(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変トルクを出力する差動エンジンであって、
（ａ）出力軸を或る回転速度で駆動しかつ該出力軸に入力回転トルクを与える１個の原動機と、
（ｂ）前記入力回転トルクを、負荷に連結するための出力駆動軸における回転トルクに変換するために、前記原動機に連結されたトルク変換段とを備え、
（ｃ）該トルク変換段が第１差動段を含み、該第１差動段は、前記原動機の出力軸に連結された入力軸を有し、かつ該第１差動段は、前記入力軸からの回転トルクを第１および第２出力軸に伝達するための歯車機構を有し、該歯車機構は前記第１および第２出力軸のそれぞれを互いに反対方向に回転駆動し、
（ｄ）前記トルク変換段が第２差動段を含み、該第２差動段は、前記第１差動段の第１出力軸に連結された第１入力軸と、前記第１差動段の第２出力軸に連結された第２入力軸とを有し、かつ前記第２差動段のための第１および第２入力軸の回転速度の間に速度差が生じたときに前記出力駆動軸に回転トルクを与え、
（ｅ）さらに装荷機構を備え、該装荷機構は前記第２差動段の前記第１および第２入力軸の一方に連結され、該装荷機構が、前記一方の入力軸に負荷をかけて該入力軸の回転速度を変えるための制御入力に応答可能であることを特徴とする差動エンジン。
【請求項２】
前記原動機が１個の電動機を備え、該電動機は、該電動機を一定の回転速度で所定の一方向に回転させるための定速コントローラを含むことを特徴とする請求項１記載の差動エンジン。
【請求項３】
前記装荷機構は、ロータを有する発電機を備え、該ロータの一端は前記第１差動段の一方の出力軸に連結され、前記ロータの他端は前記第２差動段の一方の入力軸に連結され、前記装荷機構が、前記制御入力に応答して前記発電機から電流を引き出すことが可能な負荷を含むことを特徴とする請求項２記載の差動エンジン。
【請求項４】
前記電流を引き出すことが可能な負荷が電池充電器モジュールと蓄電池とを備え、前記電池充電器モジュールは、前記蓄電池を充電するための回生充電電流を発生させるために前記制御入力に応答可能であり、前記蓄電池は、エネルギ蓄積装置を提供するために前記電動機に接続されていることを特徴とする請求項３記載の差動エンジン。
【請求項５】
ロータを有する更なる発電機をさらに含み、該ロータの一端は前記第１差動段の他方の出力軸に連結され、前記ロータの他端は前記第２差動段の他方の入力軸に連結され、前記更なる発電機は、前記入力軸および前記出力軸によって前記ロータに与えられる回転トルクに応答して出力を発生することを特徴とする請求項４記載の差動エンジン。
【請求項６】
更なる電池充電器モジュールをさらに備え、該更なる電池充電器モジュールは前記更なる発電機の出力端に接続された入力端を有し、該更なる電池充電器モジュールは、前記蓄電池を充電するために回生充電電流を発生させるための前記制御入力に応答可能であることを特徴とする請求項５記載の差動エンジン。
【請求項７】
前記第１差動段の出力軸と前記第２差動段の入力軸とが一体に連結され、該出力軸および入力軸が埋め込まれた誘導かご型巻線を備えて発電機のためのロータを形成していることを特徴とする請求項３記載の差動エンジン。
【請求項８】
前記電流を引き出すことが可能な負荷が可変電気抵抗負荷を備え、該可変電気抵抗負荷が、かけられ負荷を変えるための前記制御入力に応答可能であることを特徴とする請求項３記載の差動エンジン。
【請求項９】
前記負荷が電解化学段を備えていることを特徴とする請求項３記載の差動エンジン。
【請求項１０】
前記装荷機構が機械的制動装置を備え、該機械的制動装置は前記第２差動段における入力軸の一方に連結され、かつ該機械的制動装置が、前記入力軸に与えられる制動負荷を変えるための前記制御入力に応答可能であることを特徴とする請求項１記載の差動エンジン。
【請求項１１】
さらに駆動機構を備え、該駆動機構は、前記第２差動段の第１および第２入力軸の他方に連結され、かつ該駆動機構は前記出力軸を可変回転速度で回転させるための駆動制御入力に応答可能であることを特徴とする請求項２記載の差動エンジン。
【請求項１２】
前記装荷機構がロータを有する発電機を備え、該ロータの一端は前記第１差動段の出力軸に連結され、前記ロータの他端は前記第２差動段の入力軸に連結され、前記発電機は、前記制御入力に応答して前記発電機から電流を引き出すことが可能な負荷に接続するための出力端を含むことを特徴とする請求項１１記載の差動エンジン。
【請求項１３】
前記駆動機構は、ロータを有する電動機を備え、該ロータの一端は前記第１差動段の出力軸に連結され、前記ロータの他端は前記第２差動段の入力軸に連結され、前記電動機は、前記発電機の出力端に接続するための入力端を含みかつ前記駆動制御入力に応答して前記発電機から電流を引き出すことを特徴とする請求項１２記載の差動エンジン。
【請求項１４】
前記制御入力および前記駆動制御入力を発生させるためのコントロ−ラをさらに備え、該コントロ−ラは、前記発電機に連結された発電機ドライバを有し、かつ前記発電機を動作させて前記入力軸に負荷をかけるための前記制御入力に応答可能であり、前記コントローラは、前記電動機に連結された電動機ドライバを備え、かつ前記電動機を動作させて前記他方の入力軸を回転させるための前記駆動制御入力に応答可能であり、前記コントローラは、前記出力駆動軸の回転速度を測定するために該出力駆動軸に連結された速度センサを含んでいることを特徴とする請求項１３記載の差動エンジン。
【請求項１５】
前記コントロ−ラは、ネットワ−ク通信バスをさらに備え、該ネットワ−ク通信バスが他の差動エンジンに対するインターフェースを提供することを特徴とする請求項１４記載の差動エンジン。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記出力駆動軸の回転トルクを測定するために該出力駆動軸に連結されたトルクセンサを含んでいることを特徴とする請求項１４記載の差動エンジン。
【請求項１７】
入力段と別の原動機とをさらに備え、前記入力段は、前記原動機の出力軸に連結された第１入力軸と、前記別の原動機の出力軸に連結された第２入力軸とを有し、かつ前記入力段が出力軸を有し、該出力軸は前記第１差動段の入力軸に連結されており、前記入力段は、前記原動機の出力軸および前記別の原動機の出力軸からの回転トルクを前記入力段の出力軸に伝達するための歯車機構を有し、前記別の原動機の出力軸が前記原動機の出力軸と同一方向に回転することを特徴とする請求項２記載の差動エンジン。
【請求項１８】
前記第１原動機が電動機を備え、前記第２原動機がガソリンエンジンを備え、前記電動機が、該電動機を一定の回転速度で所定の一方向に回転させるための定速コントローラを含むことを特徴とする請求項１７記載の差動エンジン。
【請求項１９】
前記装荷機構は、ロータを有する発電機を備え、該ロータの一端は前記第１差動段の出力軸に連結され、前記ロータの他端は前記第２差動段の入力軸に連結され、前記装荷機構は、前記制御入力に応答して前記発電機から電流を引き出すことが可能な負荷を含むことを特徴とする請求項１８記載の差動エンジン。
【請求項２０】
前記電流を引き出すことが可能な負荷が電池充電器モジュールと蓄電池とを備え、前記電池充電器モジュールは、前記蓄電池を充電するために回生充電電流を発生させるための前記制御入力に応答可能であり、前記蓄電池は、エネルギ蓄積装置を提供するために前記電動機に接続されていることを特徴とする請求項１９記載の差動エンジン。
【請求項２１】
可変トルクを出力する差動エンジンであって、
（ａ）出力軸を一定速度で所定の一方向に駆動するための１個の原動機と、
（ｂ）入力軸と、負荷を駆動するための出力駆動軸とを有し、前記入力軸が前記原動機の出力軸に連結された変速段と、
（ｃ）前記変速段からパワーを受けてエネルギ蓄積装置を充電するための回生充電段とを備え、
（ｄ）前記変速段は、第１差動段と第２差動段とを含み、前記第１差動段は前記入力軸に連結され、前記第２差動段は前記出力駆動軸に連結されており、前記第１差動段は、第１および第２の出力軸を通じて、前記第２差動段の第１および第２の入力軸に連結され、前記第１および第２の出力軸が互いに反対方向に回転し、
（ｅ）前記変速段は前記第１および第２の出力軸の一方に連結された発電機を含み、該発電機は、前記回生充電段のためのパワー出力を発生させるための制御入力に応答可能であり、該発電機の動作は、前記一方の出力軸に負荷をかけて、前記第１および第２の出力軸に回転速度差を生じさせるものであり、前記第２差動段が、前記回転速度差を前記出力駆動軸の回転速度に変換することを特徴とする差動エンジン。
【請求項２２】
可変トルクを出力する差動エンジンであって、
（ａ）出力軸を或る回転速度で駆動しかつ該出力軸に入力回転トルクを与える第１原動機と、
（ｂ）出力原動機軸を或る回転速度で前記第１原動機の出力軸と同一方向に駆動する第２原動機と、
（ｃ）前記第１原動機および前記第２原動機からの前記入力回転トルクを、負荷に連結するための出力駆動軸における回転トルクに変換するために、前記原動機に連結されたトルク変換段とを備え、
（ｄ）該トルク変換段は、第１差動段を含み、該第１差動段は入力軸を有し、該第１差動段は、前記入力軸からの回転トルクを第１および第２出力軸に伝達するための歯車機構を有し、該歯車機構は前記第１および第２出力軸のそれぞれを互いに反対方向に回転駆動し、
（ｅ）前記トルク変換段は、第２差動段を含み、該第２差動段は、前記第１差動段の第１出力軸に連結された第１入力軸と、前記第１差動段の第２出力軸に連結された第２入力軸とを有し、かつ前記第２差動段のための第１および第２入力軸の回転速度の間に速度差が生じたときに前記出力駆動軸に回転トルクを与えるための歯車機構を含み、
（ｆ）前記第１原動機の出力軸に連結された第１入力軸と、前記第２原動機の出力原動機軸に連結された第２入力軸とを有する入力段を備え、該入力段は出力軸を有し、該出力軸は前記第１差動段の入力軸に連結され、前記入力段は、前記出力原動機軸および前記出力軸からの回転トルクを前記入力段の出力軸に伝達するための歯車機構を含み、
（ｇ）さらに装荷機構を備え、該装荷機構は、前記第２差動段の前記第１および第２入力軸の一方に連結され、該装荷機構が、前記一方の入力軸に負荷をかけて該入力軸の回転速度を変えるための制御入力に応答可能であることを特徴とする差動エンジン。
【請求項２３】
前記第１原動機が１個の電動機を備え、前記第２原動機が１個のガソリンエンジンを備え、前記電動機は、該電動機を一定の回転速度で所定の一方向に回転させるための定速コントローラを含むことを特徴とする請求項２２記載の差動エンジン。
【請求項２４】
前記装荷機構は、ロータを有する発電機を備え、該ロータの一端は前記第１差動段の出力軸に連結され、前記ロータの他端は前記第２差動段の入力軸に連結され、前記装荷機構は、前記制御入力に応答して前記発電機から電流を引き出すことが可能な負荷を含むことを特徴とする請求項２３記載の差動エンジン。
【請求項２５】
前記負荷が電池充電回路と蓄電池とを備え、前記電池充電回路は、前記蓄電池を充電するために回生充電電流を発生させるための前記制御入力に応答可能であり、前記蓄電池は、エネルギ蓄積装置を提供するために前記電動機に接続されていることを特徴とする請求項２４記載の差動エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンに関し、特に可変トルク変換機能を備えた差動エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動エンジンが抱えている主な問題は、ピーク効率を発生させる出力速度範囲が比較的狭く、低速または発進速度まで及ばないことである。一般的な電動エンジンに関する速度対効率曲線が図１ａに参照符号Ａで示されている。図１ａに示されているように、一般的な電動エンジンは、図１の速度対効率曲線Ａ上の点Ｂで表されている、１００％よりもいくらか低い８０％が限度のピーク効率を達成しているが、低速および発進速度（参照符号Ｃで示されている）における効率は２０から２５％の範囲に留まる。
【０００３】
この問題は、もし負荷が、加速によって制御速度に達しなければならない例えば自動車である場合に、大きな発進トルクを必要とすることによって倍加される。発進トルクは加速に伴って直接的に変化し、高加速ほど高い発進トルクを必要とすることになる。トルクは、電動機のコイルを流れる電流に直接比例するので、加速トルク（例えば停止位置からの加速または制御された逆のモータトルクを利用した減速）にはかなり多量の電流を電動機コイルに流す必要がある。このことは、図１ａの出力速度対効率曲線上の点ＢおよびＣで示されているように、低速においてまたは停止状態から所定のトルクを発生させるために電動機が必要とする電流が、より高速において同じトルクを発生させるのに必要な電流よりもずっと多いことを意味する。さらに、電動機内に発生するエネルギー損失は、電流の自乗に電動機コイルの抵抗を乗じた値に等しいので、このエネルギー損失は指数関数的に増大する。
【０００４】
電動機を駆動源とするシステムのストップ／スタート動作時に、比較的急速な加速力および減速力が存在する場合、電動機の動作効率はピーク効率点よりもかなり低く、加速／減速条件がこれよりも低いとしても、図１ａの点Ｃで示されているように、一般に２０から２５％の範囲である。その結果、電気自動車は、運転条件が一定しているハイウエイの方が都市内よりも長い距離を走れることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のおよびその他の良く知られている欠点に鑑みて、速度対出力トルク特性を改善して、図１ｂに示すような理想的なエンジン動作特性に近付ける必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、可変トルク変換機能を備えた差動エンジンを提供するものである。
【０００７】
第１の態様において、本発明は可変トルクを出力する差動エンジンを提供するものであって、この差動エンジンは、（ａ）出力軸を或る回転速度で駆動しかつ該出力軸に入力回転トルクを与える１個の原動機と、（ｂ）前記入力回転トルクを、負荷に連結するための出力駆動軸における回転トルクに変換するために、前記原動機に連結されたトルク変換段とを備え、
（ｃ）該トルク変換段が第１差動段を含み、該第１差動段は、前記原動機の出力軸に連結された入力軸を有し、かつ該第１差動段は、前記入力軸からの回転トルクを第１および第２出力軸に伝達するための歯車機構を有し、該歯車機構は前記第１および第２出力軸のそれぞれを同一速度でかつ互いに反対方向に回転駆動し、（ｄ）前記トルク変換段が第２差動段を含み、該第２差動段は、前記第１差動段の第１出力軸に連結された第１入力軸と、前記第１差動段の第２出力軸に連結された第２入力軸とを有し、かつ前記第２差動段のための第１および第２入力軸の回転速度の間に速度差が生じたときに前記出力駆動軸に回転トルクを与え、（ｅ）さらに装荷機構を備え、該装荷機構は前記第２差動段の前記第１および第２入力軸の一方に連結され、該装荷機構が、前記一方の入力軸に負荷をかけて該入力軸の回転速度を変えるための制御入力に応答可能であることを特徴とするものである。
【０００８】
別の態様において、本発明は可変トルクを出力する差動エンジンを提供するものであって、この差動エンジンは、ａ）出力軸を一定速度で所定の一方向に駆動するための１個の原動機と、（ｂ）入力軸と、負荷を駆動するための出力駆動軸とを有し、前記入力軸が前記原動機の出力軸に連結された変速段と、（ｃ）前記変速段からパワーを受けてエネルギ蓄積装置を充電するための回生充電段とを備え、（ｄ）前記変速段は、第１差動段と第２差動段とを含み、前記第１差動段は前記入力軸に連結された駆動機構を有し、前記第２差動段は前記出力駆動軸に連結された駆動機構を有し、前記第１差動段のための駆動機構は、第１および第２の差動軸を通じて、前記第２差動段のための駆動機構に連結され、前記第１および第２の差動軸が同一速度で反対方向に回転し、（ｅ）前記変速段は前記第１および第２の差動軸の一方に連結された発電機を含み、該発電機は、前記回生充電段のためのパワー出力を発生させるための制御入力に応答可能であり、該発電機の動作は、前記一方の差動軸に負荷をかけて、前記第１および第２の差動軸に回転速度差を生じさせるものであり、前記第２差動段内の駆動機構が、前記回転速度差を前記出力駆動軸の回転速度に変換することを特徴とするものである。
【０００９】
さらに別の態様において、本発明は可変トルクを出力する差動エンジンを提供するものであって、この差動エンジンは、（ａ）出力軸を或る回転速度で駆動しかつ該出力軸に入力回転トルクを与える第１原動機と、（ｂ）出力原動機軸を或る回転速度で前記第１原動機の出力軸と同一方向に駆動する第２原動機と、（ｃ）前記第１原動機および前記第２原動機からの前記入力回転トルクを、負荷に連結するための出力駆動軸における回転トルクに変換するために、前記原動機に連結されたトルク変換段とを備え、（ｄ）該トルク変換段は、第１差動段を含み、該第１差動段は入力軸を有し、該第１差動段は、前記入力軸からの回転トルクを第１および第２出力軸に伝達するための歯車機構を有し、該歯車機構は前記第１および第２出力軸のそれぞれを同一速度でかつ互いに反対方向に回転駆動し、（ｅ）前記トルク変換段は、第２差動段を含み、該第２差動段は、前記第１差動段の第１出力軸に連結された第１入力軸と、前記第１差動段の第２出力軸に連結された第２入力軸とを有し、かつ前記第２差動段のための第１および第２入力軸の回転速度の間に速度差が生じたときに前記出力駆動軸に回転トルクを与えるための歯車機構を含み、（ｆ）前記第１原動機の出力軸に連結された第１入力軸と、前記第２原動機の出力原動機軸に連結された第２入力軸とを有する入力段を備え、該入力段は出力軸を有し、該出力軸は前記第１差動段の入力軸に連結され、前記入力段は、前記出力原動機軸および前記出力軸からの回転トルクを前記入力段の出力軸に伝達するための歯車機構を含み、（ｇ）さらに装荷機構を備え、該装荷機構は、前記第２差動段の前記第１および第２入力軸の一方に連結され、該装荷機構が、前記一方の入力軸に負荷をかけて該入力軸の回転速度を変えるための制御入力に応答可能であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の他の態様および特徴は、添付図面を参照した下記の実施例の説明を検討することにより、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
先ず参照する図２は、符号１０で示されている本発明による可変トルク変換機能を備えた差動エンジンのブロック図である。
【００１２】
図２に示されているように、差動エンジン１０は、電動機１２と、符号１３で全体的に示されている機械式遊星歯車式変速機と、電動機定速コントローラ１１とを備えている。遊星歯車式変速機１３は、第１差動ギアボックス１４と第２差動ギアボックス１６とを備えている。第１差動ギアボックス１４は、電動機１２の出力に連結された入力軸２０を有する。第１差動ギアボックス１４は、第１出力軸２２と第２出力軸２４とを有する。第１出力軸２２は、下記に詳細に説明するように、発電機モードで動作する第１電動機／発電機２６のロータに連結されている。同様に、第２出力軸２４は、発電機モードで動作する第２電動機／発電機２８のロータに連結されている。第２差動ギアボックス１６は、第１および第２入力軸３０，３２と、出力軸３４とを有する。第１入力軸３０は第１発電機２６のロータに連結され、第２入力軸３２は第２発電機２８のロータに連結されている。差動ギアボックス１６の出力軸３４は、下記に詳細に説明するように、差動エンジン１０のための駆動出力を提供する。出力軸３４は、負荷３６、例えば自動車の車輪に連結されてこれを駆動する。
【００１３】
電動機１２は連続的速度で作動され、一定方向、例えば矢印２１で示された方向に連続的に回転する出力軸２０を有する。電動機１２の出力軸２０は、第１差動ギアボックス１４の入力軸１７に連結されている。電動機１２は、出力軸３４の動作または非動作に関係なく連続的に回転する。しかしながら、出力を必要としない場合、例えば車両が停止している場合には、停止またはスローダウンすることが可能であることが好ましい。電動機１２の速度は、電動機定速コントローラ１１によって設定され、制御される。電動機１２に対して、トルクの関数としての効率が最大になるように比較的少量の速度調整を行なうことを除いて、速度コントローラ１１は電動機１２を連続的速度で作動させるように設定される。電動機の代わりに、または電動機に加えてガスエンジンが用いられる場合には（図６を参照して説明するように）、より広い負荷変動に対して最良の効率を維持するために、電動機速度を僅かに変化させながら、ガスエンジンを最も効率的な速度で（例えば高速で）作動させることができる。
【００１４】
出力軸３４は、最大回転速度が一般に電動機１２の速度よりもずっと低い速度である制御された速度で回転する。エンジン１０に関するこの構成は、いずれの回転方向においても、減速とトルク変換とを提供する。電動機１２が連続的回転していても、出力軸３４は、電動機１２を出力軸３４から切り離すためのクラッチまたは類似の機構を用いることなしに完全に停止することができる。出力軸３４が停止していようとも、順方向に回転していようとも、あるいは逆方向に回転していようとも、電動機１２が連続的に（比較的一定の速度で）回転していることが望ましい。
【００１５】
出力軸３４の回転速度は、順方向および逆方向の速度範囲を通して速度ゼロから連続的に変更可能である。２個の差動ギアボックス１４，１６における効率の損失、電動機／発電機２６，２８、電池充電器モジュール４０，４２および電動機定速コントローラ１１ならびにコントローラ７０の損失を無視すると、トルク変換は、電動機１２の速度を出力軸３４の速度で除算した比の関数として出力軸３４において創り出される（増大される）。
【００１６】
電動機１２の効率が速度とトルクとの特定の組合せに関連しているので、電動機１２によって生成されるトルクに対する最良の速度がある。電動機１２の動作効率を最大にするために、電動機１２の速度を、測定された電動機トルクの関数として変更することによって、電動機１２の動作効率をピークレベルに保つことができる。
【００１７】
図２を参照すると、電動機１２の出力軸２０は、第１差動ギアボックス１４の入力軸１７に連結されてこれを駆動する。第１差動ギアボックス１４の第１出力軸２２は矢印２３によって示された方向に回転し、第２出力軸２４は矢印２５によって示された方向に回転する。出力軸２２は第１発電機２６のロータに連結されているので、第２差動ギアボックス１６の入力軸３０は、矢印２３によって示された方向に出力軸２２と同一速度で回転する。同様に、第２差動ギアボックス１６の入力軸３２は、矢印２５によって示された方向に出力軸２４と同一速度で回転する。
【００１８】
差動ギアボックス１４は、１つの軸入力１７（すなわち軸２０に連結された）と二つの軸出力（すなわち軸２２，２４）とを備え、これら軸は１：１：１の速度比をもって回転するが、他の速度比を採用してもよい。差動ギアボックス１４に適当な構成は、電動機軸２０に結合されかつ２個の直交するベベルギアを介して出力軸２２，２４にそれぞれ連結されたた１本の軸を備えた差動歯車装置（図示せず）である。ギアの大きさを除けば同様の差動歯車装置（図示せず）が、入力軸３０，３２にそれぞれ結合されかつ２本の直交する軸を介して出力軸３４に連結された２本のベベルギア駆動軸を備えた第２差動ギアボックス１６に適している。第１差動ギアボックス１４の入力軸１７（電動機１２の出力軸２０に結合された）および２本の出力軸２２，２４は比較的低いトルクを伝達し、トルクレベルは軸３０，３２によって分配される。第２差動ギアボックス１６に関しては、出力軸３４はずっと高いトルクを伝達し、したがって第２差動ギアボックス１６は差動ギアボックス１４よりも「高負荷に耐える」構造が好ましい。入力軸１７におけるトルクは、出力速度（すなわち出力軸３４の速度）を入力速度（すなわち入力軸３０の速度）で除算した比に損失を加えた値によって与えられる。
【００１９】
もし差動ギアボックス１４の出力軸２２または２４の一方が回転を妨げる過大な力を受けた場合、負荷を受けた出力軸２２または２４の速度が低下した度合いだけ、出力軸２２または２４の他方の速度が増大するようになっていれば評価されるべきであろう。
【００２０】
上述のように、出力軸２２および２４は、第２差動ギアボックス１６のための入力軸３０および３２をそれぞれ駆動する。出力軸２２または２４のいずれか一方に負荷をかけると、２本の出力軸２２，２４の回転速度の間に差が生じ、この回転速度の差が第２差動ギアボックス１６に対する入力軸３０および３２にも現れる。出力軸３４においては、電動機１２および軸２０，２２および軸３０，３２に比較して大きな減速が生じるために、出力軸２２または２４のいずれか一方の負荷トルクは、出力軸２２および２４上の負荷によって生じる出力トルクよりもずっと小さい。
【００２１】
互いに反対方向に（矢印２３および２５に示されているように）回転する軸３０および３２は、差動ギアボックス１６内で回転するベベルギア（図示せず）を駆動する差動入力を提供する。ベベルギア（図示せず）は出力軸３４に連結されている。このギア駆動構造により、もし２本の入力軸３０および３２が同一速度で回転する場合には、出力軸３４の速度はゼロである。しかしながら、例えば入力軸３０または３２の一方に負荷がかかって、入力軸３０および３２の間の相対速度に差が生じると、他方の軸３０または３２は、制御によって付加されるモータリング電力を得て、出力軸３４上に所望の出力速度を提供する。前記負荷は、軸３０（または３２）の速度を低下させ、差動歯車装置の動作を通じて他方の軸３２（または３０）の速度を増大させ、２本の入力軸３０および３２の間の速度差が差動ギアボックス１６によって出力軸３４に伝達される。ベベルギア以外のギア構造を用いてもよい。
【００２２】
上述のように、電動機１２は電動機定速コントローラ１１によって制御される一定速度で動作する。負荷のエネルギ、すなわちトルクに関係なく、および出力軸３４の速度に関係なく、エンジン１０についての設計範囲内で、電動機１２の一定速度がコントローラ１１によって維持される。
【００２３】
入力軸３０および３２間に速度差を生じさせる機構は、電動機／発電機２６，２８の一方（発電機として動作し、別の実施例では電動機として動作する）を用いて、それが取り付けられている入力軸３０または３２上に負荷を生じさせることを含む。上述のように、第１発電機２６のロータの一端は、第１差動ギアボックス１４の出力軸２２に、他端は第２差動ギアボックス１６の入力軸３０に、直接的にかつしっかりと結合されている。同様に、第２発電機２８のロータの一端は、第１差動ギアボックス１４の出力軸２４に、他端は第２差動ギアボックス１６の入力軸３２に、直接的にかつしっかりと結合されている。各発電機２６，２８のボディは、ギアボックス１４，１６のボディと同様に、固定構成要素にしっかりと取り付けられて、電動機／発電機２６，２８のハウジングの回転を防止している。
【００２４】
差動ギアボックス１４，１６内の損失を無視すると、入力軸３０または３２の回転速度を低下させる（または入力軸３０または３２の一方の回転速度を増大させる）のに必要な反対方向の回転トルクは出力トルクに関連し、電動機１２の回転速度を出力軸３４の回転速度で除算した比によって与えられる（一方の軸に負荷がかかると他方の軸は駆動されて、各差動軸は前記トルクの１／２を必要とする）。この関係に基づいて、出力軸３４の最高回転速度に関連して電動機１２が高い速度で作動されることにより、出力軸３４において必要な回転速度を生じさせるのに必要な最大負荷力を低減させる望ましい効果を有し、電動機／発電機２６および２８のために比較的小さい電動機を用いることが可能になる。このことは、電動機／発電機２６，２８と２本の軸２２，３０および２４，３２のそれぞれの間に、原動機の方が高速で回転するようにギア比を設けることによってさらに能力を高めることができる。
【００２５】
図２に示されているように、差動エンジン１０は、符号１５で示されている回生式充電回路を備えている。この回生式充電回路１５は、一対の電池充電器モジュール４０，４２を備えている。第１電池充電器モジュール４０は電動機／発電機２６の出力に結合され、同様に第２電池充電器モジュール４２は電動機／発電機２８の出力に結合されている。電池充電器モジュール４０および４２は、例えば蓄電池５０、または下記に説明する他の適当な装置に結合されて、回生式充電電流を発生させる。回生式充電電流は、例えば制動時、加速時、減速時、または出力軸３４の速度に負荷がかかるときはいつでも、出力・入力軸対２２，３０および２４，３２の負荷の結果として発生せしめられ、電動機１２の効率を最良化する。
【００２６】
図２を参照すると、第１電池充電器モジュール４０の出力は、ダイオード６０を通じて蓄電池５０の一方の端子に接続されている。同様に、第２電池充電器モジュール４２の出力は、ダイオード６２を通じて蓄電池５０の一方の端子に接続されている。蓄電池５０の他方の端子は電池充電器モジュール４０および４２の戻し入力に接続されている。ダイオード６０および６２は、各電池充電器モジュール４０および４２からの充電電流が蓄電池５０に向かって流れ、電池充電器モジュール４０および４２のいずれに対しても逆流しないことを保証する。ダイオード６０および６２を他の機能的等価要素に代えてもよい。
【００２７】
電池充電器モジュール４０および４２は、符号７０で示されたコントローラにそれぞれ接続されている。コントローラ７０の主な機能は、各電池充電器モジュール４０および４２を独立的に制御して、下記にさらに詳細に説明するように、出力軸３４の所望速度の出力および所望方向の回転を提供することである。コントローラ７０は、電池充電器モジュール４０，４２の制御に加えて、下記に説明するように、他の制御機能を行なうようにプログラムされている。
【００２８】
出力軸３４の速度は、差動ギアボックス１６の入力軸３０および３２の間に回転速度の差を生じさせることによって制御される。入力軸間の速度差は、出力軸２２および入力軸３０のいずれかに、または出力軸２４および入力軸３２のいずれかに、負荷をかけることによって生じる。ここにさらに詳細に説明するように、出力軸３０に負荷をかけることは、電動機／発電機２６の動作を通じて入力軸２２の回転方向とは反対方向の力を加えることを含む。同様に、出力軸３２に負荷をかけることは、電動機／発電機２８の動作を通じて入力軸２４の回転方向とは反対方向の力を加えることを含む。もし電池充電器モジュール４０が発電機２６に要求する電流が無い場合には、出力軸２２には負荷がかからない。第２出力軸２４についても同様に、もし電池充電器モジュール４２が発電機２８からの電流を要求しない場合には負荷がかからない。差動ギアボックス１４を通じて出力軸２２および２４の伝達される、電動機１２の出力軸２０の回転の結果として、発電機２６および２８のロータが回転するとしても、発電機２６および２８のいずれからも電流が流れない場合には負荷はかからない。図２に示されているように、入力軸３０には、出力Ｆにおける速度および／またはトルクの示度をコントローラモジュール７０に提供する速度／トルクセンサ３１が設けられている。同様に、入力軸３２には、出力Ｇにおける速度および／またはトルクの示度をコントローラモジュール７０に提供する速度／トルクセンサ３３が設けられている。
【００２９】
電池充電器モジュール４０または４２の一方を作動させて充電電流を蓄電池５０に供給させるコントローラモジュール７０によって、発電機２６または２８の一方から電流が要求される。電池充電器モジュール４０がコントローラモジュール７０によって作動されると、電池充電器モジュール４０がＯＮになり電流が発電機２６から引き出されて、ダイオード６０を通じて蓄電池５０に出力される充電電流を発生させる。この電流が引き出された結果、発電機２６は、出力軸３０の回転に逆らう力を発生させ、その結果、作動ギアボックス１６への入力軸３０の回転速度が変化する。同様に、もし第２電池充電器モジュール４２が作動されると、電流が引き出される結果として発電機２８が出力軸３２の回転に逆らう力を発生させ、その結果、作動ギアボックス１６への入力軸３２の回転速度が変化する。前記力の大きさおよびそれによって生じる入力軸３０または３２の負荷の大きさは、コントローラ７０の制御によって引き出される電流の量によって変化する。入力軸３０および３２の速度差は差動ギアボックス１６によって出力軸３４に伝達される。矢印３５によって示されている出力軸３４の回転方向は、いずれの発電機２６または２８が負荷を発生させたかによって左右される。この方法により、電池充電器モジュール４０および４２によって起生される充電電流は、発電機２６または２８によって与えられて入力軸２２，２４および出力軸３０，３２に負荷をかける、すなわち減速または制動する力（エネルギ）から回復される回生的充電電流を含む。入力軸２２，２４または出力軸３０，３２を減速させると、対応する入力軸２４，２２または出力軸３２，３０の速度を増大させ、出力軸３４の速度は、差動軸対２２，３０および２４，３２の間の速度差に等しくなる。
【００３０】
図２を参照すると、この差動エンジン１０は、速度センサ９０とトルクセンサ９１とを備えている。タコメータで構成することができる速度センサ９０は、出力軸３４に結合されて、出力軸３４の回転速度と出力軸３４の回転方向とを検出する。トルクセンサ９１は出力軸３４のトルク出力を検出する。出力軸３４に関するトルクおよび速度の示度はフィードバックループ７１で電池充電器コントローラ７０に提供される。この電池充電器コントローラ７０は、速度制御入力信号を受けるための入力端７４を備えている。電池充電器コントローラ７０は、マイクロプロセッサを主体とするコントローラのような、プログラム可能な装置であることが好ましい。マイクロプロセッサは、上述したような電池充電器モジュール４０および４２の動作を制御するシーケンス動作を含むファームウェア内のプログラムを実行するように適宜プログラムされる。
【００３１】
図２を参照すると、電池充電器モジュール４０，４２からの出力電圧は、充電電圧出力と蓄電池５０の電圧との間の差である充電レベルを制御する。このような電池充電器モジュール４０，４２はそれ自体で可変出力電圧電源として機能する。本発明に関しては、電池充電器モジュール４０，４２は、モジュール４０，４２が電動機／発電機２６，２８からのみ、すなわち、発電機モードのみにおける電動機／発電機２６，２８を利用して、電力を受け、それを蓄電池５０に渡すことができることを意味する１象限位相を含む。電池充電器モジュール４０，４２はまた、モジュール４０，４２が電動機／発電機２６，２８から電力を受けて、それを電池５０に渡し、さらに、電池充電器モジュール４０，４２が電池５０または他の電源から電力を受け、その電力を電動機／発電機２６，２８に渡すことができることを意味する２象限位相を含む。２象限位相は、電動機／発電機２６，２８が原動機・モードで作動されることを可能にする。
【００３２】
図２に示されているように、電池充電器コントローラ７０は、電池充電器モジュール４０，４２に対する制御出力ライン７３，７５を備えている。コントローラ７０は、出力ライン７３，７５に制御信号を出力して、電池充電器モジュール４０，４２からの出力電圧レベルを設定する。動作時には、コントローラ７０はトルクセンサ９１および速度センサ９０を介して出力軸３４の回転速度および回転方向（矢印３５）を測定し、測定入力を速度制御入力７４と比較する。コントローラ７０はまた、入力ライン７６，７８上の電池充電器モジュール４０，４２の電流出力と、入力ライン８０上の、電池５０から電動機１２への電流を測定する。電池充電器コントローラ７０は、速度制御入力ライン７４上の信号に応答して電池充電器モジュール４０または４２を作動させ、発電機２６または２８からの電流を設定して、出力軸３４に関して所望の速度を得るために、対応する入力軸３０または３２に負荷をかける。電池充電器コントローラ７０は、速度センサ９０からの出力を用いて出力軸３４の実際の回転速度を測定し、もしこの実際の速度が速度制御入力７４の所望の範囲内になければ、電池充電器モジュール４０または４２によって引き出される電流を調節して、発電機２６または２８による入力軸３０または３２上の負荷を変える。コントローラ７０への入力ライン８０，８２上で測定した、電池充電器モジュール４０，４２からの出力電圧が、蓄電池５０が完全に充電されたことを示している場合には、コントローラ７０は、電池充電器モジュール４０，４２による電池５０の充電作用を停止させる。その結果、電池充電器モジュール４０，４２の負荷は取り除かれ、蓄池５０からのいかなる逆電流もダイオード６０，６２によって阻止される。
【００３３】
コントローラ７０は、電動機／発電機２６から電動機／発電機２８に振り向けられるべき出力電圧の利用レベルを制御するための適当なプログラミングを行なって、電動機／発電機２６を発電機モードで、かつ電動機／発電機２８を電動機モードで動作させるのが好ましい。同様に、コントローラ７０は、電動機／発電機２８から電動機／発電機２６に振り向けられるべき出力電圧の利用レベルを制御するための適当なプログラミングを行なって、電動機／発電機２８を発電機モードで、かつ電動機／発電機２６を電動機モードで動作させる。
【００３４】
上述のように、コントローラ７０の制御の下に、電池充電器モジュール４０，４２から出された電動機／発電機２６，２８のそれぞれに対する電流要求を通じて、蓄電池５０を充電するための回生充電電流は、出力軸３４に関する回転トルク出力と同時に生成される。エンジン１０の配列により、その回転が一定速度であろうと、加速または減速であろうと、順方向または逆方向であろうと、出力軸３４が回転してさえいれば、蓄電池５０に対する回生充電電流が発生する。発電機２６または２８による電流を増大させることによって、エンジン１０に対する制動作用が得られる。制動作用中は、対応する発電機２６または２８による入力軸３０または３２の一方に負荷がかかる結果として、蓄電池５０に対する回生充電電流が出力軸３４上の制動力と同時に発生する。
【００３５】
コントローラ７０は、蓄電池５０の温度、周囲温度、電動機１２の温度、環境湿度のような他のパラメータを監視するための入力を受けることができる。これらのパラメータは、エンジン１０の運転に伴うエネルギ変換作用の効率を最良にするために利用することができる。
【００３６】
蓄電池５０が完全に充電される状況、または、電動機１２がガソリンでまたは他の非電気的または非電池的に駆動される原動機と交換された状況、または、電気エネルギ源が蓄電能力を持たない燃料電池である状況、または電池充電器４０，４２が、水素と酸素を発生させる、図７に示されているような水の電気分解装置４００のような化学的負荷である状況を把握するために、差動エンジン１０は、図２に符号９２で示されたエレクトロニック・パワーモジュールを備えていてもよい。このエレクトロニック・パワーモジュール９２は、それぞれ符号２７および２９で示された第１および第２電動機ドライバ・モジュールを備えている。第１電動機ドライバ・モジュール２７は、コントロールラインを通じて電動機／発電機２６に結合され、同様に、第２電動機ドライバ・モジュール２９は、他のコントロールラインを通じて電動機／発電機２８に結合されている。電動機ドライバ・モジュール２７は、コントローラ７０の信号出力端８４に接続されたコントロール入力端３１を有する。電動機ドライバ・モジュール２７はまた、電動機／発電機２６の出力端Ｃに接続されてそこからエレクトリックパワーを受け取るパワー入力端３３を備えている。同様に、第２電動機ドライバ・モジュール２９は、コントローラ７０の信号出力端８６に接続されたコントロール入力端３５と、電動機／発電機２８の出力端Ｄに接続されてそこからエレクトリックパワーを受け取るパワー入力端３７を備えている。
【００３７】
コントローラ７０の制御の下に、エレクトロニック・パワーモジュール９２、すなわち、電動機ドライバ・モジュール２７，２９は、電動機／発電機２６，２８の一方は電動機として動作し、電動機／発電機２６，２８の他方は発電機として動作するように、電動機／発電機２６，２８を電動機と発電機の双方に動作させる。例えば、もしエレクトロニック・パワーモジュール９２が第１電動機／発電機２６を発電機モードで作動させ、かつ第２電動機／発電機２８を電動機モードで作動させた場合、第１電動機／発電機２６は軸２２／３０に負荷をかけ、電気エネルギ源を提供する。電動機／発電機２６によって生成された電力は、第１電動機ドライバ・モジュール２７のパワー入力端３３に出力される。第１電動機ドライバ・モジュール２７は、第１発電機２６からの電力を、電動機として作動されている第２電動機／発電機２８に導く。第２電動機／発電機２８は、出力軸３４の適切な回転を生む二つの軸対２／３０および２４／３２の間の速度差を生じる結果となる方向に作動される。
【００３８】
組み合わせられた電動機ドライバ・モジュール２７，２９に制御されて発電機として動作する電動機／発電機２６，２８によって生成されたエネルギが、他の電動機／発電機２６，２８に動力を供給するエネルギを提供し、これによって出力軸３４に動力を供給するエネルギを提供するということは評価されるべきであろう。これによって、極めて効率的なエネルギ変換が行なわれる。コントローラ７０および電動機ドライバ２７，２９が制御機能を果たすために、いくらかの電気エネルギを必要とするが、この電気エネルギは「信号レベル」であって、大きな損失とはならない。
【００３９】
エレクトロニック・パワーモジュール９２が、電池充電器モジュール４０，４２とともにコントローラ７０によって制御されることが可能なことは、本発明によって差動エンジン１０に実施されたエネルギ変換機構をさらに改善するのに効果的であるという利点がある。例えば、電池充電器モジュール４０，４２を作動させて、組になった軸対２２／３０，２４／３２の負荷を発生させ（上述のように速度差を生じさせて出力軸３４を回転させ）、かつ必要に応じて蓄電池５０をも充電するようにコントローラ７０を適切にプログラムすることができる。一旦蓄電池５０が適切に充電されると、エレクトロニック・パワーモジュール９２は、電動機／発電機２６，２８を発電機モードおよび電動機モードで動作させて、上述のように、軸対２２／３０，２４／３２間に速度差を生じさせるのに利用される。
【００４０】
再び図２を参照すると、コントローラ７０は、符号９４で示された高速ネットワーク・バスを備えることができる。この高速ネットワーク・バス９４は、コントロール・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）を含み、多数の差動エンジン１０間の動作状態を通信するための通信路を備えている。例えば、もし後輪のそれぞれ（すなわち図２の負荷３６）が別個の差動電動エンジン１０に連結されている場合には、バス９４は、各エンジン１０用のコントローラ７０がそれぞれの動作状態および各差動エンジン１０に組み込まれた旋回モニタ９６の出力を伴った互いのパラメータを通信することができる。旋回モニタ９６は出力軸３４に結合され、旋回半径および出力軸３４の速度を測定して、車輪すなわち負荷３６の最良の差動速度を指示する。バス９４を介した動作情報の高速シェアリングにより、各差動電動エンジン１０用のコントローラ７０が、動作効率を改善するのにさらに利用される、効率データ、所望速度、出力速度および方向データを共有することができる利点がある。
【００４１】
別の態様によれば、上述の差動電動エンジン１０は、４象限運動を発生させる。入力軸３０または３２の一方が、組になった発電機２６または２８によって負荷をかけられた結果としての所定速度で、出力軸３４が一方向に負荷を駆動している場合に、入力軸、例えば発電機２６によって負荷をかけられた入力軸３０から負荷を取り去ることによって完全に制御された状態で減速することができ、同時に、他方の発電機２８は、例えば他方の入力軸３２上に負荷を生じさせることができ、差動ギアボックス１６によって伝達された制御された減速力を生成させる。この構成は、制御の２象限を表していることが評価されるべきであろう。出力軸３４が順方向および逆方向の双方に回転することができるので、エンジン１０に関する構成は、４象限運動制御システムに拡張される。エレクトロニック・パワーモジュール９２の構成によって、差動エンジン１０が４象限運動制御を提供し続けることは評価されるべきであろう。
【００４２】
もし出力軸３４に連結されている負荷３６が自動車の車輪〈単数または複数〉であるとすると、出力軸３４を所定の速度に保つのに必要なトルクの量は、例えば自動車の車輪が転がる道路の質、自動車に対する風の抵抗等の負荷３６の状態に応じて変化する。このような用途および別の用途において、出力軸３４にかかる負荷３６に関係なく車両を所望の一定速度に保つことが望ましい。速度を一定に保つために、負荷をかける発電機２６または２８（出力軸３４の回転方向に左右される）によって生成される負荷が変更されて、出力軸３４において生成される回転トルクを変化させる。発電機２６または２８は制動効果を発生させるようにも制御される。例えば、車両が坂を降る場合に（または別の形式の駆動源からの負荷を受けた場合）、もし第１発電機２６に対する電流要求がゼロにまで低減され、かつ第２発電機２８に対して電流要求がなされると、車輪／自動車の速度を保つために減速力または制動力を出力軸３４上に発生させる。
【００４３】
上述した遊星歯車式変速機１３は、負荷を発生させる２個の電動機／発電機２６および２８を備えている。これら２つの個々の発電機２６および２８は、いずれの方向の回転トルクも出力軸３４上に生成されるのを可能にする。もし変速機１３が１組の出力・入力軸対上に単一発電機２６または２８を備えている場合には、変速機１３は一方向のみの回転トルクを生成させることができるだけであろう。この場合には、出力軸３４の回転を落とす力は、出力軸３４に連結された負荷３６の摩擦によって生じ、単一発電機２６上の負荷電流がゼロにまで減る場合には、差動エンジン１０内の摩擦力によって生じる。
【００４４】
本発明による差動電動エンジン１０に関し出力速度に対する効率を表す曲線が図３ａに示されており、差動電動エンジン１０に関し出力速度に対する出力トルクを表す曲線が図３ｂに示されている。図３ａを参照すると、正転方向（曲線ＥＦ）および逆転方向（曲線ＥＲ）の双方における差動電動エンジン１０の出力効率は電動機１２のピーク効率である（構成要素１４，１６，３０，７０，４０，４２，２７および２９におけるいかなる損失をも無視し、かつ電動機の効率が１００％よりも若干低い８０％の範囲であると仮定して、コントローラ７０および１１によって電動機１２がそのピーク効率点で作動された場合）。図３ｂを参照すると、正転方向（曲線ＴＦ）および逆転方向（曲線ＴＲ）のすべての速度において、差動電動エンジン１０が負荷（例えば図２の車輪３６）に対してピーク出力トルクを提供することは評価されるべきであろう。
【００４５】
本発明の他の態様によれば、出力軸２２および入力軸３０は、埋め込まれた大電流導体を備えてかご型インダクション電動機／発電機のロータになっている。出力軸２２および入力軸３０は一体に連結されて、かご型インダクションタイプの発電機２６のロータを形成している。同様に、第２電動機／発電機２８のロータは出力軸２４および入力軸３２の連結によって置き換えられて、軸２４および３２上にかご型インダクション電動機／発電機を形成している。
【００４６】
本発明のさらに他の態様によれば、図２におけるエネルギ蓄積装置５０は、燃料電池、電動フライホイール、スーパーキャパシタのような、蓄電池５０以外のエネルギ蓄積装置形式であってもよい。電動フライホイールの場合、回転するフライホイール・エレメントに電池充電器モジュール４０，４２が電力を供給して回転速度を増大させ、エネルギを運動エネルギの形態で蓄積する。蓄積されたエネルギは、電動機／発電機を発電機モードで動作させて運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回収される。発電機モードにおける動作は、フライホイールの回転速度を落とすことによって回転するフライホイール内に蓄積された運動エネルギを減少させる。
【００４７】
もし電池５０が燃料電池または図７に示された燃料電池による水素を利用するための水素発生器である場合、前記電池充電器モジュール４０，４２を通じて生成された電気エネルギは、燃料電池のための二次的燃料の発生を通じた効果的に可逆的な化学反応を発生させるのに用いることができる。例えば、もし電気エネルギが水素（または化学的に有用な他のエネルギ）を発生させるために用いられたとすると、この水素は、化学的手段によって電気に変換するための燃料電池によって利用することができる。燃料電池の不要の生成物は水であり、この回収ループが１００％よりも低いことが明らかであっても、水を燃料電池内に補給することができるということは評価されるべきであろう。あるいは、電気エネルギは、ガスタイプエンジンのような、運動エネルギ変換に適した燃料を生成させる化学的エネルギを創り出すのに用いることができる。また、前記方法で生成された水素は、ガスエンジン内で吸入空気と混合されて、エンジンの効率を増大させ、出力パワーを増大させ、かつ有毒な排出物を減少させるのに用いることができる。
【００４８】
次に、本発明による差動エンジンの変形を示す図４を参照する。図４に示されているように、電動機／発電機２６，２８および回生充電電流回路１５は、符号３００で全体的に示された機械的装荷・運動エネルギ蓄積システムに置き換えられている。機械的装荷システム３００は、それぞれ機械的カップラ３０４および３０６を介して軸２２／３０，２４／３２に連結された機械的フライホイール蓄積装置３０２を備えている。この機械的フライホイール蓄積装置３０２は、単一の機械的フライホイール、または図４に示されているように、第１軸対２２／３０のための機械的フライホイール３０８と、他の軸対２４／３２のための機械的フライホイール３１０とを備えることができる。前記機械的カップラは、機械的機構（例えばギア付き駆動軸部品）、または磁気結合機構または流体駆動結合機構であってもよい。
【００４９】
図５に示された別の変形においては、電動機／発電機２６，２８は回生充電電流回路１５または他の形式のエネルギ蓄積装置に接続されていない。その代わりに、電動機／発電機２６，２８の一方が、コントローラ７０によって変更可能な電気負荷３２０に接続されている。電気負荷３２０は、電子的に調節可能な抵抗器または可変電気短絡（例えばパルス幅変調された）を備えることができる。電気負荷３２０の適用はコントローラ７０を通じることによって制御され、コントローラ７０は、出力軸３４の実際のおよび所望の出力速度に基づいて（上述に詳細に記載したように）、軸対２２／３０，２４／３２に加えられる負荷を変えるために適当な制御信号を出力する。さらに他の変形においては、軸対２２／３０，２４／３２に対する装荷が、例えば制動摩擦機構３２２〈図５の破線で示されている〉または油圧または流体駆動機構のような機械的装荷であってもよい。この機械的装荷はコントローラ７０によって制御される。このような機械的装荷が、軸対２２／３０，２４／３２間に速度差を生じさせることは評価されるべきであろうが、印加されたエネルギは回収不能である。
【００５０】
次に図６を参照すると、本発明による差動エンジンの別の実施例が符号１００で示されている。図６に示されている差動エンジン１００は、回転トルク出力を提供する出力軸１１１を有するガスエンジン１１０、または回転運動を提供するたまの他の動力源を備えている。ガスエンジン１１０は、補助原動機として機能し、単一電動機１２によって提供される回転トルクを補足し、一時的または永久的に置き換えることができる。図２を参照して説明した単一の電動機１２は、同様に回転トルク出力を提供する出力軸２０を備えている。
【００５１】
電動機１２およびガスエンジン１１０に加えて、差動エンジン１００は、差動ギアボックス１１２、遊星歯車式変速機１３（図２に記載されているような）、および回生充電電流回路１５（これも図２に記載されているような）を備えている。遊星歯車式変速機１３に関して、差動ギアボックス１１２は、軸２０および１１１が同一方向に回転して、個々のトルクが加算されることを除いては、上述の差動ギアボックス１６と同様である。差動ギアボックス１１２は、第１入力軸１１４、第２入力軸１１６および出力軸１１８を備えている。第１入力軸１１４は電動機１２の出力軸２０に連結され、同様に、第２入力軸１１６はガスエンジン１１０の出力軸１１１に連結されている。差動ギアボックス１１２の出力軸１１８は、遊星歯車式変速機１３における差動ギアボックス１４（図２）の入力軸２１に連結されている。差動エンジン１００の回転出力トルクは、矢印３５で示されているようにいずれの方向へも回転可能な出力軸３４上に提供される。
【００５２】
差動ギアボックス１１２に関しては、入力軸１１４および１１６が出力軸１１８と同一速度で回転する。出力軸１１８は、図２で説明したような電動機１２の出力軸２０と同様の態様で遊星歯車式変速機１３に回転トルク出力を提供する。差動エンジン１００に関しては、差動ギアボックス１１２の出力軸１１８と、ガスエンジン１１０からの出力軸１１１との速度比は、ガスエンジン１１０の実効速度が増減するために１：１から変化し得る。ガスエンジン１１０の実効速度の増減によって、出力軸１１８は、電動機１２からの出力軸２０と同じ速度で（矢印１１９で示されてるように）回転することができる。
【００５３】
図６に示された構成は、差動エンジン１００全体の効率を最良にする態様で、ガスエンジン１１０を電動機１２と併用することの可能性を提供する。ガスエンジン１１０は、もし差動エンジン１００が、出力軸３４に連結された負荷の非効率の範囲内で失われるエネルギよりも大きいエネルギを提供するならば、蓄電池５０内に蓄積されるエネルギの正味利得となるように、蓄電池５０に対する回生充電電流に寄与する付加的回転トルク入力を提供する。別の態様においては、ガスエンジン１１０は遊星歯車式変速機１３を駆動する単一の回転トルク源として用いることができ、かつ充電された蓄電池の状態の下にまたは蓄電池を用いないシステムの下に、充電システムの動作を含む回生充電電流回路１５を通じて蓄電池５０を充電して、電動機ドライバ２７，２９にパワーを提供することもできる。ガスエンジン１１０のみが存在する構成においては、ガスエンジン１１０が最も効率の良い（例えばピーク効率点）速度で回転するように、かつ充電負荷の下ではこの速度を僅かに変化させてエンジンのピーク効率を保つように制御される。
【００５４】
本発明は、その精神または本質的な特徴から離れることなしに、別の特定の形態において
実施することも可能である。多少の脚色および修正が可能であることは当業者には明らかであろう。それ故に、ここで説明した実施例は例示的なものであって限定的なものではなく、本発明の範囲は上述の説明よりも添付の請求の範囲に示されており、請求の範囲の意味および均等物の範囲内でのすべての変更は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１ａは一般的な電動機に関する速度対出力効率を表すグラフであり、図１ｂは理想的な電動機に関する速度対出力効率を表すグラフである。
【図２】本発明による可変トルク変換機能を備えた差動エンジンのブロック図である。
【図３】図３ａは本発明による差動エンジンに関する速度対出力効率を表すグラフであり、図３ｂは本発明による差動エンジンに関する速度対出力トルクを表すグラフである。
【図４】本発明による差動エンジンの別の実施例のブロック図である。
【図５】本発明による差動エンジンの別の実施例のブロック図である。
【図６】本発明による差動エンジンの別の実施例のブロック図である。
【図７】本発明による差動エンジンにおける化学的負荷を備えた水の電気分解システムの概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０    差動エンジン
１１    電動機定速コントローラ
１２    電動機
１３    遊星歯車式変速機
１４    第１差動ギアボックス
１５    回生充電電流回路
１６    第２差動ギアボックス
２０，３０，３２    入力軸
２２，２４，３４    出力軸
２６，２８    電動機／発電機
４０，４２    電池充電器モジュール
５０    蓄電池
７０    コントローラ
【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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