JP2021023027A - 車載用風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受風機の回転力にバラツキが発生することを抑制することができる車載用風力発電装置を提供する。【解決手段】風力発電装置１は、車両に搭載され、車両の走行時の気流を利用して発電する。風力発電装置１は、回転力発生部１０と、自動車１００に設けられた、回転力発生部１０を回転可能に収容する空間を形成する収容部２０と、回転力発生部１０に接続された発電部３０とを備えている。回転力発生部１０は、収容部２０において回転可能に支持された軸１１と、走行風を受けて軸１１に回転力を伝えるように形成された少なくとも１つの受風機１２とを有している。収容部２０は、自動車１００の走行面Ｇに面して走行面Ｇとの間に空間Ｓを形成する自動車の下面１０１から空間Ｓに開口する流入口２１を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載され、車両の走行時の走行風を利用して発電する車載用風力発電装置に関する。

従来から、車両に搭載され、車両の走行時の走行風を利用して発電する車載用風力発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の風力発電装置においては、自動車の前輪車軸の下側で２つの前輪の間に、幅広のパイプが前後方向に延びており、自動車前面の前方に開口する流入口からパイプ内に走行風が流入可能になっている。パイプ内に流入した走行風は後方に流れて受風機であるブレードに当たり、ブレードを押して軸を回転させる。そしてブレードの回転力が軸に接続されたダイナモに伝達され、ダイナモが発電をする。

特開２００１−１８０３９７号公報

特許文献１に記載の風力発電機のように従来の車載用風力発電装置においては、軸に複数設けられたブレードの夫々に当たる気流の流速にバラツキが生じた場合、複数のブレードが夫々軸に伝達する回転力の間にバラツキが生じる。これらの回転力の中には所望する大きさよりも小さな回転力となるものがあり、この場合、複数のブレードから軸に伝わる合計の回転力は所望の大きさを下回り、発電の効率が低下する。

このように、従来の車載用風力発電装置においては、走行風に対して効率的な発電ができない場合があった。このため、従来の車載用風力発電装置に対しては、より効率的な発電を行うことを可能にするために、ブレードへ導かれる気流の流速にバラツキが生じることを抑制することができる構造が求められていた。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、受風機へ導かれる気流の流速にバラツキが生じることを抑制することができる車載用風力発電装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る車載用風力発電装置は、車両に搭載され、車両の走行時の走行風を利用して発電する車載用風力発電装置であって、回転力発生部と、車両に設けられた、前記回転力発生部を回転可能に収容する空間を形成する収容部と、前記回転力発生部に接続された発電部とを備え、前記回転力発生部は、前記収容部において軸線周りに回転可能に支持された軸と、気流を受けて前記軸に回転力を伝えるように形成された少なくとも１つの受風機とを有しており、前記収容部は、前記車両の走行面に面して前記走行面との間に空間を形成する前記車両の下面から前記空間に開口する流入口を有していることを特徴とする。

本発明の一態様に係る車載用風力発電装置において、前記収容部は、前記車両のリヤオーバーハング部に設けられており、前記流入口は、前記リヤオーバーハング部において前記車両の下面から開口しており、前記回転力発生部よりも前記車両の前側に設けられている。

本発明の一態様に係る車載用風力発電装置において、前記収容部は、前記車両のホイールベース部に設けられており、前記流入口は、前記ホイールベース部において前記車両の下面から開口しており、前記回転力発生部よりも前記車両の前側に設けられている。

本発明の一態様に係る車載用風力発電装置において、前記流入口の長手方向は、前記車両の前後方向に直交する幅方向に沿って延びている。

本発明の一態様に係る車載用風力発電装置において、前記軸の軸線は、前記流入口の長手方向に沿って延びている。

本発明に係る車載用風力発電装置によれば、受風機の回転力にバラツキが発生することを抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る車載用風力発電装置の概略構成を示すための、車載用風力発電装置が搭載された車両の側面を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車載用風力発電装置の概略構成を示すための、車載用風力発電装置が搭載された車両の概念図である。 図１に示す車載用風力発電装置における回転力発生部の概略構成を示すための図である。 本発明の第２の実施の形態に係る車載用風力発電装置の概略構成を示すための、車載用風力発電装置が搭載された車両の側面を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る車載用風力発電装置の概略構成を示すための、車載用風力発電装置が搭載された車両の概念図である。

以下、本発明の実施の形態に係る車載用風力発電装置について図面を参照しながら説明する。

図１，２は、本発明の第１の実施の形態に係る車載用風力発電装置１の概略構成を示すための、車載用風力発電装置１が搭載された車両を示す図であり、図１はこの車両の側面図であり、図２はこの車両を背面から見た概念図である。図１，２に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る車載用風力発電装置（以下、風力発電装置ともいう。）１は、車両に搭載され、車両の走行時の気流（走行風）を利用して発電する風力発電装置である。本実施の形態において、風力発電装置１は、車両としての自動車１００に搭載されるものとする。風力発電装置１が搭載される車両は、自動車に限られない。

風力発電装置１は、回転力発生部１０と、自動車１００に設けられた、回転力発生部１０を回転可能に収容する空間を形成する収容部２０と、回転力発生部１０に接続された発電部３０とを備えている。回転力発生部１０は、収容部２０において軸線ｘ周りに回転可能に支持された軸１１と、気流を受けて軸１１に回転力を伝えるように形成された少なくとも１つの受風機１２とを有している。収容部２０は、自動車１００の走行面Ｇに面して走行面Ｇとの間に空間Ｓを形成する自動車の下面１０１から空間Ｓに開口する流入口２１を有している。以下、風力発電装置１の構成について具体的に説明する。

図３は、回転力発生部１０の具体例を示すための図である。図３に示すように、回転力発生部１０の受風機１２は、例えば、クロスフローファンであり、クロスフローファン１２は、軸１１に支持されており、軸線ｘ方向に延びている。具体的には、軸線ｘ方向に延びるインペラ１３が軸１１に複数固定されてクロスフローファン１２が形成されている。軸１１には、複数のクロスフローファン１２が軸線ｘ方向に並んで設けられていてもよい。

図１に示すように、収容部２０は、自動車１００のリヤオーバーハング部１０２に設けられている。そして、流入口２１は、リヤオーバーハング部１０２において自動車１００の下面１０１から開口しており、回転力発生部１０よりも自動車１００の前側に設けられている。リヤオーバーハング部１０２は、自動車１００の後輪１０３よりも後ろ側に延びている片持ち支持されている自動車１００の車体の部分である。

収容部２０は、クロスフローファン１２を収容可能な空間を形成するケーシング２２を有している。自動車１００において、クロスフローファン１２は、ケーシング２２内において、軸１１を介して軸線ｘ周りに回転可能に支持されている。また、軸線ｘは、自動車１００の前後方向（以下単に、前後方向ともいう。）に直交する方向である幅方向に平行又は略平行に延びている。軸線ｘは、自動車１００の幅方向に対して傾斜して延びていてもよい。なお、自動車１００の幅方向は、自動車１００の車幅を規定する方向である。

また、収容部２０は、ケーシング２２と流入口２１との間に気流の通路を形成する流入管部２３と、ケーシング２２から延びて自動車１００の後部に開口する気流の通路を形成する吹出管部２４とを有している。流入管部２３はケーシング２２内に連通しており、ケーシング２２及び流入管部２３は、クロスフローファン１２が所定の回転方向に回転するように、流入口２１から流入した気流がクロスフローファン１２に吹き付けられるように形成されている。また、ケーシング２２及び吹出管部２４は、回転するクロスフローファン１２が吐き出す気流を自動車１００の後部から吹き出すように形成されている。

流入管部２３は、軸線ｘ方向におけるクロスフローファン１２の幅全体に亘ってクロスフローファン１２に気流が吹き付けられるような形状となっている。例えば、流入管部２３のケーシング２２との接続部の軸線ｘ方向における幅は、クロスフローファン１２の軸線ｘ方向における幅と同じ又はそれよりも大きくなっている。流入管部２３は、軸線ｘ方向におけるクロスフローファン１２の幅の一部においてクロスフローファン１２に気流が吹き付けられるような形状となっていてもよい。

流入管部２３の軸線ｘ方向における幅は、流入管部２３の延び方向において一様である。なお、流入管部２３の延び方向とは、流入口２１と、流入管部２３とケーシング２２との接続部との間で流入管部２３が延びる方向である。流入管部２３の軸線ｘ方向における幅は、流入管部２３の延び方向において一様でなくてもよい。例えば、流入管部２３の軸線ｘ方向における幅は、ケーシング２２に近づくに連れて小さくなるようになっていてもよい。また、流入管部２３の自動車１００の前後方向の幅は、流入管部２３の延び方向において一様ではなく、例えば、ケーシング２２に近づくに連れて小さくなるようになっている。流入管部２３の前後方向の幅は、流入管部２３の延び方向において一様であってもよく、また、ケーシング２２に近づくに連れて大きくなるようになっていてもよい。また、流入管部２３の延び方向に直交する断面の形状は、例えば、流入口２１の形状と相似又は略相似する形状となっている。流入管部２３の延び方向に直交する断面の形状は、他の形状であってもよい。流入管部２３の形状は、流入管部２３の内部を気流が一様の流速で流れるようにする形状が好ましい。

流入口２１は、図２に示すように、自動車１００の幅方向に亘って広がっており、長手方向Ｌを有する形状となっている。流入口２１は例えば矩形又は略矩形となっている。流入口２１の長手方向Ｌは、軸１１の軸線ｘ方向に沿って延びている。例えば、流入口２１の長手方向Ｌは、軸１１の軸線ｘ方向と平行に又は略平行に延びている。流入口２１の形状は上述の形状に限られず、他の形状であってもよい。また、流入口２１の長手方向Ｌは、軸線ｘに対して傾斜していてもよい。

図２，３に示すように、発電部３０は、クロスフローファン１２を保持する軸１１に接続されており、軸１１の回転力が入力されるようになっている。発電部３０は、例えばオルタネータやダイナモ等の発電機であり、軸１１から入力された回転力を用いて発電可能なものである。発電部３０は、軸１１に直接接続されていてもよく、ギヤ等の伝達部材を介して接続されていてもよい。

次いで、上述の構成を有する風力発電装置１の作用について説明する。

自動車１００が走行すると走行風が発生する。走行風は、自動車１００に沿って走行方向の反対側に向かって流れる気流である。走行風には、車体の下面１０１に沿って流れる気流と、車体の上面１０８に沿って流れる気流とがある。車体前部のフロントオーバーハング部１０４から流入した気流Ｆは、ホイールベース部１０５における下面１０１と走行面Ｇである地面Ｇとの間に形成された空間Ｓを流れ、ホイールベース部１０５における下面１０１及びリヤオーバーハング部１０２における下面１０１に沿って後方に向かって流れる。リヤオーバーハング部１０２における下面１０１に沿って流れる気流Ｆの一部は、リヤオーバーハング部１０２における下面１０１から空間Ｓに開口する流入口２１に流入する。流入口２１から流入した気流Ｆは、流入管部２３及びケーシング２２に導かれてクロスフローファン１２の一部のインペラ１３に吹き付けられ、クロスフローファン１２が回転し、軸１１が回転する。軸１１は発電部３０の例えば図示しないロータに結合しているため、軸１１の回転力がロータに伝えられ、ロータが回転し、発電部３０は発電をする。発電部３０は、例えば、自動車１００に搭載されたバッテリー１０６に電気的に接続されており、発電された電気は適宜バッテリー１０６に充電される。クロスフローファン１２に吹き付けられた空気は、クロスフローファン１２の回転に伴って吹出管部２４に導かれ、吹出管部２４を通って自動車１００の後部に形成された吹出口２４ａから車体外部に吹き出される。

自動車１００の下面１０１と地面Ｇとの間には所定の幅の空間Ｓが形成されるため、下面１０１を流れる気流の流速は、車体の上面１０８に沿って流れる気流の流速よりも速くなる。下面１０１に沿って後方に向かって流れる気流Ｆはリヤオーバーハング部１０２の後端に配置されたディフューザー部１０７から車体外部に吹き出される。ホイールベース部１０５及びリヤオーバーハング部１０２における下面１０１は平坦となるような構造となっているため、下面１０１に沿って流れる気流Ｆの流速の幅方向におけるバラツキは少なく、また、この気流Ｆは下面１０１及びディフューザー部１０７から剥離することなく車体外部に吹き出される。このため、ホイールベース部１０５及びリヤオーバーハング部１０２における下面１０１に沿って流れる気流Ｆの流速は、車体の他の外面に沿って流れる気流の流速よりも速くなる。

このように、ホイールベース部１０５及びリヤオーバーハング部１０２における下面１０１に沿って流れる気流Ｆは、流速の自動車１００の幅方向におけるバラツキが少ない気流となっている。従って、リヤオーバーハング部１０２における下面１０１から流入口２１に流入する気流Ｆも、流速の自動車１００の幅方向におけるバラツキが少ない気流である。このため、流入管部２３内の気流Ｆの流速は、軸線ｘ方向において一様化が図られており、軸線ｘ方向におけるバラツキが少なくなっており、クロスフローファン１２に吹き付けられる気流Ｆを、流速の軸線ｘ幅方向におけるバラツキが少ない気流とすることができる。このため、クロスフローファン１２のインペラ１３を押す気流Ｆの力の軸線ｘ方向におけるバラツキを抑制することができ、軸線ｘ方向において一様に所望の力でインペラ１３を押すようにすることができ、気流Ｆを発電部３０の回転に効率的に利用することができる。これにより、走行風である気流Ｆを用いて効率的な発電を行うことを可能にすることができる。

また、ホイールベース部１０５及びリヤオーバーハング部１０２における下面１０１に沿って流れる気流Ｆは、他の走行風よりも速くなり、このため、クロスフローファン１２により速い流速の気流Ｆを吹き付けることができる。これにより、クロスフローファン１２をより高速で回転させることができ、発電部３０により強い回転力を入力することができ、走行風である気流Ｆを用いてより効率的な発電を行うことを可能にすることができる。

電気自動車は車体の下面を、特にホイールベース部の下面を、内燃機関を原動機とする自動車に比べて、全面的に平坦化した構造を得やすい。また、電気自動車は、マフラーを設ける必要がないため、リヤオーバーハング部における下面も全面的に平坦化した構造を得やすい。このため、電気自動車において風力発電装置１は、より効率的な発電を行うことができ、風力発電装置１は、電気自動車により好適に用いることができる。また、風力発電装置１を電気自動車に用いた場合、電気自動車のモータの電力の補充のために、風力発電装置１の発電を用いることができる。

また、平坦な道路や高速走行の可能な道路における走行の際に、風力発電装置１は、より効率的な発電を行うことができ、風力発電装置１は、平坦な道路や高速走行の可能な道路における走行の際により好適に用いることができる。

このように、本発明の第１の実施の形態に係る風力発電装置１によれば、クロスフローファン１２へ導かれる気流Ｆの流速にバラツキが生じることを抑制することができる。

次いで、本発明の第２の実施の形態に係る風力発電装置２について説明する。図４，５は、本発明の第２の実施の形態に係る車載用風力発電装置２の概略構成を示すための、車載用風力発電装置２が搭載された車両を示す図であり、図４はこの車両の側面図であり、図５はこの車両を背面から見た概念図である。風力発電装置２は、回転力発生部１０、収容部２０、及び発電部３０の自動車１００への搭載位置が風力発電装置１とは異なる。以下、風力発電装置２について、上述の本発明の第１の実施の形態に係る風力発電装置１と同一の構成又は類似する機能を有する構成については、同一の符号を付してその説明を省略し、異なる構成を説明する。

図４に示すように、風力発電装置２は、自動車１００のホイールベース部１０５に設けられており、例えば、ホイールベース部１０５の後方側の部分に設けられている。具体的には、収容部２０は、ホイールベース部１０５の後方側の部分に設けられており、流入口２１は、ホイールベース部１０５において自動車１００の下面１０１から開口しており、回転力発生部１０よりも自動車１００の前側に設けられている。ホイールベース部１０５は、後輪１０３と前輪１０９との間の自動車１００の車体の部分である。収容部２０のケーシング２２から後方に延びる吹出管部２４は、後輪１０３を超えて自動車１００の後部の吹出口２４ａまで延びている。

次いで、上述の構成を有する風力発電装置２の作用について説明する。

自動車１００が走行すると走行風が発生し、フロントオーバーハング部１０４から流入した気流Ｆは、下面１０１と走行面Ｇとの間の空間Ｓを流れ、ディフューザー部１０７から車体外部に吹き出される。ホイールベース部１０５における下面１０１に沿って流れる気流Ｆの一部は、ホイールベース部１０５における下面１０１から空間Ｓに開口する流入口２１に流入する。流入口２１から流入した気流Ｆは、流入管部２３及びケーシング２２に導かれてクロスフローファン１２の一部のインペラ１３に吹き付けられ、クロスフローファン１２が回転し、軸１１が回転し、軸１１の回転力がロータに伝えられ、ロータが回転し、発電部３０は発電をする。

上述のように、ホイールベース部１０５における下面１０１に沿って流れる気流Ｆは、流速の自動車１００の幅方向におけるバラツキが少ない気流となっている。従って、ホイールベース部１０５における下面１０１から流入口２１に流入する気流Ｆも、流速の自動車１００の幅方向におけるバラツキが少ない気流である。このため、風力発電装置１と同様に風力発電装置２においても、流入管部２３内の気流Ｆの流速は、軸線ｘ方向において一様化が図られており、軸線ｘ方向におけるバラツキが少なくなっており、クロスフローファン１２に吹き付けられる気流Ｆを、流速の軸線ｘ幅方向におけるバラツキが少ない気流とすることができる。このため、クロスフローファン１２のインペラ１３を押す気流Ｆの力の軸線ｘ方向におけるバラツキを抑制することができ、軸線ｘ方向において一様に所望の力でインペラ１３を押すようにすることができ、気流Ｆを発電部３０の回転に効率的に利用することができる。これにより、走行風である気流Ｆを用いて効率的な発電を行うことを可能にすることができる。

また、ホイールベース部１０５における下面１０１に沿って流れる気流Ｆは、他の走行風よりも速くなり、このため、風力発電装置１と同様に風力発電装置２においても、クロスフローファン１２により速い流速の気流Ｆを吹き付けることができる。これにより、クロスフローファン１２をより高速で回転させることができ、発電部３０により強い回転力を入力することができ、走行風である気流Ｆを用いてより効率的な発電を行うことを可能にすることができる。

このように、本発明の第２の実施の形態に係る風力発電装置２によれば、クロスフローファン１２へ導かれる気流Ｆの流速にバラツキが生じることを抑制することができる。

なお、風力発電装置１と同様に風力発電装置２も、電気自動車において、より効率的な発電を行うことができ、風力発電装置２は、電気自動車により好適に用いることができる。また、風力発電装置１と同様に風力発電装置２も、平坦な道路や高速走行の可能な道路における走行の際に、より効率的な発電を行うことができ、風力発電装置２は、平坦な道路や高速走行の可能な道路における走行の際により好適に用いることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に係る風力発電装置１，２に限定されるものではなく、本発明の概念及び特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

例えば、回転力発生部１０は、受風機としてクロスフローファン１２が用いられるものとしたが、受風機はクロスフローファン１２に限られない。受風機は、シロッコファンやターボファン等の他のファンであってもよく、流入口２１から流入した気流Ｆが吹き付けられることにより軸１１を回転する回転力を発生するものであればよい。

また、本発明に係る風力発電装置は、発電部の発電量を制御するための制御装置を有していてもよい。このような制御装置としては、例えば、受風機の回転数（回転力）を制御することができるものがある。このような制御装置として、具体的には、バッテリー１０６の充電状況やクロスフローファン１２に吹き付けられる気流Ｆの風量に応じて、流入口２１の開口面積を変更制御可能なシャッターがある。このシャッターによって、外部環境や車速に応じて、流入口２１から流入する空気量を制御することができ、効果的な発電を行うことができ、効率的にバッテリー１０６への充電ができる。また、クロスフローファン１２の破損を防止することができる。

また、風力発電装置１において、流入口２１は、ホイールベース部１０５における下面１０１から空間Ｓに開口していてもよい。

１，２…車載用風力発電装置、１０…回転力発生部、１１…軸、１２…受風機、１３…インペラ、２０…収容部、２１…流入口、２２…ケーシング、２３…流入管部、２４…吹出管部、２４ａ…吹出口、３０…発電部、１００…自動車、１０１…下面、１０２…リヤオーバーハング部、１０３…後輪、１０４…フロントオーバーハング部、１０５…ホイールベース部、１０６…バッテリー、１０７…ディフューザー部、１０８…上面、１０９…前輪、Ｆ…気流、Ｇ…走行面、Ｌ…長手方向、Ｓ…空間、ｘ…軸線

Claims (5)

1. 車両に搭載され、車両の走行時の走行風を利用して発電する車載用風力発電装置であって、
   回転力発生部と、
   車両に設けられた、前記回転力発生部を回転可能に収容する空間を形成する収容部と、
   前記回転力発生部に接続された発電部とを備え、
   前記回転力発生部は、前記収容部において軸線周りに回転可能に支持された軸と、気流を受けて前記軸に回転力を伝えるように形成された少なくとも１つの受風機とを有しており、
   前記収容部は、前記車両の走行面に面して前記走行面との間に空間を形成する前記車両の下面から前記空間に開口する流入口を有していることを特徴とする車載用風力発電装置。
2. 前記収容部は、前記車両のリヤオーバーハング部に設けられており、
   前記流入口は、前記リヤオーバーハング部において前記車両の下面から開口しており、前記回転力発生部よりも前記車両の前側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の車載用風力発電装置。
3. 前記収容部は、前記車両のホイールベース部に設けられており、
   前記流入口は、前記ホイールベース部において前記車両の下面から開口しており、前記回転力発生部よりも前記車両の前側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の車載用風力発電装置。
4. 前記流入口の長手方向は、前記車両の前後方向に直交する幅方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車載用風力発電装置。
5. 前記軸の軸線は、前記流入口の長手方向に沿って延びていることを特徴とする請求項４記載の車載用風力発電装置。

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