JP3687385B2 - 発電装置及びこれを用いたタイヤ内圧検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転力を利用して発電を行う発電装置及びこれを利用したタイヤの内圧を検出するタイヤ内圧検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、タイヤの内圧を検出する装置としては、例えば特許番号第2645937号公報(以下、第1従来例という。)に記載されたもの、或いは、特開平6−219113号公報(以下、第2従来例という。)に記載されたもの等がある。これらの従来例では、タイヤ内部に設けた圧力センサで検出した検出値を無線を利用してタイヤ外に通知するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のように無線を利用して圧力センサの検出結果を通知するようにした場合には、発信器及び受信器を設ける必要があり、これら発信器及び受信器を用いる場合には、これらを駆動するための電源が必要である。車体側に設けられる受信器の場合には車体側のバッテリ等を利用することが可能であるが、車輪側に設けられる発信器の場合には車輪側に電源を設ける必要がある。
【0004】
このように電源を設けた場合、定期的に交換を行う必要があり、電源交換の煩わしさがある。これを回避するために、第2従来例のように、車輪側に発電機構を設け自己発電により発信器等を駆動する方法もある。この場合には、電源交換を行う必要はないが、車輪側及び車体側のそれぞれにコイル、永久磁石及び磁性体を配置して発電機構を構成しているため、汚れやすく、また、車輪側及び車体側の両方に構成部材を配置して発電機構を構成するようになっているため、取り扱いにくいという問題がある。
【0005】
そこで、この発明は上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、汚れ等の影響を受けることを回避することのできる発電装置及び、汚れ等の影響を受けることを回避し且つ電池交換等を行う必要のないタイヤ内圧検出装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る発電装置は、発電機と、当該発電機のロータと輪列を介して連結される回転錘と、を備え、前記発電機のステータは回転体に取り付けられ、前記回転錘は前記回転体に相対回転可能に取り付けられ且つ前記回転体の回転軸又は前記回転体の回転軸と並行な軸を前記回転錘の回転軸とすることおよび前記回転錘は、円盤状に形成され、前記回転錘の回転軸に対して回転偏荷重がかからないように形成されていることを特徴としている。
【0007】
また本発明に係るタイヤ内圧検出装置は、発電機と、当該発電機のロータと輪列を介して連結される回転錘と、を備え、前記発電機のステータは回転体に取り付けられ、前記回転錘は前記回転体に相対回転可能に取り付けられ且つ前記回転体の回転軸又は前記回転体の回転軸と並行な軸を前記回転錘の回転軸とすることおよび前記回転錘は、円盤状に形成され、前記回転錘の回転軸に対して回転偏荷重がかからないように形成されている発電装置と、タイヤの内圧を検出する圧力センサと、前記発電装置の発電電力により駆動され且つ前記圧力センサの検出情報を通知する通知手段と、を備えることを特徴としている。
【0008】
また本発明のタイヤ内圧装置は、タイヤ内に設けられていることを特徴としている。
【0009】
また本願発明のタイヤ内圧装置は、発電機と、当該発電機のロータと輪列を介して連結される回転錘と、を備え、前記発電機のステータは回転体に取り付けられ、前記回転錘は前記回転体に相対回転可能に取り付けられ且つ前記回転体の回転軸を前記回転錘の回転軸とすることおよび前記回転錘は、円盤状に形成され、前記回転錘の回転軸に対して回転偏荷重がかからないように形成されていること発電装置と、タイヤの内圧を検出する圧力センサと、前記発電装置の発電電力により駆動され且つ前記圧力センサの検出情報を通知する通知手段と、を備えることを特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0012】
図1は本発明を適用したタイヤ内圧検出装置の実施の形態を示す概略構成図であり、図2はそのブロック図である。
【0013】
図中1は、タイヤであって、タイヤ1内部のリム2に検出装置3が固定されている。この検出装置3は、空気圧を検出する圧力センサ4、発電装置としての発電機構5、整流回路22及び充電用コンデンサ23から構成されている。前記圧力センサ4は、例えば、半導体圧力センサ等で構成されタイヤ1の内圧をリニアに検出し、通知手段としての発信回路7に出力するようになっている。また、前記発電機構5からの供給電力によって駆動されるようになっている。
【0014】
この発信回路7は、リム2の車軸8aと対向する側に固定され、前記発電機構5からの供給電力により駆動されるようになっている。そして、圧力センサ4の検出信号を入力し、この検出信号に応じた周波数のパルス信号からなる無線信号を発信するようになっている。
【0015】
この発信回路7で発信した無線信号は、車体8側に取り付けた受信回路9で受信するようになっている。この受信回路9は、車体8のバッテリ等を電源供給源として作動し、発信回路7で発信した無線信号を受信し、受信した無線信号の周波数を解析して圧力センサ4の検出信号を検出し、車軸8a内に配設した配線を介して制御装置10に出力するようになっている。この制御装置10では、受信回路9からの検出信号に基づいてタイヤ1内の内圧が正常であるかどうかを判定し、異常であるときには警報を発する等の処理を行うようになっている。
【0016】
図3は、前記発電機構5の概略構成を示したものであり、図4は、発電機構5の断面図である。
【0017】
図3及び図4に示すように、この発電機構5は、発電機地板11と一体に形成された軸11aに転がり軸受等の軸受11bを介して回転錘(はずみ車)12が取り付けられ、この回転錘12には回転錘車13が固定されている。前記回転錘12は、周囲が肉厚の円盤状に形成されその回転軸に対して回転偏荷重がかからないように形成されている。そして、これら、回転錘12と軸11aと回転錘車13とは、これらの回転軸が同軸上に位置するように配置され、且つ回転軸が車軸と並行となる位置に配置されている。
【0018】
そして、回転錘12と一体に回転錘車13が回転し、この回転錘車13の回転は伝え車14を介して、発電機15の発電ロータ16に伝達されるようになっている。つまり、回転錘12の回転は、前記輪列によって100倍程度に増速されて前記発電ロータ16に伝達されるようになっている。前記発電機15は、例えば2極以上の複数極に形成されたロータ磁石を有する発電ロータ16と、発電コイル17を巻装した、PCパーマロイ等の高透磁率の磁性体で構成された発電ステータ18とから構成されて、前記発電ロータ16は発電機地板11に回転可能に軸支され、発電ステータ18は前記発電機地板11に固定されている。
【0019】
そして、これら回転錘12,回転錘車13,伝え車14及び発電機15により発電機構5が構成され、この発電機構5を覆うカバー20と共に、発電機地板11が、L字状の取り付け部材21に取り付けられ、この取り付け部材21は、リム2のタイヤ1側に取り付けられている。このとき、前記回転錘12の回転軸が、図示しない車軸と並行となるように取り付けられている。また、図4には示していないが、前記取り付け部材21には、さらに、圧力センサ4と、前記図2に示す整流回路22及び充電用コンデンサ23と、を取り付けるようになっている。
【0020】
そして、回転錘12の回転が回転錘車13,伝え車14を介して発電ロータ16に伝達され、これにより発電ロータ16に誘起電圧が発生し、この誘起動圧が前記整流回路22を介して充電用コンデンサ23に供給され、この充電用コンデンサ23の両端の電圧が前記圧力センサ4及び発信回路7に供給されるようになっている。
【0021】
なお、前記回転錘12の慣性重量は、前記発電機15で発生させるべき発電電力量、前記回転錘12から発電ロータ16までの回転の伝達トルク、及び回転錘12の回転軸と車軸との距離に応じた回転錘12に作用する遠心力とを考慮して設定するようになっている。
【0022】
次に、上記実施の形態の動作を説明する。
【0023】
車両が発進して車輪が回転すると、検出装置3が車軸を回転軸として回転し、これに伴って発電機地板11も車軸を回転軸として回転するが、回転錘12にはその慣性モーメントにより停止した状態でいようとする力が作用する。このため、発電機地板11は車軸を中心として回転するが、回転錘12は停止しようとする状態となり、つまり、回転錘12が発電機地板11に対して発電機地板11の回転方向とは逆方向に回転する状態となる。
【0024】
このように回転錘12が発電機地板11に対して回転すると、この回転が回転錘車13及び伝え車14によって増速されて発電ロータ16に伝達されるから、発電コイル17に誘起電圧が発生し、この誘起電圧が整流回路22で整流されて充電用コンデンサ23を急速充電し、この充電用コンデンサ23の両端電圧が圧力センサ4及び発信回路7に作動電源として供給される。このため、圧力センサ4及び発信回路7が作動状態となり、発信回路7では、圧力センサ4から出力されるタイヤの空気圧の検出信号を、これに応じた周波数のパルス信号に変換し、これを無線信号として発信する。
【0025】
受信回路9では、例えば車体のバッテリ等をうけて作動し、発信回路7からの無線信号を受信すると、これを変換して圧力センサ4の検出信号に応じたタイヤ内圧の検出値を得て、これを制御装置10に出力する。これを受けて制御装置10では、タイヤ内圧が正常であるかどうかを判定し、タイヤ内圧が異常と判断されるときには、例えば警報を発生させる等の処理を行う。
【0026】
そして、発電機地板11の回転が軸受11bを介して遅れて回転錘12に伝達され、これによって回転錘12が発電機地板11と同じ方向に回転し始めると、発電機地板11の車軸に対する回転速度が回転錘12の車軸に対する回転速度よりも大きいときには、引き続き回転錘12は発電機地板11に対して回転する状態となるから、この間は、発電ロータ16が回転して発電機15が発電している状態となる。
【0027】
そして、車両が定速状態となり、回転錘12が発電機地板11と一体に回転する状態になると、発電ロータ16は回転しない。よって、発電機15は発電を停止するが、このとき、充電用コンデンサ23に充電されているから、圧力センサ4及び発信回路7では、この充電用コンデンサ23を電源供給源として継続して作動し、圧力センサ4の検出信号を無線信号に変換して発信する。よって、制御装置10では継続してタイヤ内圧の監視を行うことができる。
【0028】
このようにして回転錘12が発電機地板11と一体となって回転している状態から、例えば、運転者がアクセルペダルをさらに踏み込んで加速すると、上記と同様に、発電機地板11は車軸を中心としてさらに高速で回転するのに対し、回転錘12は、その慣性によって、アクセルペダル踏み込み前つまり加速前の回転速度を維持しようとするから、発電機地板11に対して回転錘12が相対的に回転する状態となる。よって、発電ロータ16が回転し、発電機15による発電が再開され、これが充電用コンデンサ23に供給されて、充電が再開される。
【0029】
そして、発電機地板11の回転が遅れて回転錘12に伝達され回転錘12が発電機地地板11と一体に回転する状態となると、発電機15の発電が停止し、発信回路7では、充電用コンデンサ23を電源供給源として継続して作動する。
【0030】
逆に、運転者がブレーキペダルを踏み込んで減速すると、発電機地板11はその回転速度が低下するのに対し、回転錘12は、その慣性によってブレーキペダル踏み込み前つまり減速前の回転速度を維持しようとするから、発電機地板11に対して回転錘12が相対的に回転し、発電機地板11の回転方向と同じ方向に回転する状態となる。よって、発電ロータ16が回転し、発電機15による発電が再開される。
【0031】
そして、回転錘12と発電機地板11が一体に回転する状態となると、発電機15の発電が停止する。
【0032】
上述したように、増速時或いは減速時、また、凹凸路を走行するとき等、車軸の回転速度に速度変化が生じるときには、回転錘12の慣性によって、回転錘12が発電機地板11に対して回転し、これによって発電機15が作動して発電しこれが充電用コンデンサ23に蓄えられるから、この充電用コンデンサ23を電源供給源として圧力センサ4及び発信回路7を作動させることによって、圧力センサ4の検出信号を確実に制御装置10に伝達することができる。
【0033】
また、発電機15により必要とする発電電力を得ることができるから、電池交換等を行う必要がない。また、半導体圧力センサ等の電源を必要とする圧力センサ4等でも用いることができ、電源を必要とするタイヤ内圧をリニアに検出することの可能な圧力センサを用いることができるから、より精密にタイヤ内圧の検出を行うことができる。
【0034】
また、発電機の構成部材を、従来のようにタイヤ側及び車体側に分散して配置する必要はなく、発電機構5単位で取り扱うことができる。また、発電機構5をタイヤ内部に設けるようにしているから、汚れ等の影響を受けることがない。
【0035】
また、回転錘12を、その回転軸に対して回転偏荷重がかからないように形成しているから、回転偏荷重により発電ロータ16への回転の伝達効率が低下し、発電効率が低下することを回避することができる。
【0036】
なお、上記実施の形態においては、カバー20と共に発電機構5を取り付け部材11に固定するようにした場合について説明したが、カバー20は設けなくてもよい。
【0037】
また、発電機構5をタイヤ内部に設けるようにした場合について説明したが、これに限らず、発電機構5をタイヤ外側に設けるようにしてもよく、この場合には、汚れ対策のためにカバー20を設ける方がよい。
【0038】
また、発電機構5を設ける位置は、回転錘12の回転軸が車軸とが並行であればよいが、回転錘12に遠心力が作用するため、車軸上に取り付けることが最適であるが、車軸の際、或いはアルミホイール部分等、車軸に近い位置に設けることが好ましい。また、圧力センサ4に電源を供給する場合には、圧力センサ4と発電機構5とを配線する必要があるため、これを考慮する必要があり、また、タイヤ交換等で邪魔とならない位置が好ましい。
【0039】
また、圧力センサ4として、リニアに検出することの可能な半導体圧力センサを用いるようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、タイヤ内圧力が所定値以下となったときに作動するような圧力センサでも適用することができ、また、電源を必要としない圧力センサであっても適用することができる。
【0040】
また、上記実施の形態においては、発電機構5と圧力センサ4とを組み合わせて車両のタイヤ内圧検出装置を構成した場合について説明したが、これに限らず、回転体であれば適用することができ、例えば、発電機構5を自転車の前輪に取り付け、この発電機構5による発電電力によってヘッドライトを点灯させるようにしてもよい。また、タービン、回転試験器等において、回転体内部に発電機構5とセンサ等を設けることにより、回転体内部の様子、例えば温度、湿度等をセンサにより直接検出し、これを発信器等で外部に通知することにより、回転体内部の様子をリニアに且つ高精度に検出することができる。
【0041】
また、上記実施の形態においては、圧力センサ4の検出信号を発信回路7を用いて外部に通知するようにしているが、これに限るものではなく、例えば検出信号として二値の信号を出力するようなセンサであって、回転試験器等に適用した場合等には、何れか一方の状態となったときに警報音を発生させるようにしてもよい。
【0042】
また、上記実施の形態においては、発信回路7をタイヤ1の外側に設けた場合について説明したが、発信回路7をタイヤ1内部に設けるようにしてもよく、また、受信回路9を制御装置10内に設けるようにようにしてもよい。
【0043】
また、車輪のように回転しているものに適用する場合に限らず、必要に応じて回転させることにより発電させ、この発電電力を利用して例えばライトを点灯させる、発熱する等、所定の機能を発するようにしてもよい。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る発明によれば、回転錘を回転体に回転可能に取り付け、この回転錘とロータとを輪列を介して連結し、回転体が回転するときの回転錘の慣性を利用して回転錘と回転体との間に回転速度差を発生させることにより、発電機を駆動するようにしたから、発電機の構成部材を回転体側とその外部とに分散して配置する必要はなく、発電装置単位で回転体に配置することで発電電力を得ることができる。
【0045】
また、請求項2に係る発明によれば、回転錘を回転偏荷重がかからないように形成したから、発電効率を向上させることができる。
【0046】
また、請求項3に係る発明によれば、請求項1又は2に記載の発電装置を利用して通知手段を駆動し、圧力センサで検出したタイヤの内圧を、前記通知手段によって通知するようにしたから、車体側に発電機の構成部材を取り付ける必要はなく、タイヤ側に発電装置を設けることによって、電池等の消耗品となる電源を利用することなく、タイヤの内圧を検出することができる。
【0047】
また、請求項4に係る発明によれば、発電装置をタイヤ内に設けたから、発電装置が汚れることを回避することができる。
【0048】
さらに、請求項5に係る発明によれば、発電装置を、回転錘の回転軸が、車軸と一致する位置に設けるようにしたから、車軸の回転によって遠心力が回転錘に作用することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したタイヤ内圧検出装置の一例を示す概略構成図である。
【図2】図1のタイヤ内圧検出装置のブロック図である。
【図3】図1の発電機構の一例を示す構成図である。
【図4】図1の発電機能の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 タイヤ
2 リム
3 検出装置
4 圧力センサ
5 発電機構(発電装置)
7 発信回路(通知手段)
9 受信回路
10 制御装置
12 回転錘
13 回転錘車
14 伝え車
15 発電機
16 発電ロータ
17 発電コイル
18 発電ステータ
22 整流回路
23 充電用コンデンサ
Claims (4)
- 発電機と、当該発電機のロータと輪列を介して連結される回転錘と、を備え、前記発電機のステータは回転体に取り付けられ、前記回転錘は前記回転体に相対回転可能に取り付けられ且つ前記回転体の回転軸又は前記回転体の回転軸と並行な軸を前記回転錘の回転軸とすることおよび前記回転錘は、円盤状に形成され、前記回転錘の回転軸に対して回転偏荷重がかからないように形成されることを特徴とする発電装置。
- 発電機と、当該発電機のロータと輪列を介して連結される回転錘と、を備え、前記発電機のステータは回転体に取り付けられ、前記回転錘は前記回転体に相対回転可能に取り付けられ且つ前記回転体の回転軸又は前記回転体の回転軸と並行な軸を前記回転錘の回転軸とすることおよび前記回転錘は、円盤状に形成され、前記回転錘の回転軸に対して回転偏荷重がかからないように形成される発電装置と、タイヤの内圧を検出する圧力センサと、前記発電装置の発電電力により駆動され且つ前記圧力センサの検出情報を通知する通知手段と、を備えることを特徴とするタイヤ内圧検出装置。
- 前記発電装置はタイヤ内に設けられていることを特徴とする請求項2記載のタイヤ内圧検出装置。
- 発電機と、当該発電機のロータと輪列を介して連結される回転錘と、を備え、前記発電機のステータは回転体に取り付けられ、前記回転錘は前記回転体に相対回転可能に取り付けられ且つ前記回転体の回転軸を前記回転錘の回転軸とすることおよび前記回転錘は、円盤状に形成され、前記回転錘の回転軸に対して回転偏荷重がかからないように形成される発電装置と、タイヤの内圧を検出する圧力センサと、前記発電装置の発電電力により駆動され且つ前記圧力センサの検出情報を通知する通知手段と、を備えることを特徴とするタイヤ内圧検出装置。
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