JP3562256B2 - フライホイール型エネルギ蓄積装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両においてフライホイールに運動エネルギを蓄積させるとともに、その蓄積された運動エネルギを必要に応じて発電機により電気エネルギに変換して出力するフライホイール型エネルギ蓄積装置に関するものであり、特に、車両においてフライホイールを支持する技術の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記フライホイール型エネルギ蓄積装置の従来技術がいくつか存在する。
第１の従来技術は、軸受を介してフライホイールをそれのスピン軸線回りに回転可能に支持するフライホイール支持体を車体に固定し、それにより、フライホイール支持体の車体に対する相対角の変化を阻止するものである。
第２の従来技術は、フライホイール支持体を車体にスプリングにより弾性的に支持させ、それにより、フライホイール支持体の車体に対する相対角の変化を許容するものである。
すなわち、第１の従来技術は、フライホイール支持体を剛な状態で支持する技術であり、これに対して、第２の従来技術は、フライホイール支持体を軟な状態で支持する技術なのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用および発明の効果】
しかしながら、いずれの従来技術にもいくつかの問題があった。
第１の従来技術においては、フライホイール支持体が車体に固定されているため、フライホイールの回転中に車両の挙動が変化してフライホイールのスピン軸線が傾くと、フライホイールにジャイロ効果が発生してしまうという問題があった。
【０００４】
ここに、「ジャイロ効果」とは、フライホイールにそれのスピン軸線を傾ける外力が作用すると、その外力に対抗するようにモーメントがフライホイールに発生する現象をいい、この現象は、フライホイールの角運動量を保存しようとするために生じるものである。このジャイロ効果に基づくモーメントは、スピン軸線を傾ける際にそのスピン軸線が軌跡として描く一平面と直角な一平面内においてスピン軸線を傾けるモーメントとしてフライホイールに発生する。
【０００５】
また、この「ジャイロ効果」は、車両のすべての挙動変化によって発生するわけではなく、例えばスピン軸線が垂直に立てられている場合には、車両の強い旋回によって車体にローリングが発生する場合や、強い加減速によって車体にピッチングが発生する場合や、車両走行中に車両に作用する外乱、例えば路面凹凸，路面突起等によって車体にローリングやピッチングが発生する場合に、フライホイールにジャイロ効果が発生することになる。
【０００６】
そのため、この第１の従来技術には、フライホイールのジャイロ効果に基づいてフライホイール支持体にモーメントが発生し、そのモーメントが原因となって、軸受がフライホイールから受ける荷重が増加してしまうという問題があった。
【０００７】
なお、軸受がフライホイールから受ける荷重には、フライホイールのジャイロ効果に基づく荷重の他に、車両の並進運動（前後運動，上下運動および左右運動）時に発生するものも存在する。しかし、この並進運動時に発生する荷重は、ジャイロ効果に基づいて発生する荷重に比較して小さいのが普通である。
【０００８】
このような荷重増加にもかかわらず軸受が正常にフライホイールを支持可能とするためには、軸受の大形化によって軸受の支持剛性を向上させなければならない。ここに、軸受の大形化は一般に、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加を招くとともに、軸受の摺動抵抗が増加し、フライホイールの回転抵抗も増加して、フライホイールの運動エネルギの損失量が増加するという事態も招く。そのため、この第１の従来技術には、さらに、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加という問題と、フライホイールの運動エネルギの損失量増加という問題もあった。
【０００９】
また、この第１の従来技術においては、フライホイール支持体が車両に固定されているため、ジャイロ効果に基づくモーメントがフライホイール支持体に発生すると、そのモーメントが車両に伝達されてしまう。そのため、この第１の従来技術には、さらに、ジャイロ効果によって車両の挙動が変化してしまうという問題もあった。
【００１０】
これに対して、第２の従来技術においては、フライホイール支持体が車両に固定されてはいないため、第１の従来技術におけるとは異なり、ジャイロ効果に基づくモーメントがフライホイールに発生しない。そのため、軸受がフライホイールから受ける荷重が増加してしまうことはなく、また、ジャイロ効果によって車両の挙動が変化してしまうこともない。
【００１１】
しかしながら、この第２の従来技術においては、車両の挙動変化により、フライホイールすなわちフライホイール支持体の固定部材に対する相対角が著しく増加する。ここに、相対角の増加は一般に、フライホイール支持体を干渉しないで収容するハウジングの必要性から、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加という事態を招く。また、フライホイール支持体の単純な弾性支持は一般に、フライホイール支持体と車両との共振を回避することが困難であり、そのため、フライホイール支持体の振動増加を招き易い。そのため、この第２の従来技術には、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加という問題と、フライホイール支持体の振動増加という問題があった。
また、フライホイール型エネルギ蓄積装置においては、発電機がフライホイール支持体に共に揺動するように取り付けられ、また、発電機から電線が外部に延びるのが普通である。そのため、上記第２の従来技術においては、相対角の増加という問題により、発電機の電線の取り回しの設計が困難になるという問題もあった。
【００１２】
本発明は、以上の事情を背景としてなされたものであり、その課題は、フライホイール支持体をハードウェア的には軟な状態で支持する一方、ソフトウェア的には軟な状態と剛な状態との間の任意の状態で支持可能とすることにより、上記第１の従来技術の問題と第２の従来技術の問題とを一緒に解決し得るフライホイール型エネルギ蓄積装置を得ることにある。
【００１３】
この課題は下記態様のフライホイール型エネルギ蓄積装置によって解決される。なお、以下の説明において、本発明の各態様を、それぞれに項番号を付して請求項と同じ形式で記載する。各項に記載の特徴を組み合わせて採用することの可能性を明示するためである。
【００１４】
(1) 車両に位置固定に設けられる固定部材と、
自身の慣性により回転し続けることによって運動エネルギを蓄積するフライホイールと、
軸受を介してそのフライホイールをそれのスピン軸線回りに回転可能に支持するフライホイール支持体と、
そのフライホイール支持体と前記固定部材との間に設けられ、フライホイール支持体を前記スピン軸線が空間内において任意の方向を取り得るように固定部材に対して回転可能に支持する支持機構と、
前記フライホイールとフライホイール支持体との間に設けられ、フライホイールの回転により回転させられることにより、電気エネルギを発生させる発電機と
を含み、フライホイールに蓄積された運動エネルギを必要に応じて電気エネルギに変換して出力するフライホイール型エネルギ蓄積装置において、
前記車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方を含む情報に基づき、前記支持機構による前記フライホイール支持体の支持状態を、前記軸受が前記フライホイールから受ける荷重と、フライホイールの前記固定部材に対する相対角とがいずれも各目標状態となるように制御する支持状態制御装置を設けたことを特徴とするフライホイール型エネルギ蓄積装置（請求項１）。
この装置においては、フライホイール支持体が支持機構により軟な状態で支持される一方、その支持状態が支持状態制御装置により、車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方を含む情報に基づいて、軟な状態と剛な状態との間の状態に制御され、それにより、軸受がフライホイールから受ける荷重と、フライホイールの固定部材に対する相対角とがいずれも各目標状態となるようにされる。
したがって、この装置によれば、フライホイール支持体を常に剛な状態で支持する場合に発生する問題、すなわち、ジャイロ効果によって軸受荷重が過大となってしまうという問題の発生が回避されるとともに、フライホイール支持体を常に軟な状態で支持する場合に発生する問題、すなわち、フライホイールの相対角が過大となってしまうという問題の発生が回避されるという効果が得られる。
フライホイール型エネルギ蓄積装置に関連の深い情報として、「車両の挙動に関連する情報」や「フライホイールの挙動に関連する情報」があり、この「車両の挙動に関連する情報」には例えば、車両自体の挙動を表す情報や、車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報や、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報等がある。本発明は、これら「車両の挙動に関連する情報」のうち、車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方に基づいて支持機構によるフライホイール支持体の支持状態を制御することを特徴とするものなのであり、「車両自体の挙動を表す情報」の利用を排除するものではない。ここに、「車両自体の挙動を表す情報」として、車体（ばね上部材）の加速度（前後加速度，左右加速度および上下加速度）や、車輪（ばね下部材）の加速度（前後加速度，左右加速度および上下加速度）や、車体の姿勢角（ピッチ角，ロール角およびヨー角）や、車体の姿勢角の変化速度である姿勢角速度（ピッチレート，ロールレートおよびヨーレート）があり、また、「車両の操作を表す情報」として、ステアリング操作量（ステアリング角等）や、アクセル操作量（アクセル角等）や、ブレーキ操作量（ブレーキ操作力，操作ストローク等）がある。なお、車体の走行速度である車速は、車両自体の挙動を表す情報として考えることも、車両の操作を表す情報として考えることもできる。また、「その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報」には例えば、車両の現在または将来における路面の状態を表す情報がある。
また、本発明は、前記「フライホイールの挙動に関連する情報」の利用も排除するものではなく、「フライホイールの挙動に関連する情報」には、例えば、フライホイール自体の挙動を表す情報や、フライホイールの軸受に関連する情報等がある。ここに、「フライホイール自体の挙動を表す情報」には例えば、フライホイールすなわちフライホイール支持体の、固定部材すなわち車両に対する相対角や、フライホイールのスピン軸線回りの角速度等があり、「フライホイールの軸受に関連する情報」には、軸受荷重、すなわち、軸受がフライホイールから受ける荷重（力またはモーメント）を表す情報等がある。
また、この装置において「荷重と相対角とがいずれも各目標状態となる」とは、例えば、荷重と相対角とがいずれも各目標値となることを意味する用語として使用したり、荷重と相対角とがそれぞれ変化することが許容される目標範囲内に維持されることを意味する用語として使用したり、荷重と相対角とがそれぞれ超えることが許容されない各限界値を超えないことを意味する用語として使用することができる。また、各目標値，各目標範囲および各限界値は、固定値とすることができるが、可変値とすることもできる。例えば、相対角の目標値を、フライホイール支持体を完全に剛な状態で支持するとフライホイールに強いジャイロ効果が発生することが予想される状態においては、フライホイールのスピン軸線が絶対空間内において固定されるように、車体姿勢角に応じて変化する一方、フライホイール支持体を完全に剛な状態で支持してもフライホイールに強いジャイロ効果が発生しないことが予想される状態においては、０となるように決定することができるのである。
また、この装置において「フライホイール」は、専用のものとして設けたり、発電機のロータとしての機能を兼ねるものとして設けることができる。
また、この装置において「発電機」は、発電機として機能し、フライホイールの運動エネルギを電気エネルギに変換する状態と、モータとして機能し、外部からの電気エネルギをフライホイールの運動エネルギに変換する状態とに切り換わるモータ／発電機として設けることができる。
(2) 前記支持状態制御装置が、(a) 外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータと、(b) そのアクチュエータと前記支持機構との間にアクチュエータと直列に設けられてアクチュエータにより発生させられた力を支持機構に伝達する直列弾性部材と、(c) 前記アクチュエータに並列に設けられた並列弾性部材とを含む(1) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置（請求項２）。
アクチュエータは常に正常であるとは限らず、何らかの理由で故障する場合がある。また、故障には、アクチュエータの可動部が入力信号にかかわらずロックしてしまうモードや、フリーになってしまうモードがある。
これに対して、本項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置においては、アクチュエータの可動部が故障してロックした場合には、直列弾性部材の効果により、固定部材とフライホイール支持体との相対回転が完全に阻止される状態から回避されるため、直列弾性部材が存在しない場合に比較して、軸受荷重の増加が抑制されるという効果が得られる。また、アクチュエータの可動部が故障してフリーとなった場合には、並列弾性部材の効果により、固定部材とフライホイール支持体との相対回転がある程度制限されるため、並列弾性部材が存在しない場合に比較して、フライホイール支持体の相対角の増加が抑制されるという効果も得られる。
また、アクチュエータが非作用状態でフリーとなる形式である場合には、並列弾性部材の効果により、フライホイールの相対角が、アクチュエータの非作用状態でも過大とならずに済むという効果も得られる。
上記フライホイール型エネルギ蓄積装置において「アクチュエータ」は例えば、ロータリ型としたりリニア型とすることができ、また、電気モータとしたり、空圧モータまたは空圧シリンダと空圧制御装置との組合せとしたり、油圧モータまたは油圧シリンダと油圧制御装置との組合せとすることができる。
(3) 前記支持機構が、第１支持軸線回りに前記固定部材と相対回転可能に連結される一方、前記第１支持軸線と交差する第２支持軸線回りに前記フライホイール支持体と相対回転可能に連結された可動部材を含み、前記支持状態制御装置が、(a) 外部からの信号に応じて第１力を発生させる第１アクチュエータと、(b) 外部からの信号に応じて第２力を発生させる第２アクチュエータと、(c) 前記第１アクチュエータにより発生させられた第１力を前記可動部材に伝達し、それにより、前記フライホイール支持体と前記固定部材との、前記第１支持軸線回りの相対回転を制御する第１力伝達機構と、(d) 前記第２アクチュエータにより発生させられた第２力を前記フライホイール支持体に伝達し、それにより、そのフライホイール支持体と前記固定部材との、前記第２支持軸線回りの相対回転を制御する第２力伝達機構とを含む(1) または(2) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(4) 前記第１力伝達機構が、前記第１アクチュエータにより発生させられた第１力を前記可動部材にモーメントとして伝達するものであり、前記第２力伝達機構が、前記第２アクチュエータにより発生させられた第２力を前記フライホイール支持体にモーメントとして伝達するものである(3) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(5) さらに、前記第１アクチュエータと前記可動部材との間に第１アクチュエータと直列に設けられた直列弾性部材と、前記第２アクチュエータと前記フライホイール支持体との間に第２アクチュエータと直列に設けられた直列弾性部材と、前記第１アクチュエータに並列に設けられた並列弾性部材と、前記第２アクチュエータに並列に設けられた並列弾性部材とを含む(3) または(4) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(6) 前記支持状態制御装置が、(a) 前記車両の挙動と前記フライホイールの挙動との少なくとも一方に関連する情報であって、前記車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方を含むものを検出する関連情報センサと、(b) 外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータと、(c) そのアクチュエータにより発生させられた力を前記支持機構に伝達し、それにより前記支持状態を制御する力伝達機構と、(d) 検出された関連情報に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとを含む(1) ないし(5) 項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(7) 前記関連情報センサが、前記荷重を検出する荷重センサと、前記相対角を検出する相対角センサと、前記フライホイールのスピン軸線回りの角速度を検出する角速度センサとの少なくとも一つを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、アクチュエータが、荷重と相対角と角速度との少なくとも一つの検出値を考慮して制御される。したがって、この装置によれば、アクチュエータを検出値の考慮なしで一方的に制御する場合に比較して、フライホイール支持状態の制御精度を容易に向上させ得る。
(8) 前記関連情報センサが、(a) 前記荷重を検出する荷重センサと、(b) 前記相対角を検出する相対角センサとを含む(7) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、アクチュエータが、荷重と相対角との双方の検出値を考慮して制御される。したがって、この装置によれば、フライホイール支持状態の制御精度を一層容易に向上させ得る。
(9) 前記関連情報センサが、前記フライホイールのスピン軸線回りの角速度を検出する角速度センサを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
フライホイールに生ずるジャイロ効果は、フライホイールのスピン軸線回りの角速度が大きい場合において小さい場合におけるジャイロ効果より大きい。このように、ジャイロ効果とフライホイールの角速度との間に一定の関係がある。これに対して、この(9) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置によれば、フライホイールの角速度を考慮してアクチュエータを制御可能となるため、フライホイール支持状態の制御精度を一層容易に向上させ得る。
(10)前記関連情報センサが、(a) 前記荷重を検出する荷重センサと、(b) 前記相対角を検出する相対角センサと、(c) 前記フライホイールのスピン軸線回りの角速度を検出する角速度センサとを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、アクチュエータが、荷重と相対角との双方の検出値を考慮して制御されるとともに、フライホイールの角速度をも考慮して制御される。したがって、この装置によれば、フライホイール支持状態の制御精度を一層容易に向上させ得る。
(11)前記関連情報センサが、前記車両の挙動に関連する情報を検出する車両挙動関連情報センサを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
車両の挙動変化が原因となってフライホイールにジャイロ効果が発生する。これに対して、本項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置においては、アクチュエータが車両挙動を考慮して制御される。したがって、この装置によれば、ジャイロ効果を予測してアクチュエータを制御可能となり、フライホイール支持状態の制御応答性を容易に向上させ得る。
(12)前記関連情報センサが、(a) 前記軸受を検出する荷重センサと、(b) 前記相対角を検出する相対角センサと、(c) 前記車両の挙動に関連する情報を検出する車両挙動関連情報センサとを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置によれば、フライホイール支持状態の実際が考慮されるとともに、ジャイロ効果を予測してアクチュエータを制御可能となり、フライホイール支持状態の制御精度および制御応答性を容易に向上させ得る。
(13) 前記車両挙動関連情報センサが、前記車両の挙動を検出する車両挙動センサを含む(11)または(12)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(14) 前記車両挙動関連情報センサが、前記車両の操作量を検出する車両操作量センサを含み、前記コントローラが、検出された車両操作量に基づき、前記車両の挙動を推定する車両挙動推定手段を含む(11)または(12)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、車両操作量に基づいて車両挙動が推定され、その推定車両挙動に基づいてアクチュエータが制御されるため、フライホイール支持状態の制御応答性を容易に向上させ得る。
(15) 前記車両挙動関連情報センサが、(a) 前記車両の挙動を検出する車両挙動センサと、(b) 前記車両の操作量を検出する車両操作量センサとを含み、前記コントローラが、(a) 検出された車両操作量に基づき、前記車両の挙動を推定する車両挙動推定手段と、(b) 検出された車両挙動に基づき、推定された車両挙動を修正する推定車両挙動修正手段とを含む(11)または(12)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、車両操作量に基づいて車両挙動が推定され、その推定車両挙動に基づいてアクチュエータが制御されるため、フライホイール支持状態の制御応答性を容易に向上させ得るとともに、その推定車両挙動が車両の実際挙動に基づいて修正されるため、車両挙動の推定精度が向上する。
(16)前記発電機が、ロータとステータとを備えてモータとして機能する状態と発電機として機能する状態とに切り換わるモータ／発電機であり、前記フライホイールが、前記ロータとして設けられるか、またはそのロータと共に回転可能に設けられた(1) ないし(15)項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(17)前記車両が、動力源と車輪とを備えた自動車であり、当該フライホイール型エネルギ蓄積装置が、前記動力源として機能し、前記フライホイールの運動エネルギを直接または間接に前記車輪に伝達することによってその車輪を駆動し、その車輪の運動エネルギを直接または間接にフライホイールに伝達することによってその車輪を制動する(1) ないし(16)項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(18)前記自動車が、前記車輪を駆動するために燃焼エネルギと電気エネルギとを併用するハイブリッド自動車であり、当該フライホイール型エネルギ蓄積装置が、電気エネルギの発生源として使用される(17)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(19)車両に位置固定に設けられる固定部材と、
自身の慣性により回転し続けることによって運動エネルギを蓄積するフライホイールと、
軸受を介してそのフライホイールをそれのスピン軸線回りに回転可能に支持するフライホイール支持体と、
そのフライホイール支持体と前記固定部材とに設けられ、フライホイール支持体を前記スピン軸線が空間内において任意の方向を取り得るように固定部材に対して回転可能に支持する支持機構と、
前記フライホイールとフライホイール支持体とに設けられ、フライホイールの回転によって回転させられることより、電気エネルギを発生させる発電機と
を含み、フライホイールの運動エネルギを必要に応じて電気エネルギに変換して出力するフライホイール型エネルギ蓄積装置において、
前記支持機構による前記フライホイール支持体の支持状態を制御する支持状態制御装置を設けたことを特徴とするフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、フライホイール支持体が支持機構により軟な状態で支持される一方、その支持状態が支持状態制御装置により、軟な状態と剛な状態との間の任意の状態に制御される。したがって、このフライホイール型エネルギ蓄積装置によれば、前記第１の従来技術の問題と第２の従来技術の問題とを一緒に解決し得る。
(20)前記支持状態制御装置が、前記車両の挙動と前記フライホイールの挙動との少なくとも一方に関連する情報に基づき、前記支持状態を制御するものである(19)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置によれば、フライホイール支持体の支持状態を、車両の挙動とフライホイールの挙動との少なくとも一方との関係において容易に適正化し得る。
(21)前記支持状態制御装置が、外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータを駆動源として、前記支持状態を電気的に制御するものである(19)または(20)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(22)前記支持状態制御装置が、前記軸受が前記フライホイールから受ける荷重と、フライホイールの前記固定部材に対する相対角とがいずれも各目標状態となるように制御するものである(19)ないし(21)項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置によれば、フライホイール支持体の支持状態を、荷重と相対角とがいずれも適正となるように容易に適正化し得る。
(23)前記支持状態制御装置が、(a) 外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータと、(b) そのアクチュエータと前記支持機構との間にアクチュエータと直列に設けられてそのアクチュエータにより発生させられた力を支持機構に伝達する直列弾性部材と、アクチュエータに並列に設けられた並列弾性部材との少なくとも一方とを含む(19)ないし(22)項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置によれば、少なくとも並列弾性部材を有する態様を採用した場合には、アクチュエータが故障してフリーになっても、フライホイール支持体の相対角が過大にならずに済み、また、少なくとも直列弾性部材を有する態様を採用した場合には、アクチュエータが故障してロックしても、軸受荷重が過大にならずに済む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
本発明の一実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置は、車両の一例である電気自動車の一例であるハイブリッド電気自動車において使用される。
【００１７】
図１には、そのハイブリッド電気自動車の全体構成が概念的にブロック図で示されている。図には、隣接した２個のブロックを連結する線として白抜きの線と黒い線とが存在するが、白抜きの線は運動エネルギの流れを示し、黒い線は電気エネルギの流れを示している。
【００１８】
このハイブリッド電気自動車は、燃焼エネルギによって運動エネルギを発生させる燃焼機関としてのエンジン１０と上記フライホイール型エネルギ蓄積装置２０とをそれぞれ動力源として備えている。また、このハイブリッド電気自動車は、エンジン１０とフライホイール型エネルギ蓄積装置２０とが、エンジン１０の運動エネルギとフライホイール型エネルギ蓄積装置２０の運動エネルギとが電気エネルギという形態に変換された状態で加算されるという意味において直列に接続されたシリーズ型である。また、このハイブリッド電気自動車は、鉛電池２１をエンジン１０にとっては直列となり、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０にとっては並列となる状態で備えている。
【００１９】
このハイブリッド電気自動車においては、運転中、エンジン１０が一定の回転速度で回転させられる。このエンジン１０の回転軸には発電機２２の回転軸が連結されている。発電機２２は、エンジン２０の運動エネルギとしてのトルクを電気エネルギとしての交流電流に変換する。この発電機２２には変流機２４を介して電流制御装置３０が接続されている。変流機２４は、コンバータとして、発電機２２からの交流電流を直流電流に変換して電流制御装置３０に供給する。
【００２０】
電流制御装置３０には変流機３２を介して上記フライホイール型エネルギ蓄積装置２０が接続されている。変流機３２は、インバータとして、電流制御装置３０からの直流電流を交流電流に変換してフライホイール型エネルギ蓄積装置２０に供給する状態と、コンバータとして、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０からの交流電流を直流電流に変換して電流制御装置３０に供給する状態と切り換えられる。電流制御装置３０には鉛電池２１も接続されている。鉛電池２１はエネルギ蓄積機能を有する点でフライホイール型エネルギ蓄積装置２０と共通するが、エネルギを電気エネルギの形で蓄積する点で、運動エネルギの形で蓄積するフライホイール型エネルギ蓄積装置２０と相違する。
【００２１】
電流制御装置３０にはさらに、変流機４２を介してモータ／発電機４４も接続されている。変流機４２は、インバータとして、電流制御装置３０からの直流電流を交流電流に変換してモータ／発電機４４に供給する状態と、コンバータとして、モータ／発電機４４からの交流電流を直流電流に変換して電流制御装置３０に供給する状態とに切り換えられる。モータ／発電機４４の回転軸には減速ギヤ４８を介して車輪５０が連結されている。モータ／発電機４４は、モータとして機能し、変流機４２からの交流電流を運動エネルギに変換する状態と、発電機として機能し、車輪５０の運動エネルギを電気エネルギとしての交流電流に変換する状態とに切り換えられる。
【００２２】
電流制御装置３０は、発電機２２とフライホイール型エネルギ蓄積装置２０と鉛電池２１とモータ／発電機４４との間における電流の流れおよび／または量を制御する。
【００２３】
このハイブリッド電気自動車においては、図２にグラフで表すように、自動車の加速時には、エンジン１０のパワーより大きな正のパワーが車輪５０に伝達され、減速時には、負のパワーが車輪５０に伝達され、定常走行時には、エンジン１０のパワーより小さな正のパワーが車輪５０に伝達される。
【００２４】
具体的には、加速時には、エンジン１０の運動エネルギに応じて発電機２２が出力する電気エネルギと、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０がそれの発電機を利用して出力する電気エネルギとの和がモータ／発電機４４に供給され、それにより、結果的に、エンジン１０の運動エネルギとフライホイール型エネルギ蓄積装置２０の運動エネルギとの和が車輪５０に伝達されて車輪５０が駆動される。
【００２５】
また、減速時には、発電機２２からモータ／発電機２４への電気エネルギ供給が阻止される一方、モータ／発電機４４が発電機として機能し、車輪５０の運動エネルギに応じてそのモータ／発電機４４から出力される電気エネルギがフライホイール型エネルギ蓄積装置２０に供給される。このとき、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０は、それのモータを利用してその電気エネルギを運動エネルギに変換してフライホイールに蓄積させる。
【００２６】
また、定常走行時には、発電機２２からの電気エネルギの一部が必要に応じてフライホイール型エネルギ蓄積装置２０に供給され、そのフライホイール型エネルギ蓄積装置２０は、それのモータを利用してその電気エネルギを運動エネルギに変換してフライホイールに蓄積させる。この定常走行時には、さらに、発電機２２からの電気エネルギの別の一部が必要に応じて鉛電池２１に供給されて充電が行われ、それにより、鉛電池２１に電気エネルギが常に正規の量で蓄積される。
【００２７】
電流制御装置３０は、そのようなエネルギの伝達・変換が実現されるように発電機２２とフライホイール型エネルギ蓄積装置２０と鉛電池２１とモータ／発電機４４との間における電流の流れおよび／または量を制御するのである。
【００２８】
フライホイール型エネルギ蓄積装置２０は、図３に示すように、固定部材６０とフライホイール支持体６４と支持機構６８と支持状態制御装置７０（図８参照）とを含むように構成されている。
【００２９】
ところで、絶対空間（慣性系）には、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが互いに直交する座標系が絶対座標系として固定的に設定されている。これに対して、上記ハイブリッド電気自動車には、ｘ軸とｙ軸とｚ軸とが互いに直交する座標系が固定的に設定されている。ｘ軸は、車体前後方向に平行に、かつ、前側が正となるように設定されており、ｙ軸は、車体左右方向に平行に、かつ、車体を真上から見た場合に左側となる側が正となるように設定されており、ｚ軸は、車体上下方向に平行に、かつ、上側が正となるように設定されている。図３には、ｘ軸とｚ軸のみが示され、ｙ軸は図示が省略されている。そのｘｙｚ座標系は、ハイブリッド電気自動車と共に移動して絶対座標系との相対位置関係が変化するものであることから、絶対座標系との関係において相対座標系と称することができる。また、それら絶対座標系と相対座標系とは、ハイブリッド電気自動車の姿勢が基準状態にあるときに、互いに対応する軸同士が互いに平行となるように設定されている。
【００３０】
図４には、フライホイール支持体６４の内部構造が示されている。フライホイール支持体６４は、ハウジング７４とステータ７６とロータ７８（フライホイールとして機能する）と軸受８０とを含むように構成されている。ステータ７６はハウジング７４内に位置固定に設けられている。ロータ７８はハウジング７４内に一軸線回りに回転可能に設けられている。本実施形態においては、ロータ７８の回転軸線Ｌが、フライホイールのスピン軸線とされている。また、本実施形態においては、ステータ７６とロータ７８とにより、モータとしての機能と発電機としての機能との双方を有するモータ／発電機が構成されている。ロータ７８は軸受８０により回転可能かつ軸方向移動不能に支持されている。軸受８０は、ロータ７８からラジアル荷重とスラスト荷重との双方を受ける。
【００３１】
図５には、支持機構６８が平面図で示されている。支持機構６８は、固定部材６０とフライホイール支持体６４とに設けられ、そのフライホイール支持体６４を空間内において任意の方向を取り得るように固定部材６０に対して回転可能に支持する。支持機構６８は、可動部材８４を備えている。この可動部材８４は、固定部材６０とｘ軸回りに相対回転可能に連結される一方、フライホイール支持体６４とｙ軸回りに相対回転可能に連結されている。
【００３２】
支持機構６８は、それらの相対回転を次のような構造によって実現する。
図３および図５に示すように、固定部材６０の内面と可動部材８４の外面とが、隙間を隔てた同心の部分球面とされている。さらに、固定部材６０の内面に、ｘ軸を中心とした一円周に沿って延びる突条８６が形成される一方、可動部材８４の外面に、ｘ軸を中心とした一円周に沿って延びる環状溝８８が形成され、それら突条８６と環状溝８８とが摺動可能に嵌合されている。それらにより、固定部材６０と可動部材８４とのｘ軸回りの相対回転が実現されるのである。同様に、フライホイール支持体６４の外面と可動部材８４の内面とが、隙間を隔てた同心の部分球面とされている。さらに、フライホイール支持体６４の外面に、ｙ軸を中心とした一円周に沿って延びる環状溝９２が形成される一方、可動部材８４の内面に、ｙ軸を中心とした一円周に沿って延びる突条９４が形成され、それら環状溝９２と突条９４とが摺動可能に嵌合されている。それにより、フライホイール支持体６４と可動部材８４とのｙ軸回りの相対回転が実現されるのである。
【００３３】
なお、突条８６は固定部材６０に対して相対変位させられないのに対して、突条９４は相対変位させられるため、固定部材６０と可動部材８４との相対回転軸は常にｘ軸と一致するのに対して、可動部材８４とフライホイール支持体６４との相対回転軸は常にｙ軸と一致するのではなく、可動部材８４が図３に示す基準位置にあるときに限り一致する。しかし、説明を簡単にするために、以下の説明においては、可動部材８４とフライホイール支持体６４との相対回転軸をｙ軸と称することとする。
【００３４】
支持状態制御装置７０は、センサとアクチュエータと力伝達機構とコントローラと増幅器とを含むように構成されているが、まず、図６および図７に基づき、アクチュエータと力伝達機構とについて説明し、次に、図８に基づき、センサとコントローラと増幅器とについて説明する。
【００３５】
アクチュエータは、外部からの信号に応じて力を発生させるものであり、力伝達機構は、そのアクチュエータにより発生させられた力を支持機構６８に伝達するものである。それらアクチュエータおよび力伝達機構は、フライホイール支持体６４のｘ軸相対回転用とｙ軸相対回転用とについて個々に設けられ、ｘ軸およびｙ軸アクチュエータとｘ軸およびｙ軸力伝達機構とされている。
【００３６】
図６には、ｘ軸アクチュエータ１００とｘ軸力伝達機構１０２とが簡略化されて示されている。ｘ軸アクチュエータ１００は、電気モータ（以下、単に「モータ」という。）を主体とし、それのハウジングは固定部材６０に固定的に取り付けられている。これに対して、ｘ軸力伝達機構１０２は、ｘ軸アクチュエータ１００の回転軸に共に回転可能に取り付けられたゴム製のローラを主体とし、そのローラはそれの外周面において可動部材８４の外面に押し付けられている。したがって、ｘ軸アクチュエータ１００の作動により、可動部材８４の固定部材６０に対するｘ軸回りの相対回転が制御され、結局、フライホイール支持体６４の固定部材６０に対するｘ軸回りの相対回転が制御されることになる。
【００３７】
これに対して、図７には、ｙ軸アクチュエータ１１０とｙ軸力伝達機構１１２とが簡略化されて示されている。それらｙ軸アクチュエータ１１０およびｙ軸力伝達機構１１２は、上述のｘ軸アクチュエータ１１０およびｘ軸力伝達機構１０２とに準じた構成を有しており、可動部材８４に固定的に取り付けられたｙ軸アクチュエータ１１０のモータの回転軸にｙ軸力伝達機構１１２のローラが取り付けられ、かつ、そのローラがそれの外周面においてフライホイール支持体６４の外面に押し付けられている。したがって、ｙ軸アクチュエータ１１０の作動により、フライホイール支持体６４の固定部材６０に対するｙ軸回りの相対回転が制御されることになる。
【００３８】
図８には、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０の電気的構成、すなわち、支持状態制御装置７０のセンサ１２０等とコントローラ２００と増幅器２１０とが示されている。センサ１２０等は、車両の挙動に関連する情報とフライホイールとしてのロータ７８の挙動に関連する情報との双方を検出し、コントローラ２００は、各軸アクチュエータ１００，１１０を制御するための信号を出力し、増幅器２１０は、コントローラ２００からの出力信号を増幅して各軸アクチュエータ１００，１１０に出力する。
【００３９】
センサ１２０等には、車両挙動に関連する情報を検出する車両挙動関連情報センサと、ロータ７８の挙動に関連する情報を検出するロータ挙動関連情報センサとがある。
【００４０】
車両挙動関連情報センサには、車両操作量を検出する車両操作量センサと、車両挙動自体を検出する車両挙動センサとがある。車両操作量センサには、ステアリングセンサ１２０とアクセルセンサ１２２とブレーキセンサ１２４とがある。ステアリングセンサ１２０は、運転者によるステアリングホイール１３０の操作状態量（例えば、操作角，操作角速度）を検出し、アクセルセンサ１２２は、運転者によるアクセルペダル１３２等、アクセル操作部材の操作状態量（例えば、操作位置，操作速度）を検出し、ブレーキセンサ１２４は、運転者によるブレーキペダル１３４等、ブレーキ操作部材の操作状態量（例えば、操作位置，操作速度）を検出する。これに対して、車両挙動センサには、車体加速度センサ１４０と車体姿勢角速度センサ１４２とがある。車体加速度センサ１４０は、車体１５０の前後加速度，左右加速度および上下加速度を検出する。車体姿勢角速度センサ１４２は、車体１５０の姿勢角速度を絶対座標系ＸＹＺ上において検出する。検出された姿勢角速度はコントローラ２００に供給され、そこで時間積分されることにより、車体１５０の姿勢角が検出される。具体的には、車体１５０のＸ軸回りの姿勢角（回転角）はロール角ΘＸ 、Ｙ軸回りの姿勢角（回転角）はピッチ角ΘＹ 、Ｚ軸回りの姿勢角（回転角）はヨー角ΘＺ として検出される。
【００４１】
これに対して、ロータ挙動関連情報センサには、ロータ姿勢角速度センサ１６０と軸受荷重センサ１６２とロータ角速度センサ１６４とがある。
【００４２】
ロータ姿勢角速度センサ１６０は、ロータ７８の回転軸線（フライホイールのスピン軸線）を相対座標系ｘｙｚ上において検出する。具体的には、ロータ７８の回転軸線のｘ軸回りの回転角を相対角θｘ 、ｙ軸回りの回転角を相対角θｙ 、ｚ軸回りの回転角を相対角θｚ として検出する。ここで、ロータ７８の回転軸線の傾きを相対角θｘ ，θｙ ，θｚ を用いて絶対座標系ＸＹＺ上において記述すれば、Ｘ軸回りの絶対角ＱＸ は、
ＱＸ ＝θｘ ＋ΘＸ
なる式で、Ｙ軸回りの絶対角Ｑｙ は、
ＱＹ ＝θｙ ＋ΘＹ
なる式で、Ｚ軸回りの絶対角ＱＺ は、
ＱＺ ＝θｚ ＋ΘＺ
なる式で記述されることになる。
【００４３】
軸受荷重センサ１６２は、軸受８０がロータ７８からｘ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍｘ と、ｙ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍｙ とを検出する。ロータ角速度センサ１６４は、ロータ７８の回転軸線回りの角速度ωｚ を検出する。
【００４４】
以上説明した各種センサ１２０等はいずれも、コントローラ２００の入力側に接続されている。コントローラ２００は、ＣＰＵ２３０，ＲＯＭ２３２およびＲＡＭ２３４を含むコンピュータ２４０を主体として構成されている。このコントローラ２００の出力側は、増幅器２１０を介してｘ軸およびｙ軸アクチュエータ１００，１１０に接続されている。コントローラ２００は、各種センサ１２０等からの信号に基づき、コンピュータ２４０を作動させることにより、支持機構６８によるフライホイール支持体６４の支持状態（以下、単に「フライホイール支持状態」という。）を制御する。
【００４５】
図９には、フライホイール支持状態の制御原理が概念的に示されており、以下、この図を参照しつつ制御原理を説明するが、それに先立ち、フライホイール支持体６４の回転運動を記述する運動方程式を説明する。
【００４６】
ロータ７８の角速度ωｚ は、固定部材６０のヨー角速度すなわち車体１５０のヨー角速度ΘＺ ’に対して十分に大きい。そのため、固定部材６０および車体１５０の慣性モーメントの影響を無視することができる。よって、フライホイール支持体６４の回転運動を記述する運動方程式は、Ｘ軸回りの回転については、Ｘ軸回りの絶対角ＱＸ が、
ＱＸ ＝θｘ ＋ΘＸ
なる式で記述されることから、次の式（１） となる。
Ｉｆｘθｘ ”＋Ｃｘ θｘ ’＋Ｇｘ θｘ ＋Ｉｆｚωｚ θｙ ’＝−ＩｆｘΘＹ ”−Ｉｆｚωｚ ΘＹ ’＋Ｔｘ
これに対して、Ｙ軸回りの回転については、Ｙ軸回りの絶対角Ｑｙ が、
ＱＹ ＝θｙ ＋ΘＹ
なる式で記述されることから、次の式（２） となる。
Ｉｆｙθｙ ”＋Ｃｙ θｙ ’＋Ｇｙ θｙ −Ｉｆｚωｚ θｘ ’＝−ＩｆｙΘＹ ”＋Ｉｆｚωｚ ΘＸ ’＋Ｔｙ
ただし、
θｘ ，θｙ ：フライホイール支持体６４のｘ，ｙ軸回りの相対角
θｘ ’，θｙ ’：θｘ ，θｙ の時間微分値である相対角速度
θｘ ”，θｙ ”：θｘ ’，θｙ ’の時間微分値である相対角加速度
Ｉｆｘ，Ｉｆｙ，Ｉｆｚ：フライホイール支持体６４のｘ，ｙ，ｚ軸回りの慣性モーメント
Ｃｘ ，Ｃｙ ：θｘ ’，θｙ ’により発生する減衰力の減衰係数
Ｇｘ ，Ｇｙ ：θｘ ，θｙ により発生するばね力の弾性定数
ωｚ ：ロータ７８の回転軸線回りの角速度
Ｉｆｚωｚ ：ロータ７８の回転軸線回りの角運動量
Ｔｘ ，Ｔｙ ：各軸アクチュエータ１００，１１０からフライホイール支持体６４にｘ，ｙ軸回りに作用する制御トルク
【００４７】
したがって、軸受８０がロータ７８からｘ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍｘ は、次の式（３） で表される。
Ｍｘ ＝−（Ｃｘ θｘ ’＋Ｇｘ θｘ ）−Ｉｆｚωｚ （θｙ ’＋ΘＹ ’）＋Ｔｘ
また、ｙ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍｙ は、次の式（４） で表される。
Ｍｙ ＝−（Ｃｙ θｙ ’＋Ｇｙ θｙ ）＋Ｉｆｚωｚ （θｘ ’＋ΘＸ ’）＋Ｔｙ
【００４８】
次に、フライホイール支持状態の制御原理を図９を参照しつつ明する。
まず、車両挙動が取得され、その車両挙動に基づき、フライホイール支持体６４の目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ と目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ とが決定される。ロータ７８のジャイロ効果による悪影響が実相対角θｘ ，θｙ と実軸受荷重Ｍｘ ，Ｍｙ とに生じないように決定されるのである。
【００４９】
目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ および目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ の決定は例えば次のようにして行われる。
目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ は、車両挙動としての車体姿勢角ΘＸ ，ΘＹ に基づいて決定される。一方、車体姿勢角ΘＸ ，ΘＹ の時間的変化を表す信号の周波数成分のうち高周波数成分は、低周波数成分よりも、ロータ７８に強いジャイロ効果を発生させる原因になる。また、相対角θｘ ，θｙ を０とすることは、車体１５０の挙動変化によってロータ７８の傾きが変化してロータ７８に強いジャイロ効果が発生する可能性があることを意味する一方、絶対角ＱＸ ，ＱＹ を０とすることは、車体１５０の挙動変化にもかかわらずロータ７８の絶対空間内における傾きが変化せず、ロータ７８にジャイロ効果が発生しないことを意味する。したがって、高周波数成分に応じて目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ の大きさを変化させれば、高周波数成分が強いときに絶対角ＱＸ ，ＱＹ が０となる傾向が強くなり、車体１５０の挙動変化にもかかわらずロータ７８に強いジャイロ効果が発生しなくなり、一方、低周波数成分が強いとき、すなわち、ロータ７８に強いジャイロ効果が発生しないと予想されるときに相対角θｘ ，θｙ に０となる傾向が強くなり、ロータ７８が固定部材６０に対して大きく傾くことが防止される。
【００５０】
以上の知見に基づき、目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ は、車体姿勢角ΘＸ ，ΘＹ の時間的変化を表す信号の高周波成分が表す角度をＨＰＦ（ΘＸ ），ＨＰＦ（ΘＹ ）で表せば、
θｘ ＊ ＝−ＨＰＦ（ΘＸ ）
θｙ ＊ ＝−ＨＰＦ（ΘＹ ）
として決定される。
【００５１】
なお、目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ は、それに代えて、またはそれと共に目標相対角速度θｘ ’＊ ，θｙ ’＊ を使用することができる。ここに、目標相対角速度θｘ ’＊ ，θｙ ’＊ は、目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ の場合に準じて、
θｘ ’＊ ＝−ＨＰＦ（ΘＸ ’）
θｙ ’＊ ＝−ＨＰＦ（ΘＹ ’）
として決定される。
【００５２】
これに対して、目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ は、
Ｍｘ ＊ ＝０
Ｍｙ ＊ ＝０
として決定される。
【００５３】
以上のようにして目標相対角θ＊ と目標軸受荷重Ｍ＊ とが決定されたならば、相対角誤差と軸受荷重誤差とが算出される。ロータ姿勢角速度センサ１６０の出力信号に基づく検出相対角θｘＤ，θｙＤと目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ との差として相対角誤差が算出され、軸受荷重センサ１６２による検出軸受荷重ＭｘＤ，ＭｙＤと目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ との差として軸受荷重誤差が算出されるのである。
【００５４】
その後、算出された相対角誤差と軸受荷重誤差とに基づいて前記制御トルクＴｘ ，Ｔｙ がフィードバック方式で算出される。検出相対角θｘＤ，θｙＤと検出軸受荷重ＭｘＤ，ＭｙＤとがフィードバックされることによって目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ と目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ とが実現されるように制御トルクＴｘ ，Ｔｙ がフィードバック制御されるのである。それにより、相対角誤差が０に近づくことと、軸受荷重誤差が０に近づくこととが高いレベルで両立するように制御トルクＴｘ ，Ｔｙ の大きさおよび向きが制御される。
【００５５】
このフィードバック制御において、フィードバックゲイン、すなわち、相対角誤差および軸受荷重誤差の変化に対する制御トルクＴｘ ，Ｔｙ の算出値の変化率を表す値を常に一定とすることは可能である。しかしながら、ロータ７８に発生するジャイロ効果は、ロータ角速度ωｚ が大きい場合において小さい場合におけるより大きい。
【００５６】
そこで、本実施形態においては、フィードバックゲインがロータ角速度ωｚ が大きい場合において小さい場合におけるより大きくなる可変値とされている。したがって、本実施形態によれば、ロータ角速度ωｚ 、すなわち、ロータ７８のジャイロ効果の強さとの関係において適正な制御トルクＴｘ ，Ｔｙ が算出され、フライホイール支持状態の制御精度が向上するという効果が得られる。
【００５７】
制御トルクＴｘ ，Ｔｙ の算出は例えば次のようにして行われる。
制御トルクＴｘ ，Ｔｙ の算出についてはＰＩ制御が採用され、そのＰＩ制御により、制御トルクＴＸ が次の式（５） を用いて算出される。
【００５８】
Ｔｘ ＝Ｋ１ （θｘ ＊ −θｘＤ）＋Ｋ２ ∫（θｘ ＊ −θｘＤ）ｄｔ＋Ｋ３ （θｙ ＊ −θｙＤ）＋Ｋ４ ∫（θｙ ＊ −θｙＤ）ｄｔ＋Ｌ１ θｘＤ＋Ｌ２ ∫θｘＤｄｔ＋Ｌ３ θｙＤ＋Ｌ４ ∫θｙＤｄｔ＋Ｋ５ （Ｍｘ ＊ −ＭｘＤ）＋Ｋ６ ∫（Ｍｘ ＊ −ＭｘＤ）ｄｔ＋Ｋ７ （Ｍｙ ＊ −ＭｙＤ）＋Ｋ８ ∫（Ｍｙ ＊ −ＭｙＤ）ｄｔ
【００５９】
また、制御トルクＴｙ は次の式（６） を用いて算出される。
Ｔｙ ＝Ｋ９ （θｘ ＊ −θｘＤ）＋Ｋ１０∫（θｘ ＊ −θｘＤ）ｄｔ＋Ｋ１１（θｙ ＊ −θｙＤ）＋Ｋ１２∫（θｙ ＊ −θｙＤ）ｄｔ＋Ｌ９ θｘＤ＋Ｌ１０∫θｘＤｄｔ＋Ｌ１１θｙＤ＋Ｌ１２∫θｙＤｄｔ＋Ｋ１３（Ｍｘ ＊ −ＭｘＤ）＋Ｋ１４∫（Ｍｘ ＊ −ＭｘＤ）ｄｔ＋Ｋ１５（Ｍｙ ＊ −ＭｙＤ）＋Ｋ１６∫（Ｍｙ ＊ −ＭｙＤ）ｄｔ
【００６０】
ただし、
∫（ ）ｄｔ：時間ｔ＝０からｔまでの区間での積分値
Ｋ１ 〜Ｋ１６：フィードバックゲイン
Ｌ１ 〜Ｌ４ ，Ｌ９ 〜Ｌ１２：係数
【００６１】
ここに、フィードバックゲインＫ１ 〜Ｋ１６は、実験等によりチューニングされた値が使用されるが、固定値ではなく、ロータ角速度ωｚ に応じて変化する可変値とされている。ただし、フィードバックゲインＫ１ 〜Ｋ１６は、メモリ容量節約のため、ロータ角速度ωｚ の複数の代表値に対応した複数の離散値としてメモリに記憶されていて、ロータ角速度ωｚ の現在値が検出されたならば、フィードバックゲインＫ１ 〜Ｋ１６の今回値が上記複数の離散値を用いて補間により決定される。
【００６２】
例えば、ロータ角速度ωｚ の現在値が１０，０００〔ｒｐｍ〕と２０，０００〔ｒｐｍ〕との間にあるときには、例えば、フィードバックゲインＫ１ については、そのフィードバックゲインＫ１ の離散値として、ロータ角速度ωｚ が１０，０００〔ｒｐｍ〕であるときに対応する離散値Ｋ１ １０，０００ と２０，０００〔ｒｐｍ〕であるときに対応する離散値Ｋ１ ２０，０００ とがメモリから読み出され、
Ｋ１ ＝｛（Ｋ１ １０，０００ −Ｋ１ ２０，０００ ）／（１０，０００−２０，０００）｝（ωｚ −１０，０００）＋Ｋ１ １０，０００
なる補間式を用いて、ロータ角速度ωｚ の現在値に対応するフィードバックゲインＫ１ が決定される。
【００６３】
なお、制御トルクＴｘ ，Ｔｙ は、フィードバック制御理論またはＰＩＤ制御理論以外の理論を用いて算出することができ、例えば、現代制御理論を用いて算出することができる。
【００６４】
ところで、車両挙動は、それ自体をセンサにより検出することによって取得することが可能であるが、センサにより検出することが困難な種類の車両挙動も存在する。また、車両挙動自体をセンサにより検出する場合には、検出値と実際値との間に時間的な遅れが存在するため、目標値の決定精度を十分に向上させることができない可能性がある。
【００６５】
そこで、本実施形態においては、車両挙動を変化させる一原因として車両操作量が検出され、その車両操作量に基づいて車両挙動が推定され、その推定車両挙動に基づいて各軸アクチュエータ１００，１１０が制御される。したがって、本実施形態によれば、フライホイール支持状態を素早く制御可能となるという効果が得られる。
【００６６】
なお、本実施形態においては、車両挙動を変化させる一原因として車両操作量が検出されるようになっているが、例えば、その車両操作量を発生させる一原因である路面の突起，凹凸状態，左右方向傾斜状態等、路面情報や、当該車両が将来走行すべき道路の屈曲状態，前後方向傾斜状態等、道路情報を検出し、それに基づいて現在の車両挙動または将来の車両挙動を推定し、その車両挙動に基づいて各軸アクチュエータ１００，１１０を制御してもよい。
【００６７】
しかし、車両操作量のみに基づいて車両挙動を推定する場合には、その推定精度が低下する可能性がある。
【００６８】
そこで、本実施形態においては、車両挙動の実際値もセンサにより検出され、その検出値と推定値との差である車両挙動誤差が０となるように車両挙動の推定特性が適応させられる。したがって、本実施形態によれば、車両挙動を素早くかつ精度よく取得可能となるという効果が得られる。
【００６９】
図１０には、車両挙動を取得する一手法が示されている。この手法においては、センサにより車両操作量が検出されるとともに、車両への入力と車両からの出力との関係を数式等で表す車両モデルが設定され、その車両モデルの下、センサにより検出された車両操作量に基づいて車両挙動が推定される。一方、センサにより車両挙動が検出され、その検出車両挙動と推定車両挙動との差である車両挙動誤差に応じて適応機構が作動する。推定車両挙動は、修正機構により修正され、その修正機構は、適応機構からの情報と検出車両挙動とに基づいて推定車両挙動を修正する。車両モデルにおける各種パラメータは常に一定とは限らないため、推定車両挙動を実際値に近づくように修正するのである。なお、修正機構は、適応機構からの情報のみに基づいて推定車両挙動を修正する態様とすることが可能であり、検出車両挙動を考慮することは不可欠ではない。
【００７０】
これに対して、図１１には、車両挙動を取得する別の手法が示されている。この手法においては、センサにより車両操作量が検出されるとともに、車両への入力と車両からの出力との関係を記述する状態方程式により定義されるオブザーバが設けられ、そのオブザーバが、センサにより検出された車両操作量に基づいて作動させられることにより、車両挙動が推定される。一方、センサにより車両挙動が検出され、その検出車両挙動と推定車両挙動との差である車両挙動誤差が０となるように、オブザーバにおける各種パラメータが適応させられる。
【００７１】
以上説明した制御原理に基づいてフライホイール支持状態を制御するため、コンピュータのＲＯＭに図１２にフローチャートで表されているアクチュエータ制御ルーチンが記憶されている。
【００７２】
本ルーチンは、車両走行中、繰り返し実行される。各回の実行時にはまず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。）において、前述のようにして、必要なセンサからの信号に基づいて車両挙動が取得される。次に、Ｓ２において、前述のようにして、取得された車両挙動に基づき、相対角と軸受荷重とについて目標値が決定される。その後、Ｓ３において、前述のようにして、必要なセンサからの信号に基づき、相対角と軸受荷重とロータ角速度とについて検出値が取得される。続いて、Ｓ４において、前述のようにして、決定された目標値と取得された検出値とに基づき、各軸アクチュエータ１００，１１０により実現すべき制御トルクが算出され、その後、Ｓ５において、算出された制御トルクが実現されるように各軸アクチュエータ１００，１１０が駆動される。以上で本ルーチンの一回の実行が終了する。
【００７３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、フライホイール支持体６４が完全に剛な状態で支持されるわけではないため、ロータ７８のジャイロ効果が原因となってロータ７８の軸受荷重が過大となることが防止されるという効果が得られる。
【００７４】
図１３には、本実施形態の一効果として、振動が車体１５０からロータ７８に伝達される際の振動伝達特性が、フライホイール支持体６４をスプリングにより弾性支持する一従来例と対比してグラフで表されている。本実施形態による振動伝達特性は実線グラフで、従来例による振動伝達特性は破線グラフでそれぞれ表されている。また、図の（ａ） には、車体１５０にｘ軸方向に加えられた振動がロータ７８にｘ軸方向に伝達される場合の振動伝達特性が示され、図の（ｂ） には、車体１５０にｙ軸方向に加えられた振動がロータ７８にｘ軸方向に伝達される場合の振動伝達特性が示され、図の（ｃ） には、車体１５０にｘ軸方向に加えられた振動がロータ７８にｙ軸方向に伝達される場合の振動伝達特性が示され、図（ｄ） には、車体１５０にｙ軸方向に加えられた振動がロータ７８にｙ軸方向に伝達される場合の振動伝達特性が示されている。
【００７５】
それらグラフから明らかなように、本実施形態によれば、従来例と比較して、振動が車体１５０からロータ７８に伝達され難くなり、ロータ７８が共振しし難くなって、ロータ７８の防振機能が良好に実現されるという効果が得られる。また、このようにロータ７８が効果的に防振されることによっても、軸受荷重Ｍの過大化が防止されるという効果も得られる。
【００７６】
さらに、本実施形態によれば、その軸受荷重の過大化防止という効果に基づき、ロータ７８の軸受８０の大形化が防止されるという効果や、フライホイール支持体６４の大形化および重量増加が防止されるという効果や、ロータ７８の回転抵抗の増加によるロータ７８の運動エネルギ損失量の増加が防止されるという効果が得られる。
【００７７】
さらに、本実施形態によれば、フライホイール支持体６４が完全に軟な状態で支持されるわけでもないため、フライホイール支持体６４と固定部材６０との相対角の過大化が防止されるという効果が得られる。
【００７８】
さらに、本実施形態によれば、その相対角の過大化防止という効果に基づき、フライホイール支持体６４の傾き量が減少し、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加が防止されるという効果が得られる。
【００７９】
図１４には、別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置の機械的構成が示されている。なお、本実施形態は、電気的構成については、先の実施形態と共通であり、機械的構成については、ｘ軸およびｙ軸力伝達機構のみが異なり、他の要素については共通であるため、各軸力伝達機構のみを詳細に説明し、他の要素については同一の符号を使用することによって詳細な説明を省略する。
【００８０】
フライホイール支持状態を制御するために、先の実施形態においては、ｘ軸およびｙ軸力伝達機構１０２，１１２が、ｘ軸およびｙ軸アクチュエータ１００，１１０の作動力をローラによって可動部材８４およびフライホイール支持体６４に伝達する構造とされていたが、本実施形態においては、図１４〜図１６に示すように、ｘ軸およびｙ軸力伝達機構３００，３０２が、ｘ軸およびｙ軸アクチュエータ３０４，３０６の作動力をワイヤ３１０，３１２によって可動部材８４およびフライホイール支持体６４に伝達する構造とされている。
【００８１】
各軸力伝達機構３００，３０２においては、図１４にｙ軸力伝達機構３０２のみが代表的に示されているように、各軸アクチュエータ３０４，３０６が固定部材６０に固定的に取り付けられるとともに、複数個のプーリ３２０が固定部材６０に固定的に取り付けられ、それらプーリ３２０にワイヤ３１０，３１２が巻き掛けられている。各ワイヤ３１０，３１２は、各軸アクチュエータ３０４，３０６を駆動源とする各軸ワイヤ駆動装置３３０，３３２によって正方向と逆方向とに駆動される。すなわち、ｘ軸力伝達機構３００は、プーリ３２０とワイヤ３１０とｘ軸ワイヤ駆動装置３３０とによって構成され、一方、ｙ軸力伝達機構３０２は、プーリ３２０とワイヤ３１２とｙ軸ワイヤ駆動装置３３２とによって構成されているのである。
【００８２】
図１５には、ｘ軸力伝達機構３００が断面図で概念的に示されている。ワイヤ３１０の一端部（図において右側の端部）は、固定部材６０をｙ軸に沿って負の向きに貫通し、固定部材６０の内面に到達する。その後、ワイヤ３１０の一端部は、固定部材６０の内面に沿って図において反時計方向に延び、固定部材６０に取り付けられたガイド３４０に巻き掛けられる。続いて、ワイヤ３１０の一端部は、固定部材６０と可動部材８４との隙間を通過し、可動部材８４の外面に達し、その後、その外面に沿って時計方向に延びて、ｙ軸と一致する位置を超えた位置で固定されている。
【００８３】
なお、本実施形態においては、固定部材６０と可動部材８４との間においてワイヤ３１０が折れ曲がる部位においてガイド３４０しか設けられていないが、これは、可動部材８４と固定部材６０との隙間が実際には極めて狭く、１個のガイド３４０で十分に機能すると考えられるためである。その機能をさらに高めることが必要である場合には例えば、ワイヤ３１０が可動部材８４の外面において折れ曲がる部位においてワイヤ３１０を案内する別のガイドを固定部材６０に取り付けることができる。
【００８４】
これに対して、ワイヤ３１０の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１０の一端部の場合とｚ軸に関して対称的に取り回されており、固定部材６０，ガイド３４０および固定部材６０と可動部材８４との隙間を順に通過して可動部材８４に固定されている。
【００８５】
したがって、ｘ軸アクチュエータ３０４の正方向作動が行われれば、ワイヤ３１０の一端部が固定部材６０から引き出される一方、ワイヤ３１０の他端部が固定部材６０内に引き込まれ、それにより、可動部材８４が反時計方向に回転させられる。これに対して、ｘ軸アクチュエータ３０６の逆方向作動が行われれば、上記の場合とは逆に、可動部材８４が時計方向に回転させられる。
【００８６】
図１６には、ｙ軸力伝達機構３０２が断面図で概念的に示されている。このｙ軸力伝達機構３０２はｘ軸力伝達機構３００に準じた構成とされている。ワイヤ３１２の一端部（図において右側の端部）は、固定部材６０，固定部材６０と可動部材８４との隙間および可動部材８４を順にｘ軸に沿って正の向きに貫通し、可動部材８４の内面に到達する。その後、ワイヤ３１２の一端部は、可動部材８４の内面に沿って反時計方向に延び、可動部材８４に取り付けられたガイド３４４に巻き掛けられる。さらに、ワイヤ３１２の一端部は、可動部材８４とフライホイール支持体６４との隙間を通過し、フライホイール支持体６４の外面に到達し、その外面に沿って時計方向に延びて、ｘ軸と一致する位置を超えた位置で固定されている。ガイド３４４の個数については、ガイド３４０の場合と事情は同じである。ワイヤ３１２の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１２の一端部の場合とｚ軸に関して対称的に取り回されている。
【００８７】
したがって、ｙ軸アクチュエータ３０６の正方向作動が行われれば、図１７に示すように、ワイヤ３１２の一端部が固定部材６０から引き出される一方、ワイヤ３１２の他端部が固定部材６０内に引き込まれ、それにより、フライホイール支持体６４が反時計方向に回転させられる。これに対して、ｙ軸アクチュエータ３０６の逆方向作動が行われれば、上記の場合とは逆に、フライホイール支持体６４が時計方向に回転させられる。
【００８８】
図１８には、ｘ軸アクチュエータ３０４とｘ軸ワイヤ駆動装置３３０とが示されている。
【００８９】
ｘ軸アクチュエータ３０４は、パルスモータ３５０と減速ギヤ３５２と直線運動部材３５４とを含むように構成されている。パルスモータ３５０は固定部材６０に固定的に取り付けられ、そのパルスモータ３５０の回転軸に小歯車３５８が取り付けられている。その小歯車３５８にかみ合う大歯車３６０が固定部材６０に回転可能に取り付けられており、それら小歯車３５８と大歯車３６０とによって減速ギヤ３５２が構成されている。直線運動部材３５４は、本実施形態においては、大歯車３６０の外周の一部分として設けられていて、パルスモータ３５０の回転によって疑似的な直線運動を行わせられる。
【００９０】
ｘ軸ワイヤ駆動装置３３０は、直線運動部材３５４の運動をワイヤ３１０の運動に変換する運動変換機構３６４を備えている。運動変換機構３６４は、固定部材６０に直線運動可能に支持され、直線運動部材３５４と共に直線運動する駆動ラック３６６と、固定部材６０に回転可能に取り付けられたピニオン３６８と、固定部材６０に直線運動可能に支持され、ワイヤ３１０と共に直線運動する従動ラック３７０とを備えている。駆動ラック３６６と従動ラック３７０とはいずれれピニオン３６８にかみ合わせられていて、駆動ラック３６６の直線運動がピニオン３６８によって従動ラック３７０の直線運動に変換される。
【００９１】
直線運動部材３５４は、第１コイルばね３７４を介して固定部材６０と連結される一方、第２コイルばね３７６を介して駆動ラック３６６と連結されている。すなわち、第１コイルばね３７４がｘ軸アクチュエータ３０４との関係において並列弾性部材として機能し、第２コイルばね３７６がｘ軸アクチュエータ３０４との関係において直列弾性部材として機能するようになっているのである。図１９には、それらｘ軸アクチュエータ３０４，第１コイルばね３７４および第２コイルばね３７６と、固定部材６０と、可動部材８４（ｘ軸アクチュエータ３０４によって駆動される部材）との関係が概念的に示されている。
【００９２】
したがって、本実施形態によれば、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりフリーになってしまった場合には、第１コイルばね３７４の効果により、相対角θが過大にならずに済み、また、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりロックしてしまった場合には、第２コイルばね３７６の効果により、可動部材８４の支持状態が完全に剛な状態にならずに軸受荷重Ｍが過大にならずに済む。すなわち、ｘ軸アクチュエータ３０４の故障に対する救済措置が講じられているのである。
【００９３】
また、本実施形態においては、第１コイルばね３７４の弾性係数が第２コイルばね３７６の弾性係数より低くされている。したがって、本実施形態によれば、弾性係数が第１コイルばね３７４と第２コイルばね３７６とで等しいか、または第１コイルばね３７４の方が高い場合に比較して、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりロックしてしまった場合における相対角の増加量を少なく抑えることが容易になるという効果が得られる。
【００９４】
ｙ軸アクチュエータ３０６およびｙ軸ワイヤ駆動装置３３２の構造は、ｘ軸アクチュエータ３０４およびｘ軸ワイヤ駆動装置３３０に準じた構造であるため、文章および図示による説明を省略する。
【００９５】
図２０には、さらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置の機械的構成が示されている。なお、本実施形態は、電気的構成については、先の二つの実施形態と共通であり、機械的構成については、各軸ワイヤ駆動装置のみが異なり、他の要素については共通であるため、各軸ワイヤ駆動装置のみを詳細に説明し、他の要素については同一の符号を使用することによって詳細な説明を省略する。
【００９６】
図２０には、ｘ軸アクチュエータ３０４とｘ軸ワイヤ駆動装置４００とが示されている。
【００９７】
本実施形態においては、ワイヤ３１０が、図１８に示す先の実施形態とは異なり、中間部において二分割され、第１分割端部４０４（図において右側の端部）が固定部材６０に連結される一方、第２分割端部４０６（図において左側の端部）が直線運動部材３５４に連結されている。ｘ軸ワイヤ駆動装置４００は、直線運動部材３５４の運動をワイヤ３１０の運動に変換する運動変換機構として、第１分割端部４０４の経路の向きを変えるプーリ４１０と、第２分割端部４０６の経路の向きを変えるプーリ４１２とを備えている。それらプーリ４１０，４１２はいずれも固定部材６０に回転可能に取り付けられている。
【００９８】
第１分割端部４０４は、第１コイルばね４２０を介して固定部材６０に連結されている。また、直線運動部材３５４は、第２コイルばね４２２を介して固定部材６０に連結されている。また、第２分割端部４０６は、第３コイルばね４２４を介してプーリ４１２に連結されている。第１コイルばね４２０はｘ軸アクチュエータ３０４との関係において直列弾性部材として機能し、第２コイルばね４２２は並列弾性部材として機能し、第３コイルばね４２４は直列弾性部材として機能するようになっているのである。図２１には、それらｘ軸アクチュエータ３０４，第１コイルばね４２０，第２コイルばね４２２および第３コイルばね４２４と固定部材６０と可動部材８４（ｘ軸アクチュエータ３０４によって駆動される部材）との関係が概念的に示されている。
【００９９】
したがって、本実施形態によれば、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりフリーになってしまった場合には、第２コイルばね４２２の効果により、相対角θが過大にならずに済み、また、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりロックしてしまった場合には、第１コイルばね４２０および第３コイルばね４２４の効果により、可動部材８４の支持状態が完全に剛な状態にならずに軸受荷重Ｍが過大にならずに済む。すなわち、本実施形態においても、ｘ軸アクチュエータ３０４の故障に対する救済措置が講じられているのである。
【０１００】
ｙ軸アクチュエータおよびｙ軸ワイヤ駆動装置の構造は、ｘ軸アクチュエータ３０４およびｘ軸ワイヤ駆動装置４００に準じた構造であるため、文章および図示による説明を省略する。
【０１０１】
図２２および図２３には、さらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置の機械的構成が示されている。なお、本実施形態は、電気的構成については、先の二つの実施形態と共通であり、機械的構成については、ワイヤの取り回しのみが異なり、他の要素については共通であるため、ワイヤの取り回しのみを詳細に説明し、他の要素については同一の符号を使用することによって詳細な説明を省略する。なお、各軸アクチュエータおよび各軸ワイヤ駆動装置については、図１８に示す構造としたり、図２０に示す構造とすることができる。
【０１０２】
図２２には、ｘ軸ワイヤ駆動装置４５０により駆動されるワイヤ３１０の取り回しが示されている。ワイヤ３１０の一端部（図において右側の端部）は、固定部材６０および固定部材６０と可動部材８４との隙間をｙ軸に沿って負の向きに貫通し、可動部材８４の外面に到達した後、固定部材６０に取り付けられたガイド４５２に巻き掛けられ、その後、可動部材８４の外面に沿って時計方向に延び、その後、可動部材８４に固定されている。これに対して、ワイヤ３１０の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１０の一端部の場合とｚ軸に関して対称的に取り回されている。したがって、ｘ軸アクチュエータ３０４の正方向作動が行われれば、可動部材８４が反時計方向に回転させられ、逆方向作動が行われれば、可動部材８４が時計方向に回転させられる。
【０１０３】
これに対して、図２３には、ｙ軸ワイヤ駆動装置４６０により駆動されるワイヤ３１２の取り回しが示されている。ワイヤ３１２の一端部（図において右側の端部）は、固定部材６０，固定部材６０と可動部材８４との隙間，可動部材８４および可動部材８４とフライホイール支持体６４との隙間を順にｘ軸に沿って負の向きに貫通し、フライホイール支持体６４の外面に到達した後、可動部材８４に取り付けられたガイド４６２に巻き掛けられ、その後、フライホイール支持体６４の外面に沿って時計方向に延び、その後、フライホイール支持体６４に固定されている。ワイヤ３１２の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１２の一端部の場合とｚ軸に関して対称的に取り回されている。したがって、ｙ軸アクチュエータ３０６の正方向作動が行われれば、フライホイール支持体６４が反時計方向に回転させられ、逆方向作動が行われれば、フライホイール支持体６４が時計方向に回転させられる。
【０１０４】
なお付言すれば、上述のいくつかの実施形態においてワイヤ３１０，３１２は、各軸アクチュエータ３００，３０４により発生させられた力を自由な伝達経路を経て可動部材６８およびフライホイール支持体６４に伝達する力伝達媒体として使用されているが、ワイヤ３１０，３１２に代えてベルトを使用したり、チェーンを使用することができる。
【０１０５】
図２４には、さらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置の機械的構成が示されている。なお、本実施形態は、電気的構成については、先の四つの実施形態と共通であり、機械的構成についてのみが異なるため、機械的構成のみを詳細に説明し、電気的構成については同一の符号を使用することによって詳細な説明を省略する。
【０１０６】
本実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置は、フライホイール支持体５００を備えている。フライホイール支持体５００は、図２５に示すように、ハウジング５０２を備えており、そのハウジング５０２内にフライホイール５０４が収容されている。フライホイール５０４の両側から一対の回転軸５０６，５０７が同軸に延び出させられており、各回転軸５０６は各軸受５０８，５０９を介してハウジング５０２に回転は許容される軸方向移動は制限された状態で支持されている。各軸受５０８，５０９は、フライホイール５０４のラジアル荷重とスラスト荷重との双方を受ける。
【０１０７】
フライホイール支持体５００は、モータ／発電機５１０を備えている。モータ／発電機５１０は、回転軸５０６に同軸に連結された状態でハウジング５０２に取り付けられている。モータ／発電機５１０は、ステータとロータとを有するとともに、モータとして機能することにより、フライホイール５０４に蓄積された運動エネルギを電気エネルギに変換する状態と、発電機として機能することにより、電気エネルギを運動エネルギに変換してフライホイール５０４に蓄積する状態とに切り換わる。
【０１０８】
フライホイール支持体５００はまた、フライホイール５０４がハウジング５０２内において傾くことがなく、正常に回転する場合には機能しないが、軸受５０８，５０９の損傷によってフライホイール５０４がハウジング５０２内において傾いたときに機能し、フライホイール５０４が直接にハウジング５０２に当接することを防止するとともにフライホイール５０４がある程度にはスムーズに回転することを保証するフェールセーフ機構５１４を備えている。そのフェールセーフ機構５１４は例えば、タッチダウンベアリングである。
【０１０９】
なお、本実施形態においては、フライホイールとして機能する部材はフライホイール５０４の他にも存在し、一対の回転軸５０６，５０７およびモータ／発電機５１０のロータもフライホイールとして機能する。
【０１１０】
図２４に示すように、フライホイール型エネルギ蓄積装置は、車体に固定的に取り付けられる固定部材５２０を備えている。その固定部材５２０とフライホイール支持体５００とは支持機構５２２により、ｘ軸回りの相対回転可能かつｙ軸回りの相対回転に互いに連結されている。支持機構５２２は、可動部材５２４を備えている。可動部材５２４は、固定部材５２０とｘ軸回りに回転可能に連結されるとともに、フライホイール支持体５００とｙ軸回りに回転可能に連結されている。
【０１１１】
図２６に示すように、支持機構５２２はさらに、ｘ軸に沿って同軸に延びる第１支持軸５２８と第２支持軸５３０とを備えている。第１支持軸５２８は、ｘ軸方向における一側において、可動部材５２４を固定部材５２０に相対回転可能に連結し、一方、第２支持軸５３０は、ｘ軸方向における他側において、可動部材５２４を固定部材５２０に相対回転可能に連結する。各支持軸５２８，５３０は、固定部材５２０の側からその固定部材５２０に固定の各ブラケット５３２，５３４を貫通して可動部材５２４に到達しており、各ブラケット５３２，５３４に取り付けられた各軸受５３６，５３８と、可動部材５２４に取り付けられた各軸受５４０，５４２とを介して固定部材５２０と可動部材５２４とに支持されている。
【０１１２】
固定部材５２０と可動部材５２４とのｘ軸相対回転はそのような構造により実現されるが、可動部材５２４とフライホイール支持体５００とのｙ軸相対回転もそれに準じた構造により実現される。具体的には、図２７に示すように、支持機構５２２が、ｙ軸に沿って同軸に延びる第３支持軸５４６と第４支持軸５４８とを備えるとともに、第３支持軸５４６は、ｙ軸方向における一側において、可動部材５２４をフライホイール支持体５００に相対回転可能に連結し、一方、第４支持軸５４８は、ｙ軸方向における他側において、可動部材５２４をフライホイール支持体５００に相対回転可能に連結する。各支持軸５４６，５４８は、可動部材５２４の側からその可動部材５２４を貫通してフライホイール支持体５００に到達しており、可動部材５２４に取り付けられた各軸受５５０，５５２と、フライホイール支持体５００に取り付けられた各軸受５５４，５５６とを介して可動部材５２４とフライホイール支持体５００とに支持されている。
【０１１３】
図２４に示すように、フライホイール型エネルギ蓄積装置はまた、ｘ軸アクチュエータ５６０とｙ軸アクチュエータ５６２とを備えている。
【０１１４】
ｘ軸アクチュエータ５６０は、図２６に示すように、固定部材５２０にｘ軸方向における一側においてｘ軸と同軸となる姿勢で固定的に取り付けられている。ｘ軸アクチュエータ５６０は、第１回転軸５６６を備えているが、その第１回転軸５６６は前記第１支持軸５２８と一体的に設けられている。これに対して、ｙ軸アクチュエータ５６２は、図２７に示すように、可動部材５２４にｙ軸方向における一側においてｙ軸と同軸となる姿勢で固定的に取り付けられている。ｙ軸アクチュエータ５６２は、第２回転軸５６８を備えているが、その第２回転軸５６８は前記第３支持軸５４６と一体的に設けられている。
【０１１５】
図２６に示すように、ｘ軸アクチュエータ５６０の第１回転軸５６６と可動部材５２４とは、第１回転軸５６６の位置においてそれと同軸に設けられた第１ねじりばね５７０により互いに連結されている。第１回転軸５６６と可動部材５２４との相対回転が抑制され、それにより、ｘ軸アクチュエータ５６０の作動力が第１ねじりばね５７０により可動部材５２４に伝達されるようになっているのである。すなわち、第１ねじりばね５７０が、ｘ軸力伝達機構を構成しているのである。また、可動部材５２４と固定部材５２０とは、第２支持軸５３０の位置においてそれと同軸に設けられた第２ねじりばね５７２により互いに連結されている。可動部材５２４と固定部材５２０との相対回転が抑制されているのである。すなわち、第１ねじりばね５７０が、ｘ軸アクチュエータ５６０との関係において直列弾性部材として機能し、第２ねじりばね５７２が、並列弾性部材として機能するようになっているのである。
【０１１６】
ｘ軸相対回転およびｘ軸アクチュエータ５６０の作動力伝達はそのような構造により実現されるが、ｙ軸相対回転およびｙ軸アクチュエータ５６２の作動力伝達もそれに準じた構造により実現される。
【０１１７】
すなわち、図２７に示すように、ｙ軸アクチュエータ５６２の第２回転軸５６８とフライホイール支持体５００とは、第２回転軸５６８の位置においてそれと同軸に設けられた第３ねじりばね５７４により互いに連結されている。第２回転軸５６８とフライホイール支持体５００との相対回転が抑制され、それにより、ｙ軸アクチュエータ５６２の作動力が第３ねじりばね５７４によりフライホイール支持体５００に伝達されるようになっているのである。すなわち、第３ねじりばね５７４が、ｙ軸力伝達機構を構成しているのである。また、可動部材５２４とフライホイール支持体５００とは、第４支持軸５４８の位置においてそれと同軸に設けられた第４ねじりばね５７６により互いに連結されている。可動部材５２４とフライホイール支持体５００との相対回転が抑制されているのである。すなわち、第３ねじりばね５７４が、ｙ軸アクチュエータ５６２との関係において直列弾性部材として機能し、第４ねじりばね５７６が、並列弾性部材として機能するようになっているのである。
【０１１８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらの他にも、特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を施した形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置が搭載されたハイブリッド電気自動車の構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】そのハイブリッド電気自動車におけるエンジンの使用状態とフライホイール型エネルギ蓄積装置の使用状態との関係を説明するためのグラフである。
【図３】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置を示す斜視図である。
【図４】図３におけるフライホイール支持体を示す断面図である。
【図５】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置における支持機構を示す平面図である。
【図６】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図７】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｙ軸アクチュエータとｙ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図８】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置における支持状態制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】図８におけるコントローラによりフライホイール支持状態が制御される原理を示す工程図である。
【図１０】図９における車両挙動の取得工程の詳細の一例を示す工程図である。
【図１１】図９における車両挙動の取得工程の詳細の別の例を示す工程図である。
【図１２】図８におけるコントローラのコンピュータのＲＯＭに記憶されているルーチンのうち本発明と関連が深いものを示すフローチャートである。
【図１３】上記実施形態の一効果を一従来例との対比において説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置を示す斜視図である。
【図１５】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図１６】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｙ軸アクチュエータとｙ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図１７】そのｙ軸力伝達機構の作動状態の一例を示す断面図である。
【図１８】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸ワイヤ駆動装置とを示す正面図である。
【図１９】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置の力伝達系を概念的に示す図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸ワイヤ駆動装置とを示す正面図である。
【図２１】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置の力伝達系を概念的に示す図である。
【図２２】本発明のさらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図２３】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｙ軸アクチュエータとｙ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図２４】本発明のさらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置を示す斜視図である。
【図２５】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるフライホイール支持体を示す断面図である。
【図２６】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置における支持機構のうちｘ軸相対回転を実現する部分を示す断面図である。
【図２７】その支持機構のうちｙ軸相対回転を実現する部分を示す断面図である。
【符号の説明】
２０ フライホイール型エネルギ蓄積装置
６０，５２０ 固定部材
６４，５００ フライホイール支持体
６８，５２２ 支持機構
７０ 支持状態制御装置
８０，５０８，５０９ 軸受
７８ ロータ
８４，５２４ 可動部材
１００，３０４，５６０ ｘ軸アクチュエータ
１０２，３００，４００ ｘ軸力伝達機構
１１０，３０６，５６２ ｙ軸アクチュエータ
１１２，３０２ ｙ軸力伝達機構
３７４，４００ 第１コイルばね
３７６，４２２ 第２コイルばね
３１０，３１２ ワイヤ
４２４ 第３コイルばね
５０４ フライホイール
５１０ モータ／発電機
５２８，５３０，５４６，５４８ 第１ないし第４支持軸
５７０，５７２，５７４，５７６ 第１ないし第４ねじりばね
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両においてフライホイールに運動エネルギを蓄積させるとともに、その蓄積された運動エネルギを必要に応じて発電機により電気エネルギに変換して出力するフライホイール型エネルギ蓄積装置に関するものであり、特に、車両においてフライホイールを支持する技術の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記フライホイール型エネルギ蓄積装置の従来技術がいくつか存在する。
第１の従来技術は、軸受を介してフライホイールをそれのスピン軸線回りに回転可能に支持するフライホイール支持体を車体に固定し、それにより、フライホイール支持体の車体に対する相対角の変化を阻止するものである。
第２の従来技術は、フライホイール支持体を車体にスプリングにより弾性的に支持させ、それにより、フライホイール支持体の車体に対する相対角の変化を許容するものである。
すなわち、第１の従来技術は、フライホイール支持体を剛な状態で支持する技術であり、これに対して、第２の従来技術は、フライホイール支持体を軟な状態で支持する技術なのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用および発明の効果】
しかしながら、いずれの従来技術にもいくつかの問題があった。
第１の従来技術においては、フライホイール支持体が車体に固定されているため、フライホイールの回転中に車両の挙動が変化してフライホイールのスピン軸線が傾くと、フライホイールにジャイロ効果が発生してしまうという問題があった。
【０００４】
ここに、「ジャイロ効果」とは、フライホイールにそれのスピン軸線を傾ける外力が作用すると、その外力に対抗するようにモーメントがフライホイールに発生する現象をいい、この現象は、フライホイールの角運動量を保存しようとするために生じるものである。このジャイロ効果に基づくモーメントは、スピン軸線を傾ける際にそのスピン軸線が軌跡として描く一平面と直角な一平面内においてスピン軸線を傾けるモーメントとしてフライホイールに発生する。
【０００５】
また、この「ジャイロ効果」は、車両のすべての挙動変化によって発生するわけではなく、例えばスピン軸線が垂直に立てられている場合には、車両の強い旋回によって車体にローリングが発生する場合や、強い加減速によって車体にピッチングが発生する場合や、車両走行中に車両に作用する外乱、例えば路面凹凸，路面突起等によって車体にローリングやピッチングが発生する場合に、フライホイールにジャイロ効果が発生することになる。
【０００６】
そのため、この第１の従来技術には、フライホイールのジャイロ効果に基づいてフライホイール支持体にモーメントが発生し、そのモーメントが原因となって、軸受がフライホイールから受ける荷重が増加してしまうという問題があった。
【０００７】
なお、軸受がフライホイールから受ける荷重には、フライホイールのジャイロ効果に基づく荷重の他に、車両の並進運動（前後運動，上下運動および左右運動）時に発生するものも存在する。しかし、この並進運動時に発生する荷重は、ジャイロ効果に基づいて発生する荷重に比較して小さいのが普通である。
【０００８】
このような荷重増加にもかかわらず軸受が正常にフライホイールを支持可能とするためには、軸受の大形化によって軸受の支持剛性を向上させなければならない。ここに、軸受の大形化は一般に、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加を招くとともに、軸受の摺動抵抗が増加し、フライホイールの回転抵抗も増加して、フライホイールの運動エネルギの損失量が増加するという事態も招く。そのため、この第１の従来技術には、さらに、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加という問題と、フライホイールの運動エネルギの損失量増加という問題もあった。
【０００９】
また、この第１の従来技術においては、フライホイール支持体が車両に固定されているため、ジャイロ効果に基づくモーメントがフライホイール支持体に発生すると、そのモーメントが車両に伝達されてしまう。そのため、この第１の従来技術には、さらに、ジャイロ効果によって車両の挙動が変化してしまうという問題もあった。
【００１０】
これに対して、第２の従来技術においては、フライホイール支持体が車両に固定されてはいないため、第１の従来技術におけるとは異なり、ジャイロ効果に基づくモーメントがフライホイールに発生しない。そのため、軸受がフライホイールから受ける荷重が増加してしまうことはなく、また、ジャイロ効果によって車両の挙動が変化してしまうこともない。
【００１１】
しかしながら、この第２の従来技術においては、車両の挙動変化により、フライホイールすなわちフライホイール支持体の固定部材に対する相対角が著しく増加する。ここに、相対角の増加は一般に、フライホイール支持体を干渉しないで収容するハウジングの必要性から、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加という事態を招く。また、フライホイール支持体の単純な弾性支持は一般に、フライホイール支持体と車両との共振を回避することが困難であり、そのため、フライホイール支持体の振動増加を招き易い。そのため、この第２の従来技術には、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加という問題と、フライホイール支持体の振動増加という問題があった。
また、フライホイール型エネルギ蓄積装置においては、発電機がフライホイール支持体に共に揺動するように取り付けられ、また、発電機から電線が外部に延びるのが普通である。そのため、上記第２の従来技術においては、相対角の増加という問題により、発電機の電線の取り回しの設計が困難になるという問題もあった。
【００１２】
本発明は、以上の事情を背景としてなされたものであり、その課題は、フライホイール支持体をハードウェア的には軟な状態で支持する一方、ソフトウェア的には軟な状態と剛な状態との間の任意の状態で支持可能とすることにより、上記第１の従来技術の問題と第２の従来技術の問題とを一緒に解決し得るフライホイール型エネルギ蓄積装置を得ることにある。
【００１３】
この課題は下記態様のフライホイール型エネルギ蓄積装置によって解決される。なお、以下の説明において、本発明の各態様を、それぞれに項番号を付して請求項と同じ形式で記載する。各項に記載の特徴を組み合わせて採用することの可能性を明示するためである。
【００１４】
(1) 車両に位置固定に設けられる固定部材と、
自身の慣性により回転し続けることによって運動エネルギを蓄積するフライホイールと、
軸受を介してそのフライホイールをそれのスピン軸線回りに回転可能に支持するフライホイール支持体と、
そのフライホイール支持体と前記固定部材との間に設けられ、フライホイール支持体を前記スピン軸線が空間内において任意の方向を取り得るように固定部材に対して回転可能に支持する支持機構と、
前記フライホイールとフライホイール支持体との間に設けられ、フライホイールの回転により回転させられることにより、電気エネルギを発生させる発電機と
を含み、フライホイールに蓄積された運動エネルギを必要に応じて電気エネルギに変換して出力するフライホイール型エネルギ蓄積装置において、
前記車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方を含む情報に基づき、前記支持機構による前記フライホイール支持体の支持状態を、前記軸受が前記フライホイールから受ける荷重と、フライホイールの前記固定部材に対する相対角とがいずれも各目標状態となるように制御する支持状態制御装置を設けたことを特徴とするフライホイール型エネルギ蓄積装置（請求項１）。
この装置においては、フライホイール支持体が支持機構により軟な状態で支持される一方、その支持状態が支持状態制御装置により、車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方を含む情報に基づいて、軟な状態と剛な状態との間の状態に制御され、それにより、軸受がフライホイールから受ける荷重と、フライホイールの固定部材に対する相対角とがいずれも各目標状態となるようにされる。
したがって、この装置によれば、フライホイール支持体を常に剛な状態で支持する場合に発生する問題、すなわち、ジャイロ効果によって軸受荷重が過大となってしまうという問題の発生が回避されるとともに、フライホイール支持体を常に軟な状態で支持する場合に発生する問題、すなわち、フライホイールの相対角が過大となってしまうという問題の発生が回避されるという効果が得られる。
フライホイール型エネルギ蓄積装置に関連の深い情報として、「車両の挙動に関連する情報」や「フライホイールの挙動に関連する情報」があり、この「車両の挙動に関連する情報」には例えば、車両自体の挙動を表す情報や、車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報や、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報等がある。本発明は、これら「車両の挙動に関連する情報」のうち、車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方に基づいて支持機構によるフライホイール支持体の支持状態を制御することを特徴とするものなのであり、「車両自体の挙動を表す情報」の利用を排除するものではない。ここに、「車両自体の挙動を表す情報」として、車体（ばね上部材）の加速度（前後加速度，左右加速度および上下加速度）や、車輪（ばね下部材）の加速度（前後加速度，左右加速度および上下加速度）や、車体の姿勢角（ピッチ角，ロール角およびヨー角）や、車体の姿勢角の変化速度である姿勢角速度（ピッチレート，ロールレートおよびヨーレート）があり、また、「車両の操作を表す情報」として、ステアリング操作量（ステアリング角等）や、アクセル操作量（アクセル角等）や、ブレーキ操作量（ブレーキ操作力，操作ストローク等）がある。なお、車体の走行速度である車速は、車両自体の挙動を表す情報として考えることも、車両の操作を表す情報として考えることもできる。また、「その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報」には例えば、車両の現在または将来における路面の状態を表す情報がある。
また、本発明は、前記「フライホイールの挙動に関連する情報」の利用も排除するものではなく、「フライホイールの挙動に関連する情報」には、例えば、フライホイール自体の挙動を表す情報や、フライホイールの軸受に関連する情報等がある。ここに、「フライホイール自体の挙動を表す情報」には例えば、フライホイールすなわちフライホイール支持体の、固定部材すなわち車両に対する相対角や、フライホイールのスピン軸線回りの角速度等があり、「フライホイールの軸受に関連する情報」には、軸受荷重、すなわち、軸受がフライホイールから受ける荷重（力またはモーメント）を表す情報等がある。
また、この装置において「荷重と相対角とがいずれも各目標状態となる」とは、例えば、荷重と相対角とがいずれも各目標値となることを意味する用語として使用したり、荷重と相対角とがそれぞれ変化することが許容される目標範囲内に維持されることを意味する用語として使用したり、荷重と相対角とがそれぞれ超えることが許容されない各限界値を超えないことを意味する用語として使用することができる。また、各目標値，各目標範囲および各限界値は、固定値とすることができるが、可変値とすることもできる。例えば、相対角の目標値を、フライホイール支持体を完全に剛な状態で支持するとフライホイールに強いジャイロ効果が発生することが予想される状態においては、フライホイールのスピン軸線が絶対空間内において固定されるように、車体姿勢角に応じて変化する一方、フライホイール支持体を完全に剛な状態で支持してもフライホイールに強いジャイロ効果が発生しないことが予想される状態においては、０となるように決定することができるのである。
また、この装置において「フライホイール」は、専用のものとして設けたり、発電機のロータとしての機能を兼ねるものとして設けることができる。
また、この装置において「発電機」は、発電機として機能し、フライホイールの運動エネルギを電気エネルギに変換する状態と、モータとして機能し、外部からの電気エネルギをフライホイールの運動エネルギに変換する状態とに切り換わるモータ／発電機として設けることができる。
(2) 前記支持状態制御装置が、(a) 外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータと、(b) そのアクチュエータと前記支持機構との間にアクチュエータと直列に設けられてアクチュエータにより発生させられた力を支持機構に伝達する直列弾性部材と、(c) 前記アクチュエータに並列に設けられた並列弾性部材とを含む(1) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置（請求項２）。
アクチュエータは常に正常であるとは限らず、何らかの理由で故障する場合がある。また、故障には、アクチュエータの可動部が入力信号にかかわらずロックしてしまうモードや、フリーになってしまうモードがある。
これに対して、本項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置においては、アクチュエータの可動部が故障してロックした場合には、直列弾性部材の効果により、固定部材とフライホイール支持体との相対回転が完全に阻止される状態から回避されるため、直列弾性部材が存在しない場合に比較して、軸受荷重の増加が抑制されるという効果が得られる。また、アクチュエータの可動部が故障してフリーとなった場合には、並列弾性部材の効果により、固定部材とフライホイール支持体との相対回転がある程度制限されるため、並列弾性部材が存在しない場合に比較して、フライホイール支持体の相対角の増加が抑制されるという効果も得られる。
また、アクチュエータが非作用状態でフリーとなる形式である場合には、並列弾性部材の効果により、フライホイールの相対角が、アクチュエータの非作用状態でも過大とならずに済むという効果も得られる。
上記フライホイール型エネルギ蓄積装置において「アクチュエータ」は例えば、ロータリ型としたりリニア型とすることができ、また、電気モータとしたり、空圧モータまたは空圧シリンダと空圧制御装置との組合せとしたり、油圧モータまたは油圧シリンダと油圧制御装置との組合せとすることができる。
(3) 前記支持機構が、第１支持軸線回りに前記固定部材と相対回転可能に連結される一方、前記第１支持軸線と交差する第２支持軸線回りに前記フライホイール支持体と相対回転可能に連結された可動部材を含み、前記支持状態制御装置が、(a) 外部からの信号に応じて第１力を発生させる第１アクチュエータと、(b) 外部からの信号に応じて第２力を発生させる第２アクチュエータと、(c) 前記第１アクチュエータにより発生させられた第１力を前記可動部材に伝達し、それにより、前記フライホイール支持体と前記固定部材との、前記第１支持軸線回りの相対回転を制御する第１力伝達機構と、(d) 前記第２アクチュエータにより発生させられた第２力を前記フライホイール支持体に伝達し、それにより、そのフライホイール支持体と前記固定部材との、前記第２支持軸線回りの相対回転を制御する第２力伝達機構とを含む(1) または(2) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(4) 前記第１力伝達機構が、前記第１アクチュエータにより発生させられた第１力を前記可動部材にモーメントとして伝達するものであり、前記第２力伝達機構が、前記第２アクチュエータにより発生させられた第２力を前記フライホイール支持体にモーメントとして伝達するものである(3) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(5) さらに、前記第１アクチュエータと前記可動部材との間に第１アクチュエータと直列に設けられた直列弾性部材と、前記第２アクチュエータと前記フライホイール支持体との間に第２アクチュエータと直列に設けられた直列弾性部材と、前記第１アクチュエータに並列に設けられた並列弾性部材と、前記第２アクチュエータに並列に設けられた並列弾性部材とを含む(3) または(4) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(6) 前記支持状態制御装置が、(a) 前記車両の挙動と前記フライホイールの挙動との少なくとも一方に関連する情報であって、前記車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方を含むものを検出する関連情報センサと、(b) 外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータと、(c) そのアクチュエータにより発生させられた力を前記支持機構に伝達し、それにより前記支持状態を制御する力伝達機構と、(d) 検出された関連情報に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとを含む(1) ないし(5) 項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(7) 前記関連情報センサが、前記荷重を検出する荷重センサと、前記相対角を検出する相対角センサと、前記フライホイールのスピン軸線回りの角速度を検出する角速度センサとの少なくとも一つを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、アクチュエータが、荷重と相対角と角速度との少なくとも一つの検出値を考慮して制御される。したがって、この装置によれば、アクチュエータを検出値の考慮なしで一方的に制御する場合に比較して、フライホイール支持状態の制御精度を容易に向上させ得る。
(8) 前記関連情報センサが、(a) 前記荷重を検出する荷重センサと、(b) 前記相対角を検出する相対角センサとを含む(7) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、アクチュエータが、荷重と相対角との双方の検出値を考慮して制御される。したがって、この装置によれば、フライホイール支持状態の制御精度を一層容易に向上させ得る。
(9) 前記関連情報センサが、前記フライホイールのスピン軸線回りの角速度を検出する角速度センサを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
フライホイールに生ずるジャイロ効果は、フライホイールのスピン軸線回りの角速度が大きい場合において小さい場合におけるジャイロ効果より大きい。このように、ジャイロ効果とフライホイールの角速度との間に一定の関係がある。これに対して、この(9) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置によれば、フライホイールの角速度を考慮してアクチュエータを制御可能となるため、フライホイール支持状態の制御精度を一層容易に向上させ得る。
(10)前記関連情報センサが、(a) 前記荷重を検出する荷重センサと、(b) 前記相対角を検出する相対角センサと、(c) 前記フライホイールのスピン軸線回りの角速度を検出する角速度センサとを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、アクチュエータが、荷重と相対角との双方の検出値を考慮して制御されるとともに、フライホイールの角速度をも考慮して制御される。したがって、この装置によれば、フライホイール支持状態の制御精度を一層容易に向上させ得る。
(11)前記関連情報センサが、前記車両の挙動に関連する情報を検出する車両挙動関連情報センサを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
車両の挙動変化が原因となってフライホイールにジャイロ効果が発生する。これに対して、本項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置においては、アクチュエータが車両挙動を考慮して制御される。したがって、この装置によれば、ジャイロ効果を予測してアクチュエータを制御可能となり、フライホイール支持状態の制御応答性を容易に向上させ得る。
(12)前記関連情報センサが、(a) 前記軸受を検出する荷重センサと、(b) 前記相対角を検出する相対角センサと、(c) 前記車両の挙動に関連する情報を検出する車両挙動関連情報センサとを含む(6) 項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置によれば、フライホイール支持状態の実際が考慮されるとともに、ジャイロ効果を予測してアクチュエータを制御可能となり、フライホイール支持状態の制御精度および制御応答性を容易に向上させ得る。
(13) 前記車両挙動関連情報センサが、前記車両の挙動を検出する車両挙動センサを含む(11)または(12)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(14) 前記車両挙動関連情報センサが、前記車両の操作量を検出する車両操作量センサを含み、前記コントローラが、検出された車両操作量に基づき、前記車両の挙動を推定する車両挙動推定手段を含む(11)または(12)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、車両操作量に基づいて車両挙動が推定され、その推定車両挙動に基づいてアクチュエータが制御されるため、フライホイール支持状態の制御応答性を容易に向上させ得る。
(15) 前記車両挙動関連情報センサが、(a) 前記車両の挙動を検出する車両挙動センサと、(b) 前記車両の操作量を検出する車両操作量センサとを含み、前記コントローラが、(a) 検出された車両操作量に基づき、前記車両の挙動を推定する車両挙動推定手段と、(b) 検出された車両挙動に基づき、推定された車両挙動を修正する推定車両挙動修正手段とを含む(11)または(12)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、車両操作量に基づいて車両挙動が推定され、その推定車両挙動に基づいてアクチュエータが制御されるため、フライホイール支持状態の制御応答性を容易に向上させ得るとともに、その推定車両挙動が車両の実際挙動に基づいて修正されるため、車両挙動の推定精度が向上する。
(16)前記発電機が、ロータとステータとを備えてモータとして機能する状態と発電機として機能する状態とに切り換わるモータ／発電機であり、前記フライホイールが、前記ロータとして設けられるか、またはそのロータと共に回転可能に設けられた(1) ないし(15)項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(17)前記車両が、動力源と車輪とを備えた自動車であり、当該フライホイール型エネルギ蓄積装置が、前記動力源として機能し、前記フライホイールの運動エネルギを直接または間接に前記車輪に伝達することによってその車輪を駆動し、その車輪の運動エネルギを直接または間接にフライホイールに伝達することによってその車輪を制動する(1) ないし(16)項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(18)前記自動車が、前記車輪を駆動するために燃焼エネルギと電気エネルギとを併用するハイブリッド自動車であり、当該フライホイール型エネルギ蓄積装置が、電気エネルギの発生源として使用される(17)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(19)車両に位置固定に設けられる固定部材と、
自身の慣性により回転し続けることによって運動エネルギを蓄積するフライホイールと、
軸受を介してそのフライホイールをそれのスピン軸線回りに回転可能に支持するフライホイール支持体と、
そのフライホイール支持体と前記固定部材とに設けられ、フライホイール支持体を前記スピン軸線が空間内において任意の方向を取り得るように固定部材に対して回転可能に支持する支持機構と、
前記フライホイールとフライホイール支持体とに設けられ、フライホイールの回転によって回転させられることより、電気エネルギを発生させる発電機と
を含み、フライホイールの運動エネルギを必要に応じて電気エネルギに変換して出力するフライホイール型エネルギ蓄積装置において、
前記支持機構による前記フライホイール支持体の支持状態を制御する支持状態制御装置を設けたことを特徴とするフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置においては、フライホイール支持体が支持機構により軟な状態で支持される一方、その支持状態が支持状態制御装置により、軟な状態と剛な状態との間の任意の状態に制御される。したがって、このフライホイール型エネルギ蓄積装置によれば、前記第１の従来技術の問題と第２の従来技術の問題とを一緒に解決し得る。
(20)前記支持状態制御装置が、前記車両の挙動と前記フライホイールの挙動との少なくとも一方に関連する情報に基づき、前記支持状態を制御するものである(19)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置によれば、フライホイール支持体の支持状態を、車両の挙動とフライホイールの挙動との少なくとも一方との関係において容易に適正化し得る。
(21)前記支持状態制御装置が、外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータを駆動源として、前記支持状態を電気的に制御するものである(19)または(20)項に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
(22)前記支持状態制御装置が、前記軸受が前記フライホイールから受ける荷重と、フライホイールの前記固定部材に対する相対角とがいずれも各目標状態となるように制御するものである(19)ないし(21)項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置によれば、フライホイール支持体の支持状態を、荷重と相対角とがいずれも適正となるように容易に適正化し得る。
(23)前記支持状態制御装置が、(a) 外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータと、(b) そのアクチュエータと前記支持機構との間にアクチュエータと直列に設けられてそのアクチュエータにより発生させられた力を支持機構に伝達する直列弾性部材と、アクチュエータに並列に設けられた並列弾性部材との少なくとも一方とを含む(19)ないし(22)項のいずれかに記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
この装置によれば、少なくとも並列弾性部材を有する態様を採用した場合には、アクチュエータが故障してフリーになっても、フライホイール支持体の相対角が過大にならずに済み、また、少なくとも直列弾性部材を有する態様を採用した場合には、アクチュエータが故障してロックしても、軸受荷重が過大にならずに済む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
本発明の一実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置は、車両の一例である電気自動車の一例であるハイブリッド電気自動車において使用される。
【００１７】
図１には、そのハイブリッド電気自動車の全体構成が概念的にブロック図で示されている。図には、隣接した２個のブロックを連結する線として白抜きの線と黒い線とが存在するが、白抜きの線は運動エネルギの流れを示し、黒い線は電気エネルギの流れを示している。
【００１８】
このハイブリッド電気自動車は、燃焼エネルギによって運動エネルギを発生させる燃焼機関としてのエンジン１０と上記フライホイール型エネルギ蓄積装置２０とをそれぞれ動力源として備えている。また、このハイブリッド電気自動車は、エンジン１０とフライホイール型エネルギ蓄積装置２０とが、エンジン１０の運動エネルギとフライホイール型エネルギ蓄積装置２０の運動エネルギとが電気エネルギという形態に変換された状態で加算されるという意味において直列に接続されたシリーズ型である。また、このハイブリッド電気自動車は、鉛電池２１をエンジン１０にとっては直列となり、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０にとっては並列となる状態で備えている。
【００１９】
このハイブリッド電気自動車においては、運転中、エンジン１０が一定の回転速度で回転させられる。このエンジン１０の回転軸には発電機２２の回転軸が連結されている。発電機２２は、エンジン２０の運動エネルギとしてのトルクを電気エネルギとしての交流電流に変換する。この発電機２２には変流機２４を介して電流制御装置３０が接続されている。変流機２４は、コンバータとして、発電機２２からの交流電流を直流電流に変換して電流制御装置３０に供給する。
【００２０】
電流制御装置３０には変流機３２を介して上記フライホイール型エネルギ蓄積装置２０が接続されている。変流機３２は、インバータとして、電流制御装置３０からの直流電流を交流電流に変換してフライホイール型エネルギ蓄積装置２０に供給する状態と、コンバータとして、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０からの交流電流を直流電流に変換して電流制御装置３０に供給する状態と切り換えられる。電流制御装置３０には鉛電池２１も接続されている。鉛電池２１はエネルギ蓄積機能を有する点でフライホイール型エネルギ蓄積装置２０と共通するが、エネルギを電気エネルギの形で蓄積する点で、運動エネルギの形で蓄積するフライホイール型エネルギ蓄積装置２０と相違する。
【００２１】
電流制御装置３０にはさらに、変流機４２を介してモータ／発電機４４も接続されている。変流機４２は、インバータとして、電流制御装置３０からの直流電流を交流電流に変換してモータ／発電機４４に供給する状態と、コンバータとして、モータ／発電機４４からの交流電流を直流電流に変換して電流制御装置３０に供給する状態とに切り換えられる。モータ／発電機４４の回転軸には減速ギヤ４８を介して車輪５０が連結されている。モータ／発電機４４は、モータとして機能し、変流機４２からの交流電流を運動エネルギに変換する状態と、発電機として機能し、車輪５０の運動エネルギを電気エネルギとしての交流電流に変換する状態とに切り換えられる。
【００２２】
電流制御装置３０は、発電機２２とフライホイール型エネルギ蓄積装置２０と鉛電池２１とモータ／発電機４４との間における電流の流れおよび／または量を制御する。
【００２３】
このハイブリッド電気自動車においては、図２にグラフで表すように、自動車の加速時には、エンジン１０のパワーより大きな正のパワーが車輪５０に伝達され、減速時には、負のパワーが車輪５０に伝達され、定常走行時には、エンジン１０のパワーより小さな正のパワーが車輪５０に伝達される。
【００２４】
具体的には、加速時には、エンジン１０の運動エネルギに応じて発電機２２が出力する電気エネルギと、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０がそれの発電機を利用して出力する電気エネルギとの和がモータ／発電機４４に供給され、それにより、結果的に、エンジン１０の運動エネルギとフライホイール型エネルギ蓄積装置２０の運動エネルギとの和が車輪５０に伝達されて車輪５０が駆動される。
【００２５】
また、減速時には、発電機２２からモータ／発電機２４への電気エネルギ供給が阻止される一方、モータ／発電機４４が発電機として機能し、車輪５０の運動エネルギに応じてそのモータ／発電機４４から出力される電気エネルギがフライホイール型エネルギ蓄積装置２０に供給される。このとき、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０は、それのモータを利用してその電気エネルギを運動エネルギに変換してフライホイールに蓄積させる。
【００２６】
また、定常走行時には、発電機２２からの電気エネルギの一部が必要に応じてフライホイール型エネルギ蓄積装置２０に供給され、そのフライホイール型エネルギ蓄積装置２０は、それのモータを利用してその電気エネルギを運動エネルギに変換してフライホイールに蓄積させる。この定常走行時には、さらに、発電機２２からの電気エネルギの別の一部が必要に応じて鉛電池２１に供給されて充電が行われ、それにより、鉛電池２１に電気エネルギが常に正規の量で蓄積される。
【００２７】
電流制御装置３０は、そのようなエネルギの伝達・変換が実現されるように発電機２２とフライホイール型エネルギ蓄積装置２０と鉛電池２１とモータ／発電機４４との間における電流の流れおよび／または量を制御するのである。
【００２８】
フライホイール型エネルギ蓄積装置２０は、図３に示すように、固定部材６０とフライホイール支持体６４と支持機構６８と支持状態制御装置７０（図８参照）とを含むように構成されている。
【００２９】
ところで、絶対空間（慣性系）には、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とが互いに直交する座標系が絶対座標系として固定的に設定されている。これに対して、上記ハイブリッド電気自動車には、ｘ軸とｙ軸とｚ軸とが互いに直交する座標系が固定的に設定されている。ｘ軸は、車体前後方向に平行に、かつ、前側が正となるように設定されており、ｙ軸は、車体左右方向に平行に、かつ、車体を真上から見た場合に左側となる側が正となるように設定されており、ｚ軸は、車体上下方向に平行に、かつ、上側が正となるように設定されている。図３には、ｘ軸とｚ軸のみが示され、ｙ軸は図示が省略されている。そのｘｙｚ座標系は、ハイブリッド電気自動車と共に移動して絶対座標系との相対位置関係が変化するものであることから、絶対座標系との関係において相対座標系と称することができる。また、それら絶対座標系と相対座標系とは、ハイブリッド電気自動車の姿勢が基準状態にあるときに、互いに対応する軸同士が互いに平行となるように設定されている。
【００３０】
図４には、フライホイール支持体６４の内部構造が示されている。フライホイール支持体６４は、ハウジング７４とステータ７６とロータ７８（フライホイールとして機能する）と軸受８０とを含むように構成されている。ステータ７６はハウジング７４内に位置固定に設けられている。ロータ７８はハウジング７４内に一軸線回りに回転可能に設けられている。本実施形態においては、ロータ７８の回転軸線Ｌが、フライホイールのスピン軸線とされている。また、本実施形態においては、ステータ７６とロータ７８とにより、モータとしての機能と発電機としての機能との双方を有するモータ／発電機が構成されている。ロータ７８は軸受８０により回転可能かつ軸方向移動不能に支持されている。軸受８０は、ロータ７８からラジアル荷重とスラスト荷重との双方を受ける。
【００３１】
図５には、支持機構６８が平面図で示されている。支持機構６８は、固定部材６０とフライホイール支持体６４とに設けられ、そのフライホイール支持体６４を空間内において任意の方向を取り得るように固定部材６０に対して回転可能に支持する。支持機構６８は、可動部材８４を備えている。この可動部材８４は、固定部材６０とｘ軸回りに相対回転可能に連結される一方、フライホイール支持体６４とｙ軸回りに相対回転可能に連結されている。
【００３２】
支持機構６８は、それらの相対回転を次のような構造によって実現する。
図３および図５に示すように、固定部材６０の内面と可動部材８４の外面とが、隙間を隔てた同心の部分球面とされている。さらに、固定部材６０の内面に、ｘ軸を中心とした一円周に沿って延びる突条８６が形成される一方、可動部材８４の外面に、ｘ軸を中心とした一円周に沿って延びる環状溝８８が形成され、それら突条８６と環状溝８８とが摺動可能に嵌合されている。それらにより、固定部材６０と可動部材８４とのｘ軸回りの相対回転が実現されるのである。同様に、フライホイール支持体６４の外面と可動部材８４の内面とが、隙間を隔てた同心の部分球面とされている。さらに、フライホイール支持体６４の外面に、ｙ軸を中心とした一円周に沿って延びる環状溝９２が形成される一方、可動部材８４の内面に、ｙ軸を中心とした一円周に沿って延びる突条９４が形成され、それら環状溝９２と突条９４とが摺動可能に嵌合されている。それにより、フライホイール支持体６４と可動部材８４とのｙ軸回りの相対回転が実現されるのである。
【００３３】
なお、突条８６は固定部材６０に対して相対変位させられないのに対して、突条９４は相対変位させられるため、固定部材６０と可動部材８４との相対回転軸は常にｘ軸と一致するのに対して、可動部材８４とフライホイール支持体６４との相対回転軸は常にｙ軸と一致するのではなく、可動部材８４が図３に示す基準位置にあるときに限り一致する。しかし、説明を簡単にするために、以下の説明においては、可動部材８４とフライホイール支持体６４との相対回転軸をｙ軸と称することとする。
【００３４】
支持状態制御装置７０は、センサとアクチュエータと力伝達機構とコントローラと増幅器とを含むように構成されているが、まず、図６および図７に基づき、アクチュエータと力伝達機構とについて説明し、次に、図８に基づき、センサとコントローラと増幅器とについて説明する。
【００３５】
アクチュエータは、外部からの信号に応じて力を発生させるものであり、力伝達機構は、そのアクチュエータにより発生させられた力を支持機構６８に伝達するものである。それらアクチュエータおよび力伝達機構は、フライホイール支持体６４のｘ軸相対回転用とｙ軸相対回転用とについて個々に設けられ、ｘ軸およびｙ軸アクチュエータとｘ軸およびｙ軸力伝達機構とされている。
【００３６】
図６には、ｘ軸アクチュエータ１００とｘ軸力伝達機構１０２とが簡略化されて示されている。ｘ軸アクチュエータ１００は、電気モータ（以下、単に「モータ」という。）を主体とし、それのハウジングは固定部材６０に固定的に取り付けられている。これに対して、ｘ軸力伝達機構１０２は、ｘ軸アクチュエータ１００の回転軸に共に回転可能に取り付けられたゴム製のローラを主体とし、そのローラはそれの外周面において可動部材８４の外面に押し付けられている。したがって、ｘ軸アクチュエータ１００の作動により、可動部材８４の固定部材６０に対するｘ軸回りの相対回転が制御され、結局、フライホイール支持体６４の固定部材６０に対するｘ軸回りの相対回転が制御されることになる。
【００３７】
これに対して、図７には、ｙ軸アクチュエータ１１０とｙ軸力伝達機構１１２とが簡略化されて示されている。それらｙ軸アクチュエータ１１０およびｙ軸力伝達機構１１２は、上述のｘ軸アクチュエータ１１０およびｘ軸力伝達機構１０２とに準じた構成を有しており、可動部材８４に固定的に取り付けられたｙ軸アクチュエータ１１０のモータの回転軸にｙ軸力伝達機構１１２のローラが取り付けられ、かつ、そのローラがそれの外周面においてフライホイール支持体６４の外面に押し付けられている。したがって、ｙ軸アクチュエータ１１０の作動により、フライホイール支持体６４の固定部材６０に対するｙ軸回りの相対回転が制御されることになる。
【００３８】
図８には、フライホイール型エネルギ蓄積装置２０の電気的構成、すなわち、支持状態制御装置７０のセンサ１２０等とコントローラ２００と増幅器２１０とが示されている。センサ１２０等は、車両の挙動に関連する情報とフライホイールとしてのロータ７８の挙動に関連する情報との双方を検出し、コントローラ２００は、各軸アクチュエータ１００，１１０を制御するための信号を出力し、増幅器２１０は、コントローラ２００からの出力信号を増幅して各軸アクチュエータ１００，１１０に出力する。
【００３９】
センサ１２０等には、車両挙動に関連する情報を検出する車両挙動関連情報センサと、ロータ７８の挙動に関連する情報を検出するロータ挙動関連情報センサとがある。
【００４０】
車両挙動関連情報センサには、車両操作量を検出する車両操作量センサと、車両挙動自体を検出する車両挙動センサとがある。車両操作量センサには、ステアリングセンサ１２０とアクセルセンサ１２２とブレーキセンサ１２４とがある。ステアリングセンサ１２０は、運転者によるステアリングホイール１３０の操作状態量（例えば、操作角，操作角速度）を検出し、アクセルセンサ１２２は、運転者によるアクセルペダル１３２等、アクセル操作部材の操作状態量（例えば、操作位置，操作速度）を検出し、ブレーキセンサ１２４は、運転者によるブレーキペダル１３４等、ブレーキ操作部材の操作状態量（例えば、操作位置，操作速度）を検出する。これに対して、車両挙動センサには、車体加速度センサ１４０と車体姿勢角速度センサ１４２とがある。車体加速度センサ１４０は、車体１５０の前後加速度，左右加速度および上下加速度を検出する。車体姿勢角速度センサ１４２は、車体１５０の姿勢角速度を絶対座標系ＸＹＺ上において検出する。検出された姿勢角速度はコントローラ２００に供給され、そこで時間積分されることにより、車体１５０の姿勢角が検出される。具体的には、車体１５０のＸ軸回りの姿勢角（回転角）はロール角ΘＸ 、Ｙ軸回りの姿勢角（回転角）はピッチ角ΘＹ 、Ｚ軸回りの姿勢角（回転角）はヨー角ΘＺ として検出される。
【００４１】
これに対して、ロータ挙動関連情報センサには、ロータ姿勢角速度センサ１６０と軸受荷重センサ１６２とロータ角速度センサ１６４とがある。
【００４２】
ロータ姿勢角速度センサ１６０は、ロータ７８の回転軸線（フライホイールのスピン軸線）を相対座標系ｘｙｚ上において検出する。具体的には、ロータ７８の回転軸線のｘ軸回りの回転角を相対角θｘ 、ｙ軸回りの回転角を相対角θｙ 、ｚ軸回りの回転角を相対角θｚ として検出する。ここで、ロータ７８の回転軸線の傾きを相対角θｘ ，θｙ ，θｚ を用いて絶対座標系ＸＹＺ上において記述すれば、Ｘ軸回りの絶対角ＱＸ は、
ＱＸ ＝θｘ ＋ΘＸ
なる式で、Ｙ軸回りの絶対角Ｑｙ は、
ＱＹ ＝θｙ ＋ΘＹ
なる式で、Ｚ軸回りの絶対角ＱＺ は、
ＱＺ ＝θｚ ＋ΘＺ
なる式で記述されることになる。
【００４３】
軸受荷重センサ１６２は、軸受８０がロータ７８からｘ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍｘ と、ｙ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍｙ とを検出する。ロータ角速度センサ１６４は、ロータ７８の回転軸線回りの角速度ωｚ を検出する。
【００４４】
以上説明した各種センサ１２０等はいずれも、コントローラ２００の入力側に接続されている。コントローラ２００は、ＣＰＵ２３０，ＲＯＭ２３２およびＲＡＭ２３４を含むコンピュータ２４０を主体として構成されている。このコントローラ２００の出力側は、増幅器２１０を介してｘ軸およびｙ軸アクチュエータ１００，１１０に接続されている。コントローラ２００は、各種センサ１２０等からの信号に基づき、コンピュータ２４０を作動させることにより、支持機構６８によるフライホイール支持体６４の支持状態（以下、単に「フライホイール支持状態」という。）を制御する。
【００４５】
図９には、フライホイール支持状態の制御原理が概念的に示されており、以下、この図を参照しつつ制御原理を説明するが、それに先立ち、フライホイール支持体６４の回転運動を記述する運動方程式を説明する。
【００４６】
ロータ７８の角速度ωｚ は、固定部材６０のヨー角速度すなわち車体１５０のヨー角速度ΘＺ ’に対して十分に大きい。そのため、固定部材６０および車体１５０の慣性モーメントの影響を無視することができる。よって、フライホイール支持体６４の回転運動を記述する運動方程式は、Ｘ軸回りの回転については、Ｘ軸回りの絶対角ＱＸ が、
ＱＸ ＝θｘ ＋ΘＸ
なる式で記述されることから、次の式（１） となる。
Ｉｆｘθｘ ”＋Ｃｘ θｘ ’＋Ｇｘ θｘ ＋Ｉｆｚωｚ θｙ ’＝−ＩｆｘΘＹ ”−Ｉｆｚωｚ ΘＹ ’＋Ｔｘ
これに対して、Ｙ軸回りの回転については、Ｙ軸回りの絶対角Ｑｙ が、
ＱＹ ＝θｙ ＋ΘＹ
なる式で記述されることから、次の式（２） となる。
Ｉｆｙθｙ ”＋Ｃｙ θｙ ’＋Ｇｙ θｙ −Ｉｆｚωｚ θｘ ’＝−ＩｆｙΘＹ ”＋Ｉｆｚωｚ ΘＸ ’＋Ｔｙ
ただし、
θｘ ，θｙ ：フライホイール支持体６４のｘ，ｙ軸回りの相対角
θｘ ’，θｙ ’：θｘ ，θｙ の時間微分値である相対角速度
θｘ ”，θｙ ”：θｘ ’，θｙ ’の時間微分値である相対角加速度
Ｉｆｘ，Ｉｆｙ，Ｉｆｚ：フライホイール支持体６４のｘ，ｙ，ｚ軸回りの慣性モーメント
Ｃｘ ，Ｃｙ ：θｘ ’，θｙ ’により発生する減衰力の減衰係数
Ｇｘ ，Ｇｙ ：θｘ ，θｙ により発生するばね力の弾性定数
ωｚ ：ロータ７８の回転軸線回りの角速度
Ｉｆｚωｚ ：ロータ７８の回転軸線回りの角運動量
Ｔｘ ，Ｔｙ ：各軸アクチュエータ１００，１１０からフライホイール支持体６４にｘ，ｙ軸回りに作用する制御トルク
【００４７】
したがって、軸受８０がロータ７８からｘ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍｘ は、次の式（３） で表される。
Ｍｘ ＝−（Ｃｘ θｘ ’＋Ｇｘ θｘ ）−Ｉｆｚωｚ （θｙ ’＋ΘＹ ’）＋Ｔｘ
また、ｙ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍｙ は、次の式（４） で表される。
Ｍｙ ＝−（Ｃｙ θｙ ’＋Ｇｙ θｙ ）＋Ｉｆｚωｚ （θｘ ’＋ΘＸ ’）＋Ｔｙ
【００４８】
次に、フライホイール支持状態の制御原理を図９を参照しつつ明する。
まず、車両挙動が取得され、その車両挙動に基づき、フライホイール支持体６４の目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ と目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ とが決定される。ロータ７８のジャイロ効果による悪影響が実相対角θｘ ，θｙ と実軸受荷重Ｍｘ ，Ｍｙ とに生じないように決定されるのである。
【００４９】
目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ および目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ の決定は例えば次のようにして行われる。
目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ は、車両挙動としての車体姿勢角ΘＸ ，ΘＹ に基づいて決定される。一方、車体姿勢角ΘＸ ，ΘＹ の時間的変化を表す信号の周波数成分のうち高周波数成分は、低周波数成分よりも、ロータ７８に強いジャイロ効果を発生させる原因になる。また、相対角θｘ ，θｙ を０とすることは、車体１５０の挙動変化によってロータ７８の傾きが変化してロータ７８に強いジャイロ効果が発生する可能性があることを意味する一方、絶対角ＱＸ ，ＱＹ を０とすることは、車体１５０の挙動変化にもかかわらずロータ７８の絶対空間内における傾きが変化せず、ロータ７８にジャイロ効果が発生しないことを意味する。したがって、高周波数成分に応じて目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ の大きさを変化させれば、高周波数成分が強いときに絶対角ＱＸ ，ＱＹ が０となる傾向が強くなり、車体１５０の挙動変化にもかかわらずロータ７８に強いジャイロ効果が発生しなくなり、一方、低周波数成分が強いとき、すなわち、ロータ７８に強いジャイロ効果が発生しないと予想されるときに相対角θｘ ，θｙ に０となる傾向が強くなり、ロータ７８が固定部材６０に対して大きく傾くことが防止される。
【００５０】
以上の知見に基づき、目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ は、車体姿勢角ΘＸ ，ΘＹ の時間的変化を表す信号の高周波成分が表す角度をＨＰＦ（ΘＸ ），ＨＰＦ（ΘＹ ）で表せば、
θｘ ＊ ＝−ＨＰＦ（ΘＸ ）
θｙ ＊ ＝−ＨＰＦ（ΘＹ ）
として決定される。
【００５１】
なお、目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ は、それに代えて、またはそれと共に目標相対角速度θｘ ’＊ ，θｙ ’＊ を使用することができる。ここに、目標相対角速度θｘ ’＊ ，θｙ ’＊ は、目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ の場合に準じて、
θｘ ’＊ ＝−ＨＰＦ（ΘＸ ’）
θｙ ’＊ ＝−ＨＰＦ（ΘＹ ’）
として決定される。
【００５２】
これに対して、目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ は、
Ｍｘ ＊ ＝０
Ｍｙ ＊ ＝０
として決定される。
【００５３】
以上のようにして目標相対角θ＊ と目標軸受荷重Ｍ＊ とが決定されたならば、相対角誤差と軸受荷重誤差とが算出される。ロータ姿勢角速度センサ１６０の出力信号に基づく検出相対角θｘＤ，θｙＤと目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ との差として相対角誤差が算出され、軸受荷重センサ１６２による検出軸受荷重ＭｘＤ，ＭｙＤと目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ との差として軸受荷重誤差が算出されるのである。
【００５４】
その後、算出された相対角誤差と軸受荷重誤差とに基づいて前記制御トルクＴｘ ，Ｔｙ がフィードバック方式で算出される。検出相対角θｘＤ，θｙＤと検出軸受荷重ＭｘＤ，ＭｙＤとがフィードバックされることによって目標相対角θｘ ＊ ，θｙ ＊ と目標軸受荷重Ｍｘ ＊ ，Ｍｙ ＊ とが実現されるように制御トルクＴｘ ，Ｔｙ がフィードバック制御されるのである。それにより、相対角誤差が０に近づくことと、軸受荷重誤差が０に近づくこととが高いレベルで両立するように制御トルクＴｘ ，Ｔｙ の大きさおよび向きが制御される。
【００５５】
このフィードバック制御において、フィードバックゲイン、すなわち、相対角誤差および軸受荷重誤差の変化に対する制御トルクＴｘ ，Ｔｙ の算出値の変化率を表す値を常に一定とすることは可能である。しかしながら、ロータ７８に発生するジャイロ効果は、ロータ角速度ωｚ が大きい場合において小さい場合におけるより大きい。
【００５６】
そこで、本実施形態においては、フィードバックゲインがロータ角速度ωｚ が大きい場合において小さい場合におけるより大きくなる可変値とされている。したがって、本実施形態によれば、ロータ角速度ωｚ 、すなわち、ロータ７８のジャイロ効果の強さとの関係において適正な制御トルクＴｘ ，Ｔｙ が算出され、フライホイール支持状態の制御精度が向上するという効果が得られる。
【００５７】
制御トルクＴｘ ，Ｔｙ の算出は例えば次のようにして行われる。
制御トルクＴｘ ，Ｔｙ の算出についてはＰＩ制御が採用され、そのＰＩ制御により、制御トルクＴＸ が次の式（５） を用いて算出される。
【００５８】
Ｔｘ ＝Ｋ１ （θｘ ＊ −θｘＤ）＋Ｋ２ ∫（θｘ ＊ −θｘＤ）ｄｔ＋Ｋ３ （θｙ ＊ −θｙＤ）＋Ｋ４ ∫（θｙ ＊ −θｙＤ）ｄｔ＋Ｌ１ θｘＤ＋Ｌ２ ∫θｘＤｄｔ＋Ｌ３ θｙＤ＋Ｌ４ ∫θｙＤｄｔ＋Ｋ５ （Ｍｘ ＊ −ＭｘＤ）＋Ｋ６ ∫（Ｍｘ ＊ −ＭｘＤ）ｄｔ＋Ｋ７ （Ｍｙ ＊ −ＭｙＤ）＋Ｋ８ ∫（Ｍｙ ＊ −ＭｙＤ）ｄｔ
【００５９】
また、制御トルクＴｙ は次の式（６） を用いて算出される。
Ｔｙ ＝Ｋ９ （θｘ ＊ −θｘＤ）＋Ｋ１０∫（θｘ ＊ −θｘＤ）ｄｔ＋Ｋ１１（θｙ ＊ −θｙＤ）＋Ｋ１２∫（θｙ ＊ −θｙＤ）ｄｔ＋Ｌ９ θｘＤ＋Ｌ１０∫θｘＤｄｔ＋Ｌ１１θｙＤ＋Ｌ１２∫θｙＤｄｔ＋Ｋ１３（Ｍｘ ＊ −ＭｘＤ）＋Ｋ１４∫（Ｍｘ ＊ −ＭｘＤ）ｄｔ＋Ｋ１５（Ｍｙ ＊ −ＭｙＤ）＋Ｋ１６∫（Ｍｙ ＊ −ＭｙＤ）ｄｔ
【００６０】
ただし、
∫（ ）ｄｔ：時間ｔ＝０からｔまでの区間での積分値
Ｋ１ 〜Ｋ１６：フィードバックゲイン
Ｌ１ 〜Ｌ４ ，Ｌ９ 〜Ｌ１２：係数
【００６１】
ここに、フィードバックゲインＫ１ 〜Ｋ１６は、実験等によりチューニングされた値が使用されるが、固定値ではなく、ロータ角速度ωｚ に応じて変化する可変値とされている。ただし、フィードバックゲインＫ１ 〜Ｋ１６は、メモリ容量節約のため、ロータ角速度ωｚ の複数の代表値に対応した複数の離散値としてメモリに記憶されていて、ロータ角速度ωｚ の現在値が検出されたならば、フィードバックゲインＫ１ 〜Ｋ１６の今回値が上記複数の離散値を用いて補間により決定される。
【００６２】
例えば、ロータ角速度ωｚ の現在値が１０，０００〔ｒｐｍ〕と２０，０００〔ｒｐｍ〕との間にあるときには、例えば、フィードバックゲインＫ１ については、そのフィードバックゲインＫ１ の離散値として、ロータ角速度ωｚ が１０，０００〔ｒｐｍ〕であるときに対応する離散値Ｋ１ １０，０００ と２０，０００〔ｒｐｍ〕であるときに対応する離散値Ｋ１ ２０，０００ とがメモリから読み出され、
Ｋ１ ＝｛（Ｋ１ １０，０００ −Ｋ１ ２０，０００ ）／（１０，０００−２０，０００）｝（ωｚ −１０，０００）＋Ｋ１ １０，０００
なる補間式を用いて、ロータ角速度ωｚ の現在値に対応するフィードバックゲインＫ１ が決定される。
【００６３】
なお、制御トルクＴｘ ，Ｔｙ は、フィードバック制御理論またはＰＩＤ制御理論以外の理論を用いて算出することができ、例えば、現代制御理論を用いて算出することができる。
【００６４】
ところで、車両挙動は、それ自体をセンサにより検出することによって取得することが可能であるが、センサにより検出することが困難な種類の車両挙動も存在する。また、車両挙動自体をセンサにより検出する場合には、検出値と実際値との間に時間的な遅れが存在するため、目標値の決定精度を十分に向上させることができない可能性がある。
【００６５】
そこで、本実施形態においては、車両挙動を変化させる一原因として車両操作量が検出され、その車両操作量に基づいて車両挙動が推定され、その推定車両挙動に基づいて各軸アクチュエータ１００，１１０が制御される。したがって、本実施形態によれば、フライホイール支持状態を素早く制御可能となるという効果が得られる。
【００６６】
なお、本実施形態においては、車両挙動を変化させる一原因として車両操作量が検出されるようになっているが、例えば、その車両操作量を発生させる一原因である路面の突起，凹凸状態，左右方向傾斜状態等、路面情報や、当該車両が将来走行すべき道路の屈曲状態，前後方向傾斜状態等、道路情報を検出し、それに基づいて現在の車両挙動または将来の車両挙動を推定し、その車両挙動に基づいて各軸アクチュエータ１００，１１０を制御してもよい。
【００６７】
しかし、車両操作量のみに基づいて車両挙動を推定する場合には、その推定精度が低下する可能性がある。
【００６８】
そこで、本実施形態においては、車両挙動の実際値もセンサにより検出され、その検出値と推定値との差である車両挙動誤差が０となるように車両挙動の推定特性が適応させられる。したがって、本実施形態によれば、車両挙動を素早くかつ精度よく取得可能となるという効果が得られる。
【００６９】
図１０には、車両挙動を取得する一手法が示されている。この手法においては、センサにより車両操作量が検出されるとともに、車両への入力と車両からの出力との関係を数式等で表す車両モデルが設定され、その車両モデルの下、センサにより検出された車両操作量に基づいて車両挙動が推定される。一方、センサにより車両挙動が検出され、その検出車両挙動と推定車両挙動との差である車両挙動誤差に応じて適応機構が作動する。推定車両挙動は、修正機構により修正され、その修正機構は、適応機構からの情報と検出車両挙動とに基づいて推定車両挙動を修正する。車両モデルにおける各種パラメータは常に一定とは限らないため、推定車両挙動を実際値に近づくように修正するのである。なお、修正機構は、適応機構からの情報のみに基づいて推定車両挙動を修正する態様とすることが可能であり、検出車両挙動を考慮することは不可欠ではない。
【００７０】
これに対して、図１１には、車両挙動を取得する別の手法が示されている。この手法においては、センサにより車両操作量が検出されるとともに、車両への入力と車両からの出力との関係を記述する状態方程式により定義されるオブザーバが設けられ、そのオブザーバが、センサにより検出された車両操作量に基づいて作動させられることにより、車両挙動が推定される。一方、センサにより車両挙動が検出され、その検出車両挙動と推定車両挙動との差である車両挙動誤差が０となるように、オブザーバにおける各種パラメータが適応させられる。
【００７１】
以上説明した制御原理に基づいてフライホイール支持状態を制御するため、コンピュータのＲＯＭに図１２にフローチャートで表されているアクチュエータ制御ルーチンが記憶されている。
【００７２】
本ルーチンは、車両走行中、繰り返し実行される。各回の実行時にはまず、ステップＳ１（以下、単に「Ｓ１」で表す。）において、前述のようにして、必要なセンサからの信号に基づいて車両挙動が取得される。次に、Ｓ２において、前述のようにして、取得された車両挙動に基づき、相対角と軸受荷重とについて目標値が決定される。その後、Ｓ３において、前述のようにして、必要なセンサからの信号に基づき、相対角と軸受荷重とロータ角速度とについて検出値が取得される。続いて、Ｓ４において、前述のようにして、決定された目標値と取得された検出値とに基づき、各軸アクチュエータ１００，１１０により実現すべき制御トルクが算出され、その後、Ｓ５において、算出された制御トルクが実現されるように各軸アクチュエータ１００，１１０が駆動される。以上で本ルーチンの一回の実行が終了する。
【００７３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、フライホイール支持体６４が完全に剛な状態で支持されるわけではないため、ロータ７８のジャイロ効果が原因となってロータ７８の軸受荷重が過大となることが防止されるという効果が得られる。
【００７４】
図１３には、本実施形態の一効果として、振動が車体１５０からロータ７８に伝達される際の振動伝達特性が、フライホイール支持体６４をスプリングにより弾性支持する一従来例と対比してグラフで表されている。本実施形態による振動伝達特性は実線グラフで、従来例による振動伝達特性は破線グラフでそれぞれ表されている。また、図の（ａ） には、車体１５０にｘ軸方向に加えられた振動がロータ７８にｘ軸方向に伝達される場合の振動伝達特性が示され、図の（ｂ） には、車体１５０にｙ軸方向に加えられた振動がロータ７８にｘ軸方向に伝達される場合の振動伝達特性が示され、図の（ｃ） には、車体１５０にｘ軸方向に加えられた振動がロータ７８にｙ軸方向に伝達される場合の振動伝達特性が示され、図（ｄ） には、車体１５０にｙ軸方向に加えられた振動がロータ７８にｙ軸方向に伝達される場合の振動伝達特性が示されている。
【００７５】
それらグラフから明らかなように、本実施形態によれば、従来例と比較して、振動が車体１５０からロータ７８に伝達され難くなり、ロータ７８が共振しし難くなって、ロータ７８の防振機能が良好に実現されるという効果が得られる。また、このようにロータ７８が効果的に防振されることによっても、軸受荷重Ｍの過大化が防止されるという効果も得られる。
【００７６】
さらに、本実施形態によれば、その軸受荷重の過大化防止という効果に基づき、ロータ７８の軸受８０の大形化が防止されるという効果や、フライホイール支持体６４の大形化および重量増加が防止されるという効果や、ロータ７８の回転抵抗の増加によるロータ７８の運動エネルギ損失量の増加が防止されるという効果が得られる。
【００７７】
さらに、本実施形態によれば、フライホイール支持体６４が完全に軟な状態で支持されるわけでもないため、フライホイール支持体６４と固定部材６０との相対角の過大化が防止されるという効果が得られる。
【００７８】
さらに、本実施形態によれば、その相対角の過大化防止という効果に基づき、フライホイール支持体６４の傾き量が減少し、フライホイール型エネルギ蓄積装置の大形化および重量増加が防止されるという効果が得られる。
【００７９】
図１４には、別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置の機械的構成が示されている。なお、本実施形態は、電気的構成については、先の実施形態と共通であり、機械的構成については、ｘ軸およびｙ軸力伝達機構のみが異なり、他の要素については共通であるため、各軸力伝達機構のみを詳細に説明し、他の要素については同一の符号を使用することによって詳細な説明を省略する。
【００８０】
フライホイール支持状態を制御するために、先の実施形態においては、ｘ軸およびｙ軸力伝達機構１０２，１１２が、ｘ軸およびｙ軸アクチュエータ１００，１１０の作動力をローラによって可動部材８４およびフライホイール支持体６４に伝達する構造とされていたが、本実施形態においては、図１４〜図１６に示すように、ｘ軸およびｙ軸力伝達機構３００，３０２が、ｘ軸およびｙ軸アクチュエータ３０４，３０６の作動力をワイヤ３１０，３１２によって可動部材８４およびフライホイール支持体６４に伝達する構造とされている。
【００８１】
各軸力伝達機構３００，３０２においては、図１４にｙ軸力伝達機構３０２のみが代表的に示されているように、各軸アクチュエータ３０４，３０６が固定部材６０に固定的に取り付けられるとともに、複数個のプーリ３２０が固定部材６０に固定的に取り付けられ、それらプーリ３２０にワイヤ３１０，３１２が巻き掛けられている。各ワイヤ３１０，３１２は、各軸アクチュエータ３０４，３０６を駆動源とする各軸ワイヤ駆動装置３３０，３３２によって正方向と逆方向とに駆動される。すなわち、ｘ軸力伝達機構３００は、プーリ３２０とワイヤ３１０とｘ軸ワイヤ駆動装置３３０とによって構成され、一方、ｙ軸力伝達機構３０２は、プーリ３２０とワイヤ３１２とｙ軸ワイヤ駆動装置３３２とによって構成されているのである。
【００８２】
図１５には、ｘ軸力伝達機構３００が断面図で概念的に示されている。ワイヤ３１０の一端部（図において右側の端部）は、固定部材６０をｙ軸に沿って負の向きに貫通し、固定部材６０の内面に到達する。その後、ワイヤ３１０の一端部は、固定部材６０の内面に沿って図において反時計方向に延び、固定部材６０に取り付けられたガイド３４０に巻き掛けられる。続いて、ワイヤ３１０の一端部は、固定部材６０と可動部材８４との隙間を通過し、可動部材８４の外面に達し、その後、その外面に沿って時計方向に延びて、ｙ軸と一致する位置を超えた位置で固定されている。
【００８３】
なお、本実施形態においては、固定部材６０と可動部材８４との間においてワイヤ３１０が折れ曲がる部位においてガイド３４０しか設けられていないが、これは、可動部材８４と固定部材６０との隙間が実際には極めて狭く、１個のガイド３４０で十分に機能すると考えられるためである。その機能をさらに高めることが必要である場合には例えば、ワイヤ３１０が可動部材８４の外面において折れ曲がる部位においてワイヤ３１０を案内する別のガイドを固定部材６０に取り付けることができる。
【００８４】
これに対して、ワイヤ３１０の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１０の一端部の場合とｚ軸に関して対称的に取り回されており、固定部材６０，ガイド３４０および固定部材６０と可動部材８４との隙間を順に通過して可動部材８４に固定されている。
【００８５】
したがって、ｘ軸アクチュエータ３０４の正方向作動が行われれば、ワイヤ３１０の一端部が固定部材６０から引き出される一方、ワイヤ３１０の他端部が固定部材６０内に引き込まれ、それにより、可動部材８４が反時計方向に回転させられる。これに対して、ｘ軸アクチュエータ３０６の逆方向作動が行われれば、上記の場合とは逆に、可動部材８４が時計方向に回転させられる。
【００８６】
図１６には、ｙ軸力伝達機構３０２が断面図で概念的に示されている。このｙ軸力伝達機構３０２はｘ軸力伝達機構３００に準じた構成とされている。ワイヤ３１２の一端部（図において右側の端部）は、固定部材６０，固定部材６０と可動部材８４との隙間および可動部材８４を順にｘ軸に沿って正の向きに貫通し、可動部材８４の内面に到達する。その後、ワイヤ３１２の一端部は、可動部材８４の内面に沿って反時計方向に延び、可動部材８４に取り付けられたガイド３４４に巻き掛けられる。さらに、ワイヤ３１２の一端部は、可動部材８４とフライホイール支持体６４との隙間を通過し、フライホイール支持体６４の外面に到達し、その外面に沿って時計方向に延びて、ｘ軸と一致する位置を超えた位置で固定されている。ガイド３４４の個数については、ガイド３４０の場合と事情は同じである。ワイヤ３１２の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１２の一端部の場合とｚ軸に関して対称的に取り回されている。
【００８７】
したがって、ｙ軸アクチュエータ３０６の正方向作動が行われれば、図１７に示すように、ワイヤ３１２の一端部が固定部材６０から引き出される一方、ワイヤ３１２の他端部が固定部材６０内に引き込まれ、それにより、フライホイール支持体６４が反時計方向に回転させられる。これに対して、ｙ軸アクチュエータ３０６の逆方向作動が行われれば、上記の場合とは逆に、フライホイール支持体６４が時計方向に回転させられる。
【００８８】
図１８には、ｘ軸アクチュエータ３０４とｘ軸ワイヤ駆動装置３３０とが示されている。
【００８９】
ｘ軸アクチュエータ３０４は、パルスモータ３５０と減速ギヤ３５２と直線運動部材３５４とを含むように構成されている。パルスモータ３５０は固定部材６０に固定的に取り付けられ、そのパルスモータ３５０の回転軸に小歯車３５８が取り付けられている。その小歯車３５８にかみ合う大歯車３６０が固定部材６０に回転可能に取り付けられており、それら小歯車３５８と大歯車３６０とによって減速ギヤ３５２が構成されている。直線運動部材３５４は、本実施形態においては、大歯車３６０の外周の一部分として設けられていて、パルスモータ３５０の回転によって疑似的な直線運動を行わせられる。
【００９０】
ｘ軸ワイヤ駆動装置３３０は、直線運動部材３５４の運動をワイヤ３１０の運動に変換する運動変換機構３６４を備えている。運動変換機構３６４は、固定部材６０に直線運動可能に支持され、直線運動部材３５４と共に直線運動する駆動ラック３６６と、固定部材６０に回転可能に取り付けられたピニオン３６８と、固定部材６０に直線運動可能に支持され、ワイヤ３１０と共に直線運動する従動ラック３７０とを備えている。駆動ラック３６６と従動ラック３７０とはいずれれピニオン３６８にかみ合わせられていて、駆動ラック３６６の直線運動がピニオン３６８によって従動ラック３７０の直線運動に変換される。
【００９１】
直線運動部材３５４は、第１コイルばね３７４を介して固定部材６０と連結される一方、第２コイルばね３７６を介して駆動ラック３６６と連結されている。すなわち、第１コイルばね３７４がｘ軸アクチュエータ３０４との関係において並列弾性部材として機能し、第２コイルばね３７６がｘ軸アクチュエータ３０４との関係において直列弾性部材として機能するようになっているのである。図１９には、それらｘ軸アクチュエータ３０４，第１コイルばね３７４および第２コイルばね３７６と、固定部材６０と、可動部材８４（ｘ軸アクチュエータ３０４によって駆動される部材）との関係が概念的に示されている。
【００９２】
したがって、本実施形態によれば、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりフリーになってしまった場合には、第１コイルばね３７４の効果により、相対角θが過大にならずに済み、また、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりロックしてしまった場合には、第２コイルばね３７６の効果により、可動部材８４の支持状態が完全に剛な状態にならずに軸受荷重Ｍが過大にならずに済む。すなわち、ｘ軸アクチュエータ３０４の故障に対する救済措置が講じられているのである。
【００９３】
また、本実施形態においては、第１コイルばね３７４の弾性係数が第２コイルばね３７６の弾性係数より低くされている。したがって、本実施形態によれば、弾性係数が第１コイルばね３７４と第２コイルばね３７６とで等しいか、または第１コイルばね３７４の方が高い場合に比較して、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりロックしてしまった場合における相対角の増加量を少なく抑えることが容易になるという効果が得られる。
【００９４】
ｙ軸アクチュエータ３０６およびｙ軸ワイヤ駆動装置３３２の構造は、ｘ軸アクチュエータ３０４およびｘ軸ワイヤ駆動装置３３０に準じた構造であるため、文章および図示による説明を省略する。
【００９５】
図２０には、さらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置の機械的構成が示されている。なお、本実施形態は、電気的構成については、先の二つの実施形態と共通であり、機械的構成については、各軸ワイヤ駆動装置のみが異なり、他の要素については共通であるため、各軸ワイヤ駆動装置のみを詳細に説明し、他の要素については同一の符号を使用することによって詳細な説明を省略する。
【００９６】
図２０には、ｘ軸アクチュエータ３０４とｘ軸ワイヤ駆動装置４００とが示されている。
【００９７】
本実施形態においては、ワイヤ３１０が、図１８に示す先の実施形態とは異なり、中間部において二分割され、第１分割端部４０４（図において右側の端部）が固定部材６０に連結される一方、第２分割端部４０６（図において左側の端部）が直線運動部材３５４に連結されている。ｘ軸ワイヤ駆動装置４００は、直線運動部材３５４の運動をワイヤ３１０の運動に変換する運動変換機構として、第１分割端部４０４の経路の向きを変えるプーリ４１０と、第２分割端部４０６の経路の向きを変えるプーリ４１２とを備えている。それらプーリ４１０，４１２はいずれも固定部材６０に回転可能に取り付けられている。
【００９８】
第１分割端部４０４は、第１コイルばね４２０を介して固定部材６０に連結されている。また、直線運動部材３５４は、第２コイルばね４２２を介して固定部材６０に連結されている。また、第２分割端部４０６は、第３コイルばね４２４を介してプーリ４１２に連結されている。第１コイルばね４２０はｘ軸アクチュエータ３０４との関係において直列弾性部材として機能し、第２コイルばね４２２は並列弾性部材として機能し、第３コイルばね４２４は直列弾性部材として機能するようになっているのである。図２１には、それらｘ軸アクチュエータ３０４，第１コイルばね４２０，第２コイルばね４２２および第３コイルばね４２４と固定部材６０と可動部材８４（ｘ軸アクチュエータ３０４によって駆動される部材）との関係が概念的に示されている。
【００９９】
したがって、本実施形態によれば、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりフリーになってしまった場合には、第２コイルばね４２２の効果により、相対角θが過大にならずに済み、また、ｘ軸アクチュエータ３０４が故障によりロックしてしまった場合には、第１コイルばね４２０および第３コイルばね４２４の効果により、可動部材８４の支持状態が完全に剛な状態にならずに軸受荷重Ｍが過大にならずに済む。すなわち、本実施形態においても、ｘ軸アクチュエータ３０４の故障に対する救済措置が講じられているのである。
【０１００】
ｙ軸アクチュエータおよびｙ軸ワイヤ駆動装置の構造は、ｘ軸アクチュエータ３０４およびｘ軸ワイヤ駆動装置４００に準じた構造であるため、文章および図示による説明を省略する。
【０１０１】
図２２および図２３には、さらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置の機械的構成が示されている。なお、本実施形態は、電気的構成については、先の二つの実施形態と共通であり、機械的構成については、ワイヤの取り回しのみが異なり、他の要素については共通であるため、ワイヤの取り回しのみを詳細に説明し、他の要素については同一の符号を使用することによって詳細な説明を省略する。なお、各軸アクチュエータおよび各軸ワイヤ駆動装置については、図１８に示す構造としたり、図２０に示す構造とすることができる。
【０１０２】
図２２には、ｘ軸ワイヤ駆動装置４５０により駆動されるワイヤ３１０の取り回しが示されている。ワイヤ３１０の一端部（図において右側の端部）は、固定部材６０および固定部材６０と可動部材８４との隙間をｙ軸に沿って負の向きに貫通し、可動部材８４の外面に到達した後、固定部材６０に取り付けられたガイド４５２に巻き掛けられ、その後、可動部材８４の外面に沿って時計方向に延び、その後、可動部材８４に固定されている。これに対して、ワイヤ３１０の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１０の一端部の場合とｚ軸に関して対称的に取り回されている。したがって、ｘ軸アクチュエータ３０４の正方向作動が行われれば、可動部材８４が反時計方向に回転させられ、逆方向作動が行われれば、可動部材８４が時計方向に回転させられる。
【０１０３】
これに対して、図２３には、ｙ軸ワイヤ駆動装置４６０により駆動されるワイヤ３１２の取り回しが示されている。ワイヤ３１２の一端部（図において右側の端部）は、固定部材６０，固定部材６０と可動部材８４との隙間，可動部材８４および可動部材８４とフライホイール支持体６４との隙間を順にｘ軸に沿って負の向きに貫通し、フライホイール支持体６４の外面に到達した後、可動部材８４に取り付けられたガイド４６２に巻き掛けられ、その後、フライホイール支持体６４の外面に沿って時計方向に延び、その後、フライホイール支持体６４に固定されている。ワイヤ３１２の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１２の一端部の場合とｚ軸に関して対称的に取り回されている。したがって、ｙ軸アクチュエータ３０６の正方向作動が行われれば、フライホイール支持体６４が反時計方向に回転させられ、逆方向作動が行われれば、フライホイール支持体６４が時計方向に回転させられる。
【０１０４】
なお付言すれば、上述のいくつかの実施形態においてワイヤ３１０，３１２は、各軸アクチュエータ３００，３０４により発生させられた力を自由な伝達経路を経て可動部材６８およびフライホイール支持体６４に伝達する力伝達媒体として使用されているが、ワイヤ３１０，３１２に代えてベルトを使用したり、チェーンを使用することができる。
【０１０５】
図２４には、さらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置の機械的構成が示されている。なお、本実施形態は、電気的構成については、先の四つの実施形態と共通であり、機械的構成についてのみが異なるため、機械的構成のみを詳細に説明し、電気的構成については同一の符号を使用することによって詳細な説明を省略する。
【０１０６】
本実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置は、フライホイール支持体５００を備えている。フライホイール支持体５００は、図２５に示すように、ハウジング５０２を備えており、そのハウジング５０２内にフライホイール５０４が収容されている。フライホイール５０４の両側から一対の回転軸５０６，５０７が同軸に延び出させられており、各回転軸５０６は各軸受５０８，５０９を介してハウジング５０２に回転は許容される軸方向移動は制限された状態で支持されている。各軸受５０８，５０９は、フライホイール５０４のラジアル荷重とスラスト荷重との双方を受ける。
【０１０７】
フライホイール支持体５００は、モータ／発電機５１０を備えている。モータ／発電機５１０は、回転軸５０６に同軸に連結された状態でハウジング５０２に取り付けられている。モータ／発電機５１０は、ステータとロータとを有するとともに、モータとして機能することにより、フライホイール５０４に蓄積された運動エネルギを電気エネルギに変換する状態と、発電機として機能することにより、電気エネルギを運動エネルギに変換してフライホイール５０４に蓄積する状態とに切り換わる。
【０１０８】
フライホイール支持体５００はまた、フライホイール５０４がハウジング５０２内において傾くことがなく、正常に回転する場合には機能しないが、軸受５０８，５０９の損傷によってフライホイール５０４がハウジング５０２内において傾いたときに機能し、フライホイール５０４が直接にハウジング５０２に当接することを防止するとともにフライホイール５０４がある程度にはスムーズに回転することを保証するフェールセーフ機構５１４を備えている。そのフェールセーフ機構５１４は例えば、タッチダウンベアリングである。
【０１０９】
なお、本実施形態においては、フライホイールとして機能する部材はフライホイール５０４の他にも存在し、一対の回転軸５０６，５０７およびモータ／発電機５１０のロータもフライホイールとして機能する。
【０１１０】
図２４に示すように、フライホイール型エネルギ蓄積装置は、車体に固定的に取り付けられる固定部材５２０を備えている。その固定部材５２０とフライホイール支持体５００とは支持機構５２２により、ｘ軸回りの相対回転可能かつｙ軸回りの相対回転に互いに連結されている。支持機構５２２は、可動部材５２４を備えている。可動部材５２４は、固定部材５２０とｘ軸回りに回転可能に連結されるとともに、フライホイール支持体５００とｙ軸回りに回転可能に連結されている。
【０１１１】
図２６に示すように、支持機構５２２はさらに、ｘ軸に沿って同軸に延びる第１支持軸５２８と第２支持軸５３０とを備えている。第１支持軸５２８は、ｘ軸方向における一側において、可動部材５２４を固定部材５２０に相対回転可能に連結し、一方、第２支持軸５３０は、ｘ軸方向における他側において、可動部材５２４を固定部材５２０に相対回転可能に連結する。各支持軸５２８，５３０は、固定部材５２０の側からその固定部材５２０に固定の各ブラケット５３２，５３４を貫通して可動部材５２４に到達しており、各ブラケット５３２，５３４に取り付けられた各軸受５３６，５３８と、可動部材５２４に取り付けられた各軸受５４０，５４２とを介して固定部材５２０と可動部材５２４とに支持されている。
【０１１２】
固定部材５２０と可動部材５２４とのｘ軸相対回転はそのような構造により実現されるが、可動部材５２４とフライホイール支持体５００とのｙ軸相対回転もそれに準じた構造により実現される。具体的には、図２７に示すように、支持機構５２２が、ｙ軸に沿って同軸に延びる第３支持軸５４６と第４支持軸５４８とを備えるとともに、第３支持軸５４６は、ｙ軸方向における一側において、可動部材５２４をフライホイール支持体５００に相対回転可能に連結し、一方、第４支持軸５４８は、ｙ軸方向における他側において、可動部材５２４をフライホイール支持体５００に相対回転可能に連結する。各支持軸５４６，５４８は、可動部材５２４の側からその可動部材５２４を貫通してフライホイール支持体５００に到達しており、可動部材５２４に取り付けられた各軸受５５０，５５２と、フライホイール支持体５００に取り付けられた各軸受５５４，５５６とを介して可動部材５２４とフライホイール支持体５００とに支持されている。
【０１１３】
図２４に示すように、フライホイール型エネルギ蓄積装置はまた、ｘ軸アクチュエータ５６０とｙ軸アクチュエータ５６２とを備えている。
【０１１４】
ｘ軸アクチュエータ５６０は、図２６に示すように、固定部材５２０にｘ軸方向における一側においてｘ軸と同軸となる姿勢で固定的に取り付けられている。ｘ軸アクチュエータ５６０は、第１回転軸５６６を備えているが、その第１回転軸５６６は前記第１支持軸５２８と一体的に設けられている。これに対して、ｙ軸アクチュエータ５６２は、図２７に示すように、可動部材５２４にｙ軸方向における一側においてｙ軸と同軸となる姿勢で固定的に取り付けられている。ｙ軸アクチュエータ５６２は、第２回転軸５６８を備えているが、その第２回転軸５６８は前記第３支持軸５４６と一体的に設けられている。
【０１１５】
図２６に示すように、ｘ軸アクチュエータ５６０の第１回転軸５６６と可動部材５２４とは、第１回転軸５６６の位置においてそれと同軸に設けられた第１ねじりばね５７０により互いに連結されている。第１回転軸５６６と可動部材５２４との相対回転が抑制され、それにより、ｘ軸アクチュエータ５６０の作動力が第１ねじりばね５７０により可動部材５２４に伝達されるようになっているのである。すなわち、第１ねじりばね５７０が、ｘ軸力伝達機構を構成しているのである。また、可動部材５２４と固定部材５２０とは、第２支持軸５３０の位置においてそれと同軸に設けられた第２ねじりばね５７２により互いに連結されている。可動部材５２４と固定部材５２０との相対回転が抑制されているのである。すなわち、第１ねじりばね５７０が、ｘ軸アクチュエータ５６０との関係において直列弾性部材として機能し、第２ねじりばね５７２が、並列弾性部材として機能するようになっているのである。
【０１１６】
ｘ軸相対回転およびｘ軸アクチュエータ５６０の作動力伝達はそのような構造により実現されるが、ｙ軸相対回転およびｙ軸アクチュエータ５６２の作動力伝達もそれに準じた構造により実現される。
【０１１７】
すなわち、図２７に示すように、ｙ軸アクチュエータ５６２の第２回転軸５６８とフライホイール支持体５００とは、第２回転軸５６８の位置においてそれと同軸に設けられた第３ねじりばね５７４により互いに連結されている。第２回転軸５６８とフライホイール支持体５００との相対回転が抑制され、それにより、ｙ軸アクチュエータ５６２の作動力が第３ねじりばね５７４によりフライホイール支持体５００に伝達されるようになっているのである。すなわち、第３ねじりばね５７４が、ｙ軸力伝達機構を構成しているのである。また、可動部材５２４とフライホイール支持体５００とは、第４支持軸５４８の位置においてそれと同軸に設けられた第４ねじりばね５７６により互いに連結されている。可動部材５２４とフライホイール支持体５００との相対回転が抑制されているのである。すなわち、第３ねじりばね５７４が、ｙ軸アクチュエータ５６２との関係において直列弾性部材として機能し、第４ねじりばね５７６が、並列弾性部材として機能するようになっているのである。
【０１１８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を図面に基づいて詳細に説明したが、これらの他にも、特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づいて種々の変更，改良を施した形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置が搭載されたハイブリッド電気自動車の構成を概念的に示すブロック図である。
【図２】そのハイブリッド電気自動車におけるエンジンの使用状態とフライホイール型エネルギ蓄積装置の使用状態との関係を説明するためのグラフである。
【図３】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置を示す斜視図である。
【図４】図３におけるフライホイール支持体を示す断面図である。
【図５】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置における支持機構を示す平面図である。
【図６】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図７】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｙ軸アクチュエータとｙ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図８】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置における支持状態制御装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図９】図８におけるコントローラによりフライホイール支持状態が制御される原理を示す工程図である。
【図１０】図９における車両挙動の取得工程の詳細の一例を示す工程図である。
【図１１】図９における車両挙動の取得工程の詳細の別の例を示す工程図である。
【図１２】図８におけるコントローラのコンピュータのＲＯＭに記憶されているルーチンのうち本発明と関連が深いものを示すフローチャートである。
【図１３】上記実施形態の一効果を一従来例との対比において説明するためのグラフである。
【図１４】本発明の別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置を示す斜視図である。
【図１５】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図１６】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｙ軸アクチュエータとｙ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図１７】そのｙ軸力伝達機構の作動状態の一例を示す断面図である。
【図１８】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸ワイヤ駆動装置とを示す正面図である。
【図１９】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置の力伝達系を概念的に示す図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸ワイヤ駆動装置とを示す正面図である。
【図２１】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置の力伝達系を概念的に示す図である。
【図２２】本発明のさらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｘ軸アクチュエータとｘ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図２３】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるｙ軸アクチュエータとｙ軸力伝達機構とを示す断面図である。
【図２４】本発明のさらに別の実施形態であるフライホイール型エネルギ蓄積装置を示す斜視図である。
【図２５】そのフライホイール型エネルギ蓄積装置におけるフライホイール支持体を示す断面図である。
【図２６】上記フライホイール型エネルギ蓄積装置における支持機構のうちｘ軸相対回転を実現する部分を示す断面図である。
【図２７】その支持機構のうちｙ軸相対回転を実現する部分を示す断面図である。
【符号の説明】
２０ フライホイール型エネルギ蓄積装置
６０，５２０ 固定部材
６４，５００ フライホイール支持体
６８，５２２ 支持機構
７０ 支持状態制御装置
８０，５０８，５０９ 軸受
７８ ロータ
８４，５２４ 可動部材
１００，３０４，５６０ ｘ軸アクチュエータ
１０２，３００，４００ ｘ軸力伝達機構
１１０，３０６，５６２ ｙ軸アクチュエータ
１１２，３０２ ｙ軸力伝達機構
３７４，４００ 第１コイルばね
３７６，４２２ 第２コイルばね
３１０，３１２ ワイヤ
４２４ 第３コイルばね
５０４ フライホイール
５１０ モータ／発電機
５２８，５３０，５４６，５４８ 第１ないし第４支持軸
５７０，５７２，５７４，５７６ 第１ないし第４ねじりばね
Claims (2)
- 車両に位置固定に設けられる固定部材と、
自身の慣性により回転し続けることによって運動エネルギを蓄積するフライホイールと、
軸受を介してそのフライホイールをそれのスピン軸線回りに回転可能に支持するフライホイール支持体と、
そのフライホイール支持体と前記固定部材との間に設けられ、フライホイール支持体を前記スピン軸線が空間内において任意の方向を取り得るように固定部材に対して回転可能に支持する支持機構と、
前記フライホイールとフライホイール支持体との間に設けられ、フライホイールの回転により回転させられることにより、電気エネルギを発生させる発電機と
を含み、フライホイールに蓄積された運動エネルギを必要に応じて電気エネルギに変換して出力するフライホイール型エネルギ蓄積装置において、
前記車両の挙動を変化させるために車両に関して行われる操作を表す情報と、その操作を生じさせる原因である物理量を表す情報との少なくとも一方を含む情報に基づき、前記支持機構による前記フライホイール支持体の支持状態を、前記軸受が前記フライホイールから受ける荷重と、フライホイールの前記固定部材に対する相対角とがいずれも各目標状態となるように制御する支持状態制御装置を設けたことを特徴とするフライホイール型エネルギ蓄積装置。 - 前記支持状態制御装置が、(a) 外部からの信号に応じて力を発生させるアクチュエータと、(b) そのアクチュエータと前記支持機構との間にアクチュエータと直列に設けられてアクチュエータにより発生させられた力を支持機構に伝達する直列弾性部材と、(c) 前記アクチュエータと並列に設けられた並列弾性部材とを含む請求項１に記載のフライホイール型エネルギ蓄積装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23426597A JP3562256B2 (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | フライホイール型エネルギ蓄積装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23426597A JP3562256B2 (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | フライホイール型エネルギ蓄積装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1170822A JPH1170822A (ja) | 1999-03-16 |
| JP3562256B2 true JP3562256B2 (ja) | 2004-09-08 |
Family
ID=16968269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23426597A Expired - Fee Related JP3562256B2 (ja) | 1997-08-29 | 1997-08-29 | フライホイール型エネルギ蓄積装置 |
Country Status (1)
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-
1997
- 1997-08-29 JP JP23426597A patent/JP3562256B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH1170822A (ja) | 1999-03-16 |
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