JP4042630B2 - テレメータの電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の物理量の検出値を無線にて送信し、離れた場所で受信するテレメータに関し、特に、そのセンサや送信側の装置に電力を供給する電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
センサの検出した所定物理量の検出値を無線にて送信し、受信側で前記検出値について解析や記録を行う計測装置、いわゆるテレメータが知られている。このテレメータは、センサと受信側機器が相対的に移動しても、リアルタイムで計測が可能である。測定対象物に取り付けられたセンサや送信部への電力供給は、センサ等と共に測定対象物に取り付けられた電池より行われたり（例えば、特許文献１参照）、電磁結合により測定対象物の外部より供給される（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
また、特許文献３には、タービン発電機などの回転機械の回転軸にコイルを、またフレームに永久磁石を設け、これらのコイルと永久磁石を回転軸線の半径方向に対向配置したテレメータの電源装置が示されている。回転機械の回転によりコイルと永久磁石が相対運動し、コイルに生じる誘導起電力をテレメータに供給する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−９９８６９号公報
【特許文献２】
特開平７−３３４７８３号公報
【特許文献３】
特開平７−２９８５５６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のようにセンサ等と共に測定対象物に取り付けられた電池等の電源は消耗するため、交換の必要があり、長期間測定を行うには、不向きであった。また、特許文献２の電磁結合により無線で電力供給を行う場合は、電力送信部と受信部の距離が変わると、供給する電力量が変化し、電力供給を安定して行うことができない場合がある。また、電磁結合の送受信部の誘導コイルが必要であり、これが大きく、装置が大型となってしまう。
【０００６】
特許文献３の装置においては、コイルと永久磁石が回転軸線の半径方向に対向して配置されており、テレメータにより測定対象となる装置、部位によっては、このような配置を採れない、または採ることが好ましくない場合がある。
【０００７】
本発明は、前述の問題点を考慮してなされたものであり、テレメータのセンサ等測定対象側の構成に電力を供給する装置を小型で、交換不要で、安定して電力を供給できるようにする。また、測定対象となる装置、部位に対応した配置を行う。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、相対運動する部材の一方に永久磁石を、他方の前記永久磁石と対向する位置にコイルを配置し、永久磁石とコイルの相対運動により生じた電力をセンサ等を含むテレメータの送信側装置に供給する。
【０００９】
相対運動する部材は、例えば、内燃機関のコネクティングロッドとクランクシャフトとすることができる。コネクティングロッドの大端部の側面にコイルを配置し、クランクシャフトのウエブの前記コネクティングロッド側面に対向する面に、前記コイルに対向するように永久磁石を配置することができる。内燃機関が運転されると、コネクティングロッドに対しクランクシャフトが相対的に回転運動し、コイルに鎖交する永久磁石の磁束が変化する。この磁束変化によりコイルに起電力が生じる。この電力がコネクティングロッドまたはピストンに固定されたテレメータの送信側装置に供給される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の電源装置を備えたテレメータを往復型内燃機関のピストン−クランク系に組み込んだ状態を示す図である。ピストン１０は、ピストンピン１２を介してコネクティングロッド１４の小端部１６と連結している。コネクティングロッド１４は、ピストンピン１２を中心として首振り運動可能となっている。コネクティングロッド１４のもう一方の端、すなわち大端部１８は、クランクシャフトのクランクピン２０と、相対的に回転可能に連結されている。
【００１３】
ピストン１０には、ピストンに係る所定の物理量を測定するためのセンサ２２が設置されている。測定対象となる物理量は、温度、シリンダボアとの隙間、ピストンの歪み・変形などがあり、それに応じて適切なセンサの種類、適切な設置位置が選定されることが好ましく、図示するセンサの位置は、一例に過ぎない。コネクティングロッドの幹部には、テレメータ送信機２４が固定されており、センサ２２にから送られた信号を、処理して、当該内燃機関の外部に設置されたテレメータ受信機（不図示）に無線で送信する。テレメータ受信機は、受信した信号に基づき測定値の算出、記録、解析などの処理を行う。
【００１４】
本実施形態にかかるテレメータは、テレメータ送信機２４とセンサに電力を供給する電源装置を有している。電源装置は、コネクティングロッド大端部１８の側面の開口の周囲に複数配置されたコイル２６と、クランクシャフトのウエブ２８の、クランクピン２０の周囲の部分に配置された永久磁石３０と、コイル２６が接続される電源回路３２を含む。コイル１８は、その軸がクランクピン２０の軸とほぼ平行に、すなわち図１の紙面を貫く方向に位置するように配置される。永久磁石３０は、図２に示すように、コイル２６と対向するように、コネクティングロッド１４の両側の、または片側のクランクシャフトのウエブ２８に埋設されている。図２においては、コネクティングロッド１４の側面とウエブ２８の間に大きな間隙があるように示されているが、これは永久磁石３０を明瞭に示すためであり、実際の間隙は非常に狭いものとなっている。
【００１５】
コイル２６と永久磁石３０を、クランクピン２０の軸方向にほぼ平行となるように対向配置することにより、永久磁石３０をクランクピン２０ではなくウエブ部分に配置することができる。これにより、従来のクランクピンに対し、追加工を行う必要がなく、クランクピンの強度などが低下することを防止することができる。
【００１６】
図３は、電源回路３２の構成例を示す図である。コイル２６は、所定個を直列に接続し、さらにこの直列接続されたコイルの組を所定組数並列に配置することができる。直列接続される個数は、必要な電圧により決定され、大端部の周囲に空間的な余裕がある場合に、並列接続を行って、コイル数を増加させる。コイル２６は、ダイオードブリッジ３４に接続され、これにより、逆方向に流れる電流を反転させた脈流が形成される。ダイオードブリッジ３４と並列にツェナーダイオード３６、充電用コンデンサ３８、平滑用コンデンサ４０が接続されている。そして、レギュレータ４２を介してテレメータ送信機２４に電力が供給される。センサ２２に対しては、テレメータ送信機２４を介して電力が供給される。なお、コイル２６と永久磁石３０は、対向する複数の組において、同期して対向位置となるように配置されている。
【００１７】
図４は、内燃機関の運転中の状態を示しており、ピストン１０は上下方向に往復運動し、クランクシャフト４３は回転運動を行う。クランクピン２０は、クランクジャーナル４４を中心に回転運動する。これにより、クランクピン２０とコネクティングロッド大端部１８は相対的に回転運動を行う。この運動に伴い、コイル２６と永久磁石３０も相対運動を行い、コイル２６に鎖交する永久磁石３０の磁束が周期的に変化する。これにより、コイル２６内に誘導起電力が生じ、この電力が電源回路３２の充電用コンデンサ３８に充電される。内燃機関が運転している間、電力が供給される。したがって、電池等の交換が不要となる。また、内燃機関内部は、運動部分が多く、電磁結合を利用した無線の電力供給装置を設置する空間が限られるか、またはほとんどないが、本実施形態の簡易な構成により、テレメータの送信側の機器に電力を供給し続けることができる。
【００１８】
図５は、電源装置を備えたテレメータを車両の車輪に組み付けた状態を示す図である。車輪５０は、ホイール５２とこれに取り付けられたタイヤ５４を含む。車輪５０は、アップライト、操舵輪に関してはステアリングナックルなどと呼ばれる支持部材５６により軸受けを介して支持されている。支持部材５６は、車体に対してロッド、アームのなどのサスペンション部材により、所定の範囲での動きが許容されるように支持されている。しかし、車輪５０と共に回転することはなく、その意味では車体側の部品である。支持部材５６は、サスペンションの形式によって、その機能、名称が異なるが、基本的には、車輪５０と一定の位置関係が維持されているが、車輪５０と共には回転しない部材である。例えば、操舵輪（一般的には前輪）ではステアリングナックル、独立懸架式の後輪ではアップライト、非独立懸架式の場合はアクスルハウジングなどとなる。
【００１９】
ホイール５２のリム５７の車体側の縁近傍に、周方向にコイル５８が配置され、これに対向するように支持部材５６の所定位置に永久磁石６０が配置されている。コイル５８は、テレメータ送信側本体６２に備えられた電源回路に接続されている。テレメータ送信側本体６２は、センサ、電源回路、送信部を一体にして構成されており、電源回路の構成は、前述した図３に示す電源回路３２と同様の構成を有している。
【００２０】
センサは、車輪に関する所定の物理量を検出し、これを送信部が車体側に備えられた受信部に対し無線で送信する。検出対象の物理量は、例えばタイヤの空気圧とすることができる。この場合、空気圧を車両走行中においても常時、または所定の時間間隔で、受信部に対して送信し、受信部は、この空気圧を監視することで、走行中の空気圧減少にも対応可能な、タイヤ空気圧監視装置が構成される。
【００２１】
車両の走行に伴って、車輪５０が回転し、コイル５８と永久磁石６０の相対運動によってコイル５８に誘導起電力が生じる。この電力により、センサおよび送信部が駆動される。車両が走行することにより電力供給が行われるので、電池等の交換が不要となり、また電磁結合による無線の電力供給装置のような大がかりな構成を車体側に設ける必要がない。
【００２２】
また、コイル５８およびテレメータ送信側本体６２は、全てホイール５２に配置されており、車輪の付け替え、交換や、タイヤのみの交換に対して、テレメータ関連等の配線の付け替え等が不要であり、整備性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 内燃機関のピストンに装着されたテレメータの構成例を示す図である。
【図２】 図１の電源装置のコイルと永久磁石の配置を示す図である。
【図３】 図１の電源装置の電源回路の構成を示す図である。
【図４】 ピストン−クランク系の動きを示す図である。
【図５】 車両の車輪に装着されたテレメータの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ピストン、１４ コネクティングロッド、１８ 大端部、２０ クランクピン、２２ センサ、２４ テレメータ送信機、２６ コイル、２８ウエブ、３０ 永久磁石、３２ 電源回路、４３ クランクシャフト、５０ 車輪、５２ホイール、５６ 支持部材、５８ コイル、６０ 永久磁石。

Claims (1)

1. 往復型内燃機関のコネクティングロッド大端部の側面に配置されたコイルと、
   前記コネクティングロッドが結合するクランクシャフトのウエブの前記コネクティングロッド側面に対向する面に、前記コイルに対向するように配置された永久磁石と、
   を含み、
   前記永久磁石と前記コイルの相対運動により、当該コイルが発生した電力をテレメータの送信側装置に供給するテレメータの電源装置。

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