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、
    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、
    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、
    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、
    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、
    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、
    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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