JP4347121B2 - インホイールモーターシステムに用いるトランスポンダ及びそのトランスポンダを備えた車輪 - Google Patents

インホイールモーターシステムに用いるトランスポンダ及びそのトランスポンダを備えた車輪 Download PDF

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Description

本発明は、インホイールモーターシステムに用いる電源を必要としないトランスポンダ及びそのトランスポンダを備えた車輪に関するものである。
タイヤに関して識別したり、タイヤの内圧や、温度、回転数等の情報を得ようとする場合、特定のタイヤから離れた位置より電気的発振エネルギーを受けて、そのタイヤを含む車輪に設置されたトランスポンダから信号を送るタイプの技術が知られている。
また、トランスポンダは集積回路と、これを保護する外殻からなり、その形状は小さなコイン状または円柱状など様々である。
従来、この種の技術として、トランスポンダの埋設位置をタイヤのカーカスプライ巻き上げ部先端レベルの中央部、またはバットレス部のカーカスプライ外面上に設定するトランスポンダが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
また、前述した技術を改良したトランスポンダを装着した空気入りタイヤが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
即ち、前述した技術においては、トランスポンダはタイヤにとって異物であるため、タイヤ実質中に埋設すると、タイヤ製造時の加硫工程でトランスポンダが受ける高温・高圧、及びタイヤの負荷転動時にトランスポンダが受ける外力と、タイヤが発する熱等によって、トランスポンダ自体の故障の発生が懸念される。これらの問題点を解決するため、この空気入りタイヤでは、トロイダル状タイヤのビード部内周面に備えた降起部にトランスポンダ収納用ポケットを設けている。
これにより、トランスポンダ収納用ポケットを有する降起部を、タイヤを構成する部分から外れた、タイヤ内周面における走行時に動きの少ないビード部に設けているので、タイヤに与える悪影響が無く、またポケットに対するトランスポンダの入出が自在にできるため、収納したトランスポンダの点検、または必要な場合の取り替えを自由に行うことができる。
実開平２−１２３４０４号公報 実開平７−１３５０５号公報
しかしながら、従来例のトランスポンダでは、内部の電子回路を動作させるために電池を用いる場合が殆どであり、電池が消耗すると動作しなくなる。このため、定期的に電池を交換する必要があり、交換作業に多大な手間を必要とした。また、タイヤ内にトランスポンダを埋め込んだものでは、電池交換を行うことができなかった。
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、インホイールモーターシステムに用いる
電源を必要としないトランスポンダ及びそのトランスポンダを備えた車輪を提供することにある。
本発明は上記の目的を達成するために、車輪に内蔵され磁性体と第１コイルとを有するステーターの該第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場によりローターとともに前記車輪を回転させるインホイールモーターシステムに備わり、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダにおいて、所定巻数の第２コイルと、前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーによって動作するトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、電流を供給された第１コイルによって磁場が形成され、第２コイルを貫く磁束密度が変化して誘起電力が誘起される。第１エネルギー変換手段によって、該誘起電力が電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーによってトランスポンダが駆動される。
また、本発明は上記の目的を達成するために、車輪に内蔵され磁性体と第１コイルとを有するステーターの該第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場によりローターとともに前記車輪を回転させるインホイールモーターシステムに備わり、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダにおいて、応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、前記車輪の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部と、前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段と、所定巻数の第２コイルと、前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーによって動作するトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、中央処理部によって応答情報を表す電気信号が生成される。センサ部によって車輪の物理量を検知して該検知結果の電気信号が出力され、前記主回路によって前記検知結果が前記応答情報に含められ、送信手段によって前記応答情報に基づく応答信号が送信される。また、電流を供給された第１コイルによって磁場が形成され、第２コイルを貫く磁束密度が変化して誘起電力が誘起される。第１エネルギー変換手段によって、該誘起電力が電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーによってトランスポンダが駆動される。
また、本発明は上記の目的を達成するために、車輪に内蔵され磁性体と第１コイルとを有するステーターの該第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場によりローターとともに前記車輪を回転させるインホイールモーターシステムに備わり、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダにおいて、応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、前記車輪の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部と、前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段と、所定巻数の第２コイルと、前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段と、該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーを蓄積する蓄電器とを有し、該蓄電器に蓄積された電気エネルギーによって動作するトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、中央処理部によって応答情報を表す電気信号が生成される。センサ部によって車輪の物理量を検知して該検知結果の電気信号が出力され、前記主回路によって前記検知結果が前記応答情報に含められ、送信手段によって前記応答情報に基づく応答信号が送信される。また、電流を供給された第１コイルによって磁場が形成され、第２コイルを貫く磁束密度が変化して誘起電力が誘起される。第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーは蓄電器に蓄積され、この電気エネルギーによってトランスポンダが駆動される。これにより、前記第１エネルギー変換手段によって電気エネルギーが生成されないときは、前記蓄電器に蓄積されている電気エネルギーによってトランスポンダが駆動される。
また、本発明は、上記構成のトランスポンダにおいて、所定の電磁波を受信する受信手段と、該受信手段によって受信した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する第２エネルギー変換手段を有し、該第２エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーと前記第１エネルギー変換手段によって生成される電気エネルギーとを併用して動作するトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、受信手段によって所定の電磁波が受信されると、該電磁波エネルギーは第２エネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーと前記第１エネルギー変換手段によって生成される電気エネルギーを併用してトランスポンダが駆動される。
また、本発明は、上記構成のトランスポンダにおいて、前記蓄電器は２次電池からなるトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、２次電池が前記蓄電器として用いられる。
また、本発明は、上記構成のトランスポンダにおいて、前記蓄電器は大容量キャパシタからなるトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、大容量キャパシタが前記蓄電器として用いられる。
また、本発明は、上記構成のトランスポンダにおいて、固有の識別情報を記憶する情報記憶手段を備え、前記中央処理部は前記情報記憶手段の識別情報を読み出して前記応答情報に含める手段を有するトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、情報記憶手段によってトランスポンダ固有の識別情報が記憶され、該識別情報が前記応答情報に含められて送信される。これにより、複数のトランスポンダによって同時に前記応答信号が送信される場合でも、前記識別情報によって前記トランスポンダを識別することができる。
また、本発明は、上記構成のトランスポンダにおいて、前記センサ部は、加速度センサと温度センサと空気圧センサのうちの少なくとも何れか１つを備えているトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、前記センサ部には加速度センサか温度センサか空気圧センサの少なくとも何れか１つが備えられ、該センサによって検出された前記車輪の情報が前記応答情報に含められて送信される。
また、本発明は、上記構成のトランスポンダにおいて、前記第２コイルは前記第１コイルが形成する磁場を貫くように設けられているトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、前記第２コイルが前記第１コイルによって形成される磁場を貫くにように設けられている。これにより、第２コイルを貫く磁束密度はより多く変化し、誘起される誘起電力が大きくなる。
また、本発明は、上記構成のトランスポンダにおいて、前記第２コイルは前記ローター内に埋設されているトランスポンダを提案する。
上記構成よりなるトランスポンダによれば、前記第２コイルが前記ローター内に埋設されている。これにより、第２コイルを貫く磁束密度はより多く変化し、誘起される誘起電力が大きくなる。
また、本発明は上記の目的を達成するために、磁性体と第１コイルとを有するステーターとローターとを備えたインホイールモーターシステムを内蔵し、前記ステーターの第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場により前記ローターとともに回転する車輪において、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダを備え、前記トランスポンダは、所定巻数の第２コイルと、前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーによって動作する車輪を提案する。
上記構成よりなる車輪によれば、電流を供給された第１コイルによって磁場が形成され、第２コイルを貫く磁束密度が変化して誘起電力が誘起される。第１エネルギー変換手段によって、該誘起電力がトランスポンダ用の電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーによって駆動されるトランスポンダを備える。
また、本発明は上記の目的を達成するために、磁性体と第１コイルとを有するステーターとローターとを備えたインホイールモーターシステムを内蔵し、前記ステーターの第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場により前記ローターとともに回転する車輪において、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダを備え、前記トランスポンダは、応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、車輪の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部と、前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段と、所定巻数の第２コイルと、前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーによって動作する車輪を提案する。
上記構成よりなる車輪によれば、トランスポンダは中央処理部によって応答情報を表す電気信号が生成される。センサ部によって車輪の物理量を検知して該検知結果の電気信号が出力され、前記主回路によって前記検知結果が前記応答情報に含められ、送信手段によって前記応答情報に基づく応答信号が送信される。 また、電流を供給された第１コイルによって磁場が形成され、第２コイルを貫く磁束密度が変化して誘起電力が誘起される。第１エネルギー変換手段によって、該誘起電力がトランスポンダ用の電気エネルギーに変換され、この電気エネルギーによって駆動される前記トランスポンダを備える。
また、本発明は上記の目的を達成するために、磁性体と第１コイルとを有するステーターとローターとを備えたインホイールモーターシステムを内蔵し、前記ステーターの第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場により前記ローターとともに回転する車輪において、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダを備え、前記トランスポンダは、応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、車輪の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部と、前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段と、所定巻数の第２コイルと、前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーを蓄積する蓄電器とを有し、該蓄電器に蓄積された電気エネルギーによって動作する車輪を提案する。
上記構成よりなる車輪によれば、トランスポンダは中央処理部によって応答情報を表す電気信号が生成される。センサ部によって車輪の物理量を検知して該検知結果の電気信号が出力され、前記主回路によって前記検知結果が前記応答情報に含められ、送信手段によって前記応答情報に基づく応答信号が送信される。また、電流を供給された第１コイルによって磁場が形成され、第２コイルを貫く磁束密度が変化して誘起電力が誘起される。第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーは蓄電器によって蓄積され、この電気エネルギーによって駆動される前記トランスポンダを備える。これにより、前記第１エネルギー変換手段によって電気エネルギーが生成されないときは、前記蓄電器に蓄積されている電気エネルギーによって前記トランスポンダが駆動される。
また、本発明は、上記構成の車輪において、前記トランスポンダは、所定の電磁波を受信する受信手段と、該受信手段によって受信した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する第２エネルギー変換手段を有し、該第２エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーと前記第１エネルギー変換手段によって生成される電気エネルギーとを併用して動作する車輪を提案する。
上記構成よりなる車輪によれば、受信手段によって所定の電磁波が受信されると、該電磁波エネルギーは第２エネルギー変換手段によって電気エネルギーに変換される。この電気エネルギーと前記第１エネルギー変換手段によって生成される電気エネルギーを併用して前記トランスポンダが駆動される。
また、本発明は、上記構成の車輪において、前記トランスポンダは、固有の識別情報を記憶する情報記憶手段を備え、前記中央処理部は前記情報記憶手段の識別情報を読み出して前記応答情報に含める手段を有する車輪を提案する。
上記構成よりなる車輪によれば、情報記憶手段によってトランスポンダ固有の識別情報が記憶され、該識別情報が前記応答情報に含められて送信される。これにより、複数のトランスポンダによって同時に前記応答信号が送信される場合でも、前記識別情報によって前記トランスポンダを識別することができる。
本発明のトランスポンダ及びそれを備えた車輪によれば、ステーターコイル（第１コイル）に電流が供給され磁場を形成することで充電用コイル（第２コイル）を貫く磁束が変化し、充電用コイルに発生した誘導電力を整流することにより、電磁波を媒体とするよりも効率よくセンサ回路に電気エネルギーを供給することができる。
また、充電用コイルに発生する誘導電力を整流して得られる電流はトランスポンダにおいて必要とされる電流よりも充分に大きいので、蓄電器を大容量のコンデンサ或いは２次電池から構成し充分に蓄電することにより、センサ用電源回路はセンサ回路ばかりでなく送受信部も駆動することができるとともに、車輪が回転していない停止状態でも、トランスポンダは電源を有さずに蓄電器によって半永久的に動作することができる、という非常に優れた効果を奏するものである。
本発明の上記目的、構成、特徴及び作用効果は、以下の説明と添付図面によって明らかとなる。
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態におけるインホイールモーターシステムの車輪の概略構成を説明する断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図である。
図において、車輪１０は誘導モーターを内蔵するインホイールモーターシステムの車輪であり、タイヤ１１とタイヤ１１が取り付けられたホイール２０を含んでいる。ホイール２０は、タイヤ１１を取り付けるためのリム部２１と、このリム部２１とハブ１２とを結合するためのディスク部２２を有している。
ハブ１２に立設した通常４〜６本のスタッドボルト１３は、ディスク部２２に設けられた穴を通し、六角ナット１４によってホイール２０全体を固定する。ハブ１２は車輪支持部１５に対してベアリング等を介して回動可能に支持され、車軸１７とともに回転する。
ここで、エンジン等の駆動源を有するハイブリッド型の車両の場合には、インホイールモーターシステム以外の駆動力伝達手段として車軸１７を有し、制動手段としてディスクブレーキ５０が組み込まれる。
ディスクブレーキ５０はハブ１２に固定され車輪１０とともに回転するブレーキディスク５１と、車輪支持部１５に固定されたブレーキキャリパ５２を含んでいる。そして、ブレーキキャリパ５２内のブレーキパッド（図示せず）をブレーキディスク５１に押し付けることによって制動力が発生する。
車輪支持部１５は車両に固定されハブ１２を介して車輪１０を支持している。車輪支持部１５はリム部２１内側の面に向かってステーター支持アーム１６が延び、その先端にはモーターステーター３０が支持されている。モーターステーター３０はステーター磁性体３１とこれに巻き付けられたステーターコイル３２を有している。本実施形態では、モーターステーター３０は図２に示すようにブレーキキャリパ５２を回避して全周ではなく一部を欠いた形状で設けらているが、ディスクブレーキ５０が組み込まれない車輪１０では全周に亘って設けられていることが効率上好ましい。
リム部２１の内側の面にはモーターステーター３０と対向するように永久磁石等の磁性材を有するモーターローター４０が全周に亘って固定されている。なお、モーターローター４０は必ずしも全周に亘って設けられる必要がないが、モーターステーター３０に対向する部分全てに設けられていることが効率上好ましい。また、モーターローター４０はリム部２１の外側の面に固定してもよいし、リム部２１やディスク部２２をモーターロータ４０として構成してもよい。
なお、本実施形態ではエンジン等の駆動源を有し、車軸１７、ディスクブレーキ５０を備えた車両のインホイールモーターシステムを示したが、モーターによる駆動源のみを有する車両であってもよいことは言うまでもない。また、上記構成は誘導モーターを車輪に内蔵するインホイールモーターシステムの一例であり、方式・構成・材料等を限定するものではない。
次に、トランスポンダ１００の構成について説明する。図３は本発明の第１実施形態におけるトランスポンダとモニタ装置の通信を説明する図、図４は本発明の第１実施形態におけるトランスポンダとモニタ装置の他の通信を説明する図、
図５は第１実施形態におけるトランスポンダの外観斜視図、図６は第１実施形態におけるトランスポンダの側断面図、図７は図５及び図６に示すトランスポンダの構成を示すブロック図、図８は第１実施形態におけるトランスポンダの設置状態を説明する図である。
トランスポンダ１００は、タイヤを含む車輪の状態、例えばタイヤの加速度、温度、空気圧、回転数等の情報を検知して、タイヤから離れた位置にあるモニタ装置２００へ送信する。
図３において、トランスポンダ１００は、データ送受信用アンテナ１０１と、データ送受信部１１０、センサ回路１３０、センサ用電源回路１５０から構成されている。２００はモニタ装置で、データ送受信用アンテナ２０１と、データ送信部２１０、データ受信部２３０、演算部２５０、操作部２７０から構成されている。
トランスポンダ１００からタイヤ１１の加速度のデータを読み取る際には、操作部２７０から質問信号の送信命令が入力され、データ送信部２１０は送信アンテナ２０１を介して質問信号を送信する。また、これに対してトランスポンダ１００から応答信号が送信されると、操作部２７０から応答信号の受信命令が入力され、データ受信部２３０は受信アンテナ１０２を介して応答信号を受信する。応答信号は演算部２５０へ出力され、演算部２５０にて応答信号からタイヤ情報を読み取る。
また、図３に示すように１つのモニタ装置２００が１つのトランスポンダ１００と送受信する場合に限られず、図４に示すように１つのモニタ装置２００が４つの車輪１０の設けられた各トランスポンダ１００からタイヤ情報を読み取るようにする等、複数のトランスポンダ１００と通信するようにしてもよい。その際、後述するように応答信号に自己の識別情報を含めて送信し、演算部２５０にてトランスポンダ１００の識別情報を予め記憶させておくことで、同時に複数のトランスポンダ１００を識別することができる。
なお、トランスポンダ１００の信号送信は上記形態に限定されず、例えば、モニタ装置２００が送信する質問信号を受信せずに応答信号を送信するようにしてもよい。
図５及び図６において、トランスポンダ１００はトランスポンダ本体１００ａと充電用コイル部１００ｂとからなる。
トランスポンダ本体１００ａは、部品実装された円盤状の多層プリント配線回路基板（以下、単に回路基板と称する）３０１を樹脂３１０によってモールドしてなり、回路基板３０１の内層に円形ループ状のデータ送受信用アンテナ１０１が埋設されていると共に回路基板３０１の表面に蓄電器１５２と複数のチップ状電子部品３０３及びＩＣチップ３０４が実装されている。また、回路基板３０１の裏面には円柱チップ状の加速度センサ１３５が実装されている。また、部品実装された回路基板３０１は樹脂３１０によって封止され、該樹脂３１０は平板型の円柱形に形成されている。
充電用コイル部１００ｂは、充電用コイル１５７を樹脂３１０によってモールドしてなり、充電用コイル１５７はリード線１５７ａを介してトランスポンダ本体１００ａのチップ状電子部品３０３の一部と接続されるとともに、樹脂３１０によって封止され、該樹脂３１０は平板型の円柱形に形成されている。なお、充電用コイル１５７はコイルであれば何でも良く、方式・構成・材料等を限定しない。また、本実施形態では充電用コイル部１００ｂが充電用コイル１５７のみ有する構成を示したが、後述するセンサ用電源回路１５０を構成する全ての回路を有するようにしてもよい。
図７に示すトランスポンダ１００のブロック図において、データ送受信部１１０は、アンテナ切替器１１１と、電源回路１１２、アナログ／ディジタル（以下、Ａ／Ｄと称する）変換回路１１３、記憶部１１４、ＣＰＵ１１５ａとディジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａと称する）変換回路１１５ｂとからなる中央処理部１１５、変調回路１１６ａと発振回路１１６ｂ及び高周波増幅回路１１６ｃからなる発信部１１６とから構成されている。
アンテナ切替器１１１は、例えば電子スイッチ等から構成され、ＣＰＵ１１５ａからの制御信号によってデータ送受信用のアンテナ１０１を電源回路１１２及びＡ／Ｄ変換回路１１３か又は発信部１１６の何れかに切り替えて接続し、通常は電源回路１１２の側にアンテナ１０１が接続されている。
電源回路１１２は周知の全波整流回路（第２エネルギー変換手段）を形成している。この電源回路１１２の入力側にはアンテナ切替器１１１を介してアンテナ１０１が接続されている。電源回路１１２は、アンテナ１０１に誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換し、これを中央処理部１１５、記憶部１１４及び発信部１１６などの他の回路の駆動電源として出力するものである。
Ａ／Ｄ変換回路１１３は、受信した質問信号を検波した後にディジタルデータに変換してＣＰＵ１１５ａに出力する。
中央処理部１１５は、周知のＣＰＵ１１５ａとＤ／Ａ変換回路１１５ｂから構成されている。ＣＰＵ１１５ａは、電源が供給されて駆動しＡ／Ｄ変換回路１１３から質問信号を入力するとセンサ回路１３０を駆動して温度と湿度の検出結果を取り込み、この検出結果と自己に固有の識別情報を含めた応答情報を生成して、この情報をＤ／Ａ変換回路１１５ｂ及び発信部１１６を介して応答信号として送信する。
上記識別情報は、ＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリからなる記憶部１１４内に記憶されており、個々のトランスポンダ１００に固有の識別情報であり、トランスポンダ１００の製造時に記憶部１１４内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。
発信部１１６は、変調回路１１６ａと、発振回路１１６ｂ及び高周波増幅回路１１６ｃから構成され、発振回路１１６ｂによって発振された搬送波を、中央処理部１１５から入力した情報信号に基づいて変調回路１１６ａで変調し、これを高周波増幅回路１１６ｃ及びアンテナ切替器１１１を介してアンテナ１０１に供給する。
センサ回路１３０は、記憶部１３１と、ＣＰＵ１３２、Ａ／Ｄ変換回路１３３、電源制御部１３４、加速度センサ１３５とから構成されている。なお、本実施形態では、タイヤ内部の情報を検知するセンサとして車輪の回転に伴って発生する互いに直交する３方向の加速度を検知する加速度センサ１３５を用いたが、目的・用途に応じて温度センサ、空気圧センサ、回転数センサ等に変更したり、追加してもよい。
ＣＰＵ１３２は、送受信部１１０のＣＰＵ１１５ａとの間で通信を行い、ＣＰＵ１１５ａから加速度情報の要求を受けたときにＡ／Ｄ変換回路１３３を介して加速度センサ１３５が検知した温度情報及び圧力情報を取得してＣＰＵ１１５ａに送信する。
電源制御部１３４は、例えば電子スイッチと昇圧型電源回路等から構成され、データ送受信部１１０のＣＰＵ１１５ａからの制御信号に基づいて電子スイッチをオンオフし、センサ用電源回路１５０から出力される電力を回路動作に必要な電圧に変換して記憶部１３１とＣＰＵ１３２、Ａ／Ｄ変換回路１３３、加速度センサ１３５に供給する。また後述するように、電源制御部１３４は、電源回路１１２の代わりにセンサ用電源回路１５０から出力される電力を送受信部１１０に供給することができる。
センサ用電源回路１５０は、整流回路１５１（第１エネルギー変換手段）と蓄電器１５２、充電用コイル１５７から構成されている。整流回路１５１は、ダイオード１５３,1５４、コンデンサ1５５、及び抵抗器1５６から構成され、周知の全波整流回路を形成している。整流回路１５１の入力側は充電用コイル１５７に接続され、整流回路１５１の出力側は蓄電器１５２に接続されると共に電源制御部１３４に接続されている。
図８に示すように、トランスポンダ本体１００ａはタイヤ内のリム部２１の内側の面にモーターステーター３０と対向するように設けられたモーターローター４０の表面に設けられ、充電用コイル部１００ｂは充電用コイル１５７の軸がローター４０の表面に対してほぼ垂直になるようにローター４０に埋設されている。なお、充電用コイル部１００ｂはローター４０に埋設されていることが効率上好ましいが、ローター４０の表面に設けてもよい。
また、本実施形態で用いるタイヤ１１は、例えば、周知のチューブレスラジアルタイヤであり、周知のキャップトレッド４０１、アンダートレッド４０２、ベルト４０３Ａ、４０３Ｂ、カーカス４０４等から構成されている。なお、ローター４０の上に設けられるトランスポンダ１００の数は必ずしも１つに限られず複数でもよい。また、充電用コイル１５７はモーターステーター３０が形成する磁場を貫くことによって後述する誘起電力が大きくなる。
インホイールモータシステムにおいて、ステーターコイル３２に所定の三相交流電流が供給されると、モーターステーター３０の周囲に回転磁場が形成される。この回転磁場によってモーターローター４０を含むリム部２１が回転力を受け、車輪１０とともに回転する。
このとき供給される電流によってモーターステーター３０は磁場を形成するので、トランスポンダ１００内に設けられた充電用コイル１５７を貫く磁束が変化し、充電用コイル１５７に誘起電力が発生する。この誘起電力は電磁波のように送受信によるエネルギー損失がないので、センサ用電源回路１５０は電源回路１１２よりも効率よくエネルギー変換を行うことができるとともに、センサ回路１３０のみならずトランスポンダ１００全体において必要とされるよりも充分に大きい電気エネルギーを得ることができる。
従って、上記構成よりなるトランスポンダ１００及びそれを備えた車輪１０によれば、ステーターコイル３２に電流が供給され磁場を形成することで充電用コイル１５７を貫く磁束が変化し、充電用コイル１５７に発生した誘起電力を整流回路１５１が整流して直流電流に変換することにより、電磁波を媒体として送受信部１１０を駆動する電源回路１１２よりも効率よくセンサ用電源回路１５０はセンサ回路１３０に電気エネルギーを供給することができる。
また、充電用コイル１５７に発生する誘起電力を整流して得られる電流はトランスポンダ１００において必要とされる電流よりも充分に大きいので、蓄電器１５２を、例えば大容量のコンデンサ或いは２次電池から構成し充分に蓄電することにより、センサ用電源回路１５０はセンサ回路１３０ばかりでなく送受信部１１０も駆動することができるとともに、車輪が回転していない停止状態でも、トランスポンダ１００は電源を有さずに蓄電器１５２によって半永久的に動作することができる。
なお、トランスポンダ１００の設置場所はローター４０に限定されず、車輪１０においてモーターステーター３０が形成する磁場の影響を受ける場所であればよい。また、トランスポンダ１００はタイヤの情報を検知するものに限定されず、インホイールモーターシステムにおいて用いるものであればよい。
例えば、モーターステーター３０が形成する磁場を貫くように温度センサを備えたトランスポンダ１００をブレーキディスク５１に設けることにより、電源を必要とせずにブレーキディスク５１の温度変化を検知することができる。
また、前述の実施形態は一具体例であって本発明の構成がこれらのみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
本発明の第１実施形態におけるインホイールモーターシステムの車輪の概略構成を説明する断面図 図１におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図 本発明の第１実施形態におけるトランスポンダとモニタ装置の通信を説明する図 本発明の第１実施形態におけるトランスポンダとモニタ装置の他の通信を説明する図 本発明の第１実施形態におけるトランスポンダの外観斜視図 本発明の第１実施形態におけるトランスポンダの側断面図、 図５及び図６に示すトランスポンダの構成を示すブロック図 本発明の第１実施形態におけるトランスポンダの設置状態を説明する図
符号の説明
１０…車輪、１１…タイヤ、１２…ハブ、１３…スタッドボルト、１４…六角ナット、１５…車輪支持部、１６…ステーター支持アーム、１７…車軸、２０…ホイール、２１…リム部、２２…ディスク部、３０…モーターステーター、３１…ステーター磁性体、３２…ステーターコイル、４０…モーターローター、５０…ディスクブレーキ、５１…ブレーキディスク、５２…ブレーキキャリパ、１００…トランスポンダ、１００ａ…トランスポンダ本体、１００ｂ…充電用コイル部、１０１…データ送受信用アンテナ、１１０…データ送受信部、１３０…センサ回路、１５０…センサ用電源回路、１５１…整流回路（第１エネルギー変換手段）、１５２…蓄電器、１５１…整流回路１５１、１５３，１３４…ダイオード、１５５…コンデンサ、１５６…抵抗器1５６、１５７…充電用コイル、１５７ａ…リード線、２００…モニタ装置、２０１…データ送信用アンテナ、２０２…データ受信用アンテナ、２１０…データ送信部、２３０…データ受信部、２５０…演算部、２７０…操作部、３０１…多層プリント配線回路基板、３０３…チップ状電子部品、３０４…ＩＣチップ、３１０…樹脂、４０１…キャップトレッド、４０２…アンダートレッド、４０３Ａ、４０３Ｂ…ベルト、４０４…カーカス。

Claims (15)

  1. 車輪に内蔵され磁性体と第１コイルとを有するステーターの該第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場によりローターとともに前記車輪を回転させるインホイールモーターシステムに備わり、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダにおいて、
    所定巻数の第２コイルと、
    前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、
    該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーによって動作する
    ことを特徴とするトランスポンダ。
  2. 車輪に内蔵され磁性体と第１コイルとを有するステーターの該第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場によりローターとともに前記車輪を回転させるインホイールモーターシステムに備わり、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダにおいて、
    応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、
    前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、
    前記車輪の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部と、
    前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段と、
    所定巻数の第２コイルと、
    前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、
    該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーによって動作する
    ことを特徴とするトランスポンダ。
  3. 車輪に内蔵され磁性体と第１コイルとを有するステーターの該第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場によりローターとともに前記車輪を回転させるインホイールモーターシステムに備わり、所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダにおいて、
    応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、
    前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、
    前記車輪の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部と、
    前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段と、
    所定巻数の第２コイルと、
    前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段と、
    該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーを蓄積する蓄電器とを有し、
    該蓄電器に蓄積された電気エネルギーによって動作する
    ことを特徴とするトランスポンダ。
  4. 所定の電磁波を受信する受信手段と、
    該受信手段によって受信した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する第２エネルギー変換手段を有し、
    該第２エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーと前記第１エネルギー変換手段によって生成される電気エネルギーとを併用して動作する
    ことを特徴とする請求項２に記載のトランスポンダ。
  5. 前記蓄電器は２次電池からなる
    ことを特徴とする請求項３に記載のトランスポンダ。
  6. 前記蓄電器は大容量キャパシタからなる
    ことを特徴とする請求項３に記載のトランスポンダ。
  7. 固有の識別情報を記憶する情報記憶手段と、
    前記中央処理部は前記情報記憶手段の識別情報を読み出して前記応答情報に含める手段とを有する
    ことを特徴とする請求項２乃至請求項６の何れかに記載のトランスポンダ。
  8. 前記センサ部は、加速度センサと温度センサと空気圧センサのうちの少なくとも何れか１つを有している
    ことを特徴とする請求項２乃至請求項７の何れかに記載のトランスポンダ。
  9. 前記第２コイルは前記第１コイルが形成する磁場を貫くように設けられている
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れかに記載のトランスポンダ。
  10. 前記第２コイルは前記ローター内に埋設されている
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れかに記載のトランスポンダ。
  11. 磁性体と第１コイルとを有するステーターとローターとを備えたインホイールモーターシステムを内蔵し、前記ステーターの第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場により前記ローターとともに回転する車輪において、
    所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダを備え、
    前記トランスポンダは、
    所定巻数の第２コイルと、
    前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、
    該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーによって動作する
    ことを特徴とする車輪。
  12. 磁性体と第１コイルとを有するステーターとローターとを備えたインホイールモーターシステムを内蔵し、前記ステーターの第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場により前記ローターとともに回転する車輪において、
    所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダを備え、
    前記トランスポンダは、
    応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、
    前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、
    車輪の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部と、
    前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段と、
    所定巻数の第２コイルと、
    前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、
    該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーによって動作する
    ことを特徴とする車輪。
  13. 磁性体と第１コイルとを有するステーターとローターとを備えたインホイールモーターシステムを内蔵し、前記ステーターの第１コイルに所定の電流を供給して形成される磁場により前記ローターとともに回転する車輪において、
    所定の信号による情報の送信を行うトランスポンダを備え、
    前記トランスポンダは、
    応答情報を表す電気信号を生成して出力する中央処理部と、
    前記中央処理部から出力された前記応答情報を表す電気信号に基づいて応答信号を送信する送信手段とを含む主回路と、
    車輪の所定の物理量を検知してその検知結果を電気信号で出力するセンサ部と、
    前記中央処理部は前記センサ部による検知結果を取り込んで前記応答情報に含める手段と、
    所定巻数の第２コイルと、
    前記磁場により前記第２コイルを貫く磁束密度が変化して発生する誘起電力をトランスポンダ用の電気エネルギーに変換する第１エネルギー変換手段とを有し、
    該第１エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーを蓄積する蓄電器とを有し、
    該蓄電器に蓄積された電気エネルギーによって動作する
    ことを特徴とする車輪。
  14. 前記トランスポンダは、
    所定の電磁波を受信する受信手段と、
    該受信手段によって受信した電磁波のエネルギーを電気エネルギーに変換する第２エネルギー変換手段を有し、
    該第２エネルギー変換手段によって生成された電気エネルギーと前記第１エネルギー変換手段によって生成される電気エネルギーとを併用して動作する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の車輪。
  15. 前記トランスポンダは、
    固有の識別情報を記憶する情報記憶手段を備え、
    前記中央処理部は前記情報記憶手段の識別情報を読み出して前記応答情報に含める手段を有する
    ことを特徴とする請求項１２乃至請求項１４の何れかに記載の車輪。
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