JP3120828U

JP3120828U - キャリア用風力発電装置

Info

Publication number: JP3120828U
Application number: JP2006000570U
Authority: JP
Inventors: 陳文慶
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2016-01-31

Abstract

【課題】風上側面が有効に縮小され、空気抵抗を低減すること。
【解決手段】キャリアの外面に取付けられ、上に一つの風流入口と一つの風流出口とが開設してあり、前記風流入口に応じて風を前記風流入口へ案内するための流線板が一つ設けてあるハウジングと、前記ハウジングの内部に組付けられ、シャフトに垂直する風力インペラーであり、その両側には一つの側板がそれぞれ設けてあり、一つのシャフトにより前記ハウジングに枢着されるインペラーと、前記ハウジングの内部に組付けられ、前記インペラーの側板のうちの一つに設置される伝動機構と、前記ハウジングの内部に組付けられ、前記インペラーと同軸しないように前記伝動機構と連接し、回転されると発電する発電機とを含む。
【選択図】図５

Description

本考案は、キャリア用風力発電装置に係り、特に、各種のキャリア（自走体）の外面に取付けられ風上側面の面積を有効に縮小することにより空気抵抗を低減したキャリア用風力発電装置に関するものである。

近年、石油資源の問題が原因で、キャリアの発展は電動化に向いており、これにより、石油燃料の使用は低減可能になる。

内燃機関キャリアに使用される石油燃料と比べて、電動キャリアに使用される電池の電エネルギーの貯蔵容量は遥かに小さく、一回の充電で運転可能な距離は短く、且つ電池の充電は極めて遅いので、電動キャリアはいままで普及化されていない。一回の充電で電動キャリアの運転可能な距離をより長くするために、電動キャリアに他のエネルギーを利用して発電する必要がある。環境保全に優しいエネルギーを採用することも必要である。例えば風力発電、太陽熱発電またはブレーキエネリサイクルなどを採用することは望ましく、特に、風力発電を採用すると、走行している際に発生する電力がより多い。

内燃機関キャリアに風力発電装置を取付けることにより電エネを発生すれば、発電機を駆動する内燃機関はより小さいものを採用することができ、その結果、内燃機関のロードを減少することができ、燃費を低減することができ、且つ排気ガスの発生も減少する。

キャリア用風力発電装置の特許は多くあり、例えば米国特許ＵＳ４２５４８４３、ＵＳ５６８００３２、ＵＳ５８５０１０８、ＵＳ６３７３１４５、日本特開平０５−３４４６０４、特開２００１−１８０３９４、特開２００４−１９７７２８などは、風力発電装置をキャリアの内部に取付け、キャリアの風上側面に一つ又は複数の開口を開設し、風を風力発電装置へ案内するものである。風力発電装置をキャリアの内部に取付けることは、キャリアの外観を落とさなく、且つ余計な空気抵抗を低減できるが、キャリアの内部構造を大幅に変更しないと風力発電装置を取り付けることができず、且つ取付作業は極めて複雑であるので、実際の使用は少ない。

米国特許ＵＳ３８７６９２５は、風力発電装置をキャリアの外部の頂端に取り付け、そうすると、脱着作業は便利になるが、その外形は、非流線形状であり、且つキャリアの外形にマッチしない。この風力発電装置は、より多い風を取ることができるが、高速運転時には空気抵抗が極めて大きいので、風力発電装置がキャリアから離脱し又はキャリアの頂部を破壊することもあった。

米国特許ＵＳ３６２１９３０とＵＳ５７４６２８３などは、風力発電装置をキャリアの外部の頂端に取り付け、平行軸タイプ風力インペラー（平行軸タイプは風力インペラーの回転軸が風の方向に平行する。また垂直軸タイプは風力インペラーの回転軸が風の方向に垂直し）を採用する。一般のキャリアの運転速度は不安定であり、低速状況も高速状況も可能であるが、平行軸タイプ風力インペラーの羽根の攻め角度は一定であり、一定範囲の風速だけで空気動力効率がより高く、他の風速の場合には、発生する抵抗がインペラーを回転するトルクよりも遥かに大きい。その羽根の攻め角度がキャリアの運転速度に対応して変化可能でないと、大部分の場合には、平行軸タイプ風力インペラーの発電効率が低い。だから、平行軸タイプ風力インペラーはキャリア用風力発電装置に不向きである。一方、二つの風力発電装置は発電機を風力インペラーの後方に直接に取り付けるので、このような設計によれば、インペラーを通過する風の順調度が降下し、且つ空気抵抗は増加する。

米国特許ＵＳ５２８７００４とＵＳ６８８２０５９などは、キャリアの特定部位に風力発電装置を取り付け、この特定部位の構造および外形により、空気抵抗を低減する効果がある。しかし、この特定部位は少ない種類のキャリアだけに適用可能であり、そのため上記構成は普及しない。

また、上記二つの風力発電装置は全て回転式発電機を風力インペラーの両端に直接に取り付けるので、装置は簡単化になる。しかし、一般の風力インペラーの回転数は数百ＲＰＭである。回転式発電機を効率的に発電する回転数は数千ＲＰＭが必要であるので、風力インペラーの両端に回転式発電機を同軸に連接することは発電効率が良くなく、ファラデー法則（Ｆａｒａｄａｙ’ｓＬａｗ）によれば、発電機で発生する電圧Ｅ＝-dΦ_B/dt（ｔは時間であり、Φ_Bは磁束であり）、より低い回転数で同じ電圧を得るためには磁界強度を増加することが必要である。すなわち、より大型でより遅い回転数の回転式発電機を使用することが必要である。しかし、風力インペラーの両端により大型の発電を同軸に設置する構造は、風力インペラーのシャフトの両端の間により大きいスペースが形成され、風上側面の面積が増加して、装置全体の空気抵抗が増加する。

風力発電装置をキャリアの内部に取付ける長所は余計な空気抵抗を増加しないが、キャリアの内部の構造を変更しレーアウトを変更することが必要であり、取付作業は複雑になり、更に、乗員の座りスペースが狭くなる可能性もある。だから、このような設計の普及は難しい。また風力発電装置をキャリアの外面に取付ける長所は風力発電装置の取付作業が容易になるが、風力発電装置の風上側面が有効に利用されないので、空気抵抗が増加になり、ひいてはキャリアの動力源（例えば内燃機関）のロスが増加する。だから、風力発電装置の発電電力から動力源の前記ロスを引くと効率は良くなく、だから、上記構成は普及しない。

上記問題を解決するために、出願者は台湾で「キャリア用風力発電装置」を第９４１３２２４７号として出願した。図１と図２に示すのはそれぞれ風力発電装置１の斜視図と正面図である。風力発電装置１の風上側面が三つの部分に分けられる。すなわち、風流入部分Ｉと、流線部分Ｇと、伝動部分Ｄとに分けられる。風流入部分Ｉと流線部分Ｇの面積は主にその内部に取り付けられたインペラー（図示せず）に対応し、すなわち、風流入部分Ｉと流線部分Ｇの面積はインペラーの寸法によって決め、取ろうとする風力の大きさを決めた後、すなわち、インペラーの寸法を決めた後、風流入部分Ｉと流線部分Ｇの面積が決められ、原則的に、この二つの部分の面積は一定であり、もっと減少することは難しい。また、伝動部分Ｄには伝動機構が設けてあり、キャリアが運転している際に発生する風力によりインペラーが回転され、インペラーが伝動機構を介して発電機を駆動して発電し、前記伝動部分Ｄで形成する風上側面の面積は、風力を取ることができないが、省略できず、且つ伝動機構の構造および強度をどうのように最小化しても、前記伝動部分Ｄで形成する風上側面の面積が一定の大きさを有するので、余計な空気抵抗が発生する。

本考案の主な目的は、風流入部分および流線部分に伝動部分を全部に重ねることにより、風上側面が有効に縮小され、空気抵抗を低減することができるキャリア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なされた本願の考案は、キャリアの外面に取付けられ、上に一つの風流入口と一つの風流出口とが開設してあり、前記風流入口に応じて風を前記風流入口へ案内するための流線板が一つ設けてあるハウジングと、前記ハウジングの内部に組付けられ、シャフトに垂直する風力インペラーであり、その両側には一つの側板がそれぞれ設けてあり、一つのシャフトにより前記ハウジングに枢着されるインペラーと、前記ハウジングの内部に組付けられ、前記インペラーの側板のうちの一つに設置される伝動機構と、前記ハウジングの内部に組付けられ、前記インペラーと同軸しないように前記伝動機構と連接し、回転されると発電する発電機とを含み、風流入口の面を風力発電装置の風上側面と定義し、なお、風上側面は、風流入口で形成された風流入部分と、流線板で形成された流線部分とから構成され、且つ発電機が風流入部分と流線部分のなかに設置されることを特徴とするキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、前記発電機は回転式発電機であり、回転式発電機は、伝動機構と連結する回転軸を有し、回転軸が伝動機構に回転されると電力が発生することを特徴とする請求項１に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、前記伝動機構はプリー組であり、前記プリー組は、前記インペラーの側板のうちの一つに設置される第一プリーと、回転式発電機の回転軸に連結した第二プリーと、第一プリーと第二プリーを巻くベルトとを有し、回転している前記インペラーがプリー組を回転して回転式発電機を発電することを特徴とする請求項２に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、変速効果を達成するために、前記第一、ニプリーの直径は異なることを特徴とする請求項３に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、前記伝動機構は歯車組であり、前記歯車組は、前記インペラーの側板のうちの一つに設置される第一歯車と、回転式発電機の回転軸に連結した第二歯車とを有し、回転している前記インペラーが歯車組を回転して回転式発電機を発電することを特徴とする請求項２に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、変速効果を達成するために、前記第一、ニ歯車の直径は異なることを特徴とする請求項５に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、前記インペラーはシャフトに結合された羽根が三つ以上あり、シャフトにより前記各羽根がハウジングの風流入口と風流出口の間に枢着するために、前記各羽根は全て二つの側板と結合し、キャリアが走行している際に風力が前記インペラーを回転させることを特徴とする請求項１に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、前記風流入口と前記風流出口とには遮り網がそれぞれ一つ設けてあることを特徴とする請求項１に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、キャリアが走行している際に風を前記風流入口へ案内するために、前記流線板はほぼ傾斜面を呈することを特徴とする請求項１に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、キャリアが走行している際に風を前記風流入口へ案内するために、前記流線板はほぼ円弧面を呈することを特徴とする請求項１に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本願の考案では、変速効果を達成するために、更に、前記伝動機構の第一歯車と第二歯車の間に一つの遊び車を枢着してもいいことを特徴とする請求項５に記載のキャリア用風力発電装置であることを要旨としている。

本考案に係るキャリア用風力発電装置によれば、風上側面が有効に縮小され、空気抵抗を低減することができる。

以下、添付図面を参照して本考案の好適な実施の形態を詳細に説明する。

図３乃至図５に示すのは本考案の実施例１である。本考案に係るキャリア用風力発電装置１０は、主に、一つのハウジング２と、一つのインペラー３と、一つの伝動機構４と、一つの発電機５とから構成されたものである。

前記ハウジング２は、キャリアの外面に取付けられ、図４に示すように、その上に一つの風流入口２１と一つの風流出口２２とが開設してあり、前記風流入口２１に応じて風を前記風流入口２１へ案内するための流線板２３が一つ設けてあり、前記流線板２３によりこの部分の空気抵抗が低減になり、また、異物の侵入を防止するために、前記風流入口２１と前記風流出口２２とには遮り網２１１，２２１がそれぞれ一つ設けてある。

前記インペラー３は、前記ハウジング２の内部に組付けられ、シャフトに垂直する風力インペラーであり、その両側には一つの側板３１がそれぞれ設けてあり、一つのシャフト３２により前記ハウジング２に枢着され、シャフト３２に３つ以上の羽根３３を結合してもよく（本実施例では６つの羽根３３が結合してあり）、各羽根３３の両端がそれぞれ二つの側板３１に固定され、二つの側板３１が全てシャフト３２に固定され、そうすると、シャフト３２により前記インペラー３がハウジング２の風流入口２１と風流出口２２の間に枢着され、キャリアが運転している際に発生する風力により、前記インペラー３が回転される。

前記伝動機構４は、前記ハウジング２の内部に組付けられ、前記インペラーの側板のうちの一つに設置され、図４に示すように、伝動機構４は歯車組であり、前記歯車組は、前記インペラー３の側板３１のうちの一つに設置される第一歯車４１（すなわち、前記側板３１の周面に歯を成形することによって第一歯車４１を構成し、そうすると、両者が共用でき）と、前記回転式発電機５の回転軸５１に連結した第二歯車５２とを有し、前記第一歯車４１は第二歯車４２と噛み合い、このような構成により、回転している前記インペラー３が歯車組を回転して回転式発電機を発電する。特に、変速効果を達成するために、前記第一、ニ歯車４１，５２の直径は異なる。

前記発電機５は、前記ハウジング２の内部に組付けられ、前記インペラー３と同軸しないように前記伝動機構４と連接し、回転されると発電する。

図５に示すように、ここで、風流入口２１の面を風力発電装置の風上側面と定義し、なお、風上側面は、風流入口２１で形成された風流入部分Ｉと、流線板２３で形成された流線部分Ｇとから構成され、なお、伝動機構４の第一歯車４１はインペラー３の側板３１と共用するので、前記伝動機構４は発電機５と一緒に風流入部分Ｉ又は流線部分Ｇを重ねることができる。風流入部分Ｉと流線部分Ｇの以外の適当なスペースを持つ箇所に伝動機構を設置することが必要である従来の装置と比べて、本考案に係る伝動機構が風流入部分Ｉおよび流線部分Ｇを重ねるので、風上側面の面積を縮小することができる。また、本考案では、前記側板３１のうちの一つが伝動機構４の一部とするので、部品の点数を低減することもできる。

もちろん、本考案に係る発電機５に電力調節制御装置（図示せず）を電気的に連接してもよく、そうすると、発電機５で発生した電力は、適当な電圧および電流に転換されて、キャリアに供給し又は充電の用途に使用する。

また、前記インペラー３の二つの側板の設置により、羽根３３とシャフト３２の連結が強化され、インペラー３が高速に回転しても、羽根３３は脱落しなくなり、且つ前記二つの側板３１の錘の設計により、インペラー３が回転するときに、前記二つの側板３１はフライホイルの効果を有し、インペラー３の工作効率は向上になる。

本考案に係る風力発電装置１０は、図６に示すように、自動車のシャーシの後輪に近接する部位に設置することができる。この位置に風力発電装置１０を設置すると、自動車の外観が落とさなく、且つ後輪により気流を乱して風の流入効率を向上することができる。また、図７に示すように、自動車のエンジンカバー、自動車の上面又は自動車の側面に設置することもできる。又は、図８に示すように、船舶の外面に設置することができる。これらの設置形態によれば、キャリアが運転している際に発生する風力により、前記インペラーが回転されて発電機を発電させる。

本実施例では、前記ハウジング２の風流入部分Ｉ又は流線部分Ｇに近接する箇所に前記発電機５を設置してもよい。これにより、前記発電機５が風流入部分Ｉ又は流線部分Ｇに重ねることになり、そうすると、伝動部分が風流入部分Ｉおよび又は流線部分Ｇに完全に重ねることになり、空気抵抗が低減になる。

空気動力法則によれば、空気抵抗Ｄ＝C_d(1/2)ρV²A（C_dは空気抵抗係数であって装置の外形に影響され、ρは空気密度であり、Vは空気速度であり、Aは装置の風上側面の面積である）。実際の実施では、AとC_dの値は変更可能であり、本考案では、空気抵抗係数C_dを低減するために、ハウジング２で形成された風上側面から風流入口および周縁の肉厚（すなわち、風流入部分）を除いた部分を、前に伸びた流線板２３にすることにより、空気抵抗が有効に低減され、且つ空気が風流入口に案内され、この流線板２３が風上側面の流線部分を構成する。だから、本考案では、風流入部分Ｉおよび流線部分Ｇが風を有効に利用可能な構造になる。

本考案では、発電機５はインペラー３と同軸しないように前記伝動機構と連接することにより、インペラー３は軸線方向に伸びたスペースを必要なくなり、且つインペラー３の側板３１のうちの一つを伝動機構４の一部とするので、伝動機構４の全ての部品は風流入部分Ｉおよび流線部分Ｇに重なることができ、図１と図３を比べると、本考案は図１に示す従来技術の伝動部分を有しない。

また、本考案に係るキャリア用風力発電装置１０は、風上側面の設計を工夫したので、風上側面の空気抵抗が低減になり、だから、発電装置の増設によるロスが有効に低減され、すなわち、本考案を電動キャリアに取り付けた場合には、一回の充電で運転可能な距離が有効に増加になり、なお、本考案を内燃機関キャリアに取り付けた場合には、内燃機関のロードが低減になり、燃費が低減になり、排気ガスも減少になる。

また、図９に示すのは本考案の実施例２であって、歯車組の代りに、当該伝動機構はプリー組６であり、前記プリー組６は、基本的に、前記インペラー３の側板３１のうちの一つに設置される第一プリー６１と、回転式発電機５の回転軸５１に連結した第二プリー６２と、第一プリー６１と第二プリー６２を巻くベルト６３とを有し、回転している前記インペラー３がプリー組６を回転して回転式発電機５を発電する。且つ変速効果を達成するために、前記第一、ニプリー６１，６２の直径は異なる。

また、回転数を増加するために、図１０に示すように、図４に示す歯車組の第一歯車４１と第二歯車５２の間に一つの遊び車７を枢着してもよく、前記遊び車７を同時に第一歯車４１および第二歯車５２に噛み合うことにより、動力の間接的な伝達も発電機５を発電することができるが、前記遊び車７の設置より、第二歯車５２の直径を縮小することができ、そうすると、回転比が増加し回転数が向上になる。

本考案の実施例では回転式発電機を採用するので、発電機５を前記流線板２３の下方のスペースに設置することにより発電機５を流線部分Ｇに重ねることもいいし、発電機５を前記ハウジング２後方に設置することにより発電機５を風流入部分Ｉ（図示せず）に重ねることもよく、これらの設置形態で達成できる効果は同様である。

上記各実施例を変化する他に、一部の部品を簡単に変化してもよく、例えばインペラー３の羽根の形状をプレート形状又は円弧形状に変化すること、又は流線板２３をプレート形状から円弧形状に変化することは、全て本考案の実用新案登録請求の範囲に属する。

このように、本考案が、特定の例を参照して説明されたが、それらの例は、説明のためだけのものであり、本考案を限定するものではなく、この分野に通常の知識を有する者には、本考案の精神および範囲を逸脱することなく、ここで開示された実施例に変更、追加、または、削除を施してもよいことがわかる。

従来の風力発電装置の外観図である。図１における風力発電装置の正面図である。本考案に係る風力発電装置の外観図である。図３におけるＡ-Ａ線の断面図であって、主に、ハウジングにおけるインペラー、歯車組の伝動機構と発電機の相互位置を示す。本考案の風上側面の構成を示す概略図である。本考案に係る風力発電装置を自動車に組付けた実施形態を示す概略図である。本考案に係る風力発電装置を自動車に組付けた他の実施形態を示す概略図である。本考案に係る風力発電装置を船舶に組付けた実施形態を示す概略図である。図３におけるＡ-Ａ線の別の実施例の断面図であって、主に、ハウジングにおけるインペラー、プリー組の伝動機構と発電機の相互位置を示す。図３におけるＡ-Ａ線の更に別の実施例の断面図であって、主に、第一歯車、第二歯車、第一歯車と第二歯車の間に増設された遊び車の相互位置を示す。

符号の説明

１風力発電装置Ｉ風流入部分
Ｇ流線部分Ｄ伝動部分
１０風力発電装置２ハウジング
２１風流入口２２風流出口
２１１，２２１遮り網
２３流線板３インペラー
３１側板３２シャフト
３３羽根４伝動機構
４１第一歯車５発電機
５１回転軸５２第二歯車
６プリー組６１第一プリー
６２第二プリー６３ベルト
７遊び車

Claims

キャリアの外面に取付けられ、上に一つの風流入口と一つの風流出口とが開設してあり、前記風流入口に応じて風を前記風流入口へ案内するための流線板が一つ設けてあるハウジングと、
前記ハウジングの内部に組付けられ、シャフトに垂直する風力インペラーであり、その両側には一つの側板がそれぞれ設けてあり、一つのシャフトにより前記ハウジングに枢着されるインペラーと、
前記ハウジングの内部に組付けられ、前記インペラーの側板のうちの一つに設置される伝動機構と、
前記ハウジングの内部に組付けられ、前記インペラーと同軸しないように前記伝動機構と連接し、回転されると発電する発電機とを含み、
風流入口の面を風力発電装置の風上側面とすると、該風上側面は、風流入口で形成された風流入部分と、流線板で形成された流線部分とから構成され、且つ発電機が風流入部分と流線部分のなかに設置されることを特徴とする、
キャリア用風力発電装置。
前記発電機は回転式発電機であり、回転式発電機は、伝動機構と連結する回転軸を有し、回転軸が伝動機構に回転されると電力が発生することを特徴とする、請求項１に記載のキャリア用風力発電装置。
前記伝動機構はプリー組であり、前記プリー組は、前記インペラーの側板のうちの一つに設置される第一プリーと、回転式発電機の回転軸に連結した第二プリーと、第一プリーと第二プリーを巻くベルトとを有し、回転している前記インペラーがプリー組を回転して回転式発電機を発電することを特徴とする、請求項２に記載のキャリア用風力発電装置。
変速効果を達成するために、前記第一、ニプリーの直径は異なることを特徴とする、請求項３に記載のキャリア用風力発電装置。
前記伝動機構は歯車組であり、前記歯車組は、前記インペラーの側板のうちの一つに設置される第一歯車と、回転式発電機の回転軸に連結した第二歯車とを有し、回転している前記インペラーが歯車組を回転して回転式発電機を発電することを特徴とする、請求項２に記載のキャリア用風力発電装置。
変速効果を達成するために、前記第一、ニ歯車の直径は異なることを特徴とする、請求項５に記載のキャリア用風力発電装置。
前記インペラーはシャフトに結合された羽根が三つ以上あり、シャフトにより前記各羽根がハウジングの風流入口と風流出口の間に枢着するために、前記各羽根は全て二つの側板と結合し、キャリアが走行している際に風力が前記インペラーを回転させることを特徴とする、請求項１に記載のキャリア用風力発電装置。
前記風流入口と前記風流出口とには遮り網がそれぞれ一つ設けてあることを特徴とする、請求項１に記載のキャリア用風力発電装置。
キャリアが走行している際に風を前記風流入口へ案内するために、前記流線板はほぼ傾斜面を呈することを特徴とする、請求項１に記載のキャリア用風力発電装置。
キャリアが走行している際に風を前記風流入口へ案内するために、前記流線板はほぼ円弧面を呈することを特徴とする、請求項１に記載のキャリア用風力発電装置。
変速効果を達成するために、更に、前記伝動機構の第一歯車と第二歯車の間に一つの遊び車を枢着したことを特徴とする、請求項５に記載のキャリア用風力発電装置。