JP2012145025A - 移動体に搭載される風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】横風などの風圧を低減でき、回転効率及び発電効率を高めることが可能な移動体に搭載される風力発電装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置は、移動体に搭載され、その移動によって生じた風力によって発電を行うものであり、複数の風力発電機４を備える。風力発電機４はケース４０に収容された複数の風車４４を備え、フードで集風された空気流が風車４４に吹き付けられて外輪ハブ４２が回転し、発電機が回転する。風車４４は一対の可変翼４６a，４６ｂがフードからの風によって開角度が変化し、更に、その開状態が第一のマグネットによって制御される。
【選択図】図８

Description

本発明は、自動車等の移動体への搭載に適した風力発電装置に関し、特に、移動体の移動に伴って生じる風を集風して風車に導き、この風車の回転によって発電機を回転させ、その発電電力によって移動体に搭載のバッテリーを充電する風力発電装置に関する。

近年、温室効果ガスによる地球温暖化が問題になっている。温室効果ガスとして、森林の耕地化や化石燃料等の燃焼により発生する二酸化炭素(ＣＯ_２)、家畜や化石燃料等の燃焼により発生するメタン（ＣＨ_４）、燃料の燃焼や窒素系肥料の施肥により発生する一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、フロンガス等がある。このうち、二酸化炭素に対しては、ディーゼル車やガソリン車を生産している自動車メーカーが燃費の改善、電気自動車の開発等に取り組んでいる。特に、電気自動車は二酸化炭素の低減に効果的であることから、その早急な実用化が望まれている。電気自動車に採用される電源として、二次電池（バッテリー）や燃料電池があるが、燃料電池は実用化までに数十年を要するとされている。そこで、現状の電気自動車は電源に二次電池を用いているが、車を長時間走らせるだけの電池容量を有しておらず、市販が検討されている電気自動車でも１回の充電（８０％充電）で１６０ｋｍ（１０・１５モードの場合）程度であり、ガソリン車の半分程度の走行可能距離である。そのため、電気自動車を普及させるためには市中の重だったところに充電スタンド等の充電設備を設置する必要があるが、現状では極めて限られている。

供給スタンド等のインフラ整備が整ってない現状では、運転者が車両に搭載の電力残量メータを頻繁にチェックしながら、自宅、勤務先等の充電器を備えた場所に戻って充電を行わねばならない。この充電には、例えば５時間以上を要するため、かなりの待ち時間となる。そこで、車両に小型のガソリンエンジンを搭載し、このエンジンで発電機を動かして走行中に充電を行うプラグイン・ハイブリッド方式がある。しかし、この方式は動力用エンジンに比べれば二酸化炭素の放出は少ないものの、二酸化炭素を放出することに変わりはない。そこで、車両の屋根に長い筒状ダクトを２本設置し、この筒状ダクト内に風が吹き抜けるようにして小型の風力発電機を設置し、これにより得られた電力で走行中にバッテリーを充電できるようにした風力発電装置付き車両が提案されている（特許文献１参照）。

特許第２９９２２４２号公報

しかし、特許文献１に示される構成によって十分な回転トルク及び発電効率を得るためには、筒状ダクトで取り込んだ風力によって回転できる大きさのプロペラが必要であり、小型のプロペラ風車では必要な電力を発生できない可能性がある。

また、車両の屋根に搭載される筒状ダクトは横風などの風圧を受け易くなり、走行性能が低下して安全運転に不安を感じさせることがある。尚、風力発電装置にパドル形風車を用いた場合、その複数のカップ状のパドルの幾つかが受風することにより風車が回転する。この場合、受風してないパドル（即ち、回転に寄与しないパドル）の全てに対して風圧抵抗がかかるため、回転トルクの変換効率が非常に悪くなっている。その主な原因は風車の構造にある。即ち、複数のパドルは風車の回転軸から放射状に多数個が独立して配置されており、その一部のパドルが受風することで回転するが、回転に寄与しないパドルの全てに風圧抵抗が掛かるために相対回転力が減速する。そのため、回転トルクの回転変換効率が非常に悪いものであった。

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、横風などの風圧を低減し、かつ風圧抵抗を低減して回転効率及び発電効率を高めることが可能な移動体に搭載される風力発電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１に記載の本発明は、移動体に搭載され、その移動によって生じた風力によって発電を行う風力発電装置において、発電機と、発電機の回転軸に結合された回転部材に取り付けられ、回転部材の回転に伴う移動に応じて風を受け入れる側の開度が変化する複数の風車が空気取入口及び空気排出口とを有するケースに収容され、回転部材の回転によって発電機の回転軸を回転させる風車機構と、錐体形状を成して移動体の進行方向からの外気を集風して空気流とし、この空気流を通風媒体を介して空気取入口へ供給するフードと、を備えることを特徴とする風力発電装置を提供する。

上記課題を解決するために請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の風力発電装置において、発電機によって充電されるバッテリーの充電状態を監視し、充電する必要があるときにはフードからの風を風車へ導き、バッテリーが十分に充電されているときにはフードからの風を大気中へ放出する吸気選択機構がフードと通風媒体との間に設置されていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項３に記載の本発明は、請求項１または２に記載の風力発電装置において、ケースは、複数の風車のうち回転力に寄与しない風車が介在する領域の内面に半円状のレールが設けられ、各風車は、一対の板形状の可変翼を内側になる一端が回転部材に軸支され、外側になる他端が上下に回動できるように組み合わせて構成され、他端にはベアリングが回転部材に平行させて取り付けられ、可変翼の内側に第一のマグネットが取り付けられるとともに第一のマグネットに対峙可能にして第二のマグネットが回転部材側に設けられ、第一のマグネットと第二のマグネットとは磁極が同一極性で対峙可能であり、かつ、風車が回転力に寄与しない領域では一対の可変翼の開角度が小さくなるようにベアリングがレールに当接することを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項４に記載の本発明は、請求項１または２に記載の風力発電装置において、各風車は、一対の板形状の可変翼を内側になる一端が回転部材に軸支され、外側になる他端が上下に回動できるように組み合わせて構成され、可変翼の外側に第一のマグネットが取り付けられるとともに第一のマグネットに対峙可能にして第二のマグネットがケースの内面に設けられており、風車が回転力に寄与する領域では第一及び第二のマグネットは異なる磁極で対峙し、かつ、風車が回転力に寄与しない領域では第一及び第二のマグネットは同一磁極で対峙するように構成されていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項５に記載の本発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の風力発電装置において、風車は、一対の可変翼の他端の縦断面が縦コ字形を成すとともに両側面が扇形を成し、その一方の側面に半円状の開口溝が設けられ、該開口溝に設けられた結合金具によって角度可変に組み合わされた一対の可変翼であり、一端には回動の最大開角度を規制する過剰開放防止板が配設されている
することを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項６に記載の本発明は、請求項１から５のいずれか１項に記載の風力発電装置において、風車は、回転部材の回転中心に面する側面からの風漏れを防止可能にし且つ回転部材に対して同軸にして回転部材の両面にリングが設けられていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項７に記載の本発明は、請求項１または２に記載の風力発電装置において、ケースは、複数の風車のうち回転力に寄与しない風車が介在している領域の内面に半円状のレールが設けられ、各風車は、一対の板形状の可変翼を内側になる一端が回転部材に軸支され、外側になる他端が上下に回動できるように組み合わせて構成され、他端にはベアリングが回転部材に平行させて取り付けられ、可変翼の内側に第一のマグネットが取り付けられるとともに第一のマグネットに対向させて第二のマグネットが回転部材側に設けられており、風車が回転力に寄与する領域では第一及び第二のマグネットは異なる極性で対向し、更に、風車が回転力に寄与しない領域では第一及び第二のマグネットは同一極性で対向するとともに一対の可変翼の開角度が小さくなるようにベアリングがレールに当接することを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項８に記載の本発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の風力発電装置において、風力発電機は、空気排出口にカルマン渦及び風の逆流を抑止するための空気流を吹き込む空気供給手段が連結されていることを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項９に記載の本発明は、請求項１から８のいずれか１項に記載の風力発電装置において、風力発電機は、風車が設定回転数以下になったときに風車に強制的に風をノズルから吹き付ける風車回転補助手段を有することを特徴とする。

本発明に係る移動体に搭載される風力発電装置によれば、横風などの風圧を低減し、さらに風圧抵抗を低減して回転効率及び発電効率を高めることができるという効果がある。従って、効率的な充電を行うことができるという効果がある。

本発明に係る移動体に搭載される風力発電装置の好ましい一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す風力発電装置の実装例を示す側面図である。斜面図である。 フードからの風を風力発電機に導入する選択をした場合の図１に示す吸気選択機構の斜視図である。 フードからの風を発電に用いずに排出する選択をした場合の図１に示す吸気選択機構の斜視図である。 風力発電機の概要及びその周辺構成を示す平面図（一部断面図）である。 ケースの上面を外して下側から見た風力発電機の底面図である。 図５に示す風力発電機のＡ−Ａ線の断面図である。 図７に示す風力発電機のＢ−Ｂ線の断面図である。 可変翼が開いた状態にある風車の側面図である。 可変翼が回転に寄与しない側に位置しているときの風車を示す側面図である。 可変翼の詳細を示す斜視図である。 他の風車の構成を示す側面図である。 風車を構成する過剰開放防止板、ワッシャ支持棒及び結合金具の詳細を示す斜視図である。 マグネット、マグネット保持板及び反発磁力調整板の詳細を示す斜視図である。 ベアリングが半円レールに乗り上げることによって可変翼が閉じた状態の風車を示す側面図である。 本発明に係る風力発電装置の第二の実施形態を示す平面図である。 図１６の風力発電装置に被せられる蓋の内側を示す平面図である。 図１６の風力発電装置の可変翼が最大開度になった状態を示す側面図である。 図１６の風車の可変翼が最小開度になった状態を示す側面図である。 図６及び図８に示す回転リングの斜視図である。

１．第一の実施形態
［風力発電装置の構成］
以下、本発明に係る移動体に搭載される風力発電装置（以下、略して「風力発電装置」という。）の好ましい一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係る風力発電装置の第一の実施形態を示す斜視図である。図示された風力発電装置１００は、概略として、前方から空気を取り込んで後方より排出する錐体形状（ここでは角錐体）のフード１と、フード１からの風を発電機及び後述する蛇腹パイプ３Ｃ，３Ｄの一方へ導入する吸気選択機構２と、吸気選択機構２の排出側に連結された通風媒体としての４本の蛇腹パイプ３Ａ〜３Ｄと、蛇腹パイプ３Ａを介して導入された空気により風力発電を行う風力発電機４Ａと、風力発電機４Ａに重ねて配設され、蛇腹パイプ３Ｂを介して導入された空気により風力発電を行う風力発電機４Ｂと、風力発電機４Ａ，４Ｂから排出された空気を大気中に放出するホース６Ａ，６Ｂとを備えて構成されている。

図１に示した風力発電装置１００は、図２に示すように、例えば、内燃機関を動力源とする乗用車、商用車等の自動車１０のエンジンルームＥ内に搭載されている。フード１をエンジンルームＥ内に配設したことにより、フード１に雨や雪が進入するのを防止することができる。風力発電装置１００によって得られた電力は自動車１０に搭載の図示しないバッテリーを充電するために用いられる。走行しながらバッテリーの充電が行えるので夏場の空調装置等の電力需要に伴うバッテリー上がりや、厳冬時の気温低下に伴うバッテリー電圧の低下、さらには車両に搭載の充電機の充電能力の不足等に起因するバッテリー上がり等を防止することが可能になる。尚、ここでは風力発電装置１００をエンジンルームＥに搭載したが、搭載場所はそれに限定されることなく、例えば、自動車１０の屋根などに搭載することも可能である。また、風力発電装置１００は、自動車に限らず他の移動体、例えば、漁船、小型観光船等の船舶、さらには電動オートバイ等の移動体にも適用可能である。さらに、フード１の形状も図示されたものに限定されるものではなく、例えば、大きさを小さくして自動車のボディの左右に配置する等適宜の形状を採用することもできる。

次に、図３及び図４は吸気選択機構２の構成を示し、図３はフード１からの風を風力発電機４Ａ，４Ｂに導入する選択をした構成の斜視図、図４はフード１からの風を発電に用いずに排出する選択をした構成の斜視図である。この吸気選択機構２は、概略として、左右に並べてフード１の排気側（角錐体の頂部側）に面するようにして取り付けられた短い長さの２本のパイプダクト２０Ａ，２０Ｂと、蛇腹パイプ３Ａ〜３Ｄの一端を密着状態にして保持する四角形の保持枠２１と、フード１を保持しながら上下動可能にして保持枠２１の外側に設けられた縦コ字形状のスライド部材２２と、保持枠２１の一方の側部に立設されたラックギア２３と、スライド部材２２の一方に保持具２４を介して取り付けられてラックギア２３に噛合するピニオン２５と、ピニオン２５を時計方向及び反時計方向に回転させる減速機構付きのモータによる駆動源２６とを設けて構成されている。

図３の状態においては、パイプダクト２０Ａ，２０Ｂが蛇腹パイプ３Ｃ，３Ｄに連通して風は発電機４Ａ，４Ｂには供給されることなく排気される。この状態からラックギア２３を上昇させると図４の状態となってパイプダクト２０Ａ，２０Ｂが蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂに連通して風Ｗ１が発電機４Ａ，４Ｂに供給される。また、パイプダクト２０Ａ，２０Ｂと蛇腹パイプ３Ａ〜３Ｄとの連結部分には、冬期使用時の凍結を防止するために図示しないヒーターが設置されている。

図５は風力発電機４Ａの概要を示す平面図である。尚、風力発電機４Ａと風力発電機４Ｂとはほぼ同一の構成を有している。そこで、以下においては風力発電機４Ａ（以下、風力発電機４という。）に基づいて説明する。図５に示すように、風力発電機４Ａに接続されたホース６Ａの付け根部にはダクトホース７Ａの一端が連結されており、その他端には錐体形状（円錐形状又は角錐形状等）の集風ダクト８が取り付けられている。集風ダクト８はフード１よりもサイズが小さく、その集風口はフード１と同じ方向に向けられている。このダクトホース７Ａは空気供給手段を構成している。風力発電機４Ａの下側に配置されている風力発電機４Ｂも同様にしてホース６Ａ,ダクトホース７Ｂ，集風ダクト８が取り付けられている。

更に、風力発電機４Ａ（４Ｂ）は風車４４の回転数が設定値以下になったときに風車４４の回転数が上がるように補助する風車回転補助手段７０を備えている。この風車回転補助手段７０は、ノズル７１、電磁弁７２、配管７３、空気タンク７４、コンプレッサ７５及びセンサ７６からなる。ノズル７１は蛇腹パイプ３Ａ内に配設されており、その一端は可変翼４６ａ，４６ｂに対向し、また、他端には電磁弁７２が接続されている。この電磁弁７２には配管７３を介して空気タンク７４が連結され、更に空気タンク７４には図示しないモータを駆動源にして圧縮空気を空気タンク７４に送り込むコンプレッサ７５が連結され、コンプレッサ７５には風車４４の回転数を検出するセンサ７６が接続されている。

図６はケースの底面を除去した下側の風力発電機の底面図、図７は図５に示す風力発電機のＡ−Ａ線の断面図、図８は図７のＢ−Ｂ線の断面図である。なお、図８においては配管７３、空気タンク７４、コンプレッサ７５及びセンサ７６の図示を省略している。この風力発電機４は、概略として、全体が円形を成して上面が蓋として取り外し可能であると共に空気取入口９ａ及び空気排出口９ｂを備えたケース４０と、その中心に配設された発電機４１と、ジュラルミン、ステンレス等の防錆性能の高い鋼材を円板形状に加工して上下に所定の距離を設けて発電機４１の回転軸に取り付けられると共に後述する風車４４の相互間に開口４２０が設けられている外輪ハブ（回転部材）４２と、外輪ハブ４２の軽量化のために外輪ハブ４２の外側及び中心より放射状に突設して設けられた補強リブ４３と、外輪ハブ４２に均等の角度で配置されている複数（本実施形態では８つ）の風車４４，４４と、フード１からの風を受けない側（回転に寄与しない側）の外輪ハブ４２の両側に面してケース４０の内側に取り付けられた半円レール４５ａ，４５ｂと、外輪ハブ４２の両面に外輪ハブ４２と同軸にして設けられた風防リング６２ａ，６２ｂと、回転変動の抑制及び安定回転のために外輪ハブ４２の周縁部にリング状に設けられたフライホィール２８とを備えて構成されている。外輪ハブ４２及び複数の風車４４，４４は風車機構を構成している。

また、図７に示すように、外輪ハブ４２の中心とケース４０との間には、外輪ハブ４２及び発電機４１の回転を安定化させるために外輪ハブ４２の中心に回転軸６３が立設され、さらに回転軸６３の先端を軸支する軸受ベアリング６４がケース４０の内面に設けられている。

図２０は風防リング６２ａ，６２ｂを示す斜視図である。この風防リング６２ａ，６２ｂは同一構成であるとともに上下一対で構成され、可変翼４６Ａ，４６Ｂの内側（外輪ハブ４２の中心側）の近傍に達する外形を有している。この風防リング６２ａ，６２ｂは外輪ハブ４２の両面にネジ止めされている。風防リング６２ａ，６２ｂを設けたことによって可変翼４６Ａと可変翼４６Ｂとの間に吹き込まれた風のうち、外輪ハブ４２の中心方向に向かおうとする風は可変翼４６Ａと可変翼４６Ｂの間の空間に閉じ込められるため、受風効率を高めることができる。なお、風防リング６２ａ，６２ｂは円筒形状に限定されるものではなく、例えば、八角形等の多角形の外形を有する物であってもよい。

発電機４１には、例えば、「株式会社スカイ電子」製の高効率小型発電機「ＳＫＹ−ＨＲ２５０」型を利用することができ、この発電機は直径２５ｃｍ、重さ８．９ｋｇの小型でありながら３００Ｗの三相交流出力を得ることができる。尚、バッテリーを充電するためにはＡＣ−ＤＣ変換器を用いて所定の直流出力に変換する必要がある。また、ここでは交流発電機を用いるものとしたが、直流発電機を用いることもできる。

図９は風車の可変翼が開いた状態を示す側面図、図１０は可変翼が風の吹き込み位置の反対側に位置しているときの状態を示す側面図である。この風車４４は、概略として、上下方向に開度が変化する可変翼４６ａ，４６ｂと、外輪ハブ４２の両側に設けられて可変翼４６ａ，４６ｂを軸支するとともに可変翼４６ａ，４６ｂの最大開度を規制する過剰開放防止板４７と、側面が三角形状を成し、第二のマグネット５３ａ，５３ｂが取り付けられた状態で可変翼４６ａ，４６ｂの内側に配設されているマグネット保持板４８と、マグネット保持板４８と過剰開放防止板４７との間に配設されて両側から付与される磁力の反発力を調整する反発磁力調整板４９ａ，４９ｂとを備えて構成されている。

可変翼４６ａ，４６ｂは、図１１（ａ），（ｂ）に示すように上下対称の形状を成し、その断面形状は縦コ字形を成している。さらに、各側壁の一方は扇形を成し、他方の側壁は三角形状を成している。また、上記一方の側壁は他方の側壁よりも高くされ、その周縁の近傍には半円状の開口溝による半円ルーズホール５０が設けられている。さらに、可変翼４６ａ，４６ｂの平坦面４６０ａ，４６０ｂの内側には第二のマグネット５３ａ，５３ｂに対峙し且つ向かい合う磁極が同じ（ＳとＳまたはＮとＮ）になるようにして第一のマグネット５２ａ，５２ｂが取り付けられ、さらに可変翼４６ａ，４６ｂの先端（自由端）にはベアリング、例えばローラーベアリング５６ａ，５６ｂが設けられている。このような形状の可変翼４６ａ，４６ｂは図９に示すように組み合わされ、半円ルーズホール５０のそれぞれにはワッシャ支持棒５１が遊嵌され、このワッシャ支持棒５１は結合金具５９によって外輪ハブ４２にネジ止め固定される。このような構成の風車４４は、図７に示すように半円レール４５ａ，４５ｂと外輪ハブ４２との間に配設されている。

なお、風力発電装置１００は、外輪ハブ４２の外径を８０ｃｍ以上に大形化にする場合、図１２に示すように外輪ハブ４２を二枚用いた構成にする。この風車４４では、外輪ハブ４２ａ，４２ｂが開放防止板４７に対向させた状態で受風仕切板５４を介して上下に配設され、さらに、外輪ハブ４２ａ，４２ｂの両側には可変翼４６ａ，４６ｂの最小開度を規制する突起板５５ａ，５５ｂが設けられている。

図１３（ａ）は過剰開放防止板４７の詳細を示す斜視図である。過剰開放防止板４７は全体が“く”字形状を成し、その折曲部は図示しない外輪ハブ４２にネジ止めされる。そのために、過剰開放防止板４７にはネジ孔５７が設けられている。なお、過剰開放防止板４７を図９に示すように取り付けできるように、外輪ハブ４２にはマグネット保持板４８の垂直部（図１３（ａ）の左側）を嵌入可能な開口（図示せず）が設けられている。

図１３（ｂ）はワッシャ支持棒５１及び結合金具５９の詳細を示す斜視図である。ワッシャ支持棒５１は糸巻形状を成し、また、結合金具５９はＴ字形を成している。ワッシャ支持棒５１の軸５１０は結合金具５９の軸受部５９０に軸支され、さらに軸５１０の先端部にはピン５９１が取り付けられ、軸受部５９０からの軸５１０の抜け落ちを防止している。結合金具５９は図示しないネジによって外輪ハブ４２に固定される。そのために結合金具５９にはネジ孔５９２が設けられている。

図１４（ａ）は第二のマグネット５３ａ，５３ｂ及びマグネット保持板４８の詳細を示す斜視図である。第二のマグネット５３ａ，５３ｂは円板形状の永久磁石であり、取付金具５８によってマグネット保持板４８の所定の位置に取り付けられている。なお、可変翼４６ａ，４６ｂに取り付けられている第一のマグネット５２ａ，５２ｂも第二のマグネット５３ａ，５３ｂと同様の構成を有している。マグネット保持板４８は側面から見て三角形状を成し、その端部は外輪ハブ４２を挟んだ状態で外輪ハブ４２にネジ止めできるようにネジ孔４８０が設けられている。なお、外輪ハブ４２には、マグネット保持板４８の垂直部（図１３（ａ）の左側）を嵌入可能な図示しない開口が設けられている。

図１４（ｂ）は反発磁力調整板４９ａ，４９ｂの詳細を示す斜視図である。反発磁力調整板４９ａ，４９ｂは合成樹脂製であり、その形状は上下に対称形を成している。この反発磁力調整板４９ａ，４９ｂは、ネジ孔４９０を通して図示しないネジにより外輪ハブ４２の両面にネジ止めされる。反発磁力調整板４９ａ，４９ｂは、鉄等の磁気に反応しない合成樹脂片６０が貼着されており、この合成樹脂片６０の厚み、サイズ、素材等を変えることにより第一のマグネット５２ａ，５２ｂと第二のマグネット５３ａ，５３ｂとの間の磁気の透過量を調整することができる。

［風力発電装置の動作］
次に、上述した風力発電装置１００の動作について図２に示すように自動車に適用した例を説明する。自動車１０が走行しているとき、そのエンジンルームには走行速度に応じて外気が取り込まれ、エンジン及び冷却水の空冷が行われる。自動車１０の前面に設けられているグリルを通してエンジンルーム内に取り込まれた外気の一部は図１及び図２に示すフード１にも取り込まれる。自動車１０が時速６０ｋｍで走行しているときには１６．６ｋｍ／秒前後の風速の気流が発生する。さらに、時速８０ｋｍでは１７．７ｋｍ／秒、時速１００ｋｍでは２７．７ｋｍ／秒といった強力な風速の気流が発生する。このような強力な風エネルギーをエンジンルームのグリルからフード１に取り込むことで、容易に風車４４を高速回転させることができる。風力発電装置１００による発電を必要としないとき又は駐車等の状態にあるとき、図３に示すように吸気選択機構２のパイプダクト２０Ａ，２０Ｂは蛇腹パイプ３Ｃ，３Ｄに合致していて、フード１で集風された風は蛇腹パイプ３Ｃ，３Ｄを通して排気される。

自動車１０は図示しない制御装置を搭載しており、この制御装置は自動車１０に搭載のバッテリーの蓄電容量を端子電圧等によって監視するモニタ機能を備えている。そして制御装置は、蓄電容量が設定値以下になると図３に示す駆動源２６を起動してピニオン２５を回転させ、ラックギア２３、パイプダクト２０Ａ，２０Ｂ及びフード１を上昇させる。図４に示すようにパイプダクト２０Ａ，２０Ｂが蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂに合致すると、制御装置は駆動源２６を停止させる。この状態では、フード１で集風された風Ｗ１は蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂを通して図１に示す風力発電機４Ａ，４Ｂに供給される。蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂからケース４０の空気取入口９ａに到達した風Ｗ１は図９に示すように可変翼４６ａ，４６ｂに当たり、その開度を大きくするような風力となる。これにより可変翼４６ａ，４６ｂは過剰開放防止板４７に突き当たるまで開き、このときの可変翼４６ａと可変翼４６ｂとの間の角度は約９０°になることで風を受け入れるポケットが形成される。この状態のまま、可変翼４６ａ，４６ｂは外輪ハブ４２を回転させる。風Ｗ１が複数の風車４４に次々に送り込まれることによって外輪ハブ４２及び発電機４１を連続回転させ、風力発電機４Ａ，４Ｂに発電出力が生じ、それによってバッテリーが充電される。

蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂから風を受けた風車４４は外輪ハブ４２の回転に伴って図８に示す反時計方向へ回転し、時計の３時位置まで移動すると図１５に示すようにローラーベアリング５６ａ，５６ｂが半円レール４５ａ，４５ｂに接触し、その状態のまま風車４４が移動する。図９に示すように、可変翼４６ａ，４６ｂの内側に取り付けられた第一のマグネット５２ａ，５２ｂとマグネット保持板４８には第二のマグネット５３ａ，５３ｂとは対峙する面の磁極が互いにＳ極になっている。このため、可変翼４６ａ，４６ｂとマグネット保持板４８との間には、両者が離れようとする反発力が生じている。そこで、可変翼４６ａ，４６ｂとマグネット保持板４８との間の磁力に逆らう力を半円レール４５ａ，４５ｂによって強制的に可変翼４６ａ，４６ｂに付与し、可変翼４６ａと可変翼４６ｂとの間の角度を約３０°にする。このとき、図７の右側の風車４４に示すように、可変翼４６ａ，４６ｂとケース４０との間には空間６１ａ，６１ｂが形成されるため、半円レール４５ａ，４５ｂが設けられている範囲を図１０に示すように可変翼４６ａ，４６ｂの背面の風Ｗ２（図１０参照）が通過する風車４４の回転にブレーキをかける風圧抵抗が低減される。

風車４４の回転が進行し、図８に示す半円レール４５ａ，４５ｂをローラーベアリング５６ａ，５６ｂが通過し終わると、第一のマグネット５２ａ，５２ｂと第二のマグネット５３ａ，５３ｂとの間の磁気反発力によって可変翼４６ａと可変翼４６ｂとが離間するように開いて図９に示す状態に復帰する。これによって蛇腹パイプ３ａ，３ｂからの風を受ける準備が整うことになる。

なお、ケース４０と排気ダクト６ａ，６ｂとの結合部分においては、風車４４に対して風の逆流やカルマン渦などが発生する。これを解消するためにダクトホース７及び集風ダクト８が設けられている。集風ダクト８から取り込まれた強風がダクトホース７を介してケース４０と排気ダクト６ａ，６ｂとの結合部分に供給することによって逆流風やカルマン渦が解消される。

ところで、自動車１０は走行中に赤信号で停車し、また、渋滞区間では減速走行や徐行運転を余儀なくされる。このような場合、強風のとき以外は無風状態になるが、フライホィール２８が設けられているために、しばらくは風車４４が惰性で回転することで風力発電は機能するが、やがて風車４４が停止することになる。しかし、風力発電機４Ａには風車回転補助手段７０が設けられているため、風車４４は停止することがない。即ち、空気タンク７４には、その内部圧力が所定値以下になるとコンプレッサ７１が稼働し、これによって空気タンク７４内に空気が圧入されている。

自動車１０が減速走行及び徐行運転及び停止の状態になり、風車４４の回転数が予め定めた回転数以下になったことをセンサ７５が検知すると電磁弁７０が作動し、ノズル７１と配管７３とが連通する。これによって空気タンク７４内の空気がノズル７１に放出される。ノズル７１から空気が射出されることによって、この射出された空気は蛇腹パイプ３Ａからの空気に代えて空気取入口９ａに対面する可変翼４６ａ，４６ｂに所定時間吹き付けられ、これにより可変翼４６ａ，４６ｂが移動することで風車４４が回転し始め、更には回転数が増大する。これによってバッテリーを充電するための電力が確保される。さらに所定時間後、センサ７６が風車４４の回転不足を再度検知した場合、電磁弁７２が作動してノズル７１から空気が射出され、風車４４の回転が加速される。その後、自動車１０が通常走行状態になると、蛇腹パイプ３Ａからは風車４４を回転させるだけの風が排出されるようになり、ノズル７１から空気を射出する必要が無くなる。したがって、自動車１０が減速走行や停止状態になるまで電磁弁７２は作動しない。

［第一の実施形態の効果］
第一の実施形態に係る風力発電装置によれば、フード１によって集風し、これを風車４４に吹き付ける空気取入口９ａの一ヶ所にしたことで横風の影響を低減することができるという効果がある。
更に、可変翼４６ａ，４６ｂを開度を可変にして“く”字形状に組み合わせ、相互間の開度を第一のマグネット５２ａ，５２ｂと第二のマグネット５３ａ，５３ｂとの間に生じる磁気反発力によって約９０°に開かせてポケットが形成されるように風車４４を構成し、このポケットにフード１からの風を受け入れて外輪ハブ４２を回転させ、更に、風車４４が風の吹き入れ部の反対側にあるときには半円レール４５ａ，４５ｂによって可変翼４６ａ，４６ｂを外輪ハブ４２側へ押し込むようにしたことにより、受風してない風車４４，４４に対する風圧抵抗が軽減され、これによって回転効率及び発電効率を高めることができるという効果がある。
更に、フード１と風力発電機４Ａ，４Ｂとの間に吸気選択機構２を設け、風車４４に必要時にのみ風を供給するようにしたことにより、発電機４１や風車４４の寿命を延ばし、回転音を発しないことにより車両の低騒音化を図ることができるという効果がある。
また、ノズル７１、電磁弁７２、配管７３、空気タンク７４、コンプレッサ７５及びセンサ７６からなる風車回転補助手段７０を設けることによって、自動車１０が減速走行や停止状態になって風を集風ダクト８に取り込めない状態になっても風車４４の回転を継続させることができるという効果がある。

２．第二の実施形態
図１６は本発明に係る風力発電装置の第二の実施形態を示す平面図、図１７は図１６の風力発電装置に被せられる蓋の内側を示す平面図、図１８は可変翼が最大開度になった状態を示す側面図、図１９は可変翼が最小開度になった状態を示す側面図である。なお、図１６及び図１７においては、電磁弁７２、配管７３、空気タンク７４、コンプレッサ７５及びセンサ７６の図示を省略している。本実施形態は、第一の実施形態においてマグネット保持板４８を除去するとともに可変翼４６ａ，４６ｂの先端部の形状を変更し、第一のマグネット５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂの取り付け場所を変更したものであり、その他の構成は第一の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態は、可変翼４６ａ，４６ｂの先端（自由端）を折り曲げてマグネット取付部４６２ａ，４６２ｂを形成し、このマグネット取付部４６２ａ，４６２ｂに第二のマグネット５３ａ，５３ｂを取り付け、更に、第二のマグネット５３ａ，５３ｂが通過する軌跡（第一の実施形態で半円レール４５ａ，４５ｂが設けられていたライン）に対峙させて複数（ここでは８つ）の第一のマグネット５２ａ，５２ｂをケース４０の蓋４０１の内面及び本体４０２の底面に等間隔に取り付けたものである。第二のマグネット５３ａ，５３ｂ及び第一のマグネット５２ａ，５２ｂの対峙する側の磁極は、図１７に示すようにほぼ半周毎に異なる組み合わせにしている。具体的には、蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂの取り付け位置から回転方向のほぼ半周に位置する第一のマグネット５２ａ，５２ｂをＳ極とし、残りのほぼ半周に位置する第一のマグネット５２ａ，５２ｂをＮ極にしている。一方、第二のマグネット５３ａ，５３ａ，５３ｂ，５３ｂは全てＳ極としている。

次に、上述した第二の実施形態に係る風力発電装置の回転動作について説明する。蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂに対峙する風力発電機４Ａ，４Ｂの風車４４，４４に対して強い風W１が可変翼４６ａ，４６ｂに吹き付けられることによって可変翼４６ａ，４６ｂが図１８に示すように開き、風車４４，４４は図１８に示す右方向へ移動し、これに伴って外輪ハブ４２が回転する。このとき、第一のマグネット５２ａ，５２ｂと第二のマグネット５３ａ，５３ｂとはＮ極とＳ極とが対峙しているために吸引し合い、可変翼４６ａ，４６ｂは開いた状態を維持する。この状態のまま外輪ハブ４２がほぼ半周すると、Ｓ極の第二のマグネット５３ａ，５３ｂがＳ極の第一のマグネット５２ａ，５２ｂに対峙する位置に到達する。するとＳ極同士のために第二のマグネット５３ａ，５３ｂと第一のマグネット５２ａ，５２ｂが磁気的に反発しあうことで可変翼４６ａ，４６ｂを閉じる方向の磁力が発生し、また、風車４４を動かす風力も存在しないことから可変翼４６ａ，４６ｂは図１９のように水平状態になる。このとき、図１９に示すように、可変翼４６ａ，４６ｂとケース４０との間には空間６１ａ，６１ｂが形成されるため、Ｎ極の第一のマグネット５２ａ，５２ｂの設置範囲を通過する風車４４の回転にブレーキをかけるように作用する風圧抵抗が低減される。風車４４，４４がＮ極の第一のマグネット５２ａ，５２ｂの設置範囲を通過すると第二のマグネット５３ａ，５３ｂに対峙する第一のマグネット５２ａ，５２ｂはＳ極になる。したがって、可変翼４６ａ，４６ｂの先端が第一のマグネット５２ａ，５２ｂに引き寄せられ、図１８に示すように風車４４，４４によるポケットが形成され、蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂからの風を受け止めることができ、外輪ハブ４２を回転させることができる。

［第二の実施形態の効果］
第二の実施形態に係る風力発電装置によれば、第一のマグネット５２ａ，５２ｂと第二のマグネット５３ａ，５３ｂとの磁極の組み合わせによって可変翼４６ａ，４６ｂを開閉させることができるため、半円レール４５ａ，４５ｂ及びローラーベアリング５６ａ，５６ｂが不要になり、部品数の低減により構成の簡略化及びコストダウンを図ることができるという効果がある。その他の効果は、第一の実施形態と同様である。

以上のように、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、ローラーベアリング５６ａ，５６ｂに代えて、薄くて軽い硬質のセラミック板を使用した構成でも回転摩擦抵抗を小さくすることができる。

また、風力発電装置１００は、風力発電機４Ａ，４Ｂの２台による構成にしたが、いずれか一方又は２台以上であってもよい。更に、風力発電機４Ａ，４Ｂは外輪ハブ４２を水平配置で回転するものとしたが、これを共に垂直や斜めに配置し、或いはＶ型の配置にすることもできる。また、風力発電機４Ａ，４Ｂの一方を水平に配置し他方を垂直に配置することも、風力発電機４Ａと風力発電機４Ｂとを離れた場所に設置することもできる。

また、本発明に係る風力発電装置１００は、走行によって強い風を作ることができる自動車等の移動体への搭載が最適であるが、強い風が得られる場所であったり、フード１の開口面積を大きくしたり、風力発電機４Ａ，４Ｂの台数を多くしたりすることによって、移動しない設備、構造物等に設置することもできる。

また、風車４Ａ，４Ｂにダクトホース７Ａ，７Ｂを介して導入する空気は、集風ダクト８から取り込むものとしたが、例えば、蛇腹パイプ３Ａ，３Ｂから分岐した空気をダクトホース７Ａ，７Ｂに導入してもよい。

１ フード
１Ａ 排気口
２ 吸気選択機構
３Ａ 蛇腹パイプ
３Ｂ 蛇腹パイプ
３Ｃ 蛇腹パイプ
３Ｄ 蛇腹パイプ
４ 風力発電機
４Ａ 風力発電機
４Ｂ 風力発電機
５Ａ 結合金具
５Ｂ 結合金具
６Ａ ホース
６Ｂ ホース
７Ａ ダクトホース
７Ｂ ダクトホース
８ 集風ダクト
９ａ 空気取入口
９ｂ 空気排出口
１０ 自動車
２０Ａ パイプダクト
２０Ｂ パイプダクト
２１ 保持枠
２２ スライド部材
２３ ラックギア
２４ 保持具
２５ ピニオン
２６ 駆動源
２７ 蝶番
２８ フライホィール
４０ ケース
４１ 発電機
４２ 外輪ハブ
４２ａ 外輪ハブ
４２ｂ 外輪ハブ
４３ 補強リブ
４４ 風車
４５ａ 半円レール
４５ｂ 半円レール
４６ａ 可変翼
４６ｂ 可変翼
４７ 過剰開放防止板
４８ マグネット保持板
４９ａ 反発磁力調整板
４９ｂ 反発磁力調整板
５０ 半円ルーズホール
５１ ワッシャ支持棒
５２ａ 第一のマグネット
５２ｂ 第一のマグネット
５３ａ 第二のマグネット
５３ｂ 第二のマグネット
５４ 受風仕切板
５５ａ 突起板
５５ｂ 突起板
５６ａ ローラーベアリング
５６ｂ ローラーベアリング
５７ ネジ孔
５８ 取付金具
５９ 結合金具
６０ 合成樹脂片
６１ａ 空間
６１ｂ 空間
６２ａ 風防リング
６２ｂ 風防リング
６３ 回転軸
６４ 軸受ベアリング
７０ 風車回転補助手段
７１ ノズル
７２ 電磁弁
７３ 配管
７４ 空気タンク
７５ コンプレッサ
７６ センサ
１００ 風力発電装置
４０１ 蓋
４０２ 本体
４６０ａ 平坦面
４６０ｂ 平坦面
４６２ａ マグネット取付部
４６２ｂ マグネット取付部
４８０ ネジ孔
４９０ ネジ孔
５１０ 軸
５８０ ネジ孔
５９０ 軸受部
５９１ ピン
５９２ ネジ孔

Claims (9)

1. 移動体に搭載され、その移動によって生じた風力によって発電を行う風力発電装置において、
   発電機と、
   前記発電機の回転軸に結合された回転部材に取り付けられ、前記回転部材の回転に伴う移動に応じて風を受け入れる側の開度が変化する複数の風車が空気取入口及び空気排出口とを有するケースに収容され、前記回転部材の回転によって前記発電機の回転軸を回転させる風車機構と、
   錐体形状を成して前記移動体の進行方向からの外気を集風して空気流とし、この空気流を通風媒体を介して前記空気取入口へ供給するフードと、
   を備えることを特徴とする風力発電装置。
2. 請求項１に記載の風力発電装置において、
   前記発電機によって充電されるバッテリーの充電状態を監視し充電する必要があるときには前記フードからの風を前記風車へ導き、前記バッテリーが十分に充電されているときには前記フードからの風を大気中へ放出する吸気選択機構が前記フードと前記通風媒体との間に設置されていることを特徴とする風力発電装置。
3. 請求項１または２に記載の風力発電装置において、
   前記ケースは、前記複数の風車のうち回転力に寄与しない風車が介在する領域の内面に半円状のレールが設けられ、
   前記各風車は、一対の板形状の可変翼を内側になる一端が回転部材に軸支され、外側になる他端が上下に回動できるように組み合わせて構成され、前記他端にはベアリングが前記回転部材に平行させて取り付けられ、前記可変翼の内側に第一のマグネットが取り付けられるとともに前記第一のマグネットに対峙可能にして第二のマグネットが前記回転部材側に設けられ、前記第一のマグネットと前記第二のマグネットとは磁極が同一極性で対峙可能であり、かつ、前記風車が回転力に寄与しない領域では前記一対の可変翼の開角度が小さくなるように前記ベアリングが前記レールに当接することを特徴とする風力発電装置。
4. 請求項１または２に記載の風力発電装置において、
   前記各風車は、一対の板形状の可変翼を内側になる一端が回転部材に軸支され、外側になる他端が上下に回動できるように組み合わせて構成され、前記可変翼の外側に第一のマグネットが取り付けられるとともに前記第一のマグネットに対峙可能にして第二のマグネットが前記ケースの内面に設けられており、前記風車が回転力に寄与する領域では第一及び第二のマグネットは異なる磁極で対峙し、かつ、前記風車が回転力に寄与しない領域では第一及び第二のマグネットは同一磁極で対峙するように構成されていることを特徴とする風力発電装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の風力発電装置において、
   前記風車は、前記一対の可変翼の他端の縦断面が縦コ字形を成すとともに両側面が扇形を成し、その一方の側面に半円状の開口溝が設けられ、該開口溝に設けられた結合金具によって角度可変に組み合わされた一対の可変翼であり、前記一端には前記回動の最大開角度を規制する過剰開放防止板が配設されていることを特徴とする風力発電装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の風力発電装置において、
   前記風車は、前記回転部材の回転中心に面する側面からの風漏れを防止可能にし且つ前記回転部材に対して同軸にして前記回転部材の両面にリングが設けられていることを特徴とする風力発電装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の風力発電装置において、
   前記風力発電機は複数台からなり、重ねた状態で設置されていることを特徴とする風力発電装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の風力発電装置において、
   前記風力発電機は、前記空気排出口にカルマン渦及び風の逆流を抑止するための空気流を吹き込む空気供給手段が連結されていることを特徴とする風力発電装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の風力発電装置において、
   前記風力発電機は、前記風車が設定回転数以下になったときに前記風車に強制的に風をノズルから吹き付ける風車回転補助手段を有することを特徴とする風力発電装置。

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