(57)【要約】【課題】走行用電気モーターを持つ自動車において発進時に走行用モーターを効率の悪いゼロ回転から使わず回転を上げた状態で発進させること。【解決手段】プラネタリギアの差動動作を利用し走行用モーターの発生する動力を２つに分割し、片方を車軸に、もう片方をオルタネーターに伝えオルタネーターの発電を反力として利用することで目的を達成する。反力動作時に発生する電力は走行用モーターに帰還させることで電力の利用効率を良くする。車軸の回転速度が上がってきたらロックアップクラッチを締結し直結動作をさせ反力動作を切る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本考案は、走行用電気モーターを有する自動車や二輪車の駆動系に関するものである。
プラネタリギアのサンギア、リングギア、プラネットキャリアの３つの回転軸に走行用モーターからの入力、車軸（変速機）への出力、オルタネータ（励磁発電機）を回転させるドライブギア或いはチェーンスプロケット、ベルトプーリーを割り当てたもの。
ただしプラネタリギアの入力軸（走行用モーター）が回転している時オルタネータの回転軸を固定した場合、車軸への回転出力は走行用モーターと同方向減速回転となり、車軸への回転軸を固定した場合オルタネータへの出力は逆方向回転となる組み合わせであること。
具体的にはシングルピニオンのプラネタリギアでは走行用モーター→リングギア、プラネタリキャリア→変速機、サンギア→オルタネータをドライブするギア（チェーンやベルトでも可）。
ダブルピニオンのプラネタリギアでは走行用モーター→プラネタリキャリア、リングギア→変速機、サンギア→ドライブギア、或いは走行用モーター→サンギア、リングギア→変速機、プラネットキャリア→ドライブギアの３種類の組み合わせのうちいずれかとプラネタリ動作をロックアップすることでプラネタリ動作から直結動作に変更させるクラッチとオルタネータの発電する電力を走行用モーターのインバーターに帰還させる回路の組み合わせからなる装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本考案は走行用電気モーターを有する自動車や二輪車の駆動方式に関するものである。
エンジンと走行用モーターを併用するハイブリッド自動車、モーターだけで走行する電池自動車、燃料電池自動車等を対象とする。
【技術背景】
【０００２】これまで走行用電気モーターを使った自動車の駆動方式ではモーターと車軸は直結されており、自動車の発進時にモーターをゼロ回転から使わざるを得なかった、またたとえ走行用モーターと車軸との間に変速機があっても同様に走行用モーターをゼロ回転から使うことに変わりは無かった。
【発明の解決しようとする課題】
【０００３】電気モーターはゼロ回転時に最大のトルクを発生するが、同時に最大の電流が流れ電池持つの電力を大きく消耗させる欠点があった、つまりモーターは低速回転で使うと効率が非常に悪く（ゼロ回転時にはモーターの効率は０％）、街中で発進停止や低速走行を繰り返すと電池自動車の燃費（電池走行距離）が非常に悪化する問題があった。
【発明を解決するための手段】
【０００４】走行用モーターの回転を差動動作を行うプラネタリギアを介して車軸（変速機）とオルタネーターに分割して伝達することで車軸が停止していても、モーターを効率の良い回転数で回転させることが出来るので電力の消費を抑えることが可能になる。
また分割した回転力でオルタネーターを回転させ反力発生に使うが、その時に発電した電力を走行用モーターのインバーターに帰還させる。一見永久機関のように思えるが、プラネタリギアによる動力分割機構があるため、走行に使わない回転力を電力に変換し帰還させることで効率向上が実現できる。
例えば図３（永久機関）における例では発電機が発電する分駆動力が減少するので当然永久機関としては動作しない、また発進直前の車軸が回転していない状態では当然発電は行われない。
しかし図２の電力帰還駆動においては同様な状態では発電機（オルタネータ）は走行用モーターの発生させる全ての回転力を引き受け発電し電力の帰還を行い、車軸にはトルクだけを伝えている。
そして発進後ある程度速度が上昇した時点でプラネタリ動作をロックアップさせ直結動作をさせることで帰還動作により発生するロスを無くし完全な動力伝達を行う。
通常の発電機ではなくオルタネータを使うことで、発電機の回転数に関わらず励磁電流を変化させることで必要に応じて発電能力を制御できる。
【０００５】走行用モーターとプラネタリギア、発電機を組み合わせ発電した電力を走行用モーターに帰還させる構造は特許公開番号Ｈ５−２９４１５２にその例があるが、その出願においても発進時にモーターをゼロ回転から使うのでモーターのゼロ回転時の効率の悪さという課題を解決できない、しかもプラネタリギアは反力によりギヤ比を上げ増速する構造で常に帰還動作をさせているのでその分だけ効率が悪いことになる。
【発明の効果】
【０００６】本発明により走行用モーターをゼロ回転から使う必要が無くなり発進時の電力消費を大幅に抑えることができる。さらに発進時にプラネタリギアの動力分割動作を利用し、反力発生作用を行うオルタネータの発生する電力を走行用モーターのインバーターに帰還させることでよりいっそう電池の電力消費を抑えるることが出来るので走行距離をこれまでの直結方式より伸ばすことが出来る。
車軸の回転が上昇した後はプラネタリギアをロックアップさせることで１００％の動力伝達を行うと同時にプラネタリ動作（請求項の組み合わせの場合、減速動作をする）から直結動作になりシフトアップの効果が得られるので好都合である。
【実施例】
【０００７】ここではシングルピニオンのプラネタリギアを例にとって説明する。走行用モーターでリングギアを駆動しサンギアでオルタネーターを回転させ、プラネタキャリアの回転を車軸に伝える構造とする。【０００８】プラネタリギア（差動ギア）の特性として１つの軸に回転を加えられた場合、他の２つの軸はある関係に沿った速度で回転するが、その２つの軸に発生するトルクの比率はいかなる回転数であっても常に一定の割合となる。つまり片方の軸が無負荷になった場合もう一方の軸にはトルクは伝わらない。
発進するためにはまず走行用モーターを回転させる、この場合車軸には負荷があるがオルタネーターは励磁さされていないので無負荷であり空転しているので車軸にはトルクが伝わらず自動車は発進しない。次にオルタネータに励磁電流を流すと発電を始める、そしてその電力は走行用モーターのインバーターに帰還する。この時オルタネーターに反力が発生しその反力に比例したトルクが車軸に伝わるので自動車は動き始める。
これらの動作は一瞬で行われるため運転者がアクセルを踏み走行用モーターの回転があがると同時に自動車は動き始めたと感じられる。
コントローラーは以下のような動作を行う、アクセルペダルの踏込み量によって示される運転者の希望する加速度を走行用モーターが最高効率（無負荷回転数の８０％程度）で動作する電力を走行用モーターに加える、その回転数は現在の自動車の車軸の回転数より大きいので、動力分割機構（プラネタリギア）の動作により余分な回転数をオルタネータが引き受け、その回転により発生した電力はインバータに帰還させる。
この動作により走行用モーターは常に最高効率で動作できるので結果的に電力の消費は最小ですむ。【００１１】発進後、車速が上がるにつれオルタネーターの回転数は車軸の回転数に対し相対的に低下する。
自動車の速度が上がり、プラネタリ動作による伝達効率より直結動作のほうが効率が良くなる時点でロックアップクラッチを作動させプラネタリ動作から直結動作にすることで通常の走行状態になる（副次的にシフトアップするなることになる）。
ロックアップ後はオルタネータからの電力帰還は不要（有害）なので電力帰還動作は中止する。
ロックアップ後はオルタネータへの動力を伝える軸が逆回転するのでワンウェイクラッチでオルタネータへの回転伝達を遮断する構造にしておいても良い。
その後の動作はは通常の電気自動車と同様である。【００１２】以上は電池自動車の動作について述べたものだがエンジンと走行用モーターを組み合わせたハイブリッド自動車についても全く同じである、ただしこの場合プラネタリ動作時には一種のシリーズハイブリッドとして動作するが、ロックアップ後はパラレルハイブリッドに動作状態が切り替わるので必然的に変速機が必要となる。
また、単に発進装置として走行用電池を用意せずトルクコンバータの代わりとして用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１４】図１は本発明の概念図である
図２はパラレルハイブリッド、シリーズハイブリッド、トヨタ自動車のＴＨＳシステム、電力帰還ハイブリッドの原理図と電力及び回転力の流れである。
図３は一般的な永久機関である（実現不可能）
各図において電池自動車の場合はエンジンは無視するものとする。
Ｐはプラネタリギアによる動力分割機構、Ｅはエンジン、Ｍはモーター、Ｇは発電機、Ａはオルタネータ（励磁発電機）。
【符号の説明】
１−エンジン
２−プラネタリギア
３−オルタネータをドライブするギア
４−プラネタリギアのロックアップクラッチ
５−オルタネーター
９−走行用モーター
【図１】
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【図２】
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【図３】
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