(57)【要約】      （修正有）【課題】車両で発生する振動を利用して発電する発電装置の耐久性を向上させる。【解決手段】車両の懸架装置に装備される発電装置１には、固定子４１に対して可動子４２が回転することで電流を出力する発電部４０と、車両の振動に伴う外部からの入力で往復運動する往復運動部２０と、往復運動部２０の往復運動を一方向の回転運動に変換して可動子４２を回転させる変換機構３０とが設けられる。【選択図】図２
2017118626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に対して可動子が回転することで電流を出力する発電部と、
車両の外部からの入力で往復運動する往復運動部と、
前記往復運動部の往復運動を一方向の回転運動に変換して前記可動子を回転させる変換機構と
を備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記変換機構は、
前記往復運動部の往復運動を回転運動に変換する変換部と、
前記変換部で変換された回転運動のうち一方向の回転運動のみを伝達する伝達部と
を有することを特徴とする請求項１に記載された発電装置。
【請求項３】
前記変換部は、
前記往復運動部に連結された歯竿状のラック部と、
前記ラック部と噛み合う歯車状のピニオン部と
を有することを特徴とする請求項２に記載された発電装置。
【請求項４】
前記伝達部は、
前記ピニオン部と一体に回転する爪部と、
前記爪部が一方へ回転するときには噛み合うものの前記爪部が他方へ回転するときには噛み合わず、前記可動子と一体に回転する爪車部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載された発電装置。
【請求項５】
前記往復運動部は、車体に対して揺動するアーム部に連結される
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載された発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の振動を利用して発電する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に装備される発電装置の一つとして、走行中の振動エネルギーを電気エネルギーに変換するものが提案されている。
たとえば、車体側の部材と車輪側の部材とが摺動する懸架装置において、導線コイルおよび磁石の何れか一方を車体側の部材に取り付け、他方を車輪側の部材に取り付けた発電装置が検討されている。この発電装置では、車両走行中の上下振動によって車体側の部材と車輪側の部材とが摺動することで、導線コイルと磁石とが相対的に変位することにより、導線コイルに電流が流れる。そして、発電装置から出力された電流は、整流されてバッテリに供給される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2009-247102号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した発電装置とバッテリとの間に、ダイオードやこれを用いたブリッジ回路といった電気的な整流部を設ければ、発電装置から出力された電流を整流することはできる。しかしながら、電気的な整流部は、水分による腐食や短絡，振動による断線といった不具合が発生するおそれがある。そのため、耐久性を向上させるうえで改善の余地がある。
【０００５】
本件の発電装置は、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、耐久性の向上を目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用および効果であって、従来の技術では得られない作用および効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）ここで開示する発電装置には、固定子に対して可動子が回転することで電流を出力する発電部と、車両の外部からの入力で往復運動する往復運動部と、前記往復運動部の往復運動を一方向の回転運動に変換して前記可動子を回転させる変換機構とが設けられる。
【０００７】
（２）前記変換機構には、前記往復運動部の往復運動を回転運動に変換する変換部と、前記変換部で変換された回転運動のうち一方向の回転運動のみを伝達する伝達部とが設けられることが好ましい。
（３）さらに、前記変換部には、前記往復運動部に連結された歯竿状のラック部と、前記ラック部と噛み合う歯車状のピニオン部とが設けられることが好ましい。
（４）また、前記伝達部には、前記ピニオン部と一体に回転する爪部と、前記可動子と一体に回転する爪車部とが設けられることが好ましい。この場合の前記爪車部には、前記爪部が一方へ回転するときには噛み合うものの、前記爪部が他方へ回転するときには噛み合わないことが好ましい。
【０００８】
（５）前記往復運動部は、車体に対して揺動するアーム部に連結されることが好ましい。この場合には、前記車体に対して本発電装置が取付けられることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本件の発電装置によれば、往復運動部の往復運動を一方向の回転運動に変換したうえで可動子を回転させることにより、発電部から出力される電流が機械的に整流される。よって、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、発電装置およびその周辺構造を示す斜視図である。
【図２】図２は、発電装置の分解斜視図である。
【図３】図３は、発電装置の断面図である。
【図４】図４は、発電装置の変形例を示す分解斜視図である。
【図５】図５は、発電装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して、実施形態としての発電装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
本実施形態の発電装置は、車両の外部から入力される運動エネルギーを利用して発電するものであり、車両に装備される。ここでは、自動車の懸架装置に取り付けられた発電装置を例に挙げる。
【００１２】
［１．懸架装置］
まず、図１を参照して、発電装置１が取り付けられる懸架装置１０の構成を説明する。
懸架装置１０は、サスペンションとも称され、車体と車輪とを連結する緩衝機構である。この懸架装置１０は、車体側の部材に対して車輪側の部材を揺動可能に連結する。また、懸架装置１０には、車体側の部材と車輪側の部材との間に、衝撃を吸収するショックアブソーバ１５が設けられている。
【００１３】
懸架装置１０としては、一つの車輪に対して上下に二つのアーム（アッパアームおよびロアアーム）が設けられるダブルウィッシュボーンタイプや、一つの車輪に対して一つのアーム（ロアアーム）が設けられるストラットタイプなど、種々の型式のものを用いることができる。図１には、ストラットタイプの懸架装置１０を例示する。
ここでは、車輪側の部材としてロアアーム１１に着目し、車体側の部材としてクロスメンバ１９に着目して説明する。
【００１４】
ロアアーム１１は、懸架装置１０においてリンク機構を構成する一部材である。このロアアーム１１は、クロスメンバ１９に向けて二叉のフォーク状に形成されている。すなわち、ロアアーム１１には、肩部１２から車幅方向内側に延びる二つの腕部（アーム部）１３が設けられる。ここでは、腕部１３のそれぞれに、平坦な上面が形成されている。
肩部１２には、図示省略するボールジョイントやサイドロッドなどを介して車輪が取り付けられる。この肩部１２には、ショックアブソーバ１５の下端部１５ａが取り付けられる。
【００１５】
各腕部１３の先端部１３ａには、揺動軸心Ｃ２に沿って設けられた軸穴１３１が形成されている。これらの軸穴１３１には、揺動軸心Ｃ２と同心に配置された揺動軸１８が挿通される。この揺動軸１８は、車幅方向に延びるクロスメンバ１９に対して固定され、二つの先端部１３ａを回動自在に支持するように機能する。
このように懸架装置１０が構成されるため、たとえば走行中に路面凹凸を超えるときには、車輪の上下動に連動して、揺動軸心Ｃ２まわりにロアアーム１１およびその腕部１３が揺動（往復運動）する。この揺動は、上方（一方）および下方（他方）への揺動軸心Ｃ２まわりの回転運動（回動）を意味する。
【００１６】
［２．発電装置］
つぎに、上述した懸架装置１０に取付けられる発電装置１の構成を説明する。
図２および図３に示すように、発電装置１には、固定子４１に対して可動子４２が回転することで電流を出力する発電部４０が設けられる。さらに、発電装置１には、上記のロアアーム１１と一体に揺動する棒状のロッド部（往復運動部）２０と、ロッド部２０の揺動を一方向の回転運動に変換して可動子４２を回転させる変換機構３０とが設けられる。
ロッド部２０の内側端部２０ｂはケース５の内部に遊挿され、変換機構３０，発電部４０はケース５の内部に収容される。
【００１７】
［２−１．ケース］
ケース５は、ハウジングとも称され、変換機構３０や発電部４０を囲む箱型の覆いである。ここでは、耐腐食性や衝撃吸収性に優れた樹脂製のケース５を用いている。
図１に示すように、ケース５は、ロアアーム１１の腕部１３とクロスメンバ１９との間の空間に配置され、クロスメンバ１９に対して固定される。また、ケース５の形状は、腕部１３やクロスメンバ１９といった周辺の構造物に干渉しないような形状に設計される。
【００１８】
ケース５には、ロッド部２０が挿通されるスロット穴５ａが形成されている。すなわち、ロッド部２０は、スロット穴５ａを挿通した状態でケース５の内部と外部とに跨って設けられる。
スロット穴５ａは、ロッド部２０が揺動する軌道に応じて形成された溝穴である。この揺動軌道は、揺動軸心Ｃ２まわりにロッド部２０が揺動しうる円弧状に延びた形状となる。この円弧状の範囲よりもやや大きく形成された溝穴として、スロット穴５ａが形成される。
【００１９】
さらに、図１〜図３に示すように、ケース５には、スロット穴５ａとロッド部２０との間を密封するゴムブーツ（シール部材）９が付設されている。
ゴムブーツ９は、ロッド部２０の変位に追従しつつケース５の内部を密封する機能を有する。ここでは、ゴムブーツ９が蛇腹状に成型されている。
このゴムブーツ９は、ケース５に近接する側の周縁部９ａがスロット穴５ａの周囲に装着され、ケース５から離隔する側の周縁部９ｂがロッド部２０に装着される。すなわち、ゴムブーツ９は、ケース５から離隔するにつれて、揺動方向断面の輪郭（円弧形状）に囲まれる面積がおおむね小さくなる形状に成型されている。
【００２０】
そのうえ、ゴムブーツ９においてケース５に近接する側の周縁部９ａには、図３に示すように、ケース５の外部と内部とのそれぞれにリップ９１，９２が成型されている。これらのリップ９１，９２がスロット穴５ａの周囲でケース５の表面に押圧させられた状態で、ゴムブーツ９が装着される。そのため、リップ９１，９２によってケース５の密閉性が更に高められている。
【００２１】
［２−２．ロッド部］
図１〜図３に示すように、ロッド部２０は、腕部１３の延びる方向と交差するように延びる剛体である。ここでは、ロッド部２０が平棒状に形成されている。
ロッド部２０の外側端部２０ａは、ロアアーム１１の腕部１３に結合されている。この外側端部２０ａの外表面は、ロッド部２０が平棒状であることから、ロッド部２０の外側端部２０ａの上面および下面にも平坦な外表面が形成されている。そのため、外側端部２０ａの平坦な下面と腕部１３の平坦な上面とを面接触させた状態で、ロッド部２０と腕部１３とが結合される。
ロッド部２０の内側端部２０ｂは、つぎに説明する変換機構３０に結合されている。
【００２２】
［２−３．変換機構］
図２および図３に示すように、変換機構３０には、揺動を回転運動に変換する変換部３１と、変換部３１で変換された回転運動のうち一方向の回転運動のみを伝達する伝達部３２とが設けられる。
【００２３】
〈変換部〉
変換部３１は、いわゆるラックアンドピニオンの歯車機構として構成される。この変換部３１には、歯竿状のラック部３１０と、このラック部３１０に噛み合って回転する歯車状のピニオン部３１１とが設けられる。たとえば、水平な路面で停車した状態において、ラック部３１０の歯の上下方向中央がピニオン部３１１に対して噛み合うように配置される。
ラック部３１０には、ロッド部２０の内側端部２０ｂが結合され、ロッド部２０の揺動が入力される。
【００２４】
このラック部３１０は、ロッド部２０の揺動軌道に沿って延びて設けられる。そのため、ロッド部２０の揺動に連動してラック部３１０が揺動したとしても、ピニオン部３１１に対するラック部３１０の噛合箇所が離隔または接近することがなく、ラック部３１０とピニオン部３１１とが適切に噛み合う。
また、ラック部３１０における歯竿の寸法（揺動軸心Ｃ２まわりの円弧長）は、ロッド部２０が揺動しうる範囲よりもやや大きく設定される。そのため、ラック部３１０とピニオン部３１１とが常に噛み合う。
ピニオン部３１１は、回転軸心Ｃ１と同心の支持軸３８に対して回転自在に支持される。
【００２５】
〈伝達部〉
伝達部３２は、いわゆるラチェット機構として構成される。この伝達部３２には、ピニオン部３１１と一体に回転する爪部３２０と、この爪部３２０が一方へ回転するときには噛み合うものの爪部３２０が他方へ回転するときには噛み合わない爪車部３２５とが設けられる。なお、二つの爪部３２０が設けられた伝達部３２を図２に例示するが、爪部３２０の個数は任意に設定可能である。
【００２６】
爪部３２０は、連結部材３９を介してピニオン部３１１と連結されている。
連結部材３９は、ピニオン部３１１の径方向に延びる板状の部材である。この連結部材３９は、ピニオン部３１１および爪部３２０と一体に回転するように結合されている。また、連結部材３９に対して、スロット穴５ａ側にピニオン部３１１が結合され、スロット穴５ａとは反対側に爪部３２０が結合される。
この爪部３２０は、ピニオン部３１１に対して径方向に離隔して外周側に配置される。また、爪部３２０は、基端部３２１が連結部材３９に枢支されるとともに、先端部３２２が内径側に付勢されている。
【００２７】
爪車部３２５には、外周を向く鋸歯状の歯車が設けられる。爪車部３２５の一つの歯３２６に着目すれば、周方向に二つの歯面３２７，３２８が形成される。これらの歯面３２７，３２８は、一方の歯面（以下、「第一歯面」という）３２７よりも他方の歯面（以下、「第二歯面」という）３２８のほうが周方向に沿って配向される。
そのため、爪部３２０が一方へ回転（ここではスロット穴５ａを覗く方向に見て反時計回りの回転）するときには、先端部３２２が第一歯面３２７に突き当たって爪部３２０が爪車部３２５に噛み合う。反対に、爪部３２０が他方へ回転（ここではスロット穴５ａを覗く方向に見て時計回りの回転）するときには、先端部３２２が第二歯面３２８を摺動して爪部３２０が爪車部３２５に対して空転して噛み合わない。
この爪車部３２５の内周側には、つぎに説明する発電部４０が設けられる。
【００２８】
［２−４．発電部］
発電部４０は、導線コイルおよび磁石の何れか一方が固定子４１に設けられ、他方が可動子４２に設けられる。固定子４１に対して可動子４２が回転することで、電磁誘導により固定子４１に電流が流れ、発電部４０が発電する。これらの固定子４１および可動子４２は、何れも円環状の発電要素である。
固定子４１に対して可動子４２が外周側に設けられ、固定子４１および可動子４２は、回転軸心Ｃ１と同心に配置されている。
【００２９】
固定子４１は、ケース５に固定されている。ここでは、導線コイルが設けられた固定子４１が車載バッテリに接続される。この車載バッテリとしては、補機類を駆動する補機バッテリや走行用モータを駆動する走行用バッテリが挙げられる。
可動子４２は、上記の爪車部３２５の内周側に一体回転するように結合されている。
【００３０】
［３．作用および効果］
本実施形態の発電装置１は、上述のように構成されるため、以下のような作用および効果を得ることができる。
［３−１．作用］
まず、懸架装置１０のロアアーム１１が揺動したときに、発電装置１が発電する作用を説明する。
たとえば走行中に路面凹凸を超えると、車輪の上下動に連動して揺動軸心Ｃ２まわりにロアアーム１１およびその腕部１３が上下に揺動する。つづいて、揺動する腕部１３に結合されたロッド部２０，ロッド部２０に結合されたラック部３１０も上下に揺動する。このとき、ロッド部２０の揺動に追従してゴムブーツ９が変形する。
【００３１】
ラック部３１０が上方に揺動（往動）する場合には、ラック部３１０に噛み合うピニオン部３１１，ピニオン部３１１と連結部材３９を介して連結された爪部３２０が一方に回転する。このときの爪部３２０は、爪車部３２５に対して噛み合う。そのため、爪車部３２５および可動子４２が回転し、固定子４１に電流が流れ、発電される。
【００３２】
反対に、ラック部３１０が下方に揺動（復動）する場合には、ラック部３１０に噛み合うピニオン部３１１および爪部３２０が他方に回転する。このときの爪部３２０は、爪車部３２５に対して空転して噛み合わない。そのため、爪車部３２５とこの内周側の可動子４２も回転せず、発電はされない。
このように、可動子４２が一方にのみ回転するため、固定子４１から出力される電流が機械的に整流される。言い換えれば、プラス極およびマイナス極の何れか一方の極性を帯びた電流が固定子４１から出力される。
【００３３】
［３−２．効果］
（１）このように、ロッド部２０によって変換機構３０に伝達されたロアアーム１１の腕部１３の揺動は、変換機構３０で一方向の回転運動に変換されて、可動子４２が一方向にのみ回転させられる。したがって、発電部４０の固定子から出力される電流は、機械的に整流される。そのため、ダイオードやこれを用いたブリッジ回路といった電気的な整流部を設けることが不要となる。よって、耐久性を向上させることができる。
【００３４】
（２）具体的には、変換部３１によって、ロアアーム１１の腕部１３の揺動を回転運動に変換したうえで、伝達部３２によって、変換部３１で変換された回転運動のうち一方向の回転運動のみを伝達することで、揺動を一方向の回転運動に変換することができる。
（３）更に詳細に言えば、変換部３１において、ロアアーム１１の腕部１３に連動して揺動するラック部３１０に噛み合うピニオン部３１１が回転することで、揺動を回転運動に変換することができる。
【００３５】
（４）また、伝達部３２において、ピニオン部３１１と一体に回転する爪部３２０が一方へ回転するときにだけ爪部３２０に噛み合う爪車部３２５が、可動子４２と一体に回転するため、可動子４２を一方向に回転させることができる。
（５）変換機構３０および発電部４０は、ロッド部２０を介してロアアーム１１の腕部１３に結合されるため、腕部１３を揺動させる運動エネルギー（走行振動エネルギー）を電気エネルギーに変換して発電することができる。
ここで、従来の発電装置では、周辺構造が近接あるいは密集した懸架装置の上部に発電装置が設けられるため、発電装置の取付スペースの確保が困難である。これに対して、本発電装置は、ロアアーム１１の腕部１３とクロスメンバ１９との間の空間に配置されるため、従来の発電装置に比較して周辺構造が離隔しており、取付スペースを確保しやすい。そのため、取付作業性を向上させることができる。
【００３６】
［４．変形例］
最後に、発電装置の変形例について述べる。
図４および図５に示すように、上述の伝達部３２に代えて、内周を向く鋸歯状の歯車が設けられた爪車部３２５′を有する伝達部３２′を用いてもよい。この伝達部３２′では、爪車部３２５′の内周側に爪部３２０′が配置され、爪部３２０′の先端部３２２′が外径側に付勢される。さらに、固定子４１′を可動子４２′の内周側に配置する場合には、これらの固定子４１′および可動子４２′と爪車部３２５′とを回転軸心Ｃ１の延びる方向に位置を相違させて配置する。また、平棒状のロッド部２０に代えて、丸棒状のロッド部２０′を用いてもよい。このように構成された発電装置１′によっても、上述した作用および効果を得ることができる。さらに、平棒状のロッド部２０に比較して丸棒状のロッド部２０′の曲げ剛性が高まり、運動エネルギーの伝達効率の向上、ひいては、発電効率の向上に寄与する。
なお、爪車部の外周側に可動子を配置し、この可動子の外周側に固定子を配置すれば、回転軸心Ｃ１の延びる方向において同じ領域内に爪車部および発電部を収めることができ、回転軸心Ｃ１の延びる方向の寸法の増大を抑えることができる。
【００３７】
そのほか、ラックアンドピニオンの歯車機構として構成される変換部３１に代えて、たとえばレシプロエンジンに装備されるコネクティングロッドおよびクランクのように、ロッド部２０，２０′の往復運動を回転運動として出力するクランクを有する運動変換機構が設けられた変換部を用いてもよい。また、ラチェット機構として構成される伝達部３２に代えて、スプラグ式あるいはカム式などのワンウェイクラッチ機構が設けられた伝達部を用いてもよい。
【００３８】
あるいは、ラック部３１０とピニオン部３１１との間に増速歯車機構を設けてもよい。この場合には、ピニオン部３１１，爪部３２０，爪車部３２５，可動子４２をより多く回転させることができ、発電効率を向上させることができる。
なお、ロッド部２０，２０′が連結される部材は、ロアアーム１１の腕部１３に限らず、アッパアームやショックアブソーバといった車両の外部からの入力で往復運動する部材であればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１，１′    発電装置
５    ケース
５ａ    スロット穴
９    ゴムブーツ（シール部材）
１０    懸架装置
１１    ロアアーム
１３    腕部（アーム部）
１５    ショックアブソーバ
１８    揺動軸
１９    クロスメンバ
２０，２０′    ロッド部（往復運動部）
３０    変換機構
３１    変換部
３１０    ラック部
３１１    ピニオン部
３２，３２′    伝達部
３２０，３２０′    爪部
３２５，３２５′    爪車部
３２６    歯
３８    支持軸
３９    連結部材
４０，４０′    発電部
４１，４１′    固定子
４２，４２′    可動子
Ｃ１    回転軸心
Ｃ２    揺動軸心
【図１】
2017118626.tif 000003
【図２】
2017118626.tif 000004
【図３】
2017118626.tif 000005
【図４】
2017118626.tif 000006
【図５】
2017118626.tif 000007