JP2004040933A

JP2004040933A - 車両用電力回生装置

Info

Publication number: JP2004040933A
Application number: JP2002196228A
Authority: JP
Inventors: Yoshimichi Sawara; 佐原　良通
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2002-07-04
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】本発明の目的は、電力回生開始時に制動効果によって、回転電機の回転速度が低下しても、所定の回転速度に低下するまで回転電機が発電機として動作し続けることができる車両用の車両用電力回生装置を提供することにある。
【解決手段】本発明は、車両が走行中に受ける走行風によって回転可能なファン１０と、回転電機２０と、電力回生回路３０と、バッテリ４０と、回転電機２０の回転速度を検出する回転速度検出器５０と、を備えている車両用電力回生装置１に関する。
この車両用電力回生装置１において、電力回生回路３０は、回転電機２０の回転速度が所定速度以上になった時に、電力回生を開始すると共に、電力回生開始時における回転電機２０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されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用電力回生装置に係り、特に、車両に配設された回転電機で発生した電力を回生するための車両用電力回生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電気自動車、ハイブリッド車、内燃機関自動車等の車両には、電力を回生するための車両用電力回生装置が備えられている。この車両用電力回生装置は、車両の駆動軸に連結された回転電機を利用して、車両の制動時における機械的エネルギを電力に変換し、この電力を回生してバッテリを充電するように構成されている。
【０００３】
そして、上記車両では、車両用電力回生装置を用いて電力を回生してバッテリを充電することで、バッテリの消費電力に対する充電電力の電力収支の向上が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車両用電力回生装置では、バッテリを充電するために、車両の駆動軸から得られる機械的エネルギが利用されており、車両が走行中に受ける走行風により得られる風力エネルギは有効活用されていなかった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、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ことができ、車両における電力収支を向上させることができる車両用電力回生装置を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、部品コストを増加させることなく、電力を回生させることができる車両用電力回生装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、請求項１に記載の車両用電力回生装置によれば、車両が走行中に受ける走行風によって回転可能なファンと、該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と、該回転電機で発生した電力を回生する電力回生回路と、該電力回生回路によって回生された電力を蓄積するバッテリと、を備えた車両用電力回生装置であって、前記電力回生回路は、前記回転電機の回転速度が所定速度以上になった時に、電力回生を開始すると共に、電力回生開始時における前記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されていること、により解決される。
【０００８】
このように、電力回生回路が、回転電機の回転速度が所定速度以上になった時に、電力回生を開始すると共に、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されていると、回転電機を発電機として動作させることによって回転速度が低下しても、所定の回転速度に低下するまで回転電機が発電機として動作し続けることができるので、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ことができ、車両における電力収支を向上させることができる。
【０００９】
また、前記課題は、請求項２に記載の車両用電力回生装置によれば、車両が走行中に受ける走行風によって回転可能なファンと、該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と、該回転電機で発生した電力を回生する電力回生回路と、該電力回生回路によって回生された電力を蓄積するバッテリと、を備えた車両用電力回生装置であって、前記電力回生回路は、前記車両の走行速度に応じて、電力回生の開始と終了とを切り替えるように構成されたこと、により解決される。
【００１０】
このように、電力回生回路が、車両の走行速度に応じて、電力回生の開始と終了とを切り替えるように構成されていると、車両の走行状態に応じて電力を回生するように制御することが可能になるので、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ことができ、車両における電力収支を向上させることができる。
【００１１】
また、回転速度を検出するための回転速度検出器を回転電機に取り付けなくて済むので、回転電機の構造を簡略化することができ、部品コストを増加させることなく、電力を回生させることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の車両用電力回生装置のように、請求項１又は請求項２に記載の車両用電力回生装置において、ファンが車両に配設されたラジエータを冷却させるためのラジエータ冷却用ファンで構成され、回転電機がラジエータ冷却用ファンを回転駆動させるために車両に配設されたファンモータで構成されていると、車両に既存のラジエータ冷却用ファンおよびラジエータ冷却用ファンモータを、本車両用電力回生装置のファン及び回転電機として用いることができるので、部品コストを増加させることなく、電力を回生させることができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の車両用電力回生装置のように、請求項１又は請求項２に記載の車両用電力回生装置において、ファンが車両に配設された車両用空調装置の送風用ブロワファンで構成され、回転電機が送風用ブロワファンを回転駆動させるために車両に配設されたブロワモータで構成されていると、車両に既存の送風用ブロワファンおよびブロワモータを、本車両用電力回生装置のファン及び回転電機として用いることができるので、部品コストを増加させることなく、電力を回生させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
【００１５】
図１乃至図４は本発明の第一実施形態を示す図で、図１は車両用電力回生装置の全体構成を示すブロック図、図２は車両用電力回生装置を車両に搭載した状態を示す説明図、図３は電力回生回路の構成をより具体的に示す回路図、図４は車両用電力回生装置の動作を示すフローチャートである。また、図５乃至図７は本発明の第二実施形態を示す図で、図５は車両用電力回生装置の全体構成を示すブロック図、図６は車両用電力回生装置を車両に搭載した状態を示す説明図、図７は電力回生回路の構成をより具体的に示す回路図である。
【００１６】
（第一実施形態）
図１に示す本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１は、ハイブリッドカーや、内燃機関自動車等の車両において、電力の回生に用いられるものであり、ファン１０と、回転電機としてのファンモータ２０と、電力回生回路３０と、バッテリ４０と、回転速度検出器５０と、を有して構成されている。
【００１７】
ファン１０は、図２に示すように、例えば、車両６００の前方に搭載されたラジエータ６１０を冷却するためのものであり、回転軸１１と、この回転軸１１に放射状に配設された複数の羽根１２とから構成されている。また、ファン１０は、ファンモータ２０に連結され、車両が走行中に受ける走行風によって回転することができるように構成されている。
【００１８】
ファンモータ２０は、図３に示すように、複数相の電機子巻線２１ａ，２１ｂを有して構成されたステータ２２と、永久磁石で構成されると共にファン１０に連結されたロータ２３とからなるブラシレスモータで構成され、ファン１０を回転駆動させると共に、ファン１０の走行風による回転に伴って電力を発生することができるように構成されている。
【００１９】
電力回生回路３０は、ファンモータ２０を回転駆動させると共に、ファンモータ２０で発生した電力をバッテリ４０に回生するための電気回路で、中央制御回路部３１と、切替器３２と、モータ回路部３３と、を有して構成されている。
【００２０】
中央制御回路部３１は、ＣＰＵ等の演算処理回路を有して構成されたものであり、ラジエータ６１０の内部に配設された図示しない冷却水温度センサなど、車両６００に配設された図示しない種々のセンサからの入力信号や、回転速度検出器５０から出力される回転速度信号を入力して、切替器３２にモータ駆動動作信号および電力回生動作信号を出力することができるようになっていると共に、切替器３２を介して、後述するドライバ３４にモータ駆動指令信号および電力回生指令信号を出力することができるようになっている。
【００２１】
切替器３２は、例えば、リレースイッチ、トランジスタや、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（ベース端子絶縁形バイポーラトランジスタ）等からなるスイッチで構成され、中央制御回路部３１からのモータ駆動動作信号または電力回生動作信号に応じて、回路切替動作を行い、ドライバ３４にモータ駆動切替信号または電力回生切替信号を出力することができるようになっている。
【００２２】
モータ回路部３３は、ブラシレスモータ用の半波駆動回路で構成されており、ドライバ３４と、スイッチング素子３５ａ，３５ｂと、ダイオード３６ａ，３６ｂと、を有して構成されている。
【００２３】
ドライバ３４は、所定の入力信号に応じて電気的な処理を行うことが可能なＩＣで構成され、切替器３２からの切替信号に応じて、モータ駆動動作待機状態と電力回生動作待機状態とに切り替えることができるようになっている。
【００２４】
また、ドライバ３４は、モータ駆動動作待機状態にあるときに、中央制御回路部３１からのモータ駆動指令信号を入力することによりモータ駆動モードになり、モータ駆動用ドライバとして動作することができるようになっており、また、電力回生動作待機状態にあるときに、中央制御回路部３１からの電力回生指令信号を入力することにより電力回生モードになり、電力回生用ドライバとして動作できるようになっている。
【００２５】
さらに、ドライバ３４は、回転速度検出器５０からのロータ位置検出信号を入力することにより、モータ駆動動作および電力回生動作に応じたスイッチング信号やチョッパ信号をスイッチング素子３５ａ，３５ｂのベース端子に出力することができるようになっている。
【００２６】
スイッチング素子３５ａ，３５ｂは、トランジスタで構成されており、スイッチング素子３５ａ，３５ｂのコレクタ端子は陽極電源線３７に、エミッタ端子は電機子巻線２１ａ，２１ｂに、ベース端子はドライバ３４にそれぞれ接続されている。
【００２７】
このように接続されることにより、スイッチング素子３５ａ，３５ｂは、陽極電源線３７から電機子巻線２１ａ，２１ｂへの電流の供給、停止をそれぞれスイッチングすることができるようになっている。
【００２８】
なお、本実施形態では、スイッチング素子３５ａ，３５ｂにトランジスタが用いられているが、その他、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（ベース端子絶縁形バイポーラトランジスタ）が用いられても良い。
【００２９】
ダイオード３６ａ，３６ｂは、順方向にのみ電流を流すことができる整流素子で構成され、スイッチング素子３５ａ，３５ｂのコレクタ端子−エミッタ端子間において、陽極電源線３７から陽極電源線３８への電流の流れに対して逆方向になるように並列接続されている。
【００３０】
このように接続されることにより、ダイオード３６ａ，３６ｂは、スイッチング素子３５ａ，３５ｂがオフのときに、電機子巻線２１ａ，２１ｂから流れる電流を陽極電源線３７に流すことができるようになっている。
【００３１】
なお、本実施形態では、切替器３２が中央制御回路部３１とドライバ３４の間に接続されるようになっているが、ドライバ３４内部に構成された所定の電気回路の中に切替器３２が組み込まれるように構成されていても良く、また、スイッチング素子３５ａ，３５ｂとドライバ３４との間に接続されるように構成されていても良い。
【００３２】
バッテリ４０は、車載用の直流型蓄電池で構成され、ファンモータ２０に所定の電圧を出力すると共に、電力回生回路３０によって回生された電力を蓄積することができるように構成されている。また、バッテリ４０は、図２に示すように、車両６００のエンジン６２０が搭載されたエンジンルーム内に配設されている。
【００３３】
回転速度検出器５０は、例えば、図３に示すファンモータ２０に一体に組み込まれたホール素子等で構成され、ロータ２３に配設された図示しない位置検出用マグネットから発せられる磁界の変化を検出して、ロータ位置検出信号をドライバ３４に出力することができるようになっている。また、回転速度検出器５０からの出力信号は、図１に示すように、回転速度信号として中央制御回路部３１にも出力されるようになっている。
【００３４】
なお、本実施形態では、回転速度検出器５０からの出力信号が、中央制御回路部３１に直接出力されるようになっているが、ドライバ３４にて所定の処理を施された後に、中央制御回路部３１に出力されるようになっていても良い。
【００３５】
そして、上記各構成により、車両用電力回生装置１は、車両６００に配設された図示しない種々のセンサからの入力信号や、回転速度検出器５０から出力される回転速度信号に応じて、ファンモータ２０を駆動させる動作（以下、モータ駆動動作と言う）と、ファンモータ２０からの電力を回生する動作（以下、電力回生動作と言う）とを切り替えて行うことができるようになっている。
【００３６】
以下に、本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１のモータ駆動動作および電力回生動作について説明する。
【００３７】
はじめに、車両用電力回生装置１のモータ駆動動作について説明する。
図３に示す中央制御回路部３１は、ラジエータ６１０の内部に配設された図示しない冷却水温度センサからの検出信号を所定の間隔で入力し、冷却水の温度が規定値を上回っていると判断した場合には、切替器３２にモータ駆動動作信号を出力する。
【００３８】
切替器３２は、中央制御回路部３１から出力されたモータ駆動動作信号を入力すると、回路切替動作を行い、ドライバ３４に、バッテリ４０からの電流をファンモータ２０に流すべくモータ駆動切替信号を出力する。
【００３９】
ドライバ３４は、切替器３２から出力されたモータ駆動切替信号を入力すると、モータ駆動動作待機状態になり、中央制御回路部３１からのモータ駆動指令信号の入力を待つ。
【００４０】
そして、中央制御回路部３１は、冷却水温度センサからの検出信号に基づいて、ラジエータ６１０を冷却すべきと判断した場合には、切替器３２を介してドライバ３４にモータ駆動指令信号を出力する。
【００４１】
ドライバ３４は、中央制御回路部３１から出力されたモータ駆動指令信号を入力すると、モータ駆動モードになり、回転速度検出器５０からの回転速度信号に基づいて、スイッチング素子３５ａ，３５ｂの各ベース端子に、所定の順序でチョッパ信号を出力する。
【００４２】
このようにして、スイッチング素子３５ａ，３５ｂのベース端子にそれぞれ入力されたチョッパ信号が、ロータ２３の位置に応じて順次切り替わると、スイッチング素子３５ａ，３５ｂのコレクタ−エミッタ間がオン・オフを繰返し、バッテリ４０の陽極から陽極電源線３７に流れた電流が、所定の順序で電機子巻線２１ａ，２１ｂに流れる。
【００４３】
そして、電機子巻線２１ａ，２１ｂに所定の順序で電流が流れると、電機子巻線２１ａ，２１ｂのうち、電流が流れた電機子巻線とロータ２３の永久磁石とが吸引、反発し、ロータ２３が一定の速度で回転し、これによりファン１０が回転する。
【００４４】
このようにして、車両用電力回生装置１は、ファン１０を回転させることにより、図２に示すラジエータ６１０に冷却風を吹き付けて、ラジエータ６１０を冷却させることができる。
【００４５】
次に、車両用電力回生装置の電力回生動作について説明する。
図３に示す中央制御回路部３１は、ラジエータ６１０の内部に配設された図示しない冷却水温度センサからの検出信号や車両の走行速度センサ等から出力される信号を所定の間隔で入力し、車両走行中において、冷却水の温度が規定値を下回っていると判断した場合には、切替器３２に電力回生動作信号を出力する。
【００４６】
切替器３２は、中央制御回路部３１から出力された電力回生動作信号を入力すると、回路切替動作を行い、ドライバ３４に、バッテリ４０からファンモータ２０への電力供給を停止すべく電力回生切替信号を出力する。これにより、ファン１０およびファンモータ２０は、外力により回転可能な状態になる。
【００４７】
ドライバ３４は、切替器３２から出力された電力回生切替信号を入力すると、電力回生動作待機状態になり、中央制御回路部３１からの電力回生指令信号の入力を待つ。一方、中央制御回路部３１は、切替器３２を介してドライバ３４に電力回生指令信号を出力することができるように待機する。
【００４８】
ここで、図４に、車両用電力回生装置１の電力回生動作を表すフローチャートを示す。以下、図４を適宜参照しながら、車両用電力回生装置１の電力回生動作について説明する。
【００４９】
まず、車両６００が高速走行を行うと、図２に示すように、車両６００の前方からエンジンルーム内に走行風が流入し、この走行風がラジエータ６１０を通過してファン１０に吹き付けられる。
【００５０】
このようにして、ファン１０に走行風が吹き付けられると、ファン１０がモータ駆動時における回転方向と同じ方向に回転する。そして、ファン１０が走行風により回転すると、図３に示すファンモータ２０のロータ２３は、モータ駆動時における回転方向と同じ方向に回転する。
【００５１】
このとき、回転速度検出器５０は、ファンモータ２０の回転速度を検出し、回転速度に応じた回転速度信号をドライバ３４および中央制御回路部３１にそれぞれ出力する。
【００５２】
そして、中央制御回路部３１は、電力回生指令信号の出力待機状態で、ファンモータ２０の回転速度に応じて出力される回転速度信号を回転速度検出器５０から入力し、ファンモータ２０の回転速度を検出する（図４のステップＳ１）。
【００５３】
次に、中央制御回路部３１は、入力した回転速度信号をカウントして演算することにより、ファンモータ２０の回転速度を把握し、この回転速度が規定値を上回っているか否かを判断する（図４のステップＳ２）。
【００５４】
そして、中央制御回路部３１は、ファンモータ２０の回転速度が依然として規定値を下回ったままであると判断した場合には、ファンモータ２０にて発生する電力が回生するに十分でないため、そのまま電力回生指令信号を出力せずに待機する。
【００５５】
一方、中央制御回路部３１は、ファンモータ２０の回転速度が規定値を上回ったと判断した場合には、ファンモータ２０にて発生する電力が回生するに十分であるため、切替器３２を介してドライバ３４に電力回生指令信号を出力する。
【００５６】
ドライバ３４は、中央制御回路部３１から出力された電力回生指令信号を入力すると、電力回生モードになり、電力の回生を開始する（図４のステップＳ３）。
【００５７】
そして、ドライバ３４は、回転速度検出器５０から出力された回転速度信号に基づいて、スイッチング素子３５ａ，３５ｂの各ベース端子に、所定の順序でスイッチング信号を出力する。
【００５８】
このようにして、スイッチング素子３５ａ，３５ｂのベース端子にスイッチング信号が入力されると、スイッチング素子３５ａ，３５ｂは、スイッチング信号に応じて、コレクタ端子−エミッタ端子間の導通、遮断を繰返し行う。
【００５９】
ここで、ファン１０が走行風を受けることにより、ファンモータ２０のロータ２３が、駆動時における回転方向と同じ方向に回転すると、ロータ２３に配設された永久磁石によってステータ２２に磁界の変化が与えられ、各電機子巻線２１ａ，２１ｂを貫く磁束が変化する。そして、各電機子巻線２１ａ，２１ｂを貫く磁束が変化することにより、各電機子巻線２１ａ，２１ｂに、短絡電流を流しつづけようとする極性の誘導起電力が生じる。
【００６０】
そして、ロータ２３が回転している状態において、スイッチング素子３５ａのベース端子に入力されたスイッチング信号がＨＩＧＨレベルになると、スイッチング素子３５ａの各コレクタ−エミッタ間が導通するので、電機子巻線２１ａ，２１ｂに生じた誘起電圧による電流が、スイッチング素子３５ａおよびダイオード３６ｂを介して電機子巻線２１ａ，２１ｂに順次流れた後、短絡電流として再び電機子巻線２１ａ，２１ｂに流れる。この短絡電流は、電機子巻線２１ａ，２１ｂにおいて、エネルギとして蓄積される。
【００６１】
その後、スイッチング素子３５ａのベース端子に入力されたスイッチング信号がＬＯＷレベルになると、電機子巻線２１ａ，２１ｂに流れる電流が減少するため、上記誘起電圧に、さらに電機子巻線２１ａ，２１ｂにおける自己誘導作用による誘起電圧が加えられて昇圧される。そして、この昇圧された回生電圧によって、電機子巻線２１ａ，２１ｂから流れる電流が、ダイオード３６ｂを介して陽極電源線３７に流れ、バッテリ４０に回生される。
【００６２】
そして、ドライバ３４からのスイッチング信号を所定周波数からなるチョッパ信号としてスイッチング素子３５ａに出力することにより、ロータ２３の位置に応じた電機子巻線２１ａ，２１ｂによる発電動作と、昇圧チョッパ動作が同時に行なわれることになるので、電機子巻線２１ａ，２１ｂにて発電される回生電圧をバッテリ４０の出力電圧よりも高く維持することができ、これにより、バッテリ４０を充電することができる。
【００６３】
また、回生電圧の回生効率を向上させるためには、スイッチング素子３５ａのベース端子に出力するチョッパ信号のデューティ比（信号のＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルの時間的比率）を高くしておけば良い。
【００６４】
そして、本実施形態では、ファン１０が外力によって回転し、ファンモータ２０が発電している間においても、中央制御回路部３１は、ファンモータ２０の回転速度に応じて出力される回転速度信号を回転速度検出器５０から入力し、ファンモータ２０の回転速度を検出する（図４のステップＳ４）。
【００６５】
ここで、上記のように、回生電圧の回生効率を向上させるためには、スイッチング素子３５ａのベース端子に出力するチョッパ信号のデューティ比を高くする必要があるが、このようにすると、一般的にステータ２２とロータ２３との間に働く制動力が強くなるため、ファンモータ２０の回転数が低下する。
【００６６】
従って、本実施形態では、電力回生回路３０により電力回生を開始した直後に、ファンモータ２０の回転速度が低下しても、直ちに電力回生が終了してしまうことのないように、電力回生回路３０の電力回生開始時におけるファンモータ２０の回転速度よりも遅い速度で、電力回生回路３０の電力回生を終了させるようにしている。
【００６７】
例を上げて具体的に説明すると、中央制御回路部３１は、ファンモータ２０の回転速度が１０００ｒｐｍ以上のときに、切替器３２を介してドライバ３４に電力回生指令信号を出力するようになっており、また、ファンモータ２０の電力回生開始時における回転速度よりも遅い５００ｒｐｍ以下になったときに、ドライバ３４への電力回生指令信号の出力を停止するようになっている。
【００６８】
このように、中央制御回路部３１は、電力回生開始時におけるファンモータ２０の回転速度よりも遅い速度で、電力回生を終了することができるので、ファンモータ２０を発電機として動作させることによって回転速度が低下しても、所定の回転速度に低下するまでファンモータ２０が発電機として動作し続けることができ、これにより、ファンモータ２０において発生した電力を効率良く回生することができる。
【００６９】
そして、中央制御回路部３１は、入力した回転速度信号をカウントして演算することにより、ファンモータ２０の回転速度を把握し、車両６００の走行速度低下などにより、電力回生時におけるファンモータ２０の回転速度が規定値を下回っているか否かを判断する（図４のステップＳ５）。
【００７０】
そして、中央制御回路部３１は、ファンモータ２０の回転速度が依然として規定値を上回ったままであると判断した場合には、ファンモータ２０にて発生する電力を回生するため、そのまま電力回生動作信号の出力を停止せずに、回転速度を検出し続ける。
【００７１】
一方、中央制御回路部３１は、ファンモータ２０の回転速度が規定値を下回ったと判断した場合には、ファンモータ２０にて発生する電力が回生するに十分でないため、ドライバ３４への電力回生指令信号の出力を停止し、電力の回生を終了する（図４のステップＳ６）。
【００７２】
そして、車両６００の走行速度低下などにより、エンジン６２０の温度が上昇し、ラジエータ６１０を冷却する場合には、ファンモータ２０を電動機として回転駆動させる必要があるので、電力回生動作を終了しモータ駆動動作に移行するか、このまま電力回生動作を継続するかの判断を行う（図４のステップＳ７）。
【００７３】
そして、ファンモータ２０を発電機として引き続き動作させる場合には、電力回生動作を継続し、ファンモータ２０を電動機として回転駆動させる必要がある場合には、電力回生動作を終了する。
【００７４】
このように、本実施形態の車両用電力回生装置１によれば、電力回生回路３０が、ファンモータ２０の回転速度が所定速度以上になった時に、電力回生を開始すると共に、電力回生開始時におけるファンモータ２０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されているので、ファンモータ２０を発電機として動作させることによって回転速度が低下しても、所定の回転速度に低下するまでファンモータ２０が発電機として動作し続けることができ、これにより、回転電機において発生した電力を効率良く回生することができるため、車両における電力収支を向上させることができる。
【００７５】
（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置について説明する。
図５に示す符号１０１は、本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置である。本実施形態に係る車両用電力回生装置１０１は、ファン１１０、回転電機としてのブロワモータ１２０、電力回生回路１３０、バッテリ１４０、走行速度検出器１５０と、を有して構成されている。
【００７６】
ファン１１０は、図６に示すように、例えば、車両７００に搭載された車両用空調装置７１０において、車内に空気を送り込むためのものであり、回転軸１１１と、この回転軸１１１に放射状に配設された複数の羽根１１２とから構成されている。また、ファン１１０は、ブロワモータ１２０に連結され、車両が走行中に受ける走行風によって回転することができるように構成されている。
【００７７】
ブロワモータ１２０は、図７に示すように、永久磁石からなるステータ１２２と、３相の電機子巻線１２１およびコンミテータ１２５からなるロータ１２３と、ブラシ１２４ａ，１２４ｂと、を備えた直流型回転電機で構成され、ファン１１０を回転駆動させると共に、ファン１１０の走行風による回転に伴って電力を発生することができるように構成されている。
【００７８】
ブラシ１２４ａ，１２４ｂは、図示しないスプリング等でコンミテータ１２５に押圧当接され、これにより、バッテリ１４０から流れる電流がコンミテータ１２５を介して各電機子巻線１２１に流れるようになっている。
【００７９】
電力回生回路１３０は、ブロワモータ１２０を回転駆動させると共に、ブロワモータ１２０で発生した電力をバッテリ１４０に回生するための電気回路で、中央制御回路部１３１と、切替器１３２と、モータ回路部１３３と、を有して構成されている。
【００８０】
中央制御回路部１３１は、ＣＰＵ等の演算処理回路を有して構成されたものであり、車両用空調装置７１０の動作信号や、走行速度検出器１５０から出力される走行速度信号を入力して、切替器１３２にモータ駆動動作信号および電力回生動作信号を出力すると共に、後述するチョップ部１３５をチョッパ制御させるためのチョッパ信号を出力することができるように構成されている。
【００８１】
切替器１３２は、図７に示すように、端子１３２ａ，端子１３２ｂ，共通端子１３２ｃを有して構成され、中央制御回路部１３１からのモータ駆動動作信号または電力回生動作信号に応じて、共通端子１３２ｃとの接続を端子１３２ａ若しくは端子１３２ｂに切り替えることができるように構成されている。なお、切替器１３２は、好ましくはリレースイッチが用いられるが、他にも、トランジスタや、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（ベース端子絶縁形バイポーラトランジスタ）が用いられても良い。
【００８２】
そして、切替器１３２の端子１３２ａは、陽極電源線１３７を介してバッテリ１４０の陽極端子に接続され、端子１３２ｂは、ダイオード１３６のアノード端子に接続されている。また、切替器１３２の共通端子１３２ｃは、ブロワモータ１２０のブラシ１２４ａに接続され、ブラシ１２４ｂは、陰極電源線１３８を介してバッテリ１４０の陰極端子に接続されている。
【００８３】
モータ回路部１３３は、チョップ部１３５と、ダイオード１３６と、各電源線１３７，１３８，１３９とからなる電気回路で構成され、ブロワモータ１２０で発生した電力を回生すると共に、切替器１３２の切替動作に応じて、ブロワモータ１２０への電力供給及び電力回生を行うことができるように構成されている。
【００８４】
チョップ部１３５は、トランジスタで構成されており、中央制御回路部１３１からのチョッパ信号をベース端子に入力することにより、コレクタ端子−エミッタ端子間の導通、遮断を切り替えることができるように構成されている。すなわち、チョップ部１３５のベース端子にＨＩＧＨレベル信号が入力されると、コレクタ−エミッタ間が導通し、チョップ部１３５のベース端子にＬＯＷレベル信号が入力されると、コレクタ端子−エミッタ端子間が遮断するように構成されている。
【００８５】
そして、チョップ部１３５のベース端子は、中央制御回路部１３１に接続され、コレクタ端子は、ダイオード１３６と切替器１３２の端子１３２ｂとの間に接続され、エミッタ端子は、陰極電源線１３８に接続されている。
【００８６】
なお、本実施形態では、チョップ部１３５にトランジスタが用いられているが、その他、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、ＩＧＢＴ（ベース端子絶縁形バイポーラトランジスタ）が用いられても良い。
【００８７】
ダイオード１３６は、順方向にのみ電流を流すことができる整流素子で構成され、そのカソード端子が電力回生用電源線１３９を介して陽極電源線１３７に接続されることにより、バッテリ１４０からの電流の流れに対して逆方向になるように配線接続されている。
【００８８】
バッテリ１４０は、車載用の直流型蓄電池で構成され、ブロワモータ１２０に所定の電圧を出力すると共に、電力回生回路１３０によって回生された電力を蓄積することができるように構成されている。また、バッテリ１４０は、図６に示すように、車両７００に形成されたエンジンルーム内の所定箇所に配設されている。
【００８９】
走行速度検出器１５０は、車両７００の駆動系に配設された車輪速度センサ等で構成され、車両７００の走行速度に応じた走行速度信号を中央制御回路部１３１に出力することができるようになっている。
【００９０】
そして、上記各構成により、車両用電力回生装置１０１は、車両用空調装置７１０の動作信号や、走行速度検出器１５０から出力される走行速度信号に応じて、ブロワモータ１２０を駆動させる動作（以下、モータ駆動動作と言う）と、ブロワモータ１２０からの電力を回生する動作（以下、電力回生動作と言う）とを切り替えて行うことができるようになっている。
【００９１】
以下に、本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１のモータ駆動動作および電力回生動作について説明する。
【００９２】
はじめに、車両用電力回生装置１０１のモータ駆動動作について説明する。
図７に示す中央制御回路部１３１は、車両用空調装置７１０の動作信号を入力した場合には、切替器１３２に、モータ駆動動作信号を出力する。
【００９３】
切替器１３２は、中央制御回路部１３１から出力されたモータ駆動動作信号を入力すると、端子１３２ａと共通端子１３２ｃとを接続するように回路切替動作を行う。
【００９４】
この回路切替動作によって、端子１３２ａと共通端子１３２ｃとが接続されると、バッテリ１４０の電圧が、ブロワモータ１２０のブラシ１２４ａ，１２４ｂ間に印加され、バッテリ１４０の陽極端子からブラシ１２４ａに電流が流れる。
【００９５】
ブラシ１２４ａに流れてきた電流は、コンミテータ１２５によって各電機子巻線１２１に整流され、これにより、電流が流れた電機子巻線１２１は磁界を発生する。そして、電機子巻線１２１から生ずる磁界と、ステータ１２２に発生する磁界との吸引、反発力によりロータ１２３が回転し、この回転力がファン１１０に伝達されてファン１１０が回転する。
【００９６】
このようにして、車両用電力回生装置１０１は、ファン１１０を回転させることにより、図６に示す車両用空調装置７１０の空気吹出口７１１から車両７００の車内に空気を送り出すことができる。
【００９７】
次に、車両用電力回生装置１０１の電力回生動作について説明する。
図７に示す中央制御回路部１３１は、車両用空調装置７１０の動作信号が入力されていない場合には、切替器１３２に電力回生動作信号を出力する。
【００９８】
切替器１３２は、中央制御回路部１３１から出力された電力回生動作信号を入力することにより、回路切替動作を行う。この回路切替動作によって、端子１３２ａと共通端子１３２ｃとの接続が解除され、端子１３２ｂと共通端子１３２ｃとが接続されると、バッテリ１４０からブロワモータ１２０への電力供給が停止されてファン１１０が外力により回転可能な状態になる。
【００９９】
そして、ファン１１０が外力により回転可能な状態にあるときに、中央制御回路部１３１は、チョップ部１３５にチョッパ信号を出力することができるように待機する。
【０１００】
ここで、ファン１１０が外力により回転可能な状態にあるときに、車両７００が高速走行を行うと、図６に示すように、車両７００の前方からエンジンルーム内に走行風が流入し、この走行風が車両用空調装置７１０の外気取入口７１２を通過してファン１１０に吹き付けられる。
【０１０１】
このようにして、ファン１１０に走行風が吹き付けられると、ファン１１０がモータ駆動時における回転方向と同じ方向に回転する。そして、ファン１１０が走行風により回転すると、図７に示すブロワモータ１２０のロータ１２３は、モータ駆動時における回転方向と同じ方向に回転する。
【０１０２】
このとき、回転速度検出器５０は、車両７００の走行速度を検出し、走行速度に応じた走行速度信号を中央制御回路部１３１に出力する。そして、中央制御回路部３１は、チョッパ信号の出力待機状態で、車両７００の走行速度に応じて出力される走行速度信号を走行速度検出器１５０から入力し、車両７００の走行速度を検出する。
【０１０３】
次に、中央制御回路部１３１は、入力した走行速度信号をカウントして演算することにより、車両７００の走行速度を把握し、この走行速度が規定値を上回っているか否かを判断する。
【０１０４】
そして、中央制御回路部１３１は、車両７００の走行速度が規定値を下回っている場合には、ブロワモータ１２０に十分な走行風が吹き付けられておらず、これにより、ブロワモータ１２０にて発生する電力が回生するに十分でないと判断し、そのままチョッパ信号を出力せずに待機する。
【０１０５】
一方、中央制御回路部１３１は、車両７００の走行速度が規定値（例えば時速８０ｋｍ）を上回った場合には、ブロワモータ１２０に十分な走行風が吹き付けられており、これにより、ブロワモータ１２０にて発生する電力が回生するに十分であると判断し、チョップ部１３５にチョッパ信号を出力する。これにより、電力回生回路１３０は、電力回生モードになり、電力回生を開始する。
【０１０６】
そして、チョップ部１３５は、ベース端子にチョッパ信号が入力されると、その信号に応じて、コレクタ端子−エミッタ端子間の導通、遮断を繰返し行う。
【０１０７】
ここで、ファン１１０が走行風を受けることにより、ブロワモータ１２０のロータ１２３が、駆動時における回転方向と同じ方向に回転すると、ステータ１２２の永久磁石によってロータ１２３に磁界の変化が与えられ、各電機子巻線２１ａ，２１ｂを貫く磁束が変化する。そして、各電機子巻線２１ａ，２１ｂを貫く磁束が変化することにより、各電機子巻線２１ａ，２１ｂに、短絡電流を流しつづけようとする極性の誘導起電力が生じる。
【０１０８】
そして、ロータ１２３が回転している状態において、チョップ部１３５のベース端子に入力されたチョッパ信号がＨＩＧＨレベルになると、チョップ部１３５のコレクタ端子−エミッタ端子間が導通するので、ブラシ１２４ａ，１２４ｂ間に生じた誘起電圧によってブラシ２４ａから流れ出た電流は、チョップ部１３５のコレクタ端子−エミッタ端子間を流れ、短絡電流としてブラシ１２４ｂに流れる。
【０１０９】
このブラシ１２４ｂに流れてきた短絡電流は、電機子巻線１２１のうち、所定の電機子巻線を介して再びブラシ１２４ａに流れる。このように、ベース端子に入力されたチョッパ信号がＨＩＧＨレベルにあるときは、電機子巻線１２１のうち、所定の電機子巻線に短絡電流が流れてエネルギが蓄積される。
【０１１０】
その後、中央制御回路部１３１からチョップ部１３５のベース端子に入力されたチョッパ信号がＬＯＷレベルになると、電機子巻線１２１に流れる電流が減少するため、上記誘起電圧に、さらに電機子巻線１２１における自己誘導作用による誘起電圧が加えられて昇圧される。そして、この昇圧された回生電圧によって、電機子巻線１２１から流れる電流が、ダイオード１３６を介して陽極電源線１３７に流れ、バッテリ１４０に回生される。
【０１１１】
そして、中央制御回路部１３１からのチョッパ信号を、所定周波数を伴うようにして出力することにより、ロータ１２３の位置に応じた電機子巻線１２１による発電動作と、昇圧チョッパ動作が同時に行なわれることになるので、電機子巻線１２１にて発電される回生電圧をバッテリ１４０の出力電圧よりも高く維持することができ、これにより、バッテリ１４０を充電することができる。
【０１１２】
このようにして、車両用電力回生装置１０１は、車両７００の速度がそれほど速くないときでも、ブロワモータ１２０で発生した電圧を昇圧させることにより、回生電圧をバッテリ１４０の出力電圧よりも高く維持することができるので、バッテリ１４０を充電することができる。
【０１１３】
また、回生電圧が、バッテリ１４０の定格電圧を超えてしまうような場合には、チョップ部１３５のベース端子に出力するチョッパ信号のデューティ比を下げれば良い。このようにすれば、バッテリ１４０には、デューティ比に相応した平均電圧が印加されるため、回生電圧をバッテリ１４０の定格内に納めることが可能になる。
【０１１４】
そして、中央制御回路部１３１は、入力した走行速度信号をカウントして演算することにより、車両７００の走行速度を把握し、走行速度が規定値を下回っているか否かを判断する。
【０１１５】
そして、中央制御回路部１３１は、走行速度が依然として規定値を上回ったままであると判断した場合には、ブロワモータ１２０にて発生する電力を回生するため、そのままチョッパ信号の出力を停止せずに、走行速度を検出し続ける。
【０１１６】
一方、中央制御回路部１３１は、ブロワモータ１２０の走行速度が規定値を下回ったと判断した場合には、ファン１１０に走行風が十分に吹き付けられておらず、ブロワモータ１２０にて発生する電力が回生するに十分でないため、チョップ部１３５へのチョッパ信号の出力を停止し、電力の回生を終了する。
【０１１７】
なお、車両用電力回生装置１０１による電力回生中に、車両用空調装置７１０の動作信号が中央制御回路部１３１に入力された場合には、車両用電力回生装置１０１は、電力回生を終了し、モータ駆動動作に移行する。
【０１１８】
このように、本実施形態の車両用電力回生装置１０１によれば、車両７００の走行速度を走行速度検出器１５０を用いて検出し、これによって検出された信号に基づいて電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしているので、車両７００の走行状態に応じた電力回生を行うことができる。これにより、電力回生を効率良く行うことができるので、車両７００における電力収支を向上させることができる。
【０１１９】
なお、本発明の第二実施形態において、電力回生回路１３０の電力回生開始時における走行速度よりも遅い速度で、電力回生回路１３０の電力回生を終了させるようにしても良い。
【０１２０】
例を上げて具体的に説明すると、中央制御回路部１３１は、例えば、車両７００の走行速度が８０ｋｍ／ｈ以上のときに、電力回生回路１３０の電力回生を開始すべく、チョップ部１３５にチョッパ信号を出力するようにし、走行速度が７０ｋｍ／ｈ以下になったときに、電力回生回路１３０の電力回生を終了すべく、チョップ部１３５へのチョッパ信号の出力を停止するようにしても良い。
【０１２１】
このように、中央制御回路部１３１は、電力回生開始時における車両７００の走行速度よりも遅い速度で、電力回生を終了することができると、電力回生回路１３０により電力回生を開始した直後に、車両７００の走行速度が低下しても、所定の走行速度に低下するまでブロワモータ１２０が発電機として動作し続けることができるので、ブロワモータ１２０において発生した電力を効率良く回生することができる。
【０１２２】
上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（イ）図１，図２に示すように、本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１には、車両６００が走行中に受ける走行風によって回転可能なファン１０と、ファン１０の走行風による回転に伴って電力を発生するファンモータ２０と、ファンモータ２０で発生した電力を回生する電力回生回路３０と、電力回生回路３０によって回生された電力を蓄積するバッテリ４０と、が備えられているので、車両６００が走行中に受ける走行風により得られる風力エネルギを用いて電力を回生することができ、車両６００における電力収支を向上させることができる。
【０１２３】
（ロ）また、車両用電力回生装置１によれば、車両６００に既存のラジエータ冷却用ファンおよびラジエータ冷却用ファンモータを、電力を回生するためのファン及び回転電機として用いることができるので、部品コストを増加させることなく、電力を回生させることができる。
【０１２４】
（ハ）また、車両用電力回生装置１は、回転速度検出器５０で検出された回転速度検出信号に応じて、電力回生回路３０による電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしているので、ファンモータ２０の回転状態に応じた電力回生を行うことができ、これにより、電力回生を効率良く行うことができる。
【０１２５】
（ニ）特に、車両用電力回生装置１では、中央制御回路部３１が、電力回生開始時におけるファンモータ２０の回転速度よりも遅い速度で、電力回生を終了することができるので、ファンモータ２０が通電されて電動機として回転駆動している状態から電源を遮断して発電機として動作させることによって回転速度が低下しても、所定の回転速度に低下するまでファンモータ２０が発電機として動作し続けることができ、これにより、ファンモータ２０において発生した電力を効率良く回生することができる。
【０１２６】
（ホ）図５，図６に示すように、本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１には、車両７００が走行中に受ける走行風によって回転可能なファン１１０と、ファン１１０の走行風による回転に伴って電力を発生するブロワモータ１２０と、ブロワモータ１２０で発生した電力を回生する電力回生回路１３０と、電力回生回路１３０によって回生された電力を蓄積するバッテリ１４０と、が備えられているので、車両７００が走行中に受ける走行風により得られる風力エネルギを用いて電力を回生することができ、車両７００における電力収支を向上させることができる。
【０１２７】
（ヘ）また、モータ回転速度を検出するための回転速度検出器をブロワモータ１２０に取り付けなくて済むので、ブロワモータ１２０の構造を簡略化することができ、部品コストを増加させることなく、電力を回生させることができる。
【０１２８】
（ト）また、車両用電力回生装置１０１によれば、車両７００に既存の送風用ブロワファンおよびブロワモータを、電力を回生するためのファン及び回転電機として用いることができるので、部品コストを増加させることなく、電力を回生させることができる。
【０１２９】
（チ）また、車両用電力回生装置１０１は、走行速度検出器１５０で検出された走行速度検出信号に応じて、電力回生回路１３０による電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしているので、ブロワモータ１２０の回転状態に応じた電力回生を行うことができ、これにより、電力回生を効率良く行うことができる。
【０１３０】
なお、本発明の実施の形態は、以下のように改変することができる。
（ａ）図３に示す本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１では、ファンモータ２０が２相の電機子巻線２１ａ，２１ｂを有して構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１３１】
すなわち、ファンモータ２０は、２相の電機子を有して構成されたものの他にも、電機子巻線を並列に接続することにより、４相や６相などに改変することができる。このとき、モータ回路部３３には、各相の電機子巻線にスイッチング素子がそれぞれ直列に接続され、このスイッチング素子を１つ以上スイッチングすることにより、電力回生するようにしても良い。
【０１３２】
（ｂ）図３に示す本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１では、モータ回路部３３が半波駆動回路で構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、モータ回路部３３は、半波駆動回路で構成される以外にも、全波駆動回路で構成されていても良い。
【０１３３】
ここで、図８に、本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置の改変例を示す。本実施形態の改変例に係る車両用電力回生装置２０１は、本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１のファンモータ２０と電力回生回路３０の代わりに、ファンモータ２２０と電力回生回路２３０をそれぞれ用いて構成されたものである。
【０１３４】
ファンモータ２２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相星形結線された電機子巻線２２１Ｕ，２２１Ｖ，２２１Ｗが配設されたステータ２２２と、永久磁石が配設されたロータ２２３と、を有して構成され、ロータ２２３の回転軸にはファン１０が連結されている。
【０１３５】
電力回生回路２３０は、上アームを構成するスイッチング素子２３１ａ〜２３１ｃおよびダイオード２３２ａ〜２３２ｃと、下アームを構成するスイッチング素子２３１ｄ〜２３１ｆおよびダイオード２３２ｂ〜２３２ｆと、がブリッジ接続された全波駆動回路からなるモータ回路部２３３を有して構成されている。
【０１３６】
そして、上記構成からなる車両用電力回生装置２０１は、モータ駆動動作時には、ドライバ３４から各スイッチング素子２３１ａ〜２３１ｆに所定の順序でチョッパ信号を出力することにより、ファンモータ２２０を駆動させてファン１０を回転させることにより、図２に示すラジエータ６１０に冷却風を吹き付けて、ラジエータ６１０を冷却させることができるようになっている。
【０１３７】
また、電力回生動作時には、上アームのスイッチング素子２３１ａ〜２３１ｃを全てオフにした状態で、下アームのスイッチング素子２３１ｄ〜２３１ｆのうち少なくとも一つ以上をスイッチングすることにより、電機子巻線２２１Ｕ，２２１Ｖ，２２１Ｗに短絡電流を流し続けようとする極性の誘起起電力が生じ、これにより、バッテリに回生電流が流れる。
【０１３８】
このように、本実施形態の車両用電力回生装置２０１においても、車両６００が走行中に受ける走行風により得られる風力エネルギを用いて電力を回生することができるので、車両における電力収支を向上させることができる。
【０１３９】
なお、上記改変例において、モータ回路部２３３は、３相の電機子巻線を有して構成されていたが、２相の電機子巻線を有して構成されていても良い。
【０１４０】
また、上記改変例において、電力回生動作時にモータ回路部２３３は、上アームのスイッチング素子２３１ａ〜２３１ｃを全てオフにした状態で、下アームのスイッチング素子２３１ｄ〜２３１ｆのうち少なくとも一つ以上をスイッチングしていたが、下アームのスイッチング素子２３１ｄ〜２３１ｆを全てオフにした状態で、上アームのスイッチング素子２３１ａ〜２３１ｃのうち少なくとも一つ以上をスイッチングしても良い。
【０１４１】
（ｃ）図１に示す本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１では、回転速度検出器５０を用いてファンモータ２０の回転速度を検出し、この検出結果に応じて電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしていたが、本発明は、これに限定されるものではない。
【０１４２】
例えば、本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１は、車輪速度センサ等の走行速度検出器を用い、この走行速度検出器の検出結果に応じて電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしても良い。
【０１４３】
このようにすることにより、回転速度検出器５０を使用しなくても済むようにすることができるので、ファンモータ２０の回転速度検出器取付部の構造を簡略化することができる。
【０１４４】
（ｄ）図７に示す本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１では、電力回生回路１３０のチョップ部１３５を制御して、ブロワモータ１２０の電機子巻線１２１に短絡電流を流しエネルギを蓄積させていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、電力回生回路１３０は、電機子巻線の他にも、回生電圧を昇圧する手段を有して構成されていても良い。
【０１４５】
ここで、図９に、本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置の改変例を示す。本実施形態の改変例に係る車両用電力回生装置３０１は、本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１の電力回生回路１３０に昇圧用コイル１３４を追加して構成されたものである。
【０１４６】
昇圧用コイル１３４は、ブロワモータ１２０で発生した電圧を昇圧させるためのもので、所定のインダクタンスを備えたインダクタで構成されており、昇圧用コイル１３４の両端は、ダイオード１３６のアノード端子および切替器１３２の端子１３２ｂにそれぞれ接続されている。なお、昇圧用コイル１３４のインダクタンスは、それを大きくすれば、より大きな昇圧効果が得られるが、インダクタでの電圧降下を考慮して、最適な値に設定されることが望ましい。
【０１４７】
そして、上記構成からなる車両用電力回生装置３０１は、電力回生動作時には、チョップ部１３５をスイッチングすることにより、電機子巻線１２１および昇圧用コイル１３４に短絡電流を流し続けようとする極性の誘起起電力が生じるため、ブラシ１２４ａ，１２４ｂ間に生じた誘導起電力による誘起電圧に、昇圧用コイル１３４の両端子間に生じた誘導起電力による誘導電圧の分だけ昇圧させた電圧が、回生電圧としてバッテリ１４０に印加され、この回生電圧によって、バッテリ１４０に回生電流が流れる
【０１４８】
このように、本実施形態の車両用電力回生装置３０１においても、車両７００が走行中に受ける走行風により得られる風力エネルギを用いて電力を回生することができるので、車両における電力収支を向上させることができる。
【０１４９】
（ｅ）図３に示す本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１では、ファンモータ２０にブラシレスモータが用いられていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、車両用電力回生装置１は、図７に示すようなブラシ付き直流モータを有して構成されていても良い。
【０１５０】
また、図７に示す本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１では、ブロワモータ１２０にブラシ付き直流モータが用いられていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、車両用電力回生装置１０１は、図３に示すようなブラシレスモータを有して構成されていても良い。
【０１５１】
（ｆ）図１に示す本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１では、ファン１０が車両６００に配設されたラジエータ６１０を冷却させるためのラジエータ冷却用ファンで構成され、回転電機２０がラジエータ冷却用ファンを回転駆動させるために車両６００に配設されたファンモータで構成されていたが、本発明は、これに限定されるものではない。
【０１５２】
例えば、ファン１０は、図６に示す車両７００に配設された車両用空調装置７１０の送風用ブロワファンで構成され、回転電機２０は、送風用ブロワファンを回転駆動させるために車両７００に配設されたブロワモータで構成されていても良い。
【０１５３】
また、図５に示す本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１では、ファン１１０が車両７００に配設された車両用空調装置７１０の送風用ブロワファンで構成され、回転電機１２０は、送風用ブロワファンを回転駆動させるために車両７００に配設されたブロワモータで構成されていたが、本発明は、これに限定されるものではない。
【０１５４】
例えば、ファン１１０は、図２に示す車両６００に配設されたラジエータ６１０を冷却させるためのラジエータ冷却用ファンで構成され、回転電機１２０がラジエータ冷却用ファンを回転駆動させるために車両６００に配設されたファンモータで構成されていても良い。
【０１５５】
さらに、上記実施形態に係る車両用電力回生装置１，１０１において、ファン１０，１１０は、車両の外装表面に複数配設されて、走行風によって回転するように構成されていても良い。
【０１５６】
このとき、複数のファン１０，１１０に連結される回転電機は、直列配線されていることが望ましい。このように配線すると、複数の回転電機で発生する合計電圧値は、１個あたりの回転電機の発生電圧値に、直列に接続された回転電機の個数を掛け合わせた値となるので、車両が中低速で走行している場合でも、複数の回転電機で発生する合計電圧をバッテリ４０，１４０の出力電圧よりも高く維持することができ、バッテリ４０，１４０に電力を回生させることができる。
【０１５７】
（ｇ）図３に示す本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１では、中央制御回路部３１からドライバ３４へ出力される電力回生指令信号の有無によって電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１５８】
例えば、本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置１は、中央制御回路部３１から切替器３２へ出力されるモータ駆動動作信号または電力回生動作信号に応じて電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしても良い。
【０１５９】
また、図５に示す本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１では、中央制御回路部１３１からチョップ部１３５へ出力されるチョッパ信号の有無によって電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１６０】
例えば、本発明の第ニ実施形態に係る車両用電力回生装置１０１は、中央制御回路部１３１から切替器１３２へ出力されるモータ駆動動作信号または電力回生動作信号に応じて電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしても良い。また、陽極電源線１３７に新たな切替器を接続し、この切替器を中央制御回路部１３１によって切り替えることによって、電力回生回路１３０の電力回生の開始と終了とを切り替えるようにしても良い。
【０１６１】
上記各実施の形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
【０１６２】
（１）前記車両用電力回生装置は、前記回転電機の回転速度を検出する回転速度検出器を備え、前記電力回生回路は、前記回転速度検出器に電気的に接続された中央制御回路部と、該中央制御回路部に電気的に接続されると共に前記回転電機に所定のモータ駆動電圧を供給するモータ回路部と、を有して構成され、前記中央制御回路部は、前記回転速度検出器から出力される回転速度検出信号に基づいて、前記モータ回路部による電力回生の開始と終了とを切り替えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用電力回生装置。
【０１６３】
このように、車両用電力回生装置が、回転電機の回転速度を検出する回転速度検出器を備え、電力回生回路が、回転速度検出器に電気的に接続された中央制御回路部と、この中央制御回路部に電気的に接続されると共に回転電機に所定のモータ駆動電圧を供給するモータ回路部と、を有して構成され、中央制御回路部は、回転速度検出器から出力される回転速度検出信号に基づいて、モータ回路部による電力回生の開始と終了とを切り替えるように構成されていると、回転電機の回転速度に応じて電力を回生するように制御することが可能になるので、回転電機において発生した電力を効率良く回生することができ、車両における電力収支を向上させることができる。
【０１６４】
（２）前記回転電機は、ブラシレスモータで構成され、前記電力回生回路は、複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に並列接続された複数のダイオードとからなる半波駆動回路部を有して構成され、前記複数のスイッチング素子の少なくとも１つをスイッチングすることにより電力回生を行うように構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電力回生装置。
【０１６５】
このように、回転電機がブラシレスモータで構成されると、モータ駆動動作時には、比較的少ない電力でモータ駆動制御を行うことができるので、モータ駆動効率を向上させることができる。
【０１６６】
また、電力回生回路が半波駆動回路部を有して構成されていると、電力を回生するだけでなく、モータの駆動制御を行うこともできるので、モータを駆動させるための駆動制御回路を不要とすることができ、これにより、部品コストの増加を防ぐことができる。さらに、半波駆動回路部を用いて、発電動作と昇圧チョッパ動作とを同時に行わせることができるので、電力回生動作の効率を向上させることができる。
【０１６７】
（３）前記回転電機は、ブラシレスモータで構成され、前記電力回生回路は、ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と各スイッチング素子に並列接続された複数のダイオードとからなる全波駆動回路部を有して構成され、該全波駆動回路の上アーム側又は下アーム側の少なくとも一方に接続された複数のスイッチング素子の少なくとも１つをスイッチングすることにより電力回生を行うように構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電力回生装置。
【０１６８】
このように、回転電機がブラシレスモータで構成されると、モータ駆動動作時には、比較的少ない電力でモータ駆動制御を行うことができるので、モータ駆動効率を向上させることができる。
【０１６９】
また、電力回生回路が全波駆動回路部を有して構成されていると、電力を回生するだけでなく、モータの駆動制御を行うこともできるので、モータを駆動させるための駆動制御回路を不要とすることができ、これにより、部品コストの増加を防ぐことができる。さらに、全波駆動回路部を用いて、発電動作と昇圧チョッパ動作とを同時に行わせることができるので、電力回生動作の効率を向上させることができる。
【０１７０】
（４）前記回転電機は、ブラシ付き直流モータで構成され、前記電力回生回路は、前記回転電機と並列に接続されると共に前記回転電機の電機子巻線に流れる短絡電流のスイッチング動作を行うチョップ部と、該チョップ部をチョッパ制御する制御回路部と、を有して構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電力回生装置。
【０１７１】
このように構成すると、回転電機で発生した電圧を昇圧させることができるので、より大きな電力をバッテリに回生させることができる。また、車両が中低速で走行している場合でも、回転電機で発生した電圧を昇圧させることにより、回転電機で発生した電圧をバッテリの出力電圧よりも高く維持することができるので、バッテリに電力を回生させることができる。
【０１７２】
（５）前記回転電機は、ブラシ付き直流モータで構成され、前記電力回生回路は、前記回転電機と直列に接続されると共に前記回転電機で発生した電圧を昇圧させる昇圧用コイルと、該昇圧用コイルと並列に接続されると共に前記昇圧用コイルに流れる短絡電流のスイッチング動作を行うチョップ部と、該チョップ部をチョッパ制御する制御回路部と、を有して構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電力回生装置。
【０１７３】
このように構成すると、回転電機で発生した電圧を昇圧させることができるので、より大きな電力をバッテリに回生させることができる。また、車両が中低速で走行している場合でも、昇圧用コイルを用いて回転電機で発生した電圧を昇圧させることにより、回転電機で発生した電圧をバッテリの出力電圧よりも高く維持することができるので、バッテリに電力を回生させることができる。
【０１７４】
（６）前記電力回生回路は、電力回生開始時における前記車両の走行速度よりも遅い速度で、電力回生を終了するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用電力回生装置。
【０１７５】
このように、電力回生回路が、電力回生開始時における車両の走行速度よりも遅い速度で、電力回生を終了するように構成されていると、電力回生を開始した直後に、車両の走行速度が低下しても、所定の走行速度に低下するまで回転電機が発電機として動作し続けることができるので、回転電機において発生した電力を効率良く回生することができる。
【０１７６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の車両用電力回生装置によれば、電力回生回路が、回転電機の回転速度が所定速度以上になった時に、電力回生を開始すると共に、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されているので、回転電機を発電機として動作させることによって回転速度が低下しても、所定の回転速度に低下するまで回転電機が発電機として動作し続けることができ、これにより、回転電機において発生した電力を効率良く回生することができるため、車両における電力収支を向上させることができる。
【０１７７】
また、本発明のもう一つの車両用電力回生装置によれば、電力回生回路が、車両の走行速度に応じて、電力回生の開始と終了とを切り替えるように構成されているので、車両の走行状態に応じて電力を回生するように制御することができ、これにより、回転電機において発生した電力を効率良く回生することができるため、車両における電力収支を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置を車両に搭載した状態を示す説明図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る電力回生回路の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置の全体構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置を車両に搭載した状態を示す説明図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る電力回生回路の構成を示す回路図である。
【図８】本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置の改変例を示す回路図である。
【図９】本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置の改変例を示す回路図である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１，３０１　車両用電力回生装置、１０，１１０　ファン、１１，１１１　回転軸、１２，１１２　羽根、２０，２２０　ファンモータ（回転電機）、２１ａ，２１ｂ，１２１，２２１Ｕ，２２１Ｖ，２２１Ｗ　電機子巻線、２２，１２２，２２２　ステータ、２３，１２３，２２３　ロータ、２４ａ，２４ｂ　ブラシ、３０，１３０，２３０　電力回生回路、３１，１３１　中央制御回路部、３２，１３２　切替器、３３，１３３，２３３　モータ回路部、３４ドライバ、３５ａ，３５ｂ　スイッチング素子、３６ａ，３６ｂ，１３６　ダイオード、３７，１３７　陽極電源線、３８，１３８　陽極電源線、４０，１４０　バッテリ、５０　回転速度検出器、１２０　ブロワモータ（回転電機）、１２４ａ，１２４ｂ　ブラシ、１２５　コンミテータ、１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ　端子、１３４　昇圧用コイル、１３５　チョップ部、１３９　電力回生用電源線、１５０　走行速度検出器、２３１ａ，２３１ｂ，２３１ｃ，２３１ｄ，２３１ｅ，２３１ｆ　スイッチング素子、２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃ，２３２ｄ，２３２ｅ，２３２ｆ　ダイオード、６００，７００　車両、６１０　ラジエータ、６２０　エンジン、７１０　車両用空調装置、７１１　空気吹出口、７１２　外気取入口

Claims

車両が走行中に受ける走行風によって回転可能なファンと、
該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と、
該回転電機で発生した電力を回生する電力回生回路と、
該電力回生回路によって回生された電力を蓄積するバッテリと、を備えた車両用電力回生装置であって、
前記電力回生回路は、前記回転電機の回転速度が所定速度以上になった時に、電力回生を開始すると共に、電力回生開始時における前記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されていることを特徴とする車両用電力回生装置。
車両が走行中に受ける走行風によって回転可能なファンと、
該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と、
該回転電機で発生した電力を回生する電力回生回路と、
該電力回生回路によって回生された電力を蓄積するバッテリと、を備えた車両用電力回生装置であって、
前記電力回生回路は、前記車両の走行速度に応じて、電力回生の開始と終了とを切り替えるように構成されたことを特徴とする車両用電力回生装置。
前記ファンは、前記車両に配設されたラジエータを冷却させるためのラジエータ冷却用ファンで構成され、
前記回転電機は、前記ラジエータ冷却用ファンを回転駆動させるために前記車両に配設されたファンモータで構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電力回生装置。
前記ファンは、前記車両に配設された車両用空調装置の送風用ブロワファンで構成され、
前記回転電機は、前記送風用ブロワファンを回転駆動させるために前記車両に配設されたブロワモータで構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電力回生装置。