(57)【要約】フライホイール駆動の自動車は電気モータによって動力を受ける。フライホイールの回転は電気モータによって開始され、かつ維持され、電気モータは複数のバッテリー（あるいは組とされたバッテリー）によって交互に給電される。充電器組立体が複数のバッテリーに接続される。作動時、一方のバッテリーは電気モータに給電し、また同時に他方のバッテリーが再充填される。
2007521437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイール駆動システムを有する自動車において、
自動車の駆動システムに接続され、前記自動車を駆動するためのエネルギを提供するフライホイールと、
該フライホイールに接続され、その回転を行わせる電気モータと、
充電器組立体と、
各々が前記電気モータと前記充電器組立体とに電気的に接続されている２個の駆動用バッテリーと、を含み、
前記駆動用バッテリーの一方が前記電気モータに電気的に接続されると、他方の駆動用バッテリーは前記充電器組立体に電気的に接続され、
前記充電器組立体は充電器と、インバータと、充電器用バッテリーと、交流発電機とを含み、該交流発電機は前記自動車の駆動システムに接続され、
更に、自動車が動いているとき、前記交流発電機は前記充電器用バッテリーに電気的に接続されてそれにエネルギーを与え、前記充電器用バッテリーは前記インバータに電気的に接続されてかつ給電し、前記インバータは前記充電器に電気的に接続されてかつ給電し、前記充電器は前記電気モータに接続されていない前記駆動用バッテリーに電気的に接続されかつ再充電することを特徴とするフライホイール駆動システムを有する自動車。
【請求項２】
前記電気モータと、前記充電器組立体と、前記の２個の駆動用バッテリとに電気的に接続されているスイッチを更に含み、
前記スイッチが電気的な接続を、第一の駆動用バッテリーと電気モータとが接続され、第二の駆動用バッテリーと充電器組立体とが接続されている第一の状態から、第一の駆動用バッテリーと充電器組立体とが接続され、第二の駆動用バッテリーと電気モータとが接続されている第二の状態まで変えるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項３】
前記スイッチが手動スイッチであることを特徴とする請求項２に記載の自動車。
【請求項４】
前記スイッチが電圧計を含み、所定の電圧値の読取りに基づいて、前記スイッチが電気的接続を自動的に変えることを特徴とする請求項２に記載の自動車。
【請求項５】
各駆動用バッテリーが直列に相互に接続された複数のバッテリーの組であることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項６】
前記フライホイールの重量が自動車の重量の約５パーセントから約１０パーセントの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項７】
前記充電器がセルタイプの充電器であることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【請求項８】
前記フライホイールが一組の可変速溝車を介して前記自動車の駆動システムに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフライホールによって動力が供給される自動車（ｖｅｈｉｃｌｅ）に関する。詳しくは、フライホイールを回転させる電気モータを有する駆動システム（ｄｒｉｖｅ  ｓｙｓｔｅｍ）に関し、それによりフライホイールに蓄えられたエネルギは、自動車を駆動し同時に電気モータに給電するバッテリーを再充電するために使用される。
【背景技術】
【０００２】
エネルギ効率およびクリーン走行自動車に対する必要性が多年にわたり存在してきた。その緊急性は燃料価格の上昇、燃料供給源の減退、および内燃機関の排気による切迫した環境への影響の報告によって常に強調されている。これらの問題の解決に向けられた一般的な試みの多くは内燃機関の効率を上げることによって自動車の燃費の向上を図ることを含む。
【０００３】
燃料効率のよい自動車を希求する試みの一分野はハイブリッドタイプの自動車である。一般的に、このタイプの自動車はガソリンエンジンと電気モータとを組み合わせている。これらのエンジンとモータとは効率を上げるために相互に補完し合う。このようなタイプの自動車のあるものにおいては、自動車の駆動装置を助勢するバッテリーを再充電するために小型のフライホイールが使用されている。これらのフライホイールは典型的に自動車の制動（ｂｒａｋｉｎｇ）の間のみに作動する。フライホイールを使用することはこのような再充電の目的のみに対しては効果的である。
【０００４】
効率的で環境に優しい自動車に関して使用されている更に別のタイプの技術は、フライホイールの回転が電気モータおよび（または）内燃機関によって提供されるフライホイール駆動の自動車である。フライホイールを駆動する電気モータの代替には、典型的には自動車が減速すると電気モータを駆動するバッテリーを再充電する再充電装置（ｒｅｃｈａｒｇｉｎｇ  ｆｅａｔｕｒｅ）が含まれている。仮説の上では、これは極めて効率的であるようである。困難なのはこの概念を実際に遂行することにある。問題の一つは、フライホイールを回転させるようモータを作動させかつ再充電が行わなければならない単一のバッテリーすなわちエネルギ源を使用することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は従来技術における前述の問題と欠点とを解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、フライホイール駆動システムはフライホイールを回転させるために電気モータに交互に給電する２個以上の（あるいは２組以上の）バッテリーを有している。一個の（あるいは一組の）バッテリーのみが電気モータに給電し、また他方のバッテリーは自動車の動きおよび慣性によって再充電される。本システムは電気モータに給電するためにバッテリー間で切り替えを行うこともできる。
【０００７】
一実施例において、フライホイール駆動システムを有する自動車は、自動車の駆動システムに接続され、自動車を駆動するエネルギを提供するフライホイールを含む。電気モータはフライホイールに接続され、該フライホイールを回転させる。自動車は更に、充電器組立体と、各々電気モータと充電器組立体とに電気的に接続可能な２個の駆動用バッテリーとを含む。駆動用バッテリーの一方が電気モータに電気的に接続されると、他方の駆動用バッテリーは充電器組立体に電気的に接続される。充電器組立体は充電器と、インバータと、充電器用バッテリーと、交流発電機とを含み、該交流発電機は自動車の駆動システムに接続されている。交流発電機は充電器用バッテリーに電気的に接続されており、自動車が動くと該バッテリーにエネルギーを与える。充電器用バッテリーはインバータに電気的に接続され給電し、該インバータは充電器に電気的に接続され給電する。充電器は、電気モータに接続されていない駆動用バッテリーに電気的に接続され、再充電する。自動車は更に、電気モータと、充電器組立体と、駆動用バッテリーとに電気的に接続されているスイッチを含みうる。前記スイッチは、第一の駆動用バッテリーと電気モータとが接続され、第二の駆動用バッテリーと充電器組立体とが接続されている第一の状態から、第一の駆動用バッテリーと充電器組立体とが接続され、第二の駆動用バッテリーと電気モータとが接続されている第二の状態に電気的な接続を変えるようにされている。前記スイッチは手動でもよく、あるいは電圧計を含み、所定の電圧計の読み取り値に基づいて該スイッチが電気的接続を自動的に変えるようにしてもよい。各駆動用バッテリーは直列で相互に接続された複数の電池の組であってもよい。フライホイールの重量は自動車の重量の約５％から約１０％の範囲にある。充電器はセルタイプの充電器（ｃｅｌｌ−ｔｙｐｅ  ｃｈａｒｇｅｒ）でもよい。フライホイールは一組の可変速溝車を介して自動車の駆動システムに接続してもよい。
【実施例】
【０００８】
本発明はフライホイール駆動自動車の特定の分野を指向する。すなわち、フライホイールは自動車の駆動システム（駆動軸）に結合され、それを回転させるエネルギ源である。フライホイールの回転は電気モータによって開始され、かつ維持され、一方電気モータは複数のバッテリー（あるいは組となったバッテリー）によって交互に給電される。充電器組立体も複数のバッテリーに接続されている。作動時、一方のバッテリーが一時に電気モータに給電し、また同時に他方のバッテリーが再充電される。再充電用エネルギがその時点で電気モータに給電していない各バッテリーに導かれているか確かめながらスイッチが交互のバッテリーから電気モータに電力を送るよう作動する。  
【０００９】
以下の説明は全体的に本発明によって請求されている実用プロトタイプ（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ）に関連したものである。本プロトタイプに対して、ならびに本発明の基本的な教示に基づいて構成された類似の自動車に対して改良および変更がなされることは必然的なことである。全体システムの作動に対する枢要な点は、自動車が動いている間に効果的に一定の再充電が達成されるように、電気モータに給電するために少なくとも２個のバッテリーを使用することである。
【００１０】
先ず、図１に示す本発明の作動についての概念的なブロック線図を参照すると、自動車は使用者が電気モータ１０をオンにする、すなわち該モータをバッテリー３８に接続することによって「始動」させられる。電気モータ１０はフライホイール１６を担持しているシャフト１４にチェイン１２によって結合されている。従って、電気モータ１０がフライホイール１６を回転させる。一旦フライホイール１６が所定の回転数に達すると、自動車の運転者はトランスミッション２２を介して駆動軸１８を係合させ、可変速なＶベルト駆動装置あるいはその他のタイプのリンク機構２０を使用することによって車輪２４を回転させる。そうして自動車が動くことによって駆動軸１８の回転を生じさせ、それはまた交流発電機２８を回転させるために使用される。交流発電機２８は充電器のバッテリー３０に電流を提供する。充電器のバッテリー３０からの電流は次いでインバータ３２を通過し電流をＤＣからＡＣに変換することによって、その時点で電気モータと電気的に接続されていないバッテリー３８に接続され、それを再充電するセル型充電器３４を作動させる。図示のように、スイッチ３６は、充電器の流れを第一のバッテリー３８から第二のバッテリーに移転させることと同時に、一方のバッテリーあるいは組となったバッテリーからの電気モータ１０への電力を他のバッテリーからに移転させるために使用しうる。
【００１１】
さて図２を参照すれば、自動車の機械的駆動システムの側面図が示されている。電気モータの駆動軸４０はスプロケット４１を装着している。好適実施例においては、電気モータ３９は３６／４８ボルトＤＣのＧＥ製電気モータ（３６／４８  ｖｏｌｔ  ＤＣ  ＧＥ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｍｏｔｏｒ）である。このモータ３９の定格は２０−５０馬力である。それは１８アンペアの電流が引き込まれると、空の状態で、すなわち無負荷状態で７２００ｒｐｍの回転が可能である。スプロケット４１はチェイン４２を受け入れるようにされている。チェイン４２は同様に、電気モータ３９の下方に装着された状態で示されているフライホイールのシャフトのスプロケット４３に受け入れられるようにされている。
【００１２】
電気モータ３９を直接フライホイールのシャフト４４に結合させることは可能であるが、このような構成では全体システムの効率を下げる可能性がある。好適実施例においては、電気モータのスプロケット４１は直径が約１６５ミリメートル（６．５ｉｎｃｈｅｓ）で３８個の歯を有している。フライホイールのシャフトのスプロケット４３は直径が約２０３ミリメートル（８ｉｎｃｈｅｓ）で、４０個の歯を有している。このように、電気モータ３９はフライホイール５０を効率的に回転させる。換言すれば、フライホイール５０は電気モータ３９と同じ高回転数で作動する必要はない。スプロケット４１および４３を、詳しくは電気モータのシャフト４０およびフライホイールのシャフト４４のスプロケットの直径と歯数とを変更することによって、電気モータ３９とフライホイール５０の回転効率を最大化しうる。
【００１３】
フライホイールのシャフト４４のスプロケット４３はフライホイールのシャフトに装着された一方向クラッチベアリング４５に装着されている。このようにして、フライホイール５０が、電気モータ３９がシャフト４４を回転させるよりも高い回転数で回転し始めるとすれば、そのときフライホイールは電気モータを損傷させることはない。
【００１４】
説明したようにＤＣモータ３９を作動させ、かつ制御するために、コイル、制御装置および電位差計が使用される。これらの構成要素（図示せず）は３６ボルトＤＣの最小定格と５４ボルトＤＣの最大定格のモータが可能である。最大許容電圧は本発明の実用プロトタイプに関連した好適電圧である。
【００１５】
フライホイール５０はフライホイールシャフト４４に装着されており、真空室５１の内部に置かれている。一例では、フライホイール５０自体は直径が約９１４ミリメートル（３６ｉｎｃｈｅｓ）であり、６．３５ミリメートル（１／４ｉｎｃｈｅｓ）の厚さの４枚の層から構成され、そのため２５．４ミリメートル（１ｉｎｃｈ）厚さとなっている。フライホイール５０をシャフト４４に接続する中央ハブは前記シャフトを受け入れるために約４４．５ミリメートル（１  ３／４ｉｎｃｈｅｓ）の開口を有している。フライホイール５０は、これも真空室５１内に装着されている２個のブロックベアリングの間の中心で、それらによって支持されている。真空室５１は、使用前、あるいは必要に応じて手作業で使用しうる従来の１２ボルトの真空ポンプを使用して弁５２を通して気体が排出される。真空ポンプもまた連続的に回転させてもよい。
【００１６】
本好適実施例におけるフライホイールの重量は約１３１キログラム（２８８ｌｂｓ）である。フライホイールと、シャフトと、ハブとを組み合わせた重量は約１５０キログラム（３３０ｌｂｓ）である。フライホイール５０の重量は動かすべき自動車の寸法／重量に直接比例する。本システムは、シボレー（Ｃｈｅｖｒｏｌｅｔ：登録商標）の商用ピックアップトラックＳ−１０型から取ったフレームに装着されている。フライホイール５０の重量は自動車の総重量の約５％以上あるべきで、効率よくするには自動車の総重量の約１０％未満であるべきである。フライホイール５０はトランスミッションあるいは駆動システム（駆動軸）の上方で垂直に配置すべきである。このことによってフライホイールの中心シャフト４４がトランスミッション５８の入力軸５７に対して平行となるようにしうる。このため自動車の重量を効率的に求心させることができる。
【００１７】
フライホイールのシャフト４４と駆動システムとはベルト５５によって接続されている。ベルト５５は油圧で移動される一対の可変速溝車４６の作動によって係合される。このため自動車を滑らかに加速させることができる。アクセルペダルが通常の内燃機関の自動車において反応するように、溝車４６におけるベルト５５の作動が行われる。好適実施例においては、駆動システムの入力軸５７の一部に装着された溝車５６はばね押し溝車（ｓｐｒｉｎｇ−ｌｏａｄｅｄ  ｓｈｅａｖｅｓ）である。フライホイールシャフト４４に装着された溝車４６は、自動車の運転者の行為によって溝車の２個の側部が寄ったり、離れたりする従動シリンダ（ｓｌａｖｅ  ｃｙｌｉｎｄｅｒ）４７および結合解放用軸受フォーク（ｔｈｒｏｗ−ｏｕｔ  ｂｅａｒｉｎｇ  ｆｏｒｋ）４８を使用することによって作動する。前記溝車４６および５６の特定の構造および作動については図４に詳しく示されている。理解されるように、油圧従動シリンダ４７は自動車の運転者によって作動させられる。該シリンダ４７は、可変速溝車の２個の側部が相互に寄ったり、離れたりするようにさせるため結合解放用軸受（ｔｈｒｏｗ−ｏｕｔ  ｂｅａｒｉｎｇ）を動かす該軸受のフォーク４８を動かす。当該技術分野の専門家に認識されるように、溝車４６が十分に離れていると、ベルト５５は溝車内に位置するが、シャフト４４あるいは５７の回転に伴って動くものではない。ベルト５５が係合し、駆動システムが回転し始めるのは溝車４６が一緒に動くときのみである。
【００１８】
駆動システムの入力軸５７はトランスミッション５８まで延びている。このトランスミッション５８は内燃機関と関連して今日すでに使用されている従来のトランスミッションでもよい。代替的に、このフライホイール駆動の自動車の効率を最大限上げるために新規なトランスミッションを計画してもよい。好適実施例においては、使用されているトランスミッションは単純にシボレー（Ｃｈｅｖｒｏｌｅｔ：登録商標）のＳ−１０型４速トランスミッションである。トランスミッション５８の後端にある出力軸５９はユニバーサルジョイントによって従来の要領で後端組立体に接続されている。
【００１９】
図５に示すように、自動車の一部の後端６１にはまた交流発電機６０が装着されている。交流発電機６０は、交流発電機のシャフト６３と駆動軸４４、詳しくは自動車の後端６１のスピンドルとに装着されたプーリ６５があるため回転するベルト６２を有している。このように、自動車が動くと交流発電機６０を回転させるシャフトの一部を回転させる。交流発電機６０はデルコ（Ｄｅｌｃｏ：登録商標）タイプの１２ボルトＡＣの交流発電機である。それは後輪車軸にある修正されたプラットフォーム６６に装着されており、修正され、かつ後輪車軸のピニオンの前方フランジに固定されている１０インチプーリ（１０ｉｎｃｈ  ｐｕｌｌｅｙ）から動力を受け取る駆動ベルトによって作動される。
【００２０】
再び図１を参照すれば、本発明の作動についての実施例において、交流発電機２８は２９０分の蓄電能力（２９０−ｍｉｎｕｔｅ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）のある２個の６ボルトバッテリー３０に電気的に接続され、かつそれを充電する。交流発電機２８は１４０アンペアの交流発電機であって、１２ボルトのバッテリーシステム３０を充電することの他に、インバータ３２とか、例えばライトのような残りの自動車の必要電力を支援する。
【００２１】
１２ボルトのバッテリーシステム３０の主要な目的は、電気モータを駆動するために使用されるより大型のバッテリーシステムを再充電するために使用される充電器３４にエネルギーを与えることである。充電器３４に給電するためにインバータ３２が使用される。インバータ３２は１２ボルトＤＣの電力を１１０ボルトＡＣの電力に変換する。インバータ３２は２７５０ワット、および４５００ワットのピーク電力を扱うことができる。インバータはホイスラー（Ｗｈｉｓｔｌｅｒ）によって製造されている。
【００２２】
好適実施例の構成に使用される充電器３４はセルタイプの充電器である。それは従来の充電器のように特定の電圧を充電するように作動するのではない。代わりに、バッテリーにおけるセルの数と、それらの特定の電圧必要量とを計算する。好適な充電器モデルは２０アンペアの充電１００％までの容量範囲を有している。それは最大限の容量の下で１７アンペアを使用して１１０ボルトＡＣで作動する。許容しうる充電器３４の一タイプはＥＺレッドカンパニ／ケンコ（ＥＺ  ＲｅｄＣｏｍｐａｎｙ／Ｋｅｎｃｏ）によって製造されている。この充電器３４は電圧とは無関係に一時に７２個のセルを充電することができる。プロトタイプにおける一組のバッテリーは２７個のセルを含み、そのため充電器はその容量の単に３７．５％で安定して作動する。
【００２３】
駆動用バッテリー３８は電気モータ１０に給電する。これらのバッテリー３８は常に更新され、充電器３４によって再充電される。実用プロトタイプにおいて、駆動用バッテリー３８は実際には、直列に電気的に接続された６個の８ボルトのバッテリーと、１個の６ボルトのバッテリーである。２組の駆動用バッテリー３８があるので、従って各組のバッテリーは５４ボルトを通す。これらのバッテリー３８は二つの個別のグループで自動車に装着され、ＤＣモータ１０を作動させるよう結線されている。このことは、これらの駆動用バッテリー３８からの電力が電気モータ１０以外の何に対しても使用されないことを意味する。
【００２４】
前述したその他の１２ボルトのバッテリーシステム３０は、ライト、ラジオなどを含むその他の全ての車上の必要なものを提供する。駆動用バッテリー３８はかなりの重量を構成しているので、それらは駆動軸に対して等間隔に、シャーシの境界内で離隔されるように装着されることが好ましい。
【００２５】
各組のバッテリー３８はスイッチ３６に配線されている。作動時、前記スイッチ３６は一方のバンクのバッテリー３８から電気モータ１０へ電流を導き、同時に充電器３４からモータを駆動するために使用されていないバンクのバッテリーまで電流を導く。このスイッチ３６は中断することなくモータの連続作動を維持する。更に、スイッチ３６は瞬間的な同期作動（ｉｎ−ｓｙｎｃ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）でバッテリー３８の組の担当（ｄｕｔｙ）の乗換えを可能とする。
【００２６】
簡単なタイマ以外のその他のタイプのスイッチを使用しうることは勿論である。電圧計を各組のバッテリーから出てくる電圧を読み取るためにスイッチに取り付けることができる。電気モータを作動させている組のバッテリーが所定の電圧レベルに達すると、それは自動的に一方の組の駆動用バッテリーから他方の組の駆動用バッテリーへ電気モータへの電力を自動的に切り替え可能である。このように、駆動用バッテリーのいずれも再充電される前に過度に作動することはない。また、実用的なプロトタイプにおいて、二組のバッテリーが使用されてきたが、希望があれば、余分のバックアップを備えるために更に別のバッテリーあるいは別の組のバッテリーを使用しうることが考えられる。
【００２７】
本発明を特定の実施例を参照して説明してきたが、多数の変更、修正および別の実施例が可能であるので、そのような変更、修正および実施例は全て本発明の精神と範囲内に包含されるものとみなされるべきことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるシステムの概略フローチャート図である。
【図２】本発明によるシステムの駆動システム部分の概略図である。
【図３】フライホイールシャフトと接続した電気モータの図である。
【図４】フライホイールシャフトと駆動軸とそれらの相互接続の図である。
【図５】自動車の後部における駆動軸に対する交流発電機の接続を示す上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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