JP3224745U - 車輪発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤ等の回転体のホイールの内側に発電用コイルを設置する事が出来、発電用コイルの数も多く設置する事が出来、大きな電力（エネルギー）を出力する事が出来、当該電力を種々の用途に供給する事が出来、当該電力の供給を受ける蓄電池の負担も小さくして長寿命化を図る事が出来る車輪発電システムを提供すること。【解決手段】車（ハイブリッド車）、電動バイクの車輪のホイール内部に発電コイルを設置し電極の回転を速める装置として歯車を利用。アシスト自転車にも応用する事が出来る。発電コイルの個数を多く設置し、電極（Ｎ極・Ｓ極）の回転を最大限に上げる。【選択図】 図１

Description

本考案は、車・バイク・自転車など電動エンジンを主とする車輌のモーターや蓄電池に電気の補充を行う車輪発電システムに関する。

電動エンジンで駆動する車・バイク・アシスト自転車は、基本的に蓄電池を搭載して走行する仕組みである。蓄電池の性能が良くても電気は一定距離走行することで消費される為、電動バイクやアシスト自転車の走行途中での充電が難しい。

蓄電池の寿命が短い。

特開２０１６−５３２４１３号公報 特開２０１３−１０６４３８号公報 特開２０１２−０８６８１１号公報 国際公開第２００７／１４１８４１号 特開２００７−２３７９２７号公報

四輪車（ハイブリット）の一部は充電しながら走行しているが、わずかな充電しか得る事が出来ない。

電動バイクやアシスト自転車は、走行中には蓄電池に充電が出来ない。

蓄電池に充電する度に劣化が進み性能も低下していく。

蓄電池に充電するのに時間が掛かる。

特に、前記特許文献４および５においては、「発電機兼用駆動モータ」および「インホイールモータ駆動装置」が開示されているが、本考案のように車輌の走行時は常時発電するものではなく、車輌の減速時のみに発電を行うものであり、発電量も非常に少量であり、車輌の発電用として用いることができないものである。

本考案はこれらの点に鑑みてなされたものであり、車輌の運転時に常時発電することが出来、タイヤ等の回転体のホイールの内側に発電用コイルを設置する事が出来、発電用コイルの数も多く設置する事が出来、大きな電力（エネルギー）を出力する事が出来、当該電力を種々の用途に供給する事が出来、当該電力の供給を受ける蓄電池の負担も小さくして長寿命化を図る事が出来る車輪発電システムを提供することを目的とする。

本考案の第１の態様の車輪発電システムは、車輌の車体側に固定されている車軸に対して回転自在に取り付られている車輪のホイール内に発電を行うための発電用コイルおよび永久磁石からなる電極を組み合わせて設けている車輪発電システムであって、前記発電用コイルを前記車軸に固定させて設け、前記永久磁石を前記発電用コイルに対面させるとともに相対回転するように前記車軸に回転自在に設け、前記ホイールと前記永久磁石との間に、前記ホイールの回転を増速させて前記永久磁石に伝達する手段を設置し、前記車輪が回転する際に、当該車輪の回転を前記ホイールおよび回転を増速させる手段を通して前記永久磁石に伝達させて当該永久磁石を前記発電用コイルと相対回転させて当該発電用コイルによって発電させるように形成されていることを特徴とする。

本考案の第２の態様の車輪発電システムは、第１の態様において、前記ホイールの回転を増速して伝達する手段は、前記ホイールに固定された歯車と前記永久磁石に固定された歯車との間を、前記車軸側に支承された歯車群によって連結して形成されていることを特徴とする。

本考案の第３の態様の車輪発電システムは、第１または第２の態様において、 前記発電用コイルは、前記電極に対して複数組を設置したことを特徴とする。

本考案の第４の態様の車輪発電システムは、第１または第３のいずれかの態様において、前記発電用コイルは、前記電極を挟むように前記電極の両側にそれぞれ設置したことを特徴とする。

本考案の第５の態様の車輪発電システムは、第１または第４のいずれかの態様において、 前記発電用コイルによって発電した電気を外部に供給させることを特徴とする。

本考案によれば、車輌の運転時に常時発電することが出来、回転体の１種である車輪（タイヤ）のホイールの内側に発電用コイルを設置する事が出来、発電用コイルの数も多く取れるためエネルギーを大きく得る事が出来る。

本考案によれば、ホイール内に歯車を設置する事でタイヤが１回転するとＮ・Ｓ極の回転を12〜20倍にする事が出来る。
例 時速40kmで走行。タイヤの直径46cm。１時間に4,000,000cm走行する。
タイヤの円周は（直径46cm×3.14＝）約一周144cm。
4,000,000cm÷144cm＝約27,770回転
約27,770回転÷60（分）＝１分間約462回転
図３ Ａ歯数120÷Ｂ歯数15＝８
Ｃ歯数85÷Ｄ歯数50＝1.7
462回転×８×1.7＝約6,280r/min
一分間に電極（Ｎ極・Ｓ極）を約6,280回転させ出力も大きい。

本考案によれば、出力された電力は蓄電池に蓄積されたり、エンジンモーターの動力として併用利用が可能である。

本考案によれば、発電した電気はエンジンの駆動用電源として使用するので蓄電池の負担も小さくなるので寿命を長くする事が出来る。

電動バイクに適用された本考案の車輪発電システムの第１実施形態を示し、（ａ）は電動バイクの外観図、（ｂ）は車輪発電システム部分の拡大断面図、（ｃ）は図１（ｂ）の要部を示す中央縦断端面図 ハイブリット車に適用された本考案の車輪発電システムの第１実施形態を示し、（ａ）はハイブリッド車の前部分の外観図、（ｂ）は車輪発電システム部分の拡大断面図、（ｃ）は図２（ｂ）の要部を示す中央縦断端面図 第１実施形態の車輪発電システムの断面図 ハイブリット車と電動バイクの第１実施形態の車輌発電システムの側面からの断面図 第１実施形態の車輪発電システムの発電コイルの形態図 第１実施形態の車輪発電システムの組立て方の一例を示す分解断面図 電動バイクに適用された本考案の車輪発電システムの第２実施形態を示し、（ａ）は電動バイクの外観図、（ｂ）は車輪発電システム部分の拡大断面図、（ｃ）は図７（ｂ）の要部を示す中央縦断端面図 ハイブリット車に適用された本考案の車輪発電システムの第２実施形態を示し、（ａ）はハイブリッド車の前部分の外観図、（ｂ）は車輪発電システム部分の拡大断面図、（ｃ）は図８（ｂ）の要部を示す中央縦断端面図 第２実施形態の車輪発電システムの断面図 ハイブリット車と電動バイクの第２実施形態の車輌発電システムの側面からの断面図 第２実施形態の車輪発電システムの発電コイルの形態図 第２実施形態の車輪発電システムの組立て方の一例を示す分解断面図 第３実施形態の車輪発電システムの断面図 図１３のＸ−Ｘ線断面図 図１３のＹ−Ｙ線断面図

以下、本考案の車輪発電システムの第１実施形態を図１〜図６について説明する。

図１・図２は、タイヤのスポークａ１・スポークａ２の代わりに図３および図６に掲載してあるホイールボックス１の全体を設置する。

図３および図６に示すように、略円筒箱状のホイールボックス１の内部に同じく略円筒箱状のコイルボックス２を設置する。ホイールボックス１は有底円筒容器１ａの開口部に蓋部１ｂをボルト８によって固定して形成される。コイルボックス２は有底円筒容器２ａの開口部に蓋部２ｂをボルト９によって固定して形成される。ホイールボックス１と車軸４の接点部分にはベアリング３を設置してホイールボックス１はタイヤと一緒に回転する。車軸４は回転せず車体に固定している。車軸４にコイルボックス２を接続して固定する。コイルボックス２の内側に発電コイル５をなるべく多く円周方向等分位置に設置する図４・図５。

ホイールボックス１に電極（Ｎ極６・Ｓ極７）を電極誘導盤１１の外周部分に円周方向等分位置に設置したものを車軸４に回転自在にはめ込む。電極誘導盤１１は車軸４を軸として回転をする。第１実施形態においては、各電極（Ｎ極６・Ｓ極７）は発電コイル５の径方向内側に配置される。

図３および図６に示すように、ホイールボックス１の中に車軸の回転を増速して伝達する手段の１例として歯車Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄを設置する。歯車Ａは車軸４を軸として回転するようにホイールボックス１に連結筒部１３を介して接続されており、ホイールボックス１と同速に回転する。歯車Ｂは歯車Ａと噛み合せる。歯車Ｂと歯車Ｃは図示していないが一体的となるように接続させ、コイルボックス２の蓋部２ｂと歯車固定金具１２との間に配置された歯車回転軸Ｅに歯車Ｂ・歯車Ｃが同速に回転するように設置する。歯車Ｃは歯車Ｄと噛み合うように設置してあり、歯車Ｄは連結筒部１４を介して電極誘導盤１１と接続する。電極誘導盤１１と歯車Ｄは車軸４を軸として同速に回転をする。車軸４が移動すると、タイヤと一緒にホイールボックス１が車軸４を中心として回転する。ホイールボックス１と同速に回転する歯車Ａの回転が歯車Ｂ、Ｃ、Ｄと増速して伝達されて電極誘導盤１１が高速に回転する。これにより電極（Ｎ極６・Ｓ極７）が発電コイル５に対して高速に相対回転して発電コイル５によって発電される。発電コイル５から出力された電力は外部に供給されて蓄電池に蓄積されたり、エンジンモーターの動力として併用するとよい。車輪発電システムの性能を上げるためには、発電用コイル５の個数を増やしたり、歯車の個数や歯車の歯数を多くしたり少なくしたりして性能を上げるとよい。

図６は、車輪発電システムの組立て手順の一例である。

次に、本考案の車輪発電システムの第２実施形態を図７〜図１２について説明する。

第２実施形態においては、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。

図７・図８は、タイヤのスポークａ１・スポークａ２の代わりに図９および図１２に掲載してあるホイールボックス１の全体を設置する。

図９および図１２に示すように、略円筒箱状のホイールボックス１の内部に同じく略円筒箱状のコイルボックス２を設置する。ホイールボックス１は有底円筒容器１ａの開口部に蓋部１ｂをボルト８によって固定して形成される。コイルボックス２は軸方向両端部の円盤２ｃ、２ｄに対して円筒状の２つのスペーサ２ｅ、２ｆをボルト９によって固定して形成される。ホイールボックス１と車軸４の接点部分にはベアリング３を設置してホイールボックス１はタイヤと一緒に回転する。車軸４は回転せず車体に固定している。車軸４にコイルボックス２を接続して固定する。コイルボックス２の内側に発電コイル５をなるべく多く円周方向等分位置に設置する図１０・図１１。

ホイールボックス１に電極（Ｎ極６・Ｓ極７）を電極誘導盤１１の外周部分に円周方向等分位置に設置したものを車軸４に回転自在にはめ込む。第２実施形態においては、図９および図１２に示すように、電極誘導盤１１は小円盤部１１ａの外周に円筒状のスペーサ１１ｂをネジ止めによって固定し、スペーサ１１ｂの先端部に環状円盤部１１ｃをネジ止めによって固定して形成されている。各電極（Ｎ極６・Ｓ極７）は発電コイル５と軸４の軸方向に対面するように環状円盤１１ｃに固定されている。この電極誘導盤１１は車軸４を軸として回転をする。

図９および図１２に示すように、ホイールボックス１の中に歯車Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄを設置する。歯車Ａは車軸４を軸として回転するようにホイールボックス１に連結筒部１３を介して接続されており、ホイールボックス１と同速に回転する。歯車Ｂは歯車Ａと噛み合せる。歯車Ｂと歯車Ｃは図示していないが一体的となるように接続させ、コイルボックス２の円盤２ｄと歯車固定金具１２との間に配置された歯車回転軸Ａに歯車Ｂ・歯車Ｃが同速に回転するように設置する。歯車Ｃは歯車Ｄと噛み合うように設置してあり、歯車Ｄは連結筒部１４を介して電極誘導盤１１の小円盤部１１ａと接続する。電極誘導盤１１と歯車Ｄは車軸４を軸として同速に回転をする。車軸４が移動すると、タイヤと一緒にホイールボックス１が車軸４を中心として回転する。ホイールボックス１と同速に回転する歯車Ａの回転が歯車Ｂ、Ｃ、Ｄと増速して伝達されて電極誘導盤１１が高速に回転する。これにより電極（Ｎ極６・Ｓ極７）が発電コイル５に対して高速に相対回転して発電コイル５によって発電される。発電コイル５から出力された電力は外部に供給されて蓄電池に蓄積されたり、エンジンモーターの動力として併用するとよい。車輪発電システムの性能を上げるためには、発電用コイル５の個数を増やしたり、歯車の個数や歯車の歯数を多くしたり少なくしたりして性能を上げるとよい。

図１２は、車輪発電システムの組立て手順の一例である。

次に、本考案の車輪発電システムの第３実施形態を図１３〜図１５について説明する。

第３実施形態は、第２実施形態において電極誘導盤１１の両側に発電コイル２を設置するように形成したものであり、第２実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。

図１３に示すように、略円筒箱状のホイールボックス１の内部に同じく略円筒箱状のコイルボックス２を設置する。ホイールボックス１は有底円筒容器１ａの開口部に蓋部１ｂをボルト８によって固定して形成される。コイルボックス２は軸方向両端部の円盤２ｃ、２ｄに対して円筒状の３つのスペーサ２ｅ、２ｆ、２ｇを間に２つのコイル盤５ａ、５ｂを挟んでボルト９によって固定して形成される。コイルボックス２は軸方向両端部の円盤２ｃ、２ｄの外面とホイールボックス１の内面との間にはベアリング３ａを設けて円滑は相対回転が出来るように支承している。図１４および図１５に示すように、各コイル盤５ａ、５ｂには互いに対面するように複数の発電コイル５、５が円周方向等分位置に設置されている。ホイールボックス１と車軸４の接点部分にはベアリング３を設置してホイールボックス１はタイヤと一緒に回転する。車軸４は回転せず車体に固定している。車軸４にコイルボックス２を接続して固定する。

ホイールボックス１の２つのコイル盤５ａ、５ｂの発電コイル５の間に、１枚のディスク状の電極誘導盤１１であって電極（Ｎ極６・Ｓ極７）を外周部分に円周方向等分位置に設置した電極誘導盤１１を車軸４に回転自在にはめ込む。第３実施形態においては、各電極（Ｎ極６・Ｓ極７）は発電コイル５と軸４の軸方向に対面するように固定されている。この電極誘導盤１１は車軸４を軸として回転する。

図１３および図１５に示すように、コイルボックス２の中にホイールの回転を増速させて永久磁石が設置されている電極誘導盤１１に伝達する手段としての歯車群ａ〜ｉを設置する。歯車群ａ〜ｉは図１５に示すように順に噛合するように配置されており、図１３においては簡略して図示している。一方のコイル盤５ｂの内側には、発電コイル５を設置せずに増速手段を設置するために歯車固定金具１２をスペーサ１２ａとボルト１２ｂとによって固定している。歯車ａは車軸４を軸として回転するようにホイールボックス１およびコイルボックス２のコイル盤５ｂを貫通する連結筒部１３を介して接続されており、ホイールボックス１と同速に回転する。歯車ｉは電極誘導盤１１と一緒に回転するように歯車固定金具１２を貫通する電極誘導盤１１のハブ部に固定されている。歯車ａは歯車ｂと噛み合い、歯車ｂと歯車ｃは同体で一緒に回転する。歯車ｃは歯車ｄと噛み合い、歯車ｄと歯車ｅは同体で一緒に回転する。歯車ｅ歯車ｆと噛み合い、歯車ｆは歯車ｇと噛み合い、歯車ｇと歯車ｈは同体で一緒に回転する。歯車ｈと歯車ｉは同体で一緒に回転する。これにより電極誘導盤１１と歯車ｉは車軸４を軸として同速に回転をする。車軸４が移動すると、タイヤと一緒にホイールボックス１が車軸４を中心として回転する。ホイールボックス１と同速に回転する歯車ａの回転が歯車群ａ〜ｉと順に増速して伝達されて電極誘導盤１１が高速に回転する。これにより電極（Ｎ極６・Ｓ極７）が両側に配置されている発電コイル５に対して高速に相対回転して発電コイル５によって発電される。発電コイル５から出力された電力は外部に供給されて蓄電池に蓄積されたり、エンジンモーターの動力として併用するとよい。車輪発電システムの性能を上げるためには、発電用コイル５の個数を増やしたり、歯車の個数や歯車の歯数を多くしたり少なくしたりして性能を上げるとよい。本実施形態においては、電極誘導盤１１の電極（Ｎ極６・Ｓ極７）の両側に発電コイル５が配置されているので、電極（Ｎ極６・Ｓ極７）と発電コイル５とに間に形成される電磁力による電極誘導盤１１の回転を阻止する抵抗力が電極誘導盤１１の両側において発生して相互に相殺されることによって小さく抑えられる。これにより電極誘導盤１１は電磁的な抵抗力を受けることなく軽く回転することとなり、車輌の走行に対する抵抗力を小さく抑えることが出来る。

このように本考案によれば、車輌の運転時に常時発電することが出来、タイヤ等の回転体のホイールの内側に発電用コイルを設置する事が出来、発電用コイルの数も多く設置する事が出来、大きな電力（エネルギー）を出力する事が出来、当該電力を種々の用途に供給する事が出来、当該電力の供給を受ける蓄電池の負担も小さくして長寿命化を図る事が出来るという効果を発揮する事が出来る。

更に説明すれば、車輪発電システムの全体を車輪のホイール内に内装できるために、全体構成をコンパクトに形成することが出来る。あらゆる種類の車輌に簡単に適用することが出来る。車輌が電動モータ等を動力源とする場合には、車輌の走行時に常に電動モータの電源となる蓄電池に充電することが出来る。車輌の走行中は常に発電することができるので、発電効率が高く、発電量（エネルギー量）も多くなり、車輌の運行に利用できる電気量の豊富化を図ることができ、車輌の連続運行距離を長く確保することが出来る。

なお、本考案は前記実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて変更することができる。例えば、車軸の回転を増速して伝達する手段として、歯車群に代えてプーリとベルトとの組合わせとしてもよい。更に、前記各実施形態は回転体としてタイヤを例としたが、いかなる種類の車輌の車輪であってもよく、車輌以外の回転体であってもよい。

タイヤの内側には大きな空間が有る。そこに車輪発電システムを設置する事で、全てのハイブリッド車や電動バイクなどエンジンモーターの電源として使用が出来ると共に蓄電池の充電にも使用が出来る。アシスト自転車にも応用出来る。

ａ１…電動バイクの車輪スポーク、ａ２…四輪車のアルミホイール、１…ホイールボックス、２…コイルボックス、３、３ａ…ベアリング、４…車軸、５…発電コイル、６…Ｎ極、７…Ｓ極、８…５ｍｍボルト、９…３ｍｍボルト、１０…発電コイル配線、１１…電極誘導盤、１２…歯車固定金具、１３、１４…連結筒部、Ａ…歯車Ａ（歯数120）、Ｂ…歯車Ｂ（歯数15）、Ｃ…歯車Ｃ（歯数85）、Ｄ…歯車Ｄ（歯数50）、Ｅ…歯車回転軸、ａ〜ｉ…歯車群

Claims (5)

1. 車輌の車体側に固定されている車軸に対して回転自在に取り付られている車輪のホイール内に発電を行うための発電用コイルおよび永久磁石からなる電極を組み合わせて設けている車輪発電システムであって、
   前記発電用コイルを前記車軸に固定させて設け、
   前記永久磁石を前記発電用コイルに対面させるとともに相対回転するように前記車軸に回転自在に設け、
   前記ホイールと前記永久磁石との間に、前記ホイールの回転を増速させて前記永久磁石に伝達する手段を設置し、
   前記車輪が回転する際に、当該車輪の回転を前記ホイールおよび回転を増速させる手段を通して前記永久磁石に伝達させて当該永久磁石を前記発電用コイルと相対回転させて当該発電用コイルによって発電させるように形成されている
   ことを特徴とする車輪発電システム。
2. 前記ホイールの回転を増速して伝達する手段は、前記ホイールに固定された歯車と前記永久磁石に固定された歯車との間を、前記車軸側に支承された歯車群によって連結して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車輪発電システム。
3. 前記発電用コイルは、前記電極に対して複数組を設置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車輪発電システム。
4. 前記発電用コイルは、前記電極を挟むように前記電極の両側にそれぞれ設置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車輪発電システム。
5. 前記発電用コイルによって発電した電気を外部に供給させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車輪発電システム。