JP2007298007A

JP2007298007A - 輸送機械の風力発電装置

Info

Publication number: JP2007298007A
Application number: JP2006128367A
Authority: JP
Inventors: Wen-King Chen; 文慶陳; Wu-Teng Hsieh; 武燈謝
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2007-11-15
Also published as: DE102006023130A1

Abstract

【解決手段】入風口および出風口と入風口に対応する部位に設けられた流線板を有するハウジングと、入風口と出風口との間に取付けられるホイールと、回転ホイールおよび固定平板を有し、ホイールの一側辺に取付けられた発電機構と、扁平状でかつ厚みのある形状をなし、中央が前記のホイール軸に対応する貫通孔を備えた回転ホイールと、回転ホイールに配列される複数の磁界磁石と、扁平状でかつ厚みのある形状をなし、複数の発電コイルが配列され、各発電コイルから軸心までの距離は何れも同一である固定平板とを含む。
【効果】クランクリンクの伝動機構による運動変換の必要が無いので、直径の大きい発電機構が可能で、ホイール側辺の空間を十分利用でき、さらに発電機構の外形体積は扁平であり、発電コイルと磁界磁石はより速い正接速度を有するので、より高い発電効率が得られる。
【選択図】図７

Description

本発明は、風力発電装置に関し、特に輸送機械の外表面に積載でき、かつクランクリンク伝動機構による運動転換を行う必要なく、より高い発電効率が得られる風力発電装置に関する。

近頃、石油資源が少なくなり、その価格も段々高くなりつつある上に、石油燃料の長年の使用による温室効果またはその他のポリューション問題に関して日々酷くなりつつある。このような問題を鑑みて、輸送機械、例えば電動自動車、ハイブリッド動力車などを電動化に発展して石油燃料の使用を低減させることが考えられている。

しかし、輸送機械の内燃機関に使用される石化燃料と比較すると、今まで、一般の電動輸送機械が使用する電池の電気エネルギーの貯存容量は、相対的に小さく、一回の充電で短い距離しか走行できず、かつ電池の充電も非常に遅く、時間が長くかかってしまうことなど、これらの電池技術における問題は、電動輸送機械が今まで広く使用できない主因となっている。

また、電動輸送機械の一回の充電で走行できる距離を長くするためには、その他のエネルギー発電装置を増設する必要があると考えられる。そして、環境に良いエネルギー源、例えば風力発電、ソーラーシステム発電及びブレーキエネルギーの回収などの手段を採用すべきである。特に、輸送機械に取り付けた風力発電は、その走行移動中に、より大きい電力が得られるものを選ぶべきである。

風力発電の原理は、輸送機械の走行移動により相対的な風速を生じさせ、風力羽根車を利用して風のエネルギーを捕集する上で、風圧抵抗の一部を電力に転換して輸送機械上の電池を充電させ、また、他の電気機器で直接使用するように供給して輸送機械の一回の充電で走行可能な距離を増加させることができる。

事実上、内燃機関の輸送機械にも風力発電装置を取り付けるべきである。電子科学技術の進歩に従って、内燃機関の輸送機械が電子化される傾向がある。その上に、電子ナビゲーション設備、音声エンターテインメント設備およびコンピュータ化された制御システムなどの各種の電子装置が配備されている。しかし、何れも電気エネルギーを消費しなければならず、また必要な電力量を満足する、より多くの電力を作り出すために、内燃機関が連動する発電機のパワーを大きくする必要がある。発電機のパワーを大きくすることは、その分、内燃機関の負担が加重され、より多くの燃油が消耗されてしまうことになる。それに対して、内燃機関の輸送機械に一部の電気エネルギーの産出を分担する風力発電装置を取り付け、パワーの低い内燃機関を採用して発電機を動かすことができれば、内燃機関の負荷を少なくして燃油の消耗または排気ガスの発生も低減させる結果につながる。

図１は、周知の風力発電装置の立体外観図を示す。リニア発電機４が輸送機械の風力発電装置１１０のハウジング１１１中に設置され、さらに、ハウジング１１１に対応する入風口１１３の処に、その風力発電装置１１０における受風面の風圧抵抗を減少して輸送機械の外表面１１４に取付けるために便利である。

図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。その内、リニア発電機１４０は、ハウジング１１１内に設け、リニア発電機１４０の接続軸１４１の一端をリンク１３１に固定し、伝動機構１３０が運転して操作された時、接続軸１４１により、リニア往復動して磁束量を変化して発電させる。

このようなリニア発電機１４０の接続軸１４１は、リニア発電機１４０内の一端にコイルまたは磁石（図示せず）が固定され、設計された発電量の大きさにより、固定するコイルまた磁石は、一定大きさの質量ｍを考えなければならない。風力ホイール１２０は回転する際、回転トルクが伝動機構１３０のリンク１３１、接続軸１４１および質量ｍに伝送され、これらの伝動部材を加速または減速してリニア往復動を行うことができる。

しかし、リニア発電機１４０の大きさが限られることは、即ちリニア往復動のストロークが限定されているので、これらの伝動部材が高速に加速された場合、このリニア発電機１４０は発電効率が大きくなった途端、直ちに接続軸１４１などの伝動部材がストロークの両終端時の速度をゼロになるように減速される。

ここにおいて注意すべきことは、接続軸１４１などの伝動部材を減速させる風力ホイールの回転トルクは、使用できる電力に転換できないため、この風力ホイールに吸収された一部の風が無駄になってしまうため、風力発電装置の発電効果が大きく低減されることになることである。また、各伝動部材がリニア往復動された時、風力発電装置１１０はリニア往復動方向への振れが生じやすくなる。

他にも、図２から理解できるように、収容部１１５の空間にはクランクリンク伝動機構１３０が配置されるため、リニア発電機１４０は僅か収容部１１５の小さい空間のみを有しているので、往復動のストロークが制限される。

次に、図３、図４を参照すると、他の風力発電装置が断面図で示されている。一般の伝統的回転式発電機２４０が輸送機械の風力発電装置２１０のハウジング２１１に配置され、かつハウジング２１１は、ハウジング２１１に対応する入風口２１３部位に、その風力発電装置２１０の受風面の面積による風圧抵抗を低減させるための流線板２１２を設け、輸送機械の外表面に取付けることは便利である。

その内、風力ホイール２２０の一側板２２１を伝動機構２３０の一部とし、さらに回転式発電機２４０が流線板２１２の下方の空間に取付けられる。以上の設計により、風力発電装置２１０の受風面の面積をさらに低減して風力発電装置２１０の風圧抵抗を低下させるとともに、部品数を少なくすることができる。他にも、例えばリニア発電機を利用する際に往復動したエネルギーの無駄が避けられる。

ここで、入風口２１３を有する一面は、この風力発電装置の受風面と定義され、受風面は、ハウジング２１１の入風口２１３が形成する入風部分Ａおよび流線板２１２が形成する流線部分Ｂからなり、前記伝動機構２３０の側ホイール２４１は、前記ホイール２２０の一側板２２１と合せて伝動しているので、回転式発電機２４０とは入風部分Ａまたは流線部分Ｂに重ねることができる。

それまでの風力発電装置構造の設計に対して、伝動機構２３０は、必ず入風部分Ａまたは流線部分Ｂ以外の部位に、それを収納するための相当な空間がなければならず、所定大きさの受風面が形成され、かつ余計な風圧抵抗が生じてくるため、このような風力発電装置は、より多くの風圧抵抗を低下させることができる。

しかし、この風力発電装置２１０は、回転式発電機２４０および伝動機構２３０などの部材が入風口２１３近傍に設置されるため、装置内に入った汚れから隔離して、これらの部材への侵入を防止し難く、特に、この風力発電装置２１０が主に輸送機械の外表面に取り付けられるため、雨水、埃などの侵入が避けられず、完全なる隔離がなければ、これらの部材を汚して損害しやすくものである。

周知の如く、ファラデーの定理（Faraday’s Law）により、発電機が発生する電圧は、E=−dΦ_B／dt（ｔは時間、Φ_Bは磁束をそれぞれ表す。）により算定される。このため、発電機内の発電コイルの大きさおよび所定のコイル数、または磁石の磁界強度を一定と仮定すると、コイルと磁界との切線速度が速ければ、発電機の生ずる電圧も高くなり、従って、一般の発電機は、高速回転でなければ、有効な効率が出てこない。

前記の問題に鑑みて、本願の発明者は、多くの研究を積重ねて風力発電装置の運動転換必要のないクランクリンク伝動機構を直径の大きい発電機に設計して伝動機構の収納部の空間を十分利用する技術により前記多くの問題を解決できると同時に、発電効果の増進も達成できる輸送機械の風力発電装置を案出した。

本発明の主な目的は、前記の問題を解決するため、輸送機械の風力発電装置を提供することにあり、主に、回転ホイールと固定平板を対応的に配置して発電機構を設計するもので、輸送機械が走行移動する際に生じた風力によりホイールを押動して回転させると共に、発電機構の回転ホイールを作動して、回転ホイール上の磁界磁石と発電機構の固定平板上の発電コイルと切線運動を行うことにより、発電コイルの磁束量を変化して発電させようとするものである。

前記の目的を達成するために、本発明の風力発電装置は、ハウジングを備え、輸送機械の外表面に取付け、かつハウジングは入風口及び出風口を備える。入風口に対応するハウジングには受風面の風圧抵抗を低減して風を入風口に導入する流線板が設けられている。そして、ホイールは、垂直軸型風力ホイールで、軸及び複数の羽根が含まれ、ホイールの両端に軸部および側板が備えられ、軸部は、それぞれ側板上に固定し、さらにハウジング内の入風口および出風口に取付けられている。中央にはホイール軸部に対応して設けられた貫通孔は、ホイールに固定する軸部に提供され、かつ回転ホイールに複数の磁界磁石が配列され、各磁界磁石から軸心までの距離は、何れも同一で、また少なくとも一つの固定平板を設け、扁平状かつ厚みのある形状を成しており、その固定平板には複数の発電コイルが配列され、各発電コイルから軸心までの距離の何れも同一である。また、固定平板の中央はホイール軸部に対応する貫通孔を備え、ホイール上に枢接して回転ホイールとを対に配置するために提供し、平板の周縁には脚シートを延出してハウジング中に取付け、固定するのに提供することができる。

本発明の発電装置はホイールと直接に接続可能で、また伝動機構によりホイールと間接に接続する。この発電装置は、その原理が複数の往復式リニア発電機を回転軸心に沿って配列するとともに、各リニア発電機から回転軸心までの距離の何れも同一である。

発電装置の磁界磁石（磁界はコイルにより通電する場合、磁界コイルを生ずる）は、回転ホイール上に固定し、発電コイルが固定平板上（または発電コイルは回転ホイールに固定して磁界磁石または磁界コイルは固定平板上に固定する）に固定され、このように、輸送機械が走行移動の際に生じた風力によりホイールを作動して回転させる時、この回転ホイールを直接に作動して回転させることで、発電コイルと磁界磁石（または磁界コイル）と正接して発電コイルを通る磁束量を変えて発電させる。

本発明の輸送機械の風力発電装置は、風力発電装置の運動転換必要のないクランクリンク伝動機構の直径が大きい発電機に形成することにより、伝動機構の収納部の空間を十分利用でき、それにより、発電効果の増進を達成できる。また、輸送機械が走行移動する際に生じた風力によりホイールを押動して回転させると共に、発電機構の回転ホイールを作動して、回転ホイール上の磁界磁石と発電機構の固定平板上の発電コイルと切線運動を行うことにより、発電コイルの磁束量を変化して発電させることができる。また、クランクリンクの伝動機構による運動変換の必要が無いので、直径の大きい発電機構の設計可能で、ホイール側辺の空間を十分利用でき、さらに発電機構の外形体積は扁平性の特性を有し、さらに発電コイルと磁界磁石とはより速い正接速度を有しているので、より高い発電効率が得られる。

本発明が前記の目的を達成するため、採用される技術、手段およびその他の効果等、好まれるいくつの実施例を例にして、さらに図５乃至図１２を合せてより好ましい実施例を説明した後、本発明にかかる目的、特徴およびその他の利点をより深く具体的に理解できるであろう。

図５乃至図１０を参照するように、本発明が選んだより好適な実施例である。

まず、本発明の風力発電装置は、輸送機械の外表面に取付けるために提供するもので、輸送機械が走行移動の際に生じた風圧で風力発電装置を作動させることを可能にする。

図５に示すように、本発明の風力発電装置の立体外観図である。本発明の風力発電装置は、ハウジング１を備え、輸送機械の外表面１Ａ上に取付けられ、ハウジング１は、さらに入風口１１と出風口１２を備える。ハウジング１が対応する入風口１１の処に、受風面の風圧抵抗を低減させ風を入風口１１に導入するための流線板２が設けられ、また前記の入風口１１及び出風口１２にそれぞれ遮蔽網１０を設け、異物の進入を防止することができる。

図６及び図７を参照するように、それぞれ本発明にかかる風力発電装置の内部の組付図及び分解図を示す。

その内、ホイール３は、垂直軸型風力ホイールである。一つの軸及び複数の羽根３３を備え、またホイール３の両端は、軸３１及び側板３２を備え、このホイール３は、ハウジング１内の入風口１１と出風口１２との間に取付けられている。

他に、一つの発電機構を含み、この発電機構は、回転ホイール４および固定平板６を有し、ホイール３の一側辺に取付けられ、特に、その内、少なくとも一つの回転ホイール４は、偏平状をなし、かつ厚みのある形状である。中央は、ホイール軸３１に対応する貫通孔４１を有することによって、ホイール３に固定する軸３１を提供する。また、回転軸４は複数の磁界磁石５を配列し、それぞれの磁界磁石５から軸心までの距離は皆同じで、そして少なくとも一つの固定平板６は偏平状で、かつ厚みのある形状に形成される。その固定平板６は、複数の発電コイル７が配列され、各発電コイル７から軸心までの距離は皆同じである。また固定平板６の中央にはホイール軸３１に対応する貫通孔６１を備えてホイール３上に枢接するために提供して回転軸４と対応的に配置される。さらに固定平板６の周縁には脚シート６２が延出してハウジング１に取付け、または固定するために提供される。

図８は、図５のＡ−Ａ断面の断面図を示す。本発明の風力発電装置は、ハウジング１を備え、輸送機械の外表面１Ａ上に取付けられ、その内、ホイール３が入風口１１及び出風口１２の間に取付けられ、輸送機械は、走行移動際により生じた風圧が入風口１１からハウジング１内に入り、羽根３３を押動してホイール３を連動させ、その回転により出風口１２からハウジング１に排出される。

図９は、図５のＢ−Ｂ断面の断面図を示す。本発明の風力発電装置は、ハウジング１を備え、輸送機械の外表面１Ａ上に取付けられ、その内、ハウジング１内の発電機構は、ホイール３と直接に接続でき、この発電機構の設計原理は、複数の往復式リニア発電機が回転軸心に沿って配列され、かつ各リニア発電機から回転軸心までの距離は、何れも均一で設置される。以上の発電機構の設計は、往復式リニア発電機と伝統の回転式発電機の優点を兼ねており、即ち、往復加減速のエネルギー損失がなく、また扁平状をなし、受風面の面積を減少して風圧抵抗を低減させることができる。

また、本発明は、さらに電力調節制御装置８を取付けて発電機構と電気連結し、まず発電機構が生じた電力を適宜な電圧および電流を転換して輸送機械へ伝えて直接に使用、または充電するのに使用できる。

次に、図１０を参照するように、本発明の風力発電装置の正面図である。図９を合せて示すように、本発明の発電機構は、クランクリンク機構の運動を転換させる必要がなく、また発電コイル７を組付けて回転軸の軸心に沿って配列しているため、直径の大きい発電機構を設計して従来有するクランクリンク機構の空間を十分に利用できる。同じホイールの回転速度では発電機構の直径が大きいほど、発電機構内の発電コイル７及び磁界磁石５はより速い切線速度が得られ、ファラーディ定理により、高い電圧が得られる。

無論、本発明は、なお多くの実例が存在しており、その間が僅か局部の変化である。図１１を参照するように、本発明のその他の実施例の正面図を示す。さらに図９を合せて示すように、本発明の発電機構を三重式でき、つまり二重磁界磁石５の中間に発電コイル７を挟んで発電コイル７を通過する磁界強度を増強させることができる。

次に、図１２を参照するように、図５のＢ−Ｂ断面のもう一つ実施例の断面図を示す。その内、本発明の発電機構は、伝動機構によりホイール３と間接に接続する。この伝動機構は、歯車ユニット９で、変速機能を有し、発電機構の回転ホイール４の回転速度を増加させることで、その発電効率を向上することができる。前記歯車ユニット９は発電機構の回転軸とホイール３の軸と揃えることができるので、ホイール３側の空間を十分に利用可能である。

他に、歯車ユニット９の厚さがあまり大きくないので、伝動機構の空間の幅は明らかに増加されていない。また、その他の発電機構の設計に関する変更は、例えば、多層の発電コイル７と磁界磁石５との配置は、発電コイル７は回転ホイール４上に固定するが磁界磁石５が動かないように固定され、電極ブラシの使用または磁界磁石５をコイル通電の使用を変えて必要な磁界などを生じさせ、このホイール５が回転された際に、ベルトホイールユニットまたはその他の変速機構を介してこの発電機構を作動して発電させ、よって、前記実施例と同じ効果を達成することができる。

前記の各実施例による変化の他、部分的部品を簡単な変化をさらに行い、例えばホイールの羽根形状は平板状または円弧状に設計するなどの一般的な等効変換、または流線板は平板状から円弧面に変換する形態、またはハウジングの内壁面はホイールに合せる円弧状など、これらの簡易的な変化は、何れも本願の技術における範囲内に含まれる。

以上の実施例に開示されたのは、本発明を説明するためのもので、本発明を制限するものはないため、本願にかかる全ての数値的変換または等効要素の置換など、何れも本発明の範疇に属するべきである。

前記を総して、本発明は、確かに「産業上利用することができる発明」である疑うことなく、また本願の実施例に掲げられた技術特徴は、出願前、如何なる刊行物の公開がなく、または公開使用されていないもので、前記した効果の増進を確かに備えるので、「新規性」及び「進歩性」の法定的発明要件として十分に符合しているので、法により特願を提出して審査により許可されるべきである。

従来の風力発電装置の立体外観図である。図１のＡ−Ａ線の断面図である。もう一つの風力発電装置の断面図である。もう一つの風力発電装置の断面図である。本発明の風力発電装置の立体外観図である。本発明の風力発電装置の内部組付図である。本発明の風力発電装置の内部分解図である。図５のＡ−Ａ線の断面図である。図５のＢ−Ｂ線の断面図である。本発明の風力発電装置の正面図である。本発明の風力発電装置の他の実施例の正面図である。図５のＢ−Ｂ線のさらにもう一つの実施例の断面図である。

符号の説明

１ハウジング１０遮蔽網
１１入風口１２出風口
２流線板３ホイール
３１軸３２側板
３３羽根４回転ホイール
４１貫通孔５磁界磁石
６固定平板６１貫通孔
６２脚シート７発電コイル
８電力調整制御装置
９歯車ユニット１Ａ外表面
１１０風力発電装置１１１ハウジング
１１２流線板１１３入風口
１１４外表面１１５収容部
１３０伝動機構１３１リンク
１４０発電機１４１軸
２１０風力発電装置２１１ハウジング
２１３入風口２１２流線板
２２０風力ホイール２２１側板
２３０伝動機構２４０回転式発電機
２４１側ホイール
Ａ入風部分Ｂ流線部分

Claims

輸送機械の風力発電装置であって、主に、
輸送機械の外表面上に取付けられ、入風口および出風口を備え、前記入風口に対応する部位に流線板が設置されるハウジングと、
垂直型で、軸および複数の羽根を備え、両端が軸および側板を有し、前記ハウジング内の前記入風口と前記出風口との間に取付けられるホイールと、
回転ホイールおよび固定平板を有し、前記ホイールの一側辺に取付けられた発電機構と、
扁平状で、かつ厚みのある形状をなし、中央が前記のホイール軸に対応する貫通孔を備えてホイール軸への固定を提供する少なくとも一つの回転ホイールと、
前記回転ホイールに配列され、前記軸心との距離の何れも同一である複数の磁界磁石と、
扁平状で、かつ厚みのある形状をなし、複数の発電コイルが配列され、各発電コイルから軸心までの距離は何れも同一である少なくとも一つの固定平板と、を含み、
固定平板の中央は、ホイール軸に対応する貫通孔を有し、ホイールに枢接して回転ホイールと対応的に配置するのに提供され、また固定平板の周縁は脚シートを延出してハウジング内に固定するために提供し、
よって、発電機構は回転ホイールと固定平板との対応的配置により、輸送機械が走行移動の際に生じた風力を利用してホイールを押動して回転させると同時に、発電機構の回転ホイールを作動し、回転ホイール上の磁界磁石および発電機構の固定平板上の発電コイルを正接運動させ、磁束量を変化して発電させることを特徴とする輸送機械の風力発電装置。
前記発電機構内部の磁界磁石または磁界コイルが回転ホイールに、そして発電機構内部の発電コイルが固定平板上に固定されるか、或いは、発電コイルが回転ホイール上に、そして磁界磁石または磁界コイルが固定平板上に固定されることを特徴とする請求項１記載の輸送機械の風力発電装置。
前記の発電機構は三重式に配置され、即ち二重磁界磁石または磁界コイルの間に発電コイルを挟み、発電コイルを通過する磁界強度を増強させることを特徴とする請求項１記載の輸送機械の風力発電装置。
前記発電機構の発電コイルの外観は円形状態または矩形状態であることを特徴とする請求項２記載の輸送機械の風力発電装置。
前記の発電機構は、伝動機構によりホイールと間接に接続し、伝動機構は歯車ユニットまたはその他の変速機構であることもでき、ホイールが回転された時伝動機構を介して発電機構を作動して発電させることを特徴とする請求項１記載の輸送機械の風力発電装置。