(57)【要約】      （修正有）【課題】一般車両、ハイブリッド車両のオルタネータを省略できエンジンにかかる負担を小さくして、燃費の向上が図れる車両電池充電システムを提供する。【解決手段】車両電池充電システムは、複数の半導体熱電変換素子のモジュールを並列及び直列に接続している熱電変換素子ユニットに固定したヒートシンクに、強制的に冷却水（不凍液）をエンジン１で駆動されるポンプで循環させる冷却パイプを固定した熱電変換器２と、熱電変換素子ユニットと充電制御器４を電気的に切り離すスイッチ機構とチョッパーで構成される回転子を内蔵して、絶縁材のケースの外側に冷却ファンとエンジンの回転を伝えるプーリを有する機械式チョッパー３と、電圧の昇圧と充電する電圧及び電流を制御する充電制御器４と、車両に付属する電池５とで構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体熱電変換素子のモジュールを並列及び直列に接続している一個の熱電変換素子ユニットに固定した一個のヒートシンクに、強制的に冷却水（不凍液）をエンジンで駆動されるポンプで循環させる冷却パイプを固定した一個の熱電変換器と、熱電変換素子ユニットと充電制御器を電気的に切り離すスイッチ機構とチョッパーで構成される回転子を内蔵して、ケースの外側に冷却ファンとエンジン回転を伝えるプーリを有する一個の機械式チョッパーと、電圧の昇圧と充電する電圧及び電流を制御する一個の充電制御器と、車両に付属する電池とで構成されていることを特徴とする車両電池充電システム。
【請求項２】
前記冷却パイプの一部に冷却ファンで空気を吹き付けて冷却し熱源側（エンジン）との温度差を生じさせて、冷却水はエンジンに使用する不凍液と同等であって冷却ファンはベルトを介してエンジンで回転されることを特徴とする請求項１に記載の車両電池充電システム。
【請求項３】
前記機械式チョッパーに内蔵される回転子のチョッパーの働きで熱電変換素子ユニットの出力電圧を昇圧して前記充電制御器の動作範囲を広くするとともに、熱電変換素子ユニットが短絡による損傷を防ぐ為に電源スイッチの働きをする複数個の摺動子が組み込まれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両電池充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は車両で化石燃料を使用するエンジンの廃熱を利用した半導体熱電変換素子による車両電池充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】化石燃料を使用するエンジンの廃熱を回収する手段として、半導体熱電変換素子で電力を得る方法（例えば特許文献１、特許文献４、特許文献６参照）はこれまでも提案されている。また車体の振動を利用して圧電素子に電気を発生させ、電池に充電する方法（例えば特許文献２参照）や走行時の流動空気でファンを回転させて発電機を回して電力を得る方法（例えば特許文献３参照）も提案されている。さらに太陽光発電で発電した電力を電池に充電する方法（例えば特許文献５参照）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開公  平１０−３０９０８８
【特許文献２】特開公２０１１−０９３５０５
【特許文献３】特開公２０１０−１１２３６７
【特許文献４】特開公２００９−１３３２１０
【特許文献５】特開公２００６−３４０５４４
【特許文献６】特開公２００１−０２３６６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】前記で提案されている化石燃料を使用するエンジンの廃熱を利用した半導体熱電変換素子で電力を得る方法では、熱電変換素子の保護や出力電力変動を抑える為に熱源と熱電変換素子の間に空間を作り、熱媒体を流してその流量を調節する（特許文献１）、または熱源の温度を制御（特許文献６）してエンジン冷却と熱電変換素子の発電を最適（特許文献４）にするとされている。また温度によって熱電変換素子と電池の接続を制御する（特許文献４）とされているがいずれの方法も制御手段が高コストになる恐れがあり、また圧電素子を利用する方法（特許文献２）やファンを利用した方法（特許文献３）では車が停止した時は発電できず発電容量が小さくて充電は難しい。太陽光発電（特許文献５）では雨天の日や夜間は発電できないので効率が悪いという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】このような課題を解決するために本発明に係わる車両電池充電システムは、複数の半導体熱電変換素子のモジュールを並列及び直列に接続している一個の熱電変換素子ユニットに固定した一個のヒートシンクに、強制的に冷却水（不凍液）をエンジンで駆動されるポンプで循環させる冷却パイプを固定した一個の熱電変換器と、熱電変換素子ユニットと充電制御器を電気的に切り離すスイッチ機構とチョッパーで構成される回転子を内蔵して、ケースの外側に冷却ファンとエンジン回転を伝えるプーリを有する一個の機械式チョッパーと、電圧の昇圧と充電する電圧及び電流を制御する一個の充電制御器と、車両に付属する電池とで構成されている。【０００６】前記半導体熱電変換素子のモジュールは、Ｐ型半導体とＮ型半導体のチップを複数個組み合わせたゼーベック効果による熱発電モジュールで、該熱発電モジュールを複数個組み合わせた一個の熱電変換素子ユニットがエンジンの周りに配設されている。ゼーベック効果は温度差が大きいほど効率が高くなるので、冷却の為のヒートシンクと該ヒートシンクに固定する冷却パイプに冷却水（不凍液）を強制循環させ、該冷却パイプの一部に冷却ファンで空気を吹き付けて冷却し熱源側（エンジン）との温度差を生じさせている。前記冷却水はエンジンに使用する不凍液と同等のものであり冷却水を循環させるポンプとファンはベルトを介してエンジンで回転される。【０００７】前記機械式チョッパーはスイッチング電源のチョッパーの働きを機械式に行うもので、車両の始動時にエンジンの温度が低く熱電変換素子ユニットの出力電圧が低い時に昇圧して充電制御器の動作範囲を広める為に作用させている。熱電変換素子ユニットが短絡による損傷を防ぐ為に電源スイッチの働きをする複数個の摺動子が組み込まれていて、エンジン停止時には熱電変換素子ユニットの出力が開放される。内蔵されている回転子はケース外部に取り付けられたプーリにベルトを介してエンジンで回転される。【０００８】前記充電制御器は熱電変換素子ユニットの出力電圧を一旦昇圧して平滑した後、ＤＣ−ＤＣコンバータで再び電圧の昇圧と、電圧及び電流が制御されて電池に充電電力を供給する。車両が停止している間もエンジンが回転し尚且つ温度が高い時は充電が継続され、エンジンが停止すると熱電変換素子ユニットから電気的に切り離されて充電が停止する。
【発明の効果】
【０００９】本発明によれば一般車両、ハイブリッド車両のオルタネータを省略できエンジンにかかる負担を小さくして、燃費の向上が図れる車両電池充電システムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態の車両電池充電システムの外観図である。
【図２】同機械式チョッパーの拡大外観図である。
【図３】同機械式チョッパーの回転停止時の拡大断面図である。
【図４】同機械式チョッパーの回転時の拡大断面図である。
【図５】同熱電変換器の拡大外観図である。
【図６】同機械式チョッパー回転子の拡大外観図である。
【図７】同電気回路のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】以下図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
エンジン１のエンジン廃熱が伝わる外周の位置に熱電変換器２を直接または取り付け金具（図示せず）で固定する。固定位置はプーリＢ７３がエンジン１の外側にはみ出す位置でエンジン１からベルト（図示せず）を介して回転を伝えられる位置になっている。またエンジン１の振動を避ける為にポンプ７２を車体に取り付ける場合は、ポンプ７２と冷却パイプ７４の間をゴム管（図示せず）で繋ぐ。
【００１２】機械式チョッパー３は回転子（図６）を内蔵し絶縁材のケースＡ１１とケースＢ１２で覆われて両ケースは密着固定される。前記両ケースはプーリＡ１０がエンジン１の外側にはみ出す位置で車体またはエンジン１に固定されて、エンジン１からベルト（図示せず）を介して回転が伝えられる。ケースＡ１１には端子１４ａ、ｂ、ｃが一体成型されていて、内部には上下に自由に動けるようにカーボンブラシ３０ａ、ｂ、ｃがスプリング５０ａ、ｂ、ｃで常時摺動子Ａ５３（３０ｃ）と摺動子Ｂ５４（３０ａ、ｂ）に圧して接触している。カーボンブラシ３０ａ、ｂ、ｃからは配線する電線（図示せず）が引き出されている。同じようにケースＢ１２には端子１４ｄが一体成型されていて、内部には上下に自由に動けるようにカーボンブラシ３０ｄがスプリング５０ｄで常時摺動子Ｃ５５に圧して接触している。カーボンブラシ３０ｄからは配線する電線（図示せず）が引き出されている。
【００１３】前記回転子（図６）のシャフト３４には絶縁材のチョッパードラム３１と錘固定具３３と、ケースＡ１１の外側にプーリＡ１０と、ケースＢ１２の外側に冷却ファン１３が固定されている。絶縁材のスイッチドラム３２はシャフト３４を摺動自在に嵌め込まれている。二個の錘５１ａ、ｂがそれぞれの板バネ５２ａ、ｂに固定されていて、該板バネ５２ａ、ｂの一端は錘固定具３３に固定され、他端はスイッチドラム３２に固定されている。シャフト３４はケースＡ１１とケースＢ１２を回転自在に貫通している。
【００１４】絶縁材のチョッパードラム３１の外周にはリング状に摺動子Ａ５３（銅薄板）と、一部を櫛型に等間隔で切り抜いた摺動子Ｂ５４（銅薄板）を巻いて固定し、絶縁材のスイッチドラム３２の外周にも同じく複数個所を残して切り抜いた摺動子Ｃ５５（銅薄板）を巻いて固定し、前記残された部分の先端はチョッパードラム３１に突き当たらないように曲げ加工されて、移動した時に該チョッパードラム３１に接触し乍らせり上がる構造になっている。
【００１５】次に作用について説明する。
エンジン１が停止時は機械式チョッパー３に内蔵する回転子の電源スイッチの働きをするチョッパードラム３１の摺動子Ａ５３と、スイッチドラム３２の摺動子Ｃ５５は接触せず熱電変換素子ユニット７０の出力は開放されている。エンジン１が回転し始めるとチョッパードラム３１とスイッチドラム３２と錘固定具３３は同時に回転を始め、板バネ５２ａ、ｂに固定された錘５１ａ、ｂが遠心力で外側に押しやられてスイッチドラム３２をシャフト３４に沿って引き寄せる。この時スイッチドラム３２の摺動子Ｃ５５の複数個所の一部がチョッパードラム３１の摺動子Ａ５３にせり上がって接触し電気的に導通する。
【００１６】チョッパードラム３１が回転して摺動子Ｂ５４の櫛型にカットされた部分に接触するカーボンブラシ３０ａは、等間隔で導通と否導通を繰り返して充電制御器４の内部に配設した一次側コイル（Ｔ）に電流を流して二次側コイル（Ｔ）の出力電圧を昇圧する。昇圧された電圧は平滑されて前記充電制御器４に内蔵されたＤＣ−ＤＣコンバータに供給されて電池５の充電に適した電圧及び電流に制御される。
【００１７】熱電変換素子ユニット７０の出力電圧を昇圧することで半導体熱電変換素子のモジュールの数量を減して該熱電変換器２を小型にすると同時にコストを下げる効果が期待できる。既存の車両でもオルタネータの代替として利用可能である。
【符号の説明】
【００１８】  １  エンジン                    ３３  錘固定具
２  熱電変換器                  ３４  シャフト
３  機械式チョッパー            ５０  スプリング
４  充電制御器                  ５１  錘
５  電池                        ５２  板バネ
１０  プーリＡ                    ５３  摺動子Ａ
１１  ケースＡ                    ５４  摺動子Ｂ
１２  ケースＢ                    ５５  摺動子Ｃ
１３  冷却ファン                  ７０  熱電変換素子ユニット
１４  端子                        ７１  ヒートシンク
３０  カーボンブラシ              ７２  ポンプ
３１  チョッパードラム            ７３  プーリＢ
３２  スイッチドラム              ７４  冷却パイプ
【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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