特開 2023-150242 自動車用発電蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023150242

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】自動車用発電蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/18 20060101AFI20231005BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

H02K7/18 A

H02K7/116

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022059243

(22)【出願日】2022-03-31

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-09-26

(71)【出願人】

【識別番号】522130302

【氏名又は名称】山田 留美子

(74)【代理人】

【識別番号】100190160

【弁理士】

【氏名又は名称】隅田 俊隆

(72)【発明者】

【氏名】山田 留美子

【テーマコード（参考）】

5H607

【Ｆターム（参考）】

5H607BB01

5H607BB02

5H607BB05

5H607CC01

5H607CC03

5H607CC07

5H607DD19

5H607EE31

(57)【要約】

【課題】
自動車の車両本体に搭載可能であるとともに、車輪の回転を複数の発電機に伝達させて効率良く発電し蓄電が可能な自動車用発電蓄電装置を提供すること。
【解決手段】
自動車の非駆動輪Ｒ１の軸Ｓの回転運動を複数の発電モータ１２０に伝達させる回転伝達部１１０を備える。回転伝達部１１０は、軸Ｓと連動して回転する第一ギア１１１と、第一ギア１１１よりも少ない歯数を有して第一ギア１１１の回転運動が伝達される第二ギア１１２と、第一ギア１１１よりも多い歯数を有して第二ギア１１２と連動して回転する第三ギア１１３と、第三ギア１１３の回転運動が伝達されるモータギアとを備え、１つの非駆動輪の回転運動から複数の発電モータ１２０を高回転で駆動させる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

原動機の動力が伝達される駆動輪と、該駆動輪に追動する非駆動輪とを有する自動車に搭載可能な自動車用発電蓄電装置であって、
複数の発電モータと、前記非駆動輪と前記発電モータとの間に介在され、前記非駆動輪の回転運動を伝達して前記複数の発電モータを駆動させる回転伝達部とを備えた発電ユニットと、該発電ユニットで発電された電気を蓄電する蓄電ユニットとを備えており、
該回転伝達部は、前記非駆動輪と連動して回転する第一ギアと、
該第一ギアよりも少ない歯数を有して前記第一ギアの回転運動が伝達される第二ギアと、
該第二ギアと同一軸上に固定され、前記第一ギアよりも多い歯数を有する第三ギアと、
前記複数の発電モータのモータ軸上にそれぞれ固定され、前記第三ギアの回転運動が伝達されて前記モータ軸を回転させるモータギアと、を備えることを特徴とする自動車用発電蓄電装置。

【請求項2】

前記回転伝達部は、下方に各ギア間を潤滑する潤滑油が受容されるオイルパンを備えることを特徴とする請求項１記載の自動車用発電蓄電装置。

【請求項3】

前記発電ユニットは、前記自動車の走行風を受けて回転するファンと、該ファンと同一軸上に固定されるファンギアと、該ファンギアの回転運動が伝達されるモータギアを有する発電モータとを備える風力発電部をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の自動車用発電蓄電装置。

【請求項4】

前記蓄電ユニットは、カートリッジ式蓄電池を備えることを特徴とする請求項１記載の自動車用発電蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車に適用可能な発電装置に関し、特には、駆動力が掛からない車輪の回転を利用して発電させる自動車用発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の動力源には、従来のガソリン等を燃料とする内燃機関に代わって電動モータが広く用いられている。こうした電気自動車では、電動モータに加えて、ヘッドライト等の保安部品やエアコンやオーディオ等の電装部品に電気が多用されていることから、全体として非常に多くの電気を消費することとなる。そこで、減速時の運動エネルギーを電気として回収する回生ブレーキを搭載して、発電された電気を蓄電池に補充することが行われているが、これに加えて、自動車の各部における運動エネルギーを効率良く電気に変換して蓄電可能とする発電装置が求められている。

【0003】

このような要望に応える発電装置としては、例えば、発電機と、蓄電池と、ＤＣ／ＡＣインバーターと、かさ歯車とを備えた発電装置本体を牽引車両に搭載し、走行時に牽引車両の車輪の回転動力をかさ歯車を介して発電機を回転させて発電し蓄電池に蓄電する発電装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、電気自動車の走行中は、非駆動輪の回転による回転エネルギーから発電機により変換された電気エネルギーを蓄電池に蓄電する電気自動車用発電装置がある（例えば、特許文献２参照）。

【0004】

特許文献１に記載の発電装置によれば、走行時の車輪の回転を利用して発電が可能である。また、特許文献２記載の電気自動車用発電装置によれば、電気自動車の走行による非動力輪の車軸の回転によって発電した電気エネルギーを蓄電池に補充できるので長く継続走行させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－７８２２１号公報

【特許文献2】実用新案登録第１７０６６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１記載の発電装置は、牽引車両に搭載される構成を採用するものであるため、発電及び電力使用の際には常に牽引車両を帯同させる必要がある。また、特許文献２記載の発電装置は、１つの非駆動輪に対して１つの発電機しか組み合わされないので、発電量に改善の余地がある。

【0007】

そこで、本発明は、自動車の車両本体に搭載可能であるとともに、非駆動輪の回転運動を複数の発電機に伝達させて効率良く発電し蓄電が可能な自動車用発電蓄電装置を提供することを課題とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明が採った手段は、原動機の動力が伝達される駆動輪と、該駆動輪に追動して回転する非駆動輪とを有する自動車に搭載可能な自動車用発電蓄電装置であって、複数の発電モータと、前記非駆動輪と前記発電モータとの間に介在され、前記非駆動輪の回転運動を伝達して前記複数の発電モータを駆動させる回転伝達部とを備えた発電ユニットと、該発電ユニットで発電された電気を蓄電する蓄電ユニットとを備えており、該回転伝達部は、前記非駆動輪と連動して回転する第一ギアと、該第一ギアよりも少ない歯数を有して前記第一ギアの回転運動が伝達される第二ギアと、該第二ギアと同一軸上に固定され、前記第一ギアよりも多い歯数を有する第三ギアと、前記複数の発電モータのモータ軸上にそれぞれ固定され、前記第三ギアの回転運動が伝達されて前記モータ軸を回転させるモータギアと、を備えることを特徴とする自動車用発電蓄電装置、である。

【0009】

すなわち、本発明にかかる自動車用発電蓄電装置は、自動車における非駆動輪の回転運動を用いて発電モータを駆動させ、これにより得られる電気を蓄電池に蓄電させるものである。そして、非駆動輪の回転運動を、複数の発電モータに伝達することにより高効率で発電できるようにしている。非駆動輪の回転運動は、回転伝達部によって発電モータへと伝達される。回転伝達部は、非駆動輪と連動して回転する第一ギア、第一ギアよりも少ない歯数を有して第一ギアの回転運動が伝達される第二ギア、第一ギアよりも多い歯数を有して第二ギアと連動して回転する第三ギア、第二ギアの歯数以下の歯数を有して第三ギアの回転運動が伝達されるモータギアを備えている。このような各ギアの構成によって、非駆動輪の回転数がモータギアに至るまでの間に増大されるので、発電モータを高回転で駆動させることができる。また、第三ギアの回転運動が複数のモータギアに同時に伝達されるので、１つの非駆動輪で複数の発電モータを駆動させることができる。さらに、上記のように構成される回転伝達部を備えることで、発電ユニットをコンパクトにすることができるので、サスペンションやブレーキ等の各種装置が配置されて設置スペースが限られる非駆動輪近傍に設置が容易となる。

【0010】

また、前記回転伝達部は、下方に各ギア間を潤滑する潤滑油が受容されるオイルパンを備えてもよい。

【0011】

回転伝達部は、複数のギアが咬合して構成されることから、これらの間に生じる摩擦によって非駆動輪の回転運動の伝達が阻害されたり、ギアが破損したりするおそれがある。そこで、オイルパンを設けて各ギア間に潤滑油を行き渡らせるようにすれば、非駆動輪の回転運動の伝達ロス及びギアの損傷を防止することができる。

【0012】

また、前記発電ユニットは、前記自動車の走行風を受けて回転するファンと、該ファンと同一軸上に固定されるファンギアと、該ファンギアの回転運動が伝達されるモータギアを有する発電モータとを備える風力発電部をさらに備えてもよい。

【0013】

こうすることで、上記回転伝達部による発電に加えて、自動車走行中に受ける走行風を用いた発電を行えるようになる。すなわち、走行風を受けて回転するファンと連動するファンギアの回転運動を発電モータのモータギアへと伝達して発電モータを駆動させて発電できるようにしている。これにより、非駆動輪の回転運動と、走行風で回転するファンの回転運動との両方を利用した発電が可能となるので、さらに多くの発電が可能となる。

【0014】

また、前記蓄電ユニットは、カートリッジ式蓄電池を備えてもよい。

【0015】

蓄電ユニットにカートリッジ式蓄電池を備えることで、発電ユニットで発電された電気をカートリッジ式蓄電池に蓄電し、これを取り外して他の自動車の補助電源として利用したり、家庭での非常用電源等の自動車以外で利用したりすることが可能となる。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る自動車用発電蓄電装置によれば、非駆動輪の回転運動が回転伝達部によって複数の発電モータに伝達され駆動されることによって多くの電気を発電し、蓄電することができる。また、非駆動輪の回転数は、回転伝達部を構成する各ギアの歯数差によって増大されるので、発電モータを高回転で駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施例１に係る自動車用発電蓄電装置の概略側面図である。

【図2】実施例１に係る自動車用発電蓄電装置の概略平面図である。

【図3】実施例１に係る自動車用発電蓄電装置を構成する発電ユニットの内部機構を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図4】実施例２に係る自動車用発電蓄電装置を構成する発電ユニットの内部機構を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【図5】実施例３に係る自動車用発電蓄電装置の概略平面図である。

【図6】実施例３に係る自動車用発電蓄電装置を構成する発電ユニットの内部機構を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明は、エンジン、モータ等の原動機の動力を受ける駆動輪と、駆動輪に追動する非駆動輪とを備える自動車や、自動車に接続される牽引車両に適用可能であり、非駆動輪の回転運動を活用して発電を行い、これにより得られる電気の蓄電を行うことができる自動車用発電蓄電装置である。

【0019】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【実施例0020】

図１及び図２には、実施例１に係る自動車用発電蓄電装置が示されている。自動車用発電蓄電装置は、原動機Ｐによって前輪Ｆが駆動される前輪駆動式の自動車Ｃに搭載されており、発電ユニット１００と、蓄電ユニット２００とを備える。

【0021】

発電ユニット１００は、原動機Ｐの動力が伝達されず、前輪Ｆの駆動に追動して回転する左右の後輪Ｒ１、Ｒ２近くにそれぞれ１つずつ配置されている。一方、蓄電ユニット２００は、発電ユニット１００と電気的に接続されており、発電ユニット１００にて発電された電気が送電されて蓄電できるようになっている。また、蓄電ユニット２００は、原動機Ｐと電気的に接続されて、蓄電されている電気を原動機Ｐに送電できるようになっている。

【0022】

図３には、発電ユニット１００の内部機構が説明されている。図３における発電ユニット１００は、左後輪Ｒ１近傍に配置されるものであるが、右後輪Ｒ２近傍に配置される発電ユニット１００も同様に構成される。よって、ここでは右後輪Ｒ２側に配置される発電ユニット１００の説明は省略する。発電ユニット１００は、回転伝達部１１０と、６つの発電モータ１２０とを備える。図３（ａ）に示すように、回転伝達部１１０は、第一ギア１１１と、第二ギア１１２と、第三ギア１１３と、中間ギア１１４と、モータギア１１５とを備える。

【0023】

第一ギア１１１は、左後輪Ｒ１と連動して回転する軸Ｓ上に固定される。すなわち、第一ギア１１１は、左後輪Ｒ１の回転に連動して回転するようになっている。ここで、左後輪Ｒ１と回転伝達部１１０との間には、左後輪Ｒ１がサスペンションの動きによって上下しても左後輪Ｒ１の回転運動が第一ギア１１１に確実に伝達されるように、図示しないジョイントが設けられている。

【0024】

第二ギア１１２は、第一ギア１１１と咬合して第一ギア１１１の回転が伝達されるものである。第二ギア１１２は、第一ギア１１１よりも歯数が少ない小径のギアに構成される。また、第二ギア１１２は軸Ｓよりも上方位置に配置される。

【0025】

第三ギア１１３は、第二ギア１１２のギア軸１１２ａ上に固定されており、第一ギア１１１よりも歯数が多い大径のギアに構成される。さらに、第三ギア１１３には、第三ギア１１３と同一歯数で同径のギアに形成されるとともに、ギア軸１１２ａと同じ高さ位置に配置される中間ギア１１５が咬合される。

【0026】

モータギア１１４は、後に詳述する６つの発電モータ１２０のそれぞれのモータ軸１１４ａ上に固定されるギアである。６つのモータギア１１４のうちの３つは第三ギア１１３と咬合しており、そのうち２つがギア軸１１２ａよりも上方で咬合し、１つがギア軸１１２ａよりも下方位置で咬合している。また、残りの３つは中間ギア１１５と咬合しており、そのうち１つがギア軸１１５ａより上方位置で咬合し、２つが下方位置で咬合している。

【0027】

６つの発電モータ１２０は、いずれも電磁誘導によって機械的エネルギー（運動）を電気エネルギーに変換するものであり、モータ軸１１４ａを回転させることによって電気を生じるものである。６つの発電モータ１２０は、発電ユニット１００内部の上方及び下方にそれぞれ３つずつ配置され、蓄電ユニット２００と電気的に接続されている。

【0028】

発電ユニット１００では、次のようにして発電が行われる。まず、左後輪Ｒ１の回転に連動して第一ギア１１１が回転する。第一ギア１１１の回転数は、左後輪Ｒ１の回転数と同じである。第一ギア１１１の回転運動は、これに咬合する第二ギア１１２へと伝達されて第二ギア１１２を回転させる。第二ギア１１２は、第一ギア１１１よりも歯数が少ない小径ギアであるため、その回転数は第一ギア１１１よりも高回転となる。つまり、第一ギア１１１が１回転するまでに第二ギア１１２は複数回転することとなる。第二ギア１１２の回転と同時に、ギア軸１１２ａ上に固定される第三ギア１１３が回転する。第三ギア１１３の回転数は、第二ギア１１２の回転数と同じである。さらに第三ギア１１３の回転に連動して、中間ギア１１５が回転する。中間ギア１１５の回転数は、第二ギア１１２及び第三ギア１１３の回転数と同じである。最後に、第三ギア１１３と中間ギア１１５の回転運動は、これらと咬合する６つのモータギア１１４に伝達される。モータギア１１４は、それらよりも大径の第三ギア１１３及び中間ギア１１５の外周上で高速で回転され、この回転運動によってモータ軸１１４ａが回転されて発電モータ１２０による発電が行われることとなる。こうして発電された電気は、蓄電ユニット２００に送られて蓄電され、原動機や電装部品に供給されることとなる。

【0029】

このように、左後輪Ｒ１の回転運動は、回転伝達部１１０によって発電モータ１２０へと伝達されて、発電に供されることとなる。このとき、左後輪Ｒ１の回転数は、モータギア１１４で増大されて６つの発電モータ１２０のモータ軸１１４ａを高回転させるので、６つの発電モータ１２０において多くの電気が効率よく発電されることとなる。

【0030】

また、回転伝達部１１０の下方には、図示しないオイルパンが設けられている。オイルパンには、潤滑油が受容されており、この潤滑油に第一ギア１１１、第三ギア１１３及び中間ギア１１５の下部が浸漬されるようになっている。これにより、第一ギア１１１、第三ギア１１３及び中間ギア１１５が潤滑されるのはもちろん、これらのギアの回転によって潤滑油が掻き揚げられて、潤滑油に浸漬されていない第二ギア１１２及びモータギア１１４へも潤滑油が行き渡るようになる。こうすることで、各ギア間で生じる摩擦を低減させることができるので、回転運動の伝達をスムースに行えるようになる。

【0031】

蓄電ユニット２００は、自動車Ｃのシャシーの中央に固定されるリチウムイオンバッテリからなるメインバッテリ２１０と、自動車Ｃの後方のトランクルームに配置され、リチウムイオンバッテリからなるカートリッジバッテリ２２０とから構成される。メインバッテリ２１０は、発電ユニット１００の発電モータ１２０と電気的に接続されており、発電モータ１２０から送電される電気を蓄電することができる。そして、自動車Ｃの原動機Ｐや図示しない各種電装部品とも電気的に接続されていて、これらに対して蓄電された電気を供給できるようになっている。

【0032】

カートリッジバッテリ２２０は、発電ユニット１００と電気的に接続される図示しないバッテリ接続部と着脱自在に接続されており、発電ユニット１００で発電された電気の一部が送電され、蓄電されるようになっている。カートリッジバッテリ２２０は、自動車Ｃへの電力供給に用いることはもちろん、取り外して自動車Ｃ以外で使用することができる。例えば、他の自動車に補助的に電力供給する補助バッテリとして用いたり、家庭での非常用電源や屋外レジャーでの電源として用いたりすることができる。

【実施例0033】

実施例２に係る装置１もまた、実施例１に係る装置１と同様に、発電ユニット１００と、蓄電ユニット２００とを備えるが、発電ユニット１００の構成のみが実施例１と相違する。よって、ここでは実施例１との相違点である発電ユニット１００の構成について詳述し、その他の構成については説明を省略する。

【0034】

図４には、発電ユニット１００の内部機構が説明されている。図４における発電ユニット１００は、左後輪Ｒ１近傍に配置されるものであるが、右後輪Ｒ２近傍に配置される発電ユニット１００も同様に構成される。発電ユニット１００は、回転伝達部１１０と、３つの発電モータ１２０とを備える。図４（ａ）に示すように、回転伝達部１１０は、第一ギア１１１と、第二ギア１１２と、第三ギア１１３と、モータギア１１４と、第一中間ギア１１６と、第二中間ギア１１７を備える。

【0035】

第一ギア１１１は、左後輪Ｒ１と連動して回転する軸Ｓ上に固定される。すなわち、第一ギア１１１は、左後輪Ｒ１の回転に連動して回転するようになっている。ここで、左後輪Ｒ１と回転伝達部１１０との間には、左後輪Ｒ１がサスペンションの動きによって上下しても左後輪Ｒ１の回転が第一ギア１１１に確実に伝達されるように、図示しないジョイントが設けられている。

【0036】

第二ギア１１２は、第一ギア１１１と咬合して第一ギア１１１の回転運動が伝達されるものである。第二ギア１１２は、第一ギア１１１よりも歯数が少ない小径のギアに構成される。また、第二ギア１１２は、軸Ｓの上方に配置される。

【0037】

第三ギア１１３は、第二ギア１１２のギア軸１１２ａ上に固定されており、第一ギア１１１よりも歯数が多い大径のギアに構成される。第三ギア１１３には、第二ギア１１２と同一の歯数と径に形成されてギア軸１１２ａより上方の高さ位置に配置される第一中間ギア１１６が咬合される。また、第一中間ギア１１６のギア軸１１６ａ上には、第三ギア１１３よりも歯数が多い大径のギアに構成される第二中間ギア１１７が固定されている。

【0038】

モータギア１１４は、３つの発電モータ１２０の３つのモータ軸１１４ａのそれぞれに固定されるギアである。３つのモータギア１１４のそれぞれは第二中間ギア１１７に咬合されており、そのうちの２つがギア軸１１６ａよりも上方で咬合し、１つがギア軸１１６ａよりも下方位置で咬合している。

【0039】

３つの発電モータ１２０は、いずれも電磁誘導によって機械的エネルギー（運動）を電気エネルギーに変換するものであり、モータ軸１１４ａを回転させることによって電気を生じるものである。３つの発電モータ１２０は、そのうちの２つが発電ユニット１００の上部に配置され、残りの１つが発電ユニット１００の下部に配置される。

【0040】

発電ユニット１００では、次のようにして発電が行われる。まず、左後輪Ｒ１の回転に連動して第一ギア１１１が回転する。第一ギア１１１の回転数は、左後輪Ｒ１の回転数と同じである。第一ギア１１１の回転運動は、これを咬合する第二ギア１１２へと伝達されて第二ギア１１２を回転させる。第二ギア１１２は、第一ギア１１１の歯数より少ない小径のギアであるため、その回転数は第一ギア１１１よりも高回転となる。つまり、第一ギア１１１が１回転するまでに第二ギア１１２は複数回転することとなる。第二ギア１１２が回転するのと同時に、ギア軸１１２ａ上に固定される第三ギア１１３が回転する。第三ギア１１３の回転数は、第二ギア１１２の回転数と同じである。さらに、第三ギア１１３の回転に連動して、第一中間ギア１１６と第二中間ギア１１７も回転する。最後に、第二中間ギア１１７の回転運動は、これと咬合する３つのモータギア１１４に伝達される。モータギア１１４の回転運動によって、モータ軸１１４ａが回転されて発電モータ１２０による発電が行われることとなる。

【0041】

さらに、発電ユニット１００の底部には、フィン１３１と、フィンギア１３２と、モータギア１１４と、発電モータ１２０とを備えてなる風力発電部１３０が設けられている。フィン１３１は、自動車Ｃの車体底面を通過する走行風を受けることができるように、発電ユニット１００の外部底面に配置され、その上部にはフィンギア１３２が設けられている。すなわち、フィン１３１の回転に連動してフィンギア１３２が回転するようになっている。フィンギア１３２の回転運動は、これに咬合するモータギア１１４に伝達される。これによって、モータギア１１４がフィンギア１３２の回転運動と連動してモータ軸１１４ａを回転させ、発電モータ１２０が駆動されることとなる。なお、発電モータ１２０で発電された電気は、回転伝達部１１０における発電モータ１２０と同様に、蓄電ユニット２００に送られて蓄電されることとなる。

【0042】

実施例２に係る装置１によれば、風力発電部１３０をさらに備えることにより、後輪Ｒ１の回転運動を用いた発電に加えて、走行風によるフィンの回転運動を用いた発電を行うことが可能となる。