JP7292644B2 - Tire assembly, tire monitoring system and method - Google Patents

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Description

本発明は、タイヤ組立体、タイヤのモニタリングシステム及び方法に関する。 The present invention relates to tire assemblies, tire monitoring systems and methods.

特開２０１６－８８４７３号公報（特許文献１）には、発電体と電子装置とをタイヤの内部に組み込んだタイヤ組立体が開示されている。発電体は、静電効果を利用してタイヤの機械的な振動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電子装置に電源を供給するように構成される。 Japanese Patent Laying-Open No. 2016-88473 (Patent Document 1) discloses a tire assembly in which a power generating body and an electronic device are incorporated inside the tire. The power generator is configured to convert the mechanical vibration energy of the tire into electrical energy using electrostatic effects to power the electronic device.

特開２０１６－８８４７３号公報JP 2016-88473 A

特許文献１に開示されている発電体では、対向する一対の電極構造体が、タイヤの振動により互いに接触又は離間することにより静電気を生じる。このため、一対の電極構造体を離間して支持する固定部や、タイヤのゴム内部に発電体を埋め込む構成が必要となるため、構造が複雑化しやすい。 In the power generator disclosed in Patent Document 1, a pair of opposing electrode structures generate static electricity when they contact or separate from each other due to tire vibration. For this reason, a fixing portion for supporting the pair of electrode structures with a space therebetween and a configuration for embedding the power generating body inside the rubber of the tire are required, so the structure tends to be complicated.

本発明は、簡易な構造の発電体を備えるタイヤ組立体並びにこれを利用してタイヤをモニタリングするためのモニタリングシステム及び方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a tire assembly having a power generator with a simple structure, and a monitoring system and method for monitoring tires using the tire assembly.

本発明の第１観点に係るタイヤ組立体は、車輪に装着されるタイヤと、前記タイヤの内側に配置される発電体と、前記発電体から出力される電力の供給を受ける電子機器とを備える。前記発電体は、第１絶縁膜と、第２絶縁膜と、第１電極と、第２電極とを備える。第１絶縁膜は第１面を有する。第２絶縁膜は、前記第１面に対向し、かつ前記第１面に接する第２面を有する。第１電極は、導電性を有し、前記第１絶縁膜の前記第１面の裏面に接する。第２電極は、導電性を有し、前記第２絶縁膜の前記第２面の裏面に接する。前記発電体は、前記タイヤの変形により、前記第１面と前記第２面との真実接触面積が変化するように構成される。前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは、前記真実接触面積が変化することにより一方が正に帯電し、他方が負に帯電するように構成される。前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが帯電することにより、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じ、前記発電体が電力を出力する。 A tire assembly according to a first aspect of the present invention includes a tire mounted on a wheel, a power generator disposed inside the tire, and an electronic device receiving power output from the power generator. . The power generator includes a first insulating film, a second insulating film, a first electrode, and a second electrode. The first insulating film has a first surface. The second insulating film has a second surface facing and in contact with the first surface. The first electrode has conductivity and is in contact with the rear surface of the first surface of the first insulating film. The second electrode has conductivity and is in contact with the back surface of the second surface of the second insulating film. The power generating body is configured such that deformation of the tire changes a real contact area between the first surface and the second surface. The first insulating film and the second insulating film are configured such that one of them is positively charged and the other is negatively charged by changing the real contact area. By charging the first insulating film and the second insulating film, a voltage is generated between the first electrode and the second electrode, and the power generator outputs electric power.

本発明の第１観点によれば、タイヤ組立体の電力出力のための構成を簡易にすることができる。 According to the first aspect of the present invention, the configuration for power output of the tire assembly can be simplified.

本発明の第２観点に係るタイヤ組立体は、第１観点に係るタイヤ組立体であって、前記タイヤの周方向に沿った前記第２面の長さは、前記タイヤの接地長以下である。 A tire assembly according to a second aspect of the present invention is the tire assembly according to the first aspect, wherein the length of the second surface along the circumferential direction of the tire is equal to or less than the contact length of the tire. .

本発明の第２観点によれば、発電体が出力する起電力を効率的に高めることができる。 According to the second aspect of the present invention, it is possible to efficiently increase the electromotive force output by the power generator.

ここで、タイヤの「接地長」は、標準リムに装着され、所定の空気圧が充填されたタイヤを、静止した状態で平面に対し垂直に置き、所定の質量に対応する負荷を加えたときにトレッド部が平面に接触する領域の、タイヤの周方向に沿った長さの最大値とする。トレッド部が平面に接触する領域の接地形状は、上述のようにタイヤを平面に置く際に、タイヤの周面に塗布された塗料等が平面に転写する形状とすることができる。つまり、接地長は、接地形状の外接長方形の第１辺の長さとすることができる。ただし、外接長方形の第１辺は、上述の平面においてタイヤの軸方向に垂直に延びるものとする。 Here, the "ground contact length" of a tire is measured when a tire mounted on a standard rim and inflated to a specified air pressure is placed perpendicular to a flat surface in a stationary state and a load corresponding to a specified mass is applied. The maximum length along the circumferential direction of the tire where the tread portion contacts the flat surface. The ground contact shape of the area where the tread portion contacts the flat surface can be such that the paint or the like applied to the peripheral surface of the tire is transferred to the flat surface when the tire is placed on the flat surface as described above. That is, the ground length can be the length of the first side of the circumscribing rectangle of the ground shape. However, the first side of the circumscribing rectangle shall extend perpendicularly to the axial direction of the tire in the aforementioned plane.

「標準リム」はタイヤが依拠する規格においてタイヤの分類ごとに定められるリムである。タイヤがJATMA（日本自動車タイヤ協会）規格に依拠していれば、JATMAのYEAR BOOKにおける標準リムが上述の「標準リム」である。また、タイヤがETRTO規格に依拠していれば、ETRTOのSTANDARDS MANUALに定められるリムを上述の標準リムとする。 A "standard rim" is a rim defined for each tire classification in the standards on which tires rely. If the tire conforms to the JATMA (Japan Automobile Tire Manufacturers Association) standard, the standard rim in the JATMA YEAR BOOK is the above-mentioned "standard rim". Also, if the tire is based on the ETRTO standard, the rim specified in the ETRTO STANDARDS MANUAL shall be the above standard rim.

「所定の空気圧」は、２００ｋＰａとする。なお、この空気圧はタイヤに充填される空気圧であり、タイヤを使用することによる上昇分を含まないものとする。「所定の質量」とは、タイヤがJATMAに依拠していれば、JATMAに規定される空気圧－負荷能力対応表において、空気圧が２００ｋＰａのときの負荷能力に対応する質量（ｋｇ）とする。タイヤがETRTO規格（スタンダード）に依拠していれば、「所定の質量」は、ETRTO（スタンダード）における空気圧－負荷能力対応表において、空気圧が２００ｋＰａのときの負荷に対応する質量（ｋｇ）であるものとする。タイヤがETRTO規格（Reinforced）に依拠していれば、「所定の質量」は、ETRTO（Reinforced）における空気圧－負荷能力対応表において、空気圧が２００ｋＰａのときの負荷に対応する質量（ｋｇ）であるものとする。 The "predetermined air pressure" is assumed to be 200 kPa. It should be noted that this air pressure is the air pressure filled in the tire, and does not include the amount of increase due to use of the tire. "Predetermined mass" means the mass (kg) corresponding to the load capacity when the air pressure is 200 kPa in the air pressure-load capacity correspondence table specified by JATMA, if the tire conforms to JATMA. If the tire conforms to the ETRTO standard, the "predetermined mass" is the mass (kg) corresponding to the load when the air pressure is 200 kPa in the air pressure-load capacity correspondence table in ETRTO (standard). shall be If the tire conforms to the ETRTO standard (Reinforced), the "predetermined mass" is the mass (kg) corresponding to the load when the air pressure is 200 kPa in the air pressure-load capacity correspondence table in ETRTO (Reinforced). shall be

発電体の第２面のタイヤの周方向に沿った長さは、第２面の一方の端部から他方の端部までのタイヤの周方向に沿った距離のうち、最大となる長さとする。 The length along the circumferential direction of the tire on the second surface of the power generator shall be the maximum length among the distances along the circumferential direction of the tire from one end to the other end of the second surface. .

本発明の第３観点に係るタイヤ組立体は、第１観点又は第２観点に係るタイヤ組立体であって、前記タイヤの周方向に沿った前記第２面の長さは、前記接地長の３０％～９０％である。 A tire assembly pertaining to a third aspect of the present invention is the tire assembly pertaining to the first aspect or the second aspect, wherein the length of the second surface along the circumferential direction of the tire is equal to the ground contact length. 30% to 90%.

本発明の第４観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第３観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記発電体は、前記タイヤのトレッド部の内側面に配置される。前記タイヤの軸方向に沿った前記第２面の長さは、前記タイヤの接地幅の１０％～９０％である。 A tire assembly according to a fourth aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the third aspect, wherein the power generator is arranged on the inner surface of the tread portion of the tire. The length of the second surface along the axial direction of the tire is 10% to 90% of the ground contact width of the tire.

タイヤの「接地幅」は、上述の接地長と同様の条件下でトレッド部が平面に接触する領域の、タイヤの軸方向に沿った長さの最大値とする。つまり、接地幅は、接地形状の外接長方形の第２辺の長さとすることができる。ただし、第２辺は上述の第１辺に直交する辺である。 The "contact width" of a tire is defined as the maximum axial length of the area where the tread portion contacts a flat surface under the same conditions as the contact length described above. That is, the ground width can be the length of the second side of the circumscribing rectangle of the ground shape. However, the second side is a side perpendicular to the above first side.

発電体の第２面のタイヤの軸方向に沿った長さは、第２面の一方の端部から他方の端部までのタイヤの軸方向に沿った距離のうち、最大となる長さとする。 The length along the axial direction of the tire on the second surface of the power generator shall be the maximum length among the distances along the axial direction of the tire from one end to the other end of the second surface. .

本発明の第５観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第４観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記電子機器には、外部の装置とデータ通信可能な通信装置が含まれる。 A tire assembly according to a fifth aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the fourth aspect, wherein the electronic device includes a communication device capable of data communication with an external device. be

本発明の第６観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第５観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記電子機器には、前記タイヤの状態に関するデータを検出する検出装置が含まれる。 A tire assembly according to a sixth aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the fifth aspect, wherein the electronic device includes a detection device for detecting data regarding the state of the tire. included.

本発明の第７観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第６観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記電子機器には、前記電子機器を制御するマイクロコントローラが含まれる。 A tire assembly according to a seventh aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the sixth aspect, wherein the electronic device includes a microcontroller that controls the electronic device.

本発明の第８観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第７観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記発電体が封入される防湿性のフィルム袋をさらに備える。 A tire assembly according to an eighth aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the seventh aspect, further comprising a moisture-proof film bag in which the power generator is enclosed.

本発明の第９観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第７観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記発電体が封入される柔軟性封止材をさらに備える。 A tire assembly according to a ninth aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the seventh aspect, further comprising a flexible encapsulant in which the power generator is enclosed.

本発明の第１０観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第９観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記発電体により出力される電力を蓄える蓄電池をさらに備える。前記電子機器は、前記蓄電池に蓄えられた電力の供給を受ける。 A tire assembly according to a tenth aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the ninth aspect, further comprising a storage battery for storing electric power output by the power generator. The electronic device is supplied with power stored in the storage battery.

本発明の第１１観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第１０観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置されるおもりをさらに備える。 A tire assembly according to an eleventh aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the tenth aspect, wherein the first insulating film and the second insulating film are relatively close to each other. It further comprises a weight arranged to pressurize the power generating body so as to pressurize the power generating body.

本発明の第１２観点に係るタイヤ組立体は、第１観点から第１０観点のいずれかに係るタイヤ組立体であって、前記電子機器は、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置される。 A tire assembly according to a twelfth aspect of the present invention is the tire assembly according to any one of the first aspect to the tenth aspect, wherein the electronic device comprises: the first insulating film and the second insulating film; arranged to pressurize the power generating bodies into relatively close proximity;

本発明の第１３観点に係るタイヤ組立体は、第１０観点に係るタイヤ組立体であって、前記蓄電池は、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置される。 A tire assembly pertaining to a thirteenth aspect of the present invention is the tire assembly pertaining to the tenth aspect, wherein the storage battery is configured such that the first insulating film and the second insulating film are relatively close to each other. Arranged to pressurize the generator.

本発明の第１４観点に係るタイヤのモニタリングシステムは、第５観点に係るタイヤ組立体と、前記通信装置とデータ通信可能な外部制御装置とを備える。前記通信装置は、前記発電体により出力される電圧及び電流、並びに電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のうち少なくとも１つの出力データを前記外部制御装置に送信する。前記外部制御装置は、前記通信装置から受信した出力データに基づいて、前記タイヤに関する情報をモニタリングする。 A tire monitoring system according to a fourteenth aspect of the present invention includes the tire assembly according to the fifth aspect, and an external control device capable of data communication with the communication device. The communication device transmits to the external control device output data of at least one of a voltage and a current output by the power generator and a physical quantity based on at least one of the voltage and the current. The external control device monitors information about the tire based on output data received from the communication device.

本発明の第１５観点に係るタイヤのモニタリングシステムは、第１４観点に係るタイヤのモニタリングシステムであって、前記タイヤに関する情報は、前記タイヤの回転速度、前記タイヤの摩耗に関する情報及び前記タイヤが装着された車両が走行する道路の状態に関する情報のうち、少なくとも１つを含む。 A tire monitoring system according to a fifteenth aspect of the present invention is the tire monitoring system according to the fourteenth aspect, wherein the information about the tire includes information about the rotation speed of the tire, information about wear of the tire, and information about the wear of the tire. at least one of information relating to the state of the road on which the selected vehicle travels.

本発明の第１６観点に係るタイヤのモニタリングシステムは、第１４観点又は第１５観点に係るタイヤのモニタリングシステムであって、前記外部制御装置は、前記タイヤ組立体が含まれる車両に搭載される。 A tire monitoring system according to a sixteenth aspect of the present invention is the tire monitoring system according to the fourteenth aspect or the fifteenth aspect, wherein the external control device is mounted on a vehicle including the tire assembly.

本発明の第１７観点に係るタイヤのモニタリング方法は、以下のことを含む。
・第１観点から第１３観点のいずれかに係るタイヤ組立体が装着された車両を準備すること。
・前記車両の走行中に前記発電体により出力される電圧及び電流、並びに電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のうち少なくとも１つの出力データを収集すること。
・前記収集された出力データに基づいて、前記タイヤに関する情報をモニタリングすること。 A tire monitoring method according to a seventeenth aspect of the present invention includes the following.
- Preparing a vehicle equipped with a tire assembly according to any one of the first to thirteenth aspects.
- Collecting output data of at least one of the voltage and current output by the power generator while the vehicle is running, and a physical quantity based on at least one of the voltage and current.
- Monitoring information about the tire based on the collected output data.

本発明によれば、簡易な構造の発電体を備えるタイヤ組立体が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the tire assembly provided with the electric power generating body of a simple structure is provided.

本発明の一実施形態に係るタイヤのモニタリングシステムの全体構成を示す図。1 is a diagram showing the overall configuration of a tire monitoring system according to an embodiment of the present invention; FIG. モニタリングシステムの電気的構成を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing the electrical configuration of the monitoring system; タイヤ組立体の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of a tire assembly. 別の実施形態に係るタイヤ組立体の構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the tire assembly which concerns on another embodiment. 発電体及びセンサモジュールの全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of an electric power generating body and a sensor module. 発電体の動作原理を示す図。The figure which shows the principle of operation of an electric power generation body. 発電体の出力電圧のグラフ。Graph of the output voltage of the generator. 発電体の出力電圧のグラフ。Graph of the output voltage of the generator. 発電体の出力電圧のグラフ。Graph of the output voltage of the generator. 発電体の出力電圧のグラフ。Graph of the output voltage of the generator. タイヤ組立体を用いた実験装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the experimental device using the tire assembly. タイヤ組立体に組み込まれた発電体が受ける力を示す図。The figure which shows the force which the electric power generating body incorporated in the tire assembly receives. 発電体を用いた実験を説明する図。The figure explaining the experiment using an electric power generating body. おもりの質量と出力電圧のグラフ。Graph of weight mass and output voltage. 通常状態での出力電圧と摩擦状態での出力電圧とを比較する図。The figure which compares the output voltage in a normal state, and the output voltage in a friction state. 第２面の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of a 2nd surface. 第２面の他の構成例を示す図。The figure which shows the other structural example of a 2nd surface. 比較例１に係るタイヤ組立体の出力電圧のグラフ。6 is a graph of the output voltage of the tire assembly according to Comparative Example 1; 比較例２に係るタイヤ組立体の出力電圧のグラフ。6 is a graph of the output voltage of the tire assembly according to Comparative Example 2; 比較例３に係るタイヤ組立体の出力電圧のグラフ。10 is a graph of the output voltage of the tire assembly according to Comparative Example 3; 実施例に係るタイヤ組立体の出力電圧のグラフ。4 is a graph of the output voltage of the tire assembly according to the example. 第２面の長さと出力電圧のグラフ。A graph of the length of the second surface and the output voltage.

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係るタイヤ組立体並びにこれを利用したタイヤのモニタリングシステム及びモニタリング方法について説明する。 Hereinafter, a tire assembly according to an embodiment of the present invention and a tire monitoring system and monitoring method using the same will be described with reference to the drawings.

＜１．タイヤのモニタリングシステムの全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るタイヤのモニタリングシステム１００（以下、単にシステム１００と呼ぶことがある）の全体構成を示す図である。システム１００は、車両１に搭載されている制御装置３０及び車両１の車輪に装着されるタイヤ組立体２０とを含む、タイヤをモニタリングするためのシステムである。システム１００は、例えばＴＰＭＳ（Tire Pressure Monitoring System; タイヤ空気圧モニタリングシステム）として機能する。車両１は、四輪車両であり、左前輪ＦＬ、右前輪ＦＲ、左後輪ＲＬ及び右後輪ＲＲを備えている。車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲには、それぞれタイヤ組立体２０ａ～２０ｄが装着されている。タイヤ組立体２０ａ～２０ｄは、取り付けられる車輪が異なるが、同じ構造及び機能を有している。従って、これらを区別せずに、タイヤ組立体２０ａ～２０ｄをタイヤ組立体２０と呼ぶことがある。 <1. Overall Configuration of Tire Monitoring System>
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a tire monitoring system 100 (hereinafter sometimes simply referred to as system 100) according to an embodiment of the present invention. The system 100 is a system for monitoring tires including a control device 30 mounted on a vehicle 1 and a tire assembly 20 mounted on wheels of the vehicle 1 . The system 100 functions, for example, as a TPMS (Tire Pressure Monitoring System). The vehicle 1 is a four-wheeled vehicle and includes a front left wheel FL, a front right wheel FR, a rear left wheel RL and a rear right wheel RR. Tire assemblies 20a to 20d are attached to the wheels FL, FR, RL, and RR, respectively. The tire assemblies 20a-20d differ in the wheels to which they are attached, but have the same structure and function. Therefore, the tire assemblies 20a to 20d are sometimes referred to as the tire assembly 20 without distinguishing between them.

図２は、システム１００の電気的構成を示すブロック図である。制御装置３０は、タイヤ組立体２０に含まれるタイヤ２６（図３及び図４参照）に関する情報をモニタリングするための各種処理を制御するユニットであり、ＣＰＵ３１、Ｉ／Ｏインターフェース３４、ＲＡＭ３５、ＲＯＭ３６、及び不揮発性で書き換え可能な記憶装置３８を備えている。Ｉ／Ｏインターフェース３４は、表示器４０やタイヤ組立体２０等の外部装置との有線又は無線による通信を行うための通信装置である。ＲＯＭ３６には、システム１００の動作を制御するためのプログラム３７が格納されている。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３６からプログラム３７を読み出して実行することにより、仮想的に演算部３２及び制御部３３として動作する。各部の動作の詳細は、後述する。記憶装置３８は、ハードディスクやフラッシュメモリ等で構成される。なお、プログラム３７の格納場所は、ＲＯＭ３６ではなく、記憶装置３８であってもよい。また、ＲＡＭ３５及び記憶装置３８は、ＣＰＵ３１の演算に適宜使用される。また、制御装置３０は、ネットワークを介してクラウドコンピューティングサービスに接続されていてもよい。 FIG. 2 is a block diagram showing the electrical configuration of system 100. As shown in FIG. The control device 30 is a unit that controls various processes for monitoring information about the tire 26 (see FIGS. 3 and 4) included in the tire assembly 20. The control device 30 includes a CPU 31, an I/O interface 34, a RAM 35, a ROM 36, and a nonvolatile and rewritable storage device 38 . The I/O interface 34 is a communication device for performing wired or wireless communication with an external device such as the display 40 or the tire assembly 20 . A program 37 for controlling the operation of the system 100 is stored in the ROM 36 . The CPU 31 virtually operates as a calculation unit 32 and a control unit 33 by reading out and executing a program 37 from the ROM 36 . Details of the operation of each unit will be described later. The storage device 38 is composed of a hard disk, a flash memory, or the like. Note that the storage location of the program 37 may be the storage device 38 instead of the ROM 36 . Also, the RAM 35 and the storage device 38 are appropriately used for the calculation of the CPU 31 . Also, the control device 30 may be connected to a cloud computing service via a network.

表示器４０は、各種の情報を表示してユーザに伝えることができる限り、態様は限定されない。例えば、液晶モニター、液晶表示素子、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等、任意の態様で実現することができる。表示器４０の取り付け位置は、適宜選択することができるが、例えば、インストルメントパネル上等、ドライバーに分かりやすい位置に設けることが望ましい。制御装置３０がカーナビゲーションシステムに接続される場合には、カーナビゲーション用のモニターを表示器４０として使用することも可能であるし、マルチインフォメーションディスプレイを表示器４０として使用することも可能である。 The display device 40 is not limited in its aspect as long as it can display various kinds of information to inform the user. For example, it can be realized in any mode such as a liquid crystal monitor, a liquid crystal display element, an organic EL display, a plasma display, or the like. Although the mounting position of the indicator 40 can be selected as appropriate, it is desirable to install it in a position that is easily recognized by the driver, such as on the instrument panel. When the control device 30 is connected to a car navigation system, a car navigation monitor can be used as the display 40, or a multi-information display can be used as the display 40.

図３は、タイヤ組立体２０の構成を示す断面図である。タイヤ組立体２０は、車両１の車輪に装着されるタイヤ２６と、タイヤ２６の内側に配置される発電体２２及びセンサモジュール２８とを備える。発電体２２は、後述するように、タイヤ２６の変形を利用して電力を出力するように構成される。センサモジュール２８には、発電体２２から出力される電力の供給を受ける電子機器が含まれている。電子機器は、本実施形態では検出装置、マイクロコントローラ（以下、マイコンと呼ぶ）２３及び通信装置２５（アンテナを含む）である（図２及び図５参照）。検出装置は、タイヤ２６の状態に関するデータを検出する装置であり、本実施形態ではタイヤ２６内部の空気圧を検出する空気圧センサ２１である。通信装置２５は、センサモジュール２８の外部の装置とデータ通信をすることができる。マイコン２３は、空気圧センサ２１及び通信装置２５の動作を制御する。空気圧センサ２１、マイコン２３及び通信装置２５は、発電体２２から出力される電力の供給を受けて駆動される。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the tire assembly 20. As shown in FIG. The tire assembly 20 includes a tire 26 mounted on a wheel of the vehicle 1, and a power generator 22 and a sensor module 28 arranged inside the tire 26. As shown in FIG. The power generator 22 is configured to output electric power using deformation of the tire 26, as will be described later. The sensor module 28 includes electronic equipment that receives power output from the power generator 22 . The electronic devices in this embodiment are a detection device, a microcontroller (hereinafter referred to as a microcomputer) 23 and a communication device 25 (including an antenna) (see FIGS. 2 and 5). The detection device is a device that detects data regarding the state of the tire 26 , and is the air pressure sensor 21 that detects the air pressure inside the tire 26 in this embodiment. The communication device 25 can perform data communication with devices outside the sensor module 28 . The microcomputer 23 controls operations of the air pressure sensor 21 and the communication device 25 . The air pressure sensor 21 , the microcomputer 23 and the communication device 25 are driven by power supplied from the power generator 22 .

空気圧センサ２１によって検出されたタイヤ２６の空気圧のデータは、マイコン２３内の記憶部に記憶され、所定の間隔ごとに通信装置２５によって制御装置３０に送信される。制御装置３０によって受信されたデータは、後述するように演算部３２により処理され、その結果に基づいてタイヤ２６が減圧しているか否かが判定される。制御部３３は、判定に応じてシステム１００の各部の動作を制御する。 Data on the air pressure of the tire 26 detected by the air pressure sensor 21 is stored in the storage unit in the microcomputer 23 and transmitted to the control device 30 by the communication device 25 at predetermined intervals. The data received by the control device 30 is processed by the arithmetic unit 32 as described later, and based on the result, it is determined whether the tire 26 is deflated. The control unit 33 controls the operation of each unit of the system 100 according to the determination.

センサモジュール２８は、蓄電池２４をさらに備える（図５参照）。発電体２２により出力される電力は、マイコン２３を介して蓄電池２４に蓄えられる。空気圧センサ２１、マイコン２３及び通信装置２５は、蓄電池２４に蓄えられた電力の供給を受ける。なお、蓄電池２４には、電流を直流交流変換する整流器が付属している。 The sensor module 28 further includes a storage battery 24 (see FIG. 5). Electric power output by the power generator 22 is stored in the storage battery 24 via the microcomputer 23 . The air pressure sensor 21 , the microcomputer 23 and the communication device 25 are supplied with electric power stored in the storage battery 24 . Note that the storage battery 24 is attached with a rectifier that converts a current into direct current.

発電体２２の出力する電圧及び電流、並びに電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のうち少なくとも１つのデータは、後述するようにタイヤ２６に関する情報をモニタリングするためのデータとして利用することができる。すなわち、発電体２２は電力供給源のみならずセンサとしても機能する。この場合、マイコン２３内に構成された検知回路（図示しない）が発電体２２の出力する電圧又は電流を検知する。検知されたデータはマイコン２３内の記憶装置に記憶され、所定の間隔ごとに通信装置２５によって制御装置３０に送信される。なお、通信装置２５から制御装置３０に送信される出力データは、検知されたデータそのものでなくてもよく、これに変えて又は加えて、電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のデータ（例えば、電力のデータ）を含んでいてもよい。制御装置３０によって受信された出力データは、演算部３２により所定のアルゴリズムで解析され、タイヤ２６の回転速度（車輪速）、タイヤ２６の摩耗状態、及び車両１が走行する道路の状態に関する情報が取得される。取得されたこれらの情報は、制御部３３によるシステム１００の制御に用いられる。 At least one data of the voltage and current output by the power generating body 22 and the physical quantity based on at least one of the voltage and current can be used as data for monitoring information about the tire 26 as described later. That is, the power generator 22 functions not only as a power supply source but also as a sensor. In this case, a detection circuit (not shown) configured in the microcomputer 23 detects the voltage or current output from the power generator 22 . The detected data is stored in the storage device in the microcomputer 23 and transmitted to the control device 30 by the communication device 25 at predetermined intervals. It should be noted that the output data transmitted from the communication device 25 to the control device 30 may not be the detected data itself. power data). The output data received by the control device 30 is analyzed by a predetermined algorithm by the calculation unit 32, and information regarding the rotation speed (wheel speed) of the tire 26, the wear state of the tire 26, and the state of the road on which the vehicle 1 travels is obtained. is obtained. These acquired information are used for control of the system 100 by the control unit 33 .

＜２．タイヤ組立体の構成＞
以下、図３を参照しつつタイヤ組立体２０の詳細な構成について説明する。図３は、ホイール２７に装着されたタイヤ組立体２０の部分断面図である。図３では、紙面の奥から手前に向かう方向、又は紙面の手前から奥に向かう方向がタイヤ組立体２０の周方向である。タイヤ組立体２０は、軸Ｗを中心として周方向に延びるタイヤ２６を備えている。タイヤ２６又はタイヤ組立体２０は、ホイール２７に固定されると、ホイール２７と共に軸Ｗを中心として回転する。ホイール２７は、金属材料から構成され、エンジンの回転をタイヤ組立体２０に伝達する。ホイール２７の周縁部にはホイールリム（リム）２７０が形成される。 <2. Configuration of tire assembly>
A detailed configuration of the tire assembly 20 will be described below with reference to FIG. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of tire assembly 20 mounted on wheel 27 . In FIG. 3 , the circumferential direction of the tire assembly 20 is the direction from the back to the front of the paper or the direction from the front to the back of the paper. The tire assembly 20 includes a tire 26 extending circumferentially about an axis W. As shown in FIG. The tire 26 or tire assembly 20 rotates with the wheel 27 about the axis W when it is secured to the wheel 27 . The wheel 27 is made of metal material and transmits the rotation of the engine to the tire assembly 20 . A wheel rim (rim) 270 is formed on the periphery of the wheel 27 .

タイヤ２６は、ホイール２７に着脱可能に固定される。タイヤ２６は、ゴムや熱可塑性エラストマー等の弾性材料から構成され、トレッド部２６０、ショルダ部２６１、サイドウォール部２６２、及びビード部２６３を有する。トレッド部２６０は、軸Ｗを基準とするタイヤ２６の側周面を画定する部分であり、路面と接触して摩擦を生じることで車両１を前進させる。ショルダ部２６１は、トレッド部２６０及びサイドウォール部２６２に隣接する。サイドウォール部２６２は、ショルダ部２６１に隣接しており、路面からの衝撃を吸収すべく屈曲して撓みを生じる。ビード部２６３は、内部にビードワイヤを内蔵しており、ホイールリム２７０に固定されている。 The tire 26 is detachably fixed to the wheel 27 . The tire 26 is made of an elastic material such as rubber or thermoplastic elastomer, and has a tread portion 260 , shoulder portions 261 , sidewall portions 262 and bead portions 263 . The tread portion 260 is a portion that defines the side peripheral surface of the tire 26 with respect to the axis W, and causes the vehicle 1 to move forward by coming into contact with the road surface and generating friction. Shoulder portion 261 adjoins tread portion 260 and sidewall portion 262 . The sidewall portion 262 is adjacent to the shoulder portion 261 and bends to absorb the impact from the road surface. The bead portion 263 contains a bead wire inside and is fixed to the wheel rim 270 .

上述したように、タイヤ組立体２０は、タイヤ２６の内側に配置されるセンサモジュール２８を備える。センサモジュール２８は、リード線Ｌ１，Ｌ２を介して発電体２２と電気的に接続されている。本実施形態のセンサモジュール２８は、図３に示すように発電体２２の上に重なるような態様で発電体２２の上面に固定される。言い換えると、センサモジュール２８は、センサモジュール２８が軸Ｗを基準として径方向内側に、発電体２２が軸Ｗを基準として径方向外側に配置されるような態様で発電体２２に固定される。ただし、説明の便宜上、図における発電体２２及びセンサモジュール２８の縮尺は必ずしも正確ではない。 As mentioned above, tire assembly 20 includes sensor module 28 positioned inside tire 26 . The sensor module 28 is electrically connected to the power generator 22 via lead wires L1 and L2. The sensor module 28 of this embodiment is fixed to the upper surface of the power generation body 22 in such a manner as to overlap the power generation body 22 as shown in FIG. In other words, the sensor module 28 is fixed to the power generator 22 in such a manner that the sensor module 28 is arranged radially inward with respect to the axis W, and the power generator 22 is arranged radially outward with respect to the axis W. However, for convenience of explanation, the scale of the power generating body 22 and the sensor module 28 in the drawing is not necessarily accurate.

なお、タイヤ２６の変形が発電体２２に伝わる限り、発電体２２及びセンサモジュール２８の配置される箇所はトレッド部２６０の内側面に限定されない。発電体２２及びセンサモジュール２８の配置される場所として、例えばショルダ部２６１の内側面及びサイドウォール部２６２の内側面を選択することもできる。また、センサモジュール２８は発電体２２に固定されていなくてもよく、これらの相対的な位置関係は適宜選択することができる。例えば、図４に示すように、センサモジュール２８と発電体２２とをそれぞれトレッド部２６０の内側面に平面的に配置することもできる。ただし、センサモジュール２８が発電体２２の上面に固定されない場合には、おもりＭをタイヤ２６内にさらに配置し、タイヤ組立体２０の回転時に発電体２２に加圧することが望ましい。おもりＭについては後述する。 As long as the deformation of the tire 26 is transmitted to the power generating body 22 , the location where the power generating body 22 and the sensor module 28 are arranged is not limited to the inner surface of the tread portion 260 . For example, the inner surface of the shoulder portion 261 and the inner surface of the sidewall portion 262 can be selected as the place where the power generating body 22 and the sensor module 28 are arranged. Moreover, the sensor module 28 does not have to be fixed to the power generating body 22, and the relative positional relationship between them can be appropriately selected. For example, as shown in FIG. 4, the sensor module 28 and the power generator 22 can be arranged two-dimensionally on the inner surface of the tread portion 260, respectively. However, if the sensor module 28 is not fixed to the upper surface of the power generating body 22, it is desirable to further dispose a weight M inside the tire 26 to pressurize the power generating body 22 when the tire assembly 20 rotates. The weight M will be described later.

図５に発電体２２及びセンサモジュール２８の詳細な構成を示す。センサモジュール２８は、プリント基板Ｐを介して互いに電気的に接続される空気圧センサ２１と、マイコン２３と、蓄電池２４と、通信装置２５とを備える。マイコン２３にはリード線Ｌ１，Ｌ２が接続される。プリント基板Ｐ、空気圧センサ２１、マイコン２３、蓄電池２４、及び通信装置２５は、エポキシ樹脂Ｅで一体的に封止されている。リード線Ｌ１，Ｌ２は、エポキシ樹脂Ｅを貫通してエポキシ樹脂Ｅの外側へと延び、後述する発電体２２の第１電極２１２及び第２電極２２２にそれぞれ接続される。 FIG. 5 shows detailed configurations of the power generating body 22 and the sensor module 28. As shown in FIG. The sensor module 28 includes an air pressure sensor 21 , a microcomputer 23 , a storage battery 24 , and a communication device 25 that are electrically connected to each other via a printed circuit board P. Lead wires L1 and L2 are connected to the microcomputer 23 . The printed circuit board P, the air pressure sensor 21, the microcomputer 23, the storage battery 24, and the communication device 25 are integrally sealed with an epoxy resin E. The lead wires L1 and L2 penetrate the epoxy resin E, extend to the outside of the epoxy resin E, and are connected to a first electrode 212 and a second electrode 222 of the power generator 22, which will be described later.

タイヤ組立体２０は、防湿性のフィルム袋Ｆをさらに備え、このフィルム袋Ｆに発電体２２が封入される。発電体２２は、第１絶縁膜２１１と、第２絶縁膜２２１と、第１電極２１２と、第２電極２２２とを有する。第１電極２１２及び第２電極２２２にはリード線Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ接続される。リード線Ｌ１，Ｌ２は、それぞれフィルム袋Ｆの外部へと延び、マイコン２３と電気的に接続される。なお、発電体２２はフィルム袋Ｆに減圧下で封入されてもよい。 The tire assembly 20 further includes a moisture-proof film bag F in which the power generator 22 is enclosed. The power generator 22 has a first insulating film 211 , a second insulating film 221 , a first electrode 212 and a second electrode 222 . Lead wires L1 and L2 are connected to the first electrode 212 and the second electrode 222, respectively. The lead wires L 1 and L 2 extend to the outside of the film bag F and are electrically connected to the microcomputer 23 . Note that the power generating body 22 may be enclosed in the film bag F under reduced pressure.

発電体２２は、以下の原理を利用して発電を行う。異なる２種類の物質（絶縁膜）同士が接触すると、絶縁膜同士が接触する接触面の間で電荷が移動する。すなわち、帯電列においてより正極性側の絶縁膜から、より負極性側の絶縁膜へと電子が移動する。次に、絶縁膜が離間すると、一方の絶縁膜から他方の絶縁膜へと移動した電子の多くが移動先の絶縁膜に残留した状態となり、一方の絶縁膜は正に、他方の絶縁膜は負に帯電する。こうして２つの絶縁膜の間に起電力が生じる。なお、電荷の移動による絶縁膜の帯電は、一部が接触した状態の絶縁膜に、絶縁膜同士がさらに近接するように圧力を加え、次に圧力を取り除いても、同様に発生させることができる。つまり、絶縁膜が最初から一部接触していても、絶縁膜同士が接触する接触面の平均面間の距離（平均面間隔）を変化させることにより、起電力が生じる。絶縁膜の接触面に凹凸を付加すると、絶縁膜に圧力を加えていない状態では接触面の平均面間隔は比較的大きい。次に、絶縁膜同士が相対的に近接するように圧力を加えると、絶縁膜の接触面の形状が変化して、平均面間隔は減少する。その結果、圧力を取り除くと、接触面の凹凸が復元し、平均面間隔が増加するため、絶縁膜に帯電した電荷によりそれぞれの絶縁膜に接する電極には高電圧の電荷が誘導される。このようにして、一方の電極が正に、他方の電極が負に帯電する。なお、２種類の絶縁膜を構成する材質が帯電列において相対的に離れているほど、帯電量が増加する。ここで、接触面の平均面間隔が変化することは、接触面の真実接触面積が変化することと等価であるものとする。つまり、平均面間隔の減少は、真実接触面積の増加と等価であり、平均面間隔の増加は、真実接触面積の減少と等価であるものとする。 The power generator 22 generates power using the following principle. When two different kinds of substances (insulating films) come into contact with each other, electric charges move between the contact surfaces where the insulating films come into contact with each other. That is, electrons move from the insulating film on the more positive polarity side to the insulating film on the more negative polarity side in the electrification series. Next, when the insulating films are separated, most of the electrons that have moved from one insulating film to the other remain in the insulating film at the destination. Negatively charged. An electromotive force is thus generated between the two insulating films. Note that the charging of the insulating film due to the transfer of charge can be similarly generated by applying pressure to the insulating films that are partially in contact with each other so that the insulating films are brought closer to each other, and then removing the pressure. can. In other words, even if the insulating films are partially in contact with each other from the beginning, an electromotive force is generated by changing the average distance between the contact surfaces (average surface distance) of the contact surfaces where the insulating films are in contact with each other. When unevenness is added to the contact surface of the insulating film, the average interplanar spacing of the contact surface is relatively large when no pressure is applied to the insulating film. Next, when pressure is applied so that the insulating films are relatively close to each other, the shape of the contact surfaces of the insulating films changes and the average interplanar spacing decreases. As a result, when the pressure is removed, the unevenness of the contact surface is restored and the average interplanar spacing increases, so that the charges accumulated in the insulating films induce high-voltage charges in the electrodes in contact with the respective insulating films. In this way, one electrode is positively charged and the other negatively charged. The amount of charge increases as the materials forming the two types of insulating films are relatively far apart in the electrification series. Here, a change in the average interplanar spacing of the contact surfaces is equivalent to a change in the true contact area of the contact surfaces. That is, a decrease in average interplanar spacing is equivalent to an increase in real contact area, and an increase in average interplanar spacing is equivalent to a decrease in real contact area.

なお、真実接触面積は、絶縁膜が面方向に相対的に移動することによっても変化することがある。従って、発電体２２に加わる力のうち、絶縁膜同士が近接離間するような力のみならず、絶縁膜が面方向に相対的に移動するような力も、発電体２２の発電に寄与する。 Note that the true contact area may also change due to relative movement of the insulating film in the planar direction. Therefore, of the forces applied to the power generating body 22 , not only the force that causes the insulating films to approach and separate from each other, but also the force that causes the insulating films to relatively move in the plane direction contributes to the power generation of the power generating body 22 .

第１絶縁膜２１１は、第１面２１０を有し、第２絶縁膜２２１は、第２面２２０を有する。第２面２２０は、第１面２１０に対向し、かつ第１面２１０に接する。第１面２１０と第２面２２０との真実接触面積は、タイヤ２６の変形に応じて変化するように構成される。第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とは、帯電列において互いに離れた材料で構成されている。このため、タイヤ２６の変形を受けて第１面２１０と第２面２２０との真実接触面積が変化すると、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１のうち一方が正に帯電し、他方が負に帯電する。例えば、真実接触面積が変化すると第１絶縁膜２１１が正に帯電する場合、第２絶縁膜２２１は負に帯電する。反対に、真実接触面積が変化すると第１絶縁膜２１１が負に帯電する場合、第２絶縁膜２２１は正に帯電する。この構成により、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とを離間して支持するための構造体や、発電体２２をタイヤ２６のゴム内部に組み込む構成が不要となる。その結果、発電体２２は簡易な構造で発電を行うことができる。 The first insulating film 211 has a first surface 210 and the second insulating film 221 has a second surface 220 . The second surface 220 faces the first surface 210 and contacts the first surface 210 . A true contact area between the first surface 210 and the second surface 220 is configured to change as the tire 26 deforms. The first insulating film 211 and the second insulating film 221 are made of materials separated from each other in the electrification series. Therefore, when the real contact area between the first surface 210 and the second surface 220 changes due to deformation of the tire 26, one of the first insulating film 211 and the second insulating film 221 is positively charged, and the other is charged positively. Negatively charged. For example, if the first insulating layer 211 is positively charged when the real contact area changes, the second insulating layer 221 is negatively charged. Conversely, if the first insulating layer 211 is negatively charged when the real contact area changes, the second insulating layer 221 is positively charged. This configuration eliminates the need for a structure for supporting the first insulating film 211 and the second insulating film 221 with a gap therebetween, and a configuration for incorporating the power generator 22 inside the rubber of the tire 26 . As a result, the power generating body 22 can generate power with a simple structure.

第１面２１０及び第２面２２０は、それぞれ凹凸形状を有する。このため、第１面２１０と第２面２２０とは、一部において接触しているが、第１面２１０と第２面２２０とが接触していない部分も存在する。タイヤ２６の変形が発電体２２に伝わると、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とは後述するように動作し、誘導電荷を生じる。第１面２１０及び第２面２２０のうち少なくとも一方は、十点平均粗さが１００μｍ以上２ｍｍ以下であることが望ましい。なお、十点平均粗さの測定方法はＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に従う。 The first surface 210 and the second surface 220 each have an uneven shape. Therefore, although the first surface 210 and the second surface 220 are partially in contact with each other, there are also portions where the first surface 210 and the second surface 220 are not in contact with each other. When the deformation of the tire 26 is transmitted to the power generating body 22, the first insulating film 211 and the second insulating film 221 operate as described later to generate induced charges. At least one of the first surface 210 and the second surface 220 preferably has a ten-point average roughness of 100 μm or more and 2 mm or less. The method for measuring the ten-point average roughness conforms to JIS B 0601:2001.

ここで、上述の原理によれば、２つの絶縁膜が接触する接触面の面積が大きければ大きい程、絶縁膜を移動する電荷の総量が多くなり、結果として発電体の出力する電圧が大きくなると考えられる。つまり、発電体２２においては、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが重なり合う領域の面積、すなわち第２面２２０の面積が大きい程真実接触面積も大きくなり、発電体２２の出力電圧が大きくなると考えられる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、単に第２面２２０の面積を大きくしても、これによってより大きな出力電圧が得られるとは限らない。 Here, according to the principle described above, the larger the area of the contact surface where the two insulating films are in contact with each other, the greater the total amount of charge that moves through the insulating films, and as a result, the higher the voltage output by the power generator. Conceivable. That is, in the power generating body 22, the larger the area of the region where the first insulating film 211 and the second insulating film 221 overlap, that is, the larger the area of the second surface 220, the larger the real contact area, and the higher the output voltage of the power generating body 22. expected to grow. However, according to the studies of the present inventors, simply increasing the area of the second surface 220 does not always result in a higher output voltage.

より具体的には、本発明者らは、第２面２２０の長さＨ１とタイヤ２６の接地長Ｉ１との大小関係と、発電体２２の出力電圧とに相関があることに着目した。ただし、長さＨ１とは、タイヤ２６の周方向に沿って計測される第２面２２０の一方の端部から他方の端部までの距離のうち、最大のものとする。本発明者らによれば、長さＨ１が接地長Ｉ１以下である方が、長さＨ１が接地長Ｉ１を超える方よりも出力電圧が大きくなる（図１３Ａ～Ｄ参照）。また、長さＨ１が接地長Ｉ１を超える程度が大きい程、出力電圧が小さくなる（図１４参照）。 More specifically, the inventors noted that there is a correlation between the size relationship between the length H1 of the second surface 220 and the contact length I1 of the tire 26 and the output voltage of the power generator 22 . However, the length H1 is the maximum distance from one end to the other end of the second surface 220 measured along the circumferential direction of the tire 26 . According to the inventors, the output voltage is higher when the length H1 is less than or equal to the ground length I1 than when the length H1 exceeds the ground length I1 (see FIGS. 13A to 13D). Also, the larger the length H1 exceeds the ground length I1, the smaller the output voltage (see FIG. 14).

後述するように、発電体２２の出力する電圧は、第１面２１０と第２面２２０との真実接触面積の時間変化に応じて変化する。より具体的には、真実接触面積の時間変化が大きい程、出力電圧の絶対値もそれに比例して大きく、タイヤ組立体２０の回転中、発電体２２が路面に最も近づくときに出力電圧の波形が顕著なピークを示すことが分かっている。しかしながら、長さＨ１が接地長Ｉ１を超える（Ｈ１＞Ｉ１）ように発電体２２が構成されると、トレッド部２６０の接地開始部分と、接地離脱部分との双方からの衝撃が、同時に発電体２２に伝わるようになる。このため、発電体２２（第２面２２０）の接地開始部分に対応する部位と、接地離脱部分に対応する部位とで生じた局所的な起電力が互いに打ち消し合い、発電体２２全体としての出力電圧が小さくなると考えられる。なお、トレッド部２６０の接地開始部分は、トレッド部２６０において路面に接触し始める部分を称するものとする。また、トレッド部２６０の接地離脱部分は、トレッド部２６０において、それまで接触していた路面から離れ始める部分を称するものとする。 As will be described later, the voltage output by the power generating body 22 changes according to the time change of the actual contact area between the first surface 210 and the second surface 220 . More specifically, the larger the change in the real contact area over time, the larger the absolute value of the output voltage. is known to exhibit a prominent peak. However, if the power generator 22 is configured such that the length H1 exceeds the ground contact length I1 (H1>I1), impacts from both the ground contact initiation portion and the ground separation portion of the tread portion 260 are applied simultaneously. It will be transmitted to 22. For this reason, the local electromotive force generated at the portion corresponding to the grounding start portion of the power generating body 22 (second surface 220) and the portion corresponding to the grounding separation portion cancel each other out, and the output of the power generating body 22 as a whole It is thought that the voltage becomes smaller. It should be noted that the contact start portion of the tread portion 260 refers to the portion of the tread portion 260 that begins to contact the road surface. Further, the grounding separation portion of the tread portion 260 refers to the portion of the tread portion 260 that begins to separate from the road surface with which it has been in contact until then.

このことから、タイヤ組立体２０の起電力を高めるためには、少なくとも第２面２２０を、接地開始部分と接地離脱部分との双方にまたがらないようにする必要がある。従って、タイヤ組立体２０において、発電体２２の第２面２２０のタイヤ２６の周方向に沿った長さＨ１は、タイヤ２６の接地長Ｉ１以下となるように構成される。さらに、長さＨ１は接地長Ｉ１の３０％～９０％であることがより好ましい。 Therefore, in order to increase the electromotive force of the tire assembly 20, at least the second surface 220 must not straddle both the ground contact initiation portion and the ground contact separation portion. Therefore, in the tire assembly 20, the length H1 along the circumferential direction of the tire 26 of the second surface 220 of the power generating body 22 is configured to be equal to or less than the contact length I1 of the tire 26. As shown in FIG. Further, the length H1 is more preferably 30% to 90% of the grounding length I1.

同様に、発電体２２がトレッド部２６０の内側面に配置される実施形態においては、第２面２２０のタイヤ２６の軸方向に沿った長さＨ２がタイヤ２６の接地幅Ｉ２以下となることが好ましい。ただし、長さＨ２は、タイヤ２６の軸方向に沿って計測される第２面２２０の一方の端部から他方の端部までの距離のうち、最大のものとする。長さＨ２は、接地幅Ｉ２の１０％～９０％であることがより好ましい。 Similarly, in an embodiment in which the power generating body 22 is arranged on the inner surface of the tread portion 260, the length H2 of the second surface 220 along the axial direction of the tire 26 may be less than or equal to the contact width I2 of the tire 26. preferable. However, the length H2 is the maximum distance from one end of the second surface 220 to the other end measured along the axial direction of the tire 26 . More preferably, the length H2 is 10% to 90% of the ground width I2.

ここで、図１２Ａ及び１２Ｂは、タイヤ２６の内側面に配置された発電体２２の第１絶縁膜２１１、第２絶縁膜２２１及び第２面２２０を示す平面図であり、図の上下方向をタイヤ２６の周方向とし、図の左右方向をタイヤ２６の軸方向とする。図１２Ａに示す例では、第１絶縁膜２１１、第２絶縁膜２２１が共に長さＨ１及び長さＨ２の辺を有する長方形に構成され、互いの位置及び向きが一致して積層されている。このとき、第２面２２０のタイヤ２６の周方向に沿った長さはＨ１であり、タイヤ２６の軸方向に沿った長さはＨ２である。また、図１２Ｂに示す例では、第１絶縁膜２１１の向きが第２絶縁膜２２１に対してずれており、第２面２２０の形状が長方形状ではない。このような場合であっても、長さＨ１及びＨ２は同様に定義される。 Here, FIGS. 12A and 12B are plan views showing the first insulating film 211, the second insulating film 221 and the second surface 220 of the power generation body 22 arranged on the inner surface of the tire 26, and the vertical direction of the drawing is The circumferential direction of the tire 26 is defined as the axial direction of the tire 26, and the horizontal direction in the figure is defined as the axial direction of the tire 26. As shown in FIG. In the example shown in FIG. 12A, both the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are formed in a rectangular shape having sides of lengths H1 and H2, and are stacked in the same positions and directions. At this time, the length of the second surface 220 along the circumferential direction of the tire 26 is H1, and the length along the axial direction of the tire 26 is H2. Also, in the example shown in FIG. 12B, the direction of the first insulating film 211 is shifted with respect to the second insulating film 221, and the shape of the second surface 220 is not rectangular. Even in such a case, the lengths H1 and H2 are similarly defined.

第１絶縁膜２１１の第１面２１０の裏面には、平板状の第１電極２１２が接している。第１電極２１２は、導電膜２１２ａと絶縁性の基材２１２ｂとを備え、基材２１２ｂの表面が導電膜２１２ａで被覆されている。導電膜２１２ａは、例えばＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）等、導電性を有する材料で構成される。基材２１２ｂは、ゴム又はエラストマー等の可撓性を有する材料で構成される。従って、第１電極２１２は、全体として可撓性を有し、発電体２２全体が受ける変形にある程度追随して変形することができる。第２絶縁膜２２１の第２面２２０の裏面には、平板状の第２電極２２２が接している。第２電極２２２は、導電膜２２２ａと絶縁性の基材２２２ｂとを備え、基材２２２ｂの表面が導電膜２２２ａで被覆されている。導電膜２２２ａは、例えばＡｇ（銀）、Ｃｕ（銅）等、導電性を有する材料で構成される。基材２２２ｂは、ゴム又はエラストマー等の可撓性を有する材料で構成される。従って、第２電極２２２は、全体として可撓性を有し、発電体２２全体が受ける変形にある程度追随して変形することができる。なお、第１電極２１２と第２電極２２２のうちいずれか一方は基材を備えない構成とすることもできるし、導電性のエラストマーで構成することもできる。第１電極２１２と第２電極２２２とは、リード線Ｌ１，Ｌ２を介してマイコン２３にそれぞれ電気的に接続される。これにより、発電体２２からマイコン２３へと誘電電荷が誘導され、マイコン２３内の電気回路に電流が流れる。 A planar first electrode 212 is in contact with the rear surface of the first surface 210 of the first insulating film 211 . The first electrode 212 includes a conductive film 212a and an insulating base material 212b, and the surface of the base material 212b is covered with the conductive film 212a. The conductive film 212a is made of a conductive material such as Ag (silver) or Cu (copper). The base material 212b is made of a flexible material such as rubber or elastomer. Therefore, the first electrode 212 has flexibility as a whole, and can be deformed to some extent following the deformation of the power generation body 22 as a whole. A planar second electrode 222 is in contact with the back surface of the second surface 220 of the second insulating film 221 . The second electrode 222 includes a conductive film 222a and an insulating base material 222b, and the surface of the base material 222b is covered with the conductive film 222a. The conductive film 222a is made of a conductive material such as Ag (silver) or Cu (copper). The base material 222b is made of a flexible material such as rubber or elastomer. Therefore, the second electrode 222 has flexibility as a whole, and can be deformed to some extent following the deformation of the power generation body 22 as a whole. Either one of the first electrode 212 and the second electrode 222 can be configured without a base material, or can be configured with a conductive elastomer. The first electrode 212 and the second electrode 222 are electrically connected to the microcomputer 23 via lead wires L1 and L2, respectively. As a result, dielectric charges are induced from the power generator 22 to the microcomputer 23 , and current flows through the electric circuit within the microcomputer 23 .

第１絶縁膜２１１及び第２絶縁膜２２１のうち、正に帯電する方はダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）であることが望ましく、負に帯電する方はフッ化炭素有機物を主成分とする絶縁膜であることが望ましい。ＤＬＣは、硬度が高く、なおかつ摩擦係数が低いため、絶縁膜同士が摩擦接触することによる双方の絶縁膜の摩耗が少ない。すなわち、第１面２１０及び第２面２２０の凹凸が摩耗し難いので、発電体２２の発電性能を長期間保つことができる。また、フッ化炭素有機物を主成分とする絶縁膜は潤滑性が高いので、第１面２１０及び第２面２２０の摩耗を抑制することができる。その他、第１絶縁膜２１１及び第２絶縁膜２２１を構成する材料としては、例えば、パーフルオロポリエーテル、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリイソブチレン、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリクロロプレン、天然ゴム、ポリアクリロニトリル、ポリジフェノールカーボネート、塩化ポリエーテル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、ポリテトラフルオロエチレン、四フッ化エチレン及び六フッ化プロピレン共重合体、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）等が挙げられる。 Of the first insulating film 211 and the second insulating film 221, the positively charged one is preferably diamond-like carbon (DLC), and the negatively charged one is an insulating film mainly composed of fluorocarbon organic matter. It is desirable to have Since DLC has a high hardness and a low coefficient of friction, both insulating films are less likely to wear due to frictional contact between the insulating films. That is, since the irregularities of the first surface 210 and the second surface 220 are less likely to wear, the power generating performance of the power generating body 22 can be maintained for a long period of time. In addition, since the insulating film containing a fluorocarbon organic substance as a main component has high lubricity, it is possible to suppress abrasion of the first surface 210 and the second surface 220 . In addition, materials constituting the first insulating film 211 and the second insulating film 221 include, for example, perfluoropolyether, polymethyl methacrylate, nylon, polyvinyl alcohol, polyester, polyisobutylene, polyurethane (PU), polyethylene terephthalate, and polyvinyl. Butyral, polychloroprene, natural rubber, polyacrylonitrile, polydiphenol carbonate, chlorinated polyether, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyimide, polyvinyl chloride, polydimethylsiloxane, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene and hexafluoroethylene A fluorinated propylene copolymer, a tetrafluoroethylene/hexafluoropropylene copolymer (FEP), and the like can be mentioned.

第１絶縁膜２１１及び第２絶縁膜２２１のうち少なくとも一方は、厚さが２０μｍ以下に構成されることが望ましい。また、第１絶縁膜２１１及び第２絶縁膜２２１の双方の厚さが２０μｍ以下に構成されることがさらに望ましい。 At least one of the first insulating film 211 and the second insulating film 221 preferably has a thickness of 20 μm or less. Further, it is more desirable that both the first insulating film 211 and the second insulating film 221 have a thickness of 20 μm or less.

フィルム袋Ｆを構成する材料は、水蒸気を遮断する性質を有するものであれば特に限定はされない。例えば、プラスチックフィルム製の基材表面に、アルミニウムや銅を蒸着させてなるフィルム材を用いることができる。タイヤ組立体２０の内部では、温度変化により相対湿度が変化して水蒸気が発生し、発生した水蒸気が発電体２２の動作に影響を及ぼすことがある。フィルム袋Ｆはタイヤ組立体２０内に発生した水蒸気を発電体２２から遮断し、発電体２２への影響を限定的なものとすることができる。 The material constituting the film bag F is not particularly limited as long as it has the property of blocking water vapor. For example, a film material obtained by vapor-depositing aluminum or copper on the surface of a base material made of a plastic film can be used. Inside the tire assembly 20 , the relative humidity changes due to temperature changes, and water vapor is generated. The film bag F blocks the water vapor generated in the tire assembly 20 from the power generating body 22, so that the influence on the power generating body 22 can be limited.

タイヤ組立体２０は、フィルム袋Ｆに代えて、発電体２２が封止される柔軟性封止材Ｕを備えていてもよい（図５参照）。柔軟性封止材Ｕとしては、低硬度、低弾性率で吸水率が小さいものが好ましい。発電体２２は、柔軟性封止材Ｕで封止されてもよいし、柔軟性封止材Ｕで作成された封入用のカバーの中に封入されてもよい。 Instead of the film bag F, the tire assembly 20 may include a flexible sealing material U for sealing the power generating body 22 (see FIG. 5). As the flexible encapsulating material U, one having low hardness, low elastic modulus, and low water absorption is preferable. The power generator 22 may be sealed with a flexible encapsulant U or may be enclosed in an encapsulating cover made from the flexible encapsulant U.

より具体的には、柔軟性封止材Ｕのショア硬度(JIS K 6253)の範囲は、5～50が好ましく、20～40がより好ましい。また、柔軟性封止材Ｕの吸水率（JIS K 6911）の範囲は、0.5%以下が好ましく、0.2%以下がより好ましい。柔軟性封止材Ｕの限定されない例としては、サンユレック株式会社の防水絶縁用耐熱性ウレタン樹脂（UA-3001）あるいはウレタン樹脂（UE-503）等が挙げられる。 More specifically, the range of Shore hardness (JIS K 6253) of the flexible encapsulant U is preferably 5-50, more preferably 20-40. Moreover, the water absorption rate (JIS K 6911) of the flexible sealing material U is preferably 0.5% or less, more preferably 0.2% or less. Non-limiting examples of the flexible encapsulant U include waterproof and insulating heat-resistant urethane resin (UA-3001) or urethane resin (UE-503) manufactured by Sanyu Rec Co., Ltd., and the like.

本実施形態では、図３に示すようにセンサモジュール２８が発電体２２の上面に固定されることにより、センサモジュール２８がおもりとして機能する。すなわち、空気圧センサ２１、マイコン２３、蓄電池２４及び通信装置２５は、その重量により、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが相対的に近接するように発電体２２を加圧する。タイヤ組立体２０が回転すると、センサモジュール２８に遠心力が作用し、センサモジュール２８によって発電体２２がタイヤ２６に押し付けられ、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが相対的に近接するような圧力が加えられ、発電が行われる。しかしながら、図４に示すように、センサモジュール２８を、発電体２２による発電を補助するおもりとして機能しない位置に配置することもできる。その場合、図４に示すように、センサモジュール２８とは別途、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが相対的に近接するように発電体２２を加圧するおもりＭを配置することが望ましい。おもりＭは、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが相対的に近接するような圧力を作用させることができれば、どのような物体でもよく、タイヤ組立体２０への固定方法も適宜選択することができる。 In this embodiment, the sensor module 28 functions as a weight by fixing the sensor module 28 to the upper surface of the power generation body 22 as shown in FIG. That is, the air pressure sensor 21, the microcomputer 23, the storage battery 24, and the communication device 25 pressurize the power generator 22 by their weight so that the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are relatively close to each other. When the tire assembly 20 rotates, centrifugal force acts on the sensor module 28, and the sensor module 28 presses the power generating body 22 against the tire 26, bringing the first insulating film 211 and the second insulating film 221 relatively close to each other. Such pressure is applied to generate electricity. However, as shown in FIG. 4 , the sensor module 28 can also be arranged at a position where it does not function as a weight that assists the power generation by the power generation body 22 . In that case, as shown in FIG. 4, a weight M may be arranged separately from the sensor module 28 to pressurize the power generating body 22 so that the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are relatively close to each other. desirable. The weight M may be any object as long as it can apply pressure so that the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are relatively close to each other. can do.

本実施形態に係るタイヤ２６は、チューブを備えないチューブレスタイヤである。しかし、タイヤ組立体２０がタイヤ２６とチューブとを備えるチューブタイヤである場合は、タイヤ２６とチューブとの間に発電体２２を配置することにより、チューブをおもりＭと同じく発電体２２による発電を補助する要素として機能させることができる。すなわち、チューブ内の空気圧が発電体２２をタイヤ２６に押し付けるように作用し、チューブによって第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが相対的に近接するように発電体２２に加圧することができる。 The tire 26 according to this embodiment is a tubeless tire that does not have a tube. However, if the tire assembly 20 is a tube tire comprising a tire 26 and a tube, by arranging the power generating body 22 between the tire 26 and the tube, the power generation by the power generating body 22 is generated by the tube as well as the weight M. It can function as an assisting element. That is, the air pressure inside the tube acts to press the power generating body 22 against the tire 26, and the tube presses the power generating body 22 so that the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are relatively close to each other. can.

＜３．発電体の動作＞
以下、発電体２２の動作について説明する。タイヤ組立体２０が静止している状態では、第１絶縁膜２１１の第１面２１０と第２絶縁膜２２１の第２面２２０とは、図５に示すように、凹凸形状の一部において接触している。この時、タイヤ２６は静止しているため、真実接触面積は殆ど変化せず、第１電極２１２及び第２電極２２２間に電位差が生じたとしても、その絶対値は比較的小さい。 <3. Operation of power generator>
The operation of the power generator 22 will be described below. When the tire assembly 20 is stationary, the first surface 210 of the first insulating film 211 and the second surface 220 of the second insulating film 221 are in contact with each other at part of the uneven shape, as shown in FIG. are doing. At this time, since the tire 26 is stationary, the real contact area hardly changes, and even if a potential difference occurs between the first electrode 212 and the second electrode 222, its absolute value is relatively small.

タイヤ組立体２０が路面上を回転すると、トレッド部２６０のうち路面と接する部分が路面から衝撃を受ける。この衝撃がタイヤ２６全体に伝達されると、衝撃を吸収するため特にサイドウォール部２６２に撓みが生じ、タイヤ２６全体が変形する。その後、サイドウォール部２６２は変形から戻ろうとするが、トレッド部２６０の別の部分を介して再び路面からの衝撃を受ける。このようにして、タイヤ２６は全体として伸縮変形を繰り返す。タイヤ２６の伸縮変形は、トレッド部２６０の内側面に固定された発電体２２に伝わる。発電体２２は、伝達されるタイヤ２６の伸縮変形に対応して変形する。その結果、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが互いに近接離間したり、第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１との相対的な位置が面方向にずれたりして、真実接触面積が変化する。 When the tire assembly 20 rotates on the road surface, the portion of the tread portion 260 in contact with the road surface receives impact from the road surface. When this impact is transmitted to the entire tire 26, the sidewall portion 262 in particular flexes to absorb the impact, and the tire 26 as a whole deforms. After that, the sidewall portion 262 tries to recover from the deformation, but receives the impact from the road surface again through another portion of the tread portion 260 . In this way, the tire 26 as a whole repeats expansion and contraction deformation. The expansion/contraction deformation of the tire 26 is transmitted to the power generator 22 fixed to the inner surface of the tread portion 260 . The power generating body 22 deforms according to the transmitted expansion/contraction deformation of the tire 26 . As a result, the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are close to each other, and the relative positions of the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are deviated in the plane direction. Area changes.

タイヤ組立体２０が回転すると、センサモジュール２８に遠心力が作用し、発電体２２は、第１電極２１２側からトレッド部２６０の内側面に押し付けられる。こうして発電体２２に第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが相対的に近接するような圧力が作用する。その結果、第１面２１０及び第２面２２０の有する凹凸形状が、タイヤ組立体２０の静止状態と比較して平たい形状に変形し、真実接触面積が増加する（図６参照）。チューブレスタイヤでは、発電体２２をおもりにより加圧すると、発電体２２を加圧していない場合と比較して、上述したタイヤ２６の変形による真実接触面積の変化が大きくなる。その結果、誘導される電荷量を、発電体２２を加圧しない場合と比較して大きくすることができる。なお、後述するように、発電体２２の出力電圧Ｖはおもりの質量ｍの２乗に比例する。 When the tire assembly 20 rotates, centrifugal force acts on the sensor module 28 , and the power generator 22 is pressed against the inner surface of the tread portion 260 from the first electrode 212 side. In this way, a pressure acts on the power generating body 22 so that the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are relatively close to each other. As a result, the uneven shapes of the first surface 210 and the second surface 220 are deformed into a flat shape compared to the stationary state of the tire assembly 20, increasing the real contact area (see FIG. 6). In a tubeless tire, when the power generator 22 is pressurized by a weight, the actual contact area changes more due to the deformation of the tire 26 than when the power generator 22 is not pressurized. As a result, the amount of induced charge can be increased compared to when the power generation body 22 is not pressurized. As will be described later, the output voltage V of the power generator 22 is proportional to the square of the mass m of the weight.

車両１の走行中に発電体２２により出力される電力は、空気圧センサ２１、マイコン２３、及び通信装置２５に供給され、これらの駆動電力となる。本実施形態では、発電体２２により出力される電力は、蓄電池２４に蓄えられる。よって、蓄電池２４に蓄積された電力により空気圧センサ２１、マイコン２３、及び通信装置２５を車両１の停止時にも駆動することができる。 Electric power output by the power generator 22 while the vehicle 1 is running is supplied to the air pressure sensor 21, the microcomputer 23, and the communication device 25, and serves as driving power for these devices. In this embodiment, the power output by the power generator 22 is stored in the storage battery 24 . Therefore, the electric power stored in the storage battery 24 can drive the air pressure sensor 21, the microcomputer 23, and the communication device 25 even when the vehicle 1 is stopped.

＜４．モニタリングシステムの動作＞
以下、図面を参照しつつ、本実施形態に係るタイヤのモニタリングシステム１００の動作について説明する。本実施形態に係るタイヤのモニタリングには、空気圧センサ２１によるモニタリングと、発電体２２の出力電圧のデータを利用するモニタリングとがある。空気圧センサ２１によるモニタリングの対象は、タイヤ２６内部の空気圧である。一方、発電体２２によるモニタリングの対象は、例えばタイヤ２６（又はタイヤ組立体２０）の回転速度、タイヤ２６の摩耗、及び車両１が走行する道路の状態とすることができる。システム１００は、例えば制御装置３０の電源がＯＮになると以下のモニタリング処理を開始し、車両１が停止して一定時間が経過するとモニタリング処理を停止するものとすることができる。 <4. Operation of the monitoring system>
Hereinafter, the operation of the tire monitoring system 100 according to this embodiment will be described with reference to the drawings. The tire monitoring according to the present embodiment includes monitoring by the air pressure sensor 21 and monitoring using data of the output voltage of the power generator 22 . The target of monitoring by the air pressure sensor 21 is the air pressure inside the tire 26 . On the other hand, the objects monitored by the power generator 22 can be, for example, the rotation speed of the tire 26 (or the tire assembly 20), the wear of the tire 26, and the condition of the road on which the vehicle 1 travels. For example, the system 100 can start the following monitoring process when the power of the control device 30 is turned on, and stop the monitoring process when the vehicle 1 stops and a certain period of time elapses.

＜４－１．空気圧モニタリング＞
空気圧モニタリングでは、空気圧センサ２１が各タイヤ組立体２０ａ～２０ｄのタイヤ２６内部の空気圧をそれぞれ検出する。各タイヤ組立体２０ａ～２０ｄについて検出された空気圧のデータは、それぞれのタイヤ組立体２０が有するマイコン２３の記憶部に一旦蓄積され、所定の時間間隔で通信装置２５を介して制御装置３０に送信される。データの送信間隔は、例えば１回／４０秒とすることができる。 <4-1. Air Pressure Monitoring>
In the air pressure monitoring, the air pressure sensor 21 detects the air pressure inside the tire 26 of each tire assembly 20a-20d. The air pressure data detected for each of the tire assemblies 20a to 20d is temporarily accumulated in the storage section of the microcomputer 23 of each tire assembly 20 and transmitted to the control device 30 via the communication device 25 at predetermined time intervals. be done. The data transmission interval can be, for example, 1/40 seconds.

制御装置３０は、通信装置２５から定期的に送信される各タイヤ組立体２０ａ～２０ｄ空気圧のデータを受信する。ＲＯＭ３６又は記憶装置３８には各タイヤ組立体２０ａ～２０ｄが有する空気圧センサ２１を識別するＩＤが予め記憶されている。一方、空気圧のデータには、各タイヤ組立体２０ａ～２０ｄが含む空気圧センサ２１を識別するＩＤが含まれており、制御装置３０はＩＤ照合を行うことで受信した４つのデータとタイヤ組立体２０ａ～２０ｄとを関連付けることができる。データが受信されると、演算部３２がこれらのデータから各タイヤ組立体２０ａ～２０ｄの空気圧を取得し、予めＲＯＭ３６又は記憶装置３８に記憶されている減圧閾値と比較する。減圧閾値とは、検出された空気圧がこれを下回った際にそのタイヤが減圧していると判定する空気圧の値とすることができる。或いは、減圧閾値は、記憶装置３８等に保存されている各タイヤの空気圧の初期値から、予め定められた減圧率だけ減圧した空気圧とすることもできる。演算部３２は、検出された空気圧のデータが減圧閾値以上であれば正常、減圧閾値未満であれば減圧（異常）と判定する。 The control device 30 receives air pressure data for each of the tire assemblies 20a to 20d periodically transmitted from the communication device 25. FIG. The ROM 36 or storage device 38 pre-stores an ID for identifying the air pressure sensor 21 of each tire assembly 20a to 20d. On the other hand, the air pressure data includes an ID that identifies the air pressure sensor 21 included in each of the tire assemblies 20a to 20d. ~20d. When the data are received, the calculation unit 32 acquires the air pressure of each tire assembly 20a-20d from these data and compares it with the pressure reduction threshold value stored in the ROM 36 or the storage device 38 in advance. A deflation threshold can be an air pressure value below which the tire is determined to be deflated. Alternatively, the pressure reduction threshold may be the air pressure reduced by a predetermined pressure reduction rate from the initial value of the air pressure of each tire stored in the storage device 38 or the like. If the detected air pressure data is equal to or greater than the pressure reduction threshold, the calculation unit 32 determines that the pressure is normal, and if the data is less than the pressure reduction threshold, the pressure is reduced (abnormal).

演算部３２による判定が「正常」である場合、制御部３３は次に通信装置２５から受信されるデータについて、演算部３２に同様の処理を繰り返させる。一方、演算部３２による判定が「異常」である場合、制御部３３は表示器４０等を介して減圧警報を出力し、ユーザに注意を促す。 When the determination by the calculation unit 32 is “normal”, the control unit 33 causes the calculation unit 32 to repeat the same processing for the data received from the communication device 25 next. On the other hand, when the determination by the calculation unit 32 is "abnormal", the control unit 33 outputs a decompression warning via the display 40 or the like to call the user's attention.

＜４－２．発電体によるモニタリング＞
発電体２２によるモニタリングでは、発電体２２をタイヤ２６に関する情報を検出するセンサとして利用する。本実施形態では、発電体２２がタイヤ組立体２０の回転中に出力する電圧のデータを利用して、タイヤ２６の回転速度、タイヤ２６の摩耗、及び車両１が走行する道路の状態に関する情報を取得する。 <4-2. Monitoring by power generator>
Monitoring by the power generator 22 utilizes the power generator 22 as a sensor that detects information about the tire 26 . In the present embodiment, information on the rotational speed of the tire 26, the wear of the tire 26, and the condition of the road on which the vehicle 1 travels is obtained by using the voltage data output by the power generator 22 while the tire assembly 20 is rotating. get.

発電体２２の出力する電圧Ｖは、第１面２１０と第２面２２０との真実接触面積Ａ１の時間変化に応じて変化する。より具体的には、Ａ１の時間変化（ｄＡ１／ｄｔ）が大きい程、Ｖの絶対値もそれに比例して大きくなる。特に（ｄＡ１／ｄｔ）が大きくなるのは、発電体２２がトレッド部２６０を介して路面上を回転するとき（概ね発電体２２が最下の位置で路面に最も近づくとき）である。このとき、発電体２２はセンサモジュール２８から圧力を受けると同時に、トレッド部２６０を介して路面から抵抗力を受け、大きく変形する。従って、タイヤ組立体２０がほぼ一定の回転速度で回転すると、電圧Ｖの時系列データは、一定の周期で正と負のピークが現れるパルス波形を示す。 The voltage V output by the power generating body 22 changes according to the change over time of the real contact area A1 between the first surface 210 and the second surface 220 . More specifically, the larger the time change (dA1/dt) of A1, the larger the absolute value of V proportionally. (dA1/dt) is particularly large when the power generator 22 rotates on the road surface via the tread portion 260 (generally when the power generator 22 is at its lowest position and comes closest to the road surface). At this time, the power generating body 22 receives pressure from the sensor module 28 and also receives resistance from the road surface via the tread portion 260, and is greatly deformed. Therefore, when the tire assembly 20 rotates at a substantially constant rotational speed, the time-series data of the voltage V shows a pulse waveform in which positive and negative peaks appear at regular intervals.

図７Ａ～Ｄは、このことを裏付ける実験データである。実験では、タイヤ２６が摩耗していない通常状態のタイヤ組立体２０と、タイヤ２６が摩耗状態のタイヤ組立体２０との２種類を用意した（ただし、タイヤのスリップサインが現れたものを摩耗状態であると判断した）。それぞれのタイヤ組立体２０を図８に示すような一輪車に組み込み、内圧が１４０[ｋＰａ]の場合と２１０[ｋＰａ]の場合とについて、回転ベルトによって一定の速度で回転させて発電体２２の出力電圧Ｖを計測した。なお、タイヤ２６はチューブタイヤであり、第１絶縁膜２１１はＰＵで構成し、第２絶縁膜２２１はＦＥＰで構成した。第１電極２１２の基材２１２ｂはシリコーンゴム製とし、導電膜２１２ａは銅箔テープとした。一方、第２電極２２２は、基材２２２ｂを備えず、銅箔テープである導電膜２２２ａから構成されるものとした。図７Ａ～Ｄに示すように、出力電圧Ｖの波形は、タイヤ２６の内圧や摩耗の有無に関わらず周期的なパルス波形となった。パルスの周期Ｔは、タイヤ組立体２０が一回転するのに要する時間である。従って、Ｖのパルス波形をサンプリングし、周期Ｔを計測すれば、以下の式（１）に基づいてタイヤ組立体２０の回転速度ω（rad／s）を算出することができる。
ω＝２π／Ｔ （１） Figures 7A-D are experimental data supporting this. In the experiment, two types of tire assemblies 20 were prepared: a tire assembly 20 in a normal state in which the tire 26 was not worn, and a tire assembly 20 in which the tire 26 was in a worn state (however, one in which a tire slip sign appeared was regarded as a worn state). determined to be). Each tire assembly 20 is assembled into a unicycle as shown in FIG. A voltage V was measured. The tire 26 is a tube tire, the first insulating film 211 is made of PU, and the second insulating film 221 is made of FEP. The base material 212b of the first electrode 212 was made of silicone rubber, and the conductive film 212a was made of copper foil tape. On the other hand, the second electrode 222 does not include the base material 222b, and is composed of the conductive film 222a, which is a copper foil tape. As shown in FIGS. 7A to 7D, the waveform of the output voltage V was a periodic pulse waveform regardless of the internal pressure of the tire 26 and the presence or absence of wear. The pulse period T is the time required for the tire assembly 20 to make one revolution. Therefore, by sampling the pulse waveform of V and measuring the period T, the rotational speed ω (rad/s) of the tire assembly 20 can be calculated based on the following equation (1).
ω=2π/T (1)

ところで、タイヤ組立体２０の回転に伴って発電体２２が受ける力は、図９に示すようにモデル化することができる。路面とタイヤ組立体２０との摩擦係数をμ、点Ａにおいてタイヤ組立体２０の接線と路面とがなす接地角度をθ、センサモジュール２８の質量をｍとする。なお、点Ａは、発電体２２及びセンサモジュール２８がトレッド部２６０を介して路面上を回転し始める点である。このとき、センサモジュール２８には遠心力ｐ、重力ｍｇ、摩擦力が作用する。これより、センサモジュール２８に作用する水平方向及び鉛直方向の力は、それぞれμｐｃｏｓθ＋ｐｓｉｎθ，ｐｃｏｓθ＋ｍｇとなる。ここで、θ≪１のときｃｏｓθ≒１，ｓｉｎθ≒θであることを用いると、半径方向にセンサモジュール２８に作用する力Ｆoは、以下の式に基づいて算出される。
Ｆo＝ｐ＋ｍｇ＋（μ＋θ）θｐ By the way, the force that the power generator 22 receives as the tire assembly 20 rotates can be modeled as shown in FIG. Let μ be the coefficient of friction between the road surface and the tire assembly 20 , let θ be the contact angle between the tangential line of the tire assembly 20 and the road surface at point A, and m be the mass of the sensor module 28 . Note that point A is the point at which the power generator 22 and the sensor module 28 start rotating on the road surface via the tread portion 260 . At this time, centrifugal force p, gravity mg, and friction force act on the sensor module 28 . Accordingly, the horizontal and vertical forces acting on the sensor module 28 are μpcos θ+psin θ and pcos θ+mg, respectively. Using the fact that cos θ≈1 and sin θ≈θ when θ<<1, the force Fo acting on the sensor module 28 in the radial direction is calculated based on the following equations.
Fo = p + mg + (μ + θ) θp

Ｆoのうち、センサモジュール２８が発電体２２に加える圧力の変動分ΔＦo
は、
ΔＦo＝（μ＋θ）θｐ＝（μ＋θ）θｍｒω2
と表すことができる。ただし、ｒはタイヤ組立体２０の半径であり、ｐ＝ｍｒω2である。 Of Fo, the variation ΔFo of the pressure applied by the sensor module 28 to the power generation body 22
teeth,
ΔFo = (μ + θ) θp = (μ + θ) θmrω 2
It can be expressed as. where r is the radius of tire assembly 20 and p=mrω 2 .

ここで、ΔＦoと出力電圧Ｖとの間にはＶ∝ΔＦo2の関係があることが分かっている。従って、ΔＦoと出力電圧Ｖとの間には以下のような関係式（２）が成り立つ。
Ｖ∝（μ＋θ）2θ2ｍ2ｒ2ω4 （２） Here, it is known that there is a relationship V∝ΔFo 2 between ΔFo and the output voltage V. Therefore, the following relational expression (2) holds between ΔFo and the output voltage V.
V ∝ (μ + θ) 2 θ 2 m 2 r 2 ω 4 (2)

同様に、発電体２２及びセンサモジュール２８がトレッド部２６０を介して路面上を回転し終わる点をＢとすると、点ＢでのΔＦoは、
ΔＦo＝－（μ－θ）θｐ＝－（μ－θ）θｍｒω2
と表すことができる。従って、ΔＦoと出力電圧Ｖとの関係式は、
Ｖ∝－（μ－θ）2θ2ｍ2ｒ2ω4
となる。 Similarly, if the point where the power generator 22 and the sensor module 28 finish rotating on the road surface via the tread portion 260 is B, then ΔFo at point B is
ΔFo=-(μ-θ)θp=-(μ-θ)θmrω 2
It can be expressed as. Therefore, the relational expression between ΔFo and the output voltage V is
V∝-(μ-θ) 2 θ 2 m 2 r 2 ω 4
becomes.

式（２）によれば、Ｖは摩擦係数μ、接地角度θ、センサモジュール２８の質量ｍ、タイヤ組立体２０の半径ｒ、タイヤ組立体２０の回転速度ωといったパラメータに応じて変化する。例えば、出力電圧Ｖは、センサモジュール２８（おもり）の質量ｍの２乗に比例する。本発明者は、実験によりこのことを確認した。図１０Ａに示すように、上面に質量ｍのおもりＭが固定された状態の発電体２２を用意し、振動装置によりタイヤ２６の振動を模式的に再現したときの発電体２２の出力電圧Ｖを計測した。振動は１０[Ｈｚ]、２[Ｇ]である。図１０Ｂは、質量ｍに対するＶの正のピーク値をプロットしたグラフである。この結果により、Ｖがｍ2に比例することが裏付けられた。従って、タイヤ組立体２０は発電体２２を加圧するおもりを備えることが望ましく、おもりの質量ｍが大きければ大きい程発電体２２の出力電圧Ｖを増加させることができる。 According to equation (2), V varies with parameters such as the coefficient of friction μ, the ground contact angle θ, the mass m of the sensor module 28, the radius r of the tire assembly 20, and the rotational speed ω of the tire assembly 20. For example, the output voltage V is proportional to the square of the mass m of the sensor module 28 (weight). The inventors have confirmed this through experiments. As shown in FIG. 10A, a power generating body 22 having a weight M having a mass m fixed to its upper surface is prepared, and the output voltage V of the power generating body 22 when the vibration of the tire 26 is schematically reproduced by a vibrating device is Measured. The vibration is 10 [Hz] and 2 [G]. FIG. 10B is a graph plotting the positive peak values of V against mass m. This result confirms that V is proportional to m 2 . Therefore, it is preferable that the tire assembly 20 includes a weight for pressurizing the power generating body 22. The larger the mass m of the weight, the more the output voltage V of the power generating body 22 can be increased.

ところで、発明者らの検討によると、タイヤ２６が通常状態である場合と摩耗状態である場合とでは、回転速度、内圧、輪荷重の条件が同一であってもＶのパルス波形が変化することが分かった。図１１は、同一の回転速度及び荷重の条件下で通常状態のタイヤ組立体２０と摩耗状態のタイヤ組立体２０とをそれぞれ一回転させたときのパルス波形を比較したグラフである（タイヤ組立体２０の回転方法は図８に示す装置を用いた）。タイヤ２６が摩耗状態であるタイヤ組立体２０では、タイヤ２６が通常状態であるタイヤ組立体２０と比較して、電圧Ｖのピークの絶対値が大きくなり、パルス幅が長くなっていることが
分かる。この現象は、タイヤ２６の摩耗の検出に利用し得る。例えば、使用開始時のタイヤ組立体２０の発電体２２から出力される電圧Ｖの波形を記憶しておき、車両１の走行中に取得されたＶの波形と定期的に比較することにより、タイヤ２６の摩耗を検出し得る。 By the way, according to the study of the inventors, the pulse waveform of V varies depending on whether the tire 26 is in a normal state or in a worn state, even if the conditions of rotation speed, internal pressure, and wheel load are the same. I found out. FIG. 11 is a graph comparing pulse waveforms when the tire assembly 20 in the normal state and the tire assembly 20 in the worn state are each rotated once under the same rotational speed and load conditions (tire assembly 20 used the apparatus shown in FIG. 8). It can be seen that in the tire assembly 20 in which the tire 26 is in a worn state, the peak absolute value of the voltage V is larger and the pulse width is longer in comparison with the tire assembly 20 in which the tire 26 is in a normal state. . This phenomenon can be used to detect wear of the tire 26 . For example, by storing the waveform of the voltage V output from the power generator 22 of the tire assembly 20 at the start of use and periodically comparing it with the waveform of V obtained while the vehicle 1 is running, the tire 26 wear can be detected.

また、式（２）によれば、出力電圧Ｖは車両１が走行する路面の摩擦係数μ及び接地角度θに依存することから、車両１が走行する路面の状態を反映する。従って、発電体２２から出力されるデータから車両１が走行する路面の状態に関する情報を取得し、これをモニタリングすることができる。例えば、車両１の実車実験により、様々な路面（アスファルト、砂利道、濡れた路面）を走行した場合のＶのデータをＲＯＭ３６又は記憶装置３８に予め記憶しておき、車両１の走行中に取得されたＶのデータと照合することで路面の状態をモニタリングすることができる。 Further, according to the formula (2), the output voltage V depends on the friction coefficient μ and grounding angle θ of the road surface on which the vehicle 1 travels, and thus reflects the state of the road surface on which the vehicle 1 travels. Therefore, it is possible to obtain information about the condition of the road surface on which the vehicle 1 is traveling from the data output from the power generator 22 and monitor the information. For example, V data obtained when the vehicle 1 is driven on various road surfaces (asphalt, gravel road, wet road surface) is stored in advance in the ROM 36 or the storage device 38 and acquired while the vehicle 1 is running. The condition of the road surface can be monitored by checking with the V data obtained.

以上より、発電体２２が出力するＶのデータは、タイヤ組立体２０の回転速度ω、タイヤ２６が摩耗しているか否か及び車両１の走行する路面を含む道路の状態を反映する。回転速度ωは、Ｖのパルス波形の周期から算出することができる。また、空気圧、回転速度、道路の状態等の様々な条件下において発電体２２が出力するＶのデータを予めＲＯＭ３６又は記憶装置３８に記憶しておき、車両１の走行中に取得されたＶのデータと比較することで、タイヤ２６に関する情報がモニタリング可能となる。以下、タイヤ組立体２０を含んだモニタリングシステム１００の具体的な動作を説明する。 As described above, the V data output by the power generator 22 reflects the rotational speed ω of the tire assembly 20, whether the tire 26 is worn out, and the condition of the road including the road surface on which the vehicle 1 travels. The rotation speed ω can be calculated from the period of the V pulse waveform. In addition, data of V output by the power generator 22 under various conditions such as air pressure, rotation speed, and road conditions is stored in advance in the ROM 36 or the storage device 38, and V obtained while the vehicle 1 is running is stored in advance. By comparing with the data, information about tire 26 can be monitored. A specific operation of the monitoring system 100 including the tire assembly 20 will be described below.

車両１が走行すると、タイヤ組立体２０が路面上を回転し、上述のように発電体２２に電圧が生じる。車両１の走行中に発電体２２により出力される電圧Ｖは、マイコン２３内の検出回路により検出される。出力電圧Ｖのデータは、所定の周期でサンプリングされ、マイコン２３に一旦蓄積される。マイコン２３に蓄積されたＶのデータは、所定の時間間隔で通信装置２５を介して制御装置３０へと順次送信される。制御装置３０は、Ｉ／Ｏインターフェース３４を介してＶのデータを受信し、ＲＡＭ３５又は記憶装置３８に一時保存する。演算部３２は、保存されたＶのデータを参照し、パルス波形の周期ｓを算出する。また、演算部３２は、式（１）に基づいて回転速度ωを算出する。なお、回転速度ωは複数回算出される値の平均値とすることもできる。また、複数のパルス波形の周期ｓの平均値を用いて回転速度ωを算出することもできる。制御部３３は、必要に応じて算出された回転速度ωを車両１のＥＣＵ等へ送信することができる。 When the vehicle 1 runs, the tire assembly 20 rotates on the road surface and voltage is generated in the power generator 22 as described above. A detection circuit in the microcomputer 23 detects the voltage V output by the power generator 22 while the vehicle 1 is running. Data of the output voltage V is sampled at a predetermined cycle and temporarily stored in the microcomputer 23 . The V data accumulated in the microcomputer 23 is sequentially transmitted to the control device 30 via the communication device 25 at predetermined time intervals. The control device 30 receives the data of V via the I/O interface 34 and temporarily stores it in the RAM 35 or the storage device 38 . The calculation unit 32 refers to the stored data of V and calculates the period s of the pulse waveform. Further, the calculation unit 32 calculates the rotation speed ω based on the formula (1). Note that the rotational speed ω can also be an average value of values calculated multiple times. Alternatively, the rotational speed ω can be calculated using an average value of the periods s of a plurality of pulse waveforms. The control unit 33 can transmit the calculated rotational speed ω to the ECU of the vehicle 1 or the like as necessary.

また、上述の処理と並行して又は前後して、演算部３２が予めＲＯＭ３６又は記憶装置３８に記憶されているＶのデータと、現在ＲＡＭ３５又は記憶装置３８に一時保存されたＶのデータを比較し、タイヤ２６が摩耗しているか否かを判定する。タイヤ２６が通常状態であると判定されれば、制御部３３は次に受信したＶのデータについて、演算部３２に同様の処理を繰り返させる。一方、タイヤ２６が摩耗状態であると判断されれば、制御部３３が表示器４０等を介してユーザにその旨を報知し、注意を促す。 In parallel with or before or after the above processing, the calculation unit 32 compares the data of V previously stored in the ROM 36 or the storage device 38 with the data of V currently temporarily stored in the RAM 35 or the storage device 38. Then, it is determined whether or not the tire 26 is worn. If it is determined that the tire 26 is in the normal state, the control unit 33 causes the calculation unit 32 to repeat the same processing for the next received V data. On the other hand, if it is determined that the tire 26 is in a worn state, the control unit 33 notifies the user to that effect via the display device 40 or the like to call attention to it.

さらに、上述の処理と並行して又は前後して、演算部３２が予めＲＯＭ３６又は記憶装置３８に記憶されているＶのデータと、現在ＲＡＭ３５又は記憶装置３８に一時保存されたＶのデータを比較し、車両１が走行する路面がどのような状態であるかを判断する。判断された路面の状態は、ブレーキの制御等に利用され得る。また、制御装置３０がクラウドコンピューティングサービスに接続される場合、Ｖ、回転速度ω、タイヤ２６の摩耗状態及び路面の状態のデータがＩ／Ｏインターフェース３４を介してクラウドサーバーに送信され、他のシステム１００のユーザと共有され得る。 Furthermore, in parallel with or before or after the above processing, the calculation unit 32 compares the data of V previously stored in the ROM 36 or the storage device 38 with the data of V currently temporarily stored in the RAM 35 or the storage device 38. Then, the state of the road surface on which the vehicle 1 travels is determined. The determined road surface condition can be used for brake control or the like. In addition, when the control device 30 is connected to a cloud computing service, data on V, rotation speed ω, wear state of the tire 26 and road surface state are transmitted to the cloud server via the I/O interface 34, and other data are transmitted to the cloud server. It can be shared with users of system 100 .

＜５．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、以下の変更が可能である。また、以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。 <5. Variation>
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible without departing from the scope of the invention. For example, the following changes are possible. Also, the gist of the following modified examples can be combined as appropriate.

＜５－１＞
上記実施形態では、発電体２２の出力電圧Ｖの時系列データに基づいてタイヤ組立体２０のモニタリングを行ったが、発電体２２が接続される電気回路に流れる電流や電力等の他の物理量の時系列データに基づいてタイヤ組立体２０のモニタリングを行ってもよい。 <5-1>
In the above embodiment, the tire assembly 20 is monitored based on the time-series data of the output voltage V of the power generator 22. However, other physical quantities such as current and power flowing in the electric circuit to which the power generator 22 is connected are monitored. Monitoring of the tire assembly 20 may be performed based on time-series data.

＜５－２＞
上記実施形態では、第１面２１０及び第２面２２０が共に凹凸形状を有していた。しかし、第１面２１０及び第２面２２０のうちいずれか一方のみが凹凸形状を有するように発電体２２を構成してもよい。 <5-2>
In the above-described embodiment, both the first surface 210 and the second surface 220 have uneven shapes. However, the power generating body 22 may be configured such that only one of the first surface 210 and the second surface 220 has an uneven shape.

＜５－３＞
第１電極２１２は、導電性の繊維が織物状に織り込まれて構成されてもよい。繊維は、例えば可撓性を有するＣｕ線、ステンレス鋼線とすることができる。さらに、この繊維の外周面に第１絶縁膜２１１が被覆されていてもよい。同様に、第２電極２２２は、導電性の繊維が織物状に織り込まれて構成されてもよい。繊維は、例えば可撓性を有するＣｕ線、ステンレス鋼線とすることができる。さらに、この繊維の外周面に第２絶縁膜２２１が被覆されてもよい。 <5-3>
The first electrode 212 may be configured by weaving conductive fibers into a fabric. The fibers can be, for example, flexible Cu wires or stainless steel wires. Furthermore, the outer peripheral surface of this fiber may be covered with the first insulating film 211 . Similarly, the second electrode 222 may be constructed by weaving conductive fibers into a fabric. The fibers can be, for example, flexible Cu wires or stainless steel wires. Furthermore, the outer peripheral surface of this fiber may be covered with a second insulating film 221 .

＜５－４＞
上記実施形態では、第１電極２１２及び第２電極２２２が共に可撓性材料から構成される基材２１２ｂ及び基材２２２ｂをそれぞれ備えていた。しかし、第１電極２１２及び第２電極２２２のうちいずれか一方のみが可撓性の基材を備えることとしてもよい。 <5-4>
In the above embodiments, both the first electrode 212 and the second electrode 222 were provided with the base material 212b and the base material 222b, respectively, which are made of a flexible material. However, only one of the first electrode 212 and the second electrode 222 may be provided with a flexible base material.

＜５－５＞
発電体２２は、第１絶縁膜２１１、第２絶縁膜２２１、第１電極２１２及び第２電極２２２を複数備えていてもよい。例えば、上から順に第１電極２１２、第１絶縁膜２１１、第２絶縁膜２２１、第２電極２２２、第２絶縁膜２２１、第１絶縁膜２１１及び第１電極２１２が積層するような構成とすることができる。 <5-5>
The power generating body 22 may include a plurality of first insulating films 211 , second insulating films 221 , first electrodes 212 and second electrodes 222 . For example, a structure in which the first electrode 212, the first insulating film 211, the second insulating film 221, the second electrode 222, the second insulating film 221, the first insulating film 211, and the first electrode 212 are stacked in order from the top. can do.

＜５－６＞
上記実施形態では、制御装置３０は車載装置であったが、プログラム３７がインストールされたスマートフォン、タブレット、ノートＰＣ等のポータブルなデバイスとすることもできる。このとき、上述のデバイスのディスプレイを表示器４０として使用することもできる。あるいは、タイヤ組立体２０内のマイコン２３は、車載装置を介さずに、直接クラウドサーバー等の、プログラム３７がインストールされた外部装置と通信してもよい。 <5-6>
In the above embodiment, the control device 30 was an in-vehicle device, but it can also be a portable device such as a smart phone, tablet, or notebook PC in which the program 37 is installed. At this time, the display of the device described above can also be used as the indicator 40 . Alternatively, the microcomputer 23 in the tire assembly 20 may directly communicate with an external device in which the program 37 is installed, such as a cloud server, without going through the in-vehicle device.

＜５－７＞
空気圧センサ２１は、タイヤ２６内部の空気圧を検出できるものであれば、検出方式は限定されない。例えば、歪みゲージ式、ダイアフラム式、又は半導体式のセンサ等を用いることができる。また、センサ２１はタイヤ２６の内圧を検出する空気圧センサに限定されず、例えばタイヤ２６の内部の温度を検出する温度センサであってもよいし、タイヤ２６の振動を検出する振動検出センサ（加速度センサ）であってもよい。 <5-7>
The detection method of the air pressure sensor 21 is not limited as long as it can detect the air pressure inside the tire 26 . For example, a strain gauge type, diaphragm type, or semiconductor type sensor or the like can be used. Further, the sensor 21 is not limited to an air pressure sensor that detects the internal pressure of the tire 26. For example, it may be a temperature sensor that detects the temperature inside the tire 26, or a vibration detection sensor (acceleration sensor) that detects vibration of the tire 26. sensor).

＜５－８＞
車両１の走行する道路の状態に関する情報は、路面の状態に関する情報に限定されず、地盤の状態に関する情報であってもよい。 <5-8>
Information about the state of the road on which the vehicle 1 travels is not limited to information about the state of the road surface, and may be information about the state of the ground.

＜５－９＞
上記実施形態では、タイヤ組立体２０はセンサモジュール２８の一部として蓄電池２４を備えていた。しかしながら、タイヤ組立体２０は、蓄電池２４をセンサモジュール２８とは別に備えてもよい。この場合、蓄電池２４を発電体２２の上面に配置し、蓄電池２４を第１絶縁膜２１１と第２絶縁膜２２１とが相対的に近接するように発電体２２を加圧するおもりとして機能させてもよい。 <5-9>
In the above embodiments, the tire assembly 20 included the storage battery 24 as part of the sensor module 28 . However, the tire assembly 20 may include the storage battery 24 separately from the sensor module 28 . In this case, the storage battery 24 may be arranged on the upper surface of the power generation body 22 and the storage battery 24 may function as a weight for pressurizing the power generation body 22 so that the first insulating film 211 and the second insulating film 221 are relatively close to each other. good.

＜実験条件＞
比較例１～３の発電体及び実施例の発電体を、それぞれタイヤのトレッド部の内側面に配置したタイヤ組立体を用意し、所定の回転速度で回転させて、発電体の出力電圧をそれぞれ計測した。タイヤの種類は比較例１～３及び実施例に全て共通であり、タイヤのサイズは２１５／４０Ｒ１７（直径は約６０４ｍｍ）、内圧は２００ｋＰａであった。また、上述の計測方法で計測したタイヤの接地長は、８０ｍｍであった。タイヤ組立体を回転させる実験装置としては、図８に示す装置と同様の装置を用いた。ただし、輪荷重は３ｋＮとした。 <Experimental conditions>
A tire assembly in which the power generating bodies of Comparative Examples 1 to 3 and the power generating bodies of Examples are respectively arranged on the inner surface of the tread portion of the tire is prepared, rotated at a predetermined rotational speed, and the output voltage of each power generating body is changed. Measured. The type of tire was common to Comparative Examples 1 to 3 and Examples, the tire size was 215/40R17 (diameter: about 604 mm), and the internal pressure was 200 kPa. Moreover, the contact length of the tire measured by the above measuring method was 80 mm. A device similar to that shown in FIG. 8 was used as an experimental device for rotating the tire assembly. However, the wheel load was set to 3 kN.

比較例１～３の発電体及び実施例の発電体は、構成は共通であるが、長さＨ１を以下のように変えた。つまり、比較例１～３に係る発電体は、第２面のタイヤの周方向に沿った長さＨ１がタイヤの接地長を超えて長かった。一方、実施例に係る発電体は、第２面のタイヤの周方向に沿った長さＨ１がタイヤの接地長の６２．５％であった。なお、第２面のタイヤの軸方向に沿った長さＨ２は全ての発電体で共通とし、タイヤの接地幅以下に構成した。
比較例１：１１０ｍｍ
比較例２：１５０ｍｍ
比較例３：１８０ｍｍ
実施例：５０ｍｍ The power generating bodies of Comparative Examples 1 to 3 and the power generating bodies of Examples have the same configuration, but the length H1 is changed as follows. That is, in the power generating bodies according to Comparative Examples 1 to 3, the length H1 along the circumferential direction of the tire on the second surface was longer than the contact length of the tire. On the other hand, in the power generator according to the example, the length H1 along the circumferential direction of the tire on the second surface was 62.5% of the contact length of the tire. In addition, the length H2 along the axial direction of the tire on the second surface was common to all the power generating bodies, and was configured to be equal to or less than the contact width of the tire.
Comparative example 1: 110mm
Comparative example 2: 150mm
Comparative example 3: 180 mm
Example: 50mm

発電体は、いずれも第１絶縁膜及び第２絶縁膜が共通の寸法を有する平面視矩形状に構成され、互いに面方向の位置が一致するように積層された。つまり、図１２Ａに示すように、第２面の全体が第１面の全体に対向し、かつ第１面に接するように第１絶縁膜及び第２絶縁膜が積層された。発電体は、いずれも第１絶縁膜及び第２絶縁膜の長さＨ１を有する辺がタイヤの周方向に沿うように配置された。第１絶縁膜はＰＵで構成され、第２絶縁膜はＦＥＰで構成された。また、第１電極及び第２電極共に、基材はシリコーンゴムで構成され、導電膜は導電布で構成された。 Each of the power generating bodies has a rectangular shape in a plan view in which the first insulating film and the second insulating film have common dimensions, and are laminated so that the positions in the plane direction are aligned with each other. That is, as shown in FIG. 12A, the first insulating film and the second insulating film were laminated such that the entire second surface faced the entire first surface and was in contact with the first surface. The power generators were arranged such that the sides having the length H1 of the first insulating film and the second insulating film were along the circumferential direction of the tire. The first insulating film was made of PU and the second insulating film was made of FEP. In both the first electrode and the second electrode, the base material was made of silicone rubber, and the conductive film was made of conductive cloth.

＜実験結果＞
タイヤ組立体の回転時間（秒）に対する発電体の出力電圧（Ｖ）のグラフは、それぞれ図１３Ａ～Ｄに示すようになった。ただし、説明の便宜上、図１３Ａ～１３Ｃ、及び図１３Ｄとでは縦軸と横軸のスケールが異なっている。比較例１では、出力電圧のピークが＋２Ｖ付近に出現した。比較例２では、出力電圧のピークが＋２Ｖ付近に出現した。比較例３では、出力電圧のピークが概ね０～＋２Ｖの間に出現した。これに対し、実施例では出力電圧のピークが－１５Ｖ付近に出現した。この結果より、長さＨ１（ｍｍ）に対する出力電圧（Ｖ）との関係を示すグラフは図１４に示すようになった。つまり、発電体は、長さＨ１がタイヤの接地長以下であるときに、長さＨ１がタイヤの接地長を超えたときよりも、大きな電圧を出力することができた。つまり、タイヤ組立体における発電体の出力電圧の大きさは、第２面の面積に必ずしも比例しないことが分かった。従って、実施例に係るような構成のタイヤ組立体では、発電体がより小型に構成できると共に起電力が大きく、発電効率が高いということが判明した。 <Experimental results>
Graphs of the output voltage (V) of the generator against the rotation time (seconds) of the tire assembly are shown in FIGS. 13A to 13D, respectively. However, for convenience of explanation, the scales of the vertical and horizontal axes are different between FIGS. 13A to 13C and FIG. 13D. In Comparative Example 1, the peak of the output voltage appeared around +2V. In Comparative Example 2, the peak of the output voltage appeared around +2V. In Comparative Example 3, the peak of the output voltage appeared between 0 and +2V. On the other hand, in the example, the peak of the output voltage appeared around -15V. As a result, the graph showing the relationship between the length H1 (mm) and the output voltage (V) is shown in FIG. In other words, when the length H1 was equal to or less than the contact length of the tire, the power generator was able to output a larger voltage than when the length H1 exceeded the contact length of the tire. In other words, it has been found that the magnitude of the output voltage of the power generator in the tire assembly is not necessarily proportional to the area of the second surface. Therefore, it was found that in the tire assembly having the configuration according to the embodiment, the power generation body can be made smaller, the electromotive force is large, and the power generation efficiency is high.

１ 車両
１００ モニタリングシステム
２０（２０ａ～２０ｄ） タイヤ組立体
２１ 空気圧センサ
２２ 発電体
２３ マイコン
２４ 蓄電池
２５ 通信装置
２６ タイヤ
２８ センサモジュール
３０ 制御装置
２１０ 第１面
２１１ 第１絶縁膜
２１２ 第１電極
２２０ 第２面
２２１ 第２絶縁膜
２２２ 第２電極
Ｆ フィルム袋
Ｍ おもり
Ｖ 出力電圧
Ｕ 柔軟性封止材 1 vehicle 100 monitoring system 20 (20a to 20d) tire assembly 21 air pressure sensor 22 power generator 23 microcomputer 24 storage battery 25 communication device 26 tire 28 sensor module 30 control device 210 first surface 211 first insulating film 212 first electrode 220 second 2nd surface 221 Second insulating film 222 Second electrode F Film bag M Weight V Output voltage U Flexible sealing material

Claims (19)

車輪に装着されるタイヤと、
前記タイヤの内側に配置される発電体と、
前記発電体から出力される電力の供給を受ける電子機器と、
を備え、
前記発電体は、
第１面を有する第１絶縁膜と、
前記第１面に対向し、かつ前記第１面に接する第２面を有する第２絶縁膜と、
導電性を有し、前記第１絶縁膜の前記第１面の裏面に接する第１電極と、
導電性を有し、前記第２絶縁膜の前記第２面の裏面に接する第２電極と、
を備え、
前記発電体は、前記タイヤの変形により、前記第１面と前記第２面との真実接触面積が変化するように構成され、
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは、前記真実接触面積が変化することにより一方が正に帯電し、他方が負に帯電するように構成され、
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが帯電することにより、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じ、前記発電体が電力を出力し、
前記発電体は、前記タイヤのトレッド部の内側面に固定され、前記タイヤの周方向に沿って、前記第１面と接する前記第２面の長さは、前記タイヤの接地長以下である、
タイヤ組立体。 tires mounted on wheels;
a power generator disposed inside the tire;
an electronic device that receives power output from the power generator;
with
The power generator is
a first insulating film having a first surface;
a second insulating film having a second surface facing the first surface and in contact with the first surface;
a first electrode having conductivity and being in contact with the rear surface of the first surface of the first insulating film;
a second electrode having conductivity and in contact with the back surface of the second surface of the second insulating film;
with
the power generating body is configured such that a real contact area between the first surface and the second surface changes due to deformation of the tire;
The first insulating film and the second insulating film are configured such that one of them is positively charged and the other is negatively charged by changing the real contact area,
By charging the first insulating film and the second insulating film, a voltage is generated between the first electrode and the second electrode, and the power generator outputs electric power ,
The power generator is fixed to the inner surface of the tread portion of the tire, and the length of the second surface in contact with the first surface along the circumferential direction of the tire is equal to or less than the contact length of the tire.
tire assembly. 前記第２面の長さは、前記接地長の３０％～９０％である、
請求項１に記載のタイヤ組立体。 The length of the second surface is 30% to 90% of the ground length,
A tire assembly according to claim 1 . 前記タイヤの軸方向に沿って、前記第１面と接する前記第２面の長さは、前記タイヤの接地幅の１０％～９０％である、
請求項１または２に記載のタイヤ組立体。 The length of the second surface in contact with the first surface along the axial direction of the tire is 10% to 90% of the contact width of the tire.
A tire assembly according to claim 1 or 2 . 前記電子機器には、外部の装置とデータ通信可能な通信装置が含まれる、
請求項１から３のいずれかに記載のタイヤ組立体。 The electronic device includes a communication device capable of data communication with an external device,
A tire assembly according to any one of claims 1 to 3 . 前記電子機器には、前記タイヤの状態に関するデータを検出する検出装置が含まれる、
請求項１から４のいずれかに記載のタイヤ組立体。 The electronic device includes a detection device that detects data regarding the condition of the tire.
A tire assembly according to any one of claims 1 to 4 . 前記電子機器には、前記電子機器を制御するマイクロコントローラが含まれる、
請求項１から５のいずれかに記載のタイヤ組立体。 the electronic device includes a microcontroller that controls the electronic device;
A tire assembly according to any one of claims 1 to 5 . 前記発電体が封入される防湿性のフィルム袋、
をさらに備える、
請求項１から６のいずれかに記載のタイヤ組立体。 a moisture-proof film bag in which the power generator is enclosed;
further comprising
A tire assembly according to any one of claims 1 to 6 . 前記発電体が封入される柔軟性封止材、
をさらに備える、
請求項１から６のいずれかに記載のタイヤ組立体。 a flexible encapsulant in which the power generator is enclosed;
further comprising
A tire assembly according to any one of claims 1 to 6 . 前記発電体により出力される電力を蓄える蓄電池、
をさらに備え、
前記電子機器は、前記蓄電池に蓄えられた電力の供給を受ける、
請求項１から８のいずれかに記載のタイヤ組立体。 a storage battery that stores the power output by the power generator;
further comprising
The electronic device receives power stored in the storage battery,
A tire assembly according to any one of claims 1 to 8 . 前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置されるおもり、
をさらに備える、
請求項１から９のいずれかに記載のタイヤ組立体。 A weight arranged to pressurize the power generating body so that the first insulating film and the second insulating film are relatively close to each other;
further comprising
A tire assembly according to any one of claims 1 to 9 . 前記電子機器は、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置される、
請求項１から９のいずれかに記載のタイヤ組立体。 The electronic device is arranged to pressurize the power generation body so that the first insulating film and the second insulating film are relatively close to each other,
A tire assembly according to any one of claims 1 to 9 . 前記蓄電池は、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置される、
請求項９に記載のタイヤ組立体。 The storage battery is arranged to pressurize the power generation body so that the first insulating film and the second insulating film are relatively close to each other,
A tire assembly according to claim 9 . 請求項４に記載のタイヤ組立体と、
前記通信装置とデータ通信可能な外部制御装置と、
を備え、
前記通信装置は、前記発電体により出力される電圧及び電流、並びに電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のうち少なくとも１つの出力データを前記外部制御装置に送信し、
前記外部制御装置は、前記通信装置から受信した出力データに基づいて、前記タイヤに関する情報をモニタリングする、
タイヤのモニタリングシステム。 a tire assembly according to claim 4 ;
an external control device capable of data communication with the communication device;
with
The communication device transmits to the external control device output data of at least one of physical quantities based on at least one of the voltage and current output by the power generator and at least one of the voltage and current,
The external control device monitors information about the tire based on output data received from the communication device.
Tire monitoring system. 前記タイヤに関する情報は、前記タイヤの回転速度、前記タイヤの摩耗に関する情報及び前記タイヤが装着された車両が走行する道路の状態に関する情報のうち、少なくとも１つを含む、
請求項１３に記載のタイヤのモニタリングシステム。 The information about the tire includes at least one of information about the rotational speed of the tire, information about wear of the tire, and information about the state of the road on which the vehicle equipped with the tire travels,
A tire monitoring system according to claim 1-3 . 前記外部制御装置は、前記タイヤ組立体が含まれる車両に搭載される、
請求項１３又は１４に記載のタイヤのモニタリングシステム。 The external control device is mounted on a vehicle including the tire assembly,
The tire monitoring system according to claim 1-3 or 1-4 . 請求項１から１２のいずれかに記載のタイヤ組立体が装着された車両を準備することと、
前記車両の走行中に前記発電体により出力される電圧及び電流、並びに電圧及び電流の少なくとも一方に基づく物理量のうち少なくとも１つの出力データを収集することと、
前記収集された出力データに基づいて、前記タイヤに関する情報をモニタリングすることと、
を含む、
タイヤのモニタリング方法。 Preparing a vehicle equipped with the tire assembly according to any one of claims 1 to 12 ;
Collecting output data of at least one of a voltage and a current output by the power generator while the vehicle is running, and a physical quantity based on at least one of the voltage and the current;
monitoring information about the tire based on the collected output data;
including,
Tire monitoring method. 車輪に装着されるタイヤと、tires mounted on wheels;
前記タイヤの内側に配置される発電体と、 a power generator disposed inside the tire;
前記発電体から出力される電力の供給を受ける電子機器と、 an electronic device that receives power output from the power generator;
を備え、with
前記発電体は、 The power generator is
第１面を有する第１絶縁膜と、 a first insulating film having a first surface;
前記第１面に対向し、かつ前記第１面に接する第２面を有する第２絶縁膜と、 a second insulating film having a second surface facing the first surface and in contact with the first surface;
導電性を有し、前記第１絶縁膜の前記第１面の裏面に接する第１電極と、 a first electrode having conductivity and being in contact with the rear surface of the first surface of the first insulating film;
導電性を有し、前記第２絶縁膜の前記第２面の裏面に接する第２電極と、 a second electrode having conductivity and in contact with the back surface of the second surface of the second insulating film;
を備え、 with
前記発電体は、前記タイヤの変形により、前記第１面と前記第２面との真実接触面積が変化するように構成され、 the power generating body is configured such that a real contact area between the first surface and the second surface changes due to deformation of the tire;
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは、前記真実接触面積が変化することにより一方が正に帯電し、他方が負に帯電するように構成され、 The first insulating film and the second insulating film are configured such that one of them is positively charged and the other is negatively charged by changing the real contact area,
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが帯電することにより、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じ、前記発電体が電力を出力し、 By charging the first insulating film and the second insulating film, a voltage is generated between the first electrode and the second electrode, and the power generator outputs electric power,
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置されるおもり、 A weight arranged to pressurize the power generating body so that the first insulating film and the second insulating film are relatively close to each other;
をさらに備える、further comprising
タイヤ組立体。tire assembly. 車輪に装着されるタイヤと、tires mounted on wheels;
前記タイヤの内側に配置される発電体と、 a power generator disposed inside the tire;
前記発電体から出力される電力の供給を受ける電子機器と、 an electronic device that receives power output from the power generator;
を備え、with
前記発電体は、 The power generator is
第１面を有する第１絶縁膜と、 a first insulating film having a first surface;
前記第１面に対向し、かつ前記第１面に接する第２面を有する第２絶縁膜と、 a second insulating film having a second surface facing the first surface and in contact with the first surface;
導電性を有し、前記第１絶縁膜の前記第１面の裏面に接する第１電極と、 a first electrode having conductivity and being in contact with the rear surface of the first surface of the first insulating film;
導電性を有し、前記第２絶縁膜の前記第２面の裏面に接する第２電極と、 a second electrode having conductivity and in contact with the back surface of the second surface of the second insulating film;
を備え、 with
前記発電体は、前記タイヤの変形により、前記第１面と前記第２面との真実接触面積が変化するように構成され、 the power generating body is configured such that a real contact area between the first surface and the second surface changes due to deformation of the tire;
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは、前記真実接触面積が変化することにより一方が正に帯電し、他方が負に帯電するように構成され、 The first insulating film and the second insulating film are configured such that one of them is positively charged and the other is negatively charged by changing the real contact area,
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが帯電することにより、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じ、前記発電体が電力を出力し、 By charging the first insulating film and the second insulating film, a voltage is generated between the first electrode and the second electrode, and the power generator outputs electric power,
前記電子機器は、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置される、 The electronic device is arranged to pressurize the power generation body so that the first insulating film and the second insulating film are relatively close to each other,
タイヤ組立体。tire assembly. 車輪に装着されるタイヤと、tires mounted on wheels;
前記タイヤの内側に配置される発電体と、 a power generator disposed inside the tire;
前記発電体から出力される電力の供給を受ける電子機器と、 an electronic device that receives power output from the power generator;
前記発電体により出力される電力を蓄える蓄電池と、 a storage battery that stores the power output by the power generator;
を備え、with
前記発電体は、 The power generator is
第１面を有する第１絶縁膜と、 a first insulating film having a first surface;
前記第１面に対向し、かつ前記第１面に接する第２面を有する第２絶縁膜と、 a second insulating film having a second surface facing the first surface and in contact with the first surface;
導電性を有し、前記第１絶縁膜の前記第１面の裏面に接する第１電極と、 a first electrode having conductivity and being in contact with the rear surface of the first surface of the first insulating film;
導電性を有し、前記第２絶縁膜の前記第２面の裏面に接する第２電極と、 a second electrode having conductivity and in contact with the back surface of the second surface of the second insulating film;
を備え、 with
前記発電体は、前記タイヤの変形により、前記第１面と前記第２面との真実接触面積が変化するように構成され、 the power generator is configured such that a real contact area between the first surface and the second surface changes due to deformation of the tire;
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とは、前記真実接触面積が変化することにより一方が正に帯電し、他方が負に帯電するように構成され、 The first insulating film and the second insulating film are configured such that one of them is positively charged and the other is negatively charged by changing the real contact area,
前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが帯電することにより、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が生じ、前記発電体が電力を出力し、 By charging the first insulating film and the second insulating film, a voltage is generated between the first electrode and the second electrode, and the power generator outputs electric power,
前記電子機器は、前記蓄電池に蓄えられた電力の供給を受け、 The electronic device receives power stored in the storage battery,
前記蓄電池は、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜とが相対的に近接するように前記発電体を加圧するように配置される、 The storage battery is arranged to pressurize the power generation body so that the first insulating film and the second insulating film are relatively close to each other,
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