JP2012528559A - ホイール - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤの内部に組み込まれている、作動のために電力の供給を必要とする電気装置に、バッテリや乾電池を用いることなく、電力を供給することができるホイールを提供する。
【解決手段】 このホイールに装備されている電気装置（１００）は、加圧下でタイヤ内に閉じ込められている気体と、タイヤの外部に存在している大気との間の圧力差を、この電気装置（１００）への電力供給のために用いられる電気エネルギーに変換するための変換システム（２００、２）を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ホイールに関する。

ホイールは、自動車などの車両に使用される。

従来のホイールには、タイヤ、および作動のために電力の供給を必要とする電気装置が設けられている。

通常、この電気装置は、加圧下でタイヤ内に閉じ込められている気体と、タイヤの外部の大気との間の圧力差のセンサである。このセンサは、タイヤへの気体の注入量の不足や、タイヤのパンクを運転者に知らせるために用いられる。

一般に、この電気装置は、保護のために、タイヤの内部に収容されている。したがって、この電気装置を、電力を供給するために、自動車のバッテリに電気的に接続することは困難である。また、この装置に、電池から電力を供給することも困難である。電池から電力を供給する場合には、その電池はタイヤの内部に配置されることになるから、電池の交換が困難になる。

米国特許第６３９２３１３号公報 国際公開第ＷＯ０３／０５６６９１号公報 国際公開第ＷＯ０６／０９５０３９号公報 国際公開第ＷＯ０７／０８２８９４号公報 フランス国特許公開第２８９７４８６号公報

したがって、この電気装置に電力を供給するための別の手段が求められている。例えば、タイヤの内部で電気エネルギーを発生させて、その電力を電気装置に供給するために、例えば衝撃または振動によって引き起こされる、ホイールの加速度を利用することが提案されている。この解決方法は、電気装置に電力を供給するという問題の解決には、大いに寄与している。しかし、自動車が、長期間にわたって使用されていない場合には、バッテリは、ホイールの加速度から電気エネルギーへの変換を起こさせるためのトリガーとして用いられて、完全に放電してしまう。したがって、電気装置に電力を供給することは、もはや不可能になる。

本発明は、この問題を解決することを目的としており、この目的を達成するために、本発明は、電気装置が、加圧下でタイヤ内に閉じ込められている気体と、タイヤの外部に存在している大気との間の圧力差を、電気装置への電力供給のために用いられる電気エネルギーに変換するための変換システムを備えているホイールを提供するものである。

このホイールにおいて、電気エネルギーの生成に用いられるものは、タイヤ内に閉じ込められている気体と、大気との間の圧力差である。したがって、ホイールが停止しているときでさえ、したがって、自動車が長期間使用されていなかった後でさえ、電気エネルギーを生成することができる。

このホイールの実施形態では、次の特性のうちの１つまたは複数を備えている場合がある。
− 変換システムは、次のものを備えている。
・ 加圧下でタイヤ内に閉じ込められている気体に流体的に連絡している入口ノズル。
タイヤの外部に存在している大気に流体的に連絡している出口ノズル。
・ 入口ノズルから出口ノズルまで流れる際に膨張する気体の作用によって変位することができる少なくとも１つのアーム。
・ アームの変位によって生じる機械エネルギーを、センサへの電力供給のために用いられる電気エネルギーに変換することができる電気機械トランスデューサ。
− ホイールは、入口ノズルから出口ノズルまで流れる気体の流量を、１０^-5ｍ³／ｓｅｃ未満または１０^-6ｍ³／ｓｅｃ未満に制限することができるボトルネック状部を有している。
− 出口ノズルは、外部に漏れ出る気体の流量を、１０^-8ｍ³／ｓｅｃ未満に制限することができる孔を介して、タイヤの外部の大気に流体的に連絡されている。
− 電気装置は、加圧下でタイヤ内に閉じ込められている気体と、タイヤの外部に存在している大気との間の圧力差のセンサである。
− 電気機械トランスデューサは、アームの変位によって生じる機械エネルギーを、圧力差を表わす物理量として、さらに用いることができる電気エネルギーに変換することができる。
− センサは、圧力差を表わす測定値を、無線リンクを介して、遠隔の受信器に送信することができる無線送信器を備えており、この無線送信器には、変換システムによって生成される電気エネルギーだけによって、電力が供給される。
− 変換システムは、少なくとも２つの変位可能なアームを備えており、これらのアームの間を、これらのアーム同士の相対的な変位を伴いながら、上述の気体は、入口ノズルから出口ノズルまで通過して流れる。これらのアームは、それらの変位中に、体積を増しながら、入口ノズルから遠ざかって、出口ノズルに到達する、上述の気体のための少なくとも１つのポケットを画定するようになっており、互いに相対的に変位することができる。
− これらのアームは、互いの間に入り込み合った渦巻状に形成されている。
− 電気装置は、加圧下でタイヤ内に閉じ込められている気体と、タイヤの外部に存在している大気との間の圧力差のセンサであり、変換システムは、２つの変位可能なアームであって、それらのアームの間を、流体が、入口ノズルから出口ノズルまで通過して流れることによって、互いに相対的に変位し、その変位中、体積を増しながら、入口ノズルから遠ざかって、出口ノズルに到達する、気体のための少なくとも１つのポケットを画定するように渦巻状に作られており、互いに対して相対的に変位することができる２つの変位可能なアームを備えているマイクロシステムとは異なっている。

ホイールの、これらの特性を備えている実施形態は、さらに、次の長所を有している。
− 気体の流量を１０^-5ｍ³／ｓｅｃ未満に制限するボトルネック状部を用いることによって、あまりにも急速に、ホイールから空気が漏れ出ることが防止される。
− 気体の流量を１０^-8ｍ³／ｓｅｃ未満に制限することによって、圧力の低下を無視できるほどにしながら、６か月間以上に亘って、電気エネルギーを連続的に生成することができる。
− 生成された電気エネルギー量を、タイヤ中に閉じ込められている気体と大気との間の圧力差を表わす物理量として、さらに用いることにより、この圧力差のセンサを容易に作ることができる。
− 圧力差から生成される電気エネルギーで、無線送信器に電力を供給することによって、自立的な圧力差センサが得られる。
− 変位中に、入口ノズルから遠ざかって出口ノズルに到達する、気体流のための少なくとも１つのポケットを画定するようになっており、互いに相対的に変位可能である複数のアームを用いることによって、非常に低い気体流量においてさえ、極めて高いエネルギー効率で、圧力差を機械的運動に変換することができる。また、入口ノズルに逆止弁を設ける必要はない。

電気装置を組み込んだホイールの一部を切欠した斜視図である。 図１の電気装置の詳細なブロック図である。 図１の電気装置の、圧力差のセンサである場合の略図である。 図１のホイールのバルブの断面図である。 流体内の圧力差を機械的運動に変換するためのマイクロシステムの原理を示す図である。 図５のマイクロシステムのアームの変位を、時間の関数として示すグラフである。 図５のマイクロシステムの動作を説明する図である。 図５のマイクロシステムの具体的な一実施形態の平面図である。 図５のマイクロシステムの製造方法のフローチャートである。 図５のマイクロシステムの製造方法の１ステップを示す断面図である。 図５のマイクロシステムの製造方法の、図１０のステップに続くステップを示す断面図である。 図５のマイクロシステムの製造方法の、図１１のステップに続くステップを示す断面図である。

添付図面を参照して、単に非限定的な例として示す以下の説明を読むことによって、本発明を、より明瞭に理解することができると思う。

図面において、同一の要素には、同一の符号を付してある。

以下の記述において、当業者に公知の特性および機能については、詳細には説明しない。

図１は、次のものを備えるホイール１１０を示している。
− 内部に圧縮気体が閉じ込められているタイヤ１１２。
− 作動のために電気エネルギーの供給を必要とする電気装置１００。

以下の説明において、圧縮気体は、タイヤに注入するために用いられる圧縮空気であるとする。しかしながら、タイヤ１１２への注入のために、窒素などの他の気体を用いることもできる。

ホイール２は、例えば乗用車などの自動車用のホイールである。

タイヤ１１２は、リム１１４に取り付けられている。電気装置１００は、この装置のための保護ケーシングとして働くタイヤ１１２の内部に配置されている。

図２は、電気装置１００の全体構造の、より詳細なブロック図である。電気装置１００は、加圧してタイヤ１１２内に閉じ込められている空気と、このタイヤの外部に存在している大気との間の圧力差を電気エネルギーに変換するための変換システム２００を有している。タイヤの外部の大気の気圧は、大気圧である。この電気エネルギーは、電気装置１００の電気部品セット２０２に電力を供給するために用いられる。

電気部品セット２０２は、変換システム２００の動作に必要な電気部品、および電気装置１００が行わなければならない各機能を実行するために必要な他の電気部品を備えている。電気部品セット２０２は、例えば無線通信用の送受信器、および電子制御ユニットを備えている。

変換システム２００は、次のものを備えている。
− タイヤ内に閉じ込められている空気と大気との間の圧力差を、機械エネルギーに変換することができるトランスデューサ２０４と、
− この機械エネルギーを、電気部品セット２０２への電力供給に用いられる電気エネルギーに変換することができるトランスデューサ２０６。

トランスデューサ２０４は、タイヤ１１２の内部に閉じ込められている空気に流体的に連通している入口ノズル２０８、および大気に流体的に連通している出口ノズル２１０を有している。

入口ノズル２０８と出口ノズル２１０とのうちの少なくとも一方には、トランスデューサ２０４を通過する空気の流量を制限することができるボトルネック状部２１２が形成されている。

このボトルネック状部２１２は、空気の流量が非常に少なくなるような形状、すなわち１００ｍｌ／ｓｅｃ、１０ｍｌ／ｓｅｃまたは１ｍｌ／ｓｅｃ未満になるような形状に作られている。この例においては、ボトルネック状部２１２は、例えば１００μｌ／ｓｅｃ未満、好ましくは１０μｌ／ｓｅｃ以下の空気の流量しか生じないような形状に作られている。

このような１００μｌ／ｓｅｃの流量では、トランスデューサ２０４を介する、タイヤ１１２からの漏洩によって、３．９４×１０^-2ｍ³の空気の容積を有するタイヤにおいては、６か月間に８ｍＢａｒの圧力降下を生じるだけであり、無視できる量である。したがって、電気装置１００は、車両の所有者が、タイヤ１１２に空気を再注入する必要なく、６か月間を超過して作動し続けることができる。

トランスデューサ２０４は、入口ノズル２０８と出口ノズル２１０との間に、入口ノズル２０８から出口ノズル２１０に流れていくときに膨張する空気の作用によって変位することができる少なくとも１つのアームを有している。

図２に示す特定の例においては、膨張する空気の作用によって変位する部品は、中心部２１８と、そのまわりのいくつかのブレード２２０によって形成されているタービン２１６である。各ブレード２２０は、変位可能なアームに相当する。このタービンは、入口ノズル２０８から出口ノズル２１０へと流れる空気によって回転駆動される。

電気装置１００によって必要とされる空間を制限するために、変換システム２００は、マイクロシステムで構成されている。

マイクロシステムは、例えばＭＥＭＳ（微小電気機械システム）である。このようなマイクロシステムは、それらの製造方法からも、巨視的機械システムto
は異なっている。このようなマイクロシステムは、マイクロ電子チップの製造におけると同様に、バッチ製造方法によって製造される。マイクロシステムは、例えば単結晶シリコンから成るウエハまたはガラスに対する、フォトリソグラフィおよびエッチング（例えばＤＲＩＥ、すなわち深堀り反応性イオンエッチング)による加工、および／またはエピタキシャル成長および金属材料の被着による多層化によって製造される。

このような製造方法のために、マイクロシステムは小さく、一般に、寸法の少なくとも１つがマイクロメートルの範囲にある加工部分または加工部分の一部を有する。マイクロメートルの範囲のこの寸法は、一般に２００μｍより小さく、例えば１〜２００μｍである。

マイクロシステムの形態のトランスデューサ２０４および２０６のいくつかの例が公知である。

この点に関して、例えば圧縮気体を膨張させることができるマイクロタービン、およびこのマイクロタービンの回転運動から電気エネルギーへの変換のために、マイクロタービンと組み合わされるトランスデューサの一例として、特許文献１を参照することができる。例えばマイクロシステムである変換システム２００は、加圧気体が、可燃混合気体の燃焼によるものではなく、加圧下でタイヤ１１２の内部に閉じ込められている空気であるという点を除いて、特許文献１に記載されているマイクロシステムと同じである。したがって、特許文献１に記載されている、気体の圧縮のために用いられるマイクロモータの一連の素子を省略することができる。例えば特許文献１の図１に関して述べると、マイクロコンプレッサ（ディスク１８、ブレード２０など）、燃料噴射器２４、燃焼マイクロチェンバ３０などを省略することができる。

本発明の例におけるタービン２１６は、特許文献１において図１を参照して説明されているタービン（バルブ３４、ディスク３６、ブレード３８、シャフト４０など）と同じである。

トランスデューサ２０６の一実施例が、例えば特許文献１の図６に記載されている。

トランスデューサ２０４および２０６の他の多くの例が可能である。特に、単一の振動アームを備える例が、例えば特許文献２および特許文献３に記載されている。

トランスデューサ２０４および２０６の特定の一実施形態を、図５〜図８を参照して、後に説明する。

図３は、加圧下でタイヤ１１２内に閉じ込められている空気と、このタイヤの外部の大気との間の圧力差のセンサである特定の場合として、電気装置１００を示している。

圧力差のセンサとして動作するために、電気装置１００は、トランスデューサ２０４のアームの変位によって生み出される機械エネルギーが、入口ノズル２０８と出口ノズル２１０との間の圧力差の関数である（例えば比例する）という事実を利用している。さらに、トランスデューサ２０６によって生み出される電気エネルギーが、トランスデューサ２０６によって受け取られる機械エネルギーの関数であるから、この電気エネルギーも、入口ノズル２０８と出口ノズル２１０との間の圧力差の関数である。変換システム２００のこの特性を用いることによって、圧力差のセンサを作ることができる。

図３において、電気部品セット２０２は、次のものを有している。
− 電気装置１００によって生成された電気エネルギーを蓄えるための、キャパシタなどの蓄電装置２６と、
− 変換システム２００を制御するための制御ユニット２８と、
− 蓄電装置２６の充電および放電を管理するための管理回路１０２と、
− 入口ノズル２０８と出口ノズル２１０との間の圧力差を表わす情報を、遠隔の無線受信器に通信することができる無線送信器１０４。

電気装置１００は、例えば蓄電装置２６の充電量があらかじめ定められた閾値Ｆ₁を超過するとすぐに、無線送信器１０４を通じて、特性信号を送出する。したがって、測定される圧力差は、２つの送信間の経過時間の関数である（例えば比例する）。したがって、受け取ったデータから、入口ノズル２０８と出口ノズル２１０との間の圧力差を推定することが可能である。

閾値Ｆ₁は、電気部品セット２０２への電力供給、特に特性パルスの送信のために、無線送信器１０４への電力供給を可能にするように定められている。したがって、この実施形態においては、電気装置１００は、その動作のために、何らの外部電源も必要としない。実際、電気装置１００は、そのエネルギー源として、入口ノズル２０８と出口ノズル２１０との間の圧力差しか用いない。したがって、電気装置１００は、圧力差から取り出されるエネルギー以外のエネルギーの源を必要とせず、エネルギー的に自立していると言うことができる。

図４は、タイヤ１１２内への電気装置１００の実装の一例を示している。より具体的には、タイヤ１１２は、ホイール１１０に空気を注入することができるバルブステム１１６を有している。従来通りに、このバルブステム１１６は、何らの自由度なしにタイヤ１１２に固定されているスリーブ１１８、および可動のチェックバルブ１２０から成っている。このチェックバルブ１２０は、タイヤ１１２を気密にシールしている静止位置と、タイヤ１１２内に圧縮空気を取り込むことができる動作位置との間で変位可能である。

この例においては、出口ノズル２１０の通路が、このチェックバルブ１２０内を通り、それによって、出口ノズル２１０が外部の大気に連絡するように、孔１２４が、チェックバルブ１２０の側面を貫いて形成されている。

この実施形態においては、電気装置１００は、何らの自由度なしにチェックバルブ１２０に固定されている。

したがって、チェックバルブ１２０が静止位置にあるときに、圧縮空気は、電気装置１００および孔１２４を介して漏洩する。この空気の漏洩の流量は非常に小さい、すなわち１ｍｌ／ｓｅｃ未満である。この例においては、孔１２４は、例えば空気の漏洩をわずかに１００μｌ／ｓｅｃ未満、好ましくは１０μｌ／ｓｅｃ以下にすることができるサイズである。

図５は、流体内の圧力差を機械的運動に変換するためのマイクロシステム２の特定の一例を示している。このマイクロシステム２は、図１〜図４を参照して説明した実施形態における変換システム２００として用いることができる。

マイクロシステム２は、入口ノズル６を介して、圧縮流体に流体的に連絡されており、かつ出口ノズル８を介して、膨張流体に流体的に連絡されている、閉じたチャンバ４を有している。チャンバ４は、このチャンバ内の膨張流体が、出口ノズル８を通る以外に漏れ出ることができないように、気密にシールされている。

チャンバ４の内部で、入口ノズル６は、渦巻体を用いた膨張機１０に流体的に連絡されている。この渦巻体を用いた膨張機は、「スクロール」膨張機としても知られている。

膨張機１０は、互いに対して相対的に変位可能な２つのアーム１２および１４によって形成されている。アーム１２および１４は、それらが入口ノズル６からの流体の作用下で変位するときに、体積を増しながら、入口ノズル６から遠ざかって、出口ノズル８に近づいていく流体のための少なくとも１つのポケットを画定するように、変位可能となっている。例えばアーム１２および１４は、渦巻状に形作られており、互いに入り込み合っている。各渦巻は、入口ノズル６から出口ノズル８に向かって同時に移動していく、流体のためのいくつかのポケットを画定するために、少なくとも１つ、またはそれ以上のターンを有している。アーム１２および１４は、それぞれの接続部１６および１８を介して、固定平面２０に機械的に接続されている（図８）。図５を単純化するために、図５においては、固定平面２０への固着点２１だけが示されている。固定平面２０は、直交する２つの方向ＸおよびＹに平行に配置されている。接続部１６および１８は、弾性的であることが好ましい。

接続部１６および１８は、それぞれ方向ＹおよびＸを向くアーム１２および１４の並進運動のみを可能にしている。

各アーム１２、１４は、さらに、それぞれの電気機械トランスデューサ２２、２４に機械的に接続されている。各電気機械トランスデューサは、アームの機械的運動を電気エネルギーに変換することができる。

例えば電気機械トランスデューサ２２、２４は、その出力を、蓄電装置２６（図３）などの電気エネルギー蓄積装置に接続されている。

電気機械トランスデューサ２２および２４は、電気エネルギーに変換される機械エネルギーの量を調整するように制御可能な電気機械トランスデューサである。したがって、電気機械トランスデューサ２２および２４は、さらに、制御可能な制動装置の機能を満たしている。

電気機械トランスデューサ２２および２４は、制御ユニット２８（図３）によって制御される。制御ユニット２８は、電気機械トランスデューサ２４および２２によって生成されたそれぞれの電力を表わす物理値のセンサ３０および３２に接続されている。センサ３０および３２は、生成される電力の位相を測定するために用いることもできる。

機械的移相器３６が、アーム１２と１４との間に機械的に接続されている。この機械的移相器３６は、アーム１２と１４との振動（往復）運動間のπ／２ラジアンの位相ずれの発生を機械的に補助する機能を有している。さらに、この機械的移相器３６は、アーム１２および１４に機械的に接続されたばね３８によって形成されている。このばね３８は、例えば板ばねである。このばね３８は、２つのアーム１２および１４、およびばね３８によって形成されている系を、共振周波数で共振する系にする。アーム１２と１４との振動運動間の位相ずれが、π／２ラジアンのずれになったときに、共振周波数に到達する。共振周波数においては、マイクロシステムのエネルギー効率は最大になる。

制御ユニット２８は、共振周波数で動作するように、電気機械トランスデューサ２２および２４を制御することができる。例えばセンサ３０および３２によって測定された情報に基づいて、制御ユニット２８は、アーム１２と１４との振動運動間の位相ずれを計算し、この位相ずれが値π／２になるように自動制御する。

この動作中に、マイクロシステム２によって消費されるエネルギーを制限するために、制御ユニット２８は、電気機械トランスデューサ２２および２４によって生成される電気エネルギーを供給される。このために、制御ユニット２８は、例えば電気エネルギー蓄積装置に電気的に接続されている。

図６は、アーム１２および１４の、それぞれ方向ＹおよびＸに沿った変位の時間経過を示している。より具体的には、曲線４４および４６は、それぞれアーム１２および１４の変位を示している。これらの変位は正弦波状であり、かつ互いにπ／２ラジアンだけ位相ずれしている。

定常モードにおいては、各アームは、２つの極限位置（図２において、アーム１４に対してはＸ_maxおよびＸ_min、アーム１２に対してはＹ_maxおよびＹ_minと記されている）間の振動運動すなわち往復運動を行う。

アーム１２および１４の変位によって、体積を増しながら、入口ノズル６から出口ノズル８に向かって渦巻を描くように移動していく、流体のためのいくつかのポケットが画定される。より具体的には、流体のための各ポケットは、入口ノズル６のまわりに回転しながら、入口ノズル６から遠ざかるように移動する。

図７は、入口ノズル６から出口ノズル８に向かう、流体のためのポケット５０の移動を示す、より詳細な図である。

初期状態（状態Ｉ）において、ポケット５０は、入口ノズル６と流体的に連絡している。したがって、このポケット５０は、圧縮流体で満たされている。次の状態（状態ＩＩ）において、アーム１２および１４は、このポケット５０を入口ノズル６から流体的に分離するように、互いに対して相対的に変位する。

その後、一連の状態（状態ＩＩＩ〜ＶＩ）で示されているように、ポケット５０は、入口ノズル６のまわりに渦巻運動をしながら、入口ノズル６から出口ノズル８まで移動する。より具体的には、アーム１２および１４の各々が、完全な１往復運動を行うと、ポケット５０は、状態Ｉに示されているポケット５０の位置から、状態Ｉに示されている位置５２に移動する。したがって、入口ノズル６のまわりの完全な１回転が行われる。

渦巻形状のアーム１２および１４は、入口ノズル６のまわりに数回巻き付けられているから、アーム１２および１４の次の振動サイクルにおいて、ポケット５０は、入口ノズル６のまわりのさらなる１回転を行うが、まだ、入口ノズル６から少し遠ざかるだけである。より具体的には、この完全な１回転の後に、ポケット５０は、位置５４（状態Ｉ）を占める。最終的に、ポケット５０の最後の回転の後に、ポケット５０は、位置５６（状態Ｉ）を占める。この位置５６において、ポケット５０は、出口ノズル８に流体的に連絡し、したがって、膨張した流体は、ポケット５０から漏れ出ることができる。

アーム１２および１４は、入口ノズル６から出口ノズル８まで、ともに体積を増しながら移動する少なくとも２つのポケットを同時に画定するような形状に作られている。図７に示す特定の例においては、アーム１２および１４は、入口ノズル６から出口ノズル８まで同時に移動する、流体のための６つのポケットを画定するような形状に作られている。

したがって、流体が膨張機１０内で膨張するときに、この膨張のエネルギーが、アーム１２および１４の機械的運動に変換されることは容易に理解しうることである。図５に示す特定の例においては、この機械的運動は、電気機械トランスデューサ２２および２４によって、電気エネルギーに変換される。

図８は、マイクロシステム２の一実装例を示している。

例えば接続部１６および電気機械トランスデューサ２２は、配置されている位置を除いて、接続部１８および電気機械トランスデューサ２４と同一である。したがって、以後において、接続部１６および電気機械トランスデューサ２２だけを、より詳細に説明する。

接続部１６は、何らの自由度なしにアーム１２に固定された平行四辺形板６０を有している。したがって、この平行四辺形板６０は、固定平面２０に平行に、方向Ｙに沿って並進変位する。平行四辺形板６０は、ビーム６２を介して、固定平面２０に機械的に接続されている。各ビーム６２の一端は、何らの自由度なしに平行四辺形板６０に固定されており、同じく他端は、何らの自由度なしに固定平面２０に固定されている固着点２１に固定されている。ビーム６２は、固定平面２０に、直接的には固定されていない。各ビーム６２は、方向Ｘに平行に延在していることが好ましい。さらに、各ビーム６２は、流体がアーム１２と１４との間に画定されたポケット中で膨張するときに撓むことができるほどに十分に薄い。このような構成によって、アーム１２は、もっぱら方向Ｙに沿って変位することができる。

電気機械トランスデューサ２２は、アーム１２の変位によって生成される機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために、例えば可変容量キャパシタを用いる。可変容量キャパシタを介する、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換は公知である。このような変換は、例えば特許文献４および特許文献５において説明されている。したがって、この変換メカニズムについては、詳細に説明しない。本明細書においては、可変容量キャパシタは、交差櫛状に作られている。より具体的には、可変容量キャパシタの一方の電極板６６は、何らの自由度なしに、平行四辺形板６０に固定されている。この可変容量キャパシタの他方の電極板６８は、何らの自由度なしに、固定平面２０に固定されている。したがって、平行四辺形板６０が変位すると、それによって、可変容量キャパシタの容量が変化する。この容量の変化が、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換に用いられる。可変容量キャパシタの電極板の少なくとも一方は、エレクトレットを有していることが好ましい。実際、エレクトレットを有している場合には、電気機械トランスデューサ２２は、外部電気エネルギー源からの、予備的な電気エネルギーの付加入力を要することなく、電気エネルギーの生成を開始することができる。

次に、マイクロシステム２の製造方法の一例を、図９に示す方法、および図１０〜図１２に示す実例を参照して説明する。

最初に、ステップ８０において、中間に犠牲層８２を有するプレートをエッチングする。通常、このプレートはＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）プレートである。したがって、このプレートは、犠牲層８２を挟んで、一方にはシリコン層８４、他方には絶縁体層８６を有している。ステップ８０において、渦巻状のアーム、接続部、および可変容量キャパシタが、エッチングによって、シリコン層８４内に同時に形成される。図１０において、このようにエッチングによって形成されたマイクロシステムが、ブロック９０で示されている。ブロック９０は、犠牲層８２上にある。

次に、ステップ９２において、犠牲層８２のうちの、ブロック９０の下に位置している部分が除去される。この犠牲層を除去するために、例えば化学エッチングが用いられる。この時点から、渦巻状のアーム１２および１４、接続部の平行四辺形板、および可変容量キャパシタの電極板６６は、絶縁体層８６の上面によって構成されている固定平面２０に相対的に並進変位することができる（図１１を参照）。

次に、ステップ９４において、カバー層９６が形成される。このカバー層９６は、ブロック９０を除くシリコン層８４の上面に接するように作られる。カバー層９６は、例えばガラスから成っている。このカバー層９６に、入口ノズル６および出口ノズル８が形成される。図１２においては、入口ノズル６だけが示されている。

さらに、電気機械トランスデューサ２２および２４と、制御ユニット２８および蓄電装置２６とを電気的に接続するために、シリコン層８４への通路を形成する孔が、カバー層９６内に設けられる。図１２においては、シリコン層８４への１つの通路孔９８だけが示されている。

図１０〜図１２において、犠牲層８２の厚さ、およびカバー層９６とブロック９０との間のスペースは、誇張されていることに注意されたい。実際には、犠牲層８２の厚さ、およびカバー層９６とブロック９０との間のスペースは、膨張機１０内で膨張した流体を、アーム１２と１４との間に閉じ込め続けることができるほどに十分に薄い。

他の多くの実施形態が可能である。例えば電気装置１００は、必ずしも自立的である必要はない。例えばホイールの外部の機器によって、非接触で再充電可能な電池などの他のエネルギー源によって生成される電気エネルギーを用いることもできる。別の一実施形態においては、変換システム２００は、ホイールが受ける加速度を、電気エネルギーに変換することができるシステムなどの、電気エネルギーを生成するための別のシステムと組み合わされている。

変換システム２００は、必ずしもマイクロシステムである必要はない。一変形例として、変換システム２００は、巨視的なシステムである場合がある。

電気装置１００は、必ずしも圧力差のセンサである必要はない。電気装置１００は、例えば道路に対するタイヤ１１２の密着性のセンサ、または温度センサである場合がある。さらには、電気装置１００は、必ずしもセンサである必要はない。例えば電気部品セット２０２は、指示灯、またはこの指示灯に、タイヤの内部に閉じ込められている空気と大気との間の圧力差から電力を供給することができる他のものを備えている場合がある。

アーム１２および１４の位置に関わらず、０でない伸長力を備えていて、すなわち静止位置にない、少なくとも１つの弾性的な接点が、アーム１２と１４との間に常に存在するように、アーム１２および１４に、あらかじめ機械的に圧縮応力を加えることができる。

アーム１２および１４に対して、種々の渦巻形状が可能である。この渦巻形状は、例えば一般的な渦巻の形状、またはアルキメデス渦巻の形状である場合がある。各アームは、１つ以上の渦巻形状を有している場合がある。

アーム１２と１４とは、必ずしも、直交し合う２つの軸のそれぞれに沿って並進運動するように取り付けられている必要はない。実際には、アーム１２と１４とが変位する軸が互いに平行でないというだけで十分である。これらの２つの軸の間の角度が、π／２ラジアンでない場合には、アーム１２と１４との振動運動間の位相ずれを、その角度に適合させればよい。

さらに、アーム１２と１４とは、必ずしも共振周波数で動作する必要はない。

単純化された一実施形態において、機械的移相器３６を省略することができる。この場合には、２つのアームの変位間のあらかじめ定められた位相ずれを、電気アクチュエータ、例えば電気機械トランスデューサによって確保することができる。

さらに、ばねを用いずに、機械的な位相ずれを発生させることができる。例えばロッドとクランクを用いるメカニズムによって、機械的な位相ずれを発生させることができる。

圧力差から機械的運動への変換にとって、そのようにして生成された機械エネルギーから電気エネルギーへの変換は任意選択的である。実際、マイクロシステム２が動作するためには、適切な位相ずれを維持するように、アーム１２と１４との変位を自動制御することができる、制御可能な制動装置が存在するだけで十分である。

マイクロシステム２の他の多くの製造方法が可能である。特に、エッチングプロセスを、被着プロセスに替えることが可能である。

２ マイクロシステム
４ チャンバ
６、２０８ 入口ノズル
８、２１０ 出口ノズル
１０ 膨張機
１２、１４ アーム
１６、１８ 接続部
２０ 固定平面
２１ 固着点
２２、２４ 電気機械トランスデューサ
２６ 蓄電装置
２８ 制御ユニット
３０、３２ センサ
３６ 機械的移相器
３８ ばね
４４、４６ 曲線
５０ ポケット
５２、５４、５６ 位置
６０ 平行四辺形板
６２ ビーム
６６、６８ 電極板
８２ 犠牲層
８４ シリコン層
８６ 絶縁体層
９０ ブロック
９６ カバー層
９８ 通路孔
１００ 電気装置
１０２ 管理回路
１０４ 無線送信器
１１０ ホイール
１１２ タイヤ
１１４ リム
１１６ バルブステム
１１８ スリーブ
１２０ チェックバルブ
１２４ 孔
２００ 変換システム
２０２ 電気部品セット
２０４、２０６ トランスデューサ
２１２ ボトルネック状部
２１６ タービン
２１８ 中心部
２２０ ブレード

Claims (10)

1. タイヤ（１１２）、および作動のために電力の供給を必要とする電気装置（１００）を装備しているホイールであって、前記電気装置（１００）は、加圧下で前記タイヤ内に閉じ込められている気体と、前記タイヤの外部に存在している大気との間の圧力差を、前記電気装置（１００）への電力供給のために用いられる電気エネルギーに変換するための変換システム（２００、２）を備えていることを特徴とするホイール。
2. 前記変換システム（２００、２）は、
   − 加圧下で前記タイヤ内に閉じ込められている前記気体に流体的に連絡している入口ノズル（２０８、６）と、前記タイヤの外部に存在している大気に流体的に連絡している出口ノズル（２１０、８）と、
   − 前記入口ノズルから前記出口ノズルまで流れる際に膨張する前記気体の作用によって変位することができる少なくとも１つのアーム（２２０、１２、１４）と、
   − 前記アームの変位によって生じる機械エネルギーを、前記センサへの電力供給のために用いられる電気エネルギーに変換することができる電気機械トランスデューサ（２０６、２２、２４）
   とを備えている、請求項１に記載のホイール。
3. 前記入口ノズルから前記出口ノズルまで流れる前記気体の流量を、１０^-5ｍ³／ｓｅｃ未満、または１０^-6ｍ³／ｓｅｃ未満に制限することができるボトルネック状部を有している、請求項２に記載のホイール。
4. 前記出口ノズル（２１０、８）は、前記気体の、外部に漏れ出る流量を１０^-8ｍ³／ｓｅｃ未満に制限することができる孔（１２４）を介して、前記タイヤの外部の大気に流体的に連絡している、請求項３に記載のホイール。
5. 前記電気装置（１００）は、加圧下で前記タイヤ内に閉じ込められている前記気体と、前記タイヤの外部に存在している大気との間の圧力差のセンサである、請求項１〜４のいずれか１つに記載のホイール。
6. 前記電気機械トランスデューサ（２０６、２２、２４）は、前記アームの変位によって生じる機械エネルギーを、前記圧力差を表わす物理量として、さらに用いることができる電気エネルギーに変換することができる、請求項５に記載のホイール。
7. 前記センサは、前記圧力差を表わす測定値を、無線リンクを介して、遠隔の受信器に送信することができる無線送信器（１０４）を備えており、この無線送信器は、前記変換システム（２）によって生成される電気エネルギーだけによって電力を供給される、請求項５または６に記載のホイール。
8. 前記変換システムは、少なくとも２つの変位可能なアームであって、該少なくとも２つのアームの間を、この少なくとも２つのアーム同士の相対的な変位を伴いながら、前記気体が、前記入口ノズルから前記出口ノズルまで通過して流れる、少なくとも２つのアームを備えており、この少なくとも２つのアームは、それらの変位中に、体積を増しながら、前記入口ノズルから遠ざかって、前記出口ノズルに到達する、前記気体のための少なくとも１つのポケットを画定するように作られており、互いに対して相対的に変位することができるようになっている、請求項１〜７のいずれか１つに記載のホイール。
9. 前記少なくとも２つのアーム（１２、１４）は、互いの間に入り込み合った渦巻状に形成されている、請求項８に記載のホイール。
10. 前記電気装置（１００）は、加圧下で前記タイヤ内に閉じ込められている前記気体と、前記タイヤの外部に存在している大気との間の圧力差のセンサであり、前記変換システムは、２つの変位可能なアーム（１２、１４）であって、それらのアームの間を、前記気体が、前記入口ノズルから前記出口ノズルまで通過して流れることによって、互いに相対的に変位し、その変位中、体積を増しながら、前記入口ノズルから遠ざかって、前記出口ノズルに到達する、前記気体のための少なくとも１つのポケットを画定するように渦巻状に作られており、互いに対して相対的に変位することができる２つの変位可能なアーム（１２、１４）を備えているマイクロシステムとは異なる、請求項１〜７のいずれか１つに記載のホイール。

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