JP5587983B2 - タイヤ内の無線センサシステムのための誘導式動力分配 - Google Patents

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Description

タイヤの回転及び振動によりエネルギを発生させるスカベンジャー（scavenger）システムが既に知られている。かかるシステムでは、タイヤの振動は、バネと組み合わせて質量を加速する。移動質量は、例えば、コイル内の磁石であってよく、磁石の移動により電圧が発生する。他の方法は、バネにおいて圧電タイプ（ＰＺＴ）の材料を適用することであり、これは、ストレスが加えられる場合に電圧を発生させる（米国特許第７４６７０３４（Ｂ２）号明細書（特許文献１）及び米国特許出願公開第２００８／００４７３６３（Ａ１）号明細書（特許文献２））。また、タイヤにおいてコイルと組み合わせて固定磁石を使用するシステムも考えられる。これらのシステムは、低い回転速度では十分な電力を生成せず、場合によってはむしろ持てあますほど大きい。
米国特許第７４６７０３４（Ｂ２）号明細書 米国特許出願公開第２００８／００４７３６３（Ａ１）号明細書
提案されるシステムは、より低い回転速度十分な電力を生成することができる。また、それは、極めて小さく且つ遠く離れた場所に配置可能である。
本発明の態様に従って、車両に関連する物理的信号を検知する、特に、前記車両のタイヤ内の加速度、温度、圧力及び／又はひずみを検知するセンサへの誘導式動力分配のためのシステムであって：
電力を伝える送信コイル、及び
誘導によって前記電力を受け取り、該電力を前記センサへ伝える受信コイル
を有し、
前記受信コイルは前記送信コイルに対して可動である、システムにおいて、
電力が前記受信コイルで受け取られる場合にＲＦリンクを介して前記送信コイルへフィードバックデータを送信するよう構成される、前記受信コイルから前記送信コイルへの通信路を更に有し、
前記送信コイルは、前記受信コイルで電力受取信号のフィードバックがあった場合に、該電力受取信号が前記受信コイルで生成されなくなるまで、全期間バーストを生成するよう構成される、
ことを特徴とするシステムが提供される。
本発明の他の態様に従って、車両に関連する物理的信号を検知する、特に、前記車両のタイヤ内の加速度、温度、圧力及び／又はひずみを検知するセンサへ誘導電力を伝える方法であって：
送信コイルを介して電力を伝えるステップ、及び
受信コイルを介して誘導によって前記電力を受け取り、該電力を前記センサへ伝えるステップ
を有し、
前記受信コイルは前記送信コイルに対して可動である、方法において、
電力が前記受信コイルで受け取られる場合にＲＦリンクを介して前記受信コイルから前記送信コイルへデータを送信するステップ、及び
前記受信コイルで電力受取信号のフィードバックがあった場合に、該電力受取信号が前記受信コイルで生成されなくなるまで、全期間バーストを生成するステップ
を有することを特徴とする方法が提供される。
送信コイル及び受信コイルの位置付けを示す。 自動車システムにおける空間制限を示す。 タイヤに平行な送信コイルと、タイヤの中心にある受信コイルとを示す。 タイヤに垂直な送信コイルを示す。 フェライト支持体／遮蔽体有する、タイヤに垂直な送信コイルを示す。 タイヤと、タイヤ内部の受信（ピックアップ）コイルとを示す。 磁気誘導によって送信コイルから受信コイルへどのようにして電力が伝えられるのかを概略的に示す。 発生電力を配置の関数として示す。 受信コイルから送信コイルへの通信路を概略的に示す。 受信コイルから送信コイルへの通信路の他の例を概略的に示す。 システムの動作モードを説明する図である。 送信コイルを示す。 テストシステムにおける送信コイル及び受信コイルの位置を示す。 受信コイルがタイヤに配置される場合の送信コイル及び受信コイルの位置を示す。 自動車に対する送信コイルの位置を示す。
本発明は、タイヤ内のセンサシステムが電力を提供する必要があるシステムについて記述する。センサは、例えば、加速度、温度、圧力及びひずみを測定する。測定データは、ＲＦリンクを介して伝送される。システムのための電力は、如何なるガルバニック接続にもよらずに供給される必要がある。下手な解決法は、ホイールにおける回転及び振動を使用するスカベンジャーである。より一定な電力を伴うより良い解決法は、誘導式動力分配である。
コイルの特別な配置及び特別な動作モードにより、信頼できる動力分配システムが構築可能であり、非常に低いホイール（タイヤ）速度で電力を生成する。
送信コイル及び受信コイルの位置付けが図１に示されている。
自動車システムにおける空間制限が図２に示されている。送信コイルのための好ましい配置が表されている。
システムの必須の特徴は：
特徴１：図１に示されるような特別な送信コイルの構成及び配置。
送信コイルは、タイヤに垂直に、可能な限りタイヤの近くに位置付けられている。これは、タイヤ内でより良い磁界を、従って、タイヤ内の受信コイルに対するより良い結合係数を生成する。送信コイル及び受信コイルが互いに面している場合に、タイヤにおけるスチールベルト及び金属ホイールリムの存在により、磁路は非常に長い。
送信コイル及び受信コイルは、部分的なフェライトコアにより支持される。これは、磁界生成を強める。それは、また、コイル特性を、より環境に依存しないようにする。コイルの近くの金属体は、コイルのインダクタンスに影響を及ぼしうる。フェライトコアは、部分的にシールドとして働き、このインダクタンスを、より一定に保つ。
特徴２：特別な受信コイルの構成及び配置。
受信コイルは、図１に示されるように、タイヤに垂直に位置付けられている。タイヤの中心での磁界は、図３、図４及び図５に示されるように、主としてタイヤに平行である。
垂直方向のコイルは、図５に示されるように、磁束線を最も良く捕捉する。受信コイルは、タイヤ内部で、タイヤの内側表面の中心よりも上に位置付けられている。図３は、タイヤに平行な送信コイルと、タイヤの中心にある受信コイルとを示す。図４は、タイヤに垂直な送信コイルを示す。図５は、フェライト支持体／遮蔽体有する、タイヤに垂直な送信コイルを示す。
特徴３：特別な動作モード。
図６は、タイヤと、タイヤ内部の受信（ピックアップ）コイルとを示す。
無線式動力分配システムにおける当該技術の一般的な状態は、以下のように記載される：
・送信コイル（一次）が存在する。
・受信コイル（二次）が存在する。
・送信コイルと受信コイルとの間に十分な結合が存在する。
・送信コイルは、特定の周波数において動作するドライバを有する。
・疎結合の場合に、ドライバは任意の共振回路を有する。
・受信コイルは、適切なＤＣ電圧を発生させる整流器−コンディショナを有する。
・先と同じく、疎結合の場合に、受信コイルも任意の共振回路を有する。
図７は、磁気誘導によって送信コイルから受信コイルへどのようにして電力が伝えられるのかを概略的に示す。
図８は、発生電力を配置の関数として示す。それは、大部分の電力を発生させる小角度が存在することを示す。この測定は、送信コイルにおける連続的な電力レベルに基づく。より良い全体効率は、受信コイルが近接近している場合にのみ送信コイルをオンすることによって、達成可能され得る。これには、受信コイルから送信コイルへの通信路が必要とされる。ＲＦリンクを介してこれを行うことが可能である（これは、送信側データを送信するために予め予見される。）。これは、図９に概略的に示されている。
他の方法は、２つのモード、すなわち、エネルギを送信するモード及び電力が十分なレベルで生成される返送信号のためモードを使用することである。これは、図１０に概略的に示されている。
システムの動作モードは、次の通りである。送信側は、電力がある時点で受け取られるかどうかを調べるよう、小さいテストバーストを送信する。十分な電力受取信号のフィードバックがあった場合に、次のサイクルで、送信側は全期間バーストを生成する。全期間バーストは、十分な電力受取信号が生成されないと直ぐに停止する。これは、図１１に概略的に示されている。
図１２は、送信コイルを示す。
図１３は、テストシステムにおける送信コイル及び受信コイルの位置を示す。
図１４は、受信コイルがタイヤに配置される場合の送信コイル及び受信コイルの位置を示す。
図１５は、自動車に対する送信コイルの位置を示す。

Claims (8)

  1. 車両に関連する物理的信号を検知する、特に、前記車両のタイヤ内の加速度、温度、圧力及び／又はひずみを検知するセンサへの誘導式動力分配のためのシステムであって：
    電力を伝える送信コイル、及び
    誘導によって前記電力を受け取り、該電力を前記センサへ伝える受信コイル
    を有し、
    前記受信コイルは前記送信コイルに対して可動である、システムにおいて、
    電力が前記受信コイルで受け取られる場合にＲＦリンクを介して前記送信コイルへフィードバックデータを送信するよう構成される、前記受信コイルから前記送信コイルへの通信路を更に有し、
    前記送信コイルは、前記受信コイルで電力受取信号のフィードバックがあった場合に、該電力受取信号が前記受信コイルで生成されなくなるまで、全期間バーストを生成するよう構成される、
    ことを特徴とするシステム。
  2. 前記受信コイルの運動軌跡は略円形を形成する、
    請求項１に記載のシステム。
  3. 前記送信コイルは車両に取り付けられるよう構成され、前記受信コイルは車両のタイヤに取り付けられるよう構成される、
    請求項１又は２に記載のシステム。
  4. 請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のシステムを有する車両。
  5. 当該車両に関連する物理的信号を検知するセンサを更に有し、該センサは前記受信コイルを設けられる、
    請求項４に記載の車両。
  6. タイヤを有し、前記センサは前記タイヤに位置する、
    請求項５に記載の車両。
  7. 物理的信号を検知するセンサと、送信コイルから誘導によって電力を受け取る受信コイルとを有し、
    前記受信コイルは、前記送信コイルに対して可動であり、
    前記受信コイルは、前記電力を受け取る場合にＲＦリンクを介して前記送信コイルへフィードバックされる電力受取信号を生成し、該電力受取信号を生成している間前記送信コイルから全期間バーストにより電力を供給される、タイヤ。
  8. 車両に関連する物理的信号を検知する、特に、前記車両のタイヤ内の加速度、温度、圧力及び／又はひずみを検知するセンサへ誘導電力を伝える方法であって：
    送信コイルを介して電力を伝えるステップ、及び
    受信コイルを介して誘導によって前記電力を受け取り、該電力を前記センサへ伝えるステップ
    を有し、
    前記受信コイルは前記送信コイルに対して可動である、方法において、
    電力が前記受信コイルで受け取られる場合にＲＦリンクを介して前記受信コイルから前記送信コイルへデータを送信するステップ、及び
    前記受信コイルで電力受取信号のフィードバックがあった場合に、該電力受取信号が前記受信コイルで生成されなくなるまで、全期間バーストを生成するステップ
    を有することを特徴とする方法。
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