(57)【要約】【課題】単純な構成により、発熱源からの熱により発電できるとともに、必要に応じて急速冷却を行うことができる発電冷却装置を提供する。【解決手段】所定の発熱源３の近傍に配置された熱電素子２と、熱電素子２への通電を制御する制御装置６と、を備え、熱電素子２は、発熱源３から熱が伝達される一端とその熱を放散する他端とを有するとともに、該一端と他端の温度差により発電し、通電されることで吸熱するようになっており、制御装置６は、熱電素子に接続される回路６ｂを有し、回路６ｂは、熱電素子２により発生した電力を所定の箇所４へ供給する第１状態と熱電素子２に通電を行う第２状態との間で切り換え可能である。【選択図】図１
2008043095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の発熱源の近傍に配置された熱電素子と、
該熱電素子への通電を制御する制御装置と、を備え、
前記熱電素子は、前記発熱源から熱が伝達される一端とその熱を放散する他端とを有するとともに、該一端と他端の温度差により発電し、通電されることで吸熱するようになっており、
前記制御装置は、前記熱電素子に接続される回路を有し、
該回路は、熱電素子により発生した電力を所定の箇所へ供給する第１状態と熱電素子に通電を行う第２状態との間で切り換え可能である、ことを特徴とする発電冷却装置。
【請求項２】
前記所定の箇所である蓄電装置を備え、
前記回路は、第１状態にある場合には、熱電素子により発生した電力を前記蓄電装置へ供給し、第２状態にある場合には、前記蓄電装置から熱電素子に電流を流す、ことを特徴とする請求項１に記載の発電冷却装置。
【請求項３】
前記発熱源はモータであって、
該モータのトルク値又はモータに流れる電流値を検知する検知装置を備え、
前記制御装置は、前記検知装置からのトルク値又は電流値を示す信号に基づいて、前記熱電素子への通電を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の発電冷却装置。
【請求項４】
前記発熱源はモータであって、
前記モータの温度を測定する温度センサを備え、
前記制御装置は、前記温度センサからの温度信号に基づいて、前記熱電素子への通電を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の発電冷却装置。
【請求項５】
請求項１に記載の発電冷却装置と前記発熱源であるモータとを備え、該モータにより走行駆動される車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータなどの発熱源からの熱を利用して発電を行い、かつ冷却も行う発電冷却装置に関する。また、本発明は、この発電冷却装置と発熱源であるモータとを備え、モータにより走行駆動される車輌、電気自動車及びモータとエンジンとのハイブリッド車などの車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来において、省エネルギのため、機器の発熱源から発生する廃熱を利用して発電することが行われている。このような発電装置は、例えば下記特許文献１に記載されている。
【０００３】
特許文献１の発電装置２０は、図６に示すように、一端側が発熱源２１の近傍に位置する熱電素子２２、熱電素子２２の他端側を冷却するファン２４と、ファン２４を駆動するモータ２６と、を備える。熱電素子２２は、その一端と他端の温度差に基づいて発電することができるゼーベック素子である。このゼーベック素子により発生した電力は、ファン２４のモータ２６に供給されるようになっている。なお、符号２７は冷却フィンを示している。
【特許文献１】特開２００５−１３７１５９号公報  「発電装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、発熱源からの熱を有効に利用して発電を行うだけでなく、必要に応じて急速冷却できるようにすることが望まれる。
【０００５】
例えば、発熱源がモータである場合、モータを高負荷で運転させると、モータに大電流が流れ焼損が生じる可能性がある。従って、焼損を防止するには、必要時にモータを急速冷却できるようにすることが望ましい。
【０００６】
また、新たな装置を付加することなく、即ち、単純な構成により、発熱源からの熱により発電を行うとともに、急速冷却できるようにすることが望ましい。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、単純な構成により、発熱源からの熱により発電できるとともに、必要に応じて急速冷却を行うことができる発電冷却装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の別の目的は、発熱源であるモータにより走行駆動される車両であって、単純な構成を用いて、モータからの熱により発電できるとともに、必要に応じてモータを急速冷却できる車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると、所定の発熱源の近傍に配置された熱電素子と、該熱電素子への通電を制御する制御装置と、を備え、前記熱電素子は、前記発熱源から熱が伝達される一端とその熱を放散する他端とを有するとともに、該一端と他端の温度差により発電し、通電されることで吸熱するようになっており、前記制御装置は、前記熱電素子に接続される回路を有し、該回路は、熱電素子により発生した電力を所定の箇所へ供給する第１状態と熱電素子に通電を行う第２状態との間で切り換え可能である、ことを特徴とする発電冷却装置が提供される。
【００１０】
上記構成では、制御装置の回路を、熱電素子により発生した電力を所定の箇所へ供給する第１状態と熱電素子に通電を行う第２状態との間で切り換えることで、熱電素子を発電装置としても冷却装置としても使用できる。従って、発電用の装置と吸熱用の装置とを別個に設けずに発電及び冷却を行える。これにより、単純な構成で、発電及び冷却を切り換えて行える。
また、熱電素子による吸熱冷却には、温度応答性が速いという利点がある。即ち、熱電素子を用いることで、急速冷却が可能となる。
よって、単純な構成により、発熱源からの熱により発電できるとともに、必要に応じて急速冷却を行うことができる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によると、前記発電冷却装置は、前記所定の箇所である蓄電装置を備え、前記回路は、第１状態にある場合には、熱電素子により発生した電力を前記蓄電装置へ供給し、第２状態にある場合には、前記蓄電装置から熱電素子に電流を流す。
【００１２】
上記構成により、熱電素子が発生させた電力が蓄電装置に蓄えられ、この蓄電装置から熱電素子に電流を流すことができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によると、前記発電冷却装置は前記熱電素子の他端を冷却する送風機を備える。
【００１４】
この送風機により、熱電素子の一端と他端の温度差を確実に維持することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によると、前記発熱源はモータである。
【００１６】
モータのエネルギ損失の大部分は熱であるが、上記構成により、この熱を有効利用して発電できる。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態によると、前記発熱源はモータであって、前記発電冷却装置は、該モータのトルク値又はモータに流れる電流値を検知する検知装置を備え、前記制御装置は、前記検知装置からのトルク値又は電流値を示す信号に基づいて、前記熱電素子への通電を制御する。
【００１８】
上記構成では、モータのトルク値又はモータに流れる電流値に基づいてモータの冷却を行うことができる。また、熱電素子による冷却は急速に行うことができる。よって、モータのトルク値又は電流値に基づいて急速冷却できるので、焼損を発生させずに高負荷・高トルクでモータを運転させることが可能になる。
さらに、熱電素子は発電も行えるので、省エネルギ及び高負荷運転を両立できるモータ駆動システムが可能となる。
【００１９】
また、前記発電冷却装置は、前記検知装置の代わりに、前記モータの温度を測定する温度センサを備えていてもよい。この場合、前記制御装置は、前記温度センサからの温度信号に基づいて、前記熱電素子への通電を制御する。
【００２０】
上記構成では、モータの冷却をモータの温度に基づいて行うことができる。また、熱電素子による冷却は急速に行うことができる。よって、モータの温度に基づいて急速冷却できるので、焼損を発生させずに高負荷・高トルクでモータを運転させることが可能になる。
さらに、熱電素子は発電も行えるので、省エネルギ及び高負荷運転を両立できるモータ駆動システムが可能となる。
【００２１】
また、上記別の目的を達成するため、本発明によると、前記発電冷却装置と前記発熱源であるモータとを備え、該モータにより走行駆動される車両が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
上述した本発明によると、単純な構成により、発熱源からの熱により発電できるとともに、必要に応じて急速冷却を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の実施形態による発電冷却装置１０の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態による発電冷却装置１０は、熱電素子２、蓄電装置４、制御装置６を備える。図１の例では、発電冷却装置１０は、モータ３で走行駆動される車両（例えば、地上車、電気自動車及びモ-タとエンジンのハイブリッド車など）に設けられている。なお、符号５はモータの出力軸に結合されたギヤを示しており、このギヤ等を介して車両の車輪にモータ３の駆動力が伝達される。
【００２５】
熱電素子２は、その一端が発熱源であるモータ３に接触するように配置される。熱電素子２の一端にモータ３から熱が伝達され、その熱が熱電素子２の他端で放散される。本願において、熱電素子とは、その一端と他端の温度差により電力を発生する素子であり、また、熱電素子に所定の向きで電流が流れると熱を吸収する素子でもある。
【００２６】
熱電素子２の一端と他端との温度差は、他端にヒートシンク８が結合されているので、他端の熱はヒートシンク８を介して空気中に放散される。温度差をより確実に維持するためには、熱電素子２の他端を空冷するための送風機１２を設ける。なお、ヒートシンク８の代わりに、冷却フィンを設けてもよい。この場合、熱電素子２の他端に冷却フィンを結合させる。
【００２７】
熱電素子の機能には、ゼーベック効果により電力を発生する機能と、ペルチェ効果により吸熱する機能とがある。
【００２８】
図２は、ゼーベック効果とペルチェ効果を説明するための図である。
【００２９】
ゼーベック効果とは、図２（ａ）に示すように、導体又は半導体９の両端に温度差ΔＴを生じさせると、その両端に起電力Ｖ＝α・ΔＴを発生する効果である。αは導体又は半導体９の材質によって決まるゼーベック係数である。導体及びｎ型熱電半導体９の場合には、その両端に温度差を生じさせると、電子が低温側に拡散していくので（図２（ａ）参照）、低温側が低電位となる。一方、ｐ型熱電半導体の場合には、その両端に温度差を生じさせると、正孔が低温側に拡散していくので、低温側が高電位となる。
【００３０】
ペルチェ効果とは、図２（ｂ）に示すように、異種の導体又は半導体をつないだ回路に電流を流すと、この接合部で吸熱が起こる効果である。この吸熱量Ｑは、Ｑ＝βＩである。βは異種の導体又は半導体の材料によって決まるペルチェ係数である。図２（ｂ）において、ｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体とを接合して、矢印の向きに電流を流すと、電子はｐ型からｎ型に流れる。この時、電子がｐ型より電子エネルギレベルの高いｎ型の障壁を越えるために、熱エネルギを得るので、接合部で吸熱が起こる。
【００３１】
このようなゼーベック効果とペルチェ効果の両方を得るための熱電素子の構成を図３に示す。
【００３２】
図３（ａ）において、次のように、端子ａ，ｂの間に起電力が発生する。図３（ａ）に示すように、低温側と高温側との間で温度差が発生している場合には、ｎ型熱電半導体では、電子が低温側に拡散する。従って、ｎ型熱電半導体では、低温側が負極（−）となり高温側が正極（＋）となる。一方、図３（ａ）において、ｐ型熱電半導体では、正孔が低温側に拡散する。従って、ｐ型熱電半導体では、低温側が正極（＋）となり高温側が負極（−）となる。よって、ｎ型熱電半導体の負極（−）とｐ型熱電半導体の正極（＋）とを電極１４により接続することで、端子ａ，ｂ間に起電力が発生する。なお、電極１４、１５は導体であり、電極１４はｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体との接合部に相当する。
【００３３】
図３（ｂ）において、次のように、端子ａ，ｂの間に電流を流すと吸熱効果が得られる。図３（ｂ）の矢印の向きに電流Ｉを流すと、ｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体との接合部１４において、電子がｐ型より電子エネルギレベルの高いｎ型の障壁を越えるために、接合部１４において吸熱が起こる。
【００３４】
このように、図３に示すようにｎ型熱電半導体とｐ型熱電半導体とを接合した構成により、ゼーベック効果とペルチェ効果の両方を得ることが可能となる。図３の熱電素子を図４のように多数直列に接続して図１の熱電素子２を構成する。図４の熱電素子２の構成と図１との関係を述べると、図４の電極１４がモータ３に接し、図４の電極１５がヒートシンク８に接する又は結合するように、熱電素子２が配置される。
【００３５】
制御装置６は、図１に示すように、熱電素子２に接続された充放電回路６ｂと、充放電回路６ｂを制御するコントローラ６ａとを有する。充放電回路６ｂは、コントローラ６ａにより、熱電素子２により発生した電力を蓄電装置４へ供給する第１状態と熱電素子２に通電を行う第２状態との間で切り換えられる。第１状態では、熱電素子２には通電されておらず、熱電素子２はその一端と他端との温度差により発電する。第２状態では、熱電素子２には通電されており、熱電素子２は自身に流れる電流（図４の矢印の向きの電流Ｉ）により接合部１４において吸熱を行う。このように、熱電素子２を発電装置としても冷却装置としても使用できる。
【００３６】
蓄電装置４は、充放電回路６ｂを介して熱電素子２から供給される電力を蓄える。また、熱電素子２による冷却時には、充放電回路６ｂを介して蓄電装置４から熱電素子２へ電流を流すこともできる。なお、図１の例では、蓄電装置４の起電力により、送風機１２を運転させモータ３を駆動させることも行う。
【００３７】
上記発電時と通電時の制御をより詳細に説明する。
コントローラ６ａは、熱電素子２に発電を行わせる場合、充放電回路６ｂを制御し、これにより、充放電回路６ｂは、熱電素子２で発生した電力が蓄電装置４に充電されるように熱電素子２と蓄電装置４とを接続する。
一方、コントローラ６ａは、熱電素子２に吸熱させる場合には、充放電回路６ｂを制御し、これにより、充放電回路６ｂは、蓄電装置４から熱電素子２に電流が流れるように熱電素子２と蓄電装置４とを接続する。
【００３８】
発電冷却装置１０は、図５（ａ）に示すように、モータ３のトルク値又はモータ３に流れる電流値を検知し、このトルク値又は電流値を示す信号をコントローラ６ａへ出力する検知装置１６を有してもよい。この場合、コントローラ６ａは、検知装置１６からの信号に基づいて充放電回路６ｂを制御することで、熱電素子２への通電を制御する。
【００３９】
例えば、モータ３のトルク値又はモータ３に流れる電流値が所定値以上となった場合に、又は、モータ３のトルク値又はモータ３に流れる電流値が所定値以上となっている期間が所定の長さに達した場合に、モータ冷却のため熱電素子２へ通電を開始するようにできる。
また、モータ３のトルク値又はモータ３に流れる電流値が所定値以上の場合に、モータ３のトルク値又はモータ３に流れる電流値が増加するに伴い、熱電素子２へ流す電流値を増加させることもできる。
このような通電開始のタイミングや熱電素子２への電流値の増加は、充放電回路６ｂがコントローラ６ａに制御されることで行える。
【００４０】
このようにして、モータ３のトルク値又はモータ３に流れる電流値に応じてモータ３の冷却を行うことができる。また、熱電素子２による冷却は急速に行うことができる。よって、モータ３のトルク値又は電流値に基づいて急速冷却できるので、焼損を発生させずに高負荷・高トルクでモータ３を運転させることが可能になる。
さらに、熱電素子２は発電も行えるので、省エネルギ及び高負荷運転を両立できる。
【００４１】
一方、発電冷却装置１０は、検知装置１６の代わりに、モータ３の温度を測定する温度センサ１８を有していてもよい（図５（ｂ）を参照）。この場合、コントローラ６ａは、温度センサ１８からの信号に基づいて充放電回路６ｂを制御することで、熱電素子２への通電を制御する。
【００４２】
例えば、モータ３の温度が所定値以上となった場合に、モータ３への通電を開始するようにできる。
また、モータ３の温度が所定値以上の場合に、制御装置６は、モータ３の温度が当該所定値又は当該所定値以下となるように、熱電素子２へ流す電流値を調節することができる。
このような通電開始のタイミングや熱電素子２への電流値の調節は、充放電回路６ｂがコントローラ６ａに制御されることで行える。
【００４３】
このようにして、モータ３の冷却をモータ３の温度に応じて行うことができる。また、熱電素子２による冷却は急速に行うことができる。よって、モータ３の温度に基づいて急速冷却できるので、焼損を発生させずに高負荷・高トルクでモータ３を運転させることが可能になる。
さらに、熱電素子２は発電も行えるので、省エネルギ及び高負荷運転を両立できる。
【００４４】
上述した本発明の実施形態による発電冷却装置１０によると、充放電回路６ｂを、熱電素子２により発生した電力を蓄電装置４へ供給する第１状態と熱電素子２に通電を行う第２状態との間で切り換えることで、熱電素子２を発電装置としても冷却装置としても使用できる。従って、発電用の装置と吸熱用の装置とを別個に設けずに発電及び冷却を行える。これにより、単純な構成で、発電及び冷却を切り換えて行える。
また、熱電素子２による吸熱冷却には、温度応答性が速いという利点がある。即ち、熱電素子２を用いることで、急速冷却が可能となる。
よって、単純な構成により、モータ３からの熱により発電できるとともに、必要に応じてモータ３を急速に冷却できる。
【００４５】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４６】
例えば、制御装置６は、充放電回路６ｂの代わりに、コントローラ６ａに制御される別の回路を有してもよい。この場合、当該回路は、コントローラ６ａにより、第１状態にされると、熱電素子２により発生した電力を、モータ３、送風機１２又は他の適切な装置に供給する。また、当該回路は、コントローラ６ａにより、第２状態にされると、蓄電装置４又は他の適切な電力源から熱電素子２に図４の矢印の向きに電流を流す。なお、当該回路又は充放電回路６ｂは特許請求の範囲の回路に相当する。
また、上述の実施形態ではモータが発熱源であるが、他の機器を発熱源として本発明の発電冷却装置を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態による発電冷却装置の構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）はゼーベック効果を説明するための図であり、図２（ｂ）はペルチェ効果を説明するための図である。
【図３】ゼーベック効果とペルチェ効果の両方を得るための熱電素子の構成図である。
【図４】図１に示す熱電素子の構成図である。
【図５】図５（ａ）はモータのトルク値又はモータに流れる電流値に基づいて熱電素子への通電を制御するための構成図であり、図５（ｂ）はモータの温度に基づいて熱電素子への通電を制御するための構成図である。
【図６】特許文献１の発電装置の構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
２  熱電素子
３  モータ
４  蓄電装置
６  制御装置
６ａ  コントローラ
６ｂ  充放電回路
８  ヒートシンク
１０  発電冷却装置
１２  送風機
１４  電極
１５  電極
１６  検知装置
１８  温度センサ
【図１】
2008043095.tif 000003
【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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