JP2008190455A - 車両用風力発電装置及び風力発電装置付き車両 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両搭載を前提とした小形の風車２０を採用しつつも、発電効率が極めて良好な車両用風力発電装置を提供する。
【解決手段】 車両の走行風ＩＡを受けるための風車翼２２を、前方翼面２６を上記高速気流通過面及び低速気流通過面が形成された特有形態の湾曲流線型状とすることで、前方翼面２６側から見て向かい風形態で風を受ける位相では、高速気流通過面と低速気流通過面との相対気流の流速差に基づく揚力トルクを、受風による直接的な回転トルクに重畳することができ、また、後方翼面２８を凹状湾曲面とすることで、追い風形態で風を受ける位相にて効率よく風を受けることができる。その結果、風力の風車２０回転力への変換効率を大幅に高めることができ、低風速時の風車２０の始動性も劇的に向上する。
【選択図】 図４

Description

この発明は、車両用風力発電装置及び風力発電装置付き車両に関する。

特開平１０−２１５５０２号公報 特開平１１−１５５２０３号公報 特開２０００−１３９０６号公報 特開２００３−２９９２０７号公報 特開２００６−５２２２７６号公報

乗用車やバスあるいは列車が走行すれば、その車体は車速に応じた走行風を受ける。この走行風を動力源として風車を回し発電を行なう技術が、多数の文献に開示されている（例えば、特許文献１〜５）。

しかし、上記のような従来の車両用風力発電装置は、現実に量産・実用化された事例は皆無といってよい。その理由は、風車のエネルギー変換効率が悪く、発電機性能とも相俟って搭載コストに見合った発電出力が期待できないためである。例えば、特許文献１〜４にて使用されている風車は、全て翼合計面積の小さいプロペラ型風車であり、回転トルクが低いため、車両搭載可能な小形の風力発電装置には効率が非常に悪い欠点がある。また、特許文献５では垂直軸風車を倒立配置して使用している。垂直軸風車は、原理上、垂直軸風車は風車の片側で受ける風のみを利用できず、特許文献５で使用されているパドル型の風車では風力の回転トルクへの変換効率が非常に悪く、これも高出力は全く期待できない。特に、特許文献５のごとく、内外のロータ、対応する風車により互いに逆回転させるタイプの発電機は、ロータ間の相対速度が倍増するために非常に大きな回転トルクが必要であり（特に始動時）、上記のごとき従来の風車では風力のトルク変換効率が低いため、始動特性と発電効率がいずれも十分でない問題がある。

本発明の課題は、車両搭載を前提とした小形の風車を採用しつつも、発電効率が極めて良好な車両用風力発電装置と、それを搭載した車両とを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の車両用風力発電装置は、
走行風を受風可能な位置にて車両上に取り付けられた風車と、当該風車の回転エネルギーを電力変換する発電機とを備え、
風車は、各々回転軸線と直交する向きに受風する風車翼が該回転軸線周りに複数配置されるとともに、回転軸線と直交する断面において各風車翼は、後方翼面が基準回転方向前方側に引っ込む凹湾曲面とされ、前方翼面が基準回転方向前方側に突出するとともに後方翼面よりも湾曲深さが大きい凸湾曲面とされ、さらに、前方翼面は、湾曲ノーズ部において曲率が極大となり、該湾曲ノーズ部から翼内縁側及び翼外縁側に向けてそれぞれ曲率が減少し、該湾曲ノーズ部から翼外縁に至る第一面の面長が同じく翼内縁に至る第二面の面長よりも大きい流線形状をなし、前方翼面にて基準回転方向前方側から相対気流を受けた場合に、第一面と第二面とは、湾曲ノーズ部から翼外縁に向けて当該第一面に沿って生ずる相対気流の速度が、同じく翼内縁に向けて第二面に沿って生ずる相対気流の速度よりも大きくなるよう、それぞれ高速気流通過面及び低速気流通過面として機能するものとされ、
各風車翼にて生ずる、高速気流通過面と低速気流通過面との相対気流の流速差に基づく揚力トルクを、後方翼面側にて風車翼を基準回転方向に回転させる向きに生じさせるように構成したことを特徴とする。

また、本発明の車両は、上記本発明の車両用風力発電装置を、風車が走行風を受風可能となる位置に取り付けたことを特徴とする。

上記の構成によると、車両の走行風を受けるための風車翼を、前方翼面を上記高速気流通過面及び低速気流通過面が形成された特有形態の湾曲流線型状とすることで、前方翼面側から見て向かい風形態で風を受ける位相では、高速気流通過面と低速気流通過面との相対気流の流速差に基づく揚力トルクを、受風による直接的な回転トルクに重畳することができ、また、後方翼面を凹状湾曲面とすることで、追い風形態で風を受ける位相にて効率よく風を受けることができる。その結果、風力の風車回転力への変換効率を大幅に高めることができ、低風速時の風車の始動性も劇的に向上する。すなわち、車両搭載を前提とした小形の風車を採用しつつも、発電効率が極めて良好な車両用風力発電装置が実現する。また、従来の風車（特に、抗力型のもの）では回転トルクが大きいため、高速走行する車両が受ける風速の大きい走行風に対し、十分な回転追従性を実現できず、発電効率を高めることは非常に困難であった。しかし、本発明が採用する風車の構成によれば、回転トルクが低減されることにより高速走行時にも良好な回転追従性が得られ、出力の大きい発電が可能である。

上記の効果を高めるには、高速気流通過面の受風断面積を低速気流通過面よりも大きくすることが有効である。このためには、高速気流通過面の平均曲率を低速気流通過面の平均曲率よりも大きく設定しておくとよい。また、回転軸線と直交する断面において、該回転軸線と翼内縁とを繋ぐ直線を第一直線として、回転軸線を通って前方翼面に外接する第二直線と第一直線とのなす第一角度が、回転軸線を通って翼外縁を通る第三直線と第一直線とのなす第二角度よりも小さく設定することも有効である。

この場合、上記流速差を揚力に効率的に寄与させるには、低速気流通過面を通過した気流が後方翼面側で渦流を形成しにくくさせることが重要であり、この観点から、回転軸線と直交する断面において、各風車翼は、後方翼面の平均曲率を前方翼面の平均曲率よりも小さく設定しておくこと、つまり、後方翼面の湾曲深さを大きくしすぎないことが望ましい。また、渦流（あるいは乱流）抑制の観点から、風車翼は、翼内縁と翼外縁とが、各々湾曲形態の前方翼面と後方翼面との交線をなす稜線部として形成しておくとよい。

翼支持体は、回転軸線の周りに配列する各風車翼の翼内縁を含む円筒状の空間に対し、隣接する風車翼の間に気流出入り口を有する風洞部が形成されるように、風車翼を一体回転可能に支持するものとして構成するとよい。風洞部の形成により、受風方向に対して風車回転軸線の後方に位置する風車翼に風を当てることができ、風力の風車回転力への変換効率をさらに高めることができる。この効果をより顕著に達成するには、風車翼は回転軸線周りに３枚以上の等角度間隔で複数配置され、２枚の風車翼の間に形成される気流出入り口から風洞部を経て２枚の風車翼とは別の風車翼が後方翼面にて受風可能とする構造を採用するとよい。この場合、後方翼面が上記のような凹湾曲形態となっていることで、後方翼面に当たった風は回転軸線方向に巻き込まれるように方向変換され、風洞を通過した風が、上記別の風車翼に効果的に導かれる。例えば、上記別の風車翼回転軸線と直交する断面において、曲率一定の部分円筒面状に形成し、後方翼面を包含する仮想円筒面上に回転軸線を位置させると、該効果を高める上で有利である。

上記のような風洞部を有効形成するには、風洞部形成位置に余分な障害物が生じないよう、翼支持体は、各風車翼を回転軸線方向の端面にて支持するものとして形成することが望ましい。翼支持体は、具体的には、風洞部の軸線方向端部を形成するとともに風車の回転支持部を形成する本体プレートと、該本体プレートの外周縁から半径方向外向きに放射状に延びるとともに各々風車翼の端面に取り付けられる支持アームプレートとを備えるものとして構成できる。支持アームプレートは風車翼の端面に対し翼内縁に沿って取り付けることができる。

本発明の適用対象となる車両は、例えば自動車であるが、鉄道にも適用可能である。自動車の場合、内燃機関エンジンと走行駆動モータとの双方を走行動力源とするハイブリッド車に適用することが、燃費向上の観点において特に有効である。この場合、内燃機関エンジンから動力分割される駆動力により回転する走行動力発電機の発電出力と、風力発電装置の発電出力との双方により、走行駆動モータの電源となるバッテリーを充電することになる。ハイブリッド車のバッテリーは大容量であるが、本発明の風力発電装置の搭載により、その充電効率を大幅に高めることができる。

ハイブリッド車に適用する場合、走行動力発電機の発電出力を直流化する第一のＡＣ−ＤＣコンバータと、風力発電装置の発電出力を直流化する第二のＡＣ−ＤＣコンバータとを個別に設けることが望ましい。これにより、風力発電装置の発電周波数及び位相を走行動力発電機と同期させる必要がなくなる。この場合、それら第一のＡＣ−ＤＣコンバータ及び第二のＡＣ−ＤＣコンバータの各出力電圧がバッテリーの充電電圧として使用される。該バッテリーの直流出力は、インバータにより走行駆動モータの走行駆動交流電圧に変換される。

風車は、車両の走行方向前方に受風口を開口する受風ダクト内に回転軸線が受風方向と直交する位置関係にて配置することができる。そして、受風風上側から見て回転軸線にて二分される風車部分のうち、風車回転接線方向が受風方向を向く側を第一部分、同じく風車回転接線方向が受風方向とは逆向きとなる側を第二部分として、上記の受風ダクトは、風車よりも風上側に位置する部分の内側に、受風口から受ける走行風を第一部分側に偏らせつつダクト通風断面積を縮小させる絞り機構を設けることができる。これにより、受風口から受ける走行風を絞り機構により第一部分側に集中させて流速を高めることができ、同じ走行速度であっても風車をより高速にて回転させることができる。

この場合、受風ダクトの内部空間を、受風方向と回転軸線との双方と直交する向きに測定したときの寸法をダクト高さと定義したとき、絞り機構は、該ダクト高さ方向の両側を形成する導風壁の少なくとも一方が、ダクト通風断面積を該ダクト高さ方向に縮小させる傾斜壁とすることができる。傾斜壁の出口側に風車翼の前方翼面の第一面が臨む回転位相となったとき、傾斜壁に導かれた走行風が当該第一面に沿う向きに方向変換され、ささらに該第一面から湾曲ノーズ部を経て、当該風車翼の回転先行側に位置する風車翼の後方翼面に対し、直接風の受風方向に重なる形で合流するので、走行風の集中効率を大幅に高めることができる。この効果は、傾斜壁を風下側端縁に向けて曲率を増加させる凹湾曲面形態に形成した場合に特に著しい。また、風車の受風方向前端縁を含む断面を基準面として、傾斜壁は、受風口から基準面に近づくにつれ、風車の第二部分の外周縁側から回転軸線の該基準面への投影位置に向かうよう、第二部分を隠蔽する形態で設けることができる。風車の順方向回転に対して走行風が抗力として作用する第二部分を隠蔽するように傾斜壁を設けることで、風車の回転効率をより向上させることができる。

風車は、基準軸線上の第一位置に回転軸線を一致させる形で配置され、走行風を受けて第一方向に回転する第一風車と、基準軸線上の第一位置とは異なる第二位置に配置されるとともに、走行風を受けて前第一風車とは逆方向に回転する第二風車とを有するものとして構成できる。この場合、発電機は、界磁用マグネットが設けられ第一風車と一体回転する第一ロータと、該第一ロータと逆方向に第二風車と一体回転するとともに界磁用マグネットにより励磁される発電用コイルが設けられた第二ロータとを有するものとして構成できる。

上記の構成によると、界磁用マグネットを設けた第一ロータと、発電用コイルを設けたロータとを、同一方向からの風を受けた場合に互いに逆方向に回転する風車にそれぞれ接続することで、界磁用マグネットと発電用コイルとの相対回転速度を、風車回転速度に対して倍速化し、発電効率を高めることができる。また、比較的重量の大きい界磁用マグネットと発電用コイルとが、それぞれ第一ロータ及び第二ロータの形で風車回転軸線周りに集中する結果、一種のフライホイール効果が生じ、風速が一定しない場合でも回転の安定化を図ることができる。さらに、第一ロータ及び第二ロータが上下の風車とともに互いに逆方向に回転するので、風車回転軸への回転ねじれ負荷荷重をキャンセルでき、構造強度上も有利である。そして、前述の通り、この種の発電機は回転トルクがかなり大きいが、上記のごとく風力のトルク変換効率が非常に高い風車構造を採用しているので、高速で安定的に発電機を回転させることができ、発電効率が高い。

上記態様の風力発電装置を自動車に搭載する場合、基準軸線が自動車の車幅方向と一致するように、第一の風車、第二の風車及び発電機が取り付けることが、走行風をより効率的に受風する観点において望ましい。この場合、第一の風車、発電機及び第二の風車が車幅方向にこの順序で配列したユニットを自動車の車体内部に収容し、当該車体の表面に開口する受風口から走行風を受風するように構成すれば、余計な風抵抗を受ける突出部分がユニットにより車体上に形成されず、特に効率のよい受風が可能である。また、ユニットの搭載に伴う車体（ボデー）の形状や意匠に生ずる設計変更が少なくて済み、既存の車両に追加搭載する設計態様にも容易に対応できる利点もある。

特に、該ユニットは車体前端部に取り付けることが、正面からの最も強い走行風を受けることができ、高発電効率を期待できる。この場合、車体前部に形成されたエンジンルームの下方がスペースを特に確保しやすいのでより有利である。より具体的には、ユニットを車体前部に対し、第一の風車及び第二の風車の各受風口を車体前端面にてラジエータグリルの下方に開口する形で取り付ければ、自動車前部の美観が損なわれ難く、受風口を車両前部の意匠構成要素の一つとして活用することも可能である。

次に、上記の発電機は、発電用コイルと界磁用マグネットとが回転軸線方向にエアギャップを形成する形で対向するよう、第二ロータにおいて、空芯扁平に構成された複数の発電用コイルが回転軸線周りに各々軸線方向が回転軸線方向と一致する形で配列し、第一ロータにおいて、回転軸線周りに複数の界磁用マグネットが各々回転軸線方向に着磁された形で配列したアキシャルギャップ型発電機として構成することができる。発電機が上記のごとくアキシャルギャップ型発電機として構成されていることから、次のような効果を達成することができる。
（１）界磁用マグネットと発電用コイルとがアキシャル方向に対向するため、界磁用マグネットが設けられる第一ロータと発電用コイルが設けられる第二ロータとは、ほぼ同じ半径位置に界磁用マグネットと発電用コイルの各重量が集中し、回転軸線周りの慣性モーメントに差が生じにくい。その結果、上下の回転入力部（例えば風車）の回転慣性力にアンバランスを生じにくく、低速回転時の発電特性が安定しやすい。また、回転軸への回転ねじれ負荷荷重のキャンセル効果も大幅に高められ、構造強度的にも有利に作用する。
（２）発電用コイルと界磁用マグネットとをいずれも薄型に構成でき、かつ、発電用コイルが空芯型なので、発電装置全体の軽量化に大きく寄与する。また、発電用コイルと界磁用マグネットとの荷重がアキシャル方向に比較的集中するので、フライホイール効果が大幅に高められる。その結果、強風時等における回転軸ぶれも効果的に抑制できる。
（３）コイルとマグネットとの界磁反発力がアキシャル方向に発生するので、回転軸ぶれやコギングを生じにくい。
（４）発電用コイルが空芯型なので、渦電流損失が小さく発電効率も良好である。また、発電機の発熱も抑制される。

この場合、第二ロータと第二回転入力部とを結合する第二回転軸上に、複数の発電用コイルに各々つながるスリップリングを設け、第二回転軸上にて該スリップリング上を摺動するブラシを介し、発電用コイルからの発電出力を取り出すよう構成できる。これにより、第一ロータと第二ロータとが双方ともに回転する発電機構造において、その発電出力を問題なく取り出すことができる。

また、第一ロータは、第二ロータの発電用コイルとの対向面に界磁用マグネットが取り付けられる円板状のロータ本体を有し、第二回転軸と分離形成された第一回転軸が該ロータ本体に一体回転可能に結合されている構造とすることができる。円板状のロータ本体に界磁用マグネットを取り付けることで第一ロータの扁平化を図ることができ、フライホイール効果の更なる向上に寄与する。界磁用マグネットは厚さ方向に着磁された扁平永久磁石にて構成するとよい。特に、扁平型磁石でも強磁界を発生できる希土類磁石（例えば、希土類（Ｎｄ，Ｄｙ，Ｐｒ）−Ｆｅ−Ｂ系磁石、あるいは希土類（Ｓｍ）−Ｃｏ系磁石など）を採用することが、小形で高出力の発電機を実現する上で有効である。なお、扁平磁石とは、主表面（着磁面）断面積の平方根をｓとし、厚さ方向寸法をｔとして、ｔ／ｓが１未満（特に、０．５未満）の磁石のことをいう。

また、第一ロータは、第二ロータの発電用コイルに対し、アキシャル方向にてロータ本体と反対側から対向する形で円板状の補助ロータ本体を有し、該補助ロータ本体の発電用コイルとの対向面において、ロータ本体側の界磁用マグネットに対応する位置に、該界磁用マグネットとは逆極性の補助界磁用マグネットが取り付けられた構成とすることができる。この場合、ロータ本体と補助ロータ本体とが外周縁にて第二ロータを周方向に取り囲む周壁部により一体回転可能に連結されてなり、それらロータ本体、周壁部及び補助ロータ本体が軟磁性金属材料からなる界磁ヨークを構成するものとできる。上記のように構成すると、界磁用マグネットと補助界磁用マグネットとの間でアキシャル方向により強力で集中した磁界を発生でき、かつ、ロータ本体、補助ロータ本体及び周壁部が、軟磁性金属材料（例えばパーマロイなど）からなる界磁ヨークを構成することで、漏洩磁界が大幅に減じられ、発電効率を一層高めることができる。

この場合、より具体的には次のように構成できる。すなわち、ロータ本体の第二ロータに面しているのと反対側の主表面において回転軸線を取り囲む形で筒状の第一軸受スリーブが突出形成され、第二回転軸と分離形成された第一回転軸が第一軸受スリーブの先端を塞ぐ軸結合遮蔽部に一体回転可能に結合される。また、補助ロータ本体の第二ロータに面しているのと反対側の主表面において筒状の第二軸受スリーブが突出形成される。そして、第二回転軸が第二回転入力部側から第二軸受スリーブ及び第二ロータを貫通して先端部が第一軸受スリーブ内に入り込み、アキシャル方向における第二ロータの両側にて、それら第一軸受スリーブ及び第二軸受スリーブと第二回転軸との間に、第一ロータを第二ロータに対し、両者の相対回転摺動を許容した形で支持させる主軸受が配置される。この構造により、第一ロータは、前述の界磁ヨーク部分、第一軸受スリーブ及び第二軸受スリーブにより第二ロータ、ひいては発電機能部をなす界磁用マグネット及び発電用コイルを包み込む形状となり、回転摺動部分が主軸受により封止されるので、外部から水滴や異物等が発電機能部に侵入することを抑制できる。特に、界磁用マグネットが、酸化劣化しやすい希土類（Ｎｄ，Ｄｙ，Ｐｒ）−Ｆｅ−Ｂ系磁石にて構成されている場合は、有効な構造であるといえる。

上記構造においては、第一ロータを外側から覆う形で非回転の発電機ケースが設けるとさらによい。この場合、第二回転軸と第一回転軸とが該発電機ケースの内部から各々該発電機ケースの壁部に形成された対応する軸貫通穴にてアキシャル方向外向きに延出するとともに、第二回転軸及び第一回転軸と対応する各貫通穴との間に補助軸受を配置した構造とすることができる。このようにすると、第一ロータの外側がさらに発電機ケースで保護されるとともに、発電機ケースと第二回転軸及び第一回転軸との間が補助軸受で封止されるので、外部からの水滴や異物は補助軸受と主軸受との双方を突破しなければ発電機能部に侵入できず、保護効果が一層高められる。

この場合、発電機ケースの壁部外面からアキシャル方向に突出する筒状の補助軸受スリーブの内周面に軸貫通穴を形成し、該補助軸受スリーブ内に補助軸受が配置することができる。この場合、補助軸受スリーブの外周面と発電機ケースの壁部外面とを繋ぐ形で補強用及び放熱促進用の複数のフィンを放射状に設けることができる。このようにすると、回転軸に加わるラジアル方向荷重を、補助軸受を介して受け止める補助軸受スリーブの折損強度を高めることができるとともに、大出力発電中においても発電機の放熱を効率良く行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の風力発電装置付き自動車（車両）の一例を示す正面外観図であり、図２は同じく側面外観図である。該自動車１は、車体１１００と車輪１１０４を有し、車体１１００の前端部はエンジンルームを形成するボンネットとされ、該ボンネットの前端面左右に１対の前照灯１１０２，１１０２が配置されるとともに、それら前照灯１１０２，１１０２の間にはラジエータグリル１１０３が配置されている。そして、ラジエータグリル１１０３（エンジンルーム）の下方には、本発明の風力発電装置２の受風口１２０１が開口している。

図３に示すように、風力発電装置２は、基準軸線ＳＬ上の第一位置ＰＰに回転軸線ＲＡを一致させる形で配置され、走行風ＩＡを受けて第一方向に回転する第一風車２０と、基準軸線ＳＬ上の第一位置ＰＰとは異なる第二位置ＳＰに配置されるとともに、走行風ＩＡを受けて前第一風車２０とは逆方向に回転する第二風車３０とを有する。図６に示すように、発電機４０は、界磁用マグネット１０１が設けられ第一風車２０と一体回転する第一ロータ４１と、該第一ロータ４１と逆方向に第二風車２０と一体回転するとともに界磁用マグネット１０１により励磁される発電用コイル１０２が設けられた第二ロータ４２とを有する。

そして、風力発電装置２は、上記の第一の風車２０、発電機４０及び第二の風車２０が車幅方向にこの順序で配列したユニットとして構成され、図１に示すように、該ユニット（風力発電装置２）が、第一の風車２０及び第二の風車２０の各受風口１２０２を車体前端面にてラジエータグリル１１０３の下方に開口する形で取り付けられている。なお、受風口１２０２には、異物除けのガラリ１２０２がはめ込まれている。つまり、上記のユニットは自動車の車体内部に収容され、当該車体の表面に受風口１２０２を開口しているので、ユニットによる余計な風抵抗を受ける突出部分が車体上に形成されず、特に効率のよい受風が可能となっている。また、ユニットの搭載に伴う車体（ボデー）の形状や意匠に生ずる設計変更も少なくて済む。

図３に示すように、自動車は、内燃機関エンジン１１０９と走行駆動モータ１１０７との双方を走行動力源とするハイブリッド車として構成されている。内燃機関エンジン１１０９からの駆動力は、周知の動力分割装置１１０８により分割され、その一方が走行動力発電機４０側に、他方が動力軸１１１０側にそれぞれ動力出力される。また、走行駆動モータ１１０７の出力も動力軸１１１０に入力され、その回転出力がギア機構１１０６を介して車軸１１０５に伝達される。

走行駆動モータ１１０７の電源となるバッテリー１０３４は、走行動力発電機４０の発電出力と、風力発電装置２の発電出力との双方により充電される。具体的には、走行動力発電機４０の発電出力を直流化する第一のＡＣ−ＤＣコンバータ１０３１と、風力発電装置２の発電出力を直流化する第二のＡＣ−ＤＣコンバータ１０３２とが個別に設けられ、それら第一のＡＣ−ＤＣコンバータ１０３１及び第二のＡＣ−ＤＣコンバータ１０３２の各出力電圧がバッテリー１０３４の充電電圧として使用される。バッテリー１０３４の直流出力は、インバータ１０３３によりスイッチングされ、走行駆動モータ１１０７の走行駆動交流電圧に変換される。

図４に示すように、各風車２０，３０は、車両の走行方向前方に受風口１２０２を開口する受風ダクト３０１内に、回転軸線ＲＡが受風方向と直交する位置関係にて配置される。そして、各々、受風風上側から見て回転軸線ＲＡにて二分される風車部分のうち、風車回転接線方向が受風方向を向く側を第一部分ＰＦ、同じく風車回転接線方向が受風方向とは逆向きとなる側を第二部分ＳＦとして、上記の受風ダクト３０１内には、風車２０よりも風上側に位置する部分の内側に、受風口１２０２から受ける走行風ＩＡを第一部分ＰＦ側に偏らせつつダクト通風断面積を縮小させる絞り機構１２１０が設けされている。

受風ダクト３０２は、上壁部３０２、下部壁部３０３、左右の側壁部３１２，３１２及び、隔壁部３１０，３１０を有し、発電機４０は前後に分かたれた隔壁部３１０，３１０間に形成される切欠き空間内に配置されている。また、側壁部３１２，３１２及び、隔壁部３１０，３１０の受風側側面が、流通断面積を縮小するための絞り傾斜面３２０とされ、同じく風排出側の側面が、流通断面積を拡張するための拡張傾斜面３２１とされている。

そして、受風ダクト３０１の内部空間にて、受風方向と回転軸線ＲＡとの双方と直交する向きに測定したときの寸法をダクト高さと定義したとき、絞り機構１２１０は、該ダクト高さ方向の両側を形成する導風壁の少なくとも一方が、ダクト通風断面積を該ダクト高さ方向に縮小させる傾斜壁３０４とされている。この実施形態では、傾斜壁３０４は、風下側端縁に向けて曲率を増加させる凹湾曲面形態に形成されている。そして、風車２０の受風方向前端縁を含む断面を基準面ＪＰとして、傾斜壁３０４は、受風口１２０２から基準面ＪＰに近づくにつれ、風車２０の第二部分ＳＦの外周縁側から回転軸線ＲＡの該基準面への投影位置に向かうよう、第二部分ＳＦを隠蔽する形態で設けられている。なお、傾斜壁３０４と下壁部との間は空洞部３０５となっている。

次に、図５に示すように、第一風車２０及び第二風車３０は、各々回転軸線Ｍと直交する向きに受風する風車翼２２を該回転軸線Ｍ周りに複数配置してなる垂直軸型風車として構成されている（ただし、風車回転軸線ＲＡは水平（倒立）となるように配置されている）。第一風車２０は、３枚の風車翼２２及び２枚の翼支持体２４を備えている。第二風車３０は、第一風車２０を仮想鉛直面に関して鏡像反転した立体形状を有している点を除き、第一風車２０とほぼ同様に構成されているので、共通する構成要素には、第一風車２０の対応する構成要素と一位以下の数字ないし文字を共通させ、十位の数字を「２」から「３」に変えた符号を付与している。そして、この点を除き、同種の部材であって取り付け位置の異なる部材には原則として同一の符号を付与するが、同種の複数部材を互いに区別する場合は、説明の便宜上、必要に応じて、その符号の末尾にアルファベット（Ａ，Ｂ，Ｃ）を付与した符号を用いる。

以下、風車構造の要部を第一風車２０側で代表させて説明する。まず、図６（平面図）に示すように、各風車翼２２の回転軸線Ｍ周りに、第一風車２０及び第二風車３０とで互いに逆に基準回転方向Ｘ（風力を受けたときの、各風車２０，３０の実際の回転方向となる）を定める。この基準回転方向Ｘにおいて、前方側に位置する翼面を前方翼面２６とし、同じく後方側に位置する翼面を後方翼面２８とし、また、各風車翼２２の回転軸線Ｍに近い側の端縁を翼内縁ＥＬとし、同じく遠い側の端縁を翼外縁ＥＨと定義する。回転軸線Ｍの周りにおいて複数の風車翼２２は、翼内縁ＥＬが該回転軸線Ｍから半径方向に一定距離だけ離れて位置するよう翼支持体２４により一体回転可能に支持される。また、回転軸線Ｍと直交する断面において、各風車翼２２は、後方翼面２８が基準回転方向Ｘ前方側に引っ込む凹湾曲面とされ、前方翼面２６が基準回転方向Ｘ前方側に突出するとともに後方翼面２８よりも湾曲深さが大きい凸湾曲面とされる。

前方翼面２６は、湾曲ノーズ部２６３において曲率が極大となり、該湾曲ノーズ部２６３から翼内縁ＥＬ側及び翼外縁ＥＨ側に向けてそれぞれ曲率が減少するとともに、該湾曲ノーズ部２６３から翼外縁ＥＨに至る第一面の面長が同じく翼内縁ＥＬに至る第二面の面長よりも大きい流線形状をなす。前方翼面２６にて基準回転方向Ｘ前方側から相対気流を受けた場合に、第一面と第二面とは、湾曲ノーズ部２６３から翼外縁ＥＨに向けて当該第一面に沿って生ずる相対気流の速度が、同じく翼内縁ＥＬに向けて第二面に沿って生ずる相対気流の速度よりも大きくなるよう、それぞれ高速気流通過面２６１及び低速気流通過面２６２として機能する。

図７に示すように、それら高速気流通過面２６１と低速気流通過面２６２との相対気流の流速差に基づく揚力トルクが、後方翼面２８側にて風車翼２２を基準回転方向Ｘに回転させる向きに生じる。つまり、回転に伴う相対風の向きをＡＫ、走行風をＡＳとすると、風車翼２２には揚力Ｆが作用して、回転軸線Ｍの周りを基準回転方向Ｘに回転する。なお、風車翼２２の回転位相によっては、高速気流通過面２６１を流れる走行風ＩＡと、低速気流通過面２６２を流れる走行風ＩＡとの向きが互いに逆になることもあるが、高速気流通過面２６１と低速気流通過面２６２とに作用する気圧差、すなわち揚力Ｆは、各面に沿った流速差によって一義的に定まり、高速気流通過面２６１面側が低圧側となるように、その気流の向きとは無関係に生ずる点に留意が必要である。

なお、風車翼２２は、鉛直方向からみた断面は、どの水平断面位置でも同様の形状とされている。前方翼面２６及び後方翼面２８はいずれも湾曲形状に加工されたアルミニウム合金板（ここではジュラルミン板）からなる翼プレートにより形成され、中空形状となっている。風車翼２２の上端面及び下端面は、図５に示すように、蓋プレート２７で構成され、空間Ｒを閉鎖している。蓋プレートの継ぎ目は、溶接又はリベット止めにより縫合されている。

図６に示すように、高速気流通過面２６１の平均曲率は低速気流通過面２６２の平均曲率よりも大きく設定され、高速気流通過面２６１の受風断面積は低速気流通過面２６２よりも大きくなっている。また、回転軸線Ｍと直交する断面において、該回転軸線Ｍと翼内縁ＥＬとを繋ぐ直線を第一直線Ｃ１として、回転軸線Ｍを通って前方翼面２６に外接する第二直線Ｃ２と第一直線Ｃ１とのなす第一角度θ１が、回転軸線Ｍを通って翼外縁ＥＨを通る第三直線Ｃ３と第一直線Ｃ１とのなす第二角度θ２よりも小さく設定されている。このような取り付け角度にすることにより、後述する第一風洞２０Ｆへ入った気流を、風下側に配置された風車翼２２の後方翼面２８に効率よく当てることができ、風車翼２２を効率よく回転させることができる。

高速気流通過面２６１は、回転軸線Ｍから遠い側に配置されており、湾曲ノーズ部２６３から進行方向の後ろ側に向かって連続形成されている。高速気流通過面２６１は、鉛直方向からみて、図７に示すように、翼型ＷＩの翼弦ＷＧを考えた場合、低速気流通過面２６２よりも翼弦ＷＧから離れる方向に大きく膨らむ曲面形状とされている。また、高速気流通過面２６１の長さは、低速気流通過面２６２よりも進行方向後側に延びている。高速気流通過面２６１の進行方向後端部ＥＨは、風車翼２２のなかで最も回転軸線Ｍから遠い位置に配置され、低速気流通過面２６２の翼内縁ＥＬよりも進行方向の後側に配置されている。

また、回転軸線Ｍと直交する断面において、各風車翼２２は、後方翼面２８の平均曲率を前方翼面２６の平均曲率よりも小さく設定され、低速気流通過面２６２を通過した気流が後方翼面２８側で渦流を形成しにくくしてある。また、風車翼２２は、翼内縁ＥＬと翼外縁ＥＨとが、各々湾曲形態の前方翼面２６と後方翼面２８との交線をなす稜線部として形成されている。

図５に示すように、翼支持体２４は、回転軸線Ｍの周りに配列する各風車翼２２の翼内縁ＥＬを含む円筒状の空間に対し、隣接する風車翼２２の間に気流出入り口を有する風洞部２０Ｆが形成されるように、風車翼２２を一体回転可能に支持するものとして構成されている。風車翼２２は回転軸線Ｍ周りに３枚以上（ここでは、３枚：図１６に示すように、４枚でもよい）の等角度間隔で複数配置され、２枚の風車翼２２の間に形成される気流出入り口から風洞部２０Ｆを経て２枚の風車翼２２とは別の風車翼２２が後方翼面２８にて受風可能となっている。後方翼面２８が上記のような凹湾曲形態となっていることで、後方翼面２８に当たった風は回転軸線Ｍ方向に巻き込まれるように方向変換され、風洞を通過した風が、上記別の風車翼２２に効果的に導かれる。本実施形態では、後方翼面２８は、回転軸線Ｍと直交する断面において、曲率一定の部分円筒面状に形成し、後方翼面２８を包含する仮想円筒面上に回転軸線Ｍが位置している。

翼支持体２４は、各風車翼２２を回転軸線Ｍ方向の端面にて支持するものとして形成されている。具体的には、図８に示すように、風洞部の軸線方向端部を形成するとともに風車の回転支持部を形成する本体プレート２４１と、該本体プレート２４１の外周縁から半径方向外向きに放射状に延びるとともに各々風車翼２２の端面に取り付けられる支持アームプレート２４２とを備える。支持アームプレート２４２は風車翼２２の端面に対し翼内縁ＥＬに沿って取り付けられている。支持アームプレート２４２の前端縁部には、弧状に沿って取り付け孔２４３が複数（本実施形態では４個）形成されている。この前端縁部と風車翼２２の蓋プレー卜２７の後端縁が重ねられ、取り付け孔２４３からビス（不図示）を差し込んで蓋プレート２７に固定することにより、風車翼２２が支持アームプレート２４２に取り付けられている。３枚の風車翼２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、同様にして他の支持アームプレート２４２に取り付けられ、風車翼２２の上面及び下面に翼支持体２４Ａ、２４Ｂが各々配置される。

次に、図５にも示すように、翼支持体２４Ａ、２４Ｂの間の、風車翼２２に囲まれた中間部分には、回転軸が配置されない空洞部である第一風洞２０Ｆが構成されている。

図８に示すように、支持アームプレート２４２の前端縁部には、弧状に沿って取り付け孔２４３が複数形成されている。この前端縁部と風車翼２２の蓋プレー卜２７後端縁が重ねられ、取り付け孔２４３からビス（不図示）を差し込んで蓋プレート２７に固定することにより、風車翼２２が支持アームプレート２４２に取り付けられている。３枚の風車翼２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃは、同様にして他の支持アームプレート２４２に取り付けられ、風車翼２２の上面及び下面に翼支持体２４Ａ、２４Ｂが各々配置される。

図５に示すように、翼支持体２４Ａ，２４Ｂの間の、風車翼２２に囲まれた中間部分には、回転軸が配置されず、空洞部である第一風洞２０Ｆが構成されている。翼支持体２４Ａの中央部上側には、図７に示すように、回転軸線Ｍに沿って配置された補助第一回転軸５１が固定され、翼支持体２４Ｂの中央部下側には、回転軸線Ｍに沿って配置された第一回転軸５０が固定されている。

次に、図５に示すように、第二風車３０は、３枚の風車翼３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ及び２枚の翼支持体３４Ａ，３４Ｂを備えている。翼支持体３４Ａ，３４Ｂは、第一風車２０の翼支持体２４Ａ，２４Ｂと同一形状とされている。風車翼３２Ａ，３２Ｂ、３２Ｃは、第一風車２０の風車翼２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとほぼ同様の形状とされており、前方翼面３６、後方翼面３８をなす翼プレートと蓋プレート３７とを備えている。本実施形態では、風車翼３２は鉛直方向の長さのみ風車翼２２と異なっており、風車翼３２の鉛直方向の長さは、風車翼２２の同方向の長さよりも長く構成されている。風車翼３２の翼支持体３４への取り付けも第一風車２０と同様にされており、翼支持体３４Ａ，３４Ｂの間の風車翼３２に囲まれた空間が第二風洞３０Ｆとされている。そして、該第二風車３０は、第一風車２０とは逆方向に回転するように、前述のごとく、回転軸線を含む平面に対し第一風車２０を鏡像反転したものに相当するよう、構成されている。

次に、図９は、発電機４０の内部を拡大して示すもので、界磁用マグネット１０１が設けられた第一ロータ４１と、該第一ロータ４１と逆方向に第二回転入力部３０と一体回転するとともに界磁用マグネット１０１により励磁される発電用コイル１０２が設けられた第二ロータ４２とを備える。そして、発電用コイル１０２と界磁用マグネット１０１とが回転軸線Ｍ方向にエアギャップを形成する形で対向するよう、第二ロータ４２において、空芯扁平に構成された複数の発電用コイル１０２が回転軸線Ｍ周りに各々軸線方向が回転軸線Ｍ方向と一致する形で配列し、第一ロータ４１において、回転軸線Ｍ周りに複数の界磁用マグネット１０１が各々回転軸線Ｍ方向に着磁された形で配列したアキシャルギャップ型発電機４０として構成されている。

第二ロータ４２と第二回転入力部３０とを結合する第二回転軸５２上には、複数の発電用コイル１０２に各々つながるスリップリング１３６が設けられており、第二回転軸５２上にて該スリップリング１３６上を摺動するブラシ１３５を介し、発電用コイル１０２からの発電出力を取り出すよう構成されている。

第一ロータ４１は、第二ロータ４２の発電用コイル１０２との対向面に界磁用マグネット１０１が取り付けられる円板状のロータ本体１０３を有し、第二回転軸５２と分離形成された第一回転軸５０が該ロータ本体１０３に接着により一体回転可能に結合されている。界磁用マグネット１０１は厚さ方向に着磁された扁平永久磁石、具体的には、希土類（Ｎｄ，Ｄｙ，Ｐｒ）−Ｆｅ−Ｂ系磁石にて構成されており、図１０に示すように、回転周方向に隣接するもの同士の着磁極性が交互に反転してなる。また、図１１に示すように、第二ロータ４２は第二回転軸５２が一体回転可能に固着されたコイル支持枠１０６を有し、該コイル支持枠１０６の周方向に複数形成されたコイル装着窓１３０に、前述の空芯扁平の発電用コイル１０２が、コイル軸線方向（キャビティ開口方向）が、アキシャル方向を向くように、かつ隣接するコイルの巻線方向が互いに逆となるように組み付けられている。

図９に戻り、第一ロータ４１は、第二ロータ４２の発電用コイル１０２に対し、アキシャル方向にてロータ本体１０３と反対側から対向する形で円板状の補助ロータ本体１０４を有する。該補助ロータ本体１０４の発電用コイル１０２との対向面において、ロータ本体１０３側の界磁用マグネット１０１に対応する位置に、該界磁用マグネット１０１とは逆方向に着磁された複数の補助界磁用マグネット１０５が取り付けられている（取り付け形態は、図２に示す界磁用マグネット１０２と同じであるが、界磁用マグネット１０２の発電用コイル１０２に面する着磁面がＮ（Ｓ）であれば、対応する補助界磁用マグネット１０５の着磁面はＳ（Ｎ）となる。

ロータ本体１０３と補助ロータ本体１０４とは、外周縁にて第二ロータ４２を周方向に取り囲む周壁部１０６により一体回転可能に連結されている。そして、それらロータ本体１０３、周壁部１０６及び補助ロータ本体１０４が軟磁性金属材料（本実施形態では、パーマロイ）からなる界磁ヨークを構成する。ロータ本体１０３の第二ロータ４２に面しているのと反対側の主表面において回転軸線Ｍを取り囲む形で筒状の第一軸受スリーブ１２２が突出形成され、第二回転軸５２と分離形成された第一回転軸５０が第一軸受スリーブ１２２の先端を塞ぐ軸結合遮蔽部１０８に一体回転可能に結合される。また、補助ロータ本体１０４の第二ロータ４２に面しているのと反対側の主表面において筒状の第二軸受スリーブ１０９が突出形成される。そして、第二回転軸５２が第二回転入力部３０側から第二軸受スリーブ１０９及び第二ロータ４２を貫通して先端部が第一軸受スリーブ１２２内に入り込んでいる。アキシャル方向における第二ロータ４２の両側にて、それら第一軸受スリーブ１２２及び第二軸受スリーブ１０９と第二回転軸５２との間に、第一ロータ４１を第二ロータ４２に対し、両者の相対回転摺動を許容した形で支持させる主軸受１１０が配置される。第一ロータ４１は、前述の界磁ヨーク部分、第一軸受スリーブ１２２及び第二軸受スリーブ１０９により第二ロータ４２、ひいては発電機４０能部をなす界磁用マグネット１０１及び発電用コイル１０２を包み込む形状となっており、回転摺動部分が主軸受１１０により封止されるので、外部から水滴や異物等が発電機４０能部に侵入することが抑制されている。

また、第一ロータ４１を外側から覆う形で非回転の発電機ケース１２０が設けられている。第二回転軸５２と第一回転軸５０とが該発電機ケース１２０の内部から各々該発電機ケース１２０の壁部に形成された対応する軸貫通穴にてアキシャル方向外向きに延出するとともに、第二回転軸５２及び第一回転軸５０と対応する各貫通穴との間に補助軸受１２４が配置されている。なお、本実施形態では、発電機ケース１２０の壁部外面からアキシャル方向に突出する筒状の補助軸受１２４スリーブの内周面に軸貫通穴が形成され、該補助軸受１２４スリーブ内に補助軸受１２４が配置されている。

また、図９及び図１０に示すように、補助軸受１２４スリーブの外周面と発電機ケース１２０の壁部外面とを繋ぐ形で、補強用及び放熱促進用の複数のフィン１２５が放射状に設けられている。フィン１２５の組は、発電機ケース１２０の上面側と下面側との双方に設けられている。

次に、本実施形態の車両用風力発電装置２の作用について説明する（第一風車２０側にて代表させた図示とする）。図１４の状態１は、傾斜壁３０４の出口側に風車翼２２の前方翼面２６の第一面２６１が臨む回転位相となった状態を示すものである。傾斜壁３０４に導かれた走行風ＩＡが当該第一面２６１に沿う向きに方向変換され、ささらに該第一面２６１から湾曲ノーズ部２６３を経て、当該風車翼２２Ａの回転先行側に位置する風車翼２２Ｂの後方翼面２８に対し、直接風の受風方向に重なる形で合流するので、走行風ＩＡの集中効率を大幅に高めることができる。回転が進むと状態２となり、風車翼２２Ａの湾曲ノーズ部２６３が上壁部３０２に近づく分だけ、その上方に確保される、風車翼２２Ｂの後方翼面２８に向かう流通路の断面積は縮小することになる。しかし、湾曲ノーズ部２６３を回り込んで風洞２０Ｆ側に抜ける分流比率（破線）も増大する。この状態では、風車翼２２Ａの高速気流面と低速気流面とをそれぞれ流れる気流の向きは互いに逆であるが、両者には十分な流速差が生じており、その浮力により風車翼２２Ａに生ずる回転トルクの寄与が増大するので、トータルの回転トルクは状態１からそれほど減少せずに済むことになる。

さらに回転が進むと、図１５の状態３となり、風車翼２２Ａの後方縁が傾斜壁３０４の出口側縁から離脱して、層孔部ＡＩは、風車翼２２Ａの前方翼面２６Ａ側と後方翼面２８Ａ側とに分岐して流れる。そして、後方翼面２８Ａ側の分岐流は風洞部２０Ｆを経由して前方翼面２６Ａ側の分気流と合流し、先行する風車翼２２Ｂの後方翼面２８Ｂに当たる。回転が進むと、状態４及び状態５のごとく、上記の分岐流の配分は変化するが、後方翼面２８Ａでの受風量も増大し、安定した回転が保たれる。そして、さらに回転が進むと、傾斜壁３０４の出口側に次の風車翼２２Ｃの湾曲ノーズ２６３が接近し、これを回り込む分流（破線）が生じる。ここでも、前述と同様の浮力により風車翼２２Ｃへの回転トルクの寄与が生ずる。

こうして、上記の構造の風車は、どの角度位相においても走行風力を風車の回転トルクに非常に効率的に変換できるので、発電機の回転トルクがかなり大きいにも拘わらず、高速で安定的にこれを回転させることができ、極めて良好な発電効率を達成することができる。

なお、風車は、図１６に示すごとく、風車翼を４枚（２２Ａ〜２２Ｄ）とすることも可能である（この場合のユニットの斜視図を図１８に示す)。また、図１７に示すように、風力発電装置２を、自動車１の天井部１０５に取り付けることも可能である。さらに、図１と図１７を組合せ、風力発電装置２をエンジンルーム下部と天井との双方に取り付けることも可能である。

本発明の車両用発電装置を搭載した自動車の一例を示す外観正面図。 図１の側面図。 ハイブリッド車に本発明を適用した場合の機構ブロック図。 図１の車両用風力発電装置の詳細構造を示す説明図。 図４の要部を抜き出して示す分解斜視図。 風車の横断面図。 風車翼の作用説明図。 翼支持体の取り付け態様の一例を示す平面図。 本発明の車両用風力発電装置に適用可能な発電機の一例を示す縦断面図。 図１の第一ロータにおける界磁用マグネットの配置例を示す図。 図２の第二ロータにおける発電用コイルの配置例を示す図。 図１の発電機の正面図。 同じく平面図。 風車の第一作用説明図。 風車の第二作用説明図。 風車翼を４枚用いた風車の例を示す説明図。 風力発電装置を天井部に設けた自動車の例を示す側面図。 図１６のユニットの斜視図。

符号の説明

１ 自動車（風力発電装置付き車両）
２ 風力発電装置
２０ 第一風車（第一回転入力部）
３０ 第二風車（第二回転入力部）
２０Ｆ，３０Ｆ 風洞部
２２ 風車翼
２６１ 高速気流通過面
２６２ 低速気流通過面
２６３ 湾曲ノーズ部
２６ 前方翼面（第一風車）
２８ 後方翼面（第一風車）
３２ 風車翼（第二風車）
３６ 前方翼面（第二風車）
３８ 後方翼面（第二風車）
４０ 発電機
４１ 第一ロータ
４２ 第二ロータ
１０１ 界磁用マグネット
１０２ 発電用コイル
３０１ 受風ダクト
３０４ 傾斜壁
１２０２ 受風口
１２１０ 絞り機構

Claims (16)

1. 走行風を受風可能な位置にて車両上に取り付けられた風車と、当該風車の回転エネルギーを電力変換する発電機とを備え、
   前記風車は、各々回転軸線と直交する向きに受風する風車翼が該回転軸線周りに複数配置されるとともに、前記回転軸線と直交する断面において各前記風車翼は、前記後方翼面が前記基準回転方向前方側に引っ込む凹湾曲面とされ、前記前方翼面が前記基準回転方向前方側に突出するとともに前記後方翼面よりも湾曲深さが大きい凸湾曲面とされ、さらに、前記前方翼面は、湾曲ノーズ部において曲率が極大となり、該湾曲ノーズ部から前記翼内縁側及び前記翼外縁側に向けてそれぞれ曲率が減少し、該湾曲ノーズ部から前記翼外縁に至る第一面の面長が同じく翼内縁に至る第二面の面長よりも大きい流線形状をなし、前記前方翼面にて前記基準回転方向前方側から相対気流を受けた場合に、前記第一面と前記第二面とは、前記湾曲ノーズ部から前記翼外縁に向けて当該第一面に沿って生ずる相対気流の速度が、同じく前記翼内縁に向けて前記第二面に沿って生ずる相対気流の速度よりも大きくなるよう、それぞれ高速気流通過面及び低速気流通過面として機能するものとされ、
   各風車翼にて生ずる、前記高速気流通過面と前記低速気流通過面との前記相対気流の流速差に基づく揚力トルクを、前記後方翼面側にて前記風車翼を前記基準回転方向に回転させる向きに生じさせるように構成したことを特徴とする車両用風力発電装置。
2. 前記風車は、前記車両の走行方向前方に受風口を開口する受風ダクト内に前記回転軸線が受風方向と直交する位置関係にて配置されるとともに、受風風上側から見て前記回転軸線にて二分される風車部分のうち、風車回転接線方向が受風方向を向く側を第一部分、同じく風車回転接線方向が受風方向とは逆向きとなる側を第二部分として、前記受風ダクトは、前記風車よりも風上側に位置する部分の内側に、前記受風口から受ける走行風を前記第一部分側に偏らせつつダクト通風断面積を縮小させる絞り機構が設けられてなる請求項１記載の車両用風力発電装置。
3. 前記受風ダクトの内部空間を、受風方向と前記回転軸線との双方と直交する向きに測定したときの寸法をダクト高さと定義したとき、前記絞り機構は、該ダクト高さ方向の両側を形成する導風壁の少なくとも一方が、前記ダクト通風断面積を該ダクト高さ方向に縮小させる傾斜壁とされてなる請求項２記載の車両用風力発電装置。
4. 前記風車の受風方向前端縁を含む断面を基準面として、前記傾斜壁は、前記受風口から前記基準面に近づくにつれ、前記風車の前記第二部分の外周縁側から前記回転軸線の該基準面への投影位置に向うよう、前記第二部分を隠蔽する形態で設けられている請求項３記載の車両用風力発電装置。
5. 前記傾斜壁は風下側端縁に向けて曲率を増加させる凹湾曲面形態に形成されてなる請求項４記載の車両用風力発電装置。
6. 前記風車は、基準軸線上の第一位置に回転軸線を一致させる形で配置され、前記走行風を受けて第一方向に回転する第一風車と、前記基準軸線上の前記第一位置とは異なる第二位置に配置されるとともに、前記走行風を受けて前第一風車とは逆方向に回転する第二風車とを有し、
   前記発電機は、界磁用マグネットが設けられ前記第一風車と一体回転する第一ロータと、該第一ロータと逆方向に前記第二風車と一体回転するとともに前記界磁用マグネットにより励磁される発電用コイルが設けられた第二ロータとを有する請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用風力発電装置。
7. 前記発電機は、前記発電用コイルと前記界磁用マグネットとが前記回転軸線方向にエアギャップを形成する形で対向するよう、前記第二ロータにおいて、空芯扁平に構成された複数の前記発電用コイルが前記回転軸線周りに各々前記軸線方向が前記回転軸線方向と一致する形で配列し、前記第一ロータにおいて、前記回転軸線周りに複数の前記界磁用マグネットが各々前記回転軸線方向に着磁された形で配列したアキシャルギャップ型発電機として構成されてなる請求項６記載の車両用風力発電装置。
8. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の車両用風力発電装置を、前記風車が前記走行風を受風可能となる位置に取り付けたことを特徴とする風力発電装置付き車両。
9. 前記車両が自動車である請求項８記載の風力発電装置付き車両。
10. 前記自動車は、内燃機関エンジンと走行駆動モータとの双方を走行動力源とするハイブリッド車であり、前記内燃機関エンジンから動力分割される駆動力により回転する走行動力発電機の発電出力と、前記風力発電装置の発電出力との双方により、前記走行駆動モータの電源となるバッテリーが充電される請求項９記載の風力発電装置付き車両。
11. 前記走行動力発電機の発電出力を直流化する第一のＡＣ−ＤＣコンバータと、前記風力発電装置の発電出力を直流化する第二のＡＣ−ＤＣコンバータとを備え、それら第一のＡＣ−ＤＣコンバータ及び第二のＡＣ−ＤＣコンバータの各出力電圧が前記バッテリーの充電電圧として使用されるとともに、該バッテリーの直流出力を前記走行駆動モータの走行駆動交流電圧に変換するインバータが設けられてなる請求項１０記載の風力発電装置付き車両。
12. 請求項６記載の風力発電装置が搭載されるとともに、前記基準軸線が前記自動車の車幅方向と一致するように、前記第一の風車、前記第二の風車及び前記発電機が取り付けられている請求項９ないし請求項１１のいずれか１項に記載の風力発電装置付き車両。
13. 前記第一の風車、前記発電機及び前記第二の風車が前記車幅方向にこの順序で配列したユニットが前記自動車の車体内部に収容され、当該車体の表面に開口する受風口から前記走行風を受風する請求項１２記載の風力発電装置付き車両。
14. 前記ユニットが前記自動車の車体前端に取り付けられてなる請求項１３記載の風力発電装置付き車両。
15. 前記ユニットが前記車体前部に形成されたエンジンルームの下方に取り付けられている請求項１４記載の風力発電装置付き車両。
16. 前記ユニットが前記車体前部に対し、前記第一の風車及び前記第二の風車の各前記受風口を前記車体前端面にてラジエータグリルの下方に開口する形で取り付けられている請求項１５に記載の風力発電装置付き車両。

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