JP2006020460A - タイヤ内電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 空気入りタイヤの内側に設けられたセンサなどの電子デバイスにマイクロ波を用いてより効率的に電力を供給することができるタイヤ内電力供給システムを提供する。
【解決手段】 本発明に係る基地局装置２００（タイヤ内電力供給システム）は、空気入りタイヤとリムホイール２０とによって形成される空間であるタイヤ内空部に設けられ、タイヤ内空部に取り付けられている電子デバイスに対して、マイクロ波を用いて電力を供給するものであり、マイクロ波を用いた無線信号を出力する無線信号出力部と、無線信号をタイヤ内空部に向けて発射するアンテナ部とを備え、アンテナ部は、空気入りタイヤのトレッド面視において、タイヤ赤道線ＣＬに対する無線信号の発射方向の傾き角度（角度θ_１，θ_２）が４５度以下となるように無線信号を発射する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、空気入りタイヤとリムホイールとによって形成される空間であるタイヤ内空部に設けられ、当該タイヤ内空部に取り付けられているセンサなどの電子デバイスに対して、マイクロ波を用いて電力を供給するタイヤ内電力供給システムに関する。

従来、空気入りタイヤの内側、具体的には、空気入りタイヤと当該空気入りタイヤが組み付けられたリムホイールとによって形成される空間（以下、タイヤ内空部という）に設けられているセンサなどの電子デバイスに対して、空気入りタイヤの外側、具体的には、車両の車軸近傍に設けられた変圧器を介して電力を供給する装置が知られている（例えば、特許文献１）。

また、最近では、マイクロ波（例えば、２．４ＧＨｚ帯）を用いて、空気入りタイヤの外側（例えば、空気入りタイヤが装着される車両）に設けられた装置からタイヤ内空部に取り付けられているセンサへ電力を供給するとともに、センサによる測定データを当該装置に送信することが検討されている。
特開２００４−２３９０４号公報（第３−４頁、第１図）

しかしながら、上述したマイクロ波を用いたセンサへの電力の供給方法には、次のような問題があった。すなわち、空気入りタイヤの外側から内側に向けてマイクロ波（無線信号）を発射する場合、空気入りタイヤを構成するゴム部材による送信無線電力の減衰が大きく（−２０ｄＢｍ以上）、タイヤ内空部に取り付けられているセンサに効率的に電力を供給することができないといった問題があった。

また、上述した問題を回避するためにマイクロ波の発射装置をタイヤ内空部に設けた場合、マイクロ波（例えば、２．４ＧＨｚ帯）の直進性が強く、タイヤ内空部の一箇所から単にマイクロ波を発射しても、タイヤ内空部全域において、電力の供給及び通信に必要な電界強度を得ることが難しいといった問題があった。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、空気入りタイヤの内側に設けられたセンサなどの電子デバイスにマイクロ波を用いてより効率的に電力を供給することができるタイヤ内電力供給システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。まず、本発明の第１の特徴は、タイヤ赤道線（タイヤ赤道線ＣＬ）に対して所定の角度を形成する金属製コード（スチールコード１２ａｃ，１２ｂｃ）を有するベルト層（ベルト層１２）を備える空気入りタイヤ（空気入りタイヤ１０）と、前記空気入りタイヤが組み付けられるリムホイール（リムホイール２０）とによって形成される空間であるタイヤ内空部（タイヤ内空部３０）に設けられ、前記タイヤ内空部に取り付けられている電子デバイス（例えば、センサ装置１１０ａ）に対して、マイクロ波を用いて電力を供給するタイヤ内電力供給システム（基地局装置２００）であって、前記マイクロ波を用いた無線信号を出力する無線信号出力部（送信部２０１）と、前記無線信号出力部によって出力された前記無線信号を前記タイヤ内空部に向けて発射するアンテナ部（アンテナ２０３）とを備え、前記アンテナ部が、前記空気入りタイヤのトレッド面視において、前記タイヤ赤道線に対する前記無線信号の発射方向の傾き角度（角度θ_１，θ_２）が４５度以下となるように前記無線信号を発射することを要旨とする。

かかる特徴によれば、タイヤ内空部に設けられたアンテナ部から発射される無線信号のタイヤ赤道線に対する発射方向の傾き角度が、空気入りタイヤのトレッド面視において４５度以下となる。

一般的に、空気入りタイヤのベルト層に含まれている金属製コード（スチールコード）は、空気入りタイヤのトレッド面視において、タイヤ赤道線に対して２０〜３０度程度傾いて配置されている。

このため、アンテナ部から発射された無線信号は、空気入りタイヤのベルト層に含まれている金属製コード（スチールコード）で大きく減衰することなく反射し、タイヤ内空部全域において、電力の供給及び通信に必要な電界強度を得ることができる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記アンテナ部が、前記空気入りタイヤのサイドウォール面視において、前記タイヤ内電力供給システムが当接している前記リムホイールの外周（例えば、ホイールドロップ部２１）に接する接線方向（Ｄ２’方向）乃至水平方向（Ｄ２方向）に前記無線信号を発射することを要旨とする。

かかる特徴によれば、空気入りタイヤのサイドウォール面視において、タイヤ内電力供給システム（基地局装置２００）が当接しているリムホイールの外周に接する接線方向乃至水平方向に無線信号が発射されるため、さらに効率的に無線信号をタイヤ内空部に伝播させることができる。

本発明の第３の特徴は、本発明の第１または第２の特徴に係り、前記タイヤ内空部に設けられ、前記無線信号を反射する１または２以上の反射装置（リフレクタ３０１〜３０８）をさらに備えることを要旨とする。

かかる特徴によれば、無線信号を反射する１または２以上の反射装置が設けられるため、さらに効率的に無線信号をタイヤ内空部、特に、アンテナ部から離れたタイヤ内空部の領域に伝播させることができる。

本発明の第４の特徴は、本発明の第３の特徴に係り、前記反射装置が、前記空気入りタイヤのトレッド部の裏側から前記空気入りタイヤの法線方向に配置される金属製板状体であることを要旨とする。

本発明によれば、空気入りタイヤの内側に設けられたセンサなどの電子デバイスにマイクロ波を用いてより効率的に電力を供給することができるタイヤ内電力供給システムを提供することができる。

（タイヤ内電力供給システムの構成）
次に、本発明の実施形態に係るタイヤ内電力供給システムの構成について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

図１は、本実施形態に係る空気入りタイヤ１０、及び空気入りタイヤ１０が組み付けられるリムホイール２０の一部分解斜視図である。同図に示すように、空気入りタイヤ１０は、トレッド１０ｔｒのタイヤ径方向内側にベルト１２ａとベルト１２ｂとから構成されるベルト層１２を有している。

また、空気入りタイヤ１０は、トレッド１０ｔｒに連なるサイドウォール１０ｓｗと、リムホイール２０（リム部２２ａ，２２ｂ）に当接する一対のビード部１０ｂとを有している。

さらに、本実施形態に係る空気入りタイヤ１０は、センサ装置１１０ａ（１１０ｂ〜１１０ｄ、図２参照）が取り付けられるセンサ取付部１１ａ（１１ｂ〜１１ｄ、図２参照）を有している。

センサ装置１１０ａは、空気入りタイヤ１０の状態、例えば、空気入りタイヤ１０の内圧、温度、振動または加速度を計測するセンサなどによって構成される電子デバイスである。なお、センサ装置１１０ａの具体的な構成については後述する。

基地局装置２００は、センサ装置１１０ａ（１１０ｂ〜１１０ｄ）に対して、マイクロ波（２．４ＧＨｚ帯）を用いて電力を供給するものであり、本実施形態では、タイヤ内電力供給システムを構成する。また、基地局装置２００は、センサ装置１１０ａから送信されたセンサによる測定データを含む無線信号を受信することができる。

基地局装置２００は、空気入りタイヤ１０と、空気入りタイヤ１０が組み付けられるリムホイール２０とによって形成される空間であるタイヤ内空部３０に設けられる。具体的には、基地局装置２００は、リムホイール２０のホイールドロップ部２１に設けられている。

図２は、図１に示したサイドウォール１０ｓｗ面視における空気入りタイヤ１０及びリムホイール２０の断面図である。同図に示すように、タイヤ内空部３０には、ほぼ等間隔でセンサ装置１１０ａ〜１１０ｄがセンサ取付部１１ａ〜１１ｄにそれぞれ取り付けられている。

さらに、タイヤ内空部３０には、基地局装置２００から発射された無線信号を反射するリフレクタ３０１〜３０８（反射装置）が設けられている。すなわち、本実施形態では、基地局装置２００とリフレクタ３０１〜３０８とによって、タイヤ内電力供給システムを構成する。

図３は、上述したリフレクタ３０１〜３０８の拡大斜視図である。リフレクタ３０１〜３０８は、空気入りタイヤ１０のトレッド１０ｔｒの裏側から空気入りタイヤ１０の法線方向に沿って配置される金属製板状体である。

具体的には、リフレクタ３０１〜３０８は、金属材料（例えば、銅、真ちゅう）を用いて構成されており、本実施形態では、その幅（Ｗ）、高さ（Ｈ）及び厚さ（Ｄ）は、３０ｍｍ、３０ｍｍ、１ｍｍにそれぞれ設定されている。

なお、リフレクタ３０１〜３０８は、図３に示したような形状、及び上述したような材料ではなく、使用するマイクロ波（本実施形態では２．４ＧＨｚ帯）の周波数に共振する微小アンテナ（ダイポールアンテナ）をラミネーション（例えば、ペット材を使用）したリフレクタとして用いてもよい。かかるアンテナの形状は多様であるが、例えば、ＲＦＩＤタグのようなシート状のアンテナを使用すれば、リフレクタのサイズは、３０ｍｍ（Ｗ）、５ｍｍ（Ｈ）、２ｍｍ（Ｄ）程度となる。

さらに、リフレクタ３０１〜３０８は、金属材料ではなく、導電性塗料を塗布した非金属製の部材を用いてもよい。

また、リフレクタ３０１〜３０８は、トレッド１０ｔｒの裏側に設けられたゴム製の台座などによって、トレッド１０ｔｒの裏側の所定位置に設置することができる。

図４は、上述したセンサ装置１１０ａ〜１１０ｄ及び基地局装置２００の論理ブロック構成図である。なお、センサ装置１１０ａ〜１１０ｄは、同様の構成を有しているため、以下、センサ装置１１０ａを例として説明する。

同図に示すように、センサ装置１１０ａは、アンテナ１１１と、受信部１１３と、センサ部１１５と、送信部１１７とを有している。

また、基地局装置２００は、送信部２０１と、アンテナ２０３と、受信部２０５と、データ処理部２０７と、電源部２０９とを有している。

センサ装置１１０ａのアンテナ１１１は、基地局装置２００のアンテナ２０３から発射された無線信号を受信するマイクロ波（２．４ＧＨｚ帯）用アンテナである。

受信部１１３は、アンテナ１１１が受信した無線信号を受信し、当該無線信号からセンサ部１１５の動作に必要な電力を発生させ、当該電力をセンサ部１１５に供給する。なお、アンテナ１１１は、基地局装置２００に無線信号を送信するためにも用いられる。

センサ部１１５は、上述したように、空気入りタイヤ１０の内圧、温度、振動または加速度を計測するセンサによって構成される。なお、センサ装置１１０ａ〜１１０ｄのすべてを同一種類のセンサで構成してもよいし、異なる種類のセンサで構成してもよい。

送信部１１７は、センサ部１１５によって測定された測定データを変調し、無線信号として出力するものである。

また、基地局装置２００の送信部２０１は、マイクロ波を用いた無線信号を出力するものであり、本実施形態では、無線信号出力部を構成する。具体的には、送信部２０１は、２．４ＧＨｚ帯の無線信号をアンテナ２０３に出力する。

アンテナ２０３は、送信部２０１によって出力された無線信号をタイヤ内空部３０に向けて発射するマイクロ波用アンテナであり、本実施形態では、アンテナ部を構成する。なお、アンテナ２０３は、センサ装置１１０ａによって送信された無線信号を受信するためにも用いられる。

受信部２０５は、センサ装置１１０ａによって送信された無線信号を、アンテナ２０３を介して受信するものである。データ処理部２０７は、受信部２０５が受信した無線信号に含まれる測定データを取得して処理するものである。また、当該測定データは、送信部２０１及びアンテナ２０３を介して、空気入りタイヤ１０の外側（例えば、空気入りタイヤ１０が装着されている車両）に送信してもよい。

電源部２０９は、基地局装置２００が動作するために必要な電力を上述した基地局装置２００の各部に供給するものであり、本実施形態では、バッテリによって構成されている。

（アンテナ部による無線信号の発射方向）
次に、図２、図５（ａ），（ｂ）及び図６（ａ）〜（ｃ）を参照して、本実施形態に係るタイヤ内電力供給システムを構成する基地局装置２００（アンテナ２０３）による無線信号の発射方向について説明する。

まず、図２に示したように、アンテナ２０３は、空気入りタイヤ１０のサイドウォール面視において、リムホイール２０（ホイールドロップ部２１）の外周に接する接線方向（Ｄ２’方向）乃至水平方向（Ｄ２方向）に無線信号を発射する。

また、図５（ａ）に示すように、アンテナ２０３は、空気入りタイヤ１０のトレッド面視において、タイヤ赤道線ＣＬと略平行（図中のＤ１方向）、つまり、タイヤ赤道線ＣＬに対する無線信号の発射方向の傾き角度が、約０度となるように無線信号を発射する。

具体的には、図５（ｂ）に示すように、アンテナ２０３は、空気入りタイヤ１０のトレッド面視において、タイヤ赤道線ＣＬに対する無線信号の発射方向の傾き角度（図中の角度θ_１，θ_２）が４５度以下となるように無線信号を発射（図中のＬ_１〜Ｌ_１’の範囲）すればよい。

つまり、図５（ｂ）に示すように、空気入りタイヤ１０は、タイヤ赤道線ＣＬに対して、２０〜３０度（所定の角度）を形成するスチールコード１２ａｃを含むベルト１２ａと、スチールコード１２ｂｃを含むベルト１２ｂによって構成されるベルト層１２を有している。

このため、スチールコード１２ａｃ，１２ｂｃを用いて無線信号を大きく減衰することなく反射させることによって、タイヤ内空部３０全域を電力の供給及び通信に必要な電界強度とすることができる。なお、例えば、図５（ｂ）において、タイヤ赤道線ＣＬに垂直な方向（図中のＬ_２方向）に無線信号を発射した場合、無線信号の電力は、大きく減衰してしまう。

図６（ａ）〜（ｃ）は、無線信号の発射方向、及びリフレクタ３０１〜３０８の有無によるタイヤ内空部３０の電界強度の相違を説明するための説明図である。

図６（ａ）は、空気入りタイヤ１０のサイドウォール１０ｓｗ面視において、基地局装置２００（アンテナ２０３）から略垂直方向（図２のＤ３方向）に無線信号を発射した場合におけるタイヤ内空部３０の電界強度を示している。

また、図６（ｂ）は、基地局装置２００（アンテナ２０３）から略水平方向（図２のＤ２方向）に無線信号を発射した場合におけるタイヤ内空部３０の電界強度を示している。

なお、図６（ａ）及び（ｂ）に係る空気入りタイヤ１０では、リフレクタ３０１〜３０８が設けられていない。

さらに、図６（ｃ）は、無線信号を図６（ｂ）と同様な発射方向とし、リフレクタ３０１〜３０８を設けた場合におけるタイヤ内空部３０の電界強度を示している。

なお、トレッド１０ｔｒ面視における無線信号の発射方向は、図６（ａ）〜（ｃ）の何れも、タイヤ赤道線ＣＬと略平行な方向（図５のＤ１方向）とした。

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、無線信号の発射方向を変化させること、及びリフレクタ３０１〜３０８を設けることによって、タイヤ内空部３０の電界強度が変化することがわかる。

特に、図６（ｃ）に示すように、リフレクタ３０１〜３０８を設けた場合、電界強度が
「弱」（−３０ｄＢｍ以上）となるタイヤ内空部３０の領域は、実質的に無視できる程度まで低減する。

（作用・効果）
以上説明した本実施形態に係る基地局装置２００（タイヤ内電力供給システム）によれば、タイヤ内空部３０に設けられたアンテナ２０３から発射される無線信号のタイヤ赤道線に対する発射方向の傾き角度（角度θ_１，θ_２）が、空気入りタイヤ１０のトレッド面視において４５度以下となる。

このため、アンテナ２０３から発射された無線信号は、空気入りタイヤ１０のベルト層１２に含まれているスチールコード１２ａｃ，１２ｂｃで大きく減衰することなく反射し、タイヤ内空部３０全域において、電力の供給及び通信に必要な電界強度を得ることができる。

基地局装置２００によれば、空気入りタイヤ１０のサイドウォール１０ｓｗ面視において、基地局装置２００が当接しているリムホイール２０（ホイールドロップ部２１）の外周に接する接線方向（Ｄ２’方向）乃至水平方向（Ｄ２方向）に無線信号が発射されるため、さらに効率的に無線信号をタイヤ内空部３０に伝播させることができる。

また、本実施形態によれば、無線信号を反射するリフレクタ３０１〜３０８が設けられるため、さらに効率的に無線信号をタイヤ内空部３０、特に、アンテナ２０３から離れたタイヤ内空部３０の領域に伝播させることができる。

すなわち、本実施形態によれば、タイヤ内空部３０に設けられた基地局装置２００からセンサ装置１１０ａ（１１０ｂ〜１１０ｄ）に効率的に電力を供給することができる。特に、本実施形態において用いられている２．４ＧＨｚ帯の無線信号は、水（Ｈ_２Ｏ）の共振周波数と近いため、周囲に水分が存在すると、無線信号の電力が大きく減衰する。

車両に装着される空気入りタイヤは、雨天など、周囲に水分が存在する場合が多く、空気入りタイヤの外側から無線信号を発射する従来の方法では、上述した理由による減衰が問題となる場合があるが、本実施形態によれば、かかる問題を回避することができる。

（その他の実施形態）
上述したように、本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上述した本発明の実施形態では、タイヤ内空部３０にリフレクタ３０１〜３０８を設けたが、リフレクタ３０１〜３０８は、タイヤ内空部３０に設けなくてもよい。また、リフレクタの数量は、８個以外でも構わない。

さらに、リフレクタ３０１〜３０８に代えて、例えば、トレッド１０ｔｒの裏側、具体的には、インナーライナー（不図示）に導電性塗料を塗布して、無線信号を反射させてもよい。或いは、インナーライナーに導電性フィルムを貼付して、無線信号を反射させてもよい。

また、上述した本発明の実施形態では、基地局装置２００が、センサ装置１１０ａによって送信された測定データを受信する形態としたが、基地局装置２００は、当該測定データを取得しなくても構わない。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施形態に係る空気入りタイヤ及びリムホイールの一部分解斜視図である。 本発明の実施形態に係る空気入りタイヤ及びリムホイールのサイドウォール面視における断面図である。 本発明の実施形態に係る反射装置（リフレクタ）の拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係るセンサ装置及びタイヤ内電力供給システムの論理ブロック構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るタイヤ内電力供給システムによる無線信号の発射方向を説明するための説明図である。 空気入りタイヤのタイヤ内空部の電界強度を説明するための説明図である。

符号の説明

１０…空気入りタイヤ、１０ｂ…ビード部、１０ｓｗ…サイドウォール、１０ｔｒ…トレッド、１１ａ〜１１ｄ…センサ取付部、１２…ベルト層、１２ａ，１２ｂ…ベルト、１２ａｃ，１２ｂｃ…スチールコード、２０…リムホイール、２１…ホイールドロップ部、２２ａ，２２ｂ…リム部、３０…タイヤ内空部、１１０ａ〜１１０ｄ…センサ装置、１１１…アンテナ、１１３…受信部、１１５…センサ部、１１７…送信部、２００…基地局装置、２０１…送信部、２０３…アンテナ、２０５…受信部、２０７…データ処理部、２０９…電源部、３０１〜３０８…リフレクタ、ＣＬ…タイヤ赤道線

Claims (4)

1. タイヤ赤道線に対して所定の角度を形成する金属製コードを有するベルト層を備える空気入りタイヤと、前記空気入りタイヤが組み付けられるリムホイールとによって形成される空間であるタイヤ内空部に設けられ、前記タイヤ内空部に取り付けられている電子デバイスに対して、マイクロ波を用いて電力を供給するタイヤ内電力供給システムであって、
   前記マイクロ波を用いた無線信号を出力する無線信号出力部と、
   前記無線信号出力部によって出力された前記無線信号を前記タイヤ内空部に向けて発射するアンテナ部と
   を備え、
   前記アンテナ部は、前記空気入りタイヤのトレッド面視において、前記タイヤ赤道線に対する前記無線信号の発射方向の傾き角度が４５度以下となるように前記無線信号を発射することを特徴とするタイヤ内電力供給システム。
2. 前記アンテナ部は、前記空気入りタイヤのサイドウォール面視において、前記タイヤ内電力供給システムが当接している前記リムホイールの外周に接する接線方向乃至水平方向に前記無線信号を発射することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ内電力供給システム。
3. 前記タイヤ内空部に設けられ、前記無線信号を反射する１または２以上の反射装置をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のタイヤ内電力供給システム。
4. 前記反射装置は、前記空気入りタイヤのトレッド部の裏側から前記空気入りタイヤの法線方向に沿って配置される金属製板状体であることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ内電力供給システム。
   
   

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