JP5642991B2 - In-tire power generator - Google Patents
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Description
本発明は、高電力を得ることの可能なタイヤ内発電装置に関する。 The present invention relates to an in-tire power generator capable of obtaining high power.
タイヤ内の温度や圧力を検出するＴＰＭＳ（タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム）等のセンサ＋無線を有するデバイスをタイヤ気室内に設置してタイヤモニタリングを実施する場合に、そのデバイスに電力を供給するタイヤ内発電装置が知られている。
例えば、発電体を螺旋状に摺動させることで磁石とコイルで発電させる技術（特許文献１等参照）、回転錘を回転させて発電させる技術（特許文献２等参照）などが知られている。
しかしながら、特許文献１の技術では、発電体にかかる力の方向と発電体の螺旋摺動方向とが同一方向ではないため、発電体の摺動抵抗が大きく、発電効率が低いので、高電力を得ることができない。また、特許文献２の技術では、回転錘と発電ロータの回転力が歯車を介して伝達されるため、回転抵抗が高く、発電効率が低いので、高電力を得ることができない。
When a device with a sensor and radio such as TPMS (Tire Pressure Monitoring System) that detects the temperature and pressure in the tire is installed in the tire chamber and tire monitoring is performed, power is supplied to the device. An in-tire power generator is known.
For example, a technique for generating electricity with a magnet and a coil by sliding a power generation body in a spiral shape (see
However, in the technique of
本発明は、上記課題を解決するために、低速走行時から高電力を得ることができるタイヤ内発電装置を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an in-tire power generator that can obtain high power from low-speed traveling.
本発明の第１の構成として、タイヤのトレッド面の裏面に取り付けられるタイヤ内発電装置であって、タイヤの気室内で当該タイヤの幅方向に延長する回転軸と、回転軸に取付けられた状態で互いに対向し、回転中心と重心とが異なるように一部が磁石により形成され、車両走行時のタイヤに加わる力の変化に応じて回転する回転体と、互いに対向する回転体間に位置し、当該回転体の磁石との電磁誘導作用により電圧を発生するコイル部と、回転体に加速度を付与する加速手段とを備え、コイル部は、互いに対向する回転体の磁石における異なる磁極間で発生する磁束が通る空間を取り囲むコイル巻体を有し、加速手段は、異なる磁極間で発生する磁束に斥力、又は、引力を作用させる磁束を放出する磁石である構成とした。
本発明によれば、回転体の回転に加速手段が加速度を付与することにより、回転体が回転し易くなり、２つの回転体の磁石間に位置するコイル部で高い電圧を発生させることができる。
本発明の第２の構成として、加速手段をネオジウム磁石で構成した。
本発明によれば、小さくても強力な磁束密度を有するネオジウム磁石を用いることにより、タイヤ内発電装置の重量を重くすること無く回転体を加速させることができる。
本発明の第３の構成として、加速手段をコイルの通電により磁束を発生する磁石で構成した。
本発明によれば、タイヤにより加わる力の変化に応じて、コイルに通電することで、コイルに生じる磁力を回転体に作用させて回転体の回転を加速させることができる。
本発明の第４の構成として、加速手段の磁束の向きが回転体の磁石における異なる磁極間で発生する磁束と平行であるように構成した。
本発明によれば、加速手段の磁束の向きと、互いに対向する回転体の磁石における異なる磁極間で発生する磁束の向きとを平行にすることで、加速手段の磁石と互いに対向する回転体の磁石とに効率よく反発力を得られるので、加速手段の磁石を小さくすることができる。
本発明の第５の構成として、加速手段が、互いに対向する回転体間の磁石の中間に位置するように構成した。
本発明によれば、互いに対向する回転体の磁石の強い磁場に対して、加速手段の磁石の磁場を作用させることで、対向する回転体の磁石に効率良く反発力を作用させることができるので、加速手段の磁石を小さく設定することができる。また、回転体の磁石の中間距離に加速手段の磁石を配置することで、回転体の磁石に作用する反発力を対称にすることができ、装置の耐久性を向上させることができる。
本発明の第６の構成として、加速手段が、複数である構成とした。
本発明によれば、加速手段を複数設けることで、互いに対向する回転体の磁石に対して大きな加速力を付与することができる。
本発明の第７の構成として、コイル部が、回転体に加速度を付与する加速手段であるように構成した。
本発明によれば、コイル部の通電を制御することで、コイル部を発電や磁石に用いることができ、コイル部を磁石にすることで、他の構成をタイヤ内発電装置に設けることなく、２つの回転体の磁石に対して反発力を生じさせて回転を加速させることができる。
本発明の第８の構成として、加速手段が付与する加速力の方向は、タイヤの踏み込み時に回転体に作用する加速度と同一の方向であるように構成した。
本発明によれば、回転するタイヤの踏み込み時、即ち、タイヤが路面と接触したときに、回転体に作用する加速度と同一方向に加速することにより、低速走行時にタイヤが路面と接触したときに生じるような小さな加速力でも、加速手段により回転体が加速されるので、低速走行中でも発電することができる。
As a first configuration of the present invention, an in- tire power generation device attached to the back surface of a tread surface of a tire, a rotating shaft extending in the width direction of the tire in a tire chamber, and a state attached to the rotating shaft in facing each other, a portion as a rotation center of gravity is different is formed by the magnet, a rotating body that rotates in response to a change in force applied to the tire while the vehicle is running, located between the rotating body facing each other a coil unit for generating a voltage by electromagnetic induction action between the magnet of the rotating body, and a accelerating means for imparting acceleration to a rotating body, the coil portion between different magnetic poles in the magnet of the rotating body facing each other The coil winding body surrounding the space through which the generated magnetic flux passes is provided, and the accelerating means is a magnet that emits a magnetic flux that exerts a repulsive force or an attractive force on the magnetic flux generated between different magnetic poles .
According to the present invention, the acceleration means applies acceleration to the rotation of the rotating body, whereby the rotating body is easily rotated, and a high voltage can be generated at the coil portion located between the magnets of the two rotating bodies. .
As a second configuration of the present invention, the accelerating means is composed of a neodymium magnet.
According to the present invention, the rotating body can be accelerated without increasing the weight of the in-tire power generation device by using a neodymium magnet having a strong magnetic flux density even if it is small.
As a third configuration of the present invention, the accelerating means is composed of a magnet that generates a magnetic flux by energizing the coil.
According to the present invention, by energizing the coil in accordance with a change in the force applied by the tire, the magnetic force generated in the coil can be applied to the rotating body to accelerate the rotation of the rotating body.
As a fourth configuration of the present invention, the direction of the magnetic flux of the acceleration means is configured to be parallel to the magnetic flux generated between different magnetic poles in the magnet of the rotating body .
According to the present invention, the direction of the magnetic flux of the accelerating means, by parallel and orientation of the magnetic flux generated between the different poles in the magnet of the rotating body facing each other, the rotating body facing each other with the magnet of the acceleration means Since the repulsive force can be efficiently obtained with the magnet, the magnet of the acceleration means can be made small.
As a fifth configuration of the present invention, the acceleration means is configured to be positioned in the middle of the magnets between the rotating bodies facing each other.
According to the present invention, with respect to the rotating body strong magnetic field of magnets that face each other, by the action of the magnetic field of the magnet of the acceleration means it can act efficiently repulsion magnet of the rotating body facing Therefore, the magnet of the acceleration means can be set small. Further, by arranging the magnet of the acceleration means in the middle distance magnet of the rotating body, a repulsive force acting on the magnet of the rotating member can be symmetrical, thereby improving the durability of the apparatus.
As a sixth aspect of the present invention, the acceleration means, and a plurality der Ru configuration.
According to the present invention, by providing a plurality of acceleration means, a large acceleration force can be applied to the magnets of the rotating bodies facing each other .
As a seventh configuration of the present invention, the coil portion is configured to be acceleration means for applying acceleration to the rotating body.
According to the present invention, by controlling the energization of the coil portion, the coil portion can be used for power generation and a magnet, and by making the coil portion a magnet, without providing other configurations in the in-tire power generator, Rotation can be accelerated by generating a repulsive force against the magnets of the two rotating bodies.
As an eighth configuration of the present invention, the direction of the acceleration force applied by the acceleration means is configured to be the same direction as the acceleration acting on the rotating body when the tire is depressed.
According to the present invention, when the rotating tire is stepped on, that is, when the tire contacts the road surface, it accelerates in the same direction as the acceleration acting on the rotating body, so that the tire contacts the road surface during low speed running. Even with such a small acceleration force that occurs, the rotator is accelerated by the acceleration means, so that power can be generated even during low-speed traveling.
以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組合せのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。 Hereinafter, the present invention will be described in detail through embodiments of the invention. However, the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and all combinations of features described in the embodiments are included in the invention. It is not necessarily essential to the solution, but includes a configuration that is selectively adopted.
実施形態
図１，２に示すように、本実施形態に係るタイヤ気室内に取付けられるタイヤ内発電装置１は、ベース２と、２つの回転軸支持部材３，３と、１本の真っ直ぐな回転軸４と、コイル部固定部材５と、コイル部６と、２つの回転体７，７と、加速手段８としての反発磁石８Ａとを備える。
コイル部６の両端は電線２３により整流回路１８（図４参照）に接続される。ベース２、一対の回転軸支持部材３，３、回転軸４、コイル部固定部材５は、非磁性材料により形成される。ベース２、一対の回転軸支持部材３，３、コイル部固定部材５は、例えば、アクリル樹脂により形成され、回転軸４は、例えば、ＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４により形成される。なお、本実施形態において説明に用いる、上下、前後、左右の位置関係は、図１において矢印で示した。
Embodiment As shown in FIGS. 1 and 2, the in-
Both ends of the
ベース２は、例えば、矩形の平板により形成されたベース板１１と、ベース板１１上に設けられた固定台１２とを備える。固定台１２は、下板１３と、左右一対の側壁１４，１４と、屋根板１５と、左右の側設置台１６，１６と、収納設置空間１７とを備える。下板１３は、ベース板１１より一回り小さい矩形の平板状であってベース板１１上にベース板１１と同心に設けられる。左右一対の側壁１４，１４は、下板１３上に間隔を隔てて設けられ、上下方向及び前後方向に延長する。側壁１４，１４は、下板１３上に左右の側縁からそれぞれ等間隔の位置に設けられる。屋根板１５は、左右一対の側壁１４，１４の上端面を跨ぐように設けられる。左右の側設置台１６，１６は、下板１３上の左右の側縁に近い左右の側壁１４，１４の外面と下板１３の上面とから延長するように設けられる。収納設置空間１７は、下板１３と左右の側壁１４，１４と屋根板１５とで囲まれて前後が開口した空間により形成される。収納設置空間１７内には、図４の点線内に示す整流回路１８、充電回路１９、無線モジュールのようなデバイス２０などの電気部品群２２が収納設置される。尚、ベース２は、上述した各部材が組み立てられて形成したものでもよいし、上述した各部材を一体成型して形成したものでもよい。
The
屋根板１５の上面、及び、側設置台１６の上面は、ベース板１１の上平面と平行な平面に形成される。回転軸支持部材３が側設置台１６の上面より上方に延長するように側設置台１６の上面に設けられ、コイル部固定部材５が屋根板１５の上面より上方に延長するように屋根板１５の上面に設けられる。
The upper surface of the
コイル部固定部材５は、屋根板１５と一体に形成されたものでもよいし、屋根板１５と別個に形成されたものが接着剤などの固定手段で屋根板１５の上面に固定されて形成されたものでもよい。コイル部固定部材５は、屋根板１５の左右間の中央位置より上方向及び前後方向に延長して互いに対向する対向面５ａ，５ａを有した平板により形成される。コイル部固定部材５の平板の対向面５ａ，５ａは屋根板１５の上面である平面に対して垂直な面である。コイル部固定部材５は、対向面５ａ，５ａを貫通するコイル部収納貫通孔５ｂと、上縁面を円弧状に切り欠いて形成された軸避け部５ｃと、コイル部収納貫通孔５ｂの下側に位置し、対向面５ａ，５ａを貫通する反発磁石収納孔５ｄとを備える。
コイル部６はコイル部収納貫通孔５ｂの孔内壁に接着剤などの固定手段で固定される。
反発磁石８Ａは反発磁石収納孔５ｄの孔内壁に接着剤などの固定手段で固定される。
The coil
The
The
回転軸支持部材３は、側設置台１６と別個に形成されるものであり、例えば、平板状の壁体により形成され、接着剤などの固定手段で側設置台１６の上面に固定される。回転軸支持部材３は、上部側面に回転軸４の端部４１を回転可能に支持する軸受２１を備える。軸受２１は、回転軸支持部材３の上部側面に形成された孔に取付けられた軸受部材、あるいは、回転軸支持部材３の上部側面に形成された軸受孔により形成される。
The rotating
回転軸４は、両端部４１，４１と、ヨーク体位置決め部４２、磁石対応部４３、軸補強部４４とを備える。回転軸４の両端部４１，４１が各回転軸支持部材３，３の軸受２１，２１に回転可能に支持される。図２に示すように、回転軸４は、中央部に軸補強部４４を備え、軸補強部４４と端部４１との間には、ヨーク体位置決め部４２と磁石対応部４３とを備える。軸補強部４４と磁石対応部４３と端部４１とが断面円形状に形成され、ヨーク体位置決め部４２が断面角形状に形成される。ヨーク体位置決め部４２は、例えば断面正六角形状に形成される。軸補強部４４と左右の磁石対応部４３，４３とが隣り合うように設けられ、磁石対応部４３とヨーク体位置決め部４２とが隣り合うように設けられ、ヨーク体位置決め部４２と端部４１とが隣り合うように設けられる。
The
回転軸４の端部４１の断面円径寸法は、ヨーク体位置決め部４２の断面正六角形の内接円の円径寸法以下に形成される。磁石対応部４３の断面円径寸法は、ヨーク体位置決め部４２の断面正六角形の外接円の円径寸法以上に形成される。軸補強部４４の断面円径寸法は、磁石対応部４３の円径寸法よりも大きい寸法に形成される。
The cross-sectional diameter of the
回転体７は、ヨーク体７１と磁石７２とにより形成される。即ち、回転体７を、ヨーク体７１と、扇形状の偏心錘を形成する磁石７２とにより構成した。
ヨーク体７１は、扇形状のヨーク面板７３と、位置決め孔７４と、磁石位置決め板７５，７５，７６とを備える。ヨーク面板７３は、扇部７３ａと扇の要部７３ｂとを備える。ヨーク面板７３の扇形状は、扇の２つの半径のなす角度が例えば１２０°になるように形成される。位置決め孔７４は、ヨーク面板７３の扇の要部７３ｂに形成された孔であり、回転軸４のヨーク体位置決め部４２の断面正六角形状に対応した正六角形状の孔に形成される。磁石位置決め板７５，７５は、ヨーク面板７３の２つの半径線縁に沿って設けられる。磁石位置決め板７６は、ヨーク面板７３の円弧線縁に沿って設けられる。磁石位置決め板７５，７５，７６は、ヨーク面板７３の一方の面より一方向に突出して、かつ、ヨーク面板７３と垂直に設けられる。
ヨーク体７１は、鉄、ニッケル、パーマロイ、センダスト、アモルファス金属などの軟磁性体により形成される。
The
The
The
磁石７２は、円の中心に円孔を備えた所定厚さの円板を円の中心を要とした扇形状に分割した扇形状の磁石により形成される。磁石７２の扇の要には回転軸４の外周面に対応する磁石対応部４３に湾曲切欠部８０を備える。例えば、２つの半径のなす角度が例えば６０°の単位扇形状磁石７７を２つ組み合わせて２つの半径のなす角度が１２０°の扇形状に形成された扇形状の磁石７２を用いる。
このような２つの半径のなす角度が６０°の単位扇形状磁石７７を用いれば、安定的な磁力が得られ、また、コイル巻体６１の筒内の空間６０（図５参照）を通過する磁束φ１，φ２の向きが変化する速度を速くすることができる。
The
If such a unit fan-shaped
図５に示すように、単位扇形状磁石７７は、一方の扇面側がＮ極に着磁され、他方の扇面側がＳ極に着磁されて形成された磁石である。扇形状の磁石７２は、異極同士が互いに隣り合うように２つの単位扇形状磁石７７，７７の端面７８，７８同士を接着して形成される。
よって、回転体７が、回転体７の回転方向に沿って配置された複数の異なる磁極の単位扇形状磁石７７，７７を備えるので、磁極変化点が多くなり、回転体７が回転することで、コイル巻体６１の筒内の空間６０を通過する磁束φ１，φ２の向きが変化する速度がより速くなるので、高電力を得ることができるようになる。
As shown in FIG. 5, the unit fan-shaped
Therefore, since the
磁石７２は、磁石位置決め板７５，７５，７６で囲まれた磁石設置部７９内に挿入可能な大きさに形成される。
例えば、磁石位置決め板７５，７５，７６で囲まれた扇部７３ａの一方の扇面７３ｕの面積と同じ面積の扇面を有した扇形状の磁石７２を形成し、扇部７３ａの一方の扇面７３ｕと磁石７２の一方の扇面とが互いに接着剤などの固定手段で固定されて回転体７が形成される。
即ち、回転体７の磁石７２は、コイル部６に対向する面とは反対側の面にヨーク面板７３を備え、かつ、磁石７２の扇の外周面にヨークとして機能する磁石位置決め板７５，７５，７６を備える構成としたので、磁石７２内で自己完結する磁界発生状態を抑制できてコイル巻体６１の筒内の空間６０を通過する磁束φ１，φ２の磁束密度を大きくできるので、高電力を得ることができるようになる。
また、ヨーク体７１が磁石設置部７９を備えるので、磁石７２をヨーク体７１の決まった位置である磁石設置部７９に容易に設置できるので、回転体７の製作が容易となり、また、磁石７２の位置ずれも防止できるので、コイル部６に安定な磁界を供給できる。
The
For example, a fan-shaped
That is, the
Further, since the
また、回転体７は、ヨーク体７１の扇の要部７３ｂが回転軸４への取付孔としての位置決め孔７４を備え、磁石７２は、ヨーク面板７３と磁石位置決め板７５，７５，７６とで囲まれた扇形状の磁石設置部７９に対応した扇形状に形成されて、扇の要には回転軸４の外周面に対応する磁石対応部４３に湾曲切欠部８０を備え、磁石設置部７９に設置された構成とした。
即ち、磁石７２に回転軸４への取付部を設けない構成としたので、回転体７がより回転しやすくなるので、コイル巻体６１の筒内の空間６０を通過する磁束φの向きが変化する速度がより速くなって、高電力を得ることができ、また、効率的に連続発電が可能となり、発電量を増加させることができる。
また、磁石７２を偏心錘として利用したので、部品点数を削減できるとともに、磁石７２が回転しやすくなるので、高電力を得ることができるとともに発電量を増加させることができるようになる。
Further, in the
That is, since the
Further, since the
回転体７の磁石７２が回転軸４の軸補強部４４側に位置されるように、ヨーク体７１の位置決め孔７４内に回転軸４の端部４１側から断面六角形のヨーク体位置決め部４２を嵌め込んで、図２に示すように、ヨーク面板７３の扇の要部７３ｂにおける位置決め孔７４の孔縁部面４６と回転軸４の磁石対応部４３の端面４５とを接触させる。この際、ヨーク体７１と回転軸４とを接着剤などの固定手段で固定すれば、ヨーク体７１と回転軸４とをより確実に一体化させることができる。
そして、回転軸４の両端部４１，４１を回転軸支持部材３の軸受２１内に回転可能に挿入した状態で、回転軸支持部材３を屋根板１５の上面に接着剤などの固定手段で固定する。
回転軸４の各ヨーク体位置決め部４２，４２には、各回転体７，７の磁石７２，７２の扇面同士が向き合うように取付けられる。
本実施形態では、ヨーク体位置決め部４２の断面形状及び位置決め孔７４の孔形状を正六角形状としたので、磁石７２，７２の扇面の中心線が一致して磁石７２，７２の扇面同士が向き合うように磁石７２，７２を位置決めして回転軸４の各ヨーク体位置決め部４２，４２に回転体７を取付ける取付作業が容易となる。なお、位置決め孔７４の孔形状を、三つ以上の角を備えた角孔とし、ヨーク体位置決め部４２の断面形状は角孔に対応した角形状とすれば、当該取付作業が容易となる。
The yoke
The rotary
The yoke
In the present embodiment, since the cross-sectional shape of the yoke
軸受２１に回転可能に支持された回転軸４と、回転軸４の中心線を回転中心として回転軸４と一緒に回転するように形成された回転体７とにより、回転構成部２５が形成される。回転体７は、回転中心と重心とが異なるものであればよく、例えば、扇の２つの半径のなす角度が例えば１８０°以下の扇形状により形成されたものを用いればよい。
A rotating
図５に示すように、コイル部６は、回転軸４と一緒に回転して互いに向き合う２つの回転体７，７における磁石７２，７２の互いに異なる磁極間で発生する磁束φ１，φ２が通る空間６０を取り囲む筒形状にコイル６２が巻回された２つのコイル巻体６１，６１により形成される。例えば、コイル巻体６１は、回転する２つの回転体７，７の磁石７２，７２間で発生する磁束φ１，φ２が通る扇形の筒形状を形成するようにコイル６２が巻かれた構成である。好ましくは、コイル６２として、断面矩形状の平角線を用いる。これにより、巻線抵抗減少と巻数増加が図れ、巻線密度を向上できるので、発電効率が高まる。
As shown in FIG. 5, the
例えば、図１，図５に示すように、コイル巻体６１は、回転体７の磁石７２の回転軌跡の投影部分に設けられたので、コイル巻体６１の筒内の空間６０を通過する磁束φ１，φ２の磁束密度を大きくでき、高電力を得ることができる。
また、コイル部６の外周を磁石７２の外周より大きくした場合、コイル巻体６１の巻長さが長くなりコイル巻体６１の抵抗が大きくなって発電効率が低下するため、コイル巻体６１の筒の断面の外周形状と磁石７２の断面の外周形状とが同じ形状に形成される。回転体７の回転により、磁石７２の断面の中心線とコイル巻体６１の筒の断面の中心線とが一致した場合に、コイル巻体６１の断面の外周の長さが磁石７２の断面の外周の長さよりも小さくなるように形成することで、２つの回転体７の磁石７２，７２間により供給される磁界により覆われるとともに、コイル巻体６１の抵抗を小さくして、発電効率を向上させることができる。
回転体７が回転した場合において、回転軸４に沿った方向で単位扇形状磁石７７の扇面とコイル巻体６１の扇形状の端部とが対向するように構成され、コイル部６を中心として回転体７，７の磁石７２，７２が左右対称に位置されるようになるので、コイル部６に対して安定的な磁界を供給でき、発電効率を高めることができる。
For example, as shown in FIGS. 1 and 5, the
Moreover, when the outer periphery of the
When the
加速手段８としての反発磁石８Ａは、円柱形の２極のネオジウム磁石により構成され、反発磁石８Ａの長さ方向が回転軸４と平行、かつ、互いに対向する回転体７，７の磁石間の中間に位置するコイル部収納貫通孔５ｂに設けられる。また、反発磁石８Ａの磁極の向きは、タイヤの踏み込み時に回転体７，７に作用する加速度と同一方向に設定される。例えば、反発磁石８Ａは、直径が１ｍｍ、厚さが２ｍｍの円柱形のネオジウム磁石によって構成される。よって、図５に示すように、反発磁石８Ａの放出する磁束φ３は、回転体７の磁石７２，７２間で放出される磁束φ１，φ２と平行となる。
これにより、反発磁石８Ａの放出する磁束φ３と、一方の単位扇形状磁石７７，７７間の磁束φ１との間で斥力が作用し、反発磁石８Ａの放出する磁束φ３と、他方の単位扇形状磁石７７，７７間の磁束φ２との間で引力が作用して、図中に示す矢印方向の回転トルクＴｍが生じる。つまり、図３（ｂ）に示すように、タイヤ内発電装置１を水平面上に置いたときに、回転体７は、磁石７２の断面の中心線Ｃ１とコイル巻体６１の筒の断面の中心線Ｃ２とが一致せず、一方に回転した状態で静止する。この場合のタイヤの回転方向は、回転トルクＴｍの作用する方向と同一に設定される。
即ち、反発磁石８Ａは、回転体７，７の放出する磁束φ１，φ２に対して磁束φ３が作用することで回転体７，７に加速度を付与する加速手段８であり、当該加速度により、回転体７，７の回転方向に加速度を付与する。
反発磁石８Ａをタイヤ内発電装置１に設けない場合には、回転体７，７は、遠心力により磁石７２の断面の中心線Ｃ１がタイヤ外周面の法線となるようにタイヤ内周面側に押し付けられるため、タイヤの低速走行時には、回転体７，７は回転することができなかった。
そこで、反発磁石８Ａを設けることにより、磁石７２，７２の磁束φ１，φ２に反発磁石８Ａの放出する磁束φ３を作用させることで、磁石７２，７２と反発磁石８Ａ間に斥力及び引力を生じさせ、回転体７，７に回転トルクＴｍを付与する。
回転トルクＴｍは、タイヤの回転により回転体７，７に作用する遠心力によって打ち消されるが、タイヤが路面と接触するタイヤ踏み込み時には、遠心力が瞬間的に開放されるため、打ち消されていた回転トルクＴｍは、加速度となって回転体７，７を加速するので、低速走行時にも回転体７，７を回転させることが可能となる。
さらに、回転中の回転体７，７にも、反発磁石８Ａの磁束φ３による加速力が作用し、回転体７，７の回転を加速させることができるので、低速走行時にも高電力を得ることができる。
なお、反発磁石８Ａの寸法，形状及び配置する位置の設定については、後述の実験例において説明する。
The
As a result, a repulsive force acts between the magnetic flux φ3 emitted from the
That is, the
When the
Therefore, by providing the
The rotational torque Tm is canceled by the centrifugal force acting on the
Furthermore, since the accelerating force by the magnetic flux φ3 of the
In addition, the setting of the dimension, shape, and arrangement position of the
図３（ａ）に示すように、回転軸支持部材３，３間の間隔ｃは、回転軸４の全長よりも短く、かつ、回転軸４の両端部４１，４１を除いた部分の長さｄよりも長く形成される。これにより、回転軸支持部材３とヨーク体位置決め部４２との接触干渉を低減させることができる。また、回転軸４の回転をスムーズにできるので、磁石７２が回転しやすくなり、高電力を得ることができるとともに発電量を増加させることができるようになり、回転軸４が軸受２１よりはずれてしまうことを防止できる。
さらに、ヨーク面板７３の扇の要部７３ｂにおける位置決め孔７４の孔縁部面４６と回転軸４の磁石対応部４３の端面４５とが接触するように、ヨーク体位置決め部４２と位置決め孔７４とが嵌め合わされる構成としたので、回転体７の磁石７２とコイル部６との間の距離がほぼ一定に保たれ、効率良く、安定して電圧を発生できる。
As shown in FIG. 3 (a), the distance c between the rotary
Further, the yoke
以上のように構成されたタイヤ内発電装置１は、ベース２の裏面１１ａが、タイヤ気室内であって例えばトレッド面の裏面に相当する位置に固定される。そして、車を走行させると、タイヤ内振動でもっともエネルギーの高い遠心力の変動により、回転体７，７が回転し、互いに対向する２つの磁石７２，７２も回転する。この２つの磁石７２，７２の回転によって、各コイル巻体６１の筒内の空間６０を通過する磁束φ１，φ２の向きが変化するので、コイル６２に電圧が発生する。この電圧が整流回路１８を通して充電回路１９に充電され、デバイス２０に供給される。
In the in-
コイル部６の全体に対して１対の整流回路１８と充電回路１９とを設けるようにしても良いが、コイル部６のコイル巻体６１毎に１対の整流回路１８と充電回路１９とを設けるようにすれば、充電量を多くできて好ましい。
A pair of
なお、タイヤの回転による振動は、タイヤのベルトの曲げによるヨー変化が引き起こしている。特にタイヤが接地する瞬間、又は、タイヤが接地から離れる瞬間に、タイヤ振動として現れる。この振動は、ベルトからタイヤの中心に近づくほど大きくなる。従って、トレッド面の裏面にベース２を固定し、回転体７を回転可能に支持する回転軸４をトレッド面の裏面よりタイヤの中心側に離れた位置に位置させることにより、回転体７により大きな加速度が働き、回転体７に大きなエネルギーを与えることができる。そこで、トレッド面の裏面よりタイヤの中心方向への距離１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の間に回転軸４を位置させた。
このように、コイル部６が、タイヤの内面にベース２を介して固定されたコイル部固定部材５に固定された構成としたので、互いに対向して回転する２つの回転体７，７に対するコイル部６の位置を正確に維持でき、磁束φ１，φ２の乱れを防止できて、発電効率が高くなる。
The vibration caused by the rotation of the tire is caused by a yaw change caused by bending of the tire belt. In particular, it appears as tire vibration at the moment when the tire contacts the ground or the moment when the tire leaves the ground. This vibration increases as the distance from the belt approaches the center of the tire. Therefore, the
Thus, since the
以上説明したように、回転軸４を、タイヤの幅方向に延長するようにトレッド面の裏面に取付けることにより、車両走行時のタイヤに加わる遠心力の変化に応じて回転体７が回転しやすくなり、高電力を得ることができるとともに発電量を増加させることができるようになる。
また、回転体７の磁石７２，７２の磁束φ１，φ２に作用する磁束φ３を放出するネオジウム磁石からなる反発磁石８Ａを設けたことにより、反発磁石８Ａが回転体７に加速力を与えるので、車両の速度が低いときでも、回転体７，７が容易に回転を開始するので、車両が低速走行している時でも安定的に発電できるようになる。
As described above, by attaching the
Further, by providing the
［実験例］
本発明のタイヤ発電装置１に設ける反発磁石８Ａを設定するために行った実験について以下に説明する。
・タイヤサイズ；２２５／５５Ｒ１７を用いた。
・トレッド面の裏面における幅方向中央部にベース２の裏面１１ａを接着してタイヤ内発電装置１をタイヤ気室内に取付けた。回転軸４がタイヤの幅方向に延長するように取付けた。トレッド面の裏面から回転軸４までの距離は２０ｍｍとした。
・回転軸４は、全長の寸法が２２．５ｍｍ、軸補強部４４の長さ寸法が３ｍｍ、磁石対応部４３の長さ寸法が４ｍｍ、ヨーク体位置決め部４２の長さ寸法が３．２５ｍｍ、端部４１の長さ寸法が２．５ｍｍ、軸補強部４４の径寸法が３．５ｍｍ、磁石対応部４３の径寸法が２．５ｍｍ、ヨーク体位置決め部４２の最大径寸法が２．５ｍｍ、端部４１の径寸法が２ｍｍのものを用いた。
・ヨーク体７１は、回転体７の回転中心からヨーク面板７３の円弧線縁に沿って設けられた磁石位置決め板７６の内面７６ａまでの距離である扇の内寸法が９ｍｍ、回転体７の回転中心から磁石位置決め板７６の外面７６ｂまでの距離である扇の外寸法が９．５ｍｍ、ヨーク面板７３の２つの半径線縁に沿って設けられた２つの磁石位置決め板７５，７５の内面７５ａと内面７５ａとのなす角度が１２０°のものを用いた。また、図３（ａ），（ｂ）に示すように、磁石位置決め板７５，７５，７６の幅寸法ａを３ｍｍ、ヨーク面板７３の幅寸法ｂを１ｍｍとした。
・単位扇形状磁石７７は、扇の要の円弧の内径が４ｍｍ、扇の外径が１８ｍｍ、厚さ４ｍｍ、重さ２．３５ｇのネオジウム磁石を用いた。
・コイル巻体６１は、扇の要の円弧の内径が内径５ｍｍ、扇の外径が１８ｍｍ、筒の全長が２ｍｍ、コイルの線径が０．０８ｍｍ、巻数が５００回のものを用いた。
・タイヤ内発電装置１は、電気部品群２２を含めて全体で１３ｇのものを用いた。
・車速３０ｋｍ／ｈの速度で、蓄電圧が０Ｖから電圧が安定するまで走行させた。
・安定した電圧とデバイスの負荷（Ｒ＝２００Ω）とにより、発電量（Ｗ＝Ｖ２／Ｒ）を算出した。
・反発磁石８Ａには、直径が１ｍｍ、長さが２ｍｍの円柱型のネオジウム磁石を回転体７の磁石７２の直下に配置し、磁石７２と反発磁石８Ａとの距離を変化させ発電量を計測した。
低速走行中の発電量を最大にする条件は、時速３０ｋｍ／ｈで走行中の車輪の遠心力によって回転体７が周方向の最外位置に位置しないようにする接線方向の力、即ち、回転トルクＴｍの発生が必要となる。この回転トルクＴｍは、回転体７の磁石７２，７２と反発磁石８Ａとによる斥力及び引力により得られる。よって、時速３０ｋｍ／ｈで走行中の遠心力の作用により回転体に生じる回転トルクに等しい回転トルクＴｍが少なくとも得られる距離に反発磁石８Ａを配置すれば良い。
そこで、円柱形の磁石を磁石７２，７２の最下端位置よりも下側に配置し、磁石７２，７２から下側に距離を変えて、反発磁石８Ａによる回転体７の磁石７２への反発力を変化させて、発電量を測定する。具体的には、回転体７の回転中心から磁石の中心までの距離を０．１ｍｍ刻みで、８．６ｍｍ〜９．５ｍｍの間で変化させ、最大の回転トルクＴｍが得られる距離について調べた。
なお、時速３０ｋｍ／ｈで走行中のタイヤの遠心力により回転体７に作用する回転トルクは、予め測定され、その回転トルクは０．００８Ｎｍである。タイヤの遠心力により回転体７に作用する回転トルクは、回転体７をタイヤの内面側に押し付けようと回転軸４周りに作用する力である。
まず、円柱形の磁石を磁石７２，７２の最下端位置よりも下側に、磁石７２，７２から遠ざかるように真下向きに位置を変えて配置し、反発磁石８Ａによる回転体７の磁石７２への斥力及び引力を変化させたときの、回転中心から反発磁石８Ａまでの距離と、反発磁石８Ａにより回転体７に作用する回転トルクＴｍとの関係を調べた。
その結果を図６に示す。図６から分かるように、回転中心から反発磁石８Ａまでの距離が近いほど、回転体７に作用する回転トルクＴｍが大きくなることが分かる。
[Experimental example]
An experiment conducted for setting the
Tire size: 225 / 55R17 was used.
-The
The
The
As the unit fan-shaped
The coil wound
-The in-
-The vehicle was run at a vehicle speed of 30 km / h until the voltage was stabilized from 0V.
The amount of power generation (W = V2 / R) was calculated from the stable voltage and the device load (R = 200Ω).
・ In the
The condition for maximizing the power generation amount during low-speed traveling is a tangential force that prevents the
Therefore, the repulsive force of the
In addition, the rotational torque which acts on the
First, a columnar magnet is arranged at a position lower than the lowermost position of the
The result is shown in FIG. As can be seen from FIG. 6, it can be seen that the shorter the distance from the center of rotation to the
次に、コイル下端位置から０．２ｍｍの位置に直径１ｍｍ、長さ２ｍｍの反発磁石８Ａを配置して、反発磁石８Ａが回転体７，７に作用する回転トルクＴｍと発電量との関係を調べた。
図７（ａ）は、回転体７，７の磁石７２，７２と反発磁石８Ａとの配置の概念図を示し、図７（ｂ）は、回転体７，７に作用する回転トルクＴｍと発電量との関係を示すグラフである。
図７（ｂ）から分かるように、発電量は、回転トルクＴｍの増加に比例して増加せず、回転トルクＴｍが０．００８Ｎｍ近傍で発電量が最大となり、その前後においては発電量が減少している。
これは、回転トルクＴｍが０．００８Ｎｍ近傍よりも大きいときには、遠心力により生じる回転トルクよりも、反発磁石８Ａが磁石７２，７２に作用する反発による回転トルクＴｍの方が大きいため、回転体７の回転方向が一方に抑制された状態となり、反発磁石８Ａによる反発力の回転トルクＴｍよりも遠心力による大きな回転トルクが必要になるからである。
よって、タイヤの遠心力により回転体７に作用する回転トルクと等しい回転トルクＴｍが得られる位置に反発磁石８Ａを配置することで、時速３０ｋｍ／ｈの速度で走行中の最大の発電量が得られる。つまり、コイル下端位置から０．２ｍｍの位置に直径１ｍｍ、長さ２ｍｍの反発磁石８Ａを位置することで、最大の発電量が得られるようになる。
Next, a
FIG. 7A shows a conceptual diagram of the arrangement of the
As can be seen from FIG. 7B, the power generation amount does not increase in proportion to the increase in the rotational torque Tm, and the power generation amount becomes maximum when the rotational torque Tm is around 0.008 Nm, and the power generation amount decreases before and after that. doing.
This is because when the rotational torque Tm is larger than the vicinity of 0.008 Nm, the rotational torque Tm caused by the repulsion of the
Therefore, by arranging the
次に、反発磁石の形状を変えたときの効果について調べる。幅が１ｍｍ、厚さが２ｍｍ、長さが１ｍｍ〜９ｍｍの角柱形を用い、角柱形からなる反発磁石８Ｂの延長する方向が、コイル下端位置の接線方向と平行になるようにコイル下端位置から下側に配置した。
図８（ａ）は、回転体７，７の磁石７２，７２と反発磁石８Ｂとの配置の概念図を示し、図８（ｂ）は、角柱形の長さと、回転体７，７に作用する回転トルクＴｍ及び発電量との関係を示すグラフである。
図８（ｂ）に示すように、反発磁石８Ｂの長さが５ｍｍ以上で、得られる回転トルクＴｍが平衡状態となり、長さが約６ｍｍで回転トルクＴｍが最大となる。一方発電量は、長さが４ｍｍと９ｍｍのときにピークとなり、その発電量は、約１９ｍＷとなる。
よって、タイヤ内発電装置１の重量を増加させないことと、大きい回転トルクＴｍが必要であることから、反発磁石８Ｂの長さが４ｍｍのときの発電量に次いで発電量が大きく、かつ、長さが４ｍｍのときよりも回転トルクＴｍの大きい、５ｍｍに設定すれば良い。
Next, the effect of changing the shape of the repelling magnet will be examined. Using a prismatic shape with a width of 1 mm, a thickness of 2 mm, and a length of 1 mm to 9 mm, the extending direction of the
FIG. 8A shows a conceptual diagram of the arrangement of the
As shown in FIG. 8B, when the length of the
Therefore, since the weight of the in-tire
以上の結果から、直径が１ｍｍ、長さが２ｍｍ、体積が１．５７ｍｍ３の円柱形の反発磁石８Ａをコイル下端位置から０．２ｍｍの位置に配置することで、発電量２２ｍＷを得ることができる。
また、幅が１ｍｍ、厚さが２ｍｍ、長さが５ｍｍ、体積が１０ｍｍ３の角柱形の反発磁石８Ｂをコイル下端位置から０．２ｍｍの位置に配置することで、発電量１９ｍＷを得ることができる。
よって、タイヤ発電装置１の重量をほとんど増加させることなく、低速走行時でも安定的に電圧を発生することができるのは、最大の発電量２２ｍＷの電力が得られる直径が１ｍｍ、厚さが２ｍｍ、体積が１．５７ｍｍ３の円柱形の反発磁石８Ａをコイル下端位置から０．２ｍｍの位置に配置すると良い。
From the above results, it is possible to obtain a power generation amount of 22 mW by arranging a cylindrical
Further, by arranging a prismatic
Therefore, a voltage that can stably generate a voltage even when traveling at a low speed without increasing the weight of the
よって、本発明のタイヤ内発電装置１によれば、タイヤ内の温度や圧力タイヤ情報、例えば、タイヤにかかる圧力、路面の滑りやすさを検出し、これらタイヤの動的な状態を連続送信するために高電力を必要とするデバイスに安定して電力を供給できるようになる。
Therefore, according to the in-
なお、タイヤの内面に対するタイヤ内発電装置１の取付位置は特に限定されない。例えば、回転軸４がトレッド面の裏面と直交するようにタイヤ内発電装置１をトレッド面の裏面に取付けても良いし、回転軸４が回転方向に沿った方向に延長するようにタイヤ内発電装置１をトレッド面の裏面に取付けても良い。
In addition, the attachment position of the in-tire
回転体７の加速手段８としての反発磁石８Ａを永久磁石の１つのネオジウム磁石により構成したが、複数のネオジウム磁石により構成しても良い。
また、加速手段８をコイルの通電により磁力を発生する磁石、所謂電磁石により構成し、当該電磁石を１つ又は複数設けるようにしても良い。このとき電磁石により発生する磁束が、実験例で示したタイヤの回転により生じる回転トルクと略等しい回転トルクＴｍが回転体７，７に作用するように、電磁石を構成し、互いに対向する回転体の磁石間の中間に位置するように配置すれば良い。
また、加速手段８を電磁石により構成する場合、コイル巻体を電磁石として用い、コイル巻体から生じる磁束を、回転体７，７間に生じる磁束に作用させて回転トルクＴｍが生じるようにしても良い。この場合、コイル巻体と接続する充電回路１９から電力を供給するようにすれば良く、コイル巻体に対する回転体７，７の位置をセンサ等により検出して、コイル巻体が電圧を発生させる場合と、電磁石となる場合とを切り替えるようにすれば良い。このように構成することで、別途加速手段８を設ける必要がないので、タイヤ内発電装置の重量を増加させることなく効率よく高電力を得ることができるようになる。
Although the
Further, the accelerating
When the accelerating
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various modifications or improvements can be added to the above embodiment.
１ タイヤ内発電装置、２ ベース、３ 回転軸支持部材、４ 回転軸、
５ コイル部固定部材、５ａ 対向面、５ｂ コイル部収納貫通孔、５ｃ 軸避け部、
６ コイル部、７ 回転体、８ 加速手段、８Ａ，８Ｂ 反発磁石、
１１ ベース板、１１ａ 裏面、１２ 固定台、１３ 下板、１４ 側壁、
１５ 屋根板、１６ 側設置台、１７ 収納設置空間、１８ 整流回路、
１９ 充電回路、２０ デバイス、２１ 軸受、２２ 電気部品群、２３ 電線、
４１ 端部、４２ ヨーク体位置決め部、４３ 磁石対応部、４４ 軸補強部、
４５ 端面、４６ 孔縁部面、
６０ 空間、６１ コイル巻体、６２ コイル、７１ ヨーク体、７２ 磁石、
７３ ヨーク面板、７３ａ 扇部、７３ｂ 扇の要部、７３ｕ 扇面、
７４ 位置決め孔、７５，７６ 磁石位置決め板、７７ 単位扇形状磁石、
７８ 端面、７９ 磁石設置部、８０ 湾曲切欠部、ｃ 間隔、ｄ 長さ、
φ１，φ２，φ３ 磁束。
1 In-tire power generator, 2 base, 3 rotating shaft support member, 4 rotating shaft,
5 Coil part fixing member, 5a Opposing surface, 5b Coil part storing through-hole, 5c Shaft avoiding part,
6 coil part, 7 rotating body, 8 acceleration means, 8A, 8B repulsion magnet,
11 Base plate, 11a Back surface, 12 Fixing base, 13 Lower plate, 14 Side wall,
15 roof plate, 16 side installation stand, 17 storage installation space, 18 rectifier circuit,
19 charging circuit, 20 device, 21 bearing, 22 electrical component group, 23 electric wire,
41 end portion, 42 yoke body positioning portion, 43 magnet corresponding portion, 44 shaft reinforcing portion,
45 end face, 46 hole edge face,
60 spaces, 61 coil windings, 62 coils, 71 yoke bodies, 72 magnets,
73 yoke face plate, 73a fan part, 73b main part of fan, 73u fan face,
74 positioning holes, 75, 76 magnet positioning plates, 77 unit fan-shaped magnets,
78 end face, 79 magnet installation part, 80 curved notch part, c interval, d length,
φ1, φ2, φ3 Magnetic flux.
Claims (8)
前記タイヤの気室内で当該タイヤの幅方向に延長する回転軸と、
前記回転軸に取付けられた状態で互いに対向し、回転中心と重心とが異なるように一部が磁石により形成され、車両走行時の前記タイヤに加わる力の変化に応じて回転する回転体と、
前記互いに対向する回転体間に位置し、当該回転体の磁石との電磁誘導作用により電圧を発生するコイル部と、
前記回転体に加速度を付与する加速手段とを備え、
前記コイル部は、互いに対向する回転体の磁石における異なる磁極間で発生する磁束が通る空間を取り囲むコイル巻体を有し、
前記加速手段は、前記異なる磁極間で発生する磁束に斥力、又は、引力を作用させる磁束を放出する磁石であることを特徴とするタイヤ内発電装置。 An in-tire power generation device attached to the back side of a tread surface of a tire,
A rotating shaft extending in the width direction of the tire in the tire chamber;
Face each other in a state of being attached to the rotating shaft, a portion as a rotation center of gravity is different is formed by the magnet, a rotating body that rotates in response to a change in force applied to the tire while the vehicle is running,
A coil unit that is positioned between the rotating members facing each other and generates a voltage by electromagnetic induction with the magnet of the rotating member ;
Accelerating means for applying acceleration to the rotating body ,
The coil portion has a coil winding body that surrounds a space through which a magnetic flux generated between different magnetic poles in a magnet of a rotating body facing each other passes.
The accelerating means may repulsion magnetic fluxes generated between the different poles, or, the tire in the power generation apparatus, wherein a magnet der Rukoto that emits a magnetic flux exerting an attractive force.
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