JP2004104979A - 電気車輌駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源と内部電源を簡単な構成で併用して走行する電気車輌駆動装置を提供するものである。
【解決手段】電気車輌の底面に張られ、路面に間歇的に設けられた外部電源１０から受電する受電体２と、スイッチを伴った蓄電器（池）１６と、別途スイッチを伴った駆動モータ１８と、前記受電体２と前記蓄電器（池）１６と前記駆動モータ１８とを結ぶ共通線２６と、前記スイッチ群のオンオフを制御する処理装置１９と、からなり前記外部電源１０の電力と前記蓄電器（池）１６の内部電力とを交互に取り込んで前記駆動モータ１８を駆動する。
【選択図】図２

Description

【発明の属する技術分野】
電気自動車、電動カート、電気バス、配送車、路面電車、鉄道
【従来の技術】
【０００１】
従来、電気車輌の駆動装置は、駆動エネルギーを電車の例のように架線など外部から得るか、電気自動車の例のように蓄電器（池）など内部から得ることが前提に作られていた。
ところが、前記外部からエネルギーを得る電車の場合、長い距離に亘り架線を這わせなくてはならず景観・保守に難点も生じ、またレールは回転摩擦が少ないとは言え他の乗物の障害にもなり、かつ新設の場合のインフラ費も大きくなる欠点があった。
【０００２】
一方、前記内部のエネルギーだけで電気車輌が運行できれば問題ないのであるが、とくに大型車輌で遠距離用の乗物では蓄電器（池）やいわゆるハイブリッド車等の内部エネルギー電源は容積も重量も価格も大きい欠点がある。
また、内部エネルギー型の電気車輌駆動装置の典型は、停車時にのみにおいてエネルギーを貯め、走行する方式のものであった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
いずれにしても、内部エネルギーだけ、または外部エネルギーだけ単独で電気車輌を動かす従来の方法は再検討の必要があると思われる。
そこで、外部電源と内部電源を簡単な機構で併用して走行する電気車輌を発明する。
この車輌が使用する外部電源装置は、設置個数はできるだけ少なく、形状も小さく、インフラ費の安いものとする。
また、前記外部電源はソーラ、風力をＡＣより優先的に利用し、地球温暖化ガス削減に寄与するものとする。
本発明は上記の外部電源を有効・安全に利用できるようにし、前記電気車輌に搭載の前記蓄電器（池）を少なくすることのほか、自動的に受電でき、かつ燃料の補給にともなう施設や運搬費を不要にする。
【問題を解決するための手段】
【０００４】
まず、本発明の電気車輌で使用する外部電源について記載する。
【図１】は、本発明の電気車輌と前記外部電源との関係を示した断面概要図である。
１は給電子、２は受電体、３は電気車輌、４は給電子スイッチ、５は送受信子、６は電源（ＡＣ，風力、ソーラなど）７は給電子制御装置、８は電力線、９は路面や軌道面である。
同図で電気車輌３が送電要求信号を出しながら右から近づくと、送受信子５、給電子制御装置７はその正当性を判断後、最右端の給電子１の路面からの頭出しをおこなう。
電気車輌３がさらに進み、前記最右端の給電子１と電気車両底面の受電体２とが正当に接触して停車すると（一般に停留所）給電子制御装置７は給電子スイッチ４をオンにして、電力を受電体２に送りこむ。
【０００５】
残りの２組の給電子１は電気車輌３が発車〈加速〉するときに使われる。
受電体の長さとほぼ同等の間隔に埋設されている前記２組の給電子１も前述したような動作を次々とおこない、電気車輌３への加速区間での給電をおこなう。
同図では３組の給電子１を示してあるが、路面電車では４−５組、ゴルフ場電動カートでは停留時間が長いので１組としてもよい。
また給電子の設置は、停留所のほか、坂道、交差点、駐車場でもよい。
【０００６】
【図２】は本発明の基本構成を示す。
２は車輌底面に張られた受電体であり、停車中または加速中電力を受電する。１２は信号発生器、１３はチョークコイル、１４は昇降圧回路、１６は蓄電器（池）、１７は電圧・電流検出器、１８は駆動モータ、１９は処理装置、２０−２３は機械的あるいは電子的スイッチ、２４は外部電源の給電子、２５は燃料電池、３１は共通線である。
【０００７】
動作を説明する前に、本発明の重要な構成である前記受電体２についてやや詳しく説明する。
受電体２は、まず電気車輌３の床下に絶縁体を介して進行方向一杯に張られた導体で、通常２本設ける。
この２本の受電体に路面から頭だしした前記給電子が２組とも接触した時のみ送電が行われる為、感電の危険もなく、また車の長さ分走行しても送電が途切れることはない。
また、給電子１に近づく時に前記受電体２を地表により近づく構造としてもよいし、受電体２に給電子１より高い電圧をかけて逆流させ、外部電源に蓄電機能がある場合は、そこに蓄電しても良い。
さらに、受電体２は休電子が送電コイルの場合は導体でなく受電コイルで構成しても良い。
【０００８】
さて、
【図２】に添って動作を説明する。
まず、本駆動装置を搭載の電気車輌３が停留場所に停車する。
このとき前記受電体２の先端は給電子１に接し、また信号発生器１２は送電要求信号を外部電源１０に送りつづける。
やがて外部電源１０は電力を送電してくるので、処理装置１９は指令を出し、スイッチ２０、２２をオンにする。２３はオフにする。
つまり蓄電器（池）１６に今までの充電量に追加して充電する。
つぎに乗客の昇降が終わったあと、車輌は動き出す
【０００９】
前記電気車輌３は動き出して加速区間に入る。
給電子１は次々とオンになるため、外部電源１０は連続して電力を送りこむことになるが、このときスイッチ２０，２２はオンのままにして蓄電器（池）１６を充電しつづけるが、前回の停車中と異なることは、処理装置１９はスイッチ２３をいわゆるＰＷＭオンオフして、滑らかに車輌加速を同時に行うことにある。
この加速動作は、例えば路面電車の場合、全てのドアが閉じられ、アクセルを踏んだことを処理装置１９は別途検出し、スイッチ２０、２２をオン、スイッチ２３をオンオフする信号を出すことにより行われる。
【００１０】
加速が終了すると走行が行われる。
すなわち給電子１からの電力供給は途絶え、もっぱら内部電源（蓄電器（池）１６、燃料電池２５等）が駆動モータ１８を動かして走行する。
さてブレーキを掛けた時はどうするか。この時、回生が行われる。
スイッチ２３がオンになり、駆動モータ１８は発電機に変身し、発生電圧はスイッチ２０、２２オンにより蓄電器（池）１６に充電される。
【００１１】
しかし、従来から蓄電器（池）１６に存在した電圧より前記発生電圧より低くなると充電は不可能になる。
その場合、昇降圧回路１４を用いる。
一般には、前記昇降圧回路１４は高周波発信器とトランスとスイッチと整流器とからなり、得られた高い電圧でオンしたスイッチ２１を経由（スイッチ２０はオフ）して蓄電器（池）１６を充電する。
しかし、この方法ではトランスが重いなどの欠点がある。
【００１２】
【図３】は前記昇降圧回路１４を改良したものである。
３５−３７は複数の蓄電器（池）、４０−４２はそれらの蓄電器（池）をたがいに直列接続するためのスイッチ、２７−３０は正の共通線２６に前記蓄電器（池）の正端を並列接続するためのスイッチ、３１−３４は負の共通線２６に前記蓄電器（池）の負端を並列接続するためのスイッチ、３９はモータ正転・逆転用のブリッジ回路、である。
【００１３】
【図３】に従って動作を説明する。
電気車輌３が送電要求を出しながら停留所に停車した時、前述同様外部電源１０より給電子１、受電体２を通して共通線２６に電力が供給されるが、このとき２３はオフにしスイッチ２７，４０，４１，４２、３４のみをオンにする〈４直列〉
もし、電流あるいは電圧が小さすぎる時は、スイッチ２７，４０，３２およびスイッチ２９，４２，３４のみをオンにする。（２直列、２並列）
それでも小さすぎる時は、２７、３１と２８、３２と２９，３３と３０、３４のみをオンにする（４並列）
これにより、過電流を防止しつつ最大の充電量を得ることができる。
【００１４】
つぎに発車し、定格速度に達するまで（加速区間）について述べる。
このときは、上記停車時の充電動作のほかスイッチ２３をアクセルに比例したいわゆるＰＷＭでオンオフし、電気車輌３を加速駆動する。
走行中、ブレーキを掛けたとき回生がおこなわれる。
駆動モータ１８からの発生電圧がブレーキとともに低下してくるが、スイッチ２７−３４，４０−４２を４直列、２直列２並列、４並列に接続変更して電圧変化に対応すると効率良い充電がおこなわれる。
【００１５】
外部電源１０なしで加速しなければならない場合もある。
このばあいは蓄電器（池）３５−３８の電源で駆動モータ１８を駆動するのであるが、一般にモータは最初は低電圧、大電流を必要とする。
高い電圧のままＰＷＭ法により低電圧にするのはノイズ等好しくない。
最初は充電時のように蓄電器（池）３５−３８を４並列接続して低電圧、大電流電源にして駆動モータ１８を駆動し、回転数が上がるに従い２直列２並列、４直列に蓄電器（池）３５−３８の接続を変え、モータ１８を駆動するのがよい。
【００１６】
以上述べたように本発明は、走行中外部エネルギーと内部エネルギーの双方を使いながら走行する新しい概念の電気車輌に関するものである。
給電子の応用の一例として、従来のディーゼル車の排ガス削減化が簡単な装置−
【図２】で、受電体、駆動モータ、処理装置−の付加装着のみで可能になる。
坂道や交差点に敷設するとその場所での削減効果は大きい。
【本発明による効果】
以上、本発明によれば間欠的に設けられた外部電源から燃料を走行しながら取得する電気車輌が実現できる。
外部電源を風力やソーラのエネルギーを貯める電源にすると、原価償却後、燃料はクリーンで無料の新交通システム用電気車輌になる。
とくに停留型車輌（路面電車、路面バス、配送車、カート）は搭載蓄電器（池）の容量も大幅に少なくてもよく、実用的電気車輌（少ない停留時間、広い車内）が実現できる。
大げさに言えば環境を破壊しない新しいクルマ社会の実現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】：外部電源との関連　概要図
【図２】：電気車輌　駆動装置　構成概要図
【図３】：電気車輌　改良型駆動装置　構成概要図
【符号の説明】
１：給電子　　　　　　　　　　　　１６：蓄電器（池）
２：受電体
３：電気車輌　　　　　　　　　　　１７：電流電圧検出器
４：給電スイッチ　　　　　　　　　１８：駆動モータ
５：送受信子　　　　　　　　　　　１９：処理装置
６：電源（ＡＣ、風力、ソーラ）　　２０−２３：スイッチ
７：給電子制御装置
８：電力線　　　　　　　　　　　　２５：燃料電池
９：路面　　　　　　　　　　　　　２６：共通線
１０：外部電源　　　　　　　　２７−３０：正共通線への並列スイッチ
３１−３４：負共通線への並列スイッチ
１２：信号発生器　　　　　　　４０−４２：直列スイッチ
１３：チョークコイル　　　　　　　　３９：ブリッジ回路
１４：昇降圧回路

Claims (9)

1. 電気車輌の底面に張られ、路面に間歇的に設けられた外部電源から受電する受電体と、スイッチを伴った充電器（池）と、別途スイッチを伴った駆動モータと、前記受電体と前記蓄電器（池）と前記駆動モータとを結ぶ共通線と、前記スイッチ群のオンオフを制御する処理装置と、からなり前記外部電源の電力と前記蓄電器（池）の内部電力とを交互に取り込んで前記駆動モータを駆動することを特徴とした電気車輌　駆動装置
2. 前記駆動モータ用スイッチをオフにし、前記外部電源の電圧値に応じて複数のスイッチオンオフして蓄電器（池）を直・並列接続し、前記受電体を通して前記外部電源と前記蓄電器（池）の間で電力のやりとりを行うことを特徴とした
3. に記載の電気車輌駆動装置
4. 前記外部電源の電圧値に応じて前記複数のスイッチをオンオフして蓄電器（池）を直・並列接続して前記外部電源より前記蓄電器（池）へ充電し、同時に前記駆動モータのＰＷＭ駆動とを行うことを特徴とした
5. に記載の電気車輌駆動装置
6. 前記駆動モータ用スイッチをオンにし、別途移動体速度指令値にに応じて前記複数のスイッチをオンオフして蓄電器（池）を直・並列接続し、前記駆動モータに電力を与えることを特徴とした
7. に記載の電気車輌駆動装置
8. 前記駆動モータ用スイッチをオンにし、別途ブレーキの強さ指令値に応じて前記複数のスイッチをオンオフして蓄電器（池）を直・並列接続し、前記駆動モータからの回生電力を前記蓄電器（池）に充電することを特徴とした
9. に記載の電気車輌駆動装置

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