JP7495091B2 - 電動車両用の超電導式創蓄電システム - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
Claims (1)
- 冷媒が充填された断熱槽に浸漬設置されて超電導発電する一の発電機と、
前記断熱槽内に前記冷媒の温度を計測する温度センサと、前記冷媒を加熱する手段とを備え、前記冷媒を冷却することにより前記発電機を冷却する冷凍装置と、
前記発電機により発電された電気を充電する充電装置を備えたバッテリと、
駆動輪を駆動すると共に減速時に回生発電をするインホイール形の電動機と、
非駆動輪と前記発電機とを、連結又は連結解除する連結手段と、
システム全体の制御を行うコントローラと、を有し、
前記非駆動輪と前記発電機との連結手段は、左右の前記非駆動輪のそれぞれの回転を伝達する前記各非駆動輪のそれぞれの車軸と、前記各車軸の回転を統合する連結装置と、前記連結装置で統合された回転を前記発電機に伝達するギヤ装置と、から構成され、
前記コントローラは、ブレーキペダルの踏み込み検出手段からの踏み込み信号、又は警報信号発生部からの警報信号により前記発電機と前記非駆動輪とを連結し、アクセルペダルの踏み込み検出手段からの踏み込み信号により前記発電機と前記非駆動輪との連結を解除し、その後何れかの前記信号が到来するまでは前記発電機と前記非駆動輪との連結又は連結解除の状態を維持するよう制御し、
さらに、前記コントローラは、前記冷凍装置の前記温度センサにより計測した前記冷媒の温度が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前記冷媒を加熱する手段により加熱するよう制御することを特徴とする超電導式創蓄電システム。
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C11 | Written invitation by the commissioner to file amendments |
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C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
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A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
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A521 | Request for written amendment filed |
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R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
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