JP2006232195A

JP2006232195A - タイヤ電源供給装置

Info

Publication number: JP2006232195A
Application number: JP2005052358A
Authority: JP
Inventors: Yukio Aoike; 由紀夫青池; Masami Kikuchi; 正美菊池
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2006-09-07

Abstract

【課題】タイヤ内に配設された機器に電力を供給するための、小型で軽量なタイヤ電源装置を提供する。
【解決手段】車軸の非回転側であるアクスルケースの内壁側に永久磁石１１を配置し、車軸の回転側である回転シャフトの外周側にヨークに巻かれた電磁コイル１３を配置し、タイヤの回転に伴って上記電磁コイル１３に発生する誘導起電力を、整流回路１４ａ及び平滑コンデンサ１４ｂで整流して平滑した後、この発電電圧を定電圧回路１４ｃにて所定の電圧に変換した後、これを蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄに充電して、この蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄにより、タイヤ気室内に配設されたタイヤ内圧警報装置２０を駆動するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、タイヤに装着される機器に所定の電圧の電力を供給するタイヤ電源供給装置に関するもので、特に、電磁誘導により発電する発電装置を備えたタイヤ電源供給装置に関する。

従来、タイヤ気室内に圧力センサを設置してタイヤ内圧を検出し、これを車体側に送信して運転者に空気圧の異常を知らせるタイヤ内圧警報システムが知られている。このように、タイヤの回転部分にセンサや送信機を設置する場合には、上記センサや送信機を駆動するための電力を供給するため、タイヤ内に電池を設置したり、車体側から無線給電できるように受信回路を設けたりするなどの方法の他に、タイヤの回転を利用した発電装置を設けて上記センサや送信機に電力を供給する方法がある。
図５（ａ），（ｂ）は、従来の発電装置を備えたタイヤ内圧警報システムの一構成例を示す図で、このタイヤ内圧警報システム５０では、タイヤ５１を装着したホイール５２の円周状壁面に配置された内圧検出装置５３に設けられた圧力センサ５３ａで検出したタイヤ気室内の空気圧のデータを、送信機５３ｂにより、車体５４側に配設された警報装置５５に送信するとともに、上記空気圧が所定の値以下の場合には警告ランプなどを点灯させて、運転者にタイヤの異常を知らせるようにしている（例えば、特許文献１参照）。このタイヤ内圧警報システム５０においては、タイヤハウス５４Ｙの内壁に永久磁石５６を取付けるとともに、上記内圧検出装置５３に発電回路５３ｃ、充電回路５３ｄ、二次電池５３ｅ、電圧レギュレータ５３ｆ、及び、起電力検出回路５３ｇを設け、タイヤ５１の回転に伴って、上記発電装置５２ｃに組込まれた電磁コイル５３ｋに発生する交流電圧を、ダイオード５３ｐで整流し平滑コンデンサ５３ｑで平滑した後、この発電電圧を充電回路５３ｄの昇圧回路５３ｒで昇圧して、上記圧力センサ５２ａや送信機５３ｂなどを駆動するための二次電池５３ｅを充電するようにしている。なお、上記起電力検出回路５３ｇは、上記二次電池５３ｅの正端子側電圧ＶＤと発電電圧ＶＳとの大きさに応じてリレーＲＬ１〜ＲＬ４を開閉し、上記昇圧回路５３ｒの発動及び停止の制御を行う。

しかしながら、上記発電装置５２ｃは、電磁コイル５３ｋに印加する磁界を、タイヤハウス５４Ｙの内壁に取付けられた永久磁石５５により発生させているため磁界が弱く、十分な誘導起電力が得られないという欠点がある。そこで、本出願人は、図６（ａ），（ｂ）に示すような、実用的なタイヤ電源供給装置６０を提案している（例えば、特許文献２参照）。このタイヤ電源供給装置６０は、車軸６１の非回転部分を構成するアクスルケース６１ａの内壁側に永久磁石６２を配置し、ホイール６３を固定するバブ６４に連結される回転シャフト６１ｂの外周側に高透磁率材料から成るヨーク６５を配置し、このヨーク６５に電磁コイル６６を巻線し、この電磁コイル６６に発生する誘導起電力を発電電圧として取出すようにしたもので、上記構成により、上記電磁コイル６６を貫く磁束の大きさを大幅に増加させることができるので、大きな発電電圧を得ることができる。
なお、上記タイヤ電源供給装置６０では、上記電磁コイル６６に発生する交流電圧を変圧器６７により変圧した後充電器６８に送り、この充電器６８により、タイヤ気室６９内に設けられた内圧警報装置７０に内蔵された二次電池７０ｅを充電するようにしており、上記タイヤ内圧警報装置７０への電源供給方法としては、上述した従来のタイヤ内圧警報システム５０と同様である。
特開２０００−３４６７３５号公報特開２００４−２３９０４号公報

しかしながら、上記従来のタイヤ内圧警報システムや電源供給装置では、内圧検出装置５３やタイヤ内圧警報装置７０を駆動するための電源として、容量が大きくかつ重量の重い二次電池を使用しているため、装置が大型化してしまうといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、タイヤ内に配設された機器に電力を供給するための、小型で軽量なタイヤ電源装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明は、ホイールや回転シャフトなどの、タイヤの回転側に配設された電磁コイルと、上記回転シャフトに軸受けを介して連結される車軸の非回転部分であるアクスルケースやホイールを固定するハブに軸受けを介して連結されるナックルなどの非回転部材に取付けられた磁界発生手段と、タイヤ側に設けられた、タイヤの回転により上記電磁コイルに誘起される交流電圧を整流して平滑して発電電圧を出力する電圧発生回路とを備え、当該タイヤのタイヤ気室内の温度を検出する温度センサや上記タイヤの内圧を測定してその異常を検出するタイヤ内圧警報装置などの、タイヤあるいはタイヤ内に配設される機器に電力を供給するタイヤ電源供給装置であって、上記電圧発生器の電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、上記定電圧回路の後段に設けられた蓄電用のコンデンサとを備え、上記蓄電用のコンデンサから上記機器に電力を供給するように構成したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のタイヤ電源供給装置において、例えば、磁界発生手段からの磁界の大きさや上記電磁コイルの巻数、あるいは、ヨークの形状などを適宜設定して、上記電圧発生回路の発生電圧を上記所定の電圧よりも高くなるようにしたものである。

本発明によれば、車輪の回転側に電磁コイルを配置し、非回転側に上記電磁コイルに印加する磁界を発生する磁界発生手段を設けて発電し、得られた発電電圧を定電圧回路にて所定の電圧に変換した後、これを蓄電用のコンデンサに充電し、この蓄電用のコンデンサからタイヤあるいはタイヤ内に配設される機器に電力を供給するようにしたので、小型で軽量なタイヤ電源供給装置を得ることができる。このとき、上記発生電圧を上記定電圧回路の出力電圧よりも高くなるよう設定すれば、上記機器に安定して電力を供給することができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本最良の形態に係るタイヤ電源供給装置１０を搭載した車輪部の縦断面図で、同図において、１はタイヤ、２はリブ部２ａとホイールディスク部２ｂとから成るホイール、３は回転部分を構成する回転シャフト３ａと、この回転シャフト３ａの外周側に軸受け３ｂを介して連結される、非回転部分であるアクスルケース３ｃとを備えた車軸、４はその半径方向中心において上記回転シャフト３ａに連結され、上記ホイールディスク部２ｂにおいて、上記ホイール２を固定するハブ、１１は上記アクスルケース３ｃの内壁側に配設された永久磁石、１２は上記回転シャフト３ａの外周側に、上記永久磁石１１と対向するように配置された高透磁率材料から成るヨーク、１３は上記ヨーク１２に巻かれた電磁コイル、１４はこの電磁コイル１３に発生する誘導起電力を取出して、タイヤ気室５内に配設された内圧警報装置２０を駆動するための電力を供給する電源供給部で、上記永久磁石１１とヨーク１２と電磁コイル１３と電源供給部１４とにより、本発明のタイヤ電源供給装置１０を構成する。

本例のタイヤ電源供給装置１０の電源供給部１４は、図２に示すように、電磁コイル１３に発生する交流電圧を整流する整流回路１４ａと、上記整流回路１４ａで整流された脈流を平滑する平滑コンデンサ１４ｂと、この平滑コンデンサ１４ｂと、結合コンデンサ１４ｐ及び安定化ダイオード１４ｑを介して結合された定電圧回路１４ｃと、この定電圧回路１４ｃの後段に設けられた蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄとを備えたもので、タイヤの回転により電磁コイル１３に誘起される誘導電流を整流回路１４ａ及び平滑コンデンサ１４ｂで整流して平滑してこれを発電電圧とし、この発電電圧を定電圧回路１４ｃにて所定の電圧に変換した後、これを蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄに充電し、この蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄにより、タイヤ側（ここでは、タイヤ気室５内）に配設された内圧警報装置２０などの機器を駆動する。
このとき、上記平滑コンデンサ１４ｂで平滑された電圧（発電電圧）を上記定電圧回路１４ｃの電圧よりも高くなるようにすることが肝要である。これにより、上記蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄの電圧を所定の電圧に安定して保つことができるので、タイヤ内圧警報装置２０に所定の電源電圧を供給することができる。

図３は、本発明によるタイヤ電源供給装置を搭載した車両を、停止状態から２０ｋｍ／ｈｒになるまで走行させた後停止させたときの、発生電圧（図３の端子ａ−ａ間の電圧）Ｖ_aと、タイヤ電源供給装置の出力電圧（図３の端子ｂ−ｂ間の電圧）Ｖ_bとを計測した結果を示す図で、発電電圧Ｖ_aは車両の速度の増加とともに立ち上がり、それに伴って、蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄが充電される。そして、上記蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄの両端の電圧が一定（ここでは、５Ｖ）になった時点で、出力電圧Ｖ_bは一定となる。車両が停止されると、上記発生電圧Ｖ_aは０になるが、出力電圧Ｖ_bは、上記蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄの容量と負荷である内圧警報装置２０のインピーダンスに依存する減衰曲線にしたがってゆっくりと低下する。
したがって、車両が停止した場合でも、上記内圧警報装置２０に３Ｖ以上の電圧を有する電力をほぼ数分間亘って供給することができる。また、車両が再び走行し始めると、上記蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄは短時間で充電されるので、上記内圧警報装置２０に所定の電源電圧を安定して供給することができる。

このように、本最良の形態によれば、車軸３の非回転側であるアクスルケース３ｃの内壁側に永久磁石１１を配置し、車軸３の回転側である回転シャフト３ａの外周側にヨーク１２に巻かれた電磁コイル１３を配置し、タイヤの回転に伴って上記電磁コイル１３に発生する誘導起電力を、整流回路１４ａ及び平滑コンデンサ１４ｂで整流して平滑した後、この発電電圧を定電圧回路１４ｃにて所定の電圧に変換した後、これを蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄに充電して、この蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄにより、タイヤ気室５内に配設された内圧警報装置２０を駆動するようにしたので、簡単構成で、タイヤの回転側に配設された機器を駆動することができる。
また、本発明のタイヤ電源供給装置１０は、容量が大きくかつ重量の重い二次電池を使用していないので、装置を小型軽量化することができる。

なお、上記最良の形態では、車軸３の非回転側であるアクスルケース３ｃに永久磁石１１を配置し、車軸３の回転側である回転シャフト３ａに電磁コイル１３を配置する構成としたが、図４に示すように、電磁コイル１３をホイール２のリブ部２ａのタイヤ気室５側とは反対側に配置し、永久磁石１１を、車軸３の非回転側であるアクスルケース３ｃに取付けた磁石支持部材１５を介して、上記電磁コイル１３に対向させて配置する構成としてもよい。すなわち、電磁コイル１３をホイール２や回転シャフト３ａのような車輪の回転部に配設し、永久磁石１１などの磁界発生手段を、アクスルケース２ｃや、ホイール２を固定するハブ４に軸受けを介して取付けられたナックルなどの非回転部に取付けるようにすれば、発電電圧を上記内圧警報装置２０側にて取出して上記蓄電用のコンデンサ１４ｄ，１４ｄに蓄電することが可能なので、タイヤの回転側に配設された機器に容易に電力を供給することができる。
また、上記例では、タイヤ電源供給装置１０によりタイヤ気室５内に配設された内圧警報装置２０を駆動する場合について説明したが、これに限るものではなく、本発明のタイヤ電源供給装置１０は、例えば、タイヤトレッドに埋設された振動センサなど、タイヤ側に配設された機器あるいはセンサなど、駆動用電源を必要とする機器を駆動する電源として適用可能であることはいうまでもない。

このように、本発明によれば、簡単な構成で、タイヤあるいはタイヤ内に配設される機器に電力を供給することができるとともに、小型で軽量なタイヤ電源供給装置を得ることができるので、タイヤに対する影響を最小限にしつつタイヤの状態を精度よく検出することができる。

本発明によるタイヤ電源供給装置を搭載したタイヤを示す図である。本最良の形態に係るタイヤ電源供給装置の構成を示す図である。本発明によるタイヤ電源供給装置の動作を説明するための図である。本発明のタイヤ電源供給装置を搭載したタイヤの他の例を示す図である。従来のタイヤ内圧警報システムの一構成例を示す図である。従来のタイヤ電源供給装置を示す図である。

符号の説明

１タイヤ、２ホイール、２ａリブ部、２ｂホイールディスク部、３車軸、
３ａ回転シャフト、３ｂ軸受け、３ｃアクスルケース、４ハブ、
５タイヤ気室、１０タイヤ電源供給装置、１１永久磁石、１２ヨーク、
１３電磁コイル、１４電源供給部、１４ａ整流回路、１４ｂ平滑コンデンサ、
１４ｃ定電圧回路、１４ｄ蓄電用のコンデンサ、１５磁石支持部材、
２０内圧警報装置。

Claims

タイヤの回転側に配設された電磁コイルと、ホイールを固定するハブまたは回転シャフトに軸受けを介して連結される非回転部材に取付けられた磁界発生手段と、タイヤ側に設けられた、タイヤの回転により上記電磁コイルに誘起される交流電圧を整流して平滑して発電電圧を出力する電圧発生回路とを備え、タイヤあるいはタイヤ内に配設される機器に電力を供給するタイヤ電源供給装置であって、上記発電電圧を所定の電圧に変換する定電圧回路と、上記定電圧回路の後段に設けられた蓄電用のコンデンサとを備え、上記蓄電用のコンデンサから上記機器に電力を供給するように構成したことを特徴とするタイヤ電源供給装置。
上記電圧発生回路の発生電圧を上記所定の電圧よりも高くなるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ電源供給装置。