JP2015177733A - タイヤ発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本願発明は、自動車の基本構造に変更を加えない給電装置を備えたタイヤ発電装置を提供し、電気自動車の使用者が走行しながらバッテリー等の充電をすることができるようにすること。
【解決手段】 タイヤ発電装置は、このリム４に保持されるタイヤ５と、タイヤ５とリム４との間に設けられリム４の回転により生じるタイヤ５の圧縮応力変化を受けて発電する圧電素子６と、回転軸２をベアリング７により回転可能に支持する固定軸８に設けられた給電装置９とから構成され、圧電素子６はタイヤ５とリム４の間に配置され、タイヤ５のリム４と対向する位置において、タイヤ５が接地面１８から受ける圧力によって走行中に発生する応力の変化が圧電素子６に伝わるように配置されているため、車両を走行しながら、走行時にタイヤが受ける接地面からの応力の変化を受けて圧電素子が自ら発電し、給電装置を介してこの電力をバッテリー等の充電に利用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の等の走行車両において利用することができるタイヤ発電装置に係り、特に、自動車の走行に必要なエネルギーに影響を与えることなく、電気自動車等のへの電力の補充等を効率よく行える装置に関する。

自動車の走行に伴う運動を利用して発電を行うことは従来行われているが、発電動作自体が走行に必要なエネルギーを消費する場合には、エネルギー効率の良い発電とはいえない。一方、発電動作自体が自動車の走行系に直接マイナス要素とならない発電も知られている。圧電装置を利用して自動車の重力方向の応力変化により発電を行うもの等である（特許文献１参照）。

自動車等において、タイヤ等に自ら備える発電装置による電力がタイヤ内部で消費される場合には、給電装置が必要とならない。しかしながら、タイヤに設けた発電装置の電力を利用するためには給電装置が必要となる。従来の給電装置はタイヤを支えるリムのタイヤ支持面に開口を設けこれを介して行うものであり、リムの加工が必要で高価となり、メンテナンスや耐久性の問題を有するものであった（特許文献２参照）。

特許第４５９６２４０号公報 特開２００４−２３９０４号公報

近年の電気自動車の普及にともない、電気自動車のバッテリーへの充電等にタイヤに設けた発電装置の電力の利用できれば、エネルギー効率の良い自動車が実現できる。タイヤに設けた発電装置の電力を利用するために、自動車の基本構造に大きな変更を加えずに給電を行うことが必要となる。本願発明は、自動車の基本構造に変更を加えない給電装置を備えたタイヤ発電装置を提供し、電気自動車の使用者が走行しながらバッテリー等の充電をすることができるようにすることを目的とする。

このような課題を解決するための本発明の技術的手段は、走行車両を支持する回転軸に取り付けられるリムに保持されるタイヤと、タイヤの内側（回転軸、リムに近い側）もしくは前記タイヤと前記リムとの間に設けられ前記リムの回転により生じるタイヤの圧縮応力変化を受けて発電する圧電素子と、回転軸を回転可能に支持する固定軸側に前記圧電素子もしくは前記圧電素子に接続された整流器の発電電力を給電する給電装置と、を有し、給電装置は、リムもしくは前記タイヤの側部（車体に対向する側部で回転軸にほぼ垂直な面）に設けられ前記リムとともに回転する給電板と、給電板と電気的に摩擦接続し前記固定軸側に設けられた接触端子と、前記圧電素子もしくは前記圧電素子に接続された整流器の陽極と前記給電板とを電気接続する陽極配線と、前記圧電素子もしくは前記圧電素子に接続された整流器の陰極と走行車両の車体とを電気的に接続する陰極配線と、を備え、前記圧電素子もしくは前記圧電素子に接続された整流器の陽極、前記回転板、接続端子および陽極配線は走行車両の車体、前記リム、前記回転軸および固定軸とは電気的に絶縁された構成を有する。

このような構成からなるタイヤ発電装置によれば、電気自動車等の使用者が当該自動車に乗車しながら、自らの走行に必要なエネルギーを大きく犠牲にすることなく、従来無駄にしていたエネルギーで発電を行いバッテリー等の充電を効率よくすることができ、エネルギーの有効利用ができる。

本発明の第１の実施の形態に係るタイヤ発電装置の要部（回転中心から半分は省略）断面図。 同タイヤ発電装置の配線図。 同タイヤ発電装置のリムと給電装置の要部側面図。 同タイヤ発電装置のリムと給電装置の要部拡大側面図。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施例に係るタイヤ発電装置について説明する。本発明の実施例では、図１に示すよう、電気自動車等の走行車両１を支持する回転軸２にはボルト３でリム４が固定されている。本発明の実施例に係るタイヤ発電装置は、このリム４に保持されるタイヤ５と、タイヤ５とリム４との間に設けられリム４の回転により生じるタイヤ５の圧縮応力変化を受けて発電する圧電素子６と、回転軸２をベアリング７により回転可能に支持する固定軸８に設けられた給電装置９とから構成される。この圧電素子６はタイヤ５の内部に内包されていても良い。リム４とタイヤ５との間には緩衝材５Ｄが設けられていても良く、これにより圧電素子６を安定的に保持できる。給電装置９は圧電素子６の発電電力を走行車両１に給電する機能を有している。給電装置９は、リム４の側部に設けられ、リム４と共に回転する給電板１０と、給電版１０と対向し、給電板１０と電気的に摩擦接続する接触端子１１とにより構成されている。給電板１０は走行車両１の固定軸８に対向する側に設けられ、回転軸２と垂直な面内に配置されており、タイヤ５の回転中もほぼ一定の姿勢が保てる位置に配置される。

接触端子１１はほぼ一定の接触圧力で給電版１０に電気的に接触するよう固定軸８にパンタグラフ１２を介して取り付けられている。パンタグラフ１２は、接触端子１１をほぼ一定の接触圧力で給電版１０に押しつけるよう機能する。圧電素子６（圧電素子６に接続された整流器１４を介して）の陽極６＋と給電板１０とは陽極配線１３により接続されている。圧電素子６の陽極６＋、給電板１０、接続端子１１および陽極配線１３はリム４と絶縁配線され、さらに回転軸２および固定軸８、走行車両１のシャーシとも電気的に絶縁された構成を有する。さらに自動車等で周知のように車両本体には陰極配線が構成されており、前記圧電素子６の陰極と回転軸２や固定軸８を介して走行車両１の車体とを電気的に接続する配線（陰極配線）がされている（図示せず）。

圧電素子６には整流器１４とコンデンサ１５が適宜接続されている。圧電素子６の発電出力（交流）は整流器１４により整流されコンデンサ１５により蓄電され、給電装置９を通って電気自動車等の走行車両１のバッテリー１６に配線１７で接続される。整流器１４に並列接続されたコンデンサ１５に並列にまたはコンデンサ１５に代えて電池（１５ｂ）が接続されてもよい。本実施例のタイヤ発電装置の出力は適宜電圧調整器（図示せず）を介して電気自動車等の走行車両１のバッテリー１６の充電を行うように構成してもよい。図１では整流器１４とコンデンサ１５が適宜接続され圧電素子６と一体に構成されており図子を省略している。電池（１５ｂ）は電気自動車等の走行車両１のバッテリー１６とは別に設けられたバッテリー１６の補完機能を備えるようにすると良い。この補完機能用のバッテリー１６は走行車両１の座席や運転室（図示せず）の暖房器具等に接続するという補完機能を備えるようにすると良い。

圧電素子６のマイナス（陰極）側は、リム４に接続され、回転軸２、固定軸８を介して走行車両１のシャーシと電気的に接続され（陰極）アースを構成する。陽極配線１３はリム４と絶縁配線されておればよく、リム４の肉厚部内でもタイヤ５との間で独立した配線構造をとってもよい。圧電素子６の配置位置は、本実施の形態ではタイヤ５とリム４の間に配置されているが、タイヤ５のゴムの厚みの中（内部）に配置されてもよく、要はタイヤ５のリム４と対向する位置において、タイヤ５が接地面１８から受ける圧力によって走行中に発生する応力Ｐの変化が圧電素子６に伝わるように圧電素子６は配置されておれば良い。もちろん圧電素子６はリム４の複数箇所に適宜配置されてよい。走行車両１の４つのタイヤにそれぞれ圧電素子６が設けられ、各タイヤ５の圧電素子６の出力電力の調整や整合を行うインバータやコンバータを備えた整合装置がさらに走行車両１に設けられていると更によい。

以上のような構成からなるタイヤ発電装置によれば、電気自動車等の使用者が車両を走行しながら、走行時にタイヤが受ける接地面からの応力の変化を受けて圧電素子が自ら発電し、給電装置を介してこの電力をバッテリー等の充電に利用できる。走行車両のバッテリーとは別に設けられた主バッテリに対する補完機能を備えるバッテリを設けることも可能となり自動車の充電機能を補完できる。

なお、ガソリン等の化石燃料を燃焼して動力を得るガソリン自動車等は、そのガソリンの燃焼時に生じる熱エネルギーにより走行車両の居室や座席の暖房を行うことが出来るが、バッテリー等の電氣エネルギーを使用する自動車では、暖房用にバッテリーの容量を消費すると走行に使用する電氣エネルギーが消費され、可能走行距離が短くなる。これに対し、本願発明では圧電素子が発電し、給電装置を介してこの電力を座席の暖房や運転席等の居室の電気暖房設備に給電することができる。主バッテリに対する補完機能を備えるバッテリーにこの電気暖房設備を接続することにより、走行車両のバッテリーの消費を起こすことなく暖房が可能になる。

本発明のタイヤ発電装置によれば、走行自体に必要なエネルギーを大きく犠牲にすることなく、従来無駄にしていたエネルギーで発電を行いバッテリー等の充電を効率よくすることができ、電気自動車等でのエネルギーの有効利用ができ、電気自動車等で活用が可能となる、

１ 電気自動車等の走行車両
２ 回転軸
４ リム
５ タイヤ
６ 圧電素子
８ 固定軸
９ 給電装置。
１０ 給電板
１１ 接触端子。

Claims (3)

1. 走行車両を支持する回転軸に取り付けられたリムに保持されたタイヤと、
   前記タイヤの内側もしくは前記タイヤと前記リムとの間に設けられ前記リムの回転により生じるタイヤの圧縮応力変化を受けて発電する圧電素子と、
   前記回転軸を回転可能に支持する固定軸側に前記圧電素子もしくは前記圧電素子に接続された整流器の発電電力を給電する給電装置と、を有し、
   前記給電装置は、
   前記リムもしくは前記タイヤの側部に設けられ前記リムとともに回転する給電板と、
   前記給電板と電気的に摩擦接続し前記固定軸側に設けられた接触端子と、
   前記圧電素子もしくは前記圧電素子に接続された整流器の陽極と前記給電板とを電気接続する陽極配線と、
   前記圧電素子もしくは前記圧電素子に接続された整流器の陰極と走行車両の車体とを電気的に接続する陰極配線と、を備え、前記圧電素子もしくは前記圧電素子に接続された整流器の陽極、前記給電板、接続端子および陽極配線は走行車両の車体、前記リム、前記回転軸および固定軸とは電気的に絶縁されたタイヤ発電装置。
2. 前記圧電素子には整流器と電池もしくはコンデンサが並列接続された請求項１に記載のタイヤ発電装置。
3. 前記接触端子と前記給電板との接触圧を所定に保つパンタグラフをさらに備えた請求項１もしくは請求項２に記載のタイヤ発電装置。

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