JP2015077958A - Power generation device, tire assembling body and autonomous power generating system - Google Patents

Power generation device, tire assembling body and autonomous power generating system Download PDF

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英二 杉立
Eiji Sugitachi
英二 杉立
陽介 近藤
Yosuke Kondo
陽介 近藤
智之 原田
Tomoyuki Harada
智之 原田
悟 町田
Satoru Machida
悟 町田
友美 齊藤
Tomomi Saito
友美 齊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation device which is of a cheap and simple structure and is excellent in endurance.SOLUTION: The power generation device is a device which is fitted to the inside of a tire and generates power from mechanical energy of the tire, and comprises a first electrode structure body including a first electrode, a second electrode structure body including a second electrode and a fixing part which fixes the first electrode structure and the second electrode structure so that the mutual facing distance becomes variable. At least one side of each electrode structure includes a charged body for generating static electricity at the facing surface side, the first electrode structure is fixed to the tire and the second electrode structure is made as movable against the first electrode structure. And, static electricity is generated by contacting of the charged body to the facing electrode structure, corresponding to the deformation of the tire, and voltage is generated between the first electrode and the second electrode by widening of the facing distance between the electrode structures, corresponding to the deformation of the tire.

Description

本発明は、回転するタイヤのエネルギーから電力を発生する電力発生装置、それを備えたタイヤ組立体および自律発電システムに関する。   The present invention relates to a power generation device that generates power from the energy of a rotating tire, a tire assembly including the power generation device, and an autonomous power generation system.

特許文献1のように、回転するタイヤの機械エネルギーから電力を発生するタイヤ組立体が知られている。このタイヤ組立体は、電荷の発生に寄与する圧電装置を有し、その圧電装置がタイヤ組立体内の電子部品に電力を供給する。   As disclosed in Patent Document 1, a tire assembly that generates electric power from mechanical energy of a rotating tire is known. The tire assembly includes a piezoelectric device that contributes to generation of electric charges, and the piezoelectric device supplies electric power to electronic components in the tire assembly.

特開2006−151372号公報JP 2006-151372 A

圧電装置には、一般的にPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)を用いた圧電体が用いられるが、PZTが環境に有害とされる鉛を含むという問題がある。この問題に対しては、鉛フリーであるニオブ酸ナトリウムカリウム等の代替物質を圧電体として用いることで対応できるが、PZTのように一般的に用いられる圧電体に較べて得られる電力が小さい。そして、電力を大きくするために圧電装置を大きくすると、コスト高になるという問題がある。すなわち、高電力化のための面積の拡張が困難であるという問題がある。   Piezoelectric devices generally use a piezoelectric body using PZT (lead zirconate titanate), but there is a problem that PZT contains lead which is harmful to the environment. This problem can be dealt with by using an alternative substance such as lead-free sodium potassium niobate as the piezoelectric body, but the electric power obtained is smaller than that of a generally used piezoelectric body such as PZT. If the piezoelectric device is enlarged in order to increase the electric power, there is a problem that the cost increases. That is, there is a problem that it is difficult to expand the area for increasing power.

また、圧電装置では、固体である圧電体の伸縮によって電力を生じさせる。回転するタイヤのように、大きな加速度の変化を受ける環境下においては、圧電体が破損して電力の供給ができなくなる虞がある。   In the piezoelectric device, electric power is generated by expansion and contraction of a piezoelectric body that is a solid. In an environment that undergoes a large change in acceleration, such as a rotating tire, there is a possibility that the piezoelectric body may be damaged and power supply cannot be performed.

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、安価で耐久性に優れた電力発生装置を提供することを目的とする。また、このような電力発生装置を備えたタイヤ組立体および自律発電システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power generator that is inexpensive and excellent in durability. It is another object of the present invention to provide a tire assembly and an autonomous power generation system provided with such a power generation device.

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。   The invention disclosed herein employs the following technical means to achieve the above object. Note that the reference numerals in parentheses described in the claims and in this section indicate a corresponding relationship with specific means described in the embodiments described later as one aspect, and limit the technical scope of the invention. Not what you want.

上記目的を達成するために、本発明は、タイヤ(100)の内側に組み付けられ、タイヤの機械エネルギーから電力を発生する電力発生装置であって、対向する一対の電極構造体(15,16)としての、第1電極(11)を有する第1電極構造体(15)および第2電極(12)を有する第2電極構造体(16)と、第1電極構造体と第2電極構造体とを、互いの対向距離が可変となるように、固定する固定部(17)と、を備え、第1電極構造体および第2電極構造体の少なくとも一方は、対向面側に静電気を生じるための帯電体(13,14)を有し、第1電極構造体は、タイヤに固定されるとともに、第2電極構造体は、第1電極構造体に対して可動するようにされ、タイヤの変形に応じて、帯電体が、対向する電極構造体と接触することにより静電気を生じるとともに、タイヤの変形に応じて、第1電極構造体と第2電極構造体との間の対向距離が広がることにより、第1電極および第2電極の間に電圧を生じることを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention is an electric power generation apparatus that is assembled inside a tire (100) and generates electric power from the mechanical energy of the tire, and is a pair of opposed electrode structures (15, 16). As the first electrode structure (15) having the first electrode (11) and the second electrode structure (16) having the second electrode (12), the first electrode structure and the second electrode structure, And a fixing portion (17) for fixing the first electrode structure and the second electrode structure to generate static electricity on the opposite surface side. The first electrode structure is fixed to the tire, and the second electrode structure is movable with respect to the first electrode structure, so that the tire is deformed. Accordingly, the charged body comes into contact with the opposing electrode structure. As a result, static electricity is generated, and the opposing distance between the first electrode structure and the second electrode structure is increased according to the deformation of the tire, thereby generating a voltage between the first electrode and the second electrode. It is characterized by.

これによれば、第1電極構造体と第2電極構造体との間で静電気を生じさせ、両者の間に電位差を生じさせることができる。すなわち、第1電極構造体と第2電極構造体との間に静電エネルギーを蓄積することができる。そして、この帯電によって生じた静電エネルギーをバッテリに蓄積したり、電子装置の駆動に用いたりすることができる。すなわち、コスト高の原因である圧電体を用いることなく発電することができる。また、剛性の高い圧電体を用いる従来の構成に較べて、耐久性を向上させることができる。   According to this, static electricity can be generated between the first electrode structure and the second electrode structure, and a potential difference can be generated between them. That is, electrostatic energy can be accumulated between the first electrode structure and the second electrode structure. The electrostatic energy generated by this charging can be stored in the battery or used for driving the electronic device. That is, it is possible to generate electric power without using a piezoelectric body that causes high costs. Moreover, durability can be improved compared with the conventional structure using a highly rigid piezoelectric material.

第1実施形態に係るタイヤ組立体の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the tire assembly which concerns on 1st Embodiment. 図1におけるII領域を拡大した詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail which expanded the II area | region in FIG. 図2におけるIII領域を拡大した断面図において空隙を生じた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which produced the space | gap in sectional drawing to which the III area | region in FIG. 2 was expanded. 図2におけるIII領域を拡大した断面図において空隙が消失した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the space | gap disappeared in sectional drawing to which the III area | region in FIG. 2 was expanded. 電力発生装置および自律発電システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of an electric power generator and an autonomous electric power generation system. 第2実施形態に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electric power generator which concerns on 2nd Embodiment. 変形例1に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a power generation device according to a first modification. 変形例1に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a power generation device according to a first modification. 変形例2に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a power generation device according to Modification 2. 第3実施形態に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electric power generator which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electric power generator which concerns on 3rd Embodiment. 第4実施形態に係るタイヤ組立体の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the tire assembly which concerns on 4th Embodiment. その他実施形態に係る電力発生装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the electric power generator which concerns on other embodiment. 第5実施形態に係る電力発生装置および自律発電システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the electric power generator and autonomous power generation system which concern on 5th Embodiment. タイヤ回転数の算出方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the calculation method of tire rotation speed. 第6実施形態に係る自律発電システムの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the autonomous electric power generation system which concerns on 6th Embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。なお、図3,4,5〜11は、いずれも図2におけるIII領域に相当する部分の拡大断面図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same reference numerals are given to the same or equivalent parts. 3, 4, and 5 to 11 are all enlarged cross-sectional views corresponding to the region III in FIG. 2.

(第1実施形態)
最初に、図1〜図5を参照して、本実施形態に係る電力発生装置の概略構成について説明する。
(First embodiment)
Initially, with reference to FIGS. 1-5, the schematic structure of the electric power generator which concerns on this embodiment is demonstrated.

本実施形態における電力発生装置は、例えば車両に搭載され、車両内のバッテリに充電したり、電子装置に電力を供給したりするものである。図1および図2に示すように、例えばこの電力発生装置10は、タイヤ100の内側に組み付けられる。車両が走行するとタイヤ100は回転運動を行い、それに伴って路面から外力を受けることによって変形する。電力発生装置10は、タイヤ100の変形による機械エネルギーを電力に変換する。   The power generation device according to the present embodiment is mounted on, for example, a vehicle and charges a battery in the vehicle or supplies power to an electronic device. As shown in FIGS. 1 and 2, for example, the power generation device 10 is assembled inside a tire 100. When the vehicle travels, the tire 100 performs a rotational movement, and is deformed by receiving an external force from the road surface. The power generation device 10 converts mechanical energy generated by deformation of the tire 100 into electric power.

なお、図1は、タイヤ100における回転軸に沿う断面を図示したものである。また、図2は、図1におけるII領域を拡大したものであり、紙面上方を車両の進行方向としたとき、タイヤ100の前方左側の部分のみを図示している。また、上記した電子装置とは、例えば、タイヤの空気圧を検出する圧力センサおよび圧力センサの制御部であり、タイヤ100の内側に配置されるが、図2では電子装置やバッテリの図示を省略する。   FIG. 1 illustrates a cross section along the rotation axis of the tire 100. FIG. 2 is an enlarged view of a region II in FIG. 1, and shows only the front left portion of the tire 100 when the vehicle upper direction is the traveling direction of the vehicle. The above-described electronic device is, for example, a pressure sensor that detects tire air pressure and a control unit for the pressure sensor, and is disposed inside the tire 100. However, in FIG. 2, illustration of the electronic device and the battery is omitted. .

まず、図1および図2を参照して、電力発生装置10が組み付けられるタイヤ100について簡単に説明する。本実施形態におけるタイヤ100は一般的によく用いられるものであり、詳細の記載は省略する。   First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the tire 100 to which the power generation device 10 is assembled will be briefly described. The tire 100 in the present embodiment is generally used well, and detailed description thereof is omitted.

タイヤ100は、図1に示すように、車輪のホイールリム200を丸く囲むようにホイールリム200に固定されている。図2に示すように、タイヤ100は、トレッド部100A、ショルダ部100B、サイドウォール部100C、および、ビード部100Dに分類することができる。トレッド部100Aは路面と接触する部分であり、後述のタイヤ樹脂体110の厚さがもっとも厚くなっている。ショルダ部100Bはトレッド部100Aに隣接する部分であり、車両が旋回運動を行う際に路面と接する。サイドウォール部100Cはショルダ部100Bに隣接する部分であり、路面には接触しないが、路面から受ける衝撃を緩和する目的で屈曲する部分である。ビード部100Dはタイヤ100をホイールリム200に固定する部分である。   As shown in FIG. 1, the tire 100 is fixed to the wheel rim 200 so as to surround the wheel rim 200 of the wheel. As shown in FIG. 2, the tire 100 can be classified into a tread portion 100A, a shoulder portion 100B, a sidewall portion 100C, and a bead portion 100D. The tread portion 100A is a portion in contact with the road surface, and the tire resin body 110 described later has the largest thickness. The shoulder portion 100B is a portion adjacent to the tread portion 100A, and contacts the road surface when the vehicle performs a turning motion. The sidewall portion 100C is a portion adjacent to the shoulder portion 100B, and does not contact the road surface, but is a portion that bends for the purpose of alleviating the impact received from the road surface. The bead portion 100 </ b> D is a portion that fixes the tire 100 to the wheel rim 200.

タイヤ100は、弾性変形可能なタイヤ樹脂体110と、タイヤ樹脂体110を補強して剛性を向上させるベルト120と、タイヤ樹脂体110を保持するとともに、タイヤ100の受ける荷重や衝撃に対する耐久性を向上させるカーカス130と、を有している。   The tire 100 retains the tire resin body 110 that can be elastically deformed, the belt 120 that reinforces the tire resin body 110 to improve rigidity, the tire resin body 110, and durability against the load and impact received by the tire 100. A carcass 130 to be improved.

タイヤ樹脂体110は、合成ゴムや天然ゴムを主成分とし、カーボンや硫黄等の配合剤が混合された混合物から成り、弾性変形可能とされている。タイヤ樹脂体110は、ホイールリム200との間に空気を充填するための中空部300が形成されるように、ビード部100Dにおいてホイールリム200に固定されている。   The tire resin body 110 is made of a mixture containing synthetic rubber or natural rubber as a main component and a compounding agent such as carbon or sulfur, and is elastically deformable. The tire resin body 110 is fixed to the wheel rim 200 at the bead portion 100 </ b> D so that a hollow portion 300 for filling air is formed between the tire resin body 110 and the wheel rim 200.

ベルト120は、金属のワイヤー、例えば鋼のワイヤーを編んで帯状に形成され、タイヤ樹脂体110の内部に埋設されている。ベルト120は、トレッド部100Aからショルダ部100Bを経てサイドウォール部100Cの一部に至る部分に、タイヤ100の周方向(回転方向)に張られている。   The belt 120 is formed in a belt shape by knitting a metal wire, for example, a steel wire, and is embedded in the tire resin body 110. The belt 120 is stretched in the circumferential direction (rotating direction) of the tire 100 on a portion from the tread portion 100A through the shoulder portion 100B to a part of the sidewall portion 100C.

カーカス130は、例えばポリアミド系やポリエステル系の繊維から成り、タイヤ樹脂体110の内部のうち、ベルト120と中空部300の間に埋設されている。カーカス130は、進行方向に対して左側のビード部100Dから、図示しない右側のビード部まで延びて形成され、タイヤ100の骨格として機能している。   The carcass 130 is made of, for example, a polyamide-based or polyester-based fiber, and is embedded between the belt 120 and the hollow portion 300 in the tire resin body 110. The carcass 130 is formed to extend from the left bead portion 100 </ b> D to the right bead portion (not shown) in the traveling direction, and functions as a skeleton of the tire 100.

また、タイヤ100は、ビード部100Dにビード140を有している。ビード140は高炭素鋼を束ねた構造を成している。このビード140はタイヤ樹脂体110をホイールリム200に固定するとともに、カーカス130の両端を固定している。   Further, the tire 100 has a bead 140 in the bead portion 100D. The bead 140 has a structure in which high carbon steel is bundled. The bead 140 fixes the tire resin body 110 to the wheel rim 200 and also fixes both ends of the carcass 130.

次いで、図2および図3を参照して、電力発生装置10の概略構成について説明する。   Next, a schematic configuration of the power generation device 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

電力発生装置10は、図2に示すように、タイヤ100の内側、すなわち、タイヤ100とホイールリム200とに囲まれて形成される中空部300に配置されている。電力発生装置10は、タイヤ100におけるサイドウォール部100Cに固定されている。このように、電力発生装置10は、タイヤ100とともにタイヤ組立体を構成している。   As shown in FIG. 2, the power generation device 10 is disposed inside the tire 100, that is, in a hollow portion 300 formed by being surrounded by the tire 100 and the wheel rim 200. The power generation device 10 is fixed to the sidewall portion 100 </ b> C of the tire 100. As described above, the power generation device 10 and the tire 100 constitute a tire assembly.

電力発生装置10は、図3に示すように、平板状の第1電極11と、第1電極11と対向する第2電極12と、を有する。第1電極11における第2電極12との対向面には第1帯電体13が形成されている。また、第2電極12における第1電極11との対向面には第2帯電体14が形成されている。すなわち、第1帯電体13と第2帯電体14は互いに対向配置されている。   As illustrated in FIG. 3, the power generation device 10 includes a flat plate-like first electrode 11 and a second electrode 12 that faces the first electrode 11. A first charged body 13 is formed on the surface of the first electrode 11 facing the second electrode 12. A second charged body 14 is formed on the surface of the second electrode 12 facing the first electrode 11. In other words, the first charged body 13 and the second charged body 14 are arranged to face each other.

第1電極11と第1帯電体13は接合されて一体の第1電極構造体15を成している。同様に、第2電極12と第2帯電体14は接合されて一体の第2電極構造体16を成している。そして、第1電極構造体15と第2電極構造体16は、互いの端部同士が固定部17によって固定されている。第1電極構造体15は、固定部17とともにタイヤ100に固定されている。より具体的には、第1電極構造体15を構成する第1電極11がタイヤ樹脂体110に図示しない接着材を介して固定されている。第2電極構造体16は、固定部17により固定された部分を固定端として、自由に変形可能な膜状となっている。第2電極構造体16はタイヤ100の変形に応じて形を変えることができる。このため、第2電極構造体16は、固定部17により固定された部分を除いて、第1電極構造体15に対する対向距離が、タイヤ100の変形に応じて可変となっている。   The first electrode 11 and the first charged body 13 are joined to form an integrated first electrode structure 15. Similarly, the second electrode 12 and the second charged body 14 are joined to form an integrated second electrode structure 16. The first electrode structure 15 and the second electrode structure 16 are fixed to each other by a fixing portion 17 at their ends. The first electrode structure 15 is fixed to the tire 100 together with the fixing portion 17. More specifically, the first electrode 11 constituting the first electrode structure 15 is fixed to the tire resin body 110 via an adhesive (not shown). The second electrode structure 16 has a film shape that can be freely deformed with a portion fixed by the fixing portion 17 as a fixed end. The shape of the second electrode structure 16 can be changed according to the deformation of the tire 100. For this reason, the opposing distance with respect to the 1st electrode structure 15 is variable according to the deformation | transformation of the tire 100 except the part fixed to the 2nd electrode structure 16 by the fixing | fixed part 17. FIG.

第1電極構造体15は、例えば、第1帯電体13としてのポリエチレン膜上に、第1電極11として金(Au)もしくはアルミニウム(Al)が蒸着されて形成されている。一方、第2電極構造体16は、第2帯電体14としてのナイロン膜上に、第2電極12として金(Au)もしくはアルミニウム(Al)が蒸着されて形成されている。本実施形態において、第1電極構造体15および第2電極構造体16は、互いに合同な平板形状の膜である。   The first electrode structure 15 is formed, for example, by depositing gold (Au) or aluminum (Al) as the first electrode 11 on a polyethylene film as the first charged body 13. On the other hand, the second electrode structure 16 is formed by depositing gold (Au) or aluminum (Al) as the second electrode 12 on the nylon film as the second charged body 14. In the present embodiment, the first electrode structure 15 and the second electrode structure 16 are congruent flat plate-like films.

固定部17は、例えば、シリコーン系の接着材である。固定部17は、第1電極構造体15および第2電極構造体16の縁部同士を互いに接着しつつ、電力発生装置10をタイヤ100に固定している。なお、本実施形態における電力発生装置10は、第1電極構造体15と第2電極構造体16の対向方向が、電力発生装置10の設置面の法線方向を向くように固定されている。   The fixing part 17 is, for example, a silicone-based adhesive. The fixing portion 17 fixes the power generation device 10 to the tire 100 while bonding the edges of the first electrode structure 15 and the second electrode structure 16 to each other. In addition, the power generation device 10 in the present embodiment is fixed so that the facing direction of the first electrode structure 15 and the second electrode structure 16 faces the normal direction of the installation surface of the power generation device 10.

次いで、図3および図4を参照して、電力発生装置10の動作について説明する。   Next, the operation of the power generation device 10 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

図3は、タイヤ100が進行方向に応力を受けて、つぶれるように変形した場合を図示している。このような状態では、サイドウォール部100Cが進行方向に対して左側に凸になるように変形する。換言すれば、サイドウォール部100Cが中空部300から外側に凸になるように変形する。これにより、第2電極構造体16が撓むように変形し、第1電極構造体15との間に空隙AGが形成される。   FIG. 3 illustrates a case where the tire 100 is deformed so as to collapse due to stress in the traveling direction. In such a state, the sidewall portion 100C is deformed so as to protrude leftward with respect to the traveling direction. In other words, the sidewall portion 100C is deformed so as to protrude outward from the hollow portion 300. Thereby, the second electrode structure 16 is deformed so as to be bent, and a gap AG is formed between the first electrode structure 15 and the first electrode structure 15.

一方、タイヤ100が受けていた応力が減少すると、サイドウォール部100Cは伸びるように変形する。このため、図4に示すように、撓んでいた第2電極構造体16が張るように変形する。これにより、空隙AGは消失する。換言すれば、第1電極構造体15と第2電極構造体16が接触する。より詳しくは、第1帯電体13と第2帯電体14とが接触する。   On the other hand, when the stress received by the tire 100 is reduced, the sidewall portion 100C is deformed so as to extend. For this reason, as shown in FIG. 4, it deform | transforms so that the bent 2nd electrode structure 16 may be stretched. Thereby, the gap AG disappears. In other words, the first electrode structure 15 and the second electrode structure 16 are in contact with each other. In more detail, the 1st charged body 13 and the 2nd charged body 14 contact.

路面との接触によってトレッド部100Aが受けた応力はサイドウォール部100Cに伝達されてサイドウォール部100Cの変形に寄与する。走行中の車両におけるタイヤ100は、常に回転運動をしているため、トレッド部100Aにおけるある一点は、路面との間で接触と離間を繰り返す。すなわち、サイドウォール部100Cは、タイヤ100の回転に伴って周期的に伸縮を繰り返す。換言すれば、第1帯電体13および第2帯電体14は、周期的に接触と離間を繰り返す。   The stress received by the tread portion 100A due to contact with the road surface is transmitted to the sidewall portion 100C and contributes to the deformation of the sidewall portion 100C. Since the tire 100 in the traveling vehicle is always in a rotational motion, a certain point in the tread portion 100A repeats contact and separation with the road surface. That is, the sidewall portion 100 </ b> C repeats expansion and contraction periodically as the tire 100 rotates. In other words, the first charged body 13 and the second charged body 14 repeat contact and separation periodically.

次いで、図5を参照して、電力発生装置10における発電原理、および、作用効果について説明する。なお、以下の説明では、説明の簡便性を考慮し、第1電極11および第2電極12が、互いに平行を維持する平行平板であると仮定する。   Next, with reference to FIG. 5, the principle of power generation and the effects of the power generation device 10 will be described. In the following description, it is assumed that the first electrode 11 and the second electrode 12 are parallel flat plates that maintain parallel to each other in consideration of the simplicity of the description.

上記したように、第1帯電体13と第2帯電体14は接触と離間を繰り返す。第1帯電体13と第2帯電体14が接触すると静電気を生じる。これにより生じた電荷の面密度(以下、電荷密度と示す)をσとすると、第1電極11と第2電極12との間に生じる電場EはE=σ/εである。ここで、εは第1帯電体13、第2帯電体14および空隙AGの各誘電率を考慮にいれた全体としての誘電率である。   As described above, the first charged body 13 and the second charged body 14 repeat contact and separation. When the first charged body 13 and the second charged body 14 come into contact with each other, static electricity is generated. When the surface density (hereinafter, referred to as charge density) of the generated charge is σ, the electric field E generated between the first electrode 11 and the second electrode 12 is E = σ / ε. Here, ε is a dielectric constant as a whole in consideration of the dielectric constants of the first charged body 13, the second charged body 14, and the air gap AG.

一方、第1電極11と第2電極12との間の電位差Vは、電場Eが一定であるから、V=Edである。ここで、dは、図5に示すように、第1帯電体13と第2帯電体14とが離間したときの対向距離である。したがって、第1帯電体13と第2帯電体14が互いに接触して電荷密度σをもって帯電した状態から、互いの対向距離がdになるまで離間した際に各帯電体13,14に蓄積されるエネルギーUは、数式1により表される。

Figure 2015077958
On the other hand, the potential difference V between the first electrode 11 and the second electrode 12 is V = Ed because the electric field E is constant. Here, as shown in FIG. 5, d is a facing distance when the first charged body 13 and the second charged body 14 are separated from each other. Therefore, when the first charging body 13 and the second charging body 14 are in contact with each other and charged with the charge density σ, and are separated until the mutual facing distance becomes d, they are accumulated in the respective charging bodies 13 and 14. The energy U is expressed by Equation 1.
Figure 2015077958

なお、Cは、第1電極11と第2電極12とを電極とみなしたときのコンデンサの静電容量であり、Sは第1電極11および第2電極12の面積である。 C is the capacitance of the capacitor when the first electrode 11 and the second electrode 12 are regarded as electrodes, and S is the area of the first electrode 11 and the second electrode 12.

図2〜図4においては、電子装置およびバッテリの図示を省略したが、本来、電力発生装置10には、図5に示すように、電子回路400が接続されている。電子回路400は、電子装置としての圧力センサ410、圧力センサ410から出力される出力信号を外部に送信する無線機420、バッテリ430、および全波整流用のダイオード440有している。各帯電体13,14に蓄積されるエネルギーUは、バッテリ430に蓄積される、あるいは、圧力センサ410に供給される電力となる。このように、本実施形態では、電力発生装置10と電子回路400とによって、自律発電システムが構築されている。   Although the illustration of the electronic device and the battery is omitted in FIGS. 2 to 4, an electronic circuit 400 is originally connected to the power generation device 10 as shown in FIG. 5. The electronic circuit 400 includes a pressure sensor 410 as an electronic device, a radio 420 that transmits an output signal output from the pressure sensor 410, a battery 430, and a full-wave rectifier diode 440. The energy U stored in each of the charging bodies 13 and 14 becomes electric power stored in the battery 430 or supplied to the pressure sensor 410. Thus, in this embodiment, the autonomous power generation system is constructed by the power generation device 10 and the electronic circuit 400.

数式1によれば、エネルギーUは、第1帯電体13と第2帯電体14の対向距離dに比例する。よって、この電力発生装置10は、タイヤ100の変形に起因する、第1帯電体13と第2帯電体14は接触と離間の繰り返しによって、発電を行うことができる。この電力発生装置10は、一対の電極構造体15,16を重ね合わせただけの簡素な構成であって、高コストの主な原因である圧電体を用いる必要がないため、製造コストを抑制することができる。また、従来のように圧電体を用いる場合、剛性の高い圧電体の伸縮を発電に利用するため、経年劣化等により圧電体が応力割れを生ずる虞があった。一方、この電力発生装置10は、第1電極構造体15に対して相対的に可変の第2電極構造体16を有する構成であるため、応力割れ等を生ずることがない。このため、電力発生装置10の耐久性を向上させることができる。   According to Formula 1, the energy U is proportional to the facing distance d between the first charged body 13 and the second charged body 14. Therefore, the power generation device 10 can generate power by repeatedly contacting and separating the first charged body 13 and the second charged body 14 due to deformation of the tire 100. This power generation device 10 has a simple configuration in which a pair of electrode structures 15 and 16 are simply overlapped, and it is not necessary to use a piezoelectric body that is a main cause of high cost, so that the manufacturing cost is suppressed. be able to. Further, when a piezoelectric body is used as in the prior art, since the expansion and contraction of a highly rigid piezoelectric body is used for power generation, the piezoelectric body may cause stress cracking due to aged deterioration or the like. On the other hand, the power generation device 10 has a configuration in which the second electrode structure 16 that is relatively variable with respect to the first electrode structure 15 is provided, so that stress cracking or the like does not occur. For this reason, durability of the electric power generation apparatus 10 can be improved.

なお、一般的に、走行時のタイヤ100は、サイドウォール部100Cの変形量がもっとも大きい。本実施形態のように、電力発生装置10をサイドウォール部100Cに配置することにより、第1帯電体13と第2帯電体14の対向距離dを大きくすることができる。とくに、第1電極構造体15と第2電極構造体16の対向方向が、電力発生装置10の設置面の法線方向を向くようにすることにより、対向距離dをほぼ最大にすることができる。   In general, the tire 100 during travel has the largest deformation amount of the sidewall portion 100C. By disposing the power generation device 10 on the sidewall portion 100C as in the present embodiment, the facing distance d between the first charged body 13 and the second charged body 14 can be increased. In particular, the facing distance d can be substantially maximized by making the facing direction of the first electrode structure 15 and the second electrode structure 16 face the normal direction of the installation surface of the power generation device 10. .

また、数式1によれば、エネルギーUは、第1電極11および第2電極12の面積Sに比例する。従来でも、圧電体の大きさを大きくすることで発電量を大きくすることは可能であったが、コストが著しく増大するという問題があった。これに対して、本実施形態に係る電力発生装置10は、高コストの主な原因である圧電体を用いないため、コストを抑制しつつ、各電極11,12、ひいては各電極構造体15,16の面積の増大を容易に行うことができる。   Further, according to Equation 1, the energy U is proportional to the area S of the first electrode 11 and the second electrode 12. Conventionally, it was possible to increase the amount of power generation by increasing the size of the piezoelectric body, but there was a problem that the cost was significantly increased. On the other hand, since the power generation device 10 according to the present embodiment does not use a piezoelectric body that is a main cause of high cost, each electrode 11, 12 and thus each electrode structure 15, while suppressing cost. The area of 16 can be easily increased.

さらに、数式1によれば、エネルギーUは、電荷密度σの二乗に比例する。すなわち、帯電量の増大に伴って充電量も増大する。このため、第1帯電体13および第2帯電体14の選び方によって、発電量を調整することができる。例えば、第1帯電体13および第2帯電体14の組み合わせとして、帯電列において離れた位置にある材料を選べば発電量を大きくすることができる。   Further, according to Equation 1, the energy U is proportional to the square of the charge density σ. That is, the amount of charge increases as the amount of charge increases. Therefore, the amount of power generation can be adjusted by selecting the first charged body 13 and the second charged body 14. For example, the power generation amount can be increased by selecting a material at a distant position in the charging train as a combination of the first charging body 13 and the second charging body 14.

(第2実施形態)
本実施形態では、電力発生装置10の一部が、タイヤ100の構成要素を兼用する例を示す。例えば、図6に示すように、タイヤ100におけるベルト120が、電力発生装置10における第1電極11を兼用するようにすることができる。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, an example in which a part of the power generation device 10 also serves as a component of the tire 100 is shown. For example, as shown in FIG. 6, the belt 120 in the tire 100 can also serve as the first electrode 11 in the power generation device 10.

この電力発生装置10とタイヤ100からなるタイヤ組立体は、ベルト120のうちタイヤ樹脂体110から中空部300に露出した部分に第2電極構造体16が固定されている。第2電極構造体16は、第1実施形態と同様に、固定部17によりタイヤ100に固定され、固定部17を固定端として、中央部が自由変形可能なようになっている。第2電極構造体16は、第2電極12と第2帯電体14が貼り合わされて成る。このため、タイヤ100の変形に伴って、第1電極11としてのベルト120と第2帯電体14とが接触と離間とを繰り返す。これにより、第1実施形態と同様に、発電を行うことができる。このような構成においては、電力発生装置10の一部が、タイヤ100の構成要素を兼用することができるため、電力発生装置10、ひいてはタイヤ組立体の製造に係り、省材料化を実現することができる。   In the tire assembly including the power generation device 10 and the tire 100, the second electrode structure 16 is fixed to a portion of the belt 120 exposed from the tire resin body 110 to the hollow portion 300. Similar to the first embodiment, the second electrode structure 16 is fixed to the tire 100 by the fixing portion 17, and the central portion can be freely deformed with the fixing portion 17 as a fixed end. The second electrode structure 16 is formed by bonding the second electrode 12 and the second charged body 14 together. For this reason, as the tire 100 is deformed, the belt 120 as the first electrode 11 and the second charged body 14 repeat contact and separation. Thereby, electric power generation can be performed similarly to 1st Embodiment. In such a configuration, since a part of the power generation device 10 can also be used as a component of the tire 100, material saving can be realized in the manufacture of the power generation device 10 and eventually the tire assembly. Can do.

(変形例1)
第2実施形態の変形例として、図7に示すように、ベルト120のうちタイヤ樹脂体110から中空部300に露出した部分に、第1帯電体13を配置することもできる。第1帯電体13は、第1電極11としてのベルト120に貼り合わされている。この構成では、タイヤ100の変形に伴って、第1帯電体13と第2帯電体14とが接触と離間とを繰り返す。
(Modification 1)
As a modification of the second embodiment, as shown in FIG. 7, the first charged body 13 can be disposed in a portion of the belt 120 exposed from the tire resin body 110 to the hollow portion 300. The first charged body 13 is bonded to a belt 120 as the first electrode 11. In this configuration, as the tire 100 is deformed, the first charged body 13 and the second charged body 14 repeat contact and separation.

第1帯電体13は任意の材料を選ぶことができるが、図8に示すように、第1帯電体13として、タイヤ100の構成要素であるタイヤ樹脂体110を用いることができる。これによれば、上記例のようにベルト120をタイヤ100の中空部300に露出させることなく、電力発生装置10を構成することができる。換言すれば、タイヤ100の内壁に、第2電極構造体16を固定部17により固定するだけで電力発生装置10を構成することができる。   Although any material can be selected for the first charged body 13, as shown in FIG. 8, a tire resin body 110 that is a component of the tire 100 can be used as the first charged body 13. According to this, the power generation device 10 can be configured without exposing the belt 120 to the hollow portion 300 of the tire 100 as in the above example. In other words, the power generation device 10 can be configured simply by fixing the second electrode structure 16 to the inner wall of the tire 100 by the fixing portion 17.

(変形例2)
また、タイヤ100におけるベルト120を電力発生装置10における第1電極11と兼用させることに加えて、図9に示すように、タイヤ樹脂体110が電力発生装置10における第2帯電体14を兼用する構成とすることもできる。
(Modification 2)
Further, in addition to using the belt 120 in the tire 100 also as the first electrode 11 in the power generation device 10, the tire resin body 110 also serves as the second charging body 14 in the power generation device 10 as shown in FIG. 9. It can also be configured.

この構成では、ベルト120より中空部300側のタイヤ樹脂体110のうち、電力発生装置10が構成される部分が、ベルト120から剥離している。そして、剥離したタイヤ樹脂体110の中空部300側に第2電極12が貼り合わされている。これにより、タイヤ樹脂体110のうち、剥離された部分は、自由変形可能となる。このため、タイヤ100の変形に伴って、第1電極11としてのベルト120と第2帯電体14としてのタイヤ樹脂体110が接触と離間とを繰り返す。これにより、第1実施形態と同様に、発電を行うことができる。   In this configuration, a portion of the tire resin body 110 closer to the hollow portion 300 than the belt 120 in which the power generation device 10 is configured is separated from the belt 120. And the 2nd electrode 12 is bonded together by the hollow part 300 side of the tire resin body 110 which peeled. Thereby, the peeled part of the tire resin body 110 can be freely deformed. For this reason, with deformation of the tire 100, the belt 120 as the first electrode 11 and the tire resin body 110 as the second charged body 14 repeat contact and separation. Thereby, electric power generation can be performed similarly to 1st Embodiment.

なお、この変形例においては、ベルト120における第2帯電体14との対向面に第1帯電体13を有さない構成について示したが、タイヤ樹脂体110と異なる材料の帯電体を配置することもできる。   In this modification, the configuration in which the first charging body 13 is not provided on the surface of the belt 120 facing the second charging body 14 is shown, but a charging body made of a material different from that of the tire resin body 110 is disposed. You can also.

(第3実施形態)
本実施形態では、図10に示すように、タイヤ樹脂体110の内部において、ベルト120が第1のベルト120aと第2のベルト120bの2層構造になっている例について説明する。ベルト120が2層構造となっていることにより、電力発生装置10は、第1のベルト120aが、電力発生装置10における第1電極11を兼用し、第2のベルト120bが、第2電極13を兼用する構成とすることができる。
(Third embodiment)
In this embodiment, as shown in FIG. 10, an example in which the belt 120 has a two-layer structure of a first belt 120a and a second belt 120b inside the tire resin body 110 will be described. Since the belt 120 has a two-layer structure, in the power generation device 10, the first belt 120 a serves also as the first electrode 11 in the power generation device 10, and the second belt 120 b serves as the second electrode 13. It can be set as the structure which combines.

この構成では、第1のベルト120aと第2のベルト120bの間に位置するタイヤ樹脂体110の一部が除去されており、ベルト120bがベルト120aに対して相対的に変位できるようになっている。すなわち、タイヤ100の変形に伴って、ベルト120aとベルト120bとの間に空隙AGが生じたり消失したりする。本実施形態では、第1電極11としての第1のベルト120aにおける、第2のベルト120bとの対向面に第1帯電体13が形成されている。このため、タイヤ100の変形に伴って、第1帯電体13と第2電極12としての第2のベルト120bとが接触と離間とを繰り返す。   In this configuration, a part of the tire resin body 110 located between the first belt 120a and the second belt 120b is removed, so that the belt 120b can be displaced relative to the belt 120a. Yes. That is, with the deformation of the tire 100, the gap AG is generated or disappears between the belt 120a and the belt 120b. In the present embodiment, the first charged body 13 is formed on the surface of the first belt 120a as the first electrode 11 that faces the second belt 120b. For this reason, with the deformation of the tire 100, the first charged body 13 and the second belt 120b as the second electrode 12 repeat contact and separation.

なお、上記例では、第1のベルト120aにおける第2のベルト120bとの対向面に第1帯電体13が形成される例を示したが、第2電極12としての第2のベルト120bに帯電体を設け、これを第2帯電体14としてもよい。   In the above example, the first charging body 13 is formed on the surface of the first belt 120a facing the second belt 120b. However, the second belt 120b as the second electrode 12 is charged. A body may be provided and this may be used as the second charged body 14.

また、上記例では、タイヤ100の構成要素とは別に第1帯電体13が形成される例について示したが、図11に示すように、第1帯電体13をタイヤ樹脂体110で兼用させてもよい。また、タイヤ樹脂体110を第2のベルト120bに貼り合わせて第2帯電体14として兼用させてもよい。   In the above example, the example in which the first charged body 13 is formed separately from the components of the tire 100 has been shown. However, as shown in FIG. 11, the first charged body 13 is also used as the tire resin body 110. Also good. Alternatively, the tire resin body 110 may be bonded to the second belt 120b so as to serve as the second charged body 14 as well.

(第4実施形態)
上記した各実施形態では、電力発生装置10がサイドウォール部100Cに形成される例について説明したが、電力発生装置10の設置位置は任意である。また、設置数も任意である。本実施形態における電力発生装置10は、図12に示すように、タイヤ100の重心Pに対して点対称となるように2つ配置されて、タイヤ100とともにタイヤ組立体を構成している。
(Fourth embodiment)
In each of the above-described embodiments, the example in which the power generation device 10 is formed on the sidewall portion 100C has been described. The number of installations is also arbitrary. As shown in FIG. 12, two power generation apparatuses 10 in the present embodiment are arranged so as to be point-symmetric with respect to the center of gravity P of the tire 100, and constitute a tire assembly together with the tire 100.

本実施形態では、タイヤ組立体の左右のバランスを保つため、タイヤ100の内側に錘部500が設置されている。錘部500もタイヤ100の重心点Pに対して点対称となるように2つ配置されている。この構成においては、タイヤ100、2つの電力発生装置10、および、2つの錘部から成る系の重心がタイヤ100の回転軸L上に位置するようになっている。このため、タイヤ100の回転性能を損なうことなく、電力発生装置10をタイヤ100の内側に設置することができる。   In the present embodiment, a weight portion 500 is installed inside the tire 100 in order to keep the right and left balance of the tire assembly. Two weight portions 500 are also arranged so as to be point-symmetric with respect to the center of gravity P of the tire 100. In this configuration, the center of gravity of the system including the tire 100, the two power generation devices 10, and the two weight portions is positioned on the rotation axis L of the tire 100. For this reason, the electric power generation device 10 can be installed inside the tire 100 without impairing the rotational performance of the tire 100.

なお、錘部500は、タイヤ組立体全体の重心を調節する役割を有するものであるから、電力発生装置10の質量と大差のないものであればいかなるものでもよい。電子回路400を錘部500に替えてもよいし、単なる金属塊であってもよい。   In addition, since the weight part 500 has a role which adjusts the gravity center of the whole tire assembly, what kind of thing may be used as long as there is no big difference with the mass of the electric power generation apparatus 10. FIG. The electronic circuit 400 may be replaced with the weight portion 500, or a simple metal lump.

(第5実施形態)
上記した各実施形態における自律発電システムは、電力発生装置10と電子回路400とから構成されている例を示した。本実施形態では、図14に示すように、自律発電システムが、これらの要素に加えて、電子制御装置600を備える例を示す。電子制御装置600は、例えばエンジンECUなどであり、圧力センサ410から得られる空気圧の情報を車両の制御に利用したり、車両の運転者に対して空気圧に関する情報を表示したりする。
(Fifth embodiment)
The autonomous power generation system in each of the above-described embodiments has been shown as an example configured from the power generation device 10 and the electronic circuit 400. In the present embodiment, as shown in FIG. 14, the autonomous power generation system includes an electronic control device 600 in addition to these elements. The electronic control device 600 is an engine ECU, for example, and uses information on air pressure obtained from the pressure sensor 410 for vehicle control, or displays information on air pressure to the driver of the vehicle.

本実施形態における電子制御装置600は、受信機610とカウンタ620とを有している。   The electronic control device 600 in this embodiment includes a receiver 610 and a counter 620.

受信機610は、電子回路400における無線機420が無線送信した信号を受信する。この信号は、電子装置たる圧力センサ410が検出した空気圧の情報である。つまり、圧力センサ410が検出した、ある時刻におけるタイヤ100の内側の圧力値が、無線機420を介して受信機610に送信される。   The receiver 610 receives a signal wirelessly transmitted by the wireless device 420 in the electronic circuit 400. This signal is information on the air pressure detected by the pressure sensor 410 as an electronic device. That is, the pressure value inside the tire 100 at a certain time detected by the pressure sensor 410 is transmitted to the receiver 610 via the wireless device 420.

カウンタ620は、受信機610で受信される信号の受信回数を計数する。   The counter 620 counts the number of times the signal received by the receiver 610 is received.

また、本実施形態における電子回路400は、第1実施形態における構成に加えて、電位差検出部450と、比較器460と、を有している。   Further, the electronic circuit 400 in the present embodiment includes a potential difference detection unit 450 and a comparator 460 in addition to the configuration in the first embodiment.

電位差検出部450は、タイヤ100の変形に起因して生じる、第1電極11と第2電極12の間の電圧(電位差V)を検出する。   The potential difference detection unit 450 detects a voltage (potential difference V) between the first electrode 11 and the second electrode 12 that is generated due to deformation of the tire 100.

比較器460は、電位差検出部450により検出された、第1電極11と第2電極12の間の電位差Vと、所定の閾電圧Vrefとを比較する。比較器460は、V>Vrefなる条件において、圧力センサ410と無線機420に対してトリガー信号を出力する。   The comparator 460 compares the potential difference V between the first electrode 11 and the second electrode 12 detected by the potential difference detection unit 450 with a predetermined threshold voltage Vref. The comparator 460 outputs a trigger signal to the pressure sensor 410 and the wireless device 420 under the condition of V> Vref.

圧力センサ410は、該トリガー信号が入力されると空気圧の情報を取得し、その信号を無線機420に出力する。無線機420は、空気圧に関する情報を含む信号を受信機610に向けて送信する。   When the trigger signal is input, the pressure sensor 410 acquires air pressure information and outputs the signal to the wireless device 420. The radio 420 transmits a signal including information related to air pressure to the receiver 610.

つまり、圧力センサ410は、タイヤ100の変形に応じて発生する電圧Vが、所定の閾電圧Vrefを超えるごとに、空気圧の情報を含む信号を出力する。そして、無線機420は、電圧Vが閾電圧Vrefを超えるごとに、上記信号を受信機610に向けて無線送信する。   That is, the pressure sensor 410 outputs a signal including air pressure information every time the voltage V generated according to the deformation of the tire 100 exceeds the predetermined threshold voltage Vref. Then, every time the voltage V exceeds the threshold voltage Vref, the wireless device 420 wirelessly transmits the signal to the receiver 610.

そして、電子制御部600は、図15に示すように、カウンタ620により計数された信号の受信回数nと、計数に要した時間tと、に基づいてタイヤ100の回転数を算出する。具体的には、タイヤ100の回転数がn/tにより算出される。   Then, as shown in FIG. 15, the electronic control unit 600 calculates the rotation speed of the tire 100 based on the number of receptions n of the signal counted by the counter 620 and the time t required for the counting. Specifically, the rotation speed of the tire 100 is calculated by n / t.

このように、本実施形態に係る自律発電システムでは、圧力センサ410が取得する空気圧の信号の個数を利用して、回転数に関するセンサを用いることなく、タイヤ100の回転数を計測することができる。   Thus, in the autonomous power generation system according to the present embodiment, the number of rotations of the tire 100 can be measured using the number of air pressure signals acquired by the pressure sensor 410 without using a sensor related to the number of rotations. .

(変形例3)
なお、第5実施形態において、無線機420が受信機610に送信する信号として、電子装置として圧力センサ410が取得した空気圧の情報を用いる例を示したが、該信号としては、空気圧のような物理量が必ずしも必要というわけではない。
(Modification 3)
In the fifth embodiment, the example in which the information on the air pressure acquired by the pressure sensor 410 as an electronic device is used as the signal transmitted from the wireless device 420 to the receiver 610 has been described. Physical quantities are not always necessary.

例えば、電子装置は、タイヤ100の変形に応じて発生する電圧Vが、所定の閾電圧Vrefを超えるごとに、V>Vrefを示す情報のみを報せる信号を出力する。そして、無線機420は、電圧Vが閾電圧Vrefを超えるごとに、上記信号を受信機610に向けて無線送信する。   For example, every time the voltage V generated according to the deformation of the tire 100 exceeds a predetermined threshold voltage Vref, the electronic device outputs a signal that reports only information indicating V> Vref. Then, every time the voltage V exceeds the threshold voltage Vref, the wireless device 420 wirelessly transmits the signal to the receiver 610.

このような構成では、無線機420が受信機610に対して送信する信号に、物理量の情報は含まれていないが、電子制御装置600におけるカウンタ620は信号の受信回数nを計数することができ、計数に要した時間tも計測可能である。よって、電子制御装置600はタイヤ100の回転数を算出することができる。   In such a configuration, the signal transmitted from the wireless device 420 to the receiver 610 does not include physical quantity information, but the counter 620 in the electronic control device 600 can count the number of signal receptions n. The time t required for counting can also be measured. Therefore, the electronic control unit 600 can calculate the rotation speed of the tire 100.

(第6実施形態)
第5実施形態およびその変形例(変形例3)において、電力発生装置10および電力発生装置10に接続された電子回路400が、等間隔に複数形成されているとよい。
(Sixth embodiment)
In the fifth embodiment and its modification (Modification 3), it is preferable that the power generation device 10 and a plurality of electronic circuits 400 connected to the power generation device 10 are formed at equal intervals.

具体的には、図16に示すように、電力発生装置10および電力発生装置10に接続された電子回路400が、それぞれ、タイヤ100の回転方向に沿って48個形成されている。   Specifically, as shown in FIG. 16, the power generation device 10 and 48 electronic circuits 400 connected to the power generation device 10 are formed along the rotation direction of the tire 100, respectively.

これによれば、タイヤ100が1回転するうちに、電子制御装置600には48個のパルス信号が入力されることになる。よって、例えば悪路等に起因して幾つかの信号が送信されなかった場合であっても、信号のパルス周期、換言すればタイヤ100の回転数を48パルスの平均値として算出することができる。したがって、回転数の算出精度を向上させることができる。   According to this, 48 pulse signals are input to the electronic control device 600 while the tire 100 makes one rotation. Therefore, for example, even when some signals are not transmitted due to a bad road or the like, the pulse period of the signals, in other words, the rotation speed of the tire 100 can be calculated as an average value of 48 pulses. . Therefore, the calculation accuracy of the rotational speed can be improved.

また、回転数センサを用いる従来の回転数検出方法においても、回転数センサが電子制御装置に対して送信するパルス数は48であり、電力発生装置10および電力発生装置10に接続された電子回路400の数を48個に設定すれば、従来の電子制御装置の回転数検出のための機構をそのまま流用することができる。   Also in the conventional rotational speed detection method using the rotational speed sensor, the number of pulses transmitted from the rotational speed sensor to the electronic control device is 48, and the power generator 10 and the electronic circuit connected to the power generator 10 If the number of 400 is set to 48, the conventional mechanism for detecting the rotational speed of the electronic control device can be used as it is.

(その他の実施形態)
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
(Other embodiments)
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

第1実施形態、第2実施形態およびその変形例1(図3〜図8)において、第2帯電体14を有する構成について示したが、第1電極構造体15が第1帯電体13を有する構成であれば、必ずしも第2帯電体14が形成されている必要はない。第2帯電体14が形成されない構成では、第1帯電体13と第2電極12とが互いに接触と離間を繰り返すことにより電力を得ることができる。   In the first embodiment, the second embodiment, and the first modification thereof (FIGS. 3 to 8), the configuration having the second charged body 14 has been shown. However, the first electrode structure 15 has the first charged body 13. If it is a structure, the 2nd charged body 14 does not necessarily need to be formed. In the configuration in which the second charged body 14 is not formed, electric power can be obtained by the first charged body 13 and the second electrode 12 repeating contact and separation from each other.

また、第1電極11、第2電極12、第1帯電体13、および第2帯電体14の材料はそれぞれ任意に選択することができる。互いに接触と離間を繰り返す組み合わせにおいて、静電気を生じる組み合わせであれば、いかなる材料を採用してもよい。   Moreover, the material of the 1st electrode 11, the 2nd electrode 12, the 1st charged body 13, and the 2nd charged body 14 can each be selected arbitrarily. Any combination of repeating contact and separation with each other as long as it generates static electricity may be used.

また、図13に示すように、タイヤ100が、異なる材料の複数のタイヤ樹脂体110a,110bから構成される場合には、第1帯電体13を第1のタイヤ樹脂体110aが兼用し、第2帯電体14を第2のタイヤ樹脂体110bが兼用するようにしてもよい。   As shown in FIG. 13, when the tire 100 is composed of a plurality of tire resin bodies 110a and 110b made of different materials, the first tire resin body 110a is also used as the first charged body 13, The second charged body 14 may be used also by the second tire resin body 110b.

また、上記した各実施形態では、電子装置としてタイヤ100の空気圧を検出する圧力センサ410を例示したが、この例に限定されない。電子装置が検出すべき物理量は任意であり、例えば、電子装置はタイヤ100の内側やタイヤ100自体の温度を検出する温度センサであってもよい。   Moreover, in each above-mentioned embodiment, although the pressure sensor 410 which detects the air pressure of the tire 100 was illustrated as an electronic device, it is not limited to this example. The physical quantity to be detected by the electronic device is arbitrary. For example, the electronic device may be a temperature sensor that detects the temperature inside the tire 100 or the temperature of the tire 100 itself.

また、上記した各実施形態では、電子回路400がバッテリ430を有する構成について示したが、電力発生装置10が発生させた電力は電子装置にも供給されるので、バッテリ430は必ずしも必要ではない。   In each of the above-described embodiments, the configuration in which the electronic circuit 400 includes the battery 430 has been described. However, since the power generated by the power generation device 10 is also supplied to the electronic device, the battery 430 is not necessarily required.

10…電力発生装置
11…第1電極,12…第2電極,13…第1帯電体,14…第2帯電体
17…固定部
100…タイヤ
110…タイヤ樹脂体,120…ベルト,130…カーカス,140…ビード
200…ホイールリム
400…電子回路
500…錘部
600…電子制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric power generation apparatus 11 ... 1st electrode, 12 ... 2nd electrode, 13 ... 1st charged body, 14 ... 2nd charged body 17 ... Fixed part 100 ... Tire 110 ... Tire resin body, 120 ... Belt, 130 ... Carcass , 140 ... Bead 200 ... Wheel rim 400 ... Electronic circuit 500 ... Weight part 600 ... Electronic control unit

Claims (17)

タイヤ(100)の内側に組み付けられ、回転する前記タイヤの機械エネルギーから電力を発生する電力発生装置であって、
対向する一対の電極構造体(15,16)としての、第1電極(11)を有する第1電極構造体(15)および第2電極(12)を有する第2電極構造体(16)と、
前記第1電極構造体と前記第2電極構造体とを、互いの対向距離が可変となるように、固定する固定部(17)と、
を備え、
前記第1電極構造体および前記第2電極構造体の少なくとも一方は、対向面側に静電気を生じるための帯電体(13,14)を有し、
前記第1電極構造体は、前記タイヤに固定されるとともに、
前記第2電極構造体は、前記第1電極構造体に対して可動するようにされ、
前記タイヤの変形に応じて、前記帯電体が、対向する前記電極構造体と接触することにより静電気を生じるとともに、
前記タイヤの変形に応じて、前記第1電極構造体と前記第2電極構造体との間の対向距離が広がることにより、前記第1電極および前記第2電極の間に電圧を生じることを特徴とする電力発生装置。
A power generator that is assembled inside a tire (100) and generates electric power from the mechanical energy of the rotating tire,
A first electrode structure (15) having a first electrode (11) and a second electrode structure (16) having a second electrode (12) as a pair of opposing electrode structures (15, 16);
A fixing portion (17) for fixing the first electrode structure and the second electrode structure so that a distance between the first electrode structure and the second electrode structure is variable;
With
At least one of the first electrode structure and the second electrode structure has a charged body (13, 14) for generating static electricity on the facing surface side,
The first electrode structure is fixed to the tire,
The second electrode structure is movable relative to the first electrode structure;
According to the deformation of the tire, the charged body generates static electricity by coming into contact with the opposing electrode structure,
A voltage is generated between the first electrode and the second electrode by increasing a facing distance between the first electrode structure and the second electrode structure according to deformation of the tire. A power generator.
前記タイヤは、地面と接触して変形するタイヤ樹脂体(110)と、その内部に、前記タイヤ樹脂を補強するためのベルト(120)と、を有し、
前記第1電極構造体は、前記ベルトが前記第1電極となるように前記タイヤ樹脂体の内部に埋め込まれて配置されることを特徴とする請求項1に記載の電力発生装置。
The tire includes a tire resin body (110) that deforms in contact with the ground, and a belt (120) for reinforcing the tire resin therein.
2. The power generation device according to claim 1, wherein the first electrode structure is embedded and disposed in the tire resin body such that the belt serves as the first electrode.
前記第1電極構造体は、前記帯電体としての第1帯電体(13)を有し、前記第1帯電体が前記タイヤ樹脂体に相当することを特徴とする請求項2に記載の電力発生装置。   The electric power generation according to claim 2, wherein the first electrode structure includes a first charged body (13) as the charged body, and the first charged body corresponds to the tire resin body. apparatus. 前記第2電極構造体は、前記帯電体としての第2帯電体(14)を有し、前記第2帯電体が前記タイヤ樹脂体に相当することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の電力発生装置。   The second electrode structure includes a second charged body (14) as the charged body, and the second charged body corresponds to the tire resin body. The electric power generation apparatus of description. 前記ベルトを複数有し、
前記第2電極構造体は、前記第1電極に相当する前記ベルトとは別の前記ベルトが前記第2電極となるように前記タイヤの内部に埋め込まれて配置されることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の電力発生装置。
A plurality of the belts;
The said 2nd electrode structure is embedded and arrange | positioned inside the said tire so that the said belt different from the said belt corresponding to the said 1st electrode may become the said 2nd electrode, It is characterized by the above-mentioned. The electric power generator of any one of 2-4.
前記帯電体は前記タイヤ樹脂体に相当することを特徴とする請求項5に記載の電力発生装置。   The power generation device according to claim 5, wherein the charged body corresponds to the tire resin body. 前記タイヤにおけるサイドウォール部(100C)に配置され、
前記第1電極と前記第2電極の対向方向が、前記サイドウォール部の内壁における法線方向であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力発生装置。
It is arranged in the sidewall part (100C) in the tire,
The power generation device according to claim 1, wherein a facing direction of the first electrode and the second electrode is a normal direction on an inner wall of the sidewall portion.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力発生装置(10)と、
前記電力発生装置が内側に配置されるタイヤ(100)と、を備えることを特徴とするタイヤ組立体。
The power generation device (10) according to any one of claims 1 to 7,
A tire assembly comprising: a tire (100) on which the power generation device is disposed.
前記タイヤに固定され、前記タイヤの回転に応じて前記電力発生装置とともに運動する錘部(500)を有し、
前記タイヤ、前記電力発生装置、および、前記錘部から成る系の重心が前記タイヤの回転軸(L)上に位置することを特徴とする請求項8に記載のタイヤ組立体。
A weight portion (500) that is fixed to the tire and moves with the power generation device according to the rotation of the tire;
The tire assembly according to claim 8, wherein a center of gravity of a system including the tire, the power generation device, and the weight portion is located on a rotation axis (L) of the tire.
タイヤの機械エネルギーから電力を発生する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力発生装置(10)と、
前記電力発生装置により生じた電力を蓄積するバッテリ(430)と、
前記バッテリから電力が供給され、外部に対して所定の信号を出力する電子装置(410)と、
前記電子装置が出力する前記信号を前記タイヤの外部に無線送信する無線機(420)と、を備えることを特徴とする自律発電システム。
The power generation device (10) according to any one of claims 1 to 7, which generates electric power from mechanical energy of a tire;
A battery (430) for accumulating power generated by the power generation device;
An electronic device (410) that receives power from the battery and outputs a predetermined signal to the outside;
An autonomous power generation system comprising: a radio (420) that wirelessly transmits the signal output from the electronic device to the outside of the tire.
前記電子装置は、前記タイヤに関する物理量を検出するセンサであり、前記信号は、前記物理量に関する情報であることを特徴とする請求項10に記載の自律発電システム。   11. The autonomous power generation system according to claim 10, wherein the electronic device is a sensor that detects a physical quantity related to the tire, and the signal is information related to the physical quantity. 前記物理量は、前記タイヤの内側の空気圧、もしくは、前記タイヤまたはタイヤの内側の温度であることを特徴とする請求項11に記載の自律発電システム。   The autonomous power generation system according to claim 11, wherein the physical quantity is an air pressure inside the tire or a temperature inside the tire or the tire. 外部に設けられ、前記信号を受信する受信機と、前記信号の受信回数を計数するカウンタと、を有する電子制御部を備え、
前記電子装置は、前記タイヤの変形に応じて発生する電圧が、所定の閾電圧を超えるごとに、前記信号を出力するとともに、
前記無線機は、前記電圧が前記閾電圧を超えるごとに、前記電子装置によって出力された前記信号を前記受信機に向けて無線送信し、
前記電子制御部は、前記カウンタにより計数された受信回数と、計数した時間に基づいて、前記タイヤの回転数を算出することを特徴とする請求項10〜12のいずれか1項に記載の自律発電システム。
An electronic control unit that is provided outside and includes a receiver that receives the signal and a counter that counts the number of times the signal is received;
The electronic device outputs the signal every time the voltage generated according to the deformation of the tire exceeds a predetermined threshold voltage,
The radio device wirelessly transmits the signal output by the electronic device to the receiver each time the voltage exceeds the threshold voltage,
The autonomous control according to any one of claims 10 to 12, wherein the electronic control unit calculates the number of rotations of the tire based on the number of receptions counted by the counter and the counted time. Power generation system.
タイヤの機械エネルギーから電力を発生する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の電力発生装置(10)と、
前記電力発生装置から電力が供給され、外部に対して所定の信号を出力する電子装置(410)、
前記電子装置が出力する前記信号を前記タイヤの外部に無線送信する無線機(420)と、
外部に設けられ、前記信号を受信する受信機と、前記信号の受信回数を計数するカウンタと、を有する電子制御部と、を備え、
前記電子装置は、前記タイヤの変形に応じて供給される電圧が、所定の閾電圧を超えるごとに、前記信号を出力するとともに、
前記無線機は、前記電圧が前記閾電圧を超えるごとに、前記電子装置によって出力された前記信号を前記受信機に向けて無線送信し、
前記電子制御部は、前記カウンタにより計数された受信回数と、計数した時間に基づいて、前記タイヤの回転数を算出することを特徴とする自律発電システム。
The power generation device (10) according to any one of claims 1 to 7, which generates electric power from mechanical energy of a tire;
An electronic device (410) that is supplied with power from the power generation device and outputs a predetermined signal to the outside;
A radio (420) for wirelessly transmitting the signal output from the electronic device to the outside of the tire;
An electronic control unit that is provided outside and has a receiver that receives the signal, and a counter that counts the number of times the signal has been received,
The electronic device outputs the signal every time the voltage supplied in accordance with the deformation of the tire exceeds a predetermined threshold voltage,
The radio device wirelessly transmits the signal output by the electronic device to the receiver each time the voltage exceeds the threshold voltage,
The said electronic control part calculates the rotation speed of the said tire based on the frequency | count of reception counted by the said counter, and the counted time, The autonomous power generation system characterized by the above-mentioned.
前記電子装置は、前記タイヤに関する物理量を検出するセンサであり、前記信号は、前記物理量に関する情報であることを特徴とする請求項14に記載の自律発電システム。   15. The autonomous power generation system according to claim 14, wherein the electronic device is a sensor that detects a physical quantity related to the tire, and the signal is information related to the physical quantity. 前記物理量は、前記タイヤの内側の空気圧、もしくは、前記タイヤまたはタイヤの内側の温度であることを特徴とする請求項15に記載の自律発電システム。   The autonomous power generation system according to claim 15, wherein the physical quantity is an air pressure inside the tire or a temperature inside the tire or the tire. 前記電力発生装置および前記電子装置は、それぞれ、前記タイヤの回転方向に沿って等間隔に複数形成されることを特徴とする請求項11〜16のいずれか1項に記載の自律発電システム。   The autonomous power generation system according to any one of claims 11 to 16, wherein a plurality of the power generation device and the electronic device are each formed at equal intervals along a rotation direction of the tire.
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