(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、風力エネルギを活用して電力を効率良く回生することが可能な車両用電力回生装置を提供することにある。【解決手段】  本発明はファン１０、回転電機２０、電力回生回路３０、バッテリ４０を備えた車両用電力回生装置１に関する。  電力回生回路３０は、モータ回転速度検出部５０から出力された回転速度検出信号に基づく回転速度が予め定められた第一基準速度以上になったときに、スイッチング素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃに対するチョッパ制御を開始すると共に、回転速度検出信号に基づく回転速度が第一基準速度よりも遅い第二基準速度以下になったときに、スイッチング素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃに対するチョッパ制御を停止し、且つ、回転速度検出信号に基づく回転速度に応じて、スイッチング素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃに出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するように構成されている。【選択図】  図３
2005117872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、
前記回転電機は、当該回転電機の回転速度に応じた回転速度検出信号を出力可能な回転速度検出部を有して構成され、
前記電力回生回路は、オン状態となったときに前記回転電機の電機子巻線を短絡させると共にオフ状態となったときに前記電機子巻線に電圧を誘起させるスイッチ部と、該スイッチ部をチョッパ制御する制御部と、を備え、
該制御部は、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が予め定められた第一基準速度以上になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を開始すると共に、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が前記第一基準速度よりも遅い第二基準速度以下になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を停止するチョッパ制御機能と、前記回転速度検出信号に基づく回転速度に応じて、前記スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するデューティ比可変機能と、を有することを特徴とする車両用電力回生装置。
【請求項２】
前記デューティ比可変機能は、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が低下したことに応じて、前記スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を高くする機能を備えてな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。
【請求項３】
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において、
前記回転電機は、当該回転電機の回転速度に応じた回転速度検出信号を出力可能な回転速度検出部を有して構成され、
前記電力回生回路は、前記回転電機から流れる回生電流量に応じた回生電流検出信号を出力可能な回生電流検出部と、オン状態となったときに前記回転電機の電機子巻線を短絡させると共にオフ状態となったときに前記電機子巻線に電圧を誘起させるスイッチ部と、該スイッチ部をチョッパ制御する制御部と、を有して構成され、
該制御部は、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が予め定められた第一基準速度以上になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を開始すると共に、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が前記第一基準速度よりも遅い第二基準速度以下になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を停止するチョッパ制御機能と、前記回生電流検出信号に基づく回生電流量に応じて、前記スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するデューティ比可変機能と、を有することを特徴とする車両用電力回生装置。
【請求項４】
前記デューティ比可変機能は、前記スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変して前記回生電流検出信号に基づく回生電流量が最も多くなるデューティ比を検出すると共に、当該回生電流量が最も多くなるデューティ比を、前記スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比に設定可能な機能を備えてなることを特徴とする請求項３に記載の車両用電力回生装置。
【請求項５】
前記回転電機は、ブラシレスモータで構成され、
前記スイッチ部は、複数の上段スイッチング素子と当該上段スイッチング素子のそれぞれに並列に接続された複数の上段ダイオードとからなる上アームと、複数の下段スイッチング素子と当該下段スイッチング素子のそれぞれに並列接続された複数の下段ダイオードとからなる下アームと、がブリッジ接続されてなる全波駆動回路より構成され、
前記制御部は、前記上アーム又は前記下アームのスイッチング素子のうち、少なくとも１つのスイッチング素子をチョッパ制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の車両用電力回生装置。
【請求項６】
前記回転電機は、ブラシレスモータで構成され、
前記スイッチ部は、複数のスイッチング素子と当該スイッチング素子のそれぞれに並列に接続された複数のダイオードとからなる半波駆動回路より構成され、
前記制御部は、前記複数のスイッチング素子のうち、少なくとも１つのスイッチング素子をチョッパ制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の車両用電力回生装置。
【請求項７】
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乃至請求項６のいずれか一項に記載の車両用電力回生装置。
【請求項８】
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乃至請求項６のいずれか一項に記載の車両用電力回生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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では、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構成となっている。そして、上記車両では、上述のように、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（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２３５０７号公報（第６−９頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−６１５１２号公報（第４−７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載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。
また、特許文献２に記載の車両用電力回生装置では、走行風による発電エネルギが回生されるように構成されているが、電力回生の切替は、回転速度検出手段によって検出される回転電機の回転速度に応じて行われるようになっている。ところが、一般に、回転電機からバッテリに回生電流が流れ始めると、電機子巻線に誘起した電圧により生じた磁界と、永久磁石から生じる磁界とによる吸引・反発力により、回転電機に回生ブレーキが働いてしまい、回転電機の回転速度が低下する。従って、特許文献２に記載の車両電力回生装置のように、回転速度がある一定の基準値を上回っているときに電力回生を行うような構成とすると、回転電機の回転速度が十分でない場合には、電力回生を開始した直後に回生ブレーキが働くことによって回転速度が基準値を下回り、これによって電力回生が強制的に終了してしまうという不具合が生じる。また、特許文献２に記載の車両用電力回生装置では、回転電機で発生した電力をバッテリに送出する電力回生回路にチョッパ制御によりオン・オフするスイッチ部が設けられているが、このスイッチ部に出力されるチョッパ信号のデューティ比が一定となっており、電力収支の向上が図られているとは言い難いものがある。
【０００４】
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、風力エネルギを活用して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可能な車両用電力回生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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において、前記回転電機は、当該回転電機の回転速度に応じた回転速度検出信号を出力可能な回転速度検出部を有して構成され、前記電力回生回路は、オン状態となったときに前記回転電機の電機子巻線を短絡させると共にオフ状態となったときに前記電機子巻線に電圧を誘起させるスイッチ部と、該スイッチ部をチョッパ制御する制御部と、を備え、該制御部は、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が予め定められた第一基準速度以上になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を開始すると共に、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が前記第一基準速度よりも遅い第二基準速度以下になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を停止するチョッパ制御機能と、前記回転速度検出信号に基づく回転速度に応じて、前記スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するデューティ比可変機能と、を有すること、により解決される。
【０００６】
このように、本発明の車両用電力回生装置では、回転電機に当該回転電機の回転速度に応じた回転速度検出信号を出力可能な回転速度検出部が備えられ、電力回生回路にオン状態となったときに回転電機の電機子巻線を短絡させると共にオフ状態となったときに電機子巻線に電圧を誘起させるスイッチ部と、このスイッチ部をチョッパ制御する制御部と、が備えられ、制御部は、回転速度検出信号に基づく回転速度が予め定められた第一基準速度以上になったときに、スイッチ部に対するチョッパ制御を開始すると共に、回転速度検出信号に基づく回転速度が第一基準速度よりも遅い第二基準速度以下になったときに、スイッチ部に対するチョッパ制御を停止するチョッパ制御機能を備える構成となっている。この構成により、電力回生を開始した直後に回生ブレーキによって回転速度が低下しても、第二基準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可能となるので、電力回生が強制的に終了してしまうという不具合が生じてしまうことを防止することが可能となる。これにより、風力エネルギによって回転電機で発生した電力を効率良く回生することが可能となり、車両における電力収支を向上させることが可能となる。
【０００７】
また、本発明の車両用電力回生装置における制御部には、上記チョッパ制御機能の他に、回転速度検出信号に基づく回転速度に応じて、スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するデューティ比可変機能が備えられている。この構成により、例えば、回転電機の回転速度に応じてデューティ比を最適に調整することで、回生ブレーキによる回転速度の低下を抑制しつつ、より多くの回生電流を効率良くバッテリに流すことが可能となるので、車両における電力収支をより向上させることが可能となる。
【０００８】
なお、請求項２に記載のように、上記デューティ比可変機能は、回転速度検出信号に基づく回転速度が低下したことに応じて、スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を高くする機能を備えても良い。このような機能を有すると、回転電機の回転速度が低下した場合でも、スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比が高められ、これによって、より多くの回生電流をバッテリに流すことが可能となる。
【０００９】
また、前記課題は、請求項３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において、前記回転電機は、当該回転電機の回転速度に応じた回転速度検出信号を出力可能な回転速度検出部を有して構成され、前記電力回生回路は、前記回転電機から流れる回生電流量に応じた回生電流検出信号を出力可能な回生電流検出部と、オン状態となったときに前記回転電機の電機子巻線を短絡させると共にオフ状態となったときに前記電機子巻線に電圧を誘起させるスイッチ部と、該スイッチ部をチョッパ制御する制御部と、を有して構成され、該制御部は、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が予め定められた第一基準速度以上になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を開始すると共に、前記回転速度検出信号に基づく回転速度が前記第一基準速度よりも遅い第二基準速度以下になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を停止するチョッパ制御機能と、前記回生電流検出信号に基づく回生電流量に応じて、前記スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するデューティ比可変機能と、を有すること、により解決される。
【００１０】
このように、本発明の車両用電力回生装置では、回転電機に当該回転電機の回転速度に応じた回転速度検出信号を出力可能な回転速度検出部が備えられ、電力回生回路に、回転電機から流れる回生電流量に応じた回生電流検出信号を出力可能な回生電流検出部と、オン状態となったときに回転電機の電機子巻線を短絡させると共にオフ状態となったときに電機子巻線に電圧を誘起させるスイッチ部と、スイッチ部をチョッパ制御する制御部と、が備えられ、制御部は、回転速度検出信号に基づく回転速度が予め定められた第一基準速度以上になったときに、スイッチ部に対するチョッパ制御を開始すると共に、回転速度検出信号に基づく回転速度が第一基準速度よりも遅い第二基準速度以下になったときに、スイッチ部に対するチョッパ制御を停止するチョッパ制御機能を備える構成となっている。この構成により、電力回生を開始した直後に回生ブレーキによって回転速度が低下しても、第二基準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可能となるので、電力回生が強制的に終了してしまうという不具合が生じてしまうことを防止することが可能となる。これにより、風力エネルギによって回転電機で発生した電力を効率良く回生することが可能となり、車両における電力収支を向上させることが可能となる。
【００１１】
また、本発明の車両用電力回生装置における制御部には、上記チョッパ制御機能の他に、回生電流検出信号に基づく回生電流量に応じて、スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するデューティ比可変機能が備えられている。この構成により、例えば、回転電機からバッテリに流れる回生電流量に応じてデューティ比を最適に調整することで、より多くの回生電流を効率良くバッテリに流すことが可能となるので、車両における電力収支をより向上させることが可能となる。
【００１２】
なお、請求項４に記載のように、上記デューティ比可変機能は、スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変して回生電流検出信号に基づく回生電流量が最も多くなるデューティ比を検出すると共に、当該回生電流量が最も多くなるデューティ比を、スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比に設定可能な機能を備えても良い。このような機能を有すると、回転電機の回転速度が変化しても、この変化する回転速度に追従して、回生電流量が最も高くなるデューティ比を設定することが可能となり、より多くの回生電流をバッテリに流すことが可能となる。
【００１３】
そして、請求項５に記載のように、上記車両用電力回生装置において、回転電機は、より具体的には、ブラシレスモータで構成され、スイッチ部は、複数の上段スイッチング素子と当該上段スイッチング素子のそれぞれに並列に接続された複数の上段ダイオードとからなる上アームと、複数の下段スイッチング素子と当該下段スイッチング素子のそれぞれに並列接続された複数の下段ダイオードとからなる下アームと、がブリッジ接続されてなる全波駆動回路より構成され、制御部は、上アーム又は下アームのスイッチング素子のうち、少なくとも１つのスイッチング素子をチョッパ制御する構成である。
【００１４】
このように、回転電機がブラシレスモータで構成されていると、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可能となる。また、スイッチ部が全波駆動回路により構成されていると、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、電力回生回路とは別にモータを駆動させるための駆動制御回路を設ける必要がなく、これにより、部品コストの増加を防ぐことが可能となる。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可能となるので、電力回生動作の効率をより向上させることが可能となる。
【００１５】
なお、請求項６に記載のように、上記車両用電力回生装置において、回転電機は、ブラシレスモータで構成され、記スイッチ部は、複数のスイッチング素子と当該スイッチング素子のそれぞれに並列に接続された複数のダイオードとからなる半波駆動回路より構成され、制御部は、複数のスイッチング素子のうち、少なくとも１つのスイッチング素子をチョッパ制御するように構成されていても良い。このような構成であっても、半波駆動回路により、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可能となるので、電力回生回路とは別にモータを駆動させるための駆動制御回路を設ける必要がなく、これにより、部品コストの増加を防ぐことが可能となる。さらに、半波駆動回路を用いて、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可能となるので、電力回生動作の効率をより向上させることが可能となる。
【００１６】
そして、請求項７に記載のように、上記車両用電力回生装置において、ファンは、より好適には、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、回転電機は、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る。このように構成されると、車両に既存の設備を本車両用電力回生装置に用いることができるので、電力回生のための装備を追加したことによる車両のコスト増加を低く抑えることが可能となる。
【００１７】
また、請求項8に記載のように、上記車両用電力回生装置において、ファンは、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、回転電機は、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も良い。このように構成されていても、車両に既存の設備を本車両用電力回生装置に用いることができるので、電力回生のための装備を追加したことによる車両のコスト増加を低く抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（第一実施形態）
図１乃至図７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は車両用電力回生装置の電気的構成を示す説明図、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、図５は車両用電力回生装置における電力回生の開始又は終了とモータ回転速度との関係を示す説明図、図６は車両用電力回生装置におけるモータ回転速度とデューティ比との関係を示す説明図、図７は車両用電力回生装置におけるチョッパ信号を示す説明図である。
【００２０】
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発生した電力を回生するためのものであり、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、モータ回転速度検出部５０等を有して構成されている。
ファン１０は、図２に示すように、例えば、車両６０の前方に搭載されたラジエータ６１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なっている。
ファンモータ２０は、図３に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相星形結線された電機子巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗが配設されたステータ２２と、永久磁石が配設されたロータ２３と、を有するブラシレスモータにより構成されている。ロータ２３の回転軸にはファン１０が連結されており、このロータ２３は、ファン１０の回転に伴って回転可能になっている。そして、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの各末端部は、後述のモータ回路部３３の出力端子３１Ｕ、３１Ｖ、３１Ｗにそれぞれ接続されている。
【００２１】
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、図１，図３に示すように、中央制御回路部３１と、切替部３２と、モータ回路部３３と、ドライバ３４と、を有して構成されている。
中央制御回路部３１は、ＣＰＵやメモリ等を備えた演算処理回路より構成されたものであり、ラジエータ６１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６０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、モータ回転速度検出部５０から出力される回転速度検出信号を入力して、切替部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。また、中央制御回路部３１は、切替部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。このモータ駆動指令信号には、スイッチング素子３５ａ乃至３５ｆを所定の周期でスイッチングさせるためのクロック信号やドライバを駆動させるための駆動信号等が含まれている。また、電力回生指令信号には、ドライバ３４から出力されるチョッパ信号のデューティ比を可変させるための信号やチョッパ信号の周波数に関する信号、ドライバを駆動させるための駆動信号等が含まれている。
【００２２】
切替部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。
なお、本実施形態では、切替部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内部に切替部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乃至３５ｆ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。
【００２３】
モータ回路部３３は、上アームを構成するスイッチング素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃおよびダイオード３６ａ，３６ｂ，３６ｃと、下アームを構成するスイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆおよびダイオード３６ｄ，３６ｅ，３６ｆと、がブリッジ接続された全波駆動回路より構成されている。
スイッチング素子３５ａ乃至３５ｆは、陽極電源線３７と陰極電源線３８との間で、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相にブリッジ接続され、各ブリッジ接続部の中間部は、出力端子３１Ｕ（Ｕ相）、３１Ｖ（Ｖ相）、３１Ｗ（Ｗ相）にそれぞれ配線接続されている。また、スイッチング素子３５ａ乃至３５ｆのベースは、ドライバ３４にそれぞれ接続されている。
【００２４】
そして、スイッチング素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃは、陽極電源線３７から電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ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おり、また、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆは、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗから陰極電源線３８への電流の流れをスイッチングすることができるようになっている。なお、本実施形態では、スイッチング素子３５ａ乃至３５ｆ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（ベース絶縁形バイポーラトランジスタ）が用いられても良い。ダイオード３６ａ乃至３６ｆ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、各ブリッジ接続部において、各スイッチング素子３５ａ乃至３５ｆにそれぞれ並列接続されると共に、陽極電源線３７から陰極電源線３８への電流の流れに対して逆方向になるように配線接続されている。
【００２５】
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、切替部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。このドライバ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いる。また、ドライバ３４は、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。そして、本例に係るドライバ３４は、モータ回転速度検出部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乃至３５ｆのベースに出力することができるようになっている。
【００２６】
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６０のエンジン６２が搭載されたエンジンルーム内に配設されている。
モータ回転速度検出部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からなる位置検出器５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗから構成され、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、モータ回転速度検出部５０からの出力信号は、図１，図３に示すように、回転速度検出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。なお、本実施形態では、モータ回転速度検出部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。
【００２７】
そして、上記各構成により、車両用電力回生装置１は、車両６０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、モータ回転速度検出部５０から出力される回転速度検出信号に応じて、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。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の電力回生動作およびモータ駆動動作について説明する。
【００２８】
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。
中央制御回路部３１は、ラジエータ６１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、切替部３２にモータ駆動動作信号を出力する。切替部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。ドライバ３４は、切替部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。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６１を冷却すべきと判断した場合には、切替部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。
【００２９】
そして、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、位置検出器５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗからのロータ位置検出信号に基づいて、モータ回路部３３からスイッチング素子３５ａ乃至３５ｆのベースに、所定の順序でスイッチング信号を出力する。このようにして、スイッチング素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃのベースにそれぞれ入力されたスイッチング信号が、ロータ２３の位置に応じて、ＨＩＧＨレベルに順次切り替わると、スイッチング素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃのコレクタ−エミッタ間が順次導通するので、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２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗに流れる。同様に、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースにそれぞれ入力されたスイッチング信号が、ロータ２３の位置に応じて、ＨＩＧＨレベルに順次切り替わると、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのコレクタ−エミッタ間が順次導通するので、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗに流れた電流が陰極電源線３８に流れる。
【００３０】
このようにして、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗに所定の順序で電流が流れると、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗのうち、電流が流れた巻線とロータ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、この回転力がファン１０に伝達されてファン１０が回転する。本実施形態に係る車両用電力回生装置１では、上述のように、ファン１０を回転させることにより、ラジエータ６１に冷却風を吹き付けて、ラジエータ６１を冷却させることができるようになっている。また、本実施形態では、ファンモータ２０がブラシレスモータで構成されているので、比較的少ない電力でモータ駆動制御を行うことができ、モータ駆動効率を向上させることが可能である。
【００３１】
次に、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。
図３に示す中央制御回路部３１は、ラジエータ６１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、切替部３２に電力回生動作信号を出力する。切替部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。
【００３２】
ドライバ３４は、切替部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、切替部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。このとき、ドライバ３４からスイッチング素子３５ａ乃至３５ｆのベースへ出力されるスイッチング信号は、全てＬＯＷレベルとなっている。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。
【００３３】
まず、車両６０が高速走行等を行うと、図２に示すように、車両６０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６１を通過してファン１０に吹き付けられる。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。このとき、モータ回転速度検出部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検出信号をドライバ３４および中央制御回路部３１にそれぞれ出力する。
【００３４】
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検出信号をモータ回転速度検出部５０から入力し、ファンモータ２０の回転速度を検出する（ステップＳ１）。次に、中央制御回路部３１は、入力した回転速度検出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、この回転速度が第一基準速度（例えば、回転数１０００ｒｐｍ）を上回っているか否かを判断する（ステップＳ２）。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第一基準速度を下回ったままであると判断した場合（ステップＳ２：ＮＯ）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。
【００３５】
一方、中央制御回路部３１は、ファンモータ２０の回転速度が第一基準速度を上回ったと判断した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）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、切替部３２を介してドライバ３４に電力回生指令信号を出力する。そして、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（ステップＳ３）。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２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗを貫く磁束が変化する。そして、各電機子巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗを貫く磁束が変化することにより、各電機子巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ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。
【００３６】
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，３５ｂ，３５ｃのベースへ出力するスイッチング信号を全てＬＯＷレベルに維持した状態で、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースへ出力するスイッチング信号を全てＨＩＧＨレベルにすると、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆの各コレクタ−エミッタ間が導通するので、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗに生じた誘起電圧による電流が、対応するスイッチング素子およびダイオードを介して他の電機子巻線に流れた後、短絡電流として再び元の誘導起電力を発生した電機子巻線に流れる。この短絡電流は、当該電機子巻線において、エネルギとして蓄積される。
【００３７】
その後、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースへ出力するスイッチング信号をＬＯＷレベルにすると、上記ロータ２３と特定の位置関係にある特定相の電機子巻線に流れる電流が減少するため、上記誘起電圧に、さらに当該電機子巻線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、この昇圧された誘導電圧によって、上記特定相の電機子巻線から流れる電流が、ダイオード３６ａ乃至３６ｃのうち当該特定相の電機子巻線に接続されたダイオードを介して陽極電源線３７に流れ、バッテリ４０に回生される。
【００３８】
ここで、本例の車両用電力回生装置１について、さらに具体的な例を用いて説明すれば、電機子巻線２１Ｕに誘導起電力が生じた場合には、この誘導起電力による誘起電圧よって流れる電流が、スイッチング素子３５ｄおよびダイオード３６ｅ，３６ｆを介して電機子巻線２１Ｖ，２１Ｗに流れた後、短絡電流として再び電機子巻線２１Ｕに流れ、この短絡電流が電機子巻線２１Ｕにおいて、エネルギとして蓄積されることになる。その後、電機子巻線２１Ｕから流れた電流は、ダイオード３６ａ、陽極電源線３７を介してバッテリ４０に回生されることになる。そして、他の電機子巻線２１Ｖ，２１Ｗについても、上記電機子巻線２１Ｕについてと同様に、電機子巻線２１Ｖ，２１Ｗから流れる電流が、ダイオード３６ａ乃至３６ｃのうち当該特定相の電機子巻線２１Ｖ，２１Ｗに接続されたダイオードを介して陽極電源線３７に流れ、バッテリ４０に回生される。
【００３９】
そして、バッテリ４０に電流を効率よく回生させるためには、ロータ２３の回転中に、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆの各ベースに所定の周波数のチョッパ信号を同時に出力すればよい。すなわち、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆを同期させてオン・オフさせる。このようすれば、ロータ２３の位置に応じて、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ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２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗにて発電される回生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。このようにして、車両用電力回生装置１においては、車両６０の速度がそれほど速くないときでも、回生電圧をバッテリ４０の出力電圧よりも高くなるように昇圧させることができ、これにより、バッテリ４０を充電させることができる。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検出信号をモータ回転速度検出部５０から入力し、ファンモータ２０の回転速度を検出する（ステップＳ４）。
【００４０】
ところで、上記要領にて電力回生を行うと、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の回転速度が低下する。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。図５に示す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の回転速度が第一基準速度（例えば、回転数１０００ｒｐｍ）以上のときに、切替部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第二基準速度（例えば、回転数２００ｒｐｍ）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。
【００４１】
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、ある一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、電力回生を開始した直後に電力回生が強制的に終了してしまうという不具合を防止することができる。
【００４２】
ここで、上述のように、電力回生を行うと、ステータ２２とロータ２３との間に働く制動力が強くなり、ファンモータ２０の回転速度が低下する。ファンモータ２０の回転速度が低下すると、バッテリ４０に回生される電力が減少することとなる。そこで、本例では、ファンモータ２０の回転速度が低下した場合でも、電力回生を十分に確保するために、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースに出力するチョッパ信号のデューティ比（チョッパ信号の１周期に対して信号がＨＩＧＨレベルとなっている時間的比率）を調整する。例えば、図６，７に示すように、ファンモータ２０の回転数が２２００ｒｐｍのときには、ディーティ比を５０％とし、以下、４００ｒｐｍ減少する毎に、デューティ比を１０％増加させ、最終的に、回転数が２００ｒｐｍとなったときには、デューティ比が１００％となるように設定している。このように、回転数とデューティ比との関係は、テーブルデータとして上記中央制御回路部３１のＲＯＭ等に記憶されている。
【００４３】
このように、本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の回転速度が徐々に低下する場合であっても、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースに出力するチョッパ信号のデューティ比が徐々に高くなるように可変することができるようになっている。これにより、回生ブレーキによって回転速度が低下しても、より多くの回生電流を効率良くバッテリ４０に流すことが可能となるので、車両６０における電力収支をより向上させることが可能となる。
【００４４】
そして、中央制御回路部３１は、入力した回転速度検出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６０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の回転速度が第二基準速度（例えば、回転数２００ｒｐｍ）を下回っているか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、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第二基準速度を上回ったままであると判断した場合（ステップＳ５：ＮＯ）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。一方、中央制御回路部３１は、ファンモータ２０の回転速度が第二基準速度を下回ったと判断した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）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（ステップＳ６）。
【００４５】
そして、車両６０の走行速度低下などにより、エンジン６２の温度が上昇し、ラジエータ６１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（ステップＳ７）。ここで、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（ステップＳ７：ＹＥＳ）には、電力回生動作を継続し、一方、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（ステップＳ７：ＮＯ）には、電力回生動作を終了する。
【００４６】
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、ファンモータ２０の回転速度が予め定められた一定の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、ある一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、電力回生を開始した直後に電力回生が強制的に終了してしまうという不具合を防止することができる。また、ファンモータ２０の回転速度が徐々に低下する場合であっても、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースに出力するチョッパ信号のデューティ比を高くすることにより、回生電圧の回生効率を向上させることができる。さらに、上述のように、電力回生回路３０は、上述のように、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ため、モータを駆動させるための駆動制御回路を別途設ける必要がなく、部品コストの増加を防ぐことができる。
なお、本実施形態において、回生電圧がバッテリ４０の定格電圧を超えてしまうような場合には、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆの各ベースに出力するチョッパ信号のデューティ比を下げればよい。このようにすれば、バッテリ４０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４０の定格内に納めることが可能になる。
【００４７】
（第二実施形態）
次に、図８乃至図１２を参照しながら、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８乃至図１２は、本発明の第二実施形態を示す図で、図８は車両用電力回生装置の全体構成を示すブロック図、図９は車両用電力回生装置の電気的構成を示す説明図、図１０は車両用電力回生装置の動作を示す第一フローチャート、図１１は車両用電力回生装置の動作を示す第二フローチャート、図１２は車両用電力回生装置の動作を示す第三フローチャートである。
【００４８】
本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置は、上記第一実施形態に係る車両用電力回生装置１に回生電流検出部１５０を追加して設けたものである。この第二実施形態に係る車両用電力回生装置において、回生電流検出部１５０を追加して設けた構成以外については、上述の第一実施形態に係る構成と同一であり、その説明は省略することとする。また、第二実施形態についての説明において、上記第一実施形態に係るものと同一の部材は、同一の符号を用いることとする。
【００４９】
本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１は、図８に示すように、電力回生回路１３０内に回生電流検出部１５０を有して構成されたものである。回生電流検出部１５０は、ファンモータ２０から流れる回生電流量に応じた回生電流検出信号を出力するためのものであり、回生電流検出用抵抗器１５１と、増幅器１５２とから構成されている。
回生電流検出用抵抗器１５１は、図９に示すように、陰極電源線３８に直列に接続され、陰極電源線３８に流れる回生電流量を検出することができるようになっている。また、増幅器１５２は、回生電流検出用抵抗器１５１の陰極側に接続され、回生電流検出用抵抗器に流れる回生電流量に応じた回生電流検出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。
【００５０】
中央制御回路部１３１は、回生電流検出部１５０から出力される回生電流検出信号を入力して、切替部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、切替部３２を介して、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。なお、中央制御回路部１３１は、上記第一実施形態に係る中央制御回路部３１と同様に、ＣＰＵ等の演算処理回路を有して構成されたものである。
【００５１】
そして、本発明に係る第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１は、上記各構成により、車両６０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、モータ回転速度検出部５０から出力される回転速度検出信号に応じて、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。なお、以下では、本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１におけるモータ駆動動作および電力回生動作において、上記第一実施形態に係る車両用電力回生装置１と異なる動作についてのみ説明し、その他の上記第一実施形態に係る車両用電力回生装置１と同様の動作については、上記第一実施形態についての説明を参照することとする。
【００５２】
本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１においては、上記第一実施形態と同様に、電力回生を行うことにより、ステータ２２とロータ２３との間に働く制動力が強くなり、ファンモータ２０の回転速度が低下する現象が生じる。従って、ファンモータ２０の回転速度が低下した場合であっても、電力回生を確保するために、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースに出力するチョッパ信号のデューティ比を調整する。すなわち、本例では、回生電流検出部１５０から得られる回生電流検出信号に基づいて回生電流量を把握すると共に、チョッパ信号のデューティ比を上下させることによって回生電流量を変化させる。また、この変化する範囲内で回生電流量が最も多くなったときのデューティ比を検出し、この回生電流量が最も多くなったときのデューティ比でチョッパ信号を出力することとする。以下、中央制御回路部１３１において電力回生時に行われるデューティ比の設定方法について、図１０乃至図１２に示すフローチャートを参照しながら詳述する。
【００５３】
はじめに、デューティ比の初期設定を行う（ステップＳ１１）。デューティ比の初期設定値は、ファンモータ２０の回転速度が第一基準速度を上回り、電力回生が開始されるときのデューティ比である。本例では、第一実施形態と同様に、回転数が１０００ｒｐｍになったときに電力回生が開始されるので、デューティ比の初期設定値（ｎ＝１）は８０％に設定する。なお、この初期設定値は、中央制御回路部１３１に備えられた不図示のメモリに予め記憶されている。そして、デューティ比８０％からなるチョッパ信号を出力することにより電力回生を開始する。次に、回生電流検出部１５０を用いて、電力回生時の回生電流量を検出し（ステップＳ１２）、このときの回生電流値を第一回目（ｎ＝１）の回生電流値として中央制御回路部１３１内のメモリに記憶する（ステップＳ１３）。
【００５４】
そして、カウントアップ（ｎｎ＋１＝ｎ＋１）を行い（ステップＳ１４）、デューティ比を低減させる（ステップＳ１５）。このときのデューティ比は、例えば、７５％とする。デューティ比の増減は、任意に選択可能であるが、本例では、一例として５％ずつ増減する。次に、このときのデューティ比を第二回目（ｎ＝２）の設定値として中央制御回路部１３１内のメモリに記憶する（ステップＳ１６）。ところで、一般に、上述のようにしてデューティ比を低減させると回生電流量が変化する。そこで、回生電流検出部１５０を用いて、回生電流量を検出し（ステップＳ１７）、このときの回生電流値を第二回目（ｎ＝２）の回生電流値として中央制御回路部１３１内のメモリに記憶する（ステップＳ１８）。
【００５５】
そして、中央制御回路部１３１において、上記第一回目（ｎ＝１）に検出した回生電流値と、第二回目（ｎ＝２）に検出した回生電流値とを比較する（ステップＳ１９）。すなわち、前回検出して記憶した回生電流値と、今回検出して記憶した回生電流値とを比較する。そして、第二回目に検出した回生電流値が第一回目に検出した回生電流値よりも大きい場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）には、ステップＳ３１に進む。一方、第二回目に検出した回生電流値が第一回目に検出した回生電流値よりも小さい場合（ステップＳ１９：ＮＯ）には、ステップＳ２０に進む。そして、第一回目に検出した回生電流値が第二回目に検出した回生電流値よりも小さい場合（ステップＳ１９：ＮＯ）には、デューティ比を、例えば、５％増加させて８５％とする（ステップＳ２０）。次に、このときのデューティ比を第二回目（ｎ＝２）の設定値として中央制御回路部１３１内のメモリに記憶し直す（ステップＳ２１）。そして、上述のようにしてデューティ比を低減させると回生電流量が変化する。そこで、回生電流検出部１５０を用いて、回生電流量を検出し（ステップＳ２２）、このときの回生電流値を第二回目（ｎ＝２）の回生電流値として中央制御回路部１３１内のメモリに記憶し直す（ステップＳ２３）。
【００５６】
そして、中央制御回路部１３１において、上記第一回目（ｎ＝１）に検出した回生電流値と、上記第二回目（ｎ＝２）として検出し直した回生電流値とを比較する（ステップＳ２４）。すなわち、前回検出して記憶した回生電流値と、今回検出して記憶した回生電流値とを比較する。そして、第二回目に検出した回生電流値が第一回目に検出した回生電流値よりも大きい場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）には、ステップＳ４１に進む。一方、第二回目に検出した回生電流値が第一回目に検出した回生電流値よりも小さい場合（ステップＳ２４：ＮＯ）には、カウントアップ（ｎｎ＋１＝ｎ＋１）を行い（ステップＳ２５）、終了か否かの判断を行う（ステップＳ２６）。このときの終了か否かの判断は、例えば、ファンモータ２０の回転速度が第二基準値（例えば、回転数２００ｒｐｍ）を下回ったか否かである。そして、ステップＳ２６の処理において、終了すると判断した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）には、全体の処理を終了する。一方、ステップＳ２６の処理において、終了しないと判断した場合（ステップＳ２６：ＮＯ）には、上記ステップＳ１５の処理に戻る。そして、上記ステップＳ１５〜ステップＳ２６の処理を繰り返し行う。
【００５７】
一方、上記ステップＳ１９の処理において、第二回目に検出した回生電流値が第一回目に検出した回生電流値よりも大きい場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）には、ステップＳ３１において、カウントアップ（ｎｎ＋１＝ｎ＋１）を行う。続けて、回生電流検出部１５０を用いて、第三回目（ｎ＝３）の回生電流を検出し（ステップＳ３２）、このときの回生電流値を第三回目（ｎ＝３）の回生電流値として中央制御回路部１３１内のメモリに記憶する（ステップＳ３３）。そして、中央制御回路部１３１において、上記第二回目（ｎ＝２）に検出した回生電流値と、第三回目（ｎ＝３）に検出した回生電流値とを比較する（ステップＳ３４）。すなわち、前回検出して記憶した回生電流値と、今回検出して記憶した回生電流値とを比較する。そして、第三回目に検出した回生電流値が第二回目に検出した回生電流値よりも大きい場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）には、ステップＳ３１に戻り、上記ステップＳ３１〜ステップＳ３４の処理を繰り返し行う。一方、第三回目に検出した回生電流値が第二回目に検出した回生電流値よりも小さい場合（ステップＳ３４：ＮＯ）には、ステップＳ２０に戻る。
【００５８】
また、上記ステップＳ２４の処理において、第二回目に検出した回生電流値が第一回目に検出した回生電流値よりも大きい場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）には、ステップＳ４１において、カウントアップ（ｎｎ＋１＝ｎ＋１）を行う。続けて、回生電流検出部１５０を用いて、第三回目（ｎ＝３）の回生電流を検出し（ステップＳ４２）、このときの回生電流値を第三回目（ｎ＝３）の回生電流値として中央制御回路部１３１内のメモリに記憶する（ステップＳ４３）。そして、中央制御回路部１３１において、上記第二回目（ｎ＝２）に検出した回生電流値と、第三回目（ｎ＝３）に検出した回生電流値とを比較する（ステップＳ４４）。すなわち、前回検出して記憶した回生電流値と、今回検出して記憶した回生電流値とを比較する。そして、第三回目に検出した回生電流値が第二回目に検出した回生電流値よりも大きい場合（ステップＳ４４：ＹＥＳ）には、ステップＳ４１に戻り、上記ステップＳ４１〜ステップＳ４４の処理を繰り返し行う。一方、第三回目に検出した回生電流値が第二回目に検出した回生電流値よりも小さい場合（ステップＳ４４：ＮＯ）には、ステップＳ２５に戻る。そして、上記要領にて、電力回生が終了されるまで、上記各処理を継続して行う。
【００５９】
このように、本実施形態に係る車両用電力回生装置１０１では、回生電流量を測定しながら、スイッチング素子３５ｄ，３５ｄ，３５ｆに出力するチョッパ信号のデューティ比を、例えば、８０％から７５％へ低減させたり、８０％から８５％へ増加させたりするなどというように上下させる。そして、このようにしてデューティ比を上下させたときに、回生電流量が最も多くなるデューティ比を検出し、当該回生電流量が最も多くなるデューティ比を、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに出力するチョッパ信号のデューティ比に設定することができるようになっている。このように、ファンモータ２０からバッテリ４０に流れる回生電流量に応じてデューティ比を最適に調整することにより、より多くの回生電流を効率良くバッテリ４０に流すことが可能となる。
【００６０】
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）本実施形態の車両用電力回生装置１，１０１によれば、ファンモータ２０の回転速度が予め定められた一定の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、ある一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、電力回生を開始した直後に電力回生が強制的に終了してしまうという不具合を防止することができる。これにより、風力エネルギによってファンモータ２０で発生した電力を効率良く回生することが可能となり、車両６０における電力収支を向上させることが可能となる。
【００６１】
（ロ）また、第一実施形態に係る車両用電力回生装置１では、モータ回転速度検出部５０から出力される回転速度検出信号に基づく回転速度が低下したことに応じて、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに出力するチョッパ信号のデューティ比を高くする機能を備えているので、ファンモータ２０の回転速度が低下した場合でも、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに出力するチョッパ信号のデューティ比が高められ、これによって、より多くの回生電流をバッテリ４０に流すことができる。
【００６２】
（ハ）さらに、第二実施形態に係る車両用電力回生装置１０１では、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに出力するチョッパ信号のデューティ比を可変して回生電流検出信号に基づく回生電流量が最も多くなるデューティ比を検出すると共に、当該回生電流量が最も多くなるデューティ比を、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに出力するチョッパ信号のデューティ比に設定可能な構成となっている。これにより、ファンモータ２０の回転速度が変化しても、この変化する回転速度に追従して、回生電流量が最も高くなるデューティ比を設定することができ、より多くの回生電流をバッテリに流すことが可能となる
【００６３】
（ニ）また、本実施形態に係る車両用電力回生装置１，１０１では、ファンモータ２０がブラシレスモータで構成されているので、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可能となり、これにより、モータ駆動効率を向上させることが可能となる。また、モータ回路部３３が全波駆動回路により構成されているので、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。これにより、電力回生回路とは別にモータを駆動させるための駆動制御回路を不要にできるので、部品コストの増加を防ぐことが可能となる。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可能となるので、電力回生動作の効率をより向上させることが可能となる。
【００６４】
（ホ）さらに、本実施形態に係る車両用電力回生装置１，１０１では、ファンが車両６０に配設されたラジエータ６１を冷却させるためのラジエータ冷却用のファン１０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２０で構成される。このように構成されると、車両６０に既存の設備を本車両用電力回生装置に用いることができるので、電力回生のための装備を追加したことによる車両６０のコスト増加を低く抑えることが可能となる。
【００６５】
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）本実施形態では、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆの全てのベースにチョッパ信号を出力して、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの誘起電圧を昇圧させていたが、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのうち、一つ又は二つのスイッチング素子のベースにチョッパ信号を出力して誘起電圧を昇圧させても良い。また、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆをチョッパ制御するのと同じように、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースへ出力するスイッチング信号を全てＬＯＷレベルに維持した状態で、スイッチング素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃのうちの少なくともひとつのスイッチング素子のベースにチョッパ信号を出力しチョッパ制御を行うことにより、電機子巻線２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗのうち、いずれかの電機子巻線の誘起電圧を昇圧させても良い。
【００６６】
（ｂ）上記実施形態では、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆのベースに出力するチョッパ信号の周波数が一定となるように説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。その他にも、例えば、回転速度検出信号に基づく回転速度、回生電流検出信号に基づく回生電流量、車両の走行速度等に応じて、回生電力効率が最適となるように可変させても良いことは勿論である。
【００６７】
（ｃ）上記実施形態では、ファンモータ２０が３相の電機子巻線２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ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。その他にも、電機子巻線を並列に接続することにより、２相、４相、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構成される。
【００６８】
（ｄ）上記実施形態では、モータ回路部３３が全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。その他にも、図１３に示す電力回生装置２０１のように、電力回生回路２３０に設けられたモータ回路部２３３は、半波駆動回路で構成されていても良い。このモータ回路部２３３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２３４と、スイッチング素子２３５ａ，２３５ｂと、ダイオード２３６ａ，２３６ｂと、を有して構成されている。このとき、半波駆動回路は、２相に限らず、２相乃至６相に構成することができる。また、複数のスイッチング素子２３５ａ，２３５ｂのうち、少なくとも１つのスイッチング素子をチョッパ制御することにより、ファンモータ２２０の電機子巻線２２１Ｕ，２２１Ｖからバッテリ４０へ回生電流を流すことができる。
【００６９】
（ｅ）上記実施形態では、モータ回転速度検出部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。その他にも、例えば、車両６０に備えられた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。
【００７０】
（ｆ）上記実施形態では、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、その他にも、ブラシ付き直流モータが用いられても良い。
【００７１】
（ｇ）上記実施形態では、ファンが車両６０に配設されたラジエータ６１を冷却させるためのラジエータ冷却用のファン１０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６０に配設されたファンモータ２０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。その他にも、例えば、図１４に示すように、ファンは、車両７０に配設された車両用空調装置７１の送風用ブロワファン７２で構成され、回転電機は、送風用ブロワファンを回転駆動させるために車両７０に配設されたブロワモータ７３で構成されていても良い。
【００７２】
（ｈ）上記実施形態では、回転速度検出信号に基づく回転速度が予め定められた第一基準速度以上になったときに、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに対するチョッパ制御を開始すると共に、回転速度検出信号に基づく回転速度が第一基準速度よりも遅い第二基準速度以下になったときに、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに対するチョッパ制御を停止させる構成となっていたが、本発明はこれに限定されるものではない。その他にも、回生電流検出部から出力された回生電流検出信号に基づく回生電流量が予め定められた第一基準値以上になったときに、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに対するチョッパ制御を開始すると共に、回生電流検出信号に基づく回生電流量が第一基準値よりも低い第二基準値以下になったときに、スイッチング素子３５ｄ，３５ｅ，３５ｆに対するチョッパ制御を停止する構成でも良い。このように構成しても、上記と同様に、電力回生を開始した直後に電力回生が強制的に終了してしまうという不具合を防止することができる。
【００７３】
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。すなわち、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において、前記電力回生回路は、前記回転電機から流れる回生電流量に応じた回生電流検出信号を出力可能な回生電流検出部と、オン状態となったときに前記回転電機の電機子巻線を短絡させると共にオフ状態となったときに前記電機子巻線に電圧を誘起させるスイッチ部と、該スイッチ部をチョッパ制御する制御部と、を有して構成され、該制御部は、前記回生電流検出信号に基づく回生電流量が予め定められた第一基準値以上になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を開始すると共に、前記回生電流検出信号に基づく回生電流量が前記第一基準値よりも低い第二基準値以下になったときに、前記スイッチ部に対するチョッパ制御を停止するチョッパ制御機能と、前記回生電流検出信号に基づく回生電流量に応じて、前記スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するデューティ比可変機能と、を有することを特徴とする車両用電力回生装置である。
【００７４】
上記車両用電力回生装置によれば、電力回生を開始した直後に回生ブレーキによって回転速度が低下して回生電流量が減少しても、第二基準値に減少するまで回転電機が発電機として動作し続けることが可能となるので、電力回生が強制的に終了してしまうという不具合が生じてしまうことを防止することが可能となる。これにより、風力エネルギによって回転電機で発生した電力を効率良く回生することが可能となり、車両における電力収支を向上させることが可能となる。また、上記車両用電力回生装置における制御部には、チョッパ制御機能の他に、回生電流検出信号に基づく回生電流量に応じて、スイッチ部に出力するチョッパ信号のデューティ比を可変するデューティ比可変機能が備えられている。この構成により、例えば、回転電機からバッテリに流れる回生電流量に応じてデューティ比を最適に調整することで、より多くの回生電流を効率良くバッテリに流すことが可能となるので、車両における電力収支をより向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【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車両用電力回生装置の電気的構成を示す説明図である。
【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】本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置における電力回生の開始又は終了とモータ回転速度との関係を示す説明図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置におけるモータ回転速度とデューティ比との関係を示す説明図である。
【図７】本発明の第一実施形態に係る車両用電力回生装置におけるチョッパ信号を示す説明図である。
【図８】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９】本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置の電気的構成を示す説明図である。
【図１０】本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置の動作を示す第一フローチャートである。
【図１１】本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置の動作を示す第二フローチャートである。
【図１２】本発明の第二実施形態に係る車両用電力回生装置の動作を示す第三フローチャートである。
【図１３】本実施形態に係る車両用電力回生装置の第一改変例を示す説明図である。
【図１４】本実施形態に係る車両用電力回生装置の第二改変例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
１，１０１，２０１  車両用電力回生装置、１０  ファン、１１  回転軸、１２  羽根、２０，２２０  ファンモータ、２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ，２２１Ｕ，２２１Ｖ  電機子巻線、２２  ステータ、２３  ロータ、３０，１３０，２３０  電力回生回路、３１，１３１  中央制御回路部、３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ  出力端子、３２  切替部、３３，２３３  モータ回路部、３４，２３４  ドライバ、３５ａ，３５ｂ，３５ｃ  スイッチング素子、３５ｄ，３５ｅ，３５ｆ，２３５ａ，２３５ｂ  スイッチング素子、３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，２３６ａ，２３６ｂ  ダイオード、３６ｄ，３６ｅ，３６ｆ  ダイオード、３７  陽極電源線、３８  陰極電源線、４０  バッテリ、５０Ｕ，５０Ｖ，５０Ｗ  位置検出器、５０  モータ回転速度検出部、６０  車両、６１  ラジエータ、６２  エンジン、７０  車両、７１  車両用空調装置、７２  送風用ブロワファン、７３  ブロワモータ、１５０  回生電流検出部、１５１  回生電流検出用抵抗器、１５２  増幅器
【図１】
2005117872.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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【図７】
2005117872.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005117872.tif 000011
【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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