| 【発明の名称】 |
電動式走行装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】片山 照男
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| 【要約】 |
【課題】エネルギー蓄積装置におけるエネルギーの蓄積量をうまく制御し得るようにする。
【解決手段】車輪４に駆動力を与えると共に車輪４の回転によって発電可能な電動発電機２を走行装置本体に設け、フライホイール８に駆動力を与えると共にフライホイール８の回転によって発電可能な電動発電機６を走行装置本体に設け、さらに、車輪４側の電動発電機２に備えた速度検出器１０からの速度検出信号１２を入力して、走行装置本体の運動エネルギーを演算するとともに、フライホイール８側の電動発電機６に備えた角周波数検出器１１からの角周波数検出信号１３を入力して、フライホイール８の蓄積エネルギーを演算し、走行装置本体の運動エネルギーとフライホイール８の蓄積エネルギーとの和が、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーを越えないように、フライホイール８の蓄積エネルギーを調整する演算制御装置１４を設けるようにしている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 車輪（４）に駆動力を与えると共に車輪（４）の回転によって発電可能な電動発電機（２）を走行装置本体（５）に設け、フライホイール（８）に駆動力を与えると共にフライホイール（８）の回転によって発電可能な電動発電機（６）を走行装置本体（５）に設け、さらに、車輪（４）側の電動発電機（２）に備えた速度検出器（１０）からの速度検出信号（１２）を入力して、走行装置本体（５）の運動エネルギーを演算するとともに、フライホイール（８）側の電動発電機（６）に備えた角周波数検出器（１１）からの角周波数検出信号（１３）を入力して、フライホイール（８）の蓄積エネルギーを演算し、走行装置本体（５）の運動エネルギーとフライホイール（８）の蓄積エネルギーとの和が、フライホイール（８）の最大の蓄積エネルギーを越えないように、フライホイール（８）の蓄積エネルギーを調整する演算制御装置（１４）を設けたことを特徴とする電動式走行装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動式走行装置に関するものであり、より詳しくは、エネルギー蓄積装置におけるエネルギーの蓄積量をうまく制御し得るようにした電動式走行装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、排ガスによって環境へ悪影響を及ぼすことのない車両として、電気自動車などの電動式走行装置が注目されており、バッテリーなどの電源の高性能化などに伴い、ガソリンエンジンなどの内燃機関を使用した自動車に近い加速性能や最高速度などを得られるものが開発されている。
【０００３】上記電動式走行装置は、図３に示すように、バッテリーなどの電源１と、電源１からの電力によって駆動されるモータ、および、発電機の機能を兼ね備えた電動発電機２と、電動発電機２で発生された駆動力を伝達するための歯車機構３と、歯車機構３から伝達された駆動力によって回転される車輪４と、これらの各機器を搭載する走行装置本体５とで構成されている。
【０００４】そして、バッテリーなどの電源１からの電力によってモータと発電機の機能を兼ね備えた電動発電機２を駆動し、電動発電機２の駆動力を歯車機構３を介して車輪４へ伝え、車輪４を回すことによって、走行装置本体５を走行させるようにする。
【０００５】一方、走行装置本体５の減速時には、車輪４の回転を歯車機構３を介して電動発電機２へ伝え、電動発電機２を回すことによって発電を行わせ、走行装置本体５の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電気的にブレーキを掛けさせるようなことが行われる。
【０００６】なお、減速時に電動発電機２で得られた電気エネルギーは、バッテリーなどの電源１へ戻して、バッテリーなどの電源１を充電させるようにする。
【０００７】しかし、走行装置本体５は、一般に加速や減速が頻繁に行われるものであり、減速時には、電動発電機２から大きな電気エネルギーが発生されることとなるが、バッテリーなどの電源１は基本的に急速充電には向いておらず、電動発電機２で発電した電気エネルギーをバッテリーなどの電源１に急速充電させるような使い方を繰返してしていると、バッテリーなどの電源１はすぐに劣化を起こしてしまうことになる。
【０００８】又、バッテリーなどの電源１は、その特性上、大きな電気エネルギーを一度に受け入れることができないので、電動発電機２で発電した電気エネルギーの全てを充電することができない。
【０００９】そこで、図４に示すように、上記とは別の電動発電機６および歯車機構７を介して高速回転される小型のフライホイール８から成るエネルギー蓄積装置９を設け、走行装置本体５の減速時に、車輪４側の電動発電機２で発電した電気エネルギーでエネルギー蓄積装置９の電動発電機６を駆動し、電動発電機６の駆動力で歯車機構７を介してフライホイール８を回転させることにより、フライホイール８にエネルギーを蓄えさせるようにすることが考えられている。
【００１０】そして、フライホイール８に蓄えられた回転エネルギーは、その後、エネルギー蓄積装置９の電動発電機６で発電を行わせるのに使用され、電動発電機６で発生した電気エネルギーによって車輪４側の電動発電機２を駆動して車輪４を回転させ、走行装置本体５の走行に必要な駆動力の一部を発生させるようにする。
【００１１】このようにフライホイール８を使うことにより、減速時に車輪４側の電動発電機２で発電した電気エネルギーをエネルギー蓄積装置９に有効に蓄えさせることができ、これによって、急速充電によるバッテリーなどの電源１の劣化を防止することができる。
【００１２】尚、バッテリーなどの電源１の充電能力の範囲内であれば、減速時に車輪４側の電動発電機２で発電した電気エネルギーの一部を、バッテリーなどの電源１の充電に用いさせるようにしても支障は無い。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記蓄エネルギー手段としてフライホイールを備えた電動式走行装置には、以下のような問題があった。
【００１４】すなわち、フライホイール８によるエネルギー蓄積装置９を、減速時に電動発電機２で発電した電気エネルギーを蓄えさせることにのみ使用している場合、走行装置本体５の減速によって蓄えられたエネルギーは、走行装置本体５が次に加速する時にほぼ使い尽くされてしまうこととなるので、エネルギー蓄積装置９は、基本的に、加減速時以外には、ほとんど機能していないこととなる。
【００１５】しかし、バッテリーなどの電源１単独で走行装置本体５を加速させる場合に比べて、バッテリーなどの電源１とエネルギー蓄積装置９の二つを同時に使用して走行装置本体５を加速させるようにした方が、優れた加速力が得られるので、エネルギー蓄積装置９をより積極的に活用し、加速時に備えて、バッテリーなどの電源１によりエネルギー蓄積装置９へ予めエネルギーを蓄えさせて、エネルギー蓄積装置９を常時使用可能な状態としておくようにするのが、走行装置本体５の性能を向上させる上では好ましい。
【００１６】ところが、エネルギー蓄積装置９に常時エネルギーを蓄えさせておくようにすると、こんどは、減速時に電動発電機２で発電した電気エネルギーを蓄えるだけの容量の余裕がなくなってしまうことになる。
【００１７】従って、エネルギー蓄積装置９を積極的に活用して走行装置本体５の加速性能を向上させるようにする場合には、エネルギー蓄積装置９に対するエネルギーの蓄積量の制御が問題となる。
【００１８】本発明は、上述の実情に鑑み、エネルギー蓄積装置におけるエネルギーの蓄積量をうまく制御し得るようにした電動式走行装置を提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、車輪４に駆動力を与えると共に車輪４の回転によって発電可能な電動発電機２を走行装置本体５に設け、フライホイール８に駆動力を与えると共にフライホイール８の回転によって発電可能な電動発電機６を走行装置本体５に設け、さらに、車輪４側の電動発電機２に備えた速度検出器１０からの速度検出信号１２を入力して、走行装置本体５の運動エネルギーを演算するとともに、フライホイール８側の電動発電機６に備えた角周波数検出器１１からの角周波数検出信号１３を入力して、フライホイール８の蓄積エネルギーを演算し、走行装置本体５の運動エネルギーとフライホイール８の蓄積エネルギーとの和が、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーを越えないように、フライホイール８の蓄積エネルギーを調整する演算制御装置１４を設けたことを特徴とする電動式走行装置にかかるものである。
【００２０】上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００２１】走行装置本体５の走行中に、演算制御装置１４が、車輪４側の電動発電機２に取付けた速度検出器１０からの速度検出信号１２を入力して、走行装置本体５の運動エネルギーを算出する。
【００２２】走行装置本体５の運動エネルギーは、基本的に、走行装置本体５の重量をＭとし、走行装置本体５の速度をＶとすると、１／２ＭＶ2の式で求められる。
【００２３】この場合、走行装置本体５の重量Ｍは既知の値であり、走行装置本体５の速度Ｖは速度検出器１０の速度検出信号１２から得るようにする。
【００２４】同様に、走行装置本体５の走行中に、演算制御装置１４がフライホイール８側の電動発電機６に取付けた角周波数検出器１１からの角周波数検出信号１３を入力して、フライホイール８の蓄積エネルギーを算出する。
【００２５】フライホイール８の蓄積エネルギーは、フライホイール８の慣性モーメントをＩとし、フライホイール８の角周波数をωとすると、１／２Ｉω2の式で求められる。
【００２６】この場合、フライホイール８の慣性モーメントＩは既知の値であり、フライホイール８の角周波数ωは角周波数検出器１１からの角周波数検出信号１３から得るようにする。
【００２７】そして、演算制御装置１４は、こうして求めた走行装置本体５の運動エネルギーとフライホイール８の蓄積エネルギーとの和が、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーを越えないように、フライホイール８の蓄積エネルギーを調整する。
【００２８】このようにフライホイール８の蓄積エネルギーを制御することによって、走行装置本体５が急停止したときに、車輪４側の電動発電機２によって発生される電気エネルギーの全てをフライホイール８に蓄積させることが可能となる。
【００２９】しかも、この急停止によって、フライホイール８に最大値またはその近くまでエネルギーが蓄積されるので、次に走行装置本体５が加速する時には、バッテリーなどの電源１とエネルギー蓄積装置９の二つを同時に使用して走行装置本体５を加速させることができ、優れた加速力を得ることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図示例とともに説明する。
【００３１】図１は、本発明の実施の形態の一例である。
【００３２】電動式走行装置の基本的な構成については図３と同様であり、又、フライホイールを用いたエネルギー蓄積装置の概略については図４とほぼ同様であるため、必要に応じてこれらの図を参照し、かつ、同一の部分については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００３３】本発明では、車輪４側の電動発電機２にロータリーエンコーダなどの速度検出器１０を接続するとともに、フライホイール８側の電動発電機６にロータリーエンコーダなどの角周波数検出器１１を接続する。
【００３４】そして、車輪４側の電動発電機２の速度検出器１０からの速度検出信号１２を入力して、走行装置本体５の運動エネルギーを演算するとともに、フライホイール８側の電動発電機６の角周波数検出器１１からの角周波数検出信号１３を入力して、フライホイール８の蓄積エネルギーを演算し、更に、走行装置本体５の運動エネルギーとフライホイール８の蓄積エネルギーとの和が、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーを越えないように、フライホイール８の蓄積エネルギーを調整する演算制御装置１４を設ける。
【００３５】加えて、電源１と、車輪４側の電動発電機２と、フライホイール８側の電動発電機６とを給電ライン１５〜１７で結び、給電ライン１５〜１７の相互接続部分に、電気エネルギーの流れを調節する電力分配器１８を設ける。
【００３６】上記電力分配器１８は、内部における、電源１への給電ライン１５の部分に電流計測部１９を備え、車輪４側の電動発電機２への給電ライン１６の部分に電流計測部２０を備え、フライホイール８側の電動発電機６への給電ライン１７の部分に電流計測部２１を備え、これらのライン１５〜１７の電圧を計測する電圧計測部２９を備えている。
【００３７】更に、上記電力分配器１８は、内部における、車輪４側の電動発電機２への給電ライン１６の部分に電力調節部２２を備えると共に、フライホイール８側の電動発電機６への給電ライン１７の部分に電力調節部２３を備えている。
【００３８】そして、上記演算制御装置１４に、各電流計測部１９〜２１からの電流検出信号２４〜２６を入力し、電圧計測部２９で計測した電圧も入力して電力を演算すると共に、各電力調節部２２，２３へ電力調整信号２７，２８を送らせて、後述するように電気エネルギーの流れを制御させるようにする。
【００３９】次に、作動について説明する。
【００４０】バッテリーなどの電源１によって電動発電機２を駆動し、電動発電機２の駆動力によって車輪４を回転させ、走行装置本体５を走行させる過程、および、走行装置本体５の減速時に車輪４の回転によって電動発電機２を回し、電気エネルギーを発生させる過程、フライホイール８に蓄えられた回転エネルギーを利用して電動発電機６を回し、発生した電気エネルギーで電動発電機２を駆動し車輪４を回転させて走行装置本体５の駆動力を得る過程などについては図３・図４の場合と同様なので説明を省略する。
【００４１】本発明では、先ず、走行装置本体５の走行中に、演算制御装置１４が、車輪４側の電動発電機２に取付けた速度検出器１０からの速度検出信号１２を入力して、走行装置本体５の運動エネルギーを算出する。
【００４２】走行装置本体５の運動エネルギーは、基本的に、走行装置本体５の重量をＭとし、走行装置本体５の速度をＶとすると、１／２ＭＶ2の式で求められる。
【００４３】この場合、走行装置本体５の重量Ｍは既知の値であり、走行装置本体５の速度Ｖは速度検出器１０の速度検出信号１２から得るようにする。
【００４４】同様に、走行装置本体５の走行中に、演算制御装置１４がフライホイール８側の電動発電機６に取付けた角周波数検出器１１からの角周波数検出信号１３を入力して、フライホイール８の蓄積エネルギーを算出する。
【００４５】フライホイール８の蓄積エネルギーは、フライホイール８の慣性モーメントをＩとし、フライホイール８の角周波数をωとすると、１／２Ｉω2の式で求められる。
【００４６】この場合、フライホイール８の慣性モーメントＩは既知の値であり、フライホイール８の角周波数ωは角周波数検出器１１からの角周波数検出信号１３から得るようにする。
【００４７】そして、図２の速度とエネルギーとの関係を表わすグラフに示されるように、走行装置本体５の最大の運動エネルギーをＡ、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーをＢとし、走行装置本体５の速度と走行装置本体５の運動エネルギーとの関係を表わす線をＣとすると、演算制御装置１４は、フライホイール８の蓄積エネルギーが、線Ｄよりも下側の領域内に収まるように、好ましくは、フライホイール８の蓄積エネルギーが、線Ｄ上となるように、フライホイール８の蓄積エネルギーを制御する。
【００４８】ここで、フライホイール８の蓄積エネルギーを示す線Ｄは、任意の速度ｖにおいて、線Ｃによる走行装置本体５の運動エネルギーの値ｃと、フライホイール８の蓄積エネルギーの値ｄとの和が、常に、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーＢと等しくなるように求められた線である（Ｄ＝Ｂ−Ｃ）。
【００４９】したがって、フライホイール８の蓄積エネルギーの制御は、Ｂ≧ｃ＋ｄとなるように、好ましくは、Ｂ＝ｃ＋ｄに限りなく近付くように、現在の速度におけるｄの値を調整することとなる。
【００５０】ただし、走行装置本体５の速度と走行装置本体５の運動エネルギーとの関係を表わす線Ｃ上で運動エネルギーの値ｃが、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーＢを越えてしまう速度Ｅ以上では、フライホイール８の蓄積エネルギーは、線Ｄ’で示すように、常に０となるようにする。
【００５１】また、車輪４側の電動発電機２も、速度Ｅ以上では、減速時に、線Ｃ’に示すように、上記フライホイール８の最大の蓄積エネルギーＢを越える電気エネルギーを発生させないようにする。そのために、速度Ｅ以上では、減速時におけるフライホイール８の最大の蓄積エネルギーＢを越える分の運動エネルギーは、図示しない機械式ブレーキによって消費させるようにする。
【００５２】このようにフライホイール８の蓄積エネルギーを制御することによって、走行装置本体５が急停止したときに、車輪４側の電動発電機２によって発生される電気エネルギーの全てをフライホイール８に蓄積させることが可能となる。
【００５３】しかも、この急停止によって、フライホイール８に最大値Ｂまたはその近くまでエネルギーが蓄積されるので、次に走行装置本体５が加速する時には、バッテリーなどの電源１とエネルギー蓄積装置９の二つを同時に使用して走行装置本体５を加速させることができるようになり、優れた加速力を得ることが可能となる。
【００５４】そして、上記制御を実現させるために、演算制御装置１４は、図１の電力分配器１８内部の、電源１への給電ライン１５の部分に取付けられた電流計測部１９からの電流検出信号２４と、車輪４側の電動発電機２への給電ライン１６の部分に取付けられた電流計測部２０からの電流検出信号２５と、フライホイール８側の電動発電機６への給電ライン１７の部分に取付けられた電流計測部２１からの電流検出信号２６と、電圧計測部２９からの電圧を入力して、電気エネルギーの流れを監視し、給電ライン１６，１７に設けられた各電力調節部２２，２３へ電力調整信号２７，２８を送らせて、電気エネルギーの流れを制御させるようにする。
【００５５】具体的には、減速時以外の走行中に、前記したようにして算出した走行装置本体５の運動エネルギーと、フライホイール８の蓄積エネルギーの和が、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーよりも小さくなっている場合には、フライホイール８側の電動発電機６への給電ライン１７の部分に設けられた電力調節部２３へ電力調整信号２８を送って電力調節部２３を制御し、フライホイール８側の電動発電機６への給電ライン１７の電圧を電源１の電圧よりも低くして、電源１からの電力をフライホイール８側の電動発電機６へ送らせ、フライホイール８側の蓄エネルギー量を上記の和がフライホイール８の最大の蓄積エネルギーと等しくなるまで増加させる。
【００５６】なお、この際、演算制御装置１４は、電力調節部２２へ電力調整信号２７を送って、車輪４側の電動発電機２への給電ライン１６の電圧を調整するが、給電ライン１６の電圧は走行装置本体５の運転状況によって異なり、走行装置本体５に駆動力を与える必要がある場合には、給電ライン１６の電圧は電源１の電圧よりも低くして電源１からの電力を給電ライン１６へ送らせるようにし、走行装置本体５に駆動力を与える必要がない場合には、給電ライン１６の電圧は電源１の電圧よりも高くして電源１から電力が給電ライン１６へ送られないようにする。
【００５７】反対に、減速時以外の走行中に、前記したようにして算出した走行装置本体５の運動エネルギーと、フライホイール８の蓄積エネルギーの和が、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーよりも大きくなっている場合には、フライホイール８側の電動発電機６への給電ライン１７の部分に設けられた電力調節部２３へ電力調整信号２８を送って、電力調節部２３を制御し、フライホイール８側の電動発電機６への給電ライン１７の電圧を電源１の電圧よりも高くし、電源１からの電力のフライホイール８側の電動発電機６への供給を停止して、フライホイール８の蓄積エネルギーの量がそれ以上増加されないようにする。
【００５８】そして、演算制御装置１４は、電力調節部２２へ電力調整信号２７を送って、車輪４側の電動発電機２への給電ライン１６の電圧を調整し、給電ライン１６の電圧をフライホイール８側の給電ライン１７の電圧よりも低くして、フライホイール８に蓄積された過剰分の蓄積エネルギーを走行装置本体５の駆動力として消費させるようにする。
【００５９】走行装置本体５が駆動力を必要としない場合には、車輪４側の電動発電機２への給電ライン１６の電圧を調整し、給電ライン１６の電圧を電源１の電圧よりも高くして、フライホイール８に蓄積された過剰分の蓄積エネルギーを電源１に充電させるようにする。
【００６０】さらに、フライホイール８に蓄積された過剰分の蓄積エネルギーが電源１の充電可能な容量を越える場合には、図示しない機械式ブレーキを使って、フライホイール８に蓄積された過剰分の蓄積エネルギーを消費させてしまうようにする。
【００６１】以上により、上記走行装置本体５の運動エネルギーとフライホイール８の蓄積エネルギーとの和が、フライホイール８の最大の蓄積エネルギーを越えないように、フライホイール８の蓄積エネルギーを調整する制御がうまく行われるようになる。
【００６２】なお、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、電源としては、バッテリー以外にも、出力の可変な小型の燃料電池やその他のものを使用し得ること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００６３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電動式走行装置によれば、エネルギー蓄積装置におけるエネルギーの蓄積量をうまく制御することができるようになるという優れた効果を奏し得る。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】石川島播磨重工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）６月２０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 恒光 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１８２１１ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２２日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１６３７４９ |
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