりにタイヤ内空部Ｐに配設されたウェートリング８１を用いる点で異なり、このことによって、発電機７１をタイヤ内空部Ｐに設けることができ、したがって電気機器Ｄとの配線を設けるに際してリムＭを貫通させることを不要とさせることができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、本発明によれば、発電コイル体２Ｋ、１２Ｋ、２２Ｋ、３２Ｋ、５２Ｋ、７２Ｋを車輪Ｗに配設したので、スリップリング等を介さずに発電した電力をタイヤ内空部Ｐに設けられた電気機器Ｄに直接配線で供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第一の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図２】図１の、矢視ａ−ａおよびｂ−ｂに対応する部分断面図である。
【図３】第二の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図４】図３の、矢視ＩＶ−ＩＶに対応する部分断面図である。
【図５】第三の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図６】図５の、矢視ａ−ａおよびｂ−ｂに対応する部分断面図である。
【図７】第四の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図８】図７の矢視ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに対応する部分断面図である。
【図９】図７の矢視ＩＸ−ＩＸに対応する部分断面図である。
【図１０】第五の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図１１】図１０の矢視ＸＩ−ＸＩに対応する部分断面図である。
【図１２】惑星ユニットの詳細を示すタイヤ子午線断面図である。
【図１３】図１２の矢視ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩに対応する部分断面図である。
【図１４】図１２の矢視ＸＩＶ−ＸＩＶに対応する部分断面図である。
【図１５】第六の実施形態の発電機を示す子午線断面図である。
【図１６】図１５の矢視ＸＶＩ−ＸＶＩに対応する部分断面図である。
【図１７】惑星ユニットの詳細を示すタイヤ子午線断面図である。
【図１８】図１７の矢視ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに対応する部分断面図である。
【図１９】図１７の矢視ＸＩＸ−ＸＩＸに対応する部分断面図である。
【符号の説明】
１ 発電機
２ 電磁コイル
２Ｋ 発電コイル体
２ａ コイル
２ｂ 円柱状ヨーク
３ 磁石
３Ｋ 磁石体
４ 配線
５ プレート
６ 共通ヨーク部
９ ブラケット
１１ 発電機
１２ 電磁コイル
１２Ｋ 発電コイル体
１２ａ コイル
１２ｂ 円柱状ヨーク
１３ 磁石
１３Ｋ 磁石体
１４ 配線
１５ プレート
１６ 共通ヨーク部
１９ ブラケット
２１ 発電機
２２ 電磁コイル
２２Ｋ 発電コイル体
２２ａ コイル
２２ｂ 円柱状ヨーク
２３ 磁石
２３Ｋ 磁石体
２４ 配線
２５ ウェートリング
２６ 共通ヨーク部
２７ 環状ブラケット
２８ ベアリング
２９ 錘
３１ 発電機
３２ 電磁コイル
３２Ｋ 発電コイル体
３２ａ コイル
３２ｂ 円柱状ヨーク
３３ 磁石
３３Ｋ 磁石体
３４ 配線
３５ 取付リング
３６ 環状ブラケット
３７ 惑星リング
３８ 惑星軸
３９ 車輪側リング
４０ 固定側遊動リング
４１ ベアリング
５１ 発電機
５２ 電磁コイル
５２Ｋ 発電コイル体
５２ａ コイル
５２ｂ 円柱状ヨーク
５３ 磁石
５３Ｋ 磁石体
５４ 配線
５５ 磁石ホルダ
５６ 車輪側固定リング
５７ 惑星軸
５８ 惑星アウターリング
６０ 惑星ユニット
６１ 固定リング
６２ 環状ブラケット
６３ 衛星軸
６４ 衛星リング
６５、６６、６７ ベアリング
６９ 惑星インナーリング
７１ 発電機
７２ 電磁コイル
７２Ｋ 発電コイル体
７２ａ コイル
７２ｂ 円柱状ヨーク
７３ 磁石
７３Ｋ 磁石体
７４ 配線
７５ 磁石ホルダ
７６ 車輪側固定リング
７７ 惑星軸
７８ 惑星アウターリング
８０ 惑星ユニット
８１ ウェートリング
８２ 環状ブラケット
８３ 衛星軸
８４ 衛星リング
８５、６６、６７ ベアリング
８９ 惑星インナーリング
９１ 環状ブラケット
９２ 錘
９３ ベアリング
Ａ 車軸
Ｗ 車輪
Ｈ ハブ
Ｍ リム
Ｔ タイヤ
Ｐ タイヤ内空部
Ｒ レギュレータ
Ｄ 電気機器
ＣＡ 共通軸心
Claims (5)
- 円周上に配置された複数の電磁コイルよりなる発電コイル体と、発電コイル体と共通の軸心を中心とする円周上に配置された複数の磁石よりなる磁石体とを具え、磁石体は共通軸心の周りに周方向に変化する磁界を形成するとともに発電コイル体に対して相対回転可能に設けられ、それぞれの電磁コイルは発電コイル体の前記相対回転下でこの磁界を横切って起電力を発生する姿勢に配置された発電機において、
発電コイル体を、車軸の周りを回転する車輪に配設してなる発電機。 - 車輪と協働して前記相対回転を生成する非回転要素として機能するウェートリングを車輪のリムとタイヤとに囲繞されたタイヤ内空部に配設し、このウェートリングの周方向の一部に錘を取り付けるとともに、ウェートリングをリムの外周に回転自在に配設してなる請求項１に記載の発電機。
- 車軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を車軸もしくは前記ウェートリングに配設してなる請求項１もしくは２に記載の発電機。
- 車軸と平行な向きで車軸もしくは前記ウェートリングに固定された惑星軸、車軸もしくは前記ウェートリングに車軸周りに回転可能に取り付けられた固定側遊動リング、車輪に固定された車輪側リング、および、惑星軸の周りに回転可能に設けられた惑星リングを具え、惑星リングを、固定側遊動リングと車輪側リングとにそれぞれ車輪半径方向内外の異なる側で摩擦接触もしくは噛合して自転するよう配置してなり、
車軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を固定側遊動リングに配設してなる請求項１もしくは２に記載の発電機。 - 車軸と平行な向きで車輪に固定された惑星軸と、惑星軸に取り付けられ車輪の回転に伴って公転する惑星ユニットとを具え、
惑星ユニットは、車軸の外周もしくは前記ウェートリングの内周に摩擦接触もしくは噛合して惑星軸の周りを回転する惑星アウターリング、惑星軸に固定された車輪側固定リング、惑星軸の周りに回転自在に設けられた惑星インナーリング、車軸と平行な向きで前記惑星アウターリングに固定された衛星軸、および、衛星軸の周りに回転可能に設けられた衛星リングを有し、衛星リングを、前記惑星インナーリングと前記車輪側固定リングとにそれぞれ惑星軸半径方向内外の異なる側で摩擦接触もしくは噛合して自転するよう配置してなり、
惑星軸の軸心を前記共通軸心とするとともに、磁石体を惑星インナーリングに配設し、発電コイル体を車輪側固定リングに配設してなる請求項１もしくは２に記載の発電機。
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