トップ :: B 処理操作 運輸 :: B60 車両一般




【発明の名称】 エンジン・電池・フライホイール混合駆動装置
【発明者】 【氏名】宮尾 隆之
【要約】 【課題】

【解決手段】
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンの駆動軸（１ａ）に連動させた入力軸とフライホイールとの相対回転によって発電する差動発電機と、前記フライホイールと車両の駆動輪に連動した出力軸（２）との相対回転によって発電をする差動発電機と、前記それぞれの発電した電力を充電する電池からなるエンジン・電池・フライホイール混合駆動装置。
【請求項２】 エンジンの駆動軸（１ａ）に連動させた入力軸とフライホイールとの相対回転によって発電する差動発電機と、前記フライホイールと車両の駆動輪に連動した出力軸（２）との相対回転によって発電をする差動発電機と、前記それぞれの発電した電力を充電する電池と、その電池における電力によって駆動する電動機（5）を前記出力軸へ連動させているエンジン・電池・フライホイール混合駆動装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジン動力、電池の電力およびフライホイールに蓄積させた回転エネルギーとを選択的に使用して走行する車両のエンジン・電池・フライホイール混合駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガソリン・エンジン等のエンジンは、一般的に図５のような性質がある。図５は、縦軸Ｔがエンジン１の出力トルクを示し、横軸ｎがエンジン１の回転速度を示している。
【０００３】図５における記号は下記のとおりである。
θ： エンジンにおけるスロットル開度一定あるいはエンジンへの燃料供給量一定のトルク特性を示し、θｍは燃料供給量最大時のトルク特性を示し、燃料供給量θ一定の値が小さくなるにつれて、そのトルク特性はθａ，θｂのような特性になる。
【０００４】λ： 単位時間ごとにおける出力動力当たりの燃料消費率（以後、単に燃費率と呼ぶ）を示し、λａは最小燃費率を示し、点線図示の燃費率一定の曲線がλｂのようにλａの曲線から遠ざかるにしたがって燃費率は低下してゆく。
【０００５】Ｐ： 動力一定の特性を示し、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の順に動力が小さくなる。
Ｅ： エンジンにおけるそれぞれの出力動力一定時（例えばＰ１，Ｐ２あるいはＰ３ごと）においてエンジンの燃費率が最小となる経済燃費特性を示している。
【０００６】図５の上記符号説明から理解できるように、それら動力Ｐごとの最小燃費率を得るためには、エンジンに下記の作用をさせればよい。
【０００７】エンジンの出力動力をＰ（例えばＰ１、Ｐ２、Ｐ３）の大きさに設定するため、先ず運転者は燃料供給量θを設定（例えばθａ、θｂ）する。
【０００８】次に、それら燃料供給量θの設定ごとに、エンジンへの負荷トルクを制御する。その制御は、それら設定した燃料供給量θと経済燃費特性Ｅと交叉するに相当した回転速度ｎになるように、エンジンの負荷トルクを制御すればよい。
【０００９】特に、エンジンを最小燃費率λａとなるように作動させるためには、燃料供給量をθａ一定に設定しておき、エンジンへの負荷トルクを調節して、エンジンの回転速度がｎａとなるように作動させればよい。
【００１０】そのようなことより、従来の電池自動車において、その電池自動車における電池への電力補充用として、エンジン直結の発電機をその車両に搭載しておく方式がある。その場合、その発電機が発電する発電レベルは、エンジンにおける作動が上記の燃費率最小の作動点λａにおいて常に作動するように、設定するものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記従来における電気自動車の機構は、エンジンからの出力動力を全て電気的動力に一旦、置換し、その電力を電動機によって再び、機械的動力に変換して駆動輪を駆動している。
【００１２】この方式は、エンジンの出力動力が機械的に駆動輪を直接、駆動する方法に比し、動力伝達の効率がよくない。本発明の目的は、エンジンからの出力動力の一部を効率の良い機械的な動力伝達にしながら、出力軸２に要求する負荷とは無関係に、燃費率λを最良とする等、エンジンを常に最適作動域に作動させるエンジン・電池・フライホイール混合駆動装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】エンジンの駆動軸に連動させた入力軸とフライホイールとの相対回転によって発電する差動発電機を設ける。このことによって、下記のことが可能になる。
【００１４】エンジンの作動が最適となる作動点において作動するように、エンジンの燃料供給量と、上記差動発電機の発電負荷を設定する。そのことによって、エンジンは最適の作動点において作動する。
【００１５】この場合において、上記のように、差動発電機は、エンジンの駆動軸に連動させた入力軸とフライホイールとの相対回転によって発電する機構になっている。したがって、その差動発電機が上記のようにエンジンの作動を最適にする負荷（トルク）をかけていることは、そのエンジンに生ずる負荷トルクの反力トルクがフライホイールに伝達していることになる。
【００１６】その結果、その伝達しているトルクによって、フライホイールの回転を加速させてゆく。やがて、フライホイールにおける回転速度が所定の上限の回転速度に達したとき、エンジンの作動を停止させる。このことは、フライホイールに機械的な回転エネルギーを蓄積させたことになる。
【００１７】上記に対して、そのフライホイールと車両の駆動輪に連動した出力軸（２）との相対回転によって発電をする差動発電機を設けている。その機構を使用し、上記フライホイールに蓄積した回転エネルギーによって下記のように、駆動輪を駆動することが出来る。
【００１８】出力軸に連動の差動発電機の発電レベルを駆動輪の必要とする駆動力に相当するレベルに制御すれば、その差動発電機はフライホイールに、上記駆動輪駆動力に対応した負荷トルクを生じさせ、その負荷トルクの反力トルクが駆動輪に伝達する。
【００１９】そのことによって、フライホイールの有する回転エネルギーは消耗してゆく。そのため、そのエネルギー消耗によってフライホイールの回転速度が所定の下限の回転速度まで低下したとき、上記エンジンによるフライホイールの駆動を繰り返せばよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
【実施例】図１は、本発明におけるエンジン・電池・フライホイール混合駆動装置のシステム図である。図１において、エンジン１の駆動軸１ａは、一方向クラッチ１ｂを介して差動発電機３の入力軸３ａに連動している。
【００２１】この場合において、一方向クラッチ１ｂは、駆動軸１ａ側から入力軸３ａを駆動する状態において駆動軸１ａが入力軸３ａを駆動し、逆に、入力軸３ａが駆動軸１ａより早く回転する状態において、入力軸３ａの回転は駆動軸１ａに伝達しない関係の公知の一方向クラッチである。
【００２２】差動発電機３は、三相交流モーター・ジェネレーター等の巻線を有した、通常、固定子側となっているケーシング３Ａが回転可能になってフライホイール３Ｄに連動している。
【００２３】又、差動発電機３は、ケーシング３Ａが回転するため巻線との電力の授受にロータリー・ジョイント３Ｃを設けている。ロータリー・ジョイント３Ｃとインバーター等の制御装置４Ａとの間には、上記電力授受のための配線４ａを設けている。又、制御装置４Ａと電池4との間には、電力授受の配線４ｃを設けている。
【００２４】入力軸３ａは差動発電機３における回転子３Ｂに連動し、回転子３Ｂの回転軸３ｂはクラッチＣを介して出力軸２へ選択的に連結可能となっている。出力軸２には、同じく三相誘導モーター・ジェネレーター等の電動機５における回転子５Ｂが連結し、電動機５における固定子５Ａには制御装置４Ａからの配線４ｂが連結している。
【００２５】フライホイール３Ｄには、フライホイール３Ｄの回転を拘束するブレーキＢを設けている。又、エンジン１は、上述した図５と同様の特性を有している。
【００２６】以下、図５の特性を使用しながら、図1における作用を説明する。図１における車両の発進時において、電池４に充電した電力が所定のレベル以上になっている状態においては、クラッチＣをオフにする。
【００２７】その態勢において、出力軸２への必要トルクが通常の範囲以下である場合は、電池４からの電力を制御装置４Ａおよび配線４ｂを介して電動機５に送り、電動機５にモーター作用をさせる。その結果、回転子５Ｂが出力軸２を正転あるいは逆転方向のいずれかの選択した方向に駆動して車両が走行する。
【００２８】更に、前進走行の場合であって、出力軸２に特に大きな駆動トルクを必要とする場合は、クラッチＣおよびブレーキＢをオンにし、電池４からの電力を制御装置４Ａ、配線４ａおよびロータリー・ジョイント３Ｃを介して差動発電機３にも送り、差動発電機３にモーター作用をさせれば、回転子３Ｂが回転軸３ｂおよびクラッチＣを介して出力軸２に駆動力を追加する。
【００２９】なお、上記電力のみによる出力軸２の駆動において、回転子３Ｂが回転しても一方向クラッチ１ｂの存在によって、回転子３Ｂの駆動力が駆動軸１ａ側へ伝達することはない。
【００３０】次に、電池４に充電した電力が所定のレベル以下になっている状態においては、ブレーキＢをオフにしてフライホイール３Ｄを回転可能な状態に設定し、クラッチＣをオフにする。
【００３１】この態勢において、エンジン１を作動させ、その際、エンジン１の燃料供給量を図５におけるθａに設定する。又、そのエンジン１の作動と同時に、制御装置４Ａは、差動発電機３に発電をさせてエンジン１に負荷が生ずる状態に設定する。その際、その発電のレベルは、エンジン１の回転速度が図５における回転速度ｎａになるに相当したレベルに制御する。
【００３２】すなわち、その発電による制御は、図５から理解できるように、その発電によってエンジン１へ負荷をかけ、その負荷によって生ずるエンジン１の出力トルクがトルクＴａとなっていることを意味し、エンジン１の作動は、図５における燃費率最小のａ点において作動していることになる。
【００３３】その結果、エンジン１は、駆動軸１ａ，一方向クラッチ１ｂおよび入力軸３ａを介して回転子３ＢをトルクＴａの回転力で駆動し、差動発電機３に発電をさせる。
【００３４】この場合において、差動発電機３は、上記のようにケーシング３Ａが回転可能になっており、且つ入力軸３ａの駆動する負荷はケーシング３Ａのみによって受ける関係になっているから、作用・反作用の関係によってケーシング３ＡにもトルクＴａが生ずる。
【００３５】そのように、ケーシング３ＡにトルクＴａが生ずると、下記の関係によってケーシング３Ａはフライホイール３Ｄの回転を加速させる。
【００３６】ここで、フライホイール３Ｄの回転慣性モーメントをＩとし、フライホイール３Ｄの回転角速度をωとすると、 Ｔａ＝Ｉ×（ｄω／ｄｔ）
あるいは、 ｄω／ｄｔ＝Ｔａ／Ｉ （1）
の公知の関係がある。
【００３７】すなわち、フライホイール３ＤにトルクＴａを加えると、フライホイール３Ｄの回転速度が加速してゆき、その回転角加速度ｄω／ｄｔは（1）式の関係によって加速してゆくことを示している。
【００３８】このように、エンジン1によってフライホイール３Ｄを加速している間、運転者はアクセル・ペダルによって、出力軸２への出力動力レベルを指示している。その指示に随って、制御装置４Ａは、上記フライホイール３Ｄを加速している間、差動発電機3が発電している電力の一部あるいは電池４からの電力によって電動機５にモーター作用をさせる。そのモーター作用において回転子５Ｂが出力軸２を駆動する動力のレベルは、上記運転者の指示した動力レベルと一致させる制御をしている。
【００３９】このような作用において、フライホイール３Ｄの回転速度が所定の上限の回転速度に達すると、エンジン１の作動を停止するか、あるいはアイドリング状態にし、クラッチＣをオンにし、且つ基本的には電動機５のモーター作用を停止させ、電動機５を無負荷にする。
【００４０】そのことと同時に、差動発電機３に発電作用させる。そのことによって、フライホイール３Ｄの回転慣性によってケーシング３Ａは回転し続ける。その際、上記エンジン１の駆動によって差動発電機３に発電をさせた場合と同様、フライホイール３Ｄからの駆動による発電となるこの場合も、ケーシング３Ａと回転子３Ｂとの間には、作用・反作用の関係のトルクが生じている。
【００４１】その場合において、その発電のレベルは、運転者からの指示に随って制御装置４Ａが制御する。その制御は、差動発電機3に発電させる発電レベルを、運転者が指示しているトルクＴｏを出力軸2へ生じさせるに相当したレベルに制御する。
【００４２】ここで、(1)式においては、回転子３Ｂが駆動側となってケーシング３Ａの側が負荷となっていたが、この場合は、逆に、ケーシング３Ａの側が駆動側となって回転子３Ｂの側が負荷側となっている点が異なり、上記作用・反作用の関係は同じである。したがって、上記（1）式において駆動トルクＴａ（正）を負荷トルクＴｏ（負）と入れ換えれば、（1）式の関係はそのまま成り立つ。すなわち、ｄω／ｄｔ＝−Ｔｏ／Ｉ （2）
となる。
【００４３】このことは、フライホイール３Ｄの有する回転エネルギーから、トルクＴｏの状態で出力軸２へ動力を取り出していることになり、その取り出している動力によって出力軸２が駆動輪を駆動する。
【００４４】この場合、（2）式から理解できるように、フライホイール３Ｄの角加速度は負となる。言いかえれば、（２）式におけるｄω／ｄＴはＴｏに比例した角減速度になって、フライホイール３Ｄは減速してゆく。その結果、フライホイール３Ｄが所定の下限の回転速度に減速したとき、再び、エンジン１を駆動して上記（1）式の駆動と、それに続く（２）式の関係を繰り返す。
【００４５】なお、上記（２）式の作用によって出力軸２を駆動する場合であって、差動発電機３の能力によって出力軸２を駆動するトルクに限界が生じた場合、電動機５のモーター作用によって出力軸２を補助駆動することもできる。
【００４６】上記図１の実施例において、例えば出力軸２の駆動する駆動輪が構内運搬の軽車両であるような場合、クラッチＣと電動機５を割愛し、回転軸３ｂをそのまま出力軸２としてもよい。それは、図１において、下記のように作用させればよいからである。
【００４７】図１においてエンジン1を駆動し、上記（１）式の関係によるフライホイール３Ｄの駆動を５〜６秒程度行なって、フライホイール３Ｄに回転エネルギーを蓄積させる。
【００４８】次に、エンジン１の作動を停止し、上記（２）式の関係によって、フライホイール３Ｄに蓄積した回転エネルギーを回転軸３ｂに出力して、その車両を走行させる。その駆動において、フライホイール３Ｄの回転速度が（２）式の関係によって所定の下限の回転速度まで低下したとき、（２）式の関係による出力軸２の駆動を停止させる。
【００４９】その場合において、上記のようにフライホイール３Ｄによる出力軸２の駆動が停止している状態においても、その車両は、慣性力によって通常の低速走行速度を５〜６秒程度、維持できる。
【００５０】このように、（１）式の関係および（２）式の関係による間歇駆動を交互に行なえば、そのような低速車両の走行が可能になる。
【００５１】又、この低速車両の間歇駆動の場合においても、差動発電機３が発電した電力によって、電池４への充電量が所定のレベルに達した状態においては、上記エンジン１による駆動を停止し、ブレーキＢによってフライホイール３Ｄの回転を拘束し、上述のように、差動発電機３にモーター作用をさせて、その車両を走行させればよい。
【００５２】図２は、図１に対する本発明における他の実施例である。図２において、エンジン１、一方向クラッチ１ｂおよび出力軸２は、図１におけるものと同じである。又、入力軸３１ａは図１における入力軸３ａに相当している。
【００５３】差動発電機３１は、基本的には図１における差動発電機３と同じであるが、ケーシング３１Ａの側を入力軸３１ａに連結し、回転子３１Ｂの側をフライホイール３１Ｄに連結させている。
【００５４】このことは、下記のことを意味している。図1における差動発電機３において、ケーシング３Ａと回転子３Ｂは、そのトルク伝達の関係において、相対的に、作用・反作用の関係によってトルク伝達しているものである。したがって、図１においてケーシング３Ａと回転子３Ｂは、いずれの側を入力軸としても、その入力軸側とその出力軸側との駆動関係において同じトルク伝達が可能である。
【００５５】このようなことより、図２における差動発電機３１においては、ケーシング３１Ａを入力軸３１ａの側に連結し、回転子３１Ｂの側をフライホイール３１Ｄの側へ連結できることを例示している。
【００５６】図２において、差動発電機３１も図１におけるようにケーシング３１Ａが回転可能になっているから、ケーシング３１Ａと配線４ａとの間にロータリー・ジョイント３１Ｃを設けている。
【００５７】図２において、入力軸３１ａから延長した回転軸３１ｂは、クラッチＣ１を介して選択的に出力軸２へ連結する機構になっている。
【００５８】差動発電機５１は、三相誘導モーター・ジェネレーター等の発電作用も電動作用も行なう公知の機構であるが、巻線を有したケーシング５１Ａが回転可能になってフライホイール３１Ｄに連動しており、回転子５１Ｂが出力軸２へ連動している。又、差動発電機５１は、ケーシング５１Ａを回転可能にしているため、ケーシング５１Ａにおける巻線と配線４ｂとの電力授受のため、ロータリー・ジョイント５１Ｃを設けている。
【００５９】以下、図５のエンジン特性を使用しながら、図２における作用を説明する。電池４に充電した電力が所定のレベルに達している状態においては、ブレーキＢによって、フライホイール３１Ｄの回転を拘束しておく。そのことによって、フライホイール３１Ｄに連動している回転子３１Ｂとケーシング５１Ａも回転出来ない状態になる。又、その場合、エンジン１の作動も停止させておく。
【００６０】その状態において、制御装置４Ａは、配線４ｂおよびロータリー・ジョイント５１ｃを介して、電池4からの電力をケーシング５１Ａの巻線に供給して、差動発電機５１にモーター作用をさせる。そのことによって、回転子５１Ｂは出力軸２を正転あるいは逆転方向に駆動できる。
【００６１】又、その出力軸２を正転方向に駆動する場合において、差動発電機５１のみによる出力軸２の駆動では駆動力に限界がある場合、制御装置４Ａは、クラッチＣ１をオンにして、差動発電機３１にもモーター作用をさせればよい。それは、配線４ａおよびロータリー・ジョイント３１Ｃを介して、電池４の電力を差動発電機３１に供給することによって、ケーシング３１Ａが回転軸３１ｂおよびクラッチＣ１を介して、出力軸２を正転方向に駆動するからである。
【００６２】この場合において、一方向クラッチ１ｂの存在によって、ケーシング３１Ａに連動して回転する入力軸３１ａの回転が、駆動軸1ａ側に伝達することはない。したがって、エンジン１は停止したままを維持出来る。
【００６３】なお、出力軸２を逆転駆動させる場合においても、差動発電機３１が出力軸２を補助駆動する必要がある場合は、一方向クラッチ１ｂに代えて、クラッチＣ１と同様のクラッチを駆動軸１ａと入力軸３１ａの間に設ければよい。それは、入力軸３１ａを逆転方向に駆動すると、一方向クラッチ１ｂが入力軸３１ａの回転を駆動軸1ａ側に伝達してしまう関係になって、エンジン１を逆転させてしまうからである。
【００６４】次に、電池４における電力の充電量が所定のレベルに低下している状態においては、下記のようにエンジン１の動力によって出力軸２を駆動する。
【００６５】ブレーキＢをオフにして、フライホイール３１Ｄを回転可能に設定し、クラッチＣ１をオフにする。この状態において、制御装置４Ａは、エンジン１を駆動させると同時に、差動発電機３１と差動発電機５１を発電態勢に設定する。この場合、エンジン１の燃料供給量は、図５におけるθａの一定に設定しておく。
【００６６】その結果、エンジン１は駆動軸１ａ、一方向クラッチ1ｂおよび入力軸３１ａを介してケーシング３１Ａを駆動する。その際、差動発電機３１における発電によって発生させる電力のレベルは、上述の図1において説明した（１）式の関係、すなわち、その発電によって入力軸３１ａに生ずる負荷トルクが図５におけるＴａに相当するレベルになっている。
【００６７】このことは、図1における場合と同様、エンジン１の駆動軸１ａが一方向クラッチ１ｂを介して、入力軸３１ａをトルクＴａで駆動していることになって、エンジン１は、図５の燃費率最小のａ点で作動していることになる。
【００６８】このように、エンジン１は図５のａ点で作動し、差動発電機３１においては、その発電作用によるケーシング３１Ａと回転子３１Ｂとの作用・反作用の関係によって回転子３１Ｂにも反力トルクＴａが生ずる。その回転子３１Ｂに生じた反力トルクＴａは、上述の（１）式の関係をもってフライホイール３１Ｄを加速させ、フライホイール３１Ｄに回転エネルギーを蓄積させてゆき、図1における場合と同じに、フライホイール３１Ｄの回転速度が所定の上限レベルに達する迄、エンジン１の駆動を続行する。
【００６９】他方、その間、差動発電機５１の側における発電のレベルは、上述の（２）式の関係と同じに、運転者が出力軸２へ指示する駆動トルクＴｏを発生させるに相当するレベルに制御している。すなわち、上記回転エネルギーの増大したフライホイール３１Ｄがケーシング５１Ａを駆動し、そのことによって、差動発電機５１の発電作用により、ケーシング５１Ａと回転子５１Ｂとの間には、作用・反作用のトルクＴｏが発生し、そのトルクＴｏが出力軸２を駆動する。
【００７０】このように、図２においては、エンジン１がフライホイール３１Ｄに回転エネルギーを蓄積している間においても、差動発電機５１がフライホイール３１Ｄから出力軸２へ必要な動力分を連続して出力させ得るようになっている。
【００７１】上記差動発電機５１のみが、出力軸２へトルク伝達していることに加え、更に、差動発電機５１の能力を超えたトルクを出力軸２へ伝達させる場合は、下記の作用になる。
【００７２】制御装置４Ａが、エンジン１の作動を停止させ、クラッチＣ１をオンに設定する。その状態において、未だフライホイール３１Ｄの回転速度が出力軸２の回転速度より速い回転速度を維持している場合、差動発電機３１と差動発電機５１の両者に発電作用を続行させる。
【００７３】その結果、差動発電機５１の側においては、その発電作用によってケーシング５１Ａが回転子５１Ｂを同一回転方向へ回転させ、その発電のレベルは、ケーシング５１Ａが回転子５１Ｂを駆動する能力が最大になるレベルに設定しておく。
【００７４】その場合において、更に出力軸２を駆動するに不足しているトルクｄＴ分を差動発電機３１が分担する。それは、差動発電機３１が発電するレベルを、ケーシング３１に上記ｄＴ分のトルクを発生させるに相当したレベルに制御する。その結果、ケーシング３１Ａは、回転軸３１ｂおよびクラッチＣ１を介して出力軸２へ不足分のトルクｄＴを追加伝達する。
【００７５】この駆動態勢においては、フライホイール３１Ｄの回転エネルギーを使用して出力軸２を駆動しているから、上述の（２）式におけると同様、フライホイール３１Ｄの回転速度はその駆動によって減速してゆく。
【００７６】そのようにフライホイール３１Ｄが減速してゆき、やがてフライホイール３１Ｄの回転速度が出力軸２の回転速度に近づいてくると、差動発電機３１および差動発電機５１における発電能力が低下してゆく。
【００７７】この状態に達すると、制御装置４Ａは、差動発電機３１および５１の両者の作用をモーター作用に切り替え、差動発電機５１には最大能力までのモーター作用をさせる。又、制御装置４Ａは、差動発電機３１にモーター作用をさせる供給電力のレベルを、ケーシング３１Ａが上記不足トルクｄＴを発生させるに相当したレベルに制御する。
【００７８】上記差動発電機３１および５１のモーター作用においては、それらモーター作用によって、差動発電機３１側においては、ケーシング３１Ａが回転子３１Ｂに負回転側への反力トルクを与え、同じく差動発電機５１の側においても、回転子５１Ｂがケーシング５１Ａに負回転側への反力トルクを与えている。
【００７９】したがって、その作用によってフライホイール３１Ｄは回転速度を低下させてゆき、やがてその回転が停止する。そのフライホイール３１Ｄの回転が停止するときを検出して、制御装置４ＡはブレーキＢによってフライホイール３１Ｄの回転を拘束する。その状態で、なお出力軸２へ高トルクを必要とする間、差動発電機３１および５１の両者によるモーター作用によって出力軸２の駆動を続行させる。
【００８０】上記図１および図２の作用において、エンジン１の作動は、常に、図５における燃費率最小のａ点において作動させていた。しかし、その作動をさせる制御は下記のように修正を加えてもよい。
【００８１】上述の図１および図２における動力伝達は、差動発電機３あるいは３１の発電作用によって、一方においては、その発電による電力を電池４に充電し、その充電した電力を、その後のモーター作用によって出力軸２を駆動している。言い代えれば、この動力伝達経路は、エンジン１からの動力を一部分岐させた電気的な動力伝達経路となっている。
【００８２】又、他方において、上記差動発電機３あるいは３１の発電作用は、上述の（１）式の関係によって、フライホイール３Ｄあるいは３１Ｄへ機械的な回転エネルギーを蓄積し、更に、その回転エネルギーを差動発電機３あるいは５１の発電作用時に生ずる反力トルクの機械的動力伝達によって、その動力を出力軸２へ伝達させている。言い代えれば、この動力伝達経路は、エンジン１からの動力のうち、上記電気的に分岐した動力の残部を出力軸２へ伝達する機械的な動力伝達経路としている。
【００８３】一般的に、上記電気的動力伝達経路における動力伝達効率ηｅは、上記機械的動力伝達経路における動力伝達効率ηｍより効率が低い。
【００８４】したがって、上記電気的動力伝達経路を流れる動力成分ｐｅに対して、上記機械的動力伝達経路を流れる動力成分ｐｍが小さくなると、エンジン1における燃費率はλａの最良値であっても、総合的な動力伝達効率は低下して、駆動輪の単位走行距離ごとの燃費が低下することになる。
【００８５】この場合、上述の効率ηｍおよびηｅを考慮しなかった場合の制御は、発電機３あるいは３１による発電レベルを、エンジン１の作動が図５の最小燃費率λａにおける作動となるに相当するレベルに制御していた。
【００８６】これに対して、この修正制御においては、上記差動発電機３あるいは３１の発電制御によって、エンジン１の作動を、図５の経済燃費特性Ｅ上ではあるが、作動点ａの動力レベルＰ１より幾分低下した動力レベル、例えば作動点ｂにおいて作動させることである。
【００８７】その場合、作用は下記のようになる。今、この場合において、上記効率ηｍ，ηｅを考慮しない制御の場合も修正制御を行なう場合も、駆動輪における負荷状態と、出力軸2に対する指示トルクＴｏが同じ場合を比較している。したがって、その状態において、出力軸２が消費している動力は、上記効率ηｍ，ηｅを考慮しない制御の場合も修正制御を行なう場合も同じである。
【００８８】ところが、上記のように、エンジン1から出力する動力は、効率ηｍ,ηｅを考慮しない場合の上記Ｐ１に対して、この修正制御においては、Ｐ２の低いレベルの動力になる。
【００８９】すなわち、出力軸２への出力動力が同じであって、エンジン１における出力動力がＰ１からＰ２へ低下したと言うことは、その分、電気的動力の成分ｐｅが減少することになって、その修正制御における場合、分岐した電気的動力ｐｅが、効率ηｍ,ηｅを考慮しない場合より小さくなる。
【００９０】このように、修正制御においては、動力伝達効率が比較的に低下している側の経路を流れる電気的動力成分ｐｅを減少させる分、総合的な動力伝達効率が向上する。
【００９１】しかし、その場合、その総合動力伝達効率が向上することに対し、エンジン１の側において、図５のｂ点における作動では燃費率がλａからλｂに低下する。
【００９２】したがって、この修正制御は、図５の経済燃費特性Ｅ上におけるエンジン１の燃費率λと、図１あるいは図２における機械的および電気的両動力伝達経路の総合動力伝達効率との両者を考慮し、その両者の兼ね合いが最良となるレベルにおいて修正すれば良い。
【００９３】なお、電気的な動力伝達効率ηｅについては、最近、三相交流モーター・ジェネレーター、制御装置としてのインバーターおよび２次電池等の効率が良くなっているので、上記修正制御の修正範囲はそれ程大きくはならない。
【００９４】又、一般的に、ガソリン・エンジン、ディーゼル・エンジンあるいはガス・タービン等、エンジン１の種類が変わると、図５の特性の程度も変わってくるので、上記修正は、エンジン１との組み合わせによって具体的に検討すれば良い。
【００９５】上述の実施例において、フライホイール３Ｄあるいは３１Ｄに回転エネルギーを蓄積させる差動発電機３あるいは３１は、通常の三相誘導ジェネレーター・モーター等の発電機のケーシングを回転可能にして、ケーシングと回転子のいずれか一方を入力側にいずれか他方を出力側にした機構となっている。この機構は、一種の、伝達トルク制御可能なクラッチ機構、あるいは機械的動力と電気的動力を分岐させ且つ伝達トルク制御可能な動力分割装置である。
【００９６】この動力分割装置は下記の図３のように差動歯車３３Ｅと発電機３３Ａを組み合わせた機構であってもよい。なお、図３は、図１における差動発電機３を、差動歯車３３Ｅと発電機３３Ａを組み合わせた機構に置換したものである。
【００９７】図３において、図1あるいは２におけると同じエンジン１の駆動軸１ａ、一方向クラッチ１ｂ、クラッチＣ、電動機５、出力軸２、ブレーキＢ，電池４および制御装置４Ａは、図１におけるものと同一である。図３における入力軸３３ａは、差動歯車３３Ｅのキャリヤー３３ｂに連動している。差動歯車６において、フライホイール３３Ｄに連動している太陽歯車３３ｄには複数の遊星歯車３３ｃがその外周上に噛み合い、各遊星歯車３３ｃはリング歯車３３ｅの内周に噛み合っている。
【００９８】リング歯車３３ｅには回転子３３Ｂｏが連動し、巻線を有する固定子３３Ａｏと回転子３３Ｂｏは三相交流モーター・ジェネレーター等の発電機３３Ａとなっている。
【００９９】以下、図３におけるエンジン・電池・フライホイール混合駆動装置の作用説明をする前に、差動歯車３３Ｅと発電機３３Ａの両者のみの作用を説明する。その場合、クラッチＣはオフになっているものとする。
【０１００】エンジン１が駆動軸１ａおよび一方向クラッチ１ｂを介して入力軸３３ａを駆動すると、キャリヤー３３ｂが回転し、そのことによってキャリヤー３３ｂに軸支した遊星歯車３３ｃは、太陽歯車３３ｄとリング歯車３３ｅの両者を駆動する。
【０１０１】その両者の駆動のうち、遊星歯車３３ｃが太陽歯車３３ｄを駆動した動力成分は、フライホイール３３Ｄを駆動する。又、その両者の駆動のうち、遊星歯車３３ｃがリング歯車３３ｅを駆動した成分は、リング歯車３３ｅを介して回転子３３Ｂｏを駆動して発電作用をする。
【０１０２】この場合、発電機３３Ａが発電をしてリング歯車３３ｅに反力トルクを発生させることによって、遊星歯車３３ｃが太陽歯車３３ｄを駆動し、その太陽歯車３３ｄの駆動が上述の（１）式に随ったフライホイール３３Ｄの加速を行なう。
【０１０３】これに対して、上記発電機３３Ａによって発電した電力は、電気的動力として制御装置４Ａを介して電池４に充電する。
【０１０４】このように、図３における差動歯車３３Ｅと発電機３３Ａは、図１における差動発電機３と基本的には同様の作用をする。すなわち、図1における差動発電機３も、図３における発電機３３Ａも、入力軸３ａあるいは３３ａとフライホイール３Ｄあるいは３３Ｄとの回転速度差によって発電作用を行なっている。
【０１０５】このことは、差動発電機３も差動歯車３３Ｅを含めた発電機３３Ａも、その入力軸と出力軸との相対回転速度差による差動運動によって発電を行う「差動発電機」になっている、と言うことである。唯、異なっている点は、下記の点である。
【０１０６】図１における差動発電機３においては、入力軸３ａにおける回転速度ｎｉとフライホイール３Ｄの回転速度ｎｆとの回転速度比ｅ＝ｎｆ／ｎｉが1.0となるとき、エンジン１からの出力動力が全てフライホイール３Ｄを駆動する機械的な成分となって、差動発電機３における発電成分は無くなる。
【０１０７】これに対して、図３における差動発電機３３は、リング歯車３３ｅの回転が停止した状態において、エンジン１からの動力が全てフライホイール３３Ｄへ伝達し、発電機３３Ａにおける発電成分が無くなる。
【０１０８】この場合、リング歯車３３ｅが回転停止している状態において、入力軸３３ａにおける回転速度ｎｉとフライホイール３３Ｄにおける回転速度ｎｆとの比，いわゆる基準速度比ｅｃ＝ｎｆ／ｎｉは、図３に示す形式の差動歯車３３Ｅの場合、ｅｃ＞1.0となる。
【０１０９】ここで、図３における差動歯車３３Ｅの各歯車の組み合わせは、その一例であって、各歯車、すなわち太陽歯車、遊星歯車およびリング歯車の３種類の歯車と、入力軸３３ａ、フライホイール３３Ｄおよび回転子３３Ｂｏの3種類の回転軸との組み合わせによって、基本的には6種類の組み合わせが存在する。
【０１１０】ここで、基本的には6種類の組み合わせが存在する、と言う上記説明の「基本的」とは、下記のことを意味している。それは、遊星歯車を軸支させる回転軸において、図３における単列の遊星歯車３３ｃに代え、１列目と２列目と歯車径の異なる2列の遊星歯車を設け、その第１列の側の遊星歯車にリング歯車を噛み合わせ、その第２列の遊星歯車に太陽歯車を噛み合わせる等の基本から変化した組み合わせが存在するからである。
【０１１１】そのように差動歯車の各組み合わせによって、上記基準速度比ｅｃは、ｅｃ＜1.0、0＜ｅｃ＜1.0およびｅｃ＞1.0の各種類が存在する。したがって、図１における差動発電機３は、基準速度比ｅｃが特別にｅｃ＝1.0となる差動発電機であり、図３において差動歯車３３Ｅと発電機３３Ａからなる差動発電機３３は、基準速度比がｅｃ≠1.0となる差動発電機である。
【０１１２】又、図１における差動発電機３はｅｃ＝1.0であることに対して、図３における差動歯車３３Ｅはｅｃ≠1.0であることより、一般的な差動歯車を含め差動歯車３３Ｅは、差動歯車単体について、入力軸３３ａにおけるトルクＴｉとフライホイール３３ＤへのトルクＴｆとのトルク比ｔ＝Ｔｆ／Ｔｉが1.0以外の値となっており、その差動歯車の種類ごとに、それら歯車比によって一定のトルク比ｔになる関係となる。
【０１１３】このように、図１と図３との機構の異なりは、図１における差動発電機３と図３における差動歯車３３Ｅを含めた発電機３３Ａとが、基準速度比ｅｃとトルク比ｔの異なる差動発電機となっている点で異なり、その他については基本的に同じである。すなわち、図３においても、発電機３３Ａと差動歯車３３Ｅによって差動発電機３３を構成している。
【０１１４】以下、図３における作用を図１において説明した内容に沿って、図５における特性を使用しながら説明する。
【０１１５】エンジン１が、駆動輪を駆動する態勢においては、エンジン１への燃料供給量を図５におけるθａの一定に設定し、且つクラッチＣをオフにし、発電機３３Ａを発電する状態に設定しておく。
【０１１６】この状態において、エンジン１が、駆動軸１ａおよび一方向クラッチ１ｂを介して入力軸３３ａを駆動する。この場合において、駆動軸１ａに生ずる負荷トルクは、発電機３３Ａの発電レベル、すなわち回転子３３Ｂｏに生ずる負荷トルクによって定まる。
【０１１７】その際、制御装置４Ａは、発電機３３Ａの発電レベルを、駆動軸１ａの負荷トルクが図５におけるＴａと一致するに相当するレベルに制御する。なお、この場合において、入力軸３３ａと太陽歯車３３ｄとのトルク比が上記のようにｔ＝一定であるのと同様の関係で、入力軸３３ａとリング歯車３３ｅとの間のトルク比も一定の関係にある。
【０１１８】その制御によって駆動軸１ａあるいは入力軸３３ａに生じたトルクＴａに対して、太陽歯車３３ｄには、上記ｔ＝Ｔｆ／Ｔｉなる関係式から求めたトルクが生ずる。しかし、この場合、Ｔｉの値は上記のようにＴｉ＝Ｔａとなっている。すなわち、太陽歯車３３ｄがフライホイール３３Ｄを駆動するトルクＴｆは、Ｔｆ＝ｔ×Ｔａ （３）
となる。
【０１１９】このことは、フライホイール３３ＤをＴｆ＝ｔ×Ｔａの一定トルクによって駆動していることになり、そのことは、上述の（１）式におけるＴａの値に代えて、上記（３）式のｔ×Ｔａを与えた関係によってフライホイール３３Ｄを加速することになる。
【０１２０】すなわち、フライホイール３３Ｄの角加速度ｄω／ｄｔは、ｄω／ｄｔ＝ｔ×Ｔａ／Ｉ （４）
となる。なお、（４）式におけるＩは、フライホイール３３Ｄの回転慣性モーメントである。
【０１２１】このように、フライホイール３３Ｄには、（４）式の関係によって回転エネルギーが蓄積して行く。
【０１２２】ここで、エンジン１への燃料供給量がθａに設定されたまま、エンジン１の負荷トルクがＴａになることは、図5より、エンジン１の作動が燃費率最小のａ点において作動していることになる。
【０１２３】又、発電機３３Ａによって発電した電力は制御装置４Ａを介して電池４に充電する。
【０１２４】このように、フライホイール３３Ｄに回転エネルギーを蓄積させている間、出力軸２の駆動は、運転者のアクセル・ペダルからの指示に随って、電動機５が図１における場合と同じにそのモーター作用によって駆動する。
【０１２５】又、上記エンジン１の駆動によってフライホイール３３Ｄを加速してゆき、その結果、フライホイール３３Ｄの回転速度が所定の上限の回転速度に達したとき、制御装置４Ａはエンジン１の作動を停止させる。
【０１２６】又、そのとき、制御装置４Ａは、図1における場合と同様、クラッチＣをオンに設定し、フライホイール３３Ｄに蓄積した回転エネルギーを使用した出力軸２の駆動の態勢に入る。
【０１２７】その場合、制御装置４Ａは、回転軸３３ｆに生ずるトルクが運転者のアクセル・ペダルから指示した出力軸２への指示トルクＴｏと一致するに相当して、回転子３３Ｂｏに負荷が生ずる状態に、発電機３３Ａの発電レベルを制御する。
【０１２８】その結果、回転軸３３ｆにＴｏのトルクが生ずるに相当してリング歯車３３ｅに負荷トルクが生じ、そのリング歯車３３ｅにおける負荷を反力として、フライホイール３３Ｄは、太陽歯車３３ｄ、遊星歯車３３ｃ、キャリヤー３３ｂ、回転軸３３ｆおよびクラッチＣを介して出力軸２を駆動する。
【０１２９】なお、その場合、発電機３３Ａの発電レベルを最大値に設定しても、回転軸３３ｆに生ずるトルクが出力軸２への指示トルク値に満たない場合、電動機５にモーター作用をさせ、その不足分トルクｄＴを補う。
【０１３０】上記フライホイール３３Ｄによる出力軸２の駆動によって、フライホイール３３Ｄの回転エネルギーが消耗してゆき、その回転速度が所定の下限の回転速度まで低下したとき、上記エンジン１による駆動を繰り返す。
【０１３１】上記エンジン１による間歇駆動によって発電機３３Ａが発電した電力を電池４へ充電してゆき、その充電量が所定のレベルに達した状態になると、制御装置４Ａは、図1における場合と同様、エンジン１の作動を停止させ、電池４の電力のみによって出力軸２を駆動する態勢に入る。
【０１３２】その態勢は、未だフライホイール３３Ｄが回転し続けている状態においては、クラッチＣをオンにしたまま、上記エンジン１の間歇駆動においてエンジン１が停止している間の駆動と同じ駆動をさせる。
【０１３３】その駆動において、フライホイール３３Ｄの回転速度が所定の下限の回転速度に低下、すなわちフライホイール３３Ｄの回転によって遊星歯車３３ｃおよびキャリヤー３３ｂを介した回転軸３３ｆに生ずる駆動力が、出力軸２を駆動できないレベルに低下した状態になると、制御装置４Ａは、発電機３３Ａにモーター作用をさせる。
【０１３４】そのモーター作用によって、回転子33Ｂｏは、リング歯車33ｅ、遊星歯車３３ｃ、キャリヤー３３ｂ、回転軸３３ｆおよびクラッチＣを介して出力軸２を駆動する。その際、そのモーター作用は、上記指示トルクＴｏを出力軸２に生じさせるに相当したモーター制御になっている。
【０１３５】そのモーター作用において、回転子３３Ｂｏがリング歯車３３ｅ、遊星歯車３３ｃ、キャリヤー３３ｂを介して回転軸３３ｆを駆動し、遊星歯車３３ｃが太陽歯車３３ｄを介してフライホイール３３Ｄをも駆動する。その際、そのフライホイール３３Ｄには、フライホイール３３Ｄの回転方向と反対方向に向けた反力トルクを生じさせる。
【０１３６】その結果、フライホイール３３Ｄは、その発電機３３Ａのモーター作用によって、更に減速してゆき、やがてその回転速度が零になる。そのようにフライホイール３３Ｄの回転速度が零になる時点に達すると、制御装置４ＡがブレーキＢをオンにする。
【０１３７】上記発電機３３Ａのモーター作用のみでは、出力軸２の駆動トルクに限界がある場合、電動機５にもモーター作用をさせ、その両モーター作用によって、出力軸２への指示トルクＴｏと一致したトルクを出力軸２へ供給する。
【０１３８】図４は、本発明における他の実施例である。図４において、エンジン１、駆動軸１ａ、出力軸２、電池４および制御装置４Ａは図１におけるものと同じである。
【０１３９】駆動軸１ａは、差動歯車６の入力軸になってキャリヤー６ａに連動し、キャリヤー６ａへ軸支した回転軸６ｉに固着の遊星歯車６ｂは、太陽歯車６ｅの外周に歯車係合し且つリング歯車６ｃの内周に歯車係合している。
【０１４０】リング歯車６ｃに固設の円板６ｄには、第１のブレーキＢ１を設け、差動発電機３２における回転子３２Ｂには、リング歯車6ｃと択一的に係合離脱を可能にした第１のクラッチＣ２と、太陽歯車６ｅと択一的に係合離脱を可能にした第２のクラッチＣ３を設けている。
【０１４１】第１の差動発電機３２におけるケーシング３２Ａはフライホイール３２Ｄに連動し、３２Ｃは、ケーシング３２Ａにおける巻線と配線４ａとの間の電力授受を行なうロータリー・ジョイントになっている。フライホイール３２Ｄには、第２のブレーキＢを設けている。
【０１４２】太陽歯車6ｅに連動の回転軸６ｆは、第３のクラッチＣ４を介して選択的に出力軸２へ連動可能になっている。フライホイール３２Ｄと連動のケーシング５２Ａと、出力軸２へ連動の回転子５２Ｂは第２の差動発電機５２になっている。
【０１４３】５２Ｃは、ケーシング５２Ａにおける巻線と、配線４ｂとの間の電力授受をするロータリー・ジョイントとなっている。
【０１４４】上記図４における作用は下記のようになる。車両の発進時のように、電池４の電力のみによる出力軸２を駆動する場合、ブレーキＢをオンにし、クラッチＣ４をオフにする。その結果、ケーシング５２Ａが固定し、差動発電機５２にモーター作用をさせる。その場合、制御装置４Ａは、運転者のアクセル・ペダルからの指示による出力軸２への指示トルクＴｏと一致するトルクを、差動発電機５２に出力させる。又、その出力軸２の回転方向も正転あるいは逆転にできる。
【０１４５】上記電力のみによる出力軸２の駆動において、指示トルクＴｏに対して、差動発電機５２のモーター作用における能力限界から、不足トルクｄＴが生じた場合は下記の方法によって、その不足トルクを出力軸２へ補充する。
【０１４６】上記ブレーキＢをオンに設定して差動発電機５２にモーター作用をさせている態勢に加え、ブレーキＢ１とクラッチＣ２をオフとし、クラッチＣ３およびＣ４をオンに設定する。その態勢、すなわち、ケーシング５２Ａと共にケーシング３２Ａを回転拘束している状態において、差動発電機３２にもモーター作用をさせる。
【０１４７】その結果、回転子３２Ｂに生ずる駆動力が、クラッチＣ３、回転軸６ｆおよびクラッチＣ４を介して出力軸２へ伝達する。その場合において、制御装置４Ａは、回転子３２Ｂに上記不足トルクｄＴが生ずるに相当した電力を差動発電機３２へ供給する。
【０１４８】その際、差動歯車６においては、ブレーキＢ１とクラッチＣ２がオフとなってリング歯車６ｃが空回り可能となっているため、上記のように回転軸６ｆを駆動して太陽歯車6ｅが回転しても、その回転力は遊星歯車６ｂを介してリング歯車６ｃへ逃げてしまう。その結果、回転軸６ｆの駆動が駆動軸１ａを介してエンジン１を駆動してしまうことは無い。
【０１４９】上記電力のみの駆動に対して、電池4に充電した電力が所定のレベルに低下したとき、制御装置４Ａは、下記のようにエンジン1の動力を使用した出力軸２の駆動態勢に入る。
【０１５０】ブレーキＢ１をオンにしてリング歯車６ｃの回転を拘束し、ブレーキＢをオフにしてフライホイール３２Ｄを回転可能にし、クラッチＣ２およびＣ４をオフにし、クラッチＣ３をオンにする。
【０１５１】この態勢において、制御装置４Ａはエンジン１を始動させ、その際、エンジン１への燃料供給量を図５におけるθａに設定し、差動発電機３２を発電作用に設定する。
【０１５２】この場合、差動発電機３２の側における発電のレベルは、その発電によって回転子３２Ｂとケーシング３２Ａとの間に生ずる負荷トルクが、クラッチＣ３、回転軸６ｆ、太陽歯車６ｅ、遊星歯車６ｂおよびキャリヤー６ａを介して駆動軸１ａに図５のトルクＴａを生じさせるに相当したレベルに制御する。
【０１５３】上記態勢において、差動歯車６はリング歯車６ｃの回転を拘束している結果、回転軸６ｆの回転速度は、一定の歯車比ｉをもって、駆動軸１ａの回転速度を増速する関係になっている。
【０１５４】したがって、太陽歯車６ｅからクラッチＣ３を介して回転子３２Ｂに生ずるトルクＴｆは、駆動軸１ａにおける上記トルクＴａの１／ｉになっている。
【０１５５】このように設定した状態において、エンジン１が始動すると、駆動軸１ａは、固定しているリング歯車６ｃに対して、キャリヤー６ａ、遊星歯車６ｂ、太陽歯車６ｅ、回転軸６ｆおよびクラッチＣ３を介して回転子３２Ｂを駆動する。
【０１５６】そのように回転子３２Ｂを駆動すると、差動発電機３２の上記発電レベルによって、上記のようにトルクＴｆがケーシング３２Ａおよびフライホイール３２Ｄに伝達する。そのフライホイール３２Ｄへ加えたトルクＴｆは、既述した（１）式においてトルクＴａをＴｆの値に置換した関係によって、フライホイール３２Ｄを加速してゆき、その加速によって、フライホイール３２Ｄが所定の上限の回転速度に達したとき、エンジン１の駆動を停止する。
【０１５７】このフライホイール３２Ｄが上記のように加速し且つその回転速度が出力軸２の回転速度より高くなった時点から、制御装置４Ａは、差動発電機５２にも発電作用をさせる態勢にはいる。なお、差動発電機５２がその発電作用に入る直前まで、差動発電機５２は電池4の電力によるモーター作用をしている。
【０１５８】その発電作用の際、差動発電機５２の側における発電のレベルは、その発電によって回転子５２Ｂとケーシング５２Ａとの間に生ずる負荷トルクが、運転者のアクセル・ペダルへの指示トルクＴｏと一致するに相当するレベルに制御する。
【０１５９】上記差動発電機５２の発電作用によって、フライホイール３２Ｄの回転エネルギーはケーシング５２Ａから回転子５２Ｂを介して出力軸2へ伝達する。その場合、エンジン１によるフライホイール３２Ｄの駆動が中断している間においては、フライホイール３２Ｄから出力軸２を駆動することによって、フライホイール３２Ｄの回転エネルギーが消耗し、フライホイール３２Ｄの回転速度が低下してゆく。
【０１６０】そのフライホイール３２Ｄの回転速度が所定の回転速度まで低下すると、エンジン１を再び始動させ、上記エンジン１による駆動を繰り返す。上記エンジン１による駆動態勢において、出力軸２の駆動は、差動発電機５２のみによって駆動しているが、出力軸２への上記指示トルクＴｏが差動発電機５２の駆動能力を超えた場合は、下記の態勢に入る。
【０１６１】上記フライホイール３２Ｄの回転速度が出力軸２の回転速度より高速で回転している間においては、ブレーキＢ１およびクラッチＣ２をオフにして、リング歯車６ｃが空回りする態勢に設定する。又、クラッチＣ３およびＣ４をオンに設定し、且つエンジン１の作動を停止しておく。
【０１６２】この態勢において、差動発電機３２および５２の両者を発電作用の状態に設定する。その場合、差動発電機５２の発電レベルを、回転子５２Ｂが最大の負荷トルクを生ずるに相当したレベルに制御する。この場合は、回転子５２Ｂが出力軸２を最大能力のトルクによって駆動しても、なお、不足トルクｄＴが生じている場合である。したがって、制御装置４Ａは、差動発電機３２の発電レベルを、回転子３２Ｂに生ずる負荷トルクがその不足トルクｄＴを生ずるに相当したレベルに制御する。
【０１６３】そのことによって、回転子３２Ｂは、その発電による負荷トルクｄＴをクラッチＣ３、回転軸６ｆおよびクラッチＣ４を介して出力軸２へ伝達する。なお、この場合において、リング歯車６ｃは上記のように空回りする状態になっているから、回転軸６ｆに生じたトルクが駆動軸１ａの側へ伝達することはない。
【０１６４】このように差動発電機３２および５２の両者における発電作用によって、フライホイール３２Ｄの回転エネルギーを消費してゆくから、やがてフライホイール３２Ｄの回転速度が出力軸２の回転速度近くに低下する。そのようにフライホイール３２Ｄの回転速度が、所定の範囲、出力軸２の回転速度に近づいたとき、制御装置４Ａは、差動発電機３２および５２の両者を電池４の電力を使用したモーター作用に切り替える。
【０１６５】その場合のモーター作用は、差動発電機５２の側において、回転子５２Ｂに最大能力のトルクを出力させ、差動発電機３２の側において、回転子３２Ｂにその不足トルクｄＴ分を出力させる。
【０１６６】このように、差動発電機３２および５２の両者がモーター作用に入ると、回転子３２Ｂはケーシング３２Ａに対して、回転子５２Ｂはケーシング５２Ａに対して、フライホイール３２Ｄの回転を停止させる方向の負荷トルクを与える。その結果、やがてフライホイール３２Ｄの回転速度が零になる時点が存在する。そのフライホイール３２Ｄの回転速度が零になったとき、制御装置４Ａは、ブレーキＢによって、フライホイール３２Ｄの回転を拘束し、そのモーター作用を続行する。
【０１６７】そのモーター作用によって、電池4における電力が所定のレベルに低下してもなお、上記出力軸２を上記のような差動発電機３２および５２の両者によって駆動する必要のある高トルク駆動の必要がある場合は、下記の態勢に入る。
【０１６８】ブレーキＢ１とクラッチＣ３をオフにし、クラッチＣ２およびＣ４とブレーキＢをオンにし、差動発電機３２を発電する態勢に設定する。すなわち、この態勢においては、リング歯車６ｃがクラッチＣ２を介して回転子３２Ｂと連動し、太陽歯車６ｅが回転軸６ｆおよびクラッチＣ４を介して出力軸２へ連動し、ケーシング３２Ａおよび５２Ａが固定する。
【０１６９】この態勢において、エンジン１を駆動すると、駆動軸１ａがキャリヤー６ａを介して、遊星歯車６ｂがリング歯車６ｃと太陽歯車６ｅを駆動する。上記リング歯車６ｃの駆動はクラッチＣ２を介して回転子３２Ｂを駆動して、差動発電機３２における発電をし、その発電した電力は電池４に充電する。又、太陽歯車６ｅの駆動は、回転軸6ｆおよびクラッチＣ４を介して出力軸２を駆動する。
【０１７０】この場合において、制御装置４Ａは、差動発電機３２におけるその発電レベルを、駆動軸1ａの回転速度が図５におけるｎａに一致するレベルに負荷をかける制御をする。すなわち、図５から理解できるように、駆動軸１ａにはＴａの値の負荷トルクが生ずる。
【０１７１】その結果、図３の差動歯車３３Ｅについて説明したと同様、差動歯車６において、太陽歯車６ｅには、駆動軸１ａのトルクＴａに対して一定の係数（例えばｋ）を乗じた値のトルクＴｄを生ずる。したがって、この状態において、太陽歯車６ｅは、回転軸６ｆおよびクラッチＣ４を介して出力軸２にトルクＴｄのトルクを与える。
【０１７２】その出力軸２へのトルクＴｄが、上記指示トルクＴｏの値に対して、未だ不足している場合、差動発電機５２にモーター作用をさせ、そのモーター作用によって回転子５２Ｂがその不足トルクを出力軸２に供給する。
【０１７３】逆に、上記太陽歯車６ｅの出力軸２を駆動するトルクＴｄが上記指示トルクＴｏより大き過ぎている場合は、差動発電機５２における上記モーター作用を発電作用に切り替え、その差動発電機５２における発電のレベルを、その発電作用によって回転子５２Ｂが出力軸２に負荷をかけて、出力軸２に生じている過大分のトルクを吸収させればよい。
【０１７４】又、その過大分のトルクが生じている場合における他の方法として、上記態勢のまま、その制御を下記のようにすることが出来る。差動発電機５２の作動を無負荷状態に設定し、差動発電機３２を発電作用に設定する。その際、出力軸２すなわち回転軸６ｆへ上記指示トルクＴｏを生じさせるに必要な駆動軸１ａの負荷トルクを算出する。今、ここでその算出した負荷トルクをＴｂとする。
【０１７５】その算出値Ｔｂに対して、制御装置４Ａは、差動発電機３２の発電のレベルを、駆動軸１ａがその負荷トルクＴｂを生ずるに相当したレベルに制御する。
【０１７６】その場合において、制御装置４Ａ内の計算機に図５のマップを設けておき、そのマップからエンジン１への燃料供給量を求める。それは、図５のマップ上における経済燃費特性Ｅ上において上記トルクＴｂを出力する作動点ｂを求め、そのｂ点を通過する燃料供給量θｂを求め、エンジン１の燃料供給量をθｂに設定する。
【０１７７】その設定とともに、作動発電機３２の発電レベルを制御し、そのレベルは、駆動軸１ａの回転速度が図５のｎｂに一致するに相当した制御をする。すなわち、図５から理解出来るように、燃料供給量がθｂに設定している状態において、エンジン１の回転速度がｎｂとなっていることは、そのときのエンジン１の出力トルクはＴｂとなる。
【０１７８】なお、上記エンジン１による繰り返し駆動において、差動発電機３２および５２における発電作用によって電池４へ充電した電力が所定のレベルに達すると、エンジン１による上記繰り返しの駆動を停止し、上述の電池４の電力による出力軸２の駆動をする態勢に入る。
【０１７９】上記図４の実施例においては、差動発電機５２におけるケーシング５２Ａが、フライホイール３２Ｄと連動して回転可能となっているが、この差動発電機５２は、ケーシング５２Ａをフライホイール３２Ｄから切り離し、固定したケーシングとして、差動発電機５２を図３における電動機５と置換させてもよい。
【０１８０】その場合、図４において、回転子５２Ｂが出力軸２を駆動した作用の場合は、置換した電動機５の回転子５Ｂがモーター作用によって出力軸２を駆動することに相当し、回転子５２が出力軸２の駆動動力の一部を吸収する必要がある場合は、その置換した電動機５が発電作用をして、出力軸２のその一部動力吸収することに相当する。
【０１８１】又、上記図４の実施例において差動発電機５２を省略させても、構内走行のような車両においては、図１において説明したような下記の駆動ができる。
【０１８２】そのように変更した図４の機構において、エンジン１によってフライホイール３２Ｄを加速させる作用は、ブレーキＢ１とクラッチＣ３をオンに設定し、ブレーキＢ、クラッチＣ２およびＣ４をオフにして、エンジン１を駆動する上述の作用を行なえばよい。
【０１８３】そのフライホイール３２Ｄへの回転エネルギーの蓄積が済んだ時点において、エンジン１の作動を停止させ、次に、クラッチＣ２、ブレーキＢをオフにしたまま、ブレーキＢ１をオフにし、クラッチＣ４をオンにする。
【０１８４】その態勢において、差動発電機3２に発電作用をさせ、その発電レベルを、その発電によって回転子３２Ｂに生ずる負荷トルクが上述における出力軸２への指示トルクＴｏに一致させるに相当したレベルに制御する。
【０１８５】その結果、回転子３２Ｂに生じている負荷トルクが、クラッチＣ３、回転軸６ｆおよびクラッチＣ４を介して出力軸２を駆動する。その出力軸２の駆動は、フライホイール３２Ｄの回転エネルギーを使用しているから、やがてフライホイール３２Ｄの回転速度が出力軸２の回転速度に近づいてくる。
【０１８６】そのようにフライホイール３２Ｄの回転速度が所定の回転速度まで低下したとき、再びエンジン1によるフライホイール３２Ｄの加速を繰り返す。上記フライホイール３２Ｄの加速とフライホイール３２Ｄに蓄積した回転エネルギーによる出力軸２の駆動の繰り返しによって、車両を走行させることができる。なお、図1において説明したように、上記フライホイール３２Ｄを加速させている間は、車両はその慣性力によって車速を維持している。
【０１８７】上述の各実施例において、エンジン１の作動は、エンジン１における燃費率が最小になることを目的に、図５のａ点において作動させている。しかし、エンジン１の作動は、例えばディーゼル・エンジンにおける排気スモークが最小になる作動点や、排気ガス中のＮＯｘ成分が最小になる作動点等、エンジン１の作動が最適になる作動点において、エンジン１を作動させることができる。
【０１８８】それは、そのエンジン１における作動が最適となる作動点が、例えば図5におけるｂ点である場合は、エンジン１への燃料供給量をθｂに設定し、エンジン１の回転速度がｎｂとなるように、駆動軸１ａへ負荷をかければよいことになる。
【０１８９】このように、本発明は、エンジン１の作動を最適な作動点において作動させることを可能とするエンジン・電池・フライホイール混合駆動装置であって、その基本構成は、ａ：エンジン１の駆動軸１ａに連動させた入力軸とフライホイール３Ｄ、３１Ｄ、３２Ｄあるいは３３Ｄとの相対回転によって発電する差動発電機３，３１，３２あるいは３３を設け、エンジン１がその差動発電機を駆動して、発電作用をさせ、その発電による負荷トルクによってそのフライホイールを加速させる作用と、ｂ：そのフライホイールに蓄積した回転エネルギーが、そのフライホイールと出力軸２との相対回転によって発電をする差動発電機３、３２、３３あるいは５１を介して出力軸２を駆動出来るようにしたものである。
【０１９０】なお、上記ａ：およびｂ：の説明における差動発電機は、図１および図３においてはａ：における場合とｂ：における場合と同じ差動発電機を使用し、ａ：の場合とｂ：の場合でクラッチＣによる切り替えを行なっている。又、図２あるいは図３の場合は、ａ：における差動発電機が差動発電機３１あるいは３２であり、ｂ：における差動発電機が差動発電機５１あるいは５２となっている。
【０１９１】
【発明の効果】1） 以上のように、本発明は、エンジン１によって駆動輪を駆動する場合、エンジン１は、常に、理想とする作動点、あるいわ動力伝達効率を考慮した範囲においてその理想作動点の近傍において、作動させながら、エンジン１からの動力の一部を動力伝達効率の良い機械的な動力伝達によって、出力軸2の動力レベルを指示するレベルに制御出来るものである。
【０１９２】２） 上記エンジン１における理想の作動点を車両の燃費が最小となる作動点とする場合は、エンジン１を使用した車両走行における燃費を更に改善できる。
【０１９３】3） 上記のように、出力軸２の負荷とは関係なく、エンジン１の作動を特定した一点の作動点のみにおいて作動させ、その一点の作動のみによるエンジン１からの動力を使用した車両走行が可能になれば、エンジン１の開発は、その一点の作動点のみの作動効率を向上させる努力をすればよいことになって、エンジン開発に要する労力を軽減出来る。
【出願人】 【識別番号】０００１６１４９３
【氏名又は名称】宮尾 隆之
【出願日】 平成１２年３月１７日（２０００．３．１７）
【代理人】
【公開番号】 特開２００１−２６８７０６（Ｐ２００１−２６８７０６Ａ）
【公開日】 平成１３年９月２８日（２００１．９．２８）
【出願番号】 特願２０００−７５０３７（Ｐ２０００−７５０３７）