JP2012533272A - 制動発電装置およびこれを備える車両 - Google Patents

Abstract

本発明は、制動発電装置およびこれを備える車両に関し、より詳細には、車両の回転手段の回転力を利用して発電を行いながら、その発電負荷を利用して制動を遂行することができる制動発電装置およびこれを備える車両に関する。本発明の一態様によれば、制動発電装置であって、車両の回転手段に接して回転するが、電源が供給されるにつれて発電負荷で前記回転手段の回転を減少させるための接着装置と、前記接着装置からの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記接着装置と前記発電機との間に位置して回転を伝達する連結ギアとを含む制動発電装置が提供される。

Description

本発明は、制動発電装置およびこれを備える車両に関し、より詳細には、車両の回転手段（例えば、車輪）の回転力を利用して発電を行いながら、その発電負荷を利用して制動を遂行できる制動発電装置およびこれを備える車両に関する。

一般的に、自動車、電動車、エレベータなどのように、所定の回転運動を伴う車両（または機器）を減速または停止させる装置を、包括的に制動装置というが、このような制動装置は、主に、複数の構成要素間の摩擦力を利用している。一例として、自動車では、運転者がブレーキペダルを踏む力を、中間媒体である油圧シリンダを介して車輪に伝達して摩擦を生じさせる。

しかしながら、複数の構成要素間の摩擦を利用して制動を遂行する場合には、従来のディスクブレーキやドラムブレーキのように、制動の際に熱が多量発生するため、エネルギー損失が増加することがあり、摩擦により、各種部品が損傷したり、摩耗したり、汚染物質が排出されたりして、制動装置の寿命低下や環境汚染がもたらされるという問題などがあった。

また、油圧シリンダで使用される制動液は周期的に補充される必要があり、しかも、このような制動液が漏洩したりする場合には、車両の制動力の低下によって命が脅かされることがあり、悪臭あるいは環境汚染が発生することもあるという問題もあった。

したがって、上述した従来の制動装置の問題を解決する一方、制動力を向上させ、効率的にエネルギーを再生産するための新たな装置が要求されている。

本発明は、上述した従来技術の問題をすべて解決することを目的とする。
また、本発明は、制動と発電をともに遂行することにより、制動を行いながら、効率的にエネルギーを再生産することができる制動発電装置を提供することを他の目的とする。

さらに、本発明は、汚染をもたらすことなく、経済的な発電式制動方式を実現することをさらに他の目的とする。
また、本発明は、発電式制動方式と機械式制動方式を段階的に利用することをさらに他の目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の代表的な構成は、次のとおりである。
本発明の一態様によれば、制動発電装置であって、車両の回転手段に接して回転するが、電源が供給されるにつれて発電負荷で前記回転手段の回転を減少させるための接着装置と、前記接着装置からの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記接着装置と前記発電機との間に位置して回転を伝達する連結ギアとを含む制動発電装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、車両であって、前記車両を移動させるための複数の回転手段と、前記複数の回転手段のうちの少なくとも１つに接して回転し、電源が供給されるにつれて対応する回転手段の回転を減少させるための接着装置、前記接着装置からの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、および前記接着装置と前記発電機との間に位置して回転を伝達する連結ギアを含む制動発電装置と、前記制動発電装置で生成される電気エネルギーを充電する充電部と、前記充電部から電気エネルギーを受けてこれを貯蔵するバッテリ部と、前記車両の運転者の制御によって前記制動発電装置を制御する制御部とを含む車両が提供される。

本発明のさらに他の態様によれば、車両であって、前記車両を移動させるための複数の回転手段と、前記複数の回転手段のうちの少なくとも１つの前後に接して回転し、電源が供給されるにつれて対応する回転手段の回転を減少させるための接着装置、前記接着装置からの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、および前記接着装置と前記発電機との間に位置して回転を伝達する連結ギアを含む第１制動発電装置および第２制動発電装置と、前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置の少なくとも何れかで生成される電気エネルギーを充電する充電部と、前記充電部から電気エネルギーを受けてこれを貯蔵するバッテリ部と、前記車両の運転者の制御によって前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置を制御する制御部とを含み、前記制御部は、前記車両の制動段階に応じて、前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置のうちの１つを先に駆動し、続いて、前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置をともに駆動するように制御する車両が提供される。

本発明によれば、制動と発電をともに遂行することにより、制動を行いながら、効率的にエネルギーを再生産することができる。
本発明によれば、汚染をもたらすことなく、経済的な発電式制動方式が実現される。

本発明によれば、発電式制動方式と機械式制動方式を段階的に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００の構成図である。 本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００を備える車両の構成図である。 本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００を備える車両の一部を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００を備える車両の駆動を説明するための図である。 本発明に係る制動発電装置１００を備える自動車の例を示す図である。

後述する本発明に関する詳細な説明は、本発明が実施できる特定の実施形態を例示として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分に詳細に説明される。本発明の多様な実施形態は互いに異なるが、相互排他的である必要はないことが理解されなければならない。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造および特性は一実施形態に関連し、本発明の精神および範囲を逸脱しない範囲内で他の実施形態で実現可能である。また、各々の開示された実施形態における個別構成要素の位置または配置は、本発明の精神および範囲を逸脱しない範囲内で変更可能であることが理解されなければならない。したがって、後述する詳細な説明は限定的な意味で受け止めるものではなく、本発明の範囲は、適切に説明された場合、その請求項が主張するのと均等なすべての範囲とともに添付した請求項によってのみ限定される。図面において、類似の参照符号は、様々な側面にわたって同一または類似の機能を指し示す。

以下では、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できるようにするために、本発明の好ましい実施形態に関し、添付した図面を参照して詳細に説明する。
［本発明の好ましい実施形態］
制動発電装置の構成
以下では、本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００の内部構成および各構成要素の機能について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００の構成図である。
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００は、電気エネルギーを生成する発電機能を果たし、かつ、回転手段２００の動きを妨げる制動機能を果たすことができる装置である。このとき、回転手段２００は、自動車、電動車、エレベータなどのような車両で回転運動をして車両を移動させる手段を意味する。

このような制動発電装置１００は、接着装置１１０と、発電機１２０と、連結ギア１３０とを含んで構成されることができ、さらに、接着装置１１０は、空回転ギア１１１と、電磁石１１２と、接着板１１３とを含んで構成されることができる。

まず、空回転ギア１１１は、回転手段２００から回転力の伝達を受ける構成要素であって、回転手段２００の回転に伴って受動的に回転する構成要素である。
一方、電磁石１１２は、運転者の制御によって電源が供給されると磁化され、空回転ギア１１１と接着板１１３とを接着させることにより、空回転ギア１１１の回転を連結ギア１３０に伝達できるようにする構成要素である。このような電磁石１１２の作用によって、結局、回転手段２００の回転は、空回転ギア１１１、連結ギア１３０、発電機１２０の磁石を回転させる軸に連結されているギアに順次に伝達され、発電機１２０が発電することができるようになる。これとともに、発電機１２０の発電負荷によって回転手段２００の回転が妨げられ、車両が制動可能である。この場合、発電負荷は、発電機１２０の発電量と正の相関関係を有する。一方、空回転ギア１１１に対する回転手段２００の直径の比や、発電機１２０の回転軸に連結されているギアに対する連結ギア１３０の直径の比が大きいことが好ましい。

一方、接着板１１３は、電磁石１１２によって磁性を呈することができ、空回転ギア１１１と接着して回転手段２００の回転を減少させながらも耐えられる耐磨耗性の高い材質からなることが好ましい。

次に、発電機１２０は、回転手段２００の回転による機械的エネルギーを電気エネルギーに変換できる装置であるが、これに関しては、すでに公知の発電機技術を制限なく用いることができるため、本明細書では詳細な説明を省略する。

次に、本発明の一実施形態に係る連結ギア１３０は、接着装置１１０と発電機１２０との間に位置し、複数のギアと回転軸を介入させて大きな回転比を有し、接着装置１１０から発電機１２０に回転が伝達されるようにする機能を果たすことができる。

一方、本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００は、回転手段２００に対して１つ以上配置されて制動および発電を遂行することができるが、これに関しては、図２および図３を参照して以下のように詳細に説明する。

制動発電装置を備える車両の構成
図２は、本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００を備える車両の構成図である。そして、図３は、本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００を備える車両の一部を示す断面図である。

図２および図３に示すように、本発明の一実施形態に係る車両は、制動発電装置１００と、回転手段２００と、機械式制動装置３００と、充電部４００と、バッテリ部５００と、制御部６００とを含んで構成することができる。

まず、本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００は、図１を参照して詳細に説明したように制動と発電とを遂行することができる装置である。好ましくは、制動発電装置１００は、支持台３０のような車両の固定された構成要素に固定されて安定的に配置されることができる。

次に、本発明の一実施形態に係る回転手段２００は、車両の固定軸４０を中心に回転して車両を移動させる機能を果たすことができる。これは、一般的には、車両に用いられる車輪であり得、好ましくは、１車両に複数具備されることができる。

特に、本発明の一実施形態に係る回転手段２００は、制動発電装置１００の空回転ギア１１１に接しているため、その回転を、空回転ギア１１１を介して制動発電装置１００に伝達することができる。

具体的には、回転手段２００は、タイヤ２１０と、回転フレーム２２０とから構成されることができる。ここで、回転フレーム２２０は、円形の構造を有し、中央には開口部が備えられ、固定軸４０が着設可能であり、固定軸４０は、車体１０、ロードアーム２０、支持台３０のような構造物によって連結され、車両移動の中心軸として機能することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る機械式制動装置３００は、油圧によって回転手段２００の回転を減少させる機能を果たすことができる。つまり、機械式制動装置３００は、圧力による機械的な摩擦力を利用して回転手段２００の回転を減少させる装置である。

具体的に示していないが、例えば、機械式制動装置３００は、ディスクブレーキまたはドラムブレーキである。まず、ディスクブレーキ制動装置は、車両の回転手段２００とともに回転する円板形のブレーキディスクの縁の両側を油圧ピストンによって圧着するブレーキパッドによる摩擦力で車両を制動させる装置である。一方、ドラムブレーキ制動装置は、車両の回転手段２００とともに回転するブレーキドラムの内側にライニング（摩擦材）を有するブレーキシューを油圧ピストンで圧着して発生する摩擦力で車両を制動させる装置である。

次に、本発明の一実施形態に係る充電部４００は、制動発電装置１００によって生成された電気エネルギーを収集し、これをバッテリ部５００に充電する機能を果たすことができる。

このような充電部４００は示していないが、変圧器、整流回路、平滑回路などを含んで構成されることができるが、制動発電装置１００で提供される交流電圧は、前記変圧器を介して変圧することができ、前記整流回路によって整流することができ、また、前記平滑回路によって前記整流回路から出力された整流電圧に含まれたリップルが削除されることができる。

ここで、前記整流回路は、ブリッジ回路を用いた電波整流回路であり得、前記平滑回路は、抵抗素子と、蓄電素子とを含むことができる。
したがって、本発明の一実施形態に係る充電部４００は、制動発電装置１００の発電機１２０によって生成された交流電圧を安定的な直流電圧に変換してバッテリ部５００を充電することができる。

次に、本発明の一実施形態に係るバッテリ部５００は、電気エネルギーを充電できる電気貯蔵手段である。このようなバッテリ部５００としては、充電と放電とが可能な電気貯蔵手段を制限なく用いることができるが、一例としては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池、リチウムイオンポリマー（Ｌｉ−ｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ）電池のような二次バッテリを挙げることができる。また、このようなバッテリ部５００は、１つではない、複数の分割されたバッテリ（図示せず）から構成されてもよい。このような複数の分割されたバッテリは、電気的に互いに連結できるが、互いに独立していてもよい。

一方、好ましくは、複数の制動発電装置１００の各々に対応するバッテリ部５００が具備されることができ、このようなバッテリ部５００は、外部充電手段によって充電されるバッテリとは区分されてもよい。

最後に、本発明の一実施形態に係る制御部６００は、制動発電装置１００、回転手段２００、機械式制動装置３００、充電部４００、およびバッテリ部５００を制御する機能を果たすことができる。制御部６００は、前記構成要素と車両内の他の図示しない構成要素（負荷）との間で交換されるか流れる制御信号を制御し、各構成要素が固有の機能を果たすようにすることができる。

特に、本発明の一実施形態に係る制御部６００は、車両の運転者の制御によって制動発電装置１００の制動機能と発電機能を効率的に制御することができる。
制動発電装置を備える車両の駆動
図４は、本発明の一実施形態に係る制動発電装置１００を備える車両の駆動を説明するための図である。

図４に示すように、車両を制動する場合、制動発電装置１００は、電気エネルギーを生成する。以下に具体的に説明する。
まず、車両の運転者が制動のために移動中の車両のブレーキペダル５０を踏む力により、第１スイッチ７１および第２スイッチ７２が段階的にオン（ＯＮ）になる（ここで、２つのスイッチがある場合のみが示されているが、前記スイッチは、３つ以上備えられ、多段階の制動に活用されてもよい）。その後、各スイッチ７１、７２に対応する２つの制動発電装置１００の各々の電磁石１１２に電源が供給される。

電磁石１１２に電源が供給されると電磁石１１２が磁化され、これにより、接着板１１３は、電磁石１１２の磁力によって空回転ギア１１１と接着される。このとき、空回転ギア１１１は、回転手段２００に接して、ともに回転し、連結ギア１３０を回転させる構造であるため、連結ギア１３０と連動する発電機１２０の発電負荷によって、結局、回転手段２００の回転も減少することができる。

続いて、ブレーキペダル５０を踏む力が一定の閾値に至ると、油圧装置６０からの制動液が機械式制動装置３００に供給されることができる。したがって、その後は、制動発電装置１００による発電式制動とともに、機械式制動装置３００による機械式制動が実行できるため、総合的に制動力が向上可能になる。そして、前記のような構成を採用することにより、すでに発電式制動によって回転手段２００の回転が大幅に減少した状態で機械式制動が行われるようになるため、機械式制動による種々の問題が改善されることができる。

本発明の活用例
ここでは、本発明の様々な実施形態に係る車両が具体的に実現されて活用できる例を、図５を参照して説明する。

図５は、本発明に係る制動発電装置１００を備える自動車の例を示す図である。
図５に示すように、本発明の制動発電装置１００を備える自動車は、４輪自動車であり得る。このとき、自動車の回転手段２００である車輪ごとに２つずつの制動発電装置１００が具備されることができる。好ましくは、各車輪の前後に２つずつの制動発電装置１００が具備されることができるが、これにより、制動および発電が段階的に実行可能になる。

例えば、４輪自動車での制動および発電のために、制御部６００によって４つの車輪の８つの制動発電装置１００が段階的に制御可能になる。
好ましくは、制御部６００は、運転者の制動操作により、第１段階として２つの前輪の前方の制動発電装置で制動を開始することができる。第１段階に続いて、より大きい制動力を加えるためには、第２段階として２つの後輪の前方の制動発電装置でも制動を遂行することができる。

続いて、第３段階として２つの前輪の後方の制動発電装置でも制動を遂行することができ、さらに、第４段階として２つの後輪の後方の制動発電装置でも制動を遂行することができる。これは、通常、前輪の制動性能が後輪の制動性能より優れていることを考慮したものである。

以上のような制御部６００の制動手順の制御は、車両の種類や状態などによって当業者の必要に応じて変更されることができる。
一方、前記のような発電式制動で不十分な場合には、制動発電装置１００による制動とともに（またはこれに引き換え）、従来のディスクブレーキやドラムブレーキのような機械式制動装置３００を用いた制動を遂行することができる。こうすることで、制動を段階的に遂行することにより、車両が安定的に制動されるようにすると同時に、多くの発電量を得ることができる一方、機械式制動は必要な場合にのみ遂行することにより、機械式制動によるデメリットを克服することができる。

以上では、本発明に係る車両が４つの車輪を有する自動車であることを想定して説明したが、オートバイのような二輪車や４つを超えた車輪を有する車両にも当業者の設計変更によって本発明の技術的思想が適用できることは自明である。

１００：制動発電装置
２００：回転手段
３００：機械式制動装置
４００：充電部
５００：バッテリ部
６００：制御部

Claims (8)

1. 制動発電装置であって、
   車両の回転手段に接して回転するが、電源が供給されるにつれて発電負荷で前記回転手段の回転を減少させるための接着装置と、
   前記接着装置からの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
   前記接着装置と前記発電機との間に位置して回転を伝達する連結ギアとを含む制動発電装置。
2. 前記接着装置は、
   前記回転手段の回転に伴って受動的に回転する空回転ギアと、
   前記電源の供給によって磁化される電磁石と、
   前記電磁石が磁化されると、前記空回転ギアと接着する接着板とを含む請求項１に記載の制動発電装置。
3. 車両であって、
   前記車両を移動させるための複数の回転手段と、
   前記複数の回転手段のうちの少なくとも１つに接して回転し、電源が供給されるにつれて対応する回転手段の回転を減少させるための接着装置、前記接着装置からの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、および前記接着装置と前記発電機との間に位置して回転を伝達する連結ギアを含む制動発電装置と、
   前記制動発電装置で生成される電気エネルギーを充電する充電部と、
   前記充電部から電気エネルギーを受けてこれを貯蔵するバッテリ部と、
   前記車両の運転者の制御によって前記制動発電装置を制御する制御部とを含む車両。
4. 前記接着装置は、
   前記対応する回転手段の回転に伴って受動的に回転する空回転ギアと、
   前記電源の供給によって磁化される電磁石と、
   前記電磁石が磁化されると、前記空回転ギアと接着する接着板とを含む請求項３に記載の車両。
5. 前記対応する回転手段の回転を油圧によって減少させる機械式制動装置とをさらに含む請求項３に記載の車両。
6. 前記機械式制動装置は、ディスクブレーキまたはドラムブレーキである請求項５に記載の車両。
7. 車両であって、
   前記車両を移動させるための複数の回転手段と、
   前記複数の回転手段のうちの少なくとも１つの前後に接して回転し、電源が供給されるにつれて対応する回転手段の回転を減少させるための接着装置、前記接着装置からの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、および前記接着装置と前記発電機との間に位置して回転を伝達する連結ギアを含む第１制動発電装置および第２制動発電装置と、
   前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置の少なくとも何れかで生成される電気エネルギーを充電する充電部と、
   前記充電部から電気エネルギーを受けてこれを貯蔵するバッテリ部と、
   前記車両の運転者の制御によって前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置を制御する制御部とを含み、
   前記制御部は、前記車両の制動段階に応じて、前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置のうちの１つを先に駆動し、続いて、前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置をともに駆動するように制御する車両。
8. 前記対応する回転手段の回転を油圧によって減少させる機械式制動装置とをさらに含み、
   前記制御部は、前記車両の制動段階に応じて、前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置のうちの１つを先に駆動し、続いて、前記第１制動発電装置および前記第２制動発電装置をともに駆動し、さらに続いて、前記機械式制動装置を駆動するように制御する請求項７に記載の車両。