JP2007145196A

JP2007145196A - 車輪搭載電装品用電源回路

Info

Publication number: JP2007145196A
Application number: JP2005342880A
Authority: JP
Inventors: Sakae Senda; 栄千田; Masanori Toyofuku; 雅宣豊福
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】大幅なコストアップを招くことなく、電波からの電力が弱くとも安定的に電装品を機能させることのできる車輪搭載電装品用電源回路を提供する。
【解決手段】車輪搭載電装品用電源回路１０は、電波を交流電力として受信する受信アンテナ１と、この交流電力を直流に変換する整流器２と、整流された電力を蓄電する充電器３と、蓄電された電力の電装品１３への供給を断接するスイッチ１１とを具え、スイッチ１１を、スイッチの直前の電圧V_xが電装品１３の最低作動電圧より高い第一の電圧V₁を下回ったとき、通電状態から遮断状態に移行し、スイッチの直前の電圧が第一の電圧V₁より高い第二の電圧V₂を上回ったとき、遮断状態から通電状態に移行するよう構成してなる
【選択図】図５

Description

本発明は、車輪に取り付けられ車輪に関する情報を処理する電装品に、外部から受信した電波の電力を電源として供給する電源回路に関し、特に、電波からの電力が弱くても効率的に電力を供給できるものに関する。

従来から、トランスポンダを取り付けたタイヤを車両に装着して、外部からの質問信号に対する回答信号として、タイヤの自己識別情報を含む情報を外部に送信することが提案されており、さらには、タイヤ内圧やタイヤの温度を検知するセンサをトランスポンダと一体的に設け、検出したこれらのセンサからのデータを回答信号として送信するものも知られている。

上記のように車輪に取り付けられた、トランスポンダや各種のセンサに代表される電装品の電源は、車輪が回転するため車体側から配線等で供給することが難しく、一方、電池等を電源とした場合には、車輪を軽量にする必要性から電池の容量を大きくすることができず、電池を交換することも容易ではないので、車体側等、外部からの電波によってこれらの電装品に電力を供給することが提案されていて（例えば、特許文献１参照。）、図１に概略回路図で示すように、このような電波を利用する電源回路９０としては、受信した電波Ｅから交流を生成する受信コイル９１と、この交流を整流する整流回路９２と、整流された直流を蓄電するコンデンサ９３とで構成されており、極めてシンプルな構成とすることができ、この電源回路９０の出力が、負荷となる電送品１０に通電されている。これらの電装品３０は、これらに、所定の周期で、所定の電圧以上の電力を所定の時間だけ連続して供給することができれば、所期の機能を果たせるよう構成されている。
特開２００２−２０９３４３号公報

しかしながら、電波による電力供給量が十分でない場合には、上記の条件さえも満足させられず、その結果、電装品を十分機能させることができなかった。まず、簡単な例として、電波による電力供給量が時間によらず一定であると仮定した場合について説明する。時間当たりの電力供給量が、電装品の時間当たり消費量を上回っているときには、電装品には常時、必要な電力を供給することができるので問題はないが、時間当たりの電力供給量が、電装品の時間当たりの消費量を下回った場合には、図２に、横軸に時間tを、縦軸に、電装品３０への供給電圧V_xをとったグラフとして示すように、電波からの電力は電荷としてコンデンサ９３に蓄電されてゆきコンデンサ９３の両端間の電圧V_xは二次関数的に上昇してゆくが、この電圧V_xが、電装品３０の最低作動電圧V_nに達すると、電装品３０は作動を開始し電力を消費し始め、この消費量は供給量より多いから、蓄電されていたコンデンサ９３の電荷は減少し、電圧はすぐに最低作動電圧V_nを下回り電力を消費しなくなる。そうすると、コンデンサ９３は再び蓄電を開始し、電圧V_xは上昇して再び最低作動電圧V_nに達して電力の消費を開始し、また最低作動電圧V_nを下回る。そして、この作動を何回も繰り返し、いわゆるハンチング現象を発生させ、その結果、所定の時間、連続して電装品に電力を供給し続けることができなくなってしまう。

次に、より具体的な例について説明する。図３は、回転する車輪１３に取り付けられた電装品３０に電力供給用の電波を発信する発信器１２が車両のタイヤハウスに取り付けられている状態を示す概念図であり、発信器１２は電波を放射する方向がθの範囲に限定されていて、電装品は車輪の狭い回転角度範囲にあるときにだけ電波を受信できるように構成され、そのため、受信した電波によって励起される電流Iiは、図４（ａ）に示すように断続的になる。一方、電装品３０で消費される電流Ioは、もし電圧が、最低作動電圧V_n以上である場合には、時間当たり一定量の電荷が消費されることになる。このような条件下における、電装品３０への供給電圧V_xの時間変化は、図４（ｂ）に示すようになる。すなわち、電圧が上昇して電装品３０の最低作動電圧V_nに到達すると、電力供給量が消費量を上回るまでハンチングを繰り返し、電力供給量が消費量を上回る期間t₁の間は、コンデンサ９３に電荷は貯められてゆき、その結果、電圧V_xは上昇するが、消費しながらの充電であるため、充電量は少なく、すぐに電圧V_xはV_nにまで低下して、電装品３０に電力を連続的に供給できる時間はt₁と短くなってしまい、特に、車両の高速走行時には連続充電期間が短くなるため、電装品３０を機能させることができず問題となっていた。

この対応策としては、発信器の電波を強くする等の手段はあるものの、いずれも、多大のコストアップを招き、採用することが難しいものであった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、大幅なコストアップを招くことなく、電波からの電力が弱くとも安定的に電装品を機能させることのできる車輪搭載電装品用電源回路を提供することを目的とする。

＜１＞は、車輪に取り付けられ車輪に関する情報を処理する電装品に、外部から受信した電波の電力を電源として供給する電源回路において、
電波を交流電力として受信する受信アンテナと、この交流電力を直流に変換する整流器と、整流された電力を蓄電する充電器と、蓄電された電力の前記電装品への供給を断接するスイッチとを具え、前記スイッチを、スイッチの直前の電圧が前記電装品の最低作動電圧より高い第一の電圧V₁を下回ったとき、通電状態から遮断状態に移行し、スイッチの直前の電圧が第一の電圧V₁より高い第二の電圧V₂を上回ったとき、遮断状態から通電状態に移行するよう構成してなる車輪搭載電装品用電源回路である。

＜２＞は、＜１＞において、前記スイッチを断接する制御回路として、２つの電圧信号を入力するそれぞれの入力端子と、これらの電圧信号の大小関係に応じた信号を出力する出力端子とを有する電圧比較器を用い、この制御回路を、電圧比較器から出力される信号で前記スイッチの断接を制御するよう構成してなる車輪搭載電装品用電源回路である。

＜３＞は、＜２＞において、前記電圧比較器の入力端子の一方に所定電圧を生成する電圧生成手段の出力端を接続するとともに、前記スイッチの直前の点P₁に抵抗R₁を、前記スイッチの直後の点P₂に抵抗R₂を、接地点P₃に抵抗R₃を、それぞれ接続し、抵抗R₁の点P₁と反対側の端、抵抗R₂の点P₂と反対側の端、抵抗R₃の点P₃と反対側の端、および、前記電圧比較器の入力端子の他方を相互に接続して、前記スイッチを断接する制御回路を構成してなる車輪搭載電装品用電源回路である。

＜４＞は、＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、車輪の回転に伴って車軸の周りを回転し、車軸周りの所定方位内でしか前記外部からの電波を受信できないように取り付けられた電装品に近接して配置される車輪搭載電装品用電源回路である。

＜１＞によれば、蓄電された電力の電装品への供給を断接するスイッチを具え、このスイッチを、スイッチの直前の電圧が前記電装品の最低作動電圧より高い第一の電圧V₁を下回ったとき、通電状態から遮断状態に移行し、スイッチの直前の電圧が第一の電圧V₁より高い第二の電圧V₂を上回ったとき、遮断状態から通電状態に移行するよう構成したので、詳細を後述するように、電圧のハンチングを防止するとともに、連続給電時間を長くすることができる。

＜２＞によれば、前記スイッチを断接する制御回路として、２つの電圧信号を入力するそれぞれの入力端子と、これらの電圧信号の大小関係に応じた信号を出力する出力端子とを有する電圧比較器を用いるので、電圧比較器を、例えば、オペアンプ等で構成することによって、電源回路を安価でかつコンパクトにすることができる。

＜３＞によれば、電圧比較器の入力端子の一方に所定電圧を生成する電圧生成手段の出力端を接続するとともに、前記スイッチの直前の点P₁に抵抗R₁を、前記スイッチの直後の点P₂に抵抗R₂を、接地点P₃に抵抗R₃を、それぞれ接続し、抵抗R₁の点P₁と反対側の端、抵抗R₂の点P₂と反対側の端、抵抗R₃の点P₃と反対側の端、および、前記電圧比較器の入力端子の他方を相互に接続して、前記スイッチを断接する制御回路を構成したので、詳細を後述するように、単一の電圧を生成するだけで、スイッチの直前の電圧を、スイッチの断接状態に応じて、高い第一の電圧V₁もしくは第二の電圧V₂のいずれに対しても比較することができ、制御回路を簡易に構成し電源回路を一層安価にすることができる。

＜４＞によれば、車輪の回転に伴って車軸の周りを回転し、車軸周りの所定方位内でしか前記外部からの電波を受信できないように取り付けられた電装品に近接して配置されていても機能するよう構成したので、発信器の取付の自由度を高めることができる。

本発明の実施形態について、図に基づいて説明する。図５は、実施形態の電源回路を示す回路図であり、この電源回路１０は、外部から発信される電波Ｅを交流電力として受信する受信アンテナ１と、この交流電力を直流に変換する整流器２と、整流された電力を蓄電する充電器３と、蓄電された電力の電装品３０への供給を断接するスイッチ１１とを具える。

そして、スイッチ１１は、スイッチ１１の直前の電圧V_xが電装品３０の最低作動電圧より高い第一の電圧V₁を下回ったとき通電状態から遮断状態に移行し、スイッチ１１の直前の電圧V_xが第一の電圧V₁より高い第二の電圧V₂を上回ったとき遮断状態から通電状態に移行するよう制御される。スイッチ１１を制御する制御回路２０は、電圧比較器４と、所定電圧を生成する電圧生成手段５とを具えて構成され、電圧比較器４は、２つの電圧信号V₀、V_yを入力するそれぞれの入力端子４ａ、４ｂと、これらの電圧信号V₀、V_yの大小関係に応じた信号を出力する出力端子４ｃとを有し、入力端子４ａには、電圧生成手段５の出力端が接続される。

ここで、電圧比較器４を、ＬＳＩ（図示せず）の一部で構成し、ＬＳＩのレギュレート電圧を、電圧生成手段５による電圧とすることができる。

また、スイッチ１１の直前の点P₁には抵抗R₁が、前記スイッチの直後の点P₂には抵抗R₂が、接地点P₃には抵抗R₃が、それぞれ接続され、抵抗R₁の点P₁と反対側の端、抵抗R₂の点P₂と反対側の端、抵抗R₃の点P₃と反対側の端、および、電圧比較器４の他方の入力端子４ｂは点P₄で相互に接続される。

電圧比較器４は、入力端子４ａの電圧V₀より、入力端子４ｂの電圧V_yが高いときには、スイッチ１１を「開」の状態にし、逆に入力端子４ａの電圧V₀より、入力端子４ｂの電圧V_yが低いときには、スイッチ１１を「閉」の状態となるよう作動する。

ここで、スイッチ１１の直前の点P₁における電圧V_xを、一旦上昇させたあと下降させたときの入力端子４ｂにおける電圧V_yの時間変化を、図６の模式図を参照して以下に説明する。

スイッチ１１が開いているときの入力端子４ｂにおける電圧V_y（=V_y1）は、点P₁における電圧V_xを用いて式（１）で表すことができ、同様にして、スイッチ１１が開いているときの電圧V_y（=V_y2）は、式（２）で表すことができる。

ただし、

ここで、R₁はR₄より大きいから、V_y1＜V_y2が成立する。

図６（ａ）は、V_xの時間変化を示すグラフであり、図６（ｂ）は、V_xの変化に伴う電圧V_yの時間変化を示すグラフである。スイッチ１１が開いた状態では、V_y= V_y1であり、電圧V_xを、図６（ａ）における点Ｒから上昇させ始めると、V_yも、図６（ｂ）における点Aからスタートして、式（１）に従って上昇し、V_y1がV₀を越えた時点（点B）で、電圧比較器４は、先に説明した作動にしたがって、スイッチ１１を閉じる。このときの電圧V_xは、図６（ａ）における点Ｓに対応し、その値をV₂とすると、V₂は、式（１）から明らかなように、予め設定した電圧V₀を用いて、式（４）で表すことができる。

スイッチ１１が、電圧比較器４からの信号によって閉じられたあとの電圧V_yは、式（１）のV_y1から式（２）のV_y2に遷移するので、V_y1＜V_y2であることから、図６（ｂ）の点Bから点Cに移動する。その後、V_xが点Sから点Tに向かって変化する間、V_yはV_y2であり、式（２）に従って変化する。そして、V_yがV₀を下回った時点（点D）で、電圧比較器４は、先に説明した作動にしたがって、スイッチ１１を開く。このときの電圧V_xは、図６（ａ）における点Ｔに対応し、その値をV₁とすると、V₁は、予め設定した電圧V₀を用いて、式（５）で表すことができる。

スイッチ１１が、電圧比較器４からの信号によって開かれたあとの電圧V_yは、式（２）のV_y2からV_y1に遷移するので、V_y1＜V_y2であることから、図６（ｂ）の点Ｄから点Ｅに移動する。その後、V_xが点Ｔから点Ｕまで変化する間、電圧V_yは、式（１）に従って、点Ｅから点Ｆ間で変化する。

以上の説明から明らかなように、スイッチ１１は、それが開放している状態で、スイッチ１１の直前の電圧がV₂を越えて上昇したとき、導通するよう作動し、それが閉じている状態では、スイッチ１１の直前の電圧V_xがV₁を越えて下降したとき、遮断するよう作動する。そして、R₄はR₁より小さいので、式（４）、（５）より、電圧V₂は電圧V₁よりも高い。

以上に説明したように機能するスイッチ制御回路２０とスイッチ１１と用いたときの、電装品３０に供給される電圧に変化について説明する。図７は、電波からの供給電力が時間によらず一定と仮定した場合の電圧の時間変化を示すグラフであり、電波から一定の電力Ｅが供給され始めると、電波からの電力が電荷としてコンデンサ３に蓄電されてゆくので電圧Vxは二次関数的に上昇してゆく。そして、この電圧V_xが、電装品３０の最低作動電圧V_yを越えてもスイッチ１１は閉じているので、電圧Vxは引き続き上昇し、先ほど説明したように式（４）で表される電圧V₂を越えた時点で、スイッチが閉じて電装品３０に電力が供給され始め、消費電力が供給電力を上回っているので電圧Vxは二次関数的に減少して行き、式（５）で表される電圧V₁より低下したらスイッチ１１が開き、電装品への電力の供給を停止する。

それ以降、電波からの電力の供給は続くので、電圧Vxは、電圧V₂を越えるまで上昇する。そして、このサイクルを繰り返すので、図７を図２に比較すると明らかなように、電圧V_nの前後をハンチングすることなく、期間t₂の間電力を供給し続けることができる。

次に、電装品３０が、図３に示すように、車輪１３の回転とともに車軸の周囲を回転するよう取り付けられ、電装品３０に電力供給用の電波を発信する発信器１２は、車両のタイヤハウスに取り付けられており、ただし、発信器１２は電波を放射する方向が限定されているため電装品は車輪の狭い回転角度範囲にあるときにだけ電波を受信できるように構成されている場合について説明する。このとき、受信コイル１で得られる電流Iiは、図８（ａ）に示すように断続的なものとなる。一方、消費される電流Ioは、連続的に電力を供給できる状態下では、図８（ａ）に示すように一定である。

このような状況において、コンデンサ３の両端間の電圧Vxは、図８（ｂ）のように変化する。すなわち、入力する電波から電力が供給され始めると、コンデンサ３には電荷が貯まってゆくので電圧Vxも、点Gから上昇して行き、これが電装品の最低作動電圧V_y越えても、スイッチ１１は閉じられているので、電圧V₂を越えるまでそのまま上昇し続ける。そして、Vxが電圧V₂を上回ったとき、はじめてスイッチ１１は閉じ、電装品３０に電流が供給され始め、電圧Vxの上昇カーブは鈍る。

供給電流Iiと消費電流Ioとが同じになる点Ｊで電圧Vxは上昇カーブから下降カーブに転じる。そして、電圧VxがV₁を下回った時点（点K）でスイッチ１１は開くので、消費電流はゼロとなりコンデンサ３の電圧はV₁に保たれる。この間の電装品３０への連続給電時間はt₃であり、図８（ｂ）を、図４（ｂ）に対比させると、スイッチ１１を有さない、従来の電源回路９０における連続給電時間t₁に対比して、明らかに長くなっており、これは、V₂がV_nより十分に高いことから、スイッチ１１が導通して消費電流が流れ出すまでに電荷がより多く蓄電されたことによる。

図８（ｂ）における点Kを過ぎた後、次のサイクルの電流が受信コイル１に供給され始めると、コンデンサ３への充電が開始され（点L）、点Mで、V_xがV₂を上回ってスイッチ１１が導通するまでそのままのカーブで電圧Vxは上昇し、スイッチ１１が導通したあとも、上昇カーブは鈍るものの最大点Ｎまで上昇する。第２サイクル以降においては、電圧がV₂に到達する時点での充電電流は、図８（ａ）に示すように、第1サイクルのそれようも低いため、点Ｍから最大点Ｎまでの間が長くなるとともに、この間により多くの電荷が充電されることにより、それ以降の、電圧VxがV₁を下回るまでの放電時間も長くなり、したがって、第2サイクル以降の連続給電時間は、第1サイクルのそれよりも長くなるので、第2サイクル以降の連続給電時間t₄は従来のものに対比して一層長いものになる。

ここで、電装品としては、タイヤの識別番号や、修理履歴、タイヤ疲労履歴等の情報を記録したトランスポンダや、タイヤの内圧や温度等を検出するセンサや、さらにはこれらのセンサの機能に加えて、検出したデータを車両本体側に送信する送信機を付属したものを挙げることができる。

本発明は、供給電力の小さな場合に有利に活用することができる。

従来の電源回路を示す回路図である。電波の受信強度が一定の場合、従来の電源回路におけるコンデンサ出口の電圧の時間変化を示すグラフである。電装品の取付態様を示す模式図である。電波の受信強度が間欠的に変化する場合、従来のコンデンサ出口の電圧の時間変化を示すグラフである。本発明に係る実施形態の電源回路を示す回路図である。電圧比較器の入力電圧の変化を示すグラフである。電波の受信強度が一定の場合、実施形態の電源回路におけるコンデンサ出口の電圧の時間変化を示すグラフである。電波の受信強度が間欠的に変化する場合、実施形態の電源回路におけるコンデンサ出口の電圧の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１受信コイル
２整流回路
３コンデンサ
４電圧比較器
４ａ、４ｂ電圧比較器の入力端子
４ｃ電圧比較器の出力端子
５電圧生成手段
１０電源回路
１１スイッチ
１２発信器
１３車輪
２０スイッチ制御回路
３０電装品

Claims

車輪に取り付けられ車輪に関する情報を処理する電装品に、外部から受信した電波の電力を電源として供給する電源回路において、
電波を交流電力として受信する受信アンテナと、この交流電力を直流に変換する整流器と、整流された電力を蓄電する充電器と、蓄電された電力の前記電装品への供給を断接するスイッチとを具え、前記スイッチを、スイッチの直前の電圧が前記電装品の最低作動電圧より高い第一の電圧V₁を下回ったとき、通電状態から遮断状態に移行し、スイッチの直前の電圧が第一の電圧V₁より高い第二の電圧V₂を上回ったとき、遮断状態から通電状態に移行するよう構成してなる車輪搭載電装品用電源回路。
前記スイッチを断接する制御回路として、２つの電圧信号を入力するそれぞれの入力端子と、これらの電圧信号の大小関係に応じた信号を出力する出力端子とを有する電圧比較器を用い、この制御回路を、電圧比較器から出力される信号で前記スイッチの断接を制御するよう構成してなる請求項１に記載の車輪搭載電装品用電源回路。
前記電圧比較器の入力端子の一方に所定電圧を生成する電圧生成手段の出力端を接続するとともに、前記スイッチの直前の点P₁に抵抗R₁を、前記スイッチの直後の点P₂に抵抗R₂を、接地点P₃に抵抗R₃を、それぞれ接続し、抵抗R₁の点P₁と反対側の端、抵抗R₂の点P₂と反対側の端、抵抗R₃の点P₃と反対側の端、および、前記電圧比較器の入力端子の他方を相互に接続して、前記スイッチを断接する制御回路を構成してなる請求項２に記載の車輪搭載電装品用電源回路。
車輪の回転に伴って車軸の周りを回転し、車軸周りの所定方位内でしか前記外部からの電波を受信できないように取り付けられた電装品に近接して配置される請求項１〜３のいずれかに記載の車輪搭載電装品用電源回路。