JP2006025593A - 金属コアを有する圧電セラミックファイバ - Google Patents
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Abstract
【課題】細長い圧電材料と金属コアと導電性シースとを有する改善した圧電材料ワイヤ構造体が提案される。
【解決手段】金属コア14は、細長い圧電材料12によって囲まれており、第1の電極として機能する。導電性シース16は、圧電材料の選択した領域を覆っており、圧電材料構造体10の第2の電極として機能する。圧電材料としては、チタン酸バリウムセラミックファイバであり、無鉛構造を実現できる。本発明の圧電材料ワイヤ構造体は、低い分極化電圧で低い温度レベルで分極化可能であり、又、機械的な作動のための必要電圧も低い。電力発生装置として使用される場合には、圧電材料ワイヤ構造体は、回転数カウンタなどのようなタイヤ電子装置構成要素に電力を供給できる。
【選択図】図1
Description
本発明の同一又は同様な特徴又は要素を指示するために、本明細書全体及び全添付図面において同一の参照番号を使用する。
12 圧電材料
14 金属コア
16 導電性シース
20 圧電材料ワイヤ構造体モジュールパッチ
24 タイヤ
32 エネルギー蓄積装置
36 電子装置組立体
38 支持基板
Claims (36)
- 機械的歪みを受けたときに電荷を発生するように構成された圧電モジュールパッチと当該圧電モジュールパッチからの前記電荷を受けてその内の選択した量を蓄積するエネルギー蓄積装置とを具備しており、前記圧電モジュールパッチが、
複数の細長い圧電材料構造体と、
各々前記複数の細長い圧電材料構造体の1つに実質的に囲まれている複数の金属コアであって、当該複数の金属コア全体が前記圧電モジュールパッチのための共通する第1の電極として機能するように形成されている、複数の金属コアと、
前記複数の細長い圧電材料構造体の各々を取り囲んで、前記圧電モジュールパッチのための共通する第2の電極を形成している導電性材料と
を具備していることを特徴とする電力発生装置。 - 前記複数の圧電材料構造体がチタン酸バリウムファイバからなることを特徴とする請求項1に記載の電力発生装置。
- 前記複数の圧電材料構造体が、水晶、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニル(PVC)からなる群から選択された材料からなることを特徴とする請求項1に記載の電力発生装置。
- 前記圧電モジュールパッチによって発生された電荷量を監視して、空気タイヤ構造体の所定の特性を測定する手段を更に具備していることを特徴とする請求項1に記載の電力発生装置。
- 前記所定の特性は、温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度、タイヤ構造体に作用する静的及び動的な力のレベルからなる群から選択されることを特徴とする請求項4に記載の電力発生装置。
- 前記圧電モジュールパッチは、空気タイヤ構造体の選択した部分に一体化されており、前記空気タイヤ構造体が機械歪みを受けているときに電荷を発生するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電力発生装置。
- 前記圧電モジュールパッチによって発生される電荷を監視して、前記圧電材料構造体の分極有効性が所定の閾値以下に低下したときを検出する手段を更に有していることを特徴とする請求項1に記載の電力発生装置。
- 前記圧電モジュールパッチの前記第1の電極及び前記第2の電極にそれぞれ接続されており、前記圧電材料構造体の分極有効性が前記所定の閾値以下に低下したときに前記圧電モジュールパッチを再分極化する電源を更に具備していることを特徴とする請求項7に記載の電力発生装置。
- 回転数カウンタ、状態応答装置、再充電可能なバッテリー、フラッシュライト組立体、マイクロコントローラ、GPSシステム、無線装置からなる群から選択された少なくとも1つの電子装置構成要素を更に具備しており、当該少なくとも1つの電子装置構成要素は、前記圧電モジュールパッチにおいて発生された電荷で電力が供給されることを特徴とする請求項1に記載の電力発生装置。
- 前記エネルギー蓄積装置は、電解キャパシタ、スーパーキャパシタ、再充電可能な固体バッテリー、再充電可能な化学バッテリーの内の1つからなることを特徴とする請求項1に記載の電力発生装置。
- 少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体と、当該少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体に接続されて、少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体によって発生された又は前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体に供給された電荷量を監視するマイクロコントローラとを具備しており、前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体は、
細長い圧電材料と、
前記細長い圧電材料に実質的に囲まれ、前記細長い圧電材料のための第1の電極として機能するように形成されている金属コアと、
前記細長い圧電材料の選択した領域を取り囲んで、前記細長い圧電材料のための第2の電極を形成している導電性シースと
を具備していることを特徴とする電子装置組立体。 - 前記細長い圧電材料がチタン酸バリウムファイバからなることを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記細長い圧電材料が、水晶、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニル(PVC)からなる群から選択された材料からなることを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体は、所与の環境内の所定の特性に関係して変化する電荷量の電荷を発生することによって前記所定の特性を監視する状態応答装置として動作することを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記所定の特性は、温度、圧力、所与の環境内で作用する静的及び動的な力のレベルからなる群から選択されることを特徴とする請求項14に記載の電子装置組立体。
- 前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体は、空気タイヤ構造体の選択した部分に一体化されており、温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度、タイヤ構造体に作用する静的及び動的な力のレベルからなる群から選択される少なくとも1つの所定の特性を検出するように構成されていることを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体を機械的なアクチュエータとして制御する手段を更に具備することを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体は、二次元の正弦波状形状につくられていることを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体は、三次元のらせん状形状につくられていることを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記細長い圧電材料に実質的に囲まれている前記金属コアは共押出し成型で形成されていることを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記細長い圧電材料は、浸漬、吹付け、又はプラズマ蒸着の内の1つによって、前記金属コアの周りに形成されていることを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 前記マイクロコントローラに接続されて、前記マイクロコントローラによって制御されて、前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体から出力された又は前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体に入力すべき信号を通信する無線装置を更に具備していることを特徴とする請求項11に記載の電子装置組立体。
- 電力発生装置が一体化されているタイヤ組立体であって、
地面と接触するトレッド部を有するクラウン部と、タイヤをホイールリムに装着するビード部と、各ビード部とクラウン部との間に延在するサイドウォールとを有している空気タイヤ構造体と、
前記空気タイヤ構造体の選択した部分に一体化され、前記空気タイヤ構造体が機械的歪みを受けたときに電荷を発生するように形成されている圧電モジュールパッチと
を具備しており、前記圧電モジュールパッチが、
複数の細長い圧電材料構造体と、
各々前記複数の細長い圧電材料構造体の1つに実質的に囲まれている複数の金属コアであって、当該複数の金属コア全体が前記圧電モジュールパッチのための共通する第1の電極として機能するように形成されている、複数の金属コアと、
前記複数の細長い圧電材料構造体の各々を取り囲んで、前記圧電モジュールパッチのための共通する第2の電極を形成している導電性材料と
を具備していることを特徴とするタイヤ組立体。 - 前記圧電モジュールパッチの前記複数の圧電材料構造体が、水晶、チタン酸バリウム、硫化カドミウム、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ塩化ビニル(PVC)からなる群から選択された材料からなることを特徴とする請求項23に記載のタイヤ組立体。
- 前記圧電モジュールパッチによって発生された電荷量を監視して、前記空気タイヤ構造体の所定の特性を測定する手段を更に有していることを特徴とする請求項23に記載のタイヤ組立体。
- 前記所定の特性は、温度、圧力、タイヤ回転数、車両速度、タイヤ構造体に作用する静的及び動的な力のレベルからなる群から選択されることを特徴とする請求項23に記載のタイヤ組立体。
- 前記圧電モジュールパッチにおいて発生された電荷を受けて、その電荷の内の選択した量を蓄積するように構成されたエネルギー蓄積装置を更に具備することを特徴とする請求項23に記載のタイヤ組立体。
- 前記エネルギー蓄積装置は、電解キャパシタ、非電解キャパシタ、スーパーキャパシタ、再充電可能な固体バッテリー、再充電可能な化学バッテリーの内の1つからなることを特徴とする請求項27に記載のタイヤ組立体。
- 前記圧電モジュールパッチによって発生される電荷を監視して、前記圧電材料構造体の分極有効性が所定の閾値以下に低下したときを検出する手段を更に有していることを特徴とする請求項23に記載のタイヤ組立体。
- 前記圧電モジュールパッチの前記第1の電極及び前記第2の電極にそれぞれ接続されており、前記圧電材料構造体の分極有効性が前記所定の閾値以下に低下したときに前記圧電モジュールパッチを再分極化する電源を更に具備していることを特徴とする請求項29に記載のタイヤ組立体。
- 回転数カウンタ、状態応答装置、再充電可能なバッテリー、フラッシュライト組立体、マイクロコントローラ、GPSシステム、無線装置からなる群から選択された少なくとも1つの電子装置構成要素を更に具備しており、当該少なくとも1つの電子装置構成要素は、前記圧電モジュールパッチにおいて発生された電荷で電力が供給されることを特徴とする請求項23に記載のタイヤ組立体。
- 支持基板を更に具備しており、前記圧電モジュールパッチは前記支持基板内に埋込まれていることを特徴とする請求項23に記載のタイヤ組立体。
- 振動系に一体化された圧電材料から電力を発生させる方法であって、
内部電極と外側電極とを有する細長い圧電材料から構成される少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体を、前記振動系に係る選択した場所に配置し、
前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体に、前記振動系に係る機械歪みを受けさせて、前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体に電荷を発生させ、
前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体に発生させた前記電荷の内の選択した量を蓄積して、当該蓄積した電荷を、前記振動系に付属する電子装置に電力を供給するために使用する
ことを特徴とする方法。 - 前記蓄積の前に、前記少なくとも1つの圧電材料ワイヤ構造体に発生させた前記電荷の流れを調整する工程を更に有することを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記蓄積された電荷から、前記振動系に接続されたマイクロコントローラに調整された電圧を供給する工程を更に有することを特徴とする請求項33に記載の方法。
- 前記振動系は、タイヤ又はホイールの組立体であり、前記振動系に係る機械歪みを受けさせる工程は、前記タイヤ又はホイールの組立体が地面を走行するときに生じる機械歪みを受けさせることであるとを特徴とする請求項33に記載の方法。
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