JP2001286007A - ハイブリッド型電気自動車の駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡素化と軽量化とを達成することを可能とし、
車両の駆動負荷が小さく、しかも応答性の高い円滑な駆
動と高いエネルギー効率とを確保することを可能にした
ハイブリッド型電気自動車の駆動装置を提供する。 【解決手段】ハイブリッド型の駆動システム(1) は、燃
料電池(2) 、フライホイールモータ発電機(3) 、車両駆
動用モータ(4) 、制御部(5) を有している。同制御部
(5) は前記燃料電池(2) の出力、前記フライホイールモ
ータ発電機(3) のフライホイール回転数、前記モータ
(4) のトルクなどを車両の走行状態に応じて一元的に制
御する。前記モータ(4) の発生エネルギーが駆動輪(10)
の消費エネルギーを越えたとき、前記制御部(5) により
前記モータ(4) の発生エネルギーを電気エネルギーに変
換して前記フライホイールモータ発電機(3) に常時供給
し、同フライホイールモータ発電機(3) のフライホイー
ル(14)の回転数が所定の回転数を下回ったとき、前記燃
料電池(2) から前記フライホイールモータ発電機(3) に
直接電気エネルギーを供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の技術分野】本発明はハイブリッド型電気自動
車の駆動装置に係わり、特に、主電源として燃料電池
と、余剰の電気エネルギーを回転エネルギーに変換して
貯蔵するフライホイールモータ発電機（バッテリー）と
の両方を備えたハイブリッド型電気自動車の駆動装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車の動力としては内燃機関が
主流であるが、原油やガス等の天然資源にはその埋蔵量
に限りがあり、また、排ガス中にはＣＯ₂ 、ＣＯ等のガ
ス及びＮＯ_X 、ＳＯ_X 等の固形微粒子が多いため、地球
の温暖化又は生活環境に及ぼす影響が顕著である。この
ため、ＮＯ_X 、ＳＯ_X 等の固形微粒子の少ない天然ガス
自動車や排気ガスのない電気自動車等の実用化が種々検
討されている。このような自動車のうち燃料電池を主動
力とした電気自動車は、排気がクリーンで環境的には負
荷のない環境適合性に優れた究極の環境対策車であると
目されている。

【０００３】この種の電気自動車としては、例えば特開
平１０−７５５０４号公報に開示されている。同公報に
開示された電気自動車は、車両走行時の駆動供給源であ
る燃料電池と、同燃料電池から発生する電気エネルギー
を貯蔵するバッテリーと、自動車の制動エネルギーを機
械的エネルギーとして貯蔵するフライホイールとを備え
たハイブリッド型燃料電池自動車である。

【０００４】この従来の燃料電池自動車は、前記バッテ
リーからの電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、
従クラッチ、従変速機、差動歯車及び車軸を経て駆動輪
に伝達駆動する車両駆動用モータと、前記フライホイー
ルに自動車の制動エネルギーを機械的に貯蔵するため
の、前記フライホイール及び前記車両駆動用モータの間
に設けられた主変速機並びに主クラッチとを備えてお
り、燃料電池を含むこれらの駆動系はフライホイール制
御装置により制御されている。

【０００５】前記燃料電池自動車は、前記フライホイー
ル制御装置により、前記燃料電池により発電された直後
の電気エネルギーを前記車両駆動用モータに供給し、同
モータで余剰となる電気エネルギーの一部を前記バッテ
リーに貯蔵すると共に、前記モータで発生した余剰の機
械エネルギーを前記主変速機及び前記主クラッチを介し
て前記フライホイールに貯蔵しており、最高速度で走行
するときには、前記主変速機及び前記主クラッチを介し
て前記フライホイールに貯蔵した機械的エネルギーを前
記車両駆動用モータに伝達することにより前記燃料電池
の負荷動力を軽減している。

【０００６】この従来のハイブリッド型燃料電池自動車
によれば、フライホイールを搭載したことにより自動車
用燃料電池に要求される出力を低減且つ平滑化すること
ができ、前記燃料電池を含む駆動系をコンパクト化する
ことができ、併せて、常時最高効率で前記燃料電池を作
動させることができるという利点を有するとしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車の走
行抵抗には転がり抵抗、空気抵抗、勾配抵抗及び加速抵
抗があり、平地走行においては転がり抵抗、空気抵抗及
び加速抵抗のみとなる。これらの抵抗のうち加速抵抗が
最も大きく、空気抵抗、転がり抵抗の順に小さくなる。
このため、車両の加速時には一時的ではあっても大きな
出力が要求され、この出力に見合って出力する燃料電池
も必然的に大型化する。

【０００８】また、特に燃料電池を動力に用いた燃料電
池自動車では、最高走行速度時の高負荷動力を持続させ
るため、燃料電池に高出力の持続が要求されるという課
題を有している。つまり、定常走行時及び最高走行速度
時に必要な動力差が極めて大きいため、最高走行速度時
の動力に燃料電池の出力を適合させようとすれば、燃料
電池システムの外形寸法や重量を極めて大きくせざるを
得ず、車体に搭載することが物理的に困難となる。

【０００９】また、前記燃料電池を単独で採用するシス
テムでは、そのサイズと重量とが大きくなることによる
負荷の増加と相まって、加速時、特に高速走行から追い
抜き加速する最高出力時にパワー不足となる傾向を生じ
るという課題がある。更に、一般に、燃料電池は急激な
加速抵抗、勾配抵抗が負荷されたときの応答が遅いとい
う問題がある。

【００１０】従って、自動車の加速時や高速走行時に必
要とするエネルギーに対して補助エネルギーが採用でき
れば、応答性が改良されるばかりでなく、前記燃料電池
の小型化にも有効である。そのため、このハイブリッド
型燃料電池自動車として、最高出力時に鉛畜電池に代表
される化学バッテリー、大容量キャパシター等の二次蓄
電池を補助動力とする各種タイプが提案されている。し
かしながら、このような大型の二次蓄電池を燃料電池と
併用しようとすると、駆動システムの簡素化及び軽量化
に反する結果に繋がる。しかも、特に化学バッテリーを
用いる場合は寿命の短さや環境破壊の原因となる有害物
質の廃棄等に問題がある。また、大容量キャパシターの
場合は実用的な電気容量を確保することには多くの困難
な問題がある。

【００１１】一方、例えば特開平１０−７５５０４号公
報には、二次蓄電池に加えてフライホイールを補助電力
として採用したハイブリッド型燃料電池自動車が開示さ
れている。この公報によれば、前記二次蓄電池は少なく
とも始動時のエネルギー供給源として使われ、高速走行
時や制動時等に前記車両駆動用モータに発生する余剰の
機械エネルギーは、制御部による判断と指令に基づき前
記主変速機及び主クラッチを作動させて直接前記フライ
ホイールに貯蔵するようにしている。しかしながら、車
両のアイドリング時や通常走行時等にあっても、常に前
記車両駆動用モータには余剰の機械エネルギーが発生し
ている。

【００１２】一般に、前記車両駆動用モータは走行に必
要な要求出力以上の出力で作動されるため、その余剰の
機械エネルギーが無駄に損失されている。このことは、
燃料電池の電気エネルギーを無駄に消費することにも繋
がり、同燃料電池の燃費効率を著しく損なうこととな
る。更に、前記車両駆動用モータに発生する余剰の機械
エネルギーだけを前記フライホイールに機械的に貯蔵す
る上記公報に記載された駆動システムでは、同フライホ
イールに高いエネルギー効率を常時維持させることは難
しくなる。

【００１３】本発明は、かかる従来の課題を解消すべく
なされたものであり、その具体的な目的は、駆動システ
ムの簡素化と軽量化とを達成することを可能とし、車両
の駆動負荷が小さく、しかも応答性の高い円滑な駆動と
高いエネルギー効率とを確保することを可能にしたハイ
ブリッド型電気自動車の駆動装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用効果】本発明者等
は、上記課題を踏まえてハイブリッド型燃料電池自動車
の駆動システムについて鋭意検討を重ねたところ、一般
に自動車は動力源を始動させると常に要求出力以上のエ
ネルギーを常時発生するため、その余剰エネルギーを有
効に利用すべきであると考えた。この余剰エネルギーを
効率的に蓄積できる機構としてフライホイールがある。
しかして、フライホイール単独では単に回転エネルギー
として機械的に貯蔵するに止まり、供給エネルギーがな
くなれば必然的にその回転エネルギーも失われ、折角貯
蔵されたエネルギーが逸散してしまう。

【００１５】そこで、このフライホイールにより貯蔵さ
れる回転エネルギーを電気で制御できればエネルギー効
率が良く、制御が簡単なシステムに適用できると考え
た。かかる要求を満足させる装置としてはフライホイー
ルモータ発電機がある。特に、ハイブリッド型燃料電池
自動車のような省エネルギーを強く要求される駆動装置
としては、軽量で、しかも高出力なフライホイールモー
タ発電機を用いることが好ましい。このようなフライホ
イールモータ発電機であれば、そのフライホイールを前
記余剰エネルギーで回転駆動することにより回転エネル
ギーとして蓄え、必要時に前記回転エネルギーを電気エ
ネルギーに変換し、動力として車両駆動用モータや第二
蓄電池に放出させることにより、フライホイールにより
蓄えられる回転エネルギーを有効に利用することができ
る上に、低燃費で且つ迅速で、しかも円滑な走行を得る
ことができる。

【００１６】本発明におけるハイブリッド型電気自動車
の駆動装置は、請求項１に係る発明のごとく、燃料電
池、車両駆動用モータ及び制御部を有するハイブリッド
型の駆動システムを備えた電気自動車にあって、前記駆
動システムが更にフライホイールモータ発電機を備えて
なり、前記制御部は前記燃料電池の出力、前記フライホ
イールモータ発電機のフライホイール回転数、車両駆動
用モータのトルクなどを車両の走行状態に応じて一元的
に制御し、前記フライホイールモータ発電機は前記車両
駆動用モータと電気的に連結され、前記車両駆動用モー
タの発生エネルギーが駆動輪の消費エネルギーを越えた
とき、前記制御部の指令に基づき、前記モータの余剰エ
ネルギーを電気エネルギーに変換して前記フライホイー
ルモータ発電機に常に供給することを特徴とするハイブ
リッド型電気自動車の駆動装置である。

【００１７】この発明に係るハイブリッド型電気自動車
の駆動装置は、燃料電池を主電源とし、特定の操作時に
車両駆動用モータに発生する余剰な回転エネルギーを回
転エネルギーとして蓄え、同回転エネルギーを直接前記
モータの駆動エネルギーとして使用する上記公報に開示
されたフライホイールとは異なり、燃料電池の作動と同
時に常時発生している余剰エネルギーをフライホイール
の回転エネルギーとして蓄えておき、車両駆動用モータ
に高出力が必要となった時点で、前記フライホイールの
回転エネルギーを電気エネルギーに変換して前記モータ
に出力できるフライホイールモータ発電機を補助電源と
して採用している。ここで、本発明の駆動装置にあって
も、二次蓄電池を備えさせて前記燃料電池から発生する
余剰の電気エネルギーの一部を同電池に貯蔵するように
してもよい。

【００１８】そのため、前記駆動装置の制御部には、前
記燃料電池、前記フライホイールモータ発電機及び前記
車両駆動用モータの動作状況を表す各種の情報信号が読
み込まれ、これらの各種情報信号を予め定められたプロ
グラムに従って信号処理する信号処理部を備えている。
また前記制御部は、前記車両駆動用モータの発生エネル
ギーが駆動輪の消費エネルギーを越えた否かを監視して
おり、前記駆動輪の消費エネルギーを越えたと判断した
とき、前記車両駆動用モータの発生エネルギーを電気エ
ネルギーに変換して前記フライホイールモータ発電機に
供給する。

【００１９】したがって、上記のごとく構成された駆動
システムによれば、比較的短時間内に生じる加速抵抗や
勾配抵抗等の負荷に対して前記フライホイールモータ発
電機を瞬時に補助動力として作動させることができ、車
両の制動時や高速走行時に限らず、定常走行時やアイド
リング時にも前記フライホイールモータ発電機に効率良
くエネルギー回生をさせることができる。このため、主
動力である燃料電池の負荷動力を低減することができる
と共に、燃料電池のサイズや重量を小さくすることがで
きる。

【００２０】また、上記公報に開示された駆動装置のご
とく、クラッチや変速機が不要となり、同時に燃料電池
のサイズや重量を小さくすることができるため、前記駆
動装置の簡素化と軽量化とを達成することができ、軽量
化に伴って車両の駆動負荷が小さくなるため、迅速で且
つ円滑な駆動と高いエネルギー効率とを効果的に得るこ
とができる。

【００２１】請求項２に係る発明にあっては、更に、前
記フライホイールモータ発電機のフライホイールの回転
数が所定の回転数を下回ったとき、前記制御部からの指
令により、前記燃料電池から前記フライホイールモータ
発電機に直接電気エネルギーを供給する切換手段を有し
ている。

【００２２】前記制御部は、前記フライホイールモータ
発電機のフライホイール回転数が不足したとき、切換手
段に信号が送られ、同切換手段を介してフライホイール
モータ発電機と燃料電池とを接続して、その不足分を補
う分の電気エネルギーを前記燃料電池から前記フライホ
イールモータ発電機に供給するように随時制御してい
る。その結果、同フライホイールモータ発電機のフライ
ホイールの回転数を常時一定に保持することができ、必
要時に、同フライホイールの回転エネルギーを電気エネ
ルギーに変換して安定して前記車両駆動用モータに供給
することができる。

【００２３】請求項３に係る発明にあっては、前記フラ
イホイールモータ発電機のロータ部と前記燃料電池の燃
料ガスを貯蔵するガスタンクは、引張弾性率が２５０Ｇ
Ｐａ以上で、且つ引張強度が４．８ＧＰａ以上である炭
素繊維を構成材料としている。

【００２４】かかる構成によれば、前記フライホイール
モータ発電機のロータ部に用いる炭素繊維の特性とし
て、引張弾性率が２５０ＧＰａ以上であり、引張強度が
４．８ＧＰａ以上であれば、軽量で且つ高強度及び低コ
ストの実用的なロータ部を得ることができる。

【００２５】また、前記燃料電池の燃料ガスを貯蔵する
ガスタンクに用いる炭素繊維の特性として、引張弾性率
が２５０ＧＰａ以上であり、引張強度が４．８ＧＰａ以
上であれば、高衝撃強度と軽量化が確保できる。

【００２６】前記ロータ部及びガスタンクの構成繊維と
しては、炭素繊維の他にガラス繊維、アラミド繊維、Ｐ
ＢＯ繊維、ポリエステル繊維、炭化珪素繊維、ホウ素繊
維、パルプなどの天然繊維、ステンレススチール繊維な
どが含まれていても良い。前記炭素繊維の形態として
は、ロービング、補強繊維クロスなどを挙げることがで
きるが、更に好ましくは、例えば連続した補強繊維束を
一方向に引き揃えたロービングが望ましく、前記ロータ
部及びガスタンクの耐久強度を向上させることができ
る。

【００２７】前記ロータ部及びガスタンクを構成する繊
維強化樹脂材料層のマトリックス樹脂としては、不飽和
ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹
脂、フラン樹脂、マレイミド樹脂、アクリル樹脂などを
採用することができる。前記ロータ部及びガスタンクの
高温条件下での使用の際に熱変形を防止することができ
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明
の代表的な実施形態であるハイブリッド型電気自動車の
駆動装置の要旨を説明する概念図、図２は同駆動装置の
制御フローを説明するブロック図であり、図３は同駆動
装置に適用されるフライホイールモータ発電機の一例を
示す断面図、及び図４は同駆動装置に適用されるガスタ
ンクの一例を示す断面図である。

【００２９】図１において、符号１は本発明に係るハイ
ブリッド型電気自動車の駆動装置を示している。同駆動
装置１は前記電気自動車の前部に配された燃料電池２
と、電動モータ及び発電機としての機能を有するフライ
ホイールモータ発電機３、左右の後側駆動輪１０，１０
に駆動力を伝達する車両駆動用モータ４と、前記燃料電
池２、前記フライホイールモータ発電機３及び前記車両
駆動用モータ４を制御する制御部５とを備えている。前
記駆動装置１は前記燃料電池２から発生した電気エネル
ギー又は前記車両駆動用モータ４の過剰な電気エネルギ
ーの一部を貯蔵する図示せぬ二次蓄電池を備えることも
できる。

【００３０】この電気自動車は前記車両駆動用モータ４
のみを動力源として走行するようになっている。前記燃
料電池２には、同燃料電池２の燃料ガスを貯蔵するガス
タンク６が設けられている。なお、符号７はアクセルペ
ダルであり、符号８はブレーキペダルである。図２に示
すように、同ブレーキペダル８はブレーキ部９を介して
前記駆動輪１０に連結されている。

【００３１】前記制御部５はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等
を有するマイクロコンピュータにより構成されている。
本実施形態によれば、前記制御部５では前記アクセルペ
ダル７及び前記ブレーキペダル８を有する操作部３０の
各操作量や車速等の各種走行状態、或いは前記フライホ
イールモータ発電機３及び回転計１１を有するフライホ
イール部５０の回転数等とを表す各種情報信号が読み込
まれる。

【００３２】更に、前記制御部５には、前記燃料電池
２、前記ガスタンク６及び燃料供給バルブ１２を有する
燃料電池部４０におけるバルブ１２の開閉動作や燃料電
池２の充電量等、或いは前記車両駆動用モータ４のトル
クや回転数等の各種の情報が読み込まれる。これらの各
種情報は所要の信号に変換され、予め定められたプログ
ラムに従って図示せぬ信号処理部で信号処理される。

【００３３】前記燃料電池２は前記制御部５を介して前
記車両駆動用モータ４に接続されている。各種走行状態
に応じて、前記制御部５の指令により燃料供給バルブ１
２の開閉等が行われ、前記燃料電池２の出力が制御され
る。この燃料電池２により発電された電気エネルギーは
前記車両駆動用モータ４に供給されて機械エネルギーに
変換され、図示せぬ変速機やクラッチ等を介して前記駆
動輪１０に駆動力を伝達する。

【００３４】前記フライホイールモータ発電機３は、前
記制御部５を介して前記燃料電池２及び前記車両駆動用
モータ４に接続されており、各種走行状態に応じて前記
制御部５の指令に基づいて前記車両駆動用モータ４に不
足分の電気エネルギーを供給したり、反対に前記フライ
ホイール回転数の不足を補う回転数分の電気エネルギー
を前記燃料電池２から供給して前記フライホイールを所
定の回転数で回転駆動する。

【００３５】前記制御部５は、前記フライホイールモー
タ発電機３のフライホイール回転数が不足したとき、図
示せぬ切換手段に信号を送り、同切換手段を介して前記
フライホイールモータ発電機３と前記燃料電池２とを接
続し、そのフライホイール回転数の不足分を補う分の電
気エネルギーを前記燃料電池２から前記フライホイール
モータ発電機３に供給するように随時制御している。

【００３６】このため、前記フライホイールモータ発電
機３のフライホイール回転数を常時一定に保持すること
ができ、必要時に、同フライホイールモータ発電機３の
フライホイールの回転エネルギーを電気エネルギーに変
換して前記車両駆動用モータ４に供給することができ
る。

【００３７】前記車両駆動用モータ４は前記制御部５に
よりモータ回転数等が制御されることによりモータトル
クが制御される。この車両駆動用モータ４は、各種走行
状態に応じて、前記制御部５の指令に基づき前記燃料電
池２及び前記フライホイールモータ発電機３の少なくと
も一方から電気エネルギーが供給されて所定のトルクで
回転駆動し、或いは回生制動により発電機として機能し
て、前記フライホイールモータ発電機３に余剰の電気エ
ネルギーを供給する。

【００３８】図２に示すように、前記駆動装置１は、例
えば第１〜第３制御系統を有しており、これらの３つの
制御系統の制御を一元的に行うことにより実用的な駆動
系を得ることができる。

【００３９】第１系統Ａは、定常走行時の加減速におい
て、前記アクセルペダル７に連動して作用し、前記燃料
供給バルブ１２を開閉させることにより前記燃料電池２
の出力を制御する。このとき、前記車両駆動用モータ４
に発生する機械エネルギーが前記駆動輪１０で消費する
エネルギーよりも多い場合には、前記フライホイールモ
ータ発電機３のフライホイール回転数をより大きくする
ように制御する。前記車両駆動用モータ４に発生する余
剰の機械エネルギー分を前記フライホイールモータ発電
機３に送り、フライホイールの回転エネルギーとして回
生貯蔵する。これにより、前記フライホイールモータ発
電機３のフライホイール回転数を一層大きくして高速回
転状態に制御する。

【００４０】また、急激な平地加速又は登坂走行時には
前記アクセルペダル７に連動して作用し、前記車両駆動
用モータ４で不足する電気エネルギー分が前記フライホ
イールモータ発電機３から前記車両駆動用モータ４に供
給される。このとき、前記フライホイールモータ発電機
３のフライホイール回転数は供給されたエネルギー分だ
け減じられる。

【００４１】第２系統Ｂは、制動時において、前記ブレ
ーキペダル８に連動して作用する。先ず、エネルギーの
流れを制御することにより前記車両駆動用モータ４のモ
ータ回転数を減ずるように制動を掛けるよう制御する。
このとき、前記車両駆動用モータ４に生じる回生制動に
より発生する電気的エネルギーを前記フライホイールモ
ータ発電機３に送り、フライホイール回転数を一層大き
くするように制御する。同フライホイールモータ発電機
３が高速回転している間に、前記フライホイールモータ
発電機３にフライホイールの回転エネルギーとして回生
貯蔵する。

【００４２】制動の程度が不足する場合は前記ブレーキ
部９、例えば図示を省略したディスクブレーキを同じく
図示せぬパッドで押さえ付けて熱エネルギーとしてエネ
ルギー消費することにより確実に制動する。

【００４３】第３系統Ｃは、前記フライホイールモータ
発電機３のフライホイール回転数を一定以上の回転レベ
ルに保っている。このため、前記フライホイールモータ
発電機３に設けられた回転計１１の信号に基づいてフラ
イホイール回転数の不足を補う分だけ前記燃料電池２か
ら発電された電気エネルギーを前記フライホイールモー
タ発電機３に供給するように随時制御される。

【００４４】以上のごとく構成された本発明の駆動装置
１は、比較的短時間内に生じる加速抵抗や勾配抵抗等の
負荷に対して前記フライホイールモータ発電機３に貯蔵
された回転エネルギーを瞬時に補助動力として作動させ
ることができる。また、車両の制動時や高速走行時に限
らず、定常走行時やアイドリング時にも前記フライホイ
ールモータ発電機３に効率良くエネルギー回生をさせる
ことができる。その結果、主動力である燃料電池２の負
荷動力を低減することができると共に、同燃料電池２の
サイズや重量を小さくすることができる。

【００４５】更に、前記フライホイールモータ発電機３
と前記車両駆動用モータ４とを機械的に連結するクラッ
チや変速機が不要となり、同時に前記燃料電池２のサイ
ズや重量を小さくすることができるため、前記駆動装置
１の簡素化と軽量化とを達成することができ、軽量化に
伴って車両の駆動負荷が小さくなるため、迅速で且つ円
滑な駆動と高いエネルギー効率とを効果的に得ることが
できる。

【００４６】図３に示すように前記フライホイールモー
タ発電機３は、筐体１７の真空チャンバ１７ａ内に配さ
れたフライホイール１４がモータ発電機１６の回転軸１
３に固着支持されている。前記回転軸１３の上下端部
は、それぞれ前記筐体１７に一体に設けられた上下一対
の空気軸受け部１５，１５に支持されている。前記フラ
イホイール１４は前記回転軸１３に固着支持された円盤
状のハブ部１８と、同ハブ部１８の外周に形成された環
状のロータ部１９とから構成されている。

【００４７】本実施形態によれば、前記フライホイール
１４のロータ部１９には炭素繊維の他にガラス繊維、ア
ラミド繊維、ＰＢＯ繊維、ポリエステル繊維、炭化珪素
繊維、ホウ素繊維、パルプなどの天然繊維、ステンレス
スチール繊維などが含まれていても良い。この炭素繊維
の形態としてはロービング、補強繊維クロスなどを挙げ
ることができるが、前記ロータ部１９の耐久強度を向上
させるためには、例えば連続した補強繊維束を一方向に
引き揃えたロービングが好ましい。

【００４８】また、前記炭素繊維の特性としては引張弾
性率が２５０ＧＰａ以上であり、且つ引張強度が４．８
ＧＰａ以上であれば、実用に供することができ、高強度
及び低コストの実用的なロータ部１９を得ることができ
る。

【００４９】このロータ部１９を構成する繊維強化樹脂
（ＦＲＰ）材料層のマトリックス樹脂としては、不飽和
ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹
脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹
脂、フラン樹脂、マレイミド樹脂、アクリル樹脂などを
採用することができる。前記ロータ部１９の高温条件下
での使用の際に問題となる熱変形を防止するためには熱
硬化性の樹脂をマトリックス樹脂とすることが好まし
い。

【００５０】一方、前記フライホイール１４のハブ部１
８を構成する材質として、高張力鋼、ステンレス鋼、ア
ルミ合金やチタン合金等の従来から広く知られた周知の
構造用金属を採用することができる。好ましくは５０
系、６０系耐食アルミ合金を用いれば、強度と軽量性と
を兼ね備えることができる。

【００５１】また、前記燃料電池２は固体高分子燃料電
池あるいは燐酸型燃料電池を用いることができる。この
電池の燃料の形態及び貯蔵媒体として、水素吸蔵合金、
ナノカーボン、液体水素、液体炭化水素及び圧縮水素ガ
スを用いることができる。圧縮水素ガスであれば、付属
部品のＣＯをＣＯ₂ に変換するシフトコンバータや液体
燃料の冷凍装置、改質器等を省略することができるた
め、燃料電池装置の簡素化と軽量化とを図ることができ
る。

【００５２】図４に示すように、圧縮水素ガスはアルミ
ライナー２０を炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）
２１で補強した高強度で且つ軽量なガスタンク６内に３
５ＭＰａで貯蔵される。このため、水素吸蔵合金、ナノ
カーボン、液体水素、液体炭化水素等の燃料に比較して
約４倍の比エネルギー貯蔵能力（貯蔵量／重量）を有
し、軽量で且つコンパクトな装置を得ることができる。

【００５３】前記ガスタンク６に用いる炭素繊維の特性
としては、引張弾性率が２５０ＧＰａ以上であり、引張
強度が４．８ＧＰａ以上であれば、高い強度と安全性と
が確保されるため、本発明を実施する上で特に好まし
い。この炭素繊維の形態としては、前記フライホイール
１４のロータ部１９と同様にロービング、補強繊維クロ
スなどを挙げることができるが、例えば連続した補強繊
維束を一方向に引き揃えたロービングが特に好ましく、
前記ガスタンク６の耐久強度を向上させることができ
る。

【００５４】また、前記ガスタンク６の構成繊維として
は、前記ロータ部１９と同様に炭素繊維の他にガラス繊
維、アラミド繊維などが含まれていても良い。前記ガス
タンク６を構成する繊維強化樹脂材料層のマトリックス
樹脂としては、前記ロータ部１９と同様に不飽和ポリエ
ステル樹脂やビニルエステル樹脂などを採用することが
好ましく、熱硬化性の樹脂をマトリックス樹脂とするこ
とが特に好ましい。これにより、前記ガスタンク６の高
温条件下での使用の際に問題となる熱変形を防止するこ
とができる。 （実施例１）本発明の主電源である燃料電池２には出力
１０ＫＶＡの固体高分子型燃料電池を用いた。燃料電池
２の燃料は圧縮水素ガスを用い、アルミライナー２０を
炭素繊維強化プラスチック２１で補強したガスタンク６
内に前記圧縮水素ガスを最大３５ＭＰａで充填して用い
た。

【００５５】ＦＲＰ製のロータ部１９は次の条件で製作
した。フライホイール１４のハブ部１８は５０５２耐食
アルミ合金を鋳造して得た。ＦＲＰ層の成形は炭素繊維
にパイロフィルＴＲＨ５０Ｓ−２４Ｌ（三菱レイヨン登
録商標）を用い、＃３５０エポキシ樹脂（三菱レイヨン
登録商標）を３５重量％になるように含浸して予備硬化
した所謂トウプリプレグに加工して用いた。

【００５６】外径２５０ｍｍφのアルミ製ハブ部１８を
マンドレルとして炭素繊維トウプリプレグを円筒軸に対
してほぼ９０度で７５ｍｍの厚さに成形してロータ外径
４００ｍｍφ、長さ２００ｍｍとした。巻付け時のトウ
テンションは最初強く、徐々に弱く設定して２〜５ｋｇ
／本を用いた。これを硬化炉で回転させながら１３０℃
で３時間の条件下で加熱硬化して成形体を得た。

【００５７】これに５０ＫＶＡのモータ発電機１６を組
み込み、動バランスを調整して目的とするフライホイー
ル１４を得た。このフライホイール１４のロータ部１９
を空気軸受け部１５を介してアルミ合金製の筐体１７の
真空チャンバ１７ａにセットしてフライホイールモータ
発電機３を作製した。

【００５８】前記フライホイール１４のジャイロモーメ
ントをキャンセルするため、図示せぬジンバル軸受けを
介して前記フライホイールモータ発電機３を同じく図示
せぬ車体に取り付けた。前記燃料電池２、前記フライホ
イールモータ発電機３及び前記車両駆動用モータ４をコ
ンピュータコントロールする制御部５に組み込んで目的
とする小型のハイブリッド型電気自動車の駆動装置１を
得た。

【００５９】本発明の駆動系は軽量で且つコンパクトな
燃料電池２及び燃料系、並びにフライホイールモータ発
電機３を採用したため、自然環境に与える影響がなく、
加えて航続距離も５００ｋｍと長くなり、高速加速性に
優れたハイブリッド型電気自動車を得ることができた。
ここで、従来と本発明との駆動装置の主要部品の重量を
比較して表１に示す。

【００６０】

【表１】

【００６１】フライホイールモータ発電機３のフライホ
イール１４による電力平準化により従来の駆動システム
を２００ｋｇ軽量化することができる。元来、出力の小
さな電気自動車の場合には駆動システムが大幅に簡素化
及び軽量化され、そのメリットは大きくなる。これによ
り、自動車の走行性能が大幅に向上された。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る代表的な実施例であるハイブリッ
ド型電気自動車の駆動装置の要旨を説明する概念図であ
る。

【図２】同駆動装置の制御フローを説明するブロック図
である。

【図３】同駆動装置に適用されるフライホイールモータ
発電機の一例を示す断面図である。

【図４】同駆動装置に適用されるガスタンクの一例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 駆動装置 ２ 燃料電池 ３ フライホイールモータ発電機 ４ 車両駆動用モータ ５ 制御部 ６ ガスタンク ７ アクセルペダル ８ ブレーキペダル ９ ブレーキ部 １０ 駆動輪 １１ 回転計 １２ 燃料供給バルブ １３ 回転軸 １４ フライホイール １５ 空気軸受け部 １６ モータ発電機 １７ 筐体 １７ａ 真空チャンバ １８ ハブ部 １９ ロータ部 ２０ アルミライナー ２１ 炭素繊維強化プラスチック ３０ 操作部 ４０ 燃料電池部 ５０ フライホイール部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池、車両駆動用モータ及び制御部
   を有するハイブリッド型の駆動システムを備えた電気自
   動車にあって、 前記駆動システムが更にフライホイールモータ発電機を
   備えてなり、 前記制御部は前記燃料電池の出力、前記フライホイール
   モータ発電機のフライホイール回転数、車両駆動用モー
   タのトルクなどを車両の走行状態に応じて一元的に制御
   し、 前記フライホイールモータ発電機は前記車両駆動用モー
   タと電気的に連結され、前記車両駆動用モータの発生エ
   ネルギーが駆動輪の消費エネルギーを越えたとき、前記
   制御部の指令に基づき、前記モータの余剰エネルギーを
   電気エネルギーに変換して前記フライホイールモータ発
   電機に常に供給する、ことを特徴とするハイブリッド型
   電気自動車の駆動装置。
2. 【請求項２】 更に、前記フライホイールモータ発電機
   のフライホイールの回転数が所定の回転数を下回ったと
   き、前記制御部からの指令により、前記燃料電池から前
   記フライホイールモータ発電機に直接電気エネルギーを
   供給する切換手段を有する請求項１記載のハイブリッド
   型電気自動車の駆動装置。
3. 【請求項３】 前記フライホイールモータ発電機のロー
   タ部と前記燃料電池の燃料ガスを貯蔵するガスタンク
   は、引張弾性率が２５０ＧＰａ以上で、且つ引張強度が
   ４．８ＧＰａ以上である炭素繊維を構成材料としてなる
   請求項１記載のハイブリッド型電気自動車の駆動装置。