| 【発明の名称】 |
車両駆動システム |
| 【発明者】 |
【氏名】森本 高広
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| 【要約】 |
【課題】回生エネルギーを効率良く回収・貯蔵すると共に、回生エネルギーの貯蔵・放出を含めた装置全体を小型、軽量に構成できる車両駆動システムの提供を課題とする。
【解決手段】電動機内に回生エネルギーを回転によって保存するローターを設け、回生ブレーキを使用した際に発生した電力によってローターを回転させることにより、制動時に発生する大容量の電力を効率よく貯蔵でき、駆動時などの大電力が必要な時にも急速放電が可能となる。さらに、電動機内にあらかじめ存在するローターを利用した構造であるので、従来の電動機の働きはそのままに、電力の貯蔵・放電を含めた装置全体を小型・軽量に構成することが出来る。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ステーターと前記ステーターと対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成されるローターからなる第１電動機と、回転可能に構成された第１ローターと前記第１ローターと対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２ローター及び、前記第２ローターの回転を抑止し又は回転の抑止を連続的に解除可能なクラッチからなる第２電動機と前記第１電動機の回転制御を行う第１制御器と前記第２電動機の回転制御を行う第２制御器と電力供給源と前記第１電動機と前記第２電動機によってそれぞれ回転駆動させられる駆動車輪を備えた車両駆動システム【請求項２】 電気以外を用いて出力を行う原動機とステーターと前記ステーターと対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成されるローターからなる第１電動機と、前記原動機によって回転させられるように構成された第１ローターと前記第１ローターと対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２ローター及び、前記第２ローターの回転を抑止し又は回転の抑止を連続的に解除可能なクラッチからなる第２電動機と前記第１電動機の回転制御を行う第１制御器と前記第２電動機の回転制御を行う第２制御器と電力供給源と前記第１電動機によって回転駆動させられる駆動車輪と備えた車両駆動システム【請求項３】 前記第２ローターに前記第２ローターによって回転させられるフライホイールを備え付けた事を特徴とする請求項１乃至２記載の車両駆動システム【請求項４】 前記フライホイールと前記第２ローターとの間に変速機構を設けた事を特徴とする請求項１乃至３記載の車両駆動システム【請求項５】 前記変速機構がギアもしくはCVTである事を特徴とする請求項１乃至４記載の車両駆動システム |
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の電動機内に回生エネルギーを保存出来る様にする事により、エネルギーの有効利用を可能とすると共に、回生エネルギーの貯蓄・保存・放出を含めたシステム全体を小型・軽量に構成できる車両駆動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】地球環境問題がますます深刻化の度合いを増し、また石油資源の枯渇が叫ばれる中で有害物質の排出の少ないハイブッリド自動車や、化石燃料を使用しない電気自動車や燃料電池自動車の開発が急速に進んでいる。これらの車両（自動車、バイク、電車、自転車、電気補助式車椅子を含む、以下、本明細書において「車両」という）には動力源として電動機が使用されており、将来車両の動力源に電動機を用いた車両が増えてくると予想される。
【０００３】動力源に電動機を使用している車両では、制動時に電動機を発電機として利用し、車体の持つ運動エネルギーを電気エネルギーへ変換し、バッテリーに蓄えるという回生ブレーキを装備している。しかし、回生ブレーキによる車体の制動などは、一時に大電流を発生する為、直接バッテリーに戻してもバッテリーの充電能力を超えてしまい、エネルギーの回収率が極めて低いと言う問題点を持っている。
【０００４】そのため蓄電池の代わりとして充放電効率の良いフライホイールにエネルギーを蓄える方法が考えられているが、フライホイール装置を別に設置するとなると、動力源として使用する電動機の他にフライホイール用電動機、フライホイールなどが別途必要となり、車両内部に大きなスペースを必要とし、車体重量の増加にもつながる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、本発明者は、車両に設けられた電動機又は発電機内に回収エネルギーを保存する事により、回生エネルギーを効率よく回収すると共に、回生エネルギーの貯蓄・保存・放出を含めたシステム全体を小型・軽量に構成できることを知見し、この知見に基づき本発明を創出するに至ったものである。
【０００６】すなわち、回生エネルギーを効率良く回収・貯蔵すると共に、回生エネルギーの貯蔵・放出を含めた装置全体を小型、軽量に構成できる車両駆動システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する、本発明の請求項１に係る発明は、ステーターと前記ステーターと対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成されるローターからなる第１電動機と、回転可能に構成された第１ローターと前記第１ローターと対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２ローター及び、前記第２ローターの回転を抑止し又は回転の抑止を連続的に解除可能なクラッチからなる第２電動機と前記第１電動機の回転制御を行う第１制御器と前記第２電動機の回転制御を行う第２制御器と電力供給源と前記第１電動機と前記第２電動機によってそれぞれ回転駆動させられる駆動車輪を備えた構成とした車両駆動システムとする。
【０００８】本発明の請求項２に係る発明は、電気以外を用いて出力を行う原動機とステーターと前記ステーターと対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成されるローターからなる第１電動機と、前記原動機によって回転させられるように構成された第１ローターと前記第１ローターと対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２ローター及び、前記第２ローターの回転を抑止し又は回転の抑止を連続的に解除可能なクラッチからなる第２電動機と前記第１電動機の回転制御を行う第１制御器と前記第２電動機の回転制御を行う第２制御器と電力供給源と前記第１電動機によって回転駆動させられる駆動車輪と備えた構成としたハイブリッド車両駆動システムとする。
【０００９】本発明の請求項３に係る発明は、前記第２ローターに前記第２ローターによって回転させられるフライホイールを備え付けた構成とした。
【００１０】本発明の請求項４に係る発明は、前記フライホイールと前記第２ローターとの間に変速機構を設けた構成とした。
【００１１】本発明の請求項５に係る発明は、前記変速機構がギアもしくはCVTで構成した。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図を参照して説明する。図１は本発明における第１の実施形態を示すブロック図であり、制動時、駆動時、停止時における、電動機内の第２ローター５、ローター２の運動と電力の流れを示している。（電動機による回生ブレーキを利用して制動を行う時を制動時、電動機が出力を行うことにより、車両が加速、定速走行を行う時を駆動時、電動機が出力を行わず、車両が停止している時を停止時とする。以下本明細書において「制動時」、「駆動時」、「停止時」とする。）なお図の中で使用されている矢印は電力の流れを示している。図３は第２電動機７の部分断面斜視図であり、回転可能に構成された第１ローター４と第１ローター４と対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２ローター５及び、第２ローター５の回転を抑止し又は回転の抑止を連続的に解除可能に構成されたクラッチ６及び、第１ローター４と第２ローター５とクラッチ６の外周に配設されたケース１４によって第２電動機７が構成されている。
【００１３】図１及び図３では、ステーター１とステーター１と対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成されるローター２によって第１電動機３が構成されている。また、回転可能に構成された第１ローター４と第１ローター４と対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２ローター５及び、第２ローター５の回転を抑止し又は回転の抑止を連続的に解除可能に構成されたクラッチ６によって第２電動機７が構成されている。これらの第１電動機３と第２電動機７と第１電動機３の回転制御を行う第１制御器８と第２電動機７の回転制御を行う第２制御器９と電力供給源１０（蓄電池、燃料電池、ソーラーバッテリーなど、電動機に電力を供給する装置をまとめて電力供給源とする。以下本明細において「電力供給源」とする。）と第１電動機３によって回転駆動させられる駆動車輪１１と第２電動機７によって回転駆動させられる駆動車輪１２を備えている。
【００１４】この実施形態によれば、制動時において、第１電動機３で発電した電力を、クラッチ６を切った状態にした第２電動機７に送ることで、第２ローター５を回転させ、回生エネルギーを回収する。このようにすると、回生エネルギーを第２ローター５の回転という形で回収・蓄電出来るので、回生エネルギーを効率よく回収することが出来、駆動時に車両の駆動源として使用する第２電動機７内に回収エネルギーを保存するので、回生エネルギーの貯蔵・放出を含めた車両駆動システムを小型、軽量に構成できる【００１５】なお、図３では第１ローター４の外周に第２ローター５を配置し、第２ローター５の軸方向に平行にクラッチ６を配置したが、第２ローター５及びクラッチ６の配置方法はこれに限定されるものではない。また、制御器は直流／交流変換機能を備えていることが望ましい。電動機は、コストを考えるならば交流電動機を、効率を考えるならばDCブラシレスモーターとすることが好ましい。
【００１６】図２は本発明における第２の実施形態を示すブロック図であり、制動時、駆動時、停止時における、電動機内の第２ローター５、ローター２の運動と電力の流れを示している。なお図の中で使用されている矢印は電力の流れを示している。
【００１７】図２ではステーター１と、ステーター１と対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成されるローター２によって第１電動機３が構成されている。また、電気以外を用いて出力を行う原動機１３によって回転させられるように構成された第１ローター４と、第１ローター４と対向する位置に配置されるとともに回転可能に構成される第２ローター５及び、第２ローター５の回転を抑止し又は回転の抑止を連続的に解除可能に構成されたクラッチ６によって第２電動機７が構成されている。これらの原動機１３と第１電動機３と第２電動機７と第１電動機３の回転制御を行う第１制御器８と第２電動機７の回転制御を行う第２制御器９と電力供給源１０と第１電動機３によって回転駆動させられる駆動車輪１１と備えている。
【００１８】この実施形態によれば、制動時、第１電動機３で発電した電力を、クラッチ６を切った状態にした第２電動機７に送ることで、第２ローター５を回転させ、回生エネルギーを回収する。このようにすると、回生エネルギーを第２ローター５の回転という形で回収・蓄電出来るので、回生エネルギーを効率よく回収することが出来、駆動時には発電機として使用する第２電動機７内に回収エネルギーを保存するので、回生エネルギーの貯蔵・放出を含めた車両駆動システムを小型、軽量に構成できる【００１９】図２では、原動機１３の出力は全て第２電動機７によって電力に変換させられているが、原動機１３の出力の用途はこれに限定されるものではなく、原動機１３の出力を駆動輪１１に直接伝えるように駆動装置を設けて、必要に応じて第２電動機７と駆動輪１１に原動機１３の出力を切り替えて伝える様に構成しても良い。
【００２０】図４は本発明における第３の実施形態を示す、第２電動機の部分断面斜視図であり、第２ローター５に第２ローター５によって回転させられるフライホイール１５を備え付けた構成とした。このようにするとこのようにすると、回生エネルギーを保存する回転体の質量が増す。回転体の持つエネルギーは回転体の質量に比例するという性質を持つので、より多くの回生エネルギーを蓄えることが出来る。
【００２１】フライホイール１５の材質はコストを考えるのであれば安価な鉄を、耐久性を考えるのであればステンレスを、フライホイール１５を高速回転させるのであれば、FRPやアルミニウムを使用するのが好ましい。なお、図４では第２ローター５の外縁部にフライホイール１５を設置しているが、フライホイール１５の設置位置はこれに限定されるものではない。
【００２２】第４の実施形態は、フライホイール１５と第２ローター５との間に変速機構を設けた構成とした。このようにすると、前記フライホイール１５の回転数を高くすることが出来る。回転体の持つエネルギーは回転体の回転数の二乗に比例するという性質を持つので、より多くの回生エネルギーを保存することが出来る。
【００２３】請求項５の実施形態は、変速機構をギアもしくはCVTとしたものである。ギアを用いた場合は構造が簡単となるので、高い信頼性、耐久性を安価で提供できる。またCVTを用いた場合、フライホイール１５の回転数が落ちても、第２ローター５の回転数を高く保つことが出来るので、第２ローター５及びフライホイール１５に蓄えたエネルギーを有効に利用できるようになる。
【００２４】
【実施例】本発明に係る車両駆動システムの実施例について、図に基づいて説明する。
【００２５】第１の実施形態の実施例について、図１及び図３を参照して説明すると、制動時、第１電動機３は発電機として働き、第１電動機によって回転させられる駆動輪１１に制動力を与えると共に、車両のもつエネルギーを電力に変換する。第１電動機からの電力は第１制御器８、第２制御器９を介して第２電動機７に送られる。制御時、クラッチ６は切られており、第２ローター５は回転可能となっている。第２ローター５は第１電動機３からの電力によって回転させられ、車両の持つエネルギーは、第２ローター５の回転という形で回収される。第２ローター５の回転方向は、駆動時の第１ローター４の回転方向と同方向とする事により、第２ローター５を回転するとこの反作用で駆動車輪１１に制動力が働く。（図１−A）
【００２６】駆動時において第２ローター５の回転数が第１ローター４の回転数より高い時は、クラッチ６切った状態にし、第２電動機７において発電を行う。発電によって生じた電力は第２制御器９、第１制御器８を介して第１電動機３に送られ、第１電動機３は駆動力を発生し、駆動車輪１１を回転駆動させる。この時、第２電動機７は発電によって生じる、第２ローター５の引きずり抵抗（回転差を利用して発電を行う場合に生じ、発電を行っている部分の回転差を減少させる抵抗の事を引きずり抵抗とする。以下本明細書に追いて「引きずり抵抗」とする。）によって第１ローター４を回転させ、駆動車輪１２を回転駆動する。第２電動機７による発電を利用した駆動時において、バッテリーの電力が残り少ないなどの時には、必要に応じて第２電動機７で発電した電力を電力供給源１０に送るなどしても良い。また、急発進など多くの電力が必要となった場合には、必要に応じて電力供給源１０から第１電動機３に電力を供給するなどの電力補助をしても良い。（図１−B）
【００２７】駆動時において第１ローター４の回転数が第２ローター５の回転数より高い時は、電力供給源１０からの電力を第１制御器８と第２制御器９を介して、第１電動機７と第２電動機８にそれぞれ送られ、駆動車輪１１及び駆動車輪１２を回転駆動する。第２電動機７による発電を利用した駆動によって、第２ローター５の回転数が落ち、第２電動機７による発電を利用した駆動から駆動電力供給源１０を利用した駆動に切り替わった時、第２ローター５は回転状態にある。第２ローター５が回転している間はクラッチ６を切ってある状態に保ち、駆動による反作用によって第２ローター５の回転が止まった時にクラッチ６をつなぎ、以降の駆動による反作用によって第２ローター５が第１ローター４の回転と逆方向に回転を始めないようにする。（図１−C）
【００２８】停止時において第２ローター５が回転しているときには、クラッチ６を切ってある状態に保ち、第２ローター５の回転を維持する。ただし、バッテリーの電力が残り少ないなどの時には、必要に応じて第２電動機７で発電した電力を電力供給源１０に送るなどしても良い。（図１−D）
【００２９】次に第２の実施形態の実施例について、図２及び図３を参照して説明すると、制動時において、第１電動機３は発電機として働き、第１電動機によって回転させられる駆動輪１１に制動力を与えると共に、車両のもつエネルギーを電力に変換する。第１電動機からの電力は第１制御器８、第２制御器９を介して第２電動機７に送られる。制御時において、クラッチ６は切られており、第２ローター５は回転可能となっている。第２ローター５は第１電動機３からの電力によって回転させられ、車両の持つエネルギーは、第２ローター５の回転という形で回収される。（図２−A）
【００３０】駆動時において第２ローター５が回転している時は、クラッチ６切った状態に保ち、第２電動機７において発電を行う。発電によって生じた電力は第２制御器９、第１制御器８を介して第１電動機３に送られ、第１電動機３は駆動力を発生し、駆動車輪１１を回転駆動させる。第２電動機７による発電を利用した駆動時において、バッテリーの電力が残り少ないなどの時には、必要に応じて第２電動機７で発電した電力を電力供給源１０に送るなどしても良い。また、急発進など多くの電力が必要となった場合には、必要に応じて電力供給源１０から第１電動機３に電力を供給するなどの電力補助や、原動機１３を駆動させ、駆動輪１１に直接駆動力を与えるなどの出力補助を行っても良い。（図２−B）
【００３１】駆動時において第２ローター５が回転していない時は、クラッチ６をつなぎ、発電による引きずり抵抗によって第２ローター５が第１ローター４の回転と同方向に回転を始めないようにした後、原動機１３の回転を第１ローター４に伝え、第２電動機７によって発電を行う。発電によって生じた電力は第２制御器９、第１制御器８を介して第１電動機３に送られ、第１電動機３は駆動力を発生し、駆動車輪１１を回転駆動させる。（図２−C）
【００３２】停止時において第２ローター５が回転しているときには、クラッチ６を切ってある状態に保ち、第２ローター５の回転を維持する。ただし、バッテリーの電力が残り少ないなどの時には、必要に応じて第２電動機７で発電した電力を電力供給源１０に送るなどしても良い。（図２−D）
【００３３】第２ローター５に第２ローター５によって回転させられるフライホイール１５を備え付けた構成とした実施例について図４を用いて説明すると、回転体の持つエネルギーは回転体の質量に比例するという性質を持つので、第２ローター５にフライホイール１５を備え付けることによって、電動機内に蓄えることの出来るエネルギーの量をふやすことが出来、高速走行時や車体重量の大きい車両に対しても有効に車体の持つエネルギーを蓄えることが出来る。
【００３４】フライホイール１５と第２ローター５との間に変速機構を設けた実施例について説明すると、フライホイール１５と第２ローター５との間に変速機構を設けることによって、フライホイール１５の回転数を第２ローター５の回転数より高くすることが出来る。回転体の持つエネルギーは回転体の回転数の二乗に比例するという性質を持つので、電動機内に蓄えることの出来るエネルギーの量をふやすことが出来、高速走行時や車体重量の大きい車両に対しても有効に車体の持つエネルギーを蓄えることが出来る。
【００３５】変速機構をギアもしくはCVTとした実施例について説明すると、ギアを用いた変速機構とすると構造が簡単であるので、高い信頼性、耐久性を安価で提供できる。また変速機構をCVTとすると、フライホイール１５の回転数より第２ローター５の回転数を高く保つことが出来るので、第２ローター５による発電時にフライホイール１５の回転数が第２ローター５の回転数より低くなっても、第２ローター５と対向する第１ローター４との回転差を保つことが出来、第２ローター５に蓄えたエネルギーを有効に利用できるようになる。
【００３６】
【発明の効果】以上のように、ローターによって回生エネルギーを貯蓄・放出できるようにしたので、本発明を使用することにより、回生ブレーキを使用した制動時に発生する大容量の電力を効率よく回収できるようになり、加減速を頻繁に行うと考えられる車両に対してもエネルギーの有効活用が出来る。
【００３７】また、回生エネルギーを保存するローターは電動機内にあらかじめ存在しているものを利用しているので、回生エネルギーの貯蓄・放出を行う装置を別に設置する場合と比べて、回生エネルギーの貯蓄・放出をより小さな装置で実現可能となる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３０１０５０６９２
【氏名又は名称】森本 高広
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| 【出願日】 |
平成１４年３月２９日（２００２．３．２９） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２９９２０９（Ｐ２００３−２９９２０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１０月１７日（２００３．１０．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−９６２００（Ｐ２００２−９６２００） |
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