JP2016510972A - 自動車両用発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シンプルな構成によって効率的な発電を可能とするような自動車両における発電装置及び発電方法の構成を提供すること。【解決手段】 発電機２８、自動車両における空気通過路に配置され、当該通過路を移動する空気流によって回転され、かつ前記発電機２８を駆動するために当該発電機２８に接続されている回転部、前記発電機２８を駆動するために当該発電機２８に接続されているモータ５８、及び当該回転部の回転速度が予め設定したしきい値よりも低いと判断された場合には、前記モータ５８に対し前記発電機２８を駆動するように作用する制御装置３２を備え、かつ前記回転、判断及び作用を各ステップとしていることによって前記課題を達成している発電装置及び発電方法。【選択図】図２

Description

本発明は、風力によって駆動される自動車両用発電装置に関するものである。

尚、本出願は、２０１３年３月１５日に提出された米国特許願第１３／８３９６６７に基づく優先権主張が行われており、かつ記載事項は前記特許願と完全に合致している。

電力及び自動車両駆動のために、「緑」色の植物体、又は自然の資源を使用することによって、化石燃料への依拠を減少することについては、有意義な技術上の試みが行われている。

たとえば、電気自動車及び混成エネルギーを使用するハイブリッド自動車の分野においては、発電の為にこれらの自動車両の前進への走行によって発生する空気流を使用することが提唱されている。

しかしながら、このようなシステムは、大抵の場合、複雑であるか又は極めて非効率的である。

因みに、特許文献１は上記空気流のために特別の形状のエアダクトを必要としており、更には、特許文献２は空気流形成のためにエアタンク及びエアコンプレッサーのような格別の装置を必要としている。

米国特許第6373145号明細書 米国特許第2009-0301796A1号公報

本発明は、自動車両の前進によって発生する空気流を使用したうえで、簡単な構成にて効率的な発電を可能とする自動車両用発電装置及び発電方法の構成を提供することを課題としている。

本発明の基本構成及び当該基本構成に基づく実施形態の概要を明らかにする。

本発明の装置は、自動車両のための発電装置であって、装置の基本構成は、自動車両用発電装置が当該自動車両の所定場所に配置され、かつ当該場所を通過する空気流によって回転する回転部を構成要素としている。

上記回転部は、自動車両の蓄電池を充電するために必要な給電用の発電機を駆動するために当該発電機に接続されている。

前記発電機を駆動するために、モータが当該発電機に接続されている。

前記モータには、制御装置が接続されており、回転部の回転速度を検出し、回転部の回転速度が予め設定したしきい値の基準以下である場合には、モータに対し発電機を駆動するように作用している。

このように、本発明に係る装置は、発電機、自動車両における空気通過路に回転可能な状態にて配置され、当該通過路を移動する空気流によって回転され、かつ前記発電機を駆動するために当該発電機に接続されている回転部、前記発電機を駆動するために当該発電機に接続されているモータを構成要素としている。

前記基本構成に基づく実施形態は、発電機を駆動するために当該発電機に結合している駆動機構、相互に同軸状態にて接続結合し合っている第一及び第二のクラッチ単位を構成要素としている。

回転部は、第一及び第二のクラッチ単位の一方と結合しており、モータは第一クラッチ単位及び第二クラッチ単位の他方と結合している。

第一及び第二のクラッチ単位は、モータが静止している段階では発電機が回転部によって駆動されており、回転部が静止している段階では、発電機がモータによって駆動するように構成されている。

本発明の方法は、自動車両用の発電の方法であって、方法の基本構成は、発電のために発電機に接続されている自動車両の走行に対応する回転、回転部の回転速度に対する判断、回転部の回転速度が予め設定されたしきい値の基準よりも低い場合には、発電機に対するモータによる駆動という各ステップを構成要素としている。

前記基本構成に基づく実施形態は、発電機、所定の通過路に回転可能な状態にて配置され、当該通過路における空気流によって回転される回転部、相互に同軸状態にて結合し合っている第一及び第二のクラッチを構成要素としている装置を使用している。

上記実施形態の方法において、回転部は第一及び第二のクラッチ単位の一方と結合しており、モータは第一及び第二のクラッチ単位の他方と結合しており、第一及び第二のクラッチ単位は、モータが静止している段階では発電機は回転部によって駆動され、回転部が静止している段階では発電機はモータによって駆動されるように構成されている。

前記基本構成の説明からも明らかなように、本発明の装置は、回転部、モータ、発電機、制御装置を不可欠の構成要素とする一方、本発明の方法は、回転部の空気流による回転、回転部の回転速度の判断及び作動制御に基づく作動をステップとしており、極めてシンプルな構成である。

しかも、回転部の回転速度が予め設定されたしきい値の基準よりも小さい場合に、初めて発電機を駆動するという極めて効率的な発電を可能としている。

本発明の理解を更に一層深めるために、典型的な実施形態に即して以下のとおり図面について説明する。

図１は、風を駆動源とする発電装置を備えている自動車両のブロック図である。 図２は、図１によって示されている自動車両内の風を駆動力とする発電装置の斜視図である。 図３は、図２に示されている装置のうち、３−３に示す区分用のラインに沿って矢印の方向から観察した場合の断面図である。 図４は、図２によって示されている装置における制御プロセスを説明しているフローチャートである。

実施形態に基づいて、具体的な構成を以下のとおり説明する。

本発明は、どのようなタイプの自動車両にも対応して使用可能であるが、電気自動車又はハイブリッド自動車における使用が特に適切である。

したがって、本発明については、以下のように電気自動車又はハイブリッド自動車に即して説明することにする。

しかしながら、以下の記載は、具体的説明を目的としており、決して本発明の構成を限定するのではなく、船舶及び鉄道車両のような他のタイプの自動車両にも当然適用可能である。

図１は、電気自動車又はハイブリッド自動車１２（自動車１２）内に設置されている発電装置用のシステム１０を示す。

本実施形態の場合には、蓄電池１４がシステム１０による給電を充電するために備えられており、かつ自動車１２を駆動するための駆動機構（図示せず）に接続されている。

システム１０のうち、自動車１２の前側エンジン区分１８には収容室１６が備えられている。

空気取入口２２を備えている空気流取入れダクト２０（導管２０）は、自動車１２の前側に設置されている。

ダクト２０は、自動車１２の前方への走行によって発生する空気流をシステム１０の収容室１６を介して通過させている。

空気出口２６を備えている費消空気流用ダクト２４は、収容室１６及びエンジン区分１８から空気を排出している。

空気流用ダクト２０、２４と大きさ及び形状は、システム１０に流入しかつシステム１０から流出する際に、空気流力学上の損失が最小となるように設計されている。

システム１０を支持しているダクトが、空気流力学上過度の損失を発生させないのであれば、システム１０は、自動車内において後部屋根区分のような他の位置を設置することも可能である。

システム１０における空気流の調整状態は、例えば米国特許第４２５４４８４３Ｂ１、第６３７３１４５Ｂ１、第６８５７４９２Ｂ１の各公報に開示されているダクトによる調整と類似しており、これらの公報における記載事項を参照した場合には、当該記載事項を採用することが出来る。

図２及び図３は、収容室１６内におけるシステム１０の各構成要素を示している。

システム１０は、発電機２８、当該発電機２８を駆動するための駆動機構３０、及び駆動機構３０の操作を制御するための制御装置３２を構成要素としている。

特に駆動機構３０は、空気流ダクト２０が収容室１６に入り込む入口２９（図１参照）の近傍にタービン又はファン３４を備えている。

ファン３４は、自動車１２の走行に基づく空気流の通過の結果、回転可能な状態にて配置されている。

空気流は、ダクト２０によって収容室１６に供給された後、ダクト２４を介して収容室から排出されている。

図２及び図３に示すように、駆動機構３０は第一クラッチ単位であるクラッチ３６及びファン３４を当該ファンクラッチ３６に接続している軸３８を構成要素としている。

特に、上記第一クラッチ単位、即ちクラッチ３６は、第一駆動部である駆動円輪板４０、第一被駆動部である被駆動板４２、及び当該駆動円輪板４０と当該被駆動板４２との間に挟まれた状態にある第一つめ車部であるつめ車輪４４を備えている。

軸３８は、ファン３４及び駆動円輪板４０に結合されており、その結果、駆動円輪板４０はファン３４と一体となって回転している。

第一つめ車部であるつめ車輪４４は、慣用的に使用されている一方向車輪（例えば台湾に所在しているリダ社によって販売されている「ＤＩＣＴＡ ＢＲＡＮＤ一方向車輪」のような自転車における後輪に使用されている一方向車輪によるつめ車機構）の構造及び操作に類似しており、駆動輪板４０によって被駆動板４２が回転駆動される一方、被駆動板４２は駆動輪板４０よりも高速度にて回転することができる。

その結果、被駆動板４２は駆動輪板４０、更にはファン３４の速度及び操作に格別の影響を与えずに駆動輪板４０よりも高速度にて回転することができる（例えば、駆動輪板４０及びファン３４が静止状態にありながら、被駆動板４２が回転することができる。）。

駆動機構３０は、ファンクラッチ３６と同軸状態にて結合されている第二クラッチ単位であるモータクラッチ４６をも構成要素としている。

第二クラッチ単位、即ちモータクラッチ４６は、モータによって駆動される第二駆動部である駆動輪５０及び第二被駆動部である被駆動板４８及び当該駆動輪５０並びに被駆動板４８との間に挟まれた状態にある第二つめ車部であるつめ車輪５２を構成要素としている。

第二つめ車部であるつめ車輪５２は、慣用的に使用されている一方向車輪（例えば台湾に所在しているリダ社によって販売されている「ＤＩＣＴＡ ＢＲＡＮＤ一方向車輪」のような自転車における後輪に使用されている一方向車輪によるつめ車機構）の構造及び操作に類似しており、駆動輪板５０によって被駆動板４８が回転駆動される一方、被駆動板４８は駆動輪板４０よりも高速度にて回転することができる。

その結果、被駆動板４８は駆動輪板５０の速度及び操作に格別の影響を与えずに駆動輪板５０よりも高速度にて回転することができる（例えば、駆動輪５０及びファン３４が静止状態にありながら、被駆動板４８が回転することができる。）。

駆動機構３０は、被駆動板４２及び被駆動板４８と結合している軸５４、及び被駆動板４８と結合している軸５６を備えており、被駆動板４２、４８及び軸５４、５６は相互に同軸状態にて回転可能な状態にある。

軸５６は、発電を実現する駆動の為に、発電機２８に接続されている。

その結果、被駆動板４２、４８及び軸５４、５６は、発電機２８の駆動軸を形成している。

モータ５８（例えば補助用のガスによって起動するモータ）がクラッチ機構４６の駆動輪５０を必要に応じて回転するために収容室１６内に設けられている（図２及び図３参照）。

特にモータ５８は、軸６０及び当該軸６０に固着されておるプーリ６２を備えている。

チェーン又はベルト６４は、クラッチ４６の駆動輪５０を駆動しているプール６２と結合しており、駆動輪５０、更には、被駆動板４８は、発電機４２を駆動することを目的として、モータ５８の操作によって必要な段階にて回転されるが、この点については以下に詳論するとおりである。

尚、モータ５８は、基盤上に設定された補助用のガス発電機を動力源とすることができるが、他の適当な動力源を採用することも可能である。

図２に示すように、制御装置３２はクラッチ３６の駆動輪板４０に近接している第一センサー６６及びクラッチ４６の駆動輪５０に近接している第二センサー６８を構成要素としている。

第一センサー６６は、駆動輪板４０、更にはファン３４の回転速度を測定し、かつ当該速度に対応する電気信号を制御装置３２に送付している。

同様に、第二センサー６８は駆動板５０、更には操作状態にあるモータ５８の回転速度を測定し、かつ当該速度に対応する電気信号を制御装置３２に送付している。

そのためには、駆動輪板４０及び駆動輪５０には、これらの特定の場所は他の選択された場所（例えば軸３８、５６）に、所定の機構（例えばマーク、歯車の歯等）が設けられており、その結果第一センサー６６及び第二センサー６８は夫々上記角回転速度を検出することが出来る。

操作が行われる場合には、自動車１２の前方への走行によって、空気流はダクト２０の空気取入口２２に流入している。

ダクト２０は、空気流を収容室１６の入口２９を介して通過させており、空気はファン３４に対し空気流動力が付与するように流動している。

その結果、ファン３４はクラッチ３６の駆動板４０を駆動し、かつ被被駆動板４２もまた当該ファンの回転速度にて回転することになる。

被被駆動板４２が軸５４を経由して軸５６及びモータクラッチ４６の被駆動板４８に接続していることから、ファン３４に基づく被駆動板４２の回転は、発電機２８を駆動し、かつ蓄電池１４に対する給電が行われることになる。

図４の区分１１０に示すように、制御装置３２はファン３４の回転速度を第一センサー６６によって検出している。

しかも、制御装置３２は第一センサー６６によって供給されたデータを受信し、かつファン３４の回転速度の測定状態を変化することが出来る。

ファン３４の回転速度が予め設定された最小のしきい値の基準（区分１１２に示すように、蓄電池１４を充電するには極めて遅い回転速度）に等しいか又はより大きい状態にあると判定される場合には、制御装置３２は区分１１０に示すように、ファン３４の速度の測定を継続している。

他方、ファン３４の回転速度がしきい値よりも低いと確定した場合（例えば区分１１２に示すようにファン３４が極めて遅い回転状態の場合）、制御装置３２は、区分１１４に示すように、モータ５８に対し、次の段階としてモータクラッチ４６の駆動輪５０を回転させるように作用する。

駆動輪５０もまた、被駆動板４８を回転させ、その結果蓄電器に電荷を供給するように発電機４２を駆動することになる。

クラッチ３６におけるつめ車輪４４の設置によって、被駆動板４８、更には被駆動板４２は、ファン３４の作動に格別の影響を与えずにファン速度よりも高速にて回転することができる。

ステップ１１４に示すモータ５８の作動に伴って図４の区分１１６に示すように、制御装置３２は第二センサー６８を介して駆動輪５０の回転速度を介してモータ５８の回転速度を検出する、
仮に、区分１１８に示すように、モータ５８がファン３４の回転速度よりも大きいと測定された場合には、制御装置３２は区分１１６に示すように、モータ５８に対する操作及び前記測定状態を継続する。

他方、モータ５８の回転速度がファン３４の回転速度よりも大きくない場合（例えばファン３４が蓄電池１４を充電するために十分なスピードにて回転している場合）、制御装置３２は区分１２０に示すようにモータ５８の作動を停止し、その結果ファン３４による発電機４２に対する駆動状態に置換する。

クラッチ４６におけるつめ車輪５２の設置によって、駆動輪５０が静止状態でありながら被駆動板４８がファン３４によって回転することが出来る。

制御装置３２がファン３４の回転速度のみを検出することによる制御によって駆動機構３０を制御するという実施形態も採用可能である。

その場合には、モータ５８が発電機２８を駆動している間に、制御装置３２の検出によってファン３４の回転速度が予め設定された速度（例えば予め算定されたモータ５８回転速度）よりも小さくない場合には、モータ５８の回転は停止され、発電機２８はファン３４によって駆動されることになる。

同様に、ファン３４の回転速度が予め設定された速度以下より低い場合には、制御装置３２はモータ５８を作動させることになる。

他の実施形態においては、制御装置３２がファン３４又は駆動輪５０の回転速度を検出せずに駆動機構３０の操作に必要な制御が行われている。

例えば、制御装置３２は自動車１２の速度に相当するデータを受領し、かつファン３４の回転速度の近似値を算定するように設計されている。

このような算定データを使用することによって、制御装置３２はモータ５８を作動させ、かつ当該作動を中止することができる。

更に他の実施形態においては、制御装置３２に速度に関する情報を提供するために自動車１２に対し独立した速度の検出機構を採用している。

他の実施形態においては、クラッチ３６及び４６は、被駆動部の方が駆動部よりも回転速度が大きい場合があり得る一方、駆動部から被駆動部に対する作動を伝達する機械的又は電気機械的な機構によって置換されている。

しかも、上記置換においては、被駆動板４２が被駆動板４８の側面同士が接合する状態とするか、又は被駆動板４２、４８が単一の構成要素として一体形成状態とすることによって、軸５４を省略することもできる。

本発明の実施例は、１個又は複数個のコンピュータによって、判読可能な媒介物を採用しており、各媒介物は、以下に述べるように、制御装置３２の操作に必要な諸要因をデータ又はコンピュータ処理用情報として蓄積している。

コンピュータ処理用情報は、データ構造、コード、プログラム、ルーティン（プログラム中にて定義された特定機能を発揮する部分）を構成要素としており、これらは、汎用目的コンピュータ又は色々な異なる機能を有するプロセッサ、又は限られた数の機能を実行することができる特殊目的のコンピュータの集合体のような情報処理システムにおいて機能している。

コンピュータ処理用情報によって、特定の機能又は諸機能を実行し得る情報処理システムが作動を可能とする一方、当該情報は、既に説明した方法による各ステップを実行するためのプログラム信号を内包している手段の代表例に該当する。

更には、コンピュータ処理用情報を特定の順序によって組み合わせることによって、前述の各ステップを実行するために必要な各動作の具体例を実現することができる。

コンピュータ用の読出し可能な媒介物の例としては、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、又は他の装置又は部品を挙げることができ、これらは何れも、情報処理システムによって使用可能なデータ又は実行可能な情報を提供することができる。

大量の記録媒体をコンピュータによって判読可能な状態とするための手段としては、ハードディスク駆動装置、磁気ディスク駆動装置、テープ駆動装置、光ディスク駆動装置、及び固体状の記録チップ等を例示することができる。

前述の情報処理装置という用語は、多数の情報処理用の装置の趣旨であって、例えば、汎用コンピュータ、特殊目的用コンピュータ、特殊目的用集積回路、個別の装置及び他の比較装置を伴う他のデジタル及びアナログ回路等を列挙することができる。

本発明は、色々な技術上の利点を提供することができる。

例えば、システム１０は、自動車１２の走行に伴って発生する空気流を使用している結果、補助用のガスモータ５８の操作への依存を減少することができる。

即ち、自動車１２の速度が蓄電器１４を充電するのに十分ではない場合にのみ、当該モータ５８は、自動車１２の操作に必要な電力を補充するように起動されるというに過ぎない。

本発明は、色々な変形や修正を行うことができる。

特に、制御装置３２は、他の制御方式に置換することができる。

例えば、停止及び進行が混在する市街の交通事情のような不要な運転を強いられる場合の制御方式としては、制御装置３２は、モータ５８の不要なオンとオフの繰り返し操作を最小限度とすることができる。

以上のように説明された実施形態は、通常の典型例に過ぎず、当業者においては、色々な変形を実現し、かつ本発明の基本的技術思想及び構成から離脱せずに、色々な変形及び修正によって産業上利用することができる。

このような変形及び修正の一部は、上記の説明通りであるが、当然本発明の技術範囲に含まれており、かつ特許請求の範囲において後述する通りである。

１０ システム
１２ 自動車
１４ 蓄電池
１６ 収容室
１８ エンジン区分
２０ ダクト
２２ 空気取入口
２４ 費消空気流用ダクト
２６ 空気の出口
２８ 発電機
２９ 入口
３０ 駆動機構
３２ 制御装置
３４ タービン又はファン
３６ 第一クラッチ単位、即ちファンクラッチ
３８ 軸
４０ 第一駆動部、即ち駆動円輪板
４１ エアダクト
４２ 第一被駆動部、即ち被駆動板
４４ 第一つめ車部、即ちつめ車輪
４６ 第二クラッチ単位、即ちモータクラッチ
４８ 第二被駆動部、即ち被駆動輪
５０ 第二駆動部、即ち駆動輪
５２ 第二つめ車部、即ちつめ車輪板
５４ 軸
５６ 軸
５８ モータ
６０ 軸
６２ プーリ
６４ チェーン又はベルト
６６ 第一センサー
６８ 第二センサー

Claims (20)

1. 発電機、自動車両における空気通過路に回転可能な状態にて配置され、当該通過路を移動する空気流によって回転され、かつ前記発電機を駆動するために当該発電機に接続されている回転部、前記発電機を駆動するために当該発電機に接続されているモータ、及び当該モータに接続される一方、前記回転部の回転速度を受信すると共に、当該回転部の回転速度が予め設定したしきい値の基準よりも低い場合には、前記モータに対し前記発電機を駆動するように作用する制御装置、
   を備えた自動車両用の発電装置。
2. 前記回転部の回転に基づいて前記発電機を駆動するために前記回転部に接続されている駆動機構を備えた請求項１記載の発電装置。
3. 前記駆動機構が、前記モータに接続され、かつ当該モータの作動に基づいて前記発電機を駆動することを特徴とする請求項２記載の発電装置。
4. 前記駆動機構が、前記モータにおいて前記回転部の駆動を伴わずに前記発電機を駆動するような操作が行われるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の発電装置。
5. 前記駆動機構が、前記回転部において前記モータの駆動を伴わずに前記発電機を駆動するように構成されていることを特徴とする請求項４記載の発電装置。
6. 前記駆動機構が、前記モータにおいて、前記回転部の駆動を伴わずに前記発電機を駆動するような操作が行われるように前記回転部に接続されている第一クラッチ単位を構成要素としていることを特徴とする請求項５記載の発電装置。
7. 前記駆動機構が、前記回転部において前記モータの駆動を伴わずに前記発電機を駆動するような回転を可能とするように前記モータに接続されている第二クラッチ単位を構成要素としていることを特徴とする請求項６記載の発電装置。
8. 前記第一クラッチ単位が、第一駆動部、第一被駆動部、及び前記第一駆動部と前記第一被駆動部との間に挿入された第一つめ車部を構成要素としていることを特徴とする請求項７記載の発電装置。
9. 前記第一駆動部が、前記回転部に接続され、前記第一被駆動部が、前記発電機に接続されていることを特徴とする請求項８記載の発電装置。
10. 前記第二クラッチ単位が、第二駆動部、第二被駆動部、及び当該第二駆動部と前記第二被駆動部との間に挿入されている第二つめ車部を構成要素としており、かつ前記第二駆動部が、前記モータに接続され、前記第二被駆動部が、前記モータに接続され、前記第二被駆動部が、前記発電機に接続されていることを特徴とする請求項９記載の発電装置。
11. 前記制御装置が、前記回転部の回転速度を検出するための第一センサーを構成要素としていることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
12. 前記制御装置が、前記モータに対し、前記回転部の回転速度が予め設定されたしきい値よりも小さくない場合には、前記モータの操作を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の発電装置。
13. 前記制御装置が、前記モータの速度を検出する第二センサーを構成要素としており、かつ当該モータの回転速度が前記回転部の回転速度よりも大きくない場合には、前記モータの操作を停止するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の発電装置。
14. 前記回転部がファンを構成要素としていることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
15. 発電のために発電機に接続されている回転部を空気流に応じて回転させ、
    前記回転部の回転速度を判断し、
    前記回転部の回転速度が予め設定されたしきい値よりも小さい場合には、前記発電機を駆動するためにモータを作動させる、
    という各ステップによって構成されている発電方法。
16. 前記回転のステップが前記モータによる駆動を伴わずに実行されることを特徴とする請求項１５記載の発電方法。
17. 前記モータにおける駆動操作が前記回転部による駆動を伴わずに実行されることを特徴とする請求項１６記載の発電方法。
18. 前記回転部の回転速度が予め設定されたしきい値よりも小さくない場合には、前記モータの作動を停止するステップを有することを特徴とする請求項１５記載の発電方法。
19. 前記回転部の回転速度を検出することによって、前記判断のステップが実行されることを特徴とする請求項１８記載の発電方法。
20. 前記モータの回転速度を検出し、
    前記回転部の回転速度と前記モータの回転速度とを比較し、
    前記モータの回転速度が前記回転部の回転速度よりも大きくない場合には前記モータの作動を停止する、
    という各ステップによって更に構成されていることを特徴とする請求項１５記載の発電方法。

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