JP3169807U - 風力発電ユニットを備えた電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光のほかに異種の自然エネルギーである風力での発電でアシストする風力発電ユニットを搭載した電気自動車を提案する。【解決手段】蓄電池を装備しモータで駆動する太陽光発電モジュールを備えた電気自動車の所定箇所に風力発電ユニットを1以上備えた電気自動車に関し、風力発電ユニットは、空洞を有する筒状体で、空洞内に１以上の風車を設け、風車に連結された発電機で発電するとともに振動発電装置を併設して発電をする構成で、風力発電ユニットはコネクタを介して前記蓄電池へ接続することで充電を補助する。【選択図】図２

Description

この考案は、モータで駆動走行する電気自動車の蓄電池に電気エネルギーをアシストして充電する風力等の自然エネルギーを高効率で利用する風力発電ユニットを備えた電気自動車に関する。
再生可能なクリーンな自然エネルギーの利用は、近時喫緊の課題であり、家電や自動車などエネルギーの消費端末でも自己完結型の個別の技術的対応が要請されている。

従来、車体ルーフに太陽光発電モジュールを取り付け太陽の光で蓄電し、そのエネルギーで走行するソーラーカーや、太陽光発電モジュールとともに風力発電装置を搭載した電気自動車がある。

電気自動車は、外部電源からの充電型電気自動車ほか、ソーラーパネルを搭載して太陽光発電モジュールで蓄電する電気自動車、など自然エネルギーを利用して蓄電し走行する自動車が知られている。
太陽熱を電気エネルギーとして蓄電する技術や、直接車内暖房などの熱エネルギーとして利用する技術もある。

ソーラーカーに代表される太陽光発電モジュールによる発電は、太陽光の照射を前提とするもので、曇天や雨の日には、十分な発電量は得られないことがあり、蓄電池は不可欠であるが、曇天が続く時期などがありその蓄電量は不安定なこともある。

そのため、より恒常的で安定する風力発電など他の自然エネルギーの利用との組合わせを企図した電気自動車が案出されている。
例えば、特許文献１のように、電気自動車に風車を搭載した風力自然エネルギーを利用する電気自動車が開示されている。
特許文献１は発電機に接続した風車を屋根に載せた電気自動車であるので、ソーラー発電ができない夜間や曇天や雨の日でも、風が吹いていれば停車中でも風力を利用でき充電できるというものである。

特許文献２は、自動車の前側に入風口を設けて回転するプロペラを設けさらに後部トランクの上にプロペラを立設したもので、自動車の走行による気流を自動車外周に形成できるので、主として、この気流による風力エネルギーを利用することで充電をアシストできるというものである。

風力発電装置の入風口を自動車の屋根あたりに設けるか、入風口を自動車の前側に設けるか、後ろ側に設けるかのおよそ三通りの構成があるが、従来技術でも風力発電を自動車に利用する態様は様々な展開がある。

実用新案東麓第３１１７１９９号公報 特開２０００−１３９０６号公開公報

本考案の目的は、電気自動車において風力や風による振動エネルギーも利用できる風力発電ユニットを設け、充電のアシストや電気自動車の走行性能を向上させることにある。
そして、異種の自然エネルギーの相互補完で高効率の充電ができるようにした風力発電ユニットを備えた電気自動車の開発を課題とする。

風力エネルギーは、風の直進力を受けるプロペラで回転力へ変えてその回転力で発電機を回転して発電しその電気エネルギーを蓄電池へ充電してゆくが、本考案は第一次的にはこの風力発電装置を、蓄電池を備えた電気自動車に併せて装置し、具体化することを課題とする。

自動車に風力発電装置を取付ける構成は、常に走行方向に流れる風を利用するので安定した発電を行うことが可能である利点がある。
しかし一方、エネルギー効率に課題があり、風を避けるのではなくある程度受けるので、走行に対する抵抗ブレーキとして作用する要素の改善課題がある。

さらに、本考案は走行する自動車において具体化するものであるが、風力エネルギーを回転力に変換するときは振動が生じるし、必然的に走行振動も生じるが、その振動を捨てることなく、風力と合わせて利用することも課題とする。

さらに、風力発電ユニットをカプセル化して、自動車に搭載接続するだけで利用できるようにプラグインタイプにすることを課題とする。

この考案は、蓄電池を装備しモータで駆動する太陽光発電モジュールを備えた電気自動車の所定箇所に風力発電ユニットを1以上備えた電気自動車に関し、風力発電ユニットは、空洞を有する筒状体で、入風口と排風口があり、前記入風口には開閉する蓋と防塵ネットが設けられ、空洞内に１以上の風車を設け、風車の水平枢軸は支柱に軸支され、風車の水平枢軸は発電機に連結されて発電する構成で、風力発電ユニットはコネクタを介して前記蓄電池へ接続することで充電する風力発電ユニットを備えた電気自動車である。
風車のひとつの形態は、プロペラ回転体で、そのプロペラ回転体は入風方向に平行な水平枢軸に取り付けられ、水平枢軸は、前記空洞内に設けられた略Ｔ状の支柱に軸支されて、空洞内のほぼ中心に配置されて、入風を受ける。
風力発電ユニットは、自動車の屋根に回転自在に取り付けられ、風向に合わせて変移制御できる。

この考案は、異種のエネルギーを相互補完して利用することに着想があり太陽エネルギーを使用する電気自動車と風力発電とを一体化して用いられ、風車を支持する支柱の中途には、振動発電装置が併せて設けられている。
振動発電装置のひとつの態様は、空洞内部に立設した支柱に一対の圧電素子とその圧電素子の間に設けた接触子を備えた振動板の端部に風に揺れる材質の尾ひれ部を付設した振動発電装置である。
振動発電装置は、風力発電ユニットのある空洞に設けられることによって、
走行と風力による振動を効率よく利用できるのである。

本考案は、太陽光モジュールなど各種の電力供給装置と相補するようにして電気自動車の走行性能を増加するもので、蓄電池を装備しモータで駆動する電気自動車に風力発電ユニットとそこに組み込まれた振動発電装置で発電し、電池補充をし、電気自動車の蓄電を補助する効果がある。
風力発電ユニットは、特に数基の風車を連ねて設けることで、空洞内の風流を良くつかみ、発電効率をあげている。
風力発電ユニットを自動車のルーフトップの屋根に設置することにより車内に伝わる酷暑熱、寒冷の輻射熱を遮る役目も果たし、自動車のデザインにも刺激を与えうるものである。

本考案の風力振動発電ユニットでは、入風による風力および風力が起こす強制振動力を利用するばかりでなく自動車の走行振動も利用でき、発電効果が期待できる。
自動車の車内使用電気などには、十分に利用できる。
ハイブリッド車や燃料電池車等のモータ推進用電力供給の補助電源として、またヘッドライト、エアコン、オーディオ等の車載電装機器の補助電源等として利用可能になる。
本考案の応用は、大型のトラックやバスなどのほか、スクーター、電動バイクなどにも応用できる。

図１は、風力発電ユニットを数基組み合わせた車載セットを装置した電気自動車の実施例１の外観を示す説明図である。 図２は、風力発電ユニットと、太陽光発電モジュール および太陽熱ユニットをルーフに設けた実施例２を示す電気自動車で，風力発電ユニットが接続のみでセットできることを示す側面からの説明図である。 図３は、実施例２の電気自動車の上面からの説明図である。 図４は、風力発電ユニットと太陽光発電モジュールを設けた電気自動車で、蓄電池との結線を示す説明図である。 図５は、太陽熱収集装置の説明斜視図である。 図６は、風力発電ユニットの内部に設けられる支柱に取り付けた風車と、振動発電装置６を示すものである。 図７は、実施例１・２に示す風力発電ユニットの内部を示す概念図である。 図８は、振動発電装置の構造例を示す断面図

以下、本考案の実施の形態を説明する。図１は風力発電ユニットを数基組み合わせた車載セットを装置した電気自動車の実施例１である。
図２、図３、図４は、風力発電ユニットを３基設けた電気自動車の実施例２である。

実施例１・２は、電気自動車（１）の屋根（ルーフ）に風力発電ユニット（２）が1以上装着された風力発電ユニットを備えた電気自動車である。

図１は、実施例１で、風力発電ユニット（２）を数基組み合わせた車載セット（２００）が、装置された電気自動車の外観を示すものである。
自動車の前方への走行によって、前方側から後方へ風が流れる。
風力発電ユニット（２）は、１基では側部或いはフロントボンネットの内部などの所定箇所に設置できる。

図２は、実施例２を示すもので、風力発電ユニット（２）を屋根に装置した電気自動車（１）の説明図である。
風力発電ユニット（２）は、風の通路となる空洞（２１）を有する軽量な筒状体（２０）で、入風口（２２）と排風口（２３）があり、前記入風口（２２）には開閉し入風方向に所定角度変移する蓋（２４）とハニカム構造や網状の防塵ネット（２５）が設けられ、そこを通過する風力を羽根（ブレード）や複数枚プロペラや螺旋状ロータなどの風で回転する風車（２６）で受けて変換利用するもので、図２では、空洞内部に１以上の風車（２６）として三枚のプロペラ回転体を三連に設けている。
発電量に応じて風力発電ユニット（２）を数基組み合わせた図１実施例１のような一体的カバーに収納した車載セット（２００）が装置される。
風車（２６）は、三枚羽根に限定するものではなく、後方になるにつれて羽根数や重合羽根を増やしてトルクを大きくして段階的に風量利用することなども可能である。

空気抵抗を解消するために、空洞（２１）の外観形状や内部形状は、流体力学に基づき設計され、風力発電ユニット（２）を電気自動車（１）に取り付けたときの全体形状も、対向面積が小さく、抵抗の少ない流面形に設計される。
プロペラ等の素材は、カーボン繊維や複合材料、低比重金属が選択され、カプセルは強化合成樹脂などである。

風力発電ユニット（２）は、自動車の停車時に開口方向を変移し自由にできるように支点（２０１）で取付台（２０２）に回動自在に軸支され、風に向かうために風向を定める尾翼（４）を取付けている。
支点（２０１）と取付台（２０２）の構成は、走行時には入風口（２２）が走行方向＝前方を向くように制御し、停車時は自動的に風向き方向に変移する。走行時は、なるべくその変移はなく、固定乃至制御できる。

風車（２６）は、図６、図２のように、風向に対し平行な水平軸風車である。
垂直軸風車であっても差し支えないが、いずれの構成でも軽量コンパクトに設計される。
この考案の実施例２では、風車（２６）は、三枚羽根のプロペラ回転体（２０６）で、空洞（２１）に間隔をおいて三連に設け、プロペラ回転体（２０６）は略Ｔ状の支柱（２０７）先端に設けられた入風方向に平行な水平枢軸（２０８）に取り付けられている。

プロペラ回転体（２０６）の水平枢軸（２０８）は、空洞（２１）内に前記支柱（２０７）に軸支され、プロペラ回転体全体は支持枠（２０９）で空洞（２１）内のほぼ中心に配置される。
通過する風力を受けるプロペラの水平枢軸（２０８）の回転は発電機（１１０）に伝達されて発電機（１１０）を回し発電する。

この電気自動車（１）には、太陽光発電モジュール（５）や太陽熱収集装置（５１）の一方又は両方の装置或いは外部から充電するバッテリー（３１１）が備えられている。
実施例２では、太陽光発電モジュール（５）と太陽熱収集装置（５１）両方を装置している。

図２、図３および図５に示す太陽熱収集装置（５１）は、レンズ（５２）の焦点位置に熱収集鐘傘（５３）を設け熱伝導体（５４）で熱エネルギーとして利用するか、或いは変換装置で蓄電池（３１）に充電する機能を形成したものである。
太陽光照射面積を大きくするにはパラボラアンテナ形状や逆傘形状が望まれるが、この太陽熱収集装置（５１）は、図２、図３に示すように屋根のアクセントとなる太陽熱収集装置（５１）として、電気自動車（１）の前方に設置して、比較的小さな電力で機能する収熱ランプとしての利用などができる。
つまり、風力発電ユニット（２）等は、駆動用のバッテリー（３１１）を備えた電気自動車（１）に併設する構成になり、既設のまとめられた蓄電池や駆動モータを、そのまま利用できる。

図４の結線概念図のように、電気自動車（１）は、駆動用のバッテリー（３１１）に電力供給する風力発電用の蓄電池（３）や太陽光用の蓄電池（３１）を併設してあり、蓄電効果を個別に或いは統合して管理することができる。

本考案は、異種のエネルギーを相互補完して利用することに着想があり、特に風力発電ユニット（２）は、蓄電池（３）へのコネクタ（７）へプラグインするだけで、太陽エネルギーを使用する電気自動車とコラボレイトできる。

軽量な筒状体（２０）は、ルーフ設置タイプでは、その外表面に太陽光発電塗料を塗布して、太陽光発電モジュール化も併用できる。

図６に示すように、プロペラ回転体（２０６）を支持する支柱（２０７）には、振動発電装置（６）が併せて設けられる。
図６では、支柱（２０７）に２種類の振動発電装置（６）を取り付けた状態を示している。
２種類の振動発電装置（６）は、いずれかでもよく、又同種の振動発電装置（６）を２基取り付けることもできる。
これらの振動発電装置（６）は支柱（２０７）又は支持枠（２０９）いずれでも、振動を受けるために設置され、風力から生じる振動を利用するものである。
空洞カプセル（２０）の内部は、風の流れによる波動振動、プロペラ回転体（２０６）の回転による振動、自動車走行によって生じる走行振動があり、この振動エネルギーを電気的変換によって利用して蓄電を図っている。

図６において、振動発電装置（６）のひとつの態様は、空洞カプセル（２０）内部に立設した支柱（２０７）に風向の下流方向に向かって設けられたもので、薄い板状の対向する一対の圧電素子（６１）（６２）とその板状圧電素子（６１）（６２）の間に設けた接触子を備えた振動板（６３）の端部に風に揺れる材質の尾ひれ部（６４）を付設した振動発電装置である。

走行による風力の発生で、風は尾ひれ部（６４）を揺らし振動板（６３）は圧電素子（６１）（６２）の間を揺動し、接触子によって圧電素子（６１）（６２）を交互に加圧し電圧を発生させる。
風の流れを受けた尾ひれ部（６４）は左右に揺動変位する。
接触子が電極に接触しながら一方の圧電素子（６１）を加圧して電圧を発生させ、尾ひれ部（６４）が他方に変位すると、接触子が電極に接触しながら圧電素子（６２）を加圧して電圧を発生する。
一対の圧電素子（６１）（６２）を用いて同極の電力が得られるので、整流回路を設計する必要がない。

そのほか振動発電装置には、電荷を蓄えたエレクトレット基板と金属電極を備えた基板をエアギャップを介して対向させ、エレクトレットによる静電場によって金属電極に誘導電荷が生じ、エレクトレットと金属電極とが対向して重なる部分の面積を振動で変化させることにより、外部に交流電流を発生させる方式もある。

又、振動発電装置のひとつの態様には、図６において、支柱（２０７）の下方部に取り付けた振動発電装置（６０）がある。
その構成は、図８のように、反発磁石（６５）間に中心軸を摺動する発電用磁石（６６）を浮遊させ、その発電用磁石（６６）の周囲に間隔をおいてコイル（６７）を配置して、発電用磁石（６６）の上下揺れで起電する振動発電装置（６０）である。
振動発電装置（６０）は、プロペラ回転体（２０６）を支持する支柱（２０７）の中途部に取り付けることで、振動エネルギーを捕獲する。
振動発電装置（６０）は、風力発電ユニット（２）に設けられることによって、
走行と風力による振動を効率よく利用できる。

このように、風力発電ユニット（２）は、カプセル化によって、プロペラなどの風車（２６）による風力エネルギーの利用に加えて、走行や風力で発生する振動を利用して、振動発電でさらに補完された風力発電ユニットとなっている。
風力発電ユニット（２）は、太陽発電と風力発電と振動発電の組み合わせ自己完結型でカプセル化しているので、風力発電ユニット（２）を自動車のルーフに設けたコネクタ（７）に接続するだけで高効率に異種の自然エネルギーを利用した電気自動車を提供できる。

風力発電ユニット（２）は、出力は交流でも直流でも出力端子から、自動車に設置されたコネクタ（７）へプラグイン（コンセントやケーブルのプラグなどを接続すること）され、整流用ダイオードにより直流変換され、車載の所定の蓄電池に連結され、モータ（４）を駆動する。

ソーラーカーほか蓄電池搭載の電気自動車に備えられている過充電防止などのコントローラーほかの蓄電系機器や、走行中には風力発電ユニット（２）が変移しないようにするなどの駆動系制御機器、は、適宜プログラムされる。

図３で示す実施例２は、３基の風力発電ユニット（２）が電気自動車（１）の屋根（ルーフ）の取付台（２０２）に固定されている上面図である。
前記風力発電ユニット（２）の設置する箇所は、ルーフトップの上面に限らず、図には示していないが、フロントのボンネット上半部両側、或いはフロントボンネット内部に取り付けられるか、トランク或いはテール部に取り付けることもできる。
走行によって風力の生じる部位に取り付けることができる。

取付け位置は、ルーフの上が適するが、そのためにも風力発電ユニット（２）は、スリム化が重要で、プロペラの直径が５０ｃｍ〜１０Ｃｍ、１０Ｃｍ〜仮定的にナノサイズまでを検討して、必要かつ消費可能な電気量を設計することになる。

そのほか風力発電ユニット（２）には、安全対策や、耐久的配慮やデザイン性が加味されるが、ルーフトップの上面に設けた風力発電ユニット（２）は、全天候的対策が必要で、雨水の排水口（２１０）を設け、清掃容易性や氷結の防止を図る形態が必要になる。

風力発電ユニット（２）の形状は、実施例では円筒形のカプセル形状であるが、その開口部の形状や、連接される風車の間隔、及び排風部の形状によっても、風力発電量は左右される。
一般的には、風のパワー［Ｗ］：＝（１／２）×「断面積［ｍ＾２］×「空気密度［ｋｇ／ｍ＾３］」×「風速［ｍ／ｓ］の３乗」であり、風力発電は、風車直径の２乗に比例し、風速の３乗に比例するのであるが、永久磁石単相交流発電機の発電能力と直径１０Ｃｍのプロペラを３連もつ、カプセル内風力測定は、実際はアナログ電流計で計測しながらセッテイングされる。

風力発電ユニット（２）は、入風口（２２）を蓋（２４）で閉塞することで、風力発電は停止でき、蓋（２４）の開口度で入風量を制御できる。
風力発電ユニット（２）のヘッド開口部の蓋（２４）には、好ましくはモータ制御により開閉調整できる開閉装置を設ける。
不使用時の閉塞や、開口時には、入風量や気流の変化や大きさを調整するのに用いられる。
蓄電池（３）に接続する経路には、過充電を防止するためのブレーキスイッチやヒューズを内蔵しておくのが好ましい。

風力発電ユニット（２）は、電力補充を補助し、電気自動車の電気的作動や電動持続走行力を高めるのである。

風力発電の最も解決の難しい問題は、大気中の気流が時には強く、時には弱く、非常に不安定で、時として停止することがあることである。
しかし本考案の自動車に装置する場合は、走行中に迎風面で気流を受けて風力発電ユニットを駆動することができ、ただ走行するだけで電気エネルギーに変換して、駆動に必要とする電気エネルギーを補充するので、無風時の弱点を解決できる。

以上の実施例は本考案の技術範囲を限定するものではなく、本考案に基づきなしうる細部の設計上の変更、寸法変更や形状変更は、いずれも本考案の予想する技術的範囲に属するものである。
又、自動車に変えて各種の移動機械器具への適応も本考案の予想する範囲である。

本考案の風力発電ユニットは、蓄電池を備えて自力走行する各種の移動機械器具に適応でき、プラグイン（コンセントやケーブルのプラグなどを接続すること）することで異種の自然エネルギーを導入する構成は、トラクターなどの農業用運行機械や海上走行船へも適応できる構成である。
しかも、移動機械器具は風力振動を受ける環境にあり、異種エネルギーの併合活用は期待が大きい。

１ 自動車
２ 風力発電ユニット
２０ 筒状体
２１ 空洞
２２ 入風口
２３ 排風口
２４ 蓋
２５ 防塵ネット
２６ 風車
２００ 車載セット
２０１ 支点
２０２ 取付台
２０６ プロペラ回転体
２０７ 支柱
２０８ 水平枢軸
２０９ 支持枠
２１０ 排水孔
１１０ 発電機
３ 蓄電池
３１ 蓄電池
３１１ バッテリー
２４ モータ
５ 太陽光発電モジュール
５１ 太陽熱収集装置
６ 振動発電装置（圧電素子型）
６０ 振動発電装置（電磁石型）
６１ 圧電素子
６２ 圧電素子
６３ 振動板
６４ 尾ひれ部
６５ 反発磁石
６６ 発電用磁石
６７ コイル
７ コネクタ

Claims (4)

1. 蓄電池を装備しモータで駆動する太陽光発電モジュールを備えた電気自動車の所定箇所に風力発電ユニットを1以上備えた電気自動車に関し、風力発電ユニットは、空洞を有する筒状体で、入風口と排風口があり、前記入風口には開閉する蓋と防塵ネットが設けられ、空洞内に１以上の風車を設け、風車の水平枢軸は支柱に軸支され発電機に連結されて発電する構成で、風力発電ユニットはコネクタを介して前記蓄電池へ接続することで充電する風力発電ユニットを備えた電気自動車。
2. 前記風車は、プロペラ回転体で、そのプロペラ回転体は入風方向に平行な水平枢軸に取り付けられ、水平枢軸は、前記空洞内に設けられた略Ｔ状の支柱に軸支されて、空洞内のほぼ中心に、三基のプロペラ回転体が三連に配置されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電ユニットを備えた電気自動車。
3. 前記風力発電ユニットは、自動車の屋根に回転自在に取り付けられ、風向に合わせて変移制御できることを特徴とする請求項１記載の風力発電ユニットを備えた電気自動車。
4. 前記風車の支柱の中途に振動発電装置を設け、その振動発電装置は、一対の圧電素子とその圧電素子の間に設けた接触子を備えた振動板の端部に揺れる尾ひれ部を付設したことを特徴とする請求項１に記載の風力発電ユニットを備えた電気自動車