車両用駆動装置及びこれを用いた車両
本発明の目的は、エネルギーの利用効率を向上できる車両用駆動装置及びこれを用いた車両を提供することにある。そのために、フライホイール手段（１１０）は、タイヤホイール１０の内部に配置され、回転する車輪の有する運動エネルギーを、増速手段（１２０）により増速した上で、回転エネルギーとして蓄積する。増速手段（１２０）とフライホイール手段（１１０）との間には、フライホイルクラッチ（１３０）が設けられている。蓄積動力伝達手段（１４０）は、フライホイール手段（１１０）に蓄積された回転エネルギーを車輪に伝達する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、タイヤの回転により得られた運動エネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーをタイヤに放出する車両用駆動装置及びこれを用いた車両に関する。
【背景技術】
従来、電気自動車やハイブリッド車両において、例えば、特開２００３−３２７１０３号公報に記載のように、制動時のエネルギーを回収して、バッテリーに電気エネルギーとして充電する方法が知られている。
また、例えば、特開２００４−７２９８０号公報に記載のように、回生された電力で小型の電動機を高速回転させ、回転力として蓄積するフライホイルバッテリーが知られている。
【発明の開示】
しかしながら、特開２００３−３２７１０３号公報に記載の方式では、回転エネルギー→発電→バッテリーへの充電と機械的エネルギーを電気に変換し、さらに、バッテリー→モータと電気エネルギーを機械的エネルギーに逆変換するため、充電する時のエネルギー損失と、その逆の利用時のエネルギー損失が大きく、実際に使えるエネルギーは２５％にも満たないものであった。このため、従来より、エネルギーの利用効率の向上が求められていた。
また、特開２００４−７２９８０号公報に記載の方式では、バッテリーへの化学変化での充電とは違い、若干効率は優れるものの、電力と運動エネルギーの変換が行われるため、エネルギーの利用効率が前例とほぼ同じものあった。
本発明の目的は、エネルギーの利用効率を向上できる車両用駆動装置及びこれを用いた車両を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、車両用駆動装置をフライホイル駆動装置によって構成したもので、具体的には、回転する車輪の有する運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイール手段と、このフライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達する蓄積動力伝達手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、フライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを車輪の駆動に利用することにより、エネルギーの利用効率を向上し得るものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記車輪と前記フライホイール手段との間に配置され、前記車輪の回転数が所定回転数以上になると、前記車輪の回転を前記フライホイール手段に伝達する駆動力伝達手段を備えるようにしたものである。
（３）上記（２）において、好ましくは、前記駆動力伝達手段は、遠心クラッチである。
（４）上記（１）において、好ましくは、前記蓄積動力伝達手段は、前記蓄積動力伝達手段から前記車輪の方向にのみ動力を伝達可能なワンウェイクラッチであるである。
（５）上記（１）において、好ましくは、前記蓄積動力伝達手段は、外部からの指令により、前記蓄積動力伝達手段から前記車輪への動力伝達を可能とするアクチュエータであり、このアクチュエータの動作を制御する制御手段を備えるようにしたものである。
（６）上記（２）において、好ましくは、前記駆動力伝達手段及び前記蓄積動力伝達手段は、外部からの指令により、前記蓄積動力伝達手段と前記車輪との間の動力伝達を開放・締結する電磁クラッチであり、この電磁クラッチの動作を制御する制御手段を備えるようにしたものである。
（７）上記（５）または（６）において、好ましくは、前記制御手段は、前記車輪を備えた車両が中間加速状態若しくは減速状態を判断すると、前記電磁クラッチを締結して、前記車輪の運動エネルギーを前記フライホイール手段に蓄積し、前記車両が発進若しくは加速状態と判定すると、前記電磁クラッチを締結して、前記フライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達するようにしたものである。
（８）上記（１）において、好ましくは、前記車輪と前記フライホイール手段との間に配置され、前記車輪の回転速度を増速して伝達する増速手段を備えるようにしたものである。
（９）上記（１）において、好ましくは、前記フライホイール手段は、前記車輪を構成するタイヤとタイヤホイールの内、このタイヤホイールの内部に配置されたものである。
（１０）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の車輪を有し、これらの複数の車輪の少なくとも一部が動力源によって駆動される車両において、前記車輪の有する運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイール手段と、このフライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達する蓄積動力伝達手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、フライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを車輪の駆動に利用することにより、エネルギーの利用効率を向上し得るものとなる。
（１１）上記（１０）において、好ましくは、前記フライホイール手段及び前記蓄積動力伝達手段は、前記車輪の内、前記動力源によって駆動されない被駆動車輪に対して備えるようにしたものである。
（１２）上記（１０）において、好ましくは、前記フライホイール手段及び前記蓄積動力伝達手段は、前記車輪の内、前記動力源によって駆動されない被駆動車輪及び前記動力源によって駆動される駆動車輪に対して備えるようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
図２は、本発明の一実施形態による車両用駆動装置の動作原理説明図である。
図３は、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
図４は、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の動作説明のための要部断面図である。
図５は、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
図６は、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の動作説明のための要部断面図である。
図７は、本発明の第４の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
図８は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の構成を示す模式図である。
図９は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の第２の構成を示す模式図である。
図１０は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した２輪車両の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の第１の実施形態による車両用駆動装置，具体的には、フライホイル駆動装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による車両用駆動装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
車両用駆動装置１００は、タイヤホイール１０の内部に設けられており、フライホイール手段１１０と、増速手段１２０と、フライホイルクラッチ１３０と、蓄積動力伝達手段１４０とを備えている。タイヤホイール１０は、車両用駆動装置１００に対するケーシングを兼ねている。タイヤホイール１０の外周には、タイヤ２０が取り付けられ、車輪を構成している。タイヤホイール１０は、サスペンション構造部３０に取り付けられた固定シャフト４０に、軸受１２Ａ，１２Ｂによって回動自在に支持されている。エンジンやモータ等の動力源からの駆動力は、チェーン，ベルト，ギヤ，スプラインなどにより、駆動軸５０を介して、タイヤホイール１０に伝達され、タイヤ２０を回転駆動する。
フライホイール手段１１０は、フライホイールウェイト１１２と、フライホルディスク１１４とからなる。フライホルディスク１１４は、円盤状の形状であり、その内周部においては、固定シャフト４０に対して軸受１１６Ａ，１１６Ｂを介して回動自在に支持されている。フライホイールウェイト１１２は、フライホルディスク１１４の外周側に固定保持されており、車輪の運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積する部材である。フライホイールウェイト１１２は、重量が大きいほど蓄えられる運動エネルギーも大きいため、金属等の重量部材からなる。一方、フライホルディスク１１４は、軽量で剛性の大きなカーボン等の部材からなる。
増速手段１２０は、タイヤホイール１０の回転駆動力（タイヤ２０の回転駆動力）をフライホイール手段１１０に伝達して蓄積する際に、フライホイール手段１１０の回転が高速回転なほど蓄積されるエネルギーが大きくできるため、回転速度を増速するために用いられる。増速手段１２０としては、ここでは、２段構成の遊星歯車機構を用いており、プラネタリギヤ１２２と、リングギヤ１２４と、フライホイルドライブギヤ（ピニオンギヤ）１２６とを備えている。プラネタリギヤ１２２は、タイヤホイール１０に固定されたプラネタリキャリア１２８によって回転可能に支持されている。また、プラネタリギヤ１２２は、第１のギヤ１２２Ａと、第２のギヤ１２２Ｂとを備えている。リングギヤ１２４は、固定シャフト４０に固定されたリングギヤ固定プレート１２９に固定されるとともに、プラネタリギヤ１２２と係合している。フライホイルドライブギヤ（ピニオンギヤ）１２６は、固定シャフト４０に固定されている。タイヤホイール１０の回転力は、リングギヤ１２４とプラネタリギヤ１２２とを介して、フライホイルドライブギヤ（ピニオンギヤ）１２６に伝達される。遊星歯車機構の増速比は、通常×３〜×５であるが、ここでは、２段の遊星歯車機構を用いることにより、×９〜×２５とすることが可能であり、例えば、×１６に選択されている。
フライホイルクラッチ１３０は、増速手段１２０で増速された回転駆動力をフライホイール手段１１０に伝達し、また、非伝達とする駆動力伝達手段であり、ここでは、遠心クラッチを用いている。すなわち、タイヤホイール１０の回転数が所定数以上になると、タイヤホイール１０の回転力は、増速手段１２０及びフライホイルクラッチ１３０を介して、フライホイール手段１１０に伝達され、所定回転数より低い場合には、タイヤホイール１０の回転力は、フライホイール手段１１０には伝達されないものである。ここで、所定回転数とは、動力源がエンジン（内燃機関）の場合、例えば、１５００ｒｐｍとする。エンジンのトルクカーブは、例えば、数千回転にピークがあり、低回転ではトルクも小さいため、フライホイール手段１１０の運動エネルギー蓄積のために、その小さいトルクを用いるのは得策でない。また、エンジンの燃料消費率は、低回転ほど燃料消費率が悪いものである。したがって、エンジンの出力トルクもある程度有り、しかも、燃料消費率もある程度良い状態で、フライホイール手段１１０に運動エネルギーを蓄積することが好ましく、その回転数は、例えば、１５００ｒｐｍである。なお、エンジンと車輪の間には、変速機やデファレンシャルギヤ等の減速機構があり、その全体としての減速比を例えば３．０とすると、エンジンが１５００ｒｐｍの時、車輪は５００ｒｐｍとなるため、フライホイルクラッチ１３０は、５００ｒｐｍ以上で、増速手段１２０で増速された回転駆動力をフライホイール手段１１０に伝達するように設定されたものを用いればよいものである。
蓄積動力伝達手段１４０は、フライホイール手段１１０に蓄積された運動エネルギーを、タイヤホイール１０に伝達して、タイヤ２０を駆動する場合に用いられる。蓄積動力伝達手段１４０としては、例えば、ワンウェイクラッチを用いる。このワンウェイクラッチは、フライホイール手段１１０からは増速手段１２０を介してタイヤホイール１０にエネルギーを伝達できるが、逆方向の増速手段１２０からフライホイール手段１１０の方向にはエネルギーを伝達できないものである。これは、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ）には、タイヤ２０の回転による運動エネルギーをフライホイール手段１１０に蓄積できるが、減速時や制動時のように逆の場合（ＦＷＤＧ＞ＦＷＤ）には、タイヤの回転数を減速することになる。そこで、運動エネルギーの伝達は、フライホイール手段１１０から増速手段１２０の方向の一方向となるように、ワンウェイクラッチを用いている。そして、減速時や制動時には、蓄積された回転エネルギーをフライホイール手段１１０に保持する。
蓄積動力伝達手段１４０により、フライホイール手段１１０に蓄積された運動エネルギーを、タイヤホイール１０に伝達して、タイヤ２０を駆動する場合、増速手段１２０は、減速機構として作用するため、発進や加速などにはフライホイルウェイト１２２に蓄積された回転エネルギーは、減速され，そして、トルクを増大させた上で、車両駆動トルクとして利用することができる。
次に、図２を用いて、本実施形態による車両用駆動装置の原理動作について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による車両用駆動装置の動作原理説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
図２（Ｂ）は、空走時等において、タイヤ２０からフライホイールウェイト１１２に運動エネルギーを蓄積している状態を示している。このときは、図２（Ａ）に示すように、タイヤ２０と、フライホイール手段１１０のフライホールウェイト１１２は、運動エネルギーを蓄積可能なように連結され、タイヤ２０からフライホイールウェイト１１２に運動エネルギーを蓄積する。
また、図２（Ｄ）は、減速時や制動時等において、フライホイールウェイト１１２は、蓄積した運動エネルギーを保持している状態を示している。このときは、図２（Ｃ）に示すように、タイヤ２０と、フライホイール手段１１０のフライホールウェイト１１２は非連結となり、フライホイールウェイト１１２は蓄積された運動エネルギーを保持している。
図２（Ｆ）は、発進時や加速時等において、フライホイールウェイト１１２に蓄積した運動エネルギーを、タイヤ２０に伝達して、タイヤ２０の駆動をアシストしている状態を示している。このときは、図２（Ｅ）に示すように、タイヤ２０と、フライホイール手段１１０のフライホールウェイト１１２は、蓄積された運動エネルギーを放出可能なように連結され、フライホイールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーによってタイヤ２０を駆動する。
以上のような構成により、発進時や加速時のように、大きな駆動力を必要とするときに、フライホイール手段１１０に蓄積された運動エネルギーによりタイヤ２０を駆動することにより、発進がスムーズになり、また発進時や加速時の加速性を向上することができる。また、エンジンの馬力が小さい場合でも、発進性加速性を向上することができる。このとき、従来の回生制動や、フライホイルバッテリーのように、運動エネルギー（機械的エネルギー）を電気エネルギーに変換したり、逆に変換したりする過程がないため、エネルギーの損失が少なく、エネルギーの利用効率を向上できる。
次に、図３及び図４を用いて、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の構成及び動作について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。図４は、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の動作説明のための要部断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態の基本的な構成は、図１に示したものと同様であるが、フライホイールウェイト１２２に蓄積された運動エネルギーを、タイヤ２０に伝達する手段が異なっている。すなわち、本実施形態の車両用駆動装置１００Ａでは、蓄積動力伝達手段１４０を用いていないで、軸受１２Ａ，１２Ｂ，１１６Ａ，１１６Ｂをスラスト軸受とし、また、駆動軸５０Ａとタイヤホイール２０Ａとの間には、螺旋状の溝とピンとを設け、発進時のように、駆動軸５０Ａに駆動力がかかると、タイヤホイール１０Ａが矢印Ｈ１方向に移動し、それによって、フライホイルディスク１１４とフライホイルドライブギヤ１２６を接触させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達するようにしている。
すなわち、図４（Ａ）に示す状態では、フライホイルディスク１１４とフライホイルクラッチ１３０との間には、矢印Ｘ１で示す部分にギャップがあり、フライホイルディスク１１４は、フライホイルドライブギヤ１２６と非接触状態である。それに対して、図４（Ｂ）に示すように、発進時のように、駆動軸５０Ａに駆動力がかかると、タイヤホイール１０Ａが矢印Ｈ１方向に移動し、それによって、フライホイルディスク１１４とフライホイルドライブギヤ１２６を接触させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達するようにしている。
なお、タイヤホイール１０を矢印Ｈ１方向に移動することにより、多少タイヤ間の距離（トレッド）が変化するが、タイヤホイール１０の移動量は１ｍｍ程度でよいため、トレッドの変動の影響はほとんどないものである。
本実施形態によっても、エネルギーの損失が少なく、エネルギーの利用効率を向上できる。
次に、図５及び図６を用いて、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の構成及び動作について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。図６は、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の動作説明のための要部断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態の基本的な構成は、図１に示したものと同様であるが、フライホイールウェイト１２２に蓄積された運動エネルギーを、タイヤ２０に伝達する手段が異なっている。すなわち、本実施形態の車両用駆動装置１００Ｂでは、蓄積動力伝達手段１４０を用いていないで、軸受１１６Ａ，１１６Ｂをスラスト軸受としアクチュエータ１４２により、フライホイルディスク１１４を矢印Ｈ２方向に移動して、フライホイルドライブギヤ１２６を接触させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達するようにしている。
アクチュエータ１４２の動作を制御するため、フライホイール制御手段（ＦＷＣＵ）１５０を備えている。ＦＷＣＵ１５０は、アクセル開度信号θｔｈ，ブレーキペダル踏込み信号Ｂｒ，エンジン回転数Ｎｅや車速Ｖおよび回転数差検出器１６０からの信号に基づいて、アクチュエータ１４２のオン・オフを制御する。回転数差検出器１６０は、回転数検出器１６２，１６４からの信号に基づいて、フライホイルディスク１１４とタイヤホイール１０の回転数をそれぞれ検出する。回転数検出器１６２，１６４は、例えば磁歪素子からなる。一方、回転数検出器１６２，１６４のそれぞれの位置に対応して、フライホイルディスク１１４には切り欠き１６２Ｂが形成され、タイヤホイール１０には切り欠き１６２Ｂが形成されている。切り欠き１６２Ｂは、フライホイルディスク１１４が円柱形状の固定シャフト４０と接触する面の円周方向に１個以上設けられている。また、切り欠き１６４Ｂは、タイヤホイール１０が円柱形状の固定シャフト４０と接触する面の円周方向に１個以上設けられている。
磁歪素子を用いた回転数検出器１６２，１６４は、切り欠き１６２Ｂ，１６４Ｂを検出して、回転数に相当する信号を出力する。ここで、前述したように、フライホイルディスク１１４は、増速手段１２０を介してタイヤホイール１０により回転駆動されるため、両者には、増速手段１２０の増速比に相当する回転数差がある。ここで、例えば、増速比Ｇを１６とすると、（切り欠き１６２Ｂの個数）：（切り欠き１６４Ｂの個数）＝１：１６とすることにより、フライホイルディスク１１４が１６回転した時の回転数検出器１６２の検出値と、タイヤホイール１０が１回転したときの回転数検出器１６４の検出値を等しくできる。したがって、あたかも、増速手段１２０がない場合と同様にして、回転数差検出器１６０は、回転数検出器１６２，１６４の差をとることにより、あたかも、増速手段１２０がない場合と同様にして、フライホイルディスク１１４とタイヤホイール１０との回転数差を検出することができる。ここでいう回転数差とは、実際の回転数差ではなく、タイヤホイール１０からフライホイルディスク１１４に対して運動エネルギーを蓄積可能かどうかを判定できる基準である。すなわち、前述したように、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ）には、タイヤ２０の回転による運動エネルギーをフライホイール手段１１０に蓄積できるが、減速時や制動時のように逆の場合（ＦＷＤＧ＞ＦＷＤ）には、蓄積できないことになる。そこで、回転数差検出器１６０は、蓄積した運動エネルギーを放出できるかできないかの基準を示す信号を、出力するものである。
ここで、図６を用いて、アクチュエータ１４２の具体的な構成について説明する。アクチュエータ１４２は、固定シャフト４０の内部に設けられており、矢印Ｈ３方向に往復動可能な構成である。図６（Ａ）に示す状態では、フライホイルディスク１１４とフライホイルクラッチ１３０との間には、矢印Ｘ１で示す部分にギャップがあり、フライホイルディスク１１４は、フライホイルドライブギヤ１２６と非接触状態である。それに対して、アクチュエータ１５２をオンすると、図６（Ｂ）に示すように、フライホイルディスク１１４が矢印Ｈ３方向に移動し、それによって、フライホイルディスク１１４とフライホイルドライブギヤ１２６を接触させて（矢印Ｘ２部）、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達するようにしている。
次に、ＦＷＣＵ１５０の制御内容について説明する。ＦＷＣＵ１５０は、回転数差検出器１６０の検出信号により、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ），すなわち、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、タイヤホイール１０の回転数ＴＦに増速比Ｇを掛けた回転数（Ｇ・ＴＦ）が低い場合（Ｇ・ＴＦ＜ＦＷＤ）の場合であって、発進時（車速Ｖが０〜３ｋｍ／ｈで、アクセル開度が全開の１／８以上の場合）や、加速時（アクセル開度θｔｈの時間変化分が所定値よりも大きい場合）に、アクチュエータ１４２を動作させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達する。
なお、回転数検出器１６４に代えて、車速センサの信号により、タイヤホイールの回転数に相当する信号を得て、この車速センサの出力と、回転数検出器１６２の出力により、制御するようにしてもよいものである。
本実施形態によっても、エネルギーの損失が少なく、エネルギーの利用効率を向上できる。
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施形態による車両用駆動装置の構成及び動作について説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。なお、図１，図５と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態の基本的な構成は、図１に示したものと同様であるが、図１に示したワンウェイクラッチからなるフライホイルクラッチ１３０及び蓄積動力伝達手段１４０の代わりに、本実施形態の車両用駆動装置１００Ｃでは、電磁クラッチ１３０Ａを用いている。電磁クラッチ１３０Ａは、ＦＷＣＵ１５０Ａによってオン・オフ（開放・締結）制御され、タイヤ２０の運動エネルギーをフライホイールウェイト１２２に蓄積したり、フライホイールウェイト１２２に蓄積された運動エネルギーを、タイヤ２０に伝達する制御を実行する。
次に、ＦＷＣＵ１５０Ａの制御内容について説明する。フライホイール手段１１０へのエネルギーの蓄積は、中間加速時に行われる。すなわち、ＦＷＣＵ１５０Ａは、回転数差検出器１６０の検出信号により、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ），すなわち、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、タイヤホイール１０の回転数ＴＦに増速比Ｇを掛けた回転数（Ｇ・ＴＦ）が高い場合（Ｇ・ＴＦ＞ＦＷＤ）の場合であって、エンジン回転数Ｎｅが１５００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍの時に、中間加速時と判断して、電磁クラッチ１３０Ａをオンして、クラッチを締結し、タイヤ２０の回転による運動エネルギーを増速手段１２０を介してフライホールウェイト１１２に蓄積する。
また、フライホイール手段１１０へのエネルギーの蓄積は、減速時にも行われる。すなわち、ＦＷＣＵ１５０Ａは、回転数差検出器１６０の検出信号により、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ），すなわち、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、タイヤホイール１０の回転数ＴＦに増速比Ｇを掛けた回転数（Ｇ・ＴＦ）が高い場合（Ｇ・ＴＦ＞ＦＷＤ）の場合であって、アクセル開度θｔｈが０で、ブレーキペダル踏込み信号Ｂｒがオンの時に、減速時と判断して、電磁クラッチ１３０Ａをオンして、クラッチを締結し、タイヤ２０の回転による運動エネルギーを増速手段１２０を介してフライホールウェイト１１２に蓄積する。また、同じく（Ｇ・ＴＦ＞ＦＷＤ）の場合であって、アクセル開度θｔｈが０で、自動変速機の場合にオーバドライブ（ＯＤ）がオフとされたり、Ｄレンジから２レンジにシフトダウンされた場合にも、減速時と判断して、電磁クラッチ１３０Ａをオンして、クラッチを締結し、タイヤ２０の回転による運動エネルギーを増速手段１２０を介してフライホールウェイト１１２に蓄積する。
一方、フライホイール手段１１０からのエネルギーの放出時には、ＦＷＣＵ１５０Ａは、回転数差検出器１６０の検出信号により、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ），すなわち、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、タイヤホイール１０の回転数ＴＦに増速比Ｇを掛けた回転数（Ｇ・ＴＦ）が低い場合（Ｇ・ＴＦ＜ＦＷＤ）の場合であって、発進時（車速Ｖが０〜３ｋｍ／ｈで、アクセル開度が全開の１／８以上の場合）や、加速時（アクセル開度θｔｈの時間変化分が所定値よりも大きい場合）に、アクチュエータ１４２を動作させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達する。
以上の中間加速時，減速時，発進・加速時の場合に以外には、電磁クラッチ１３０Ａはオフ（開放状態）となり、フライホイール手段１１０に蓄積された運動エネルギーは、保持されている。
本実施形態によっても、エネルギーの損失が少なく、エネルギーの利用効率を向上できる。
次に、図８を用いて、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の構成及び動作について説明する。
図８は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の構成を示す模式図である。なお、図１〜図７と同一符号は、同一部分を示している。
２つの前輪ＷＨ−ＦＬ，ＷＨ−ＦＲは、エンジンＥＮＧによって駆動される駆動輪である。エンジンＥＮＧは、エンジンコントロール装置ＥＣＵによって制御される。後輪ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲは、動力源には接続されていない被駆動輪である。この後輪ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲの内部には、図５に示された車両用駆動装置１００Ｂ若しくは図７に示された車両用駆動装置１００Ｃが内蔵されている。車両用駆動装置１００Ｂ（１００Ｃ）は、ＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）によって制御される。図５や図７で説明したアクセル開度信号θｔｈ，ブレーキペダル踏込み信号Ｂｒ，エンジン回転数Ｎｅや車速Ｖは、エンジンコントロール装置ＥＣＵからＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）に与えられる。
以上のように、被駆動輪の内部に車両用駆動装置を備えることにより、中間加速時のタイヤの回転による運動エネルギーを蓄積し、発進・加速時に蓄積したエネルギーを放出することにより、発進性，加速性が向上する。また、通常は２輪駆動（前輪駆動）であるが、発進・加速時には４輪駆動となり、走行性が向上する。
なお、前述の例は、前輪駆動であるが、後輪駆動車両の場合には、被駆動輪である前輪の内部に車両用駆動装置を備えるようにしてもよいものである。また、動力源としては、エンジンに限らず、モータを用いてもよいものである。さらに、前後輪の一方をエンジンで駆動し、他方の車輪をモータで駆動するハイブリット自動車において、モータ駆動輪側に車両用駆動装置を備えることにより、発進・加速時のモータトルクをアシストすることができる。
また、車両用駆動装置としては、図１や図３に示した車両用駆動装置１００，１００Ａを用いることもでき、このときは、ＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）は不要である。
次に、図９を用いて、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の第２の構成及び動作について説明する。
図９は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の第２の構成を示す模式図である。なお、図１〜図８と同一符号は、同一部分を示している。
２つの前輪ＷＨ−ＦＬ，ＷＨ−ＦＲは、エンジンＥＮＧによって駆動される駆動輪である。エンジンＥＮＧは、エンジンコントロール装置ＥＣＵによって制御される。後輪ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲは、動力源には接続されていない被駆動輪である。前輪ＷＨ−ＦＬ，ＷＨ−ＦＲ及び後輪ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲの内部には、図５に示された車両用駆動装置１００Ｂ若しくは図７に示された車両用駆動装置１００Ｃが内蔵されている。車両用駆動装置１００Ｂ（１００Ｃ）は、ＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）によって制御される。図５や図７で説明したアクセル開度信号θｔｈ，ブレーキペダル踏込み信号Ｂｒ，エンジン回転数Ｎｅや車速Ｖは、エンジンコントロール装置ＥＣＵからＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）に与えられる。
以上のように、被駆動輪の内部に車両用駆動装置を備えることにより、中間加速時のタイヤの回転による運動エネルギーを蓄積し、発進・加速時に蓄積したエネルギーを４輪のタイヤより放出することにより、発進性，加速性がさらに向上する。また、通常は２輪駆動（前輪駆動）であるが、発進・加速時には４輪駆動となり、走行性が向上する。
なお、動力源としては、エンジンに限らず、モータを用いてもよいものである。さらに、前後輪の一方をエンジンで駆動し、他方の車輪をモータで駆動するハイブリット自動車に適用してもよいものである。また、車両用駆動装置としては、図１や図３に示した車両用駆動装置１００，１００Ａを用いることもでき、このときは、ＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）は不要である。
次に、図１０を用いて、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した２輪車両の構成及び動作について説明する。
図１０は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した２輪車両の構成を示す模式図である。なお、図１〜図７と同一符号は、同一部分を示している。
エンジンＥの駆動力は、チェーンやシャフト等の伝達手段ＴＲによって後輪ＷＨ−Ｒに伝達される。前輪ＷＨ−Ｆは、動力源には接続されていない被駆動輪である。この前輪ＷＨ−Ｆの内部には、図３に示された車両用駆動装置１００Ａが内蔵されている。
以上のように、被駆動輪の内部に車両用駆動装置を備えることにより、中間加速時のタイヤの回転による運動エネルギーを蓄積し、発進・加速時に蓄積したエネルギーを放出することにより、発進性，加速性が向上する。また、フライホイール手段は、ジャイロ効果を有するため、走行中の安定性が向上する。
なお、前述の例では、４輪車両であるが、４輪に限られるものでなく、また、乗用に限らず、貨物車両，軽車両，荷役補助車両，鉄道車両等にも適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、車輪，車両のエネルギーの利用効率を向上できるものとなる。
【図１】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【技術分野】
本発明は、タイヤの回転により得られた運動エネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーをタイヤに放出する車両用駆動装置及びこれを用いた車両に関する。
【背景技術】
従来、電気自動車やハイブリッド車両において、例えば、特開２００３−３２７１０３号公報に記載のように、制動時のエネルギーを回収して、バッテリーに電気エネルギーとして充電する方法が知られている。
また、例えば、特開２００４−７２９８０号公報に記載のように、回生された電力で小型の電動機を高速回転させ、回転力として蓄積するフライホイルバッテリーが知られている。
【発明の開示】
しかしながら、特開２００３−３２７１０３号公報に記載の方式では、回転エネルギー→発電→バッテリーへの充電と機械的エネルギーを電気に変換し、さらに、バッテリー→モータと電気エネルギーを機械的エネルギーに逆変換するため、充電する時のエネルギー損失と、その逆の利用時のエネルギー損失が大きく、実際に使えるエネルギーは２５％にも満たないものであった。このため、従来より、エネルギーの利用効率の向上が求められていた。
また、特開２００４−７２９８０号公報に記載の方式では、バッテリーへの化学変化での充電とは違い、若干効率は優れるものの、電力と運動エネルギーの変換が行われるため、エネルギーの利用効率が前例とほぼ同じものあった。
本発明の目的は、エネルギーの利用効率を向上できる車両用駆動装置及びこれを用いた車両を提供することにある。
（１）上記目的を達成するために、本発明は、車両用駆動装置をフライホイル駆動装置によって構成したもので、具体的には、回転する車輪の有する運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイール手段と、このフライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達する蓄積動力伝達手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、フライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを車輪の駆動に利用することにより、エネルギーの利用効率を向上し得るものとなる。
（２）上記（１）において、好ましくは、前記車輪と前記フライホイール手段との間に配置され、前記車輪の回転数が所定回転数以上になると、前記車輪の回転を前記フライホイール手段に伝達する駆動力伝達手段を備えるようにしたものである。
（３）上記（２）において、好ましくは、前記駆動力伝達手段は、遠心クラッチである。
（４）上記（１）において、好ましくは、前記蓄積動力伝達手段は、前記蓄積動力伝達手段から前記車輪の方向にのみ動力を伝達可能なワンウェイクラッチであるである。
（５）上記（１）において、好ましくは、前記蓄積動力伝達手段は、外部からの指令により、前記蓄積動力伝達手段から前記車輪への動力伝達を可能とするアクチュエータであり、このアクチュエータの動作を制御する制御手段を備えるようにしたものである。
（６）上記（２）において、好ましくは、前記駆動力伝達手段及び前記蓄積動力伝達手段は、外部からの指令により、前記蓄積動力伝達手段と前記車輪との間の動力伝達を開放・締結する電磁クラッチであり、この電磁クラッチの動作を制御する制御手段を備えるようにしたものである。
（７）上記（５）または（６）において、好ましくは、前記制御手段は、前記車輪を備えた車両が中間加速状態若しくは減速状態を判断すると、前記電磁クラッチを締結して、前記車輪の運動エネルギーを前記フライホイール手段に蓄積し、前記車両が発進若しくは加速状態と判定すると、前記電磁クラッチを締結して、前記フライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達するようにしたものである。
（８）上記（１）において、好ましくは、前記車輪と前記フライホイール手段との間に配置され、前記車輪の回転速度を増速して伝達する増速手段を備えるようにしたものである。
（９）上記（１）において、好ましくは、前記フライホイール手段は、前記車輪を構成するタイヤとタイヤホイールの内、このタイヤホイールの内部に配置されたものである。
（１０）また、上記目的を達成するために、本発明は、複数の車輪を有し、これらの複数の車輪の少なくとも一部が動力源によって駆動される車両において、前記車輪の有する運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイール手段と、このフライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達する蓄積動力伝達手段とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、フライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを車輪の駆動に利用することにより、エネルギーの利用効率を向上し得るものとなる。
（１１）上記（１０）において、好ましくは、前記フライホイール手段及び前記蓄積動力伝達手段は、前記車輪の内、前記動力源によって駆動されない被駆動車輪に対して備えるようにしたものである。
（１２）上記（１０）において、好ましくは、前記フライホイール手段及び前記蓄積動力伝達手段は、前記車輪の内、前記動力源によって駆動されない被駆動車輪及び前記動力源によって駆動される駆動車輪に対して備えるようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
図２は、本発明の一実施形態による車両用駆動装置の動作原理説明図である。
図３は、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
図４は、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の動作説明のための要部断面図である。
図５は、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
図６は、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の動作説明のための要部断面図である。
図７は、本発明の第４の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
図８は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の構成を示す模式図である。
図９は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の第２の構成を示す模式図である。
図１０は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した２輪車両の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の第１の実施形態による車両用駆動装置，具体的には、フライホイル駆動装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１を用いて、本実施形態による車両用駆動装置の構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。
車両用駆動装置１００は、タイヤホイール１０の内部に設けられており、フライホイール手段１１０と、増速手段１２０と、フライホイルクラッチ１３０と、蓄積動力伝達手段１４０とを備えている。タイヤホイール１０は、車両用駆動装置１００に対するケーシングを兼ねている。タイヤホイール１０の外周には、タイヤ２０が取り付けられ、車輪を構成している。タイヤホイール１０は、サスペンション構造部３０に取り付けられた固定シャフト４０に、軸受１２Ａ，１２Ｂによって回動自在に支持されている。エンジンやモータ等の動力源からの駆動力は、チェーン，ベルト，ギヤ，スプラインなどにより、駆動軸５０を介して、タイヤホイール１０に伝達され、タイヤ２０を回転駆動する。
フライホイール手段１１０は、フライホイールウェイト１１２と、フライホルディスク１１４とからなる。フライホルディスク１１４は、円盤状の形状であり、その内周部においては、固定シャフト４０に対して軸受１１６Ａ，１１６Ｂを介して回動自在に支持されている。フライホイールウェイト１１２は、フライホルディスク１１４の外周側に固定保持されており、車輪の運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積する部材である。フライホイールウェイト１１２は、重量が大きいほど蓄えられる運動エネルギーも大きいため、金属等の重量部材からなる。一方、フライホルディスク１１４は、軽量で剛性の大きなカーボン等の部材からなる。
増速手段１２０は、タイヤホイール１０の回転駆動力（タイヤ２０の回転駆動力）をフライホイール手段１１０に伝達して蓄積する際に、フライホイール手段１１０の回転が高速回転なほど蓄積されるエネルギーが大きくできるため、回転速度を増速するために用いられる。増速手段１２０としては、ここでは、２段構成の遊星歯車機構を用いており、プラネタリギヤ１２２と、リングギヤ１２４と、フライホイルドライブギヤ（ピニオンギヤ）１２６とを備えている。プラネタリギヤ１２２は、タイヤホイール１０に固定されたプラネタリキャリア１２８によって回転可能に支持されている。また、プラネタリギヤ１２２は、第１のギヤ１２２Ａと、第２のギヤ１２２Ｂとを備えている。リングギヤ１２４は、固定シャフト４０に固定されたリングギヤ固定プレート１２９に固定されるとともに、プラネタリギヤ１２２と係合している。フライホイルドライブギヤ（ピニオンギヤ）１２６は、固定シャフト４０に固定されている。タイヤホイール１０の回転力は、リングギヤ１２４とプラネタリギヤ１２２とを介して、フライホイルドライブギヤ（ピニオンギヤ）１２６に伝達される。遊星歯車機構の増速比は、通常×３〜×５であるが、ここでは、２段の遊星歯車機構を用いることにより、×９〜×２５とすることが可能であり、例えば、×１６に選択されている。
フライホイルクラッチ１３０は、増速手段１２０で増速された回転駆動力をフライホイール手段１１０に伝達し、また、非伝達とする駆動力伝達手段であり、ここでは、遠心クラッチを用いている。すなわち、タイヤホイール１０の回転数が所定数以上になると、タイヤホイール１０の回転力は、増速手段１２０及びフライホイルクラッチ１３０を介して、フライホイール手段１１０に伝達され、所定回転数より低い場合には、タイヤホイール１０の回転力は、フライホイール手段１１０には伝達されないものである。ここで、所定回転数とは、動力源がエンジン（内燃機関）の場合、例えば、１５００ｒｐｍとする。エンジンのトルクカーブは、例えば、数千回転にピークがあり、低回転ではトルクも小さいため、フライホイール手段１１０の運動エネルギー蓄積のために、その小さいトルクを用いるのは得策でない。また、エンジンの燃料消費率は、低回転ほど燃料消費率が悪いものである。したがって、エンジンの出力トルクもある程度有り、しかも、燃料消費率もある程度良い状態で、フライホイール手段１１０に運動エネルギーを蓄積することが好ましく、その回転数は、例えば、１５００ｒｐｍである。なお、エンジンと車輪の間には、変速機やデファレンシャルギヤ等の減速機構があり、その全体としての減速比を例えば３．０とすると、エンジンが１５００ｒｐｍの時、車輪は５００ｒｐｍとなるため、フライホイルクラッチ１３０は、５００ｒｐｍ以上で、増速手段１２０で増速された回転駆動力をフライホイール手段１１０に伝達するように設定されたものを用いればよいものである。
蓄積動力伝達手段１４０は、フライホイール手段１１０に蓄積された運動エネルギーを、タイヤホイール１０に伝達して、タイヤ２０を駆動する場合に用いられる。蓄積動力伝達手段１４０としては、例えば、ワンウェイクラッチを用いる。このワンウェイクラッチは、フライホイール手段１１０からは増速手段１２０を介してタイヤホイール１０にエネルギーを伝達できるが、逆方向の増速手段１２０からフライホイール手段１１０の方向にはエネルギーを伝達できないものである。これは、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ）には、タイヤ２０の回転による運動エネルギーをフライホイール手段１１０に蓄積できるが、減速時や制動時のように逆の場合（ＦＷＤＧ＞ＦＷＤ）には、タイヤの回転数を減速することになる。そこで、運動エネルギーの伝達は、フライホイール手段１１０から増速手段１２０の方向の一方向となるように、ワンウェイクラッチを用いている。そして、減速時や制動時には、蓄積された回転エネルギーをフライホイール手段１１０に保持する。
蓄積動力伝達手段１４０により、フライホイール手段１１０に蓄積された運動エネルギーを、タイヤホイール１０に伝達して、タイヤ２０を駆動する場合、増速手段１２０は、減速機構として作用するため、発進や加速などにはフライホイルウェイト１２２に蓄積された回転エネルギーは、減速され，そして、トルクを増大させた上で、車両駆動トルクとして利用することができる。
次に、図２を用いて、本実施形態による車両用駆動装置の原理動作について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による車両用駆動装置の動作原理説明図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
図２（Ｂ）は、空走時等において、タイヤ２０からフライホイールウェイト１１２に運動エネルギーを蓄積している状態を示している。このときは、図２（Ａ）に示すように、タイヤ２０と、フライホイール手段１１０のフライホールウェイト１１２は、運動エネルギーを蓄積可能なように連結され、タイヤ２０からフライホイールウェイト１１２に運動エネルギーを蓄積する。
また、図２（Ｄ）は、減速時や制動時等において、フライホイールウェイト１１２は、蓄積した運動エネルギーを保持している状態を示している。このときは、図２（Ｃ）に示すように、タイヤ２０と、フライホイール手段１１０のフライホールウェイト１１２は非連結となり、フライホイールウェイト１１２は蓄積された運動エネルギーを保持している。
図２（Ｆ）は、発進時や加速時等において、フライホイールウェイト１１２に蓄積した運動エネルギーを、タイヤ２０に伝達して、タイヤ２０の駆動をアシストしている状態を示している。このときは、図２（Ｅ）に示すように、タイヤ２０と、フライホイール手段１１０のフライホールウェイト１１２は、蓄積された運動エネルギーを放出可能なように連結され、フライホイールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーによってタイヤ２０を駆動する。
以上のような構成により、発進時や加速時のように、大きな駆動力を必要とするときに、フライホイール手段１１０に蓄積された運動エネルギーによりタイヤ２０を駆動することにより、発進がスムーズになり、また発進時や加速時の加速性を向上することができる。また、エンジンの馬力が小さい場合でも、発進性加速性を向上することができる。このとき、従来の回生制動や、フライホイルバッテリーのように、運動エネルギー（機械的エネルギー）を電気エネルギーに変換したり、逆に変換したりする過程がないため、エネルギーの損失が少なく、エネルギーの利用効率を向上できる。
次に、図３及び図４を用いて、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の構成及び動作について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。図４は、本発明の第２の実施形態による車両用駆動装置の動作説明のための要部断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態の基本的な構成は、図１に示したものと同様であるが、フライホイールウェイト１２２に蓄積された運動エネルギーを、タイヤ２０に伝達する手段が異なっている。すなわち、本実施形態の車両用駆動装置１００Ａでは、蓄積動力伝達手段１４０を用いていないで、軸受１２Ａ，１２Ｂ，１１６Ａ，１１６Ｂをスラスト軸受とし、また、駆動軸５０Ａとタイヤホイール２０Ａとの間には、螺旋状の溝とピンとを設け、発進時のように、駆動軸５０Ａに駆動力がかかると、タイヤホイール１０Ａが矢印Ｈ１方向に移動し、それによって、フライホイルディスク１１４とフライホイルドライブギヤ１２６を接触させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達するようにしている。
すなわち、図４（Ａ）に示す状態では、フライホイルディスク１１４とフライホイルクラッチ１３０との間には、矢印Ｘ１で示す部分にギャップがあり、フライホイルディスク１１４は、フライホイルドライブギヤ１２６と非接触状態である。それに対して、図４（Ｂ）に示すように、発進時のように、駆動軸５０Ａに駆動力がかかると、タイヤホイール１０Ａが矢印Ｈ１方向に移動し、それによって、フライホイルディスク１１４とフライホイルドライブギヤ１２６を接触させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達するようにしている。
なお、タイヤホイール１０を矢印Ｈ１方向に移動することにより、多少タイヤ間の距離（トレッド）が変化するが、タイヤホイール１０の移動量は１ｍｍ程度でよいため、トレッドの変動の影響はほとんどないものである。
本実施形態によっても、エネルギーの損失が少なく、エネルギーの利用効率を向上できる。
次に、図５及び図６を用いて、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の構成及び動作について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。図６は、本発明の第３の実施形態による車両用駆動装置の動作説明のための要部断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態の基本的な構成は、図１に示したものと同様であるが、フライホイールウェイト１２２に蓄積された運動エネルギーを、タイヤ２０に伝達する手段が異なっている。すなわち、本実施形態の車両用駆動装置１００Ｂでは、蓄積動力伝達手段１４０を用いていないで、軸受１１６Ａ，１１６Ｂをスラスト軸受としアクチュエータ１４２により、フライホイルディスク１１４を矢印Ｈ２方向に移動して、フライホイルドライブギヤ１２６を接触させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達するようにしている。
アクチュエータ１４２の動作を制御するため、フライホイール制御手段（ＦＷＣＵ）１５０を備えている。ＦＷＣＵ１５０は、アクセル開度信号θｔｈ，ブレーキペダル踏込み信号Ｂｒ，エンジン回転数Ｎｅや車速Ｖおよび回転数差検出器１６０からの信号に基づいて、アクチュエータ１４２のオン・オフを制御する。回転数差検出器１６０は、回転数検出器１６２，１６４からの信号に基づいて、フライホイルディスク１１４とタイヤホイール１０の回転数をそれぞれ検出する。回転数検出器１６２，１６４は、例えば磁歪素子からなる。一方、回転数検出器１６２，１６４のそれぞれの位置に対応して、フライホイルディスク１１４には切り欠き１６２Ｂが形成され、タイヤホイール１０には切り欠き１６２Ｂが形成されている。切り欠き１６２Ｂは、フライホイルディスク１１４が円柱形状の固定シャフト４０と接触する面の円周方向に１個以上設けられている。また、切り欠き１６４Ｂは、タイヤホイール１０が円柱形状の固定シャフト４０と接触する面の円周方向に１個以上設けられている。
磁歪素子を用いた回転数検出器１６２，１６４は、切り欠き１６２Ｂ，１６４Ｂを検出して、回転数に相当する信号を出力する。ここで、前述したように、フライホイルディスク１１４は、増速手段１２０を介してタイヤホイール１０により回転駆動されるため、両者には、増速手段１２０の増速比に相当する回転数差がある。ここで、例えば、増速比Ｇを１６とすると、（切り欠き１６２Ｂの個数）：（切り欠き１６４Ｂの個数）＝１：１６とすることにより、フライホイルディスク１１４が１６回転した時の回転数検出器１６２の検出値と、タイヤホイール１０が１回転したときの回転数検出器１６４の検出値を等しくできる。したがって、あたかも、増速手段１２０がない場合と同様にして、回転数差検出器１６０は、回転数検出器１６２，１６４の差をとることにより、あたかも、増速手段１２０がない場合と同様にして、フライホイルディスク１１４とタイヤホイール１０との回転数差を検出することができる。ここでいう回転数差とは、実際の回転数差ではなく、タイヤホイール１０からフライホイルディスク１１４に対して運動エネルギーを蓄積可能かどうかを判定できる基準である。すなわち、前述したように、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ）には、タイヤ２０の回転による運動エネルギーをフライホイール手段１１０に蓄積できるが、減速時や制動時のように逆の場合（ＦＷＤＧ＞ＦＷＤ）には、蓄積できないことになる。そこで、回転数差検出器１６０は、蓄積した運動エネルギーを放出できるかできないかの基準を示す信号を、出力するものである。
ここで、図６を用いて、アクチュエータ１４２の具体的な構成について説明する。アクチュエータ１４２は、固定シャフト４０の内部に設けられており、矢印Ｈ３方向に往復動可能な構成である。図６（Ａ）に示す状態では、フライホイルディスク１１４とフライホイルクラッチ１３０との間には、矢印Ｘ１で示す部分にギャップがあり、フライホイルディスク１１４は、フライホイルドライブギヤ１２６と非接触状態である。それに対して、アクチュエータ１５２をオンすると、図６（Ｂ）に示すように、フライホイルディスク１１４が矢印Ｈ３方向に移動し、それによって、フライホイルディスク１１４とフライホイルドライブギヤ１２６を接触させて（矢印Ｘ２部）、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達するようにしている。
次に、ＦＷＣＵ１５０の制御内容について説明する。ＦＷＣＵ１５０は、回転数差検出器１６０の検出信号により、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ），すなわち、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、タイヤホイール１０の回転数ＴＦに増速比Ｇを掛けた回転数（Ｇ・ＴＦ）が低い場合（Ｇ・ＴＦ＜ＦＷＤ）の場合であって、発進時（車速Ｖが０〜３ｋｍ／ｈで、アクセル開度が全開の１／８以上の場合）や、加速時（アクセル開度θｔｈの時間変化分が所定値よりも大きい場合）に、アクチュエータ１４２を動作させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達する。
なお、回転数検出器１６４に代えて、車速センサの信号により、タイヤホイールの回転数に相当する信号を得て、この車速センサの出力と、回転数検出器１６２の出力により、制御するようにしてもよいものである。
本実施形態によっても、エネルギーの損失が少なく、エネルギーの利用効率を向上できる。
次に、図７を用いて、本発明の第４の実施形態による車両用駆動装置の構成及び動作について説明する。
図７は、本発明の第４の実施形態による車両用駆動装置の構成を示す断面図である。なお、図１，図５と同一符号は、同一部分を示している。
本実施形態の基本的な構成は、図１に示したものと同様であるが、図１に示したワンウェイクラッチからなるフライホイルクラッチ１３０及び蓄積動力伝達手段１４０の代わりに、本実施形態の車両用駆動装置１００Ｃでは、電磁クラッチ１３０Ａを用いている。電磁クラッチ１３０Ａは、ＦＷＣＵ１５０Ａによってオン・オフ（開放・締結）制御され、タイヤ２０の運動エネルギーをフライホイールウェイト１２２に蓄積したり、フライホイールウェイト１２２に蓄積された運動エネルギーを、タイヤ２０に伝達する制御を実行する。
次に、ＦＷＣＵ１５０Ａの制御内容について説明する。フライホイール手段１１０へのエネルギーの蓄積は、中間加速時に行われる。すなわち、ＦＷＣＵ１５０Ａは、回転数差検出器１６０の検出信号により、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ），すなわち、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、タイヤホイール１０の回転数ＴＦに増速比Ｇを掛けた回転数（Ｇ・ＴＦ）が高い場合（Ｇ・ＴＦ＞ＦＷＤ）の場合であって、エンジン回転数Ｎｅが１５００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍの時に、中間加速時と判断して、電磁クラッチ１３０Ａをオンして、クラッチを締結し、タイヤ２０の回転による運動エネルギーを増速手段１２０を介してフライホールウェイト１１２に蓄積する。
また、フライホイール手段１１０へのエネルギーの蓄積は、減速時にも行われる。すなわち、ＦＷＣＵ１５０Ａは、回転数差検出器１６０の検出信号により、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ），すなわち、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、タイヤホイール１０の回転数ＴＦに増速比Ｇを掛けた回転数（Ｇ・ＴＦ）が高い場合（Ｇ・ＴＦ＞ＦＷＤ）の場合であって、アクセル開度θｔｈが０で、ブレーキペダル踏込み信号Ｂｒがオンの時に、減速時と判断して、電磁クラッチ１３０Ａをオンして、クラッチを締結し、タイヤ２０の回転による運動エネルギーを増速手段１２０を介してフライホールウェイト１１２に蓄積する。また、同じく（Ｇ・ＴＦ＞ＦＷＤ）の場合であって、アクセル開度θｔｈが０で、自動変速機の場合にオーバドライブ（ＯＤ）がオフとされたり、Ｄレンジから２レンジにシフトダウンされた場合にも、減速時と判断して、電磁クラッチ１３０Ａをオンして、クラッチを締結し、タイヤ２０の回転による運動エネルギーを増速手段１２０を介してフライホールウェイト１１２に蓄積する。
一方、フライホイール手段１１０からのエネルギーの放出時には、ＦＷＣＵ１５０Ａは、回転数差検出器１６０の検出信号により、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、フライホイルドライブギヤ１２６の回転数ＦＷＤＧが低い場合（ＦＷＤＧ＜ＦＷＤ），すなわち、フライホイールディスク１１４の回転数ＦＷＤに対して、タイヤホイール１０の回転数ＴＦに増速比Ｇを掛けた回転数（Ｇ・ＴＦ）が低い場合（Ｇ・ＴＦ＜ＦＷＤ）の場合であって、発進時（車速Ｖが０〜３ｋｍ／ｈで、アクセル開度が全開の１／８以上の場合）や、加速時（アクセル開度θｔｈの時間変化分が所定値よりも大きい場合）に、アクチュエータ１４２を動作させて、フライホールウェイト１１２に蓄積された運動エネルギーを増速手段１２０を介して、タイヤ２０に伝達する。
以上の中間加速時，減速時，発進・加速時の場合に以外には、電磁クラッチ１３０Ａはオフ（開放状態）となり、フライホイール手段１１０に蓄積された運動エネルギーは、保持されている。
本実施形態によっても、エネルギーの損失が少なく、エネルギーの利用効率を向上できる。
次に、図８を用いて、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の構成及び動作について説明する。
図８は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の構成を示す模式図である。なお、図１〜図７と同一符号は、同一部分を示している。
２つの前輪ＷＨ−ＦＬ，ＷＨ−ＦＲは、エンジンＥＮＧによって駆動される駆動輪である。エンジンＥＮＧは、エンジンコントロール装置ＥＣＵによって制御される。後輪ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲは、動力源には接続されていない被駆動輪である。この後輪ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲの内部には、図５に示された車両用駆動装置１００Ｂ若しくは図７に示された車両用駆動装置１００Ｃが内蔵されている。車両用駆動装置１００Ｂ（１００Ｃ）は、ＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）によって制御される。図５や図７で説明したアクセル開度信号θｔｈ，ブレーキペダル踏込み信号Ｂｒ，エンジン回転数Ｎｅや車速Ｖは、エンジンコントロール装置ＥＣＵからＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）に与えられる。
以上のように、被駆動輪の内部に車両用駆動装置を備えることにより、中間加速時のタイヤの回転による運動エネルギーを蓄積し、発進・加速時に蓄積したエネルギーを放出することにより、発進性，加速性が向上する。また、通常は２輪駆動（前輪駆動）であるが、発進・加速時には４輪駆動となり、走行性が向上する。
なお、前述の例は、前輪駆動であるが、後輪駆動車両の場合には、被駆動輪である前輪の内部に車両用駆動装置を備えるようにしてもよいものである。また、動力源としては、エンジンに限らず、モータを用いてもよいものである。さらに、前後輪の一方をエンジンで駆動し、他方の車輪をモータで駆動するハイブリット自動車において、モータ駆動輪側に車両用駆動装置を備えることにより、発進・加速時のモータトルクをアシストすることができる。
また、車両用駆動装置としては、図１や図３に示した車両用駆動装置１００，１００Ａを用いることもでき、このときは、ＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）は不要である。
次に、図９を用いて、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の第２の構成及び動作について説明する。
図９は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した４輪車両の第２の構成を示す模式図である。なお、図１〜図８と同一符号は、同一部分を示している。
２つの前輪ＷＨ−ＦＬ，ＷＨ−ＦＲは、エンジンＥＮＧによって駆動される駆動輪である。エンジンＥＮＧは、エンジンコントロール装置ＥＣＵによって制御される。後輪ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲは、動力源には接続されていない被駆動輪である。前輪ＷＨ−ＦＬ，ＷＨ−ＦＲ及び後輪ＷＨ−ＲＬ，ＷＨ−ＲＲの内部には、図５に示された車両用駆動装置１００Ｂ若しくは図７に示された車両用駆動装置１００Ｃが内蔵されている。車両用駆動装置１００Ｂ（１００Ｃ）は、ＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）によって制御される。図５や図７で説明したアクセル開度信号θｔｈ，ブレーキペダル踏込み信号Ｂｒ，エンジン回転数Ｎｅや車速Ｖは、エンジンコントロール装置ＥＣＵからＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）に与えられる。
以上のように、被駆動輪の内部に車両用駆動装置を備えることにより、中間加速時のタイヤの回転による運動エネルギーを蓄積し、発進・加速時に蓄積したエネルギーを４輪のタイヤより放出することにより、発進性，加速性がさらに向上する。また、通常は２輪駆動（前輪駆動）であるが、発進・加速時には４輪駆動となり、走行性が向上する。
なお、動力源としては、エンジンに限らず、モータを用いてもよいものである。さらに、前後輪の一方をエンジンで駆動し、他方の車輪をモータで駆動するハイブリット自動車に適用してもよいものである。また、車両用駆動装置としては、図１や図３に示した車両用駆動装置１００，１００Ａを用いることもでき、このときは、ＦＷＣＵ１５０（１５０Ａ）は不要である。
次に、図１０を用いて、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した２輪車両の構成及び動作について説明する。
図１０は、本発明の各実施形態による車両用駆動装置を搭載した２輪車両の構成を示す模式図である。なお、図１〜図７と同一符号は、同一部分を示している。
エンジンＥの駆動力は、チェーンやシャフト等の伝達手段ＴＲによって後輪ＷＨ−Ｒに伝達される。前輪ＷＨ−Ｆは、動力源には接続されていない被駆動輪である。この前輪ＷＨ−Ｆの内部には、図３に示された車両用駆動装置１００Ａが内蔵されている。
以上のように、被駆動輪の内部に車両用駆動装置を備えることにより、中間加速時のタイヤの回転による運動エネルギーを蓄積し、発進・加速時に蓄積したエネルギーを放出することにより、発進性，加速性が向上する。また、フライホイール手段は、ジャイロ効果を有するため、走行中の安定性が向上する。
なお、前述の例では、４輪車両であるが、４輪に限られるものでなく、また、乗用に限らず、貨物車両，軽車両，荷役補助車両，鉄道車両等にも適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
本発明によれば、車輪，車両のエネルギーの利用効率を向上できるものとなる。
【図１】
【図３】
【図５】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する車輪の有する運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイール手段と、
このフライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達する蓄積動力伝達手段とを備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記車輪と前記フライホイール手段との間に配置され、前記車輪の回転数が所定回転数以上になると、前記車輪の回転を前記フライホイール手段に伝達する駆動力伝達手段を備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項３】
請求項２記載の車両用駆動装置において、
前記駆動力伝達手段は、遠心クラッチであることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記蓄積動力伝達手段は、前記蓄積動力伝達手段から前記車輪の方向にのみ動力を伝達可能なワンウェイクラッチであるであることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記蓄積動力伝達手段は、外部からの指令により、前記蓄積動力伝達手段から前記車輪への動力伝達を可能とするアクチュエータであり、
このアクチュエータの動作を制御する制御手段を備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項６】
請求項２記載の車両用駆動装置において、
前記駆動力伝達手段及び前記蓄積動力伝達手段は、外部からの指令により、前記蓄積動力伝達手段と前記車輪との間の動力伝達を開放・締結する電磁クラッチであり、
この電磁クラッチの動作を制御する制御手段を備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項７】
請求項５若しくは請求項６のいずれかに記載の車両用駆動装置において、
前記制御手段は、前記車輪を備えた車両が中間加速状態若しくは減速状態を判断すると、前記電磁クラッチを締結して、前記車輪の運動エネルギーを前記フライホイール手段に蓄積し、前記車両が発進若しくは加速状態と判定すると、前記電磁クラッチを締結して、前記フライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項８】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記車輪と前記フライホイール手段との間に配置され、前記車輪の回転速度を増速して伝達する増速手段を備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項９】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記フライホイール手段は、前記車輪を構成するタイヤとタイヤホイールの内、このタイヤホイールの内部に配置されたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項１０】
複数の車輪を有し、これらの複数の車輪の少なくとも一部が動力源によって駆動される車両において、
前記車輪の有する運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイール手段と、
このフライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達する蓄積動力伝達手段とを備えたことを特徴とする車両。
【請求項１１】
請求項１０記載の車両において、
前記フライホイール手段及び前記蓄積動力伝達手段は、前記車輪の内、前記動力源によって駆動されない被駆動車輪に対して備えられたことを特徴とする車両。
【請求項１２】
請求項１０記載の車両において、
前記フライホイール手段及び前記蓄積動力伝達手段は、前記車輪の内、前記動力源によって駆動されない被駆動車輪及び前記動力源によって駆動される駆動車輪に対して備えられたことを特徴とする車両。
【請求項１】
回転する車輪の有する運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイール手段と、
このフライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達する蓄積動力伝達手段とを備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記車輪と前記フライホイール手段との間に配置され、前記車輪の回転数が所定回転数以上になると、前記車輪の回転を前記フライホイール手段に伝達する駆動力伝達手段を備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項３】
請求項２記載の車両用駆動装置において、
前記駆動力伝達手段は、遠心クラッチであることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項４】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記蓄積動力伝達手段は、前記蓄積動力伝達手段から前記車輪の方向にのみ動力を伝達可能なワンウェイクラッチであるであることを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項５】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記蓄積動力伝達手段は、外部からの指令により、前記蓄積動力伝達手段から前記車輪への動力伝達を可能とするアクチュエータであり、
このアクチュエータの動作を制御する制御手段を備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項６】
請求項２記載の車両用駆動装置において、
前記駆動力伝達手段及び前記蓄積動力伝達手段は、外部からの指令により、前記蓄積動力伝達手段と前記車輪との間の動力伝達を開放・締結する電磁クラッチであり、
この電磁クラッチの動作を制御する制御手段を備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項７】
請求項５若しくは請求項６のいずれかに記載の車両用駆動装置において、
前記制御手段は、前記車輪を備えた車両が中間加速状態若しくは減速状態を判断すると、前記電磁クラッチを締結して、前記車輪の運動エネルギーを前記フライホイール手段に蓄積し、前記車両が発進若しくは加速状態と判定すると、前記電磁クラッチを締結して、前記フライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達することを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項８】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記車輪と前記フライホイール手段との間に配置され、前記車輪の回転速度を増速して伝達する増速手段を備えたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項９】
請求項１記載の車両用駆動装置において、
前記フライホイール手段は、前記車輪を構成するタイヤとタイヤホイールの内、このタイヤホイールの内部に配置されたことを特徴とする車両用駆動装置。
【請求項１０】
複数の車輪を有し、これらの複数の車輪の少なくとも一部が動力源によって駆動される車両において、
前記車輪の有する運動エネルギーを回転エネルギーとして蓄積するフライホイール手段と、
このフライホイール手段に蓄積された回転エネルギーを前記車輪に伝達する蓄積動力伝達手段とを備えたことを特徴とする車両。
【請求項１１】
請求項１０記載の車両において、
前記フライホイール手段及び前記蓄積動力伝達手段は、前記車輪の内、前記動力源によって駆動されない被駆動車輪に対して備えられたことを特徴とする車両。
【請求項１２】
請求項１０記載の車両において、
前記フライホイール手段及び前記蓄積動力伝達手段は、前記車輪の内、前記動力源によって駆動されない被駆動車輪及び前記動力源によって駆動される駆動車輪に対して備えられたことを特徴とする車両。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１０００６８
【国際公開日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【発行日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５１９１２２（Ｐ２００６−５１９１２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００５３５９
【国際出願日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年１０月２７日（２００５．１０．２７）
【発行日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００５３５９
【国際出願日】平成１６年４月１５日（２００４．４．１５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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