JP6508047B2 - 発電システム - Google Patents

Description

本発明は、風力を効率的に電力に変換可能な発電システムに関する。

従来、タイヤの回転力を利用して発電する技術としては、ホイールキャップの外側に２つの回転体を装着した車両用電飾装置（特許文献１）や、ホイールキャップの外側の風力を利用した車輪内発電機の回転方法（特許文献２）が知られている。

特開２００４−９０８８４号公報 特開平２−５５５５６号公報

特許文献１、２に開示された技術は、いずれも、空気入りタイヤの外側において、大気圧下での風力を利用する技術である。このため、利用できる気体の密度が高い状態ではないことから、風力を効率的に電力に変換することができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、風力を効率的に電力に変換可能な発電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る発電システムは、空気入りタイヤと、上記空気入りタイヤが装着されたホイールと、上記空気入りタイヤと上記ホイールとにより区画形成された内腔に、上記空気入りタイヤ又はホイールの少なくともいずれかに取り付けられた、少なくとも１体の発電風車と、を備える。

本発明に係る発電システムでは、電力を得るための発電風車の取り付け位置について改良を加えている。その結果、本発明に係る発電システムによれば、風力を効率的に電力に変換することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る発電システムを示す側方断面図である。 図２は、図１に示す発電風車４０の具体的構成例（プロペラ型）を示す斜視図である。 図３は、図２の丸囲み部分Ａ付近を詳細に示す側方透視図である。 図４は、内腔に発電風車が形成されていない状態で、車両に装着したタイヤを転動させた場合の、気流状態を示す側方断面図である。 図５は、図４に示す場合において、車両（タイヤ）を、通常の走行手順で走行させた場合の、タイヤの回転速度と内腔に存在する気体の回転速度との経時的変化の関係を示すグラフである。 図６は、ホイールに取り付けた発電風車のタイヤ回転に伴う挙動を示す側面図であり、（ａ）はタイヤに遠心力が働いていない状態を示し、（ｂ）はタイヤに遠心力が働いている状態を示す。 図７は、タイヤの内表面に取り付けたレール間に発電風車を配置して、発電風車をタイヤ周方向において摺動可能とした発電システムを示す透視斜視図である。 図８は、図２に示す発電風車から取り出される電力の供給タイプのバリエーションを示す斜視図であり、（ａ）は発電風車４０から電力線７０ａを介して外部に電力を直接供給するタイプ、（ｂ）は発電風車４０から電力線７０ａを介して電気を二次電池に一旦蓄えた後に電力線７０ｂを介して外部に電力を供給するタイプ、（ｃ）は発電風車４０から電力線７０ａを介して本システム内の各種センサ９０に電力を直接供給するタイプ、そして（ｄ）は発電風車４０から電力線７０ａを介して電気を二次電池に一旦蓄えた後に電力線７０ｂを介して本システム内の各種センサ９０に電力を供給するタイプをそれぞれ示す。 図９は、ホイールの中空領域に電力線が配置されているタイプの発電システムの例を示すタイヤ子午断面図である。 図１０−１は、図２に示す発電風車４０の変形例を示す斜視図である。 図１０−２は、図１０−１に示す発電風車４０の側断面図である。 図１１は、本発明の発電システムに適用可能な発電風車の外観を示す斜視図であり、（ａ）は図２に示すプロペラ型の変形例、（ｂ）は多翼型の例、（ｃ）はパドル型の例、（ｄ）はサボニウス型の例、（ｅ）はダリウス型の例、そして（ｆ）はジャイロミル型の例をそれぞれ示す。 図１２は、本発明の発電システムに適用可能な発電風車のタイヤ周方向における配置態様を示す側方断面図であり、（ａ）及び（ｂ）は発電風車をホイールに取り付けた例、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は発電風車を空気入りタイヤに取り付けた例、そして（ｆ）は発電風車をホイールと空気入りタイヤとの双方に取り付けた例をそれぞれ示す。 図１３は、本発明の発電システムに適用可能な発電風車のタイヤ幅方向における配置態様を示す側方断面図であり、（ａ）はホイールに発電風車を１体配置した例、そして（ｂ）はホイールに発電風車を複数体配置した例をそれぞれ示す。

以下に、本発明に係る発電システムの実施の形態（以下に示す、基本形態及び付加的形態１から７）を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態は、本発明を限定するものではない。また、上記実施の形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記実施の形態に含まれる各種形態は、当業者が自明の範囲内で任意に組み合わせることができる。

[基本形態]
以下に、本発明に係る発電システムについて、その基本形態を説明する。以下の説明において、タイヤ径方向とは、空気入りタイヤの回転軸と直交する方向をいい、タイヤ径方向内側とはタイヤ径方向において回転軸に向かう側、タイヤ径方向外側とはタイヤ径方向において回転軸から離れる側をいう。また、タイヤ周方向とは、上記回転軸を中心軸とする周り方向をいう。さらに、タイヤ幅方向とは、上記回転軸と平行な方向をいい、タイヤ幅方向内側とはタイヤ幅方向においてタイヤ赤道面（タイヤ赤道線）に向かう側、タイヤ幅方向外側とはタイヤ幅方向においてタイヤ赤道面から離れる側をいう。なお、タイヤ赤道面とは、空気入りタイヤの回転軸に直交するとともに、空気入りタイヤのタイヤ幅の中心を通る平面である。

図１は、本発明の実施形態に係る発電システムを示す側方断面図である。同図に示すように、発電システム２は、空気入りタイヤ１０（表層のみを示す）と、空気入りタイヤ１０が装着されたホイール２０とを含み、空気入りタイヤ１０とホイール２０との間には、内腔３０が区画形成されている。空気入りタイヤ１０は、内腔３０に空気を充填するものである。そして、図１に示す発電システム２では、内腔３０において、１体の発電風車４０がホイール２０に取り付けられている。なお、発電風車４０は内腔３０において空気入りタイヤ１０に取り付けることもでき、また内腔３０に形成される発電風車４０は複数体としてもよい。

図１に示す発電システム２において、ホイール２０は規定リムであり、内腔３０には規定内圧が付与され、空気入りタイヤ１０には規定荷重が加えられている。即ち、図１に示す発電システム２内の空気入りタイヤ１０及びホイール２０は、いわゆる静荷重状態となっている。なお、図１に示す符号ＲＳは路面を示す。

ここで、規定リムとは、ＪＡＴＭＡに規定される「適用リム」、ＴＲＡに規定される「Design Rim」、又はＥＴＲＴＯに規定される「Measuring Rim」をいう。また、規定内圧とは、ＪＡＴＭＡに規定される「最高空気圧」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、又はＥＴＲＴＯに規定される「INFLATION PRESSURES」をいう。さらに、規定荷重とは、ＪＡＴＭＡに規定される「最大負荷能力」、ＴＲＡに規定される「TIRE LOAD LIMITS AT VARIOUS COLD INFLATION PRESSURES」の最大値、又はＥＴＲＴＯに規定される「LOAD CAPACITY」をいう。ただし、本実施の形態においては、規定内圧は２００ｋＰａ以上３００ｋＰａ以下の範囲とし、規定荷重は最大負荷能力の４０％以上９０％以下とする。

図２は、図１に示す発電風車４０の具体的構成例（プロペラ型）を示す斜視図である。また、図３は、図２の丸囲み部分Ａ付近を詳細に示す側方透視図である。図２に示す例では、発電風車４０は、ベース部４２と、ベース部４２から鉛直方向に延在するタワー部４４と、タワー部４４の鉛直方向最高部に取り付けられたナセル４６と、ナセル４６の水平方向一方側に取り付けられた翼部４８とを含む。

ベース部４２は、図２に示すように、タワー部４４を支持する役割を担うとともに、発電風車４０が空気入りタイヤ１０及びホイール２０のいずれに取り付けられる場合においても、これらの部材１０、２０と接触する構成要素である。

タワー部４４は、図２に示すように、ナセル４６を支持する役割を担うとともに、発電風車４０が空気入りタイヤ１０及びホイール２０のいずれに取り付けられる場合においても、内腔３０での翼部４８のタイヤ径方向位置を決定する構成要素である。

ナセル４６は、図２に示すように、翼部４８を支持する役割を担うとともに、主に、風力を電力に変換する構成要素である。より詳細には、ナセル４６は、図３に示すように、一端が翼部４８に連結され、翼部４８の回転力を伝達する回転軸４６ａと、回転軸４６ａの他端と連結され、回転軸４６ａの回転力を増幅する増速機４６ｂと、増速機４６ｂの回転軸４６ａとは逆側に連結され、増速機４６ｂで増大された回転力を電力に変換する発電機４６ｃと、発電機４６ｃの増速機４６ｂとは逆側に連結され、発電機４６ｃで得られた電力を所望の電圧に変圧する変圧器４６ｄとを含む。

なお、本実施の形態において、ナセル４６の上記構成要素のうち、増速機４６ｂは必須構成要素ではない。また、変圧器４６ｄについては、ナセル４６の構成要素とせずに、発電システム２のいずれかの領域（例えば、図８に示す二次電池８０）に別体として格納してもよい。さらに、ナセル４６には、これらの構成要素の他、翼部４８の主平方向に対する角度を自動的に変化させるためのコンピュータ等を含ませることもできる。

翼部４８は、図２に示すように、ロータヘッド４８Ｘに回転方向において等間隔に連結された複数枚（図２に示す例では３枚）の翼４８ａ、４８ｂ、４８ｃを含むとともに、図３に示すように、ロータヘッド４８Ｘ内に配置されたロータハブ４８Ｙを含む。翼部４８は、このような構成により、風力により得られる翼４８ａ、４８ｂ、４８ｃの回転力をロータヘッド４８Ｘ及びロータハブ４８Ｙを介して、ナセル４６内に伝達する。

（作用等）
図４は、内腔に発電風車が存在しない状態で、車両に装着したタイヤを転動させた場合の、気流状態を示す側方断面図である。同図中、符号１０ａは空気入りタイヤ１０の内表面を、符号２０ａはホイール表面を、符号３０は内腔を、そして符号ＲＳは路面を示す。同図に示す多数の矢印の向きは気体の進行方向を示し、その大きさは気流の速度の大きさを示す。同図に示すように、内腔３０では、気流がタイヤ周方向の至る所で層流となっており、タイヤ径方向外側に向かうほど気体がより大きな遠心力を受けるため、気流の速度が大きい。

このような知見の下、本実施の形態の発電システム２においては、空気入りタイヤ１０とホイール２０とにより区画形成された内腔３０に、空気入りタイヤ１０又はホイール２０の少なくともいずれかに少なくとも１体の発電風車４０を取り付けている。また、タイヤ転動時の内腔３０の気体圧力は、外気圧よりも遥かに高いことから、内腔３０に存在する気体の密度は相当高い。

このため、本実施の形態の発電システム２においては、密度の高い気体が層流状態で移動している状況下に発電風車４０を設置するものであることから、発電風車４０が気体と相対運動した場合に、密度の高い層流状態の気体が翼部４８に衝突してナセル４６の回転軸４６ａを効率的に回転させることができるため、効率的に電力を得ることができる。

以上に示すように、本実施の形態の発電システム２は、電力を得るための発電風車４０の取り付け位置を内腔３０として改良を加えている。その結果、本発明に係る発電システム２によれば、上記の理由により風力を効率的に電力に変換することができる。

なお、以上に示す、本実施の形態に係る発電システム２は、所定の空気入りタイヤ１０を所定の規定のホイール（規定リム）２０と組み合わせる段階で、空気入りタイヤ１０の内表面１０ａ及びホイール表面２０ａの少なくともいずれかに、発電風車４０を取り付けることにより得られるものである。本実施の形態の発電システム２を製造する場合には、特に、上記の発電風車４０の取り付けに際して、内表面１０ａ及びホイール表面２０ａに干渉せず内腔３０に発電風車４０が格納できるように、図２、３に示す発電風車４０のタワー部４４の長さを適宜設定することが肝要である。

[付加的形態]
次に、本発明に係る発電システムの上記基本形態に対して、任意選択的に実施可能な、付加的形態１から７を説明する。

（付加的形態１）
図５は、図４に示す場合において、車両（空気入りタイヤ：以下タイヤともいう）を、通常の走行手順で走行（即ち、増速走行、等速走行及び減速走行）させた場合の、タイヤの回転速度と内腔に存在する気体の回転速度との経時的変化の関係を示すグラフである。

図５に示すように、タイヤ増速時には、タイヤと比較して気体により大きな慣性力が働く。このため、気体の回転速度の上昇は、タイヤ回転速度の上昇と比較して緩やかである。次に、タイヤ等速時には、タイヤに働く慣性力と気体に働く慣性力との間に差が無くなる。このため、気体の回転速度は、タイヤ回転速度に徐々に近づき、最終的にはタイヤ回転速度とほぼ同じとなる。最後に、タイヤ減速時には、タイヤ増速時と同様に、タイヤと比較して気体により大きな慣性力が働く。このため、気体の回転速度の低下は、タイヤ回転速度の低下と比較して緩やかである。

これらの事実に鑑みれば、図５に示すとおり、タイヤ転動第１期（タイヤ増速時及びタイヤ等速時の初期）には、タイヤ回転速度と気体の回転速度との間に差が生ずる。また、タイヤ転動第２期（タイヤ等速時の中期からタイヤ減速時の初期まで）には、タイヤ回転速度と気体の回転速度との間に差は殆ど生じない。さらに、タイヤ転動第３期（タイヤ減速時の中期以降）には、タイヤ回転速度と気体の回転速度との間に差が生ずる。

以上の知見を基に、基本形態においては、上記空気入りタイヤ１０及び上記ホイール２０の少なくともいずれかに、上記発電風車４０を固定すること（付加的形態１）ができる。発電風車４０の固定は、一般的な留め具（面ファスナー、ボタン、バンド等）を用いて行うことができる。

本実施の形態では、発電風車４０は空気入りタイヤ１０及びホイール２０の少なくともいずれかに固定されているため、空気入りタイヤ１０と同じ回転挙動を呈する。このため、本実施の形態では、図５に示す、発電風車４０（タイヤ１０）が気体と十分に異なる回転速度を有する、換言すれば、発電風車４０が気体に対して相対運動する、と考えられるタイヤ転動第１期及びタイヤ転動第３期に、特に効率的に発電することができる。

特に、発電風車４０をホイール２０に固定した場合には、タイヤ転動時の振動に対して発電風車４０が影響されにくいため、振動が発電風車４０に伝わりにくく発電風車４０が故障しにくく、発電風車４０の耐久性を高めることができる。一方、発電風車４０を空気入りタイヤ１０に固定した場合には、ホイール２０側よりも空気入りタイヤ１０の内表面１０ａのほうが気体の流れが高速度であるため大きな発電量が得られる。

（付加的形態２）
基本形態に付加的形態１を加えた形態においては、上記発電風車４０を、上記ホイール２０に取り付けるとともに、タイヤ回転軸（図示せず）に平行な直線に対して回転可能とすること（付加的形態２）ができる。タイヤ回転軸とは、タイヤが回転するときの中心である。

ここで、ホイールに取り付けた発電風車４０を、タイヤ回転軸に平行な直線に対して回転可能とする構造としては、例えば、図６に示すように、ホイール表面２０ａに固定された支持部Ｓと、支持部Ｓに回動軸部ＡＴを介して連結されたタワー部４４と、の間に弾性部材（例えば、バネ）５０を配置し、タワー部４４を支持部Ｓに対して回動可能とした構造が挙げられる。回動軸部ＡＴは、タイヤ回転軸に平行な直線に沿って設けられている。即ち、図６は、ホイールに取り付けた発電風車のタイヤ回転に伴う挙動を示す側面図である。同図中、（ａ）はタイヤに遠心力が働いていない状態を示し、（ｂ）はタイヤに遠心力が働いている状態を示す。

なお、本実施の形態において、弾性部材５０は必須構成要件ではないが、弾性部材５０を用いた場合には、発電風車４０の回転を緩やかに行うことができ、発電風車４０の耐久性を高めることができる。

図６（ａ）に示すように、タイヤに遠心力が働いていない状態、即ち、タイヤの静止状態では、発電風車４０はホイール表面２０ａに横たわっている。これに対し、図６（ｂ）に示すように、タイヤに遠心力が働いている状態、例えば、タイヤが増速走行している状態では、発電風車４０はホイール表面２０ａに対して起立し、気体の流れに対向する発電態勢となる。そして、発電風車４０が上記起立状態を保持する方向に風を受ける場合には、発電態勢を継続することができる。

本実施の形態は、特に、空気入りタイヤ１０をホイール２０に組み付ける際に、発電風車４０を起立させずに寝かせることで邪魔にならず、当該組み付けを良好に行うことができることから、リム組みに関する優れた作業性を実現することができる。なお、弾性部材５０は引張方向に弾性力を有する、例えば、引張バネであり、その引張力は上記遠心力よりも小さく設定され、図６（ａ）に示すように、タイヤに遠心力が働いていない状態（タイヤの静止状態）では、発電風車４０をホイール表面２０ａに横たわらせる方向に引っ張り、図６（ｂ）に示すように、タイヤに遠心力が働いている状態（タイヤが増速走行している状態）では、引張力に遠心力が勝って発電風車４０がホイール表面２０ａに対して起立する。このため、遠心力が生じたときのみ発電風車４０は起立することになって他の状態で邪魔にならず、起立するときは回転が弾性部材５０により緩やかとなる。

（付加的形態３）
基本形態においては、上記発電風車４０は上記空気入りタイヤ１０又は上記ホイール２０に対して摺動可能であること（付加的形態３）が好ましい。

ここで、発電風車４０を、空気入りタイヤ１０又はホイール２０に対して摺動可能とする構造としては、例えば、図７に示すように、空気入りタイヤ１０の内表面１０ａにタイヤ周方向に延在する２本のレール６０ａ、６０ｂを取り付け、このレール６０ａ、６０ｂ間に発電風車４０を配置して摺動させる構造が挙げられる。即ち、図７は、タイヤ１０の内表面１０ａに取り付けたレール６０ａ、６０ｂ間に発電風車４０を配置して、発電風車４０をタイヤ周方向において摺動可能とした発電システム４を示す透視斜視図である。なお、図には明示しないが、レール６０ａ、６０ｂはホイール表面２０ａにタイヤ周方向に延在して取り付け、このレール６０ａ、６０ｂに対して発電風車４０をタイヤ周方向において摺動可能に配置してもよい。

レール６０ａ、６０ｂの空気入りタイヤ１０の内表面１０ａへの固定又はホイール表面２０ａへの固定は、例えば、（図示しない）着脱式の面ファスナの一方要素（フック状要素）の裏面を空気入りタイヤ１０の内表面１０ａ（ホイール表面２０ａ）に固定するとともに、当該面ファスナの他方要素（ループ状要素）の裏面にレール６０を取り付け、これら両要素を結合させることにより、行うことができる。

レール６０ａ、６０ｂは、金属、ゴム、及び樹脂の少なくともいずれかにより形成することができる。特に、レール６０ａ、６０ｂを空気入りタイヤ１０の内表面１０ａに固定する場合であって、かつ、レール６０ａ、６０ｂをゴムや樹脂で形成する場合には、レール６０ａ、６０ｂを空気入りタイヤ１０の内表面１０ａに対して加硫接着することができる。

本実施の形態では、発電風車４０は空気入りタイヤ１０及びホイール２０の少なくともいずれかに対してタイヤ周方向に摺動可能となっているため、発電風車４０をレール６０ａ、６０ｂに固定せず摺動自在とすれば、空気入りタイヤ１０と異なる回転挙動をし、タイヤの転動状態に左右されず、重力の影響を受けて、常に地面に最も近い位置に存在することとなる。

このため、本実施の形態では、気体が回転速度を有していさえすれば、発電を行うことができるため、図５に示す、タイヤ転動第１期からタイヤ転動第３期に至る全ての時間帯において、発電を効率的に行うことができる。

（付加的形態４）
基本形態及び基本形態に付加的形態１等を加えた形態においては、上記発電風車４０のタイヤ径方向寸法は、タイヤ断面高さの１５％以上７５％以下であること（付加的形態４）が好ましい。なお、本実施の形態における、発電風車４０のタイヤ径方向寸法とは、発電風車４０がホイール２０のホイール表面２０ａに取り付けられている場合はホイール表面２０ａからタワー部４４を介してタイヤ径方向に沿って起立し内腔３０の風を受ける状態での寸法をいう。また、発電風車４０のタイヤ径方向寸法とは、発電風車４０が空気入りタイヤ１０の内表面１０ａに取り付けられている場合は内表面１０ａからタワー部４４を介してタイヤ径方向に沿って起立し内腔３０の風を受ける状態での寸法をいう。また、タイヤ断面高さとは、空気入りタイヤ１０を規定リムにリム組みし、かつ規定内圧を充填した無負荷状態のときの、タイヤ外径とリム径との差の１／２をいう。

上記発電風車４０のタイヤ径方向寸法を、タイヤ断面高さの１５％以上とすることで、図２に示す翼４８ａ、４８ｂ、４８ｃの表面積を十分に確保することができ、ひいては発電効率をさらに高めることができる。また、上記寸法をタイヤ断面高さの７５％以下とすることで、タイヤ転動時にタイヤが変形した場合においても、空気入りタイヤ１０側（ホイール２０側）に取り付けた発電風車４０がホイール２０（空気入りタイヤ１０）の表面に接触することを防止し、発電風車４０の耐久性を高めることができる。なお、翼部４８のタイヤ径方向寸法（外形の径寸法）は、発電風車４０のタイヤ径方向寸法の７５％以上９５％以下であることが好ましい。翼部４８のタイヤ径方向寸法を、発電風車４０のタイヤ径方向寸法の７５％以上９５％以下とすることで、図２に示す翼４８ａ、４８ｂ、４８ｃの表面積を十分に確保することができ、ひいては発電効率をさらに高めることができる。

（付加的形態５）
基本形態及び基本形態に付加的形態１等を加えた形態においては、上記発電風車４０によって得られた電力を蓄える二次電池を備えること（付加的形態５）が好ましい。ここで、二次電池とは、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として使用できるようになり、かつ、繰り返しの使用が可能な電池を意味する。

図８は、図２に示す発電風車４０から取り出される電力の供給タイプを多数示す斜視図である。同図中、発電風車４０はナセル４６の発電機４６ｃで発電した電力を中空としたタワー部４４内を通して発電風車４０の外部に供給するものである。そして、同図中、（ａ）は発電風車４０から電力線７０ａを介して内腔３０の外部に電力を直接供給するタイプであり、例えば、車両本体（図示せず）に給電する場合に用いることができる。また、（ｂ）は発電風車４０から電力線７０ａを介して電気を二次電池８０に一旦蓄えた後に電力線７０ｂを介して外部に電力を供給するタイプであり、（ａ）に示すタイプと同じ用途に用いることができる。さらに、（ｃ）は発電風車４０から電力線７０ａを介して本システム内の各種センサ９０に電力を直接供給するタイプであり、例えば、本システム内に設置された空気圧センサの送信機回路に給電する場合に用いることができる。加えて、（ｄ）は発電風車４０から電力線７０ａを介して電気を二次電池８０に一旦蓄えた後に電力線７０ｂを介して本システム内の各種センサ９０に電力を供給するタイプであり、（ｃ）に示すタイプと同じ用途に用いることができる。

本実施の形態は、図８中、（ｂ）、（ｄ）のタイプに相当する。このように、発電風車４０によって得られた電力を蓄える二次電池を備えることで、発電をしていない時間帯であっても、本発電システム２（内腔３０）の内部又は外部に電力を供給することができる。なお、本発電システム２の内部とは、各種センサ９０や、例えばナセル４６内に発電（回転軸４６ａの回転）状態を監視するセンサが設置されていれば、その電力を供給してもよい。

（付加的形態６）
基本形態及び基本形態に付加的形態１等を加えた形態においては、上記ホイール２０のスポークが中空領域を有し、上記中空領域を介して上記発電風車４０から発電システムの外部まで電力線が延在していること（付加的形態６）が好ましい。

図９は、ホイールの中空領域に電力線が配置されているタイプの発電システムの例を示すタイヤ子午断面図である。同図中、符号６は発電システムを、符号１０は空気入りタイヤを、符号２０はホイールを、符号２０ｂはホイール２０のスポークに形成された中空領域を、符号２０ｃは中空領域２０ｂを気密に保つための圧力隔壁を、符号４０は発電風車を、符号７０ａ、７０ｂは電力線を、そして符号８０は二次電池をそれぞれ示す。

図９に示す例は、図８（ｂ）に示す電力の供給タイプの一例である。図９に示すように、ホイール２０のスポークの中空領域２０ｂを介して発電風車４０から発電システム６の外部まで電力線７０ｂを延在させることで、電動車両や、ハイブリッドカー、電力回生システムを搭載した車両のバッテリーに電力を供給することができる。

なお、車両のバッテリーへ電力を供給するための具体的構造としては、スポークを介してホイール２０と連結し車軸側であるハブ（図示せず）に取り付けられるハブ取付部２０ｄにスリップリング等の機構を設けることにより、電力線７０ｂを、内腔３０から、ホイール２０のスポークの中空領域２０ｂ及び車軸内を順次通して、車両のバッテリーまで延在させる構造が挙げられる。即ち、ハブ取付部２０ｄに至り発電風車４０から発電システム２の外部まで電力線７０ｂが延在していることで、ハブ取付部２０ｄを介して車両へ給電することができ、車両の省エネルギー化を図ることができる。なお、ハブ取付部２０ｄを介して車両へ給電する場合、ホイール２０のスポークの中空領域２０ｂを介して発電風車４０の外部に電力線７０ｂを延在させる構成としてもよいが、スポークの中空領域２０ｂを介さずに電力線７０ｂをハブ取付部２０ｄまで延在させてもよい。

（付加的形態７）
基本形態及び基本形態に付加的形態１等を加えた形態においては、上記発電風車４０は、翼部と、上記翼部の周囲に形成された筒状本体と、上記筒状本体の一方の縁部に形成されたフランジとを含むこと（付加的形態７）が好ましい。

図１０−１は、図２に示す発電風車４０の変形例を示す斜視図である。図１０−２は、図１０−１に示す発電風車４０の側断面図である。同図中、符号１００は発電風車を、符号１０２はベース部を、符号１０４はタワー部を、符号１０６はナセルを、符号１０８は翼部をそれぞれ示す。

また、図１０−１及び図１０−２に示す発電風車１００には、ナセル１０６を中心として４本の支柱１１０が放射状に延在している。また、支柱１１０の放射方向外側は筒状本体１１２と連結し、筒状本体１１２は翼部１０８の周囲を覆って配置されている。さらに、筒状本体１１２の一方の開口縁部には、筒状本体１１２の外側に延出する板状のフランジ１１４が形成されている。

このように、発電風車１００に、筒状本体１１２とフランジ１１４とを含ませることで、図１０−２に示すように、フランジ１１４が形成されていない側の他方の開口からフランジ１１４が形成された一方の開口に気体が流れると、一方の開口側において、筒状本体１１２の外側でフランジ１１４に気体が衝突することでフランジ１１４の下流側に渦が発生するため低圧となり、このために筒状本体１１２の内側では他方の開口から一方の開口に向けて気体を引き込もうとする作用が生じる。即ち、筒状本体１１２のフランジ１１４が形成された側の一方の開口縁部付近（フランジ付近）の気圧を、フランジ１１４が形成されていない側の他方の開口縁部付近（非フランジ付近）の気圧よりも低くすることができる。これにより、比較的高圧状態の非フランジ付近から比較的低圧状態となったフランジ付近への気流が生ずることとなり、気体の回転速度（気体の速度）を発電風車１００付近で局所的に大きくすることができる。従って、本実施の形態によれば、高速度の気体が発電風車１００に働くため、発電風車１００を気体とより高いレベルで相対運動させることができることから、ナセル１０６の回転軸の回転速度を高くして発電機による発電量を増加させるため、さらに一層効率的に電力を得ることができる。

なお、図１０−２に示す筒状本体１１２について、フランジ付近の開口の内径を非フランジ付近の開口の内径よりも大きくしてその間にテーパー１１２ａを付与した場合には、小径側から大径側に気体が通過することで、フランジ１１４に気体をより衝突させることができると共に、フランジ１１４付近の低圧領域を広く得ることができ、気体の回転速度（気体の速度）を発電風車１００付近で局所的にさらに大きくすることができる。このため、発電風車１００を気体と極めて高いレベルで相対運動させることができることから、ナセル１０６の回転軸の回転速度を高くして発電機による発電量をより増加させるため、電力を極めて効率的に得ることができる。

[その他の付加的形態]
さらに、本発明に係る発電システムの上記基本形態等に対し、任意選択的に実施可能な、その他の好ましい付加的形態を例示する。

（発電風車の種類）
本発明において、発電風車は、図２に示すタイプや図１０に示す種類に限られない。図１１は、本発明の発電システムに適用可能な発電風車の外観を示す斜視図である。同図中、（ａ）は図２に示すプロペラ型の変形例であり、図２に示す例に対して、ナセル４６がタワー部４４に対して水平面内で回転可能であるとともに、ナセル４６の翼部４８とは反対側に垂直尾翼Ｖｆが取り付けられた例である。図１１（ａ）に示す例では、垂直尾翼Ｖｆが横風を受けた場合にナセル４６、翼部４８がヨーイングするため、気流を直に受ける方向に効率的に翼部４８を向けることができ、さらに電力を効率的に得ることができる。

加えて、本発明の発電システムに適用可能な、その他の発電風車としては、図１１（ｂ）の多翼型、図１１（ｃ）のパドル型、図１１（ｄ）のサボニウス型、図１１（ｅ）のダリウス型、そして図１１（ｆ）のジャイロミル型、の発電風車が挙げられる。タイヤの転動時には、発電風車の翼の回転軸にもタイヤ径方向外側の遠心力が働くところ、上記の各種発電風車の中で、図１１（ｃ）から図１１（ｆ）に示す発電風車は、翼の回転軸の延在方向が上記遠心力が働く方向と一致する。このため、タイヤの転動に伴うタイヤ径方向側への遠心力によって、翼の回転軸の回転方向が所望の方向から偏心することがないため、発電風車の耐久性を高いレベルで実現することができる。

なお、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、翼の回転軸の延在方向がタイヤ径方向に垂直な例では、タイヤ径方向外側から見た翼の形状とタイヤ径方向内側から見た翼の形状とが等しくない例のみならず、等しい場合も含まれる。前者については、翼のタイヤ周方向一方側から風を受けた場合にのみ翼が回転し、後者については、翼のタイヤ周方向各側から風を受けた場合のいずれについても翼がいずれかの方向に回転する。これに対し、図１１（ｃ）から（ｆ）に示すように、翼の回転軸の延在方向がタイヤ径方向と平行な例では、翼の形状がいかなる場合であっても、翼のタイヤ周方向各側から風を受けた場合のいずれについても翼がいずれかの方向に回転する。

（発電風車の翼部に含まれる翼の数）
本発明において、発電風車の翼部に含まれる翼の数は、図２、図１０及び図１１に示す数に限られないが、２枚以上２０枚以下とすることが好ましい。当該翼の数を２枚以上とすることで、翼部に良好な回転バランスを持たせることができ、図３に示す翼部４８の軸に当たるロータヘッド４８Ｘ及びロータハブ４８Ｙの耐久性を高めることができる。また、当該翼の数を２０枚以下とすることで、翼部全体が受ける風圧が過度に高くなることを抑制し、上記ロータヘッド４８Ｘ及びロータハブ４８Ｙに過度な力がかからないようにして、これらの構成要素４８Ｘ、４８Ｙの耐久性を高めることができる。

なお、発電風車の翼部に含まれる翼の数を、３枚以上１０枚以下とすることで、上記効果を、それぞれ、より高いレベルで奏することができる。

（発電風車の翼部の受風面積）
本発明において、発電風車の翼部の受風面積は、空気入りタイヤを規定リムに組んで規定内圧を加えた無負荷状態におけるタイヤ子午断面視で、内腔面積（内腔３０の断面積）の１％以上３５％以下であることが好ましい。ここで、翼部の受風面積とは、翼部が回転した場合に描く最大円を、タイヤ子午断面に射影した図形の面積をいう。

翼部の受風面積を内腔面積の１％以上とすることで、風力を電力に効率的に変換することができ、十分な発電効率を実現することができる。また、翼部の受風面積を内腔面積の３５％以下とすることで、発電システムの重量を過度に大きくせずに高い発電効率を実現することができる。

（発電風車のタイヤ周方向における配置態様）
本発明において、発電風車のタイヤ周方向における配置態様は、図１に示すタイプに限られない。図１２は、本発明の発電システムに適用可能な発電風車のタイヤ周方向における配置態様を示す側方断面図である。同図中、（ａ）及び（ｂ）は発電風車をホイールに取り付けた例であり、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）は発電風車を空気入りタイヤに取り付けた例であり、そして（ｆ）は発電風車をホイールと空気入りタイヤとの双方に取り付けた例である。なお、図１２中、符号１０は空気入りタイヤ、符号２０はホイール、符号３０は内腔、そして符号４０は発電風車をそれぞれ示す。

これらの例の中では、特に、図１２（ａ）、図１２（ｂ）、図１２（ｄ）及び図１２（ｅ）に示す例が、タイヤ径方向の同じ位置において、タイヤ周方向に均等に発電風車４０を配置していることから、ユニフォミティに関する優れた性能を実現できる点で好ましい。なお、発電システム内に、二次電池や空気圧センサの送信機回路も配置する場合には、発電風車と、当該電池及び回路との組み合わせにおいて、本発電システムのタイヤ周方向における重量差を出来る限り小さくするような配置が好適である。

また、１つの発電システム中に配置する発電風車の数を８体以下とした場合には、タイヤ回転時に気流を十分に層流状態とすることができることから、電力を効率的に得ることができる。さらに、当該発電風車の数を８体以下とした場合には、発電システム自体の重量増加を抑制することができ、ひいては転がり抵抗に関する優れた性能を実現することができる。

（発電風車のタイヤ幅方向における配置態様）
本発明において、発電風車のタイヤ幅方向における配置態様は、図７や図９に示すタイプに限られない。図１３は、本発明の発電システムに適用可能な発電風車のタイヤ幅方向における配置態様を示す側方断面図である。なお、図１３中、符号１０は空気入りタイヤ、符号２０はホイール、符号３０は内腔、符号４０は発電風車、そして符号Ｈは仕切り部材をそれぞれ示す。

図１３（ａ）はホイールに発電風車を１体配置した例であり、発電システムの重量を抑えて転がり抵抗に関する優れた性能を発揮させる点では、最も好適な例である。

これに対し、図１３（ｂ）はホイールに発電風車を複数体配置した例であり、タイヤ幅方向に隣り合う各発電風車４０は、筒状の仕切り部材Ｈによって区画形成された空間にそれぞれ配置されている。これにより、隣り合う発電風車４０、４０により生ずる各気流同士の干渉を最小限に留めて、タイヤ周方向全体として気流を層流に近づけることができ、ひいては、電力を効率的に得ることができる。

＜実施例群１＞
実施例群１は、発電風車がホイールに固定されているタイプの、複数の実施例に関する。
タイヤサイズを２１５／６０Ｒ１６とするとともに、リムサイズを１６×６．５ｊとし、さらに空気圧を２３０ｋＰａとし、下記表１に示す諸条件を満たす、実施例１から実施例７の発電システムを作製した。

これに対し、タイヤサイズ、リムサイズ及び空気圧を上記の各実施例と同じとして、特許文献１に開示されている車両用電飾装置を作製し、これを従来例の発電システムとした。

このように作製した、実施例１から実施例７及び従来例の各発電システムをドラム試験機に取り付け、６０ｋｍ／ｈまで８秒で加速した後、当該速度にて３０秒間の等速走行を行い、さらに８秒かけて減速して停止させて、この間に得られた電力量を測定した。そして、この測定結果に基づいて従来例を基準（１００）とした指数評価を行った。この評価は、指数が大きいほど、得られた電力量が多いことを示す。その結果を表１に示す。

表１によれば、発電風車がホイールに固定されているタイプについて、本発明の技術的範囲に属する（電力を得るための発電風車の取り付け位置について改良を加えた）実施例１から実施例７の発電システムについては、いずれも、本発明の技術的範囲に属しない、従来例の発電システムに比べて、風力を効率的に電力に変換可能であることが判る。

＜実施例群２＞
実施例群２は、発電風車がホイールに対して摺動可能なタイプの、複数の実施例に関する。
タイヤサイズを２１５／６０Ｒ１６とするとともに、リムサイズを１６×６．５ｊとし、さらに空気圧を２３０ｋＰａとし、下記表２に示す諸条件を満たす、実施例８から実施例１２の発電システムを作製した。

これに対し、タイヤサイズ、リムサイズ及び空気圧を上記の各実施例と同じとして、特許文献１に開示されている車両用電飾装置を作製し、これを従来例の発電システムとした。

このように作製した、実施例８から実施例１２及び従来例の各発電システムをドラム試験機に取り付け、６０ｋｍ／ｈまで８秒で加速した後、当該速度にて３０秒間の等速走行を行い、さらに８秒かけて減速して停止させて、この間に得られた電力量を測定した。そして、この測定結果に基づいて従来例を基準（１００）とした指数評価を行った。この評価は、指数が大きいほど、得られた電力量が多いことを示す。その結果を表２に示す。

表２によれば、発電風車がホイールに対して摺動可能なタイプについて、本発明の技術的範囲に属する（電力を得るための発電風車の取り付け位置について改良を加えた）実施例８から実施例１２の発電システムについては、いずれも、本発明の技術的範囲に属しない、従来例の発電システムに比べて、風力を効率的に電力に変換可能であることが判る。

２、４、６ 発電システム
１０ 空気入りタイヤ
１０ａ 空気入りタイヤの内表面
２０ ホイール（リム）
２０ａ ホイール表面
２０ｂ スポークの中空領域
２０ｃ 圧力隔壁
２０ｄ ハブ取付部
３０ 内腔
４０、１００ 発電風車
４２、１０２ ベース部
４４、１０４ タワー部
４６、１０６ ナセル
４６ａ 回転軸
４６ｂ 増速機
４６ｃ 発電機
４６ｄ 変圧器
４８、１０８ 翼部
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ 翼
４８Ｘ ロータヘッド
４８Ｙ ロータハブ
５０ 弾性部材
６０（６０ａ、６０ｂ） レール
７０ａ、７０ｂ 電力線
８０ 二次電池
９０ 本システム内の各種センサ
１１０ 支柱
１１２ 筒状本体
１１４ フランジ
Ａ 丸囲み部分
ＡＴ 回動軸部
Ｈ 仕切り部材
ＲＳ 路面
Ｓ 支持部
Ｖｆ 垂直尾翼

Claims (10)

1. 空気入りタイヤと、
   前記空気入りタイヤが装着されたホイールと、
   前記空気入りタイヤと前記ホイールとにより区画形成された内腔に、前記空気入りタイヤ又はホイールの少なくともいずれかに取り付けられた、少なくとも１体の発電風車と、
   を備えることを特徴とする発電システム。
2. 前記発電風車は前記空気入りタイヤ及び前記ホイールの少なくともいずれかに固定されている、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記発電風車は前記ホイールに取り付けられているとともに、タイヤ回転軸に平行な直線に対して回転可能である、請求項２に記載の発電システム。
4. 前記発電風車は前記空気入りタイヤ又は前記ホイールに対して摺動可能である、請求項１に記載の発電システム。
5. 前記発電風車のタイヤ径方向寸法は、タイヤ断面高さの１５％以上７５％以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の発電システム。
6. 前記発電風車における翼部のタイヤ径方向寸法は、前記発電風車のタイヤ径方向寸法の７５％以上９５％以下である、請求項５に記載の発電システム。
7. 前記発電風車によって得られた電力を蓄える二次電池を備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の発電システム。
8. 前記ホイールのスポークが中空領域を有し、前記中空領域を介して前記発電風車から発電システムの外部まで電力線が延在している、請求項１から７のいずれか１項に記載の発電システム。
9. 前記ホイールのハブに至り、前記発電風車から発電システムの外部まで電力線が延在している、請求項１から８のいずれか１項に記載の発電システム。
10. 前記発電風車は、翼部と、前記翼部の周囲に形成された筒状本体と、前記筒状本体の一方の縁部に形成されたフランジとを含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の発電システム。

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