JP2014166035A - 車両用発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、熱に耐えつつ、エンジン本体の振動エネルギーで効率よく発電が行える車両用発電装置を提供する。
【解決手段】本発明の車両用発電装置は、車両に搭載されたエンジンのエンジン本体５ａに一端部が固定され、他端部に錘部２７が設けられ、エンジン本体５ａから伝わる振動で錘部２７が振れることで発電を行う圧電素子１５と、圧電素子１５を周囲から覆うように設けられ、圧電素子１５を冷却する冷却デバイス１７とを具備する構造を採用した。同構成により、圧電素子１５は、冷却デバイス１７により、エンジン本体５ａの熱やエンジンルーム１ａ内の熱から耐えられるように冷却されるから、無理とされていたエンジン本体５ａの振動エネルギーを直接利用した発電が行える。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの振動で発電を行う車両用発電装置に関する。

車両では、エンジンの振動を用いて発電を行うことが考えられている。この発電は、エンジン本体に圧電素子を設けることで行える。しかし、一般的に圧電素子は、耐熱温度が低いために、エンジン本体から発する熱やエンジンを収めているエンジンルーム内の温度には、到底、耐えられない。
そこで、エンジン本体から遠ざけた地点に圧電素子を配置して間接的に発電する手法を用い、熱害を抑えることが考えられるが、反対に振動エネルギーの活用効率が悪くなる問題が生じてしまう。

特開２０１０−２１５１３５号公報

そのため車両では、エンジンの振動ネルギーを用いず、エンジンの排熱エネルギーで発電したり、特許文献１に開示されているように車体の装備品の振動、例えばスポイラーが走行抵抗で振れるときのエネルギーで発電したりすることなどが進められるだけで、エンジン本体の振動エネルギーを直接効率よく活用した発電には至っていない。
そこで、本発明の目的は、熱に耐えつつ、エンジン本体の振動エネルギーで効率よく発電が行える車両用発電装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、車両に搭載されたエンジンのエンジン本体に一端部が固定され、他端部に錘部が設けられ、エンジン本体から伝わる振動で錘部が振れることで発電を行う圧電素子と、圧電素子を周囲から覆うように設けられ、圧電素子を冷却する冷却デバイスとを具備する構造を採用することにした。
請求項２に記載の発明は、冷却デバイスが、圧電素子に追従して変形可能な柔軟性を有するペルチェ素子を有して形成されるものとした。

請求項１の発明によれば、圧電素子は、冷却デバイスにて、エンジン本体からの熱やエンジンルーム内の熱から耐えられるように冷却される。
それ故、圧電素子は、耐熱温度内に収まる。これにより、無理とされていたエンジン本体の振動エネルギーを直接利用した発電ができる。この結果、エンジン本体の振動エネルギーを効率よく活用した発電ができる。

請求項２の発明によれば、ペルチェ素子で圧電素子を覆うという構造でよく、簡単な構造ですむ。しかも、柔軟性のあるペルチェ素子により、圧電素子の撓み変形に追従して変形するので、圧電素子の発電能力を損なわずにすみ、高い発電能力が確保できる。

本発明の一実施形態に係る車両用発電装置を、同装置を搭載した車両と共に示す断面図。 図１中のＡ部の発電装置を拡大して示す斜視図。 エンジン本体から外した発電装置を示す分解斜視図。 図２中のＢ−Ｂ線に沿う発電装置を、周辺の機器と共に示す断面図。 図２中のＣ−Ｃ線に沿う発電装置の断面図。

以下、本発明を図１から図５に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は、本発明を適用した車両、例えば乗用車の前部を示していて、図１中１ａは、車体１の前部に形成されたエンジンルーム、３は同エンジンルーム１ａの開口を開閉可能に塞ぐリッドを示している。
エンジンルーム１ａには、エンジン、ここでは走行用のエンジン５が収められている。このエンジン５には、シリンダ７内にピストン９を往復可能に収めてなるエンジン本体５ａを有するレシプロエンジンが用いてあり、このレシプロエンジンから出力された軸トルクが、トランスミッション、デファレンシャルギヤ（いずれも図示しない）を介して、前輪１１（走行輪）に伝わる。

エンジン本体５ａには、同エンジン本体５ａの生ずる振動で発電を行う発電装置１３が設けられている。この発電装置１３には、圧電素子１５を用いてエンジン本体５ａの振動エネルギーを電力に変換する電力変換構造と、圧電素子１５を熱から護る冷却構造とを組み合わせた構造が用いられる。図２には同発電装置１３の周辺を拡大した外観が示され、図３には発電装置１３の外観が示され、図４および図５には発電装置１３の電力変換構造や冷却構造の各部（図２中のＢ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線に沿う断面）の構造が示されている。

図２〜図５を参照して発電装置１３の各部を説明すると、圧電素子１５は、複数枚、ここでは二枚の帯板形をなした圧電素子部品１５ａを重ね合わせて、帯形にした構造が用いられている。
冷却構造は、圧電素子１５を冷却する冷却デバイス、例えば柔軟性を有する板形のペルチェ素子１７が用いられる。ペルチェ素子１７は、一側面に吸熱面１７ａを備え、他側面に放熱面１７ｂ（いずれも図４および図５に図示）を備えた部品で、電圧を印加すると吸熱面１７ａから吸熱が行われ、放熱面１７ｂから同熱を放熱する機能をもつ。このペルチェ素子１７が、吸熱面１７ａを内側に配置して、圧電素子１５の周囲（全周）を覆うように取着してある（図４）。これにより、吸熱面１７ａは圧電素子１５の外周面全体と向き合い、放熱面１７ｂはエンジンルーム１ａに臨み、ペルチェ素子１７に電圧を印加すると、熱が圧電素子１５からエンジンルーム１ａへ移動する。つまり、ペルチェ素子１７にて、圧電素子１５が冷却される構造としている。ペルチェ素子１７の柔軟性は、圧電素子１５の変形（撓み）を損なわない配慮のために用いてある。

圧電素子１５を覆ったペルチェ素子１７の一端の外周部には、ガスケット部材１９を介して、据付用のフランジ２１が取着され、圧電素子１５の一端部をエンジン据付側としている（図３，４）。残るペルチェ素子１７の他端の外周部には、ガスケット部材２３を介して、マス用のフランジ２５が取着されている（図３，４）。このフランジ２５に、ブロック形に成形されたマス２７（本願の錘部に相当）が固定、ここではボルト部材２９により締結されている。

またフランジ２１は、エンジン本体５ａのうち表面温度が低い部位、例えばエンジン本体５ａを構成するシリンダブロック７ａのうちの吸入空気がシリンダ７内へ流入する吸気側の外壁面７ｂに固定されている。具体的にはフランジ２１は、シリンダブロック７ａの外壁面７ｂに形成された台座部７ｃにボルト部材３１により締結され、圧電素子１５の一端部をシリンダブロック７ａの外壁面７ｂに固定している。なお、フランジ２１，２３と、台座部７ｂやマス２５との間には、圧電素子１５の端面を熱から護るために断熱材３３ａ，３３ｂが介装してあり、圧電素子１４の四方を冷却用のペルチェ素子１７、断熱材３３ａ，３３ｂで覆っている。

フランジ２１の締結によって、圧電素子１５全体はリンダブロック７ａの外壁面から突き出る方向に据付けられ、自由端となる最も外側の端にマス２５を配置させている。
この圧電素子１５の据え付けにより、エンジン本体５ａの運転に伴い生ずる振動エネルギーが電力に変換されるようにしている。すなわち、マス２５は、図２および図４中の矢印ａに示されるようにシリンダブロック７ａの振動エネルギーを受けて上下に振動する。このマス２５の上下振動で圧電素子１５は撓む（冷却用のペルチェ素子１７は、圧電素子１５の撓みに追従して変形）。これにより、圧電素子１５で発電が行われる。

ちなみに圧電素子１５は、車両に搭載されている蓄電回路３１を介してバッテリ３５に接続され、圧電素子１５で発電された電力がバッテリ３５に蓄電される。そして、バッテリ３５を通じて車両の各部で利用される。
一方、冷却用のペルチェ素子１７は、外部から電力を受けている。具体的には、図１および図４に示されるように温度差を利用して発電する素子、例えば電源用のペルチェ素子３７から電力を受けている。ここでは、エンジンルーム１ａ内の温度と大気温度との差を利用して、電源用のペルチェ素子３７から発電させ、発電した電力を冷却用のペルチェ素子１７に供給する構造が用いられている。例えば電源用のペルチェ素子３７は、エンジンルーム１ａを開閉するリッド３に形成した通孔に、吸熱面３７ａ側をエンジンルーム１ａ内に臨ませ、放熱面３７ｂを大気中に臨ませて取り付けられ、高温な雰囲気のエンジンルーム１ａとそれより温度の低い大気の温度との差で発電が行われる。この電源用ペルチェ素子３７が、接続線３９を介して、冷却用のペルチェ素子１７に接続され、温度差を利用して得た電力を冷却用のペルチェ素子１７へ供給している。ちなみに他の発電素子を用いても構わない。

この電力を受けて、冷却用のペルチェ素子１７は、圧電素子１５を周囲から冷却する。これにより、圧電素子１５は、エンジン本体５ａの熱やエンジンルーム１ａ内の熱から耐えられる。
それ故、圧電素子１５は耐熱温度内に収まる。これにより、無理とされていたエンジン本体１の振動エネルギーを直接利用した発電ができる。これで、エンジン本体１の振動エネルギーを効率よく活用した発電ができる。

特に冷却デバイスは、柔軟性のあるペルチェ素子１７で圧電素子１５の周囲を覆う構造を用いたので、簡単な構造ですむ。しかも、柔軟性のあるペルチェ素子１７は、圧電素子１５の撓み変形に追従して変形するので、圧電素子１５の発電能力を損なわず、高い発電能力が確保できる。
なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、冷却デバイスとして、柔軟性を有するペルチェ素子を用いた例を挙げたが、これに限らず、他の構造を用いてもよい。

１ 車体
３ リッド
５ａ エンジン本体
１３ 発電装置
１５ 圧電素子
１７ 柔軟性を有するペルチェ素子（冷却デバイス）
２７ マス（錘部）
３５ 車載バッテリ
３７ 電源用のペルチェ素子

Claims (2)

1. 車両に搭載されたエンジンのエンジン本体に一端部が固定され、他端部に錘部が設けられ、前記エンジン本体から伝わる振動で前記錘部が振れることで発電を行う圧電素子と、
   前記圧電素子を周囲から覆うように設けられ、当該圧電素子を冷却する冷却デバイスと
   を具備してなることを特徴とする車両用発電装置。
2. 前記冷却デバイスは、前記圧電素子に追従して変形可能な柔軟性を有するペルチェ素子を有して形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用発電装置。

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