JPH07217528A

JPH07217528A - 弾み車利用の駆動機構

Info

Publication number: JPH07217528A
Application number: JP30028292A
Authority: JP
Inventors: James Coe Carlos; ジェームズコーカルロス
Original assignee: BDM International Inc
Current assignee: BDM International Inc
Priority date: 1992-10-13
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】車両の運行時，ブレーキ等によるエネルギー
損出を，弾み車の回転力に転換するする事により、エネ
ルギー効率のよい駆動手段、及びこの原理を応用した車
両を提供すること。【構成】二つのＤＣモーターに挟まれ、自由に回転で
きる弾み車を、動力源とタイヤの間に設置し、この弾み
車の回転力を使い、車両を動かす。またブレーキを使う
時には、ＤＣモーターから逆回転力を得て、弾み車の回
転を上げ、エネルギーの蓄積をおこなう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、動力源およびその動
力源を利用した種々の装置から、機械的に独立した弾み
車を利用する、燃料効率のよい駆動機構と、新しい弾み
車自体の素材と構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】弾み車の技術はずっと以前、初期の蒸気
機関の時代にまで遡り、その当時は動力軸が長くそして
不均一な動きを、滑らかにするために用いられた。この
ような応用例は、蒸気機関の回転数が通常５０００Ｒ
ＰＭ以下であるため可能であった。しかしながらエン
ジンの回転数が高くなると共に、独立した特異な構成と
しての弾み車は急激に使用されなくなった。ところが最
近、自動車の燃費向上が叫ばれられると共に今度は重要
な、エネルギー貯蔵手段となった。特に、弾み車を持た
ない通常の動力源は、必要とする最高出力に合わせてそ
の大きさが決められている為、効率が悪い。すなわちエ
ネルギーを浪費し、特にエンジンのアイドリング中や、
低速運転中、さらにブレイキをかけた時等に、多くのエ
ネルギーロスを生ずる。このようなエネルギーロスを避
けるため、最近の自動車の弾み車は、失われるエネルギ
ーを効率よく蓄える為の補助として使われている。しか
しながら従来の弾み車はエンジンの効率を低下させると
いう欠点を有している。

【０００３】例えば最近の弾み車のプロトタイプについ
て Schilke 他による ”The Design of An Engine Fl
ywheel Hybrid Drive System for a Passenger Car"
が、通常の自動車エンジンの最高出力を低下させるた
め、小型車用にエンジンと弾み車を組み合わせたものを
開示している。この弾み車はブレイキをかけるときの補
助や、必要な最高出力の低減、さらに、アイドリング中
やクラッチを離しての減速時に放出されるエネルギー
を、蓄える第二のエネルギー源を提供するために用いら
れている。このSchilke の弾み車は、動力源の内蔵装置
ではなく、外装補助動力源として設計されている。した
がって弾み車による省力化の規模が十分にはならず、ま
た弾み車のエネルギーを十分活用するための、トランス
ミッションや制御系統が複雑になる嫌いがある。

【０００４】他のシステムとして弾み車を、電気モター
を駆動させる発電機として使用するものがある。例え
ば、General Electric 社は弾み車を利用した電気推進
の大型通勤バスを開発している。このシステムでは適
時、蓄電され、そしてバスルート沿いで再蓄電しつつそ
のバスを動かす3000ポンドの弾み車から成り立ってい
る。この弾み車は他のエンジンやモーターに頼らず、む
しろ主動力源として使われている。この場合一番の欠点
は、弾み車が一旦、運動エネルギーとして蓄えられた
後、電気エネルギー、そして又、最終的には自動車を動
かす運動エネルギーに使用される事にある。さらに通常
の自動車には使用できない程、極端に大きく又重い弾み
車を使用する。又この弾み車は、3.5マイルごとにチャ
ージしなければならず、このため電源ケーブルがある短
い通勤距離にだけ実用的と思われる。

【０００５】さらに現行の弾み車の設計上、問題となる
のはその機構自体を収納するハウジングである。すなわ
ち慣性力を大きくするため、弾み車を適度の大きさに設
計する必要があり、比較的大きくなってしまう事と、さ
らに車を動かすうえに十分なエネルギーを蓄えるため比
較的高速回転させる必要があるためである。弾み車の収
納の問題は技術的には、なかなか難しい問題である。す
なわち事故やベアリングの破損等の不慮の事態にも、弾
み車が暴走したり側の人を怪我させないように、この弾
み車を閉じ込める必要がある。最後にその設計はコンパ
クト、軽量、かつ採算性が採れている必要がある。しか
しながら現行のシステムでは、全重量を最小限にし、か
つ小型車用に安全である高エネルギー蓄積用の弾み車は
見当たらない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、燃費効
率のよい、軽量かつ安全な弾み車を使った動力源と弾み
車の素材と構造を使って、高性能かつ高燃費効率を実現
する装置と方法が技術上必要なことは明白である。従っ
てこの発明の主な目的は、通常の動力源より大幅に燃費
効率が良く且つ、いろいろな動力装置に適す動力源を提
供することにある。より厳密に言えば弾み車を使って、
動力源の中でエネルギーを使う部分とエネルギーを生み
出す部分を完全に分ける事にある。

【０００７】別の目的として、動力源の主な構成部分で
ある動力発生源、弾み車、及び負荷機構の３つを機械的
に分離独立させることにより、その間で、メカ的なエネ
ルギーロス無しで回転力が相互に伝えられるようにする
事がある。さらに別の目的として、安全で、信頼性が高
く、軽量かつ安価な弾み車とその収納部を提供する事に
ある。

【０００８】さらに別の目的として、自動車の安全を高
めるために、弾み車の材質を強く、かつ可塑性の低いも
ので作る事を目的とする。この様な材質を選ぶことによ
り、不測の事態、例えば事故による強い衝撃を受け、高
速回転している弾み車が破損した場合でも、弾み車が多
数の小片になって飛散するため、ある一定の方向に力が
集中せず安全性が向上することになる。以上の目的をま
とめると、エネルギーを効率良く使う移動式の駆動シス
テムを提供するという装置に関するものである。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】その駆動システムは、電気
信号によりコントロールするようにたっている。動力発
生源としてのモーターは、電気信号システムと主軸につ
ながっている。主軸は電気信号システムでコントロール
される動力回転伝達ジョイントにつながれている。この
ジョイントは、ブラシもスロットも無いＤＣモーター
で出来ている。負荷回転伝達ジョイントが弾み車の反対
側に取り付けられている。したがって、弾み車は動力回
転伝達ジョイントと負荷回転伝達ジョイントの間に挟ま
れる様にして、自由に回転するようになっている。負荷
機構、例えば自動車の車輪は、その負荷回転伝達ジョイ
ントの出力側に付けられている。従って動力回転伝達ジ
ョイントは、モーターから弾み車へ回転力をトランスフ
ァーし、そして負荷回転伝達ジョイントは、車輪へ回転
力をトランスファーするし、その反対に車輪から逆に回
転力をトランスファーされることもある。

【００１０】

【作用】この発明によれば、モーターの駆動、そのモー
ターにつながれた主軸の回転、動力回転伝達ジョイント
を経由して弾み車の主軸への連動、そして負荷回転伝達
ジョイントを経由して車輪へ回転力を必要に応じて伝達
するが、その際、弾み車から車輪まで、すべて機械的な
相互の干渉なしに各々のステップを独立に動かすことが
できるため、結果的に回転を効率よく伝達でき、かつエ
ネルギーロスを最小にする事ができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。部品
ごとの番号で図面において各々示されているが、まず図
１はこの発明の第一実施例として、動力蓄積装置１０の
構成図である。動力蓄積装置１０は動力回転軸１４に適
当な手段でつながる動力源１２を有する。動力回転軸１
４は動力回転伝達ジョイント３１につながる。この動力
回転伝達ジョイントは弾み車２０の回転軸５４を反対側
に有する。弾み車の回転軸５４と一体になっている弾み
車２０は、自由に回転可能になっており、動力回転軸１
４とはメカ的には固着結合していない。

【００１２】動力回転伝達ジョイント３１は、動力回転
軸１４につながる内回転子８４を有している。外回転子
８２は弾み車２０の回転軸５４につながり、弾み車２０
と一体になって回転する。このような仕組みで動力回転
軸１４から弾み車２０へと回転力が伝達される。さらに
弾み車２０の他方の回転軸は負荷回転伝達ジョイント３
０とつながっている。負荷回転伝達ジョイント３０の外
回転子８２も、動力回転伝達ジョイント３１の外回転子
８２と同じ方法で弾み車２０につながり、さらに負荷回
転軸４０を経由してタイヤ等の外力授受機構１８へとつ
ながっている。この構成においては、主な構成部材とし
ての動力源１２、弾み車２０、タイヤ１８、は各々その
間に動力、負荷回転伝達ジョイント３０、３１外回転子
８２と内回転子８４がある為に、メカ的には、固定され
ずに、自由に回転することができるようになっている。
従ってこれ等は、各々異なるスピードで回転する事がで
きる。例えば動力回転軸１４は、ある一定のスピードで
回転し、その間で弾み車の回転軸５４、負荷回転軸４０
は各々異なるスピードで且つスピードを変えながら回転
することが出来る。

【００１３】図１にはこの動力蓄積装置１０を車両、例
えば乗用車に応用しているが、この発明はこの他のタイ
プの自動車、トラック、バス、リクレーション用車両、
通勤バス、大型トラック、さらには自動走行車にも応用
することが出来る。さらにこの発明は、自動車以外、例
えば旋盤等の特殊機械、発電所、自転車等の人力機にも
応用可能である。又この発明の構成は、他のタイプのエ
ンジン、又、内燃機関、電気モーター、ステアリング・
エンジン、タービン、天然ガス等の代替燃料源の動力源
にも応用可能である。

【００１４】この実施例では、回転伝達ジョイントは電
磁モーターを使っているが、その他の抵抗力を応用した
もの、例えば水力、油圧応用のジョイントも、このＤＣ
モーター／ジェネレータつまりダイナモの代わりに応用
できる。なお出来ればこの電磁モーターは、ブラシもス
ロットも無いタイプのＤＣモータ兼ジェネレーターが良
い。理由は内回転子８４も外回転子８２も両方とも各々
回転する為である。これらのモーターはデファレンシャ
ル・モーターともよばれている。この手のモーターとし
てＥｌｉｎｃｏ社製の型ＳＢ−４０またはそれ以上の型
式があげられる。

【００１５】回転伝達ジョイント３０、３１は、電気制
御部（図示せず）によって、回転エネルギーを加えた
り、取り入れたりしている。ブラシ、スロット無しのＤ
Ｃモータは、細かい制御が出来、異なる回転数の間で効
率良く回転を伝達する事ができる。それに固定回転子タ
イプより効率が良く、他のＤＣ，ＡＣモーターにありが
ちなリスポンスの不安定さもない。

【００１６】図１では、弾み車２０が駆動装置の中心的
な要素として使われている。つまり従来の機能である、
機械をスムーズに動かすためではなくタイヤへの動力を
与える実質的な動力源として機能している。動力源１２
は、動力回転シャフト１４、及び動力回転伝達ジョイン
ト３１の内回転子８４と外回転子８２を通して、エネル
ギーを弾み車２０へ伝える。図１に示す構成によればト
ランスミッションそのもとしてそのまま使用でき、この
ことは多くのメカ的な部材を、省略でき、結果として効
率を高めることができる。さらに回転伝達ジョイント３
０、３１また弾み車２０はいずれも動力源１２、タイヤ
１８から独立しているため、メカ的なトランスミッショ
ンやクラッチ・システムに有りがちなエネルギー損が少
ない。

【００１７】図６乃至図９に於て詳述するが、このシス
テムの概略動作は以下の通りである。回転力が弾み車２
０からタイヤ１８へ伝えられるとともに、弾み車の回転
数は自動車が加速され又は一定のスピードを保つことに
より次第に減少する。この弾み車が一定の最低回転数に
達すると、動力源１２が起動し弾み車２０の回転数を上
げてエネルギーを追加供給する。すなわち予め設定され
たコントロール・プログラムによって弾み車２０と動力
源１２との関係はコントロールされており、常に弾み車
が最適の一定回転数になるよう、適時エネルギーが供給
される。動力源１２は回転伝達ジョイント３１を通して
弾み車２０が最高回転数になるまで回転力を供給する。
このようにしてエネルギーが弾み車２０および動力蓄積
装置１０に効率的供給される。

【００１８】これとは反対にブレイキをかけた時は、タ
イヤからの回転力は負荷回転伝達ジョイント３０、負荷
回転軸４０を通じて弾み車２０へと伝達される。このよ
うにブレイキからのエネルギーは弾み車２０の回転数を
上げる為に使われので、無駄にされることはない。この
場合重要なことは、このブレーキ動作が単にメカからメ
カへのエネルギー伝達であり、大変効率がよく、他のエ
ネルギー変換たとえばメカからエレキへの転換を伴う方
法とは、異なることである。このブレーキ動作について
は図６乃至図９の所で詳述する。

【００１９】この実施例では円筒状の弾み車２０が一
定速のモーターまたはエンジン１２によってエネルギー
供給されている。しかし可変速の単一または複数の動力
源も使用可能である。さらにこの構成では動力回転軸１
４が、弾み車の必要とする最高回転スピード以上で回転
しながら、動力回転伝達ジョイント３１を経由して弾み
車２０を回転させている。そして又弾み車の最低回転ス
ピードは、予め定義されたスピードだけ、自動車の運行
最低スピードよりも速くなっている。動力源から弾み車
へ回転を伝達する時は、動力回転伝達ジョイントは一種
の発電機として機能する。言い換えると動力回転軸１４
と弾み車２０の回転数の差が、弾み車に対して回転力を
与え、反対に動力源に対し負荷を与える。同様に弾み車
２０からタイヤ１８への回転も、電磁モーターの一種で
ある負荷回転伝達ジョイント３０を発電機として使用
し、伝達される。負荷回転軸４０を経てタイヤ１８へ回
転力が与えられることで、自動車が加速され、反対に弾
み車への負荷となる。

【００２０】また反対にブレーキをかけた時は、電磁モ
ーターの一種である負荷回転伝達ジョイント３０がモー
ターとして働き、その結果、タイヤ１８と弾み車２０と
のスピード差はタイヤに対してはマイナス、はずみ車に
対してはプラスの回転力となる。従ってブレーキを踏む
と、結果として弾み車が加速され、通常の車では失われ
てしまうエネルギーがうまく保存されることになる。

【００２１】弾み車の慣性力が十分に大きいと仮定する
と、自動車はどのようなスピードでもスムーズな、そし
て出足の良いことになる。さらに急激な加速、追い抜
き、急坂でのスピード保持等のさらに出力を必要とする
場合にも十分に応えられる。燃費効率についても特に市
内走行、その他低速運転時でもたいへん効率的である。
高速道路ではそほどの従来の自動車と大きな差はない
が、それでもスピード道路の混み具合い、運転の仕方等
では、差がでる。もっとも起伏が激しい山岳地ではエネ
ルギーが車に対してマイナス、プラスに作用しこれらは
弾み車に吸収されるため、従来車との差は大きくなる。
従来車と比べ、この発明による自動車の場合、燃費は自
動車の重量とは、特に比例するものではない。従って、
図１の構造は燃費効率が重要な商業車、高級車、バス、
大型トラック等の大型車に適している。

【００２２】動力源１２が電気モーターであれば、通常
の電気自動車に使用されている可変スピードの動力源に
比べもっと効率的である。これは、それらの電気自動車
の走行がこの発明に比べ、その動力源であるモーターに
対する依存度が高いためである。これに対しこの発明で
は、弾み車が推進力を生み出し、電気モーターは単に弾
み車を一定の最高回転数へ引き上げるだけである。すな
わちここでは、ある一定のモーター・スピードがあるだ
けである。

【００２３】さらに通常の電気自動車は、その推進力で
ある電気モータを動かすために大容量のバッテリーを常
に充電する必要がある。しかしながらこの発明では、弾
み車が動力源として効率よく稼働するのでもはや、その
ような大容量バッテリーは不用である。またこの発明に
よる、一定スピードで回転する電気モーターは、通常の
電気動力源の最高必要馬力を平準化する。このため動力
蓄積装置１０とその動力源１２は、比較的小型ですみ、
そのバッテリーも小型ですむ。しかもこの発明による自
動車は、従来車に比べ一回の充電による走行距離が長い
という利点がある。最後にこの動力蓄積装置１０は通常
行なわれるエレキからメカ運動、そしてまたエレキヘと
エネルギー転換する際生じるロスを最小にする。

【００２４】この発明による動力蓄積装置１０の動力源
１２に電気モーターが使われたときの他の特徴として、
充電用交流電源によって一旦弾み車２０を必要回転数ま
で引き上げた後、交流電源を切るため、バッテリーは専
らその後の走行用に使われるだけである点にある。

【００２５】またこの発明による動力蓄積型の自動車で
は、動力源１２として一定スピードの電気モーターと通
常の内燃機関を併用してもよい。この場合はバッテリー
が消費されるまでは、電気モーターを使用し、その後は
内燃機関を使用する。こうすれば短距離用と長距離用の
両方に使用することが出来る。

【００２６】次に図２を参照にして、この発明を応用し
た第二実施例としての二輪駆動システムについて説明す
る。この二輪駆動システム１１０では、主動力源１１２
として内燃機関、電気モーター、その他いままで述べた
ような如何なるタイプでもよい。

【００２７】まず主動力源１１２はその出力軸１５２を
経て滑車１４６へ回転力を伝える。ベルト１４８はその
滑車１４６及び第二の滑車１５０を回転させ、その結果
動力回転軸１１４に対し回転力を与える。この場合ベル
トと滑車二替えてギヤーでも、また直接駆動させてもよ
い。動力回転軸１１４はメカ的に補助動力源１９０、１
９２につながっている。これらは、エアコンのコンプレ
ッサーとかパワーステアリング装置であり、動力回転軸
から動力を得ている。

【００２８】図２の前輪駆動において、左右に各々２対
の回転伝達ジョイント１３１、１３３、および、弾み車
１２０、１２２を有している。各々の弾み車の断面は円
筒型である。詳細な構造は第四図に示す。一般的な弾み
車は、スポーク１７４から成り、弾み車の回転軸１５４
と適当な摩擦の少ないベアリングを介して、他の部分と
つながっている。またスポークの他端は弾み車の縁端１
７６と各々つながりハウジング１００に収納されてい
る。弾み車の構造は、回転エネルギーを作りそして蓄え
るため、その大半の重量は縁端１７６にある。負荷回転
伝達ジョイント１３０もタイヤ１１８への回転力を与え
るため、負荷回転軸１４０を有している。

【００２９】次に図３では、弾み車を応用した四輪駆動
の実施例が画かれている。この実施例では図２のものと
基本的には同一であるが、この場合には、弾み車２２
４、２２６が追加されている。これらは、自動車の走行
自体により、また駐車中メカ的ブレーキをきかせて弾み
車を初期回転させるモーターとして稼働する。ここに示
すように、タイヤ２１８は、４つの弾み車装置２２０、
２２２、２２４、２２６で回転し、そのうちの２つ２２
０と２２２は、主回転軸２１４により回転する。この変
形として、適当なメカ構造で弾み車２２４、２２６も主
回転軸２１４につないでもよい。

【００３０】図４は図３左上に示す、弾み車応用回転伝
達ジョイントの構造と配置である。弾み車２２０はハウ
ジング２６０に収納されている。このハウジングはまた
回転伝達ジョイント２３０、２３１をも収納し、弾み
車、回転伝達ジョイント、特にシャフト２５４、２４
０、２１４とはベアリングを介して十分な強度に設計さ
れている。さらに回転軸２４０、２５４はハウジング・
カバー２６２で支持されている。回転伝達ジョイント２
３０、２３１は各々内回転子（ローター）と外回転子
（固定子）を有する。この両方の回転子とも、各々内回
転接触子２８５、外回転接触子２８３をとおして、エネ
ルギーの授受がされている。この両方の接触子は、接続
ケーブル２９４、２９６経由で電気コントロール（図示
せず）とつながっている。接触部分は、よく滑るリング
でも他の接続方法でも、内外回転接触子が自由に回転で
きればよい。

【００３１】回転伝達ジョイントはベアリング２６５、
２６７でハウジング２６２により保持されている。さら
にベアリング２５５が軸２５４とスポークの中心２７４
の間に入っている。そのベアリングは、８０００ＲＰＭ
まで抵抗なく保持できるオイルリング・タイプのもので
もよい。例えば８０００ＲＰＭ用ＳｌｅｅｖｏｉｌＲＸ
Ｔ２２２０７がある。ベアリングは、車体に保持されて
いる弾み車を収納するハウジングのいろいろな部分で、
回転支持するために使われている。弾み車のハウジング
は縁端のハウジング２６４と、スポーク部分を収納する
ハウジング部２６６をも含み、それはベアリングで保持
されている。

【００３２】図５にはこの発明の電気制御システムが画
かれている。このシステムは３つの主な要素から成り立
つ。すなわち中央監視制御部５１０、端末制御部５１
２、５１４、５１６、５１８、及びコンバーター部／増
幅部５２０，５２２，５２４，５２６である。中央監視
制御部５１０は、中央処理、モニター、さらにブレーキ
や弾み車を制御し、それらはシステム・センサーの状
態、エンジン・パラメータ、車両の動き、それに一番重
要な運転者からの指示に従う。この中央監視制御部は、
自動車の環境でも使い得る高速マイクロプロセッサーと
メモリー素子から成る。通常の論理回路を持つマイクロ
・プロセッサーとメモリーならば、どのタイプでもよ
い。またよく知られた論理配列または高速演算用プロセ
ッサーを組み合わせてもよい。

【００３３】制御パラメーターも必要に応じその制御部
にルックアップテーブルを入れることにより処理を短縮
できる。また中央監視制御部５１０は、複数のマイクロ
プロセッサーで構成してもよい。例えば複数の専用プロ
セッサーで、システム・センサをモニターするもの、回
転伝達ジョイントをコントロールする高速ルックアップ
テーブル用に使用されるもの、さらに運転者の指示や各
種のインプットに迅速に対応するものに分けてもよい。
従って、この中央監視制御部５１０は、色々な構成が考
えられ、これによりエンジン、また方向を常に変える車
体の運動を検知する多くのシステム・センサー、そして
加速、ブレーキ等、運転者の要求、等のインプットに基
づいて、効率的にフィドバックする事が出来る。より厳
密にいえば、中央監視制御部によってモニターされてい
る２１４のエンジン機能とは、エンジンのＯＮ／ＯＦＦ
状態、回転数つまりＲＰＭ、エンジン独自の各種のパラ
メーター例えば温度、オイルレベル、ラジエター水のレ
ベル等である。中央監視制御部５１０によって測定され
る、システム・センサー状態５４０とは、自動車２１０
に関する各種のパラメターであり、車軸２４０、２５４
の回転数や回転力を計るセンサーを含む。さらに弾み車
の回転数もタイヤの回転数とともに、モニターされてい
る。

【００３４】５５０の車体運動とは、運行中の自動車の
状態に関するものである。例えば運転者がハンドルを切
ったばあい、中央監視制御部５１０は、回転中のメカ的
部分に過度な力が掛からないよう、又車の回転中にアン
バランスな力が掛からないようにうまくコントロールを
している。５６０のオペレーター要求とは、アクセルや
ブレーキの踏み具合いについての電気信号である。中央
監視制御部５１０は複数の端末制御部５１２、５１４、
５１６、５１８と、適当なバスライン５７０を経由し
て、結ばれている。これらの端末制御部は、回転接続ジ
ョイント２３１ー２３３にたいし高速対応できるＰＩＤ
タイプ（比例、積分、微分処理）のコントローラーでも
よい。もっともこれに限らず他のタイプでもよい。この
端末制御部のコントローラー５１２ー５１８による制御
とは、回転伝達ジョイントの内回転子、外回転子に対す
る、電磁誘導に関するものである。このコントローラー
からの信号は、コンバーター部を経由して増幅部へと送
られる。

【００３５】動作時は、例えば運転者がブレーキペダル
を踏むと、中央監視制御部５１０はブレーキペダルの信
号線をモニターしている。この信号線での電気信号は、
ペダルが一定のポジションまで来たら発生するようにな
っている。そこで発生した電気信号は、中央監視制御部
で回転数を指定する信号に変換されて、例えばここでは
端末制御部（ＰＩＤ制御）５１２、５１８へ送られる。
この端末制御部５１２、５１８では、内回転子、外回転
子の磁界値を設定し直し、その磁界値を増幅部へ送り新
たな条件設定を行なう。この様にして中央監視制御部に
よって、ブレーキコントロールがされ、端末制御部で実
行される。更にこの電気コントロールの詳細について
は、図６−図９で述べる。そこでは、電気システムの動
作フローが述べられており、それらはコンピューターソ
フトおよびその他のハードロジックで組まれている。

【００３６】図６はいままで述べた弾み車応用の自動車
の関する、動作開始のフローチャートである。動作上、
ステップ６０２に於て、自動車は休止の状態にある。休
止とは、車はエンジンを止め且つ弾み車も止まっている
状態を言う。スタート動作は普通の車と変わらない。す
なわち点火は通常のものと同じであり、特に動力源１２
が内燃機関なら全く同一である。

【００３７】点火操作が終了した所で、中央監視制御部
５１０は、回転伝達ジョイントが止められているかどう
かをテストし、不意に加速されないようにチェックす
る。ステップ６０６で負荷回転伝達ジョイント（タイヤ
側）１３０、１３２が磁気化されていないかがチェック
され、もしＯＦＦでなければステップ６０８で中央監視
制御部は、端末制御部に対し負荷回転伝達ジョイントを
ＯＦＦにすべく指令を出す。さらにステップ６１０で動
力回転伝達ジョイント（モーター側）１３１、１３３も
チェックする。すでに述べたように、もし動力回転ジョ
イントがＯＮに成っていれば，中央監視制御部５１０は
端末制御部にたいしてステップ６１２でＯＦＦにする。
すべての回転伝達ジョイントがＯＦＦになっていること
が確認されると、動力源はステップ６１４でいよいよ回
転を始める。エンジンを早くスタートするためと、環境
問題を考慮して、アイドリング後十分エンジンが温まっ
てから本格的に負荷をかけるようにする。モーター動作
が、その後スタートする。

【００３８】システムはその後負荷テストをステップ６
１６、６１８で行ないモーターが規定のスピードに達し
たかをチェックする。このテストのために、回転数（Ｒ
ＰＭ）センサーがモーターに付けられており、中央監視
制御部５１０によってスタート時及び動作中、常にモニ
ターされている（図示せず）。ここでもしモーターが、
まだレディーの状態にならない場合は、さらに一定の時
間アイドリングを続け、再びテストされる。

【００３９】モーターがレディーになたら、いよいよ動
力回転伝達ジョイント１３１、１３３を通して、弾み車
１２０、１２２への回転力のトランスファーがスタート
する。回転力のトランスファーは、ゆっくりとされる
が、それは中央監視制御部５１０から端末制御部へ、負
荷回転伝達ジョイントの磁界励起電流を次第に上げるよ
う命令コマンドを出すことにより行なわれる。さらに中
央監視制御部５１０は引続ずき、ステップ６２２で弾み
車１２０、１２２の回転をモニターして、それが所定の
最高回転数に達したかを決定する。ステップ６２６で、
まだ最高回転数に達していないと、弾み車はさらに回転
力を与えられる。このように中央監視制御部５１０によ
る弾み車のモニターは、このシステムが稼働中、図６乃
至図９で示すように回転数の変化をチェックするために
常に行なわれる。その回転数の変化があれば、動力回転
ジョイント１３１、１３３、モーター１１２、弾み車１
２０、１２２の間で、すぐに回転力のトランスファーが
される。弾み車が一定のスピードになると、運転者に
は、音と視覚で、スタートＯＫのサインが出される。

【００４０】この発明では、４つのギヤーが用意されて
いる。すなわち駐車、ニュートラル、前進、及びバック
である。駐車ギヤーでは、車は停止しており、中央監視
制御部５１０により自動的に外部ブレーキが掛かるよう
になっている。さらに負荷回転伝達ジョイント１３０、
１３２は完全に停止しているため、タイヤへは力はかか
らない。さらに動力回転伝達ジョイント１３１、１３３
は、エンジンがＯＮ状態で且つスタート操作がされたと
きにだけ機能するようになている。図６でも述べたがス
タート開始モードは駐車ギアーからのみ入る事が出来
る。さらに安全機能として、マニュアル操作または中央
監視制御部からの指示で、自動的に緊急時には弾み車が
緊急停止する機能も装備されている。

【００４１】次にニュートラルギアーは安全用であり、
ブレーキは掛かっていない。ただこの場合には負荷回転
伝達ジョイント１３０、１３２もまた動力回転伝達ジョ
イント１３１、１３３も機能状態には入っていない。ま
たニュートラルではエンジンは常に停止状態にある。ま
た前進ギアーでは、加速、減速、速度維持の３つのモー
ドがある。これらのモードについては各々図７、図８、
図９において、各々述べることにする。バックギアーに
ついては、図７の前進とほぼ同じであるので特に分けて
はのべない。

【００４２】図７で自動車の加速操作について説明する
加速モード７００は前進、後進いずれも同じである。
加速操作は操縦者が前進ギアーを入れる事によりスター
トする。その操作は通常の車と同じであるが、すでに図
６のステップ６２４ー６２８述べたように運転者は、弾
み車の回転数が一定以上になるまでは、スタートできな
い。前進ギアーを入れた後は通常の車のようにアクセル
ペダルを踏めばよい。

【００４３】中央監視制御部５１０は加速状態を検知す
るためにアクセルペダル信号を常に読み込んでいる。ペ
ダルポジションは中央監視制御部によってステップ７１
４で回転速度信号に置き変えられる。この信号はその
後、図５の、システム・バスライン５７０及び５１２ー
５１８の各端末制御部を経由して負荷回転伝達ジョイン
トへと、伝達される。端末制御部はそれから受け取った
回転速度信号を負荷回転伝達ジョイントの励磁電流へと
転換する。その結果ペダルポジションは回転ブラシ無し
ＤＣモーターの磁気強度に置き変わり、弾み車の回転を
タイヤ１１８へ伝達する。中央監視制御部は加速中、車
の全体的なバランスをモニターしている。このバランス
は同時に速度維持、減速、ブレーキ操作中にもモニター
されている。バランスとは負荷回転伝達ジョイント１３
０、１３２の加速調整を意味し、これにより走行中過度
に一方の側だけが引っ張られないようにするためであ
る。又バランスは、これらの両ジョイントの相対的な関
係のみを検知するのではなく、車軸に対するタイヤ１１
８の相対的位置をも検知する。つまりアクセルを踏みな
がら車が左右にターンする時、負荷回転伝達ジョイント
１３０、１３２は各々異なる回転をするようになる。こ
の結果、車はスムーズに回転することが出来る。中央監
視制御部５１０は、さらにタイヤの異常走行をチェック
している。すなわち負荷側車軸１４０が、スピードーに
合った回転をしているかどうかということ以外にも個々
のタイヤに異常がないか、例えば片方のタイヤだけが氷
の上でスリップしていないかを検知している。一つの負
荷側シャフトの回転が急に上がると、中央監視制御部５
１０と端末制御部５１２ー５１８は、氷の上で車がスピ
ンしない様に負荷側車軸の回転数を調整する。もし制御
メモリー（図示せず）に予め格納されている回転スピー
ドの上限を越えていればステップ７２０で中央監視制御
部は自動的に回転数を減らす指令を出す。この操作は５
ミリセコンド以内の比較的高速処理される。

【００４４】個々のタイヤのスピードバランスが正常と
判断されると、次にシステムはステップ７２２で現在の
走行スピードが、運転者によって与えられたペダルスピ
ードの９０％以内かどうかをチェックする。もしスピー
ドが９０％まで上がっていなければ、ステップ７２４で
引き続き端末制御部に対し加速命令が出される。しかし
９０％以上であれば、そこからペダルスピードまで中央
監視制御部は、ゆっくりと速度調整をするので、車は急
激な加速、減速による不快感がない。

【００４５】一旦所望のスピードに達すると、ステップ
７２８で速度維持モードに入る図８は速度維持モード８
００について述べられている。ステップ８１０で中央監
視制御部は負荷側車軸１４０の回転により車のスピード
を検知する。すでに述べた通り、スピード検知は車が運
行中は常に行なわれているため、この速度維持モードは
このスピード検知操作の中で進められる。

【００４６】中央検知制御部はそれから、ステップ８１
２でスピードが低すぎないかどうかのチェックをする。
もし低すぎれば、ステップ８１４で加速のため、前に図
７で述べた加速ステップ、マルＤへ行く。反対にステッ
プ８１６でスピードが速すぎれば中央監視制御部５１０
は、ステップ８１８で第図９に示すマルＣへ進む。しか
し、もしスピードが適度であればステップ８２０で負荷
回転伝達ジョイントがチェックされ、その負荷がゼロか
どうかが検知される。もしその負荷がゼロでなかったら
（つまりタイヤに、加速回転力が掛かっていない状
態）、システムはそのまま検知のループを繰り返す。た
だし負荷回転伝達ジョイントの負荷がゼロで（つまりタ
イヤに回転力を与えていない状態）、スピードは上がっ
ている場合は、中央監視制御部はそのスピードが運転者
の意図するぺダルスピード以上かをチェックする。ステ
ップ８２２で、もしスピードが加速されていない場合、
またはペダルスピードを越えていない場合には、中央監
視制御部は、そのままモニターを続行し、必要ならすで
に述べたように、加速、減速を行なう。

【００４７】第図９ではさらに減速モードについて述べ
る。最初のルーチーンとして、中央監視制御部５１０は
負荷回転伝達ジョイント１３０、１３２のかいてんスピ
ードをチェックする。特にその負荷回転伝達ジョイント
がＯＦＦの状態かどうかをステップ９１２でみる。ＯＦ
ＦでなかったらそれをＯＦＦに設定する。回転伝達ジョ
イントがＯＦＦになると次はブレーキモードになる。

【００４８】まず、弾み車と負荷側車軸（１４０）の回
転数の差が負荷回転伝達ジョイントに設定する事から始
まる。この設定はそれらをモニターしている中央監視制
御部５１０によって行なわれる。これにより負荷回転ジ
ョイントはあたかも無負荷状態のモーターの様になる。
効果としては無負荷状態では、低速であるタイヤの回転
数と、高速である弾み車の回転数の差を強制的に相殺す
る事になる。結果としてモーターとして機能している負
荷回転伝達ジョイントは、この回転数の差を相殺するた
め回転数を高めることになる。この回転数の差はステッ
プ９１８で中央監視制御部により逆回転力に転換され、
弾み車には順回転として伝えられる。結果として弾み車
は回転数を高める。このようにこの状態でのブレーキ動
作は中央監視制御部によって自動的に行なわれる。

【００４９】ステップ９２０で、タイヤの回転数プラス
負荷回転伝達ジョイントの回転数の合計になるまで弾み
車の回転数は徐々に高まる。これは中央監視制御部５１
０によって行なわれる。もしもブレーキが急劇になされ
る場合には、中央監視制御部は、弾み車と負荷車軸の設
定回転数差を減らし空回りを防ぐ操作をおこなう。ステ
ップ９２２では中央監視制御部は、それから負荷車軸の
突然変化もチェックする。もし突然変化が起これば、中
央監視制御はスッテプ９２４で減速する。さもなければ
引続き所望の回転数になったかどうかをステップ９２６
で、チェックする。もしそうなっていなければ、ステッ
プ９２０に戻って再び徐々に回転数を減らす操作に戻
る。

【００５０】もし減速操作で所望のスピードに達した
ら、そのスピードが最低スピードとして予め設定されて
いるマニュアル操作への移行スピードに達したかをチェ
ックする。つまり運転者が完全に車を止めるか、その移
行スピード以下まで減速したい場合には、メカ的ブレー
キを使って行なうことになる。したがって減速スピード
がその移行スピード以下になれば、ステップ９３０でメ
カ的ブレーキを使って、運転者が自分で車を通常の車の
様に停車させることになる。

【００５１】この発明の他の特徴は、斬新な弾み車デザ
インにある。既存の弾み車の問題点はその重量とサイズ
にある。合成材料製の弾み車が、高エネルギーを蓄積す
るため過去１０年以上使われてきた。しかし大きな弾み
車自体のサイズと単位あたりのエネルギー貯蓄効果の効
果のため、大きくかつ重い収納構造が安全のため必要で
あった。このため弾み車の中には１５００Ｋｇ以上にも
なる物がある。その結果折角エネルギーが蓄えられ且つ
製生されても、弾み車の重さとケースの大きさで効果が
減殺されてきた。

【００５２】

【効果】従ってこの発明は、弾み車のデザインを別の観
点より検討されたものである。つまりこの弾み車は破損
から守るというより、強度を十分考慮した強く、固く、
それでいて可塑性の低い工学的に考えられた材質が使わ
れている。例えばそのような材料として、焼結アルミ、
セラミック、金属セラミ、金属、特殊重合材質、等があ
る。製造方法の一つとして、負荷に十分耐えられ、且つ
出来るだけ粉末状態にしたある特定の密度の粉末アルミ
ニュームを焼結する方法がある。この焼結、強化の方法
は材料の密度の弾み車各々によって異なるが、いずれの
場合も、通常の回転動作には十分強いが、一定以上の衝
撃に対しては、反対に脆く作ってある。結果的には、こ
のような弾み車の材質を選ぶことにより、不測の事態、
例えば事故の時には弾み車が多数の小片に分解してしま
い、その回転エネルギーは分散されるため、その保護用
の、ハウジングも比較的簡単な物でよいことになる。す
なわちそのハウジングも軽量の物で耐えられることにな
る。その様な材質、構造そしてデザインは弾み車の機器
本体を安全且つ信頼生を高めることになる。

【００５３】この発明について、その技術的思想を同じ
くする色々な実施態様が有り得る。ここに述べた実施態
様はすべて特許請求の範囲に書かれた発明の例示に過ぎ
ず、出願人は、その根底にある技術的思想の保護を請求
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第一実施例による動力蓄積装置の構
成図である。

【図２】この発明の第二実施例による、上記実施例を使
った自動車の二輪機構図である。

【図３】この発明の第三実施例による、第一実施例を使
った自動車の四輪機構図である。

【図４】図３左上に示す、弾み車応用回転伝達ジョイン
トの構造と配置である。

【図５】図１にある動力蓄積装置に使われる電気制御シ
ステムの構成図である。

【図６】システム制御のための制御手順を示フローチャ
ート１である。

【図７】システム制御のための制御手順を示フローチャ
ート２である。

【図８】システム制御のための制御手順を示フローチャ
ート３である。

【図９】システム制御のための制御手順を示フローチャ
ート４である。

【符号の説明】

１０動力蓄積装置１４動力回転軸１２動力源３１動力回転伝達ジョイント２０弾み車３０負荷回転伝達ジョイント１８タイヤ等の外力授受機構５４弾み車の回転軸４０負荷回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の駆動システム構造において、該シス
テムを予め設定したプログラムに従ってその動作手順を
コントロールするＣＰＵと、駆動動力源と、該駆動動力
源と連動する動力回転軸と、回転運動力を蓄積する弾み
車と、該弾み車の中心から両側へ延びる回転軸と、該動
力回転軸と該弾み車の回転軸とを連動させる動力回転伝
達ジョイントと、車両を動かすための外力授受機構と、
該弾み車の回転軸と該外力授受機構とを連動させる負荷
回転伝達ジョイントからなる弾み車利用の駆動機構。
【請求項２】動力回転伝達ジョイントと、負荷回転伝達
ジョイントの両方が、ブラシ無し、溝無しタイプのモー
ターである請求項１記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項３】動力回転伝達ジョイントと、負荷回転伝達
ジョイントと、機械的に分離され遊回転できる該弾み車
との間で、前記ＣＰＵにより、回転力の双方向性授受が
可能な構成である請求項１記載の弾み車利用の駆動機
構。
【請求項４】動力回転伝達ジョイントと、負荷回転伝達
ジョイントは、ＤＣモータ及び発電機双方の機能をもつ
事を特徴とする請求項３記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項５】弾み車の回転軸が、ＤＣモータ兼発電機の
外回転子に固着され、遊回転できる事を特徴とする請求
項４記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項６】弾み車の回転軸が、ＤＣモータ兼発電機の
内回転子に固着され、遊回転できる請求項４記載の弾み
車利用の駆動機構。
【請求項７】前記弾み車は、前記ＣＰＵによって予めプ
ログラムされた最高と最低の回転数の範囲で常に回転を
保つようにコントロールされている事を特徴とする請求
項１記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項８】前記ＣＰＵは、前記弾み車が一定の回転数
を維持できるよう、前記動力回転軸及び駆動動力源をコ
ントロールし、且つ前記駆動動力源は前記弾み車に対
し、前記ＣＰＵによって予めプログラムされた最高回転
数を与えられるだけ十分出力がある事を特徴とする請求
項１記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項９】前記ＣＰＵはブレーキ操作がされたとき、
負荷回転伝達ジョイントをコントロールして、前記外力
授受機構から得られる回転エネルギーを弾み車へ伝達し
エネルギーを保持するようにした事を特徴とする請求項
１記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項１０】前記駆動動力源は可変または一定の出力
を有し、弾み車を最高回転数まで高められるだけの出力
がある事を特徴とする請求項１記載の弾み車利用の駆動
機構。
【請求項１１】前記駆動動力源が内燃機関である事を特
徴とする請求項１記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項１２】前記駆動動力源が一定の回転力をもつ電
気モーターである事を特徴とする請求項１記載の弾み車
利用の駆動機構。
【請求項１３】前記駆動動力源がステアリング・エンジ
ンである事を特徴とする請求項１記載の弾み車利用の駆
動機構。
【請求項１４】前記弾み車の形状は、円筒型であり、中
心から外縁にむかいスポークで保持構成され、且つ前記
弾み車の重量の多くは、その外縁にある事を特徴とする
請求項１記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項１５】前記動力回転伝達ジョイント、前記負荷
回転伝達ジョイント、及び弾み車は、一体のハウジング
に収納されている事を特徴とする請求項１記載の弾み車
利用の駆動機構。
【請求項１６】前記弾み車は、強く且つ可塑性の低い材
質で作られており、一定以上の衝撃を受けた場合、多数
の小片に分解する様になっている事を特徴とする請求項
１記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項１７】前記駆動動力源と連動する動力回転軸
と、回転運動力を蓄積する弾み車と、前記弾み車の中心
を貫通する回転軸と、前記主回転軸と前記弾み車の回転
軸とを連動させる動力回転伝達ジョイントと、車両を動
かすための外力授受機構と、前記弾み車の回転軸と前記
外力授受機構とを連動させる負荷回転伝達ジョイントが
前記車両のすべての車輪に応用されている事を特徴とす
る請求項１記載の弾み車利用の駆動機構。
【請求項１８】前記駆動動力源が、前記動力回転伝達ジ
ョイントで代用されており、前記動力回転伝達ジョイン
トの持つ，ＤＣモーターの機能によって駆動力を得てい
る事を特徴とする請求項１記載の弾み車利用の駆動機
構。