JP2009184461A - タイヤ用空気充填機構、空気充填機構付ホイール及びタイヤ・ホイールアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】車体側の構造変更を極力少なくし、既存の車両に対しても、タイヤの空気圧を自動的調整できるタイヤ用空気充填機構、空気充填機構付ホイール及びタイヤ・ホイールアセンブリを提供する。
【解決手段】本発明の空気充填機構は、発電手段1(コイル11,マグネット12)と、蓄電手段(バッテリ2)と、空気供給手段3(モータ31,ピストンポンプ32)と、制御手段4と、過加圧防止手段とを備える。発電手段は、車両の走行に伴ってホイールHの近傍に生じる非電気エネルギーを電気エネルギーに変換出力する。蓄電手段は、発電手段から出力される電気エネルギーを蓄電する。空気供給手段は、蓄電手段からの電力により駆動され、タイヤ内に空気を供給する。制御手段は、空気供給手段の動作を制御する。過加圧防止手段は、タイヤ内の空気圧が過剰となることを抑制する。蓄電手段、空気供給手段、制御手段4及び過加圧防止手段がホイールHに固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行に伴ってタイヤ内に空気を自動的に充填するようにしたタイヤ用空気充填機構、空気充填機構付ホイール及びタイヤ・ホイールアセンブリに関するものである。

タイヤの空気圧が低下した状態で車両が走行すると、パンクする虞があり、安全のために空気圧の監視が必要とされる。例えば米国では、4.5t以上の車両には、空気圧監視装置を装備することが義務付けられている。しかし、通常、空気圧監視装置は、空気圧の状態を運転者に通告乃至は警報するだけであり、実際の空気圧の調整作業は、運転者の側に委ねられていた。そのため、運転者の失念等によって、空気圧の補充が必要であるにもかかわらず、そのまま放置され、思わぬトラブルが発生する虞もある。このようなことから、自動的にタイヤ内に空気の充填ができるようにしたタイヤやホイールが提案されるようになった。

例えば、タイヤ内に高圧空気室を設け、タイヤ内の空気圧が減圧すると、これを空気圧センサで検知して電磁弁を作動させ、高圧空気室から空気を補充するようにしたタイヤ空気圧調整システムが提案されている(例えば特許文献１)。

また、タイヤ内の気体を加圧又は減圧するポンプ手段と、タイヤ内の圧力を検出する圧力検出手段とをホイールに設け、圧力検出手段からの出力信号に基づいて、ポンプ手段の作動を制御する制御手段を備えた空気圧調整装置が提案されている（例えば特許文献２）。この空気圧調整装置のポンプ手段には、固体電解質体の表裏両面に電極を形成したポンプセルや、圧電ポンプが用いられる。

特開２００４−１５５２７９号公報 特開２００４−２９９６４５号公報

しかし、特許文献１の発明では、タイヤ内に設けた高圧空気室内の空気が放出されてしまえば、空気圧の調整ができなくなるという難点がある。しかも、車輪側に設けられた電磁弁を制御するためのＥＣＵを車体側に設け、さらに電磁弁への電力供給も車体側から行っているため、空気圧の自動調整機能のない既存の車両に対して、ホイールを交換することにより、空気圧の自動調整機能を付加することができない。

また、特許文献２の発明では、高圧空気室を用いず、ポンプセルや圧電ポンプを用いているため、特許文献１の発明のように、高圧空気室内の空気が放出されてしまえば、空気圧の調整ができなくなるという問題はない。しかし、ポンプセルや圧電ポンプの動作制御を行う制御手段や、それらの電源は、車体側に設けられており、やはり既存の車両に対して、ホイールを交換することにより、空気圧の自動調整機能を付加することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、車体側の構造変更を極力少なくし、既存の車両に対しても、タイヤの空気圧を自動的に調整する機能を付加できるタイヤ用空気充填機構、空気充填機構付ホイール及びタイヤ・ホイールアセンブリを提供することにある。

また、本発明の別の目的は、さらにユーザの設定により、タイヤの空気圧を調整することもできるタイヤ用空気充填機構、空気充填機構付ホイール及びタイヤ・ホイールアセンブリを提供することにある。

本発明の空気充填機構は、車両のホイールに装着されるタイヤ内の空気圧を調整するための空気充填機構であって、発電手段と、蓄電手段と、空気供給手段と、制御手段と、過加圧防止手段とを備える。発電手段は、車両の走行に伴ってホイールの近傍に生じる非電気エネルギーを電気エネルギーに変換出力する。蓄電手段は、発電手段から出力される電気エネルギーを蓄電する。空気供給手段は、蓄電手段からの電力により駆動され、タイヤ内に空気を供給する。制御手段は、空気供給手段の動作を制御する。過加圧防止手段は、タイヤ内の空気圧が過剰となることを抑制する。そして、これら蓄電手段、空気供給手段、制御手段及び過加圧防止手段がホイールに固定されるように構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、蓄電手段、空気供給手段、制御手段及び過加圧防止手段がホイールに固定されているため、既存の車両のホイールに本発明空気充填機構を装着すれば、車体側の構造変更を殆ど伴うことなく、タイヤへの空気自動調整機能を付与することができる。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、前記発電手段は、ホイールの回転に伴う運動エネルギーを利用して電磁誘導により電気エネルギーを得るためのコイルとマグネットとを備えることが好ましい。

この構成によれば、車両走行時のタイヤの回転を利用して、効率的に発電を行うことができ、車両に搭載されているバッテリの電力をタイヤの空気圧の調整に消費する必要がない。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、ホイールの回転に伴う運動エネルギーを利用して電磁誘導により電気エネルギーを得る場合、前記コイル及びマグネットの一方がホイールに固定されるように構成され、他方がホイールに対して非回転の車両構成部材に固定されるように構成されていることが好ましい。

この構成によれば、コイル及びマグネットの一方をホイールに設け、他方を非回転の車両構成部材に設けることで、発電機構の一部もホイール側に装着できるため、車体側の構造変更を極力少なくすることができる。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、ホイールの回転に伴う運動エネルギーを利用してコイルとマグネットとの電磁誘導により電気エネルギーを得る場合、前記コイルは、ホイールを構成するリムの外周に複数個並列されるように構成し、前記マグネットは、各コイルに対して鎖交磁束を生じさせるようにブレーキキャリパーに固定されるように構成することが好ましい。

この構成によれば、ホイールの外周にコイルを配することで、タイヤ内にコイルを収納できるため、外部環境からコイルを保護することができる。また、マグネットをブレーキキャリパーに固定することができるため、車体側の構造変更を極力少なくすることができる。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、ホイールの回転に伴う運動エネルギーを利用してコイルとマグネットとの電磁誘導により電気エネルギーを得る場合、前記コイルは、ホイールを構成するスポークの内側において、ホイールの周方向に複数個並列されるように構成し、前記マグネットは、各コイルに対して鎖交磁束を生じさせるようにブレーキキャリパーに固定されるように構成することが好ましい。

この構成によれば、スポークの内側にコイルを配することで、コイルとマグネットとの間隔を小さくでき、より効率的な発電を行うことができる。また、マグネットをブレーキキャリパーに固定することができるため、車体側の構造変更を極力少なくすることができる。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、前記発電手段は、車両の制動時にブレーキに生じる熱エネルギーを利用して電気エネルギーを得る熱電素子を備えることとすることもできる。

この構成によれば、発電手段として熱電素子を用いることで、制動時に生じる熱エネルギーを利用して、効率的に発電することができ、車両に搭載されているバッテリの電力をタイヤの空気圧の調整に消費する必要がない。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、前記過加圧防止手段は、タイヤ内の空気圧が所定値以上になると、タイヤ内の空気を外部に放出する減圧弁であることが挙げられる。

この構成によれば、減圧弁を用いることで、簡易な構成にて、タイヤの過加圧を抑制することができる。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、前記過加圧防止手段は、タイヤ内の空気圧を検知する圧力検知部と、圧力検知部の検知結果が所定値以上であるか否かを判断する判定部と、その判定結果が所定値以上である場合に、空気供給手段の駆動を停止させる停止制御部とを備えることが挙げられる。

この構成によれば、タイヤ内の圧力を検知することで、タイヤ内の空気圧を過加圧とならないように適正に保持することができる。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、タイヤ内の空気圧を検知する圧力検知部と、ユーザがタイヤ空気圧の変更指令を入力するための入力手段と、圧力検知部の検知結果及び入力手段からの変更指令の授受を前記制御手段側と入力手段側との間で行う通信手段とを設けてもよい。その場合、前記制御手段は、変更指令の設定した空気圧条件が現状の空気圧条件と異なるとき、タイヤ内の空気圧が変更指令で設定された空気圧条件となるように空気供給手段を駆動させる。

この構成によれば、ユーザ（運転者）の意思に応じて、タイヤの空気圧を設定することができる。例えば、ユーザの操作により、タイヤの空気圧を通常の適正圧力に調整することはもちろん、高速走行時に、タイヤの空気圧を高めに設定することもできる。

本発明のタイヤ用空気充填機構において、タイヤ内の空気圧を検知する圧力検知部と、ユーザがタイヤ空気圧の変更指令を入力するための入力手段と、圧力検知部の検知結果及び入力手段からの変更指令の授受を前記制御手段側と入力手段側との間で行う通信手段と、タイヤ内の空気圧を減圧する減圧手段とを設けてもよい。その場合、前記制御手段は、変更指令の設定した空気圧条件が現状の空気圧条件と異なるとき、タイヤ内の空気圧が変更指令で設定された空気圧条件となるように減圧手段を駆動させる。

この構成によれば、ユーザ（運転者）の意思に応じて、タイヤの空気圧を設定することができる。例えば、ユーザの操作により、タイヤの空気圧を通常の適正圧力に調整することはもちろん、オフロード走行時に、タイヤの空気圧を低めに設定することもできる。

一方、本発明の空気充填機構付ホイールは、車両のタイヤに空気を充填できる空気充填機構付ホイールであって、ホイールと、複数のコイルと、蓄電手段と、空気供給手段と、制御手段と、過加圧防止手段とを備える。複数のコイルは、ホイールの周方向に配列され、ホイールに対して非回転の車両構成部材に固定されるマグネットとの電磁誘導により電気エネルギーを得る。蓄電手段は、この電気エネルギーを蓄電する。空気供給手段は、蓄電手段からの電力により駆動され、ホイールに装着されるタイヤ内に空気を供給する。制御手段は、空気供給手段の動作を制御する。過加圧防止手段は、タイヤ内の空気圧が過剰となることを抑制する。そして、これら複数のコイル、蓄電手段、空気供給手段、制御手段及び過加圧防止手段がホイールに装着されていることを特徴とする。

この構成によれば、既存の車両のホイールを、本発明空気充填機構付ホイールに変更することにより、既存の車両に煩雑な構造変更を伴うことなく、タイヤ空気圧の自動調整機能を付与することができる。

さらに、本発明のタイヤ・ホイールアセンブリは、上記空気充填機構付ホイールにタイヤが装着されたことを特徴とする。

この構成によれば、既存の車両のタイヤ・ホイールアセンブリを、本発明タイヤ・ホイールアセンブリに変更することにより、既存の車両に煩雑な構造変更を伴うことなく、タイヤ空気圧の自動調整機能を付与することができる。

本発明の空気充填機構は、既存の車両のホイールに本発明空気充填機構を装着すれば、車体側の構造変更を実質的に伴うことなく、タイヤへの空気自動調整機能を付与することができる。

本発明の空気充填機構付ホイールまたは本発明のタイヤ・ホイールアセンブリは、既存の車両に煩雑な構造変更を伴うことなく、タイヤ空気圧の自動調整機能を付与することができる。

以下に、本発明の実施の形態に係る空気充填機構ついて図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜実施形態１＞
ここでは、走行時のタイヤの回転を利用して電磁誘導にて発電を行い、その電力で一定期間ごとにタイヤへの空気の充填を行う本発明空気充填機構を図１〜３に基づいて説明する。図１ではホイールとタイヤを一点鎖線で示し、本発明空気充填機構の構成部材並びにブレーキキャリパー及びディスクロータを実線で示している。

図１、２は本実施形態の空気充填整機構をホイールHに装着し、さらにそのホイールにタイヤTを装着した状態を示す。これらの図に示すように、発電手段1を構成するコイル11及びマグネット12、発電電力を蓄電するバッテリ2（蓄電手段）、バッテリ2からの電力により駆動されるモータ31及びピストンポンプ32（空気供給手段3）、このモータの動作を制御する制御手段4及び減圧バルブ5を備える。

まず、発電手段1は、ホイールHの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換出力する。この発電手段1を構成するコイル11とマグネット12のうち、複数のコイル11はホイールのリムHLの外周に固定されている。各コイル11をホイールのリムHLの外周に配置することで、後述する実施形態２に比べて多数のコイル11を用いることができる。各コイル11は、絶縁被覆を有する銅線をらせん状に成形したもので、その軸方向がホイールHの径方向に沿うように、リムHLの外周にほぼ一定間隔で配列されている。例えば、φ0.5mmの丸銅線を、φ40mm、長さ10mmに成形したコイル11を利用することができる。一方、マグネット12は、ホイールHに対して非回転のブレーキキャリパーBCにおけるホイールHの外周側に一つ固定されている。つまり、マグネット12はホイールHを介してコイル11に鎖交磁束を発生させるように配置されることになる。マグネット12のブレーキキャリパーBCへの固定は、ねじ止めなどの適宜な手段が利用できる。このようなコイル11とマグネット12の配置により、走行時、ホイールHが回転すると、マグネット12に対して各コイル11が周回されることになり、電磁誘導によりコイル11には誘導電流が発生する。なお、ここでのマグネット12は、電磁石でも永久磁石でもよい。本例では、マグネット12を永久磁石としたが、電磁石の場合、励磁のための電力は、車体側のバッテリ（図示略）から供給してもよいし、ホイール側のバッテリ2から可動カプラなどを介して供給してもよい。また、ブレーキは、キャリパーBCのピストンPiを駆動してブレーキパッドPaでディスクロータDを挟持するディスクブレーキとしているが（図２）、ブレーキの構成がディスクブレーキに限定されるわけではない。

バッテリ2は、発電手段1から得られる電気エネルギーを蓄電する（図１〜３）。このバッテリ2には二次電池が好適に利用できる。例えば、単三電池３本程度でもモータ31及び制御手段4の駆動に必要な電力を供給できる。バッテリ2の他、所定の容量が得られれば、コンデンサ、電気二重層キャパシタなどを蓄電手段に利用してもよい。

ピストンポンプ32は、外気を圧縮してタイヤ内に圧縮空気を供給する。例えば、内径φ6mm、長さ10mm程度の小型のものが好適に利用できる。本例では、このピストンポンプ32の駆動にモータ31を用いている。ここで用いるモータ31は、出力が数W（10W以下）程度の小型のものでよい。勿論、ピストンポンプ32以外のものであっても、空気の圧縮とタイヤTへの供給が可能でホイールHに装着可能なサイズであれば、空気供給手段として利用できる。

制御手段4は、CPUを備え、モータ31の駆動を制御してピストンポンプ32の動作を制御する。タイヤTの空気圧の調整は、頻繁に行う必要はないため、一定間隔、例えば３日に一度とか一週間に一度などの間隔で空気の充填を行う。つまり、制御手段4は、タイマー部と、プログラムで予め設定された上記間隔ごとにモータ31（ピストンポンプ32）を駆動させる駆動指令部とを備える。

減圧バルブ5は、タイヤT内の空気圧が適正圧を超えた場合、自動的にタイヤT内の空気を外部に放出することで、タイヤT内が過加圧になることを抑制する。

上述した複数のコイル11、バッテリ2、モータ31、ピストンポンプ32、制御手段4、減圧バルブ5は、全てリムHLに固定されており、減圧バルブ5がリムHLの内外周に連通可能な構成となっているほか、他の構成部材は全てリムHLの外周、つまりタイヤTの内部に固定されている。

このような空気充填機構によれば、車両の走行時、ホイールH（タイヤT）が回転することにより、電磁誘導によりコイル11に誘導電流を発生させ、その電気エネルギーをバッテリ2に蓄えることができる。そして、一定期間ごとに、バッテリ2からの電力を利用してモータ31（ピストンポンプ32）を駆動することで、自動的にタイヤTの空気圧を適正に調整することができる。タイヤT内への空気の充填が過剰となった場合、減圧バルブ5が作動して、タイヤ内の空気を自動的に外部に放出するため、タイヤ内が過加圧となることもない。

また、複数のコイル11、バッテリ2、モータ31、ピストンポンプ32、制御手段4及び減圧バルブ5は、全てホイールHに固定されているため、既存の車両のホイールを、本発明の空気充填機構を装着したホイールHに交換し、ブレーキキャリパーBCにマグネット12を装着するだけで、既存の車両に対して自動空気充填機能を付加することができる。特に、複数のコイル11、バッテリ2、モータ31、ピストンポンプ32、制御手段4及び減圧バルブ5はタイヤT内に収納されているため、外部環境からも保護される。

さらに、コイル11に生じた誘導電流を、バッテリ2を介して制御手段4及びモータ31の作動に利用するまでの電流経路を全てホイールH側で行うことができるため、車体側とホイールH側とを可動カプラなどを介して電気的に接続する必要もない。

そして、安価なコイル11を複数とし、高価なマグネット12を単一としているため、マグネットを複数、コイルを単数とする場合に比べて、経済的にも優れた空気充填機構とすることができる。

その他、本例の変形例としては、さらにバッテリの充電状態の検知手段をホイールに設け、単に一定期間ごとに空気の充填を行うのではなく、一定期間が経過し、かつバッテリの充電状態が一定の規定状態以上である場合に空気の充填を行うようにしてもよい。例えば、充電状態の検知手段として、バッテリの電圧センサを設け、制御手段が備える判定部により電圧センサの検知結果が一定の閾値以上であるかどうかを判断する。そして、検知結果が閾値以上の場合にバッテリからモータに電力を供給して空気の充填を行い、閾値未満の場合には空気の充填を見送るようにしてもよい。

別の変形例としてはコイル、バッテリ、モータ、ピストンポンプ、制御手段を全て帯状の連結部材で一体とすることが挙げられる。この連結部材をホイールの外周に巻き付けて、連結部材の両端部同士を結合することで、ホイールに空気充填機構の各構成部材を容易に装着することができる。連結部材の材質としては、可撓性があり、かつコイルとマグネットの電磁誘導時に渦電流が生じないよう、プラスチックなどの非導電性材料が好適である。

さらに別の変形例としては、発電手段の発電電圧が低い場合、必要に応じて、昇圧手段を設け、昇圧した電圧にてバッテリを充電することが好ましい（以下の実施形態２から実施形態６でも同様）。

＜実施形態２＞
次に、コイルとマグネットの配置を実施形態１と異ならせた本発明の実施形態を図４に基づいて説明する。本例は、コイルとマグネットの配置が異なる点を除いて、他の構成は実施形態１と同様である。以下の説明は、相違点を中心に行う。

ここでは、複数コイル11は、ホイールHのスポークHSの内側において、ホイールHの周方向に並列されるよう固定されている。つまり、コイル11の軸方向がホイールHの軸方向に沿うようにコイル11が配されている。このコイル11のホイールHへの配置は、例えば各コイル11を環状の非導電性材料からなるプレート（図示略）を用い、予め直列接続された各コイル11をプレート上に固定しておき、そのプレートをスポークHSに固定するようにすることが好ましい。一方、単一のマグネット12は、回転してきた各コイル11とコイル11の軸方向に隙間をもって対面するように、ブレーキキャリパーBCの外側に固定されている。

本例の構成によれば、コイル11とマグネット12との間に隙間があるだけであり、両者の間にホイールHが介在されている実施形態１に比べて、隙間の管理が行い易い。特に、コイル11とマグネット12の双方がタイヤTの外部に配されているため、コイル11とマグネット12の隙間を目視にて容易に確認できる。また、コイル11の配置箇所が実施形態１に比べてホイールHの内周側であるため、コイル11の配置数を実施形態１に比べて少なくすることができる。さらに、両者の間隔を実施形態１に比べて狭くできる。ここで、コイル11とマグネット12との隙間が小さいほど発電電力を大きくできる。そのため、より効率的な発電を行うことができる。

（試算例）
実施形態１の空気充填機構と、実施形態２の空気充填機構を用いて、発電電力を試算した。ここでは、実施形態１としてコイルとマグネットの間隔を30mm、実施形態２としてコイルとマグネットの間隔を10mm、５mmとし、その各々について車速と発電電力との関係を調べた。その結果を図５に示す。

このグラフから明らかなように、コイルとマグネットの間隔が小さいほど発電電力が大きいことがわかる。特に、車速が上がるほど発電電力が累進的に大きくなることがわかる。また、実施形態1において、コイルの数を18個とし、コイルとマグネットの間隔を30mmとした場合と、実施形態２において、コイルの数を10個とし、コイルとマグネットの間隔を５mmとした場合とでは、実施形態２の方が、発電電力が大きかった。

＜実施形態３＞
次に、実施形態１とは異なる過加圧防止手段を備える本発明の実施形態を図６に基づいて説明する。

本実施形態は、圧力センサ6（圧力検知部）を備え、その検知結果に基づいて空気供給手段3を制御して過加圧を防止する。図６に示すように、本例の制御手段4は、判定部41と停止指令部42とを備えている。圧力センサ6は、例えばホイールの外周（タイヤ内）に設けられ、タイヤ内の空気圧を計測し、その結果を判定部41に出力する。より具体的には、半導体圧力センサが好適に利用できる。モータ31（ピストンポンプ32）駆動時、圧力センサ6による圧力の検知は、例えば１回／３分程度とする。空気の充填速度が速ければ、より短いサイクルで圧力検知を行ってもよい。判定部41は、圧力センサ6の検知結果が設定された閾値を超えるか否かを判定する。判定の結果、検知結果が閾値を超えれば、過加圧になると判断し、停止指令部42よりモータ31の駆動を停止する信号を出力する。それにより、ピストンポンプ32の作動も停止されるため、タイヤ内への更なる空気の充填も停止され、過加圧が抑制される。逆に、検知結果が閾値を下回れば、停止指令部42よりモータ31の停止信号は出力されず、モータ31の駆動、すなわちピストンポンプ32による空気の充填が続けられる。

本例の構成によれば、圧力センサ6を用いて、その検知結果から高精度に過加圧を抑制することができる。

＜実施形態４＞
次に、実施形態１による一定期間ごとの空気の自動充填に加え、運転者の意思によってもタイヤの空気圧を調整できる本発明の実施形態を図７に基づいて説明する。

本例では、例えば車両のダッシュボードに操作パネル7が設けられ、この操作パネル7から運転者が操作することにより、タイヤの空気圧の調整を行う。ここでは、実施形態１で述べた一定期間ごとに自動的に空気圧の充填を行う「オートモード」と、運転者が希望する空気圧を設定して調整できる「マニュアルモード」と選択できる。そのうち、「マニュアルモード」では、適正空気圧のうち、中間領域にある「ノーマル」、高速走行時などにノーマルよりも高圧領域にする「ハイ」、オフロード走行時などにノーマルよりも低圧領域にする「ロー」の三段階に空気圧を調整できることとする。操作パネル7は、これら「オートモード」と「マニュアルモード」、並びに「ノーマル」、「ハイ」、「ロー」の選択が可能な入力手段71と、タイヤの空気圧の状態を表示する表示手段72とを備える。表示手段72をタッチパネルディスプレイとして、このディスプレイに入力手段71の機能を兼備させても良い。また、車体側には、ホイール側送受信手段82と通信する車体側送受信手段81を備える。車体側送受信手段81は、入力手段71からの設定指令をホイール側送受信手段82に送信したり、逆に圧力センサ6の検知結果に基づく現状のタイヤ空気圧の情報をホイール側送受信手段82から受信したりする。

一方、ホイールには、タイヤ内の空気圧を検知する圧力センサ6が設けられ、制御手段4には、圧力センサ6の検知結果を判定する判定部41が設けられている。この判定部41は、実施形態３で述べた過加圧防止手段として、圧力センサ6の検知結果が適正圧力値の閾値を超えているか否かを判定することに加え、検知結果が上述した「ノーマル」、「ハイ」、「ロー」の設定圧力範囲に該当しているか否かの判定も行う。また、ホイールの外周（タイヤ内）には、ホイール側送受信手段82が設けられている。ホイール側送受信手段82は、入力手段71からの設定指令を、車体側送受信手段81を介して受信したり、圧力センサ6の検知結果に基づく現状のタイヤ空気圧の情報を車体側送受信手段81に送信したりする。これらホイール側送受信手段82及び車体側送受信手段81は、有線・無線のいずれでも良いが、無線により行うことが好適である。

さらに、本例では、ホイールに電磁減圧バルブ9(減圧手段)が設けられている。この電磁減圧バルブ9は、後述するように、判定部41においてタイヤ内の減圧が必要と判断された際、タイヤ内の空気を外部に放出する機能を持つ。電磁減圧バルブ9への電力供給は、ホイールに設けられたバッテリ2から行う。

その他、ホイールにコイル11、バッテリ2、モータ31、ピストンポンプ32、制御手段4が設けられ、ブレーキキャリパーにマグネット12が設けられている点は実施形態１と共通である。

このような空気充填機構の動作手順を図８のフローチャートに基づいて説明する。

まず、入力手段からオートモードかマニュアルモードかの選択を行う（ステップS1）。ここでは、オートモードが初期設定となっているため、運転者の意思によりタイヤの空気圧を調整する場合は、マニュアルモードを選択する。マニュアルモードでなければ、オートモードとして、一定期間経過ごとにモータの駆動を行ってタイヤに空気の充填を行う（ステップS2）。

次に、マニュアルモードを選択したら、希望の設定空気圧を入力手段から入力する（ステップS3）。この設定空気圧は、「ノーマル」、「ハイ」、「ロー」の中から運転者が選択すればよい。

続いて、圧力センサにより、現状のタイヤ内の空気圧を検知する（ステップS4）。その検知結果は、制御手段に設けられたメモリに一時的に記憶される。必要に応じて、現状のタイヤの空気圧が「ノーマル」、「ハイ」、「ロー」のいずれなのかを表示手段に表示させても良い。

次に、圧力センサで検知した現状のタイヤの空気圧（現状値）が設定空気圧の範囲内かどうかを判定部で判定する（ステップS5）。その際、現状のタイヤの空気圧が設定空気圧の範囲内であれば、タイヤの空気圧を加圧も減圧もせず、処理を終える。

逆に、現状のタイヤの空気圧が設定空気圧の範囲外であれば、タイヤ空気圧の加圧か減圧が必要なため、さらに現状のタイヤの空気圧（現状値）が設定空気圧未満か否かを判定する（ステップS6）。この判定の結果、現状のタイヤの空気圧が設定空気圧未満であれば、タイヤの加圧が必要なため、モータ（ピストンポンプ）を駆動して、タイヤ内に空気を充填する（ステップS7）。一方、判定の結果、現状のタイヤの空気圧が設定空気圧を超えていれば、タイヤの減圧が必要なため、電磁減圧バルブを動作してタイヤ内の空気を外部に排出する（ステップS8）。そして、加圧又は減圧を行った後、以下現状の空気圧が設定空気圧の範囲内となるまで、ステップS4からステップS8までを繰り返す。

このように、本例の空気充填機構によれば、オートモードによるタイヤへの空気の自動充填に加え、運転者が随時タイヤ内の空気圧を運転状況に応じたより適正な圧力に調整することができる。そのため、より安全で燃費の良い運転が期待できる。もちろん、空気充填機構の大半の構成部材をホイール側に設けることで、車体側の構造変更を極力少なくすることもできる。

なお、本例の制御手段は、オートモードにおいて、圧力センサの検知結果が設定された閾値を超えたと判定部が判定すれば、過加圧になると判断し、停止指令部よりモータの駆動を停止する信号を出力する。この点は、実施形態３と同様である。

＜実施形態５＞
以上の実施形態１〜４では、複数のコイルをホイールに設け、単一のマグネットをブレーキキャリパーに設けたが、逆に、複数のマグネットをホイールに設け、単一のコイルをブレーキキャリパーに設けてもよい。その場合、複数のマグネットをホイールのリムの外周か、スポークの内側に設ければよい。そして、コイルがブレーキキャリパーに設けられているため、コイルに発生した誘導電流は、車体側から可動カプラなどを介してホイール側のバッテリに供給する。

＜実施形態６＞
次に、コイルとマグネットの代わりに、熱電素子を用いた本発明の実施の形態を図９に基づいて説明する。

本例では、発電手段として熱電素子を用いており、その他の構成は、実施形態１と実質的に同一である。熱電素子は、例えば温度勾配をペルチェ効果による熱電変換により、電気エネルギーに変換する。走行中の車両を制動した際、ブレーキのディスクロータが発熱する。その際の温度は、例えば800℃以上になり、この発熱箇所に熱電素子の高温部を、発熱していない車両構成部材に低温部を配することで、温度差を利用して熱電発電を行うことができる。

例えば、図９に示すように、ディスクロータＤを二枚構造とし、その間に熱電素子13を挟みこむ。本例では、ディスクロータＤの片側にピストンPiを持つ片押しポットのブレーキであるため、ピストンPiで押される側のディスクロータ面（図の左側面）が反対面に比べてより高温になる。そのため、この熱電素子13により、制動時にディスクロータＤの厚み方向に生じる温度勾配を利用して発電を行うことができる。対向ポットのディスクブレーキの場合（図示略）、予め低温部同士を接合した一対の熱電素子を用意し、この熱電素子対を二枚構造のディスクロータの間に挟み込めばよい。その場合、ディスクロータの両表面が発熱箇所となり、ディスクロータの厚み方向中間部が低温箇所となることで、温度勾配を利用した発電が可能になる。その他、熱電素子13の配置箇所を、ディスクロータＤのうち、ブレーキパッドPaの押圧領域以外の領域としてもよい。それにより、ブレーキ動作時の熱電素子13への圧縮力の作用を回避することができる。そして、ディスクロータＤはホイールHに固定されるため、熱電素子13の発電電力は、ディスクロータＤからホイールHを通る配線（図示略）により、ホイールHに固定されるバッテリ2に供給される。

本例でも、空気充填機構のうち、発電手段以外の構成部材をホイールに固定することができる。そのため、車体側への構造変更を極力抑えつつ、既存の車両に対しても自動空気充填機能を付加することができる。

なお、本発明の範囲は、上述した各種実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本発明の空気充填機構は、走行中のホイールの回転動作によって、タイヤ空気圧を適正圧に保持することができるので、安全性が重要視される車両のタイヤに好適に適用することができる。

本発明のタイヤ・ホイールアセンブリ及び空気充填機構付ホイールは、走行中のホイール本体の回転動作によって、タイヤ空気圧を適正圧に保持することができるので、安全性が重要視される車両に好適に適用することができる。

実施形態1に係る空気充填機構をタイヤ付きホイールに装着した状態を示す透視斜視図である。 実施形態1に係る空気充填機構をタイヤ付きホイールに装着した状態を示す縦断面図である。 実施形態1に係る空気充填機構の機能ブロック図である。 実施形態2に係る空気充填機構をタイヤ付きホイールに装着した状態を示す部分縦断面図である。 車速と発電電力との関係を、コイルとマグネットとの間隔でどう変わるかを示したグラフである。 実施形態3に係る空気充填機構の機能ブロック図である。 実施形態4に係る空気充填機構の機能ブロック図である。 実施形態4に係る空気充填機構の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態6に係る空気充填機構をタイヤ付きホイールに装着した状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 発電手段
11 コイル 12 マグネット 13 熱電素子
2 バッテリ
3 空気供給手段
31 モータ 32 ピストンポンプ
4 制御手段
41 判定部 42 停止指令部
5 減圧バルブ
6 圧力センサ
7 操作パネル
71 入力手段 72 表示手段
81 車体側送受信手段 82 ホイール側送受信手段
9 電磁減圧バルブ
H ホイール
HL リム HS スポーク
T タイヤ
BC ブレーキキャリパー Pi ピストン Pa ブレーキパッド
D ディスクロータ

Claims (12)

1. 車両のホイールに装着されるタイヤ内の空気圧を調整するための空気充填機構であって、
   車両の走行に伴ってホイールの近傍に生じる非電気エネルギーを電気エネルギーに変換出力する発電手段と、
   発電手段から出力される電気エネルギーを蓄電する蓄電手段と、
   蓄電手段からの電力により駆動され、タイヤ内に空気を供給する空気供給手段と、
   空気供給手段の動作を制御する制御手段と、
   タイヤ内の空気圧が過剰となることを抑制する過加圧防止手段とを備え、
   これら蓄電手段、空気供給手段、制御手段及び過加圧防止手段がホイールに固定されるように構成されていることを特徴とするタイヤ用空気充填機構。
2. 前記発電手段は、ホイールの回転に伴う運動エネルギーを利用して電磁誘導により電気エネルギーを得るためのコイルとマグネットとを備えることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用空気充填機構。
3. 前記コイル及びマグネットの一方がホイールに固定されるように構成され、他方がホイールに対して非回転の車両構成部材に固定されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ用空気充填機構。
4. 前記コイルは、ホイールを構成するリムの外周に複数個並列されるように構成され、
   前記マグネットは、各コイルに対して鎖交磁束を生じさせるようにブレーキキャリパーに固定されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ用空気充填機構。
5. 前記コイルは、ホイールを構成するスポークの内側において、ホイールの周方向に複数個並列されるように構成され、
   前記マグネットは、各コイルに対して鎖交磁束を生じさせるようにブレーキキャリパーに固定されるように構成されていることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ用空気充填機構。
6. 前記発電手段は、車両の制動時にブレーキに生じる熱エネルギーを利用して電気エネルギーを得る熱電素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ用空気充填機構。
7. 前記過加圧防止手段は、タイヤ内の空気圧が所定値以上になると、タイヤ内の空気を外部に放出する減圧弁であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のタイヤ用空気充填機構。
8. 前記過加圧防止手段は、
   タイヤ内の空気圧を検知する圧力検知部と、
   圧力検知部の検知結果が所定値以上であるか否かを判断する判定部と、
   その判定結果が所定値以上である場合に、空気供給手段の駆動を停止させる停止制御部とを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のタイヤ用空気充填機構。
9. タイヤ内の空気圧を検知する圧力検知部と、
   ユーザがタイヤ空気圧の変更指令を入力するための入力手段と、
   圧力検知部の検知結果及び入力手段からの変更指令の授受を前記制御手段側と入力手段側との間で行う通信手段とを備え、
   前記制御手段は、変更指令の設定した空気圧条件が現状の空気圧条件と異なるとき、タイヤ内の空気圧が変更指令で設定された空気圧条件となるように空気供給手段を駆動させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のタイヤ用空気充填機構。
10. タイヤ内の空気圧を検知する圧力検知部と、
    ユーザがタイヤ空気圧の変更指令を入力するための入力手段と、
    圧力検知部の検知結果及び入力手段からの変更指令の授受を前記制御手段側と入力手段側との間で行う通信手段と、
    タイヤ内の空気圧を減圧する減圧手段とを備え、
    前記制御手段は、変更指令の設定した空気圧条件が現状の空気圧条件と異なるとき、タイヤ内の空気圧が変更指令で設定された空気圧条件となるように減圧手段を駆動させることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のタイヤ用空気充填機構。
11. 車両のタイヤに空気を充填できる空気充填機構付ホイールであって、
    ホイールと、
    ホイールの周方向に配列され、ホイールに対して非回転の車両構成部材に固定されるマグネットとの電磁誘導により電気エネルギーを得る複数のコイルと、
    前記電気エネルギーを蓄電する蓄電手段と、
    蓄電手段からの電力により駆動され、ホイールに装着されるタイヤ内に空気を供給する空気供給手段と、
    空気供給手段の動作を制御する制御手段と、
    タイヤ内の空気圧が過剰となることを抑制する過加圧防止手段とを備え、
    前記複数のコイル、蓄電手段、空気供給手段、制御手段及び過加圧防止手段がホイールに装着されていることを特徴とする空気充填機構付ホイール。
12. 請求項１１に記載の空気充填機構付ホイールにタイヤが装着されたことを特徴とするタイヤ・ホイールアセンブリ。

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