JP2013240254A

JP2013240254A - 車両用車載発電蓄電設備

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Publication number: JP2013240254A
Application number: JP2012121319A
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Inventors: Yoshiaki Komiyama; 義明小宮山
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Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2013-11-28
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Abstract

【課題】車両が走行する際に発生する余剰のエネルギーを有効に発電及び蓄電し、蓄電した電気エネルギーを効果的に利用でき、特に発電装置を改良して発電量を効率よく増大させ、余剰のエネルギーを効果的に利用できる車両用車載発電蓄電設備を提供する。
【解決手段】
車両の駆動に用いられている動力装置とは別個に設けられた発電装置及び蓄電装置を備え、別個に設けられた該発電装置は、車両の車軸と接続し該車軸の回転力に基づき稼動して電気エネルギーを発生し、この電気エネルギーを別個に設けられた該蓄電装置に蓄電し、この蓄電された電気エネルギーを当該車両以外の他の用途に利用する車両用車載発電蓄電設備であって、別個に設けられた上記発電装置は、複数基の発電機からなり、車両の走行路面及び／又は走行速度に応じて該複数基の発電機の一部又は全部を稼働させ、該蓄電装置は１基以上の蓄電池からなることを特徴とする車両用車載発電蓄電設備を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用車載発電蓄電設備に関し、詳しくは、電車、自動車等の車両が走行する際に発生する余剰のエネルギーを有効に発電及び蓄電し、蓄電した電気エネルギーを種々の用途に利用できる車両用車載発電蓄電設備に関する。

従来、車両、特に二輪又は四輪の自動車においては、発電装置及び蓄電装置（バッテリー）を備えたものが通常である。そして、この発電装置及び蓄電装置を効率よく利用又は改良するために数多くの提案がなされている。

また、自動車の車両の駆動に用いられる動力装置とは別個に、発電装置及び蓄電装置を備え、該発電装置を車両の車軸に連結して、該車軸の回転力に基づき電気エネルギーを発電及び蓄電し、蓄電した電気エネルギーを当該車両ではなく他の用途に供するための発電装置及び蓄電装置についても、後述するように提案がなされている。

その一例を挙げると、特許文献１（特開２０１１−２０００７９号公報）には、航続距離の延長と重量増加の抑制との両立を図る電気自動車について開示され、車両を駆動する電動モータと、前記電動モータに供給する電気を蓄えるバッテリと、内燃機関と当該内燃機関により駆動する発電機とを一体的に備え、前記バッテリに給電可能、且つ、前記車両に複数搭載可能に構成される発電装置と、出発地と目的地とを含む走行条件に基づいて、走行ルート及び前記発電装置の必要数を演算する制御装置と、少なくとも前記発電装置の必要数をユーザーに知らせる報知手段とを備えた電気自動車について開示されている。この特許文献１に記載の電気自動車によれば、目的地に到達するために必要な航続距離の延長を図りつつ、重量増加を最小限にとどめることができるとされ、また、目的地に到達する前に走行不能となることを回避できるとされている。

また、特許文献２（特開２００３−７９００８号公報）には、自動車用蓄電装置について開示され、自動車の動力源として用いられるエンジンと、このエンジンに連結されて電力を発生する発電機に加え、第１及び第２の電源線、電気二重層キャパシタ・スタック、複数の第１のスイッチ、補助発電装置、複数の第２のスイッチ及び制御装置を備えた自動車用蓄電装置が記載されている。この特許文献２に記載の自動車用蓄電装置によれば、少ない電圧変動で継続して負荷に電力を供給することができる簡易、低電力損失、小型・軽量の自動車蓄電装置を提供できるとされている。

また、特許文献３（特開２０１１−１０９７６８号公報）には、高速地下鉄道について開示され、公有地の地表駅からで直線広軌レールの小口径大深度トンネルにして、同じ勾配で下り、上り区間、水平区間、同じ距離の地表駅間にして、下り加速減速区間は回生発電区間にして、水平区間は高速度の慣性運転区間にして、回生電力を戻して複数の変電設備に設置の電力で駆動する運行本数に見合う出力の圧力負荷装置を有する天秤使用の重力発電装置に合成して発電量を増して、再びき電する高速地下鉄道について記載されている。この特許文献３に記載の高速地下鉄道によれば、使用電力の大半を賄える構成の単線及び複線の直線路の大深度小口径トンネルの高速地下鉄道が提供できるとされている。

一方、特許文献４（特開２００７−１３５３８０号公報）には、車両の車軸に連結され、該車軸の回転力に基づき電気エネルギーを発電する発電装置と、該発電装置と電気的に接続され、該電気エネルギーを蓄電する蓄電装置とを備える車載発電蓄電設備が開示されている。この特許文献４に記載の自動車用車載発電蓄電設備によれば、車両が下り勾配を走行する際に発生する余剰のエネルギーを有効に発電及び蓄電し、蓄電した電気エネルギーを効果的に利用できるとされている。

特開２０１１−２０００７９号公報特開２００３−７９００８号公報特開２０１１−１０９７６３号公報特開２００７−１３５３８０号公報

これら特許文献１及び２は、自動車等の車両の従来より積載されている発電装置及び／又は蓄電装置を利用又は改良して、航続距離の延長や走行不能の回避を図ったり、急速蓄電・放電可能な蓄電装置を提供するものに他ならない。

また、特許文献３は、従来より利用されている回生ブレーキによる回生電力を利用、改良したものであり、動力装置の一部（ブレーキ）であって別個の発電装置ではなく、また、変電設備等を備える必要があって簡便な発電装置ではない。しかも、車両駆動のための蓄電池、電気設備等を備えない汽車、ガソリン自動車等には使用できず、単線及び複線の直線路の大深度小口径トンネルの高速地下電気鉄道に提供されるものに他ならない。

また、特許文献４は、車両の駆動に用いられる動力装置とは別個に、発電装置及び蓄電装置を備えたものであるが、発電装置の稼働は下り勾配においてエンジンを切ったときのみに行われるものに他ならない。下り勾配においてエンジンを切ったときのみ発電装置を稼働させるのは、純粋に重力加速度という物理的作用だけを利用するものであるから、自然再生エネルギーの利用をしたものとしては画期的であるが、平坦部分では発電装置を稼働させないこと、また、下り勾配にあってもエンジンが起動している限り、これと同時には発電装置を稼働させないため、発電量が必ずしも多くないため、普及化及び実用化の点では限界がある。

また、その用途として四輪車や自動二輪車が例示されているに過ぎず、電車、汽車等他の走行車両をも対象とするものではなかった。

このように、従来にあっては、車両の走行時に発生する余剰のエネルギーを蓄電し、この蓄電された電気エネルギーを他の用途に利用する提案はなされているが、発電装置の容量の大きさや稼働する環境等について特段の提案はなく、特に、発電装置については、道路の起伏や車両の速度により刻々変化する車両の走行状況に応じてその都度適合する発電形態を選択し、最適の発電形態を採用する試みは全くなされていないのが実情である。

従来の発電装置は、一定の大きさ（容量）で一旦、設計、設置されると、道路又は軌道の起伏や車両の速度の変化にも、画一的にしか稼働できなかった。すなわち、平坦部、緩斜面、急斜面等の変化する地形に合わせ、大きさ（容量）の異なる発電装置を個別に稼働させようとする試みは全くなされていないのが実情である。

従って、本発明の目的は、車両が走行する際に発生する余剰のエネルギーを有効に発電及び蓄電し、蓄電した電気エネルギーを効果的に利用でき、特に発電装置を改良して発電量を効率よく増大させ、余剰のエネルギーを効果的に利用できる車両用車載発電蓄電設備を提供することにある。

本発明者は、鋭意検討の結果、下記に示される知見を得た。

通常、走行する車両は、動力源だけでなく、慣性、重力加速度等の物理的作用を効果的に利用している。例えば、初動から次第に加速していくが、やがて一定速度を保ち運転されるのは慣性の働きが利用されているからである。また、車両が停止する時、少し手前からエンジンを切り減速させて慣性のみで走行させ後に停止する。あるいは、下り急斜面ではエンジンを切るにも拘わらず、車両が減速せず走行するのは重力加速度を利用しているからである。すなわち、慣性の法則により、エンジンを切っても、一定の時間までは速度を維持し、一定の距離までは走行を続ける。下り勾配ではさらに重力加速度が生じているのであり、平坦面及び下り勾配で発電装置を稼働させないと発電機会が失われることとなる。

一般的な発電装置は、車軸に連結し車軸の回転力を通してエネルギーを生じさせるため受動的、間接的にしか機能せず、道路、軌道の起伏から生ずる重力加速度や平坦面に生ずる慣性に対し、車両本体と同様の能動的、直接的利用ができなかった。また、発電装置を一旦設計設置すると、その大きさ（容量）の範囲で画一的にしか機能せず、物理的作用を十全に利用する手段がなかった。ただし、車軸への連結により生ずる抵抗により反作用が働くため、発電装置の容量の大小を問わず何らかの減速原因をつくり、この反作用は、車両を加速したいときは障害になり減速したいときはブレーキと同様の効果を呈するが、ブレーキとは本質的に異なるものである。

ところが、特許文献４に記載されているような別個に設けた発電装置は、車両の駆動に供しないため、自由に設計でき、その容量を許容される限り大きくすることが可能であり、同時に、稼働する機会を可能な限り長くすることにより、得られる電気エネルギーが最大となり、効果的な利用方法として最も好ましい。そして、発電装置として複数基の発電機を用いれば、道路、軌道等の起伏と車両の速度に充分に対応でき、より多くの電気エネルギーが得られることとなる。

このように、本発明は、道路、軌道等の起伏と車両の速度に着目し、車両の走行中に生じる慣性及び重力加速度により発生する余剰のエネルギーを十全に利用可能とすべく、発電装置として複数の発電機を用いることにより、上記目的が達成され、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明は、車両の駆動に用いられている動力装置とは別個に設けられた発電装置及び蓄電装置を備え、別個に設けられた該発電装置は、車両の車軸と接続し該車軸の回転力に基づき稼動して電気エネルギーを発生し、この電気エネルギーを別個に設けられた該蓄電装置に蓄電し、この蓄電された電気エネルギーを当該車両以外の他の用途に利用する車両用車載発電蓄電設備であって、別個に設けられた上記発電装置は、複数基の発電機からなり、車両の走行路面及び／又は走行速度に応じて該複数基の発電機の一部又は全部を稼働させ、該蓄電装置は１基以上の蓄電池からなることを特徴とする車両用車載発電蓄電設備を提供するものである。

本発明に係る上記車両用車載発電蓄電設備において、上記車両の走行路面が平坦面で一定速度走行時、及び上記走行路面が下り緩斜面を走行時には、１基の上記発電機を稼働させ、上記走行路面が下り緩斜面及び下り急斜面を走行時には、２基以上の上記発電機を稼働させ、上記車両の走行路面が上り急斜面を走行時、及び上記走行路面が上り緩斜面又は平坦面で加速時には、上記発電機のすべての稼働を停止させることが好ましい。

本発明に係る上記自動車用車載発電蓄電設備において、上記車両は、自動車又は軌道上を走行する連結された複数の車両の少なくとも１車両であることが好ましい。

また、本発明は、上記発電蓄電設備を搭載した車両を提供するものである。

本発明に係る上記自動車用車載発電蓄電設備において、別個に設けられた上記蓄電装置がパッケージ化され、着脱自在であることが好ましい。

本発明に係る上記車両用車載発電蓄電設備において、別個に設けられた上記発電装置に、勾配測定手段、検知センサ、加速度測定手段及び制御装置が併設されるものが好ましく用いられる。

また、本発明は、上記車両用車載発電蓄電設備を搭載した車両を提供するものである。

本発明に係る上記車両は、上記車両用車載発電蓄電設備の搭載専用に用いられてもよい。

本発明に係る車両用車載発電蓄電設備は、車軸の回転力から発生する余剰のエネルギーを用いて発電及び蓄電を行い、蓄電した電気エネルギーを新たな用途に使用することができるものであり、特に発電装置に改良工夫を加えたものであり、発電装置として容量の大きさが同一又は異なる複数基の発電機を備え、道路、軌道の起伏及び速度の変化に適した発電機をその都度選択し、該複数基の発電機の稼働と停止を組み合わせることで、余剰のエネルギーを余すところなく利用でき、従来より飛躍的に発電量の増加を図ったものである。

図１は、本発明に係る車載発電蓄電設備の第１の実施形態を示す図である。図２は、本発明に係る車載発電蓄電設備の第２の実施形態を示す図である。図３は、本発明に係る車載発電蓄電設備の第３の実施形態を示す図である。図４は、本発明に係る車載発電蓄電設備の第４の実施形態を示す図である。図８は、本発明に係る車載発電蓄電設備の第５の実施形態を示す図である。図６は、本発明に係る車載発電蓄電設備の第６の実施形態を示す図である。

以下、本発明に係る車両用車載発電蓄電設備の好ましい実施の形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る車両用車載発電蓄電設備の第１の実施形態を示す図であり、乗用車やバス、トラック等の自動車に搭載された例を示す。発電装置は、車両の車軸に連結され、走行中の車軸の回転力に基づいて電気エネルギーを発電する。この発電装置は、従来用いられている機構の発電装置であるが、自動車等の車両に通常用いられているモータやエンジンと連結した発電装置とは別個のものであり、本発明では両者の発電装置は併設される。なお、上記発電装置は、走行中の車軸の回転力に基づいて発電するものであるが、この車軸の回転力に基づいて発電するとは、車軸のみならず車輪、タイヤの走行中の回転力に基づいて発電するものも包含するものとする。本実施形態では、上記発電装置は３基の発電機（第１〜３発電機）からなり、この３基の発電機は、道路の起伏や速度の変化に応じ、設定に基づいて稼働又は停止させるものである。

具体的に例示すると次の通りである。上記車両の走行路面が平坦面で一定速度走行時、及び上記走行路面が下り緩斜面を走行時には、第１発電機を稼働させる。上記走行路面が下り緩斜面を走行時には、第１発電機に加えて第２発電機を稼働させる。この場合には、第１発電機の稼働を停止して、第２発電機のみを稼働させてもよい。そして、上記走行路面が下り急斜面を走行時には、第３発電機を稼働させ、第１〜３発電機のすべてを稼働させる。この場合には、下り急斜面の斜度や走行速度に応じて第２及び３発電機を稼働させて、第１発電機の稼働を停止してもよい。一方、上記車両の走行路面が上り急斜面を走行時、及び上記走行路面が上り緩斜面又は平坦面で加速時には、第１〜３発電機のすべての稼働を停止させる。この第１〜３発電機の容量は同一でも異なっていてもよく、設定によって適宜選択される。例えば最も使用頻度の多い発電機の容量を大きくしてもよく、また各発電機の容量を同一にして、使用頻度がほぼ同一になるように設定してもよい。

図１に示されるように、この複数基（３基）の発電機からなる発電装置により発電された電気エネルギーは、上記複数基の発電機と電気的に個々に接続された１基の蓄電装置に蓄電される。勿論、個々の発電機に個々に独立した蓄電装置（充電池）を設けることも可能である。この蓄電装置も従来用いられている機構の蓄電装置であるが、自動車等の車両に通常用いられている蓄電装置（バッテリー）とは別個のものであり、本発明では両者の蓄電装置は併設される。

本発明に用いられる蓄電装置は、パッケージ化され、着脱自在であることが好ましい。このように蓄電装置を着脱自在とすることによって、蓄電済みの蓄電装置を取り外して回収し、未蓄電の蓄電装置と交換が可能となる。

図１に示されるように、蓄電装置に蓄電された電気エネルギーは、ガソリンスタンド等蓄電池交換システムを経てユーザー（家庭・企業等）に提供される。

図２は、本発明に係る車両用車載発電蓄電設備の第２の実施形態を示す図であり、図１と異なるのは、発電装置（第１〜３発電機）及び蓄電装置に加えて、勾配測定手段（車載水準器）、検知センサ、加速度検知手段（車載加速度検知器）及び制御手段が併設されていることである。

勾配測定手段は、図２に示されるように車載水準器が一般的であるが、その他の手段でもよい。検知センサは、予め設定した勾配で信号を発するものであれば特に制限はない。制御手段は、検知センサからの信号に基づいて複数の発電機のオン・オフを制御するものである。

加速度測定手段は、図２に示されるように車載加速度検知器が一般的であるが、その他の手段でもよい。検知センサは、予め設定した加速度で信号を発するものであれば特に制限はない。制御手段は、検知センサからの信号に基づいて複数の発電機のオン・オフを制御するものである。加速度センサは様々な産業の分野に利用されており、目的は異なるが自動車にもジャイロとして利用されている。

次に、本発明に係る車両用車載発電蓄電設備の発電蓄電方法を図１及び２に基づいて説明する。車両走行中に、車軸を第１〜３発電機の個々に接続し、車軸の回転力に基づき発電装置（第１〜３発電機）で電気エネルギーを発電させ、この電気エネルギーを発電装置に電気的に接続した蓄電装置により蓄電するものである。

蓄電装置は、上記のように、パッケージ化され、着脱自在であるものが望ましく、蓄電済みの蓄電装置は取り外され、未蓄電の蓄電装置と交換される。蓄電済みの蓄電装置の電気エネルギーは、ガソリンスタンド等において流通販売システムを通じて新たな用途に供給可能であり、例えば家庭用電力源として使用される。

図１は、走行中の車両において発電装置（第１〜３発電機）のオン・オフを手動で行うものであるが、図２に示すように、発電装置（第１〜３発電機）と勾配測定手段、検知センサ、加速度検知手段及び制御装置を併設し、発電装置（第１〜３発電機）のオン・オフを自動化することが実用的である。

図２においては、車両走行中に、車載水準器等の勾配測定手段を用いて傾斜（勾配）を測定し、また、加速度検知器等の加速度検知手段を用いて車両の加速度を測定する。次に、車両が平坦面及び上り緩斜面を一定速度で走行するとき加速度検知器の検知センサからの信号に基づいて制御装置によって、車軸と第１発電機を接続させ車両の回転力に基づき発電機を稼動させて電気エネルギーを発生させ、この電気エネルギーを蓄電装置に蓄電する。一方、車両が平坦面及び上り緩斜面から上り急斜面に移行したとき車載水準器の検知センサからの信号に基づいて制御装置によって、また、車両が平坦面又は上り緩斜面において加速したとき加速度検知器の検知センサからの信号に基づいて制御装置によって、車軸と第１発電機の接続を断ち、第１発電機による発電を停止する。次に、車両が下り斜面に移行したとき車載水準器の検知センサからの信号に基づいて制御装置によって、車軸と第２発電機を接続させ車両の回転力に基づき第１〜２発電機を稼動させて電気エネルギーを発生させ、この電気エネルギーを蓄電装置に蓄電する。一方、車両が下り斜面から平坦面又は上り斜面に移行したとき車載水準器の検知センサからの信号に基づいて制御装置によって、車軸と第２発電機の接続を断ち、第２発電機による稼働は停止し、第１発電機は引き続き稼働させる。次に、車両が予め設定した以上の下り急斜面に移行したとき、例えば下り勾配１５度以上で車載水準器の検知センサからの信号に基づいて制御装置によって、車軸と第３発電機を接続させ車両の回転力に基づき第１〜３発電機を稼動させて電気エネルギーを発生させ、この電気エネルギーを蓄電装置に蓄電する。一方、車両が予め設定された以下の下り緩斜面に移行したとき、例えば下り勾配１５度以下で車載水準器の検知センサからの信号に基づいて制御装置によって、車軸と第３発電機の接続を断ち、第３発電機による発電は停止し、第１〜２発電機は引き続き稼働させる。第１〜３発電機の設定を変更して稼働順序を変更することが可能なことは言うまでもない。

上記のようにして、発電及び蓄電を繰り返すことにより、蓄電装置は蓄電済みとなり、車両から取り外して回収され、未蓄電の蓄電装置と交換される。

図３は、本発明に係る車両用車載発電蓄電設備の第３の実施形態を示す図であり、軌道上を走行する連結された複数の車両の少なくとも１車両に適用した例を示す。ここで連結された複数の車両とは、電気機関車、蒸気機関車、内燃機関車、ディーゼル機関車等の動力車とこれに連結して牽引、推進される動力装置を有しない客車、貨車等の連結車両をいう。

図３では、機関車に連結された第１〜３車両（客車）の各々に、本発明に係る車両用車載発電蓄電設備がそれぞれ設置されている。第１車両には、第１〜２発電機からなる発電装置と第１〜２蓄電池からなる蓄電装置により構成された発電蓄電設備が設置されている。第２車両には、第１及び３発電機からなる発電装置と第１〜２蓄電池からなる蓄電装置により構成された発電蓄電設備が設置されている。第３車両には、第２〜３発電機からなる発電装置と第１〜２蓄電池からなる蓄電装置により構成された発電蓄電設備が設置されている。

第１〜２車両に備えられた第１発電機は、車両が平坦面を一定速度で走行するとき又は減速するとき、車両の車軸と接続して稼働し、車両が下り緩斜面に移行しても継続して稼働し、次に、第２〜３車両に備えられた第２発電機は、車両が下り緩斜面に移行するとき、車両の車軸と接続して稼働し、上記第１発電機と同時に稼働し、車両が下り（降り）急斜面に移行しても継続して稼働し、車両が再び平坦面に移行するとき、車両の車軸と接続を切って稼働を停止し、次に、第２〜３車両に備えられた第３発電機は、車両が下り急斜面に移行したとき、車両の車軸と接続して稼働して第１〜２発電機と同時に稼働し、車両が再び下り緩斜面に移行するとき、車両の車軸と接続を切って第３発電機は稼働を停止し、一方、上記第１〜３発電機は、車両が上り急斜面に移行したとき及び平坦面又は上り緩斜面において加速するとき、車軸との接続を切り、発電を停止する。このように上記複数基の発電機が軌道の起伏及び車両の速度に適合させて、各発電機の稼働又は稼働停止が個別に可能である。

図３において、車両毎に各発電機で発電された電気エネルギーは、車両毎の第１蓄電池に蓄電された後、より容量の大きい第２蓄電池に蓄電され、その後、車両から取り外して回収され、未蓄電の蓄電装置と交換される。

本発明に用いられる発電装置は、上述のように、車両の駆動に供しないものであるため、動力装置の備えの無い車両に設置も可能である。たとえば、蒸気機関車により牽引されている客車、貨車等の車両の場合、すべての車両の車軸に各々発電機を設置して車軸に連結させ、車軸との接続により稼働する発電機の数を軌道の起伏に適合させ、勾配により発電機を順次稼働、停止を調整することにより、走行の妨げを回避しつつ発電量の増加を図ることができる。また、電車の場合、客車に動力装置が搭載されているが、本発明に用いられる発電装置は動力装置とは別個の発電装置であり、動力装置とは別の許容される個所、たとえば後輪に設置され車軸に接続されて稼働されるため該動力装置とは併設される。

上記車両用車載発電蓄電設備は、牽引される車両が４両を超える場合、４両目の車両以下は、発電装置（第１〜３の発電機）及び蓄電装置（第１〜２蓄電池）を繰り返し順次配置することができる。

上記車両用車載発電蓄電設備において、軌道上を走行する車両は、軌道の起伏及びその位置、詳細な傾斜度等が往路、復路の別に知ることができるため、あらかじめ設置する発電機の大きさ（容量）及び数を定め、車両がどの位置を走行するときにどの車両に設置された発電機を稼働することが最大の発電量を得られることになるか、車両の走行の妨げを回避し費消するエネルギーを最小にとどめことに配慮しつつ、最良の実施形態を自由に設計することができる。

車両が平坦面及び緩やかな下り斜面を走行するとき、発電機を稼働すると、車輪を駆動する動力装置も同時に稼働しているので、得られる発電量と消費するエネルギーとの比較考量する必要がある。車輪を駆動する動力装置に消費されるエネルギーが発電装置の稼働から得られる電気エネルギーと等しければ、単に、エネルギーの変換に過ぎないともいえるが、変換されたエネルギーを他の用途に使用できるメリットがある。さらに、慣性と重力加速度から生ずるエネルギーを加味することで、僅かでも得られる電気エネルギーが多ければ（差し引きプラスになれば）、平坦面及び緩やかな下り斜面を走行するとき、たとい、一方で、動力装置を稼働していても発電機を車輪に接続し稼働して発電する価値がある。すなわち、消費するエネルギーより得られる電気エネルギーを許容される限り多くするため、発電機の大きさ（容量）とどの発電機をどのタイミングで稼働させるかを緻密に計算することで最大の効果を期待することができる。

上記蓄電装置はパッケージ化され、着脱自在であり、車両が停車駅又は車庫へ入線する際に充填済みの蓄電池を回収し、新たに未蓄電の蓄電池と交換することができる。

電車、電気自動車等の電気設備及び蓄電装置を備えた車両は、蓄電装置から動力装置に再び接続して当該車両に電気エネルギーを還元する方法も可能であるが、そのために専用の電気設備を改めて設置しなければならず、配線その他故障の原因になる。また、貨車等においては、接続して電気エネルギーを伝達する段階でロスも生ずる。一方、本発明のように、蓄電装置からの電気エネルギーを車両以外の用途、たとえば家庭用、生活用、販売用等に直接流通経路に載せて電気エネルギーを単純に利用したほうが簡便でロスもなく有用である。

図４は、本発明に係る車両用車載発電蓄電設備の第４の実施形態を示す図である。図４は、軌道上を各種機関車に牽引される車両において、客車、貨車等とは別個に複数の本発明に係る車両用車載発電蓄電設備を搭載した専用車両を連結したものである。この本発明に係る車両用車載発電蓄電設備を搭載した専用車両は乗客や荷物を搭載せず発電装置蓄電装置のみ搭載される車両であり、いずれの形態でも連結が可能である。図４では、機関車の後部、客車間及び最後部に連結されている。この車両用車載発電蓄電設備を搭載した専用車両は、他の連結車両に着脱自在に連結され、乗務員、乗客の通路、作業員の作業スペースが確保されていてコンパクトの仕様であり、空間があれば物品の収納、保管、保存等に利用できる。

図５は、本発明に係る車両用車載発電蓄電設備の第５の実施形態を示す図である。図５は、図４と同様に本発明に係る車両用車載発電蓄電設備を搭載した専用車両を示す。図５では、専用車両は前輪、中輪及び後輪の３基の車輪を備え、発電装置の第１発電機はバランスを考慮して２分割され左右均等の大きさ（発電容量）で前輪の２か所に設置され、第２発電機はバランスを考慮して２分割され左右均等の容量で中輪の２か所に設置され、第３発電機はバランスを考慮して２分割され左右均等の容量で後輪の２か所に設置され、各発電機は蓄電装置を構成する第１〜２蓄電池にそれぞれ電気的に接続される。走行中、蓄電装置の内の１基の蓄電池が充填済みになると他の１基の蓄電池に接続を切り替え、停車中に、充填済みの蓄電池を回収し新規の蓄電池と交換することが可能である。

走行中、充填済みになった場合に備え、上述のように蓄電装置は２基以上の蓄電池から構成してもよい。特に、長距離又は急斜面を走行することが多い車両では蓄電池を２基以上用意し、走行中、１基の蓄電池が充填済みになると他の１基の蓄電池に接続を切り替え、停車中に、充填済みの蓄電池を回収し新規の蓄電池と交換する。

本発明に係る車両用車載発電蓄電設備を搭載した専用車両は、機関車又は他の車両に着脱自在に連結するだけであるから、車両用車載発電蓄電設備搭載仕様でない車両を搭載仕様に改修することなく、連結してただちに使用できるから簡便である。

本発明に係る車両用車載発電蓄電設備を搭載した専用車両は、強度、安全性が許容される限り、新幹線、リニアモーターカー等の高速鉄道への連結利用が可能である。

図６は、本発明に係る車載発電蓄電設備の第６の実施形態を示す図である。発電設備を構成する各発電機のバランスを考慮して２分割して左右に設置したものである。図６では、第１発電機は車両の前輪に、発電容量を均しくして左右に２分割し、前輪の車軸の中心から最外側（車輪側）の２か所に各々配置し、第２発電機は、発電容量を均しくして左右に２分割し、第１発電機の設置位置の内側２か所に各々配置したものである。第３発電機は車両の後輪に、発電容量を均しくして左右に２分割して設置したものである。これら６基の発電機で発生した電気エネルギーは蓄電装置を構成する２基の蓄電池（第１〜２蓄電池）のいずれかに蓄電するように配置されている。この２基の蓄電池の蓄電の選択は、６基の発電機との接続の切り替えによりなされる。

上述のとおり、本発明は、車両走行時に慣性、重力加速度により生じる余剰のエネルギーを利用し、これを有効に回収するものである。また、車軸に連結した発電装置を稼動させることは車軸の回転に抵抗を与えることになり、結果として、ブレーキ機能も有するため、間接的にエネルギー省力化の一助になる。なお、ハイブリットカーが搭載する回生ブレーキはタイヤの回転を利用するものであるが、ブレーキをかけたときだけモータを回転させて発電するものであるから、本発明と本質的にその機能が異なる。

さらに、回生ブレーキと本発明に用いられる発電装置とは、次の点で異なる。回生ブレーキは動力装置の部分であるが、本発明に用いられる発電装置は動力装置とは別個の発電装置であるから車両の駆動のために供しない。回生ブレーキは回転を止めるブレーキ装置であり、別個の発電装置は車軸の回転力から生ずるエネルギーを受容する装置である。回生ブレーキはブレーキ機能の結果としての二義的な発電であるからロスが多く電気量が少ないが、別個の発電装置は車軸の回転力から直接発生する電気エネルギーであるからロスが少なく発電量が多い。最良の状態は、回生ブレーキは回転を止めるために強さが求められ、本発明に用いられる別個の発電装置は大きさが求められる。強さと大きさは本質的に異なり素材、形状が相違する。回生ブレーキは当該車両の駆動に供されるが、本発明に用いられる別個の発電装置は得られた電気エネルギーを他の用途に利用する。回生ブレーキは変電設備、蓄電池等電気設備の備えがないと稼働しないが、本発明に用いられる別個の発電装置は動力装置に供しないため電気設備等を要せず、客車、貨車、汽車、ガソリン自動車等に有効に用いられる。また、電車、電気自動車等に用いられる回生ブレーキと併用が可能である。
以下、実施例等に基づき本発明を具体的に説明する。

（実施例及び比較例１〜２）
表１〜３は実施例及び比較例１〜２の発電装置の実施状態を表示し、表１は実施例、表２は比較例１及び表３は比較例２の稼働状況の相違による発電量を数値でそれぞれ表示したものであり、発電装置の稼働状態と容量の大きさを示すもので、数字のゼロは停止状態を表す。

実施例は、図２に示され、第１〜３発電機からなる本発明に係る発電装置を駆使して、稼働して得る発電量が最大となる例を示す。

比較例１及び２は、発電装置として発電機を１基備えた例である。比較例１は、車両の走行中に常時稼働させる場合であり、比較例２は、車両が下り急斜面を走行中にエンジンを切ったときのみ稼働させる場合である。

比較例１は、上記のように、１基の発電機で車両の走行中に常時稼働させる場合であり、上り急斜面等に備え、予め走行の妨げにならない限度の大きさにとどめられている。発電機を常時稼働させるため、上り急斜面等を斟酌し許容できる限度の大きさ（容量）で設定されると想定され、これを基準にして単位を１と設定した。たとえば、軽自動車と大型バスに設置する発電装置の大きさ（容量）は、当然、差異があるが、実施例と比較例１及び２を対比するために、稼働状態を示す数字は、種類の異なる車両にそれぞれ適した大きさの発電機を１基の単位とした。実施例の第１発電機は、上り急斜面では稼働しないため、比較例１の基準単位の２倍に設定した。第２発電機は、下り斜面で稼働するため重力加速度が働くので基準単位の３倍に設定した。第３発電機は、下り急斜面で稼働するためさらに大きな重力加速度が働くため基準単位の４倍に設定した。比較例２は、１基の発電機で下り斜面でエンジンを切り稼働させる場合であり、下り急斜面が想定され、大きな重力加速度が働くため基準単位の９倍に設定した。

表１〜３に示される実施例と比較例１及び２を比較した場合、表２に示される比較例１は、車両の走行中は常時稼働させるため、すべての稼働機会を利用する利点はあるが、上り急斜面での減速原因を回避するため、比較的小さな容量で設計されているため発電量が少なく、下り急斜面ではより大きな容量での稼働が可能であり好ましいにも拘らず、初めに設置した容量の発電機でしか稼働しないため、得られるべきエネルギーを逸失している。

また、表３に示される比較例２は、下り急斜面だけに稼働機会を限定しているため、比較的大きな容量の発電機を設定できる。しかし、下り斜面では緩斜面においても重力加速度が働いており、速度を保つためエンジンを切らない状態でも余剰のエネルギーは生じており、十全に稼働する機会を逸している。また、発電機の容量を１０倍、１２倍と大きくしていくことは可能であるが、容量を大きくしていくと比例して大きな傾斜度の下り急斜面に限定されていき、したがって、稼働可能な傾斜度の範囲が狭くなり、それだけ稼働する機会が失われていく。

これに対して、表１に示される実施例は、複数の発電装置を備えており、道路、軌道の起伏と車両の速度による走行条件の変化に対し、どれだけの大きさ（容量）の発電装置がどのような条件のとき稼働させるかを図示したものであり、その都度、稼働する発電装置を選択できるため、比較例１及び２と比較して、稼働する容量と稼働する機会が増加している。

表１に示される実施例の第３発電機は、下り急斜面専用発電装置である。表２及び３に示される比較例１及び２の発電機と同時に稼働すると合計で９単位の発電量となり、比較例１及び２の発電量との差は明白である。

本発明によって、車両が下り傾斜面を走行する際、重力加速度の働きにより発生する余剰のエネルギーを有効に発電及び蓄電し、蓄電した電気エネルギーを効果的に利用できる。また、車両が走行する際の自然条件及び走行状況に対応するため、稼働する発電機の交換、交替を可能とし、その都度、最適な稼働状態が実現されるように選択可能であり、従来技術より発電量が飛躍的に増加することができる。それゆえ、蓄電した電気エネルギーは、新たな用途、例えば家庭用電源等の広範な用途に使用可能である。また、本発明は、電車、汽車、自動車等の車両に好適に採用できる。

Claims

車両の駆動に用いられている動力装置とは別個に設けられた発電装置及び蓄電装置を備え、別個に設けられた該発電装置は、車両の車軸と接続し該車軸の回転力に基づき稼動して電気エネルギーを発生し、この電気エネルギーを別個に設けられた該蓄電装置に蓄電し、この蓄電された電気エネルギーを当該車両以外の他の用途に利用する車両用車載発電蓄電設備であって、
別個に設けられた上記発電装置は、複数基の発電機からなり、車両の走行路面及び／又は走行速度に応じて該複数基の発電機の一部又は全部を稼働させ、該蓄電装置は１基以上の蓄電池からなることを特徴とする車両用車載発電蓄電設備。
上記車両の走行路面が平坦面で一定速度走行時、及び上記走行路面が下り緩斜面を走行時には、１基の上記発電機を稼働させ、上記走行路面が下り緩斜面及び下り急斜面を走行時には、２基以上の上記発電機を稼働させ、上記車両の走行路面が上り急斜面を走行時、及び上記走行路面が上り緩斜面又は平坦面で加速時には、上記発電機のすべての稼働を停止させる請求項１に記載の車両用車載発電蓄電設備。
上記車両は、自動車又は軌道上を走行する連結された複数の車両の少なくとも１車両である請求項１又は２に記載の車両用車載発電蓄電設備。
別個に設けられた上記蓄電装置がパッケージ化され、着脱自在である請求項１〜３のいずれかに記載の車両用車載発電蓄電設備。
別個に設けられた上記発電装置に、勾配測定手段、検知センサ、加速度測定手段及び制御装置が併設される請求項１〜４のいずれかに記載の車両用車載発電蓄電設備。
請求項１〜５のいずれかに記載の車両用車載発電蓄電設備を搭載した車両。
上記車両用車載発電蓄電設備の搭載専用に用いられる請求項６に記載の車両。