JP4408919B2 - 発電装置、発電装置を搭載した電気機器、及び発電装置を搭載した通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置、発電装置を搭載した電気機器、及び発電装置を搭載した通信装置に関し、特にエレクトレット材料を用いた静電誘導型発電装置、この発電装置を搭載した電気機器、及びこの発電装置を搭載した通信装置に関する。

従来、小型の静電誘導型発電装置が知られている。静電誘導型発電装置は、可変容量の電極に電荷を与え、その電荷により対向電極間にクーロン引力を働かせ、このクーロン引力に抗して振動子が振動することにより発生した振動エネルギーを電気エネルギーに変換することによって、発電を行う（たとえば、特許文献１参照）。

図１７は特許文献１に開示された従来の静電誘導型発電装置の概略断面図である。この静電誘導型発電装置は、いわゆるエレクトレット発電装置であり、複数のエレクトレット材料電極４０９を備えた第２の基板４０５と、複数の導電性表面電極４１１を備えた第１の基板４０７とが互いに所定の間隔を隔てて配置されている。エレクトレット材料電極４０９を含む第２の基板４０５は不動である。導電性表面電極４１１を含む第１の基板４０７は固定構造４１７にバネ４１９を介して連結されている。バネ４１９は第１の基板４０７の２つの対向辺に接続されている。バネ４１９の弾性により第１の基板４０７はＸ軸方向４２１の運動を行い、中立位置に戻ることができる。第１の基板４０７がＸ軸方向に振動することにより、電荷を保持しているエレクトレット材料電極４０９と、電極４０９に対向する導電性表面電極４１１との重なり面積の増減が生じ、導電性表面電極４１１に電荷の変化が生じる。静電誘導型発電装置は、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すことにより発電を行う。
特表２００５−５２９５７４号公報

しかしながら、図１７の静電誘導型発電装置では、基板４０７はＸ軸方向４２１以外の方向に振動しないように規制されている。そのため、この静電誘導型発電装置は、Ｘ軸方向４２１以外の方向への外部振動を発電に利用することができなかった。例えば、この静電誘導型発電装置は、Ｘ軸方向４２１とは異なるＹ軸方向の外部振動を受けた場合であっても、発電を行うことができない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、多方向の外部振動を発電に利用可能な発電装置、この発電装置を搭載した電気機器、及びこの発電装置を搭載した通信装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る発電装置は、第１電極と、第１電極から離間した第２電極と、を備え、第１電極と第２電極の少なくとも一方は、一平面上における第１軸に沿った振動と、一平面上において第１軸とは異なる第２軸に沿った振動と、一平面とは異なる平面上において第１軸及び第２軸と交差する第３軸に沿った振動と、に応答して移動可能であることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る電気機器は、複数の電子部品と、複数の電子部品の一部または全てを動作させるための電力を生成する上述の発電装置と、を備えるこ
とを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る通信装置は、車両のタイヤまたはタイヤホイールに装着され、上述の発電装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、多方向の外部振動を発電に利用可能な発電装置、こうした発電装置を搭載した電気機器、及びこうした発電装置を搭載した通信装置が提供される。

以下、本発明の第１実施形態に従う発電装置を説明する。図面において同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

図１を参照して、本発明の実施形態に従う発電装置７５を説明する。本発明の実施形態の発電装置７５は、外部から受けた周期的または非周期的な振動（外部振動）を電気エネルギーに変換する。図１に示すように、本実施形態の発電装置７５は、互いに対向して配置された第１電極２１と第２電極２２を備える。発電装置７５が外部振動を受けたとき、外部振動の方向に関わらず、第１電極２１と第２電極２２の一方または両方が移動し、第１電極２１と第２電極２２の重なり面積（対向面積）は変化する。第１電極２１及び第２電極２２の少なくとも一方は、Ｘ軸に沿ってのみ往復移動可能である。Ｙ可動錘２３は第１伝達機構２５によってＹ軸に沿ってのみ往復移動可能に支持されている。Ｚ可動錘２４は第２伝達機構２６によってＺ軸に沿ってのみ往復移動可能に支持されている。第１伝達機構２５は、Ｙ可動錘２３のＹ軸に沿った移動を、Ｘ軸に沿った移動に変換して、第１電極２１及び第２電極２２の一方に伝達する。第２伝達機構２６は、Ｚ可動錘２４のＺ軸に沿った移動を、Ｘ軸に沿った移動に変換して、第１電極２１及び第２電極２２の一方に伝達する。

図１の発電装置７５の作用を説明する。

第１電極２１及び第２電極２２の少なくとも一方は、発電装置７５にＸ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動が作用したとき、Ｘ軸に沿って移動する。

Ｙ可動錘２３は、発電装置７５にＹ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動が作用したとき、Ｙ軸に沿って移動する。第１伝達機構２５は、Ｙ可動錘２３のＹ軸に沿った移動を、Ｘ軸に沿った移動に変換して、第１電極２１及び第２電極２２の一方に伝達する。従って、第１電極２１及び第２電極２２の一方はＸ軸方向に移動する。

Ｚ可動錘２４は、発電装置７５にＺ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動が作用したとき、Ｚ軸に沿って移動する。第２伝達機構２６は、Ｚ可動錘２４のＺ軸に沿った移動を、Ｘ軸に沿った移動に変換して、第１電極２１及び第２電極２２の一方に伝達する。従って、第１電極２１及び第２電極２２の一方はＸ軸方向に移動する。

このように、発電装置７５が外部振動を受けたときに、外部振動の方向に関わらず、第１電極２１及び第２電極２２の少なくとも一方がＸ軸に沿って移動し、第１電極２１と第２電極２２との重なり面積が変化する。よって、発電装置７５はあらゆる方向の外部振動を利用して発電することができる。

第１電極２１は本発明の「第１電極」、第２電極は本発明の「第２電極」、Ｘ軸は本発明の「第１軸」、Ｙ軸は本発明の「第２軸」、及びＺ軸は本発明の「第３軸」の一例である。

図２、図３（ａ）、図３（ｂ）、図４を参照して、本実施形態の発電装置７５をより具
体的に説明する。

発電装置７５は、固定構造体３ａ、上ガイドレール３０ａ及び下ガイドレール３０ｂを含むフレーム３０を有する。第１電極２１の形成された第１基板２１ａ及び第２電極２２の形成された第２基板２２ａは、上ガイドレール３０ａ及び下ガイドレール３０ｂによってＸ軸に沿ってのみ往復移動可能に支持されている。上ガイドレール３０ａ及び下ガイドレール３０ｂによって、第１電極２１及び第２電極２２の各々の移動中、第１電極２１と第２電極２２間の間隔はほぼ一定に維持される。

第１電極２１または第２電極２２は、エレクトレット膜によって覆われている。エレクトレット膜として使用可能な電荷保持材料は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、及びポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）のような高分子電荷保持材料、あるいはシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）及びシリコン窒化物（ＳｉＮ）のような無機電荷保持材料である。

第１電極２１および第２電極２２は互いに同じ形状を有することができる。図５（ａ）の例では、第１電極２１および第２電極２２の各々は、櫛形状であり、Ｘ軸方向に延びる共通配線２２ｄと、共通配線２２ｄからＹ軸方向に沿って直線的に延びる、細分化された複数のストリップ２２ｅとを有する。図５（ｂ）の例では、各ストリップ２２ｅは波状である。第１電極２１のストリップの幅は、第２電極２２のストリップの幅と同じであってもよく、異なっていてもよい。各電極において、全てのストリップ２２ｅの幅は一定であることが好ましい。

第１基板２１ａは２つのバネ駆動体６ａを介して固定構造体３ａと弾性的に連結されている。バネ駆動体６ａの弾性により第１基板２１ａはＸ軸に沿って運動後、中立位置に戻る。

屈曲レバー２５ａは、Ｚ軸に沿って延びる支軸２５ｂによってフレーム３０に対して揺動可能に支持されている。Ｙ可動錘２３は、屈曲レバー２５ａの第１端に取り付けられている。屈曲レバー２５ａの第２端は、リンク２５ｃを介して第２基板２２ａに連結されている。屈曲レバー２５ａは、バネ駆動体６ｃを介して下ガイドレール３０ｂに対して弾性的に接続されている。バネ駆動体６ｃにより屈曲レバー２５ａはＹ軸に沿って運動後、中立位置に戻る。

屈曲レバー２５ａの第１端がＹ軸に沿って移動したとき、屈曲レバー２６ａの第２端はＸ軸に沿って移動する。リンク２５ｃは、屈曲レバー２５ａの第２端のＸ軸に沿った移動を、第２基板２２ａに伝達する。このようにして、Ｙ可動錘２３がＹ軸に沿って移動したときに、第２基板２２ａはＸ軸に沿って移動する。Ｙ可動錘２３は第１振動感応錘として機能し、屈曲レバー２５ａ及びリンク２５ｃは第１伝達機構として機能する。

屈曲レバー２６ａは、Ｙ軸に沿って延びる支軸２６ｂによってフレーム３０に対して揺動可能に支持されている。Ｚ可動錘２４は、屈曲レバー２６ａの第１端に取り付けられている。屈曲レバー２６ａの第２端は、第２基板２２ａに形成されたラッチ２２ｂに対して接離可能である。屈曲レバー２６ａの第１端がＺ軸に沿って移動したとき、屈曲レバー２６ａの第２端はＸ軸に沿って移動する。従って、Ｚ可動錘２４がＺ軸に沿って移動したとき、屈曲レバー２６ａの第１端がラッチ２２ｂと係合し、ラッチ２２ｂをＸ軸に沿って押
圧する。この押圧により、第２基板２２aはＸ軸に沿って移動する。Ｚ可動錘２４は第２振動感応錘として機能し、屈曲レバー２６ａは第２伝達機構として機能する。固定構造体３ａ、バネ駆動体６ａ、フレーム３０、屈曲レバー２５ａ、２６ａ、リンク２５ｃ、２６ｃは、支持構造として機能する。

図２の発電装置７５の作用を説明する。

発電装置７５がＸ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動を受けたとき、第１基板２１ａ及び第１電極２１はＸ軸に沿って移動する。この移動に伴って、第１電極２１と第２電極２２との重なり面積が変化する。従って、発電装置７５はＸ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動を利用して発電することができる。

発電装置７５がＹ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動を受けたとき、Ｙ可動錘２３はＹ軸に沿って移動する。屈曲レバー２５ａは、Ｙ可動錘２３のＹ軸に沿った移動を、Ｘ軸に沿った移動に変換して、第２基板２２ａに伝達する。第２基板２２ａの移動に伴って、第１電極２１と第２電極２２との重なり面積が変化する。従って、発電装置７５はＹ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動を利用して発電することができる。

発電装置７５がＺ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動を受けたとき、Ｚ可動錘２４はＺ軸に沿って移動する。屈曲レバー２６ａは、Ｚ可動錘２４のＺ軸に沿った移動を、Ｘ軸に沿った移動に変換して、第２基板２２ａに伝達する。第２基板２２ａの移動に伴って、第１電極２１と第２電極２２との重なり面積が変化する。従って、発電装置７５はＺ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動を利用して発電することができる。

発電装置７５が斜め方向の外部振動を受けた場合、第１基板２１ａ、Ｙ可動錘２３及びＺ可動錘２４のうちの２つまたは３つが移動する。上記したように、第１基板２１ａ、Ｙ可動錘２３及びＺ可動錘２４のうちの２つまたは３つの移動によって、第１電極２１と第２電極２２との重なり面積が変化する。従って、発電装置７５は斜め向の外部振動を利用して発電することができる。

このように、Ｘ可動錘として機能する第１基板２１ａ及び第１電極２１と、Ｚ可動錘２４と、Ｙ可動錘２３とを組み合わせることにより、発電装置７５はあらゆる方向の外部振動を利用して、発電することができる。

また、複数の方向の振動によって第１電極２１または第２電極２２が移動するので、複数の方向の外部振動の加算運動量を、発電に利用することができる。

従来の発電装置（図１７参照）の場合、３方向の外部振動を利用して発電するためには、３つの発電装置が必要であった。しかし、本実施形態の発電装置を用いれば、一つの発電装置により、多方向の外部振動を利用して発電することができる。この場合、発電装置数を削減することで発電ユニットの簡素化及び小型化を図ることができる。

本実施形態の発電装置７５は以下のように変更してもよい。

第１電極２１と第２電極２２の同方向移動を低減あるいは禁止するための制限機構を設けてもよい。例えば、図６には、制限機構の例として、第１基板２１ａに一体的に移動可能に取り付けられたストッパ２９が示されている。図７に示すように、ストッパ２９は、第１電極２１（第１基板２１ａ）が右方向に移動したときに、屈曲レバー２５ａの一部に接近あるいは当接する。この状態で、Ｙ可動錘２３が上向きに移動しようとしても、ストッパ２９が屈曲レバー２５ａの一部と当接するので、Ｙ可動錘２３の上向き移動は制限される。第１電極２１が右方向に移動したときに、第２電極２２が右方向への移動するのが禁止される。ストッパ２９は、発電装置７５が様々な方向の外部振動を同時に受けたときであっても、第１電極２１と第２電極２２との相対移動速度がゼロになるのを禁止して、
第１電極２１と第２電極２２との重なり面積が変化しないという状況を回避することができる。従って、発電装置７５は効率的に発電することができる。

第１伝達機構２５及び第２伝達機構２６の両方が第１電極２１に接続されて、第２電極２２は不動であってもよい。この場合、第１電極２１は、外部振動を受けて、Ｘ軸に沿って移動する。従って、発電装置はあらゆる方向の外部振動を受けて、発電することができる。

第１伝達機構２５及び第２伝達機構２６が第１電極２１及び第２電極２２にそれぞれ接続されていてもよい。この場合、第１電極２１は、Ｘ軸、Ｚ軸の両方に直交する方向を除く方向の外部振動を受けて、Ｘ軸に沿って移動し、第２電極２２は、Ｙ軸方向に直交する方向を除く方向の外部振動を受けて、Ｘ軸に沿って移動する。従って、発電装置はあらゆる方向の外部振動を受けて、発電することができる。

本実施形態において、Ｙ軸（第２軸）は、Ｘ軸（第１軸）に対して所定の角度で交差していてもよい。例えば、Ｙ軸（第２軸）は、Ｘ軸（第１軸）に対して直交していてもよく、９０度以外の角度で傾斜していてもよい。Ｚ軸（第３軸）は、Ｘ軸（第１軸）及びＹ軸（第２軸）の各々に対して所定の角度で交差していてもよい。例えば、Ｚ軸（第３軸）は、Ｘ軸（第１軸）及びＹ軸（第２軸）の各々に対して直交していてもよく、９０度以外の角度で傾斜していてもよい。

本実施形態において、２つの対向する電極の間隔は、電極が静止しているときと、電極が移動しているときとで同じであってもよく、異なっていてもよい。

次に、本発明の発電装置の使用例を説明する。本発明の発電装置は、電気機器に組み込まれて、その電気機器の一部又は全てを作動させる電力を生成することができる。一例では、本発明の発電装置は、外部振動を受ける電気機器に組み込むことができ、その電気機器を動作電力自給式（self-sufficiency）にすることができる。第１〜第６実施例では、無線装置、特に車両関連の無線装置への使用例を説明する。

（第１実施例）
図８を参照して、本発明の発電装置を備えた電気機器の一例（例えば、送信装置）を説明する。本発明の発電装置は、タイヤまたはタイヤホイールに装着される送信装置であって、タイヤ空気圧、タイヤ内温度、タイヤ内加速度、タイヤ振動、タイヤ回転速度、車外光量、車両振動、及び車外温度の少なくとも一つを感知し、感知結果を無線出力する送信装置内に配置される。図８は、タイヤ空気圧を感知し、感知結果を無線出力するタイヤ空気圧センサー１００のブロック図である。

タイヤ空気圧センサー１００は、タイヤ空気圧を検出し、センサー信号を生成する圧力センサー１０１と、圧力センサー１０１から供給されたセンサー信号を処理し、タイヤ空気圧の情報信号を生成する処理部１０２と、処理部１０２から供給されたタイヤ空気圧の情報信号を車体に配置された受信部に送信する送信部１０３と、圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３のうちの少なくとも一つを作動させるための電力を生成する発電部１０７とで構成されている。発電部１０７には、上記実施形態で説明した発電装置７５が一つ又は複数個設けられている。

圧力センサー１０１は、タイヤ空気圧を検出し、検出した空気圧が正常な場合と、異常な場合（低空気圧）とで異なる信号を出力する。処理部１０２は、圧力センサー１０１の出力を変調された信号に変換するための処理を行う。送信部１０３は、変調信号をアンテナから電磁波で車体に配置された受信部（図１４参照）に送信する。発電部１０７は、外部振動を吸収し、それを電気エネルギーに変換して発電を行い、生成した電力を圧力セン
サー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３に供給する。

発電部１０７には、キャパシタのような電圧安定化素子や、ＤＣ−ＤＣコンバータ及びレギュレータのような電圧変換回路を設けることができる。一つの電圧安定化素子及び／または一つの電圧変換回路が発電部１０７に設けられてもよく、発電装置毎に一つの電圧安定化素子及び／または一つの電圧変換回路を設けてもよい。

次に、タイヤ空気圧センサー１００の動作について説明する。

車の走行が開始すると、振動が発生する。発電部１０７は、車の走行中にタイヤに加わる振動エネルギーを電気エネルギーに変換することによって発電を行う。発電部１０７により発電した電力が圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３に供給される。電圧の供給を受けて圧力センサー１０１がタイヤ空気圧の状態に応じた信号を処理部１０２に伝達する。例えば、タイヤ空気圧が予め設定された範囲内か範囲外かを検知し、その範囲内である場合には正常であることを示す信号、その範囲外である場合には異常であることを示す信号を処理部１０２に伝達する。処理部１０２は圧力センサー１０１から伝達される信号に対して処理を加え、電磁波で送信するための変調信号に変換し、変調信号を一定の周期で送信部１０３に送信する。送信部１０３は処理部１０２から送られてきた変調信号を受け取り、アンテナから電磁波を放射する。放射された電磁波は、車体に配置された受信部（図示せず）で受け取られ、その受信部が変調信号を復調することで、タイヤ空気圧の状態を表す信号に変換される。この信号を例えば、車両を全体的にもしくは部分的に制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）が空気圧の状態として受け取るとともに処理を行い、警報の出力制御等を実行する。

第１実施例において、タイヤ空気圧センサー１００は本発明の「電気機器」または「通信装置」、圧力センサー１０１、処理部１０２または送信部１０３は本発明の「電子部品」、圧力センサー１０１は本発明の「センサー部」、処理部１０２は本発明の「処理部」、送信部１０３は本発明の「送信部」のそれぞれ一例である。

第１実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）多方向の外部振動を吸収して、電気エネルギーを生成する発電装置７５が発電部１０７に設けられているため、タイヤの振動を利用して、送信装置を安定にかつ長期間にわたって動作させることができる。

（２）発電部１０７が、多方向の外部振動を吸収して、電気エネルギーを生成する発電装置７５を備えているため、あらゆる方向の外部振動を余すところ無く吸収して効率的に発電を行うことができ、送信装置の安定した動作を可能とする。また、ランダムな方向の振動の発生により発電効率が低下することを防止でき、発電効率の低下による送信装置の誤作動も防止できる。

（３）発電部１０７に対して単一のキャパシタ及び電圧変換回路で構成可能であるため、送信装置全体の簡素化及び生産コストの削減を図ることができる。

（４）一般に用いられる従来の電池駆動のタイヤ空気圧センサーでは不可避であった、電池を交換するための定期的なメンテナンスが不要となる。また、電力残量を気にする必要が無いのでセンサー部による感知結果をＥＣＵ等に送信する間隔を短縮し、感知データの送信頻度を高めることが可能となり、よりリアルタイムにセンサー部の状態をＥＣＵ等が認識することできる。

（５）従来の１方向タイプの発電装置（図１７参照）を用いて３方向の外部振動を発電に利用する場合、３つの１方向タイプの発電装置を発電部１０７に設ける必要がある。これに対して、本実施形態の発電装置７５を発電部１０７に設けた場合、１つの発電装置７
５のみで、あらゆる方向の外部振動を発電に利用することができる。発電部１０７内の発電装置の数を削減できるため、送信装置の小型化及び配線の簡易化が比較的容易である。

（第２実施例）
下記第２〜第９実施例において、第１実施例と同様の構造については、同一符号を付すと共にその詳細な説明を省略する。図９を参照して、本発明の発電装置を使用したタイヤ空気圧センサー２００を説明する。タイヤ空気圧センサー２００は、電圧検知部１１２を除き、図８のタイヤ空気圧センサー１００と同じである。

タイヤ空気圧センサー２００は、タイヤ空気圧を検出する圧力センサー１０１と、圧力センサー１０１から受信するセンサー信号を処理する処理部１０２と、処理部１０２で処理されたタイヤ空気圧の情報を車体に配置された受信部に送信する送信部１０３と、圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３のうちの少なくとも一つを作動させるための電力を生成する発電部１０７と、発電部１０７の電圧値を検知して送信部に検知内容を伝達する電圧検知部１１２とで構成されている。発電部１０７には、上記実施形態で説明した多方向の外部振動を吸収して、電気エネルギーを生成する発電装置７５が一つ又は複数個設けられている。

電圧検知部１１２は、発電部１０７で発電した電圧の電圧値をモニターし、モニターした電圧値が所定の範囲内か範囲外かを判定し、判定結果を送信部１０３に伝達する。モニターした電圧値が所定の範囲外にある場合には、発電部１０７によって駆動される圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３が動作異常をきたし、圧力センサー１０１の空気圧感知結果が正常である場合にも異常と判断するという誤動作が発生する可能性がある。この場合、電圧検知部１１２は、発電部１０７の電圧値が異常であることを送信部１０３へ伝達する。

第２実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（５）外部振動が乏しい環境において、発電部１０７により発電した電圧値が、タイヤ空気圧センサー２００に含まれる圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３の何れか少なくとも一つが正常に作動せず、誤動作が発生する恐れのある電圧値まで低下した場合に、その状態を検知することが可能となる。そして、その検知情報を送信部１０３に伝達し、車体に配置されたＥＣＵに送信することで、ＥＣＵが誤った処理を行うことを防止することが可能となる。

（第３実施例）
図１０を参照して、本発明の発電装置を使用したタイヤ空気圧センサー３００を説明する。図１０のタイヤ空気圧センサー３００は、圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３の各々と、発電部１０７との間に接続された電源切替部１１３を備えている。

タイヤ空気圧センサー３００は、タイヤ空気圧を検出する圧力センサー１０１と、圧力センサー１０１から受信するセンサー信号を処理する処理部１０２と、処理部１０２で処理されたタイヤ空気圧の情報を車体に配置された受信部に送信する送信部１０３と、圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３のうちの少なくとも一つを作動させるための電力を生成する発電部１０７と、発電部１０７での発電電圧を圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３へ選択的に供給する電源切替部１１３とで構成されている。発電部１０７には、上記実施形態で説明した多方向の外部振動を吸収して、電気エネルギーを生成する発電装置７５が一つ又は複数個設けられている。

電源切替部１１３は、自動車の移動により発電部１０７での発電動作が生じた場合、発
電部１０７と、圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３を電気的に接続する。また、発電部１０７が発電動作に入っていない場合、圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３と発電部１０７とを電気的に分離し、例えば、ＶＳＳと接続することによって接地する。発電動作が再び生じた場合、ＶＳＳ接地を切り離して発電部１０７と電気的に接続する。また自動車が停止（タイマーにより一定時間以上停止した場合としてもよい）した場合には、再度発電部１０７と、圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３とを電気的に分離する。

第３実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（６）タイヤ空気圧センサー３００の作動が必要なときのみ通電が行われるよう制御することが可能となり、タイヤ空気圧センサー３００の耐久性（寿命）向上を図ることができる。

（第４実施例）
図１１を参照して、本発明の発電装置を使用したタイヤ空気圧センサー４００を説明する。図１１に示すように、タイヤ空気圧センサー４００は、タイヤ空気圧を検出する圧力センサー１０１と、圧力センサー１０１から受信するセンサー信号を処理する処理部１０２と、処理部１０２で処理されたタイヤ空気圧の情報を車体に配置された受信部に送信する送信部１０３と、圧力センサー１０１、処理部１０２、及び送信部１０３のうちの少なくとも一つを作動させるための電力を供給する発電部１０７と、発電部１０７の発電の周期情報を送信部１０３に出力する周期取出し部１１４とで構成されている。発電部１０７には、上記実施形態で説明した多方向の外部振動を吸収して、電気エネルギーを生成する発電装置７５が一つ又は複数個設けられている。周期取出し部１１４は、検出した周期情報を処理部１０２に供給しても良い。

周期取出し部１１４は、発電部１０７による発電の周期情報を取り出して送信部１０３又は処理部１０２に供給する。発電部１０７は車両のタイヤホイールに取り付けられている。タイヤが回転して地面に達したときにタイヤが歪むことで振動が発生する。発電部１０７はその発電部１０７に近いタイヤ部分の歪みによって生じた振動を利用して発電する。よってタイヤが１回転する毎に発電するので、発電周期がタイヤの回転周期を表す。この発電周期の情報を周期取出し部１１４が検知し、変調して送信部１０３に伝達することで、送信部１０３が車体に配置された受信部に電磁波で送信、ＥＣＵでのタイヤの回転速度の認識が可能となる。また、周期取出し部１１４が検知した発電周期の情報を処理部１０２に伝達し、処理部１０２が変調信号に変換して送信部１０３に伝達するようにしても良い。

第４実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（７）発電の周期となるタイヤの回転周期を情報として取り出し、その情報に対して簡単な演算を処理部１０２もしくは車体に配置されたＥＣＵで行うことで車の速度をモニターすることができる。これによって従来では車体に配置する必要のあった車速センサーを無くして生産コストの低減を図ることができる。

第１乃至第４実施例の各々における、圧力センサー１０１は、タイヤ空気圧に限らず、排気圧、大気圧、及び／または着座圧を感知してもよい。圧力センサー１０１は、車内音、車外音、エンジン音、タイヤ音、及び／または人の声を感知する音センサー；タイヤ内温度、車両内温度、車両外温度、エンジン温度、バッテリー温度、ラジエター温度、排気温度、モーター温度、及び／または車両外装温度を感知する熱センサー；車外光量、車内光量、及び／または前照灯光量を感知する光センサー；タイヤ内加速度、ドア開閉、ワイパー動作、シート移動、及び／またはステアリングホイール操作を感知する運動量センサー；タイヤ振動、車両振動、ドア振動、フレーム振動、及び／またはシート振動を感知す
る振動センサー；タイヤ回転速度、エンジン回転速度、及び／またはモーター回転速度を感知する回転速度センサー；及び／又は車外電波、及び／または車内電磁波を感知する電磁波センサーであってもよい。

（第５実施例）
図１２を参照して、本発明の発電装置を使用した通信装置５００を説明する。

通信装置５００は、タイヤ内温度、タイヤ内加速度、タイヤ振動、タイヤ回転速度、車外光量、車両振動、及び車外温度などを感知するセンサー部１１５と、センサー部１１５での感知結果をＥＣＵに伝達するとともにＥＣＵからの情報に従ってセンサー部１１５の制御を行う通信制御部１１６と、センサー部１１５からのセンサー信号やＥＣＵからの信号を処理する処理部１１７と、ＥＣＵとの間で信号の送受信を無線（電磁波）で行うための送受信部１１８と、センサー部１１５、通信制御部１１６、処理部１１７、及び送受信部１１８のうちの少なくとも一つを作動させるための電力を供給する発電部１１９とで構成されている。発電部１１９には、上記実施形態で説明した多方向の外部振動を吸収して、電気エネルギーを生成する発電装置７５が一つ又は複数個設けられている。

センサー部１１５は、車外の光量（照度）、音の大きさ、外部振動の振幅の大きさ、タイヤ空気圧や回転速度などを感知し、感知結果を通信制御部１１６に伝達する。通信制御部１１６は、センサー部１１５で感知した情報を信号としてＥＣＵに伝達するとともにＥＣＵからの情報を受け取りその情報に従ってセンサー部１１５の感知を行う。処理部１１７は、センサー部１１５の出力を変調された信号に変換するとともに送受信部１１８で受信したＥＣＵからの信号を復調するための処理などを行う。送受信部１１８は、変調信号をアンテナから電磁波で車体に配置された受信部に送信するとともにＥＣＵからの信号をアンテナにより受信する。発電部１１９は、外部振動を吸収し、電気エネルギーに変換即ち発電を行い、発電により得た電力をセンサー部１１５、通信制御部１１６、処理部１１７、及び送受信部１１８に供給する。

車が走行することで、発電部１１９は車の走行に伴う振動を電気エネルギーに変換して発電を行う。発電部１１９により発電した電力がセンサー部１１５、通信制御部１１６、処理部１１７、及び送受信部１１８に供給される。ＥＣＵから送信されてきた変調信号をアンテナにより送受信部１１８が受信し、処理部１１７に伝える。処理部１１７は変調信号を復調し、復調後の処理情報を通信制御部１１６に伝える。通信制御部１１６は処理情報を解読し、適切な処理たとえばセンサー部１１５での感知を行う。そしてセンサー部１１５が感知した情報（信号）を通信制御部１１６に伝達する。通信制御部１１６はセンサー部１１５からの情報をＥＣＵに伝達するために処理部１１７に情報を出力する。処理部１１７は情報に対して処理を加え、電磁波で送信するための変調信号に変換する。そして変調信号を一定の周期で送受信部１１８に送信する。送受信部１１８は処理部１１７から送られてきた変調信号を受け取り、アンテナから電磁波を放射する。ＥＣＵはこの電磁波によって送信されたセンサー情報を受け取る。

第５実施例において、センサー部１１５、通信制御部１１６、処理部１１７または送受信部１１８は本発明の「電子部品」、センサー部１１５は本発明の「センサー部」、処理部１１７は本発明の「処理部」、送受信部１１８は本発明の「送信部」および「受信部」のそれぞれ一例である。

第５実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（８）様々な方向の振動エネルギーを余すところ無く吸収して効率的に発電を行うことができ、通信装置の安定した動作を可能とするとともにランダムな方向の振動の発生で発電効率が低下することによる通信装置５００の誤作動を防止できる。

（９）電池を発電部に置き換えることで、電力の消費量を気にする必要が無くなるのでセンサー部による感知結果をＥＣＵ等に送信する間隔（周波数）を高速にする（感知データの送信頻度を高める）ことが可能となり、よりリアルタイムにセンサー部の状態をＥＣＵ等が認識することできる。

（第６実施例）
図１３を参照して、本発明の発電装置を使用した記憶型の通信装置６００を説明する。

通信装置６００は、ＩＤ情報を記憶するメモリー部１２０と、メモリー部１２０へのアクセスを制御するアクセス制御部１２１と、メモリー部１２０からのメモリー情報を基地局に伝達するとともに基地局からの情報に従ってメモリー部１２０への書込み制御を行う通信制御部１２２と、メモリー部１２０からのメモリー情報や基地局からの情報を処理する処理部１２３と、基地局との間で信号の送受信を無線（電磁波）で行うための送受信部１２４と、メモリー部１２０、アクセス制御部１２１、通信制御部１２２、処理部１２３、及び送受信部１２４のうちの少なくとも一つを作動させるための電力を供給する発電部１１９とで構成されている。発電部１１９には、本発明の発電装置７５が一つ又は複数個設けられている。送受信部１２４は、無線信号を送信する送信部であってもよい。

メモリー部１２０は、基地局から送信されてきたタグ情報や個人データ情報等のＩＤ情報を記憶しておく。アクセス制御部１２１は、通信制御部１２２からの要求に従ってメモリー部１２０へのアクセス（書込みや読出し）を制御する。上記構成により、車の走行時やＲＦＩＤ（タグ）が取り付けられた物体の移動時に、発電部１１９が発生する振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う。

第６実施例において、メモリー部１２０、アクセス制御部１２１、通信制御部１２２、処理部１２３または送受信部１２４は本発明の「電子部品」、メモリー部１２０は本発明の「メモリー部」、処理部１２３は本発明の「処理部」、送受信部１２４は本発明の「送信部」および「受信部」のそれぞれ一例である。

第６実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１０）様々な方向の振動エネルギーを余すところ無く吸収して効率的に発電を行うことができ、通信装置の安定した動作を可能とするとともにランダムな方向の振動の発生で発電効率が低下することによる通信装置６００の誤作動を防止できる。

（第７実施例）
図１４を参照して、本発明の発電装置を使用したタイヤ空気圧センサーシステム１０００を説明する。

タイヤ空気圧センサーシステム１０００は、車の少なくとも一つ以上のタイヤに取り付けられた上記実施例で説明されたタイヤ空気圧センサー１００、２００、３００、及び４００の何れか一つである通信装置７００及び８００と、車体に配置されて、通信装置７００、８００が送信したＲＦ信号を受け取るＲＦ受信部１２５と、ＲＦ受信部１２５に接続され、車両を全体的にまたは部分的に制御する車両ＥＣＵ１２６とで構成されている。

通信装置７００、８００の各々は、車の走行中に生じる振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する本発明の発電装置７５を少なくとも一つ備え、本発明の発電装置７５の生成した電力によって動作する。通信装置７００、８００の各々は、車の走行中にタイヤ空気圧を感知し、一定間隔で異常有無の情報をＲＦ受信部１２５に対して送信する。ＲＦ受信部１２５は、通信装置７００、８００が送信した変調信号を受け取り、その信号を車両ＥＣＵ１２６に伝達する。このとき復調のための処理をＲＦ受信部１２５もしくは車両ＥＣＵ１２６の何れか一方で行う。車両ＥＣＵ１２６は、ＲＦ受信部１２５からタイ
ヤ空気圧の情報を受け取り、タイヤ空気圧の状態を車の運転者に伝達するための処理などを行う。

通信装置７００及び８００に含まれる発電装置は、車の走行に伴う振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する。その発電装置により発電した電力により通信装置７００、８００の各電気回路が作動し、空気圧の異常有無等のタイヤ空気圧の情報を変調信号として一定間隔でＲＦ受信部１２５に対して送信する。この変調信号をＲＦ受信部１２５が受取り、復調のための処理を行い、復調後のタイヤ空気圧情報を車両ＥＣＵ１２６に伝達する。車両ＥＣＵ１２６は空気圧情報を受け取り、運転者への警報の出力制御等、適切な処理を行う。

第７実施例にかかるタイヤ空気圧センサーシステム１０００によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１１）タイヤ空気圧の状態感知と警報発報などのタイヤ空気圧センサーシステム１０００は、本発明の発電装置を備えた通信装置７００、８００をタイヤに取り付けることで可能となる。通信装置７００、８００は、本発明の発電装置を備えるので、電池駆動の従来のタイヤ空気圧センサーでは必要であった定期的な電池交換が不要となる（メンテナンスフリー）。

（１２）タイヤ空気圧センサーシステム１０００では、車体に配置された送信部が不要となり生産コストの削減や電力削減を実現できる。

（１３）発電部１０７（図８参照）が全ての方向の外部振動に対応しており発電効率が向上するので、動作マージン向上に伴う動作信頼性を向上することができる。

（第８実施例）
図１５を参照して、本発明の発電装置を使用した車載ネットワークシステム１１００を説明する。

車載ネットワークシステム１１００は、少なくとも一つの第５実施例の通信装置５００と、通信装置５００からの車両ＥＣＵ１２６への送信信号の受信及び車両ＥＣＵ１２６から各通信装置５００への送信信号の送信を行う車両送受信部１２７と、車両送受信部１２７に接続され、車両全体（もしくは一部）の制御を行う車両ＥＣＵ１２６と、車両ＥＣＵ１２６や一部のセンサー装置を動作させるための電力を供給するバッテリー１２８とで構成されている。第７実施例では、車両ＥＣＵ１２６の電源としてバッテリー１２８を用いたが、バッテリー１２８の代わりに各実施例の発電部１０７、１１９を車両ＥＣＵ１２６の電源として用いても良い。

各通信装置５００は、車の走行に伴い、自身が動作するための電力を発電し動作する。車の走行中に車両ＥＣＵ１２６からの要求に伴うセンサー感知を行い、一定間隔でセンサー情報を車両ＥＣＵ１２６に対して送信する。車両送受信部１２７は、各通信装置５００が送信した変調信号を受信し、車両ＥＣＵ１２６に伝達する。また各通信装置５００を動作（センサー感知）させるために車両ＥＣＵ１２６が各通信装置５００に出す要求信号を送信する。ここで受信時の復調処理や、送信時の変調処理のための処理を車両送受信部１２７もしくは車両ＥＣＵ１２６の何れか一方で行う。車両ＥＣＵ１２６は、必要に応じて各通信装置５００にセンサー感知の要求を行うとともに、各通信装置５００からセンサー感知の情報を受け取り、感知結果を車の運転者に伝達するとともに車の正常な動作のための制御を行うなどの処理を行う。

車の走行中、通信装置５００に含まれる発電部は車の走行に伴う振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う。車の走行が開始されると、車両ＥＣＵ１２６は車の正
常な動作のために、車体に配置された各通信装置５００から情報収集を行うための要求信号を車両送受信部１２７から各通信装置５００に送信する。各通信装置５００は、車両ＥＣＵ１２６からの信号を受信し、必要に応じてセンサー感知を行った結果を信号として車両送受信部１２７に送り返す。送り返された信号を車両送受信部１２７が受信し、車両ＥＣＵ１２６に伝達する。車両ＥＣＵ１２６は各通信装置５００からのセンサー感知の情報を受け取り、感知結果を車の運転者に伝達するとともに車の正常な動作のための制御を行うなどの処理を行う。

第８実施例にかかる車載ネットワークシステム１１００によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１４）各通信装置５００は自身の作動に必要な電力を自身で供給することが可能であり、車両と電源線で接続する必要はない。また、各通信装置５００は車両ＥＣＵ１２６との間で情報の送受信を無線で行うことが可能であり、車両と信号線で接続する必要はない。従って、従来のシステムでは必要であった有線の信号線や電源線（ワイヤーハーネス）が不要となり、ワイヤーハーネスを車内に配線するための工程削減に伴う生産コストの抑制や、ワイヤーハーネスを無くすことによる軽量化に伴う燃費向上という効果がある。

（第９実施例）
図１６（ａ）を参照して、本発明の発電装置を使用した交通情報ネットワークシステム１２００を説明する。

交通情報ネットワークシステム１２００は、車両に取り付けられた第６実施例にかかる通信装置６００と、この通信装置６００との間で情報の送受信を行う基地局１３０とを備える。基地局１３０は情報処理装置１４０と接続されてもよい。情報処理装置１４０は、基地局１３０と通信装置６００との間で送受信される信号から、車両を特定することができる。

図１６（ｂ）は、交通情報ネットワークシステム１２００の一例として、電子ライセンスプレートシステム（いわゆるスマートプレート）を示す。通信装置６００はライセンスプレート１２９に取り付けられている。通信装置６００に含まれるメモリー部１２０（図１３参照）には、車両番号などのＩＤ情報が読み書きされる。通信装置６００は、車の走行に伴い、自身が動作するための電力を発電し動作する。車の走行中に電子ライセンスプレートシステムの基地局１３０からの要求に伴い、プレートナンバー等のＩＤ情報を基地局１３０に送信する。また必要に応じて基地局１３０からの送信情報をメモリー部１２０（図１３参照）に記憶する。基地局１３０は、必要に応じて各車両のライセンスプレートに取り付けられた通信装置６００にＩＤ情報を要求して、車両のＩＤ情報を認識する。また認識したＩＤ情報に従って、若しくはＩＤ情報とは無関係に、通信装置６００に別の情報を記憶するよう要求する。

車が走行することで、通信装置６００に含まれる発電部１１９（図１３参照）は車の走行に伴う振動エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う。基地局１３０は道路の所定箇所に設置されており、その箇所を通る車のＩＤ情報を認識して適当な処理を行う。例えばＩＤ情報としてプレートナンバーを読み取り、その情報を符合することで、符合結果を即時に管理サーバーに伝達するなどを行う。ＩＤ情報を認識するために、基地局１３０はＩＤ情報の要求信号をライセンスプレート１２９に取り付けられた通信装置６００に対して送信する。通信装置６００はこの信号を受けて、メモリー部１２０（図１３参照）からＩＤ情報を読み出し、基地局１３０に送り返す。このようにして、電子ライセンスプレートシステムは、乗用車や路線バスの位置をモニターすることができる。

通信装置６００は、電子ライセンスプレートシステムに限られず、自動料金収受システ
ム（ＥＴＣ）、駐車場管理システム、及び物流管理システムのような交通情報ネットワークシステム１２００において使用してもよい。駐車場管理システムは、通信装置６００を装着した車両の入庫時刻、出庫時刻、駐車位置等を管理することができる。物流管理システムは、通信装置６００を装着した貨物車両の位置をモニターすることができる。

第９実施例にかかる交通情報ネットワークシステム１２００によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１５）通信装置６００は自身の作動に必要な電力を自身で供給することが可能であり、電源として電池の使用が不要となるので、電池交換などのメンテナンスが不要となる。よって電池交換の際に通信装置６００に書き込まれているＩＤ情報の改ざん等の不正防止や、不正なＩＤ情報読出しによる個人情報流出を防止することが可能である。

第１乃至第９実施例は、例えば、次のように変更してもよい。

（ａ）第１乃至第９実施例において、発電装置７５は、車両の振動を利用して発電したが、車両の振動以外の振動または運動を発電に利用してもよい。例えば、タイヤの回転、手の振動、水（海）の波、建物や機器の振動、人間の会話などの音を利用してもよい。第１乃至第９実施例の発電装置７５は、様々な電気機器に組み込み可能であり、例えば、腕時計、体温計、温度計、歩数計、リモートコントローラー、携帯オーディオ装置、キーレスエントリー用携帯機、補聴器、心臓ペースメーカー、レーザポインタ、電動歯ブラシ、センサー、電子ブック装置、携帯電話、デジタルカメラ、ゲーム機、冷蔵庫、洗濯機、食器乾燥器、船、及びブイに組み込み可能である。

（ｂ）第１乃至第９実施例において、通信装置の一例としてタイヤ空気圧センサーを用いたが、それ以外にも温度センサーや発信器など様々なセンサーに適用可能である。本発明の発電装置７５は、タイヤ空気圧センサー以外の電気機器の電源として使用可能である。

（ｃ）第１乃至第９実施例において、メモリー部の種類を特定しなかったが、ＲＯＭやＲＡＭを含めてあらゆる種類のメモリーが適用可能である。

本発明の実施形態に従う発電装置の斜視図。 図１の発電装置の詳細な斜視図。 （ａ）図２の発電装置の第２電極の移動を示す平面図、（ｂ）図２の発電装置の第１電極の移動を示す平面図。 図２の発電装置において、第１電極と第２電極の相対移動を示す上面図。 （ａ）図１の発電装置の電極形状を示す平面図、（ｂ）図１の電極の変更例。 図２の発電装置の変更例の斜視図。 図６の発電装置の作用を説明する平面図。 第１実施例に係る通信装置のブロック図。 第２実施例に係る通信装置のブロック図。 第３実施例に係る通信装置のブロック図。 第４実施例に係る通信装置のブロック図。 第５実施例に係る通信装置のブロック図。 第６実施例に係る通信装置のブロック図。 第７実施例に係る通信システムの模式図。 第８実施例に係る通信システムの模式図。 （ａ），（ｂ）第９実施例に係る通信システムの模式図。 従来の静電誘導型発電装置の概略断面図。

符号の説明

２１ 第１電極、２２ 第２電極、２３ Ｙ可動錘、２４ Ｚ可動錘、２５ 第１伝達機構、２６ 第２伝達機構、７５ 発電装置。

Claims (6)

1. 第１電極と、
   前記第１電極から離間した第２電極と、を備え、
   前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方は、一平面上における第１軸に沿った振動と、前記一平面上において前記第１軸とは異なる第２軸に沿った振動と、前記一平面とは異なる平面上において前記第１軸及び前記第２軸と交差する第３軸に沿った振動と、に応答して前記第１軸に沿って移動可能であり、
   前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方は、前記第２軸に沿った振動を前記第１軸に沿った変位に変換する第１の変換手段と、前記第３軸に沿った振動を前記第１軸に沿った変位に変換する第２の変換手段とを備えることを特徴とした発電装置。
2. 前記第１電極及び前記第２電極の少なくとも一方が移動したとき、前記第１電極と前記第２電極との重なり面積が変化することを特徴とした請求項１に記載の発電装置。
3. 複数の電子部品と、前記複数の電子部品の一部または全てを動作させるための電力を生成する請求項１または２に記載の発電装置と、を備えた電気機器。
4. 車両に搭載され、前記発電装置が前記車両の振動で発電することを特徴とした請求項３に記載の電気機器。
5. 前記複数の電子部品は、
   タイヤ空気圧、タイヤ内温度、タイヤ内加速度、タイヤ振動、及びタイヤ回転速度のうちの少なくとも一つ感知するセンサー部と、
   電気信号を処理する処理部と、
   無線信号を送信する送信部と、
   無線信号を受信する受信部と、
   データを記憶するメモリー部と、
   のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とした請求項３または４に記載の電気機器。
6. 車両のタイヤまたはタイヤホイールに装着され、請求項１または２に記載の発電装置を備える通信装置であって、
   前記発電装置により前記通信装置の動作電力の一部または全てをまかなわれ、タイヤ空気圧、タイヤ内温度、タイヤ内加速度、タイヤ振動、及びタイヤ回転速度のうちの少なくとも一つ感知し、感知結果を無線出力することを特徴とした通信装置。

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