JP6603845B2 - ステアリングホイール用発電装置 - Google Patents

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Description

本発明は、走行時の振動又は運転中の動作で発電を行い、ステアリングホイール単体による各種車内デバイスへの操作情報発信を可能にするステアリングホイール用発電装置に関する。
現在、乗用車のステアリングホイールには、車両の運転時に於いてエアコン等の各種車内デバイスをステアリングホイールから手を離さずに操作するためのコントローラを搭載したものがあり、運転中に目線を大きくそらすことなく、各種デバイスの操作を行うことが可能となっている。この様なステアリングホイールに関して、ステアリングホイール自体に発電機を搭載する構造が特開２００２−０１９５５０（以下特許文献１として記載）として、また、同系統の技術としてドアハンドル内に発電機構を設けた構造が特開２０１３−１２４５１４（以下特許文献２として記載）として、それぞれ出願、公開されている。
これら２件のうち、特許文献１記載の構造は、運転者の操作によって作動する部位の運動エネルギーを用いて発電することをその技術的特徴としており、具体的な実施形態として分銅付モータを用いたステアリングホイール用発電装置を提示している。また、特許文献２に記載のステアリングホイールは中空の握り部分内壁にコイルを巻回し、当該コイル内側に設けた磁石の移動時に生じる誘導起電力によって発電することをその技術的特徴としており、当該発電によるドア開閉情報の送信といった機能の使用を可能にしている。
特開２００２−０１９５５０ 特開２０１３−１２４５１４
上記特許文献１および２は、上述した技術的特徴及びそれによる効果を有している一方で、上記特許文献１記載の構造ではその実施に際して別途ステアリングホイール上に設ける操作部材の搭載スペースが圧迫され、エアバック搭載箇所となるステアリング中央部付近以外で新たなスペースを確保しなければならない。また、特許文献２に記載の構造では、スライド動作による電磁式発電機を用いている。この為、低速度での揺動動作が大部分を占める自動車のステアリングホイールに用いても発電に必要な誘導起電力を得ることが難しいという課題を有している。
加えて、特許文献１及び２記載の発電機はそれぞれ回転分銅及び電磁式発電機といった小型化優先の発電機を用いている為、運転中に行う連続した信号の送信に必要なだけの電力量を得ることができない。
上記課題に対して本明細書記載の発明では、高い発電効率とスペース効率とによって実用に即した電力供給が可能なステアリングホイール用発電装置の提供を目的としている。
上記目的のために本発明に於ける第１の態様記載の発明は、ステアリングホイールの握り部内に形成された空洞の内壁に設けた環状のラック；前記環状のラックと噛み合うピニオンと、前記ピニオンの回転が伝達される入力軸を有する発電用モータとを含む歯車式発電機とを備え、ステアリングホイールの回転に伴って前記歯車式発電機が空洞内を移動し、その移動に伴うピニオンの回転により前記発電用モータが発電することを特徴とするステアリングホイール用発電装置を要旨とする。
より具体的には、ステアリングホイールの握り部分に内蔵する歯車式発電機の搭載構造について、ステアリングホイールの握り部分に沿った形状で構成された歯車式発電機を、当該握り部分内壁をガイドにして揺動自在に設け、前記握り部分内壁に設けたラックギアと当該歯車式発電機の入力用歯車とを嵌合、回転させることで発電する機構をその技術的特徴としている。
また、本発明に於ける第２の態様記載の発明は、前記歯車式発電機からフレキシブルプリント配線板を介して、電力を保存するキャパシタへ電力供給が行われるステアリングホイール用発電装置を要旨とする。
上述した技術的特徴によって本発明に於ける第１の態様記載のステアリングホイール用発電装置は、高い発電効率とスペース効率とによって実用に即した電力供給が可能なステアリングホイール用発電装置を提供することができる。これは、本明細書記載の構造が握り部分内壁をガイドとした歯車式発電機を用いていることによる効果となっている。
より具体的には、歯車式発電機のケースと握り部分の内壁とで当該発電機のガイド部分を形成することで、搭載される歯車式発電機が高い発電量を供給できる状態で配置することが可能となる。即ち、ステアリングホイール上で最も変位量が大きくなる握り部分に歯車式発電機を設けることで、僅かなステアリングホイール操作でも当該発電機の歯車により増幅される変位量から安定した電力供給を行うことができる。
また、前記ガイド部分の形成によって、歯車式発電機に嵌合するラックを高い自由度で配置することが可能となる。この為、実際の運転時に握り部が受ける加重及び回転動作に対応して当該ラックと発電機が有する入力用歯車との嵌合動作を最適化し、高い発電効率とスペース効率での電力供給を行うことができる。更に、本発明では歯車式発電機に働く発電に作用しない方向の応力について、前記内壁全体に分散させる事が可能となる。これは、上記ガイド部分の形成によって得ることができる効果となっており、加減速時でのステアリングホイール操作や急ブレーキ等に起因する衝撃に際しても、高い耐久性と共に電力の供給を継続することができる。
また、本発明で用いる歯車式発電機はその構造上、発電機自体が移動してラックと嵌合した発電機の入力用歯車を回転させ、ギア等の動力伝達手段を用いて当該入力用歯車の回転を当該発電機内に設けた発電用モータの入力軸に伝達し、回転させる構造となっている。この為、本発明ではギア比等、前記動力伝達手段の伝達比率を変えることで前記入力用歯車及び動力伝達手段にかかる負荷とモータの回転数等を調整することができる。加えて、上記発電機自体が移動する構成の為、本発明の構造では歯車式発電機を構成する部品のうち、全ての重量を発電時の慣性力として用いる、実用に即した電力供給を行うことが可能となる。
上記効果に加えて、本発明に於ける第２の態様記載の発明を用いることで、上記高い発電効率によって得られた電力を省スペース状態でかつ安定してステアリングホイール内に供給することが可能となる。
以上述べたように、本発明の構造を用いることで、高い発電効率とスペース効率とによって実用に即した電力供給が可能なステアリングホイール用発電装置を提供することができる。
本発明の最良の実施形態に於いて用いるステアリングホイール用発電装置の全体斜視図である。 図１に於いて示したステアリングホイール用発電装置内に設けられた歯車式発電機の分解斜視図である。 歯車式発電機のカバーを取り外した状態を示す分解斜視図である。 図１の拡大図中、Ａ−Ａ’線に沿う縦断面図である。 図１に於いて示した歯車式発電機の変更例である。
以下に、図１、図２、図３、図４及び図５を用いて、本発明に於ける最良の実施形態を示す。尚、図中、同一の構成、機能を有する部分には共通の符号を付している。
図１に本発明の最良の実施形態に於いて用いるステアリングホイール用発電装置の全体斜視図を、図２に同用発電装置に設けた歯車式発電機の分解斜視図を、図３に同歯車式発電機のカバーを取り外した状態を示す分解斜視図を、図４に図１の拡大図中、Ａ−Ａ’ 線に沿う縦断面図を、そして図５に図１に於いて示した歯車式発電機の変更例を、それぞれ示す。尚、歯車式発電機からの電力を供給するフレキシブルプリント配線板の延長部分、当該電力を保存するキャパシタ、車内設備への信号送信部及びそれらの配線部分については、図中での記載を省略している。
図１及び図２から解るように、本実施形態記載のステアリングホイール用発電装置１は円形の外観形状となっており、握り部分２を円筒状に形成し、当該握り部分２の内壁と歯車式発電機４のカバー８とを当接させている。この様な構造を用いたことで本実施形態のステアリングホイール用発電装置１では、図１中、細線にて記載した前記内壁に設けた環状のラック５と歯車式発電機４のケース側入力軸９に設けたケース側ピニオンギア１１とを嵌合させつつ、当該歯車式発電機４に働く発電に作用しない方向の応力を前記内壁全体に分散させ、当該ケース側ピニオンギア１１と環状のラック５との間に於ける駆動方向以外の応力集中を防ぐことが可能となった。加えて、当該環状のラック５を用いたことで、歯車式発電機４の移動量に関わる制限を無くし、握り部２を一回転させても停止することなく、継続してキャパシタへの電力供給を行うことが可能となっている。尚、本実施形態では歯車式発電機−キャパシタ間の接続にフレキシブルプリント配線板１６を用いているが、同じ技術的見地から歯車式発電機側にバネ端子等の接点ブラシを設け、握り部分の内壁全周に当該ブラシ用接点を設けることで、前記フレキシブルプリント配線板１６を代替することができる。尚、後述する環状ガイド溝Ｒについて、本図面では細線を用いた拡大図部分である図４、図５にて一部のみの記載としている。
また、図２、図３及び図４から解るように、本実施形態のステアリングホイール用発電装置１では発電用モータ等を内部に収納、固定する握り部２を空洞化し、当該握り部内に設けた発電用モータ１２の底面をハウジング底部７によって固定することで歯車式発電機４のケースを構成している。また、当該ケース内部について、モータ側ピニオンギア１４をモータ入力軸１３に設けた発電用モータ１２、当該ピニオンギア１４に動力を伝達するクラウンギア１０及び、当該クラウンギア１０が固定された前記歯車式発電機４のケース側入力軸９をそれぞれハウジング内に配置した発電機構を用いており、カバー８に設けた軸受１５によって前記ケース側入力軸９を回転可能に支持している。ケース側入力軸９に取り付けたピニオンギア１１は組込時、別途握り部内壁に固定された環状のラック５に噛み合って配置される為、歯車式発電機４の移動に伴い当該入力軸９を回転させ、発電用モータ１２を駆動させることが可能となっている。また、本実施形態ではクラウンギア１０について、ハウジング６を切り欠いて配置している。この為、限られた搭載スペース内でクラウンギア１０の径を最大限確保すると共に、当該クラウンギア１０からモータ入力軸１３への回転力伝達時に於いて、高い回転数で発電用モータ１２を駆動させることが可能となった。
上記基本構造に加えて、本実施形態では前記歯車式発電機４のケースを握り部２内壁の環状ガイド溝Ｒによって支持したガイド機構を備えている。より具体的には、図３及び図４に示すように、歯車式発電機のケースを構成するカバーのガイド部Gと、環状ガイド溝Rとを嵌合させた構造を用いている。この為、本実施形態のステアリングホイール用発電装置は、前記発電効率の向上と部品点数の減少に加えて、簡略化された構造によって耐久性を向上し、容易に小型化することが可能となった。
即ち、本実施形態では前述したガイド機構により、歯車式発電機が受ける発電時の移動方向以外の応力をケースに設けたガイド部Ｇと環状ガイド溝Rとの接触面に分散させることができる。これにより、本実施形態のステアリングホイール用発電装置では歯車式発電機４のケース側入力軸９及びラック５に対する当該応力の集中を防ぎ、ステアリングホイール用発電装置としての耐久性を向上しつつ部品点数を減少させ、容易に小型化することが可能となっている。また、モータ入力軸１３とケース側入力軸９とを別体にし、互いに直行して配置したことで、駆動時に生じる歪みからモータ入力軸１３を保護し、ケース内の発電機構も含めて耐久性を向上することができた。尚、本実施形態ではカバー８及びカバー８を取り付けたハウジング６側面にて前記応力の吸収を行う構造としているが、同様の技術的見地から、歯車式発電機４の移動方向以外に於けるケース表面についても、握り部分の内壁に内接する構造とするか、又は別途スライドガイド等を設けることによって同様のガイド機構を設け、耐久性の向上を図ることが可能となっている。
また、本実施形態では歯車式発電機自体が前記ガイド機構に沿って移動し、環状のラック５と噛み合うケース側ピニオンギア１１によってケース側入力軸９を回転させることで、当該入力軸９に固定されたクラウンギア１０及びそれに連動したモータ入力軸１３に動力を伝達する構造となっている。この為、本実施形態記載の構造では歯車式発電機４を構成する部品のうち、大部分の重量を発電時の慣性力として用いることができる。加えて、本実施形態では環状のラック５、クラウンギア１０及びケース、モータ入力軸のギア比を変えることでステアリングホイール用発電装置内の発電機構を使用する環境で生じる外力に対応した構成に最適化し、全体的な発電効率を向上することもできる。尚、本実施形態では、ハウジング底部７等、ケースの構成部品に高比重材料を用いることで当該部品に分銅としての機能を追加し、前記移動時の歯車式発電機４に働く慣性力の増加と、当該歯車式発電機４の移動速度安定化という効果を得ることが可能となっている。図中、３は操作部、１７はガイドケース、Ｌは送電ランドをそれぞれ示す。
尚、本実施例と同じ技術的見地から、図５に示す様に、ハウジング６に別途切り欠き１８を設けることでケース側ピニオンギア１１の径を拡大することもまた、可能となっている。図中、Ｇはガイド部、Ｒは環状ガイド溝をそれぞれ示す。
以上述べたように、本願実施形態記載の構造を用いることによって、高い発電効率とスペース効率とによって実用に即した電力供給が可能なステアリングホイール用発電装置を提供することができた。
１ ステアリングホイール用発電装置
２ 握り部
３ 操作部
４ 歯車式発電機
５ ラック
６ ハウジング
７ ハウジング底部
８ カバー
９ ケース側入力軸
１０ クラウンギア
１１ ケース側ピニオンギア
１２ 発電用モータ
１３ モータ入力軸
１４ モータ側ピニオンギア
１５ 軸受
１６ フレキシブルプリント配線板
１７ ガイドケース
１８ 切り欠き
Ｇ ガイド部
Ｌ 送電ランド
Ｒ 環状ガイド溝

Claims (2)

  1. ステアリングホイールの握り部内に形成された空洞の内壁に設けた環状のラック；
    前記環状のラックと噛み合うピニオンと、前記ピニオンの回転が伝達される入力軸を有する発電用モータとを含む歯車式発電機とを備え、
    ステアリングホイールの回転に伴って前記歯車式発電機が空洞内を移動し、その移動に伴うピニオンの回転により前記発電用モータが発電することを特徴とするステアリングホイール用発電装置。
  2. 前記歯車式発電機からフレキシブルプリント配線板を介して、電力を保存するキャパシタへ電力供給が行われる請求項１記載のステアリングホイール用発電装置。
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