(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンが動力をギヤボックスによってエンジン伝動軸に伝えるときに、エンジン伝動軸にアシスト動力を供給することができる動力発生装置及び方法の提供。【解決手段】動力発生装置２０が、高電圧の電源を供給するための電源供給器２０７と、高電圧の電源を駆動電源に変換してこれを伝えるための駆動機２０８と、駆動機が伝える駆動電源をアシスト動力に変換してエンジン伝動軸１０に伝えるための直流モーター２０１と、を有し、直流モーターが駆動するエンジン伝動軸の回転速を、エンジンが駆動するエンジン伝動軸の回転速よりも速くすることで、エンジン伝動軸にアシスト動力を提供する、エンジンをアシスト可能な動力発生装置及び方法。【選択図】図１
2010149843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンが動力をギヤボックスによってエンジン伝動軸に伝えるときに、前記エンジン伝動軸にアシスト動力を供給することができる動力発生装置であって、前記動力発生装置が、高電圧の電源を供給するための電源供給器と、高電圧の電源を駆動電源に変換してこれを伝えるための駆動機と、前記駆動機が伝える駆動電源をアシスト動力に変換してエンジン伝動軸に伝えるための電気エネルギー・機械エネルギー変換装置と、を有し、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝動軸の回転速を、前記エンジンが駆動する前記エンジン伝動軸の回転速よりも速くすることで、前記エンジン伝動軸にアシスト動力を提供する、エンジンをアシスト可能な動力発生装置。
【請求項２】
前記駆動機への制御信号を生成し、前記駆動機の駆動電源を制御することで前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝達軸の回転速を設定するための制御器と、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が伝えるアシスト動力を伝えるための第１動力伝達機構と、前記第１動力伝達機構が伝えるアシスト動力を伝えるための無段変速機と、前記無段変速機が伝えるアシスト動力を前記エンジン伝動軸に伝えるための第２動力伝達機構と、をさらに有する請求項１に記載の動力発生装置。
【請求項３】
前記第１動力伝達機構が、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置に設置された第１タイミングプーリと、前記無段変速機に設置された第２タイミングプーリと、前記第１タイミングプーリと前記第２タイミングプーリとの間に設けられたタイミングベルトと、からなり、前記第２動力伝達機構が、前記無段変速機に設置されたワンウェイ駆動プーリと、前記エンジン伝動軸に設置された駆動プーリと、前記ワンウェイ駆動プーリと前記駆動プーリとの間に設けられた伝動ベルトと、からなる請求項２に記載の動力発生装置。
【請求項４】
前記駆動機への制御信号を生成し、前記駆動機の駆動電源を制御することで前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝達軸の回転速を設定するための制御器と、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が伝えるアシスト動力を前記エンジン伝動軸に伝えるための動力伝達機構と、をさらに有する請求項１に記載の動力発生装置。
【請求項５】
前記動力伝達機構が、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置に設置された第１タイミングプーリと、回転軸に設置された第２タイミングプーリと、前記第１タイミングプーリと前記第２タイミングプーリとの間に設けられたタイミングベルトと、回転軸と、前記回転軸に設置されたワンウェイ駆動プーリと、前記エンジン伝動軸に設置された駆動プーリと、前記ワンウェイ駆動プーリと前記駆動プーリとの間に設けられた伝動ベルトと、からなる請求項４に記載の動力発生装置。
【請求項６】
前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が直流モーターであり、前記電源供給器が、バッテリー、或いは前記エンジンにより駆動される発電機と、前記バッテリー或いは前記発電機の低電圧を高電圧の電源に変換して前記駆動機に供給するためのコンバーターと、を有する請求項１に記載の動力発生装置。
【請求項７】
エンジンがギヤボックスによって動力をエンジン伝動軸に伝えるときに、動力発生装置から前記エンジン伝動軸にアシスト動力を提供するための動力発生方法であって、前記動力発生装置の電源供給器によって高電圧の電源を供給するステップと、前記動力発生装置の駆動機によって高電圧の電源を駆動電源に変換して前記動力発生装置の電気エネルギー・機械エネルギー変換装置に伝えるステップと、前記動力発生装置の前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置によって駆動電源をアシスト動力に変換して前記エンジン伝動軸に伝えるステップと、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝動軸の回転速を、前記エンジンが駆動する前記エンジン伝動軸の回転速よりも速くすることで、前記エンジン伝動軸にアシスト動力を提供するステップと、を含むエンジンをアシスト可能な動力発生方法。
【請求項８】
前記動力発生装置の制御器により前記駆動機への制御信号を生成し、前記駆動機の駆動電源を制御することで前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝達軸の回転速を設定するステップと、前記動力発生装置の第１動力伝達機構によって、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が伝えるアシスト動力を伝えるステップと、前記動力発生装置の無段変速機によって、前記第１動力伝達機構が伝えるアシスト動力を伝えるステップと、前記動力生産装置の第２動力伝達機構によって、前記無段変速機が伝えるアシスト動力を前記エンジン伝動軸に伝えるステップと、を含む請求項７に記載の動力発生方法。
【請求項９】
前記第１動力伝達機構が、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置に設置された第１タイミングプーリと、前記無段変速機に設置された第２タイミングプーリと、前記第１タイミングプーリと前記第２タイミングプーリとの間に設けられたタイミングベルトと、からなり、前記第２動力伝達機構が、前記無段変速機に設置されたワンウェイ駆動プーリと、前記エンジン伝動軸に設置された駆動プーリと、前記ワンウェイ駆動プーリと前記駆動プーリとの間に設けられた伝動ベルトと、からなる請求項８に記載の動力発生方法。
【請求項１０】
動力発生装置の制御器により前記駆動機への制御信号を生成し、前記駆動機の駆動電源を制御することで前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝達軸の回転速を設定するステップと、前記動力発生装置の動力伝達機構によって、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が伝えるアシスト動力を前記エンジン伝動軸に伝えるステップと、をさらに有する請求項７に記載の動力発生方法。
【請求項１１】
前記動力伝達機構が、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置に設置された第１タイミングプーリと、回転軸に設置された第２タイミングプーリと、前記第１タイミングプーリと前記第２タイミングプーリとの間に設けられたタイミングベルトと、回転軸と、前記回転軸に設置されたワンウェイ駆動プーリと、前記エンジン伝動軸に設置された駆動プーリと、前記ワンウェイ駆動プーリと前記駆動プーリとの間に設けられた伝動ベルトと、からなる請求項１０に記載の動力発生方法。
【請求項１２】
前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が直流モーターであり、前記電源供給器が、バッテリー、或いは前記エンジンにより駆動される発電機と、前記バッテリー或いは前記発電機の低電圧を高電圧の電源に変換して前記駆動機に供給するためのコンバーターと、を有する請求項７に記載の動力発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンによって生み出される電力を利用してアシスト動力を発生する装置及び方法に関するものであり、特に燃料の消費を軽減するエンジンをアシスト可能な動力発生装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
低燃費、省エネ及び環境保護は、２１世紀に世界中の人が求める課題であり、国際連合は２００５年２月６日に１００ヶ国以上の国家の代表を招いて「京都議定書」を議決し、地球環境や気候の更なる悪化を防ぐために、世界各国が期間内に二酸化炭素排出量の削減を遵守し、省エネや低炭素の対策から取り組みを始めるよう求められている。
【０００３】
２００８年８月に原油価格高騰時代を迎え、原油価格は１バレル１５０ＵＳドルにまで高騰し、これによって世界各国の自動車、汽船及び飛行機の燃料コストが急騰して経済発展に暗い影を落とし、さらには多くの国において原油価格の影響により物価の暴騰を招いた。それと同時に、地球の北極、南極の氷が融解して海に流れ込み、気候が急速に悪化しており、多くの気象学者や科学者が世界に向けて省エネ、低炭素を呼びかけ、人類の危機を救おうとしている。
【０００４】
低燃費、環境保護の必要性から、石油系燃料と電気のハイブリッドカーが市場に現れた。例えば、米国特許第５，９３５，０４０号公報に記載されている技術は、基本的な原理として、自動車に内燃機関エンジンとサーボモーターとを同時に搭載するとともに極めて大容量のバッテリーを搭載し、エンジン運転時に蓄電を行って、バッテリー中の蓄電量が一定に達した後にはエンジンを閉じてサーボモーターの駆動のみで走行することができ、また、必要時にはエンジンとサーボモーターの同時運転により大きな動力を出力することができるというものである。
【０００５】
しかし、石油系燃料と電気のハイブリッドカーには、大きなトルクを出力して伝動軸に伝えるための馬力の大きなサーボモーターのほか、電源を長時間供給するための大容量のバッテリーが必要となるため、機器のコストが大幅に増加する。さらに、車両の限られたスペースに大型のサーボモーターとバッテリーを搭載すると、設計、組み付けも非常に困難なものとなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、自動車の走行中、特に低速走行時に、動力発生装置により車両の伝動軸にアシスト動力を提供することで低燃費及び低炭素の効果を達成することができ、かつ、取り付けが簡便で機器コストも安価な、エンジンをアシスト可能な動力発生装置及び方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様は、エンジンが動力をギヤボックスによってエンジン伝動軸に伝えるときに、前記エンジン伝動軸にアシスト動力を供給することができる動力発生装置であって、前記動力発生装置が、高電圧の電源を供給するための電源供給器と、高電圧の電源を駆動電源に変換してこれを伝えるための駆動機と、前記駆動機が伝える駆動電源をアシスト動力に変換してエンジン伝動軸に伝えるための電気エネルギー・機械エネルギー変換装置と、を有し、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝動軸の回転速を、前記エンジンが駆動する前記エンジン伝動軸の回転速よりも速くすることで、前記エンジン伝動軸にアシスト動力を提供する、エンジンをアシスト可能な動力発生装置である。
【０００８】
本発明の第２の態様は、エンジンがギヤボックスによって動力をエンジン伝動軸に伝えるときに、動力発生装置から前記エンジン伝動軸にアシスト動力を提供するための動力発生方法であって、前記動力発生装置の電源供給器によって高電圧の電源を供給するステップと、前記動力発生装置の駆動機によって高電圧の電源を駆動電源に変換して前記動力発生装置の電気エネルギー・機械エネルギー変換装置に伝えるステップと、前記動力発生装置の前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置によって駆動電源をアシスト動力に変換して前記エンジン伝動軸に伝えるステップと、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝動軸の回転速を、前記エンジンが駆動する前記エンジン伝動軸の回転速よりも速くすることで、前記エンジン伝動軸にアシスト動力を提供するステップと、を含むエンジンをアシスト可能な動力発生方法である。
【０００９】
本発明の第１および第２の態様に基づいたうえで、前記駆動機への制御信号を生成し、前記駆動機の駆動電源を制御することで前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝達軸の回転速を設定するための制御器と、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が伝えるアシスト動力を伝えるための第１動力伝達機構と、前記第１動力伝達機構が伝えるアシスト動力を伝えるための無段変速機と、前記無段変速機が伝えるアシスト動力を前記エンジン伝動軸に伝えるための第２動力伝達機構と、をさらに有する動力発生装置。
【００１０】
本発明の第１および第２の態様に基づいたうえで、前記駆動機への制御信号を生成し、前記駆動機の駆動電源を制御することで前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が駆動する前記エンジン伝達軸の回転速を設定するための制御器と、前記電気エネルギー・機械エネルギー変換装置が伝えるアシスト動力を前記エンジン伝動軸に伝えるための動力伝達機構と、をさらに有する動力発生装置。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の具体例であるエンジンをアシスト可能な動力発生装置を示す図である。
【図２】本発明の第２の具体例であるエンジンをアシスト可能な動力発生装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の第１の具体例であるエンジンをアシスト可能な動力発生装置を示す図である。図１の第１の具体例は、石油系燃料と電気のハイブリッドカーの応用を例としており、下記車両の一般的な構造は当該技術分野の通常の知識を有する者が熟知するものであるので、ここでは詳細な説明は行わない。
【００１３】
図１において、車両のエンジン（図示せず）が燃料を燃焼して動力を発生させたとき、発生させた動力をギヤボックスによってエンジンの伝動軸１０に伝達すると同時に、車両の動力発生装置２０からエンジンの伝動軸１０にアシスト動力が提供される。動力発生装置２０は下記構造を有している。
【００１４】
図１に示すように、バッテリー２００及びコンバーター２０７からなる、高電圧の電源を提供するための電源供給器において、コンバーター２０７は、バッテリー２００から供給される低電圧（例えば１２Ｖ）の電源を高電圧（例えば２２０Ｖ）の電源に変換して駆動機２０８に供給する。別の態様では、図１中のバッテリー２００の代わりに車両の発電機（図示せず）を用いてコンバーター２０７に低電圧電源を供給し、コンバーター２０７は供給された低電圧の電源を高電圧の電源に変換して駆動機２０８に供給する。ここにおける発電機はエンジンによって駆動される。
【００１５】
直流モーター２０１からなる電気エネルギー・機械エネルギー変換装置は、駆動電源をアシスト動力に変換してエンジン伝動軸１０に伝える。駆動機２０８は、コンバーター２０７により供給される高電圧を駆動電源に変換して直流モーター２０１に伝える。制御器２０９は、駆動機２０８への制御信号を生成し、駆動機２０８の駆動電源を制御することで、直流モーター２０１が駆動するエンジン伝動軸１０の回転速を制御する。
【００１６】
第１のタイミングプーリ２０２、タイミングベルト２０２１及び第２のタイミングプーリ２０４からなる第１の動力伝達機構は、直流モーター２０１により伝えられるアシスト動力を無段変速機２０３に伝える。ここで、第１のタイミングプーリ２０２は直流モーター２０１の回転軸に設置され、第２のタイミングプーリ２０４は無段変速機２０３の回転軸に設置され、タイミングベルト２０２１は第１のタイミングプーリ２０２と第２のタイミングプーリ２０４との間に設けられる。
【００１７】
ワンウェイ駆動プーリ２０５、伝動ベルト２０６及び駆動プーリ１１からなる第２の動力伝達機構は、無段変速機２０３により伝えられるアシスト動力をエンジン伝達軸１０に伝える。ここで、ワンウェイ駆動プーリ２０５は無段変速機２０３の他方の回転軸に設置され、駆動プーリ１１はエンジン伝動軸１０に設置され、伝動ベルト２０６はワンウェイ駆動プーリ２０５と駆動プーリ１１との間に設けられる。このワンウェイ駆動プーリ２０５は、市販のワンウェイベアリング（ｂｅａｒｉｎｇ）構造のプーリであってよい。
【００１８】
図１において、コンバーター２０７は、バッテリー２００の低電圧を高電圧の電源に変換してこれを駆動機２０８に伝え、制御器２０９は、直流モーター２０１の回転速を設定するための制御信号を駆動機２０８に伝え、駆動機２０８より伝えられる駆動電源を制御する。
【００１９】
駆動機２０８が駆動電源を伝えることで、直流モーター２０１が駆動して回転し、これによって回転速及びアシスト動力が発生し、直流モーター２０１により発生した回転速及びアシスト動力は、第１のタイミングプーリ２０２、タイミングベルト２０２１及び第２のタイミングプーリ２０４によって無段変速機２０３に伝えられ、無段変速機２０３は、ワンウェイプーリ２０５、伝動ベルト２０６及び駆動プーリ１１によってエンジン伝動軸１０に回転速及びアシスト動力を伝える。
【００２０】
制御器２０９により制御される駆動機２０８が直流モーター２０１に駆動電源を伝えると、直流モーター２０１は、制御器が設定する回転速で回転する。直流モーター２０１の回転速（すなわち無段変速機２０３により駆動されるエンジン伝動軸１０の回転速）が、エンジンにより駆動されるエンジン伝動軸１０の回転速を下回るとき、ワンウェイプーリ２０５は一方向のみに回転するため、直流モーター２０１が空転状態になる。つまり、エンジン伝動軸１０上で直流モーター２０１によるアシスト動力は発生せず、この時、エンジン伝動軸１０における動力はすべてエンジンの燃料燃焼により発生した動力となる。
【００２１】
直流モーター２０１の回転速（すなわち無段変速機２０３により駆動されるエンジン伝動軸１０の回転速）が、エンジンにより駆動されるエンジン伝動軸１０の回転速を上回るとき、エンジン伝動軸１０の回転速は直流モーター２０１の回転速であり、無段変速機２０３がエンジン伝動軸１０にアシスト動力を提供することで、エンジンは、前記アシスト動力を差し引いた動力をエンジン伝動軸１０に提供すればよいので、エンジンで燃焼される燃料を低減し、省エネ及び低炭素の効果を奏することができる。
【００２２】
さらに、図１中のバッテリー２００は車両に搭載されたバッテリーで、大容量で体積も大きなバッテリーを設置する必要がなく、かつ直流モーター２０１の体積も従来技術のサーボモーターより小さいため、この具体例の動力発生装置の取り付けは簡便で、動力発生装置の機器コストもさらに安価となる。
【００２３】
図２は、本発明の第２の具体例であるエンジンをアシスト可能な動力発生装置を示す図である。図２において、図１の構成部材と同一の構成部材には図１と同じ部材符号を用いているので、その説明は省略する。
【００２４】
図２において図１と異なる構造は動力伝達機構である。第１のタイミングプーリ２０２、タイミングベルト２０２１、第２のタイミングプーリ２０４、回転軸Ｇ、ワンウェイ駆動プーリ２０５、伝動ベルト２０６及び駆動プーリ１１からなる動力伝達機構は、直流モーター２０１が伝える回転速とアシスト動力をエンジン伝動軸１０に伝える。ここで、第１のタイミングプーリ２０２は直流モーター２０１の回転軸に設置され、第２のタイミングプーリ２０４は回転軸Ｇの一端に設置され、タイミングベルト２０２１は第１のタイミングプーリ２０２と第２のタイミングプーリ２０４との間に設けられ、ワンウェイプーリ２０５は回転軸Ｇの他方端に設置され、駆動プーリ１１はエンジン伝動軸１０に設置され、伝動ベルト２０６はワンウェイプーリ２０５と前記駆動プーリ１１との間に設けられる。
【００２５】
同様に、駆動機２０８が駆動電源を伝えることで、直流モーター２０１が駆動して回転し、これによって回転速及びアシスト動力が発生し、直流モーター２０１により発生した回転速及びアシスト動力は、第１のタイミングプーリ２０２、タイミングベルト２０２１、第２のタイミングプーリ２０４、回転軸Ｇ、ワンウェイプーリ２０５、伝動ベルト２０６及び駆動プーリ１１によってエンジン伝動軸１０に伝えられる。
【００２６】
制御器２０９により制御される駆動機２０８が直流モーター２０１に駆動電源を伝達すると、直流モーター２０１は、制御器が設定する回転速で回転する。直流モーター２０１の回転速が、エンジンにより駆動されるエンジン伝動軸１０の回転速を下回るとき、ワンウェイプーリ２０５は一方向のみに回転するため、直流モーター２０１は空転状態になる。つまり、エンジン伝動軸１０上で直流モーター２０１によるアシスト動力は発生せず、この時、エンジン伝動軸１０における動力はすべてエンジンの燃料燃焼により発生した動力となる。
【００２７】
直流モーター２０１の回転速が、エンジンにより駆動されるエンジン伝動軸１０の回転速を上回るとき、エンジン伝動軸１０の回転速は直流モーター２０１の回転速であり、第１のタイミングプーリ２０２、タイミングベルト２０２１、第２のタイミングプーリ２０４、ワンウェイ駆動プーリ２０５及び伝動ベルト２０６がエンジン伝動軸１０にアシスト動力を提供することで、エンジンは、前記補助動力を差し引いた動力をエンジン伝動軸１０に提供すればよいので、エンジンで燃焼される燃料を低減し、省エネ及び低炭素の効果を奏することができる。
【００２８】
したがって、図２の具体例も同様に、図１の具体例の効果と長所を有することができる。
【００２９】
本発明の図１及び図２の具体例によると、実際に車両に応用された場合の効果は表１のとおりである。
【表１】
2010149843.tif 000003
【００３０】
第１の例（台北−高速道路−台中）では、動力発生装置使用時の１リットル当たりの走行距離は１１．６ｋｍで、動力発生装置未使用時の１リットル当たりの走行距離は７．４２ｋｍであり、第２の例（平鎮−高速道路−香山−高速道路−平鎮）では、動力発生装置使用時の１リットル当たりの走行距離は１３．３ｋｍで、動力発生装置未使用時の１リットル当たりの走行距離は７．８１ｋｍであった。上記実験結果から分かるように、本発明の動力発生装置を車両に応用すると、省エネ、低燃費の効果を確実に奏することができる（第１，２の例ではいずれも５０％以上の省エネ、低燃費が可能となっている）。
【００３１】
なお、本発明の具体例の応用は車両に限定されず、例えば汽船、飛行機、軍用装甲車等の各種運送交通系に幅広く応用することができ、また、火力発電の分野にも応用可能である。
【００３２】
以上のとおり、本発明について、好ましい具体例や図面による例示を参照しながら説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。当該分野の当業者が、その形態や具体例の内容に修正、省略及び変更を施したものも本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１０  伝動軸
１１  駆動プーリ
２０  動力発生装置
２００  バッテリー
２０１  直流モーター
２０２  第１タイミングプーリ
２０３  無段変速機
２０４  第２タイミングプーリ
２０５  ワンウェイ駆動プーリ
２０６  伝動ベルト
２０７  コンバーター
２０８  駆動機
２０９  制御器
２０２  タイミングベルト
Ｇ  回転軸
【図１】
2010149843.tif 000004
【図２】
2010149843.tif 000005