(57)【要約】【課題】  空気抵抗の少ないボディ形状は、車両の消費エネルギーを低減するが、空気抵抗の少ないボディ形状を採用しがたい車両もある。【解決手段】  本発明に係る発電装置は、車両に搭載された風力発電装置であって、走行中に受ける風圧を利用して発電することを特徴し、走行中の車両が風圧によって失う運動エネルギーの一部を回収するものであり、車両のボディ形状に関係なく搭載可能である。本発明に係る電動車両では、回収される電力を駆動モーターに供給するので、実質的な車両の消費エネルギーを低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された風力発電装置であって、走行中に受ける風圧を利用して発電することを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の風力発電装置で発電される電力を、車両の駆動用モーターに供給される電力として、又はその一部として用いることを特徴とする電動車両。
【請求項３】
請求項２記載の電動車両が電動アシスト自転車である。
【請求項４】
請求項２記載の電動車両が電動バイクである。
【請求項５】
請求項２記載の電動車両がレール軌道上を走る鉄道車両である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、風力発電装置及びこれを搭載する電動車両に関する。詳しくは、走行中の車両が受ける風圧を利用して発電する風力発電装置、及び、当該発電装置で発電される電力を駆動電力として、又はその一部として用いる電動車両に係るものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、世界各地では、地球温暖化の影響と見られる異常気象が多発し、これまでに経験したことの無い大きな被害を被っている。地球温暖化の原因はＣＯ２の排出量増加によるものとほぼ断定されており、ＣＯ２の排出量の削減は今後の大きな課題である。【０００３】  我々の日常生活は多くのエネルギー消費を伴っており、そのエネルギーの大半を化石燃料に依存している。この化石燃料がＣＯ２の最大の排出源である。従って、ＣＯ２の排出量削減のためには、基本的には、エネルギーの化石燃料への依存度を低減し、ＣＯ２の排出を伴わないエネルギー（原子力発電や自然エネルギーなど）へ移行する必要がある。【０００４】  しかしながら、原子力発電には最終核廃棄物の処理問題、また自然エネルギーには安定供給の難しさなど、それぞれ難問を抱えており、依然、化石燃料に依存するエネルギー消費が増え続けているのが現状である。従って、ＣＯ２の排出量削減のためには、化石燃料の消費効率を高めることが現実的な対応策である。【０００５】  日常生活に欠かせない交通手段や運搬手段としての多くの車両（以下、単に車ともいう。）は、ＣＯ２の大きな排出源となっている。従って、車両一般の化石燃料の消費効率を高めることが、より具体的なＣＯ２の排出削減策となる。【０００６】  車両における化石燃料の消費効率を高める基本的な方法は、車両のエネルギー効率を高めることであり、燃費の向上にも繋がる。そのため、この２０年間においても様々な工夫が積極的になされてきた。【０００７】  近年、我が国では、ハイブリッド車（以下、「ＨＥＶ」と称する。）の普及がＣＯ２の排出削減に貢献している。ＨＥＶでは、発進時や低速走行時や急加速時には搭載したバッテリーからモーターに電力を供給し、モーターがエンジン駆動をアシストしてエンジンの稼動効率を向上させる。これによって、ガソリンの消費効率が高められている。ただし、ＨＥＶも、一定の速度で高速走行しているときのガソリン消費効率は、基本的にはガソリン車と同じである。【０００８】  また、プラグインハイブリッド車（以下、「ＰＨＶ」と称する。）や、電気自動車（以下、「ＥＶ」と称する。）や、電動バイク（以下、「ＥＢ」と称する。）や電動アシスト型自転車等も実用化されている。【０００９】  これらの電動車両が、前述のＨＥＶと基本的に異なる点は、搭載するバッテリーを家庭用電気で充電し、バッテリーから駆動用モーターに電力を供給して走行する点であり、家庭用電気（火力発電による電気）はガソリンエンジンよりもエネルギー変換効率が高いため、結果的に、高速走行も含めてガソリン車やＨＥＶよりも化石燃料の消費効率は高くなる。従って、これらの電動車両の普及には更なるＣＯ２排出量の削減が期待されている。【００１０】  一般に電動車両では、制動時には、駆動用モーターを発電機として使用し、走行中の車両が有する運動エネルギーを回収してバッテリーに充電し、これを再利用することでもエネルギーの利用効率を高めている。なお、本明細書では、駆動力の一部、又は全てをモーター駆動による車両は、総称して電動車両と呼ぶこととする。【００１１】  一方、電動車両に限らず、走行中の車両が消費するエネルギーは走行中の車両が受ける���気抵抗によって大きく変わる。そのため、近年では、空気抵抗の少ないボディ形状とすることで、大幅に燃費の向上が図られている。
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  車両のエネルギー効率を高めるためには、基本的には車両の消費するエネルギーを低減する必要がある。一般に、車両が速度を一定に維持して走行するために消費するエネルギーは、ほぼ、速度の二乗に比例する。
【００１３】  そのため、一定距離を移動する場合、走行速度を半分とすれば、走行時間は２倍となるが、消費するエネルギーは半分で済む。しかし、車はあくまでも、一定距離を速く移動するための手段であり、一定距離を半分の速度で移動して、消費エネルギーを半分にするということでは、車の利便性が損なわれる。
【００１４】  車両には、一定の距離を、如何に少ない消費エネルギーで、如何に安全に、如何に速く走行できるかが問われる。従って、ＣＯ２の排出量削減の対応策としては、高速走行において、如何に、車両のエネルギー消費を抑えるかが重要である。
【００１５】  一方、車両を空気抵抗の少ないボディ形状とすることは、車両の消費するエネルギーを低減する上では極めて効果的である。空気抵抗が少ないボディ形状の車両は、低速走行においても、高速走行においても消費するエネルギーが大幅に低減される。
【００１６】  しかしながら、車両はその種類や用途によって、空気抵抗の少ないボディ形状とすることができないものがある。一般に、空気抵抗を減らすためには、車両を側面から見たシルエット形状が三角形にデザインされる。しかし、斯かる三角形シルエットのデザインはバスや電車、又はバイクや電動アシスト自転車等には採用しがたい。
【００１７】  従って、車両一般から排出されるＣＯ２を効果的に削減するためには、空気抵抗の少ないボディ形状にできない車両においても、消費エネルギーを低減する有効な手段が強く求められる。
【００１８】  本発明は、以上の課題に鑑みて成されたものであり、特に、空気抵抗の少ないボディ形状を採用しがたい車両においても、消費エネルギーの低減を可能とする手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】  本発明は、車両に搭載した発電装置であって、走行中に受ける風圧を利用して発電することを特徴とする風力発電装置である。
【００２０】  全くの無風状態では、車両が停止状態であれば、車両が受ける風圧はゼロである。しかし、無風状態でも、車両が速度Ｓで走行中であれば、速度の二乗（Ｓ２）に比例した風圧を受ける。本発明に係る発電装置は、車両に搭載した風力発電装置であるため、車両が走行することにより、走行中に受ける風圧を利用して発電することができる。
【００２１】  車両が停止状態で、且つ無風状態では、当該車両に搭載した風力発電装置は発電することはできない。しかし、車両が速度Ｓで走行中であれば、全くの無風状態でも、搭載した風力発電装置は走行速度の二乗（Ｓ２）に比例した風圧を受けて発電することができる。その発電量は車両の走行速度が速いほど大きくなる。
【００２２】  一方、走行中の車両が受ける風圧は車両の走行速度を減速させる。走行中の電動車両を意図的に減速する場合には、駆動用モーターを発電機として使用することにより、走行中の車両が有する運動エネルギーを回収することができる。
【００２３】  これと同じく、走行中の車両が受ける風圧で車両が減速する場合においても、走行中の車両が有する運動エネルギーは風力発電装置によって回収可能である。即ち、本発明に係る発電装置は走行中の車両が、風圧によって失う運動エネルギーの一部を回収する装置である。
【００２４】  ただし、走行中の車両が走行速度を維持して走行する場合には、風圧によって失う車両の運動エネルギーは、その同量のエネルギーが補充されている。この場合の補充エネルギーこそが、車が速度維持のために消費するエネルギーである。しかし、エネルギーが補充されている場合においても、車両の運動エネルギーが風圧によって失われていることには変わりは無く、本発明に係る発電装置は走行中の車両が風圧によって失う運動エネルギーの一部を回収するものである。
【００２５】  本発明に係る風力発電装置によって、走行中の風圧を利用して発電される電力は、バッテリーを充電して再利用することもできるし、直接、ライトや空調で消費するエネルギーの一部として用いることもできる。
【００２６】  本発明に係る風力発電装置を搭載した車両が電動車両の場合には、走行中の風圧を利用して発電される電力は、車両の駆動用モーターに供給される電力として、又はその一部として用いることができる。
【００２７】  また、本発明に係る風力発電装置を搭載した電動車両が電動アシスト型自転車の場合であれば、風圧を利用して発電される電力は、一旦、バッテリーに充電しておいて、モーターのアシストが必要な状況下で駆動用モーターに供給される電力として用いることができる。従って、本発明に係る電動アシスト型自転車は、搭載電池の充電不足によって、モーターによる駆動アシストが不能となる可能性が低下する。
【００２８】  また、本発明に係る風力発電装置を搭載した車両が電動バイクや電気自動車の場合であれば、走行中の風圧を利用して発電される電力は、駆動モーターに供給される電力として、又はその一部として用いることが出来る。そのため、本発明に係る電動バイクや電気自動車は搭載電池の充電量の減り方が遅くなるため、充電走行距離が伸びる。
【００２９】  一般には、電動バイクや電気自動車は走行速度が速いほど、消費電力は大きくなるため、高速走行では充電走行距離は短くなる。しかし、本発明に係る電動バイクや電気自動車では、走行中の風圧を利用して発電される電力は走行速度が速いほど大きくなるため、走行中の風圧を利用して発電される電力を駆動モーターに供給すれば、実質的な消費電力が低減するため、高速走行における充電走行距離の低減を抑えることができる。
【００３０】  また、本発明に係る風力発電装置を搭載した車両がレール軌道上を走る鉄道車両であれば、無人運転も可能であるため、車両の前面の殆どを風力発電装置で被うことができる。その結果、走行中の車両が風圧によって失う運動エネルギーを高い回収率での回収することができるので、当該車両の実質的な消費エネルギーを大幅に低減できる。
【発明の効果】
【００３１】  三角形シルエットのボディ形状は空気抵抗を減らして車両の消費エネルギーを大きく低減できる。しかし、斯かるボディ形状はバスや電車やバイクや電動アシスト自転車等には採用しがたい。しかし、本発明に係る発電装置は三角形シルエット形状を採用しがたい車両にも搭載可能であり、当該車両が走行中に失う運動エネルギーを走行速度にかかわらず一定の割合で回収できる。
【００３２】  そのため、特に、本発明に係る電動車両は、走行中の風圧を利用して回収される電力を駆動モーターに供給することで、実質的な車両の消費エネルギーを低減できる。その結果、車両における化石燃料の消費効率が高くなり、ＣＯ２の排出削減策の有効な手段となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】  本発明の一実施形態に係る風力発電装置及びこれを搭載する電動アシスト自転車の側面図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る風力発電装置及びこれを搭載する電動アシスト自転車の正面図である。
【図３】  本発明の一実施形態に係る風力発電装置及びこれを搭載する電動バイクの正面図である。
【図４】  本発明の一実施形態に係る風力発電装置の発電出力を測定する回路図である。
【図５】  本発明に係る風力発電装置を搭載する車両において、車両の走行速度と発電出力の関係を示すグラフである。
【図６Ａ】  側面から見た車両のシルエット形状を示した図である。
【図６Ｂ】  側面から見た車両のシルエット形状を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】  以下、本発明の実施の形態を図面に基づきさらに詳細に説明する。
【００３５】  図１は本発明の一実施形態に係る風力発電装置１０及びこれを搭載する電動アシスト型自転車５０の側面図であり、図２はその正面図である。電動アシスト型自転車はボディ形状を空気抵抗の少ない三角形シルエット形状とすることが難しい電動車両の一種である。
【００３６】  図１及び図２に示した本発明の一実施形態に係る風力発電装置１０は、電動車両（電動アシスト型自転車）５０に搭載されている。図１及び図２に示す風力発電装置１０は発電機１と風車２で構成されており、電動車両５０が速度Ｓで前進走行すれば、風車２には速度Ｓの二乗に比例する風圧がかかるため、風車２が発電機１を回して、ａＳ２（Ｗ）の電力を発電する。ただし、ａは発電係数である。
【００３７】  人が体を動かす「運動の強さ」は「ＭＥＴｓ（メッツ）」という運動強度を測る単位で表すことができるが、普通に歩いているときの運動強度は３ＭＥＴｓ程度であり、通常の自転車に乗っている場合の運動強度は、平坦な道で４ＭＥＴｓ程度、坂道では５ＭＥＴｓや６ＭＥＴｓ程度になるといわれている。
【００３８】  これに対して、電動アシスト型自転車では、普通の道でも、坂道でも、また重い荷物を積んでいても、運動強度が普通に歩いているときと同じくらいになるように、モーター駆動でアシストするというものである。
【００３９】  つまり、電動アシスト型自転車は、搭載しているバッテリーからモーターに電気を供給して、自転車の駆動力の２５％〜５０％を補助することにより、常に、普通に歩いているときと同じくらいの運動強度で走行することができる。
【００４０】  具体的には、平坦な道では、自転車を駆動する力の約７５％を人力で負担し、２５％はモーター駆動で補助し、坂道では約６０％を人力で負担し、４０％はモーター駆動で補助する。更に急な坂道では、約５０％を人力で負担し、５０％はモーター駆動で補助するという具合である。
【００４１】  搭載しているバッテリーは予め家庭用電気で充電しておくが、バッテリーの充電残量がなくなれば、モーター駆動による補助はなくなって、通常の自転車と同様に人力だけで走行することになる。
【００４２】  図１に示した本発明に係る電動アシスト型自転車５０は、速度Ｓで走行する場合には、発電装置１０が発電する電力ａＳ２（Ｗ）を駆動用モーター６に供給できる。そのため、搭載されるバッテリー７から当該駆動用モーターに供給される電力はａＳ２（Ｗ）だけ低減することができる。これによって、バッテリーの充電量が長く保たれ、モーター駆動による補助がなくなる可能性は少なくなる。
【００４３】  また、図１及び図２に示す、電動アシスト型自転車５０では、夜間に走行する場合であれば、発電機１が発電する電力をライト５に供給することもできる。この場合、搭載されるバッテリーから当該ライト５に供給される電力は不要となるか若しくは大きく低減される。
【００４４】  以上の本発明の一実施形態では、風圧で発電機を回して発電する装置を電動アシスト型自転車に搭載した場合について説明したが、本発明に係る発電装置はこれに限定されるものではなく、全ての車両に搭載可能であり、搭載する発電装置によって回収される電力は実質的に車両の消費するエネルギーを低減することになる。
【００４５】  車両の消費するエネルギーを低減するためには、走行中の車両が受ける空気抵抗を減らすことが有効な手段であり、これまで、図６Ａに示すように、多くの乗用車は側面から見たシルエット形状が三角形にデザインされたボディ構造としている。三角形のシルエット構造の車両であれば、走行中の車両に接触する空気は、図６Ａに示す矢印のように流れるため、空気抵抗が減って車両の消費するエネルギーが低減する。
【００４６】  しかしながら、車両の種類や用途によっては三角形のシルエット構造を採用できない車両もある。例えばバスや電車などでは、図６Ｂに示すように、四角形のシルエット構造とせざるを得ない。この場合では、走行中の車両に接触する空気は、図６Ｂに示す矢印のように流れ、大きな空気抵抗となって、車両の消費するエネルギーが大きくなる。バイクや電動アシスト自転車等も三角形のシルエット構造を採用し難い車両である。
【００４７】  三角形のシルエット構造を採用できない車両では走行中の車両が受ける空気抵抗はより大きくなって、車両の消費するエネルギーはより大きくなる。しかし、本発明に係る風力発電装置を搭載すれば、走行中の車両が空気抵抗によって失う運動エネルギーの一部は風力発電装置によって回収可能であるため、結果的には車両が消費するエネルギーを低減することが出来る。
【００４８】  また、本発明に係る発電装置は走行する車両が受ける風圧を利用して発電するものであるが、風圧で発電機を回して発電する装置に限定されるものではなく、圧電効果を利用した発電装置等を利用することも可能である。更に、発電機１が発電する電力は駆動用モーターに供給したり、ライトに供給したりするだけでなく、空調その他への電力供給も可能である。
【実施例】
【００４９】  以下実施例により本発明に係る風力発電装置を電動バイクに搭載する場合について説明する。【００５０】  図３は本発明に係る風力発電装置１０及びこれを搭載する電動バイク１００の正面図である。電動バイクもまた、エネルギー消費を車体形状によって少なくすることの難しい電動車両の一種である。【００５１】  市販の多極式（６０極）モーターに扇径が人の肩幅サイズの風車を取り付けて風力発電装置１０を作製し、これを市販の電動バイク１００に、図３に示すように取り付けて、本発明の一実施形態に係る電動バイクを作製した。この電動バイクには、更に図３に示すように、発電機１の発電出力が１オームの抵抗体３を介して放電するように結線し、また、抵抗体３の両端には電圧計４を結線した。【００５２】  当該電動バイクがＸｋｍ／ｈで走行するときの電圧計４に示される電圧の値（Ｖｘ）と発電機１の出力（Ｗｘ）との間には、Ｗｘ＝（Ｖｘ）２が成立する。そこで、用意した電動バイクは色々な速度で走行し、各速度における発電機１の出力を図４にプロットしている。図４に示すように、本発明に係る風力発電装置は車両の走行速度（Ｓ）の二乗に比例した風圧を受けて発電するので、発電出力（Ｗ）は走行速度の二乗（Ｓ２）にほぼ比例して大きくなる。【００５３】  因みに、本実施例で使用した電動バイクは、容量７００Ｗｈのバッテリーが搭載されており、３０ｋｍ／ｈで走行する場合の充電走行距離（一回の充電で走行できる距離）は約４３ｋｍとされている。この電動バイクの消費電力が完全に走行速度の二乗に比例すれば、当該電動バイクを無風状態で１０ｋｍ／ｈで走行する場合には、１２９ｋｍの充電走行距離が期待できる。しかし、４０ｋｍ／ｈで走行する場合に期待できる充電走行距離は３２ｋｍとなる。【００５４】  しかしながら、本発明に係る風力発電装置を搭載した場合には、図４に示すように、４０ｋｍ／ｈの速度で走行しているときには、約１６４Ｗの電力を回収できる。従って、この回収電力を駆動用電力の一部として利用すれば、４０ｋｍ／ｈの速度で走行しても、充電走行距離としては約４０ｋｍが期待できる。【００５５】  本発明に係る風力発電装置を搭載した車両では、高速走行において増加する車両の消費エネルギーは、高速走行において増加する回収エネルギーで補填されるので、高速走行においてもエネルギー効率の低下を抑えることができる。【００５６】  以上、実施例では、風圧で発電機を回して発電する装置を電動バイクに搭載した場合について説明したが、本発明に係る発電装置はこれに限定されるものではなく、全ての車両に搭載可能である。【００５７】  上記の実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５８】１は発電機、２は風車、３は抵抗体、４は電圧計、５はライト、６はモーター、７はバッテリー、１０は風力発電装置、５０は電動アシスト自転車、１００は電動バイクである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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