(57)【要約】【課題】タイヤを保持するホイール内部に発電機能を備え、自動車の走行中に発電させた電気をもって走行エネルギーとしての利用や電力供給が可能な発電型ホイールを提供する。【解決手段】車軸１が回転するとホイール３３、保護カバー９及び樹脂モールド部１３が回転する。従って、永久磁石１１も回転する。この永久磁石１１には径方向に磁束が発生している。この永久磁石１１と対峙する外側交差導体１７の脚部１７ｂ及び内側交差導体３１の脚部３１ｂは静止しているので、回転する磁束が外側交差導体１７の脚部１７ｂ及び内側交差導体３１の脚部３１ｂの各導体を横切ることになる。この外側交差導体１７の脚部１７ｂと内側交差導体３１の脚部３１ｂとで生じた誘導電圧を基に電力をリード線２９ａ、２９ｂから得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車軸の回転駆動に伴い回転されるホイールと、
該ホイールにより保持されたタイヤと、
前記ホイール内部で磁束を発生させる磁束発生手段と、
該磁束発生手段で発生された磁束に対して交差されるコイルを有する電気ユニットと、
該電気ユニットのコイルに生じた誘導電圧を抽出する抽出手段とを備えたことを特徴とする発電型ホイール。
【請求項２】
前記磁束発生手段が、
周状に隣接する磁極が互いに異なる極性となるように配置された複数の永久磁石を有し、
該永久磁石により前記車軸の径方向に対し磁束が発生され、
前記電気ユニットが、
該磁束に対して交差される複数の導体と、
該導体に生じた起電力により電流が流されるコイルとを有することを特徴とする請求項１記載の発電型ホイール。
【請求項３】
前記コイルが、前記車軸回りに捲回されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発電型ホイール。
【請求項４】
前記コイルが整流子と接続され、
該整流子より電気を抽出するブラシを備えたことを特徴とする請求項１、２又は３記載の発電型ホイール。
【請求項５】
前記コイルと前記磁束とが互いに逆向きに回転されることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の発電型ホイール。
【請求項６】
前記抽出手段で抽出した電力を前記車軸を回転駆動させるモータの駆動電源として、又は、車外への供給電力として利用することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の発電型ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電型ホイールに係わり、特にタイヤを保持するホイール内部に発電機能を備え、自動車の走行中に発電させた電気をもって走行エネルギーとしての利用や電力供給が可能な発電型ホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車はエンジン若しくは電動機等の駆動源によりシャフトが回転駆動されることで走行する。エンジンにはガソリンや水素等の燃料が必要であるし、電動機には駆動のための電気が必要である（特許文献１参照）。
ガソリン等の燃料や電気は一定距離走行することで消費される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２３８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の自動車では、ガソリン等の燃料や電気は消費される一方なので、補給のための間隔は短い。そして、走行を維持するには再び外部より燃料や電気の補給をするしかなかった。
【０００５】
また、災害時等で電気の供給が途絶えた場合には、従来は自家発電設備が必要であったり、発電機を荷台に搭載した専用の車両を手配し、発電機からの給電が必要であった。しかしながら、これらの発電設備や車両は高価であるし一般的に普及しているものではなく、災害時等を考慮しての設備導入は十分とは言えない。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、タイヤを保持するホイール内部に発電機能を備え、自動車の走行中に発電させた電気をもって走行エネルギーとしての利用や電力供給が可能な発電型ホイール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】
【０００７】
このため本発明（請求項１）は、車軸の回転駆動に伴い回転されるホイールと、該ホイールにより保持されたタイヤと、前記ホイール内部で磁束を発生させる磁束発生手段と、該磁束発生手段で発生された磁束に対して交差されるコイルを有する電気ユニットと、該電気ユニットのコイルに生じた誘導電圧を抽出する抽出手段とを備えて構成した。
【０００８】
磁束発生手段で発生された磁束に対して、コイルを車軸の回転駆動に伴い生ずる任意の速度で交差させることで、誘導起電力を得ることができる。出力された電力はバッテリーに蓄積したり、車軸を駆動するモータの動力として利用可能である。車軸の回転により発電された電力を帰還させつつ走行できることになるので従来よりも大幅に走行距離を延ばすことができる。誘起される起電力の大きさも大きいので高出力を得ることができる。
また、ジャッキ等でタイヤを浮かせた状態で車軸を回転駆動させれば、非常電源として車両外に供給できる。家庭での発電装置として利用できる他、自動車を移動させれば、どこの場所でも非常時の発電装置として利用することができる。
【０００９】
また、本発明（請求項２）は、前記磁束発生手段が、周状に隣接する磁極が互いに異なる極性となるように配置された複数の永久磁石を有し、該永久磁石により前記車軸の径方向に対し磁束が発生され、前記電気ユニットが、該磁束に対して交差される複数の導体と、該導体に生じた起電力により電流が流されるコイルとを有することを特徴とする。
【００１０】
周状に複数の永久磁石を配設し、車軸の径方向に対し磁束が発生するように構成し、その磁束を導体が交差するようにしたので、大きな出力を得ることができる。
【００１１】
更に、本発明（請求項３）は、前記コイルが、前記車軸回りに捲回されたことを特徴とする。
【００１２】
車軸回りにコイルを捲回することで捲回の直径も大きく、巻き数も多く取れるため出力が大きくできる。
【００１３】
更に、本発明（請求項４）は、前記コイルが整流子と接続され、該整流子より電気を抽出するブラシを備えて構成した。
【００１４】
整流子とブラシとの構成如何で低電圧で大電流や高電圧で小電流等の出力を容易に得ることができる。
【００１５】
更に、本発明（請求項５）は、前記コイルと前記磁束とが互いに逆向きに回転されることを特徴とする。
【００１６】
コイルと磁束のいずれか一方を静止させたときに比べ、コイルと磁束間の相対速度が大きく取れるので一層大きな出力を得ることができる。
【００１７】
更に、本発明（請求項６）は、前記抽出手段で抽出した電力を前記車軸を回転駆動させるモータの駆動電源として、又は、車外への供給電力として利用することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明（請求項１）によれば、ホイール内部で磁束を発生させる磁束発生手段と、磁束発生手段で発生された磁束に対して交差されるコイルを有する電気ユニットとを備えて構成したので、磁束発生手段で発生された磁束に対してコイルを車軸の回転駆動に伴い生ずる任意の速度で交差させ誘導起電力を得ることができる。出力された電力はバッテリーに蓄積されたり、車軸を駆動するモータの動力として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態である発電型ホイールの縦断面図
【図２】保護カバー部分の縦断面図
【図３】図２中のＡ方向矢視図
【図４】電気ユニットの側面図
【図５】図４中のＢ方向矢視図
【図６】本発明の第２実施形態である発電型ホイールの縦断面図
【図７】保護カバー及び電気ユニット部分の正面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の第１実施形態である発電型ホイールの縦断面図を図１に示す。図１において、自動車の車軸１の周囲にはブレーキキャリバー３を保持するブレーキキャリバー保持部５が図示しない車体に対して固定されている。ブレーキキャリバー３は車軸１に固定されたディスクブレーキ７の回転を停止させるようになっている。
【００２１】
車軸１には有底円筒状の保護カバー９が固着されている。図２にはこの保護カバー９部分の縦断面図を示し、図３には、図２中のＡ方向矢視図を示す。図１〜図３において、保護カバー９の車軸１回りには底面９ａより内筒部９ｂが突設され、外周には円筒状胴部９ｃが形成されている。この内筒部９ｂは車軸１に対して固着されるようになっている。
【００２２】
内筒部９ｂの周囲には周状に８個の永久磁石１１が均等間隔で配設されている。そして、この永久磁石１１は樹脂モールド部１３内に埋設されている。互いに１８０度隔てた位置に配置された永久磁石１１同士は同極にて構成されている。永久磁石１１は隣接する磁極同士が異なる極性であり、径方向に向けて磁束が生じるようになっている。
【００２３】
円筒状胴部９ｃと樹脂モールド部１３の間には空洞１４が形成されている。  ブレーキキャリバー保持部５からは断面コの字状の電気ユニット保持部材１５が延長されている。そして、この電気ユニット保持部材１５の先端には電気ユニット１０の外側交差導体１７が固着されている。
【００２４】
電気ユニット１０の側面図を図４に、図４中のＢ方向矢視図を図５に示す。外側交差導体１７は、径方向には頭部１７ａの中央部においてクロスされ、周縁部にて直角に折れ曲げられ軸方向に所定長延びる脚部１７ｂを有するように構成されている。外側交差導体１７の脚部１７ｂは、４本で、周状に沿って多少湾曲されてはいるが、側方から見たときに長方形にて形成されている。
【００２５】
外側交差導体１７の中心部には貫通穴１９が形成されている。そして、この貫通穴１９には内筒２１が配設されている。この内筒２１の内側には車軸１が貫通されるようになっている。
外側交差導体１７の内部にはコイルユニット２０が配設されている。
【００２６】
また、コイルユニット２０の右側側部には内側交差導体３１が配設されている。この内側交差導体３１の直径は図５に示すように外側交差導体１７の直径と同一である。内側交差導体３１は、径方向には頭部３１ａの中央部においてクロスされ、周縁部にて直角に折れ曲げられ軸方向に所定長延びる脚部３１ｂを有するように構成されている。
【００２７】
内側交差導体３１の脚部３１ｂは、４本で、周状に沿って多少湾曲されてはいるが、側方から見たときに長方形にて形成されている。外側交差導体１７の脚部１７ｂと内側交差導体３１の脚部３１ｂとは回転方向に４５度隔てて配設されている。
【００２８】
コイルユニット２０は、絶縁材からなる円板２３と円板２５との間にコイル２７が捲回された状態で固定されている。コイル２７は内筒２１回りに同方向に連続して捲回されている。そして、電気ユニット１０からはリード線２９ａ、２９ｂが外部に出されている。
【００２９】
保護カバー９の空洞１４には電気ユニット１０の外側交差導体１７の脚部１７ｂ及び内側交差導体３１の脚部３１ｂが挿入されている。そして、電気ユニット１０が静止している一方で、保護カバー９及び樹脂モールド部１３側が車軸１の回転と共に回転するようになっている。
保護カバー９の底面９ａにはホイール３３が複数本のボルト３５により止められている。
【００３０】
次に、本発明の第１実施形態の動作を説明する。
車軸１が回転するとホイール３３、保護カバー９及び樹脂モールド部１３が回転する。従って、永久磁石１１も回転する。この永久磁石１１には径方向に磁束が発生している。磁束は回転方向に４５度隔てる毎に極性方向が異なる。
【００３１】
一方、この永久磁石１１と対峙する外側交差導体１７の脚部１７ｂ及び内側交差導体３１の脚部３１ｂは静止しているので、回転する磁束が外側交差導体１７の脚部１７ｂ及び内側交差導体３１の脚部３１ｂの各導体を横切ることになる。
【００３２】
外側交差導体１７の脚部１７ｂは１８０度ずつ隔てられているので、同方向の誘導起電力を生ずる。一方、外側交差導体１７の脚部１７ｂと内側交差導体３１の脚部３１ｂとは４５度ずつ隔てられているので、内側交差導体３１の脚部３１ｂで生ずる誘導起電力は外側交差導体１７の脚部１７ｂで生じた誘導起電力とは異方向となる。
【００３３】
この外側交差導体１７の脚部１７ｂと内側交差導体３１の脚部３１ｂとで生じた起電力はコイル２７でエネルギーとして蓄積された形でリード線２９ａ、２９ｂから出力される。
【００３４】
ここで出力された電力は図示しないバッテリーに蓄積されたり、車軸１を駆動するモータの動力として利用可能である。例えば、エンジン駆動の補助駆動電源として利用可能である。このため、車軸１の回転により発電された電力を帰還させつつ走行できることになるので従来よりも大幅に走行距離を延ばすことができる。誘起される起電力の大きさも大きいので高出力を得ることができる。
【００３５】
また、ジャッキ等でタイヤを浮かせた状態で車軸１を回転駆動させれば、非常電源として外部に供給できる。家庭での発電装置として利用できる他、自動車を移動させれば、どこの場所でも非常時の発電装置として利用することができる。
【００３６】
なお、本実施形態では永久磁石１１側を回転させるとして説明したが、コイル２７側を回転させるようにしてもよい。
【００３７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態である発電型ホイールの縦断面図を図６に示す。なお、図１と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００３８】
図６において、車軸１には有底円筒状の保護カバー４１が固着されている。保護カバー４１の車軸１回りには底面４１ａより歯車部４１ｂが突設され、外周には円筒状胴部４１ｃが形成されている。この歯車部４１ｂの内側は車軸１に対して固着されるようになっている。
【００３９】
歯車部４１ｂの外周には歯４１ｄが刻設されている。この円筒状胴部４１ｃには周状に８個の永久磁石５１が均等間隔で埋設されている。互いに１８０度隔てた位置に配置された永久磁石５１同士は同極にて構成されている。永久磁石５１は隣接する磁極同士が異なる極性であり、径方向に向けて磁束が生じるようになっている。
【００４０】
この保護カバー４１の径方向内側には電気ユニット５０が配設されている。保護カバー４１及び電気ユニット５０部分の正面図を図７に示す。電気ユニット５０は積層鉄心で形成され、内周には歯５０ａが刻設されている。一方、電気ユニット５０の外周には複数のスロット５０ｂが刻設され、このスロット５０ｂの内部にはコイル５３が埋設されている。
【００４１】
歯４１ｄと歯５０ａの間には周状に複数の小歯車５５が配設されている。小歯車５５の歯と歯４１ｄ、小歯車５５の歯と歯５０ａとは互いに噛合されている。
コイル５３の端部は車軸１回りに周状に配設された整流子片５７に接続されている。
【００４２】
電気ユニット保持部材６５の先端には複数個のブラシ６１が周状に取り付けられ、このブラシ６１は整流子片５７に対して接触するようになっている。電気ユニット保持部材６５の先端からはまた支軸６３が車軸１の軸方向に向けて突設されており、この支軸６３は小歯車５５を軸支するようになっている。
【００４３】
次に、本発明の第２実施形態の動作を説明する。
車軸１が回転すると保護カバー４１の歯車部４１ｂ及び円筒状胴部４１ｃが同方向に回転する。歯車部４１ｂの回転は小歯車５５に伝えられ、この小歯車５５を介して更に電気ユニット５０に伝えられる。
【００４４】
このとき、電気ユニット５０の回転方向は歯車部４１ｂの回転方向とは逆になる。このため、円筒状胴部４１ｃの回転方向とも逆になり電気ユニット５０が静止しているときに比べて相対速度は格段に大きくなる。
【００４５】
コイル５３は永久磁石５１の磁束と高速で交差する。このときに生じた誘導起電力は整流子片５７及びブラシ６１を介して外部に出力される。ここで出力された電力は第１実施形態と同様の効果を有する。誘起される起電力の大きさも高速度の分一層大きいので更なる高出力を得ることができる。
【００４６】
なお、各実施形態では永久磁石を使用するとして説明したが、分巻発電機、直巻発電機、複巻発電機としてコイルで構成されてもよい。また、永久磁石はコイルの外側に配設されてもよいし、コイルの内側に配設されてもよい。磁極の数も８個に限定するものではなく、出力電力に応じて変更可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  車軸
３  ブレーキキャリバー
５  ブレーキキャリバー保持部
７  ディスクブレーキ
９、４１  保護カバー
１０、５０  電気ユニット
１１、５１  永久磁石
１３  樹脂モールド部
１４  空洞
１５、６５  電気ユニット保持部材
１７  外側交差導体
１９  貫通穴
２０  コイルユニット
２１  内筒
２３、２５  円板
２７、５３  コイル
３１  内側交差導体
３３  ホイール
５５  小歯車
５７  整流子片
６１  ブラシ
６３  支軸
【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６】
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【図７】
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