(57)【要約】【課題】  車両走行の空気流によって回転する風車等の回転体の回転エネルギーを補助動力源とするハイブリッド車両の提供。【解決手段】エンジンあるいはモータを主駆動源とし、車両走行中車両表面の受ける風圧中正圧部分に空気流導入口をまた負圧部分に排出口を有する導風路、前記導風路中に設けられ導風路を通過する空気流によって回転する風車等の回転体、前記風車等の回転体の回転エネルギーを駆動輪に供給する補助エネルギー供給機能、から構成される「空気流エネルギー回生装置」を補助駆動源として、ハイブリッド車両を構成する。但し、前記「空気流エネルギー回生装置」において回生される補助エネルギー量は、前記「空気流エネルギー回生装置」が車両に設置されることによって増加する走行抵抗分によるエネルギー損失量よりも大きくなるように構成するものとする。【選択図】  図６
2010261343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンあるいはモータを主駆動源とし、車両の導風路中の車両走行による空気流で駆動される風車等の回転体を補助駆動源とする、ことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
車両走行時、車両表面の受ける風圧中正圧部分に導入口をまた負圧部分に排出口を有する導風路、前記導風路中に設けられ導風路を通過する空気流によって回転する風車等の回転体、前記回転体の回転エネルギーを駆動輪駆動の機械エネルギーとして供給する駆動輪駆動補助エネルギー供給機能、から空気流エネルギー回生装置を構成する、また前記空気流エネルギー回生装置によって回生される機械エネルギーとしての補助エネルギー量は前記空気流エネルギー回生装置が車両に設置されることによって増加する走行抵抗分によるエネルギー損失量よりも大きい、ことを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項３】
車両走行による空気流で駆動される風車等の回転体の回転エネルギーを供給されて駆動負荷を軽減した駆動輪を、エンジンあるいはモータの主駆動源で駆動して希望する車両走行状態を実現することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載のハイブリッド車両。
【請求項４】
空気流で駆動される風車等の回転体と駆動輪を一体化して構成し、車両導風路中の車両走行による空気流によって前記一体化した風車等の回転体と駆動輪を直接的に補助駆動することを特徴とする請求項１、請求項２あるいは請求項３記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、主として高速走行時車両の走行抵抗の主体的要因となる空気抵抗エネルギーを回収して車両駆動の補助エネルギー源とするハイブリッド車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガソリンエンジン車、電気自動車、およびガソリンエンジン／モータ  ハイブリッド車両における車両駆動の基本的なエネルギーフローをそれぞれ図１、図２、図３に示す。
図１において、ガソリン１１１は主エネルギー源１１２としてエンジン１１３に供給されて機械エネルギー１１４に変換され車両の駆動輪１１５を駆動する。
また図２においては、バッテリー２２１に蓄積されている電力は主エネルギー源２２２としてモータ２２３に供給されてモータの回転エネルギー、すなわち駆動輪駆動用機械エネルギー２２４として駆動輪２１５を駆動する。
また、車両減速時においては、車両の有している運動エネルギーの一部を駆動輪２１５を含む車輪から機械エネルギー２２７として取り込んで発電機２２６を回転させて発電し、発電された電力２２５はバッテリー２２１に蓄積する。
【０００３】
図３に示すガソリンエンジン／モータ  ハイブリッド車両においては、ガソリン３１１は主エネルギー源３１２としてエンジン３１３に供給されて機械エネルギー３１４に変換され車両の駆動輪３１５を駆動する。
合わせて、車両の発進・加速時においてはバッテリー３２１に蓄積されている電力は補助エネルギー源３２２としてモータ３２３に供給されてモータの回転エネルギー、すなわち補助機械エネルギー３２４として車両の駆動輪３２５を補助的に駆動する。
さらに、車両減速時においては、車両の有している運動エネルギーの一部を駆動輪３１５を含む車輪から補助機械エネルギー３２７を、また走行抵抗の少ない状態での走行中においては内燃機関３１３の出力する機械エネルギーの一部３２８を、各々取り込んで発電機３２６を回転させ発電された電力３２５はバッテリー３２１に補助エネルギーとして蓄積する。
【０００４】
上記図１、図２、図３に示す基本的車両駆動方法の他に、車両に搭載した風車を車両走行時の空気流によって回転させ、その回転エネルギーを車両駆動の補助エネルギーとする方法も提案されている（特許文献１〜特許文献５）。
即ち、車両の高速走行時においては車両走行抵抗のうち主体部分は空気抵抗となる。空気抵抗は後述の如く、走行速度一定の場合、空気抵抗係数および車両前面投影面積の積に比例する。したがって空気抵抗を小さくする、すなわち燃費性能をよくするため、
前記空気抵抗係数および車両前面投影面積を極小にするよう車両設計において配慮される。その結果にあっても現状、たとえば時速８０ｋｍ／ｈで定速走行している車両の空気抵抗は、転がり抵抗の約２倍、走行抵抗全体の約６０％に達する。
【０００５】
上記空気抵抗分を小さくできればその分高速走行時の燃費性能は向上する。しかし前記のとおり、現状車両においては空気抵抗を極小に抑えるための配慮がなされていることから、単に前記空気抵抗係数および車両前面投影面積をこれ以上大幅に削減することはできない。したがって空気抵抗分を削減することに代えて空気抵抗のエネルギーの一部を回生して車両駆動に活用できれば回生分だけ空気抵抗を削減したと等価になる。
但し、上記エネルギー回生に際してはエネルギー回生のために空気抵抗係数、車両前面投影面積、あるいは車両重量が増加してしまう場合は、その分を補ったうえでさらに相応の回生エネルギー量を得る必要がある。
【０００６】
ここで、時速８０km／h  走行時、走行抵抗全体の６０％を占める空気抵抗の３０％相当分の空気流エネルギーの回生を効率４０％で出来るとする（但し前記空気抵抗係数、車両前面投影面積、あるいは車両重量の増加は無視できるとする）と、
０．６０×０．３０×０．４０＝０．０７２  すなわち時速８０km／h  の定速走行時においては、空気流エネルギーの回生によって７．２％の省エネルギー化が可能になると言える。
【０００７】
図４にモータを主駆動源とし、車両走行時の空気流によって回転させる風車を補助駆動源とするハイブリッド車両のエネルギーフローを示す。
図４において、バッテリー４２１に蓄積されている電力は主エネルギー源４２２としてモータ４２３に供給されてモータの回転エネルギー、すなわち駆動輪駆動用機械エネルギー４２４として車両の駆動輪４２５を駆動する。
一方、車両減速時においては、車両の有している運動エネルギーの一部を駆動輪４１５を含む車輪から機械エネルギー４２７として、また車両走行による空気流４３１を車両に搭載した風車４３３に供給して風車の回転エネルギー４３４として、各々取り込んで、これらを発電機４２６に供給して発電しバッテリー４２１に補助エネルギー源４２５として蓄積する。
ここで４３５は、駆動輪４１５駆動による車両走行エネルギー中空気流４３１を生じさせるエネルギー分を表わす。
【０００８】
上記図４の方式においては、主エネルギー源は電力であるが、これに代えてガソリンとすることも考えられる。しかしガソリンとした場合、風車の回転エネルギーの発電蓄積駆動用の発電機、バッテリー、およびモータが必要になることから実用的ではない。
また、図４の方法では、車両走行による空気流のエネルギー４３２を風車の回転エネルギー４３４に変換後さらに発電機４２６で電気エネルギー４２５に変換してバッテリー４２１に蓄電後モータ４２３を駆動しているため、その発電機効率、蓄電効率、モータ駆動効率等によって風車の回転エネルギーの利用効率、すなわちエネルギー回生効率、が悪くなる問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開平６−６０２０２
【特許文献２】特開２００３−２７８６４１
【特許文献３】特開２００８−１２７９９４
【特許文献４】特開２００８−１８５０２６
【特許文献５】特開平７−２２８２２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明は上記車両走行による空気流をハイブリッド車両の補助エネルギー化するに際してのエネルギーの回生を効果的・効率的に行うことによって、より省エネルギー化・排出ガス量削減化を可能にしようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明の基本的考え方は、車両走行による空気流で車両に搭載した風車等の回転体を回転させ、その回転エネルギーを、他のエネルギー形態に変換することなく、また回転エネルギーの状態で長時間蓄積することなく、直接的に駆動輪の駆動エネルギーとするものである。以下に本願発明の理論的根拠とその実現のための基本構成について述べる。
【００１２】
車両における走行抵抗Ｒは（数１）であらわされる。ただし車両は平坦路を定速走行している状態とする。
（数１）
Ｒ＝Ｒr ＋Ｒa
ここで、Ｒr：転がり抵抗、Ｒa：空気抵抗であり、転がり抵抗Ｒr 、空気抵抗Ｒa は各々（数２）、（数３）であらわされる。
【００１３】
（数２）
Ｒr ＝μr・Ｗ
ここで、μr：転がり抵抗計数、Ｗ：車両重量、である。
【００１４】
（数３）
Ｒa ＝ＣD ・ρ・Ｓ・Ｖ2／２
ここで、ＣD ：空気抵抗計数  ρ：空気密度、Ｓ：車両前面投影面積、Ｖ：車速、である。
即ち、空気抵抗Ｒaは、空気抵抗計数と車両前面投影面積の積に比例し、車速の自乗に比例する。
【００１５】
したがって走行抵抗を少なくする、すなわち転がり抵抗と空気抵抗の和を小さくするためには、転がり抵抗に関しては車両重量を、空気抵抗に関しては、車速を一定とした場合、空気抵抗計数と車両前面投影面積の積を極力小さくすればよい。
しかし、車両の規格、用途、あるいはデザイン上の制限から車両重量および空気抵抗計数と車両前面投影面積の積の極小化には限度がある。
そこで、車両重量、および空気抵抗計数と車両前面投影面積の積の増加を極力抑えたうえで、車両走行によって車両の受ける風圧エネルギーを効率的に回生する、すなわち、前記車両重量および空気抵抗計数と車両前面投影面積の積の増加による車両駆動エネルギー増加分以上に、車両走行によって車両の受ける風圧エネルギーを回生し車両駆動エネルギーとしなければならないことがわかる。
【００１６】
空気流による風車回転エネルギーの生成およびその駆動エネルギー化（駆動輪への供給）のための転がり抵抗増加分ΔＲrは（数４）で、また空気抵抗増加分ΔＲaは（数５）であらわされる。
【００１７】
（数４）
ΔＲr＝αr・μr・Ｗ
ここで、αr：空気流による風車回転エネルギーの生成およびその駆動エネルギー化（駆動輪への供給）のための転がり抵抗増加係数
【００１８】
（数５）
ΔＲa＝αa・ＣD ・ρ・Ｓ・Ｖ2
ここで、αa：空気流による風車回転エネルギーの生成およびその駆動エネルギー化（駆動輪への供給）のための空気抵抗増加係数
である。
【００１９】
従って、前記車両走行空気流による風車回転エネルギーとして生成され駆動輪へ供給されるエネルギーＥa が、空気抵抗による風車回転エネルギー生成および駆動輪へ供給による「転がり抵抗増加分＋空気抵抗増加分」によって車両駆動に必要となるエネルギー増加分Ｅi に対して、（数６）を満足することができればその差分エネルギーΔＥを節約することができることがわかる。
但し（数６）を満足しない場合は、風車によって回転エネルギーを生成しても、それはエネルギー生成に必要な走行抵抗分即ち「転がり抵抗＋空気抵抗」の増加分を駆動するに必要なエネルギーに比べて少ないことから、エネルギー消費量が増大してしまい省エネルギー効果が得られないことは言うまでもない。
【００２０】
（数６）
ΔＥ＝Ｅa −Ｅi ＞０
【００２１】
次に、車両走行空気流による風車回転エネルギーとして生成され駆動輪へ供給されるエネルギーＥの生成および駆動効率を考える。
（数７）
Ｅa ＝β1・β2・Ｒae
ここで
β1：空気抵抗によって風車回転エネルギーとして生成される効率、
β2：空気抵抗によって風車回転エネルギーとして生成されたエネルギーの駆動輪へ供給される効率、
Ｒae：車両空気抵抗中の風車への空気流導入および導入した空気流による風車回転のための空気抵抗分、
である。
【００２２】
一方、従来の如く風車回転エネルギーで発電機を駆動し、発電された電力をバッテリーに蓄積し、バッテリーに蓄積された電気エネルギーを取り出してモータ駆動し、モータの駆動力によって駆動輪を駆動する場合の駆動輪に供給されるエネルギーＥa’ は、
（数８）
Ｅa’ ＝β1・β2’・Ｒae
ここで、
（数９）
β2’＝β3・β4・β5
ただし、
β3：風車回転エネルギーによる電気エネルギー発電効率
β4：発電された電気エネルギーの蓄電・放電効率
β5：モータに供給される電気エネルギーの駆動輪駆動のためのエネルギーへの変換・伝達効率
である。
【００２３】
ここで、空気抵抗によって風車回転エネルギーとして生成されたエネルギーで直接駆動輪を駆動する場合は、
（数１０）
β2＝１
であるのに対し、空気抵抗によって風車回転エネルギー（機械エネルギー）として生成されたエネルギーを一旦電気エネルギーに変換しそれをバッテリーに蓄電後出力してモータを駆動して機械エネルギーに変換し駆動輪を駆動する場合は、
（数１１）
β2’＜１
となる。
即ち、風車回転エネルギーで直接的に駆動輪を駆動する場合に比べて電気エネルギーに変換後駆動輪を駆動する場合のほうがエネルギー効率は劣ることは明らかである。
【００２４】
また風車の回転エネルギーを電気エネルギーではなく他のエネルギーに変換する場合においても当然のことながら上記変換効率は直接駆動輪を駆動する場合に比べて悪くなる。
即ち、風車の回転エネルギーを最も効率的に利用する方法は、風車の回転エネルギー（機械エネルギー）を電気エネルギー等他のエネルギーに転換・蓄積を行わず直接駆動輪に供給することである。
ただし車両への風圧の揺らぎ分の平滑化のために最低限必要な時定数を風車あるいは風車の回転エネルギーが駆動輪に供給される伝達路中に設けること、即ち風車あるいはその負荷に一定のフライホイール効果を持たせること、は必要である。 
【発明の効果】
【００２５】
上記本願発明、すなわち車両走行時の風圧（空気流）によるエネルギー生成量を、前記車両走行による風圧エネルギー生成のために付加される導風路あるいは風車等回転体による走行抵抗の増加分を駆動するに必要なエネルギー量よりも大きくすることによって、また前記生成されたエネルギー（機械エネルギー）を直接的に駆動輪駆動エネルギーとすることによって、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、あるいはモータ等の主動力源如何にかかわらず、特に高速走行時の走行抵抗の主要素となる空気抵抗の一部を車両駆動エネルギーの一部として効果的・効率的に省エネルギー・排出ガス量削減が可能な、ハイブリッド車両を実現することできる。
【００２６】
ここで主駆動源エネルギーと補助駆動源エネルギー（風車等の回転体出力エネルギー）相互の効率的な活用方法について述べる。
補助駆動源である風車等の回転体によって生成される回転エネルギー（補助エネルギー）は原則的には常時直接的に駆動輪に供給され、主駆動源による駆動輪の駆動負荷を補助エネルギー分だけ軽減させる。
上記補助エネルギー供給によって駆動負荷の軽減した駆動輪を、車両運転者がアクセル操作等で意思表示を行う車両走行状態になるように主駆動源で駆動する。
このような役割分担で主駆動源、補助駆動源を動作させて車両を走行させることによって、補助エネルギーを最大限生かしかつ主駆動エネルギーを効率的に利用して車両走行に対する車両運転者の意図を忠実に実現することができるとともに、主駆動源の省エネルギー効果・排出ガス削減効果の大きなハイブリッド車両を実現することができる。
【００２７】
以上本願発明の基本的考え方を自動車にハイブリッド車両用補助駆動源としてとして適用する場合について説明してきたが、本願発明の基本的考え方は２輪車を含む自動車以外の移動体であっても空気抵抗がその移動体の移動抵抗の大きな要因となり、かつ前記空気抵抗の一部を移動体駆動の駆動エネルギーに効率的に変換し得る場合はその移動体の補助駆動源としての適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ガソリンエンジン車両の車両駆動エネルギーフロー説明図、
【図２】電気自動車の車両駆動エネルギーフロー説明図、
【図３】ガソリンエンジン／モータ  ハイブリッド車両の車両駆動エネルギーフロー説明図、
【図４】従来の空気流による風車回転エネルギーを補助エネルギーとする電気自動車の車両駆動エネルギーフロー説明図、
【図５】本願発明によるガソリンエンジン／風車  ハイブリッド車両の車両駆動エネルギーフロー説明図、
【図６】本願発明によるモータ／風車  ハイブリッド車両の車両駆動エネルギーフロー説明図、
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本願発明を効果的に実施するためには、空気流の取り込みのための導入口および排出口の位置・形状、のみならず導入路中空気流によって回転する風車等回転体の寸法・形状および設置位置、あるいは回転体を駆動する空気流の揺らぎ分を吸収するために必要な回転体あるいは回転体負荷（駆動輪も含む）の慣性モーメント、さらに回転体の回転エネルギーを効率よく車両駆動輪に供給するためのエネルギー伝達経路、等に配慮した「回転体による車両の空気流エネルギー回生装置」を構成する必要がある。また当然のことながら回転体の回転エネルギーによる車両駆動の補助エネルギーと主駆動力による駆動エネルギー相互の効果的な活用方法についても、例えばコラム[００２６]に述べたごとく、最適化する必要がある。
以下に上記に留意した本願発明の実施例を示す。
【実施例１】
【００３０】
図５に本願発明によるハイブリッド車両（車両の主駆動源としてガソリンエンジンを用いた場合）のエネルギーフローを示す。
図５において、
５１１は、主エネルギー源５１２としてのガソリン
５１３は、ガソリンエンジン、
５１４は、ガソリンエンジン出力である機械エネルギー、
５１５は、ガソリンエンジン５１４出力である機械エネルギー５１４によって主体的に、また後述の風車５３３の回転エネルギー５３４によって補助的に駆動される駆動輪、
５３１は、車両走行によって得られる補助エネルギー源５３２としての空気流、
５３３は、補助エネルギー源５３２である空気流によって駆動される風車、
５３４は、風車５３３の回転エネルギー、
５３５は、駆動輪５１５駆動による車両走行エネルギー中空気流５３１を生じさせるエネルギー分、
である。
【００３１】
但し、図５においては例えばガソリンエンジン５１３が駆動輪５１５駆動に際して駆動エネルギー５１４を伝達するエネルギー伝達路（変速機、クラッチ等）は省略している。
また、空気流によって駆動される風車は、車両走行の揺らぎ、あるいは車両が走行する環境での自然風の揺らぎ、等によって回転に揺らぎが生じる恐れがある。この揺らぎを吸収・平滑化するためには、風車そのものあるいは風車の回転負荷となる構成部分、これには風車の回転エネルギーによって駆動される駆動輪も含まれる、に一定のフライホイール効果を持たせることも必要になる。
上記構成において、「風車による車両の空気流エネルギー回生装置」構成によって増加した車両走行抵抗分を補って余りある補助エネルギーとしての風車５３３の回転エネルギー５３４を得ることによって、本ハイブリッド車の補助エネルギー源として「風車による車両の空気流エネルギー回生装置」を設けた目的は達成される。
【実施例２】
【００３２】
図６に本願発明によるハイブリッド車両（車両の主駆動源としてモータを用いた場合）のエネルギーフローを示す。
図６において、
６２１は、主エネルギー源としての電力６２２を蓄積する、および車両減速時の車両運動エネルギーの一部を電力として回生して蓄積するバッテリー、
６２３は、バッテリー６２１からの電気エネルギー６２２によって駆動されるモータ、
６２４は、モータ出力として駆動輪６１５駆動の主エネルギーとなる機械エネルギー、
６２５は、発電機６２６出力である電気エネルギー
６２６は、車両減速時における車両運動エネルギーを駆動輪６１５回転エネルギー６２７から回生する発電機、
６２７は、車両減速時の車両運動エネルギーの一部による駆動輪６１５回転エネルギー
６１５は、モータ６２３出力である機械エネルギー６２４によって主体的に、また後述の風車６３３の回転エネルギー６３４によって補助的に駆動される駆動輪、
６３１は、車両走行によって得られる補助エネルギー源６３２としての空気流、
６３３は、補助エネルギー源６３２としての空気流によって駆動される風車、
６３４は、駆動輪６１５駆動の補助エネルギーとしての風車６３３の回転エネルギー、
６３５は、駆動輪６１５駆動による車両走行エネルギー中空気流６３１を生じさせるエネルギー分、
である。
【００３３】
上記において、風車６３３の回転エネルギーを駆動輪６１５に供給して駆動しているが、風車を駆動輪と一体化して駆動輪を駆動する方法もある。この方法は導風路を駆動輪と一体化した風車まで引き回さなければならない不都合さはあるが、たとえば主駆動源がインホイールモータの如く車輪のホイール中にモータを設けて駆動する場合においては特に有効である。
また、上記構成においても実施例１と同様、「風車による車両の空気流エネルギー回生装置」構成によって増加した車両走行抵抗分を補って余りある補助エネルギーとしての風車６３３の回転エネルギー６３４を得ることによって、本ハイブリッド車の補助エネルギー源として「風車による車両の空気流エネルギー回生装置」を設けた目的は達成される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本願発明による「車両走行時の空気流によって回転する風車等の回転体」の回転エネルギーを補助動力源とするハイブリッド車両は、主動力源の如何にかかわらず、主として高速かつ遠距離走行の頻度の高い物流用大型トラック、高速バス等に適用することによって、大きな省エネルギー効果、排出ガス量削減効果を発揮することができる。
【符号の説明】
【００３５】
図１〜図６において、
１１１、３１１、５１１：ガソリン、
１１２、３１２、５１２：主エネルギー源としてのガソリンエネルギー、
１１３、３１３、５１３：主駆動体としてのガソリンエンジン、
１１４、３１４、５１４：機械エネルギーとしてのガソリンエンジン出力、
１１５、２１５、３１５、４１５、５１５、６１５：駆動輪
【００３６】
２２１、３２１、４２１、６２１：バッテリー
２２２、４２２、６２２：主エネルギー源としての電力エネルギー、
３２２：補助エネルギー源としての電力エネルギー、
２２３、４２３、６２３：主駆動体としてのモータ、
３２３：補助駆動体としてのモータ、
３２４：補助機械エネルギーとしてのモータ出力
２２４、４２４、６２４：主機械エネルギーとしてのモータ出力、
２２５、３２５、４２５、６２５：充電電力、
２２６、３２６、４２６、６２６：発電機、
２２７、３２７、４２７、６２７：機械エネルギー（車両減速時の運動エネルギーの一部）、
３２８：ガソリンエンジン出力である機械エネルギーの一部、
【００３７】
４３１、５３１、６３１：車両走行による空気流、
４３２、５３２、６３２：補助エネルギー源としての空気流エネルギー、
４３３、５３３、６３３：風車、
４３４、５３４、６３４：風車の回転エネルギー
４３５、５３５、６３５：車両走行エネルギー中空気流を生じさせるエネルギー、
【図１】
2010261343.tif 000003
【図２】
2010261343.tif 000004
【図３】
2010261343.tif 000005
【図４】
2010261343.tif 000006
【図５】
2010261343.tif 000007
【図６】
2010261343.tif 000008