JP2008030640A - 車両用発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体に支持した部材の振動によって効果的に発電を行うことができる車両用発電装置を得る。
【解決手段】車両用発電装置１０は、車両の走行に伴って生じる走行風を受け得る位置で車体に対し相対変位可能に支持されたスポイラ１４と、走行風を受けることによって生じたスポイラ１４の車体上下方向の振動のエネルギを電気エネルギに変換する発電を行う発電装置２２と、発電装置２２が発電して得た電気エネルギを蓄える蓄電装置２４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用発電装置に関する。

自動車用外部バックミラーのミラーハウジング内に、自動車本体のアイドリング又は走行時に発生する上記バックミラーの振動により発電を行う振動発電機を設けた技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１０５９７９号公報

しかしながら、上記のような従来の技術では、バックミラーの車体に対する振動を利用するものではないため、振動発電機に内蔵した偏心回転体や振り子錘に伝達された振動エネルギを電気エネルギに変換するのみであり、発電量の増大には限界があった。

本発明は、上記事実を考慮して、車体に支持した部材の振動によって効果的に発電を行うことができる車両用発電装置を得ることが目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る車両用発電装置は、走行風を受け得る位置で車体に対し相対変位可能に支持された可動部材と、前記可動部材の振動により発電を行う発電手段と、を備えている。

請求項１記載の車両用発電装置では、車両の走行に伴って可動部材は走行風を受ける。例えば走行風（を受ける状態）の変動等に基づく起振力によって可動部材の車体に対する振動が生じた場合に、この振動によって発電手段が発電を行う。ここで、本車両用発電装置では、走行風を受けて車体に対し振動する可動部材の振動エネルギを電気エネルギに変換するため、換言すれば、起振源である部材の振動エネルギを電気エネルギに変換するため、大きな振動エネルギを利用して発電を行うことができる。

このように、請求項１記載の車両用発電装置では、車体に支持した部材の振動によって効果的に発電を行うことができる。

上記目的を達成するために請求項２記載の発明に係る車両用発電装置は、走行風を受け得る位置で車体に支持された空力部材と、前記空力部材の振動により発電を行う発電手段と、を備えている。

請求項２記載の車両用発電装置では、車両の走行に伴って空力部材は走行風を受け、整流やダウンフォース発生等の空力機能を果たす。例えば走行風（を受ける状態）に変動等に基づく起振力よって空力部材の車体に対する（例えば車体に接離する方向の）振動が生じた場合に、この振動によって発電手段が発電を行う。ここで、本車両用発電装置では、走行風を受けて車体に対し振動する空力部材の振動エネルギを電気エネルギに変換するため、換言すれば、起振源でありかつ空力機能を果たすため比較的大型で大きな空気力を受ける空力部材の振動エネルギを電気エネルギに変換するため、大きな振動エネルギを利用して発電を行い、大きな発電量を得ることができる。

このように、請求項２記載の車両用発電装置では、車体に支持した部材の振動によって効果的に発電を行うことができる。

請求項３記載の発明に係る車両用発電装置は、請求項１又は請求項２記載の車両用発電装置において、前記可動部材又は前記空力部材は、車幅方向に長手の板状に形成されており、前記車体から立設された支持部材によって該車体とは離間して支持されている。

請求項３記載の車両用発電装置では、１つ又は複数の支持部材によって車体から離間した状態で支持された可動部材又は空力部材は、走行風を受け易く、この走行風の変動等によって全体として又は変形しつつ一部が車体に対する振動を生じ得る。

請求項４記載の発明に係る車両用発電装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の車両用発電装置において、前記可動部材又は前記空力部材は、弾性部材を介して車体に支持されている。

請求項４記載の車両用発電装置では、可動部材又は空力部材は、車体に対し弾性的に支持されており、車体に対して全体として変位を生じ得るため、大きな振動エネルギを発電手段に伝達し得る。特に、弾性部材として減衰の小さいものを用いれば、例えば走行風の変動等によるインパルス状の起振力（エネルギ）が入力された場合でも一定期間の振動（弾性体の保存力）が維持されるので、振動エネルギを効果的に発電に利用することができる。

請求項５記載の発明に係る車両用発電装置は、請求項４記載の車両用発電装置において、作動することで前記可動部材又は前記空力部材に強制変位を付与する変位付与手段をさらに備えた。

請求項５記載の車両用発電装置では、変位付与手段によって可動部材又は空力部材に強制変位を与えると、弾性部材を介して車体に支持された可動部材又は空力部材は、走行風等の外力を受けなくても振動を生じるので、低速走行時の走行風や停止時に受ける自然風等の比較的弱い空気力（の揺らぎ等）によっても振幅が確保され、発電手段に発電を行わせることができる。

以上説明したように本発明に係る車両用発電装置は、車体に支持した部材の振動によって効果的に発電を行うことができるという優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る車両用発電装置１０について、図１乃至図３に基づいて説明する。なお、図中矢印ＦＲは車体前後方向の前方向（走行方向）を、矢印ＵＰは車体上下方向の上方向を、矢印Ｗは車幅方向をそれぞれ示す。

図３（Ａ）には、車両用発電装置１０が適用された自動車１２の概略構成が側面図にて示されている。この図に示される如く、自動車１２は、その後端部１２Ａに設けられた可動部材又は空力部材としてのスポイラ（水平翼）１４を備えている。図３（Ｂ）に示される如く、スポイラ１４は、平面視で車幅方向に長手の矩形板状に形成されており、自動車１２後端部１２Ａを構成するトランクリッド１６に下端１８Ａが固定された一対の支持板（垂直翼）１８間を架け渡している。この実施形態では、スポイラ１４の車幅方向に沿った長さは、トランクリッド１６（自動車１２）の全幅に略一致している。

以上説明した１４は、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示される如く、自動車１２の走行に伴って生じる走行風Ａを受けて、車体（後輪２０）を路面Ｒ側に押し付けるダウンフォースＦを生じる構成とされている。なお、図４に示される如く、トランクリッド１６で開閉されるトランクを備えない自動車１２においては、スポイラ１４をルーフパネル２１の後端部に配置しても良い。そして、車両用発電装置１０は、上記スポイラ１４の振動を利用して発電を行う装置とされている。以下、具体的に説明する。

図１に示される如く、車両用発電装置１０は、スポイラ１４（の後述する支持構造）と、スポイラ１４の振動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置２２と、発電装置２２の発電（エネルギ変換）によって生じた電気エネルギを化学エネルギとして蓄える蓄電装置２４とを主要構成要素として構成されている。

スポイラ１４は、図２に模式的に示される如く、長手方向の両端１４Ａがそれぞれ弾性部材としてのスプリング２６を介して対応する支持板１８（すなわち車体）に車体上下方向に相対変位可能に支持されている。この実施形態では、スポイラ１４の長手方向の両端１４Ａは、それぞれ上下一対のスプリング２６を介して支持板１８に支持されている。スプリング２６は、コイルスプリングにて構成しても良いが、例えば皿ばねや板ばね等のコンパクトな構成のものを用いても良い。スプリング２６としては、減衰の小さい金属ばねを用いることが好ましい。

以上によりスポイラ１４は、例えば前側及び上側を共に向く風受け面１４Ｂで受ける走行風の強さや向きに変動が生じたり、自動車１２の旋回（ロール）等で風受け面１４Ｂの姿勢を変化させた場合等に、これらの変動（加速度）を起振力として車体に対する風受け面１４Ｂの姿勢をほぼ維持しつつ車体上下方向に振動を生じるようになっている。

発電装置２２は、スポイラ１４と支持板１８との間に配置された圧電素子としてのピエゾ素子２８を備えている。ピエゾ素子２８は、車体上下方向に沿う圧縮力を受けて起電力を生じるように構成（配置を含む）されている。図２では、ピエゾ素子２８は、スプリング２６の変位（圧縮、伸張）に追従するものとしてモデル化して示されている。ピエゾ素子２８は、圧縮方向に複数積層されて構成されても良い。

図１に示される如く、ピエゾ素子２８は、蓄電装置２４に電気的に接続されている。蓄電装置２４は、ピエゾ素子２８が生じた電気エネルギを図示しないバッテリに蓄え、かつ蓄えた電気エネルギをピエゾ素子２８には放出しないように構成されている。さらに、蓄電装置２４は、蓄えた電気エネルギを消費する図示しない負荷装置に電気的に接続されている。

次に、本実施形態の作用を説明する。

上記構成の車両用発電装置１０が適用された自動車１２では、スポイラ１４は、走行に伴って風受け面１４Ｂで走行風Ａを受けつつダウンフォースＦを生じる。この走行風（の強さや向き）の揺らぎや乱れ、車体の旋回等に伴う姿勢変化に起因してスポイラ１４が車体上下方向に振動すると、この振動によってピエゾ素子２８が繰り返し圧縮（圧縮力）を受けつつ発電を行う。すなわち、スポイラ１４の振動エネルギがピエゾ素子２８によって電気エネルギに変換される。この電気エネルギは、蓄電装置２４によって、直接的に電気エネルギに変換可能な化学エネルギとして蓄えられ、負荷装置の要求に応じて消費される。

ここで、車両用発電装置１０では、走行風を受けて車体に対する振動を生じるスポイラ１４の振動エネルギを電気エネルギに変換するため、換言すれば、起振源である部材の振動エネルギを直接的に利用して電気エネルギに変換するため、スポイラ１４の全振動エネルギを振動エネルギを効率的に利用して発電を行うことができる。しかも、スポイラ１４は、空力機能（ダウンフォースＦの発生）を果たすために大きな空気力を受ける部材であるため、大きな振動エネルギで振動することが多く、大きな発電量を得ることができる。

特に、スポイラ１４は、車体に対し相対変位可能に支持されているため、全体として車体に対し振動し、自らの弾性に基づいて振動する構成（一対の支持板１８による支持点が振幅の節になり易い構成）と比較して、振動エネルギを効率的に電気エネルギに変換することができる。しかも、スポイラ１４は、スプリング２６を介して支持板１８に支持されているため、例えば、走行風の変動や急旋回、段差載り上げ等によるインパルス状の起振力（エネルギ）が入力された場合でも一定期間スポイラ１４の振動（スプリング２６の保存力）が維持され、スポイラ１４から発電用の振動エネルギを効果的に獲得することができる。

また、車両用発電装置１０では、スポイラ１４が支持板１８に対し相対変位を生じればピエゾ素子２８が圧縮されて起電力が生じる。したがって、例えば、自動車１２の停止中に自然風を受けて発電を行うことも可能である。

（他の実施形態） 次に本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施系態又は前出の構成と基本的に同一の部品・部分については、上記第１の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。

（第２の実施形態） 図５（Ａ）には、本発明の第２の実施形態に係る車両用発電装置３２の要部が斜視図にて示されている。この図に示される如く、車両用発電装置３２は、ピエゾ原理に基づく発電装置２２に代えて、ダイナモ原理に基づく発電装置３２を備える点で、第１の実施形態に係る車両用発電装置１０とは異なる。

図５（Ｂ）にも示される如く、発電装置３２は、ピエゾ素子２８に代えて、スポイラ１４と一体的に車体に対し車体上下方向に相対変位するように該スポイラ１４の長手方向の両端１４Ａにそれぞれ固定的に取り付けられたマグネット（磁石）３４と、支持板１８に支持されてマグネット３４を挿通させたコイル３６とを主要部として構成されている。この発電装置３２では、スポイラ１４の支持板１８に対する相対変位に伴って生じるマグネット３４とコイル３６との相対変位によって、コイル３６に誘導起電力が生じる構成とされている。

すなわち、変形例に係る発電装置３２は、上記の通りダイナモ原理に基づく発電を行う構成とされている。車両用発電装置３２の他の構成は、車両用発電装置１０の対応する構成と同じである。したがって、第２の実施形態に係る車両用発電装置３２によっても、発電原理が異なるだけで、第１の実施形態に係る車両用発電装置１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態） 図６には、本発明の第３の実施形態に係る車両用発電装置４０がブロック図にて示されている。この図に示される如く、車両用発電装置４０は、変位付与手段としてのアクティベータ４２を備える点で、第１の実施形態に係る車両用発電装置１０とは異なる。

アクティベータ４２は、例えばソレノイド等のリニアアクチュエータとされ、スポイラ１４と支持板１８との間に配置されることで、作動してスポイラ１４に強制変位を与えるように構成されている。この実施形態では、アクティベータ４２は、パーキングブレーキの操作信号をトリガとして作動するように構成されている。例えば、リレー回路やＥＵＣによる制御によって、パーキングブレーキの操作信号をトリガとするアクティベータ４２の作動を実現することができる。

以上により、車両用発電装置４０は、自動車１２が停止したときにスポイラ１４に初期変位を強制的に付与する構成とされている。車両用発電装置４０の他の構成は、車両用発電装置１０の対応する構成と同じである。

したがって、車両走行時の発電装置２２（発電装置３２）による発電については、第３の実施形態に係る車両用発電装置４０によっても、第１の実施形態に係る車両用発電装置１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。

また、車両用発電装置４０では、自動車１２の停止時にスポイラ１４に初期変位が付与されるので、例えばスポイラ１４は、比較的エネルギ（起振力）の小さい自然風を受けた場合でも、比較的大きな振幅で振動し、この振動エネルギを効果的に電気エネルギに変換することができる。すなわち、例えばそのままでは回収（電気エネルギへの変換）が困難な自然風の弱い振動エネルギに初期変位によるバイアスを付加することで、比較的弱い振動エネルギを回収することが可能となる。さらに、低速走行中等の走行風が弱い場合にも、アクティベータ４２を作動して発電効率を向上することが可能である。

なお、上記第３の実施形態では、アクティベータ４２がスポイラ１４に初期変位を与える例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、スポイラ１４に初期変位を与える機能に代えて、又は該機能と共に、アクティベータ４２が支持板１８に対するスポイラ１４の支持剛性（ばね定数）を低下させる機能を果たすように構成しても良い。例えば、スポイラ１４を支持板１８に対し支持する並列ばねとして把握される上下一対のスプリング２６の一方を、アクティベータ４２の作動によってスポイラ１４又は支持板１８から離間させるように構成することで、支持板１８に対するスポイラ１４の支持剛性（ばね定数）を低下させることができる。これにより、比較的弱い振動エネルギ（起振力）でスポイラ１４の振幅を確保することができる。また、この支持板１８に対するスポイラ１４の支持剛性（ばね定数）を低下機能と、スポイラ１４に初期変位を与える機能とは別個のアクチュエータによって行っても良い。

さらに、上記した各実施形態では、自動車１２の後端部１２Ａに配置されたスポイラ１４の振動によって発電を行う例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、自動車１２の前部やフロントバンパの下側などに配置したスポイラの振動によって発電を行う構成としても良く、また例えば前輪の前方に配置されたスパッツ等の空力部材の振動によって発電を行う構成としても良い。

本発明の第１実施形態に係る車両用発電装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用発電装置の発電部を模式的に示す斜視図である。 （Ａ）は本発明の第１実施形態に係る車両用発電装置が適用された自動車の側面図、（Ｂ）は上記自動車に設けられたスポイラの斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用発電装置が適用された自動車の別例を示す側面図である。 本発明の第２実施形態に係る車両用発電装置の発電部を模式的に示す図であって、（Ａ）は全体構造の斜視図、（Ｂ）は一部拡大して示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る車両用発電装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 車両用発電装置
１６ トランクリッド（車体）
１８ 支持板（支持部材）
２１ ルーフパネル（車体）
２２ 発電装置（発電手段）
３０・４０ 車両用発電装置
３２ 発電装置（発電手段）
４２ アクティベータ（変位付与手段）

Claims (5)

1. 走行風を受け得る位置で車体に対し相対変位可能に支持された可動部材と、前記可動部材の振動により発電を行う発電手段と、を備えた車両用発電装置。
2. 走行風を受け得る位置で車体に支持された空力部材と、前記空力部材の振動により発電を行う発電手段と、を備えた車両用発電装置。
3. 前記可動部材又は前記空力部材は、車幅方向に長手の板状に形成されており、前記車体から立設された支持部材によって該車体とは離間して支持されている請求項１又は請求項２記載の車両用発電装置。
4. 前記可動部材又は前記空力部材は、弾性部材を介して車体に支持されている請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の車両用発電装置。
5. 作動することで前記可動部材又は前記空力部材に強制変位を付与する変位付与手段をさらに備えた請求項４記載の車両用発電装置。
   

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