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