JP2008215208A - 車載風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風車３１と、該風車３１の回転により駆動される発電機３２と、該発電機３２により充電されるバッテリー７３とを含む車載風力発電装置において、特に発電機３２を効率良く発電させる場合に、発電機３２が過負荷により停止するのを確実に防止する。
【解決手段】車両走行風の風速毎に発電機３２の回転数と該発電機３２によるバッテリー７３への充電電力との関係を表したマップを記憶しておくとともに、このマップ上において、上記発電機３２が作動する作動領域と、該発電機３２が過負荷により停止する停止領域とを予め区分けして設定しておき、発電機３２の回転数及びバッテリー７３への充電電力が、上記マップ上において上記作動領域から上記停止領域に移行しないように、車両の走行速度に応じて、上記充電電力を制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両走行風によって回転する風車と、該風車の回転により駆動される発電機と、該発電機により充電されるバッテリーとを含む車載風力発電装置に関する技術分野に属する。

従来より、例えば特許文献１や特許文献２に示されているように、車両走行風を利用して風車を回転させ、この風車の回転力を発電機に伝達して該発電機を作動させ、この発電機の作動によりバッテリーを充電するようにすることが知られている。

また、例えば特許文献３では、ファンの走行風による回転に伴って電力を発生する回転電機の回転速度が所定速度以上になったときに、電力回生を開始するとともに、電力回生開始時における回転電機の回転速度よりも遅い速度で、電力回生を終了するように構成して、風力エネルギによって回転電機において発生した電力を効率良く回生するようにすることが提案されている。
特開平１１−１５５２０３号公報 特開２００３−２９９２０７号公報 特開２００４−４０９３３号公報

ところが、上記従来例のものでは、発電機を、発電電力（発電機によるバッテリーへの充電電力）が最大に近くなるように発電させてはいないので、風力エネルギーを電気エネルギーに効率良く変換することはできない。すなわち、発電機の回転数と充電電力との間には、図７に示すような関係があり、車両走行風の風速が一定であれば、その風速値のラインに沿って変化する。具体的には、充電電力が０である（電気的負荷がない）状態では、当該風速時において回転数が最大となり、充電電力（電気的負荷）が大きくなるに連れて、回転数が低下していく。そして、特に内部に永久磁石を有する発電機では、電気的負荷が一定値（風速によって異なる）を超えると、当該発電機の永久磁石による抵抗によって回転が停止して発電機が作動しなくなるため、上記一定値よりも低くて該一定値に出来る限り近い電気的負荷で発電機を作動させれば、効率良く発電できることになるが、上記従来例のものでは、そのようなことを全く考慮していない。

そこで、上記の如く効率良く発電できるように発電機を作動させるようにすることが考えられるが、車両の走行速度、つまり車両走行風の風速は変化し易く、そのために、車両の走行速度の変化によって、電気的負荷が上記一定値を超えた過負荷状態となって発電機が停止し易くなる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記のような車載風力発電装置において、特に発電機を効率良く発電させる場合に、発電機が過負荷により停止するのを確実に防止しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、車両走行風の風速毎に発電機の回転数と該発電機によるバッテリーへの充電電力との関係を表したマップを記憶しておくとともに、このマップ上において、上記発電機が作動する作動領域と、該発電機が過負荷により停止する停止領域とを予め区分けして設定しておき、発電機回転数検出手段により検出される回転数及び充電電力検出手段により検出される充電電力が、上記マップ上において上記作動領域から上記停止領域に移行しないように、車速検出手段により検出された車両の走行速度に応じて、上記充電電力を制御するようにした。

具体的には、請求項１の発明では、車両に搭載され、車両走行風によって回転する風車と該風車の回転により駆動される発電機と該発電機により充電されるバッテリーとを含む車載風力発電装置を対象とする。

そして、上記発電機による上記バッテリーへの充電電力を変更可能にする充電電力変更手段と、上記充電電力変更手段を介して上記充電電力を制御する充電電力制御手段と、上記車両の走行速度を検出する車速検出手段と、上記発電機の回転数を検出する発電機回転数検出手段と、上記充電電力変更手段による実際の充電電力を検出する充電電力検出手段と、上記車両走行風の風速毎に上記発電機の回転数と上記充電電力との関係を表したマップを記憶する記憶手段とを備え、上記マップ上において、上記発電機が作動する作動領域と、該発電機が過負荷により停止する停止領域とが予め区分けして設定されており、上記充電電力制御手段は、上記発電機回転数検出手段により検出される回転数及び充電電力検出手段により検出される充電電力が、上記マップ上において上記作動領域から上記停止領域に移行しないように、上記車速検出手段により検出された走行速度に応じて、上記充電電力を制御するように構成されているものとする。

上記の構成により、発電機を効率良く発電させることができるとともに、発電機が過負荷により停止するのを確実に防止することができる。すなわち、車速検出手段により検出された走行速度より車両走行風の風速が求まり（車両走行風の風速は、走行速度と一定の関係にあるので、その関係を予め求めておく）、発電機回転数検出手段により検出される回転数及び充電電力検出手段により検出される充電電力が、マップ上の作動領域内における上記風速に対応する風速ライン上の停止領域近傍に位置するような充電電力にすることで、発電機を効率良く発電させることができる。そして、車両の走行速度、つまり風速が変化しても、上記回転数及び充電電力が、作動領域内における当該変化後の車両の走行速度（風速）に対応する風速ライン上の停止領域近傍に位置するように充電電力を変更することで、発電機を効率良く発電させることができるとともに、停止領域へ移行しないようにすることができて、発電機が過負荷により停止するのを確実に防止することができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記車両の乗員のブレーキ操作を検出するブレーキ操作検出手段を更に備え、上記充電電力制御手段は、上記ブレーキ操作検出手段によりブレーキ操作が検出されたときには、上記車速検出手段により検出された走行速度に関係なく、上記バッテリーへの充電電力を強制的に低減させるように構成されているものとする。

すなわち、乗員によりブレーキ操作がなされると、車両の走行速度、つまり車両走行風の風速が急激に低下するため、走行速度を検出して充電電力を変更したのでは、その変更が遅すぎて発電機が停止する可能性が高くなる。しかし、この発明では、ブレーキ操作を検出した時点で、バッテリーへの充電電力を強制的に低減させるので、停止領域に移行するのをより一層確実に防止することができる。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記バッテリーのフル充電状態を検出するフル充電状態検出手段と、上記風車への車両走行風の供給を制限する制限状態と該制限を解除した解除状態とを切り換え可能な走行風制限手段と、上記走行風制限手段の切換えを制御する切換え制御手段とを更に備え、上記切換え制御手段は、上記フル充電状態検出手段により上記バッテリーのフル充電状態が検出されたときに、上記走行風制限手段を上記制限状態にするように構成されているものとする。

すなわち、バッテリーがフル充電状態になると、これ以上充電できないために発電機に負荷がかからない状態となって、風車や発電機の回転数が高くなり過ぎ、これにより、風車や発電機の機械的負担が増大する可能性がある。しかし、この発明では、バッテリーのフル充電状態が検出されたときには、走行風制限手段を制限状態にするので、風車や発電機の過回転を防止することができ、風車や発電機の損傷を防止することができる。

請求項４の発明では、請求項１又は２の発明において、上記風車への車両走行風の供給を制限する制限状態と該制限を解除した解除状態とを切り換え可能な走行風制限手段と、上記走行風制限手段の切換えを制御する切換え制御手段とを更に備え、上記切換え制御手段は、上記車速検出手段により検出された走行速度が所定速度以上であるときに、上記走行風制限手段を上記制限状態にするように構成されているものとする。

このことで、発電機にかかる負荷（バッテリーへの充電電力）がなくなるか又はかなり小さくなったときに風車や発電機の回転数が高くなり過ぎるのを確実に防止して、風車や発電機の過回転による損傷を防止することができる。

以上説明したように、本発明の車載風力発電装置によると、発電機回転数検出手段により検出される回転数及び充電電力検出手段により検出される充電電力が、マップ上において予め設定した作動領域から停止領域に移行しないように、車速検出手段により検出された車両の走行速度に応じて、上記充電電力を制御するようにしたことにより、発電機を効率良く発電させる場合であっても、発電機が過負荷により停止するのを確実に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図３は、本発明の実施形態に係る車載風力発電装置が搭載された車両の前部を示す。この車両の前部における左右両側部には、車両前後方向に延びかつ閉断面構造をなす左右一対のフロントサイドフレーム１，１がそれぞれ設けられている（尚、図１では、車両右側のフロントサイドフレーム１は見えていない）。これら両フロントサイドフレーム１，１間におけるエンジンルーム内には、上側をトップカバー５１ａで覆われたエンジン５１、エンジン補機５４等が配設されている。

上記各フロントサイドフレーム１の上方には、該フロントサイドフレーム１の車両前側端よりも後方位置から車両後方へ延びるエプロンレインフォースメント２が設けられている。このエプロンレインフォースメント２にフェンダパネル６２（図２参照）が取り付けられる。

上記各フロントサイドフレーム１の車両後側部には、上下方向に延びかつ当該車両の前輪（図示せず）のサスペンションを支持するためのサスペンションタワー３の下部が固定され、このサスペンションタワー３の上部が、当該フロントサイドフレーム１の上方に位置する上記エプロンレインフォースメント２に固定されている。

上記両フロントサイドフレーム１，１の車両前側端には、車幅方向に延びるバンパレインフォースメント６の左右両端部が、当該車両の衝突時に長手方向に潰れて衝撃エネルギーを吸収するクラッシュカン５，５（各フロントサイドフレーム１の車両前側端にそれぞれ取付固定されている（実際にはフランジ結合されるが、フランジの図示は省略している））を介してそれぞれ結合されている。このバンパレインフォースメント６は、その長手方向略全体に亘って閉断面構造をなす閉断面部を有しているとともに、後述のバンパフェイシャ９に略沿って、平面視で車幅方向中央部が両端部に対して車両前方へ突出するように湾曲した形状を有している。このバンパレインフォースメント６の車両前側面には、当該車両の歩行者との衝突時に衝撃エネルギーを吸収して該歩行者の脚部を保護するための衝撃吸収材７が取付固定されている。

上記バンパレインフォースメント６の車両後方（上記両フロントサイドフレーム１，１間におけるエンジンルームの車両前側端部）には、例えばガラス繊維で強化したポリプロピレン等の樹脂からなるシュラウド１０が配設されている。このシュラウド１０は、空調装置のコンデンサ（図示せず）とエンジン冷却水を冷却するためのラジエータ（図示せず）とを支持する、車両正面視で矩形枠状をなす支持部１０ａを有している。この支持部１０ａの車両前側部分にコンデンサが支持され、支持部１０ａの車両後側部分にラジエータが支持されて、コンデンサ及びラジエータが車両前後方向に並んでいる。これにより、コンデンサ及びラジエータは、両フロントサイドフレーム１，１間に配設されていることになる。また、バンパレインフォースメント６は、コンデンサの車両前方において車幅方向に延びていることになる。

上記支持部１０ａは、略水平状に延びかつ上記コンデンサ及びラジエータの上端部を支持する上枠部１０ｂと、略水平状に延びかつコンデンサ及びラジエータの下端部を支持する下枠部１０ｃと、略鉛直方向に延びかつコンデンサ及びラジエータの車幅方向両端部をそれぞれ支持する左右一対の縦枠部１０ｄ，１０ｅ（車両左側のものを左側縦枠部１０ｄといい、車両右側のものを右側縦枠部１０ｅという）とで構成されている。

上記上枠部１０ｂと左側縦枠部１０ｄとの角部には、該角部から車幅方向外側（車両左側）に向かって車両後方に傾斜して延びる左側取付部１０ｆが形成され、この左側取付部１０ｆの先端部が、車両左側のエプロンレインフォースメント２の車両前側端部に取付固定されている。また、上記上枠部１０ｂと右側縦枠部１０ｅとの角部には、該角部から車幅方向外側（車両右側）に向かって車両後方に傾斜して延びる右側取付部１０ｇが形成され、この右側取付部１０ｇの先端部が、車両右側のエプロンレインフォースメント２の車両前側端部に取付固定されている。

上記左側及び右側縦枠部１０ｄ，１０ｅの車両前側面には、車両前方に延びる側方導風板１５，１５（図１にのみ示す）がそれぞれ取付固定されており、これら側方導風板１５，１５により、後述のバンパフェイシャ９に設けた導風開口部９ａ，９ｂよりエンジンルーム内に導入された車両走行風を、支持部１０ａの車両前側の空間から車幅方向外側に逃がさないようにしてコンデンサ及びラジエータに確実に導くようにしている。

また、上枠部１０ｂの車両前側面には、車両前方に延びる上側導風板１６（図２にのみ示す）が取付固定され、下枠部１０ｃの車両前側面には、当該車両の歩行者との衝突時に歩行者の足を払って歩行者がボンネット６１（図２参照）に倒れるようにするための歩行者足払い部材１７が取付固定されている。この歩行者足払い部材１７は、下側の導風板を兼ねており、上側導風板１６及び歩行者足払い部材１７によって、導風開口部９ａ，９ｂよりエンジンルーム内に導入された車両走行風を上下方向にも逃がさないようにしている。

上記シュラウド１０の支持部１０ａの車両後側には、後述の導風開口部９ａ，９ｂを通ってコンデンサ１１の車両前方に導かれた車両走行風を、コンデンサ及びラジエータを確実に通過するように吸い込むラジエータファン（図示せず）が設けられている。また、支持部１０ａの車両後側におけるラジエータファン以外の部分は、ラジエータカバー１４で覆われている。

上記バンパレインフォースメント６の車両前方には、樹脂製のバンパフェイシャ９が配設されている。このバンパフェイシャ９は、上記バンパレインフォースメント６と同様に、平面視で車幅方向中央部が両端部に対して車両前方へ突出するように湾曲した形状を有している。このバンパフェイシャ９の上縁部における左右両側部は、ヘッドライト５７（上記シュラウド１０に取り付けられる）の形状に沿うように下側に凹んでいる。

上記バンパフェイシャ９の下部における車幅方向略中央部には、車両走行風を上記コンデンサ及びラジエータに導くための横長形状の下側導風開口部９ａが設けられている。また、バンパフェイシャ９の上部における上記下側導風開口部９ａの上側には、同じく車両走行風を上記コンデンサ及びラジエータに導くための横長形状の上側導風開口部９ｂが設けられており、この上側導風開口部９ｂには、多数の導風開口部が設けられた不図示のグリル部材が配設される。これら下側導風開口部９ａ及び上側導風開口部９ｂの車幅方向に沿った長さは、上記シュラウド１０の支持部１０ａにおける左側縦枠部１０ｄと右側縦枠部１０ｅとの間の距離に略等しく、上側導風開口部９ｂの上縁と下側導風開口部９ａの下縁との間の上下方向に沿った距離は、上枠部１０ｂと下枠部１０ｃとの間の距離に略等しい（図３参照）。これら下側導風開口部９ａ及び上側導風開口部９ｂは、バンパフェイシャ９の車幅方向略中央部に設けられた中央導風開口部に相当する。

尚、上記下側導風開口部９ａ及び上側導風開口部９ｂは、車両走行風をコンデンサ及びラジエータのみに導くためのものであってもよく、コンデンサ及びラジエータに加えて、インタークーラやその他の冷却装置等に車両走行風を導くためのものであってもよい。

上記バンパフェイシャ９の下部における上記下側導風開口部９ａの車幅方向外側（車両前面の左右両側部に相当する部分）には、外側導風開口部９ｃ，９ｃがそれぞれ設けられている。また、バンパフェイシャ９の左右両端部（車両の側面部における前輪の前方に相当する部分）には、側部開口部９ｄ，９ｄがそれぞれ設けられている（尚、図１では、車両右側のものは見えていない）。

上記車両には、車載風力発電装置が搭載されており、この車載風力発電装置は、車両走行風によって回転する２つのプロペラ型風車３１，３１と、該２つの風車３１，３１の回転によりそれぞれ駆動される２つの発電機３２，３２と、該２つの発電機３２，３２により充電される、当該車両に搭載された１つのバッテリー７３（図５参照）とを含んでいる。

上記２つの風車３１は、車両前部における左右両側部に、該風車３１の回転軸３１ａ（図２参照）が車両前後方向に延びるようにそれぞれ配設されている。具体的には、車両左側の風車３１は、車両前部における車両左側のフロントサイドフレーム１よりも車幅方向外側（車両左側）であってバンパレインフォースメント６よりも車両後方でかつ車両左側の前輪の前方位置に配設されている。また、車両右側の風車３１は、車両前部における車両右側のフロントサイドフレーム１よりも車幅方向外側（車両右側）であってバンパレインフォースメント６よりも車両後方でかつ車両右側の前輪の前方位置に配設されている。尚、風車３１の配設位置は、車両前部におけるフロントサイドフレーム１よりも車幅方向外側であればどこでもよいが、上記のようにバンパレインフォースメント６よりも車両後方でかつ車両の前輪の前方位置とすれば、スペース的に有利であるとともに、風車３１の羽根３１ｂに対して車両走行風を十分に供給することができて好ましい。

上記車両前部おける左右両側部（フロントサイドフレーム１よりも車幅方向外側）には、ダクト３５，３５がそれぞれ設けられており、該各ダクト３１内に上記各風車３１がそれぞれ収容されている。この各ダクト３５は、上記各外側導風開口部９ｃを車両走行風の導入口としかつ上記側部開口部９ｄを、上記導入口より導入した車両走行風の排出口とするものである。

上記各風車３１の車両後側に、上記発電機３２がそれぞれ配置されている。この各発電機３２は、図４に拡大して示すように、上記フロントサイドフレーム１に対し、車両前後方向に離間して並ぶ２つのブラケット３７．３７を介して支持されている。尚、上記各ダクト３５には、２つのブラケット３７．３７が貫通する１つの貫通孔３５ａが開けられており、この貫通孔３５ａにおける両ブラケット３７．３７間の部分が、不図示の蓋部材で閉塞されるようになっている。

上記各風車３１の回転軸３１ａは、各発電機３２の回転軸を兼用しており、これにより、各風車３１は各発電機３２（延いてはフロントサイドフレーム１）に支持されていることになる。この各風車３１の回転軸３１ａの車両前側端部に、外周面に３つの羽根３１ｂ，３１ｂ，…が周方向に略等間隔をあけて取り付けられたハブ３１ｃが、該回転軸３１ａと一体回転するように固定されている。

上記各風車３１は、図３に示すように、車両正面視で該風車３１の羽根３１ｂの回転スペース（正確には、回転スペースの一部）が上記各外側導風開口部９ｃとそれぞれ重複するように配設されている。すなわち、車両正面視で、羽根３１ｂの外周先端の回転軌跡円Ｃの内側部分が羽根３１ｂの回転スペースであり、この回転スペースにおける回転軸３１ａよりも下側部分が外側導風開口部９ｃと重複している。

上記各ダクト３５内における上記導入口（外側導風開口部９ｃ）と風車３１との間の部分には、当該部分を閉塞及び開放自在に切り換え可能な閉塞装置３９が設けられている（図２及び図４参照）。この閉塞装置３９は、図４に示すように、車幅方向に延びる回動軸４０と、この回動軸４０に基端部が固定された遮風板４１と、ダクト３５の上壁面に取付固定され、回動軸４０の両端部を回動可能にそれぞれ支持する支持部材４３，４３と、該一方の支持部材４３（図４では、車両外側の支持部材４３）に取付固定され、後述のコントローラ８０（図５参照）により制御されて回動軸４０を正逆両方向に回転させるモータ４４とで構成されている。

上記回動軸４０におけるモータ４４が配設された側の端部（車両外側端部）には、はすば歯車４５が取付固定され、上記モータ４４の回転軸には、該はすば歯車４５と噛み合うウォーム歯車４６が取付固定されており、このことで、モータ４４によって回動軸４０と共に遮風板４１を回動可能になっている。そして、上記遮風板４１は、モータ４４によって、先端部が基端部に対して略真下に位置して略鉛直方向に延びた状態（図２及び図４に実線で示す閉塞状態）と、先端部が基端部に対して車両前方に位置してダクト３５の上壁面に略沿った状態（図２及び図４に二点鎖線で示す開放状態）とに切り換えられる。尚、遮風板４１は、モータ４４とは反対側（車幅方向中央側）の支持部材４３に固定したストッパー４７に当接することで、略鉛直方向に延びた状態となるとともに、先端部がダクト３５の上壁面に当接することで、ダクト３５の上壁面に略沿った状態となる。

上記遮風板４１が略鉛直方向に延びた状態にあるときには、該遮風板４１が、外側導風開口部９ｃと風車３１との間の部分を閉塞することで、風車３１の羽根３１ｂへの車両走行風の供給がなされなくなって風車３１の回転が停止する一方、遮風板４１がダクト３５の上壁面に略沿った状態にあるときには、風車３１の羽根３１ｂへの車両走行風の供給がなされる。このことで、閉塞装置３９は、風車３１への車両走行風の供給を制限する制限状態と該制限を解除した解除状態とを切り換え可能な走行風制限手段を構成することになる。

上記各発電機３２は、内部に永久磁石を有する直流発電機であり、交流発電機のような周波数制御は不要であり、また効率が高いという特徴を有する。そして、各発電機３２は、図５に示すように、ＡＣ／ＤＣコンバータ７１の入力端子に接続されており、発電機３２からの出力電圧がＡＣ／ＤＣコンバータ７１の入力端子に入力される。すなわち、発電機３２からは、周期的に脈動する電圧波形（正電圧のみの波形）が出力され、この電圧波形がＡＣ／ＤＣコンバータ７１によって一定電圧波形（以下、第１電圧波形という）に変換されて、該第１電圧波形がＡＣ／ＤＣコンバータ７１の出力端子から出力される。

上記ＡＣ／ＤＣコンバータ７１の出力端子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２の入力端子に接続されており、ＡＣ／ＤＣコンバータ７１からの第１電圧波形が、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２によって、第１電圧波形とは電圧値が異なる一定電圧波形（以下、第２電圧波形という）に変換されて、該第２電圧波形がＤＣ／ＤＣコンバータ７２の出力端子から出力される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２の出力端子はバッテリー７３に接続されており、上記第２電圧波形の電圧値に応じてバッテリー７３が充電されるようになっている。尚、ＡＣ／ＤＣコンバータ７１及びＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、２つの発電機３２，３２にそれぞれ対応して２つずつ設けられている。

上記ＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、コントローラ８０によって制御されて、上記第２電圧波形の電圧値（つまり充電電圧）を変化させるようになっている。すなわち、図６に示すように、コントローラ８０からの指令を受けて充電電圧を所定値Ｖ０よりも大きくすると、該電圧値に比例してバッテリー７３に充電電流が流れて、バッテリー７３が充電されることになる。一方、コントローラ８０からの指令を受けて充電電圧を所定値Ｖ０以下にすると、バッテリー７３に充電電流は流れず、充電は全くされないことになる。このことで、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、発電機３２によるバッテリー７３への充電電力を変更可能にする充電電力変更手段を構成し、コントローラ８０は、充電電力変更手段を介して上記充電電力を制御する充電電力制御手段を構成することになる。

上記バッテリー７３に流れる充電電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７２とバッテリー７３とを接続する接続ラインに設けた電流検出センサ７４によって検出され、この検出値がコントローラ８０に入力されるようになっている。そして、コントローラ８０は、この入力された充電電流に、制御中の充電電圧の現在の値を掛けることで、充電電力を求めるようになっている。このことで、電流検出センサ７４及びコントローラ８０は、上記充電電力変更手段による実際の充電電力を検出する充電電力検出手段を構成することになる。

上記各発電機３２には、当該発電機３２の回転数（風車３１の回転軸３１ａの回転数）を検出する発電機回転数検出手段としての回転数検出センサ７５が設けられており、この回転数検出センサ７５からの回転数がコントローラ８０に入力されるようになっている。

また、コントローラ８０には、当該車両の走行速度（車速）を検出する車速検出手段としての車速センサ７６から走行速度が入力されるとともに、当該車両の乗員のブレーキ操作（ブレーキペダルの踏み込み操作）を検出するブレーキ操作検出手段としてのブレーキセンサ７７からブレーキ操作を行った旨の情報が入力されるようになっている。

さらに、コントローラ８０は、上記バッテリー７３への充電電力量と、バッテリー７３から放出される放出電力量（バッテリー７３により作動される電気機器の作動時間と当該電気機器の予め決められた作動時電力とから求める）とを積算する（充電電力量の場合には足し、放出電力量の場合には引く）ことでバッテリー７３の蓄電量を求めて、該蓄電量を記憶しており、この蓄電量と、予め記憶された、バッテリー７３のフル充電時の蓄電量とに基づいて、バッテリー７３のフル充電状態を検出するようになっている。このことで、コントローラ８０は、バッテリー７３のフル充電状態を検出するフル充電状態検出手段を構成することになる。

さらにまた、コントローラ８０は、車両走行風の風速毎に発電機３２の回転数と上記充電電力との関係を表したマップ（図７）を記憶する記憶手段としてのマップ記憶部８０ａを有している。発電機３２の回転数と充電電力とは、車両走行風の風速が一定であれば、その風速に対応する風速ラインに沿って変化する。すなわち、充電電力が０であれば、当該風速時において回転数が最大となり、充電電力が大きくなるに連れて、回転数が低下していく。

上記マップ上において破線で示すラインは最大発電ラインであり、風速値のラインとの交点が、当該風速値における最大充電電力となる。充電電力を最大充電電力よりも大きくすると、発電機３２の永久磁石による抵抗によって回転が停止して発電機３２は作動できなくなる。この発電機３２の回転が停止する領域（最大発電ラインよりも回転数が低い領域が停止領域（ハッチングを施した領域）であり、発電機３２が作動する領域（最大発電ラインよりも回転数が高い領域）が作動領域である。このようにマップ上において、発電機３２が作動する作動領域と、該発電機３２が過負荷により停止する停止領域とが予め区分けして設定されている。

そして、コントローラ８０は、上記回転数検出センサ７５により検出される回転数と、上記電流検出センサ７４によって検出された充電電流及び制御中の充電電圧の現在の値より求まる充電電力とが、上記マップ上において上記作動領域から上記停止領域に移行しないように、上記車速センサ７６により検出された走行速度に応じて、上記充電電力（正確には第２電圧波形の電圧値（充電電圧））を制御するように構成されている。

具体的には、コントローラ８０は、車速センサ７６により検出された走行速度より車両走行風の風速を求める。すなわち、上記走行速度と風速との間には一定の関係があり、この関係を予め求めておいて、該関係より風速を求める。続いて、コントローラ８０は、上記マップ上において、上記回転数及び充電電力が、上記求めた風速に対応する風速ライン上の最大発電ライン近傍位置（作動領域内の位置であって、車両の減速度の絶対値が所定値以下であれば停止領域に移行しないように制御可能な位置）となるような充電電力（充電電圧）にするべくＤＣ／ＤＣコンバータ７２に指令を送信する。このように上記回転数及び充電電力の位置が作動領域内における最大発電ライン近傍の位置となるように発電機３２を発電させることで、効率良く発電できることになる。そして、コントローラ８０は、上記走行速度、つまり風速が変化しても、上記回転数及び充電電力が、作動領域内における当該変化後の風速に対応する風速ライン上の最大発電ライン近傍に位置するように充電電力を変更する。これにより、発電機３２を効率良く発電させることができるとともに、停止領域へ移行しないようにすることができて、発電機３２が過負荷により停止するのを確実に防止することができる。

尚、コントローラ８０は、何等かの要因で上記回転数が０になったことが回転数検出センサ７５により検出されたときには、過負荷により発電機３２の回転が停止して停止領域に移行したと判断して、充電電力を０にする（充電電圧を所定値Ｖ０以下にする）。その後に再び、走行速度に応じて充電電力を制御する。

ここで、当該車両の乗員によりブレーキ操作がなされたときには、車両の減速度の絶対値が上記所定値よりも大きくなる可能性が高くなり、このため、車両の走行速度を検出してから充電電力を変更したのでは、停止領域に移行する可能性が高くなる。そこで、本実施形態では、コントローラ８０は、ブレーキセンサ７７からブレーキ操作を行った旨の情報を入力したときには、車速センサ７６により検出された走行速度に関係なく、バッテリー７３への充電電力を強制的に低減させる。このとき、充電電力を予め設定した設定値（停止領域への移行を確実に防止できるような値）にまで低減させるべくＤＣ／ＤＣコンバータ７２に指令を送信する。本実施形態では、上記設定値は０とする（充電電圧を所定値Ｖ０以下にするようにＤＣ／ＤＣコンバータ７２に指令を送信する）。そして、コントローラ８０は、充電電力低減完了後に再び、走行速度に応じて充電電力を制御する。

また、コントローラ８０は、上記閉塞装置３９のモータ４４を駆動して、遮風板４１を、風車３１への車両走行風の供給を制限する制限状態（閉塞状態）と、該制限を解除した解除状態（開放状態）とを切り換える。通常、遮風板４１は解除状態にあるが、バッテリー７３のフル充電状態が検出されたときには、閉塞装置３９のモータ４４を駆動して遮風板４１を制限状態とする。すなわち、バッテリー７３がフル充電状態になると、これ以上充電できないために発電機３２に負荷がかからない状態になって、風車３１や発電機３２の回転数が高くなり過ぎ、風車３１や発電機３２の機械的負担が増大する可能性があるが、遮風板４１を制限状態にすることで、風車３１や発電機３２の過回転を防止して、それらの損傷を防止することができる。このようにコントローラ８０は、閉塞装置３９（走行風制限手段）における制限状態と解除状態との切換えを制御する切換え制御手段を構成する。

さらに、コントローラ８０は、車速センサ７６により検出された走行速度が所定速度以上になったときにおいても、遮風板４１を制限状態とする。すなわち、走行速度が所定速度以上になったときには、バッテリーへの充電電力が０になるか又はかなり小さくなったときに風車３１や発電機３２の回転数が高くなり過ぎることになるが、遮風板４１を制限状態にすることで、風車３１や発電機３２の過回転を確実に防止して、それらの損傷を防止することができる。

上記のように遮風板４１を制限状態としたときには、充電電力を０にする。また、当該車両の走行中に一度、遮風板４１を制限状態としたときには、車両が停止するまで制限状態を維持し、車両が停止したとき、又は停止中において次に発進するまでに遮風板４１を解除状態にする。

次に、上記コントローラ８０による充電電力制御の処理動作について、図８のフローチャートに基づいて説明する。この処理動作は、当該車両の走行開始と同時にスタートし、車両が停止したときに終了する。

最初のステップＳ１では、上記の如く当該車両の走行速度に応じてバッテリー７３への充電電力を制御し、ステップＳ２で、ブレーキセンサ７７を介して乗員がブレーキ操作を行ったか否かを判定し、このステップＳ２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３に進んで、バッテリー７３への充電電力を０にまで低減させ、この低減完了後にステップＳ１に戻る。

上記ステップＳ２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ４に進んで、車速センサ７６により検出された走行速度が所定速度以上であるか否かを判定する。このステップＳ４の判定がＮＯであるときには、ステップＳ５に進む一方、ステップＳ４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ６に進む。

上記ステップＳ５では、バッテリー７３がフル充電状態にあるか否かを判定し、このステップＳ５のＹＥＳであるときには、ステップＳ６に進む一方、ステップＳ５の判定がＮＯであるときには、ステップＳ８に進む。

上記ステップＳ４の判定がＹＥＳであるとき、及び、上記ステップＳ５の判定がＮＯであるときに進むステップＳ６では、モータ４４を駆動して遮風板４１を制限状態とし、次のステップＳ７で、バッテリー７３への充電電力を０にして、しかる後に本制御動作を終了する。尚、本フローチャートには記載していないが、遮風板４１を制限状態とした場合には、車両が停止したとき、又は停止中において次に発進するまでに遮風板４１を解除状態にする。そして、次に車両が発進したときに、本制御動作をスタートする。

上記ステップＳ８では、回転数検出センサ７５により検出された回転数が０であるか否かを判定し、このステップＳ８の判定がＮＯであるときには、そのまま上記ステップＳ１に戻る一方、ステップＳ８の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ９に進んで、停止領域へ移行したと判断してバッテリー７３への充電電力を０にし、しかる後に上記ステップＳ１に戻る。

したがって、本実施形態では、発電機３２の回転数及びバッテリー７３への充電電力が、上記マップ上において上記作動領域から上記停止領域に移行しないように、車速センサ７６により検出された走行速度に応じて、上記充電電力（充電電圧）を制御するようにしたので、発電機３２を効率良く発電させる場合であっても、発電機３２が過負荷により停止するのを確実に防止することができる。

尚、上記実施形態では、閉塞装置３９は、制限状態において、風車３１の羽根３１ｂへの車両走行風の供給を全く行わないようにしているが、遮風板４１を、制限状態（略鉛直方向に延びた状態）と解除状態（ダクト３５の上壁面に略沿った状態）との中間で停止させて、風車３１及び発電機３２の過回転を防止できる程度の量の車両走行風を風車３１へ供給するようにしてもよい。この場合は、遮風板４１を制限状態にしても、車両の走行速度に応じて充電電力を制御する（車両の走行速度と風速との間の関係は、解除状態のときとは異なる）。

また、上記実施形態では、風車３１をダクト３５内に収容したが、車両正面視で風車３１の羽根３１ｂの回転スペースが外側導風開口部９ｃと重複するようにすれば、外側導風開口部９ｃからの車両走行風を風車３１に導くことができるので、ダクト３５は必ずしも必要ではない。但し、風車３１をダクト３５内に収容する方が、車両正面視で風車３１の羽根３１ｂの回転スペースが外側導風開口部９ｃと重複するようにする必要はなくて配置の点で有利である。

或いは、風車３１を、バンパレインフォースメント６とシュラウド１０との間の位置に、該風車３１の回転軸３１ａが車両前後方向に延びかつ該車両正面視で該風車３１の羽根３１ｂの回転スペースがバンパフェイシャ９の導風開口部９ａ，９ｂと重複するように配設してもよい。この場合は、コンデンサ及びラジエータに冷却風を確実に供給する観点から、上記実施形態のように閉塞装置３９を設けることはできないが、風車３１や発電機３２が過回転に耐える強度を有していれば、閉塞装置３９がなくても問題はない。このように風車３１や発電機３２が過回転に耐える強度を有していれば、上記実施形態においても、閉塞装置３９をなくすようにすることができる。

また、上記実施形態では、風車３１の種類をプロペラ型としたが、これに限らず、他の種類のものであってもよい。但し、発電効率が高い点でプロペラ型風車が好ましい。

さらに、上記実施形態のように内部に永久磁石を有する発電機３２を用いる場合、風車３１と発電機３２とを直結していると、車両の走行開始時に風車３１が発電機３２の永久磁石の磁力（コギングトルク）により回転し難くなり、特にプロペラ型風車の場合には、羽根３１ｂに揚力が発生し難くてスムーズに回転しないので、風車３１と発電機３２とを、回転力伝達を継断するクラッチ（例えば電磁クラッチ）を介して接続することが好ましい。この場合、風車３１にはフライホイールを設けておき、上記クラッチの作動をコントローラ８０によって制御して、車両の走行開始から、予め設定した設定速度に到達するまでは、風車３１から発電機３２への回転力伝達を断ち、該設定速度を超えたときに伝達を開始するようにする。こうすることで、発電機３２を走行開始の早期にスムーズに回転させるようにすることができる。

本発明は、車両走行風によって回転する風車と、該風車の回転により駆動される発電機と、該発電機により充電されるバッテリーとを含む車載風力発電装置に有用である。

本発明の実施形態に係る車載風力発電装置が搭載された車両の前部を示す斜視図である。 上記車両前部の左側側部を車両前後方向に沿って切断した断面図である。 風車と外側導風開口部との関係、及び、シュラウドの支持部と下側及び上側導風開口部との関係を示す車両正面図である。 車両の左側側部を拡大して示す斜視図である。 上記車載風力発電装置の構成を示すブロック図である。 バッテリーへの充電電圧と充電電流との関係を示すグラフである。 車両走行風の風速毎に発電機の回転数と充電電力との関係を表したマップを示す図である。 コントローラによる充電電力制御の処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

３１ 風車
３２ 発電機
３９ 閉塞装置（走行風制限手段）
７２ ＤＣ／ＤＣコンバータ（充電電力変更手段）
７３ バッテリー
７４ 電流検出センサ（充電電力検出手段）
７５ 回転数検出センサ（発電機回転数検出手段）
７６ 車速センサ（車速検出手段）
７７ ブレーキセンサ（ブレーキ操作検出手段）
８０ コントローラ（充電電力制御手段）（充電電力検出手段）
（フル充電状態検出手段）（切換え制御手段）
８０ａ マップ記憶部（記憶手段）

Claims (4)

1. 車両に搭載され、車両走行風によって回転する風車と該風車の回転により駆動される発電機と該発電機により充電されるバッテリーとを含む車載風力発電装置であって、
   上記発電機による上記バッテリーへの充電電力を変更可能にする充電電力変更手段と、
   上記充電電力変更手段を介して上記充電電力を制御する充電電力制御手段と、
   上記車両の走行速度を検出する車速検出手段と、
   上記発電機の回転数を検出する発電機回転数検出手段と、
   上記充電電力変更手段による実際の充電電力を検出する充電電力検出手段と、
   上記車両走行風の風速毎に上記発電機の回転数と上記充電電力との関係を表したマップを記憶する記憶手段とを備え、
   上記マップ上において、上記発電機が作動する作動領域と、該発電機が過負荷により停止する停止領域とが予め区分けして設定されており、
   上記充電電力制御手段は、上記発電機回転数検出手段により検出される回転数及び充電電力検出手段により検出される充電電力が、上記マップ上において上記作動領域から上記停止領域に移行しないように、上記車速検出手段により検出された走行速度に応じて、上記充電電力を制御するように構成されていることを特徴とする車載風力発電装置。
2. 請求項１記載の車載風力発電装置において、
   上記車両の乗員のブレーキ操作を検出するブレーキ操作検出手段を更に備え、
   上記充電電力制御手段は、上記ブレーキ操作検出手段によりブレーキ操作が検出されたときには、上記車速検出手段により検出された走行速度に関係なく、上記バッテリーへの充電電力を強制的に低減させるように構成されていることを特徴とする車載風力発電装置。
3. 請求項１又は２記載の車載風力発電装置において、
   上記バッテリーのフル充電状態を検出するフル充電状態検出手段と、
   上記風車への車両走行風の供給を制限する制限状態と該制限を解除した解除状態とを切り換え可能な走行風制限手段と、
   上記走行風制限手段の切換えを制御する切換え制御手段とを更に備え、
   上記切換え制御手段は、上記フル充電状態検出手段により上記バッテリーのフル充電状態が検出されたときに、上記走行風制限手段を上記制限状態にするように構成されていることを特徴とする車載風力発電装置。
4. 請求項１又は２記載の車載風力発電装置において、
   上記風車への車両走行風の供給を制限する制限状態と該制限を解除した解除状態とを切り換え可能な走行風制限手段と、
   上記走行風制限手段の切換えを制御する切換え制御手段とを更に備え、
   上記切換え制御手段は、上記車速検出手段により検出された走行速度が所定速度以上であるときに、上記走行風制限手段を上記制限状態にするように構成されていることを特徴とする車載風力発電装置。

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