JP2008031869A - バッテリー駆動式電力自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の車体に設けられた水車による水力を利用して発電した電気エネルギーを自動車の駆動源に使用するバッテリー駆動式電力自動車を提供する。
【解決手段】自動車の車体１０の上部には水が蓄えられたタンク１６が設けられ、そのタンク１６より低い位置には水車の水車ランナー１２が設けられている。まず、導水管に配設された回転体１７が回転すると、タンク１６に充填された水が導水管１１に導入される。そして、この導水管１１に流れる水で、水車の水車ランナー１２（羽根車）を回す。これにより、水車ランナー１２の回転による機械エネルギーを発生することができる。また、ダイナモ１３（発電機）を使用すれば、上記機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、その変換された電気エネルギーを、バッテリー１４に蓄えることができる。水車を回した水は、揚水管１５に配設された回転体１７により、揚水管１５を通してタンク１６に戻される。
【選択図】図１

Description

この発明はバッテリー駆動式電力自動車、詳しくは内燃機関などを備えた自動車の駆動技術に関する。

一般に、自動車は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどの内燃機関を駆動源として搭載している。その駆動源の燃料となるガソリンは、その価格の変動が激しく、また急に高騰する場合も生じる。これにより、自動車を駆動する燃料費が高騰してしまう。また、ガソリンエンジンから二酸化炭素が排出され、この排出量が大きいと、地球温暖化などの環境問題に影響を及ぼしてしまう。
最近では、このような地球温暖化の対策として、内燃機関と電動機とを含む複数の駆動源を備えた自動車が開発されている。すなわち、始動時や減速時に電動機を駆動源として併用することにより、内燃機関から排出される二酸化炭素を減らすとともに、燃費を向上させた自動車が開発されている。
例えば、特許文献１に記載のように、内燃機関と電動機との駆動源を備えた自動車のエンジンシステムの制御装置が開示されている。

特開２００４−２８０６６号公報

しかし、電動モータで駆動する自動車でも、始動時にはバッテリー（鉛蓄電池）からの電気が必要である。また、上記バッテリーは時間が経つと、電解液が無くなり消耗する消耗品である。これにより、バッテリーを消耗したときは、別のバッテリーを準備して交換する手間が生じてしまう。
また、自動車の駆動能力を高める場合、電動モータが大型化すれば、その消費電力も大きくなってしまう。このため、走行距離を伸ばすためには容量の大きな大型のバッテリーを搭載する必要がある。しかし、重量が嵩み、余分なスペースが必要になり、特に軽自動車などの小型の自動車にとっては好ましくない。
したがって、従来のバッテリー（鉛蓄電池）に蓄えられた電気エネルギーをあまり必要とせず、自動車においてその駆動源となる電気エネルギーを走行時に備えていれば、上記問題を解決することができる。

そこで、本願発明者は、鋭意努力した結果、走行時、車体の上部から下部にかけて配設された導水管に水を導き、その導いた水で水車ランナーを回してダイナモで電気エネルギーを発生させ、その電気エネルギーを自動車の駆動源に使用できることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、自動車の車体に設けられた水車による水力を利用して発電した電気エネルギーを自動車の駆動源に使用するバッテリー駆動式電力自動車を提供することを目的とする。
また、この発明は、その自動車を走行させるのに、バッテリー（鉛蓄電池）の容量をあまり必要としないバッテリー駆動式電力自動車を提供することを目的とする。
さらに、この発明は、自動車の走行時においても有効に発電を行うバッテリー駆動式電力自動車を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、バッテリーに蓄えられた電気エネルギーで自動車を駆動するバッテリー駆動式電力自動車であって、車体の上部に設けられ、水が充填されたタンクと、上記タンクよりも高さが低い位置に設けられ、タンクからの水により駆動回転させられて機械エネルギーを生成する水車と、上記タンクから上記水車にかけて配設され、上記タンクの水を上記水車に導いて供給する導水管と、上記水車から上記タンクにかけて配設され、上記水車に当接した水を上記タンクに揚水する揚水管と、上記導水管および上記揚水管の管の中にそれぞれ配設され、水を送水する一対の回転体と、上記水車の機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを上記バッテリーに蓄えるダイナモと、を備えたバッテリー駆動式電力自動車である。
自動車の種類は限定されず、例えば、乗用車、軽自動車またはバスでもよい。
車体の上部に設けられるタンクの容量は限定されない。タンクは、例えば、車体のルーフ（天井）の位置に設けられる。タンクの水の容量は限定されない。
タンクに溜める水は、水道水、自然水または雨水を使用してもよい。冬の場合、水が凍るおそれが生じる。また、夏の暑い場合、水が蒸発してしまうおそれが生じる。よって、タンクを断熱材により保護してもよい。
タンクより高さが低い位置であれば、水車の位置は限定されない。水車は、車体の前部または後部に配設してもよい。例えば、ボンネット下方のエンジンルーム内が挙げられる。
水車の形式は限定されない。ペルトン水車（衝動水車）、フランシス水車（反動水車）でもよい。
水車の大きさは限定されない。水車ランナー（羽根車）に設けられる羽板の数も限定されない。水圧を受ける羽板の面積も限定されない。
上記水車は、１個または複数個設けてもよい。
導水管および揚水管の本数は１本でも複数本でもよい。また、その導水管の径の大きさも限定されない。導水管の長さも限定されない。さらに、導水管および揚水管の勾配も限定されない。
冬の寒冷時において、タンク、および導水管の水が凍結しないように、断熱材にて保護するのが好ましい。断熱材の素材は、限定されない。例えば、グラスウール、ウレタンまたはポリスチレンフォームなどが使用される。また、凍結防止剤として使用されている塩化カルシウムをタンクの水に添加してもよい。
上記ダイナモ（発電機）から発電される電気エネルギーの発電量は限定されない。発電した電気エネルギーは、インバータ、コンバータなどを使用して直流または交流の電気に変換される。
電気エネルギーを蓄えるバッテリーの蓄電容量も限定されない。バッテリーの素材も限定されず、例えば、ニッケル水素などが用いられる。
バッテリーに蓄えられた電気エネルギーは、電動モータ、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどの駆動源の他、自動車用の電装部品、例えば、エアコン、方向指示灯、照明灯、運転席のパネル表示などに供給される電源として使用することができる。

請求項１に記載の発明によれば、自動車の車体の上部には、水が蓄えられたタンクが設けられている。自動車の車体の下部には、水車の水車ランナーが設けられている。まず、導水管に配設された一対の回転体が回転すると、タンクに充填された水が導水管に導入される。そして、この導水管に流れる水で、水車の水車ランナー（羽根車）を回す。これにより、水車ランナーの回転による機械エネルギーを発生することができる。また、ダイナモ（発電機）を使用すれば、上記機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。さらに、その変換された電気エネルギーを、バッテリーに蓄えることができる。水車を回した水は、揚水管に配設された一対の回転体により、揚水管を通してタンクに戻される。
そして、バッテリーに蓄えた電気エネルギーを、自動車を駆動させる駆動源に使用することができる。例えば、バッテリーに蓄えた電気エネルギーを使用して、電動モータを備えた自動車の駆動源に使用することができる。また、その電源を使用してガソリンエンジンの自動車の始動時などの電源として使用することができる。さらに、水車を使用して電気エネルギーを生成するので無害である。

請求項２に記載の発明は、上記タンクには、くし歯状の仕切で形成された波状の水路がその内部に設けられた請求項１に記載のバッテリー駆動式電力自動車である。

請求項２に記載の発明によれば、上記タンクには、ラジエータのコルゲーテッドフィンのように、波状に水路が設けられている。すなわち、タンクの水は、くし歯状のように仕切により細かく区切られている。水路が迷路のように波状に設けられている。これにより、仕切と垂直方向に車がゆれても、その仕切により水がタンクからあふれにくくなる。
なお、くし歯状の仕切は、車体の長さ方向に設けてもよいし、その長さ方向とは垂直の方向に設けてもよい。

請求項３に記載の発明は、上記バッテリーには、上記水車により発電された電気エネルギーおよび内燃機関により発電された電気エネルギーの少なくとも一方が蓄えられる請求項１または請求項２に記載のバッテリー駆動式電力自動車である。
内燃機関は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンが挙げられる。また、ガソリンエンジンおよび電動機を有するハイブリッド自動車にも適用することができる。

請求項３に記載の発明によれば、始動時または減速時には、バッテリーには水車の水車ランナーの回転による発電が可能である。また、通常走行時、ガソリンエンジンを回し、その回転をダイナモで発生させた電気エネルギーを上記バッテリーに蓄えることもできる。
そして、これら生成した電気エネルギーを使用して、次回の電動モータの始動時に使用することができる。

請求項４に記載の発明は、上記バッテリーには、風力発電機で発電された電気エネルギーおよび太陽電池パネルで受光して得られた電気エネルギーの少なくともいずれかが蓄えられる請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のバッテリー駆動式電力自動車である。

請求項４に記載の発明によれば、通常の走行時、バッテリーには水車ランナーの回転により得られた電気エネルギーを蓄えることが可能である。また、車体のルーフ（天井部）に設けられたプロペラが風力により回転し、この回転により得られた電気エネルギーを蓄えることが可能である。
しかし、始動時には、水車ランナーから水車の回転数が低く、得られる電気量も小さくて期待できない。また、風力発電の場合も同様である。
そこで、始動時には、太陽光により得られた電気エネルギーを蓄える。そして、好天時において、太陽光発電で得られた電気エネルギーをバッテリーに蓄えておき、その蓄えた電気エネルギーを始動時の自動車の駆動用の電源として使用することができる。

この発明によれば、自動車の車体の上部には、水が蓄えられたタンクが設けられている。自動車の車体の下部には、水車の水車ランナーが設けられている。まず、導水管に配設された一対の回転体が回転すると、タンクに充填された水が導水管に導入される。そして、この導水管に流れる水で、水車の水車ランナー（羽根車）を回す。これにより、水車ランナーの回転による機械エネルギーを発生することができる。また、ダイナモ（発電機）を使用すれば、上記機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。さらに、その変換された電気エネルギーを、バッテリーに蓄えることができる。水車を回した水は、揚水管に配設された回転体により、揚水管を通してタンクに戻される。
そして、バッテリーに蓄えた電気エネルギーを、自動車を駆動させる駆動源に使用することができる。例えば、バッテリーに蓄えた電気エネルギーを使用して、電動モータを備えた自動車を動かす駆動源に使用することができる。また、その電源を使用してガソリンエンジンの自動車の始動時などの電源として使用することができる。

以下、この発明の第１の実施例を図１〜図７を参照して説明する。
本実施例では、乗用車およびバスを使用したバッテリー駆動式電力自動車について説明する。図１は、本願発明を乗用車に適用した構成を示す斜視図である。図２は、本願発明をバスに適用した構成を示す斜視図である。
図１〜図３に示すように、乗用車およびバスの車体１０のルーフ部（天井部）には、水が溜められたタンク１６が設けられている。タンク１６は、底壁と４つの側壁と天井壁とを備え、略直方体形状を有している。このタンク１６の内部には、所定量の水が溜められている。 また、図４に示すように、タンク１６は、ラジエータのコルゲーテッドフィンのように、波状に水路２３が設けられている。すなわち、タンク１６の内部において、くし歯状の仕切板２４が底壁と垂直方向に設けられることにより、水路２３が迷路のように波状に形成されている。これにより、図５に示すように、仕切板２４と垂直方向に車がゆれても、タンク１６から水があふれにくい。なお、くし歯状の仕切板２４は、車体１０の長さ方向に設けてもよいし、その長さ方向とは垂直方向に設けてもよい。要は、仕切板２４の方向は、車体１０のゆれの大きさにより適宜決定される。

また、水を上記タンク１６から導き、水車に導水する導水管１１が設けられている。導水管１１は、剛性でかつ対錆性を有する素材で形成されている。例えば、プラスチック（塩化ビニルなどの合成樹脂）で形成されている。導水管１１は、所定の大きさを有している。
また、水車に当接させた水を、揚水して上記タンク１６に戻す揚水管１５が配設されている。揚水管１５の素材、径などは上記導水管１１と同じである。
なお、冬の寒冷時において、導水管１１および揚水管１５が凍結するおそれが生じる。そこで、例えば、グラスウール、ウレタンまたはポリスチレンフォームなどが使用などを素材とした断熱材を設けてもよい。
さらに、導水管１１および揚水管１５には、水車への水の供給を開閉により調節する弁１８が設けられている。
そして、上記導水管１１および上記揚水管１５の管の中には、回転体１７（スパイラル）が配設される。図６に示すように、回転体１７は、例えば、螺旋状のスクリューの形状を有するものが用いられる。その回転体１７は、金属などの剛性な素材、例えばアルミニウム板で形成されている。その回転体１７は、それが回転することにより、導水管１１および揚水管１５の水を流速を高めて送水する。

次に、水車について説明する。図１に示すように、車体１０前部のボンネットの下方のエンジンルームには、水車が配設されている。また、図２に示すように、バスの場合、車体１０の前部に設けられている。なお、バスの場合、エンジンルームが車体１０後部に設けられているので、水車をそのエンジンルームに配設してもよい。
水車の形式は、例えば、ペルトン水車が使用される。その水車の水車ランナー１２（羽根車）は、その周方向に所定間隔を有して複数個の水かき用の羽板を備えている。その水車の大きさは、自動車の車体１０の大きさによって決定される。また、羽板の数は、自動車に大きさによって決定される。また、水圧を受ける羽板の面積も自動車の大きさによって決定される。これらの羽板および面積により、回転数が決定される。
水車ランナー１２は、略箱形状の水槽１９のなかに配設される。その水槽１９の一方の側面には、導水管１１が連結されている。すなわち、水車ランナー１２は、水槽１９のなかで、導水管１１を通して流れた水がその羽板を当接するように配設されている。
水槽１９の他方の側面側には、水車ランナー１２を当接した後の水が流れるように、排水口が設けられる。そして、その排水口からタンク１６に戻す揚水管１５が連結されて設けられている。

次に、ダイナモ１３について説明する。車体１０の下部には、上記水車ランナー１２の回転軸と連結され、その水車ランナー１２の回転を電気エネルギーに変換するダイナモ１３が配設されている。そのダイナモ１３は、上記水車ランナー１２の回転に伴い、所定電圧、所定電力の電気エネルギーに変換して発電するものである。

図７に示すように、車体１０には、上記水車とは別に、風力発電機および太陽電池パネルを設けてもよい。例えば、車体１０の屋根には、風力発電機用のプロペラ２１が配設される。そして、風力で回転するプロペラ２１の機械エネルギーを電気エネルギーに変換する第２のダイナモ（図示せず）が設けられる。
また、車体１０の屋根には太陽電池パネル２２が配設されている。なお、太陽電池パネル２２は、車体１０の屋根に限定されず、太陽光を受けやすい場所に設置してもよい。

そして、車体１０には、上記ダイナモ１３で発電した電気エネルギーを蓄えるバッテリー１４が設けられている。また、このバッテリー１４は、上記風力発電用のプロペラの回転により得られた電気エネルギーを蓄えることができる。さらに、上記太陽電池パネル２２で受光して得られた電気エネルギーを蓄えることもできる。水力、風力または太陽光の切り換えは、図示しないスイッチ回路により行ってもよい。

次に、本願発明に係る自動車のバッテリー駆動法について説明する。
まず、自動車の走行前に、タンク１６に水を充填させる。次いで、自動車の運転席の前面に設けられたキースイッチを回すことにより、導水管１１および揚水管１５の管の中に設けられた回転体１７にバッテリー電源から電気が供給され、この回転体１７が回転する。同時に、導水管１１および揚水管１５に設けられた弁１８が開閉する。これにより、タンク１６から水が流れ出し、導水管１１に水が導かれる。そして、導水管１１の水は、回転体１７の回転により、その回転がない場合に比べて、流速を高めることができる。そして、流速を高めた状態で、水車に水を供給する。
水車に供給した水は、この後、揚水管１５に供給される。揚水管１５には、導水管１１と同様に回転体１７が配設されている。これにより、揚水管１５に流れ込んだ水は、その流速が、回転体１７による揚水作用により、補足されてタンク１６まで押し上げられる。

上記導水管は、車体の上部より車体の下方に向かって設けられている。また、導水管は、その径の大きさが車体の上部から下部に向かって先細りに形成することもできる。これにより、導水管を流れる水には、ベルヌーイの定理が働く。
すなわち、上部の導水管の径と下部の導水管の径とが同じのとき、下部が上部より低い位置にあると、下部の水の流速が上部のそれよりも増す。
また、基準位置からの上部の導水管の位置と下部の導水管の位置とが同じのとき、下部の導水管の径の大きさが上部の導水管の径の大きさより小さいと、下部の水の流速が上部のそれよりも増す。
これにより、車体の上部から下部にかけて、導水管の水の流れをよくすることができるとともに、導水管の水の流速を増すことができる。これにより、水車ランナー１２の羽板への水の当接力を高めることができる。

そして、この導水管１１に流れる水で、車体１０の下部のエンジンルームに設けられた水車ランナー１２を回す。すなわち、導水管１１から導かれた水が水車ランナー１２の羽板に当設する。これにより、水車ランナー１２を所定の回転数で回し、その回転で機械エネルギーを発生することができる。
そして、そのダイナモ１３を使用すれば、機械エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。さらに、その変換された電気エネルギーを、バッテリー１４に蓄えることができる。

そして、バッテリー１４に蓄えた電気エネルギーを、自動車を駆動させる動力限として使用することができる。すなわち、バッテリー１４に蓄えた電気エネルギーを使用して、例えば、電動モータで自動車を動かす駆動源に使用することができる。また、従来のバッテリー（鉛蓄電池）の代わりに、その電源を使用してガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンの始動時などの電源として使用することができる。

また、駆動源が電動機と内燃機関とを有するエンジン（ハイブリッドエンジン）を備えた自動車にも使用することができる。具体的には、始動時には、バッテリー１４から電動機に電力が供給される。このとき、タンク１６から水車に水が供給されて、水車が動作して電気エネルギーを生成しているので、その電気エネルギーがバッテリー１４に供給されている。よって、バッテリー１４の充電量が低下しない。
次に、通常走行時には、電動機と内燃機関を使って自動車は走行する。このとき、電動機および内燃機関の回転によりダイナモ（図示せず）が発電し、この発電した電気エネルギーがバッテリー１４に供給される。
さらに、減速時には、ブレーキをかけることにより、電動機のみが動作する。このとき、水車が動作して電気エネルギーを生成しているので、バッテリー１４にはその電気エネルギーが供給される。
どの電気エネルギーがバッテリー１４に供給されるかについての制御は、例えば、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）を使用して行われる。すなわち、エンジンの回転数により、ＥＣＵが始動時、通常運転時等の判定を行い、水車からバッテリー１４への電気エネルギーの供給または内燃機関からの電気エネルギーの供給を制御する。

上述のように、通常の走行時、バッテリー１４には水車ランナー１２の回転により得られた電気エネルギーを蓄えることが可能である。また、図７に示すように、車体１０のルーフ（天井部）に設けられたプロペラ２１が風力により回転し、この回転により得られた電気エネルギーを蓄えることが可能である。
しかし、始動時には、水車ランナー１２から水車の回転数が低く、得られる電気量も小さくて期待できない。また、風力発電の場合も同様である。
そこで、図７に示すように、太陽電池パネル２２を車体１０のルーフ部に配設する。そして、好天時において、太陽光発電で得られた電気エネルギーをバッテリー１４に蓄えておき、その蓄えた電気エネルギーを始動時の自動車の駆動用として使用することができる。

この発明の実施例１に係る乗用車タイプの全体構成を示す斜視図である。 この発明の実施例１に係るバスタイプの全体構成を示す側面図である。 この発明の実施例１に係るバスタイプの全体構成を示す平面図である。 この発明の実施例１に係るタンクの構成を示す斜視図である。 この発明の実施例１に係るタンクの水の状態を示す断面図である。 この発明の実施例１に係る回転体の構成を示す側面図である。 この発明の実施例１に係る乗用車の全体構成を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 車体、
１１ 導水管、
１２ 水車ランナー（水車）、
１３ ダイナモ、
１４ バッテリー、
１５ 揚水管、
１６ タンク、
１７ スパイラル。

Claims (3)

1. バッテリーに蓄えられた電気エネルギーで自動車を駆動するバッテリー駆動式電力自動車であって、
   車体の上部に設けられ、水が充填されたタンクと、
   上記タンクよりも高さが低い位置に設けられ、タンクからの水により駆動回転させられて機械エネルギーを生成する水車と、
   上記タンクから上記水車にかけて配設され、上記タンクの水を上記水車に導いて供給する導水管と、
   上記水車から上記タンクにかけて配設され、上記水車に当接した水を上記タンクに揚水する揚水管と、
   上記導水管および上記揚水管の管の中にそれぞれ配設され、水を送水する一対の回転体と、
   上記水車の機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーを上記バッテリーに蓄えるダイナモと、を備えたバッテリー駆動式電力自動車。
2. 上記タンクには、くし歯状の仕切で形成された波状の水路がその内部に設けられた請求項１に記載のバッテリー駆動式電力自動車。
3. 上記バッテリーには、上記水車により発電された電気エネルギーおよび内燃機関により発電された電気エネルギーの少なくとも一方が蓄えられる請求項１または請求項２に記載のバッテリー駆動式電力自動車。

Images