(57)【要約】      （修正有）【課題】走行時に機体周辺に発生する流体の流れをうまく利用して高効率化を図ることができる発電機を備えた移動機を提供する。【解決手段】発電機が、一面に複数のコイルを円周方向に一定のピッチで配列させた基盤と、この基盤の一面に軸心を一致させて対面配置され異なる磁極を有する磁石を交互に円周方向に一定のピッチで配列させた回転盤とを備えたものであり、前記基盤と回転盤との対面距離を軸心方向に変更可能にしている。【選択図】図３
0003163587.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
機体と、この機体を走行させるための駆動用電動機と、この電動機に電力を供給する蓄電器と、走行時に機体周辺に発生する流体の流れを受けて回転動作するプロペラと、このプロペラの回転動作による動力を受け入れる入力軸を有した発電機と、この発電機により発電した電力により前記蓄電器を充電するための回生用電力線とを具備してなり、
前記発電機が、一面に複数のコイルを円周方向に一定のピッチで配列させた基盤と、この基盤の一面に軸心を一致させて対面配置され異なる磁極を有する磁石を交互に円周方向に一定のピッチで配列させた回転盤とを備えたものであり、前記基盤と回転盤との対面距離を軸心方向に変更可能にしていることを特徴とする発電機を備えた移動機。
【請求項２】
前記基盤が、大きさの異なる複数のコイル配置領域を同心円状に備えたものであり、各コイル配置領域にそれぞれ複数のコイルを円周方向に一定のピッチで配列させている請求項１記載の発電機を備えた移動機。
【請求項３】
前記発電機の入力軸に取付けられたプロペラを覆うダクトを備えたものであり、このダクトが、プロペラの外周を微少な隙間を介して囲うダクト本体と、このダクト本体の上流側に連続させて設けられ上流側に向かって漸次拡開する拡開部とを備えた請求項１または２記載の発電機を備えた移動機。
【請求項４】
前記蓄電器が、駆動用電動機に走行用の電力を供給するためのメインバッテリと、走行時に前記発電機から供給される電力を蓄電するためのサブバッテリとを備えたものであり、非常時にメインバッテリに代えてサブバッテリの電力を前記電動機に供給するための切換えスイッチを備えている請求項１、２または３記載の発電機を備えた移動機。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電動機により駆動されて走行する自動車等の移動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、電動機や蓄電器の進歩により、蓄電器からの電力によって電動機を駆動させて走行する電気自動車等の移動機が実用の域に達しつつある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
しかしながら、蓄電器の能力には限界があるため、可能な限り効率を上げることが要求されており、駆動系や制御系においては種々の改良、改善がなされている。ところが、走行時に受ける風等の流体からの抵抗等の影響については、高効率化に結びつけるための工夫が開発途上にあり、さらなる改善が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６８６８０号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案は、上述した課題を解消し、走行時に機体周辺に発生する流体の流れをうまく利用して高効率化を図ることができる発電機を備えた移動機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】
【０００６】
本考案は、以上のような課題を解決するために、次のような構成を採用したものである。すなわち、本考案にかかる発電機を備えた移動機は、機体と、この機体を走行させるための駆動用電動機と、この電動機に電力を供給する蓄電器と、走行時に機体周辺に発生する流体の流れを受けて回転動作するプロペラと、このプロペラの回転動作による動力を受け入れる入力軸を有した発電機と、この発電機により発電した電力により前記蓄電器を充電するための回生用電力線とを具備してなり、前記発電機が、一面に複数のコイルを円周方向に一定のピッチで配列させた基盤と、この基盤の一面に軸心を一致させて対面配置され異なる磁極を有する磁石を交互に円周方向に一定のピッチで配列させた回転盤とを備えたものであり、前記基盤と回転盤との対面距離を軸心方向に変更可能にしていることを特徴とする。
【０００７】
ここで「移動機」とは、電動機により駆動されて走行するものであればどのようなものであってもよく、例えば、自動車、船舶、列車、飛行機等が考えられる。
【０００８】
また、「流体」とは、例えば風などの気体と、例えば水などの液体と、気体及び液体が混ざった気液共存状態のものとを含む概念である。
【０００９】
このようなものであれば、走行時に受ける流体の流れを受けて蓄電器を充電するようにしているので、蓄電器の能力を大きくすることなく、運転可能な距離を伸ばすことができる。したがって、走行時に受ける流体の抵抗等の大きさに合わせて発電にかかる抵抗の大きさを調節でき、効率の良い運転状態を実現することができる。
【００１０】
前記基盤は、大きさの異なる複数のコイル配置領域を同心円状に備えたものであり、各コイル配置領域にそれぞれ複数のコイルを円周方向に一定のピッチで配列させているものが好ましい。
【００１１】
具体的な一態様としては、前記発電機の入力軸に取付けられたプロペラを覆うダクトを備えたものであり、このダクトが、プロペラの外周を微少な隙間を介して囲うダクト本体と、このダクト本体の上流側に連続させて設けられ上流側に向かって漸次拡開する拡開部とを備えたものが挙げられる。
【００１２】
前記蓄電器は、駆動用電動機に走行用の電力を供給するためのメインバッテリと、走行時に前記発電機から供給される電力を蓄電するためのサブバッテリとを備えたものであり、非常時にメインバッテリに代えてサブバッテリの電力を前記電動機に供給するための切換えスイッチを備えているものが好ましい。
【考案の効果】
【００１３】
本考案によれば、走行時に機体周辺に発生する流体の流れをうまく利用して高効率化を図ることができる発電機を備えた移動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本考案の一実施形態を示す電気自動車の平面図。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線断面図。
【図３】図２における要部を拡大して示す側断面図。
【図４】図２におけるＹ−Ｙ線断面図。
【図５】図２におけるＺ−Ｚ線断面図。
【図６】同実施形態の機械的・電気的接続関係を説明する説明図。
【考案を実施するための形態】
【００１５】
以下、本考案の一実施形態について、図１ないし図６を参照して説明する。
【００１６】
この実施形態は、本考案を発電機１を備えた移動機である電気自動車２に適用した場合のものである。
【００１７】
本実施形態にかかる電気自動車２は、機体３と、この機体３を走行させるための駆動用電動機４と、この電動機４に電力を供給する蓄電器５と、走行時に機体３周辺に発生する流体の流れを受けて回転動作するプロペラ６と、このプロペラ６の回転動作による動力を受け入れる入力軸７を有した発電機１と、この発電機１により発電した電力により前記蓄電器５を充電するための回生用電力線８とを具備してなる。
【００１８】
機体３は、図示しないシャーシと、このシャーシに図示しない懸架装置を介して装着した車輪９と、前記シャーシ上に配されたボディ１０とを主体に構成されたもので、前記ボディ１０の側面には、エア取り入れ用のエアインテーク１１を備えている。
【００１９】
駆動用電動機４は、インバータ１２から入力端子１３に供給される電力により作動する通常の交流モータであり、その出力軸１４を周知な構成をなす駆動機構１５を介して車輪９に接続している。前記インバータ１２は、蓄電器５に切換えスイッチ１６を介して電気的に接続されており、コントローラ１７により前記インバータ１２を制御することによって、運転に適した電力を駆動用電動機４に供給し得るようになっている。
【００２０】
蓄電器５は、駆動用電動機４に走行用の電力を供給するためのメインバッテリ１８と、走行時に前記発電機１から供給される電力を蓄電するためのサブバッテリ１９とを備えたものである。メインバッテリ１８は、例えば、リチウムイオン電池等であり、給電ステーションにおいて充電可能な通常のものである。サブバッテリ１９は、例えば、リチウムイオン電池等であり、前記発電機１で発電される電力により充電されるようになっている。なお、この実施形態においては、切換えスイッチ１６によって、非常時にメインバッテリ１８に代えてサブバッテリ１９の電力を前記電動機４に供給するようになっている。すなわち、この切換スイッチ１６は、蓄電器５であるメインバッテリ１８またはサブバッテリ１９とインバータ１２との電気的な接続を断続させて切り換えるためのものである。
【００２１】
プロペラ６は、前記発電機１の入力軸７に軸装されたもので、走行時に発生する流体の流れに付勢されて回転するものである。
【００２２】
発電機１は、電磁誘導の法則を利用して機械的な動力から直流電力を得る直流方式のものである。この発電機１の出力端子は、前記サブバッテリ１９に電気的に接続されている。詳述すれば、この発電機１は、プロペラ６の回転による運動エネルギーを電気エネルギーに変換するもので、ベース２０と、このベース２０に軸受け２１を介して回転可能に支持された入力軸７と、この入力軸７が中心を貫通する状態で前記ベース２０に固定され一面２２に複数のコイル２３を円周方向に一定のピッチで配列させた基盤２４と、この基盤２４の一面２２に軸心を一致させて対面配置された回転盤２５とを備えたものである。
【００２３】
詳述すれば、前記基盤２４は、大きさの異なる第一、第二、第三のコイル配置領域２６、２７、２８を同心円状に備えたものである。これら各コイル配置領域２６、２７、２８にそれぞれ複数のコイル２３を円周方向に一定のピッチで配列させている。そして、第一のコイル配置領域２６に配置された複数のコイル２３ａにより高出力用の発電を行い、第二のコイル配置領域２７に配置された複数のコイル２３ｂにより中出力用の発電を行い、第三のコイル配置領域２８に配置された複数のコイル２３ｃにより低出力用の発電を行う。
【００２４】
回転盤２５は、前記入力軸７に一体回転可能に設けられたボス部材２９に止着されたもので、異なる磁極を有する永久磁石３０を交互に円周方向に一定のピッチで配列させた構成をなしている。この回転盤２５は、前記基盤２４に対して相対的に回転することにより、前記コイル２３と協働して発電を行うものである。
【００２５】
前記基盤２４と回転盤２５との対面距離を軸心方向に変更可能にしている。具体的には、入力軸７にキー３１を介して前記ボス部材２９が軸心方向にスライド可能に、かつ、回転方向に一体回転可能に外装されており、このボス部材２９の端面３２に前記回転盤２５が取付けられている。入力軸７の反プロペラ側の端部３３のさらに外側には、このボス部材２９を前記回転盤２５とともに軸心方向に進退させるためのスライド機構３４が設けられている。スライド機構３４は、前記入力軸７に軸心を一致させてベース２０に取付けられた固定支軸３５と、この固定支軸３５に対して軸心方向にスライド可能、かつ、回転方向に空転不能に設けられたスライド部材３６と、固定支軸３５に対して回転可能に設けられた回転体３７と、この回転体３７の回転動作をスライド部材３６の軸心方向へのスライド移動に変換する動作変換機構３８とを具備してなる。この動作変換機構３８は、スライド部材３６に固定されたピン３９と、回転体３７に設けられ前記ピン３９を案内するカム溝４０とからなる。
【００２６】
そして、これら発電機１の一部及び発電機１の入力軸７に取付けられたプロペラ６は、ダクト４１で覆われている。
【００２７】
ダクト４１は、走行時に機体３周辺に発生する空気を収集してプロペラ６により多くの風を当てるためのもので、プロペラ６の外周を微少な隙間を介して囲うダクト本体４２と、このダクト本体４２の上流側に連続させて設けられ上流側に向かって漸次拡開する拡開部４３とを備えてなる。拡開部４３は、メガホン形状をなすもので、上流側の開口をボディ１０の側面に設けられたエア取り入れ用のエアインテーク１１に内側から臨ませている。すなわち、本実施形態においては、ダクト４１と、発電機１と、プロペラ６とは、ベース２０に取付けられてユニット化されており、ボディ１０の内部に収められている。
【００２８】
次に、この発電機１を備えた電気自動車２におけるスライド機構３４の作動を説明する。
【００２９】
このスライド機構３４は、例えば、電気自動車のコントロールボックスに配される回転ノブ（図示せず）を回転操作することにより、前記ボス部材２９を回転盤２５とともに軸心方向に進退させるものである。
【００３０】
詳述すれば、前記回転ノブの反操作端側は回転ノブの回転を伝達するための連結ケーブル（図示せず）を介して回転体３７に連結されており、前記回転ノブが回転操作されることで回転体３７が固定支軸３５の軸心まわりに回転する。その際、動作変換機構３８によって回転体３７の回転動作が、スライド部材３６、ボス部材２９、及び回転盤２５のスライド動作に変換される。すなわち、スライド部材３６に固定されたピン３９が回転体３７に設けられたカム溝４０に沿って相対的に移動し、スライド部材３６の他端４４がボス部材２９の外周に設けられた溝４５に係わり合っていることと相俟って、スライド部材３６及びこのスライド部材３６に取り付けられた回転盤２５が入力軸７及び固定支軸３５の軸心方向にスライド移動されることとなる。このようにして、前記基盤２４と回転盤２５とは、図３に実線で示す位置と二点鎖線で示す位置の間で、それら基盤２４と回転盤２５との対面距離を軸心方向に連続的に変更可能にしている。
【００３１】
このようなスライド機構３４を用いて、発電量を調整することができる。すなわち、基盤２４と回転盤２５との対面距離を小さくすることによって高出力用の発電を行い、基盤と回転盤との対面距離を大きくすることによって低出力用の発電を行う。
【００３２】
以上に述べたように、本実施形態に係る発電機１を備えた電気自動車２によれば、機体３と、この機体３を走行させるための駆動用電動機４と、この電動機４に電力を供給するサブバッテリ１９と、走行時に機体３周辺に発生する空気の流れを受けて回転動作するプロペラ６と、このプロペラ６の回転動作による動力を受け入れる入力軸７を有した発電機１とを具備しており、この発電機１により発電した電力により前記サブバッテリ１９を充電するようにしているため、サブバッテリ１９に充電された電力は、電動機４を駆動するために用いることができる。換言すれば、この電気自動車は、走行中に機体３の周辺に生じる風を発電機１に設けているプロペラ６の回転運動に変え、直流電力を発生させ、その生成されたエネルギーはサブバッテリ１９に充電される。
【００３３】
したがって、走行時に機体３周辺に発生する風の流れをうまく利用して高効率化を図ることができる。すなわち、エネルギー効率のよい電気自動車２を提供することができ、従来の電気自動車における短所であった連続走行距離の短さの問題を解消することも可能となる。また、使用条件にあった発電機１を選択することで、本実施形態で示したような小型車に限られず、大型車への転用も可能となるため、このような発電機１を搭載できる車種が増える。
【００３４】
なお、各発電機１及び蓄電器５の状態を把握するために、例えば、使用合計電力量を常に表示するためのモニターを車内の適切な場所に設け、駆動している各発電機１の発電容量と、メインバッテリ１８及びサブバッテリ１９の電圧とを表示するようにすればよい。
【００３５】
また、電力を発電する発電機１の駆動源として、風という自然エネルギーを利用しているので、環境に優しい。すなわち、電気自動車２の走行中、機体３のまわりには風が常に発生しているが、この自然エネルギーを利用し効率よく機体３内に取り込むことで、走行中に電力を発電し、それをサブバッテリ１９に貯蓄することができる。そして、このサブバッテリ１９を利用し、駆動源として電動機４を使用している電気自動車２に、電力供給を行うことができる。なお、走行中に機体３周辺に発生する風が、発電機１の駆動時に発生する発熱を最小限に抑え、発電機１の冷却効果をも発揮し得る。
【００３６】
特に、本実施形態における電気自動車２に用いられる発電機１は、一面２２に複数のコイル２３を円周方向に一定のピッチで配列させた基盤２４と、この基盤２４の一面２２に軸心を一致させて対面配置され永久磁石３０のＮ極またはＳ極を交互に円周方向に一定のピッチで配列させた回転盤２５とを備えたものであり、前記基盤２４と回転盤２５との対面距離を軸心方向に変更可能にしているので、走行時に受ける空気抵抗の大きさに合わせて発電にかかる抵抗の大きさを調節できる。したがって、微風から回転運動が開始できるような機構としているため、効率の良い運転状態を実現することができる。
【００３７】
具体的には、機体３が受ける風が微風の場合、すなわち走行時に受ける空気抵抗が小さい場合には、前記基盤２４と回転盤２５との対面距離を大きくすることによって、低出力用の発電を行う。通常、磁石３０の働きによって回転盤２５の回転運動の始まり時に大きい力を必要とするが、このような低出力用の発電とすることで、比較的軽い力で回転盤２５を回転動作させることができる。一方、機体３が受ける風が強風の場合、すなわち走行時に受ける空気抵抗が大きい場合には、前記基盤２４と回転盤２５との対面距離を小さくすることによって、高出力用の発電を行う。すなわち、電気自動車２のスピードが上がると、回転運動の始まり時に生じるような磁石３０の働きが緩和されるので、基盤２４と回転盤２５との対面距離を小さくして発電量を増やすことができる。このように基盤２４と回転盤２５との対面距離を変更することで、磁石３０のコイル２３に対する磁力の強弱を調節することができる。
【００３８】
前記基盤２４が、大きさの異なる３つのコイル配置領域２６、２７、２８を同心円状に備えたものであり、各コイル配置領域２６、２７、２８にそれぞれ複数のコイル２３ａ、２３ｂ、２３ｃを円周方向に一定のピッチで配列させているので、円周速度の違いを利用して発電量を調節することができる。具体的には、機体３が受ける風が微風の場合には、一番内側のコイル配置領域である第三のコイル配置領域２８に配置された複数のコイル２３ｃにより低出力用の発電を行う。一方、機体３が受ける風が強風の場合には、一番外側のコイル配置領域である第一のコイル配置領域２６に配置された複数のコイル２３ａにより高出力用の発電を行うようにすることができる。このように発電された異なった発電量の電力は、コントロールボックスで制御するようにしている。
【００３９】
また、コイル２３が片面に設けてあるいわゆる側面コイル型構造をなしており、基盤２４にコイル２３を配置させやすい。
【００４０】
さらに、前記発電機１の入力軸７に取付けられたプロペラ６を覆うダクト４１を備えたものであり、このダクト４１が、プロペラ６の外周を微少な隙間を介して囲うダクト本体４２と、このダクト本体４２の上流側に連続させて設けられ上流側に向かって漸次拡開する拡開部４３とを備えているので、走行中に機体３の周辺に発生する風をメガホン形状の拡開部４３で風速を増幅させることができる。
【００４１】
また、前記蓄電器５が、駆動用電動機４に走行用の電力を供給するためのメインバッテリ１８と、走行時に前記発電機１から供給される電力を蓄電するためのサブバッテリ１９とを備えたものであり、非常時にメインバッテリ１８に代えてサブバッテリ１９の電力を前記電動機４に供給するための切換えスイッチ１６を備えているので、通常はメインバッテリ１８と電動機４とをインバータ１２を介して接続し、非常時に切換スイッチ１６を操作することでサブバッテリ１９と電動機４とをインバータ１２を介して接続することができる。これによって、非常時、例えば、メインバッテリ１８の充電量が減った状態で給電ステーションまで充電しに行く必要がある場合等に、サブバッテリ１９の電力を用いることができる。
【００４２】
なお、本実施形態における電気自動車２は、発電機１を後付けタイプのオプションではなく、ビルトインタイプとしているので、空力を考慮した自動車２全体のデザインに影響を与えにくく、また、この発電機１に関連する蓄電器５や電動機４等、他の部品の配置を決めやすい。また、発電機１をボディ１０の内側に設けているので、発電によって生じる騒音の外部への音漏れを押さえることができる。
【００４３】
なお、本考案は以上に述べた実施形態に限られない。
【００４４】
メインバッテリ、サブバッテリとして、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等が採用可能である。
【００４５】
本実施形態においては、陸上用の電気自動車に限られず、陸上用の列車や、海上用の船舶、航空用の航空機等にも応用することができる。
【００４６】
第一のコイル配置領域、第二のコイル配置領域、第三のコイル配置領域にそれぞれ配置されたコイルは、それぞれのコイル配置領域を単独で用いるのみならず、例えば、第一のコイル配置領域と第二のコイル配置領域のコイルを用いたり、第一から第三のコイル配置領域の全てのコイルを用いたりする等、複数のコイル配置領域にまたがって使用することも可能である。
【００４７】
その他、本考案の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。
【符号の説明】
【００４８】
１…発電機
３…機体
４…電動機
５…蓄電器
６…プロペラ
７…入力軸
８…回生用電力線
１６…切換えスイッチ
１８…メインバッテリ
１９…サブバッテリ
２２…一面
２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）…コイル
２４…基盤
２５…回転盤
２６、２７、２８…コイル配置領域
４１…ダクト
４２…ダクト本体
４３…拡開部
【図１】
0003163587.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003163587.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003163587.tif 000008