JP2020061918A - Superconductive power creation and storage system for electric vehicle, and platform - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動車両において、冷凍装置により超電導発電を行う発電機を所定の場合に非駆動輪に連結して超電導発電を行い、該発電された電気をバッテリに充電すると共に、インホイルモータを装着した駆動輪で減速時などに回生発電を行い、さらに、太陽光、風力又は太陽熱などの自然エネルギーを利用した発電を併用して、走行中のみならず駐停車中にもバッテリに充電可能とすることにより、従来の電動車両よりも走行距離を向上させる電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォームに関する。 The present invention, in an electric vehicle, connects a generator that performs superconducting power generation by a refrigerating device to a non-driving wheel in a predetermined case to perform superconducting power generation, and charges the battery with the generated electricity, and an in-wheel motor. The mounted drive wheels generate regenerative power when decelerating, etc., and also use power generation using natural energy such as sunlight, wind power or solar heat to charge the battery not only while driving but also when parked or parked. By doing so, the present invention relates to a superconducting power storage system and platform for an electric vehicle that can improve the mileage compared to the conventional electric vehicle.
従来、電気自動車は、燃料不要で排気ガスを発生しない次世代のモビリティとして注目を集めており、低CO2、低燃費、電力貯蔵などの利点を活かした様々な車種が次々と開発されている。
しかし、世界各国の自動車メーカーが電気自動車を開発し、製品化しているものの、エンジン車やハイブリッド車に比べると電気自動車の普及はまだ進んでいるとはいえない。
電気自動車の普及を妨げている要因としては、主に次のようなことが考えられる。
(1)1回の充電で走行できる距離が短い。(2)充電に時間がかかる。(3)充電スタンドなどのインフラ整備がまだ十分ではなく、外出先で充電できる場所が少ない。
以上の要因のなかでも、一番の問題は、やはり(1)の1回の充電で走行できる距離が短い点にあると考えられる。
そこで、電気自動車の走行距離を延長するために、現在いろいろと開発されている技術を、このような電気自動車の普及を妨げている要因の解決に応用することが考えられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, electric vehicles have been attracting attention as next-generation mobility that does not require fuel and does not generate exhaust gas, and various vehicle models that take advantage of low CO 2 , low fuel consumption, electric power storage, etc. are being developed one after another. .
However, even though automobile manufacturers around the world have developed and commercialized electric vehicles, it cannot be said that the spread of electric vehicles is much more advanced than engine vehicles and hybrid vehicles.
The following factors can be considered as factors that hinder the spread of electric vehicles.
(1) The distance that can be traveled with one charge is short. (2) Charging takes time. (3) Infrastructure such as charging stations is not yet fully developed, and there are few places where you can recharge on the go.
Among the above factors, it is considered that the biggest problem is that the distance that can be traveled by one charge in (1) is short.
Therefore, in order to extend the mileage of an electric vehicle, it is conceivable to apply various technologies currently being developed to solve the factors that hinder the spread of such an electric vehicle.
特許文献1には、車輪を適切に回転させつつ、車体側と車輪との間において多自由度の振動制御を行うインホイルモータに関する技術が開示されている。
この装置は、車輪を回転させる駆動トルクを発生するインホイルモータを、車体側の中間部材に固定されたステータと、車体側の中間部材に対して回転可能にかつ回転軸に直交する面内の並進方向への相対移動可能に支持されたホイルに固定されたロータと、により構成する。
そして、ステータとロータとの間に電磁力を作用させることで、ホイルを車体側に対して回転させつつ並進方向へ相対移動させることを可能にするものである。
This device includes an in-wheel motor that generates a driving torque for rotating a wheel, a stator fixed to an intermediate member on the vehicle body side, and an in-wheel motor in a plane that is rotatable with respect to the intermediate member on the vehicle body side and is orthogonal to the rotation axis. And a rotor fixed to a wheel supported so as to be relatively movable in the translational direction.
Then, by applying an electromagnetic force between the stator and the rotor, the wheel can be relatively moved in the translational direction while being rotated with respect to the vehicle body side.
特許文献2には、天然ガスを燃料として用いて走行する自動車において、超電導現象を利用した効率の高い超電導機器を用いることにより、さらにエネルギー損失の少ない電気エネルギーの利用を可能とする車載超電導機器の冷却システム及び超電導利用自動車に関する技術が開示されている。
この装置は、液化天然ガスを収容するタンク及びこの天然ガスを用いて駆動力を得る天然ガス利用機関を備えた自動車に搭載された超電導機器と、前記超電導機器を収容した状態で超電導冷却媒体が充填されることにより超電導機器を低温状態に保つことができる保冷容器と、液化天然ガスを冷熱源として圧縮によって昇温させた超電導冷却媒体を冷却する熱交換器とを有するものである。
This device includes a superconducting device mounted on a vehicle equipped with a tank for storing liquefied natural gas and a natural gas utilization engine for obtaining a driving force using this natural gas, and a superconducting cooling medium in a state where the superconducting device is housed. It has a cold insulation container that can keep the superconducting device in a low temperature state by being filled, and a heat exchanger that cools the superconducting cooling medium whose temperature is raised by compression using liquefied natural gas as a cold heat source.
特許文献3には、バッテリを常に充電した状態に保ち、大量の電力消費にも耐えるソーラーシステムを備えた自動車に関する技術が開示されている。
この装置は、太陽電池と、主バッテリと、補助バッテリと、変換器とを有する。太陽電池は車体上部に設けられ、主バッテリに電気的に接続されて主バッテリを充電可能である。補助バッテリは太陽電池及び主バッテリに電気的に接続されて太陽電池により充電可能でかつ主バッテリを充電可能である。変換器は補助バッテリに電気的に接続されて補助バッテリの電力を直流から100V電圧の交流に変換するよう構成されている。
Patent Document 3 discloses a technique related to an automobile provided with a solar system that keeps a battery always charged and withstands a large amount of power consumption.
The device comprises a solar cell, a main battery, an auxiliary battery and a converter. The solar cell is provided on the upper part of the vehicle body and electrically connected to the main battery to charge the main battery. The auxiliary battery is electrically connected to the solar cell and the main battery and can be charged by the solar cell and can charge the main battery. The converter is electrically connected to the auxiliary battery and is configured to convert the power of the auxiliary battery from direct current to alternating current of 100 V voltage.
しかし、特許文献1には、回生エネルギーの回収や他の発電装置と組み合わせて創蓄電を行い、電気自動車などの車両の走行距離を延長するための技術は開示されていない。
However,
また、特許文献2は、燃料電池により超電導を用いて発電を行い、これによって車両を走行させるものであるが、回生エネルギーを用いて超電導発電を行う技術や他の発電装置と組み合わせて創蓄電を行い、電気自動車などの車両の走行距離を延長するための技術は開示されていない。
Further, in
また、特許文献3は、バッテリを常に充電した状態に保ち、大量の電力消費にも耐えるソーラーシステムを備えた自動車に関するものであるが、回生エネルギーの回収や他の発電装置と組み合わせて創蓄電を行い、電気自動車などの車両の走行距離を延ばす技術は開示されていない。 Further, Patent Document 3 relates to a vehicle equipped with a solar system that keeps a battery always charged and withstands a large amount of power consumption, but collects regenerative energy or combines with another power generation device to create and store electricity. However, no technique is disclosed for extending the travel distance of a vehicle such as an electric vehicle.
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、電気自動車などの車両において、電気自動車の普及を妨げている要因を解消するために、従来の電気自動車などのエネルギーの有効利用と走行距離を向上させることを目指し、車両自体が走行に必要な電気エネルギーを超電導発電などにより創出し蓄電を行う電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォームを提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and in vehicles such as electric vehicles, in order to eliminate the factors that prevent the spread of electric vehicles, the effective use of energy in conventional electric vehicles and the like. To provide a superconducting power storage system and platform for an electric vehicle, which aims at improving utilization and mileage, by which the vehicle itself generates electric energy necessary for traveling by superconducting power generation or the like to store electricity.
上記課題を解決するために、本発明に係る電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォームは、減速時又は減速する必要があるときに非駆動輪に連結される発電機と、該発電機を冷却する冷凍装置と、前記発電機は該冷凍装置により冷却されて超電導発電し、該発電された電気を充電するバッテリと、から構成されたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a superconducting wound power storage system and a platform for an electric vehicle according to the present invention include a generator connected to non-driving wheels when decelerating or when deceleration is required, and the generator. It is characterized by comprising a refrigerating apparatus for cooling, and a battery for cooling the refrigerating apparatus to generate superconducting electric power by the refrigerating apparatus and charge the generated electricity.
また、本発明に係る電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォームは、上記構成に加え、さらに、駆動輪を駆動すると共に回生発電する電動機と、自然エネルギーを利用した発電装置と、のうち少なくとも一つを備え、前記電動機又は発電装置により発電された電気をバッテリに充電する装置と、から構成されたことを特徴とする。 Further, the superconducting electric power storage system and platform for an electric vehicle according to the present invention, in addition to the above configuration, at least one of a motor for driving the drive wheels and regenerative power generation, and a power generation device using natural energy. And a device for charging the battery with electricity generated by the electric motor or the power generation device.
また、駆動輪を駆動すると共に回生発電する電動機は、インホイルモータであることを特徴とする。 The electric motor that drives the drive wheels and regenerates power is an in-wheel motor.
また、自然エネルギーを利用した発電装置は、太陽光発電、風力発電又は太陽熱発電のうちいずれか一以上であることを特徴とする。 Further, the power generation device using natural energy is characterized by being at least one of solar power generation, wind power generation, and solar thermal power generation.
また、太陽光発電による発電装置は、車両のルーフやボンネットなどの車両表面に備えたソーラーパネルと、太陽光によりソーラーパネルで発電した直流電圧をバッテリに充電可能な電圧に昇圧するDC−DCコンバータと、から構成されていることを特徴とする。 Further, a photovoltaic power generation device includes a solar panel provided on a vehicle surface such as a roof and a hood of a vehicle, and a DC-DC converter for boosting a DC voltage generated by the solar panel by sunlight to a voltage with which a battery can be charged. It is characterized by being composed of and.
また、風力発電による発電装置は、車両のルーフや車体の前部に配設された風力で回転する風車により発電する発電機と、該発電機の発電電圧を、バッテリに充電可能な電圧に変換するコンバータと、から構成されていることを特徴とする。 In addition, a power generator using wind power generation is a generator that generates power by a wind turbine that rotates on the wind and that is installed in the roof of the vehicle or in the front of the vehicle body, and the generated voltage of the generator is converted into a voltage that can be charged into a battery. It is characterized by comprising a converter and a converter.
また、太陽熱発電による発電装置は、車両のルーフに配設された太陽光を集める断面放物線状に湾曲した集光ミラーと、該集光ミラーの焦点の位置に配設され液体を通す集熱管と、集熱管で発生した蒸気により駆動されて発電するタービン発電機と、該発電機の発電電圧を、バッテリに充電可能な電圧に変換するコンバータと、から構成されていることを特徴とする。 Further, a power generation device using solar thermal power generation includes a condenser mirror, which is arranged on a roof of a vehicle and has a curved parabolic shape for collecting sunlight, and a heat collection tube which is disposed at a focal point of the condenser mirror and allows liquid to pass therethrough. A turbine generator that is driven by steam generated in the heat collecting tube to generate electric power, and a converter that converts a generated voltage of the generator into a voltage that can be charged in a battery.
また、電動車両は、ハイブリッド車又は電気自動車であることを特徴とする。 Further, the electric vehicle is a hybrid vehicle or an electric vehicle.
また、該冷凍装置で該発電機の冷却に使用する冷媒は、液体窒素であることを特徴とする。 The refrigerant used for cooling the generator in the refrigeration system is liquid nitrogen.
また、該冷凍装置で該発電機の冷却に使用する冷媒は、液体ヘリウム又は液体冷却媒体全般を含むものであることを特徴とする。 Further, the cooling medium used for cooling the generator in the refrigerating apparatus includes liquid helium or a liquid cooling medium in general.
また、超電導状態で発電する発電機を非駆動輪に連結するために、アクセルペダルの踏み込み検出手段と、ブレーキペダルの踏み込み検出手段と、警報信号発生手段と、各手段からの信号により減速時又は減速する必要を判断する手段と、当該判断する手段により発電機に非駆動輪を連結又は切り離しする手段と、を備えたことを特徴とする。 Further, in order to connect the generator that generates power in the superconducting state to the non-driving wheels, accelerator pedal depression detection means, brake pedal depression detection means, alarm signal generation means, and signals from each means are used during deceleration or It is characterized in that it is provided with means for judging the necessity of deceleration, and means for connecting or disconnecting the non-driving wheel to the generator by the judgment means.
また、冷凍装置の温度制御は、該断熱槽に充填された冷媒温度を計測する温度センサと、冷媒を加熱する手段と、を備え、該温度センサにより計測した温度が冷媒の沸点以上であるときは冷却し、沸点未満であるときは冷却を停止し、凝固点の近傍以下であるときは冷却を停止すると共に該冷媒を加熱する手段により加熱することを特徴とする。 Further, the temperature control of the refrigeration system is provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant filled in the heat insulation tank, and means for heating the refrigerant, and when the temperature measured by the temperature sensor is equal to or higher than the boiling point of the refrigerant. Is cooled, and when the temperature is below the boiling point, the cooling is stopped. When the temperature is below the freezing point, the cooling is stopped and the refrigerant is heated by means for heating.
すなわち、本発明に係る電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォームの実施態様は、冷凍装置により超電導発電を行う発電機を所定の場合に非駆動輪に連結し、走行中の非駆動輪の回転エネルギーで当該発電機を駆動させて発電を行い、該発電された電気をバッテリに充電する創蓄電の系統により構成されたものである。 That is, the embodiment of the superconducting wound power storage system and platform for an electric vehicle according to the present invention is to connect a generator that performs superconducting power generation by a refrigerating device to a non-driving wheel in a predetermined case, and to It is configured by a system for generating and storing electricity by driving the generator with rotational energy to generate electricity and charging the generated electricity in a battery.
また、これに加えて、本発明に係る電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォームの実施態様は、車両の駆動輪に装着されて走行すると共に、回生発電するインホイルモータ又は回生発電するインホイルモータ以外の電動機と、回生発電した電気をバッテリに充電する創蓄電の系統により構成されたものである。 In addition to this, an embodiment of a superconducting wound power storage system and a platform for an electric vehicle according to the present invention is mounted on a drive wheel of a vehicle to run, and an in-wheel motor or an in-wheel motor for regenerative power generation for regenerative power generation. It is composed of an electric motor other than the wheel motor, and a system for generating and storing electricity for charging the battery with regenerated electric power.
さらに加えて、本発明に係る電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォームの実施態様は、自然エネルギーである太陽光発電、風力発電又は太陽熱発電などにより発電した電気をバッテリに創蓄電する系統により構成されたものである。
この系統は、例えば、車両表面にソーラーパネルを備え、走行中及び駐停車中に太陽光によりソーラーパネルで発電した電気を、DC−DCコンバータを介してバッテリ充電するよう構成されている。
また、車両前部に風力発電機を備え、走行中に車両が受ける風力により風車を回転させて発電した電気を、コンバータを介してバッテリに充電するよう構成されている。
また、車両ルーフに太陽熱集光機を備え、太陽光の熱エネルギーにより発電した電気を、コンバータを介してバッテリに充電するよう構成されている。
In addition, the embodiment of the superconducting power storage system and platform for an electric vehicle according to the present invention is a system for generating and storing electricity in a battery, which is generated by natural energy such as photovoltaic power generation, wind power generation or solar thermal power generation. It is composed.
This system is provided with, for example, a solar panel on the surface of the vehicle, and is configured to charge the battery with electricity generated by the solar panel by sunlight during traveling and parking, through a DC-DC converter.
Further, a wind power generator is provided in the front of the vehicle, and the wind turbine is rotated by the wind force received by the vehicle while the vehicle is running to generate electricity to charge the battery through the converter.
Further, the vehicle roof is provided with a solar heat concentrator, and is configured to charge the battery with electricity generated by the thermal energy of sunlight through the converter.
請求項1の発明によれば、冷凍装置により超電導発電を行う発電機を所定の場合に非駆動輪に連結し、走行中の非駆動輪の回転エネルギーで当該発電機を駆動させて発電を行い、該発電された電気をバッテリに充電することにより、走行距離を延長することができる。
According to the invention of
請求項2の発明によれば、請求項1の発明に加えて、さらに、インホイルモータ又はインホイルモータ以外の電動機による回生発電や、太陽光、風力及び太陽熱などの自然エネルギーの利用により創蓄電を行うため、さらに走行距離を延長することができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、駆動輪にインホイルモータを装着することにより、駆動系の省スペース化を実現してバッテリの搭載スペースを確保すると共に、駆動輪の回生ブレーキが作動時は回生発電を行い、発電した電気を、インバータを介してバッテリに充電することにより走行距離を延長することができる。併せて、車両運動制御能力を向上させ、従来の車両では困難であった車両運動、優れたスリップ防止制御及び車両の走行安定性向上などを可能とするという大きな効果を奏する。 According to the invention of claim 3, by mounting the in-wheel motor on the drive wheels, space saving of the drive system is realized to secure the battery mounting space, and the regenerative brake of the drive wheels is regenerated when operating. It is possible to extend the traveling distance by generating power and charging the battery with the generated electricity via the inverter. At the same time, it has a great effect of improving the vehicle motion control capability and enabling the vehicle motion, the excellent anti-slip control, and the improvement of the running stability of the vehicle, which were difficult in the conventional vehicle.
請求項4の発明によれば、太陽光発電、風力発電又は太陽熱発電などの自然エネルギーを併用することにより、エネルギー効率を向上させると共に、走行距離を延長することができる。また、燃料不要で排気ガスを発生しないため、低CO2、低燃費、電力貯蔵などの利点を活かして環境保護や地球温暖化対策に大きな貢献をするという効果を奏する。 According to the invention of claim 4, by using the natural energy such as the solar power generation, the wind power generation or the solar thermal power generation together, the energy efficiency can be improved and the traveling distance can be extended. Further, since no fuel is required and no exhaust gas is generated, the advantages of low CO2, low fuel consumption, electric power storage, etc. can be utilized to make a great contribution to environmental protection and global warming countermeasures.
請求項5の発明によれば、車両表面に備えたソーラーパネルにより、昼間の走行中及び駐停車中に発電された電気をバッテリに充電し、車両の走行などに利用することができるため、走行距離を延長することができると共に充電回数を減らせることができるという効果を奏する。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、車両のルーフに配設された風力発電機で発電された電気をバッテリに充電し、車両の走行などに利用することができる。風力発電は昼夜を問わず行うことができるため、走行距離を延長することができると共に充電回数を減らせることができるという効果を奏する。 According to the invention of claim 6, the electricity generated by the wind power generator arranged on the roof of the vehicle can be charged into the battery and used for traveling of the vehicle. Since the wind power generation can be performed day and night, it is possible to extend the traveling distance and reduce the number of times of charging.
請求項7の発明によれば、車両のルーフや車体の前部に配設された太陽熱発電機により、昼間の走行中及び駐停車中に太陽光発電機で発電された電気をバッテリに充電し、車両の走行などに利用することができるため、走行距離を延長することができると共に充電回数を減らせることができるという効果を奏する。また、タービンなどから発生する排熱を車内の暖房に使用することができるという効果も奏する。
According to the invention of
請求項8の発明によれば、電動車両をハイブリッド車又は電気自動車とした場合は、バッテリやインバータなどの共有できる部分が多く、技術や構成要素等の共用化を図ることができる。 According to the eighth aspect of the invention, when the electric vehicle is a hybrid vehicle or an electric vehicle, there are many parts that can be shared, such as a battery and an inverter, and it is possible to share technology and components.
請求項9の発明によれば、超電導を実現するための冷媒として液体窒素を使用することにより、この分野では、高い温度での超電導の実現が可能となるため、小型の冷凍装置を使用することができ、装置の小型化、低コスト化を実現することができる。 According to the invention of claim 9, by using liquid nitrogen as a refrigerant for realizing superconductivity, it is possible to realize superconductivity at a high temperature in this field, so that a small refrigerating apparatus is used. Therefore, the device can be downsized and the cost can be reduced.
請求項10の発明によれば、超電導を実現するための冷媒として液体ヘリウム又は液体冷却媒体全般を含むものを使用することにより、極めて低い温度で超電導の実現が可能となり、超電導材料の選定の自由度を拡大することができ、超電導材料の選定の制約が緩和される。 According to the invention of claim 10, by using a liquid helium or a liquid cooling medium in general as a refrigerant for realizing superconductivity, superconductivity can be realized at an extremely low temperature, and a superconducting material can be freely selected. The degree of flexibility can be expanded, and restrictions on selection of superconducting materials can be relaxed.
請求項11の発明によれば、アクセルペダルが踏み込まれていない場合、ブレーキペダルが踏み込まれている場合及び警報信号発生部から前方車間距離や前方衝突などの警報が発生した場合に、発電機を非駆動輪に連結して発電を行い、発電した電気をバッテリに充電することができるため、走行距離を延長することができる。併せて、これらの場合において発電機が制動装置として作用するため、制動距離を短くすることができ、交通事故の発生を未然に防止すると共に、搭乗者の安全を確保することができるという大きな効果を奏する。
According to the invention of
請求項12の発明によれば、冷凍機の内槽容器の内部の液体窒素の温度を計測して、冷凍装置の運転を制御することにより液体窒素の温度管理を適切に行い、過冷却防止のためにヒータを用いて加熱することによって、液体窒素の気化又は凝固を防止し、発電機の超電導発電を不能とするトラブルを回避することができるという大きな効果を奏する。
According to the invention of
以下、本発明の実施の形態における発電系統の概要について図面に基づき説明する。ただし、図面は模式的なものであり、各部の配置や寸法の比率等は現実のものとは必ずしも一致しない。 Hereinafter, an outline of a power generation system according to an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. However, the drawings are schematic, and the arrangement of each part, the ratio of dimensions, and the like do not necessarily match the actual ones.
図1は、本発明の実施の形態による電動車両のエネルギーの系統図である。また、図2は、本発明の実施の形態による電動車両の斜視図である。 FIG. 1 is a system diagram of energy of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the electric vehicle according to the embodiment of the present invention.
本発明の第一の電気エネルギー創蓄電の系統は、図1及び図2に示すように、例えば、冷凍装置60を用いて発電機40、40を冷却することにより超電導発電を可能とし、所定の条件のもとで非駆動輪である左右の後輪7、7を当該発電機40、40に連結して超電導発電を行い、発電した電気を、コンバータ23、23を介してバッテリ20に充電することにより、走行中の非駆動輪の回転エネルギーから電気エネルギーを創蓄電するものである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the first electric energy generation / storage system of the present invention enables superconducting power generation by cooling the
本発明の第二の電気エネルギー創蓄電の系統は、図1及び図2に示すように、例えば、車両の左右の駆動輪に装着されたインホイルモータ11、11にバッテリ20からインバータ21等を介して交流電源を供給し、インホイルモータ11、11等が前輪5、5駆動して走行すると共に、減速時など所定の場合には発電機となって回生発電した電気を、インバータ21等を介してバッテリ20に充電することにより回生エネルギーから電気エネルギーを創蓄電するものである。勿論、本発明の第二の電気エネルギー創蓄電の系統は、インホイルモータに限定されるものではなく、インホイルモータ以外の電動機であっても差し支えない。
As shown in FIGS. 1 and 2, the second electric energy generating / storage system of the present invention includes, for example, a
本発明の第三の電気エネルギー創蓄電の系統は、自然エネルギーを利用するために、例えば、図1及び図2に示すように、太陽光のエネルギーや、図12乃至図15に示すように風力エネルギー又は太陽熱エネルギーなどから電気エネルギーを創蓄電する系統である。この系統は、例えば、太陽光発電の場合は、図2に示すように、車両のルーフなどの車両表面にソーラーパネル30を備え、走行中及び駐停車中に太陽光で発電した電気を、DC−DCコンバータ22を介してバッテリ20に充電するものである。
The third electric energy generation / storage system of the present invention utilizes natural energy, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, solar energy or wind power as shown in FIGS. 12 to 15. It is a system that creates and stores electrical energy from energy or solar heat energy. For example, in the case of solar power generation, this system is equipped with a
また、図1及び図2に示すコントローラ100は、電動車両用の超電導式創蓄電システムの制御を行うものである。以下、各電気エネルギーを創蓄電する系統について説明する。
Further, the
<本発明の第一の電気エネルギー創蓄電の系統>
まず、本発明の第一の電気エネルギー創蓄電の系統である超電導発電を行う発電機40により回転エネルギーから電気エネルギーを創蓄電する系統について、例えば、非駆動輪である後輪7、7に発電機40、40を連結して発電する場合について説明する。
<First electric energy generation / storage system of the present invention>
First, regarding the system for generating and storing electric energy from rotational energy by the
本系統は、超電導を実現するための冷凍装置60を備えている。冷凍装置60は、図1、図5に示すように、圧縮機66と、圧縮機66により圧縮された冷媒により冷却を行う真空断熱容器61b内に挿入された冷凍機65と、2基の真空断熱容器61a内にそれぞれ設置された超電導発電を行う発電機40、40と、から構成されている。発電機40、40は、それぞれ真空断熱容器61a内の液体窒素130中に浸漬設置されて、冷凍機65により冷却される。そして、所定の場合にコントローラ100からの制御信号により、連結装置71、71を介して非駆動輪である後輪7、7の車軸72、72にそれぞれ連結され超電導発電を行う。
This system includes a refrigerating
すなわち、後輪7、7と当該発電機40、40を連結することにより、走行中の後輪7、7の車輪の回転エネルギーにより発電機40、40を回転させ、発電機40、40による超電導発電を行い、発電された電気はコンバータ23、23において直流電圧に変換、昇圧され、ダイオード28で統合されてバッテリ20に充電される。
That is, by connecting the
本系統の発電機40には、図3、図4に示すようなコアレス式の永久磁石発電機40aを使用する。
一般的に、発電機は、回転体の表面に絶縁された導体(電機子巻線)を配置する回転子と、その周囲に固定されて、回転子に対して磁力線を形成する固定子とから構成される。
固定子は磁力線を形成する構成要素で、例えば、固定子を構成する電磁鋼板製コアにコイルを巻き、コイルに電流を流すことにより電磁石を形成して磁界を発生する。
しかし、本発明では電磁石の代わりに永久磁石を使用する。電流を消費することなく磁界を発生することができるからである。
As the
Generally, a generator is composed of a rotor that arranges an insulated conductor (armature winding) on the surface of a rotor and a stator that is fixed around the rotor and forms magnetic lines of force with respect to the rotor. Composed.
The stator is a component that forms magnetic lines of force. For example, a coil is wound around a magnetic steel sheet core that constitutes the stator, and an electric current is passed through the coil to form an electromagnet to generate a magnetic field.
However, in the present invention, a permanent magnet is used instead of the electromagnet. This is because the magnetic field can be generated without consuming current.
また、回転子は、水力、火力又は風力等の外部エネルギーを駆動源として回転する構成要素であり、固定子が形成する磁力線を回転子のコイルが横切ることによって、コイルに電流が流れて発電する。本発明ではコアを有しないコアレス式を採用する。コアレス式にすることにより起動時に発生する磁場引力によるコギングトルクと呼ばれる回転に対する物理的な抵抗を抑制することができ、起動時や低速時でも円滑に回転して発電が可能となるからである。
また、回転子を永久磁石とし、固定子をコアレス式コイルとすることもできる。要は、永久磁石が発生する磁力線をコイルが相対的に横切りさえすれば発電できるからである。
The rotor is a component that rotates using external energy such as hydraulic power, thermal power, or wind power as a drive source, and when the coil of the rotor crosses the magnetic lines of force formed by the stator, current flows through the coil to generate electricity. . In the present invention, a coreless type having no core is adopted. This is because by adopting the coreless type, it is possible to suppress physical resistance to rotation called cogging torque due to a magnetic field attractive force generated at the time of starting, and it is possible to smoothly rotate and generate power even at the time of starting or at low speed.
Further, the rotor may be a permanent magnet and the stator may be a coreless coil. The point is that power can be generated only if the coil relatively crosses the line of magnetic force generated by the permanent magnet.
コアレス式の永久磁石発電機40aの回転子を永久磁石とし、固定子のコイルをコアレス式とする具体例を、図3の側面断面図及び図4の図3におけるA方向矢視の平面図に示す。両図において、本コアレス式の永久磁石発電機40aは、固定軸42と、回転ケース43と、基盤44と、複数個のコアレスコイル45と、複数個の第1永久磁石46と、複数個の第2永久磁石47とからなり、ベアリング48により回転ケース43は固定軸42に対し回転自在に支持されている。
A concrete example in which the rotor of the coreless
基盤44には、外周に沿って貫通状態で形成された複数のコイル収容孔51がリング状に並んでいる。そして、図示例では21個のコアレスコイル45が、コイル収容孔51の巻線部53内に個々に収容固定されている。また、コアレスコイル45は三相に結線されているとともに、各コアレスコイル45は夫々一層巻きにされており、三相交流を得ることができる。
A plurality of
複数個の第1永久磁石46は、回転ケース43の内面に固定され、コアレスコイル45の一方の面に対向してリング状に配設される。第1永久磁石46と同数個で反対極性の第2永久磁石47は、回転ケース43の内面に固定され、コアレスコイル45の他方の面に対向して第1永久磁石46と互いに向かい合う位置にリング状に配設される。
The plurality of first
これにより、第1永久磁石46から第2永久磁石47へ、又は、その逆に向けてコアレスコイル45の空心部52を貫く磁力線が形成される。また、各永久磁石46、47の、隣り合う磁石の極性は同じ側の面で互いに反対の極性である。
As a result, magnetic force lines are formed from the first
各永久磁石46、47とコアレスコイル45、45の数の比は、共に4対3としている。これにより、コアレスコイル45を三相結線することができる。
The ratio of the numbers of the
また、図4に示すように、各永久磁石46、47の幅(w2)はコアレスコイル45、45の幅(w1)よりも若干小さくなっている。なお、幅とは、基盤44の周方向に沿った長さである。 このような構成とすることにより、各永久磁石46、47とコアレスコイル45、45の位置関係に係わらずコアレスコイル45に流れる電流の向きが、全てのコアレスコイル45において相互に同一となり、常に安定した起電力を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 4, the width (w2) of each
発電機40は、上記コアレス式の永久磁石発電機40aを複数個使用し、金属製のケースに収納して構成される。
The
発電機40が、走行中に車軸72に連結されると、車軸72の回転に連動して回転ケース43が回転し、これによって、コアレスコイル45が各永久磁石46、47間に形成される磁力線を横切ることによりコアレスコイル45に誘導電流が流れ、発電を行う。
発電された三相交流電圧は、図1及び図5に示すように、コンバータ23により所定の直流電圧に変換され、バッテリ20に充電される。
When the
As shown in FIGS. 1 and 5, the generated three-phase AC voltage is converted into a predetermined DC voltage by the
次に、当該発電機40を冷却し、超電導発電を行うための液体窒素循環型の冷凍装置60について説明する。
超電導とは、特定の金属や化合物などの物質を非常に低い温度へ冷却したときに、電気抵抗が急激に減少し、電気抵抗がゼロになる現象のことをいう。発電機40内のコイルの材料に銅を使用した場合には、銅線の電気抵抗により電流の抵抗損失が発生すると共に、抵抗損失による発熱等の問題があった。このような問題点を解決するために銅線の線径を太くするなどの対策をとる必要があった。
Next, a liquid nitrogen circulation
Superconductivity refers to a phenomenon in which when a substance such as a specific metal or compound is cooled to a very low temperature, the electric resistance sharply decreases and the electric resistance becomes zero. When copper is used as the material of the coil in the
そこで、発電機40のコイル材として超電導材料を採用することにより、超電導状態下において電気抵抗をゼロにすることができるため、これらの問題点を悉く解決することができる。この結果、線径を細くすることができる他、発熱対策も不要となる他、電気抵抗によるエネルギーロスがゼロになる効果を奏する。
Therefore, by adopting a superconducting material as the coil material of the
超電導を実現するためには、まず、発電機40のコアレスコイル45の材料を銅から超電導材料に代える。具体的には、ビスマス系高温超電導線材DI−BSCCOなどがある。
次に、発電機40のコアレスコイル45を、極低温の環境下に置く必要がある。このために、発電機40、40のコアレスコイル45に使用している超電導線材の冷却用の冷媒として、例えば、液体窒素130の循環型の冷凍装置60を採用する。
In order to realize superconductivity, first, the material of the
Next, the
図5は、本発明の実施形態に使用する液体窒素循環型の冷凍装置60の構成を示す図である。本図に示すように、冷凍装置60は、各発電機40を収納する2基の真空断熱容器61aと、冷凍機65を収納する1基の真空断熱容器61bとから構成される。
FIG. 5: is a figure which shows the structure of the refrigerating
そして、真空断熱容器61aの内槽容器62内に液体窒素130を満たし、その中に発電機40を浸漬設置し、冷凍機65により冷却した液体窒素130を当該内槽容器62内に循環させることで、発電機40を冷却してコアレスコイル45の超電導を実現し、発電機40による超電導発電を行う。
勿論、冷媒は液体窒素130に限定されるものではなく、液体ヘリウム又は液体冷却媒体全般を使用しても差し支えない。
Then, the
Of course, the refrigerant is not limited to the
具体的構成としては、真空断熱容器61aは、液体窒素130を満たした方形状の内槽容器62に当該発電機40を浸漬設置し、さらに、内槽容器62の周りを断熱材64で覆って外槽容器63に収納し、外槽容器63の内部を真空断熱する。これにより、液体窒素130の断熱を行う。内槽容器62には、熱伝導率の高い、例えば、銅を使用する。銅を使用することによって、発電機40の冷却効果を高めることができる。また、内槽容器62には液体窒素130の温度の計測監視を行うための温度センサ131を備えている。さらに、必要があれば、温度制御を行うためのヒータ132を備えてもよい。
As a specific configuration, in the vacuum
真空断熱容器61bは、外槽容器63の上部に冷凍機65を搭載し、液体窒素130を満たした方形状の内槽容器62内に冷凍機65を挿入し、内槽容器62内の液体窒素130を冷却する。また、冷凍機65は圧縮機66と接続される。圧縮機66は液体窒素130を圧縮し、冷凍機65で液体窒素130を冷却する。
In the vacuum
また、真空断熱容器61bの内槽容器62内には、各真空断熱容器61a、61aに液体窒素130を送るためのポンプ68、68を備えている。液体窒素130を移送する真空断熱容器61bと各真空断熱容器61a、61a間は、移送管69、69により連結されている。移送管69、69には熱の侵入を防ぐための断熱処理が施されている。
Further, pumps 68 and 68 for sending the
このように構成することにより、真空断熱容器61bにおいて冷凍機65により冷却された液体窒素130は、移送管69、69を介してポンプ68、68により各真空断熱容器61a、61aに移送され、発電機40、40を冷却し、超電導発電を実現する。内槽容器62には液体窒素130の温度の計測監視を行うための温度センサ131及び温度制御を行うためのヒータ132を備えている。
With this configuration, the
液体窒素130は、真空断熱容器61bの外槽容器63の上部に設けた注入口67から注入される。
また、予冷のために液体窒素130を供給するためのリザーバタンクを外槽容器63の上部に搭載することもできる。これ以外については、真空断熱容器61aと同様であるので詳細な説明は省略する。
The
Further, a reservoir tank for supplying the
以上のような構成にすることにより、左右の後輪7、7のそれぞれのトルクで発電機40、40を駆動して超電導発電をすることができると共に、車両バランスの安定化、出力増強を図ることができる効果を有する。
With the above configuration, it is possible to drive the
次に、本発明の実施形態に使用する冷凍装置60の、他の構成例について説明する。
図6に示す冷凍装置60は、真空断熱容器61を1基のみとし、外槽容器63の上部に冷凍機65を搭載し、液体窒素130を満たした方形状の内槽容器62内に冷凍機65を挿入し、内槽容器62内の液体窒素130を冷却する。
Next, another configuration example of the refrigerating
The refrigerating
また、液体窒素130を満たした内槽容器62内に発電機40を浸漬設置し、冷凍機65により冷却した液体窒素130により発電機40のコアレスコイル45を冷却して超電導発電を実現する。本構成においては、連結装置71は1台使用し、後輪7、7の回転を、車軸72、72を介して連結装置71に伝達する。そして、所定の場合にコントローラ100からの信号により、連結装置71は、車軸72、72の回転を、ギヤ装置73を介して発電機40に伝達し、当該発電機40による超電導発電を行う。発電された電気はコンバータ23において直流電圧に変換され、昇圧されてバッテリ20に充電される。ギヤ装置73は車軸72、72の回転を発電機40に伝達するほか、ギヤ比を適切に設定することによって増速機や減速機として作用し、効率的な発電を行うことができる。なお、ギヤ装置73は、図5に示す実施例において使用しても何ら差し支えはない。
上記以外は、図5に示す冷凍装置60と同様であるので詳細な説明は省略する。
なお、後輪7、7と発電機40との連結は、回生時などの所定の条件のもとで行うが、これについても詳細は後述する。
Further, the
Other than the above, it is the same as the refrigerating
The
図6に示す冷凍装置60は、以上のような構成にすることにより、左右の後輪7、7の合計のトルクで発電機40を駆動することができるため、低速時でも発電機40の駆動を可能にすると共に、冷凍装置60を小型、軽量化することができる効果を有する。
The refrigerating
なお、図5に示す実施例では、真空断熱容器61bと各真空断熱容器61a、61aの合計3基を使用し、連結装置71、71により後輪7、7と各発電機40、40とを連結することにより発電する構成とした。また、図6に示す実施例では、1基の真空断熱容器61を使用し、連結装置71により後輪7、7と発電機40とを連結することにより発電する構成とした。さらに、他の実施例として、図6に示す実施例の真空断熱容器61をそれぞれ左輪7用と右輪7用に2基使用し、連結装置71、71により後輪7、7と2台の各発電機40とをそれぞれ連結することにより発電する構成としてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 5, a total of three vacuum
ちなみに、冷媒として使用する液体窒素130の沸点は、−195.8℃(77.33K)であるため、液体窒素130が液体状態を維持するよう、当該冷凍装置60は、液体窒素130をこの温度以下に保つ能力を有する。また、液体窒素130の凝固点は−210℃(63K)であり、沸点と近接しているため、過冷却により液体窒素130が凝固しないよう温度を計測監視し、温度が下がり過ぎたときは冷却を停止し、ヒータ132により加熱を行い、液体窒素130が常に液体状態を維持するよう制御する。なお制御の詳細は後述する。
By the way, since the boiling point of the
また、冷媒として液体ヘリウムを使用することもできる。液体ヘリウムの沸点は−269℃(4.2K)と、液体窒素130よりもはるかに低いため、液体ヘリウムを使用した場合は、冷凍装置60の冷凍機65は、液体窒素130の場合よりもさらに高い冷凍能力を必要とする。また、液体ヘリウには凝固点が存在しないため、ヒータ132は不要である。さらに、本発明において使用することができる冷媒は、液体窒素、液体ヘリウムに限らず、液体冷却媒体全般を含むものであることはいうまでもない。
Liquid helium can also be used as the refrigerant. Since the boiling point of liquid helium is −269 ° C. (4.2 K), which is much lower than that of
以上のように、超電導発電を行う発電機40を用いて回転エネルギーから電気エネルギーを創蓄電する系統によれば、発電機40に、コアを有しないコアレス式を採用することにより起動時に発生する磁場引力によるコギングトルクと呼ばれる回転に対する物理的な抵抗を抑制することができ、起動時や低速時でも円滑に回転して発電が可能となり、起動時に乗り心地を損なうことなく円滑に発電作動を行うことができるという効果を奏する。
As described above, according to the system for generating and storing electric energy from rotational energy by using the
また、回転子を永久磁石とし、固定子をコアレスコイル45とすることにより、磁界を発生するために電流を消費しなくてもすむ。また、コアレスコイル45が回転動作しないためコイルに懸かる機械的ストレスを低減でき、断線のおそれを低減することができる。したがって、超電導発電によりコアレスコイル45の電気抵抗がゼロとなる効果と相まって、コアレスコイル45の線径を細くすることができると共に、その分材料費も低減することができるという顕著な効果を奏する。
Further, by making the rotor a permanent magnet and the stator a
また、コアレスコイル45の線径を細くすることができることにより、固定子により多くのターン数のコイルを巻くことができるため、その分、発電機40の起電力を大きくすることができるという効果を奏する。
Further, since the wire diameter of the
また、当該発電機40のコイル材として超電導材料を採用することにより、超電導状態下において電気抵抗をゼロにすることができる他、電気抵抗によるエネルギーロスがゼロになるという効果を奏する。
Further, by adopting a superconducting material as the coil material of the
さらに、当該発電機40と、後述するインホイルモータ11による回生発電や太陽光、風力又は太陽熱などの自然エネルギーを利用した発電を併用することで、走行に必要な電気エネルギーを走行中に自ら創蓄電することが可能になるという効果を奏する。
Furthermore, by using the
<本発明の第二の電気エネルギー創蓄電の系統>
次に、本発明の第二の電気エネルギー創蓄電の系統である回生エネルギーから電気エネルギーを創蓄電する系統について、例えば、駆動輪として前輪5、5にインホイルモータ11、11を装着した場合について説明する。
<Second electric energy generation / storage system of the present invention>
Next, regarding the system for generating and storing electric energy from regenerative energy, which is the second system for generating and storing electric energy of the present invention, for example, when the in-
図7は、前輪5を車体2の下面内側から見た図である。本図に示すように、前輪5はダンパー18により車体2に懸架されている。ホイール15の内側のダンパー18の下端には、インホイルモータ11を装着し、インホイルモータ11等の図示しない回転軸は、図示しない伝達ギヤを介して、ホイール15の図示しないハブに連結され、前記回転軸の回転をホイール15に伝達してホイール15を回転させる。ホイール15の周縁にはタイヤ16が装着されている。また、ダンパー18の下端部には、ブレーキキャリパ13を備え、ホイール15と同心状に並設されたブレーキディスク14を制動する。さらに、ダンパー18の下端内側は、ロアアーム12により車体2に連結されると共に、ステアリングタイロッド19が回動自在に連結され、図示しないステアリング機構により前輪5、5の操舵を行う。
FIG. 7 is a view of the
インホイルモータ11は、ワーヤ29によりインバータ21と接続され、インバータ21はバッテリ20と接続されている。
走行時は、バッテリ20の直流電圧がインバータ21に入力され、インバータ21で三相交流電圧に変換され、ワーヤ29を介してインホイルモータ11に入力される。インホイルモータ11は、三相交流誘導電動機で構成されている。三相交流誘導電動機の回転数は電源周波数に比例するという特性を有しているため、インホイルモータ11等の回転数は、インバータ21から供給される三相交流電圧の周波数に比例する。そして、インバータ21は、周波数指令信号が入力されることにより所定の周波数の交流を出力することができる。したがって、インバータ21の電源周波数を制御することによって、インホイルモータ11等の回転数を制御することができる。すなわち、インバータ21の周波数を制御することによって、車両の速度制御を容易かつ確実に行うことができる。この周波数指令信号は車両の運転制御システム側から行われる。
The in-
During traveling, the DC voltage of the
アクセルが踏み込まれて加速する時は、インバータ21が、交流電圧の周波数を上げてインホイルモータ11に供給する。これによりインホイルモータ11は回転数を上げて車両を加速する。すなわち、加速する時は車両が走行するための電動機として作動する。一方、アクセルを解除したり、ブレーキを踏み込む等により減速しているときは、インホイルモータ11は発電機として作動する。そして、発電された交流電圧は、インバータ21により直流電圧に変換され、バッテリ20に充電される。すなわち、減速時は、インホイルモータ11は回生ブレーキとして作用すると共に、回生発電を行う。このようにして回生エネルギーを電気エネルギーとしてバッテリ20に蓄電する。
When the accelerator is depressed to accelerate, the
以上のように、インホイルモータ11等の回生エネルギーから電気エネルギーを創蓄電する系統によれば、ブレーキの踏み込みやアクセル解除などを行うと、インホイルモータ11等が発電機となって、回生発電を行い、バッテリ20に充電される。すなわち、前輪5、5を回生ブレーキとして活用すると共に、回生発電により電気エネルギーの創蓄電を行うことができる。
As described above, according to the system for generating and storing electric energy from the regenerative energy of the in-
また、前輪5、5に装着したインホイルモータ11で前輪5、5を独立駆動させる構成とすることにより、従来車両の車体2内に収容されていた内燃機関又はモータは、前輪5、5内に収容されることになる。また、インホイルモータ11に三相交流誘導電動機を採用し、インバータ21で駆動するよう構成することにより、従来必要であった変速機などの機構が不要となり軽量化を図ることができる。これにより、車体2内にあきスペースを確保することができるため、バッテリ20などを搭載するスペースを、拡大することができ、走行距離を延長することができるという効果を奏する。
Further, by adopting a configuration in which the
さらに、特にインホイルモータ11を採用することにより車両運動制御能力を向上させ、従来の車両では困難であった車両運動の実現、優れたスリップ防止制御及び車両の走行安定性向上などを可能とするという効果を奏する。
Further, particularly by adopting the in-
なお、以上の説明では、前輪5、5を駆動輪とし、後輪7、7を非駆動輪として、前輪5、5駆動用のインホイルモータ11を装着した例について説明したが、後輪7、7を駆動輪とし、前輪5、5を非駆動輪として、インホイルモータ11を後輪7、7に装着することもできる。すなわち、インホイルモータ11の使用は前輪5、5に限定されるものではない。また、本実施例では、インホイルモータ11を使用した場合について説明したが、回生エネルギーから電気エネルギーを創蓄電する系統は、インホイルモータ11を使用することに限定されるものではなく、回生発電機能さえあれば、インホイルモータ11でなくても構わないし、何らモータの種別を問うものでもない。
In the above description, the
また、本発明に係る電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォームは、電気自動車に限定されるものではなく、例えば、従来のハイブリッド車又は電気自動車などに搭載されている電動機の代わりにインホイルモータ11を使用し、回生エネルギーから電気エネルギーを創蓄電する系統とすることは何ら差し支えない。
Further, the superconducting power storage system and platform for an electric vehicle according to the present invention is not limited to an electric vehicle, and for example, an in-wheel instead of an electric motor mounted in a conventional hybrid vehicle or electric vehicle. There is no problem in using the
<本発明の第三の電気エネルギー創蓄電の系統>
次に、本発明の第三の電気エネルギー創蓄電の系統である太陽光発電、風力発電又は太陽熱発電などの自然エネルギーを併用する例として、まず、ソーラーパネル30による太陽光発電により太陽光のエネルギーから電気エネルギーを創蓄電する系統について説明する。
<Third Electric Energy Generating and Storage System of the Present Invention>
Next, as an example of using together natural energy such as solar power generation, wind power generation, or solar thermal power generation, which is the third electric energy generation / storage system of the present invention, first, the energy of sunlight is generated by solar power generation by the
ソーラーパネル30は、図8に示すように、シリコン基板を材料とする例えば150mm×150mmの平板状のソーラーセル31から構成されている。ソーラーセル31は太陽光を受光することによって、例えば、0.5V乃至1.2Vの直流電圧を発生する。しかし、インホイルモータ11を駆動するには、ソーラーセル31単体では電圧が低すぎるため、必要な電圧を得るために必要な枚数を直列に接続して使用する。
As shown in FIG. 8, the
図9に、ソーラーセル31を複数枚配列して構成したソーラーパネル30の例を示す。
本図は横6枚×縦10枚の合計60枚で構成した例である。ソーラーセル31は、周囲環境に耐えるために封止を行い、全体の強度をもたせるためにフレーム32により補強して、図2に示すように、車両のルーフやボンネット上に取り付ける。又は、車両のルーフやボンネット上に埋め込む構造にすることもできる。
FIG. 9 shows an example of a
This figure is an example of a total of 60 sheets, which is 6 sheets in the horizontal direction and 10 sheets in the vertical direction. The
図10に、必要な電圧を得るために複数枚のソーラーセル31を直列に接続したときの接続例を示す。ソーラーパネル30に配列されたソーラーセル31は、インターコネクタ33により、本図に示すように、数珠繋ぎ状に直列に接続され、終端は背面に引き出されて出力端子34に接続される。
FIG. 10 shows a connection example when a plurality of
図11に、ソーラーパネル30とDC−DCコンバータ22及びバッテリ20との回路図を示す。ソーラーパネル30は、出力端子34を介してDC−DCコンバータ22の入力に接続され、DC−DCコンバータ22の出力は、バッテリ20に接続される。
FIG. 11 shows a circuit diagram of the
バッテリ20の出力電圧は、一般的にDC300V乃至DC400V程度で使用される。一方、ソーラーパネル30の出力電圧は、ソーラーセル31単体の出力電圧と使用枚数との積によって決まる。しかし、ソーラーセル31には車両の表面積の制約があるため使用枚数に制限があり、バッテリ20の出力電圧よりも高い電圧にすることができない場合がある。DC−DCコンバータ22は、ソーラーパネル30の直流出力電圧をバッテリ20の充電に必要な直流電圧に昇圧するものである。すなわち、DC−DCコンバータ22を使用することによって、ソーラーパネル30の直流出力電圧をバッテリ20に充電可能な直流電圧に変換することができ、ソーラーセル31の使用枚数の制約を解決することができる。
The output voltage of the
以上のように、太陽光発電により太陽光のエネルギーから電気エネルギーを創蓄電する系統によれば、車両のルーフなどの車両表面にソーラーパネル30を備え、太陽光発電で発電した電気を、DC−DCコンバータ22を介してバッテリ20に充電するよう構成しているため、走行中のみならず駐停車中にも創蓄電を行うことができる。
As described above, according to the system for generating and storing electric energy from the energy of sunlight by the photovoltaic power generation, the
このため、使用後の充電に時間を要することなく、車両の走行などに利用することができ、エネルギー効率を更に向上させると共に、走行距離を延長することができるという効果を奏する。また、燃料不要で排気ガスを発生しないため、低CO2、低環境負荷を実現することができるという効果を奏する。 For this reason, the battery can be used for traveling of the vehicle without requiring time for charging after use, and it is possible to further improve energy efficiency and extend the traveling distance. Further, since no fuel is required and no exhaust gas is generated, it is possible to achieve low CO2 and low environmental load.
次に、風力発電により風力エネルギーから電気エネルギーを創蓄電する例について説明する。風力発電を行う風力発電機80は、図12に示すように、車両のルーフ及び車体2の前部下方に複数台配設されている。風力発電機80をこの位置に配設することにより、走行中の空気は車体2の前部に当たった後、車体2の表面に沿って後方に流れてゆく。したがって、車両のルーフや車体2の前部下方に当たった空気は、それぞれの風力発電機80に備えた風車81に当たり、風車81を回転させて風力発電機80を駆動し、発電を行った後、ダクト86を経由して車体2の下面や車体2の後方に排出されてゆく。
Next, an example of generating and storing electric energy from wind energy by wind power generation will be described. As shown in FIG. 12, a plurality of
風力発電機80の構成は、図13に示すように、風車81の回転軸は増速機82に連結されている。増速機82は、風車81の回転数を増加させるものである。そして、増速機82の回転軸83は、発電機84に連結されており、これによって発電機84を駆動し発電を行う。
As for the structure of the
発電機84は、例えば、図3、図4で説明したコアレス式の永久磁石発電機40aを用いてもよい。
複数台の発電機84で発電された電気は、それぞれに接続されたコンバータ24により直流電圧に変換され、昇圧されて、それぞれのダイオード28を介して統合され、バッテリ20に充電される。以上のようにして、走行中に得られる風力エネルギーから電気エネルギーを創蓄電することができる。勿論、駐停車中であっても風が吹いて風車81が回転しさえすれば、昼夜を問わず発電を行うことができることはいうまでもない。
As the
The electricity generated by the plurality of
このため、エネルギー効率を更に向上させると共に、風力発電は昼夜を問わず行うことができるため、走行中のみならず駐停車中にも創蓄電を行うことができ、走行距離を延長することができると共に充電回数を減らせることができるという効果を奏する。 Therefore, energy efficiency can be further improved, and since wind power generation can be performed day and night, it is possible to perform power storage not only while traveling but also when the vehicle is parked or stopped, and it is possible to extend the traveling distance. At the same time, the number of times of charging can be reduced.
次に、太陽熱発電により太陽熱エネルギーから電気エネルギーを創蓄電する例について説明する。太陽熱発電機90は、図14に示すように、車両のルーフに配設されている。太陽熱発電機90の構成は、図15に示すように、薄型方形状の筐体91の内側に、太陽光を集める断面放物線状に湾曲した略長方形の集光ミラー92を車体2の左右方向に複数基並設している。そして、集光ミラー92の表面は鏡面仕上げがされており、それぞれの焦点の位置に、例えば、水などの液体を通す集熱管93を配置し、各集熱管93の両端はそれぞれ管寄せ99に接続され管路は統合されている。
Next, an example of creating and storing electric energy from solar thermal energy by solar thermal power generation will be described. The solar
太陽光119が集光ミラー92に当たると、集光ミラー92に当たった太陽光119は反射してその焦点に集光される。焦点に位置する集熱管93内の液体は、集光された太陽光線に熱せられて集熱管93内で高温の蒸気になる。複数本の集熱管93で発生した蒸気は、管寄せ99に統合されてタービン94に導出され、タービン94を回転させ、タービン94に連結された発電機95を駆動し発電を行う。発電機95で発電された電気は、コンバータ25により直流電圧に変換され、昇圧されてバッテリ20に充電される。以上のようにして、太陽熱エネルギーから電気エネルギーを創蓄電することができる。
When the
一方、タービン94を回転させた蒸気は凝縮器96に備えられたファン98により冷却されて液体に戻る。当該液体は、ポンプ97により再び各集熱管93に送られ、集光ミラー92により熱せられて蒸気になり、前記と同様にタービン94に導出され、タービン94を回転させて発電機95を駆動し発電を行う。このようにして、集熱管93内の液体は循環しながら太陽熱エネルギーを電気エネルギーに変換する役割を果たす。なお、集熱管93は、図14、図15では模式化して一本の管で描いているが、実際には細管にして左右に複数回折り返して経路長を長くし、集熱効果を高めるよう構成している。
On the other hand, the steam that has rotated the
また、駐停車中などで、イグニッションキーを抜いたときは、発電を停止させるために集光ミラー92を図示しないモータを駆動してシャッターで遮光するようにしてもよい。また、図示しないモータとチェーンとの組み合わせにより、集光ミラー92を集熱管93の周りで180度回転させ、集熱管93を覆うようにして、太陽熱発電を停止させるようにすることもできる。勿論駐停車中にも太陽熱発電を行い、バッテリ20に充電するよう構成すれば、走行中のみならず駐停車中にも創蓄電を行うことができることはいうまでもない。また、タービンなどから発生する排熱を車内の暖房に使用することができるという効果も奏する。他の効果は、風力発電と同様であるので説明は省略する。
Further, when the ignition key is pulled out while the vehicle is parked or parked, the
以上のように、本発明の第三の電気エネルギー創蓄電の系統によれば、太陽光発電、風力発電又は太陽熱発電などの自然エネルギーを併用することにより、エネルギー効率を向上させ、走行距離を延長することができると共に、走行中のみならず、駐停車中にも創蓄電を行うことができ、充電回数を減らすことができる。また、燃料不要で排気ガスを発生しないため、低CO2、低燃費、電力貯蔵などの利点を活かして環境保護や地球温暖化対策に大きな貢献をするという効果を奏する。 As described above, according to the third electric energy creation / storage system of the present invention, by using natural energy such as solar power generation, wind power generation, or solar thermal power generation together, energy efficiency is improved and mileage is extended. In addition to being able to operate, it is possible to generate and store electric power not only while traveling but also when the vehicle is parked and stopped, and the number of times of charging can be reduced. Further, since no fuel is required and no exhaust gas is generated, the advantages of low CO2, low fuel consumption, electric power storage, etc. can be utilized to make a great contribution to environmental protection and global warming countermeasures.
さらに、自然エネルギーを併用することにより車両を使用していないときにも蓄電を継続するため、地域に停電が発生した場合には、V2H(Vehicle to Home)機器を介して本発明による電動車両に蓄えた電気を家庭用電源として使用することができるなど、非常用電源装置として使用することができる。
勿論、充電が十分で、しかも、当分車両を使用する予定がない場合などは、V2H機器を介して、通常の家庭用電源として使用しても差し支えない。
Furthermore, by using natural energy in combination, power storage is continued even when the vehicle is not in use, so in the event of a power outage in the area, the electric vehicle according to the present invention can be operated via a V2H (Vehicle to Home) device. The stored electricity can be used as a household power source, and can be used as an emergency power source device.
Of course, if the vehicle is sufficiently charged and there is no plan to use the vehicle for the time being, it may be used as a normal household power source via the V2H device.
<本発明の電気エネルギー創蓄電の系統の制御動作>
次に、本発明の第一乃至第三の電気エネルギー創蓄電の系統の制御動作について、図16の本システムの制御信号の系統図及び図17のシステムの制御を説明するフローチャートにより説明する。
<Control operation of electric energy generating / storage system of the present invention>
Next, the control operation of the first to third electric energy generation / storage systems of the present invention will be described with reference to the system diagram of the control signals of the present system of FIG. 16 and the flowchart of FIG. 17 for explaining the control of the system.
本実施の形態のシステム制御を行うコントローラ100は、図16に示すように、例えば、マイクロコンピュータ101、通信回路102、デジタル入力回路103、アナログ入力回路104、デジタル出力回路105及びアナログ出力回路106から構成されている。また、マイクロコンピュータ101の内部は、演算処理を行うCPU、制御プログラムを収納したROM、データ等を一時記憶するRAM、外部機器との通信を行うコムポート、温度信号などのアナログ信号入力をデジタル信号に変換するA/D変換器、CPUの演算結果などのデジタルデータをアナログ信号に変換するD/A変換器、接点信号などの入出力信号の処理を行うD/Iポート、D/Oポートなどから構成されている。
As shown in FIG. 16, the
コントローラ100は、プリント基板に実装され、図1に示すように、基板ケースに収納して車両の内部に配設される。コントローラ100は、図16に示すように、アクセルペダル110の操作を検出するアクセル操作検出部111の検出信号、ブレーキペダル112の操作を検出するブレーキ操作検出部113の検出信号、警報信号発生部114からの各種警報信号及び冷凍装置60の内槽容器62に設けた温度センサ131の信号の入力処理を行う。また、連結装置71や冷凍機65のオンオフ制御及び冷凍装置60の内槽容器62内に設けたヒータ132により液体窒素130の沸点及び凝固点の温度の制御信号の出力処理を行う。さらに、計測データ、警報種別、制御出力状態などを設定表示部117に出力し、設定表示部117は、これを表示する。
The
警報信号発生部114は、車体2の前部に設けたレーダー115による検出信号及び車内に設けたカメラ116による前方向の画像情報に基づき、例えば、前方車間距離、前方衝突、低速時前方衝突、歩行者衝突及び車線逸脱道路上の障害物や落下物及び道路の土砂崩れや陥没等などの処理判断を行い、警報信号を出力するものである。勿論、警報信号はこれらに限定されるものではなく、これ以外にも交通安全に関する障害事項を検知したときは同様の処理判断を行い、警報信号を出力することができることはいうまでもない。コントローラ100は、警報信号発生部114から、これらの警報信号を入力する。なお、この警報信号は、通信回路102を介してコントローラ100に入出力するが、デジタル入力回路103やデジタル出力回路105を介して入出力するよう構成してもよい。
The alarm
以下、すでに説明した部分と重複するところは省略し、主に本システムの制御動作について、図16の系統図及び図17のフローチャートにより説明する。なお、冷凍装置60は、図5の構成を例に説明する。図17のステップ(S01)において、コントローラ100は、アクセル操作検出部111からアクセル操作信号を入力し、ステップ(S02)において、アクセルペダル110を踏んでいるか否かを判断する。アクセルペダル110が踏み込まれている場合は、ステップ(S03)において、連結装置71、71に対し、発電機40を切り離す(OFFにする)制御信号を出力する。この制御信号により連結装置71、71は、後輪7、7の車軸72、72と発電機40、40を切り離すため、発電機40、40はOFFになる。
Hereinafter, while omitting the same parts as those already described, the control operation of the present system will be mainly described with reference to the system diagram of FIG. 16 and the flowchart of FIG. The
また、コントローラ100は、設定表示部117に対し、発電機40、40をOFFにした表示信号を出力する。設定表示部117は、この信号を受けて発電機40、40がOFFとなった表示をする。そして、ステップ(S07)へ行く。
なお、コントローラ100は、発電機40、40がOFFになったことを発電機40、40からの図示しないアンサーバック信号を受けてから表示するよう構成してもよい。以下制御対象の運転状態の表示方法は同様とする。
Further, the
The
ステップ(S02)において、アクセルペダル110が踏み込まれていないと判断された場合は、ステップ(S04)において、ブレーキ操作検出部113からブレーキ操作信号を入力し、ステップ(S05)において、ブレーキペダル112を踏んでいるか否かを判断する。ブレーキペダル112が踏み込まれている場合は、ステップ(S06)において、連結装置71に対し、発電機40、40を連結する(ONにする)制御信号を出力する。この制御信号により連結装置71、71は、後輪7、7の車軸72、72と発電機40、40を連結し、発電機40、40は発電を開始する。なお、ブレーキペダル112が踏み込まれた後、ブレーキペダル112の踏み込みをやめ、かつ、その後もアクセルペダル110が踏み込まれていない場合は、発電機40、40を連結する(ONにする)状態が維持される。
When it is determined in step (S02) that the
また、設定表示部117に対し、発電機40、40をONにした表示信号を出力する。設定表示部117は、この信号を受けて発電機40がONとなった表示をする。そして、ステップ(S07)へ行く。
Further, a display signal for turning on the
また、ステップ(S05)において、ブレーキペダル112が踏み込まれていない場合は、ステップ(S07)へ行く。
If the
ステップ(S07)において、コントローラ100は、警報信号発生部114の信号を入力し、ステップ(S08)において、警報信号の有無を判断する。警報信号がある場合は、ステップ(S09)において、連結装置71、71に対し、発電機40、40を連結する(ONにする)制御信号を出力する。また、設定表示部117に対し、発電機40、40をONにした表示信号を出力する。
In step (S07), the
さらに、ステップ(S10)において、設定表示部117に対し、警報発生の表示信号(警報ON)を出力する。設定表示部117は、この信号を受けて発電機40、40がONとなった表示及び警報発生(警報ON)の表示をする。そして、ステップ(S12)へ行く。
また、コントローラ100は、警報信号発生部114の信号を受けて警報の種別を判別し、設定表示部117に対し、例えば、前方車両間隔警報や前方車両衝突などの警報の種別表示を行う表示信号を出力する。
Further, in step (S10), a display signal of alarm generation (alarm ON) is output to the
In addition, the
発電機40を連結する制御信号により連結装置71、71が、後輪7、7の車軸72、72と発電機40、40とを連結すると、発電機40、40は発電を開始する。これにより、例えば、前方車間距離警報が発生した場合は、発電機40、40が連結されるため回生ブレーキとして作用し、車両を減速させ衝突を回避することができる。勿論、この場合において、運転手が気付いてブレーキペダル112を踏み込んだときは、ステップ(S06)においても発電機40、40が連結される(ONにする)ため車両を減速させることができる。また、車両に本発明とは別のシステムであるオートクルージング機能が装備されている場合には、このシステムによって自動的にブレーキがかかり、減速して衝突を回避する作動等をすることはいうまでもない。
When the connecting
ステップ(S08)において、警報信号がない場合は、ステップ(S11)において、設定表示部117に対し、警報解除の表示信号(警報OFF)を出力する。そして、ステップ(S12)へ行く。警報信号がない場合に連結装置71、71に対し、発電機40、40を切り離す(OFFにする)制御信号を出力する必要がないのは、アクセルペダル110の踏み込み信号があったときに、発電機40、40を切り離す(OFFにする)制御信号を出力すれば足りるからである。
If there is no alarm signal in step (S08), an alarm cancellation display signal (alarm OFF) is output to the
ステップ(S12)において、コントローラ100は、内槽容器62の内部に設けた温度センサ131の信号を入力し、当該信号を内蔵のA/D変換器によりデジタル信号に変換し、ステップ(S13)において、当該デジタル信号についてスケーリング等の演算処理を行って温度を計測し、ステップ(S14)において、設定表示部117に対し、計測した温度を表示する信号を出力する。設定表示部117は、計測された液体窒素130の温度を表示する。なお、図5の冷凍装置60では、温度センサ131は合計3台備えているが、温度計測、温度表示などのステップ(S12乃至S14)はこの3台すべてについて処理を行う。
In step (S12), the
ステップ(S15)において、当該温度が液体窒素130の沸点以上の温度か否かを判断する。沸点未満である場合は、ステップ(S16)において、冷凍装置60による冷却を停止する(OFFにする)信号を出力する。また、設定表示部117に対し、冷凍装置60による冷却をOFFにした表示信号を出力する。設定表示部117は、この信号を受けて冷凍装置60による冷却がOFFとなった表示をする。そして、ステップ(S18)へ行く。
In step (S15), it is determined whether the temperature is equal to or higher than the boiling point of the
当該温度が液体窒素130の沸点以上である場合は、ステップ(S17)において、冷凍装置60による冷却をONにする信号を出力する。また、設定表示部117に対し、冷凍装置60による冷却をONにした表示信号を出力する。設定表示部117は、この信号を受けて冷凍装置60による冷却がONとなった表示をする。そして、ステップ(S18)へ行く。なお、3台の温度センサ131のうち1台でも沸点以上にある場合は、冷却優先で制御を行う。
If the temperature is equal to or higher than the boiling point of the
ステップ(S18)において、当該温度が液体窒素130の凝固点近傍の温度に達しているか否かを判断する。凝固点近傍の温度に達している場合は、ステップ(S19)において、冷凍装置60による冷却をOFFにする信号を出力する。また、ステップ(S20)において、内槽容器62の内部に設けたヒータ132にON信号を出力する。また、設定表示部117に対し、冷凍装置60による冷却をOFFにした表示信号を出力すると共に、ヒータ132をONにした表示信号を出力する。ヒータ132はON信号により通電され、ヒータ132は発熱して内槽容器62の内部温度を上昇させ、液体窒素130の凝固を防止する。設定表示部117は、この信号を受けて冷凍装置60による冷却がOFFとなった表示及びヒータ132をONにしたことを表示する。なお、3台の温度センサ131のうち1台でも凝固点近傍の温度に達している場合は、凝固点以下にならないことを優先で制御を行う。
In step (S18), it is determined whether the temperature has reached the temperature near the freezing point of the
ヒータ132により内槽容器62の内部を加熱する理由は、液体窒素130の沸点は77.3Kであるが、固体になる凝固点は63Kであり、両者の温度差はわずかであるため、過冷却すると液体窒素130が固体になって液体窒素130が循環できなくなり、その結果、発電機40を冷却できなくなって、超電導現象を生じなくなってしまうことを未然に防止するためである。
The reason why the inside of the
以上の処理を終えた後、ステップ(S01)へ戻る。
なお、上記凝固点近傍の温度は、凝固点よりも若干高い温度であるが、マイクロコンピュータ101内のROMに固定値としてあらかじめ書き込んでおいてもよいし、マイクロコンピュータ101内のRAMに任意の値を設定表示部117から設定可能としてもよい。
After the above processing is completed, the process returns to step (S01).
The temperature near the freezing point is slightly higher than the freezing point, but it may be written as a fixed value in the ROM in the
計測した温度が凝固点近傍の温度に達していない場合は、ステップ(S21)において、内槽容器62の内部に設けたヒータ132の加熱信号出力をOFFにする。また、設定表示部117に対し、ヒータ132をOFFにした表示信号を出力する。設定表示部117は、この信号を受けてヒータ132をOFFにしたことを表示する。そして、ステップ(S01)へ戻る。
When the measured temperature has not reached the temperature near the freezing point, the heating signal output of the
なお、ヒータ132はON/OFF制御でもよいが、計測した液体窒素130の温度の値と、凝固点近傍の温度との差から凝固点の温度以上にするためにヒータ132に通電する電流値を算出し、当該算出値を内蔵のD/A変換器によりアナログ信号に変換し、当該アナログ信号に対応した電流をヒータ132に通電することにより、より細かな温度制御を行うことができる。なお、図5の実施例では、ヒータ132は真空断熱容器61bにのみ備えているが、各真空断熱容器61aにも備えて、過冷却防止の加熱を行うよう構成してもよい。この場合は、ステップ(S15乃至S21)は、各真空断熱容器61aに備えたヒータ132ついてもその処理を行う。
Although the
以上のように、本発明の第一乃至第三の電気エネルギー創蓄電の系統のシステムの制御動作によれば、コントローラ100は、ブレーキペダル112が踏み込まれている場合、警報信号発生部114から前方車間距離や前方衝突などの警報が発生した場合及びブレーキペダル112が踏み込まれた後、ブレーキペダル112の踏み込みをやめ、かつ、その後もアクセルペダル110が踏み込まれていない場合は、発電機40、40を後輪7、7に連結して発電を行い、バッテリ20に充電するよう制御する。
As described above, according to the control operation of the system of the first to third electric energy generation / storage systems of the present invention, when the
また、ステップ(S02)において、アクセルペダル110が踏み込まれていない場合は、ただちに発電機40、40を後輪7、7に連結して発電を行い、回生ブレーキとして作用するとともに、バッテリ20に充電するよう制御することもできる。なお、ステップ(S05)において、ブレーキペダル112が踏み込まれている場合は、車両の制動は本システムとは別の油圧系統によりなされるため、回生発電とバランスをとるために回生発電量の調整を行うよう構成することもできる。
Further, in step (S02), when the
これにより、電気エネルギーを創蓄電するとともに、これらの場合において発電機40、40が制動装置として作用するため、車両の制動距離を短くすることができ、交通事故の発生を未然に防止すると共に、搭乗者の安全を確保することができるという大きな効果を奏する。
また、上記のような所定の場合の他に、必要があるときは、設定表示部117において発電モードに設定すると、設定が有効な期間中は、上記の場合以外に常時発電機40、40を後輪7、7に連結して発電を行い、創蓄電を行う。したがって、加速中に超電導発電を行うこともできる。
As a result, electric energy is created and stored, and in these cases, the
In addition to the above-described predetermined case, when it is necessary, the power generation mode is set in the
また、内槽容器62の内部の液体窒素130の温度を計測して、冷凍装置60の運転を制御することにより液体窒素130の温度管理を適切に行い、過冷却防止のためにヒータ132を用いて加熱することによって、液体窒素130の気化又は凝固を防止し、発電機40の超電導発電を不能とするトラブルを回避することができるという大きな効果を奏する。
Further, the temperature of the
以上の実施の形態において説明した本発明に係る電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォーム1は、上述した実施の形態に限られず、上述した実施の形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組合せを変更した構成、公知発明並びに上述した実施の形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組合せを変更したりした構成、等も含まれる。また、本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
The superconducting wound power storage system for electric vehicles and the
1 電動車両用の超電導式創蓄電システム及びプラットフォーム
2 車体
5 前輪
7 後輪
11 インホイルモータ
20 バッテリ
21 インバータ
22 DC−DCコンバータ
23〜25 コンバータ
30 ソーラーパネル
31 ソーラーセル
40 発電機
40a コアレス式永久磁石発電機
60 冷凍装置
61 真空断熱容器
61a、b 真空断熱容器
62 内槽容器
63 外槽容器
65 冷凍機
66 圧縮機
71 連結装置
72 車軸
80 風力発電機
90 太陽熱発電機
92 集光ミラー
100 コントローラ
101 マイクロコンピュータ
114 警報信号発生部
117 設定表示部
130 液体窒素
131 温度センサ
132 ヒータ
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