(57)【要約】【課題】装置構成を簡単化、小型化および軽量化することができる電気自動車用制動トルク発生装置および電気自動車を提供する。【解決手段】電気自動車１００は、電動モータ１０７によって回転駆動する前輪車軸１０２ａ，１０２ｂを介して車輪１０４ａ，１０４ｂに制動トルクを付与する制動トルク発生装置２００を備えている。制動トルク発生装置２００は、圧縮膨張機関２１０、流量調整弁２２０およびクラッチ装置２２２を備えている。圧縮膨張機関２１０は、シリンダブロック２１２内を往復摺動して空気室２１４の容積を増減させるピストン２１３を備えている。空気室２１４は、流量調整弁２２０を介して大気と連通している。ピストン２１３は、クランク２１６およびクラッチ装置２２２を介して電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａに連結している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪が連結されて電動モータによって駆動される車軸に対して制動トルクを付与する電気自動車用制動トルク発生装置であって、
前記車軸に連結されて同車軸からのバックトルクによって空気を導入する空気室の容積の減少による前記空気の圧縮および同容積の増加による前記空気の膨張のうちの少なくとも一方を行って前記制動トルクを発生させる圧縮膨張機関と、
前記圧縮膨張機関の作動を開始または停止させて前記制動トルクの発生または中断を行なわせる機関作動機構と、
前記車軸にバックトルクが作用する際に、前記機関作動機構の作動を制御することによって前記圧縮膨張機関を作動させて前記車軸に前記制動トルクを付与する制御装置とを備えることを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電気自動車用制動トルク発生装置において、
前記機関作動機構は、
前記圧縮膨張機関の前記空気室に対する吸気および排気のうちの少なくとも一方の流路内の流量を調整する流量調整弁および前記車軸と前記圧縮膨張機関との間に設けられて両者間の回転駆動力の伝達状態と遮断状態とを選択的に切り替えるクラッチ装置のうちの少なくとも一方で構成されており、
前記制御装置は、
前記流量調整弁および前記クラッチ装置のうちの少なくとも一方の作動を制御することによって前記圧縮膨張機関の作動を開始させて前記車軸に前記制動トルクを付与することを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載した電気自動車用制動トルク発生装置において、
前記機関作動機構は、
前記クラッチ装置を備えており、
前記制御装置は、
前記クラッチ装置の作動を制御することによって前記圧縮膨張機関の作動を開始させて前記車軸に前記制動トルクを付与することを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載した電気自動車用制動トルク発生装置において、
前記機関作動機構は、
前記流量調整弁を備えており、
前記制御装置は、
前記流量調整弁の作動を制御することによって前記空気室の容積を減少させる際に前記流路を閉じて前記空気を圧縮するとともに前記空気室の容積を増加させる際に前記流路を開いて前記圧縮した空気を前記空気室から逃がすことを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載した電気自動車用制動トルク発生装置において、
前記機関作動機構は、
前記流量調整弁を備えており、
前記制御装置は、
前記流量調整弁の作動を制御することによって前記空気室の容積を減少させる際に前記流路を開いて前記空気室内の前記空気を同空気室から逃がすとともに前記空気室の容積を増加させる際に前記流路を閉じて前記空気室に残った前記空気を膨張させることを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載した電気自動車用制動トルク発生装置において、
前記圧縮膨張機関は、
ピストンクランク機構で構成されていることを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載した電気自動車用制動トルク発生装置において、
前記圧縮膨張機関は、
３つの角部を有した略三角形状に形成されるとともにこの略三角形状体の中心部に形成された貫通孔の内周面に内歯が形成されたロータと、
前記ロータの内歯に噛み合う外歯を有して回転駆動する軸状のエキセントリックシャフトと、
吸気口および排気口を有するとともに前記３つの角部を摺動させつつ前記ロータ全体を回転自在に収容するハウジングとを備えたロータリ機構で構成されていることを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のうちのいずれか１つに記載した電気自動車用制動トルク発生装置において、さらに、
前記圧縮膨張機関の前記空気室に対する吸気および排気のうちの少なくとも一方の流路に消音器を備えることを特徴とする電気自動車用制動トルク発生装置。
【請求項９】
車輪に連結された車軸と、
前記車軸を回転駆動させる電動モータと、
前記車輪を制動するブレーキ装置と、
請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１つに記載した電気自動車用制動トルク発生装置とを備えることを特徴とする電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータを駆動源として自走する電気自動車においてブレーキ装置とは別に制動トルクを発生させる電気自動車用制動トルク発生装置および電気自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動モータを駆動源として自走する電気自動車においては、運転者によるアクセルの踏み込みが減じられたアクセルオフ時においてエンジンを駆動源とする自動車におけるエンジンブレーキに相当する制動トルクを発生させる電気自動車用制動トルク発生装置が提案されている。例えば、下記特許文献１には、電気自動車の駆動源である電動モータの回転駆動軸に対して圧縮空気によって制動力を発生させるエアブレーキを備えた電気自動車用制動トルク発生装置としての回生ブレーキトルク補助装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−６３１４５号公報
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された回生ブレーキトルク補助装置においては、エアブレーキに供給する圧縮空気を生成するためにコンプレッサやエアタンクが必要であり装置構成が複雑化、大型化および重量化するという問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、装置構成を簡単化、小型化および軽量化することができる電気自動車用制動トルク発生装置および電気自動車を提供することにある。
【発明の概要】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、車輪が連結されて電動モータによって駆動される車軸に対して制動トルクを付与する電気自動車用制動トルク発生装置であって、車軸に連結されて同車軸からのバックトルクによって空気を導入する空気室の容積の減少による空気の圧縮および同容積の増加による空気の膨張のうちの少なくとも一方を行って制動トルクを発生させる圧縮膨張機関と、圧縮膨張機関の作動を開始または停止させて制動トルクの発生または中断を行なわせる機関作動機構と、車軸にバックトルクが作用する際に、機関作動機構の作動を制御することによって圧縮膨張機関を作動させて車軸に制動トルクを付与する制御装置とを備えることにある。
【０００７】
このように構成した本発明の特徴によれば、電気自動車用制動トルク発生装置は、車軸に車輪からのバックトルクが生じた際に圧縮膨張機関がバックトルクを用いて空気の圧縮および／または膨張を行うだけで車軸に対して制動トルクを付与することができるため、装置構成を簡単化、小型化および軽量化することができる。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、前記電気自動車用制動トルク発生装置において、機関作動機構は、圧縮膨張機関の空気室に対する吸気および排気のうちの少なくとも一方の流路内の流量を調整する流量調整弁および車軸と圧縮膨張機関との間に設けられて両者間の回転駆動力の伝達状態と遮断状態とを選択的に切り替えるクラッチ装置のうちの少なくとも一方で構成されており、制御装置は、流量調整弁およびクラッチ装置のうちの少なくとも一方の作動を制御することによって圧縮膨張機関の作動を開始させて車軸に制動トルクを付与することにある。
【０００９】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、電気自動車用制動トルク発生装置は、機関作動機構が気室に対する吸気および排気のうちの少なくとも一方の流路内の流量を調整する流量調整弁および車軸と圧縮膨張機関との間に設けられて両者間の回転駆動力の伝達状態と遮断状態とを選択的に切り替えるクラッチ装置のうちの少なくとも一方で構成されているため、機関作動機構を簡単かつ軽量に構成することができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、前記電気自動車用制動トルク発生装置において、機関作動機構は、クラッチ装置を備えており、制御装置は、クラッチ装置の作動を制御することによって圧縮膨張機関の作動を開始させて車軸に制動トルクを付与することにある。
【００１１】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、電気自動車用制動トルク発生装置は、制動トルクが不要な際にクラッチ装置によって圧縮膨張機関を車軸から切り離すことができるため、圧縮膨張機関が発生させる制動トルクおよび圧縮膨張機関内での摩擦抵抗が車軸に伝達されて車軸に作用する駆動トルクの減少を効果的に防止することができるとともに車軸への負担を抑えることができる。ここで、駆動トルクとは、車軸が車輪を回転させようとする回転駆動力のことである。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、前記電気自動車用制動トルク発生装置において、機関作動機構は、流量調整弁を備えており、制御装置は、流量調整弁の作動を制御することによって空気室の容積を減少させる際に流路を閉じて空気を圧縮するとともに空気室の容積を増加させる際に流路を開いて圧縮した空気を空気室から逃がすことにある。
【００１３】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、電気自動車用制動トルク発生装置は、空気室の容積を減少させる際に流路を閉じことで空気を圧縮するとともに空気室の容積を増加させる際に流路を開いて圧縮した空気を空気室から逃がすことで駆動トルクの発生を抑えて発生させる制動トルクを増大させることができる。
【００１４】
また、本発明の他の特徴は、前記電気自動車用制動トルク発生装置において、機関作動機構は、流量調整弁を備えており、制御装置は、流量調整弁の作動を制御することによって空気室の容積を減少させる際に流路を開いて空気室内の空気を同空気室から逃がすとともに空気室の容積を増加させる際に流路を閉じて空気室に残った空気を膨張させることにある。
【００１５】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、電気自動車用制動トルク発生装置は、空気室の容積を減少させる際に流路を開くことで空気室内の空気を減らすとともに空気室の容積を増加させる際に流路を閉じて空気室に残った空気を膨張させることで駆動トルクの発生を抑えて発生させる制動トルクを増大させることができる。
【００１６】
また、本発明の他の特徴によれば、前記電気自動車用制動トルク発生装置において、圧縮膨張機関は、ピストンクランク機構で構成されていることにある。
【００１７】
このように構成した本発明の他の特徴によれば電気自動車用制動トルク発生装置は、圧縮膨張機関がピストンクランク機構で構成されているため、装置構成を簡単化、小型化および軽量化することができる。ここで、ピストンクランク機構は、円筒状のシリンダ内のピストンの往復運動を軸回転運動に変換する機構である。この場合、シリンダ内の空気の吸気路と排気路とは互いに共通の１つの管路で構成してもよいし、吸気用の管路と排気用の管路とを別々に設けてもよい。
【００１８】
また、本発明の他の特徴は、電気自動車用制動トルク発生装置において、圧縮膨張機関は、３つの角部を有した略三角形状に形成されるとともにこの略三角形状体の中心部に形成された貫通孔の内周面に内歯が形成されたロータと、ロータの内歯に噛み合う外歯を有して回転駆動する軸状のエキセントリックシャフトと、吸気口および排気口を有するとともに３つの角部を摺動させつつ前記ロータ全体を回転自在に収容するハウジングとを備えたロータリ機構で構成されていることにある。
【００１９】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、電気自動車用制動トルク発生装置は、エキセントリックシャフトに噛み合ってハウジング内で自転および公転するロータを備えたロータリ機構で構成されているため、装置構成を簡単化、小型化および軽量化することができる。ここで、ロータリ機構は、３つの頂点を有した略三角形状体の中心部に内歯が形成されたロータと、ロータの内歯に噛み合う外歯を有して回転駆動する軸状のエキセントリックシャフトと、吸気口および排気口を有するとともに前記３つの頂点を摺動させつつロータ全体を回転自在に収容するハウジングとを備えて構成されている。
【００２０】
また、本発明の他の特徴は、前記電気自動車用制動トルク発生装置において、さらに、圧縮膨張機関の空気室に対する吸気および排気のうちの少なくとも一方の流路に消音器を備えることにある。
【００２１】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、電気自動車用制動トルク発生装置は、圧縮膨張機関における吸気および排気のうちの少なくとも一方の流路に消音器を備えているため、吸気時または排気時に生じる音を減じて静粛性を高めることができる。
【００２２】
また、本発明は、電気自動車用制動トルク発生装置の発明として実施できるばかりでなく、この電気自動車用制動トルク発生装置を備えた電気自動車の発明としても実施できるものである。
【００２３】
具体的には、車輪に連結された車軸と、車軸を回転駆動させる電動モータと、車輪を制動するブレーキ装置と、請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１つに記載した電気自動車用制動トルク発生装置とを備えればよい。
【００２４】
これによれば、電気自動車は、上記電気自動車用制動トルク発生装置と同様の作用効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気自動車用制動トルク発生装置を搭載した電気自動車の全体構成の概略を模式的に示した平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１に示した制動トルク発生装置を構成する圧縮膨張機関の内部構成および作動の様子を模式的に示した断面図であり、（ａ）は圧縮膨張機関における容積減少工程時を示しており、（ｂ）は圧縮膨張機関のピストンが上死点に達した状態を示しており、（ｃ）は圧縮膨張機関における容積増加工程時を示しており、（ｄ）は圧縮膨張機関のピストンが下死点に達した状態を示している。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図２に示した圧縮膨張機関の作動の様子を示すタイミングチャートであり、（ａ）は吸排気管内における流量調整弁の開度の時間変化を示しており、（ｂ）は空気室内の圧力の時間変化を示しており、（ｃ）は圧縮膨張機関が発生させる制動トルクおよび駆動トルクの時間変化をそれぞれ示している。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施形態の変形例に係る制動トルク発生装置を構成する圧縮膨張機関の内部構成および作動の様子を模式的に示した断面図であり、（ａ）は圧縮膨張機関における容積減少工程時を示しており、（ｂ）は圧縮膨張機関のピストンが上死点に達した状態を示しており、（ｃ）は圧縮膨張機関における容積増加工程時を示しており、（ｄ）は圧縮膨張機関のピストンが下死点に達した状態を示している。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、図４に示した圧縮膨張機関の作動の様子を示すタイミングチャートであり、（ａ）は吸排気管内における流量調整弁の開度の時間変化を示しており、（ｂ）は空気室内の圧力の時間変化を示しており、（ｃ）は圧縮膨張機関が発生させる制動トルクおよび駆動トルクの時間変化をそれぞれ示している。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図４に示した圧縮膨張機関の別の作動の様子を示すタイミングチャートであり、（ａ）は吸排気管内における流量調整弁の開度の時間変化を示しており、（ｂ）は空気室内の圧力の時間変化を示しており、（ｃ）は圧縮膨張機関が発生させる制動トルクおよび駆動トルクの時間変化をそれぞれ示している。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、図４に示した圧縮膨張機関の更に別の作動の様子を示すタイミングチャートであり、（ａ）は吸排気管内における流量調整弁の開度の時間変化を示しており、（ｂ）は空気室内の圧力の時間変化を示しており、（ｃ）は圧縮膨張機関が発生させる制動トルクおよび駆動トルクの時間変化をそれぞれ示している。
【図８】図２および図４に示した圧縮膨張機関において、流量調整弁を一定の開度とした場合に発生させる制動トルクを開度が全閉から全開までの範囲で表したグラフである。
【図９】本発明の変形例に係る電気自動車用制動トルク発生装置を搭載した電気自動車の全体構成の概略を模式的に示した平面図である。
【図１０】本発明の変形例に係る圧縮膨張機関の内部構成を模式的に示した断面図である。
【図１１】本発明の他の変形例に係る圧縮膨張機関の内部構成を模式的に示した断面図である。
【図１２】本発明の他の変形例に係る電気自動車用制動トルク発生装置を搭載した電気自動車の全体構成の概略を模式的に示した平面図である。
【図１３】本発明の他の変形例に係る電気自動車用制動トルク発生装置を搭載した電気自動車の全体構成の概略を模式的に示した平面図である。
【図１４】本発明の他の変形例に係る電気自動車用制動トルク発生装置を搭載した電気自動車の全体構成の概略を模式的に示した平面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に係る電気自動車用制動トルク発生装置を搭載した電気自動車の全体構成の概略を模式的に示した平面図である。
【図１６】図１５に示した制動トルク発生装置を構成する圧縮膨張機関の内部構成および作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図１７】図１６に示した圧縮膨張機関の次の作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図１８】図１７に示した圧縮膨張機関の次の作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図１９】図１８に示した圧縮膨張機関の次の作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図２０】図１９に示した圧縮膨張機関の次の作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図２１】図２０に示した圧縮膨張機関の次の作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図２２】図２１に示した圧縮膨張機関の次の作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図２３】図２２に示した圧縮膨張機関の次の作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図２４】（ａ）〜（ｅ）は、図１５に示した圧縮膨張機関の作動の様子を示すタイミングチャートであり、（ａ）は圧縮膨張機関が機関全体として発生させる制動トルクの時間変化を示しており、（ｂ）は吸排気管内における流量調整弁の開度の時間変化を示しており、（ｃ）は１つの目の空気室内の圧力の時間変化を示しており、（ｄ）は２つ目の空気室内の圧力の時間変化を示しており、（ｅ）は３つの目の空気室内の圧力の時間変化を示している。
【図２５】本発明の変形例に係る制動トルク発生装置を構成する圧縮膨張機関の内部構成および作動の様子を模式的に示した断面図である。
【図２６】（ａ）〜（ｆ）は、図２５に示した圧縮膨張機関の作動の様子を示すタイミングチャートであり、（ａ）は圧縮膨張機関が機関全体として発生させる制動トルクの時間変化を示しており、（ｂ）は吸排気管内における流量調整弁の開度の時間変化を示しており、（ｃ）は排気口の管路における流量調整弁の開度の時間変化を示しており、（ｄ）は１つ目の空気室内の圧力の時間変化を示しており、（ｅ）は２つ目の空気室内の圧力の時間変化を示しており、（ｆ）は３つ目の空気室内の圧力の時間変化を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜第１実施形態＞
以下、本発明に係る電気自動車用制動トルク発生装置およびこの電気自動車用制動トルク発生装置を搭載した電気自動車の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る電気自動車用制動トルク発生装置２００（以下、単に「制動トルク発生装置２００」という）を搭載した電気自動車１００の全体のシステム構成を概略的に示すブロック図である。また、図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１実施形態に係る制動トルク発生装置２００を構成する圧縮膨張機関２１０の内部構成および作動の様子を模式的に示す側面断面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。また、各図においては、本発明に直接関わらない部分は適宜省略して表わしている。この制動トルク発生装置２００は、電気自動車１００においてエンジンを駆動源とする自動車のエンジンブレーキに相当する制動トルクを発生させる機械装置であり、ブレーキ装置１０５ａ〜１０５ｄとは別に設けられるものである。
【００２７】
まず、制動トルク発生装置２００が搭載される電気自動車１００について簡単に説明しておく。電気自動車１００は、人や荷物を載せて自力で走行する車両であり、車台１０１を備えている。車台１０１は、電気自動車１００の車体を支える骨格となる部品であり、鋼材などの金属またはエンジニアプラスチックや繊維強化プラスチックなどの樹脂材を枠状に形成して構成されている。図１においては、車台１０１は便宜上電気自動車１００の進行方向に沿って延びる長方形形状に示している。この車台１０１には、前輪車軸１０２ａ、１０２ｂ、後輪車軸１０３ａ，１０３ｂ、トランスミッション１０６、電動モータ１０７、バッテリ１０８および制御装置１１０をそれぞれ備えている。
【００２８】
前輪車軸１０２ａ，１０２ｂおよび後輪車軸１０３ａ，１０３ｂは、２つの前輪である車輪１０４ａ，１０４ｂおよび２つの後輪である車輪１０４ｃ，１０４ｄをそれぞれ保持して車台１０１を支持するための部品であり、車台１０１の車幅方向に延びる金属製の棒状体でそれぞれ構成されている。この場合、前輪車軸１０２ａ，１０２ｂは、差動装置１０６ｃを介して連結されている左右それぞれ１つずつの棒状体の両端部に車輪１０４ａ，１０４ｂが設けられているとともにこれらの車輪１０４ａと車輪１０４ｂとの間にトランスミッション１０６が設けられている。また、後輪車軸１０３ａ，１０３ｂは、車輪１０４ｃ，１０４ｄをそれぞれ保持する各１つずつの棒状体で構成されている。これらの前輪車軸１０２ａ，１０２ｂおよび後輪車軸１０３ａ，１０３ｂは、図示しないサスペンション機構を介して車台１０１にそれぞれ取り付けられている。
【００２９】
車輪１０４ａ〜１０４ｄは、車台１０１を前方または後方に移動させるために路面上を転動する左右一対の部品であり、金属製のホイールの外側にゴム製のタイヤが取り付けられて構成されている。この場合、前輪である車輪１０４ａ，１０４ｂには、図示しないステアリング機構を介して運転者が操作するハンドルに連結されている。そして、これらの車輪１０４ａ〜１０４ｄには、それぞれブレーキ装置１０５ａ〜１０５ｄが設けられている。
【００３０】
ブレーキ装置１０５ａ〜１０５ｄは、運転者によるブレーキペダル（図示せず）の操作によって車輪１０４ａ〜１０４ｄの各回転の減速または停止させるための機械装置であり、ディスクブレーキやドラムブレーキなどの摩擦ブレーキによってそれぞれ構成されている。なお、これらのブレーキ装置１０５ａ〜１０５ｄは、摩擦ブレーキなどの機械的ブレーキに代えてまたは加えて電気エネルギを回収する電気的な回生ブレーキを備えて構成してもよいことは当然である。
【００３１】
トランスミッション１０６は、電動モータ１０７の回転を減速して前輪車軸１０２ａ，１０２ｂに伝達するための機械装置であり、鋼材やアルミニウム材などの金属またはエンジニアプラスチックや繊維強化プラスチックなどの樹脂材からなるケース１０６ａ内に減速ギア１０６ｂ、差動装置１０６ｃおよび制動トルク発生装置２００をそれぞれ備えて構成されている。減速ギア１０６ｂは、前輪車軸１０２ａ，１０２ｂに設けられて電動モータ１０７の回転を減速する１段の歯車で構成されている。なお、減速ギア１０６ｂは、複数段の歯車列で構成されていてもよいことは当然である。差動装置１０６ｃは、前輪である車輪１０４ａと車輪１０４ｂとの間の回転差を吸収するための歯車機構であり、前輪車軸１０２ａと前輪車軸１０２ｂとの間に設けられている。なお、トランスミッション１０６は、車輪１０４ａ，１０４ｂを電動モータ１０７が直接駆動する場合には不要である。
【００３２】
電動モータ１０７は、前輪である車輪１０４ａ，１０４ｂをそれぞれ回転駆動させる原動機であるとともに電気自動車１００のバックトルクで発電する発電装置であり、制御装置１１０によって作動が制御される。本実施形態においては、電動モータ１０７は、埋込磁石モータによって構成されているが、他のモータ、例えば、誘導モータ、表面磁石同期モータ、同期リラクタンスモータ、スイッチトリラクタンスモータまたは直流モータで構成することもできる。この電動モータ１０７は、回転駆動軸１０７ａが減速ギア１０６ｂを介して前輪車軸１０２ａ，１０２ｂに連結されているとともに制動トルク発生装置２００に連結されている。
【００３３】
なお、本実施形態においては、電動モータ１０７は、前輪である車輪１０４ａ，１０４ｂを回転駆動させるように構成したが、車輪１０４ａ，１０４ｂに代えて後輪である車輪１０４ｃ，１０４ｄを回転駆動するように構成してもよいし、車輪１０４ａ，１０４ｂに加えて共通の電動モータ１０７でまたは別の電動モータ１０７で回転駆動するように構成してもよい。また、電動モータ１０７は、各車輪１０４ａ〜１０４ｄの各ホイール内に設けた所謂インホイールモータで構成することもできる。
【００３４】
バッテリ１０８は、電動モータ１０７のほか電気自動車１００が備える各種電気機器にそれぞれ電力を供給するための電源装置である。このバッテリ１０８は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池のほか、水素酸素燃料電池、化学電池または金属空気電池など電気を発生させるように構成されていればよく、一次電池であってもよい。本実施形態においては、バッテリ１０８は、二次電池で構成されており、図示しない外部電源（例えば、家庭用１００Ｖ電源または２００Ｖ電源など）から電力の供給を受けて蓄電する。このバッテリ１０８は、インバータ１０８ａを介して電動モータ１０７に電気的に接続されている。
【００３５】
インバータ１０８ａは、バッテリ１０８からの直流を電気自動車１００のアクセルペダル（図示せず）の開度に応じて適切な周波数の交流に変換して電動モータ１０７に流す。また、インバータ１０８ａは、電気自動車１００の減速時に電動モータ１０７で発電した交流を直流に変換してバッテリ１０８に返して充電する電気回路である。
【００３６】
制御装置１１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、電動モータ１０７の作動のほか、電気自動車１００の全体の作動を総合的に制御する。この場合、制御装置１１０は、ＲＯＭなどの記憶装置に予め記憶された制動トルク発生プログラム（図示せず）を実行することによって操作子１１１からの指示に基づいて、制動トルク発生装置２００の作動を制御する。
【００３７】
操作子１１１は、運転者が制御装置１１０に対して制動トルク発生装置２００の作動開始または作動停止を指示するための入力装置であり、運転者が手操作するジョイスティック、トグルスイッチ、押下ボタンおよびダイヤルなどで構成されている。本実施形態においては、操作子１１１は、電気自動車１００における５つのシフトポジションを選択するシフトレバーで構成されている。この場合、５つのシフトポジションとは、パーキング「Ｐ」、後退「Ｒ」、ニュートラル「Ｎ」、ドライブ「Ｄ」およびロー「Ｌ」であり、このロー「Ｌ」が制動トルク発生装置２００の作動を開始させるポジションでありエンジンを搭載した自動車におけるローギア選択のシフトポジションに相当する。
【００３８】
また、この電気自動車１００は、電気自動車１００の外筐を構成するとともに室内空間を構成するボディ、運転者が着座するシート、運転者が車輪１０４ａ，１０４ｂを操舵するハンドル、運転者が踏み込むことで電動モータ１０７を作動させて電気自動車１００を加速させるアクセルペダルおよび運転者が踏み込むことでブレーキ装置１０５ａ〜１０５ｄを作動させて電気自動車１００を制動するブレーキペダルなどをそれぞれ備えているが本発明に直接関わらないため、それらの説明については省略する。
【００３９】
制動トルク発生装置２００は、主として、圧縮膨張機関２１０、流量調整弁２２０、消音器２２１、クラッチ装置２２２および前記制御装置１１０で構成されている。この場合、圧縮膨張機関２１０、流量調整弁２２０、消音器２２１、クラッチ装置２２２は、トランスミッション１０６のケース１０６ａ内にそれぞれ設けられている。
【００４０】
圧縮膨張機関２１０は、空気を吸引して圧縮した後に排気する機械装置であり、主として、駆動軸２１１、シリンダブロック２１２、ピストン２１３、連接棒２１５およびクランク２１６をそれぞれ備えて構成されている。
【００４１】
駆動軸２１１は、この圧縮膨張機関２１０を駆動させるための部品であり、金属材または樹脂材を円筒状に形成して構成されている。この場合、駆動軸２１１は、鋼材またはアルミニウム材などの金属材、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂など）または熱可塑性樹脂（例えば、フッ素樹脂など）などの樹脂材料で構成されている。この駆動軸２１１は、一方の端部がクラッチ装置２２２に接続されるとともに他方の端部がシリンダブロック２１２内に貫通してクランク２１６に連結されている。また、駆動軸２１１の内側には、ベアリングを介して電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａが貫通している。
【００４２】
シリンダブロック２１２は、ピストン２１３、連接棒２１５およびクランク２１６をそれぞれ可動可能な状態で収容する部品であり、シリンダ部２１２ａおよびクランク部２１２ｂを有した中空のブロック体で構成されている。この場合、シリンダブロック２１２は、アルミニウム材などの金属材、熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ樹脂など）または熱可塑性樹脂（例えば、フッ素樹脂など）などの樹脂材料で構成することができる。
【００４３】
シリンダ部２１２ａは、ピストン２１３を往復摺動可能に支持するとともにこのピストン２１３とともに空気室２１４を形成する部分であり円筒状に形成されている。このシリンダ部２１２ａは、一方の端部にクランク部２１２ｂが一体的に形成されるとともに、他方の端部に吸排気管２１７が設けられている。クランク部２１２ｂは、電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａおよび駆動軸２１１がそれぞれ貫通するとともにこれらの回転駆動軸１０７ａおよび駆動軸２１１の軸芯を中心にクランク２１６が回転運動する部分であり、シリンダ部２１２ａに連通した状態で同シリンダ部２１２ａに直交する円筒状に形成されている。
【００４４】
ピストン２１３は、シリンダ部２１２ａ内を往復摺動するとともに前記シリンダ部２１２ａとともに空気室２１４を形成する部品であり、シリンダブロック２１２と同様の金属材または樹脂材を円柱状に形成して構成されている。空気室２１４は、吸排気管２１７を介して大気中から導入した空気を圧縮または膨張させるための空間であり、ピストン２１３の往復変位によって容積が減少または増加する。この空気室２１４は、吸排気管２１７を介して吸排気管２１７の周囲の大気と連通している。
【００４５】
連接棒２１５は、クランク２１６との連動によってピストン２１３の往復直線運動を回転運動へ変換する部品であり、シリンダブロック２１２と同様の金属材または樹脂材を棒状に形成して構成されている。クランク２１６は、連接棒２１５との連動によってピストン２１３の往復直線運動を回転運動へ変換する部品であり、シリンダブロック２１２と同様の金属材または樹脂材を棒状に形成して構成されている。
【００４６】
吸排気管２１７は、シリンダ部２１２ａ内に外気を導入するとともに導入した外気を吸排気管２１７の周囲の大気中に排出するための管路を構成する部品であり、シリンダブロック２１２と一体的または別体で形成されている。この場合、吸排気管２１７は、シリンダブロック２１２と同様の金属材または樹脂材で構成されている。この吸排気管２１７には、流量調整弁２２０および消音器２２１がそれぞれ設けられている。
【００４７】
流量調整弁２２０は、吸排気管２１７内を流通する空気の流量を加減するための器具であり、主として弁体２２０ａおよび開閉アクチュエータ２２０ｂをそれぞれ備えて構成されている。弁体２２０ａは、吸排気管２１７内を全開から全閉までの間で開度を増減させる部品である。この弁体２２０ａは、本実施形態においてはシャッター式の板状に形成されているが、吸排気管２１７内を塞ぐ板状体、球体または棒体に空気を流通させるための貫通孔を設けて構成することもできる。
【００４８】
開閉アクチュエータ２２０ｂは、吸排気管２１７内にて弁体２２０ａを進退させるための駆動源であり、制御装置１１０によって作動が制御される。この開閉アクチュエータ２２０ｂは、サーボモータやステップモータなどの電動モータで構成することができる。なお、開閉アクチュエータ２２０ｂは、吸排気管２１７内において弁体２２０ａを回転させることにより空気の流通量を変化させるように構成することもできる。すなわち、流量調整弁２２０は、吸排気管２１７内を流通する空気の流量を調整する電磁弁で構成することができる。
【００４９】
消音器２２１は、吸排気管２１７から空気を排気する際の音を低減するための器具である。この消音器２２１は、エンジンやコンプレッサなどの排気音を低減する一般的な消音機構、例えば、吸排気管２１７よりも太い内径の管路内に吸排気管２１７に接続されて多数の孔を有した管路を設けた構造で構成されている。なお、吸排気管２１７には、導入する外気からチリ、ホコリまたは水などの各種異物を除去するフィルタを備えるようにしてもよい。
【００５０】
クラッチ装置２２２は、圧縮膨張機関２１０の駆動軸２１１と電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａとの間に配置されて両者間で回転駆動力の伝達状態と遮断状態とを選択的に切り替える装置であり、制御装置１１０によって作動が制御される電磁クラッチで構成されている。これにより、クラッチ装置２２２は、前輪車軸１０２ａ，１０２ｂと圧縮膨張機関２１０と間に設けられて両者間の回転駆動力の伝達状態と遮断状態とを選択的に切り替える。
【００５１】
（制動トルク発生装置２００の作動）
次に、このように構成した制動トルク発生装置２００の作動について説明する。この制動トルク発生装置２００は、電気自動車１００の走行中に運転者による操作子１１１の操作に起因して制御装置１１０によって起動される。したがって、制御装置１１０は、運転者から制動トルク発生装置２００の起動に関する指示がない場合には制動トルク発生装置２００が制動トルクを発生させない状態とする。
【００５２】
具体的には、制御装置１１０は、運転者によって操作子１１１がロー「Ｌ」のシフトポジションに操作されない場合には、クラッチ装置２２２の作動を制御して駆動軸２１１と電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａとを遮断する。これにより、制動トルク発生装置２００は、駆動軸２１１が回転駆動しないため制動トルクが発生しない状態となる。したがって、電気自動車１００は、運転者が操作子１１１をドライブ「Ｄ」のシフトポジションに操作することで前輪車軸１０２ａ，１０２ｂに制動トルクが作用しない状態で走行することができる。
【００５３】
このような電気自動車１００が走行中において、運転者が制動トルク発生装置２００による制動トルクの発生を望んだ場合には、運転者は操作子１１１をロー「Ｌ」のシフトポジションに操作して制御装置１１０に対して制動トルク発生装置２００の作動の開始を指示する。ここで、運転者が制動トルク発生装置２００による制動トルクの発生を望む場合とは、電気自動車１００におけるバッテリ１０８が満充電の状態で回生ブレーキトルクが期待できない場合のほか、長いまたは急な下り坂の降坂時または高速での走行中にブレーキ装置１０５ａ〜１０５ｄを作動させることなく減速を行いたい場合などにおいて回生ブレーキトルク以上の制動トルクを得たい場合など制動トルクを増大させたい場合である。したがって、制動トルク発生装置２００を作動させて制動トルクを発生させる場合とは、電気自動車１００が走行中であって運転者がアクセルの踏み込みを行なわないまたは弛めた状態で行われることが通常の使用場面である。
【００５４】
前記制動トルク発生装置２００の作動の開始の指示に応答して制御装置１１０は、ＲＯＭなどの記憶装置に予め記憶されている制動トルク発生プログラムを実行することにより制動トルク発生装置２００の作動を開始させる。具体的には、制御装置１１０は、クラッチ装置２２２の作動を制御して駆動軸２１１と電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａとを接続して回転駆動軸１０７ａの回転駆動力が駆動軸２１１に伝達される状態とする。これにより、圧縮膨張機関２１０は、車輪１０４ａ，１０４ｂからのバックトルクによる回転駆動力によってピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内で往復摺動を開始する。次いで、制御装置１１０は、流量調整弁２２０の作動を制御して吸排気管２１７内での開度を調整する。
【００５５】
具体的には、制御装置１１０は、図２（ａ）〜（ｄ）および図３（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すように、流量調整弁２２０の開度を全閉と全開との間の半分（５０％）の中間開度に調節する。ここで、図３（ａ）は吸排気管２１７内における流量調整弁２２０の開度の時間変化を示しており、図３（ｂ）は空気室２１４内の圧力の時間変化を示しており、図３（ｃ）は圧縮膨張機関２１０が発生させる制動トルクおよび駆動トルクの時間変化をそれぞれ示している。また、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ横軸の時間経過が図３（ａ）〜（ｃ）間で対応しており同じ時間での経過を示している。また、図２（ａ）〜（ｄ）において、破線矢印は、クランク２１６の回転方向および空気室２１４に対する空気の流出方向および流入方向をそれぞれ示している。
【００５６】
これにより、圧縮膨張機関２１０は、図２（ａ），（ｂ）にそれぞれ示すように、シリンダ部２１２ａ内においてピストン２１３が上死点に向かうことで空気室２１４の容積を減少させる容積減少工程においては、空気室２１４内の空気の一部が流量調整弁２２０を介して排気されるとともに他の一部が空気室２１４内で圧縮される。この場合、空気室２１４内の空気は車輪１０４ａ，１０４ｂからのバックトルクによって圧縮されるが、この圧縮によってバックトルクを消耗させる負荷が制動トルクである。すなわち、圧縮膨張機関２１０は、空気の圧縮工程で制動トルクを発生させる。なお、この圧縮工程の初期においては、空気室２１４内の負圧によって制動トルクとは真逆の回転駆動力であって前輪車軸１０２ａ，１０２ｂが車輪１０４ａ，１０４ｂを回転させようとする回転駆動力である駆動トルクが瞬間的に発生する。
【００５７】
次いで、圧縮膨張機関２１０は、図２（ｃ），（ｄ）にそれぞれ示すように、シリンダ部２１２ａ内においてピストン２１３が下死点に向かうことで空気室２１４の容積が増加する容積増加工程においては、空気室２１４内に流量調整弁２２０を介して外気が導入されつつ同空気室２１４の空気が膨張する。この場合、空気室２１４内の空気は車輪１０４ａ，１０４ｂからのバックトルクによって膨張されるが、この膨張によってバックトルクを消耗させる負荷が制動トルクである。すなわち、圧縮膨張機関２１０は、空気の膨張工程で制動トルクを発生させる。なお、この膨張工程の前半においては、空気室２１４内の残った空気による大気圧より少し高い気圧（以下、「弱正圧」という）によって制動トルクとは真逆の回転駆動力である駆動トルクが瞬間的に発生する。これらの駆動トルクの発生のため、圧縮膨張機関２１０が発生させる平均制動トルクＴＡＶは、「０」よりも若干高い大きさとなる。
【００５８】
圧縮膨張機関２１０は、これらの圧縮工程と膨張行程とを繰り返し実行することで制動トルクを断続的に発生させる。圧縮膨張機関２１０が発生させた制動トルクは、回転駆動軸１０７ａ、減速ギア１０６ｂおよび差動装置１０６ｃを介して前輪車軸１０２ａ，１０２ｂに伝達される。すなわち、制御装置１１０は、制御装置１１０に予め設定された開度に従って流量調整弁２２０の開度を制御することで回転駆動軸１０７ａに制動トルクを作用させることができる。これにより、運転者は、電気自動車１００に制動トルクを作用させることができる。この場合、制動トルク発生装置２００は、消音器２２１を備えているため、シリンダ部２１２ａの空気室２１４内の空気を排気する際における騒音を低減することができる。
【００５９】
なお、制御装置１１０に対する流量調整弁２２０の開度の設定は、電気自動車１００の製造過程においてメーカ側で予め設定してもよいし、運転者側で任意の開度を設定または選択できるように構成されていてもよい。この場合、電気自動車１００は、操作子１１１が選択可能なシフトポジションとして互いに異なる流量調整弁２２０の開度が設定されたロー「Ｌ１」およびロー「Ｌ２」の２つのシフトポジションを設けておき、運転者が運転状況に応じて発生させる制動トルクを選択できるように構成することもできる。
【００６０】
次に、運転者は、制動トルク発生装置２００による制動トルクの発生を解除した場合には、運転者は操作子１１１をロー「Ｌ」のシフトポジションから他のシフトポジション、例えば、ドライブ「Ｄ」のシフトポジションに操作して制御装置１１０に対して制動トルク発生装置２００の作動の停止を指示する。この指示に応答して制御装置１１０は、クラッチ装置２２２の作動を制御して駆動軸２１１と電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａとを遮断する。これにより、運転者は、電気自動車１００に制動トルクを作用させた状態を解除することができる。すなわち、制動トルク発生装置２００は、操作子１１１がロー「Ｌ」のシフトポジションに位置した状態で車輪１０４ａ，１０４ｂからバックトルクが作用する限り制動トルクを発生させ続けることができる。なお、制動トルクの発生を解除する場合において、制御装置１１０は、流量調整弁２２０の開度を前記中間開度に維持してもよいし、全閉または全開の開度に変更してもよい。
【００６１】
上記作動説明からも理解できるように、上記第１実施形態によれば、制動トルク発生装置２００は、前輪車軸１０２ａ，１０２ｂに車輪１０４ａ，１０４ｂからのバックトルクが生じた際に圧縮膨張機関２１０がバックトルクを用いて空気の圧縮および膨張を行うだけで車軸１０２に対して制動トルクを付与することができるため、装置構成を簡単化、小型化および軽量化することができるとともに制動トルクを連続して発生させ続けることができる。
【００６２】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記第１実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記各変形例において、上記第１実施形態と同様の構成部分については同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６３】
例えば、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００が制動トルクを発生させる際、制御装置１１０は吸排気管２１７内における流量調整弁２２０の開度を５０％の一定の開度に制御した。しかし、制御装置１１０は、流量調整弁２２０の作動を制御して吸排気管２１７内での開度をピストン２１３の位置に応じて増減させることもできる。
【００６４】
具体的には、制動トルク発生装置２００は、シリンダ部２１２ａ内におけるピストン２１３の位置を検出するピストン位置検出センサ２１８、例えば、ロータリエンコーダをクランク２１６に設けてクランク２１６の回転角を検出して制御装置１１０に出力するように構成する。そして、制御装置１１０は、図４（ａ）および図５（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すように、ピストン位置検出センサ２１８からの検出信号を用いてピストン２１３の位置の検出しながら、ピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内にて上死点に向かっていることを検出した場合、すなわち、ピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内にて上死点に向かうことで空気室２１４の容積を減少させる容積減少工程においては流量調整弁２２０の作動を制御して吸排気管２１７内での開度を全閉とする。これにより、圧縮膨張機関２１０は、容積減少工程においては、空気室２１４内の全部の空気が圧縮される圧縮工程によって制動トルクが発生する。
【００６５】
次いで、制御装置１１０は、図４（ｂ）に示すように、ピストン位置検出センサ２１８からの検出信号を用いてピストン２１３が上死点に位置したことを検出した場合には、流量調整弁２２０の作動を制御して吸排気管２１７内での開度を全開とする。これにより、圧縮膨張機関２１０は、空気室２１４内の圧力は急激に下がるため、制動トルクも急激に低下する。そして、制御装置１１０は、図４（ｃ）に示すように、ピストン位置検出センサ２１８からの検出信号を用いてピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内にて下死点に向かっていることを検出した場合、すなわち、ピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内にて下死点に向かうことで空気室２１４の容積を増加させる容積増加工程においては、流量調整弁２２０の作動を制御して吸排気管２１７内での開度の全開状態を維持する。これにより、圧縮膨張機関２１０は、容積増加工程において空気室２１４内の空気の吸引が行なわれて膨張が行なわれないため、制動トルクも発生しない。
【００６６】
次いで、制御装置１１０は、図４（ｄ）に示すように、ピストン位置検出センサ２１８からの検出信号を用いてピストン２１３が下死点に位置したことを検出した場合には、流量調整弁２２０の作動を制御して吸排気管２１７内での開度を全閉とする。これにより、圧縮膨張機関２１０は、容積が最大化した空気室２１４内に最大限の空気を導入した状態で圧縮工程に移行する。また、ピストン２１３が上死点に位置した状態から下死点に位置までの間、吸排気管２１７内での流量調整弁２２０の開度が全開状態であるため、駆動トルクも発生しない。これらにより、圧縮膨張機関２１０が発生させる平均制動トルクＴＡＶは、図５（ｃ）に示すように、上記第１実施形態における平均制動トルクＴＡＶよりも大きくすることができる。
【００６７】
なお、上記変形例においては、ピストン２１３が上死点に達したときに流量調整弁２２０の開度を全開状態とした。この場合、ピストン２１３が上死点に達したときには、ピストン２１３が上死点に達する直前または直後を含むものであり、ピストン２１３が上死点に実質的に達したときを意味しており、ピストン２１３が厳密に上死点に達したときのみを意味するものでない。
【００６８】
しかし、制御装置１１０は、ピストン２１３が実質的に上死点に達する前に意図的に流量調整弁２２０の開度を全開状態とすることにより空気室２１４内の圧力を上記変形例における最高圧力よりも下げることができる。また、制御装置１１０は、ピストン２１３が実質的に上死点に達するまでの間について完全な全閉状態とせず流量調整弁２２０の開度を僅かに開いた状態とすることにより空気室２１４内の圧力を上記変形例における最高圧力よりも下げることができる。これにより、制動トルク発生装置２００は、発生させる制動トルクの大きさを上記変形例に比べて小さくすることができる。
【００６９】
また、上記変形例においては、ピストン２１３が実質的に上死点に達したときに流量調整弁２２０の開度を全開状態とした。しかし、制御装置１１０は、ピストン２１３が実質的に上死点に達したときに流量調整弁２２０の開度を完全な全開状態とせず流量調整弁２２０の開度を全開より僅かに閉じた状態とすることによりピストン２１３が下死点側に変位を開始した際に駆動トルクを発生させることもできる。
【００７０】
また、この変形例においては、ピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内にて上死点に向かっている場合に吸排気管２１７内での流量調整弁２２０の開度を全閉状態として空気室２１４内の空気を圧縮する一方で、ピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内にて下死点に向かっている場合に吸排気管２１７内での流量調整弁２２０の開度を全開状態として空気室２１４内に空気を導入して制動トルクを発生させるように構成した。
【００７１】
しかし、ピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内にて上死点に向かっている場合に吸排気管２１７内での流量調整弁２２０の開度を全開状態として空気室２１４内の空気を排気する一方で、ピストン２１３がシリンダ部２１２ａ内にて下死点に向かっている場合に吸排気管２１７内での流量調整弁２２０の開度を全閉状態として空気室２１４内に空気を膨張させることで制動トルクを発生させるように構成することもできる。
【００７２】
なお、図５（ａ）は吸排気管２１７内における流量調整弁２２０の開度の時間変化を示しており、図５（ｂ）は空気室２１４内の圧力の時間変化を示しており、図５（ｃ）は圧縮膨張機関２１０が発生させる制動トルクおよび駆動トルクの時間変化をそれぞれ示している。また、図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ横軸の時間経過が図５（ａ）〜（ｃ）間で対応しており同じ時間での経過を示している。また、図４（ａ）〜（ｄ）において、破線矢印は、クランク２１６の回転方向および空気室２１４に対する空気の流出方向および流入方向をそれぞれ示している。
【００７３】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、制動トルクの発生を望まない場合においては、クラッチ装置２２２の作動を制御して駆動軸２１１と電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａとを遮断するように構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、クラッチ装置２２２を遮断状態とする制御に代えて、流量調整弁２２０の作動を制御して吸排気管２１７内での開度を常に全開または常に全閉するとすることもできる。
【００７４】
具体的には、流量調整弁２２０が吸排気管２１７内での開度を常に全開とした場合（図４（ａ），（ｄ）参照）には、図６（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すように、圧縮膨張機関２１０はピストン２１３の往復に従ってシリンダ部２１２ａに対して外気の吸排気が常に行われることになる。したがって、圧縮膨張機関２１０は、ピストン２１３による容積減少工程時および容積増加工程時には外気の排気および吸気は略無負荷で行われるため回転駆動軸１０７ａに作用する制動トルクはトータルとしては発生しないと見做すことができる。なお、この場合、圧縮膨張機関２１０は、ピストン２１３の摺動抵抗などの所謂メカロスによって厳密には制動トルクが発生するが、この制動トルクは極めて小さいため、電気自動車１００を走行させることができる。すなわち、制動トルク発生装置２００は、クラッチ装置２２２を省略して構成することができる。
【００７５】
また、流量調整弁２２０が吸排気管２１７内での開度を常に全閉とした場合（図４（ｂ），（ｃ）参照）には、図７（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すように、圧縮膨張機関２１０はシリンダ部２１２ａに対して外気の吸排気が一切行われない状態でピストン２１３が往復摺動することになる。したがって、圧縮膨張機関２１０は、ピストン２１３による容積減少時に行なわれる圧縮工程における圧縮力または容積増加工程に行なわれる膨張工程における負圧による制動トルクが発生する一方で、前記圧縮工程時後の膨張行程時における反発力または前記膨張行程時後の圧縮工程時における負圧による駆動力によって回転駆動軸１０７ａに作用する制動トルクはトータルとしては発生しないと見做すことができる。なお、この場合、圧縮膨張機関２１０は、ピストン２１３の摺動抵抗などの所謂メカロスによって厳密には制動トルクが発生するが、この制動トルクは極めて小さいため、電気自動車１００を走行させることができる。すなわち、制動トルク発生装置２００は、クラッチ装置２２２を省略して構成することができる。また、図７（ａ）〜（ｃ）においては、空気室２１４内の容積が最大時に最大限の空気が充填されている場合における挙動を示している。
【００７６】
また、吸排気管２１７内における流量調整弁２２０の開度を全閉状態、全開状態および全閉状態から全開状態までの中間開度を一定にした場合における制動トルクの大きさは、図８に示すように、開度が５０％付近で最大となって全閉側および全開側に向かって減少する。このため、上記第１実施形態においては、流量調整弁２２０の開度を５０％とした。しかし、制動トルクを発生させるための流量調整弁２２０の開度は、所望する制動トルクの大きさに応じて適宜設定されるものである。すなわち、制動トルク発生装置２００は、制動トルクを発生させる場合において吸排気管２１７内における流量調整弁２２０における開度を必要な制動トルクに応じて全閉より多くかつ全開未満の開度の範囲で固定的または可変可能に設定することができる。
【００７７】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、制動トルクを発生させる場合において吸排気管２１７内における空気の流量を流量調整弁２２０を用いて一定で固定の流量とした。したがって、制動トルク発生装置２００は、吸排気管２１７の管路の流量が前記一定の流量となるような内径に形成したりオリフィスを設けたりすることで流量調整弁２２０を省略して構成することができる。
【００７８】
すなわち、クラッチ装置２２２および流量調整弁２２０は、本発明に係る機関作動機構に相当する。この機関作動機構は、圧縮膨張機関２１０の作動を開始または停止させて制動トルクの発生または中断を行なわせるように構成されていればよく、必ずしも上記第１実施形態に限定されるものはない。すなわち、機関作動機構は、クラッチ装置２２２および流量調整弁２２０のうちの少なくとも一方で構成することができるとともに、クラッチ装置２２２および流量調整弁２２０以外の機構を採用して構成することもできる。
【００７９】
また、上記第１実施形態においては、圧縮膨張機関２１０は、シリンダ部２１２ａの容積を一定とした。しかし、圧縮膨張機関２１０は、シリンダ部２１２ａの容積を可変できるように構成することができる。例えば、圧縮膨張機関２１０は、シリンダ部２１２ａの長手方向の長さを伸縮できるように構成することでシリンダ部２１２ａの容積を可変できるように構成することができる。
【００８０】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、消音器２２１を備えて構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、シリンダ部２１２ａの空気室２１４に対する吸気時または排気時の騒音が小さい場合や低減する必要がない場合には消音器２２１を省略して構成することができる。なお、本変形例は、後述する第２実施形態においても同様に採用することができる。
【００８１】
また、上記第１実施形態においては、圧縮膨張機関２１０は、シリンダ部２１２ａに対して吸気と排気とを共通化した吸排気管２１７を設けて構成した。しかし、圧縮膨張機関２１０は、シリンダ部２１２ａに対して吸気を行う吸気管および排気を行う排気管をそれぞれ設けて構成することもできる。この場合、流量調整弁２２０は、吸気管および排気管のうちの少なくとも一方に設けることができる。これによれば、制動トルク発生装置２００は、吸気および排気の効率を向上させることができるとともに耐熱信頼性も向上させることができる。
【００８２】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、制御装置１１０によって流量調整弁２２０の開度を開閉制御するように構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、例えば、駆動軸２１１と流量調整弁２２０とをタイミングベルトおよびカムで繋いで駆動軸２１１の回転駆動力でカムを回転駆動させることによって流量調整弁２２０の開度を所定のタイミングで開閉制御するように構成することもできる。
【００８３】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、１つの圧縮膨張機関２１０を備えて構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、２つ以上の圧縮膨張機関２１０を備えて構成することもできる。これによれば、制動トルク発生装置２００は、より大きな制動トルクを発生させることができる。
【００８４】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、圧縮膨張機関２１０をトランスミッション１０６のケース１０６ａ内にて電動モータ１０７の回転駆動軸１０７ａにクラッチ装置２２２を介して連結した。しかし、制動トルク発生装置２００は、図９に示すように、前輪車軸１０２ａ，１０２ｂに連結した圧縮膨張機関２３０，２４０で構成することもできる。
【００８５】
例えば、圧縮膨張機関２３０は、図１０に示すように、駆動板２３１、駆動カム２３１ａ、シリンダブロック２３２、ピストン２３３およびリターンスプリング２３５をそれぞれ備えて構成されている。駆動板２３１は、上記実施形態における駆動軸２１１に対応する部品であり、金属材または樹脂材を平板リング状に形成して構成されている。この駆動板２３１は、中心部にベアリングを介して前輪車軸１０２ａ，１０２ｂが貫通するとともに、これらの前輪車軸１０２ａ，１０２ｂにクラッチ装置２２２を介して連結されている。また、駆動板２３１は、一体的に回転可能な状態で楕円板状の駆動カム２３１ａを備えている。
【００８６】
駆動カム２３１ａは、リターンスプリング２３５と協働してピストン２３３をシリンダブロック２３２内で摺動させるための部品であり、機械要素としての円板カムで構成されている。この駆動カム２３１ａは、駆動板２３１と同様の金属材または樹脂材で構成されて駆動板２３１に一体的に取り付けられている。シリンダブロック２３２は、上記実施形態におけるシリンダブロック２１２に対応する部品であり、シリンダ部２１２ａおよびクランク部２１２ｂにそれぞれ対応するシリンダ部２３２ａおよびカム部２３２ｂを備えている。この場合、シリンダ部２３２ａには、ピストン２３３によって空気室２１４と同様の空気室２３４が形成されており吸排気管２１７が接続されている。また、カム部２３２ｂは、駆動カム２３１ａを備える駆動板２３１が回転駆動可能な状態で収容する大きさに形成されている。
【００８７】
ピストン２３３は、上記実施形態におけるピストン２１３に対応する部品であり、シリンダブロック２３２と同様の金属材または樹脂材を円柱状に形成して構成されている。リターンスプリング２３５は、ピストン２３３を駆動カム２３１ａに常に押し付ける弾性力を発生させる部品であり、金属製または樹脂製のコイルスプリングによって構成されている。このリターンスプリング２３５は、シリンダ部２３２ａの空気室２３４内に内周面に沿って設けられている。
【００８８】
このように構成された圧縮膨張機関２３０は、クラッチ装置２２２を介して前輪車軸１０２ａ，１０２ｂが駆動板２３１に連結されることで駆動カム２３１ａが回転駆動する。この場合、駆動カム２３１ａは、ピストン２３３がリターンスプリング２３５の押圧力によって押圧されているため、この押圧力に抗しながら回転駆動する。これにより、圧縮膨張機関２３０は、ピストン２３３がシリンダ部２３２ａ内を往復摺動することで空気の圧縮および／または膨張が行なわれて制動トルクを発生させる。
【００８９】
一方、圧縮膨張機関２４０は、図１１に示すように、前記駆動カム２３１ａに代えて駆動板２４１に楕円状のカム溝２４１ａが形成されるとともに、このカム溝２４１ａにピストン２４２から延びる棒状の従動軸２４２ａのピン２４２ｂが摺動自在な状態で連結されている点において異なる。したがって、圧縮膨張機関２４０は、前記ピストン２３３における小径部２３３ｂおよびリターンスプリング２３５に相当する部品は存在しない。
【００９０】
このように構成された圧縮膨張機関２４０は、クラッチ装置２２２を介して前輪車軸１０２ａ，１０２ｂが駆動板２４１に連結されることでカム溝２４１ａが回転駆動する。この場合、カム溝２４１ａは、ピストン２４２の従動軸２４２ａが摺動自在な状態で嵌合しているため、この従動軸２４３ａを案内しながら回転駆動する。これにより、圧縮膨張機関２３０は、ピストン２３３がシリンダ部２３２ａ内を往復摺動することで空気の圧縮および／または膨張が行なわれて制動トルクを発生させる。これらの圧縮膨張機関２３０，２４０は、トランスミッション１０６のケース１０６ａ内に設けてもよいし、ケース１０６ａの外側に設けてもよい。
【００９１】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、圧縮膨張機関２１０、流量調整弁２２０、消音器２２１、クラッチ装置２２２をトランスミッション１０６のケース１０６ａ内にそれぞれ設けて構成した。これにより、制動トルク発生装置２００は、装置構成をコンパクト化することができるとともに制動トルク発生装置２００の作動音を低減することができる。この場合、制動トルク発生装置２００は、制御装置１１０を含めてトランスミッション１０６のケース１０６ａ内に設けることもできる。
【００９２】
しかし、制動トルク発生装置２００は、圧縮膨張機関２１０、流量調整弁２２０および消音器２２１の全部または一部をトランスミッション１０６のケース１０６ａの外部空間にそれぞれ配置することもできる。例えば、制動トルク発生装置２００は、図１２に示すように、圧縮膨張機関２１０をトランスミッション１０６のケース１０６ａの外表面に設けるとともに、流量調整弁２２０および消音器２２１を同ケース１０６ａの外側における圧縮膨張機関２１０の近傍に設けることができる。また、圧縮膨張機関２１０を電動モータ１０７のケース内に設けるとともに、流量調整弁２２０および消音器２２１を同ケース内または同ケース外における圧縮膨張機関２１０の近傍に設けることもできる。
【００９３】
また、圧縮膨張機関２１０は、図１３に示すように、駆動車軸である前輪車軸１０２ａ，１０２ｂではなく非駆動車軸である後輪車軸１０３ａ，１０３ｂに設けることもできる。また、圧縮膨張機関２１０は、図１４に示すように、左右の前輪車軸１０２ａ，１０２ｂを被駆動車軸とするとともに後輪車軸１０３ａ，１０３ｂを駆動車軸とするために電動モータ１０７から延びるプロペラシャフト１２０に減速機１２１を介して設けることもできる。また、制動トルク発生装置２００は、駆動車軸または被駆動軸の前輪車軸１０２ａ，１０２ｂおよび駆動軸または被駆動車軸の後輪車軸１０３ａ，１０３ｂの両方にそれぞれ設けることもできる。
【００９４】
また、上記第１実施形態においては、制御装置１１０は、電気自動車１００の走行を含めた全体の作動を総合的に制御するように構成した。しかし、制御装置１１０は、制動トルク発生装置２００のみを単独で制御するように構成して、電気自動車１００の走行を制御する制御装置と連携するように構成することもできる。なお、本変形例は、後述する第２実施形態にも採用することができる。
【００９５】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、操作子１１１が「Ｌ」のシフトポジションに操作されることで作動が開始するように構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、操作子１１１が「Ｄ」のシフトポジションに位置した状態であっても作動が開始するように構成することができる。例えば、制動トルク発生装置２００は、制動トルク発生装置２００の作動を開始させるための操作子を別に設けてもよいし、ブレーキ装置１０５ａ〜１０５ｄの温度を監視して同温度が所定温度以上になった場合にブレーキ装置１０５ａ〜１０５ｄの作動とともに作動するように構成することもできる。なお、本変形例は、後述する第２実施形態にも採用することができる。
【００９６】
また、上記第１実施形態においては、電気自動車１００は、バッテリ１０８に蓄電した電力によって電動モータ１０７を駆動するように構成した。しかし、電気自動車１００は、電気モータ１０７を駆動源とする自走式車両に広く適用することができる。したがって、電気自動車１００は、燃料電池から出力される電力によって電動モータ１０７を駆動する燃料電池車であってもよいし、電動モータ１０７を補助的な駆動源とする自走式車両、例えば、エンジンを主な駆動源とするとともに電動モータ１０７を補助的な駆動源とするハイブリット車で構成することもできる。なお、本変形例は、後述する第２実施形態にも採用することができる。
【００９７】
また、上記第１実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、圧縮膨張機関２１０を駆動軸２１１、シリンダブロック２１２、ピストン２１３、連接棒２１５およびクランク２１６をそれぞれ備えた所謂ピストンクランク機構で構成した。しかし、制動トルク発生装置２００を構成する圧縮膨張機関は、前輪車軸１０２ａ，１０２ｂおよび／または後輪車軸１０３ａ，１０３ｂに連結されてこれらの前輪車軸１０２ａ，１０２ｂおよび／または後輪車軸１０３ａ，１０３ｂからのバックトルクによって空気を導入する空気室２１４の容積の減少による空気の圧縮および同容積の増加による空気の膨張のうちの少なくとも一方を行って制動トルクを発生させるように構成されていればよい。したがって、制動トルク発生装置２００は、ピストンクランク機構以外の機構、例えば、後述するロータリ機構からなる圧縮膨張機関２５０で構成することもできる。
【００９８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る電気自動車用制動トルク発生装置およびこの電気自動車用制動トルク発生装置を搭載した電気自動車の第２実施形態について図１５〜図２６を参照しながら説明する。この第２実施形態における電気自動車１００に搭載される制動トルク発生装置２００は、圧縮膨張機関２５０がロータリ機構で構成されている点において上記第１実施形態と異なる。したがって、この第２実施形態における制動トルク発生装置２００においては、上記第１実施形態における圧縮膨張機関２１０と異なる部分を中心に説明して、両実施形態において共通する部分や対応する部分については適宜説明を省略する。
【００９９】
（圧縮膨張機関２５０の構成）
圧縮膨張機関２５０は、図１５〜図２３にそれぞれ示すように、主として、ロータ２５１、エキセントリックシャフト２５５およびハウジング２５６をそれぞれ備えて構成することができる。ここで、ロータ２５１は、３つの角部２５２ａ〜２５２ｃが３つの曲線状の辺部２５３ａ〜２５３ｃで繋がった略三角柱状体に形成されるとともに、この略三角柱状体の中心部に形成された貫通孔の内周面に内歯２５４が形成されて構成されている。また、エキセントリックシャフト２５５は、ロータ２５１の内歯２５４に噛み合う外歯２５５ａを有して回転駆動する軸状に形成されている。このエキセントリックシャフト２５５は、回転駆動軸１０７ａに対してクラッチ装置２２２を介して連結されている。なお、エキセントリックシャフト２５５は、回転駆動軸１０７ａに代えて前輪車軸１０２ａ，１０２ｂおよび後輪車軸１０３ａ，１０３ｂに連結されていてもよいことは当然である。
【０１００】
また、ハウジング２５６は、前記３つの角部２５２ａ〜２５２ｃをそれぞれ摺動させつつロータ２５１全体を回転自在に収容する部品であり、シリンダブロック２１２と同様の金属材または樹脂材を中空のブロック状に形成して構成されている。この場合、ハウジング２５６の内周面は、互いに対向する２つのペリトロコイド曲線からなる曲面で構成されているとともに、吸気口２５６ａ、排気口２５６ｂおよび吸排気管２１７が設けられている。このハウジング２５６は、ロータ２５１の３つの各辺部２５３ａ〜２５３ｃとハウジング２５６の内周面との間に形成された３つの空気室２５７ａ〜２５７ｃが形成されており、ロータ２５１が公転しながら自転することで３つの空気室２５７ａ〜２５７ｃの容積が順次減少と増加を繰り返すように構成されている。
【０１０１】
吸気口２５６ａは、前記３つの空気室２５７ａ〜２５７ｃのうちの１つの室内に外気を取り込むために大気開放された孔部である。また、排気口２５６ｂは、前記３つの空気室２５７ａ〜２５７ｃのうちの残余の２つのうちの１つの室内の空気を大気中に放出するために大気開放された孔部であり、吸気口２５６ａに隣接して設けられている。また、吸排気管２１７は、前記３つの空気室２５７ａ〜２５７ｃのうちの残余の１つ室内に対して吸排気するために吸気口２５６ａおよび排気口２５６ｂに対向する側のハウジング２５６の内部に接続されている。この場合、吸排気管２１７には、流量調整弁２２０が設けられている。
【０１０２】
（圧縮膨張機関２５０の作動）
このように構成された圧縮膨張機関２５０は、図２４（ａ）〜（ｅ）にそれぞれ示すように、クラッチ装置２２２を介して回転駆動軸１０７ａがエキセントリックシャフト２５５に連結されることでロータ２５１が自転しながら公転して制動トルクを発生させる。この圧縮膨張機関２５０の作動をロータ２５１の角部２５２ａが吸排気管２１７の中心位置を０°として同角部２５２ａが図示時計回りに３６０°回って（すなわち、一回転して）戻ってくる場合について説明する。
【０１０３】
なお、図２４は、（ａ）は圧縮膨張機関２５０が機関全体として発生させる制動トルクの時間変化を示しており、（ｂ）は吸排気管２１７内における流量調整弁２２０の開度の時間変化を示しており、（ｃ）は空気室２５７ａ内の圧力の時間変化を示しており、（ｄ）は空気室２５７ｂ内の圧力の時間変化を示しており、（ｅ）は空気室２５７ｃ内の圧力の時間変化を示している。また、図２４（ａ）〜（ｅ）は、前記図３，図５〜図７と同様に、それぞれ横軸の時間経過が図２４（ａ）〜（ｅ）間で対応しており同じ時間での経過を示している。
【０１０４】
圧縮膨張機関２５０は、図１６に示すように、角部２５２ａが０°から若干進んで吸排気管２１７の端部に位置して通過する場合においては、空気室２５７ａはロータ２５１、ハウジング２５６および流量調整弁２２０で閉じられた空間内が大気圧に近い状態（以下、「略大気圧状態」という）である。また、空気室２５７ｂは、吸気口２５６ａおよび排気口２５６ｂを介して大気に連通することで略大気圧状態である。また、空気室２５７ｃは、ロータ２５１およびハウジング２５６で閉じられた空間内に大気圧より少し低い気圧（以下、「弱負圧」という）の空気を収容している。
【０１０５】
次に、圧縮膨張機関２５０は、図１７に示すように、角部２５２ａが６０°の位置（エキセントリックシャフト２５５が１８０°回転した位置）に位置するまでの間においては、空気室２５７ａはロータ２５１の回転に伴って容積が減少する容積減少工程が実行された後、容積が最小となるタイミング（角部２５２ａが６０°に位置する）で流量調整弁２２０の開度が制御装置１１０による作動制御によって全開にされる。この空気室２５７ａにおける容積減少工程による空気の圧縮工程によって制動トルクが発生する。一方、空気室２５７ｂは、ロータ２５１の回転に伴って容積が増加する容積増加工程が実行されつつ排気口２５６ｂの連通状態が解消される一方で吸気口２５６ａから外気を吸引するため弱負圧状態となる。また、空気室２５７ｃは、容積が減少しつつ排気口２５６ｂに連通して略大気圧状態となる。
【０１０６】
次に、圧縮膨張機関２５０は、図１８に示すように、角部２５２ａが１２０°の位置（エキセントリックシャフト２５５が３６０°回転した位置）に位置する直前の角部２５２ｂが吸排気管２１７に差し掛かるまでの間においては、空気室２５７ａは容積増加工程が実行されるとともに、その間、流量調整弁２２０の開度が全開状態に維持されるため吸排気管２１７から外気が導入されて弱負圧状態となる。そして、空気室２５７ａは、角部２５２ｂが吸排気管２１７に差し掛かったタイミングで流量調整弁２２０の開度が制御装置１１０による作動制御によって全閉にされてロータ２５１、ハウジング２５６および流量調整弁２２０で閉じられた空間となる。また、空気室２５７ｂは、容積増加工程が実行されつつ吸気口２５６ａから外気を吸引した後、角部２５２ｃが吸気口２５６ａを通過することでロータ２５１およびハウジング２５６で閉じられた空間内が形成される。また、空気室２５７ｃは、容積減少工程が実行されつつ排気口２５６ｂに加えて吸気口２５６ａにも連通して容積が最小となりつつ略大気圧状態を維持する。
【０１０７】
次に、圧縮膨張機関２５０は、図１９に示すように、角部２５２ａが１２０°から若干進んで角部２５２ｂが吸排気管２１７の端部に位置して通過する場合においては、空気室２５７ａはロータ２５１およびハウジング２５６で閉じられた空間内が弱負圧状態である。また、空気室２５７ｂは、角部２５２ｂが吸排気管２１７に差し掛かったタイミングで流量調整弁２２０の開度が全閉されるため、ロータ２５１、ハウジング２５６および流量調整弁２２０で閉じられた略大気圧状態の空間となるとともに容積減少工程が開始される。また、空気室２５７ｃは、排気口２５６ｂおよび吸気口２５６ａに連通した状態で容積増加工程が実行される。
【０１０８】
次に、圧縮膨張機関２５０は、図２０に示すように、角部２５２ａが１８０°の位置（エキセントリックシャフト２５５が５４０°回転した位置）に位置するまでの間においては、空気室２５７ａは容積減少工程が実行されつつ排気口２５６ｂに連通して略大気圧状態となる。また、空気室２５７ｂは、容積減少工程が実行された後、容積が最小となるタイミング（角部２５２ａが１８０°に位置する）で流量調整弁２２０の開度が制御装置１１０による作動制御によって全開にされる。この空気室２５７ｂにおける容積減少工程による空気の圧縮工程によって制動トルクが発生する。また、空気室２５７ｃは、容積増加工程が実行されつつ排気口２５６ｂの連通状態が解消される一方で吸気口２５６ａから外気を吸引するため弱負圧状態となる。
【０１０９】
次に、圧縮膨張機関２５０は、図２１に示すように、角部２５２ａが２４０°から若干進んで角部２５２ｃが吸排気管２１７の端部に位置して通過する場合においては、空気室２５７ａは容積減少工程が実行された後、容積増加工程に移行して吸気口２５６ａから外気を吸引し始める。また、空気室２５７ｂは、容積増加工程が実行されるとともに、その間、流量調整弁２２０の開度が全開状態に維持されるため吸排気管２１７から外気が導入されて弱負圧状態となる。その後、空気室２５７ｂは、角部２５２ｃが吸排気管２１７に差し掛かったタイミングで流量調整弁２２０の開度が全閉されるため、ロータ２５１、ハウジング２５６および流量調整弁２２０で閉じられた略大気圧の空間となる。さらに、その後、空気室２５７ｂは、角部２５２ｃが吸排気管２１７を通過することで弱負圧状態のままロータ２５１およびハウジング２５６で閉じられた空間となる。また、空気室２５７ｃは、角部２５２ａが吸気口２５６ａを通過することでロータ２５１およびハウジング２５６で閉じられた弱負圧状態の空間になった後、角部２５２ｃが吸排気管２１７の端部に差し掛かったタイミングで流量調整弁２２０の開度が制御装置１１０による作動制御によって全閉にされて容積減少工程が開始される。
【０１１０】
次に、圧縮膨張機関２５０は、図２２に示すように、角部２５２ａが３００°の位置（エキセントリックシャフト２５５が９００°回転した位置）に位置するまでの間においては、空気室２５７ａは容積増加工程が実行されつつ排気口２５６ｂの連通状態が解消される一方で吸気口２５６ａから外気を吸引するため弱負圧状態となる。また、空気室２５７ｂは、容積減少工程が実行されつつ排気口２５６ｂに連通して弱正圧状態となる。また、空気室２５７ｃは、容積減少工程が実行された後、容積が最小となるタイミング（角部２５２ａが３００°に位置する）で流量調整弁２２０の開度が制御装置１１０による作動制御によって全開にされる。この空気室２５７ｃにおける容積減少工程による空気の圧縮工程によって制動トルクが発生する。
【０１１１】
次に、圧縮膨張機関２５０は、図２３に示すように、角部２５２ａが３６０°の位置（すなわち、最初の０°の位置）に位置する直前の角部２５２ａが吸排気管２１７に差し掛かるまでの間においては、空気室２５７ａは容積増加工程が実行されつつ吸気口２５６ａから外気を吸引した後、角部２５２ｂが吸気口２５６ａを通過することでロータ２５１およびハウジング２５６で閉じられた空間内が形成される。また、空気室２５７ｂは、容積減少工程が実行されつつ排気口２５６ｂに加えて吸気口２５６ａにも連通して容積が最小となりつつ略大気圧状態を維持する。また、空気室２５７ｃは、容積増加工程が実行されるとともに、その間、流量調整弁２２０の開度が全開状態に維持されるため吸排気管２１７から外気が導入されて弱負圧状態となる。そして、空気室２５７ｃは、角部２５２ｂが吸排気管２１７に差し掛かったタイミングで流量調整弁２２０の開度が制御装置１１０による作動制御によって全閉にされてロータ２５１、ハウジング２５６および流量調整弁２２０で閉じられた空間となる。
【０１１２】
そして、圧縮膨張機関２５０は、角部２５２ａが３６０°の位置（すなわち、最初の０°の位置）に位置に達して同じ動作を繰り返し行う。すなわち、圧縮膨張機関２５０は、ロータ２５１が１回転する間に３回の圧縮工程によって制動トルクを発生させる。なお、図１６〜図２４においては、破線矢印は、ロータ２５１およびエキセントリックシャフト２５５の各回転方向および空気室２５７ａ〜２５７ｃに対する空気の流通方向をそれぞれ示している。
【０１１３】
次に、運転者は、圧縮膨張機関２５０による制動トルクの発生を解除した場合には、運転者は操作子１１１をロー「Ｌ」のシフトポジションから他のシフトポジション、例えば、ドライブ「Ｄ」のシフトポジションに操作して制御装置１１０に対して制動トルク発生装置２００の作動の停止を指示する。この指示に応答して制御装置１１０は、クラッチ装置２２２の作動を制御して回転駆動軸１０７ａまたは前輪車軸１０２ａ，１０２ｂとエキセントリックシャフト２５５とを遮断する。これにより、運転者は、電気自動車１００に制動トルクを作用させた状態を解除することができる。
【０１１４】
上記作動説明からも理解できるように、上記第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、制動トルク発生装置２００は、車軸１０２に車輪１０４ａ，１０４ｂからのバックトルクが生じた際に圧縮膨張機関２５０がバックトルクを用いて空気の圧縮および膨張を行うだけで前輪車軸１０２ａ，１０２ｂに対して制動トルクを付与することができるため、装置構成を簡単化、小型化および軽量化することができるとともに制動トルクを連続して発生させ続けることができる。
【０１１５】
また、上記第２実施形態によれば、制動トルク発生装置２００は、エキセントリックシャフト２５５に噛み合ってハウジング２５６内で自転および公転するロータ２５１を備えたロータリ機構で構成されているため、装置構成を簡単化、小型化および軽量化することができる。
【０１１６】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記各変形例において、上記第２実施形態と同様の構成部分については同じ符号を付して、その説明を省略する。
【０１１７】
例えば、上記第２実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、空気室２５７ａ〜２５７ｃの空気の圧縮工程を実行する際、流量調整弁２２０の開度を全閉状態とした。これにより、制動トルク発生装置２００は、圧縮膨張機関２５０に最大の制動トルクを発生させることができる。しかし、制動トルク発生装置２００は、空気室２５７ａ〜２５７ｃの空気の圧縮工程を実行する際、流量調整弁２２０の開度を全閉状態とせず全開未満の開度で開くように構成することもできる。これによれば、制動トルク発生装置２００は、圧縮膨張機関２５０が発生させる制動トルクを下げることができる。
【０１１８】
また、上記第２実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、吸排気管２１７にのみ流量調整弁２２０を設けて構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、図２５に示すように、吸排気管２１７に加えて排気口２５６ｂに繋がる管路に流量調整弁２５８を設けて構成することできる。この場合、流量調整弁２５８は、弁体２５８ａを作動させる開閉アクチュエータ２５８ｂが制御装置１１０によって制御されて開度が制御される。具体的には、流量調整弁２５８は、図２６（ａ）〜（ｆ）にそれぞれ示すように、ロータ２５１の角部２５２ａ〜２５２ｃのいずれかが排気口２５６ｂに差し掛かった際に開度が全閉されるとともにこの角部２５２ａ〜２５２ｃがその直後に吸気口２５６ａに差し掛かった際に開度が全開される。
【０１１９】
すなわち、流量調整弁２５８は、角部２５２ａ〜２５２ｃのいずれかが排気口２５６ｂに差し掛かってから吸気口２５６ａに差し掛かるまでの間だけ全閉状態とされる。これによれば、制動トルク発生装置２００は、排気口２５６ｂから排気される空気に対して圧縮工程を実行することで制動トルクを発生させることができる。すなわち、制動トルク発生装置２００は、上記第２実施形態における制動トルクの発生頻度を２倍にすることができる。なお、制動トルク発生装置２００は、流量調整弁２５８を間欠的に作動させることによって３つの空気室２５７ａ〜２５７ｃのうちの１つまたは２つの空気室２５７ａ〜２５７ｃに対してのみ排気口２５６ｂから排気される空気に対して圧縮工程を実行することで制動トルクを発生させることもできる。
【０１２０】
なお、図２５においては、破線矢印は、ロータ２５１およびエキセントリックシャフト２５５の各回転方向および空気室２５７ａ〜２５７ｃに対する空気の流通方向をそれぞれ示している。また、図２６は、（ａ）は圧縮膨張機関２５０が機関全体として発生させる制動トルクの時間変化を示しており、（ｂ）は吸排気管２１７内における流量調整弁２２０の開度の時間変化を示しており、（ｃ）は排気口２５６ｂの管路における流量調整弁２５８の開度の時間変化を示しており、（ｄ）は空気室２５７ａ内の圧力の時間変化を示しており、（ｅ）は空気室２５７ｂ内の圧力の時間変化を示しており、（ｆ）は空気室２５７ｃ内の圧力の時間変化を示している。また、図２６（ａ）〜（ｆ）は、前記図２４と同様に、それぞれ横軸の時間経過が図２６（ａ）〜（ｆ）間で対応しており同じ時間での経過を示している。
【０１２１】
また、上記第２実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、空気室２５７ａ〜２５７ｃが流量調整弁２５８側に向かう容積減少工程時に流量調整弁２２０の開度を全閉として空気を圧縮する圧縮工程を実行することで制動トルクを発生するように構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、空気室２５７ａ〜２５７ｃが流量調整弁２５８側から離れる容積増加工程時に流量調整弁２２０の開度を全閉として空気を膨張させる膨張工程を実行することで制動トルクを発生するように構成することもできる。
【０１２２】
また、上記第２実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、制動トルクの発生を望まない場合においては、クラッチ装置２２２の作動を制御して回転駆動軸１０７ａまたは前輪車軸１０２ａ，１０２ｂとエキセントリックシャフト２５５とを遮断するように構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、クラッチ装置２２２を遮断状態とする制御に代えて、流量調整弁２２０の作動を制御して吸排気管２１７内での開度を常に全開にすることもできる。
【０１２３】
また、上記第２実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、ロータ２５１の回転位置に応じて流量調整弁２２０の開度を開閉制御することで制動トルクを発生するように構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、上記第１実施形態と同様に、ロータ２５１の回転位置に拘らず流量調整弁２２０の開度を常に一定にしても制動トルクを発生させることができる。この場合、制動トルク発生装置２００は、流量調整弁２２０に代えて吸排気管２１７の管路の流量が前記一定の流量となるような内径に形成したりオリフィスを設けたりすることで流量調整弁２２０を省略して構成することができる。
【０１２４】
また、上記第２実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、１つの圧縮膨張機関２５０を備えて構成したが、上記第１実施形態と同様に、２つ以上の圧縮膨張機関２５０を備えて構成することもできる。また、制動トルク発生装置２００は、ピストンクランク機構型の圧縮膨張機関２１０，２３０，２４０とロータリ型の圧縮膨張機関２５０とを併設することできる。
【０１２５】
また、圧縮膨張機関２５０は、上記第１実施形態と同様に、トランスミッション１０６のケース１０６ａの内側および外側に設けることができるとともに、電動モータ１０７のケース内またはケースの外表面に設けることもできる。また、圧縮膨張機関２５０は、駆動車軸である前輪車軸１０２ａ，１０２ｂではなく非駆動車軸である後輪車軸１０３ａ，１０３ｂに設けることもできる。また、圧縮膨張機関２５０は、後輪車軸１０３ａ，１０３ｂを駆動軸とするために電動モータ１０７から延びるプロペラシャフト１２０に連結して設けることもできる。また、制動トルク発生装置２００は、駆動車軸である前輪車軸１０２ａ，１０２ｂおよび被駆動車軸である後輪車軸１０３ａ，１０３ｂにそれぞれ設けることもできる。
【０１２６】
また、上記第２実施形態においては、制動トルク発生装置２００は、制御装置１１０によって流量調整弁２２０の開度を開閉制御するように構成した。しかし、制動トルク発生装置２００は、例えば、エキセントリックシャフト２５５と流量調整弁２２０とをタイミングベルトおよびカムで繋いでエキセントリックシャフト２５５の回転駆動力でカムを回転駆動させることによって流量調整弁２２０の開度を所定のタイミングで開閉制御するように構成することもできる。
【符号の説明】
【０１２７】
ＴＡＶ…平均制動トルク、
１００…電気自動車、
１０１…車台、１０２ａ，１０２ｂ…前輪車軸、１０３ａ，１０３ｂ…後輪車軸、１０４ａ〜１０４ｄ…車輪、１０５ａ〜１０５ｄ…ブレーキ装置、１０６…トランスミッション、１０６ａ…ケース、１０６ｂ…減速ギア、１０６ｃ…差動装置、１０７…電動モータ、１０７ａ…回転駆動軸、１０８…バッテリ、１０８ａ…インバータ、１１０…制御装置、１１１…操作子、１２０…プロペラシャフト、１２１…減速機、
２００…制動トルク発生装置、
２１０…圧縮膨張機関、２１１…駆動軸、２１２…シリンダブロック、２１２ａ…シリンダ部、２１２ｂ…クランク部、２１３…ピストン、２１４…空気室、２１５…連接棒、２１６…クランク、２１７…吸排気管、２１８…ピストン位置検出センサ、２２０…流量調整弁、２２０ａ…弁体、２２０ｂ…開閉アクチュエータ、２２１…消音器、２２２…クラッチ装置、
２３０…圧縮膨張機関、
２３１…駆動板、２３１ａ…駆動カム、２３２…シリンダブロック、２３２ａ…シリンダ部、２３２ｂ…カム部、２３３…ピストン、２３４…空気室、２３５…リターンスプリング、
２４０…圧縮膨張機関、
２４１…駆動板、２４１ａ…カム溝、２４２…ピストン、２４２ａ…従動軸、２４２ｂ…ピン、
２５０…圧縮膨張機関、
２５１…ロータ、２５２ａ〜２５２ｃ…角部、２５３ａ〜２５３ｃ…辺部、２５４…内歯、２５５…エキセントリックシャフト、２５５ａ…外歯、２５６…ハウジング、２５６ａ…吸気口、２５６ｂ…排気口、２５７ａ〜２５７ｃ…空気室、２５８…流量調整弁、２５８ａ…弁体、２５８ｂ…開閉アクチュエータ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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