JP6614621B2

JP6614621B2 - 風力発電装置及びこれを搭載した車両

Info

Publication number: JP6614621B2
Application number: JP2018002271A
Authority: JP
Inventors: 敏幸山口
Original assignee: 敏幸山口
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-12-04
Anticipated expiration: 2038-01-11
Also published as: JP2019120231A

Description

本発明は、対向風力による回転を利用した風力発電装置及びこれを搭載した車両に関する。

近年、石油・石炭・天然ガスなどの化石燃料の枯渇対策や化石燃料の利用に伴って発生する温室効果ガスの削減を目的として、太陽光・風力・水力・地熱・太陽熱・大気中の熱その他の自然界に存する熱、バイオマス等の再生可能エネルギーが注目されている。

また、近年、新興国の経済発展などを背景として、世界的にエネルギーの需要が増大する中、化石燃料を投機マネーと捉えたり国際情勢に左右されたりして化石燃料の市場価格が乱高下するなど、エネルギー市場が不安定化している。

このような中、再生可能エネルギーは、資源が枯渇せず繰り返し使え、発電時や熱利用時に地球温暖化の原因となる二酸化炭素をほとんど排出しないエネルギーであるとされており、エネルギーを安定的かつ適切に供給するための重要な課題となっている。

特許文献１は、車両前方より取り入れた風によって風車を回転させ、風車の回転によって発電する発電機を備えた車載用風力発電装置が開示されている。また、特許文献２は、フライホイールとロータを有してフライホイールの回転に伴うロータの回転により電力を生成する構成が開示されている。

特開２０１３−１５５６１６号公報特開２０１４−５８８６９号公報（図１３、[００５５]）

特許文献１及び２に示すように、風力発電にフライホイールを利用することで安定的な回転エネルギーを得ることができるものの、これを対向配置された一対の回転体による対向風力に応用した例は存在しない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、対向風力による回転を利用した風力発電装置及びこれを搭載した車両を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

本発明の風力発電装置は、風力を受けて所定の回転軸周りを一定回転方向に回転するものである。具体的には、回転軸と同軸をなして対向配置された一対の回転体と、一対の回転体の間に回転軸と同軸をなして配置され、回転体の回転力が所定の回転速度に達した際に回転力が伝達されるフライホイールと、フライホイールの回転を利用して発電する発電機と、を有する。

本発明によれば、対向配置された一対の回転体による回転力がフライホイールに伝達されて、フライホイールの回転を利用して発電を行うことから、風力による安定的な回転エネルギーを得ることができる。

本発明の風力発電装置は、一対の回転体の各々及びフライホイールは、回転軸周りに相互に区画されている。

本発明によれば、一対の回転体の各々及びフライホイールは回転軸周りに相互に区画されていることから、各々の回転体やフライホイールの回転に伴う風の影響を相互に受けることなく回転することが可能となり、各々の回転体による回転力を効率的にフライホイールに伝達することができる。

本発明の風力発電装置は、一対の回転体は、風導管により導かれた風によって互いに逆回転するものであって、回転体の回転力を前記フライホイールに伝達する際に、伝達する回転力を規制する伝達機構を有する。

本発明によれば、互いに逆回転する一対の回転体を用いることによって、重力加速度を均等にすることができ、安定して回転体の回転力を得ることができる。

本発明の風力発電装置は、区画された筐体は、風導管により導かれた風が通過する通過領域と、通過領域の一部に位置し、風導管により導かれた風が回転体と衝突する衝突領域と、を有する。

本発明によれば、衝突領域に位置する回転体の回転翼に風が当ることによって所定の回転方向となる回転が得られることから、効率的に回転体を回転させることができる。

上記の風力発電装置を搭載した車両。

本発明によれば、自動車や電車等の車両に適用可能である。

本発明によれば、風力による安定的な回転エネルギーを効率的に得ることができるという効果がある。

本発明の実施の形態に係る風力発電装置の正面概略図である。回転体及びフライホイールの回転方向を説明するための上面図である。本発明の実施の形態に係る第１の風力発電装置の正面概略図である。本発明の実施の形態に係る第２の風力発電装置の正面概略図である。第２の風力発電装置の模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、回転軸が地表面に対して垂直となるタイプの垂直軸型について説明するが、水平軸型への適用を妨げるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る風力発電装置の正面概略図である。一対の回転体２（上回転体２ａ，下回転体２ｂ）及びフライホイール３が内部配置される筒状の筐体１は、上仕切板１ａと下仕切板１ｂとで回転軸Ｐ周りに３領域に区画されている。

それぞれの区画のうち、筐体１上面と上仕切板１ａとで区画された上部空間内には、回転軸Ｐに軸支された上回転体２ａが配置され、上仕切板１ａと下仕切板１ｂとで区画された中部空間内には、回転軸Ｐに軸支されたフライホイール３が配置され、下仕切板１ｂと筐体１下面とで区画された下部空間内には、回転軸Ｐに軸支された下回転体２ｂが配置されている。なお、回転体２及びフライホイール３の回転を円滑にするため、回転軸Ｐにはベアリング（不図示）が適宜組み込まれている。

回転体２の回転力をフライホイール３に伝達するため、各回転体２の回転軸Ｐ周りには伝達機構４，４が設けられている。伝達機構４，４は、各回転体２の回転力が所定の回転速度に達した際にフライホイール３に回転力を伝達するように制御可能な１方向クラッチ（遠心クラッチ）や遊星ギアを含んでおり、回転体２の増速時には回転体２の回転力がフライホイール３に伝達され、回転体２の減速時には回転体２の回転とフライホイール３の回転とが１方向クラッチにて切り離される。このため、減速時にはフライホイール３は慣性回転状態となり、フライホイール３の減速要因を遮断することができる。

図２は、回転体２及びフライホイール３の回転方向を説明するための風力発電装置の各部の上面図であり、図２（Ａ）は上回転体２ａ、図２（Ｂ）はフライホイール３、図２（Ｃ）は下回転体２ｂについての図である。上部空間及び下部空間に導かれる風は、車両等の前方（例えば図１の紙面表側）より取り込まれて各々の風導管５に吸入され排出される。なお、排出側には排出ファン６を設けることで、効率よく排気を行うことができる。

上回転体２ａは、上部空間内に形成された上風導管５ａを介した風力によって回転力を生じ、右回転となるような回転翼２_ａ１〜２_ａ８の形状を呈している。また、回転翼２_ａ１〜２_ａ８の一部（概ね全回転翼の対風面積の半分未満）に風圧が直接当るように、筐体内における上風導管５ａと上回転体２ａとの配置を設計しており、風導管５ａにより導かれた風が通過する通過領域と、通過領域の一部に位置し、上風導管５ａにより導かれた風が上回転体２ａと衝突する衝突領域と、を有する。図２（Ａ）では、回転翼２_ａ１及び２_ａ８の２枚の回転翼に上風導管５ａにより導かれた風が直接当ることにより、右回転となるような回転力を生じさせている。

一方、下回転体２ｂは、下部空間内に形成された下風導管５ａを介した風力によって回転力を生じ、左回転となるような回転翼２_ｂ１〜２_ｂ８の形状を呈している。また、回転翼２_ｂ１〜２_ｂ８の一部（概ね全回転翼の対風面積の半分未満）に風圧が直接当るように、筐体内における下風導管５ｂと下回転体２ｂとの配置を設計しており、下風導管５ｂにより導かれた風が通過する通過領域と、通過領域の一部に位置し、下風導管５ｂにより導かれた風が下回転体２ｂと衝突する衝突領域と、を有する。図２（Ｃ）では、回転翼２_ｂ１及び２_ｂ８の２枚の回転翼に下風導管５ｂにより導かれた風が直接当ることにより、左回転となるような回転力を生じさせている。

また、フライホイール３は、中部空間内に配置され、上回転体２ａ及び／又は下回転体２ｂによる回転力が伝達されて一定方向に回転するものであり、図２（Ｂ）では左回転をしている。フライホイール３の回転力は発電機（不図示）に伝達され、この回転を利用して発電機やモーターの動力源となる。

図３乃至図５は、それぞれ本発明の実施の形態に係る第１及び第２の風力発電装置の正面概略図である。図３及び図４・図５では、筐体１内の区画された空間内に上回転体２ａ及び下回転体２ｂが回転軸Ｐに軸支されており、図３ではフライホイール３が１枚、図４・図５ではフライホイール３ａ，３ｂが２枚配置されている。基本的な原理・構成は図１及び図２を用いて説明したものと同様であるから、以下では、回転体２（２ａ，２ｂ）とフライホイール３（３ａ，３ｂ）との回転の伝達について詳述する。

図３において、上回転体２ａの回転力は、所定の回転速度に達したことを契機として遠心クラッチ４１を介してフライホイール３に伝達される。例えば、左回転の回転力はそのまま左回転として伝達される。

一方、下回転体２ｂの回転力は、所定の回転速度に達したことを契機として遠心クラッチ４２を介して歯車７に伝達される。例えば、右回転（図中▲１▼）の回転力はそのまま右回転（図中▲２▼）として伝達される。歯車７の先端部に形成された歯７１は、歯７１に螺合する歯８１を有する歯車８に回転（図中▲３▼）が伝達されて、フライホイール３の下端に設けられた歯３１と歯８１とが螺合してフライホイール３に右回転（図中▲４▼）の回転力を伝達することができる。

すなわち、上回転体２ａによる左回転の回転力はそのまま、下回転体２ｂによる右回転の回転力は左回転の回転力に変換されて、フライホイール３に伝達されることから、相乗的な回転を得ることができる。

図４・図５において、上回転体２ａの回転力は、所定の回転速度に達したことを契機として遠心クラッチ４１を介して上フライホイール３ａに伝達される。例えば、左回転の回転力はそのまま左回転として伝達される。一方、下回転体２ｂの回転力は、所定の回転速度に達したことを契機として遠心クラッチ４１を介して下フライホイール３ｂに伝達される。例えば、右回転の回転力はそのまま右回転として伝達される。

上フライホイール３ａの下端には歯３ａ１が設けられており、歯３ａ１に螺合する歯７１を有する歯車７に回転が伝達される。また、下フライホイール３ｂの上端には歯３ｂ１が設けられており、歯３ｂ１に螺合する歯７１を有する歯車７に回転が伝達される。上回転体２ａによる左回転の回転力と、下回転体２ｂによる右回転の回転力とが、各々と接続されたフライホイール３ａ，３ｂにデフレンシャルに伝達され、プロペラシャフト９による回転力を動力源として利用することができる。

本発明の実施の形態に係る風力発電装置を車両に搭載するには、車両前部に風力流入口を、車両後部に風力排出口を設けて、風力流入口と風力排出口とを風導管で連通する。この風力発電装置は車幅に近い寸法を有し、車両の中低部に設置する。フライホイールの回転を利用して発電機を駆動させ、発電機により発生した電力を各種モーターの駆動に供給したり、バッテリーに供給したりすることができる。

特に、電気自動車においては、使用バッテリーと充電バッテリーの２つを搭載しておき、それらへの供給を相互に行うことで、途中充電を要することなく電気自動車を走行させることができる。

本発明は、風力発電を高効率に行うことができる風力発電装置として有用である。

１…筐体（１ａ：上仕切板、１ｂ：下仕切板）
２…回転体（２ａ：上回転体、２ｂ：下回転体）
３…フライホイール（３ａ：上フライホイール、３ｂ：下フライホイール）
４…伝達機構
５…風導管（５ａ：上導管、５ｂ：下風導管）
Ｐ…回転軸

Claims

風力を受けて所定の回転軸周りを一定回転方向に回転する風力発電装置であって、
回転軸と同軸をなして対向配置され、風導管により導かれた風によって互いに逆回転する上下一対の回転体と、
前記一対の回転体の間に回転軸と同軸をなして配置され、前記回転体の回転力が所定の回転速度に達した際に回転力が伝達される上下一対のフライホイールと、
前記フライホイールの回転を利用して発電する発電機と、
前記回転体の回転力を前記フライホイールに伝達する際に、伝達する回転力を規制する伝達機構と、
を有し、
前記回転軸は、上側の上記回転体及び上記フライホイールを軸支する上回転軸と、下側の上記回転体及び上記フライホイールを軸支する下回転軸と、で構成されていることを特徴とする風力発電装置。
前記風導管は、風力流入口と風力排出口とを連通しており、
前記風導管により導かれた風が通過する通過領域と、前記通過領域の一部に位置し、前記風導管により導かれた風が前記回転体と衝突する衝突領域と、を有することを特徴とする請求項１記載の風力発電装置。
請求項１又は２記載の風力発電装置を搭載した車両。