JP2015047003A - Vibration power generator - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、振動を利用して誘導起電力を生じさせるように構成された振動発電装置に関するものであり、特に、車両等のタイヤに装着された状態で用いられる振動発電装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration power generator configured to generate an induced electromotive force using vibration, and more particularly to a vibration power generator used in a state of being mounted on a tire of a vehicle or the like.
従来より、人の歩行動作等により自動的に発電し得るように構成された携帯型の振動発電装置が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a portable vibration power generation apparatus configured to be able to automatically generate power by a human walking action or the like is known.
例えば「特許文献1」や「特許文献2」には、固定側ユニットにコイルバネを介して支持された可動側ユニットを、コイルバネの弾性力を利用して振動させることにより、誘導起電力を生じさせるように構成された振動発電装置が記載されている。
For example, in “
一方「特許文献3」には、可動側ユニットが第1のバネを介してフレーム部材(すなわち可動構造体805a)に支持され、さらにこのフレーム部材が第2のバネを介して固定側ユニットに支持された振動発電装置が記載されている。
On the other hand, in “
このような振動発電装置を車両等のタイヤに装着された状態で用いるようにすれば、タイヤの回転を利用して発電することが可能となる。 If such a vibration power generation apparatus is used in a state where it is mounted on a tire such as a vehicle, it is possible to generate electric power using the rotation of the tire.
具体的には、タイヤにおいて振動発電装置が装着されている部分が接地する際に振動発電装置が路面から受ける衝撃力によって、可動側ユニットをコイルバネの弾性力に抗してタイヤの径方向に振動させることにより、誘導起電力を生じさせるようにすることが可能となる。 Specifically, when the portion of the tire where the vibration power generation device is mounted contacts the ground, the movable unit vibrates in the radial direction of the tire against the elastic force of the coil spring by the impact force that the vibration power generation device receives from the road surface. By doing so, it is possible to generate an induced electromotive force.
しかしながら、従来の振動発電装置を単にタイヤに装着しただけでは、次のような問題がある。 However, simply attaching a conventional vibration power generation device to a tire has the following problems.
すなわち、タイヤの回転速度が低いときに発電が行われるようにするために、コイルバネのバネ定数を小さい値に設定してコイルバネを振動しやすくすると、タイヤの回転速度が上昇したときには可動側ユニットに作用する遠心力がコイルバネの弾性力よりも大きくなって可動側ユニットが振動しなくなってしまう。一方、タイヤの回転速度が高いときに発電が行われるようにするために、コイルバネのバネ定数を大きい値に設定すると、タイヤの回転速度が低くなったときにはコイルバネが弾性変形しなくなってしまう。 In other words, in order to generate power when the tire rotation speed is low, if the coil spring is set to a small value to make the coil spring easy to vibrate, when the tire rotation speed increases, The acting centrifugal force is larger than the elastic force of the coil spring, and the movable unit does not vibrate. On the other hand, if the spring constant of the coil spring is set to a large value in order to generate power when the tire rotational speed is high, the coil spring will not be elastically deformed when the tire rotational speed is low.
これに対し、上記「特許文献3」に記載されているような振動発電装置をタイヤに装着すれば、2重に配置された第1および第2のバネにより、2種類の異なる共振周波数で可動側ユニットを振動させることが可能となる。そしてこれにより、タイヤの回転速度が低いときでも高いときでも可動側ユニットを振動させて発電を行うことが可能となる。
On the other hand, if a vibration power generation device as described in the above-mentioned “
しかしながら、このような構成を採用した場合には、次のような問題がある。 However, when such a configuration is adopted, there are the following problems.
すなわち、タイヤに装着される振動発電装置は、その装着スペースが限られているので、できるだけ小型化することが要請される。ところが、上記「特許文献3」に記載された振動発電装置においては、第1および第2のバネがフレーム部材を介してその内外に2重に配置された構成となっているので、そのためのスペースが大きく必要となり、したがって振動発電装置を小型化することが困難である、という問題がある。
In other words, the vibration power generation apparatus mounted on the tire has a limited mounting space, and therefore is required to be as small as possible. However, in the vibration power generation apparatus described in the above-mentioned “
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、タイヤに装着された状態で用いられる振動発電装置において、タイヤの回転速度が低いときでも高いときでも発電を行うことができ、かつタイヤに対して容易に装着することができる振動発電装置を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and in a vibration power generation apparatus used in a state of being mounted on a tire, it can generate power even when the rotation speed of the tire is low or high, And it aims at providing the vibration electric power generating apparatus which can be easily mounted | worn with respect to a tire.
本願発明は、本来の主バネに対して所定の副バネが追加配置された構成とすることにより、上記目的達成を図るようにしたものである。 The present invention is intended to achieve the above object by adopting a configuration in which a predetermined auxiliary spring is additionally arranged with respect to the original main spring.
すなわち、本願発明に係る振動発電装置は、
タイヤに装着された状態で用いられる振動発電装置であって、
固定側ユニットとこの固定側ユニットに主バネを介して支持された可動側ユニットとを備え、上記可動側ユニットが上記主バネの弾性力を利用して上記タイヤの径方向に振動することにより誘導起電力を生じさせるように構成された振動発電装置において、
上記固定側ユニットに、上記可動側ユニットが上記振動の中立位置から径方向外側へ所定量変位したとき該可動側ユニットに当接するとともに該可動側ユニットがさらに径方向外側へ変位したとき圧縮弾性変形する副バネが配置されている、ことを特徴とするものである。
That is, the vibration power generator according to the present invention is
A vibration power generator used in a state of being mounted on a tire,
A stationary side unit and a movable side unit supported by the stationary side unit via a main spring, and the movable side unit is guided by vibrating in a radial direction of the tire using the elastic force of the main spring. In a vibration power generator configured to generate an electromotive force,
When the movable side unit is displaced by a predetermined amount radially outward from the neutral position of the vibration, the fixed side unit abuts on the movable side unit and is compressed and elastically deformed when the movable side unit is further displaced radially outward. A secondary spring is disposed.
上記「主バネ」の種類は特に限定されるものではなく、例えば、コイルバネや板バネ等が採用可能である。 The type of the “main spring” is not particularly limited, and for example, a coil spring or a leaf spring can be used.
上記「副バネ」は、可動側ユニットが振動の中立位置から径方向外側へ所定量を超えて変位したときに圧縮弾性変形するように構成されていれば、その具体的な構成は特に限定されるものではない。 The above-mentioned “sub spring” is not particularly limited as long as the movable side unit is configured to be elastically deformed by compression when the movable unit is displaced from the neutral position to the outside in the radial direction by a predetermined amount. It is not something.
上記「所定量」の具体的な値は特に限定されるものではない。 The specific value of the “predetermined amount” is not particularly limited.
上記構成に示すように、本願発明に係る振動発電装置は、固定側ユニットに主バネを介して支持された可動側ユニットが主バネの弾性力を利用してタイヤの径方向に振動する構成となっているが、その固定側ユニットには、可動側ユニットが振動の中立位置から径方向外側へ所定量変位したとき該可動側ユニットに当接するとともに該可動側ユニットがさらに径方向外側へ変位したとき圧縮弾性変形する副バネが配置されているので、次のような作用効果を得ることができる。 As shown in the above configuration, the vibration power generator according to the present invention has a configuration in which the movable side unit supported by the fixed side unit via the main spring vibrates in the radial direction of the tire using the elastic force of the main spring. However, the fixed side unit is in contact with the movable side unit when the movable side unit is displaced by a predetermined amount radially outward from the neutral position of vibration, and the movable side unit is further displaced radially outward. Since the auxiliary spring which is sometimes compressed elastically deformed is arranged, the following effects can be obtained.
すなわち、本願発明に係る振動発電装置が装着されたタイヤが回転すると、その回転速度が低いときには、可動側ユニットが主バネの弾性力を利用して振動することにより発電が行われ、また、回転速度が上昇して、可動側ユニットが遠心力によって径方向外側へ大きく変位したときには、その遠心力と副バネの弾性力とによって可動側ユニットが振動し、これにより発電が行われることとなる。したがって、タイヤの回転速度が低いときでも高いときでも可動側ユニットの振動により発電を行うことができる。 That is, when the tire equipped with the vibration power generation device according to the present invention rotates, when the rotational speed is low, the movable unit vibrates using the elastic force of the main spring to generate power, and the rotation When the speed increases and the movable side unit is greatly displaced radially outward by the centrifugal force, the movable side unit vibrates by the centrifugal force and the elastic force of the auxiliary spring, thereby generating electric power. Therefore, power generation can be performed by vibration of the movable side unit even when the rotational speed of the tire is low or high.
その際、副バネは、可動側ユニットが振動の中立位置から径方向外側へ所定量変位したとき該可動側ユニットに当接する態様で固定側ユニットに配置されているので、従来の振動発電装置のように第1のバネと第2のバネとがフレーム部材を介してその内外に2重に配置された構成とする必要をなくすことができる。したがって、振動発電装置を容易に小型化することができ、これにより装着スペースが限られたタイヤへの装着も容易に行うことができる。 At that time, the secondary spring is arranged on the fixed side unit in such a manner that it comes into contact with the movable side unit when the movable side unit is displaced by a predetermined amount from the neutral position of the vibration to the radially outer side. In this way, it is possible to eliminate the need for a configuration in which the first spring and the second spring are disposed in duplicate inside and outside the frame member. Therefore, the vibration power generator can be easily reduced in size, and can be easily mounted on a tire having a limited mounting space.
このように本願発明によれば、タイヤに装着された状態で用いられる振動発電装置において、タイヤの回転速度が低いときでも高いときでも発電を行うことができ、かつこれをタイヤに対して容易に装着することができる。 As described above, according to the present invention, in the vibration power generation apparatus used in a state where the tire is mounted, the power generation can be performed even when the rotation speed of the tire is low or high, and this can be easily performed on the tire. Can be installed.
上記構成において、副バネのバネ定数が主バネのバネ定数よりも大きい値に設定された構成とすれば、タイヤの回転速度がより高い高速回転領域においても発電を行うことができる。 In the above configuration, if the spring constant of the auxiliary spring is set to a value larger than the spring constant of the main spring, power can be generated even in a high-speed rotation region where the tire rotation speed is higher.
その際、高速回転領域における発電を効率的に行うためには、副バネのバネ定数を主バネのバネ定数に対して5倍以上の値に設定することが好ましく、一方、副バネの圧縮弾性変形による可動側ユニットの振動を維持するためには、副バネのバネ定数を主バネのバネ定数に対して100倍以下の値に設定することが好ましい。 At that time, in order to efficiently generate power in the high-speed rotation region, it is preferable to set the spring constant of the secondary spring to a value that is five times or more than the spring constant of the main spring. In order to maintain the vibration of the movable unit due to the deformation, it is preferable to set the spring constant of the auxiliary spring to a value not more than 100 times the spring constant of the main spring.
上記構成において、副バネが並列に複数個配置された構成とすれば、個々の副バネのバネ定数を小さくした場合にも、複数個の副バネ全体としてのバネ定数を大きくすることができる。 In the above configuration, when a plurality of auxiliary springs are arranged in parallel, even when the spring constants of the individual auxiliary springs are reduced, the spring constants of the plurality of auxiliary springs as a whole can be increased.
上記構成において、固定側ユニットに導電コイルが配置されるとともに可動側ユニットに磁気回路ユニットが配置された構成とした上で、導電コイルが振動の中立位置よりも径方向外側に配置された構成とすれば、タイヤの回転速度が低いときでも高いときでも発電効率を十分に高めることができる。 In the above configuration, the conductive coil is arranged in the fixed side unit and the magnetic circuit unit is arranged in the movable unit, and the conductive coil is arranged radially outside the neutral position of the vibration. As a result, the power generation efficiency can be sufficiently increased even when the rotational speed of the tire is low or high.
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本願発明の一実施形態に係る振動発電装置10を示す正面図である。また、図2は、図1のII−II線断面図である。
FIG. 1 is a front view showing a vibration
これらの図に示すように、この振動発電装置10は、導電コイル22を備えた固定側ユニット20と、マグネット42を備えた可動側ユニット40とからなっている。
As shown in these drawings, the vibration
可動側ユニット40は、固定側ユニット20に対して4つの主バネ12を介して支持されており、その弾性力により、図1において矢印で示す方向(すなわち上下方向)に振動し得るようになっている。
The
図3は、振動発電装置10の使用状態を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a usage state of the vibration
同図に示すように、振動発電装置10は、車両や航空機等のタイヤ2に装着された状態で、タイヤ2の使用環境(例えばタイヤ2の空気圧や路面状態等)を検出する他の機器(図示せず)の電源として用いられるようになっている。
As shown in the figure, the vibration
その際、この振動発電装置10は、タイヤ2の内部空間において、その振動方向をタイヤ2の径方向に一致させた状態でタイヤ2の内周壁2aに装着されるようになっている。そして、この振動発電装置10においては、タイヤ2が同中矢印で示す方向に回転しているとき、タイヤ2において振動発電装置10が装着されている部分が接地する際に振動発電装置10が路面4から受ける衝撃力によって、可動側ユニット40が主バネ12の弾性力に抗してタイヤ2の径方向に振動し、これにより導電コイル22(これについては後述する)に誘導起電力を生じさせるようになっている。
At this time, the vibration
次に、振動発電装置10の具体的な構成について説明する。
Next, a specific configuration of the
まず、固定側ユニット20の構成について説明する。
First, the configuration of the fixed
固定側ユニット20は、ケース30と、このケース30内に配置されたコイルホルダ24および回路基板32とを備えた構成となっている。
The
ケース30は、前後1対の樹脂製のハーフ部材30A、30Bからなっている。このケース30は、正面視において正方形に近い矩形状の外形形状を有しており、一定の前後幅で形成されている。
The
コイルホルダ24は、正面視において正方形に近い矩形状の外形形状を有する板状の部材であって、上下方向に延びた状態で配置されている。
The
このコイルホルダ24は、導電コイル22を収容するためのコイル収容部24aが形成された樹脂製のホルダ本体に対して、その前後両面に摩擦低減フィルムが貼り付けられた構成となっている。
The
コイルホルダ24の下端面の左右中央位置には、逆U字状の位置決め凹部24bが形成されており、その左右両側には矩形状の大きな切欠き部24cが形成されている。
An inverted
ケース30は、その1対のハーフ部材30A、30Bによってコイルホルダ24を上下方向および左右方向に位置決めした状態で、その上下両端部を前後両側から挟持するようになっている。その際、このケース30内におけるコイルホルダ24の上下両端部の間には、可動側ユニット40を上下方向に振動させるための可動空間Cが形成されるようになっている。
The
このケース30における可動空間Cの上端壁30aには、左右方向に帯状に延びるクッション材26が貼付されている。このクッション材26は、可動側ユニット40が上下方向に振動してその振幅が一定値以上になったときにこれに当接して弾性変形し、これにより可動側ユニット40が過振幅で振動してしまうのを規制するとともに、その当接の際の衝撃力を緩和させるようになっている。
On the
一方、このケース30における可動空間Cの下端壁30bは、可動側ユニット40が最大許容振幅で振動したときに該可動側ユニット40の下端面と当接する位置に形成されている。
On the other hand, the
このケース30内の左右両側部には、主バネ12を収容するための1対の主バネ収容部30cが形成されており、これら各主バネ収容部30cの上下両側には、主バネ12を係止するための係止ピン30dがそれぞれ形成されている。
A pair of main
また、このケース30内の上部には、回路基板32を収容するための回路基板収容部30eが形成されている。さらに、このケース30内の下部には、左右1対の副バネ14(これについては後述する)を収容するための左右1対の副バネ収容部30fが形成されている。
A circuit
導電コイル22は、横長の長円形の巻回形状を有している。この導電コイル22は、その1対のコイル端末(図示せず)が回路基板32に対して電気的に接続されている。そして、この回路基板32からコード34を介して、振動発電装置10で発電した電気を他の機器に供給するようになっている。
The
次に、可動側ユニット40の構成について説明する。
Next, the configuration of the
可動側ユニット40は、コイルホルダ24と間隔をおいてこれを囲むように形成された磁気回路ユニットとして構成されている。
The
すなわち、この可動側ユニット40は、コイルホルダ24の前後両側に配置された1対のマグネットホルダ46の各々に、ヨーク44および上下1対のマグネット42が取り付けられた構成となっている。
That is, the
各マグネットホルダ46は、正面視において横長矩形状の外形形状を有する樹脂製部材で構成されている。各マグネット42は、例えばネオジウム磁石であって、横長の直方体形状を有している。各ヨーク44は、軟鉄板で構成されており、正面視において各マグネットホルダ46と同一の外形形状を有している。
Each
そして、この可動側ユニット40においては、上下1対のマグネット42が、各マグネットホルダ46に形成された上下1対の貫通孔の各々に嵌め込まれた状態で、かつ、その内側面を各マグネットホルダ46の内側面と略面一にした状態で、各ヨーク44に磁力で吸着されており、その際、接着剤の併用により各ヨーク44に対する位置決め固定が確実に行われるようになっている。
In the
上下1対のマグネット42は、極性を逆にした状態で配置されており、かつ、前後1対のヨーク44相互間においても極性を逆にした状態(すなわち上下2組のマグネット42の極性を襷がけの位置関係で一致させた状態)で配置されている。
The pair of upper and
これにより、この可動側ユニット40においては、上下2組のマグネット42および前後1対のヨーク44によって、各組のマグネット42相互間の空間を横切る磁束を生じさせる磁気回路が形成されるようになっている。
As a result, in the
また、この可動側ユニット40においては、前後1対のマグネットホルダ46の両側部の上下両端部において4つの主バネ12を係止するようになっている。
Further, in the
コイルホルダ24のコイル収容部24aは、正面視において可動側ユニット40と重複する位置関係で形成されている。その際、このコイル収容部24aは、可動側ユニット40が振動の中立位置にある状態(すなわち、タイヤ2が回転していない状態で振動発電装置10が正立している状態)において、可動側ユニット40の中心位置から下方側に多少変位した位置に形成されており、これにより導電コイル22が中立位置よりもタイヤ2の径方向外側に配置されるようにしている。
The
次に、4つの主バネ12の構成について説明する。
Next, the configuration of the four
4つの主バネ12は、コイルホルダ24の左右両側において、可動側ユニット40の上下両側にそれぞれ配置されている。これら4つの主バネ12は、いずれも同一の構成を有するコイルバネであって、左右1対の主バネ収容部30cにおいて上下方向に延びるように配置されている。
The four
その際、可動側ユニット40の上側に位置する左右1対の主バネ12は、その上端部がケース30の上部に形成された係止ピン30dに係止されており、その下端部が可動側ユニット40に係止されている。一方、可動側ユニット40の下側に位置する左右1対の主バネ12は、その下端部がケース30の下部に形成された係止ピン30dに係止されており、その上端部が可動側ユニット40に係止されている。
At that time, the pair of left and right
次に、2つの副バネ14の構成について説明する。
Next, the configuration of the two
2つの副バネ14は、可動側ユニット40の下方において、ケース30内の下部に形成された左右1対の副バネ収容部30fに収容されている。これら2つの副バネ14は、いずれも同一の構成を有するコイルバネであって、上下方向に延びるように配置されている。その際、これら各副バネ14は、各主バネ12のバネ定数に対して10〜200倍(例えば100倍程度)のバネ定数のものが用いられている。なお、これら各副バネ14には、各主バネ12のようなバネ係止部は形成されていない。
The two
ケース30の各副バネ収容部30fは、各副バネ14の巻き径よりも僅かに大きい内径を有する円筒状凹部として形成されている。そして、各副バネ12は、各副バネ収容部30fに収容された状態で、その上端部を可動空間Cの下端壁30bから可動空間Cに突出させるようにして配置されている。
Each secondary
これら各副バネ12に対して、コイルホルダ24の下端面に形成された各切欠き部24cが上方側から係合している。そしてこれにより、各副バネ12が各副バネ収容部30fから離脱してしまうのを阻止するようになっている。
The
中立位置にある可動側ユニット40の下端面から各副バネ12の上端縁までの距離は、中立位置にある可動側ユニット40の上端面からクッション材26の下面までの距離と略等しい値に設定されている。
The distance from the lower end surface of the
次に本実施形態の作用について説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
図4は、可動側ユニット40が上下方向(すなわちタイヤ2の径方向)に振動したときの様子を示す振動発電装置10の正面図である。なお、同図においては、ケース30の前側のハーフ部材30Bを外した状態で、かつコイルホルダ24を省略した状態で示している。
FIG. 4 is a front view of the vibration
同図(a)は、タイヤ2が回転しておらず、可動側ユニット40が振動の中立位置にある状態を示す図であり、同図(b)は、タイヤ2の回転速度が低いときの可動側ユニット40の振動状態を示す図であり、同図(c)は、タイヤ2の回転速度が高いときの可動側ユニット40の振動状態を示す図である。
FIG. 4A is a view showing a state where the
同図(a)に示すように、振動発電装置10に外部荷重が作用していない状態では、上下2対の主バネ12の弾性力が互いに均衡しており、可動側ユニット40は振動の中立位置に保持されている。ただし、この中立位置では、可動側ユニット40の自重の分だけ、その上側に位置する左右1対の主バネ12の方が、その下側に位置する左右1対の主バネ12よりも僅かにバネ長が大きくなっている。
As shown in FIG. 5A, in the state where no external load is applied to the
また、導電コイル22は、振動の中立位置にある可動側ユニット40と正面視において重複しているが、この可動側ユニット40の中心位置に対して下方側に変位した位置にある。
The
同図(b)に示すように、タイヤ2が低速で回転すると、振動発電装置10は路面4からの衝撃力により可動側ユニット40が中立位置から主バネ12の弾性力に抗して上下方向に振動する。その際、可動側ユニット40が中立位置から上方側に大きく変位すると、クッション材26に当接して過振幅が規制され、可動側ユニット40が中立位置から下方側に大きく変位すると、副バネ14に当接して過振幅が規制される。
As shown in FIG. 4B, when the
なお、タイヤ2が低速で回転している状態では、振動発電装置10に作用する遠心力Fは小さいので、可動側ユニット40の振動は上記中立位置よりもやや下方の位置を中心にして行われる。
In the state where the
同図(c)に示すように、タイヤ2が高速で回転して、振動発電装置10に大きな遠心力Fが作用すると、可動側ユニット40は、上下2対の主バネ12の弾性力に抗して1対の副バネ14に当接する位置まで変位し、あるいは、さらに1対の副バネ14を圧縮弾性変形させる位置まで変位する。そして、この状態で振動発電装置10が路面4からの衝撃力を受けることにより、可動側ユニット40が上下方向に振動する。
As shown in FIG. 5C, when the
上述したとおり、導電コイル22は振動の中立位置から下方側に変位しているが、その下方変位量は、同図(b)、(c)に示すように、タイヤ2の回転速度が低いときでも高いときでも、可動側ユニット40が正面視において導電コイル22と重複する位置を中心にして振動するような値に設定されている。
As described above, the
図5は、本実施形態の作用を検証するために行ったシミュレーションの結果を示すグラフである。 FIG. 5 is a graph showing the results of a simulation performed to verify the operation of this embodiment.
このシミュレーションにおいては、可動側ユニット40の振動により導電コイル22に生じる誘導起電力を、コンデンサの充電電圧として計測し、これを車速との関係で解析した。
In this simulation, the induced electromotive force generated in the
また、このシミュレーションにおいては、各副バネ14のバネ定数が各主バネ12のバネ定数に対して100倍であるものとして(すなわち2つの副バネ14全体としてのバネ定数が上下2対の主バネ12全体としてのバネ定数に対して50倍であるものとして)解析を行った。
In this simulation, it is assumed that the spring constant of each
同図において実線で示すグラフAは、本実施形態に係る振動発電装置10のように、主バネ12と共に副バネ14が配置されている場合の発電特性を示すグラフである。
A graph A indicated by a solid line in the figure is a graph showing the power generation characteristics when the
一方、同図において2点鎖線で示すグラフBは、副バネ14が存在せずに、主バネ12のみが配置されている場合の発電特性を示すグラフである。
On the other hand, a graph B indicated by a two-dot chain line in the figure is a graph showing power generation characteristics when only the
同図においてグラフBに示すように、主バネ12のみが配置されている場合には、低車速領域では(すなわちタイヤ2の回転速度が低いときには)車速の上昇に応じて電圧も上昇しているが、中車速領域になると車速が上昇しても電圧が上昇しなくなり、高車速領域では車速が上昇すると電圧が低下してしまう。
In the same figure, as shown in the graph B, when only the
これは、タイヤ2の回転速度の上昇により可動側ユニット40に作用する遠心力Fが主バネ12の弾性力よりも大きくなって可動側ユニット40が振動しなくなってしまうことによるものと考えられる。
This is considered to be due to the fact that the centrifugal force F acting on the
一方、同図においてグラフAに示すように、主バネ12と共に副バネ14が配置されている場合には、低車速領域のみならず中高車速領域においても車速の上昇に応じて電圧も上昇している。
On the other hand, as shown in the graph A in the figure, when the
これは、タイヤ2の回転速度の上昇により可動側ユニット40に作用する遠心力Fが主バネ12の弾性力よりも大きくなっても、遠心力Fと副バネ14の弾性力とによって可動側ユニット40が振動することによるものと考えられる。
This is because even if the centrifugal force F acting on the
以上詳述したように、本実施形態に係る振動発電装置10は、固定側ユニット20に主バネ12を介して支持された可動側ユニット40が主バネ12の弾性力に抗して振動する構成となっているが、固定側ユニット20には、可動側ユニット40が振動の中立位置から径方向外側へ所定量変位したとき該可動側ユニット40に当接するとともに該可動側ユニット40がさらに径方向外側へ変位したとき圧縮弾性変形する副バネ14が配置されているので、次のような作用効果を得ることができる。
As described in detail above, the vibration
すなわち、本実施形態に係る振動発電装置10が装着されたタイヤ2が回転すると、その回転速度が低いときには、可動側ユニット40が主バネ12の弾性力に抗して振動することにより発電が行われ、また、回転速度が上昇して、可動側ユニット40が遠心力Fによって径方向外側へ大きく変位したときには、その遠心力Fと副バネ14の弾性力とによって可動側ユニット40が振動し、これにより発電が行われることとなる。したがって、タイヤ2の回転速度が低いときでも高いときでも可動側ユニット40の振動により発電を行うことができる。
That is, when the
その際、副バネ14は、可動側ユニット40が振動の中立位置から径方向外側へ所定量変位したとき該可動側ユニット40に当接する態様で固定側ユニット20に配置されているので、従来の振動発電装置のように第1のバネと第2のバネとがフレーム部材を介してその内外に2重に配置された構成とする必要をなくすことができる。したがって、振動発電装置10を容易に小型化することができ、これにより装着スペースが限られたタイヤ2への装着も容易に行うことができる。
At this time, the
このように本実施形態によれば、タイヤ2に装着された状態で用いられる振動発電装置10において、タイヤ2の回転速度が低いときでも高いときでも発電を行うことができ、かつこれをタイヤ2に対して容易に装着することができる。
As described above, according to the present embodiment, in the vibration
本実施形態においては、副バネ14のバネ定数が主バネ12のバネ定数よりも大きい値に設定されているので、タイヤ2の回転速度がより高い高速回転領域においても発電を行うことができる。
In the present embodiment, since the spring constant of the
具体的には、本実施形態においては、各副バネ14として、各主バネ12のバネ定数に対して10〜200倍のバネ定数のものが用いられており、これにより2つの副バネ14全体としてのバネ定数が、上下2対の主バネ12全体としてのバネ定数に対して5〜100倍の値に設定されているので、各副バネ14の圧縮弾性変形による可動側ユニット40の振動を維持した上で、高速回転領域における発電を効率的に行うことができる。
Specifically, in the present embodiment, each
本実施形態においては、副バネ14が並列に2つ配置されているので、高速回転領域における可動側ユニット40の振動が、可動側ユニット40が傾斜してしまうことなく円滑に行われるようにすることができる。また、このように副バネ14が複数個配置された構成とすることにより、個々の副バネ14のバネ定数を小さくした場合にも、複数個の副バネ14全体としてのバネ定数を大きくすることができる。
In the present embodiment, since the two
本実施形態においては、固定側ユニット20に導電コイル22が配置されるとともに可動側ユニット40が磁気回路ユニットとして構成されており、その上で、導電コイル22が振動の中立位置よりも径方向外側に配置された構成となっているので、タイヤ2の回転速度が低いときでも高いときでも発電効率を十分に高めることができる。
In the present embodiment, the
特に本実施形態においては、振動の中立位置から径方向外側への導電コイル22の変位量が、タイヤ2の回転速度が低いときでも高いときでも、可動側ユニット40が正面視において導電コイル22と重複する位置を中心にして振動するような値に設定されているので、発電効率を最大限に高めることができる。
In particular, in the present embodiment, the
上記実施形態においては、副バネ14が並列に2つ配置されているものとして説明したが、3つ以上の副バネが配置された構成とすることも可能であり、また、単一の副バネが配置された構成とすることも可能である。
In the above embodiment, two
上記実施形態のように可動側ユニット40の上下両側に左右1対の主バネ12がそれぞれ配置された構成とする代わりに、可動側ユニット40の上側に配置された左右1対のコイルバネからなる主バネにより可動側ユニット40が固定側ユニット20に吊り支持された構成とすることも可能である。
Instead of adopting a configuration in which a pair of left and right
上記実施形態においては、固定側ユニット20に導電コイル22が配置されるとともに可動側ユニット40が磁気回路ユニットとして構成されているものとして説明したが、固定側ユニット20に磁気回路ユニットが配置されるとともに、可動側ユニット40に導電コイル22が配置された構成とすることも可能である。
In the above-described embodiment, the
なお、上記実施形態において諸元として示した数値は一例にすぎず、これらを適宜異なる値に設定してもよいことはもちろんである。 In addition, the numerical value shown as a specification in the said embodiment is only an example, and of course, you may set these to a different value suitably.
また、本願発明は、上記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、これ以外の種々の変更を加えた構成が採用可能である。 The invention of the present application is not limited to the configuration described in the above embodiment, and configurations with various other changes can be employed.
2 タイヤ
2a 内周壁
4 路面
10 振動発電装置
12 主バネ
14 副バネ
20 固定側ユニット
22 導電コイル
24 コイルホルダ
24a コイル収容部
24b 位置決め凹部
24c 切欠き部
26 クッション材
30 ケース
30A、30B ハーフ部材
30a 上端壁
30b 下端壁
30c 主バネ収容部
30d 係止ピン
30e 回路基板収容部
30f 副バネ収容部
32 回路基板
34 コード
40 可動側ユニット
42 マグネット
44 ヨーク
46 マグネットホルダ
C 可動空間
DESCRIPTION OF
Claims (4)
固定側ユニットとこの固定側ユニットに主バネを介して支持された可動側ユニットとを備え、上記可動側ユニットが上記主バネの弾性力を利用して上記タイヤの径方向に振動することにより誘導起電力を生じさせるように構成された振動発電装置において、
上記固定側ユニットに、上記可動側ユニットが上記振動の中立位置から径方向外側へ所定量変位したとき該可動側ユニットに当接するとともに該可動側ユニットがさらに径方向外側へ変位したとき圧縮弾性変形する副バネが配置されている、ことを特徴とする振動発電装置。 A vibration power generator used in a state of being mounted on a tire,
A stationary side unit and a movable side unit supported by the stationary side unit via a main spring, and the movable side unit is guided by vibrating in a radial direction of the tire using the elastic force of the main spring. In a vibration power generator configured to generate an electromotive force,
When the movable side unit is displaced by a predetermined amount radially outward from the neutral position of the vibration, the fixed side unit abuts on the movable side unit and is compressed and elastically deformed when the movable side unit is further displaced radially outward. A vibration power generation device characterized in that a secondary spring is disposed.
上記導電コイルが、上記振動の中立位置よりも径方向外側に配置されている、ことを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の振動発電装置。 A conductive coil is arranged on the fixed side unit, and a magnetic circuit unit is arranged on the movable side unit,
The vibration power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductive coil is disposed radially outside the neutral position of the vibration.
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