JPH078118B2 - タイヤの変形を動力とした発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．発明の目的 産業上の利用分野 電気自動車に於いて、動力として搭載されている蓄電池
の、走行による電力の消耗を、走行中の接地圧によるタ
イヤの変形を利用して、タイヤ内部において発電し、発
生電力を車体内に導入、搭載蓄電池に充電し、走行中に
電力の補充を行うことに関する。

搭載蓄電池の充電は、車体内部に設置された、図示され
ていない電圧調整、整流、カットイン等の諸装置によ
る。

従来の技術 電気自動車に使用する、小型でエネルギー密度の高い蓄
電池の開発は徐々にではあるが着実に前進している。本
格的な電気自動車の普及のためには、充電して（フル充
電）、連続的に、また断続して、合計、どのくらいの距
離を走行できるかにかゝっている。走行しながら、電力
を補充するものとしてはソーラーコレクターを具備した
自動車があるが、更に一段の進歩が望まれている。

発明が解決しようとする課題 利用可能な、未利用の動力として、走行状態にあって、
転動するタイヤの接地圧による変形に注目し、タイヤの
内部に設置した、タイヤの変形を動力とした発電装置
と、発生電力を搭載蓄電池に充電するため、走行しなが
ら電力を車体内に導入する装置を提供せんとするもので
ある。

転動するタイヤの変形を用いて、発電装置を動かすとす
れば、タイヤの何処に動力を求め、またその方法が課題
となる。向心力、遠心作用に耐え、スリップ角が付い
て、旋回しているタイヤの「ねじれ変形」による摩擦力
の着力点の移動に対する対応。タイヤ内で永久磁石を回
転させるには困難が多い。そのためコイルに磁極を出入
させる方式を採用した場合の発電効率の低下、コイル内
の空気の流れ、操舵により向きを変えるホイールから、
電力を取り出し、車体内に導入する手段等の、互いに矛
盾しない配置などが主要な課題である。

ロ．発明の構成 課題を解決するための手段 第７図はタイヤが接地圧により、接地部分が変形するこ
とを示した図である。タイヤが何れの方向に回転して
も、接地影響領域を含めて接地面積以外の部分は、接地
圧が無くなり次第、変形は元の形状に回復する。第１図
は発電装置の側面図、第２図は平面図であるが、軸受6a
〜6bの両側に、２個のＮ回巻きコイル2a〜2bがあり、永
久磁石３はＵ字型磁石の変形型を用い、図ではＮ極＝3
b、Ｓ極＝3aとした。永久磁石３は全体をフエライト成
形、あるいは、磁石鋼、また、先端のＳ極、Ｎ極をフエ
ライト成形とし、磁石鋼で連結する等、何れでもよく、
磁気回路１に設置されたコイル2a〜2bは直列に結線され
る。軸受6a〜6bの固定軸に支持された可動板７を支点と
する永久磁石支柱13は永久磁石３を内包し、磁極3bは引
き索14の引っ張りによってバネ５を圧してコイル2bに挿
入される。同時に、磁極3aはコイル2aから脱出する。引
き索14が弛るんだときは、バネ５は永久磁石支柱13を押
し上げ、磁極3aはコイル2aに挿入され、磁極3bはコイル
2bから引き抜かれる。フエライト形成の永久磁石は必ず
しも衝撃に強くはない。33b、33aは永久磁石補強ボール
トナットである。可動板７にはストッパー12a〜12bがあ
り、時としてタイヤの変形が大きく、引き索14が弛み過
ぎ、磁極3aがコイル2aに過剰に挿入されることを防止す
るため、軸受固定板８に粘弾性材質のストッパー受リン
グ11を設ける。

引き索14は第５図、第６図の如く、正立したタイヤ内面
の中心線上インナーライナー31と名付けられた部位に類
似のゴム材を用いて引き索接着部15により接着される。
引き索接着部内には複数に交差する有機繊維帯21があ
り、引き索14の端が連結されている。引き索14は有機繊
維コード又は無機の縒り線とし、硬直性のないものとす
る。

引き索接着部15とタイヤの接着面は、一定範囲の広さの
接着面で、前記のタイヤの接着箇所に接着する。第５図
の如く、引き索14の他端は調節ボールトナット17に固定
され、組立時においては、引き索14の長さを調節するこ
とができる。タイヤは圧力容器である。その構造から、
引き索14が引っ張られ過ぎることないが、ストッパー受
リング11は何れの側にも機能する。軸受6a〜6bは軸受固
定板８に、磁気回路１はホイールのリム25に密着した磁
気回路固定板９と接して、３層とも、ホイールのリムに
溶着された４個のスベリ止10によって固定される。コイ
ル枠４は脚があり、コイル2a〜2b、磁気回路１との間に
脚の厚さに相当する空隙がある。第３図Ａ−Ａ、第４図
Ｂ−Ｂ断面図に示した防護板29a〜29bは、防護板止ナッ
ト22により、発電装置ごとに取り付け、ホイールのリム
に、タイヤを嵌め込み、または、取り外すとき、装置が
損傷を受けぬようにするために取り付ける。

この防護板29a〜29bは第１図、第２図には図示していな
い。以上の装置をホイールのリム内面、磁気回路上に等
間隔に配置する。

コイル2a〜2bは直列に連結され取出端子32を用い、タイ
ヤ外部に出て、第９図に示すホイール外側の電線保護カ
バー38内を通り、スリップリング35に導入される。取出
端子32は（第14図）絶縁体23とゴム付きワッシャ30、締
め付け用ナットによって、気密に、導線をリム外に取り
出す。

スリップリング35には第10図のようにベアリング39をも
つスリップリングカバー37があり、刷子36と刷子ケース
40を保持している。刷子ケースから渦巻き状に延長され
た電線48は内筒41の中を通り車体車輪カバー46から車体
内に入る。

外筒42は内筒の外側にあって、内筒41は上下に移動可能
である。外筒42の上端の外筒止47は車体車輪カバー46に
固着していて、タイヤの上下、操舵によるタイヤの傾
き、方向の変化に対応し、スリップリングとスリップリ
ングカバーとの共回りを抑止する。

作用 第11図は発電装置４個を配置した例の説明図である。発
電装置50a〜50dは、タイヤのホイールのリム25に固定さ
れた、磁気回路１上に等間隔に設置され、引き索14はタ
イヤに接着している引き索接着部に接続している。タイ
ヤの転動による接地圧により、接地部は、接地影響領域
24を含めてホイール方向に凹む。引き索14は押し上げら
れ弛む。タイヤの転動が進み、変形した部位が元の形状
に回復するにつれて引き索14は弛みを失い引っ張りに転
ずる。引き索14の弛みと引っ張りのため、発電装置の磁
極3a、3bはコイル2a、2bに出入する。発電装置50b、50
c、50dが接地部上に近付いて通過するときも同様であ
る。起電力は前記（第９図）のように、取出端子32よ
り、ホイール28の外側、電線保護カバー38を内を経て、
刷子36から取り出される。タイヤはチュウブレスタイヤ
を使用する。引き索14は硬直性がなく、スリップ角が付
いて、第８図説明のタイヤの「ねじれ変形」による接地
面積の着力点の移動にも順応する。また、コイル枠４の
脚によって、脚の厚みの分だけ磁気回路１との間の空隙
をつくり、磁極がコイルに出入するとこの空気抵抗を弱
める。

磁気回路１上に配置された４個の発電装置の中で、タイ
ヤが接地圧で変形した部位に対応する発電装置からのみ
起電力が得られ、取出端子32、スリップリング35、刷子
36、内筒41、外筒42、車体車輪カバー46を経て車体内に
導入される。

その時点に注目すれば、他の３個の発電装置は、引き索
14が引かれたまゝであり、基本的には停止の状態にあ
る。基本的に停止している装置の磁極は、タイヤの走行
振動により、若干の動きがあっても、スリップリングを
介して刷子に接していないコイルには電流は流れない。

タイヤの進行方向の変化は走行中は小さく、車寄せ等に
あっては角度が大きくなるが、動きは遅い。第13図はス
リップリング、内筒、外筒を車体車輪カバーに取り付け
た外観図で、耐候性を有する。走行中に発生した電力は
車体内に設置した図示していない変圧、整流、カットイ
ン装置等で搭載蓄電池の充電に用いる。

ストッパー受リング11は（第15図）、中央に小孔のある
底板があり、ストッパー受リング止19によって逸脱しな
い程度に止められ、軸受固定板８に固着していない。外
からの力で、ストッパー受リング止19を軸として回転で
きるので、ストッパー受リング11の特定の箇所に、スト
ッパー12a、12bが突き当たり、同一箇所のみが多く摩擦
することを避ける。

実施例 第11図は発電装置４個を配置した例であるが、６個、８
個と増置が可能である。永久磁石がフエライト成形、あ
るいは、一部がフエライト成形である場合は、衝撃に強
くするため、必要あれば一部または全体に薄膜の被覆を
施す。

効果 リム内には、コイルの巻数を確保するに足る空隙があ
り、永久磁石は現存する強力なものを用いる。挿入、脱
出する磁極の速度は、タイヤの転動する速度に比例す
る。

タイヤの回転速度は、広く使用されているタイヤ、外径
600mm、荷重半径287mmとした例を用いれば、１回転で1,
800mm進む。60km/hの速度では0.1秒で１回転する。

タイヤは圧縮空気入りであるので、引き索接着部15は、
タイヤ内面のインナーライナーに、接着する面を、ある
程度広くすることで接着力も強まり、引き索14の引っ張
り力も増す。

タイヤは空気バネである。起電力はバネ５と、軸受6a〜
6bを支点とした永久磁石を内包する支柱13と、コイル、
それに、タイヤの空気バネによる引き索14を主体とする
作動によるものである。

タイヤに発電装置を配置すると、その分の重量増加を防
ぐことは出来ない。自動車の走行抵抗は、 タイヤの転がり抵抗 駆動系の回転抵抗 空気抵抗 勾配抵抗 加速抵抗 以上のうち、の加速抵抗では、回転体を回すための慣
性抵抗がある。この場合軽量であることは有利である。
新しい素材の採用を含め、発電装置の軽量化に努めなけ
ればならない。

のタイヤの転がり抵抗は、その90％はタイヤの変形に
よるものである。当然荷重に留意すべきであるが、特別
な場合を除いて、適当なタイヤの接地面積が得られるよ
う、努めて空気圧を正常に調節すことで、転がり抵抗が
小さくなり、発電装置も順調に作動する。

ラジアルタイヤはバイアスタイヤに比べてトレッドの変
形が少ない。タイヤの種類によって変形の度合いが異な
ることがあるから、第１図に示した調節板16を移動さ
せ、調節ボールトナット17を使用して、引き索14の長さ
を加減する。また、このことにより、引き索14の引っ張
り距離に対する、磁極のコイルに出入する距離を変化さ
せることが出来る。この作業は使用するタイヤの種類に
よって、組立時に行う。

永久磁石３、永久磁石補強ボールトナット33a、33b、磁
気回路１のなどを除いては、努めて軽く、また、強磁性
体でない材質を選定する。

配置する発電装置は６個、８個と増やし得るものである
から、交流のサイン波に近い波形で電力が得られ、出来
るだけ駆動系に対する負担が軽くなる発電方式により、
前記の損失を考慮しても、なお、効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は発電装置の側面図、第２図は平面図、第３図は
Ａ−Ａ断面図、第４図はＢ−Ｂ断面図、第５図はインナ
ーライナー、引き索接着部及び引き索と、永久磁石支柱
との関連図、第６図は引き索接着部と引き索、調節ボー
ルトナットの連結図第７図は接地圧によるタイヤの変形
説明図。 第８図はスリップ角発生時のタイヤの着力点の説明図、
第９図はスリップリングとスリップリングカバー及び電
線との関係図、第10図はスリップリングから車体に至る
導入装置の破砕図。 第11図は装置の配置説明図、第12図は車体内に導入する
装置の外筒止の拡大図、第13図は導入装置を装着した外
観図、第14図は取出端子の破砕図、第15図はストッパー
受リングの破砕図。 1.磁気回路、2a.2b.N回巻コイル 3.3a.3b.永久磁石、4.コイル枠 5.バネ、6a.6b.軸受 7.可動板、8.軸受固定板 9.磁気回路固定板、10.スベリ止 11.ストッパー受リング、12a.12b.ストッパー 13.永久磁石支柱、14.引き索 15.引き索接着部、16.調節板 17.調節ボールトナット 19.ストッパー受リング止 21.有機繊維帯、22.防護板止ナット 23.絶縁体、24.接地影響領域 25.ホイールのリム、26.タイヤビード部 27.タイヤトレッド、28.ホイール 29a.29b.防護板、30.ゴム付ワッシャ 31.インナーライナー、32.取出端子 33a.33b.永久磁石補強ボールトナット 35.スリップリング、36.刷子 37.スリップリングカバー 38.電線保護カバー、39.ベアリング 40.刷子ケース、41.内筒 42.外筒、46.車体車輪カバー 47.外筒止、48.電線 50a.50b.50c.50d.発電装置、51.路面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気自動車に於いて、走行により発生する
   タイヤの変形を、タイヤ内面のインナーライナーに取り
   付けた引き索を用いて、ホイールのリム内面の底部に設
   けた、磁気回路上の軸受固定板に軸受けを持ち、内部に
   永久磁石を有する永久磁石支柱に伝え、引き索の引っ張
   りと、弛みによって、永久磁石支柱と軸受固定板の間に
   あるバネを伸縮させ、可動板を支点とした永久磁石支柱
   の磁極を、同時に、かつ、互いに、磁気回路上に設けた
   対応するコイルに出入せしめることを特徴とした発電装
   置を、複数配置し、起電力を、気密にリム外側に通ずる
   取出端子から、ホイール外側中心部位に設けたスリップ
   リングに導入する回路をもつ、空気入りタイヤの接地圧
   による変形を動力とした発電装置。
2. 【請求項２】スリップリングにカバーを設け、スリップ
   リングカバーの刷子に連結された電線を内部にもつ内筒
   と、内筒と連係してタイヤの進行方向、タイヤの傾き及
   び上下動に対応する外筒と、外筒止を有する請求項第１
   項に記載の発電装置からの電力を、走行中、車体内に導
   入する装置。