JP6087790B2

JP6087790B2 - 移動体用発電装置

Info

Publication number: JP6087790B2
Application number: JP2013232379A
Authority: JP
Inventors: 英伸高尾; 曽根　靖博; 靖博曽根; 秀実陸田; 田中　義和; 義和田中
Original assignee: Hiroshima University NUC; Toyoda Iron Works Co Ltd
Current assignee: Hiroshima University NUC; Toyoda Iron Works Co Ltd
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: EP3068030A1; CN105684294A; EP3068030B1; CN105684294B; JP2015095914A; US10075103B2; WO2015068427A1; EP3068030A4; US20160268932A1

Description

本発明は移動体用発電装置に係り、特に、大きな起電力が得られる発電装置を軽量で且つコンパクトに構成する技術に関するものである。

移動体が移動する際の外部流体の相対的な流れに基づいて発電する移動体用発電装置が提案されている。特許文献１に記載の装置はその一例で、車両のボンネット内に風車を配置し、走行中の外気の流れで風車を回転させて発電するようになっている。また、特許文献２には、リヤスポイラーの両端の支持部に電磁誘導等による発電装置を配置し、走行中の外気の流れでリヤスポイラーが上下方向へ振動させられる際に、その振動のエネルギーを電気エネルギーに変換するようになっている。

特開２０１０−２０９７８６号公報特開２００８−３０６４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、重量増加や走行抵抗増加によって燃費が悪化する。特許文献２に記載の技術では、リヤスポイラーの両端の支持部に配置されるため、発電装置の増設による起電力のアップが難しい。

本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、移動体が移動する際の外部流体の相対的な流れに基づいて発電する移動体用発電装置を、軽量で且つコンパクトに構成しつつ大きな起電力が容易に得られるようにすることにある。

かかる目的を達成するために、移動体が移動する際の外部流体の相対的な流れに基づいて発電する移動体用発電装置は、（ａ）弾性変形可能な平板形状の基盤材と圧電フィルムとが交互に積層され、前記外部流体の流れによってその基盤材が板厚方向へ弾性変形させられることによりその圧電フィルムが撓み変形させられて発電する平板形状の複数の発電ユニットと、（ｂ）前記移動体に配設され、前記複数の発電ユニットが前記外部流体の流れ方向と交差する方向に互いに離間して配置されるとともに、その複数の発電ユニットの平板形状の平板面がその外部流体の流れ方向と略平行な姿勢になるように、その外部流体が流通する箇所にその複数の発電ユニットを保持する保持部材と、を有することを特徴とする。
なお、上記平板形状は、発電ユニットが外部流体によって変形させられていない時の形状で、保持部材によって保持されている基準形状である。

上記構成において、前記複数の発電ユニットは、前記平板形状の平板面が互いに平行で且つ前記外部流体の流れ方向と略平行になる一定の姿勢で前記保持部材に配設されていることを特徴とする。

上記構成において、前記発電ユニットは長手平板形状を成しており、その長手方向が前記外部流体の流れ方向と略直交する姿勢でその長手方向の両端部が前記保持部材によって保持されていることを特徴とする。

上記構成において、前記発電ユニットは、前記長手平板形状における前記長手方向の両端部のうち、その長手方向と直角な幅方向において前記外部流体の流れ方向の上流側に位置する部分が前記保持部材に固定されており、下流側はその保持部材に対して板厚方向へ変位可能であることを特徴とする。

上記構成において、前記保持部材は、前記移動体の前側から見た状態で矩形の枠形状を成しており、その移動体の前後方向が前記外部流体の流れ方向として前記複数の発電ユニットがその保持部材によって保持されていることを特徴とする。

上記構成において、（ａ）前記移動体は、略水平な横フィンおよび略垂直な縦フィンの何れかが複数設けられたフロントグリルを有する車両で、（ｂ）前記発電装置は前記フロントグリルの後方に配設されるとともに、前記複数の発電ユニットは前記平板面が前記フィンと略平行になる姿勢で配置され、車両前側から見た正面視においてそのフィンと平行な方向の両端部が保持部材によって保持されており、そのフィンの隙間から導入された外気の流れによって該発電ユニットが変形させられることにより発電することを特徴とする。

上記構成において、前記フィンは、前記車両の前後方向に切断した断面が、車両後方側へ向かうに従って前記発電装置の中央部側へ近付く傾斜部を有することを特徴とする。

このような移動体用発電装置においては、弾性変形可能な基盤材と圧電フィルムとが交互に積層され、外部流体の流れによって基盤材が板厚方向へ弾性変形させられることにより圧電フィルムが撓み変形させられて発電する平板形状の発電ユニットが用いられるため、軽量で且つコンパクトに構成できる。また、複数の発電ユニットが、外部流体の流れ方向と交差する方向に互いに離間して配置され、且つ、平板形状の平板面が外部流体の流れ方向と略平行な姿勢になるように保持部材によって保持されているため、移動体の移動抵抗の増加を抑制しつつ多数の発電ユニットを互いに近接して密に配設することにより大きな起電力を容易に確保できる。

また、上記複数の発電ユニットが、平板形状の平板面が互いに平行で且つ外部流体の流れ方向と略平行になる一定の姿勢で保持部材に配設されているため、多数の発電ユニットを互いに干渉しないように高密度で配置することが可能で、限られた配置スペース内でより大きな起電力を確保することができる。

さらに、発電ユニットが長手平板形状を成している場合で、その長手方向が外部流体の流れ方向と略直交する姿勢でその長手方向の両端部が保持部材によって保持されているため、外部流体の流れによって発電ユニットの長手方向の中間部分が板厚方向に往復変形するように好適に振動させられ、効率的に発電することができる。

また、上記長手平板形状における長手方向の両端部のうち、その長手方向と直角な幅方向において外部流体の流れ方向の上流側に位置する部分が保持部材に固定されており、下流側はその保持部材に対して板厚方向へ変位可能であるため、その分だけ圧電フィルムの変形領域が大きくなって更に効率的に発電することができる。

さらに、移動体の前側から見た状態で矩形の枠形状を成す保持部材が用いられ、移動体の前後方向が外部流体の流れ方向として複数の発電ユニットが保持されているため、発電装置の取り扱いが容易である。例えば電気自動車の場合、ラジエータを必要としないため、エンジン駆動車両に設置されているラジエータサポートに発電装置を組み込むことが可能で、従来部品を利用して簡単且つ安価に車両に設置することができる。

また、複数の横フィンまたは縦フィンが設けられたフロントグリルを有する車両に関するもので、複数の発電ユニットはそのフィンと略平行になる姿勢で配置され、車両前側から見た正面視においてそのフィンと平行な方向の両端部が保持部材によって保持されているため、そのフィンの隙間から導入される外気によって発電ユニットが効率良く変形させられ、高い発電効率が得られる。また、フィンによって外気の流れを制御できるため、更に効率的に発電することができる。

さらに、上記フィンが車両後方側へ向かうに従って発電装置の中央部側へ近付く傾斜部を有するため、発電装置を通過する際の外気の風速（流速）が速くなるとともに、発電ユニットの中央部分を集中して通過し、且つ渦流等の乱流が発生し易くなるため、発電ユニットの変形量、変形速度および周波数が大きくなって一層効率的に発電することができる。

本発明の一実施例である車両用発電装置の概略斜視図である。図１の発電装置が車両に搭載された状態の概略図で、図１におけるII−II矢視断面に相当する部分の断面図である。図１の発電装置の正面図である。図１の発電装置の平面図である。図１の発電装置の側面図である。図１の発電装置の発電ユニットの上端固定部分の断面図である。図１の発電装置の発電ユニットを長手方向に沿って切断した断面図である。図７の発電ユニットが撓み変形させられた状態を示す断面図である。発電ユニットの発電原理を説明する図である。外気の流れ方向と平行に配置された発電ユニットの振動原理を説明する図である。図１の発電装置に設けられた電気回路の一部を示す回路図である。発電ユニットの長手方向の両端部のうち外気の流れ方向の上流側部分のみを固定する場合の概略斜視図である。複数の発電ユニットを水平配置した車両用発電装置の一例を示す概略斜視図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、図２に対応する断面図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、図２に対応する断面図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、図１における XVI−XVI 矢視断面に相当する部分の断面図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、図１６に対応する断面図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、図１３における XVIII−XVIII 矢視断面に相当する部分の断面図である。本発明の更に別の実施例を説明する図で、図１８に対応する断面図である。幅寸法および硬さが異なる４種類の試験品１〜４を用いて、風速を変化させつつ発電量を調べた結果を示す図である。発電ユニットの別の例を説明する図で、図７に対応する断面図である。発電ユニットの更に別の例を説明する図で、図７に対応する断面図である。

本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される発電装置に適用されるが、航空機や船舶などの他の移動体用の発電装置にも適用され得る。発電装置は、それ等の移動体の外部、例えば翼周り等に外付けで配置しても良いし、移動体の内部に外部流体の流路を設けて、その流路に配置することも可能である。外部および内部の両方に本発明の発電装置を設置することもできる。

基盤材としては、例えば天然ゴムや合成ゴム等のエラストマー、シリコン等が好適に用いられる。この基盤材の硬度によって外部流体の流速に対する変形特性や発電特性が相違するため、硬度が異なる複数種類の基盤材を用いた複数種類の発電ユニットを組み合わせて配置することで、幅広い流速域で効率良く発電させることができる。例えば車両の場合、ショアＡ硬さが１０〜７０程度の範囲内の基盤材が好適に用いられるが、低風速域ではショアＡ硬さが１５程度の低硬度材が適当で、高風速域ではショアＡ硬さが６０程度の高硬度材が適当であり、それ等を基盤材とする複数種類の発電ユニットを組み合わせて発電装置を構成することができる。但し、例えば低風速域から高風速域まで発電できる低硬度材を用いた発電ユニットなど、一種類の基盤材を用いて構成された一種類の発電ユニットのみで発電装置を構成することも可能である。基盤材の硬さは、流体の種類（液体、気体など）や流速等を考慮して、その流体の流れによって所定の変形特性が得られるように適宜定められる。

圧電フィルムは、圧電効果（ピエゾ効果）を有する圧電性物質にて構成されたフィルムで、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やポリシアン化ビニリデンなどが好適に用いられる。この圧電フィルムの両面には、アルミニウム等の電極膜が蒸着、スパッタリング、導電性ペースト等によって設けられ、その電極膜に電気配線が接続される。基盤材および圧電フィルムは、交互に２層（各１層ずつ）以上積層されれば良いが、発電効率を上げるために圧電フィルムを２層以上とし、基盤材を合わせて３層以上の積層構造が望ましい。３層構造の場合、基盤材の両面に圧電フィルムを貼り合わせれば良い。

基盤材および圧電フィルムが積層された発電ユニットは、第３発明のように長手平板形状を成すものが望ましいが、正方形等でも良いなど、種々の平板形状の発電ユニットを採用できる。この発電ユニットは、平板面が外部流体の流れ方向と略平行になる姿勢で配置されるが、流れ方向は必ずしも一定でないため、例えば基準となる流れ方向（車両の前後方向など）に対して±１５°（合計で３０°）程度の範囲内で傾斜する姿勢で配置することも可能である。第２発明では、外部流体の流れ方向と略平行になる一定の姿勢で保持部材に配置されるが、他の発明の実施に際しては、外部流体の流れに応じて揺動可能に保持部材に配設することもできる。この発電ユニットは、十分な起電力を確保する上で３枚以上の多数設けることが望ましい。

第４発明では、長手方向と直角な幅方向において外部流体の流れ方向の上流側に位置する部分が保持部材に固定されており、下流側は保持部材に対して板厚方向へ変位可能であるが、他の発明の実施に際しては、長手方向の端縁の全域、すなわち上流側端部から下流側端部までの幅方向の全長に亘って保持部材に固定しても良い。第５発明では、移動体の前側から見た状態で矩形の枠形状を成す保持部材が用いられているが、三角形や台形、五角形、菱形等の種々の枠形状の保持部材を採用することができる。

第６発明では、車両の前側から見た正面視において複数の発電ユニットがフィンと略平行になる姿勢で配置されるが、他の発明の実施に際しては、その正面視においてフィンと略直交する姿勢で配置することもできる。すなわち、横フィンを有するフロントグリルが用いられる場合に、複数の発電ユニットを略垂直に配置したり、縦フィンを有するフロントグリルが用いられる場合に、複数の発電ユニットを略水平に配置したりしても良い。第７発明では、車両後方側へ向かうに従って発電装置の中央部分に近付く傾斜部を有するフィンが設けられているが、他の発明の実施に際しては傾斜部の無い略水平或いは略垂直なフィンを設けることもできる。横フィンは、車両前後方向に所定の幅寸法を有して車両幅方向に略水平に配置される平板形状の部材であり、上下方向に離間して複数設けられる。縦フィンは、車両前後方向に所定の幅寸法を有して上下方向に略垂直に配置される平板形状の部材であり、車両幅方向に離間して複数設けられる。何れの場合も、連結リブ等により複数のフィンを中間部分で連結しても良い。他の発明の実施に際しては、格子状や、横フィンおよび縦フィンを備えていないハニカム形状等のフロントグリルを用いることも可能である。

以下、本発明の実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において、図は説明のために適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明の一実施例である車両用の発電装置１０を示す概略斜視図で、図２に示すように車両のエンジンルーム１２内の前端部分に配置されて用いられる。図２は、図１におけるII−II矢視部分の断面図に相当する。この車両は、ラジエータを必要としない電気自動車で、本実施例では、そのラジエータが配設されるラジエータサポート１４に発電装置１０が組み付けられている。図２では、ラジエータサポート１４のアッパサポート１６およびロアサポート１８が図示されており、このラジエータサポート１４は車両のフレーム等に固定されている。上記発電装置１０は、移動体である車両が走行する際の外気２０の相対的な流れに基づいて発電するもので、車両前端のバンパリインフォース２２の上下に亘って配置されたフロントグリル２４には多数の外気導入部（穴やスリット）２６が設けられ、矢印で示すようにエンジンルーム１２内に外気２０が導入されるようになっている。発電装置１０は、バンパリインフォース２２の上方および下方へ突き出すように配置されている。外気２０は外部流体に相当する。なお、電気自動車の場合、エンジンが搭載されないが、エンジン等が配設されていた従来の「エンジンルーム」の名称をそのまま用いて説明する。

図３は、発電装置１０の正面図で、図４は平面図、図５は側面図である。これ等の図から明らかなように、発電装置１０は、長方形の枠形状を成す保持部材３０と、その保持部材３０によって保持されている多数（実施例では５枚）の発電ユニット３２とを有して構成されており、保持部材３０は矩形枠状のラジエータサポート１４の内側に嵌め入れられて一体的に組み付けられる。図３の正面図は、発電装置１０がラジエータサポート１４に組み付けられて車両に配置された場合に、車両前側から見た状態と同じであり、多数の発電ユニット３２は、それぞれ外気２０の流れ方向（車両の前後方向）と略直交する略垂直な姿勢で互いに平行に、且つ外気２０の流れ方向と直角な水平方向（車両の幅方向）に互いに離間して保持部材３０に配置されている。

図７は、発電ユニット３２を長手方向に沿って切断した断面図で、弾性変形可能な基盤材３４の両面に一対の圧電フィルム３６が貼り合わされており、長方形の平板形状を成しているとともに、その長手方向の両端部においてそれぞれ固定部材３８、４０を介して保持部材３０に取り付けられている。上端部の固定構造を示す図６から明らかなように、固定部材３８は例えばアルミニウム等の金属にて構成されているとともに断面Ｕ字形状を成しており、その断面Ｕ字形状の固定部材３８の一方の側壁に螺合されたボルト４２が締め付けられることにより、ナイロン等の樹脂材料にて構成された固定板４４が、固定部材３８の他方の側壁との間で発電ユニット３２の端部を挟んで一体的に固定している。固定部材３８および固定板４４は、発電ユニット３２の幅寸法と略等しい長さ寸法を有し、発電ユニット３２の幅方向の全域に亘って固定部材３８に一体的に固定されている。発電ユニット３２の下端部も、上端部と同様にボルトおよび固定板を介して固定部材４０に固定されている。

上記固定部材３８および４０は、発電ユニット３２の長手方向（上下方向）に所定の引張力を付与するように、少なくとも一方が上下方向の位置調整可能に保持部材３０に配設されており、これ等の固定部材３８、４０に両端部が固定された発電ユニット３２は、外気２０の影響を受けない時の基準形状が長方形の平板形状とされる。この引張力を変更することで、外気２０の流れによる発電ユニットの変形特性や発電特性を調整することが可能で、予め実験等により適宜定められる。発電ユニットの変形特性や発電特性は、外気２０の風速（車速）によっても異なるため、引張力が異なる発電ユニット３２を組み合わせて配置することで、幅広い風速で効率良く発電できるようにすることも可能である。ばね等の付勢手段を用いて発電ユニット３２に引張力を付与することもできる。固定部材３８、４０はまた、外気２０の流れ方向と略平行である車両の前後方向と平行に保持部材３０に配設されており、これにより多数の発電ユニット３２は、平板形状の平板面が互いに平行となり且つ外気２０の流れ方向と略平行になる一定の姿勢で保持部材３０に保持される。なお、これ等の固定部材３８、４０を、例えば略垂直な軸心まわりに所定の角度範囲（例えば車両前後方向を中心として±１５°程度の範囲）で揺動可能に保持部材３０に配設し、発電ユニット３２を揺動可能とすることもできる。

上記発電ユニット３２を構成している前記基盤材３４は、ショアＡ（デュロメータタイプＡ）硬さが１５〜６０程度の範囲内のエラストマーなどの弾性体である。この基盤材３４の硬度を変更することで、外気２０の流れによる発電ユニットの変形特性や発電特性を調整することが可能で、予め実験等により適宜定められ、多数の発電ユニット３２は硬度が略等しい同じ材質の基盤材３４を用いて構成される。この基盤材３４の両面に貼り付けられた一対の圧電フィルム３６は、圧電効果を有する圧電性物質にて構成されたフィルムで、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が用いられる。この圧電フィルム３６の両面には、アルミニウム等の電極膜５０、５２が蒸着、スパッタリング、導電性ペースト等によって設けられ、その電極膜５０、５２にそれぞれ電気配線５４、５６が接続される。なお、発電ユニット３２の表面は、非導電性合成樹脂等の被覆材５８で被覆されている。

このような発電ユニット３２は、外気２０の流れによって基盤材３４が板厚方向へ弾性変形させられると、それに伴って圧電フィルム３６が撓み変形させられ、一対の電極膜５０、５２の間に起電力が発生する。図８は、図７の発電ユニット３２の変形態様の一例で、長手方向の中間部分が上方へ突き出すように弾性変形させられた場合であり、例えば図９の(a) →(b) に示すように圧電フィルム３６内の電荷が分極し、この分極によって電位差が発生する。また、外気２０の流れ方向と略平行に配置された発電ユニット３２は、図３におけるＸ−Ｘ断面に相当する図１０に示すように、外気２０の流れによって生じる圧力差で長手方向の中央部分が板厚方向の一方へ弾性変形すると（変形状態Ｉ）、その弾性で逆方向へ向かう力が発生するため、板厚方向のもう一方へ弾性変形する（変形状態II) 。この変形状態Ｉと変形状態IIとが交互に繰り返し発生することで、発電ユニット３２が図３に矢印Ａで示すように振動し、電荷の分極が繰り返し変化するとともに、継続して発電することができる。発電ユニット３２の長さや引張力で固有振動数を調整し、一定の条件下で共振させることもできる。図１１は、発電装置１０が備えている電気回路６０の一例で、一つの発電ユニット３２に関する部分であり、整流ブリッジ回路６２により整流してバッテリー等の蓄電装置６４を充電することができる。基盤材３４の両側に設けられた一対の圧電フィルム３６に生じる電位差の正負は一定の関係で変化するため、一方の整流ブリッジ回路６２を省略し、共通の単一の整流ブリッジ回路６２で整流することもできる。

このような車両用の発電装置１０においては、弾性変形可能な基盤材３４と圧電フィルム３６とが交互に積層され、外気２０の流れによって基盤材３４が板厚方向へ弾性変形させられることにより圧電フィルム３６が撓み変形させられて発電する平板形状の発電ユニット３２が用いられているため、軽量で且つコンパクトに構成できる。また、多数の発電ユニット３２が、外気２０の流れ方向と交差する車両幅方向に互いに離間して配置され、且つ、平板形状の平板面が外気２０の流れ方向と略平行な姿勢になるように保持部材３０によって保持されているため、車両の走行抵抗の増加を抑制しつつ多数の発電ユニット３２を互いに近接して密に配設することにより大きな起電力を容易に確保できる。

また、多数の発電ユニット３２は、平板形状の平板面が互いに平行で且つ外気２０の流れ方向と略平行になる一定の姿勢で保持部材３０に配設されているため、多数の発電ユニット３２を互いに干渉しないように高密度で配置することが可能で、限られた配置スペース内でより大きな起電力を確保することができる。

また、発電ユニット３２が長方形の平板形状を成しているとともに、その長手方向が外気２０の流れ方向と略直交する垂直姿勢でその長手方向の上下両端部が保持部材３０によって保持されているため、外気２０の流れによって発電ユニット３２の長手方向の中間部分が板厚方向に往復変形するように好適に振動させられ、効率的に発電することができる。

また、車両の前側から見た状態で矩形の枠形状を成す保持部材３０が用いられ、車両の前後方向が外気２０の流れ方向として多数の発電ユニット３２が保持されているため、発電装置１０の取り扱いが容易である。すなわち、本実施例はラジエータを必要としない電気自動車に関するもので、不要となったラジエータサポート１４に発電装置１０を組み込んで車両に配置することが可能であり、従来部品を利用して簡単且つ安価に車両に設置することができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の実施例において前記実施例と実質的に共通する部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

図１２は、前記実施例に比較して発電ユニット３２の上下両端部を保持部材３０に取り付けるための一対の固定部材７０、７２が相違する。この固定部材７０、７２は、前記固定部材３８、４０に比較して長さ寸法が短く、発電ユニット３２の幅方向すなわち車両の前後方向において、外気２０の流れ方向の上流側（車両前側）に位置する部分のみが、図示しないボルトや固定板などで固定されるようになっている。したがって、発電ユニット３２の幅方向のうち、外気２０の流れ方向の下流側に位置する部分は、上端から下端まで板厚方向へ自由に変形することが可能で、その分だけ圧電フィルム３６の変形領域が大きくなって更に効率的に発電することができる。

図１３の発電装置８０は、多数の発電ユニット３２を、その長手方向が車両幅方向となり且つ平板面が略水平で互いに平行になる姿勢で配置し、車両幅方向の両端部が前記保持部材３０に固定されている場合で、前記実施例と同様の作用効果が得られる。

図１４は、ラジエータサポート１４に配設される前記発電装置１０とは別に、その発電装置１０とフロントグリル２４との間であってバンパリインフォース２２の上下の２箇所に、複数の発電ユニット３２を有する一対の発電装置８２、８４を追加して配置した場合であり、一層効率的に発電することができる。また、電気自動車以外のラジエータを必要とする自動車（ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、ガソリン車、ディーゼル車等）においては、その一対の発電装置８２、８４だけを配置することで、前記実施例と同様の作用効果が得られる。

図１５は、前記発電装置１０とフロントグリル２４との間に、外気２０を発電装置１０の上下方向の中央部分に導く一対の導風板９０、９２を配置した場合である。導風板９０、９２は、バンパリインフォース２２の中心を通る車両前後方向の中心軸Ｓに対して、車両後方側へ向かうに従ってその中心軸Ｓに近付く傾斜部を備えている。この中心軸Ｓは、発電装置１０の中央部付近を通っており、導風板９０、９２は、車両後方側へ向かうに従って発電装置１０の中央部側へ傾斜している。この場合には、発電装置１０を通過する際の外気２０の風速が速くなるとともに、発電ユニット３２の中央部分を集中して通過し、且つ渦流等の乱流が発生し易くなるため、発電ユニット３２の変形量、変形速度および周波数が大きくなって一層効率的に発電することができる。

図１６は、図１における XVI−XVI 矢視断面に対応する断面図で、略垂直な縦フィン１０２が車両幅方向に離間して多数設けられたフロントグリル１００が用いられており、発電装置１０に略垂直に配置されて上下の両端部が保持部材３０に固定された多数の発電ユニット３２は、車両の前側から見た正面視において縦フィン１０２と略平行な姿勢になる。これにより、その縦フィン１０２の隙間から導入された外気２０によって発電ユニット３２が効率良く変形させられ、高い発電効率が得られる。また、縦フィン１０２は、図１６に示す水平断面において、車両後方側へ向かうに従って中心軸Ｓに近付くように車両幅方向の内側へ傾斜する傾斜部１０２ｓを備えている。このため、導入された外気２０は、車両幅方向において発電装置１０の中央部分側すなわち発電ユニット３２が配置された部分を集中的に通過させられ、風速が速くなるとともに、渦流等の乱流が発生し易くなるため、発電ユニット３２の変形量、変形速度および周波数が大きくなって一層効率的に発電することができる。なお、図１７に示すようにフィン全体が車両後方側へ向かうに従って中心軸Ｓに近付くように傾斜している縦フィン１０３を設けても同様の作用効果が得られる。縦フィン１０３は全体が傾斜部に相当する。

図１８は、図１３における XVIII−XVIII 矢視断面に対応する断面図で、略水平な横フィン１０６が車両上下方向に離間して多数設けられたフロントグリル１０４が用いられており、発電装置８０に略水平に配置されて左右の両端部が保持部材３０に固定された多数の発電ユニット３２は、車両の前側から見た正面視において横フィン１０６と略平行な姿勢になる。これにより、その横フィン１０６の隙間から導入された外気２０によって発電ユニット３２が効率良く変形させられ、高い発電効率が得られる。また、横フィン１０６は、図１８に示す垂直断面において、車両後方側へ向かうに従って中心軸Ｓに近付くように上下方向の内側へ傾斜する傾斜部１０６ｓを備えている。このため、導入された外気２０は、車両上下方向において発電装置８０の中央部分側すなわち発電ユニット３２が配置された部分を集中的に通過させられ、風速が速くなるとともに、渦流等の乱流が発生し易くなるため、発電ユニット３２の変形量、変形速度および周波数が大きくなって一層効率的に発電することができる。なお、図１９に示すようにフィン全体が車両後方側へ向かうに従って中心軸Ｓに近付くように傾斜している横フィン１０７を設けても同様の作用効果が得られる。横フィン１０７は全体が傾斜部に相当する。

図２０は、前記発電ユニット３２の基盤材３４の材質（硬さ）および幅寸法を変更して、風速に対する発電特性を調べた結果で、「柔らかい」ものはショアＡ硬さが１５、「硬い」ものはショアＡ硬さが６０である。この結果から、低風速域すなわち低車速（時速４０ｋｍ程度未満）ではショアＡ硬さが１５程度の低硬度材且つ幅が広いもの（幅２０ｍｍ程度）が適当で、高風速域すなわち高車速（時速４０ｋｍ程度以上）ではショアＡ硬さが６０程度の高硬度材且つ幅が狭いもの（幅１０ｍｍ程度）が適当である。すなわち、基盤材３４の硬度および幅寸法によって外気２０の風速に対する発電ユニット３２の変形特性や発電特性が相違するため、硬度および幅寸法が異なる複数種類の基盤材３４を用いた複数種類の発電ユニット３２を組み合わせて配置することで、幅広い風速域（車速域）で効率良く発電することができる。

図２１および図２２は前記図７に対応する断面図で、発電ユニットの別の例を説明する図である。図２１の発電ユニット１１０は、前記発電ユニット３２に比較して、基盤材３４の両面に積層された一対の圧電フィルム３６の両側（外側）に更に一対の基盤材１１２が積層されているとともに、その上に一対の圧電フィルム１１４が積層されており、計７層構造とされている。基盤材１１２、圧電フィルム１１４は、それぞれ基盤材３４、圧電フィルム３６と同じ材料で構成されるが、基盤材１１２の板厚は基盤材３４の板厚よりも薄く、全体として板厚方向へ弾性変形することが許容される。この場合は、計４枚の圧電フィルム３６、１１４で発電するため、一層高い発電効率が得られる。

図２２の発電ユニット１２０は、上記発電ユニット１１０に比較して外側の一対の圧電フィルム１２２の長さが短く、長手方向の中央部分に部分的に積層されている。このように変形量の大きい部位のみ積層することで、発電ユニット全体の剛性アップを抑制して、効率良く発電性能を向上させることができる。さらに、積層数増加による圧電フィルムのコスト増加を極力抑制できる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、これ等はあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０、８０、８２、８４：発電装置（移動体用発電装置）２０：外気（外部流体）３０：保持部材３２、１１０、１２０：発電ユニット３４、１１２：基盤材３６、１１４、１２２：圧電フィルム１００、１０４：フロントグリル１０２、１０３：縦フィン１０２ｓ：傾斜部１０６、１０７：横フィン１０６ｓ：傾斜部Ｓ：中心軸

Claims

移動体が移動する際の外部流体の相対的な流れに基づいて発電する移動体用発電装置であって、
弾性変形可能な平板形状の基盤材と圧電フィルムとが交互に積層され、前記外部流体の流れによって該基盤材が板厚方向へ弾性変形させられることにより該圧電フィルムが撓み変形させられて発電する平板形状の複数の発電ユニットと、
前記移動体に配設され、前記複数の発電ユニットが前記外部流体の流れ方向と交差する方向に互いに離間して配置されるとともに、該複数の発電ユニットの平板形状の平板面が該外部流体の流れ方向と略平行な姿勢になるように、該外部流体が流通する箇所に該複数の発電ユニットを保持する保持部材と、を有し、
前記発電ユニットは長手平板形状を成しており、その長手方向が前記外部流体の流れ方向と略直交する姿勢で該長手方向の両端部が前記保持部材によって保持され、且つ前記長手平板形状における前記長手方向の両端部のうち、該長手方向と直角な幅方向において前記外部流体の流れ方向の上流側に位置する部分が前記保持部材に固定されており、下流側は該保持部材に対して板厚方向へ変位可能であることを特徴とする移動体用発電装置。
略水平な横フィンおよび略垂直な縦フィンの何れかが複数設けられたフロントグリルを有する車両を移動体とし、前記フロントグリルの後方に配設され、前記移動体が移動する際の外部流体の相対的な流れに基づいて発電する移動体用発電装置であって、
弾性変形可能な平板形状の基盤材と圧電フィルムとが交互に積層され、前記外部流体の流れによって該基盤材が板厚方向へ弾性変形させられることにより該圧電フィルムが撓み変形させられて発電する平板形状の複数の発電ユニットと、
前記移動体に配設され、前記複数の発電ユニットが前記外部流体の流れ方向と交差する方向に互いに離間して配置されるとともに、該複数の発電ユニットの平板形状の平板面が該外部流体の流れ方向と略平行な姿勢になるように、該外部流体が流通する箇所に該複数の発電ユニットを保持する保持部材と、を有し、
前記複数の発電ユニットは前記平板面が前記フィンと略平行になる姿勢で配置され、車両前側から見た正面視において該フィンと平行な方向の両端部が保持部材によって保持されており、該フィンの隙間から導入された外気の流れによって該発電ユニットが変形させられることにより発電することを特徴とする移動体用発電装置。
前記複数の発電ユニットは、前記平板形状の平板面が互いに平行で且つ前記外部流体の流れ方向と略平行になる一定の姿勢で前記保持部材に配設されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体用発電装置。
前記保持部材は、前記移動体の前側から見た状態で矩形の枠形状を成しており、該移動体の前後方向が前記外部流体の流れ方向として前記複数の発電ユニットが該保持部材によって保持されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の移動体用発電装置。
前記発電ユニットは長手平板形状を成しており、その長手方向が前記外部流体の流れ方向と略直交する姿勢で該長手方向の両端部が前記保持部材によって保持されている
ことを特徴とする請求項２に記載の移動体用発電装置。
前記発電ユニットは、前記長手平板形状における前記長手方向の両端部のうち、該長手方向と直角な幅方向において前記外部流体の流れ方向の上流側に位置する部分が前記保持部材に固定されており、下流側は該保持部材に対して板厚方向へ変位可能である
ことを特徴とする請求項５に記載の移動体用発電装置。
前記フィンは、前記車両の前後方向に切断した断面が、車両後方側へ向かうに従って前記発電装置の中央部側へ近付く傾斜部を有する
ことを特徴とする請求項２又は５又は６に記載の移動体用発電装置。