WO2015068427A1 - 移動体用発電装置 - Google Patents

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WO2015068427A1
WO2015068427A1 PCT/JP2014/068751 JP2014068751W WO2015068427A1 WO 2015068427 A1 WO2015068427 A1 WO 2015068427A1 JP 2014068751 W JP2014068751 W JP 2014068751W WO 2015068427 A1 WO2015068427 A1 WO 2015068427A1
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WO
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power generation
holding member
flat plate
vehicle
flow
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PCT/JP2014/068751
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English (en)
French (fr)
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英伸 高尾
曽根　靖博
秀実 陸田
田中　義和
Original Assignee
豊田鉄工株式会社
国立大学法人広島大学
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/185—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using fluid streams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a power generator for a mobile body, and more particularly to a technique for constructing a power generator capable of obtaining a large electromotive force in a lightweight and compact manner.
  • Patent Document 1 A power generator for a mobile body that generates power based on the relative flow of an external fluid when the mobile body moves has been proposed.
  • the device described in Patent Document 1 is an example, and a windmill is arranged in a hood of a vehicle, and the windmill is rotated by the flow of outside air during traveling to generate electric power.
  • Patent Document 2 a power generation device using electromagnetic induction or the like is disposed on the support portions at both ends of the rear spoiler, and when the rear spoiler is vibrated up and down by the flow of outside air during traveling, the energy of the vibration is converted into electric energy. It is supposed to convert to.
  • the present invention has been made against the background of the above circumstances.
  • the object of the present invention is to provide a lightweight mobile power generation device that generates power based on the relative flow of external fluid when the mobile body moves.
  • a large electromotive force can be easily obtained while being compact.
  • the first invention is a power generator for a moving body that generates electric power based on the relative flow of an external fluid when the moving body moves, and (a) a flat plate shape that can be elastically deformed A plurality of flat plate-shaped power generations in which the base material and the piezoelectric film are alternately laminated, and the base material is elastically deformed in the thickness direction by the flow of the external fluid, whereby the piezoelectric film is bent and deformed.
  • a unit and (b) the plurality of power generation units disposed in the moving body and spaced apart from each other in a direction intersecting the flow direction of the external fluid, and a flat plate of the plurality of power generation units And a holding member that holds the plurality of power generation units at a location where the external fluid flows so that the surface is in a posture substantially parallel to the flow direction of the external fluid.
  • the flat plate shape is a shape when the power generation unit is not deformed by an external fluid and is a reference shape held by a holding member.
  • the plurality of power generation units are arranged in a fixed posture such that the flat plate surfaces of the flat plate shape are parallel to each other and substantially parallel to the flow direction of the external fluid. It is arranged on the holding member.
  • the power generation unit has a longitudinal flat plate shape, and the longitudinal direction of the power generation unit is substantially perpendicular to the flow direction of the external fluid. The portion is held by the holding member.
  • the power generation unit has a flow direction of the external fluid in a width direction perpendicular to the longitudinal direction of both ends of the longitudinal plate in the longitudinal plate shape A portion located on the upstream side is fixed to the holding member, and the downstream side can be displaced in the plate thickness direction with respect to the holding member.
  • the holding member has a rectangular frame shape as viewed from the front side of the mobile body,
  • the plurality of power generation units are held by the holding members with the front-rear direction of the body as the flow direction of the external fluid.
  • a sixth aspect of the invention is the power generator for a moving body according to any one of the first to fifth aspects of the invention.
  • the moving body includes a plurality of substantially horizontal lateral fins and substantially vertical longitudinal fins.
  • the power generation device is disposed behind the front grille, and the plurality of power generation units are disposed such that the flat plate surface is substantially parallel to the fins. Both ends in the direction parallel to the fin in a front view as viewed from the side are held by holding members, and the power generation unit is deformed by the flow of outside air introduced from the gap between the fins to generate power.
  • a seventh aspect of the present invention is the power generation apparatus for a moving body according to the sixth aspect, wherein the fin has an inclined portion whose cross section cut in the front-rear direction of the vehicle approaches the central portion side of the power generation apparatus toward the vehicle rear side. It is characterized by that.
  • a mobile power generator elastically deformable base materials and piezoelectric films are alternately laminated, and the base material is elastically deformed in the plate thickness direction by the flow of an external fluid, so that the piezoelectric film is bent and deformed. Since a flat plate-shaped power generation unit that generates power by being used is used, it can be configured to be lightweight and compact.
  • the plurality of power generation units are arranged apart from each other in a direction intersecting the flow direction of the external fluid, and the holding plate is arranged so that the flat plate surface of the flat plate is in a posture substantially parallel to the flow direction of the external fluid. Since it is held, a large electromotive force can be easily secured by arranging a large number of power generation units close to each other closely while suppressing an increase in movement resistance of the moving body.
  • the plurality of power generation units are disposed on the holding member in a fixed posture in which the flat plate surfaces of the flat plate shape are parallel to each other and substantially parallel to the flow direction of the external fluid. Can be arranged at a high density so as not to interfere with each other, and a larger electromotive force can be secured in a limited arrangement space.
  • the third invention is a case where the power generation unit has a longitudinal flat plate shape, and the longitudinal direction thereof is held at right angles by the holding member in a posture substantially orthogonal to the flow direction of the external fluid.
  • the intermediate portion in the longitudinal direction of the power generation unit is preferably vibrated so as to reciprocate in the plate thickness direction, and power can be generated efficiently.
  • the portion located on the upstream side in the flow direction of the external fluid in the width direction perpendicular to the longitudinal direction is fixed to the holding member.
  • a holding member having a rectangular frame shape as viewed from the front side of the moving body is used, and a plurality of power generation units are held with the front-rear direction of the moving body as the flow direction of the external fluid.
  • the device is easy to handle.
  • a power generation device can be incorporated into a radiator support installed in an engine-driven vehicle, and can be installed in a vehicle easily and inexpensively using conventional components. .
  • the sixth invention relates to a vehicle having a front grille provided with a plurality of horizontal fins or vertical fins, and the plurality of power generation units are arranged in a posture substantially parallel to the fins, as viewed from the front of the vehicle. Since both end portions in the direction parallel to the fin are held by the holding member, the power generation unit is efficiently deformed by the outside air introduced through the gap between the fins, and high power generation efficiency is obtained. Moreover, since the flow of outside air can be controlled by the fins, it is possible to generate power more efficiently.
  • the fin since the fin has an inclined portion that approaches the central portion side of the power generation device as it goes toward the vehicle rear side, the wind speed (flow velocity) of the outside air when passing through the power generation device increases, and the center of the power generation unit Since the turbulent flow such as the vortex flow is likely to occur while passing through the portion in a concentrated manner, the amount of deformation, the deformation speed and the frequency of the power generation unit are increased, and more efficient power generation can be achieved.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a vehicular power generator that is an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view of a state where the power generation device of FIG. 1 is mounted on a vehicle, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to a cross-section taken along line II-II in FIG. It is a front view of the electric power generating apparatus of FIG. It is a top view of the electric power generating apparatus of FIG. It is a side view of the electric power generating apparatus of FIG. It is sectional drawing of the upper end fixed part of the electric power generation unit of the electric power generating apparatus of FIG. It is sectional drawing which cut
  • FIG. 7 It is sectional drawing which shows the state by which the electric power generation unit of FIG. 7 was bent and deformed. It is a figure explaining the power generation principle of a power generation unit. It is a figure explaining the vibration principle of the electric power generation unit arrange
  • FIG. 10 is a diagram for explaining still another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to a cross section taken along the arrow line XVI-XVI in FIG.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating still another embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view of a portion corresponding to the cross section taken along the arrow XVIII-XVIII in FIG. It is a figure explaining another Example of this invention, and is sectional drawing corresponding to FIG.
  • the present invention is applied to a power generation device mounted on a vehicle such as an automobile, for example, but can also be applied to a power generation device for other moving bodies such as an aircraft and a ship.
  • the power generation device may be disposed outside the moving body, for example, around the wing, or may be disposed in the flow path by providing an external fluid flow path inside the moving body. It is.
  • the power generator of the present invention can be installed both externally and internally.
  • the base material for example, an elastomer such as natural rubber or synthetic rubber, silicon or the like is preferably used. Since the deformation characteristics and power generation characteristics for the flow rate of the external fluid differ depending on the hardness of this base material, it is efficient in a wide range of flow speeds by arranging multiple types of power generation units using multiple types of base materials with different hardness. It can generate electricity well.
  • a base material having a Shore A hardness of about 10 to 70 is preferably used. However, a low hardness material having a Shore A hardness of about 15 is appropriate in a low wind speed range, and in a high wind speed range.
  • a high-hardness material having a Shore A hardness of about 60 is appropriate, and a power generation device can be configured by combining a plurality of types of power generation units using these as base materials.
  • a power generation device with only one type of power generation unit configured using one type of base material, such as a power generation unit using a low hardness material capable of generating power from a low wind speed range to a high wind speed range. is there.
  • the hardness of the base material is appropriately determined so that a predetermined deformation characteristic can be obtained by the flow of the fluid in consideration of the type of fluid (liquid, gas, etc.) and the flow velocity.
  • the piezoelectric film is a film made of a piezoelectric material having a piezoelectric effect (piezo effect), and polyvinylidene fluoride (PVDF), poly (vinylidene cyanide), or the like is preferably used. Electrode films such as aluminum are provided on both surfaces of the piezoelectric film by vapor deposition, sputtering, conductive paste, or the like, and electric wiring is connected to the electrode films.
  • the substrate material and the piezoelectric film may be alternately laminated in two or more layers (one layer each), but in order to increase power generation efficiency, the piezoelectric film is composed of two or more layers, and the substrate material is combined to form a laminated structure of three or more layers. Is desirable. In the case of a three-layer structure, a piezoelectric film may be bonded to both sides of the base material.
  • the power generation unit in which the base material and the piezoelectric film are laminated is preferably a long flat plate as in the third invention, but various flat plate power generation units such as a square can be adopted.
  • This power generation unit is arranged in a posture in which the flat plate surface is substantially parallel to the flow direction of the external fluid.
  • the flow direction is not always constant, for example, ⁇ with respect to a reference flow direction (such as the front-rear direction of the vehicle) It is also possible to arrange in a posture inclined within a range of about 15 ° (30 ° in total).
  • the holding member is arranged in a fixed posture substantially parallel to the flow direction of the external fluid.
  • the holding member is arranged so as to be swingable according to the flow of the external fluid. It can also be set up. It is desirable to provide a large number of three or more power generation units in order to secure a sufficient electromotive force.
  • the portion located upstream in the flow direction of the external fluid in the width direction perpendicular to the longitudinal direction is fixed to the holding member, and the downstream side can be displaced in the plate thickness direction with respect to the holding member.
  • the entire length of the edge in the longitudinal direction that is, the entire length in the width direction from the upstream end to the downstream end may be fixed to the holding member.
  • a holding member having a rectangular frame shape as viewed from the front side of the moving body is used, but it is possible to employ holding members having various frame shapes such as a triangle, a trapezoid, a pentagon, and a rhombus. it can.
  • the plurality of power generation units are arranged in a posture substantially parallel to the fins when viewed from the front side of the vehicle.
  • the posture is substantially orthogonal to the fins in the front view.
  • the fin having the inclined portion that approaches the central portion of the power generation device as it goes toward the rear side of the vehicle is provided.
  • a substantially horizontal or substantially vertical fin without the inclined portion is provided.
  • the lateral fins are flat plate-shaped members having a predetermined width dimension in the vehicle front-rear direction and arranged substantially horizontally in the vehicle width direction, and are provided in a plurality spaced apart in the vertical direction.
  • the vertical fins are flat plate-like members that have a predetermined width dimension in the vehicle front-rear direction and are arranged substantially vertically in the vertical direction, and are provided in a plurality spaced apart in the vehicle width direction.
  • a plurality of fins may be connected at the intermediate portion by connecting ribs or the like.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a power generation device 10 for a vehicle which is an embodiment of the present invention, and is used by being arranged at a front end portion in a vehicle engine room 12 as shown in FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • This vehicle is an electric vehicle that does not require a radiator, and in this embodiment, the power generation device 10 is assembled to a radiator support 14 on which the radiator is disposed.
  • FIG. 2 an upper support 16 and a lower support 18 of the radiator support 14 are illustrated, and the radiator support 14 is fixed to a vehicle frame or the like.
  • the power generation device 10 generates power based on the relative flow of the outside air 20 when a vehicle that is a moving body travels, and the front grille 24 disposed above and below the bumper reinforcement 22 at the front end of the vehicle includes A number of outside air introduction portions (holes and slits) 26 are provided, and the outside air 20 is introduced into the engine room 12 as indicated by arrows.
  • the power generation device 10 is disposed so as to protrude above and below the bumper reinforcement 22.
  • the outside air 20 corresponds to an external fluid. In the case of an electric vehicle, an engine is not mounted, but the conventional “engine room” in which the engine or the like is disposed will be used as it is.
  • FIG. 3 is a front view of the power generation apparatus 10, FIG. 4 is a plan view, and FIG. 5 is a side view.
  • the power generation apparatus 10 includes a holding member 30 having a rectangular frame shape and a large number (in the embodiment, five) of power generation units 32 held by the holding member 30.
  • the holding member 30 is fitted inside the rectangular frame-shaped radiator support 14 and is integrally assembled.
  • the front view of FIG. 3 is the same as the state seen from the front side of the vehicle when the power generation device 10 is assembled to the radiator support 14 and disposed on the vehicle.
  • the holding members 30 are arranged in parallel with each other in a substantially vertical posture substantially orthogonal to the (vehicle front-rear direction) and spaced apart from each other in the horizontal direction (vehicle width direction) perpendicular to the flow direction of the outside air 20.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the power generation unit 32 cut along the longitudinal direction, and a pair of piezoelectric films 36 are bonded to both surfaces of an elastically deformable base material 34 to form a rectangular flat plate shape. , And are attached to the holding member 30 via fixing members 38 and 40 at both ends in the longitudinal direction.
  • the fixing member 38 is made of a metal such as aluminum and has a U-shaped cross section, and the fixing member 38 having the U-shaped cross section.
  • the fixing plate 44 made of a resin material such as nylon is placed between the other side wall of the fixing member 38 and the end of the power generation unit 32.
  • the fixing member 38 and the fixing plate 44 have a length dimension substantially equal to the width dimension of the power generation unit 32 and are integrally fixed to the fixing member 38 over the entire width direction of the power generation unit 32.
  • the lower end portion of the power generation unit 32 is also fixed to the fixing member 40 via a bolt and a fixing plate, similarly to the upper end portion.
  • At least one of the fixing members 38 and 40 is disposed on the holding member 30 so that a predetermined tensile force can be applied in the longitudinal direction (vertical direction) of the power generation unit 32, and the position of the fixing member 38 and 40 can be adjusted in the vertical direction.
  • the power generation unit 32 having both end portions fixed to the fixing members 38 and 40 such as the above has a rectangular flat plate shape when not affected by the outside air 20. By changing this tensile force, it is possible to adjust the deformation characteristics and power generation characteristics of the power generation unit due to the flow of the outside air 20, which are appropriately determined in advance by experiments or the like.
  • the deformation characteristics and power generation characteristics of the power generation unit differ depending on the wind speed (vehicle speed) of the outside air 20, it is possible to efficiently generate power with a wide range of wind speeds by arranging the power generation units 32 having different tensile forces. It is. It is also possible to apply a tensile force to the power generation unit 32 using an urging means such as a spring.
  • the fixing members 38 and 40 are also disposed on the holding member 30 in parallel with the front-rear direction of the vehicle, which is substantially parallel to the flow direction of the outside air 20, whereby the large number of power generation units 32 have a flat plate surface.
  • the holding members 30 are held in a fixed posture that are parallel to each other and substantially parallel to the flow direction of the outside air 20.
  • the fixing members 38 and 40 are disposed on the holding member 30 so as to be swingable within a predetermined angle range (for example, a range of about ⁇ 15 ° with respect to the vehicle longitudinal direction), for example, around a substantially vertical axis.
  • the power generation unit 32 can be made swingable.
  • the base material 34 constituting the power generation unit 32 is an elastic body such as an elastomer having a Shore A (durometer type A) hardness of about 15 to 60. By changing the hardness of the base material 34, it is possible to adjust the deformation characteristics and power generation characteristics of the power generation unit due to the flow of the outside air 20, which are appropriately determined by experiments and the like.
  • the same base material 34 of the same material is used.
  • the pair of piezoelectric films 36 attached to both surfaces of the base material 34 is a film made of a piezoelectric material having a piezoelectric effect, and for example, polyvinylidene fluoride (PVDF) is used.
  • Electrode films 50 and 52 such as aluminum are provided on both surfaces of the piezoelectric film 36 by vapor deposition, sputtering, conductive paste, or the like, and electric wirings 54 and 56 are connected to the electrode films 50 and 52, respectively.
  • the surface of the power generation unit 32 is covered with a covering material 58 such as non-conductive synthetic resin.
  • FIG. 8 is an example of a deformation mode of the power generation unit 32 in FIG. 7, and is a case in which the intermediate portion in the longitudinal direction is elastically deformed so as to protrude upward, and is shown, for example, in FIG.
  • the electric charge in the piezoelectric film 36 is polarized, and a potential difference is generated by this polarization.
  • the power generation unit 32 arranged substantially parallel to the flow direction of the outside air 20 has a central portion in the longitudinal direction due to the pressure difference caused by the flow of the outside air 20, as shown in FIG. 10 corresponding to the XX section in FIG. Is elastically deformed in one direction in the plate thickness direction (deformation state I), a force in the opposite direction is generated due to the elasticity, so that it is elastically deformed in the other direction in the plate thickness direction (deformation state II).
  • the power generation unit 32 vibrates as indicated by an arrow A in FIG. it can.
  • the natural frequency can be adjusted by the length or tensile force of the power generation unit 32 to resonate under certain conditions.
  • FIG. 11 shows an example of an electric circuit 60 provided in the power generation device 10, which is a portion related to one power generation unit 32, and can be rectified by a rectification bridge circuit 62 to charge a power storage device 64 such as a battery. Since the positive / negative of the potential difference generated in the pair of piezoelectric films 36 provided on both sides of the base material 34 changes in a fixed relationship, one rectifying bridge circuit 62 is omitted and rectification is performed by a common single rectifying bridge circuit 62. You can also.
  • the elastically deformable base material 34 and the piezoelectric film 36 are alternately laminated, and the base material 34 is elastically deformed in the plate thickness direction by the flow of the outside air 20, thereby generating piezoelectricity.
  • the plate-shaped power generation unit 32 that generates electricity by bending and deforming the film 36 is used, it can be configured to be lightweight and compact.
  • a large number of power generation units 32 are arranged apart from each other in the vehicle width direction intersecting with the flow direction of the outside air 20, and the flat plate surface of the plate shape is substantially parallel to the flow direction of the outside air 20. Since it is held by the holding member 30, it is possible to easily secure a large electromotive force by arranging a large number of power generation units 32 close to each other closely while suppressing an increase in the running resistance of the vehicle.
  • the large number of power generation units 32 are arranged in the holding member 30 in a fixed posture in which the flat plate surfaces of the flat plate shape are parallel to each other and substantially parallel to the flow direction of the outside air 20, It is possible to arrange with high density so as not to interfere with each other, and it is possible to secure a larger electromotive force in a limited arrangement space.
  • the power generation unit 32 has a rectangular flat plate shape, the upper and lower ends in the longitudinal direction are held by the holding member 30 in a vertical posture in which the longitudinal direction is substantially perpendicular to the flow direction of the outside air 20.
  • the intermediate portion in the longitudinal direction of the power generation unit 32 is preferably vibrated so as to reciprocate in the plate thickness direction by the flow of the outside air 20, so that power can be generated efficiently.
  • the present embodiment relates to an electric vehicle that does not require a radiator, and can be disposed in a vehicle by incorporating the power generation device 10 into the radiator support 14 that is no longer necessary, and is simple and inexpensive using conventional components. Can be installed in the vehicle.
  • FIG. 12 is different from the above embodiment in a pair of fixing members 70 and 72 for attaching the upper and lower ends of the power generation unit 32 to the holding member 30.
  • the fixing members 70, 72 are shorter in length than the fixing members 38, 40, and on the upstream side (vehicle front side) in the flow direction of the outside air 20 in the width direction of the power generation unit 32, that is, the vehicle front-rear direction. Only the position is fixed by a bolt or a fixing plate (not shown). Therefore, a portion of the width direction of the power generation unit 32 that is located downstream in the flow direction of the outside air 20 can be freely deformed in the plate thickness direction from the upper end to the lower end, and the piezoelectric film 36 is deformed accordingly. The area becomes larger and power can be generated more efficiently.
  • a large number of power generation units 32 are arranged in a posture in which the longitudinal direction is the vehicle width direction and the flat plate surfaces are substantially horizontal and parallel to each other, and both ends in the vehicle width direction are the holding members 30. In this case, the same effects as those of the above embodiment can be obtained.
  • FIG. 14 shows that a plurality of power generation units 32 are provided at two locations above and below the bumper reinforcement 22 between the power generation device 10 and the front grille 24, separately from the power generation device 10 disposed on the radiator support 14.
  • a pair of power generation devices 82 and 84 are additionally provided, and can generate power more efficiently.
  • an automobile a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a gasoline vehicle, a diesel vehicle, etc.
  • the pair of power generation devices 82 and 84 are arranged, Similar effects can be obtained.
  • FIG. 15 shows a case where a pair of wind guide plates 90 and 92 for guiding the outside air 20 to the central portion in the vertical direction of the power generation device 10 are arranged between the power generation device 10 and the front grill 24.
  • the air guide plates 90 and 92 are provided with inclined portions that approach the central axis S toward the vehicle rear side with respect to the central axis S in the vehicle front-rear direction passing through the center of the bumper reinforcement 22.
  • the central axis S passes through the vicinity of the central portion of the power generation device 10, and the air guide plates 90 and 92 are inclined toward the central portion of the power generation device 10 toward the vehicle rear side.
  • the wind speed of the outside air 20 when passing through the power generation apparatus 10 is increased, and the central portion of the power generation unit 32 is concentrated and turbulent flow such as eddy current is easily generated.
  • the deformation amount, the deformation speed, and the frequency of 32 are increased, so that power can be generated more efficiently.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view corresponding to the cross section taken along the arrow XVI-XVI in FIG. 1, and uses a front grill 100 provided with a number of substantially vertical vertical fins 102 spaced apart in the vehicle width direction.
  • a large number of power generation units 32 that are arranged substantially perpendicular to each other and whose upper and lower ends are fixed to the holding member 30 are substantially parallel to the vertical fins 102 when viewed from the front of the vehicle. Thereby, the power generation unit 32 is efficiently deformed by the outside air 20 introduced from the gap between the vertical fins 102, and high power generation efficiency is obtained.
  • the vertical fin 102 includes an inclined portion 102s that inclines inward in the vehicle width direction so as to approach the center axis S toward the vehicle rear side in the horizontal cross section shown in FIG. For this reason, the introduced outside air 20 is intensively passed through the central portion side of the power generation apparatus 10 in the vehicle width direction, that is, the portion where the power generation unit 32 is disposed, and the wind speed increases and turbulent flow such as vortex flow is generated. Since it becomes easy to generate
  • FIG. 18 is a cross-sectional view corresponding to the cross section taken along the arrow XVIII-XVIII in FIG. 13, in which a front grill 104 provided with a number of substantially horizontal lateral fins 106 spaced apart in the vehicle vertical direction is used.
  • the large number of power generation units 32 that are arranged substantially horizontally and whose left and right ends are fixed to the holding member 30 are substantially parallel to the lateral fins 106 when viewed from the front of the vehicle.
  • the power generation unit 32 is efficiently deformed by the outside air 20 introduced from the gap between the lateral fins 106, and high power generation efficiency is obtained.
  • the lateral fin 106 includes an inclined portion 106s that inclines inward in the vertical direction so as to approach the central axis S toward the vehicle rear side in the vertical cross section shown in FIG.
  • the introduced outside air 20 is intensively passed through the central portion side of the power generation device 80, that is, the portion where the power generation unit 32 is arranged in the vertical direction of the vehicle, the wind speed is increased, and turbulent flow such as vortex flow is generated. Since it becomes easy to generate
  • the horizontal fin 107 which inclines so that the whole fin may approach the central axis S as it goes to the vehicle rear side, the same effect is obtained.
  • the entire horizontal fin 107 corresponds to an inclined portion.
  • FIG. 20 is a result of examining the power generation characteristics with respect to the wind speed by changing the material (hardness) and the width dimension of the base material 34 of the power generation unit 32.
  • “Soft” has a Shore A hardness of 15, “Hard” The thing has a Shore A hardness of 60. From this result, in the low wind speed range, that is, the low vehicle speed (less than about 40 km / h), a low hardness material having a Shore A hardness of about 15 and a wide width (about 20 mm in width) is appropriate, and a high wind speed range, that is, a high vehicle speed (speed per hour). For example, a high hardness material having a Shore A hardness of about 60 and a narrow width (about 10 mm in width) is appropriate.
  • the power generation unit 110 of FIG. 21 has a pair of base materials 112 further stacked on both sides (outside) of the pair of piezoelectric films 36 stacked on both surfaces of the base material 34 as compared to the power generation unit 32.
  • a pair of piezoelectric films 114 are laminated thereon, and a total of seven layers is formed.
  • the base material 112 and the piezoelectric film 114 are made of the same material as the base material 34 and the piezoelectric film 36, respectively.
  • the thickness of the base material 112 is thinner than the thickness of the base material 34, and the whole is elastic in the thickness direction. It is allowed to deform. In this case, since power is generated by a total of four piezoelectric films 36 and 114, higher power generation efficiency can be obtained.
  • the length of the pair of outer piezoelectric films 122 is shorter than that of the power generation unit 110 and is partially stacked at the center in the longitudinal direction.
  • Power generation device mobile power generation device
  • 20 Outside air (external fluid)
  • 30 Holding member 32
  • 110, 120 Power generation unit 34
  • 112 Base material 36
  • 114, 122 Piezoelectric film 100
  • 104 Front grille 102
  • 103 Vertical fins 102s: Inclined part 106
  • 107 Horizontal fins 106s: Inclined part S: Central axis

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Abstract

　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。　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。

Description

移動体用発電装置
　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、第１発明は、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であって、（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。
　第２発明は、第１発明の移動体用発電装置において、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。
　第３発明は、第１発明の移動体用発電装置において、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。
　第４発明は、第３発明の移動体用発電装置において、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。
　第５発明は、第１発明～第４発明の何れかの移動体用発電装置において、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。
　第６発明は、第１発明～第５発明の何れかの移動体用発電装置において、（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。
　第７発明は、第６発明の移動体用発電装置において、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。
　第２発明では、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。
　第３発明は、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。
　第４発明では、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。
　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、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。
　第６発明は、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。
　第７発明は、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 (7)

  1. 　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、
    　を有することを特徴とする移動体用発電装置。
  2. 　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に記載の移動体用発電装置。
  3. 　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１または２に記載の移動体用発電装置。
  4. 　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３に記載の移動体用発電装置。
  5. 　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１～４の何れか１項に記載の移動体用発電装置。
  6. 　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、
    　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
    　ことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の移動体用発電装置。
  7. 　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６に記載の移動体用発電装置。
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