JP2017213948A - 発電装置及び電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤの回転による振動のように振動周波数が変動する場合でも発電効率の低下を抑えることが可能な発電装置を提供する。
【解決手段】磁歪素子２２と、磁歪素子２２に衝撃を伝達する衝撃伝達部材２０と、磁歪素子２２への衝撃の伝達方向において磁歪素子２２と並んで配置された磁石２３と、磁歪素子２２が収容される孔の周りに導線１６が巻回されたコイル２４とを備える。コイル２４の孔が、衝撃の伝達方向と平行なｚ方向へ延びている。衝撃伝達部材２０が、ｚ方向へ相対的に変位可能に組み合わされた第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２を含む。第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２が、孔の一端から孔の外を通り孔の他端へ至る磁歪素子２２の磁束線ＭＦの磁路を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動により発電する発電装置とこれを備えたタイヤ用の電子装置に関する。

タイヤ空気圧監視システム（ｔｉｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ：ＴＰＭＳ）では、タイヤの内部に配置されたセンサから車載制御装置へ無線等により空気圧の検出結果が送信される。このセンサや無線機等に供給する電源としては、一般に電池が使用される。しかしながら、電池は寿命による交換が必要になることから、メインテナンスの負担が大きいという不利益がある。そのため、タイヤの回転による振動を利用したＴＰＭＳ用の発電装置が従来より検討されている。例えば下記の特許文献１では、振動に伴って磁石がコイルの中を往復運動するように構成された発電装置が開示されている。

特開２００４−１８７４２９号

特許文献１に記載される発電装置は、付勢部材（コイルスプリング等）によって磁石が移動方向に付勢されている。このように、振動する機構部品を用いた発電装置は、特定の共振周波数を持つため、振動周波数と共振周波数が一致する場合に発電効率が高くなる一方、振動周波数と共振周波数がずれていると発電効率が大幅に低下する。一般に、タイヤの回転による振動はタイヤの回転速度などに応じて周波数が大きく変化することから、特許文献１のように特定の共振周波数を持つ発電装置では、安定した発電効率を保つことが難しいという不利益がある。そこで、周波数帯域が広がるように共振のＱ値を抑えることも考えられるが、そうすると機械的なエネルギーの損失が増大するため、かえって発電効率が低下するという不利益がある。また、振動する機構部品を用いた場合、耐久性が低くなるという不利益もある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤの回転による振動のように振動周波数が変動する場合でも発電効率の低下を抑えることが可能な発電装置及びこれを備えた電子装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る発電装置は、少なくとも１つの磁歪素子と、前記磁歪素子に衝撃を伝達する衝撃伝達部材と、前記衝撃伝達部材による前記磁歪素子への衝撃の伝達方向において前記磁歪素子と並んで配置された少なくとも１つの磁石と、前記磁歪素子が収容される孔を有し、前記孔の周りに導線が巻回されたコイルとを備える。前記コイルの前記孔が、前記衝撃の伝達方向と平行な第１方向へ延びている。前記衝撃伝達部材が、１以上の磁性部材を含む。前記１以上の磁性部材が、前記孔の一端から前記孔の外を通り前記孔の他端へ至る前記磁歪素子の磁束線の磁路を形成する。

この構成によれば、前記衝撃伝達部材を介して前記磁歪素子に衝撃が伝達されると、前記磁歪素子において逆磁歪効果により磁界の変化が生じ、この磁界の変化に応じて前記コイルの起電力が発生する。衝撃による前記磁歪素子の微小な変形により生じた磁界の変化に基づいて発電することから、コイルスプリングなどの比較的低い周波数で振動する機構部品を用いて発電を行う場合に比べて、振動周波数の変動による発電効率の低下が生じ難い。また、前記衝撃伝達部材における前記１以上の磁性部材が、前記磁歪素子へ衝撃を伝達する機能に加えて、前記磁歪素子による前記磁束線の磁路を形成する機能も備えているため、これらの機能を別の部材で実現する場合に比べて構成が簡易となる。

好適に、前記衝撃伝達部材が、前記第１方向へ相対的に変位可能に組み合わされた少なくとも２つの磁性部材を含む。前記孔の一端側において、前記磁歪素子と１つの前記磁性部材とが接しており、前記孔の他端側において、前記磁石と他の１つの前記磁性部材とが接している。

この構成によれば、前記コイルの前記孔の一端側において前記磁歪素子と１つの前記磁性部材とが接しているため、前記磁性部材からの衝撃が前記磁歪素子へ直接伝わり易くなり、発電効率が向上する。また、前記孔の他端側において、前記磁石と他の１つの前記磁性部材とが接しているため、前記磁性部材が前記磁石の磁束線を通す磁路として機能し易くなる。

好適に、前記孔の一端側において、１つの前記磁歪素子と１つの前記磁性部材とが接しており、前記孔の他端側において、他の１つの前記磁歪素子と他の１つの前記磁性部材とが接しており、前記磁石が、前記孔の中で２つの前記磁歪素子に挟まれている。

この構成によれば、前記コイルの前記孔の一端側と他端側とにおいてそれぞれ前記磁歪素子が前記磁性部材と接しているため、前記磁性部材からの衝撃が前記磁歪素子へ直接伝わり易くなり、発電効率が向上する。

好適に、２つの前記磁性部材が、前記孔の一端側と他端側とにおいて前記コイルを挟んで対向する２つの内側平面を有し、前記２つの内側平面は、前記衝撃を受けたときの互いの離間距離が前記第１方向における前記コイルのサイズに比べて長い。

この構成によれば、前記衝撃伝達部材から前記磁歪素子へ衝撃が伝わる場合でも、前記２つの内側平面の前記第１方向における離間距離が前記コイルの前記第１方向におけるサイズに比べて長いため、前記衝撃による力が前記コイルに加わらない。これにより、前記磁歪素子へ効率的に衝撃が伝わるとともに、前記コイルの変形が防止される。

好適に、少なくとも１つの前記磁性部材が、前記第１方向と垂直な方向に向かって前記コイルの周りを囲む側壁を有し、他の少なくとも１つの前記磁性部材が、前記側壁の内側の面と対向する側端面を有する。

この構成によれば、前記磁性部材の前記側壁によって前記コイルの周りが囲まれるため、前記コイルの前記孔に収容された前記磁歪素子による磁束線が前記コイルの周りに集中し易くなり、発電効率が向上する。また、１つの前記磁性部材における前記側壁の内側の面と他の１つの前記磁性部材における前記側端面とが対向するため、この対向部分において前記磁束線が通り易くなる。

好適に、前記側壁を有する前記磁性部材と前記側端面を有する前記磁性部材とが、前記孔の一端側と他端側とにおいて前記コイルを挟んで対向する２つの内側平面を有する。

この構成によれば、前記コイルが前記孔の一端側と他端側とにおいて前記磁性部材により囲われるため、前記コイルの前記孔に収容された前記磁歪素子による磁束線が前記コイルの周りに集中し易くなり、発電効率が向上する。

好適に、前記磁歪素子と接触する前記磁性部材が、前記磁歪素子との接触面の反対側において外部からの衝撃を受ける外面を持つ。

この構成によれば、前記外面に受けた衝撃が前記磁歪素子へ伝わり易くなる。

好適に、前記外面が、前記第１方向からみた平面視における前記接触面と重なる場所に隆起部を有する。

この構成によれば、前記隆起部において衝撃を受け易くなるとともに、前記第１方向へ加えられた衝撃が前記接触面から前記磁歪素子へ伝わり易くなるため、前記磁歪素子へ効率的に衝撃が伝わる。

好適に、前記隆起部における隆起の高さは、前記第１方向からみた平面視における前記接触面の中央に対応する位置若しくは当該位置を含む領域で最も高く、当該位置若しくは当該領域から離れるにつれて連続的に低くなる。

この構成によれば、前記第１方向からみた平面視における前記接触面の中央に対応する位置若しくは当該位置を含む領域で前記隆起の高さが最も高いため、当該位置の付近において衝撃を受け易くなる。これにより、前記第１方向へ加えられた衝撃が前記接触面の中央付近から前記磁歪素子へ伝わり易くなるため、前記磁歪素子へ更に効率的に衝撃が伝わる。

好適に、前記磁歪素子と接触する前記磁性部材が、前記コイルの前記孔の中に先端を挿入され、前記先端の接触面において前記磁歪素子と接触する突出部を有する。

この構成によれば、前記コイルの前記孔の中に前記磁歪素子を位置させた状態で前記磁歪素子に衝撃を伝えることが可能になるため、前記磁歪素子による磁束線の変化が前記コイルに作用し易くなり、発電効率が向上する。

本発明の第２の観点に係る電子装置は、タイヤの内部に取り付けられた電子装置であって、電子回路と、前記電子回路に電源を供給する発電部と、前記発電部と衝突する衝突部材と、前記発電部と前記衝突部材とを前記タイヤの径方向と平行な前記第１方向において相対的に移動自在に保持する保持部材とを備える。前記発電部は、上記第１の観点に係る発電装置である。

この構成によれば、タイヤの回転数の変動などによって振動周波数が変化しても、発電効率の低下が生じ難い。

好適に、前記発電部及び前記衝突部材の一方が、他方に比べて前記タイヤの回転の中心から径方向に離れた場所で前記タイヤに固定される。

この構成によれば、前記発電部の固定場所に対応する前記タイヤの表面が地面に接地すると、前記発電部及び前記衝突部材のうち前記タイヤに固定されていない方が、前記接地の衝撃により前記タイヤの回転の中心へ近づく方向に移動し、前記発電部と前記衝突部材とが離間する。その後、前記タイヤが更に回転すると、前記発電部及び前記衝突部材のうち前記タイヤに固定されていない方が、遠心力によって前記タイヤの回転の中心から離れる方向に移動し、前記発電部と前記衝突部材とが衝突する。すなわち、前記タイヤの接地の衝撃によって前記発電部と前記衝突部材とが離間した後、遠心力によって前記発電部と前記衝突部材とが衝突する。これにより、前記タイヤの回転の度に前記発電部と前記衝突部材との衝突が確実に生じるため、前記発電部において安定した出力が得られる。

本発明によれば、タイヤの回転による振動のように振動周波数が変動する場合でも発電効率の低下を抑えることができる。

第１の実施形態に係る発電装置の一例を示す斜視図である。 図１に示す発電装置のＡ−Ａ線断面図である。 第１の実施形態に係る発電装置における発電部の斜視図及び分解図である。 発電部の外面に設けられた隆起部の一例を示す図である。 隆起部の形状に応じた衝撃の伝達の態様を説明するための図である。 第１の実施形態に係る発電装置の一変形例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る発電装置の一変形例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る発電装置の一変形例を示す断面図である。 第１の実施形態に係る発電装置における隆起部の一変形例を示す図である。 第１の実施形態に係る発電装置の一変形例を示す断面図である。 第２の実施形態に係るタイヤ監視システムの構成の一例を示す図である。 タイヤ監視システムにおける各構成要素の配置の一例を示す図である。 タイヤの接地の衝撃による錘の移動を示す図である。 タイヤの回転の遠心力による錘の移動を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る発電装置１の一例を示す斜視図である。図２は、図１に示す発電装置１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示す発電装置１における発電部２の斜視図（図３Ａ）及び分解図（図３Ｂ）である。

図１〜図３において示すように、本明細書では、互いに直交する３つの方向を「ｘ」、「ｙ」、及び「ｚ」とする。また、ｘ方向に含まれる互いに逆向きの方向を「ｘ１」及び「ｘ２」とし、ｙ方向に含まれる互いに逆向きの方向を「ｙ１」及び「ｙ２」方向とし、Ｚ方向に含まれる互いに逆向きの方向を「ｚ１」及び「ｚ２」とする。

本実施形態に係る発電装置１は、外部から加えられる振動や衝撃により発電する装置であり、発電部２と、錘３と、保持部材４と、基台５と、配線基板１１とを有する。

保持部材４は、発電部２と錘３とをＺ方向において相対的に移動自在に保持する。保持部４は、錘３の移動方向と平行なＺ方向に延びた内部空間４０を持ち、この内部空間４０に発電部２と錘３を収容する。錘３は、内部空間４０のｚ１側に配置されており、保持部材４に固定されていないため、内部空間４０においてＺ方向に移動自在である。発電部２は、内部空間４０のｚ２側の端に位置しており、保持部材４の内壁に固定される。外部から振動が加えられると、錘３のみが内部空間４０においてＺ方向に移動し、発電部２と衝突する。

保持部材４は、Ｚ１側に開口を持つケース４２と、ケース４２の開口を塞ぐ蓋４３を有する。ケース４２は、ｚ方向へ延びた円筒状の側壁４２１と、側壁４２１のＺ２側の端に設けられた底部４２２を有する。蓋４３と側壁４２１と底部４２２の各内面が、円柱状の内部空間４０を画定する。

配線基板１１は、電源回路の配線が形成された基板であり、整流回路や電圧レギュレータなどを構成する回路部品１２が実装される。この電源回路により、後述するコイル２４の起電力に基づいた一定の電源電圧が生成される。配線基板１１は、例えば保持部材４の外面（図１、図２の例では蓋４３の外面）に配置される。

基台５は、保持部材４が固定される台であり、振動や衝撃を生じる物体（タイヤ等）に取り付けられる。

錘３は、発電部２に衝突して衝撃を加えるための部材（衝突部材）であり、図１、図２の例では、内部空間４０よりも径が小さく長さが短い円柱状の形状を持つ。錘３は、両端の平面がｘｙ平面に対して概ね平行となる姿勢で内部空間４０に収容されており、ｚ２側の平面が発電部２と衝突する。

発電部２は、衝撃によって発電する装置であり、磁歪素子２２と、磁歪素子２２に衝撃を伝達する衝撃伝達部材２０と、磁石２３と、コイル２４とを有する。

磁歪素子２２は、磁界を加えることで外形が変形する磁歪材料により形成される。本実施形態に係る発電装置１では、磁歪素子２２に衝撃を加えて外形を変化させることにより磁界が変化する逆磁歪効果を利用して発電を行う。図２、図３の例において、磁歪素子２２は円柱状の形状を持ち、両端の平面がｘｙ平面に対して概ね平行となる姿勢でコイル２４の後述する孔２４１に収容される。

コイル２４は、磁歪素子２２における磁界の変化に応じた起電力を発生する。コイル２４は、磁歪素子２２が収容される孔２４１を有しており、この孔２４１の周りに導線１６が巻回される。コイル２４の孔２４１は、衝撃伝達部材２０による衝撃の伝達方向と平行な方向であるｚ方向に延びている。

磁石２３は、逆磁歪効果による磁界の変化を生じさせるためのバイアス磁界を磁歪素子２２に与える。磁石２３は、衝撃伝達部材２０による磁歪素子２２への衝撃の伝達方向において磁歪素子２２と並んで配置される。図２、図３の例において、磁石２３は磁歪素子２２とほぼ同じ径の円柱状の形状を持つ。磁石２３は、磁歪素子２２よりｚ２側に配置されており、磁歪素子２２のｚ２側の平面と磁石２３のｚ１側の平面とが接触している。

衝撃伝達部材２０は、内部空間４０においてｚ２方向へ移動する錘３が衝突した場合、その衝撃を磁歪素子２２へｚ２方向に伝達し、磁歪素子２２をｚ方向に圧縮する。図２、図３の例において、衝撃伝達部材２０は、ｚ方向へ相対的に変位可能に組み合わされた第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２を有する。第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２は、鋼鉄などの比較的強度が高い軟磁性体からなり、コイル２４の孔２４１の一端から孔２４１の外を通り孔２４１の他端へ至る磁歪素子２２の磁束線ＭＦの磁路を形成する。第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２は、互いに固定されずに組み合わされてもよいし、粘着材や接着剤、溶着などによって互いに固定された状態で組み合わされてもよい。第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２が互いに固定される場合は、錘３の衝突の衝撃によって固定箇所の部材や磁性部材自体が微小に変形することで、その衝撃が磁歪素子２２に伝達されるようにしてもよい。

第２磁性部材２０２は、ｚ方向と垂直な方向に向かってコイル２４の周りを囲む円筒状の側壁２１７と、側壁２１７のｚ２側の端に設けられた底部２１８とを有しており、コイル２４が収容される円筒状の収容空間２０３を形成する。第１磁性部材２０１は、円盤状の形状を持ち、収容空間２０３のｚ１側における円形の開口部を塞ぐように配置される。第１磁性部材２０１の側端面２１３が、側壁２１７の内側の面と対向する。磁歪素子２２及び磁石２３による磁束線ＭＦは、この側端面２１３と側壁２１７との対向部分を通る。

保持部材４のケース４２と発電部２の第２磁性部材２０２は、コイル２４の収容空間２０３と保持部材４の外側とを連通する孔１３及び１４を有する。コイル２４の導線１６は、この孔１３及び１４を通じて保持部材４の外側に引き出され、配線基板１１に配置されたコネクタ等に接続される。

第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２は、孔２４１の一端側と他端側とにおいてコイル２４を挟んで対向する２つの内側平面（２１５、２１６）を有する。２つの内側平面（２１５、２１６）は、コイル２４の孔２４１に収容された磁歪素子２２及び磁石２３を、ｚ方向の両側から挟む。第１磁性部材２０１の内側平面２１５は、孔２４１のｚ１側の端において磁歪素子２２のｚ１側の平面と接する。第２磁性部材２０２の内側平面２１６は、孔２４１のｚ２側の端において磁石２３のｚ２側の平面と接する。図２において示すように、２つの内側平面２１５、２１６の離間距離Ｌａは、ｚ方向におけるコイル２４のサイズＬｂに比べて長い。離間距離Ｌａは、２つの内側平面２１５、２１６に挟まれた磁歪素子２２及び磁石２３によって保たれており、錘３の衝突による衝撃が第１磁性部材２０１に加わった場合も「Ｌａ＞Ｌｂ」の関係は変わらない。そのため、コイル２４に直接衝撃が加わることはない。

第１磁性部材２０１は、コイル２４に面した内側平面２１５に突出部２１４を有する。突出部２１４は、その先端がコイル２４の孔２４１の中に挿入されており、先端の接触面２１９において磁歪素子２２と接触する。図３、図４の例において、突出部２１４はｚ方向に延びた円柱状の形状を持ち、ｚ２側の先端の平面において磁歪素子２２と接触する。

第１磁性部材２０１は、磁歪素子２２との接触面２１９の反対側において錘３からの衝撃を受ける外面２１２を有する。図２、図３において示すように、外面２１２の中央には、ｚ１方向へ隆起した隆起部２１１が形成される。

図４は、発電部２の外面２１２に設けられた隆起部２１１の一例を示す図である。図４Ａは、第１磁性部材２０１をｙ２側からみた図であり、図４Ｂは、第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２をｚ１側からみた図である。図４Ｂに示すように、隆起部２１１は、ｚ１側からみた平面視において、第１磁性部材２０１と磁歪素子２２との接触面２１９（円形の点線部分）と重なる場所に設けられている。隆起部２１１における隆起の高さは、この接触面２１９の中央に対応する位置Ｐ１で最も高く、位置Ｐ１から離れるにつれて連続的に低くなる。図３、図４の例において、隆起部２１１の形状は球体の一部のように丸みを帯びている。

図５は、隆起部の形状に応じた衝撃の伝達の態様を説明するための図である。図５Ａは、比較例の発電装置１Ａの断面図であり、図５Ｂは上述した発電装置１の断面図であり、何れも錘３が発電部２に衝突した状態を示す。図５Ａに示す比較例の発電装置１Ａでは、外面２１２において錘３と衝突する隆起部２１１Ａがｚ１方向に突出した円柱状の形状を有していることから、錘３が円柱形状の隆起部２１１Ａの縁に衝突する。そのため、黒の矢印で表すように、錘３は位置Ｐ１（図４）からずれた位置で隆起部２１１Ａと衝突し、その衝撃は磁歪素子２２のｘ方向及びｙ方向の中心に対してずれた位置に伝わる。一方、図５Ｂに示す本実施形態に係る発電装置１では、隆起部２１１が位置Ｐ１を中心として球体状に隆起している。そのため、錘３が位置Ｐ１（図４）に近い位置で隆起部２１１と衝突し、その衝撃は磁歪素子２２のｘ方向及びｙ方向の中心に近い位置に伝わる。従って、本実施形態に係る発電装置１は、比較例の発電装置１Ａに比べて磁歪素子２２に加わるｚ方向の衝撃が強くなるため、磁歪素子２２の磁界の変化が大きくなる。

上述した構成を有する本実施形態に係る発電装置１によれば、次のような効果を奏することができる。

本実施形態に係る発電装置１によれば、衝撃伝達部材２０を介して磁歪素子２２に衝撃が伝達されると、磁歪素子２２において逆磁歪効果により磁界の変化が生じ、この磁界の変化に応じてコイル２４の起電力が発生する。衝撃による磁歪素子２２の微小な変形により生じた磁界の変化に基づいて発電することから、コイルスプリングなどの比較的低い周波数で振動する機構部品を用いて発電を行う場合に比べて、振動周波数の変動による発電効率の低下が生じ難い。従って、タイヤの回転による振動のように振動周波数が変動する場合でも、発電効率の低下を抑えることができる。また、振動する機構部品を用いないため、耐久性を高めることができる。

本実施形態に係る発電装置１によれば、衝撃伝達部材２０における２つの磁性部材（２０１、２０２）が、磁歪素子２２へ衝撃を伝達する機能に加えて、磁歪素子２２による磁束線ＭＦの磁路を形成する機能も備えている。そのため、これらの機能を別の部材で実現する場合に比べて構成が簡易となる。更に、磁性部材（２０１、２０２）や磁歪素子２２、磁石２３などはいずれも高い強度を持つ材料を用いて形成可能であるため、耐久性を高めることができる。

本実施形態に係る発電装置１によれば、コイル２４の孔２４１の一端側において磁歪素子２２と第１磁性部材２０１とが接している。そのため、第１磁性部材２０１からの衝撃が磁歪素子２２へ直接伝わり易くなり、発電効率が向上する。また、孔２４１の他端側において、磁石２３と第２磁性部材２０２とが接しているため、第２磁性部材２０２が磁石２３の磁束線ＭＦを通す磁路として機能し易くなる。

本実施形態に係る発電装置１によれば、ｚ方向と垂直な方向におけるコイル２４の周囲が、第２磁性部材２０２の側壁２１７によって囲まれる。そのため、コイル２４の孔２４１に収容された磁歪素子２２による磁束線ＭＦがコイル２４の周りに集中し易くなり、発電効率が向上する。また、第２磁性部材２０２における側壁２１７の内側の面と第１磁性部材２０１における側端面２１３とが対向するため、この対向部分において磁束線ＭＦが通り易くなる。

本実施形態に係る発電装置１によれば、コイル２４が孔２４１の一端側と他端側とにおいて磁性部材（２０１、２０２）により囲われる。そのため、コイル２４の孔２４１に収容された磁歪素子２２による磁束線ＭＦがコイル２４の周りに集中し易くなり、発電効率が向上する。

本実施形態に係る発電装置１によれば、衝撃伝達部材２０から磁歪素子２２へ衝撃が伝わる場合でも、２つの内側平面２１５、２１６のｚ方向における離間距離Ｌａがコイル２４のｚ方向におけるサイズＬｂに比べて長い。そのため、衝撃による力がコイル２４へ直接的に加わらない。これにより、磁歪素子２２へ効率的に衝撃が伝わるため発電効率が向上するとともに、衝撃によるコイル２４の変形を防止できる。

本実施形態に係る発電装置１によれば、第１磁性部材２０１において磁歪素子２２と接触する内側平面２１５の反対側の外面２１２に錘３が衝突し、衝撃が加えられる。これにより、外面２１２に加えられた衝撃が磁歪素子２２へ直接的に伝わり易くなるため、発電効率が向上する。

本実施形態に係る発電装置１によれば、第１磁性部材２０１の外面２１２には、錘３が衝突する側（ｚ１側）からみた平面視において第１磁性部材２０１と磁歪素子２２との接触面２１９と重なる場所に、隆起部２１１が設けられている。これにより、隆起部２１１において衝撃を受け易くなるとともに、ｚ方向へ加えられた衝撃が接触面２１９を介して磁歪素子２２に伝わり易くなる。そのため、錘３の衝突による衝撃が磁歪素子２２へ効率的に伝わるため、発電効率が向上する。

本実施形態に係る発電装置１によれば、錘３が衝突する側（ｚ１側）からみた平面視における第１磁性部材２０１と磁歪素子２２との接触面２１９の中央に対応する位置Ｐ１（図４）において、隆起部２１１の隆起の高さが最も高い。そのため、第１磁性部材２０１は位置Ｐ１の付近において衝撃を受け易くなる。これにより、ｚ方向へ加えられた衝撃が第１磁性部材２０１と磁歪素子２２との接触面２１９の中央付近から磁歪素子２２へ伝わり易くなるため、磁歪素子２２へ効率的に衝撃を伝えることができる。

本実施形態に係る発電装置１によれば、コイル２４に面した第１磁性部材２０１の内側平面２１５に突出部２１４が設けられており、突出部２１４の先端がコイル２４の孔２４１の中に挿入され、その先端の接触面２１９が磁歪素子２２と接触する。これにより、コイル２４の孔２４１の中に磁歪素子２２の全体を位置させた状態で磁歪素子２２に衝撃を伝えることが可能になるため、磁歪素子２２による磁束線ＭＦの変化がコイル２４に作用し易くなり、発電効率が向上する。

次に、本実施形態に係る発電装置１の変形例について図６〜図１０を参照して説明する。なお、図６〜図８及び図１０の断面図は、図２と同様なＡ−Ａ線の断面を示す。

図６に示す変形例の発電装置１Ｂは、図２に示す発電装置１における磁歪素子２２及び磁石２３の配置を変更したものである。すなわち、図６に示す発電装置１Ｂでは、錘３が衝突する第１磁性部材２０１Ｂに磁石２３が接触し、保持部材４のケース４２に固定された第２磁性部材２０２Ｂに磁歪素子２２が接触する。第１磁性部材２０１Ｂは、突出部２１４の代わりに磁石２３の嵌合用の凹部を有する。この凹部に嵌合された磁石２３の先端が孔２４１に挿入されて、磁歪素子２２と接触する。第２磁性部材２０２Ｂは、コイル２４のｚ２側に面した内側平面２１６に突出部２１４Ｂを有しており、突出部２１４Ｂの先端が孔２４１に挿入されて磁歪素子２２と接触する。

図６に示す変形例の発電装置１Ｂによれば、コイル２４の孔２４１の一端側において磁歪素子２２と第２磁性部材２０２とが接しているため、第２磁性部材２０２から磁歪素子２２へ衝撃を直接伝えることができる。また、孔２４１の他端側において、磁石２３と第１磁性部材２０１とが接しているため、第１磁性部材２０１が磁石２３の磁束線ＭＦを通す磁路として機能し易くなる。

図７に示す変形例の発電装置１Ｃは、コイル２４の孔２４１の中で２つの磁歪素子（２２−１、２２−２）の間に磁石２３が挟まれたものである。磁歪素子２２−１は孔２４１のｚ１側に配置されて第１磁性部材２０１の突出部２１４と接触し、磁歪素子２２−２は孔２４１のｚ２側に配置されて第２磁性部材２０２Ｂの突出部２１４Ｂと接触する。この変形例の発電装置１Ｃによれば、コイル２４の孔２４１の一端側と他端側とにおいてそれぞれ磁歪素子（２２−１、２２−２）が磁性部材（２０１、２０２）と接しているため、上述した発電装置１、１Ｂと同様に、磁性部材（２０１、２０２）から磁歪素子（２２−１、２２−２）へ衝撃を直接伝えることができる。

図８に示す変形例の発電装置１Ｄは、コイル２４の孔２４１の中で２つの磁石（２３−１、２３−２）の間に磁歪素子２２が挟まれたものである。磁石２３−１は孔２４１のｚ１側に配置されて第１磁性部材２０１と接触し、磁石２３−２は孔２４１のｚ２側に配置されて第２磁性部材２０２と接触する。この変形例の発電装置１Ｄによれば、孔２４１の一端側と他端側のそれぞれにおいて、磁石（２３−１、２３−２）と磁性部材（２０１、２０２）とが接しているため、磁性部材（２０１、２０２）が磁石（２３−１、２３−２）の磁束線ＭＦを通す磁路として機能し易くなる。

図９は、第１磁性部材２０１の外面２１２に設けられた変形例の隆起部２１１Ｅを示す図である。図４と同様に、図９Ａは第１磁性部材２０１をｙ２側からみた図であり、図９Ｂは第１磁性部材２０１及び第２磁性部材２０２をｚ１側からみた図である。図９に示す変形例の隆起部２１１Ｅは、ｚ１側からみた平面視において、第１磁性部材２０１と磁歪素子２２との接触面２１９と重なる場所に設けられている。また、隆起部２１１Ｅにおける隆起の高さは、この接触面２１９の中央に対応する位置Ｐ１を中心とした円形の平面の領域ＡＲ１で最も高く、領域ＡＲ１から離れるにつれて連続的に低くなる。図９の例において、隆起部２１１Ｅの形状は円錐台状である。このような形状の隆起部２１１Ｂを第１磁性部材２０１の外面２１２に設けた場合、隆起部２１１Ｂの隆起が高くなる一方で、円錐面状の曲面において発電部２と錘３との衝突が生じ難くなる。これにより、ｚ方向へ加えられた衝撃が更に接触面２１９の中央に近い位置から磁歪素子２２へ伝わり易くなるため、磁歪素子２２へより効率的に衝撃を伝えることができる。なお、領域ＡＲ１を平面ではなく、球体の一部のように丸みを帯びた形状にして、位置Ｐ１の隆起の高さを最も高くしてもよい。

図１０に示す変形例の発電装置１Ｅは、錘３を保持部材４の内部空間４０における基台５に近い側に位置させ、発電部２を保持部材４の基台５から離れた側の蓋４３Ｆに固定したものである。変形例の発電装置１Ｅでは、コイル２４の収容空間２０３と保持部材４の外側とを連通する孔１３Ｆ及び１４Ｆが保持部材４の蓋４３と発電部２の第２磁性部材２０２に設けられている。コイル２４の導線１６は、この孔１３Ｆ及び１４Ｆを通じて保持部材４の外側に引き出され、配線基板１１に設けられた孔１５Ｆを通り、配線基板１１の表面に配置されたコネクタ等に接続される。このように、基台５に対する発電部２と錘３の配置を逆にしても、上述した発電装置１と同様な効果を奏することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、上述した第１の実施形態の発電装置をタイヤ監視システムに適用したものである。

図１１は、本実施形態に係るタイヤ監視システムの構成の一例を示す図である。図１１Ａはタイヤ監視システムの全体構成を示し、図１１Ｂは電子装置１００の発電装置１２０の電気的な構成を示す。このタイヤ監視システムは、例えばタイヤの空気圧を監視するＴＰＭＳであり、タイヤ１４０の内部に取り付けられた電子装置１００と、この電子装置１００から監視結果のデータを取得する車載制御装置１３０とを有する。

電子装置１００は、電子回路１１０と、この電子回路１１０に電源電圧ＶＤＤを供給する発電装置１２０を有する。電子回路１１０は、車載制御装置１３０に無線信号を送信する無線送信部１１１と、空気圧や温度、加速度などの所定の物理量を測定するセンサ部１１３と、無線送信部１１１及びセンサ部１１３の動作を制御するコンピュータ等の処理部１１２とを有する。発電装置１２０は、第１の実施形態に係る発電装置１（若しくはその変形例）と同様の構成を持つ。また、図１１Ｂにおいて示すように、発電装置１２０は、コイル２４の出力を整流する整流回路１２１と、整流回路１２１により整流された電圧を入力して一定の電源電圧ＶＤＤを生成するレギュレータ１２２とを有する。電子回路１１０や発電装置１２０の回路部品は、例えば配線基板１１に実装される。

車載制御装置１３０は、例えば車両１５０のＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）やＥＣＵと通信する制御モジュールである。図１１Ａの例において、車載制御装置１３０は、電子装置１００からの無線信号を受信する無線受信部１３１と、車両１５０の他の制御モジュールやＥＣＵとデータ通信を行う通信部１３３と、無線受信部１３１及び通信部１３３の動作を制御するコンピュータ等の処理部１３２とを有する。処理部１３２は、電子装置１００から無線信号によって送られてくるセンサ部１１３のセンシング結果のデータに基づいて、車両１５０における種々の制御（警告ランプの表示など）を行う。

図１２は、図１１に示すタイヤ監視システムにおける各構成要素の配置の一例を示す図である。図１１Ａは車両１５０における電子装置１００と車載制御装置１３０の概略的な配置例を示し、図１２Ｂはタイヤ１４０内における電子装置１００の概略的な配置例を示す。図１２Ｂの例において、電子装置１００は、タイヤ１４０の接地面１４１に対して裏側の内壁１４２に取り付けられている。図１２Ｂにおける「Ｐｓ１」は、タイヤ１４０の回転の中心から径方向を見た場合に電子装置１００と重なる接地面１４１上の位置を示す。

図１３及び図１４は、タイヤ１４０の回転に伴う錘３の移動を説明するための図である。図１３はタイヤ１４０の接地の衝撃による発電装置１２０の錘３の移動を示し、図１４はタイヤ１４０の回転の遠心力による発電装置１２０の錘３の移動を示す。また、図１３Ａ及び図１４Ａは、タイヤ１４０の接地面１４１における位置Ｐｓ１と地面６との位置関係を表しており、図１３Ｂ及び図１４Ｂは、保持部材４の内部空間４０における錘３の移動方向を示す。

本実施形態において、保持部材４は、タイヤ１４０の径方向と平行なｚ方向において発電部２と錘３とを相対的に移動自在に保持する。また図１３及び図１４の例において、発電部２は、保持部材４及び基台５を介してタイヤ１４０に固定される。タイヤ１４０の内部における発電部２の固定場所は、錘３よりもタイヤ１４０の中心Ｐｏから離れている。

発電部２の固定場所に対応するタイヤ１４０の接地面１４１の位置Ｐｓ１が地面６に接地すると（図１３Ａ）、タイヤ１４０に固定されていない錘３がその接地の衝撃により中心Ｐｏへ近づく方向（ｚ１方向）に移動し、錘３が発電部２から離間する。その後タイヤ１４０が更に回転して、タイヤ１４０の接地面１４１の位置Ｐｓ１が地面６から離れると（図１４Ａ）、錘３に遠心力が働き、錘３が中心Ｐｏから離れる方向（ｚ２方向）に移動する。これにより、錘３が発電部２に衝突し、その衝突の衝撃によって発電部２が発電する。

以上説明したように、本実施形態によれば、タイヤ１４０に固定されていない衝突部材である錘３が、タイヤ１４０の接地の衝撃によって回転の中心Ｐｏへ近づく方向に移動し、タイヤ１４０に固定された発電部２から離れる。その後、タイヤ１４０の回転に伴う遠心力により、錘３が回転の中心Ｐｏから離れる方向に移動し、発電部２と衝突する。これにより、タイヤ１４０の回転の度に発電部２と錘３（衝突部材）との衝突が確実に生じるため、発電部２において安定した出力を得ることができる。

なお、図１３及び図１４の例では発電部２がタイヤ１４０に固定されているが、これとは逆に、衝突部材（錘３）がタイヤ１４０に固定されていてもよい。この場合、発電部２は、衝突部材（錘３）よりも回転の中心Ｐｏの近くに位置する。また保持部材４は、発電部２をタイヤ１４０の回転の径方向へ移動自在に保持する。

本発明は上述した実施形態には限定されない。すなわち、当業者は、本発明の技術的範囲またはその均等の範囲内において、上述した実施形態の構成要素に関し、様々な変更、コンビネーション、サブコンビネーション、並びに代替を行ってもよい。

上述した実施形態では、衝撃伝達部材が２つの磁性部材を含む例に挙げたが、本発明の他の実施形態では、衝撃伝達部材が３以上の磁性部材を含んでもよいし、磁性部材を１つだけ含んでもよい。衝撃伝達部材が磁性部材を１つだけ含む場合には、磁性部材自体が衝撃に伴って変形することで、磁性部材を介して磁歪素子に衝撃が伝達されるようにしてもよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｆ…発電装置、１１…配線基板、１２…回路部品、１３，１４，１３Ｆ，１４Ｆ，１５Ｆ…孔、１６…導線、２…発電部、２０…衝撃伝達部材、２０１，２０１Ｂ…第１磁性部材、２０２，２０２Ｂ…第２磁性部材、２１１，２１１Ａ，２１１Ｅ…隆起部、２１２…外面、２１３…側端面、２１４，２１４Ｂ…突出部、２１５，２１６…内側平面、２１７…側壁、２１８…底部、２１９…接触面、２２，２２−１，２２−２…磁歪素子、２３，２３−１，２３−２…磁石、２４…コイル、２４１…孔、３…錘、４…保持部材、４０…内部空間、４２…ケース、４２１…側壁、４２２…底部、４３…蓋、５…基台、１００…電子装置、１１０…電子回路、１１１…無線送信部、１１２…処理部、１１３…センサ部、１２０…発電装置、１３０…車載制御装置、１３１…無線受信部、１３２…処理部、１３３…通信部、１４０…タイヤ、１４１…接地面、１４２…内壁、１５０…車両、ＭＦ…磁束線

Claims (13)

1. 少なくとも１つの磁歪素子と、
   前記磁歪素子に衝撃を伝達する衝撃伝達部材と、
   前記衝撃伝達部材による前記磁歪素子への衝撃の伝達方向において前記磁歪素子と並んで配置された少なくとも１つの磁石と、
   前記磁歪素子が収容される孔を有し、前記孔の周りに導線が巻回されたコイルとを備え、
   前記コイルの前記孔が、前記衝撃の伝達方向と平行な第１方向へ延びており、
   前記衝撃伝達部材が、１以上の磁性部材を含み、
   前記１以上の磁性部材が、前記孔の一端から前記孔の外を通り前記孔の他端へ至る前記磁歪素子の磁束線の磁路を形成する、
   発電装置。
2. 前記衝撃伝達部材が、前記第１方向へ相対的に変位可能に組み合わされた少なくとも２つの磁性部材を含む、
   請求項１に記載の発電装置。
3. 前記孔の一端側において、前記磁歪素子と１つの前記磁性部材とが接しており、
   前記孔の他端側において、前記磁石と他の１つの前記磁性部材とが接している、
   請求項２に記載の発電装置。
4. 前記孔の一端側において、１つの前記磁歪素子と１つの前記磁性部材とが接しており、
   前記孔の他端側において、他の１つの前記磁歪素子と他の１つの前記磁性部材とが接しており、
   前記磁石が、前記孔の中で２つの前記磁歪素子に挟まれている、
   請求項２に記載の発電装置。
5. ２つの前記磁性部材が、前記孔の一端側と他端側とにおいて前記コイルを挟んで対向する２つの内側平面を有し、
   前記２つの内側平面は、前記衝撃を受けたときの互いの離間距離が前記第１方向における前記コイルのサイズに比べて長い、
   請求項３又は４に記載の発電装置。
6. 少なくとも１つの前記磁性部材が、前記第１方向と垂直な方向に向かって前記コイルの周りを囲む側壁を有し、
   他の少なくとも１つの前記磁性部材が、前記側壁の内側の面と対向する側端面を有する、
   請求項３乃至５の何れか一項に記載の発電装置。
7. 前記側壁を有する前記磁性部材と前記側端面を有する前記磁性部材とが、前記孔の一端側と他端側とにおいて前記コイルを挟んで対向する２つの内側平面を有する、
   請求項６に記載の発電装置。
8. 前記磁歪素子と接触する前記磁性部材が、前記磁歪素子との接触面の反対側において外部からの衝撃を受ける外面を持つ、
   請求項３乃至７の何れか一項に記載の発電装置。
9. 前記外面が、前記第１方向からみた平面視における前記接触面と重なる場所に隆起部を有する、
   請求項８に記載の発電装置。
10. 前記隆起部における隆起の高さは、前記第１方向からみた平面視における前記接触面の中央に対応する位置若しくは当該位置を含む領域で最も高く、当該位置若しくは当該領域から離れるにつれて連続的に低くなる、
    請求項９に記載の発電装置。
11. 前記磁歪素子と接触する前記磁性部材が、前記コイルの前記孔の中に先端を挿入され、前記先端の接触面において前記磁歪素子と接触する突出部を有する、
    請求項３乃至１０の何れか一項に記載の発電装置。
12. タイヤの内部に取り付けられた電子装置であって、
    電子回路と、
    前記電子回路に電源を供給する発電部と、
    前記発電部と衝突する衝突部材と、
    前記発電部と前記衝突部材とを前記タイヤの径方向と平行な前記第１方向において相対的に移動自在に保持する保持部材とを備え、
    前記発電部が、請求項１乃至１０の何れか一項に記載の発電装置である、
    電子装置。
13. 前記発電部及び前記衝突部材の一方が、他方に比べて前記タイヤの回転の中心から径方向に離れた場所で前記タイヤに固定される、
    請求項１２に記載の電子装置。
    

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