JP2021129464A - 発電体 - Google Patents
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Abstract
Description
・第8観点から第10観点のいずれかに係るタイヤ組立体が装着された車両を準備すること。
・前記車両の走行中に前記発電体により出力される電圧及び電流、並びに電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のうち少なくとも1つの出力データを収集すること。
・前記収集された出力データに基づいて、前記タイヤに関する情報をモニタリングすること。
図1は、本発明の一実施形態に係る発電体1の構成を示す断面図である。図1に示すように、発電体1は、第1部材10と、第2部材20と、包装体50とを備え、第1部材10及び第2部材20は包装体50の内部に収容されている。なお、発電体1の使用時の方向は、図1に示すような方向に限定されない。
走行速度v(km/h)で走行する場合に、包装体50の側面部53に発生する応力を考える。緩衝材30、おもり40及び第1部材10に働く遠心力は、緩衝材30、おもり40及び第1部材10の質量m(g)を用いて、mv2/rで表される。いま、タイヤ70の走行速度vが160(km/h)、半径rが0.33(m)であり、質量mが30(g)であるとき、緩衝材30、おもり40及び第1部材10に働く遠心力mv2/rは、約180(N)である。なお、タイヤ70の走行速度vとしては、タイヤ70の速度記号で規定されている、タイヤ70の最高速度を仮定している。
以下、発電体1を含むセンサモジュール(以下、単にモジュールと称する)8の一実施形態について説明する。モジュール8は、例えば後述するようにタイヤ70の内部に配置されて、タイヤ70に関する情報を検出し、検出結果を車両6の制御装置60等に出力する。モジュール8が出力した検出結果は、例えば車両6に搭載されるタイヤの空気圧監視システム(TPMS)等の各種制御システムに利用される。図3は、モジュール8の構成を示す模式図である。また、図7には、モジュール8の電気的構成が示されている。
以下では、図を参照しつつタイヤ組立体7の詳細な構成について説明する。図6に示すように、タイヤ組立体7は、車両6の各車輪に装着される。車両6は、四輪車両であり、左前輪FL、右前輪FR、左後輪RL及び右後輪RRを備えている。車輪FL,FR,RL,RRには、それぞれタイヤ組立体7a〜7dが装着されている。タイヤ組立体7a〜7dは、取り付けられる車輪が異なるが、同じ構造及び機能を有している。従って、これらを区別せずに、タイヤ組立体7a〜7dをタイヤ組立体7と称することがある。タイヤ組立体7は、車両6に搭載される制御装置60に検出データを送信する。
以下、タイヤ組立体7の動作について説明する。タイヤ組立体7が静止している状態では、第1絶縁膜110の第1面100と第2絶縁膜210の第2面200との平均面間隔及び真実接触面積は、変化しないか、殆ど変化しない。このため、第1電極120及び第2電極220には電荷が誘導されないか、殆ど誘導されず、発電体1が出力する電力は、ゼロであるか、微小である。
以下では、タイヤ組立体7及び車両6の制御装置60を含む、タイヤ70に関する情報のモニタリングシステム(以下、単に「システム」と称することがある)9の構成例について説明する。システム9は、例えば制御装置60の電源がONになると以下のモニタリング処理を開始し、車両6が停止して一定時間が経過するとモニタリング処理を停止するものとすることができる。
以下では、モジュール8の検出装置82が、タイヤ70の空気圧に関する値を検知する場合の処理について説明する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。
上記実施形態では、発電体1が出力する電圧の時系列データに基づいてタイヤ70に関する情報のモニタリングを行ったが、発電体1が接続される電気回路に流れる電流や、発電体1が供給する電力等、他の物理量の時系列データに基づいてタイヤ70のモニタリングを行ってもよい。
上記実施形態では、第1面100及び第2面200が共に凹凸形状を有していた。しかし、第1面100及び第2面200のうちいずれか一方のみが凹凸形状を有するように発電体1を構成してもよい。
第1電極120は、導電性の繊維が織物状に織り込まれて構成されてもよい。繊維は、例えば可撓性を有するCu線、ステンレス鋼線とすることができる。さらに、この繊維の外周面に第1絶縁膜110が被覆されることにより、第1面100が形成されていてもよい。同様に、第2電極220は、導電性の繊維が織物状に織り込まれて構成されてもよく、この繊維の外周面に第2絶縁膜210が被覆されることにより、第2面200が形成されていてもよい。繊維は、例えば可撓性を有するCu線、ステンレス鋼線とすることができる。
上記実施形態の発電体1は、緩衝材30及びおもり40を備えていた。しかし、図8Aに示すように、緩衝材30及びおもり40の少なくとも一方を省略して発電体1を構成してもよい。または、図8Bの例に示すように、おもり40を省略して発電体1を構成するか、図8Cの例に示すように、緩衝材30を省略して発電体1を構成してもよい。図8Bの例のように、おもり40を省略する場合、緩衝材30がある程度の質量を有し、緩衝材として働くとともに、おもり40の機能を兼ね備えるようにしてもよい。緩衝材30がおもり40の機能を兼ね備える場合、緩衝材30は、第1部材10に近づくにつれて密度が大きくなるように構成されてもよい。なお、同じ材料から構成された複数の緩衝材又は異なる材料で構成された複数の緩衝材を適宜積層して、緩衝材30を構成してもよい。
発電体1は、第1絶縁膜110、第2絶縁膜210、第1電極120及び第1基材130を複数備えていてもよい。
上記実施形態では、モジュール8の外部の制御装置60は車載装置であったが、プログラム610がインストールされたスマートフォン、タブレット、ノートPC等のポータブルなデバイスとすることもできる。このとき、上述のデバイスのディスプレイを表示器65として使用することもできる。
検出装置82は、タイヤ70内部の空気圧検出装置としては、検出方式は限定されない。例えば、歪みゲージ式、ダイアフラム式、または半導体式のセンサ等を用いることができる。また、検出装置82は、例えばタイヤ70の内部の温度を検出する温度センサであってもよいし、タイヤ70の振動を検出する振動検出センサ(加速度センサ)であってもよい。
上記実施形態のシステム9では、解析部621がタイヤ70の空気圧及び回転速度を算出したり、発電体1の出力波形の比較等の処理を行った。しかしながら、システム9は、これらの処理をマイコン81が行うように構成されていてもよい。このとき、記憶装置604に予め保存される減圧閾値や発電体1の出力波形は、マイコン81の記憶装置に保存されていてもよい。
包装体50の形状は、上記実施形態の形状に限定されず、例えばフランジ部54を省略する等、適宜変更されてよい。また、発電体1がタイヤ70に組み込まれる場合において、包装体50の少なくとも一部は、タイヤ70で形成されてもよい。例えば、図9に示すように、包装体50の底面部52がタイヤ70の内側面で形成されてもよい。つまり、発電体1は、タイヤ70の内側面と、側面部53と、天面部51とに囲まれることにより密封されてもよい。
上記実施形態の発電体1は、タイヤ70の内部に組み込まれてタイヤ組立体7を構成したが、発電体1の用途はこれに限定されない。
<実験条件>
上記実施形態のように構成された、実施例に係る発電体を、タイヤのトレッド部の内側面に配置した組立体を用意し、図10Aに示すようなタイヤ回転用の実験装置に組み込んだ。この実験装置により、組立体に所定の輪荷重を加えつつ、回転ベルトによって一定の速度の回転を与えた。発電体の第1電極及び第2電極は、いずれも組立体の外部のデータロガーに電気的に接続された。データロガーにより、一定の回転速度で回転する間に、発電体が出力する電圧を計測した。
回転時間(Sec)に対する発電体の出力電圧(V)のグラフは、図10Bに示すようになった。実験結果からは、実施例に係る発電体では、実際の車両での走行を想定した条件においても、発電が良好に行われることが確認された。
6 車両
7 タイヤ組立体
10 第1部材
20 第2部材
30 緩衝材
40 おもり
41 押圧面
50 包装体
60 制御装置(外部制御装置)
70 タイヤ
100 第1面
110 第1絶縁膜
120 第1電極
130 第1基材
200 第2面
210 第2絶縁膜
220 第2電極
230 第2基材
Claims (14)
- 第1面を形成する第1絶縁膜を有する第1部材と、
前記第1面に対向し、かつ前記第1面に接触する第2面を形成する第2絶縁膜を有する第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とを密封する包装体と
を備え、
前記第1部材及び前記第2部材は、前記第1部材及び前記第2部材に加わる圧力に応じて前記第1面と前記第2面との真実接触面積が変化するように構成され、
前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜とは、前記真実接触面積が変化することにより一方が正に帯電し、他方が負に帯電するように構成される、
発電体。 - 前記包装体は、ゴム又はエラストマーから構成される、
請求項1に記載の発電体。 - 前記包装体は、ブチルゴムから構成される、
請求項1又は2に記載の発電体。 - 前記第1部材の前記第1面とは反対側に配置される緩衝材
をさらに備え、
前記緩衝材は、前記包装体に密封されている、
請求項1から3のいずれかに記載の発電体。 - 前記緩衝材と前記第1部材との間に配置され、前記第1部材を押圧する押圧面を形成する板状のおもり
をさらに備え、
前記おもりは、前記包装体に密封されている、
請求項4に記載の発電体。 - 前記おもりは、硬質の材料から構成される、
請求項5に記載の発電体。 - 前記第1部材は、前記第1面の裏面に前記第1絶縁膜と接触するように配置される第1電極をさらに有し、
前記第2部材は、前記第2面の裏面に前記第2絶縁膜と接触するように配置される第2電極をさらに有し、
前記第1電極及び前記第2電極は、可撓性を有する材料で構成される、
請求項1から6のいずれかに記載の発電体。 - 請求項7に記載の発電体と、
車輪に装着されるタイヤと、
前記発電体から出力される電力の供給を受ける電子機器と
を備え、
前記発電体は、前記タイヤの内側に配置される、
タイヤ組立体。 - 前記発電体により出力される電力を蓄える蓄電池、
をさらに備え、
前記電子機器は、前記蓄電池に蓄えられた電力の供給を受ける、
請求項8に記載のタイヤ組立体。 - 前記電子機器には、外部の装置とデータ通信可能な通信装置が含まれる、
請求項8または9に記載のタイヤ組立体。 - 請求項10に記載のタイヤ組立体と、
前記通信装置とデータ通信可能な外部制御装置と、
を備え、
前記通信装置は、前記発電体により出力される電圧及び電流、並びに電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のうち少なくとも1つの出力データを前記外部制御装置に送信し、
前記外部制御装置は、前記通信装置から受信した出力データに基づいて、前記タイヤに関する情報をモニタリングする、
タイヤのモニタリングシステム。 - 前記タイヤに関する情報は、前記タイヤの回転速度に関する情報、前記タイヤの摩耗に関する情報及び前記タイヤが装着された車両が走行する路面の状態に関する情報のうち、少なくとも1つを含む、
請求項11に記載のタイヤのモニタリングシステム。 - 前記外部制御装置は、前記タイヤ組立体が含まれる車両に搭載される、
請求項11又は12に記載のタイヤのモニタリングシステム。 - 請求項8から10のいずれかに記載のタイヤ組立体が装着された車両を準備することと、
前記車両の走行中に前記発電体により出力される電圧及び電流、並びに電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のうち少なくとも1つの出力データを収集することと、
前記収集された出力データに基づいて、前記タイヤに関する情報をモニタリングすることと、
を含む、
タイヤのモニタリング方法。
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