WO2006016604A1 - 発電装置及びこれを備えたタイヤ - Google Patents

発電装置及びこれを備えたタイヤ Download PDF

Info

Publication number
WO2006016604A1
WO2006016604A1 PCT/JP2005/014650 JP2005014650W WO2006016604A1 WO 2006016604 A1 WO2006016604 A1 WO 2006016604A1 JP 2005014650 W JP2005014650 W JP 2005014650W WO 2006016604 A1 WO2006016604 A1 WO 2006016604A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power
power generation
generator
generation device
substrate
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/014650
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yutaka Hattori
Yasuo Hatano
Original Assignee
The Yokohama Rubber Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by The Yokohama Rubber Co., Ltd. filed Critical The Yokohama Rubber Co., Ltd.
Priority to US11/660,082 priority Critical patent/US7423350B2/en
Priority to EP05770535A priority patent/EP1796251A4/en
Publication of WO2006016604A1 publication Critical patent/WO2006016604A1/ja

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/041—Means for supplying power to the signal- transmitting means on the wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C23/00—Devices for measuring, signalling, controlling, or distributing tyre pressure or temperature, specially adapted for mounting on vehicles; Arrangement of tyre inflating devices on vehicles, e.g. of pumps or of tanks; Tyre cooling arrangements
    • B60C23/02—Signalling devices actuated by tyre pressure
    • B60C23/04—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre
    • B60C23/0408—Signalling devices actuated by tyre pressure mounted on the wheel or tyre transmitting the signals by non-mechanical means from the wheel or tyre to a vehicle body mounted receiver
    • B60C23/041—Means for supplying power to the signal- transmitting means on the wheel
    • B60C23/0411—Piezoelectric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/08—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for recovering energy derived from swinging, rolling, pitching or like movements, e.g. from the vibrations of a machine
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K35/00—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit
    • H02K35/04—Generators with reciprocating, oscillating or vibrating coil system, magnet, armature or other part of the magnetic circuit with moving coil systems and stationary magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1892—Generators with parts oscillating or vibrating about an axis
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/304—Beam type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1846—Rotary generators structurally associated with wheels or associated parts

Definitions

  • the present invention relates to a power generation device that is arranged in a rotating system and generates power with rotation, and a tire including the same.
  • a sensor module has been installed in the tire chamber of a vehicle, and physical quantities of the tire environment such as air pressure and temperature are collected as data, and the adverse effects of these environments are real-time to the driver.
  • physical quantities of the tire environment such as air pressure and temperature
  • the adverse effects of these environments are real-time to the driver.
  • a sensor module uses an electronic circuit, so a power source is required.
  • Force Sensor modules are mostly installed in the tire chamber, and it is difficult to supply power from outside the tire. Therefore, in many cases, driving is performed using a battery.
  • This device includes a stator that is provided in a non-rotating portion of an axle and forms a magnetic field, a rotor that is fixed to the rotating portion of the axle and rotates in the magnetic field to generate an electromotive force, and an electromotive force generated in the rotor. And a power transmission circuit section for transmitting power to the internal space equipment.
  • N poles and S poles that form a magnetic field directed toward the axle center are alternately arranged on a circumference centered on the axle center.
  • the rotor includes a plurality of rotating yokes made of a high permeability magnetic material having one end fixed to an axle rotating portion at an axial position corresponding to the stator and having the other end in the vicinity of the inner side in the radial direction of the stator, Connecting yokes that magnetically connect the rotating yokes, and rotating coils that spirally wind around the rotating yokes along the radial direction of the axle and generate an electromotive force as the axle rotates. Hold on!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-23904
  • Patent Document 2 WO 03Z095244
  • Patent Document 3 WO 03Z095245
  • Patent Document 1 Since the device of the former conventional example (Patent Document 1) has to make the axle itself special, it is expensive and difficult to use for an existing vehicle. Improvement is necessary to make it popular.
  • Patent Documents 2 and 3 since the device of the latter conventional example (Patent Documents 2 and 3) must embed the above-described structure in the tire, it is very possible to maintain the performance and reliability of the tire. difficult.
  • an object of the present invention is to provide a power generation device that can easily generate power in a rotating system such as a wheel including a tire without impairing the performance and reliability of the rotating system, and a tire including the same. Is to provide.
  • the present invention is provided in a rotating body having a predetermined rotating shaft in a direction different from the direction of gravity and rotating at a predetermined cycle around the rotating shaft.
  • a power generation device that generates electric power while rotating as a center, and has a flexible beam fixed to a substrate, and is supported by the beam, and the beam squeezes with the rotation, so that the rotation cycle occurs.
  • a power generator having a generator comprising: a weight whose position varies synchronously; and an alternating-current generating means for generating alternating-current power synchronized with the rotation period when the position of the weight varies. Talk!
  • the direction of gravity applied to the weight changes as the rotating body rotates, so that the beam stiffens.
  • the position fluctuates in synchronization with the rotation cycle, and AC power is generated from the AC generation means in synchronization with the rotation cycle. That is, since the power generation device rotates around the rotation axis in a direction different from the gravity direction, the weight is subjected to a resultant force of centrifugal force and gravity accompanying the rotation, and the weight of the weight is changed along with the fluctuation of the resultant force and the rotation.
  • the position changes in synchronization with the rotation cycle. Move. Due to the change in the position of the weight, AC power synchronized with the rotation period is generated from the AC generating means.
  • the AC generating means is configured using a permanent magnet and a coil, or configured using a piezoelectric element.
  • the AC power synchronized with the cycle of rotation can be generated by changing the position of the weight with the rotation only by being provided on the rotating body. Electric power can be easily supplied to the sensor module of the conventional example.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a power generation device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an electric circuit diagram of the power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an external perspective view showing the generator in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of mounting the power generation device on the rotating body in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the force applied to the generator in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the force applied to the generator in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the force applied to the generator in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an electromotive force of the power generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating another configuration example of the generator in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is an external perspective view showing a power generator in a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an external perspective view showing a power generation module according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an electric circuit diagram of the power generator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is an external perspective view showing a power generator in a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is an external perspective view showing a power generation module according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is an electric circuit diagram of the power generator according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is an external perspective view showing a power generator in a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is an electric circuit diagram of a power generator according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is an external perspective view showing a generator in a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing a power generator in the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an external perspective view showing the generator according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view in the direction of arrow ⁇ in FIG.
  • reference numeral 10 denotes a power generator, which includes an insulating substrate 11 and a generator 100, a rectifier 200, and a capacitor 300 disposed on the substrate 11.
  • the substrate 11 has a rectangular plate shape, and a component mounting land having a conductive force is provided on the upper surface of the substrate 11.
  • a wiring conductor pattern 13 and terminal electrodes 14A and 14B are formed.
  • the external terminal electrodes 101 and 102 of the generator 100 are conductively connected to the lands 12A and 12B by the solder 15 so that the generator 100 is fixed on the substrate 11. Furthermore, a rectifier 200 and a capacitor 300 are fixed on the substrate 11 by soldering to a land (not shown) connected to the wiring conductor pattern 13.
  • the generator 100, the rectifier 200, and the capacitor 300 are shown in FIG. Connected as shown. That is, one end of the coil 121 provided in the generator 100 is connected to one input terminal 211 of the rectifier 200 via the external terminal electrode 101. The other end of the coil 121 is connected to the other input terminal 212 of the rectifier 200 via the external terminal electrode 102.
  • the rectifier 200 is a well-known full-wave rectifier circuit composed of four diodes 201-204.
  • One input terminal 211 of the rectifier 200 is connected to the anode of the diode 201 and the force sword of the diode 203, and the other input terminal 212 is connected to the force sword of the diode 202 and the anode of the diode 204.
  • One output terminal 213 is connected to a force sword of a diode 201 and a force sword of a diode 204.
  • the other output terminal 214 is connected to the anode of the diode 202 and the anode of the diode 203.
  • One output terminal 213 of the rectifier 200 is connected to the positive electrode terminal and the terminal electrode 14A of the capacitor 300, which is generally referred to as a supercapacitor and also has a large-capacity capacitor force.
  • the other output terminal 214 of the rectifier 200 is connected to the negative terminal of the capacitor 300 and the terminal electrode 14B.
  • the generator 100 is mainly composed of a silicon substrate (silicon wafer) 110.
  • a cavity (cavity) 114 having an open bottom is formed at the center of the silicon substrate 110.
  • a thin film beam 111 having a cross shape fixed to the silicon substrate 110 is provided on the upper portion of the cavity 114, that is, on one opening surface.
  • a rectangular portion 112 having a predetermined area is formed at the intersection of the beams 111, and a coil 121 is provided on the upper surface of the rectangular portion 112.
  • One end of the coil 121 is connected to an external terminal electrode 101 formed on one side surface of the substrate 110 via a wiring pattern 122 provided on the upper surface of one beam 111.
  • the other end of the coil 121 is connected to the external terminal electrode 102 formed on the other side surface of the substrate 110 via a wiring pattern 123 provided on the upper surface of another beam 111.
  • a weight 113 fixed to the rectangular portion 112 is provided below the rectangular portion 112 at the intersection of the beams 111.
  • a magnetic layer 131 that is magnetized to become a permanent magnet is provided on the inner peripheral surface of the cavity 114.
  • This magnetic layer 131 is formed using a known method such as vapor deposition or sputtering, and is magnetically polarized so as to be vertically polarized in the figure.
  • the magnetic layer 131 is magnetized so that the upper part is an N pole and the lower part is an S pole.
  • the power generation device 10 having the above-described configuration is suitable for generating power by being mounted on a rotating body.
  • FIG. 5 a case where power is generated by mounting on a tire 20 of a vehicle will be described as an example.
  • the power generation device 10 is fixed to the peripheral surface of the rim 22 that fixes the tire body 21 in the tire 20.
  • the force applied to the weight 113 of the generator 100 increases as the number of rotations of the tire 20 increases, as shown in FIG.
  • the positions of 113 and coil 121 change.
  • the weight 113 vibrates in the vertical direction in synchronism with the rotation of the tire 20, and the magnetic flux density intersecting with the coil 121 changes.
  • the beam 111 is arranged in the opening of the cavity 114, and the coil 121 is provided in the center of the opening of the cavity 114. Accordingly, the amount of change in the magnetic flux density intersecting the coil 121 can be increased, and the electromotive force induced in the coil can be increased.
  • the output voltage is about A voltage of 10mV could be obtained.
  • a smoothing capacitor and a secondary battery may be used instead of the battery 300.
  • a known voltage doubler rectifier circuit is used instead of the rectifier 200 to boost the voltage to a desired voltage and store the power. Try to get power.
  • two or more generators 100 are provided and the coils 121 of the generators 100 are connected in parallel to increase the current capacity, or the coils 121 of the generators 100 are connected in series to increase the output voltage. It is also possible to do.
  • the shape of the generator 100 may be a shape in which the bottom of the cavity 114 is closed.
  • the configuration may be such that the positional relationship of the permanent magnet composed of the coil 121 and the magnetic layer 131 is reversed. That is, those skilled in the art can easily understand that the same power generation can be performed even if the coil 121 is formed in the cavity 114 and the power generation device 100 in which the permanent magnet is provided in the rectangular portion 112 or the weight 113 is configured. Yes, not to mention the details.
  • FIGS. 11 to 13 show a second embodiment of the present invention
  • FIG. 11 is an external perspective view showing a power generator in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a second embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is an external perspective view showing the power generation module in FIG. 13, and
  • FIG. 13 is an electric circuit diagram of the power generation apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • reference numeral 30 denotes a power generation device, which includes an insulating substrate 31 and a plurality of power generation modules 400 (400A, 400B, 400C, 400D), a rectifier 500, and a capacitor 600 arranged on the substrate 31.
  • the power generation device includes an insulating substrate 31 and a plurality of power generation modules 400 (400A, 400B, 400C, 400D), a rectifier 500, and a capacitor 600 arranged on the substrate 31.
  • the substrate 31 has a rectangular plate shape, and on the upper surface of the substrate 31, a plurality of component mounting lands 32, wiring conductor putters 33, and terminal electrodes 34A and 34B are formed.
  • the external terminal electrodes 40 1,402 of the power generation module 400 (400A, 400B, 400C, 400D) are conductively connected to the land 32 by soldering, whereby each power generation module 400 (400A, 400B, 400C, 400D) is connected. ) Is fixed on the substrate 31. Each power generation module 400 (400A, 400B, 400C, 400D) is connected in series by a wiring conductor pattern 33.
  • the rectifier 500 and the capacitor 600 are fixed on the substrate 31 by soldering to a land (not shown) connected to the wiring conductor pattern 33.
  • the power generation module 400 (400A, 400B, 400C, 400D) is composed mainly of a rectangular parallelepiped silicon substrate (silicon wafer) 410 as shown in FIG.
  • a plurality of generators 100A are formed in a row.
  • the configuration of each generator 100A is the same as that of the generator 100 of the first embodiment described above.
  • Coils 121 of adjacent generators 100A are connected in series via a diode 403, and the coils 121 at both ends and external terminals are connected.
  • Electrodes 401 and 402 are connected via a diode 403 !. These diodes 403 are directly formed on the silicon substrate 410 using semiconductor technology.
  • one generator module 400 is provided with 50 generators 100A, and the coils 121 of these generators 100A are connected in series via diodes 403.
  • the power generation modules 400 (400A, 400B, 400C, 400D) connected in series, the rectifier 500, and the capacitor 600 are connected as shown in FIG. 11 and FIG. 13 by wiring conductor patterns. That is, one end of the power generation module 400 (400A, 400B, 400C, 400D) connected in series is connected to one input terminal 511 of the rectifier 500 via an external terminal electrode, and the other end is connected via an external terminal electrode. The other input terminal 512 of the rectifier 500 is connected.
  • the rectifier 500 forms a well-known full-wave rectifier circuit composed of four diodes 501 to 504.
  • One input terminal 511 of the rectifier 500 is connected to an anode of a diode 501 and a force sword of a diode 503.
  • the other input terminal 512 of the rectifier 500 is connected to a power sword of a diode 502 and an anode of a diode 504.
  • One output terminal 513 is connected to the power sword of the diode 501 and the power sword of the diode 504, and the other output terminal 514 is connected to the anode of the diode 502 and the anode of the diode 503.
  • One output terminal 513 of rectifier 500 is connected to the positive electrode terminal and terminal electrode 34A of capacitor 600, which is generally referred to as a supercapacitor and has a large capacity, and the other output terminal 514 is the negative electrode of capacitor 600. Connected to terminal and terminal electrode 34B.
  • the AC voltage is converted into a full-wave rectified voltage by the rectifier 500, and then smoothed by being stored in the capacitor 600. It is output from the electrodes 34A and 34B.
  • two or more power generation modules 400 may be connected in parallel, and the power generation modules 400 connected in parallel may be further connected in series. Further, a power generation module in which a plurality of generators 100A are connected in parallel may be configured. Furthermore, a power generation module in which a plurality of generators 100A are connected using both parallel connection and series connection may be configured.
  • the generators 100A are connected using a diode, but may be connected using a rectifying element other than a diode.
  • FIGS. 14 to 16 show a third embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is an external perspective view showing a power generator in the third embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a third embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is an electrical circuit diagram of the power generation device according to the third embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 40 denotes a power generation device, which includes an insulating substrate 31, a power generation module 700, a rectifier 500, and a capacitor 600 disposed on the substrate 31.
  • the substrate 31 has a rectangular plate shape, and on the upper surface of the substrate 31, a plurality of component mounting lands 32, wiring conductor putters 33, and terminal electrodes 34A and 34B are formed.
  • the external terminal electrodes 701 and 702 of the power generation module 700 are conductively connected to the land 32 by soldering, whereby the power generation module 700 is fixed on the substrate 31.
  • the rectifier 500 and the capacitor 600 are fixed on the substrate 31 by soldering to a land (not shown) connected to the wiring conductor pattern 33.
  • the power generation module 700 is composed mainly of a rectangular parallelepiped silicon substrate (silicon wafer) 710. On this silicon substrate 710, 200 generators 100A 4 It is formed side by side in 50 columns.
  • the configuration of each generator 100A is the same as that of the generator 100 of the first embodiment described above.
  • coils 121 of adjacent generators 100A are connected in series via a diode 703 and each column is connected to each other.
  • the coil 121 is connected in series.
  • the coil 121 at both ends and the external terminal electrodes 401 and 402 connected in series in this way are connected via a diode 703.
  • These diodes 703 can be formed directly on a silicon substrate 710 using semiconductor technology.
  • the power generation module 700, the rectifier 500, and the capacitor 600 are connected by a wiring conductor pattern as shown in FIG. 14 and FIG. That is, one external terminal electrode 701 of the power generation module 700 is connected to one input terminal 511 of the rectifier 500, and the other external terminal electrode 702 is connected to the other input terminal 512 of the rectifier 500.
  • the rectifier 500 forms a known full-wave rectifier circuit composed of four diodes 501 to 504.
  • One input terminal 511 of the rectifier 500 is connected to the anode of the diode 501 and the force sword of the diode 503, and the other input terminal 512 is connected to the force sword of the diode 502 and the anode of the diode 504.
  • the power sword of the diode 501 and the diode 504 are connected to one output terminal 513 of the rectifier 500, and the anode of the diode 502 and the anode of the diode 503 are connected to the other output terminal 514.
  • One output terminal 513 of rectifier 500 is connected to the positive electrode terminal and terminal electrode 34A of capacitor 600, which is generally referred to as a supercapacitor and has a large capacity, and the other output terminal 514 is the negative electrode of capacitor 600. Connected to terminal and terminal electrode 34B.
  • FIGS. 17 to 20 show a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 17 is an external perspective view showing a power generation device in the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 19 is an external perspective view showing a power generator according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 20 is a cross-sectional view in the direction of arrows BB in FIG.
  • reference numeral 50 denotes a power generation device, which includes an insulating substrate 11 and a generator 800, a rectifier 200, and a capacitor 300 disposed on the substrate 11.
  • the substrate 11 has a rectangular plate shape, and component mounting lands 12A and 12B having conductor power, wiring conductor patterns 13 and terminal electrodes 14A and 14B are formed on the upper surface of the substrate 11.
  • the external terminal electrodes 801 and 802 of the generator 800 are conductively connected to the lands 12A and 12B by solder 15 so that the generator 800 is fixed on the substrate 11. Furthermore, a rectifier 200 and a capacitor 300 are fixed on the substrate 11 by soldering to a land (not shown) connected to the wiring conductor pattern 13.
  • the generator 800, the rectifier 200, and the capacitor 300 are connected by the wiring conductor pattern 13 as shown in FIG. That is, one end of the piezoelectric element 821 provided in the generator 800 is connected to one input terminal 211 of the rectifier 200 via the external terminal electrode 801, and the other end of the piezoelectric element 821 is connected to the rectifier 200 via the external terminal electrode 802. Is connected to the other input terminal 212.
  • the rectifier 200 is a well-known full-wave rectifier circuit including four diodes 201 to 204.
  • One input terminal 211 is connected to the anode of the diode 201 and the cathode of the diode 203.
  • the input terminal 212 is connected to the power sword of the diode 202 and the anode of the diode 204.
  • One output terminal 213 is connected to the force sword of the diode 201 and the diode 204, and the other output terminal 214 is connected to the anode of the diode 202 and the anode of the diode 203.
  • One output terminal 213 of the rectifier 200 is connected to the positive electrode terminal and the terminal electrode 14A of the capacitor 300, which is generally called a supercapacitor and has a large capacity, and the other output terminal 214 is the negative electrode of the capacitor 300. Connected to terminal and terminal electrode 14B.
  • the AC voltage VI is generated by the rectifier 200. Then, the voltage is converted into the full-wave rectified voltage V2 and then stored in the battery 300, so that it is smoothed and output as DC voltage V3 from the terminal electrodes 14A and 14B.
  • the generator 800 is configured mainly with a silicon substrate (silicon wafer) 810.
  • a cavity 814 having an open bottom is formed at the center of the silicon substrate 810, and a thin-film beam 811 having a cross shape fixed to the silicon substrate 810 is provided on the upper portion of the cavity 814, that is, on one opening surface. Yes.
  • a rectangular portion 812 having a predetermined area is formed at the intersection of the beams 811.
  • a rectangular parallelepiped piezoelectric element 821 is formed on the upper surface of a pair of beams that form a straight line centering on the rectangular portion 812. Is provided.
  • One end of the piezoelectric element 821 is connected to an external terminal electrode 801 formed on one side surface of the substrate 810 through a wiring pattern 822 provided on the upper surface of one beam 811.
  • the other end of the piezoelectric element 821 is connected to an external terminal electrode 802 formed on the other side surface of the substrate 810 via a wiring pattern 823 provided on the upper surface of another beam 811.
  • a weight 813 fixed to the rectangular portion 812 is provided below the rectangular portion 812 at the intersection of the beams 811.
  • the power generation device 50 having the above-described configuration is suitable for generating power by being mounted on a rotating body.
  • the power generation device 50 when power is generated by being mounted on the tire 20 of the vehicle, the power generation device 50 is fixed to the peripheral surface of the rim 22 that fixes the tire body 21 in the tire 20. As a result, when the tire 20 rotates about the rotating shaft 23, the generator is generated along with this rotation.
  • the force applied to the weight 813 of the 800 changes, the beam 811 stagnates and vibrates, distorts the piezoelectric element 821, and an AC electromotive force is generated in the piezoelectric element 821.
  • the output voltage is about A voltage of 10mV could be obtained.
  • a smoothing capacitor and a secondary battery may be used in place of the capacitor 300.
  • a well-known voltage doubler rectifier circuit instead of the rectifier 200, use a well-known voltage doubler rectifier circuit to boost the voltage to a desired voltage and store the force.
  • two or more generators 800 are provided, and the piezoelectric element 821 of each generator 800 is connected in parallel. It is possible to increase the current capacity continuously, or to increase the output voltage by connecting the piezoelectric elements 821 of each generator 800 in series.
  • the shape of the generator 800 is closed by closing the bottom of the cavity 814.
  • a plurality of generators 800 are integrated to form a module in which the plurality of generators 800 are connected by diodes, and a power generation apparatus using the module is configured. It is also possible to do.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

タイヤを含む車輪等の回転系において回転系の性能や信頼性を損ねることなく簡単に発電可能な発電装置を提供する。 　発電装置１０をタイヤ等の回転体に装着することにより、回転体の回転に伴って重り113にかかる重力の方向が変化して梁111が撓み、この撓む梁111及び重り113は回転の周期に同期して位置が変動してコイル121の位置が変位する。これにより、回転体の回転に同期して重り113が上下方向に振動してコイル121に交差する磁束密度が変化し、コイル121に交流起電力が生じて、発電を行うことができる。                                                                         

Description

発電装置及びこれを備えたタイヤ
技術分野
[0001] 本発明は、回転系に配置され回転に伴って発電を行う発電装置及びこれを備えた タイヤに関するものである。
背景技術
[0002] 従来、車両のタイヤ気室内等にセンサモジュールを設置して、空気圧、温度等のタ ィャ環境の物理量をデータとして収集し、これらの環境の悪ィ匕を運転者にリアルタイ ムで知らせるシステムの開発が盛んに行われている。
[0003] 一般に、センサモジュールは電子回路を用いたものであるため、電源が必要になる 力 センサモジュールはタイヤ気室内に設置されることが殆どであり、タイヤ外部から の電源供給が困難なことから、多くの場合、電池を用いて駆動を行っていた。
[0004] しかし、電池による駆動では電池交換に非常に手間が力かるため、電池の代わりと なるタイヤ電源供給装置も開発されている (特開 2004— 23904号公報)。この装置 は、車軸の非回転部分に設けられ磁界を形成する固定子と、車軸の回転部分に固 定され前記磁界内で回転し起電力を発生する回転子と、回転子で発生した起電力を 内空部機器に送電する送電回路部とを具えている。また、固定子には、車軸中心を 中心とする円周上に、車軸中心に向力う磁界を形成する N極と S極とが交互に配列さ れている。回転子は、前記固定子に対応する車軸軸方向位置で車軸回転部に一端 を固定され前記固定子の半径方向内側近傍に他端を有する高透磁率磁性材料より なる複数の回転ヨークと、それぞれの回転ヨークを磁気的に連結する連結ヨークと、こ れらの回転ヨークの回りを車軸半径方向に沿って螺旋状に巻かれ車軸の回転に伴つ て起電力を発生するそれぞれの回転コイルとを具えて!/ヽる。
[0005] また、タイヤ内にピエゾ圧電素子を設けて発電する発電装置も開発されている (WO 03/095244号公報、 WO03/095245号公報）。これらの装置は、ファイバー状に形成し たピエゾ圧電素子を有する構造体をタイヤ内に埋込み、タイヤの変形によってピエゾ 圧電素子が変形することによりピエゾ圧電素子力 電力を出力させるようにした装置 である。
特許文献 1：特開 2004— 23904号公報
特許文献 2 :WO 03Z095244号公報
特許文献 3 :WO 03Z095245号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、上記前者の従来例 (特許文献 1)の装置は車軸自体を特殊なものとし なければならないためコストが高くなると共に既存の車両に用いることが困難であり、 一般的に普及させるには改善が必要である。
[0007] また、後者の従来例 (特許文献 2、 3)の装置は、上記の構造体をタイヤ内に埋め込 まなくてはならないため、タイヤの性能や信頼性を維持することが非常に難しい。
[0008] 本発明の目的は上記の問題点に鑑み、タイヤを含む車輪等の回転系において回 転系の性能や信頼性を損ねることなく簡単に発電可能な発電装置及びこれを備えた タイヤを提供することである。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は前記目的を達成するために、重力方向と異なる方向に所定の回転軸を有 し、該回転軸を中心として所定の周期で回転する回転体に設けられ、前記回転軸を 中心として回転しながら発電する発電装置であって、基板に固定された可撓性を有 する梁と、前記梁に支えられ、前記回転に伴って前記梁が橈むことにより前記回転の 周期に同期して位置が変動する重りと、前記重りの位置が変動することにより前記回 転の周期に同期した交流電力を発生する交流発生手段とを備えてなる発電機を有 する発電装置を構成して!/ヽる。
[0010] 本発明によれば、前記回転体に設けられた発電装置では、回転体の回転に伴って 前記重りにかかる重力の方向が変化して梁が橈み、この橈む梁及び重りは前記回転 の周期に同期して位置が変動し、交流発生手段から前記回転の周期に同期した交 流電力が発生される。すなわち、重力方向と異なる方向の回転軸を中心として発電 装置が回転するので、前記重りには回転に伴う遠心力と重力との合力が加わり、該 合力の変動及び前記回転に伴って前記重りの位置は前記回転の周期に同期して変 動する。この重りの位置変動によって前記回転の周期に同期した交流電力が交流発 生手段から発生する。
[0011] また、前記交流発生手段は、永久磁石とコイルを用いて構成されたり、或いはピエ ゾ圧電素子を用いて構成される。
発明の効果
[0012] 本発明の発電装置によれば、回転体に設けるだけで、回転に伴って重りの位置が 変動することにより回転の周期に同期した交流電力を発生することができるので、例 えば、従来例のセンサモジュールへも容易に電力供給を行うことができる。
図面の簡単な説明
[0013] [図 1]本発明の第 1実施形態における発電装置を示す外観斜視図である。
[図 2]本発明の第 1実施形態における発電装置の電気系回路図である。
[図 3]本発明の第 1実施形態における発電機を示す外観斜視図である。
[図 4]図 3における A— A線矢視方向断面図である。
[図 5]本発明の第 1実施形態における発電装置の回転体への装着例を説明する図で ある。
[図 6]本発明の第 1実施形態における発電機に力かる力を説明する図である。
[図 7]本発明の第 1実施形態における発電機に力かる力を説明する図である。
[図 8]本発明の第 1実施形態における発電機に力かる力を説明する図である。
[図 9]本発明の第 1実施形態における発電装置の起電力を説明する図である。
[図 10]本発明の第 1実施形態における発電機の他の構成例を説明する断面図であ る。
[図 11]本発明の第 2実施形態における発電装置を示す外観斜視図である。
[図 12]本発明の第 2実施形態における発電モジュールを示す外観斜視図である。
[図 13]本発明の第 2実施形態における発電装置の電気系回路図である。
[図 14]本発明の第 3実施形態における発電装置を示す外観斜視図である。
[図 15]本発明の第 3実施形態における発電モジュールを示す外観斜視図である。
[図 16]本発明の第 3実施形態における発電装置の電気系回路図である。
[図 17]本発明の第 4実施形態における発電装置を示す外観斜視図である。 [図 18]本発明の第 4実施形態における発電装置の電気系回路図である。
[図 19]本発明の第 4実施形態における発電機を示す外観斜視図である。
[図 20]図 19における B— B線矢視方向断面図である。
符号の説明
[0014] 10,30,50· ··発電装置、 11, 31· ··基板、 12A, 12B, 32A, 32Β· ··ランド、 13, 33 …配線用導体パターン、 14A, 14B, 34A, 34Β· ··端子電極、 15· ··ノヽンダ、 20· ··タ ィャ、 21· ··タイヤ本体、 22· ··リム、 23· ··回転軸、 ΙΟΟ,ΙΟΟΑ…発電機、 101, 102· ··外 部端子電極、 110· ··シリコン基板、 111…梁、 112…矩形状部、 113…重り、 121· ··コィ ル、 122, 123…配線パターン、 131…磁性体層、 200…整流器、 201〜204· ··ダイオード 、 211,212…入力端子、 213,214…出力端子、 300…蓄電器、 400(400A,400B,400C,4 00D)…発電モジュール、 500…整流器、 501〜504· ··ダイオード、 511,512…入力端子 、 513,514…出力端子、 600…蓄電器、 700…発電モジュール、 800…発電機、 801,80 2…外部端子電極、 810…シリコン基板、 811…梁、 812…矩形状部、 813…重り、 821 …ピエゾ圧電素子、 822,823…配線パターン。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 図 1乃至図 4は本発明の第 1実施形態を示すもので、図 1は本発明の第 1実施形態 における発電装置を示す外観斜視図、図 2は本発明の第 1実施形態における発電 装置の電気系回路図、図 3は本発明の第 1実施形態における発電機を示す外観斜 視図、図 4は図 3における Α— Α線矢視方向断面図である。
[0016] 図において、 10は発電装置で、絶縁性の基板 11と、基板 11上に配置された発電 機 100、整流器 200、蓄電器 300とを備えている。
[0017] 基板 11は矩形の板状をなし、基板 11の上面には導電体力 なる部品装着用ランド
12A, 12Bと配線用導体パター 13及び端子電極 14A, 14Bが形成されて 、る。
[0018] また、ランド 12A,12Bには発電機 100の外部端子電極 101, 102がハンダ 15によって 導電接続され、これにより発電機 100が基板 11上に固定されている。さらに、基板 11 上には整流器 200と蓄電器 300が、配線用導体パターン 13に接続された図示せぬラ ンドにハンダ付けによって固定されている。
[0019] また、発電機 100と整流器 200及び蓄電器 300は配線用導体パターンによって図 2に 示すように接続されている。すなわち、発電機 100に備わるコイル 121の一端は外部 端子電極 101を介して整流器 200の一方の入力端子 211に接続されている。また、コィ ル 121の他端は外部端子電極 102を介して整流器 200の他方の入力端子 212に接続 されている。
[0020] 整流器 200は 4つのダイオード 201〜204から構成された周知の全波整流回路をな すものである。整流器 200の一方の入力端子 211にはダイオード 201のアノードとダイ オード 203の力ソードが接続され、他方の入力端子 212にはダイオード 202の力ソード とダイオード 204のアノードが接続されている。また、一方の出力端子 213にはダイォ ード 201の力ソードとダイオード 204の力ソードが接続されている。他方の出力端子 214 にはダイオード 202のアノードとダイオード 203のアノードが接続されている。
[0021] 整流器 200の一方の出力端子 213は、一般的にスーパーキャパシタと称されている 大容量コンデンサ力もなる蓄電器 300の正極端子と端子電極 14Aに接続され手いる。 整流器 200の他方の出力端子 214は、蓄電器 300の負極端子と端子電極 14Bに接続 されている。これにより、コイル 121に交流電力が発生するとその交流電圧 VIは整流 器 200によって全波整流された電圧 V2に変換された後に蓄電器 300に蓄電されるこ とにより平滑され、直流電圧 V3として端子電極 14A,14Bから出力されることになる。
[0022] 一方、図 3及び図 4に示すように、発電機 100は、シリコン基板 (シリコンウェハ） 110を 主体として構成されている。シリコン基板 110の中央部には底部が開放されたキヤビ ティ（空洞） 114が形成されている。キヤビティ 114の上部すなわち一方の開口面には シリコン基板 110に固定された十字形状をなす薄膜の梁 111が設けられている。
[0023] さらに、梁 111の交差部分には所定面積の矩形状部 112が形成され、この矩形状部 112の上面にコイル 121が設けられている。このコイル 121の一端は 1つの梁 111の上 面に設けられた配線パターン 122を介して基板 110の 1つの側面に形成された外部端 子電極 101に接続されている。また、コイル 121の他端は他の梁 111の上面に設けられ た配線パターン 123を介して基板 110の他の側面に形成された外部端子電極 102〖こ 接続されている。
[0024] また、梁 111の交差部分における矩形状部 112の下部には、この矩形状部 112に固 定された重り 113が設けられて 、る。 [0025] さらに、キヤビティ 114の内周面には磁ィ匕されて永久磁石となった磁性体層 131が設 けられている。この磁性体層 131は蒸着やスパッタリングなどの周知の方法を用いて 形成され、図において上下方向に分極するように磁ィ匕されている。ここでは、磁性体 層 131の上部が N極、下部が S極となるように磁ィ匕されて 、る。
[0026] 上記構成よりなる発電装置 10は回転体に装着されて発電を行うのに好適なもので ある。例えば、図 5に示すように車両のタイヤ 20に装着して発電する場合を一例とし て説明する。図 5の構成においては、発電装置 10はタイヤ 20においてタイヤ本体 21 を固定するリム 22の周面に固定されている。これにより、タイヤ 20が回転軸 23を中心 として回転すると、図 6に示すように発電機 100の重り 113にかかる力がタイヤ 20の回 転数が増加するに従って増大し、梁 111が橈んで重り 113及びコイル 121の位置が変 位する。さらに、タイヤ 20の回転に同期して重り 113が上下方向に振動してコイル 121 に交差する磁束密度が変化し、コイル 121に交流起電力が生じる。
[0027] 即ち、図 5においてリム 22の最上部に発電装置 10が位置するときは、図 7に示すよ うに、タイヤ 20の回転に伴う遠心力と重力との合力 Pl (=遠心力—重力）が重り 113 に加わり、梁 111が橈んでコイル 121が距離 dlだけ変位する。また、図 5においてリム 22の最下部に発電装置 10が位置するときは、図 8に示すように、タイヤ 20の回転に 伴う遠心力と重力との合力 P2 (=遠心力 +重力）が重り 113に加わり、梁 111が橈んで コイル 121が距離 d2 ( >dl)だけ変位する。従って、図 2において説明したように図 9 に示すような電圧 VI, V2, V3が発生して発電が行われる。
[0028] また、上記構成のように、梁 111をキヤビティ 114の開口部に配置し、コイル 121をキヤ ビティ 114の開口部の中央に位置するように設けているので、梁 111の橈みに応じてコ ィル 121に交差する磁束密度の変化量を大きくすることができ、コイルに誘起する起 電力を大きくできる。
[0029] 本実施开態では、周知の MEMS (Micro Electro Mechanical System)技術を用い て上記発電機 100の形状を 2mm X 2mm X O. 5mmの大きさに形成したとき、その出 力電圧として約 10mVの電圧を得ることができた。
[0030] 尚、上記蓄電器 300に代えて平滑用のコンデンサと 2次電池を用いてもよい。また、 整流器 200に代えて周知の倍電圧整流回路を用いて所望の電圧に昇圧して力 蓄 電するようにしてちょい。
[0031] また、 2個以上の発電機 100を設けて各発電機 100のコイル 121を並列接続して電流 容量を増やしたり、或いは各発電機 100のコイル 121を直列接続して出力電圧を高く することも可會である。
[0032] また、図 10に示すように、発電機 100の形状を、キヤビティ 114の底部を塞いだ形状 としてちよい。
[0033] さらにまた、コイル 121と磁性体層 131からなる永久磁石の位置関係を反転した構成 としてもよい。すなわち、コイル 121をキヤビティ 114内に形成し、矩形状部 112又は重り 113に永久磁石を設けた発電装置 100を構成しても同様の発電を行えることは当業者 であれば容易に理解できることであり、その詳細を言うまでもな 、ことである。
[0034] 次に、本発明の第 2実施形態を説明する。
[0035] 図 11乃至図 13は本発明の第 2実施形態を示すもので、図 11は本発明の第 2実施 形態における発電装置を示す外観斜視図、図 12は本発明の第 2実施形態における 発電モジュールを示す外観斜視図、図 13は本発明の第 2実施形態における発電装 置の電気系回路図である。
[0036] 図において、 30は発電装置で、絶縁性の基板 31と、基板 31上に配置された複数 の発電モジュール 400(400A,400B,400C,400D)、整流器 500、蓄電器 600とを備えてい る。
[0037] 基板 31は矩形の板状をなし、基板 31の上面には導電体力 なる複数の部品装着 用ランド 32と配線用導体パター 33及び端子電極 34A,34Bが形成されている。
[0038] また、ランド 32には発電モジュール 400(400A,400B,400C,400D)の外部端子電極 40 1,402がハンダ付けによって導電接続され、これにより各発電モジュール 400(400A,40 0B,400C,400D)が基板 31上に固定されている。また、各発電モジュール 400(400A,40 0B,400C,400D)は配線用導体パターン 33によって直列接続されている。
[0039] さらに、基板 31上には整流器 500と蓄電器 600が、配線用導体パターン 33に接続さ れた図示せぬランドにハンダ付けによって固定されている。
[0040] 発電モジュール 400(400A,400B,400C,400D)は、図 12に示すように、直方体のシリ コン基板 (シリコンウェハ) 410を主体として構成され、シリコン基板 410の長手方向に 複数の発電機 100Aが 1列に並べて形成されている。各発電機 100Aの構成は前述し た第 1実施形態の発電機 100と同様であり、隣り合う発電機 100Aのコイル 121同士が ダイオード 403を介して直列接続されると共に両端のコイル 121と外部端子電極 401,4 02とがダイオード 403を介して接続されて!、る。これらのダイオード 403はシリコン基板 410上に半導体技術を用いて直接形成されている。本実施形態では 1つの発電モジ ユール 400には 50個の発電機 100Aが設けられ、これらの発電機 100Aのコイル 121が ダイオード 403を介して直列接続されて 、る。
[0041] また、直列接続された発電モジュール 400(400A,400B,400C,400D)と整流器 500及 び蓄電器 600は配線用導体パターンによって図 11及び図 13に示すように接続され ている。すなわち、直列接続された発電モジュール 400(400A,400B,400C,400D)の一 端は外部端子電極を介して整流器 500の一方の入力端子 511に接続され、他端は外 部端子電極を介して整流器 500の他方の入力端子 512に接続されている。
[0042] 整流器 500は 4つのダイオード 501〜504から構成された周知の全波整流回路をな すものである。整流器 500の一方の入力端子 511にはダイオード 501のアノードとダイ オード 503の力ソードが接続されている。整流器 500の他方の入力端子 512にはダイォ ード 502の力ソードとダイオード 504のアノードが接続されている。また、一方の出力端 子 513にはダイオード 501の力ソードとダイオード 504の力ソードが接続され、他方の出 力端子 514にはダイオード 502のアノードとダイオード 503のアノードが接続されている
[0043] 整流器 500の一方の出力端子 513は一般的にスーパーキャパシタと称されている大 容量コンデンサ力 なる蓄電器 600の正極端子と端子電極 34Aに接続され、他方の 出力端子 514は蓄電器 600の負極端子と端子電極 34Bに接続されている。これにより 、各発電機 100Aのコイル 121に交流電力が発生するとその交流電圧は整流器 500に よって全波整流された電圧に変換された後に蓄電器 600に蓄電されることにより平滑 され、直流電圧として端子電極 34A,34Bから出力されることになる。
[0044] また、本実施形態では 200個の発電機 100Aが直列接続されているので、第 1実施 形態と同様に 1個の発電機 100Aの出力電圧を 10mVとすると、全体で 2Vの出力電 圧を得ることができる。 [0045] このように複数の発電機 100Aを形成した発電モジュール 400を用いることにより、容 易に所望の値の出力電圧を得ることができる。また、 2個以上の発電モジュール 400 を組み合わせて発電装置 30を構成する場合、何れかの発電モジュール 400に故障 が生じたときは、その故障した発電モジュール 400のみを交換すればよいので、製造 歩留まりや製造コスト等にぉ ヽても好ま 、効果を得ることができる。
[0046] 尚、電流容量を必要とするときは、発電モジュール 400を 2個以上並列接続し、この 並列接続した発電モジュール 400をさらに直列接続してもよい。また、複数の発電機 1 00Aを並列接続した発電モジュールを構成しても良い。さらには、複数の発電機 100A を並列接続および直列接続の双方を用いて接続した発電モジュールを構成しても良 い。
[0047] また、本実施形態では発電機 100A同士をダイオードを用いて接続したが、ダイォー ド以外の整流素子を用 、て接続しても良 、。
[0048] 次に、本発明の第 3実施形態を説明する。
[0049] 図 14乃至図 16は本発明の第 3実施形態を示すもので、図 14は本発明の第 3実施 形態における発電装置を示す外観斜視図、図 15は本発明の第 3実施形態における 発電モジュールを示す外観斜視図、図 16は本発明の第 3実施形態における発電装 置の電気系回路図である。
[0050] 図において、前述した第 1及び第 2実施形態と同一構成部分は同一符号をもって 表しその説明を省略する。 40は発電装置で、絶縁性の基板 31と、基板 31上に配置 された発電モジュール 700、整流器 500、蓄電器 600とを備えている。
[0051] 基板 31は矩形の板状をなし、基板 31の上面には導電体力 なる複数の部品装着 用ランド 32と配線用導体パター 33及び端子電極 34A,34Bが形成されている。
[0052] また、ランド 32には発電モジュール 700の外部端子電極 701, 702がハンダ付けによ つて導電接続され、これにより発電モジュール 700が基板 31上に固定されている。
[0053] さらに、基板 31上には整流器 500と蓄電器 600が、配線用導体パターン 33に接続さ れた図示せぬランドにハンダ付けによって固定されている。
[0054] 発電モジュール 700は、図 15に示すように、直方体のシリコン基板（シリコンウェハ） 710を主体として構成されて!、る。このシリコン基板 710上に 200個の発電機 100Aが 4 列 50行に並べて形成されている。各発電機 100Aの構成は前述した第 1実施形態の 発電機 100と同様であり、各列においては隣り合う発電機 100Aのコイル 121同士がダ ィオード 703を介して直列接続されると共に各列のコイル 121が直列接続されている。 さらに、このように直列接続された両端のコイル 121と外部端子電極 401,402とがダイ オード 703を介して接続されている。これらのダイオード 703はシリコン基板 710上に半 導体技術を用いて直接形成されて ヽる。
[0055] また、発電モジュール 700と整流器 500及び蓄電器 600は配線用導体パターンによ つて図 14及び図 16に示すように接続されている。すなわち、発電モジュール 700の 一方の外部端子電極 701は整流器 500の一方の入力端子 511に接続され、他方の外 部端子電極 702は整流器 500の他方の入力端子 512に接続されている。
[0056] 整流器 500は 4つのダイオード 501〜504から構成された周知の全波整流回路をな すものである。整流器 500の一方の入力端子 511にはダイオード 501のアノードとダイ オード 503の力ソードが接続され、他方の入力端子 512にはダイオード 502の力ソード とダイオード 504のアノードが接続されている。また、整流器 500の一方の出力端子 51 3にはダイオード 501の力ソードとダイオード 504の力ソードが接続され、他方の出力端 子 514にはダイオード 502のアノードとダイオード 503のアノードが接続されている。
[0057] 整流器 500の一方の出力端子 513は一般的にスーパーキャパシタと称されている大 容量コンデンサ力 なる蓄電器 600の正極端子と端子電極 34Aに接続され、他方の 出力端子 514は蓄電器 600の負極端子と端子電極 34Bに接続されている。これにより 、各発電機 100Aのコイル 121に交流電力が発生するとその交流電圧は整流器 500に よって全波整流された電圧に変換された後に蓄電器 600に蓄電されることにより平滑 され、直流電圧として端子電極 34A,34Bから出力されることになる。
[0058] また、本実施形態では 200個の発電機 100Aが直列接続されているので、第 1実施 形態と同様に 1個の発電機 100Aの出力電圧を 10mVとすると、全体で 2Vの出力電 圧を得ることができる。
[0059] 上記のように所望の出力電力を得られる 1つの発電モジュール 700を構成すること により、第 2実施形態に比べて、発電装置 40の製造工程の簡略ィ匕を図ることができ、 製造コストを低減することができる。 [0060] 次に、本発明の第 4実施形態を説明する。
[0061] 図 17乃至図 20は本発明の第 4実施形態を示すもので、図 17は本発明の第 4実施 形態における発電装置を示す外観斜視図、図 18は本発明の第 4実施形態における 発電装置の電気系回路図、図 19は本発明の第 4実施形態における発電機を示す外 観斜視図、図 20は図 19における B— B線矢視方向断面図である。
[0062] 図において、 50は発電装置で、絶縁性の基板 11と、基板 11上に配置された発電 機 800、整流器 200、蓄電器 300とを備えている。
[0063] 基板 11は矩形の板状をなし、基板 11の上面には導電体力 なる部品装着用ランド 12A, 12Bと配線用導体パター 13及び端子電極 14A, 14Bが形成されて 、る。
[0064] また、ランド 12A,12Bには発電機 800の外部端子電極 801,802がハンダ 15によって 導電接続され、これにより発電機 800が基板 11上に固定されている。さらに、基板 11 上には整流器 200と蓄電器 300が、配線用導体パターン 13に接続された図示せぬラ ンドにハンダ付けによって固定されている。
[0065] また、発電機 800と整流器 200及び蓄電器 300は配線用導体パターン 13によって図 18に示すように接続されている。すなわち、発電機 800に備わるピエゾ圧電素子 821 の一端は外部端子電極 801を介して整流器 200の一方の入力端子 211に接続され、 ピエゾ圧電素子 821の他端は外部端子電極 802を介して整流器 200の他方の入力端 子 212に接続されている。
[0066] 整流器 200は 4つのダイオード 201〜204から構成された周知の全波整流回路をな すもので、一方の入力端子 211にはダイオード 201のアノードとダイオード 203のカソー ドが接続され、他方の入力端子 212にはダイオード 202の力ソードとダイオード 204のァ ノードが接続されている。また、一方の出力端子 213にはダイオード 201の力ソードとダ ィオード 204の力ソードが接続され、他方の出力端子 214にはダイオード 202のァノー ドとダイオード 203のアノードが接続されて ヽる。
[0067] 整流器 200の一方の出力端子 213は一般的にスーパーキャパシタと称されている大 容量コンデンサ力 なる蓄電器 300の正極端子と端子電極 14Aに接続され、他方の 出力端子 214は蓄電器 300の負極端子と端子電極 14Bに接続されている。これにより 、ピエゾ圧電素子 821に交流電力が発生するとその交流電圧 VIは整流器 200によつ て全波整流された電圧 V2に変換された後に蓄電器 300に蓄電されることにより平滑 され、直流電圧 V3として端子電極 14A,14Bから出力されることになる。
[0068] 一方、図 19及び図 20に示すように、発電機 800は、シリコン基板（シリコンウエノ、） 81 0を主体として構成されている。シリコン基板 810の中央部には底部が開放されたキヤ ビティ 814が形成され、キヤビティ 814の上部すなわち一方の開口面にはシリコン基板 810に固定された十字形状をなす薄膜の梁 811が設けられている。
[0069] さらに、梁 811の交差部分には所定面積の矩形状部 812が形成され、この矩形状部 812を中心として直線状をなす 1対の梁の上面に直方体形状のピエゾ圧電素子 821 が設けられている。このピエゾ圧電素子 821の一端は 1つの梁 811の上面に設けられ た配線パターン 822を介して基板 810の 1つの側面に形成された外部端子電極 801〖こ 接続されている。また、ピエゾ圧電素子 821の他端は他の梁 811の上面に設けられた 配線パターン 823を介して基板 810の他の側面に形成された外部端子電極 802に接 続されている。
[0070] また、梁 811の交差部分における矩形状部 812の下部には、この矩形状部 812に固 定された重り 813が設けられて 、る。
[0071] 上記構成よりなる発電装置 50は回転体に装着されて発電を行うのに好適なもので ある。例えば、図 5に示したと同様に車両のタイヤ 20に装着して発電する場合は、発 電装置 50はタイヤ 20においてタイヤ本体 21を固定するリム 22の周面に固定される。 これにより、タイヤ 20が回転軸 23を中心として回転すると、この回転に伴って発電機
800の重り 813にかかる力が変化し、梁 811が橈んで振動してピエゾ圧電素子 821に歪 みが発生し、ピエゾ圧電素子 821に交流起電力が生じる。
[0072] 本実施开態では、周知の MEMS (Micro Electro Mechanical System)技術を用い て上記発電機 800の形状を 2mm X 2mm X 0. 5mmの大きさに形成したとき、その出 力電圧として約 10mVの電圧を得ることができた。
[0073] 尚、上記蓄電器 300に代えて平滑用のコンデンサと 2次電池を用いてもよい。また、 整流器 200に代えて周知の倍電圧整流回路を用いて所望の電圧に昇圧して力 蓄 電するようにしてちょい。
[0074] また、 2個以上の発電機 800を設けて各発電機 800のピエゾ圧電素子 821を並列接 続して電流容量を増やしたり、或!、は各発電機 800のピエゾ圧電素子 821を直列接続 して出力電圧を高くすることも可能である。
[0075] また、発電機 800の形状をキヤビティ 814の底部を塞 、だ形状としてもょ 、。
[0076] また、上記第 2乃至第 3実施形態と同様に複数の発電機 800を集積して複数の発電 機 800をダイオードによって接続したモジュールを形成し、このモジュールを使った発 電装置を構成することも可能である。
産業上の利用可能性
[0077] 本発明の発電装置を回転体に設けるだけで、回転に伴って重りの位置が変動する ことにより回転の周期に同期した交流電力を発生することができるので、例えば回転 体に設けたセンサモジュール等へも容易に電力供給を行うことができる。

Claims

請求の範囲
[1] 重力方向と異なる方向に所定の回転軸を有し、該回転軸を中心として所定の周期 で回転する回転体に設けられ、前記回転軸を中心として回転しながら発電する発電 装置であって、
基板に固定された可撓性を有する梁と、
前記梁に支えられ、前記回転に伴って前記梁が橈むことにより前記回転の周期に 同期して位置が変動する重りと、
前記重りの位置が変動することにより前記回転の周期に同期した交流電力を発生 する交流発生手段とを備えてなる発電機を有する
ことを特徴とする発電装置。
[2] 前記梁は前記基板に形成されたキヤビティの開口部に配置されて！ヽると共に、 前記重りは前記キヤビティの開口部の中央に位置するように前記梁に支えられてお り、
前記交流発生手段は、
前記基板上に形成されたキヤビティ内に設けられた永久磁石と、
少なくとも前記重り或いは前記梁の何れか一方に形成されたコイルとを含む ことを特徴とする請求項 1に記載の発電装置。
[3] 前記梁は前記基板に形成されたキヤビティの開口部に配置されて！ヽると共に、 前記重りは前記キヤビティの開口部の中央に位置するように前記梁に支えられて 、 る永久磁石を含み、
前記交流発生手段は、
前記永久磁石と、
前記キヤビティ内の所定位置に形成されたコイルとを含む
ことを特徴とする請求項 1に記載の発電装置。
[4] 前記コイルの端に入力側が接続された整流回路を備えて 、る
ことを特徴とする請求項 2又は請求項 3に記載の発電装置。
[5] 前記整流回路の出力側に接続された蓄電手段を有する
ことを特徴とする請求項 4に記載の発電装置。
[6] 前記交流発生手段は、前記梁に設けられ且つ電力出力端子を有するピエゾ圧電 素子を含む
ことを特徴とする請求項 1に記載の発電装置。
[7] 前記電力出力端子に入力側が接続された整流回路を備えて!/、る
ことを特徴とする請求項 6に記載の発電装置。
[8] 前記整流回路の出力側に接続された蓄電手段を有する
ことを特徴とする請求項 7に記載の発電装置。
[9] 前記発電機を複数個備えると共に、これら複数の発電機の出力側が互いに直列接 続或いは並列接続の何れかによつて接続されて!、る
ことを特徴とする請求項 1乃至請求項 3の何れかに記載の発電装置。
[10] 前記発電機を複数個備えると共に、これら複数の発電機における各コイルが互い に整流素子を介して直列接続或 ヽは並列接続の何れかによつて接続されて ヽる ことを特徴とする請求項 2又は請求項 3に記載の発電装置。
[11] 前記発電機はシリコンウェハ基板に形成されている
ことを特徴とする請求項 1に記載の発電装置。
[12] 上記請求項 1乃至請求項 11の何れかに記載の発電装置を備えている
ことを特徴とするタイヤ。
PCT/JP2005/014650 2004-08-11 2005-08-10 発電装置及びこれを備えたタイヤ WO2006016604A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/660,082 US7423350B2 (en) 2004-08-11 2005-08-10 Power generating device and tire provided therewith
EP05770535A EP1796251A4 (en) 2004-08-11 2005-08-10 DEVICE FOR GENERATING ELECTRIC CURRENT AND TIRE EQUIPPED WITH SAME

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004-234148 2004-08-11
JP2004234148A JP4596240B2 (ja) 2004-08-11 2004-08-11 発電装置及びこれを備えたタイヤ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006016604A1 true WO2006016604A1 (ja) 2006-02-16

Family

ID=35839373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2005/014650 WO2006016604A1 (ja) 2004-08-11 2005-08-10 発電装置及びこれを備えたタイヤ

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7423350B2 (ja)
EP (1) EP1796251A4 (ja)
JP (1) JP4596240B2 (ja)
WO (1) WO2006016604A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012119400A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Japan Science & Technology Agency ハイブリッド発電素子
CN103003568A (zh) * 2010-05-13 2013-03-27 罗马第三大学 用于从车辆的经过回收能量的压电机械装置

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101023712B1 (ko) * 2003-12-29 2011-03-25 피렐리 타이어 소시에떼 퍼 아찌오니 차량 타이어 내에서 전기 에너지를 생산하는 방법 및시스템
EP1867036A4 (en) * 2005-03-24 2009-07-22 Univ Yale ENERGY COLLECTION BASED ON PIEZO-ELECTRICITY AND NON-LINEAR DEVIATIONS
EP1841053B1 (en) * 2006-03-28 2009-10-14 Infineon Technologies SensoNor AS Energy scavenger
DE102008012659B4 (de) 2007-04-16 2019-02-21 Continental Teves Ag & Co. Ohg Reifenmodul mit piezoelektrischem Wandler
DE102007041920A1 (de) * 2007-09-04 2009-03-05 Siemens Ag Piezoelektrischer Mikroenergiewandler zur Energiegewinnung in Reifen, insbesondere Autoreifen
WO2009100022A2 (en) * 2008-02-01 2009-08-13 University Of Florida Research Foundation, Inc. A method and apparatus for motional/vibrational energy harvesting via electromagnetic induction
GB2459685A (en) * 2008-04-30 2009-11-04 Silicon Sensing Systems Ltd Energy or power generation from centrifugal force
JP5611565B2 (ja) * 2009-10-27 2014-10-22 スタンレー電気株式会社 圧電振動発電機及びこれを用いた発電装置
US7986076B2 (en) * 2009-11-02 2011-07-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc, Energy harvesting device
FI123941B (fi) 2010-09-07 2013-12-31 Murata Electronics Oy Energiankerääjärakenne ja -menetelmä
US10072641B2 (en) * 2011-07-18 2018-09-11 Sean Nean Hsu Apparatus for generating energy from a fluid flow induced movement of a surface structure relative to an opening to a cavity in a frame
JP5931472B2 (ja) * 2012-01-30 2016-06-08 株式会社ミツバ 発電装置
MA36246B1 (fr) * 2013-09-13 2015-10-30 Saady Mohamed Es Un appareil qui produit l'energie électrique à partir des agitations ou par l'intermédiaire des récepteurs.
US11811264B1 (en) 2014-09-30 2023-11-07 Raeentek Llc Electric device
US20160094157A1 (en) * 2014-09-30 2016-03-31 Bahram Raeen Electric Generator
US20170237305A1 (en) * 2014-09-30 2017-08-17 Bahram Raeen Electric generator
TW201621162A (zh) * 2014-12-09 2016-06-16 ren-li Liao 車用輪壓式發電裝置
CN105429420A (zh) * 2015-12-25 2016-03-23 珠海格力电器股份有限公司 一种电饭煲
JP6451041B1 (ja) * 2017-05-30 2019-01-16 株式会社トライフォース・マネジメント 重錘体素子、及び、重錘体付き振動発電素子の製造方法
US20190234227A1 (en) * 2018-01-29 2019-08-01 Siemens Energy, Inc. Powering generator instrumentation via magnetic induction
US11571936B1 (en) 2019-05-13 2023-02-07 Unicus Innovations Llc Self contained tire inflator
US11001109B1 (en) 2019-05-13 2021-05-11 Unicus Innovations Llc Tire stem having breather

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63305744A (ja) * 1987-06-03 1988-12-13 Techno Japan Kk 回転体用発電装置
JP2000032732A (ja) * 1998-07-14 2000-01-28 Fuji Electric Co Ltd 振動型発電装置および自己発電型装置
JP2001086723A (ja) * 1999-09-14 2001-03-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 振動吸収型発電装置
WO2003095245A1 (en) 2002-05-10 2003-11-20 Societe De Technologie Michelin System for generating electric power from a rotating tire's mechanical energy using reinforced piezoelectric materials
JP2004007864A (ja) * 2002-05-30 2004-01-08 Daiwa House Ind Co Ltd 重力利用発電機構
JP2004023904A (ja) 2002-06-17 2004-01-22 Bridgestone Corp タイヤ電源供給装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3786413A (en) * 1972-01-13 1974-01-15 Sperry Rand Corp Vehicle tire condition monitor system
US4504761A (en) * 1981-12-28 1985-03-12 Triplett Charles G Vehicular mounted piezoelectric generator
US5707215A (en) * 1994-11-14 1998-01-13 Hughes Aircraft Company Tuned resonant oscillating mass inflation pump and method of extracting electrical energy therefrom
US7549327B2 (en) * 2001-02-16 2009-06-23 Automotive Technologies International, Inc. Tire-mounted energy generator and monitor
JPH1132471A (ja) * 1997-07-10 1999-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置と発電装置とこれを備えた電子機器
WO2000002741A1 (en) * 1998-07-10 2000-01-20 The Goodyear Tire & Rubber Company Self-powered tire revolution counter
US7081693B2 (en) * 2002-03-07 2006-07-25 Microstrain, Inc. Energy harvesting for wireless sensor operation and data transmission
US7256505B2 (en) * 2003-03-05 2007-08-14 Microstrain, Inc. Shaft mounted energy harvesting for wireless sensor operation and data transmission
US7285868B2 (en) * 2002-07-25 2007-10-23 Kitchener Clark Wilson Apparatus and method for energy generation within a tire
AU2003263841A1 (en) * 2002-08-01 2004-02-23 Georgia Tech Research Corporation Piezo electric on seminconductor on- insulator resonator
DE10259056A1 (de) * 2002-12-17 2004-09-02 Enocean Gmbh Verfahren der Energieerzeugung für rotierende Teile und damit betriebener Funksensor
DE10301192A1 (de) * 2003-01-15 2004-07-29 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Stromversorgung eines Reifendrucksensors
US7132939B2 (en) * 2004-07-07 2006-11-07 Michelin Recherche Et Technique S.A. Integrated self-powered tire revolution counter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63305744A (ja) * 1987-06-03 1988-12-13 Techno Japan Kk 回転体用発電装置
JP2000032732A (ja) * 1998-07-14 2000-01-28 Fuji Electric Co Ltd 振動型発電装置および自己発電型装置
JP2001086723A (ja) * 1999-09-14 2001-03-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 振動吸収型発電装置
WO2003095245A1 (en) 2002-05-10 2003-11-20 Societe De Technologie Michelin System for generating electric power from a rotating tire's mechanical energy using reinforced piezoelectric materials
WO2003095244A1 (en) 2002-05-10 2003-11-20 Societe De Technologie Michelin System for generating electric power from a rotating tire's mechanical energy using reinforced piezoelectric materials
JP2004007864A (ja) * 2002-05-30 2004-01-08 Daiwa House Ind Co Ltd 重力利用発電機構
JP2004023904A (ja) 2002-06-17 2004-01-22 Bridgestone Corp タイヤ電源供給装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1796251A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103003568A (zh) * 2010-05-13 2013-03-27 罗马第三大学 用于从车辆的经过回收能量的压电机械装置
JP2012119400A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Japan Science & Technology Agency ハイブリッド発電素子

Also Published As

Publication number Publication date
EP1796251A1 (en) 2007-06-13
US20070205691A1 (en) 2007-09-06
US7423350B2 (en) 2008-09-09
JP4596240B2 (ja) 2010-12-08
JP2006054956A (ja) 2006-02-23
EP1796251A4 (en) 2012-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2006016604A1 (ja) 発電装置及びこれを備えたタイヤ
US8674582B2 (en) Vibration power generator, vibration power generating device and communication device having vibration power generating device mounted thereon
KR100755556B1 (ko) 도체 최적화된 축 방향 필드 회전 에너지 장치
US9048717B2 (en) Multipolar electromagnetic generator
CN102292897B (zh) 用于轴向场装置的扇块式定子
CN102835020B (zh) 用于测量电动机的特征的方法与系统
US8456059B2 (en) Electric generator
CN103107739B (zh) 基于mems的动磁铁型电磁-压电复合式宽频俘能器
JP6413914B2 (ja) 発電装置
JP2011097661A (ja) 圧電振動発電機及びこれを用いた発電装置
GB2171854A (en) Direct current machine
JP2010514387A (ja) エネルギーを蓄えるためのシステム及び方法
JP2016540484A (ja) 電磁モータ
CN207251339U (zh) 电机的定子组件、电机和无人机
JP2000278923A (ja) タイヤ装着用発電装置及びタイヤ用センサモジュール
JP2010514388A (ja) 磁性構造体
JP5720038B2 (ja) ハイブリッド発電素子
CN107359718A (zh) 电机的定子组件、电机和无人机
JP2004140989A (ja) 電子回路を組込んだ小型電気機械的エネルギー貯蔵装置
KR20100070846A (ko) 하이브리드 전원 발생 장치 및 제작 방법
JPH1187875A (ja) シート状電子機器の製造方法
TW201414144A (zh) 能量轉換裝置
CN101969097A (zh) 叠层式压电元件及其制造方法
US20190218092A1 (en) Magnetic inertial sensor energy harvesting and scavenging methods, circuits and systems
JP6626768B2 (ja) 回転電機の固定子、及びこれを備えた回転電機

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11660082

Country of ref document: US

Ref document number: 2007205691

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2005770535

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2005770535

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 11660082

Country of ref document: US