JP2010209786A - On-vehicle wind turbine generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気自動車(燃料電池車を除く)を対象とし、車両の走行に伴って相対的に生じる走行風を利用して発電を行い、これを走行モータ用のバッテリに補充電することを目的とする車載用風力発電装置に関する。 The present invention is intended for electric vehicles (excluding fuel cell vehicles), generating electric power using traveling wind that is relatively generated as the vehicle travels, and supplementarily charging the battery for the traveling motor. It is related with the target vehicle-mounted wind power generator.
自動車は、内燃機関のみを原動機とする方式から、内燃機関と電気モータを併用するハイブリッド方式へと進化し、今日においては、小形乗用車を対象として電気モータのみを原動機とする電気自動車が市場に提供されるに至っている。 Automobiles have evolved from a system that uses only an internal combustion engine as a prime mover to a hybrid system that uses both an internal combustion engine and an electric motor. Today, electric vehicles that use only an electric motor as the prime mover are offered to small passenger cars. Has been done.
電気自動車は、いわゆるゼロエミッションビークルであり、環境性能の点では理想的な乗り物ではある。しかし、1充電当たりの航続距離が短いという根本的な問題がある。この問題は、バッテリ容量を増大することによって解決する問題ではある。しかし、バッテリ容量を増大に伴うコスト増加の問題や、大容量バッテリの重量自体が走行用モータの負荷になるという問題との兼ね合いにおいて、1充電当たりの航続距離を延長する目的でバッテリ容量を増大することには、自ずと制約がある。 An electric vehicle is a so-called zero emission vehicle and is an ideal vehicle in terms of environmental performance. However, there is a fundamental problem that the cruising distance per charge is short. This problem is solved by increasing the battery capacity. However, the battery capacity is increased for the purpose of extending the cruising distance per charge in consideration of the problem of the cost increase accompanying the increase in the battery capacity and the problem that the weight of the large capacity battery itself becomes the load of the driving motor. There are inherent limitations in doing this.
上記問題に対しては、電気自動車に限らず、車両の走行に伴って相対的に生じる走行風を利用して発電を行い、これを走行モータ用のバッテリに補充電する手段によって航続距離を延長しようとする対応策が提案されている(下記特許文献参照)。この際、車両の走行風を利用して発電するための具体的手段としては、抗力型の風車(特許文献1,2,4参照)または揚力型の風車(特許文献3参照)が用いられることとなるが、いずれも実用化には至っていない。
The above problem is not limited to electric vehicles, and the cruising distance is extended by means of generating electricity using the traveling wind that is relatively generated as the vehicle travels, and supplementing this with the battery for the traveling motor. A countermeasure to be attempted has been proposed (see the following patent document). At this time, a drag type windmill (see
走行風を利用して発電を行うという提案が実用化されない理由としては、車両用のバッテリに補充電することができる程度の発電容量を有する実用的な発電機を駆動するに足るサイズの風車を、車両の機能を発揮する上で必要不可欠とされる機械スペースや居住スペースを犠牲にすることなく車両に搭載することが困難であることによる(特許文献1参照)。空気流の有するエネルギー密度は、水流のエネルギー密度の約800分の1に過ぎず、しかも流体としての粘性が希薄で補足しにくい空気流から実用的なエネルギーを得るためには、通常、相当に大形の風車が必要とされるためである。 The reason why the proposal to generate power using traveling wind is not put into practical use is that a wind turbine of a size sufficient to drive a practical generator having a power generation capacity that can be supplementarily charged to a vehicle battery is used. This is because it is difficult to mount on a vehicle without sacrificing mechanical space and living space that are indispensable for exhibiting the function of the vehicle (see Patent Document 1). The energy density of an air stream is only about 1 / 800th that of a water stream, and in order to obtain practical energy from an air stream that has a low viscosity as a fluid and is difficult to supplement, it is usually considerable. This is because a large windmill is required.
風車を車両に搭載可能とするためには、風車の高効率化および小型化が必要とされるとともに、搭載スペースが確保されなければならない。この点、大きな機械スペースを必要とする内燃機関を搭載しない純粋な電気自動車においては、風車搭載スペースを確保することができる余地がある。 In order to be able to mount the windmill on the vehicle, it is necessary to increase the efficiency and miniaturization of the windmill and to secure a mounting space. In this regard, in a pure electric vehicle not equipped with an internal combustion engine that requires a large machine space, there is room for securing a wind turbine mounting space.
一方、風車の高効率化に関しては、揚力型の風車と抗力型の風車とでは、対応が異なる。揚力型の風車は、いわゆるプロペラ型といわれるものであり、風車回転軸を空気流に沿って風上方向に向けて使用され、風車の前方には、少なくとも風車回転軸を中心として旋回運動をするブレードの掃引面積以上の大きな開口部を設ける必要がある。逆に言えば、大きな開口部を確保できない場合においては、実用的とは思えない極めて小形の風車しか搭載できないこととなる(特許文献3参照)。この方式の風車においては、基本的に風車を大口径化する他高効率化する方法はないと考えられる。 On the other hand, regarding the improvement of the efficiency of the windmill, the response is different between the lift-type windmill and the drag-type windmill. The lift-type windmill is a so-called propeller type, and is used with the windmill rotating shaft facing the upwind direction along the airflow, and at the front of the windmill, swivels around at least the windmill rotating shaft. It is necessary to provide a large opening that is larger than the sweep area of the blade. In other words, when a large opening cannot be secured, only an extremely small windmill that cannot be considered practical can be mounted (see Patent Document 3). In this type of wind turbine, there is basically no method for increasing the efficiency other than increasing the diameter of the wind turbine.
一方、抗力型の風車は、いわゆる水車型といわれるものであり、風車回転軸を空気流に対して直交する向きにして使用され、空気流の風上方向から風車を見た場合において、風車回転軸を挟んでその一方の側方に位置する羽根板に生じる抗力と、風車回転軸の他方の側方に位置する羽根板に生じる効力との抗力差によって回転運動をする。この際の抗力差は、風車回転軸の一方側に位置する羽根板にカバーを付ける等し、空気流による抗力が生じないようにすることによって最大とすることができる。つまり、空気流は、風車の全ての羽根板に当たる必要性はなく、したがって、風車の前方には、風車回転軸の一方側に位置する羽根板の面積程度の開口部を設けることによって十分に能力を引き出すことができる。 On the other hand, the drag type windmill is a so-called watermill type, and is used with the windmill rotation axis orthogonal to the airflow, and when the windmill is viewed from the upwind direction of the airflow, The rotary motion is caused by a drag difference between a drag force generated on a blade plate located on one side of the shaft and an effect generated on a blade plate positioned on the other side of the wind turbine rotation shaft. The drag difference at this time can be maximized by, for example, attaching a cover to a blade plate located on one side of the wind turbine rotating shaft so that no drag due to airflow occurs. In other words, it is not necessary for the airflow to hit all the blades of the windmill, and therefore, it is possible to obtain sufficient performance by providing an opening with an area about the size of the blades located on one side of the windmill rotating shaft in front of the windmill. Can be pulled out.
なお、抗力型の風車においては、羽根板に衝突した空気流が羽根板の側方から後方に容易に逃げないように囲う方法、例えば、エアダクトを設けることによって羽根板に生じる効力を強め、風車の高効率化を図ることもできる。ただし、この場合においては、エアダクトの取り回し方が極めて重要であり、エアダクトが明確な角度をなして階段状に屈曲するような構成である場合には、屈曲部分に生じる乱流によって空気流のエネルギーが大きく減殺されることとなる(特許文献2参照)。また、エアダクトを設けても、空気流が羽根板の側方に簡単に逃げるサイズでは、抗力を強める効果は希薄となる(特許文献4参照)。 It should be noted that in a drag type wind turbine, a method of enclosing the air flow that collides with the blade plate so as not to easily escape backward from the side of the blade plate, for example, by providing an air duct, the effect generated in the blade plate is strengthened. It is also possible to improve the efficiency. However, in this case, how to handle the air duct is extremely important. When the air duct is configured to bend in a stepped manner with a clear angle, the energy of the air flow is generated by the turbulent flow generated in the bent portion. Will be greatly reduced (see Patent Document 2). Moreover, even if an air duct is provided, the effect of increasing the drag is diminished if the size allows the air flow to easily escape to the side of the blades (see Patent Document 4).
上記技術背景を前提として、本発明は、搭載スペースの確保が容易な電気自動車を適用対象とするとともに、風車として改善の余地が大きい抗力型のものを採用し、この風車に対して小形高効率化のための複数の手段を講ずることによって、バッテリに補充電するのに必要な現実的な出力容量の発電機を駆動することができる車載用風力発電装置を提供することを目的とする。また、1基の風車によっては駆動できない容量の発電機を複数の風車によって駆動可能とする手段を提供することを併せて目的とする。 Based on the above technical background, the present invention is applied to an electric vehicle that can easily secure a mounting space, and adopts a drag type with a large room for improvement as a windmill. It is an object of the present invention to provide an in-vehicle wind power generator capable of driving a generator having a realistic output capacity necessary for supplementary charging of a battery by taking a plurality of means for the conversion. It is another object of the present invention to provide means for enabling a generator having a capacity that cannot be driven by one windmill to be driven by a plurality of windmills.
上記目的を達成するための本発明の請求項1に記載の車載用風力発電装置は、車両の進行方向に向かって開口するインテークポートと、車両の進行方向に対して側方または後方に向けて開口するアウトレットポートとを備えるエアダクトの中間部に、エアダクト内を前記インテークポートからアウトレットポートに向けて流れる空気流によって回転動作をする風車を設置するとともに、エアダクトの外部に風車によって回転駆動する発電機を設置してなり、この際のエアダクトは、空気流の流れを阻害しない円滑な曲面によって屈曲形成されるとともに、風車は、空気流に対して直交する向きに配置する風車回転軸と、風車回転軸に径方向に向けて放射状に取り付ける複数枚の羽根板とからなる抗力型の風車であって、風車回転軸は、エアダクトの側方に片寄せて配置され、空気流の風上方向から風車回転軸を見た場合に複数枚の羽根板のうちの風車回転軸の一方側に属する羽根板のみが空気流を遮るようにエアダクト内に位置することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an in-vehicle wind power generator according to
上記構成による車載用風力発電装置は、エアダクトを備える。エアダクトは、一端側にエアダクトの開口部であるインテークポートを備えるとともに、他端側にアウトレットポートを備える。インテークポートからアウトレットポートに至るエアダクトの中間部は、円滑な曲面によって屈曲形成されている。 The vehicle-mounted wind turbine generator having the above configuration includes an air duct. The air duct includes an intake port that is an opening of the air duct on one end side, and an outlet port on the other end side. An intermediate portion of the air duct extending from the intake port to the outlet port is bent with a smooth curved surface.
この際、エアダクトは、インテークポートを車両の進行方向、つまり、風上方向に向けたときにアウトレットポートが車両の進行方向に対して側方または後方に向けて開口するように屈曲している。この結果、車両が走行することによって生じる走行風は、インテークポートからエアダクト内に導入され、エアダクトによって進路を規制されながら勢いを減殺されることなく円滑にエアダクト内を通過し、アウトレットポートから外部に排出される。つまり、エアダクト内部には、エアダクトの屈曲形状に従って流れる空気流が形成される。 At this time, the air duct is bent so that the outlet port opens sideways or rearward with respect to the traveling direction of the vehicle when the intake port is directed in the traveling direction of the vehicle, that is, the windward direction. As a result, the driving wind generated by the vehicle traveling is introduced into the air duct from the intake port, passes smoothly through the air duct without being diminished while the path is regulated by the air duct, and passes from the outlet port to the outside. Discharged. That is, an air flow that flows according to the bent shape of the air duct is formed inside the air duct.
発電機を駆動するための風車は、空気流の風上方向から風車回転軸を見た場合に複数枚の羽根板のうちの風車回転軸の一方側に属する羽根板によって空気流を遮る状態となるようにエアダクト内に配置されている。つまり、風車回転軸は、エアダクトの中央位置ではなく、エアダクトの側方に片寄せて配置されている。 When the windmill for driving the generator is viewed from the windward direction of the airflow, the airflow is blocked by a blade that belongs to one side of the windmill rotation shaft among the blades. It is arranged in the air duct. That is, the windmill rotating shaft is arranged not to the center of the air duct but to the side of the air duct.
この結果、エアダクト内部に形成された空気流は、風車回転軸の一方側に属する羽根に衝突して抗力を生じさせる。エアダクトは、この際に空気流の進路を規制し、羽根板側方から後方に抜けるのを防止し、抗力の発生効率を高める。一方、風車回転軸の他方側に属する羽根板は、エアダクトの空気流を遮る姿勢をとらないので、その羽根板には抗力は生じない。風車回転軸には、この抗力差に基づいて回転トルクが発生し、発電機を回転駆動することができる。 As a result, the air flow formed inside the air duct collides with the blades belonging to one side of the windmill rotating shaft and generates drag. At this time, the air duct restricts the path of the air flow, prevents it from coming out rearward from the side of the slats, and increases the efficiency of drag generation. On the other hand, since the blades belonging to the other side of the wind turbine rotating shaft do not take a posture of blocking the air flow of the air duct, no drag is generated on the blades. A rotational torque is generated on the wind turbine rotating shaft based on the drag difference, and the generator can be driven to rotate.
本発明の請求項2に記載の車載用風力発電装置は、エアダクト内に設置される特定の風車に対して、その風車と同一構成の別の風車を空気流に対して対象配置するとともに、対称配置した1対の風車の風車回転軸を互いに反対方向に同期回転する向きに歯車連結してなり、この際、歯車連結された1対の風車における羽根板は、空気流の風上方向から見た場合に互いにオーバラップしてエアダクト内に位置するとともに、1対の風車は、互いの羽根板を干渉させることなく同期回転することを特徴とする。 The in-vehicle wind power generator according to claim 2 of the present invention is symmetrical with respect to a specific windmill installed in an air duct, with another windmill having the same configuration as that of the windmill being arranged with respect to the airflow. The wind turbine rotating shafts of the pair of wind turbines arranged are gear-coupled in the direction of synchronous rotation in opposite directions. At this time, the blades in the pair of wind turbines coupled to the gear are viewed from the upwind direction of the air flow. In the case where the two wind turbines overlap each other and are located in the air duct, and the pair of wind turbines rotate synchronously without causing interference between the blades of each other.
上記構成による車載用風力発電装置は、エアダクト内に2基の風車を備える。2基の風車は、同一の構成を有し、2基を1対として使用される。1対の風車の風車回転軸は、互いに反対方向に同期回転する向きに歯車連結され、連結された1対の風車の羽根板は、互いにオーバラップしている。ただし、1対の風車は、互いの羽根板を干渉させることなく同期回転することができるように同期が設定されている。つまり、1対の風車は、1:1の回転比率で歯車連結され、連結する際に互いに干渉しない位置関係に調節した当初の羽根板の位置関係を維持しながら回転することができる。 The on-vehicle wind power generator configured as described above includes two wind turbines in the air duct. The two wind turbines have the same configuration and are used as a pair. The wind turbine rotating shafts of the pair of wind turbines are gear-coupled so as to rotate synchronously in opposite directions, and the blade blades of the coupled pair of wind turbines overlap each other. However, synchronization is set so that the pair of wind turbines can rotate synchronously without interfering with each other's blades. That is, the pair of wind turbines are gear-connected at a rotation ratio of 1: 1, and can rotate while maintaining the initial positional relationship of the blades adjusted to a positional relationship that does not interfere with each other when connected.
1対の風車は、互いにオーバラップした羽根板によってエアダクト内の空気流を遮るようにエアダクト内に対称配置されている。したがって、エアダクト内の空気流がアウトレットポートに至るためには、一方の風車の羽根板を通過するのみではなく他方の風車の羽根板をも通過しなければならず、いわば、2重の障害物である羽根板に大きな抗力を発生させることができ、1対の風車のそれぞれの風車回転軸に大きな回転トルクを与えることができる。 The pair of wind turbines are symmetrically arranged in the air duct so as to block the air flow in the air duct by the overlapping blades. Therefore, in order for the air flow in the air duct to reach the outlet port, it must pass not only through the vane plate of one windmill but also through the vane plate of the other windmill. A large drag force can be generated on the blade plate, and a large rotational torque can be applied to each wind turbine rotating shaft of the pair of wind turbines.
本発明の請求項3に記載の車載用風力発電装置は、上記車載用風力発電装置のような 歯車連結された前記1対の風車を備える構成において、1対の風車によって単一の発電機を回転駆動することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided an in-vehicle wind power generator including a pair of wind turbines that are gear-connected like the in-vehicle wind power generator. It is characterized by being driven to rotate.
上記構成による車載用風力発電装置においては、歯車連結された1対の風車のいずれか一方の風車回転軸に負荷としての発電機を連結した場合、発電機には、発電機を連結した風車の風車回転軸からのトルクが伝達される他、他方の風車の風車回転軸からも連結している歯車を介してトルクが重畳的に伝達される。すなわち、1基では有効に回転駆動することができない容量の大きな発電機を駆動すること可能である。 In the in-vehicle wind turbine generator having the above-described configuration, when a generator as a load is connected to one of the pair of geared wind turbines, the generator is connected to the wind turbine connected to the generator. In addition to the torque transmitted from the windmill rotating shaft, the torque is transmitted in a superimposed manner via a gear connected to the windmill rotating shaft of the other windmill. That is, it is possible to drive a large-capacity generator that cannot be rotated effectively by one unit.
本発明の車載用風力発電装置は、エアダクト内に風車を設置し、車両の走行風を逃げ場のないエアダクト内において強制的に風車に作用させるとともに、エアダクトの形状に空気流のエネルギーを減殺しない円滑な屈曲形状を採用することによって、抗力型の小形風車の高効率運転を実現し、車両への搭載性を改善するほか、実用的な発電容量を有する発電機を駆動することを可能とした。 The in-vehicle wind power generator of the present invention has a wind turbine installed in an air duct, forcibly causes the traveling wind of the vehicle to act on the wind turbine in an air duct without escape, and does not reduce the energy of the air flow in the shape of the air duct. By adopting a simple bent shape, high-efficiency operation of a drag-type small wind turbine was realized, and it was possible to drive a generator having a practical power generation capacity in addition to improving the mountability to a vehicle.
また、本発明の車載用風力発電装置においては、エアダクト内に1対の風車を互いの羽根板をオーバラップさせて空気流を遮るように組み合わせて配置するとともに、風車相互の羽根板が互いに干渉しないように1対の風車を同期運転する手段により、流体としての粘性が低く捕捉し難い空気流を効率よく捕捉することを可能とし、車載可能な小形風車の高効率化を実現した。 Further, in the in-vehicle wind power generator of the present invention, a pair of wind turbines are arranged in the air duct in combination so that the blades overlap each other and block the air flow, and the wind turbine blades interfere with each other. In order to avoid this problem, it is possible to efficiently capture airflows that have low viscosity as a fluid and are difficult to capture by means of synchronously operating a pair of windmills.
さらに、本発明の車載用風力発電装置は、1対の風車の風車回転軸を機械的に連結し、連結した1対の風車の合力によって単一の発電機を駆動する手段によって、1基では駆動不能な大容量の発電機を駆動することを可能とした。 Further, the in-vehicle wind power generator of the present invention mechanically connects the wind turbine rotating shafts of a pair of wind turbines, and by means of driving a single generator by the resultant force of the connected pair of wind turbines, It was possible to drive a large-capacity generator that could not be driven.
以下、図面を引用しながら本発明の車載用風力発電装置の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the in-vehicle wind power generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の車載用風力発電装置50を搭載するための車両Mのデザイン形式は、特に限定されるものではないが(図1)、電気自動車における航続距離を延長するという本発明の基本的趣旨からは、電気自動車を対象とすることが好ましい。図1には、キャビンM1の前方にボンネットM2を備えるワンボックスタイプの車両Mを例示している。この種の車両Mは、今日における車両デザインの主流といえる一般的なものである。ボンネットM2内部には、独立した2基の車載用風力発電装置50,50が組み込まれている。2基の車載用風力発電装置50,50は、実質的に同一構造であり、以下では、その1基について説明する。
The design format of the vehicle M for mounting the in-vehicle
なお、車両Mが内燃機関を必要としない電気自動車である場合においても、ボンネットM2内部には、走行用モータ、その電源となるバッテリパック、DC−DCコンバータないしDC−ACインバータ等の電源変換装置、電気制御ユニット、空調用のコンプレッサ等の機器が収納されるスペースを確保しておかなければ、実用性を担保することができない。したがって、本発明の車載用風力発電装置50は、これらの機器の設置スペースを確保するため、全体として下方にスペースを確保することができるアーチ状にデザインされている(図1,図2)。
Even when the vehicle M is an electric vehicle that does not require an internal combustion engine, a power conversion device such as a traveling motor, a battery pack serving as a power source thereof, a DC-DC converter or a DC-AC inverter is provided inside the bonnet M2. The practicality cannot be guaranteed unless a space for storing devices such as the electric control unit and the air conditioning compressor is secured. Therefore, the in-vehicle
上記のような設置環境を前提とし、本発明の車載用風力発電装置50は、エアダクト10と、抗力型の風車20と、発電機40とからなる。
On the premise of the installation environment as described above, the in-vehicle
エアダクト10は、上下1対の側版11,11と左右1対の側板12,12とからなる角筒を円滑なアーチ状をなすように屈曲形成したものであり、その1端にはインテークポート1Aが、また、他端にはアウトレットポート1Bが形成されている。また、エアダクト10の中間部には、半円筒状の風車室10Rが側方に突出する形態で形成されている。このようなエアダクト10は、FRP等の樹脂製品として、または板金加工製品として形成することができる。
The
エアダクト10は、インテークポート1Aを車両MのフロントバンパM3に形成する開口部に一致させるとともに、アウトレットポート1BをボンネットM2の後方下部位置において斜め後方に向ける姿勢で車両Mのボディにボルトオンまたはクランプ金具を利用してエアダクト10全体を簡単に取り外すことができるように固定される。車載用風力発電装置50自体、またはボンネットM2内に収納される他の機器のメンテナンス性を確保するためである。
The
車両Mとの関係におけるエアダクト10のインテークポート1Aは、車両Mの進行方向D1に向けられており、アウトレットポート1Bは、車両Mの進行方向に対して、斜め後方を向いている。したがって、エアダクト10内部には、車両Mの運転に伴う走行風によってインテークポート1Aからアウトレットポート1Bに向かって勢いを低下することなく流れる空気流が形成されることになる。
The
風車20は、風車回転軸21にハブ22を介して8枚ないし12枚の羽根板23…を径方向に向けて放射状に取り付けた羽根車構造であり(図2,図3)、エアダクト10の中間部に設けた風車室10R内に風車回転軸21を上下方向に向けて収納されている。なお、風車回転軸21は、エアダクト10の上下の側板11、11に図示しないベアリングを介して支持される。風車20は、ハブ22と羽根板23…とを一体構造とした樹脂成型または金属性のハブ22にアルミニウム合金やジュラルミン製の羽根板23…を後付けする組立て式で製作することができる。
The
風車室10Rに収納される風車20のサイズは、空気流の風上方向D2から見て、風車回転軸21の一方側に位置する羽根板23…が風車室10Rに収納されて隠れた状態になるとともに、風車回転軸21の他方側に位置する羽根板23…が対向するエアダクト10の側板に近接するサイズに設定されている。すなわち、風車20は、風車回転軸21の一方側に位置する羽根板23…によってエアダクト10内の空気流を遮断する姿勢をとることができる。
The size of the
換言すれば、風車回転軸21は、エアダクト10の一方側に片寄せて配置され、風車室10Rを設けるのは、そのための手段であるということができる。
In other words, it can be said that the wind
発電機40は、風車室10Rの下側に配置され、軸用カップリングを用いて風車回転軸21に直結されている。ただし、抗力型の風車20においては、旋回運動をする羽根板23…の周速度は、空気流の速度によって決定し、空気流の速度を一定とした場合においては、小径の風車20に対して大径の風車20を用いる場合の方がトルクが増加する反面において風車20の回転速度が低くなるという関係がある。そこで、発電機40の容量や風車20の回転速度との等との関係で必要に応じ、減速機または増速機を介して発電機40と風車20を連結することもできる。
The
なお、発電機40自体の形式は、任意であり、自励式または他励式の交流発電機または直流発電機であり、充電対象となるバッテリとの関係で必要とされるボルテージレギュレータや整流器等を介してバッテリに接続される。
The form of the
上記車載用風力発電装置50においては、エアダクト10内の空気流は、インテークポート1Aからアウトレットポート1Bに向けて流れる以外の通路をとることができないため、風車20の回転によって順次にエアダクト10を遮断する姿勢をとる羽根板23…に対して逃げ場がない状態で衝突し、羽根板23…に大きな抗力を発生させることができる。したがって、風車20に大きなトルクを発生させることができる。
In the on-vehicle
次いで、本発明の車載用風力発電装置50の他の実施の形態を説明する。
Next, another embodiment of the in-vehicle
車載用風力発電装置50は、歯車連結された2基の風車20,20を内蔵している(図4,図5)。エアダクト10の中間部には、1対の風車室10R,10Rが対称姿勢で形成されている。エアダクト10は、大量の走行風を取り入れることができるようにインテークポート1A側に向かって拡大するように形成されている。
The in-vehicle
各風車20は、前記実施の形態における風車20と同様の構成によるものであり、2基の風車20,20は、それぞれ風上方向D2から見て風車回転軸21の片方側を風車室10R内に収めるようにして横並び姿勢で配置されている。この際、2基の風車20,20の羽根板23…は、互いにオーバラップしている(図5)。
Each
2基の風車20,20の風車回転軸21,21は、エアダクト10の上に抜けており、この部分に同期用のギヤ31,31が取り付けられている(図5,図6)。各ギヤ31,31は、ポリアミド系、ポリアセタール系のエンジニアリングプラスチック材料からなる樹脂製ギヤであり、重量軽減孔を設けることにより軽量化が図られている。
The wind
風車回転軸21,21に取り付けられた2個のギヤ31,31は、ギヤ比率1:1で互いに噛合し、一方のギヤ31が時計回りF1に回転する場合には、他方のギヤ31は反時計回りF2に回転する。ギヤ比率が1:1であることにより、互いに隣接する羽根板23…の位置関係は、設定当初の位置関係に維持され、互いに干渉することはない。2個のギヤ31,31は、エアダクト10の上面に付設するカバー32によって保護され、発電機40は、一方の風車20の風車回転軸21の下端に連結されている。
The two gears 31, 31 attached to the wind
2基の風車20,20の羽根板23…がエアダクト10内においてオーバラップしていることにより、エアダクト10内に生じた空気流からみた進路は、羽根板23…によって塞がれた状態になっている(図6)。したがって、2基の風車20,20の羽根板23…には、空気流の衝突による大きな抗力が発生する。
Since the
羽根板23…に生じる抗力は、2基の風車20,20のそれぞれの風車回転軸21,21に同等のトルクを発生させる。発電機40を備える風車20によるトルクは、そのまま発電機40に伝達され、また、発電機40を有しない風車20によるトルクは、ギヤ31,31を介して発電機40を備える風車20に伝達される。すなわち、2基の風車20,20に発生したトルクは、いずれも同一の発電機40に伝達されるのである。
The drag force generated on the
本実施の形態に示す車載用風力発電装置50は、2基の風車20,20の羽根板23…の組合せによって空気流を遮ることから、空気流を捕捉する効率が高められ、しかも、2基の風車20,20の回転力を結合して利用することができるため、実用可能な現実的な発電容量を有する発電機40を回転駆動することができる。また、車両Mの運転速度との関係においては、発電可能な運転速度の限界を引き下げることができる。つまり、低速走行の場合の発電可能性が高められるということである。
Since the in-vehicle
なお、駆動対象となる発電機40が小容量である場合には、2基の風車20,20に、それぞれ発電機40を取り付けて利用することもできる。
In addition, when the
円滑な空気流を確保することができる限り、車両Mにおけるエアダクト10の断面形状や取り回しは自由であり、したがって、車両Mにおける風車20の設置位置も自由である。また、風車20と発電機40との連結は、直結とする以外に、動力の断続要素や伝達要素を介在させて連結することもできる。このような観点から、次の実施の形態を説明する。
As long as a smooth air flow can be ensured, the cross-sectional shape and handling of the
車両Mには、独立した2基の車載用風力発電装置50が組み付けられ、2基の車載用風力発電装置50の風車20,20は、いずれも取り外し可能なリヤシートM5の直下に配置されている(図7,図8)。これは、風車20,20のメンテナンスを容易化する趣旨である。
Two independent in-vehicle
2基の車載用風力発電装置50のエアダクト10、10は、車両Mの車幅方向の左右に振り分けて配置され、各エアダクト10は、フロントバンパM3の側方位置のインテークポート1Aからフロントホイールのホイールハウスの内側を経由してフロントシートM4の側方を通り、リヤシートM5下の風車20を通過して、車両Mの後部のアウトレットポート1Bに至るように円滑に屈曲させて取り回されている。
The
この際、エアダクト10の断面形状は、取り回しに都合のよいように変化させることができ、例えば、図8のX−X線矢視断面においては、円形断面形状が、また、同図のY−Y線矢視断面においては、角形断面形状が採用されている(図示せず)。
At this time, the cross-sectional shape of the
また、発電機40は、風車室10Rの側方に配置され、風車20と組み合わせた状態における全高T1をリヤシートM5下のスペースに収まる高さに抑える構成とされている(図8,図9)。
Further, the
発電機40は、取り付け用のブラケット41を用いて風車室10Rに横付けされ、風車回転軸21に取り付けるタイミングプーリ35と発電機40の入力軸に取り付けるタイミングプーリ35との間にタイミングベルト33を掛けて連結されている(図9)。また、風車回転軸21とタイミングプーリ35との間には、電磁クラッチ30が介装され、車両Mのバッテリが十分に充電されている状態であるような場合においては、重ねて充電しないようにするため電磁クラッチ30によって風車20と発電機40とを切り離すことができるようにされている。
The
なお、事故発生等による道路渋滞においては、走行風を利用することができないため車載用風力発電装置50は稼動し得ない。したがって、電気自動車において遠出をする場合等においてバッテリ上がりが懸念される場合には、小型のエンジン発電機を持参するようにすることが好ましい。家庭用電源から充電することを予定したプラグイン方式の電機自動車においては、専用のコンセントが常設されているので、これを利用してエンジン発電機と簡単に接続することができる。
In the case of road congestion due to the occurrence of an accident or the like, the in-vehicle
M 車両、
D1 進行方向
D2 風上方向
10 エアダクト、
1A インテークポート、
1B アウトレットポート、
20 風車、
23 羽根板、
40 発電機、
50 車載用風力発電装置
M vehicle,
D1 traveling direction D2
1A intake port,
1B Outlet port,
20 windmill,
23 blades,
40 generator,
50 On-vehicle wind power generator
Claims (3)
前記エアダクトは、空気流の流れを阻害しない円滑な曲面によって屈曲形成されるとともに、前記風車は、空気流に対して直交する向きに配置する風車回転軸と、該風車回転軸に径方向に向けて放射状に取り付ける複数枚の羽根板とからなる抗力型の風車であって、
前記風車回転軸は、前記エアダクトの側方に片寄せて配置され、空気流の風上方向から前記風車回転軸を見た場合に前記複数枚の羽根板のうちの前記風車回転軸の一方側に属する羽根板のみが空気流を遮るように前記エアダクト内に位置することを特徴とする車載用風力発電装置。 An intermediate portion of the air duct having an intake port that opens toward the traveling direction of the vehicle and an outlet port that opens sideward or rearward with respect to the traveling direction of the vehicle. The inside of the air duct extends from the intake port to the outlet port. A windmill that rotates by an airflow flowing toward the wind turbine, and a generator that is driven to rotate by the windmill outside the air duct,
The air duct is bent and formed with a smooth curved surface that does not hinder the flow of airflow, the windmill is disposed in a direction orthogonal to the airflow, and the windmill rotation axis is directed radially to the windmill rotation axis. A drag type windmill consisting of a plurality of blades attached radially,
The windmill rotating shaft is arranged to be shifted to the side of the air duct, and when the windmill rotating shaft is viewed from the upwind direction of the airflow, one side of the windmill rotating shaft among the plurality of blades An in-vehicle wind power generator characterized in that only the blades belonging to the air duct are located in the air duct so as to block the air flow.
歯車連結された前記1対の風車における前記羽根板は、空気流の風上方向から見た場合に互いにオーバラップして前記エアダクト内に位置するとともに、前記1対の風車は、互いの羽根板を干渉させることなく同期回転することを特徴とする請求項1に記載の車載用風力発電装置。 Another windmill having the same configuration as the windmill is arranged relative to the windmill with respect to the air flow, and the windmill rotation shafts of a pair of symmetrically arranged windmills are gear-coupled to rotate in opposite directions synchronously. Become
The vanes in the pair of wind turbines connected to each other are positioned in the air duct so as to overlap each other when viewed from the windward direction of the air flow. The in-vehicle wind turbine generator according to claim 1, wherein the wind turbine generator rotates synchronously without causing interference.
The in-vehicle wind power generator according to claim 2, wherein a single generator is rotationally driven by the pair of wind turbines connected to a gear.
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- 2009-03-10 JP JP2009056528A patent/JP2010209786A/en active Pending
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