(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】電動車両において、超電導式創蓄電システム及びプラットフォーム１は、減速時又は減速する必要がある時に非駆動輪に連結される発電機４０と、発電機を冷却する冷凍装置と、発電機が冷凍装置により冷却されて超電導発電した電気を充電するバッテリ２０と、駆動輪を駆動すると共に回生発電する電動機１１と、自然エネルギーを利用した発電装置（ソーラパネル３０、太陽熱発電機９０）と、のうち少なくとも一つを備え、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ＤＣ−ＤＣコンバータ２２及びコンバータ２３と、から構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動車両において、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。
【請求項２】
電動車両において、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請求項１記載の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。
【請求項３】
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請求項２記載の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。
【請求項４】
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請求項２記載の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。
【請求項５】
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請求項４記載の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。
【請求項６】
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請求項４記載の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。
【請求項７】
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請求項４記載の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。
【請求項８】
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請求項１記載の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。
【請求項９】
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請求項１記載の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。
【請求項１０】
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請求項１記載の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。
【請求項１１】
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請求項１記載の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。
【請求項１２】
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請求項１記載の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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１６０９７３号公報
【特許文献２】特開２００７−０８９２９７号公報
【特許文献３】実用新案登録第３０４３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【発明の効果】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態による電動車両のエネルギーの系統図である。
【図２】本発明の実施形態による電動車両の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態におけるコアレス式の永久磁石発電機の側面図である。
【図４】本発明の実施形態におけるコアレス式の永久磁石発電機の図３のＡ方向矢視による平面図である。
【図５】本発明の実施形態における冷凍装置の系統図である。
【図６】本発明の実施形態における冷凍装置の他の実施例の系統図である。
【図７】本発明の実施形態におけるインホイルモータの斜視図である。
【図８】本発明の実施形態におけるソーラーパネルの説明図である。
【図９】本発明の実施形態におけるソーラーパネルの構成の説明図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるソーラーパネルの接続を示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるソーラーパネルの回路図である。
【図１２】本発明の実施形態における風力発電機の説明図である。
【図１３】本発明の実施形態における風力発電機の系統図である。
【図１４】本発明の実施形態における太陽熱発電機の説明図である。
【図１５】本発明の実施形態における太陽熱発電機の系統図である。
【図１６】本発明の実施形態に係るシステムの制御信号の系統図である。
【図１７】本発明の実施形態に係るシステムの制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
＜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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
＜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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
＜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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
＜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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【符号の説明】
【０１３３】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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