JP4465014B2

JP4465014B2 - ハイブリッドカー

Info

Publication number: JP4465014B2
Application number: JP2008118389A
Authority: JP
Inventors: ハル子網矢
Original assignee: ハル子網矢
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2008-04-30
Publication date: 2010-05-19
Anticipated expiration: 2028-04-30
Also published as: JP2009262894A

Description

本発明は、発電機と電動機を一個の直流モータで行い、電動機は高い電圧を流して内燃機関を補助するハイブリッドカーに関するものである。

近年、自動車では内燃機関の燃料消費量の低減と内燃機関から排出される排気ガスの清浄化が要求されており、このような要求に対して、内燃機関と電動機との二つの駆動源を備えたハイブリッド車が市販されている。
ハイブリッド車は、内燃機関と内燃機関の駆動力で駆動される発電機と、発電機により発電された電力を蓄えるバッテリと、発電機あるいはバッテリの電力で駆動される電動機と、内燃機関の駆動力を発電機と車輪とに選択的に分配する動力分配機構とを備え、要求される駆動力とバッテリの蓄電量とに応じて内燃機関の始動と停止を制御するものがあった。

このハイブリッド車は、車両の発進時や低速時などには、内燃機関の駆動力の発電機及び車輪への伝達を遮断、あるいは内燃機関を停止させるとともに、バッテリ電力を電動機に伝え、電動機の駆動力で車輪を駆動する。
そして、ハイブリッド車は通常走行時には内燃機関を始動し、内燃機関の駆動力を発電機と車輪との双方に分配するとともに、発電機で発生した電力で電動機を駆動させ、電動機の駆動力を車輪に伝達する。この場合、ハイブリッド車は、内燃機関及び電動機の駆動力で走行することになる。

さらに、ハイブリッド車は、加速時などの高負荷時は、内燃機関を始動し、内燃機関の駆動力を発電機と車輪に分配するとともに、発電機で発生した電力に加算した電力で電動機を駆動させ、電動機の駆動力を車輪に伝達する。この場合にハイブリッド車は、通常走行時と同様に内燃機関及び電動機の駆動力で走行するが、電動機には発電機の電力に加えバッテリ電力が加算されるので、電動機の駆動力が通常走行時より大きくなるものであった。
特開平１１−１７３１７５特開２０００−１１５６０８

の名称、ハイブリッド車の内燃機関制御装置のように、内燃機関と電動機を備えるハイブリッド車において、ドライバビリィティを低下させることなく、排気浄化触媒などの早期活性化を図るため、内燃機関が暖機運転中であっても、加速などのような大きな駆動力が必要となると、内燃機関の運転状態から高出力運転状態に切り換えることができるので、運転車が要求する駆動力を出力することができドライバビリィティが向上するものがあった。
また、特許文献２のハイブリッド車駆動装置及び駆動方法では、バッテリの充電率が低い時は、モータ／ジェネレータを発電機として駆動し、アクセル開度が大きい時はモータとして駆動し車両の加速を補助していた。しかし、これも内燃機関に余裕があるため、バッテリが十分充電できないと、アクセルを幾ら踏んでも電動機として作動しなかった。つまり、コントローラは車がおかれている立場より、内燃機関がコンディションの良い方を選んでいた。それは、内燃機関に余裕があるためできることで、軽乗用車とかトラックなどは、どうしても登らないといけない坂道ではギヤを落として、アクセルを全開にしてやっと登っていた。そんなとき、バッテリの充電率が悪いからと言って、コントローラが、それを無視してカットすると、内燃機関が高出力の物は良いが、低出力の軽乗用車とかトラックなどには不向きであった。

従来のハイブリッド車では、比較的内燃機関に余裕のあるものについて、内燃機関を休ませて燃料を節約するものであったが、本発明はハイブリッドカーは、小さな内燃機関で大きな仕事をする、例えば軽四輪自動車やトラックなどの馬力に対する車体の重量が２０キログラム以上のものは、登り坂とか、急な加速の時に合わせて高出力の、大きな内燃機関が必要となっていた。
しかし、一日の内で、どうしても大きなパワーが必要なときは、一回あるか無いかで、その時のために大きな内燃機関を用意しておくのは不経済で、内燃機関自体も大きいと、重量も重たくなっていた。

そこで、本発明のハイブリッドカーは、電動機を使用して足りないパワーを補うもとし、さらに電気には使用率と言う考え方があり、電動機を何時も使用しているものならば、大きな電動機を用意しなければならないが、使う時間が１０秒で短いものなら、小さい電動機に大電流を流しても、焼ける前に止めるので電動機の破損は無い。
その上、さっきまで発電機で、内燃機関に負担がかかっていたものが、電気の配線を変えることで電動機に変わり、電気を工夫することで大電流を流すことができる。

そのハイブリッドカーは、Ｄ，Ｃゼネレータ（１）を搭載して、発電機と電動機の二つの役目を果たし、発電機は低回転の時は複数のバッテリ（３）を並列に繋き、高回転の時は直列に繋ぐための充電スイッチ（４）が操作される。
Ｄ，Ｃゼネレータ（１）が電動機として作動するときは、アクセルを踏み込むとアクセルスイッチが入り、充電した何倍もの電圧で電流を流し、加速するハイブリッドカーを提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明のハイブリッドカーのＤ，Ｃゼネレータ（１）は、内燃機関（２）の駆動力を受け発電機になり、バッテリ（３）に蓄電した電気で内燃機関（２）を補助する電動機の二つの役目を果たすものである。
その発電機は、低回転の時は複数のバッテリ（３）を並列に繋き、高回転の時は、バッテリ（３）の電圧の２倍以上流れたときは、直列に繋ぐため充電スイッチ（４）が操作される。
そのとき、内燃機関（２）が停止したときと、低速で発電量よりバッテリ（３）の蓄電した電圧が高いと逆流するため、切り替えスイッチ（５）のブレーク（５ａ）端子にはダイオード（５ｃ）を介してＤ，Ｃゼネレータ（１）に、配線する。

Ｄ，Ｃゼネレータ（１）が電動機として作動するときは、アクセルを踏み込むと床に取り付けてあるアクセルスイッチが入り、Ｄ，Ｃゼネレータ（１）を発電機から電動機に変えるための切り替えスイッチ（５）のコイルに、電流を流すと、切り替えスイッチ（５）のブレーク（５ａ）端子からメーク（５ｂ）端子に入れ替わり、発電機は電動機に変わって動力となる。
そのとき、充電するバッテリ（３）を複数取り付け、加速スイッチ（６）を作動さし、ブレーク（６ａ）端子からメーク（６ｂ）端子に入れ、充電スイッチ（４）同じくブレーク（４ａ）端子からメーク（４ｂ）端子に入れることで、充電した何倍もの電圧で加速する。
したがって、切り替えスイッチ（５）と加速スイッチ（６）と充電スイッチ（４）は、同じアクセルスイッチの電流を受けて作動することで目標を達成した。

本発明のハイブリッドカーは、次のような効果がある。
（イ）内燃機関で小さなものを、一瞬だけ大きな動力を得ることで、内燃機関をさらに小さくできる。
（ロ）Ｄ，Ｃゼネレータを使用することで、発電機と電動機を一体化できる。
（ハ）Ｄ，Ｃゼネレータの欠点であった低速の時に発電しなかった欠点を、バッテリの配線を変えることで解決した。
（ニ）バッテリの充電する系列を複数取り付け、加速スイッチを作動すると、充電した何倍もの電圧で、電動機が作動する。

Ｄ，Ｃゼネレータ（１）は、内燃機関（２）のクランクに直接取り付けるのが良いが、従来のようにベルトを使用してＡ，Ｃゼネレータを取り付けた位置で、同様にＤ，Ｃゼネレータ（１）を取り付けた方が改造に手間がかからないので、同様にする。
Ｄ，Ｃゼネレータ（１）は直流モータで、内燃機関（２）の駆動力を受け発電機になり、バッテリ（３）に蓄電した電気エネルギーで内燃機関（２）を補助する電動機に変わる。

その発電機は、低回転の時は発電する電圧も低いから、複数のバッテリ（３）を並列に繋ぎ充電する。高回転の時は、電圧が高くなったのを電圧計が察知して自動的に電流が流れ、直列に繋ぐため充電スイッチ（４）のコイルに伝わりブレーク（４ａ）端子からメーク（４ｂ）端子に入れ替わる。

Ｄ，Ｃゼネレータ（１）が電動機として作動するときは、アクセルを踏み込むとアクセルスイッチが入り、Ｄ，Ｃゼネレータ（１）を発電機から電動機に変えるための切り替えスイッチ（５）のコイルに電気が流れ、ブレーク（５ａ）端子からメーク（５ｂ）端子にスイッチが入り、ブレーク（５ａ）端子がダイオード（５ｃ）を介してＤ，Ｃゼネレータ（１）に配線していたが、メーク（５ｂ）端子はダイオード（５ｃ）を介さずＤ，Ｃゼネレータ（１）に配線するため発電機は電動機と変わり、動力となる。
そのとき、充電するバッテリ（３）を複数取り付け、加速スイッチ（６）のブレーク（６ａ）端子からメーク（６ｂ）端子にスイッチを入れ、充電した何倍もの電圧で電流を流し、内燃機関（２）を補助する。なお、そのとき充電スイッチ（４）はコイルに電流が伝わりブレーク（４ａ）端子からメーク（４ｂ）端子になっている。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
（イ）図１の配線図は、軽四輪自動車の場合で、Ｄ，Ｃゼネレータ（１）を２４Ｖの電流を流したとき４００Ｗの消費電力で、バッテリ（３）は１２Ｖで充電スイッチ（４）が２個と、加速スイッチ（６）が１個と、切り替えスイッチ（５）が１個で、点線はコモンのスイッチの位置とリレーを現している。

低速回転の時は、図２の配線図のように充電スイッチ（４）と切り替えスイッチ（５）と加速スイッチ（６）がブレーク（４ａ・５ａ・６ａ）になっており、バッテリ（３）は４個を並列に繋ぎ、１２Ｖ以上の電圧で充電しなければならないので、プーリーで調節した。

図３の配線図は、内燃機関（２）が高速回転になり、発電機が２４Ｖ以上になると、充電スイッチ（４）が作動してブレーク（４ａ）端子からメーク（４ｂ）端子に変わり、バッテリ（３）は直列になり充電する。
したがって、アイドリング５００回転／毎分の時に１２Ｖの充電を行うようにするが、６Ｖのバッテリ（３）を使用して充電スイッチ（４）を間に取り付けることで、より細かい電圧を取り出せる。
そして、内燃機関（２）が停止した時に、バッテリ（３）から逆流を防ぐため、ダイオード（５ｃ）を切り替えスイッチ（５）のブレーク（５ａ）端子からＤ，Ｃゼネレータ（１）に繋ぐ。

（ロ）Ｄ，Ｃゼネレータ（１）を電動機として使用するときは、加速するときか上り坂の時である。電動機として使用する時は、あまり無いことを設定して電動機を設計したもので、もしも上り坂が続いて電動機を想定以上に使う時は、バッテリ（３）の充電のためと電動機を冷却のために休憩をとらなければならないが、内燃機関（２）は上り坂でも、ほんの少し補助するだけで内燃機関（２）は、最も出力が出る回転数に達するので、１０秒以上電動機を使用しなければならない所は無い。１０秒だけと時間に限りがあるところは、セルモータに似ている。

図４の配線図は、電動機として使用するときはアクセルを一杯踏み込むと、アクセルスイッチをＯＮにし、アクセルスイッチから切り替えスイッチ（５）と加速スイッチ（６）と充電スイッチ（４）のコイルに電気が流れる。
切り替えスイッチ（５）は、通常はブレーク（５ａ）端子に繋がっており発電機として充電しているが、アクセルスイッチからの電気を受けてブレーク（５ａ）端子からメーク（５ｂ）端子に変わり、配線はＤ，Ｃゼネレータ（１）に直接配線しているため４８Ｖの電気が逆に流れ、発電機から電動機に変わる。
したがって、今まで発電機として内燃機関（２）の１０パーセントの負担をしていたものが、電動機として３０パーセント内燃機関（２）を補助するものであれば、差引４０パーセントの補助ができる。
なお、その時、エアコンなどのエネルギーを消費するものを、一時的にカットすると良い。

充電スイッチ（４）は、切り替えスイッチ（５）が作動する前にブレーク（４ａ）端子からメーク（４ｂ）端子に変わっていて、加速スイッチ（６）がブレーク（６ａ）端子からメーク（６ｂ）端子に変わり、４８Ｖの電流が流れて補助をする。バッテリ（３）と加速スイッチ（６）を増やすことで、７２Ｖ、９６Ｖの電気を流すこともできる。
また、２Ｖづつのバッテリ（３）にし、充電スイッチ（４）を操作することで、２Ｖ、４Ｖ、６Ｖ、８Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２４Ｖの電気を充電することができる。

本発明は、今市販されている自動車を最も簡単にＡ，ＣゼネレータからＤ，Ｃゼネレータ（１）に替えただけだが、この考え方でＤ，Ｃゼネレータ（１）を５Ｋｗの物にすると軽四輪が２０００ｃｃの普通車と同じ加速をする。ただし、１０秒間だけである。

大型トラックは本発明を取り付けた場合、頻繁に使用する可能性があるので、バッテリ（３）の容量の大きな物とし、もしもバッテリ（３）の電気が無くなった時は充電するための休憩をとらなければならない。

なお、動力として３０％の出力を持つ物ならば、セルモーターが不要になり、短時間の移動もできるようにすることが可能である。また、モーターボートなどでは、滑走状態にはいるまでが最も出力が必要な時で、そんなとき本発明を使用すれば、小さな内燃機関で滑走状態に入れるし、スクリューのピッチも高速で航行している時にあわせて、ハイピッチの物にできる。さらに、大型船でも加速するときは内燃機関に負担が加わり、黒い煙を出していたが、本発明で解消できる可能性がある。

図は、ハイブリッドカーの配線図である。図は、Ｄ，Ｃゼネレータが低速で充電しているときの配線図である。図は、Ｄ，Ｃゼネレータが高速で充電しているときの配線図である。図は、Ｄ，Ｃゼネレータが電動機に変わったときの配線図である。

符号の説明

１Ｄ，Ｃゼネレータ
２内燃機関
３バッテリ
４充電スイッチ４ａブレーク４ｂメーク
５切り替えスイッチ５ａブレーク５ｂメーク
５ｃダイオード
６加速スイッチ６ａブレーク６ｂメーク

Claims

ハイブリッドカーの動力である内燃機関（２）の電気系統を、Ｄ，Ｃゼネレータ（１）と切り替えスイッチ（５）とバッテリ（３）で構成され、
該切り替えスイッチ（５）は、メーク（５ｂ）端子とブレーク（５ａ）端子で構成され、該メーク（５ｂ）端子は、バッテリ（３）から該メーク（５ｂ）端子を介して該Ｄ，Ｃゼネレータ（１）に配線されており、
該ブレーク（５ａ）端子は、同じく該バッテリ（３）から該ブレーク（５ａ）端子とダイオード（５ｃ）を介し、同じく該Ｄ，Ｃゼネレータ（１）に配線されると共に、
該ダイオード（５ｃ）は、該バッテリ（３）から該ブレーク（５ａ）端子を介して該Ｄ，Ｃゼネレータ（１）の方向に流れる電流を止めており、
アクセルを床まで踏み込み、アクセルが全開になりアクセルスイッチが入るときは、該切り替えスイッチ（５）のリレーのコイルに電流が流れ、該切り替えスイッチ（５）がブレーク（５ａ）端子からメーク（５ｂ）端子に入れ替わり、
該バッテリ（３）から該切り替えスイッチ（５）の該メーク（５ｂ）端子を介し、該Ｄ，Ｃゼネレータ（１）に配線している方向に電流が流れて、該Ｄ，Ｃゼネレータ（１）は一時的に発電機から電動機になることを特徴とするハイブリッドカー。
複数のバッテリ（３）が各々充電スイッチ（４）を介して接続されており、充電スイッチ（４）は、ブレーク（４ａ）端子とメーク（４ｂ）端子があり、Ｄ，Ｃゼネレータ（１）が発電機として作動しているときで、
該Ｄ，Ｃゼネレータ（１）が低速回転の時は、該充電スイッチ（４）の該ブレーク（４ａ）端子を通って、複数の該バッテリ（３）は並列に繋がっており、
該Ｄ，Ｃゼネレータ（１）が高速回転の時は、該充電スイッチ（４）のリレーのコイルに電流が流れることで、該メーク（４ｂ）端子を通って、複数の該バッテリ（３）が直列に繋がるので、
発電する電圧に応じた蓄電をすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドカー。
複数のバッテリ（３）が各々充電スイッチ（４）又は加速スイッチ（６）を介して接続されており、該充電スイッチ（４）にはブレーク（４ａ）端子とメーク（４ｂ）端子があり、該加速スイッチ（６）にはブレーク（６ａ）端子とメーク（６ｂ）端子があり、電動機としてＤ，Ｃゼネレータ（１）が作動しているときは、
アクセルスイッチを作動さすと、各リレーのコイルに電流が流れることで、切り替えスイッチ（５）はメーク（５ｂ）端子になり、該充電スイッチ（４）もメーク（４ｂ）端子になり、該加速スイッチ（６）もメーク（６ｂ）端子になるので、複数の該バッテリ（３）は直列になって、発電した電圧よりも大きな電圧で内燃機関（２）を補助することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッドカー。