JP7274182B2 - 運動力学的自動車 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、本出願の発明者が２０１８年４月２４日付けで米国特許商標庁に出願した「ＫＩＮＥＴＩＣ ＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥ（運動力学的自動車）」と題する係属中の米国仮特許出願第６２／６６１，９１５号明細書に基づくものであるとともにその優先権を享受するものであり、この仮出願の全体が、参照により本明細書に援用される。
発明の分野
本発明は、自動車に関する。
乗用車を動かすためには、何らかの種類のエネルギーが必要である。石油（ガソリン）内に含まれるエネルギーは、ポテンシャルエネルギーである。エンジンは、そのポテンシャルエネルギーを運動エネルギーへと変換して、乗用車を動かす。動き出した後には、エネルギーを徐々に吸収する摩擦及び空気抵抗が存在しなければ、その運動量は永遠に続くこととなる。したがって、乗用車は、エネルギーが連続的に補給されなければ、停止することとなる。
石油は、エネルギーを蓄える唯一の要素ではなく、蓄えたエネルギーを運動へと変換するための様々な手段が存在する。その動きから、乗用車は、様々な形態の他のエネルギーを展開している。これらの独立したエネルギー源は、効率的に利用されれば、摩擦や空気抵抗に基づいて失われたエネルギーを補うのに充分以上のものとすることができる。本発明によれば、運動及び様々な関連した力から生成された充分なエネルギーを、利用して保存することができ、これにより、停止後に車を再び動かすために、後で使用することができる。
図１は、本発明の一実施形態による運動力学的自動車の平面図である。 図２は、図１に示す本発明の一実施形態による運動力学的自動車の側面図である。
添付図面内の特徴物には、以下の参照番号が付されている。
２ シャーシ
４ フレーム
６ 運動力学的ボックス
７ 張力スプリング
８ 油圧駆動モータ
９ ガイドポスト（Ｇｕｉｄｅ ｐｏｓｔ）
１０ ドライブシャフト
１２ 車輪
１４ フライホイール
１５ 油圧ライン
１６ ラジエータ
１８ 過充填リザーバ
１９ 戻りライン
２０ 一次リザーバ
２２ ショックポンプ
２４ ブレーキング用油圧ポンプ
２６ ブレーキング用油圧ポンプ歯車
２８ ジャッキ
３０ オルタネータ
３２ オルタネータ歯車
３４ バッテリ
３６ キャパシタ
３７ 充電システム
３８ 充電システムポート
４０ 静止パーキング歯車
４２ 車輪アーム
４３ 車輪支持スプリング
４４ スリップジョイント式ステアリングコラム
４６ ステアリングアセンブリ
４８ 車輪ナックル
「運動力学的乗用車」は、乗用車の動き出し（ｉｎｉｔｉａｌ ｍｏｔｉｏｎ、初期動作）のために、最大で２０トンへと加圧された油圧流体（ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｆｌｕｉｄ、油圧作動油）が充填された大容量チャンバすなわち「運動力学的ボックス」を有することとなる。
運動力学的ボックス６は、長さが３フィート（０．９１ｍ）以上の特別に構築された折り畳み可能な蛇腹（ｂｅｌｌｏｗ）であり、完全に鉛直方向とされた時には、高さが約１フィート（約０．３１ｍ）に達することとなる。運動力学的ボックスは、車体フレーム４とシャーシ２との間の空間内において、シャーシ４に対してボルト留めされることとなり、好ましくは、ボックス６は、シャーシ２の全重量を又はほぼ全重量を、支持する。ボックス６上におけるシャーシ２の重量が、油圧圧力を生成する。運動力学的ボックス６内にさらに多くの圧力を生成するために、ゴム製バンド又は大型鋼製スプリング７が、シャーシを車体フレーム４に向けて下向きに引き下げることとなる。図面１ページを参照されたい。シャーシ２の重量と、バンド／スプリング７の張力と、が合わさることで、２０トンよりも大きな圧力を発生させることができる。ガイドポスト９は、シャーシ２が鉛直方向にのみ移動することを可能とし、横方向には移動させない。
動力及び運動
運動力学的ボックス６は、油圧ライン１５を介して、各車輪１２に１個ずつ設けられた４個の油圧駆動モータ８に対して接続されている。アクセルペダルが踏み込まれた時には、アクセルペダルに応答して連続的に調節可能なリレーバルブが作動して、運動力学的ボックス６から油圧駆動モータ８へと、加圧状態の油圧流体を流れさせ、これにより、車輪１２を、７，０００～１４，０００ｒｐｍで回転駆動することとなる。アクセルをさらに踏み込むと、リレーバルブがさらに開き、より多くの油圧流体が油圧モータ８へと流れることとなり、油圧モータ８をより高速で回転させる。
油圧モータ８は、好ましくは、運動量を生成するために、大型で重いフライホイール１４を有することとなる。所望の速度に到達すると、運転者は、好ましくは、アクセルから圧力を解放し、追加の速度が所望されるまで、乗用車を惰性で走行させることとなる。この効果は、加速して惰性運行するという点で、宇宙空間での推進と似ている。
油圧モータ８からの油圧流体は、ラジエータ１６へと流れ、そこで冷却されて圧力を失うこととなる。油圧流体は、また、過充填リザーバ１８へと流れてもよい。図面８ページを参照されたい。過充填リザーバ１８内の油圧流体は、運動力学的タンク内に吸引力が発生した時には、戻りライン１９を介して運動力学的タンク６へと戻ることとなる。
ラジエータ１６内の油圧流体は、一次リザーバ２０へと流れることとなる。追加の油圧流体ライン１５が、リザーバ１８，２０から、ショックアブソーバポンプ（ショックポンプ）２２へと、及び、ブレーキング用油圧ポンプ２４へと、設けられることとなる。ショックアブソーバポンプ２２は、１個の車輪あたりにつき４個が設けられ、衝撃吸収機能とポンプ機能とを果たすものであって、大きな衝撃に耐えるように、かつ、衝撃があった際には高圧流体を供給するように、特別に設計されている。油圧ラインは、ポンプ２２を運動力学的ボックス６に対して接続している。
ブレーキング用油圧ポンプ２４は、各車輪につき１個ずつ設けられている。これらのブレーキング用油圧ポンプ２４には、歯車２６が設けられることとなる。ブレーキング用油圧ポンプ２４の歯車２６は、アクセルを踏み込んだ時には車輪を駆動しかつ乗用車が惰性走行している時には車輪とともに回転するフライホイール１４の歯に対して、密接した位置に配置されることとなる。ブレーキペダルが強く踏み込まれた時には、ブレーキング用油圧ポンプ２４の歯車２６が、回転するフライホイール１４の歯に対して噛合することとなる。そのため、フライホイール１４は、油圧ポンプ２４の歯車２６を強制的に駆動して、途方もない量の流体圧力を発生させ、これにより、高圧の油圧流体が、油圧ライン１５を介して運動力学的ボックス６へと戻るように駆動されることとなる。
ショックポンプ２２及びブレーキング用油圧ポンプ２４から回収されて運動力学的ボックス６へと供給された流体圧力は、駆動サイクルを継続するために使用される。運動力学的ボックス６が完全に枯渇しないようにするために、フレーム４からシャーシ２を持ち上げるように配置された運動力学的ボックス６の両側方に、２個～４個の１２ボルトジャッキ２８が設けられてもよい。この作用は、運動力学的ボックス６を膨張させて、吸引力を生成させ、これにより、リザーバ１８、２０から油圧流体を抽出することとなる。実際、動き出しのために最初の位置で油圧流体が運動ボックス６へと向かって、シャーシ２の重量が圧力を提供するのは、この吸引力によってである。アクセルペダルが踏み込まれた時には、ジャッキ２８は解放され、他方、アクセルペダルが解放された時には、ジャッキ２８は、シャーシ２と係合して、これらはロックされ、加速が必要とされない時にシャーシ２の落下による圧力の不必要な損失を防止する。
電気システム及び充電システム
４個のオルタネータ３０及び４個の専用バッテリ３４が、好ましくは、乗用車に対して電力を供給するために設けられている。オルタネータ３０は、好ましくは、ブレーキング用油圧ポンプと同様に、各車輪につき１個ずつ設けられ、オルタネータ歯車３２が、フライホイール１４に対して近接して係合可能に配置されている。オルタネータ３０が常時回転している場合には、充電負荷は、必要な時にのみ印加されるべきである。第１のバッテリは、好ましくは照明専用とすることができ、好ましくは後輪オルタネータの１つに対して接続される。第２のバッテリは、好ましくはＨＶＡＣ専用とすることができ、他方の後輪オルタネータに対して接続することができる。第３のバッテリは、ホーン、ラジオ、ワイパ、ロック、ウィンドウ、に専用とすることができ、好ましくは前輪オルタネータの１つに対して接続することができる。第４のバッテリは、好ましくは、ジャッキ、ブレーキ、及び制御バルブ、に専用とすることができ、他方の前輪オルタネータに対して接続することができる。スーパーキャパシタパック３６は、好ましくは、各バッテリを充電するために、各バッテリに専用のものである。充電ポート３８が、好ましくは、バッテリを充電システム３７に対して接続するために、設けられている。
ブレーキングシステム
ブレーキペダルを踏み込むと、オルタネータの歯車３２が、まずフライホイール１４に対して噛合することとなる。充電負荷は、乗用車を減速させる効果を有することとなる。ブレーキペダルを離すと、オルタネータの歯車３２は、フライホイール１４から噛合を解除することとなる。ブレーキペダルは、元の位置に戻ることとなる。
最初にブレーキペダルを踏み込んでオルタネータがフライホイールに対して噛合した後に、ブレーキペダルをさらに踏み込んだ場合には、ブレーキング用油圧ポンプ２４の歯車２６が、フライホイール１４に対して噛合することとなる。オルタネータ３０からの充電負荷と、運動力学的タンク６内の油圧ポンプ２４によって増強された高圧と、が組み合わされることにより、車輪をロックさせることなく車輪を瞬時に停止させるのに充分な強い抵抗が生じる。ブレーキペダルがさらに踏み込まれた場合には、一組をなす複数の静止パーキング歯車４０が、フライホイール１４に対して噛合して車輪をロックし、これにより、乗用車が停止後に動くことを防止することとなる。静止歯車４０は、すべての車輪をロックすることにより、乗用車を停止させることができる。パーキング歯車４０が噛合している時には、ブレーキペダルが床まで踏み込まれるまでは、ブレーキペダルは元の位置には戻らない（パーキングブレーキとして作用する）。
サスペンション
乗用車は、好ましくは、４輪の独立したサスペンションを備えている。各車輪は、フレームに対して取り付けられたスプリング付き車輪支持体すなわち「車輪アーム」４２によって、支持することができる。スプリング４３は、車輪を、地面に向けて強制的に押し付ける。好ましい実施形態によれば、車輪支持体４２は、車輪１２と、フライホイールと、油圧駆動モータ８と、オルタネータ歯車３２と、ブレーキング用油圧ポンプ歯車２６と、ショックポンプ２２と、を支持することとなる。前輪アーム４２は、また、ステアリングアセンブリに対しても、支持を与えることとなる。
ステアリング
ステアリングは、スリップジョイント式ステアリングコラム４４が、シャーシの上下動に対応し得るようステアリングアセンブリ４６に対して接続されている点を除いては、従来の自動車と同じように動作することとなる。従来の車輪ナックル４８が、好ましくは、ステアリングアセンブリの制御下での旋回を可能とするために、フライホイールの車輪側に設けられている。
その他の機能
各車輪は、それ自体が「発電所」をなすユニットである。発電所は、それぞれ別個の、ドライブトレイン（動力伝達装置）と、サスペンションと、ブレーキと、充電システムと、を有している。代替的な実施形態によれば、単一の装置が、モータとポンプと発電機とを組み合わせたものとして機能することとなる。
代替的な実施形態によれば、油圧流体の代わりに、空気又は水を使用することができる。
さらなる代替的な実施形態によれば、２つの異なる駆動システムを、車両を走行させるために使用することができ、例えば、前輪を、電気駆動モータによって駆動し得るものとしつつ、後輪は、本明細書において説明した油圧システムによって駆動される、あるいは、その逆であってもよい。

Claims (5)

  1. 自動車であって、
    フレームと、
    シャーシと、
    前記フレームに対して接続された複数のスプリング付勢付き車輪支持体と、
    ドライブシャフトによって各車輪支持体に対して取り付けられた車輪と、
    前記車輪に対して相対回転しないように、前記ドライブシャフトに対して又は前記車輪に対して固定されたフライホイールと、
    前記フレームと前記シャーシとの間に配置された折り畳み可能な蛇腹であるとともに、この折り畳み可能な蛇腹内に圧力を蓄積し得るよう、前記シャーシの重量を受領するように構成された折り畳み可能な蛇腹と、
    一端が前記フレームに対して接続されかつ第二端が前記シャーシに対して接続された複数の張力部材であるとともに、前記シャーシを前記フレームに向けて引っ張ることにより、前記折り畳み可能な蛇腹内に追加の圧力を蓄積するように構成された張力部材と、
    前記フレームと前記シャーシとの間に位置し、前記フレームに対しての前記シャーシの横方向移動を防止するための、複数のガイドポストと、
    前記フレームと前記シャーシとの間に位置した複数の電動ジャッキであるとともに、前記フレームから離間する向きに前記シャーシを持ち上げることにより、前記折り畳み可能な蛇腹内に吸引力を生成する、複数の電動ジャッキと、
    少なくとも１つの車輪に隣接して配置されかつ前記ドライブシャフトに対して接続された油圧駆動モータであるとともに、油圧ラインを介して前記折り畳み可能な蛇腹に対しても接続されていて、この油圧駆動モータに対して油圧動力が供給されるようになっている、油圧駆動モータと、
    オルタネータであるとともに、このオルタネータに対して運動力学的動力を供給するための、前記フライホイールに対して可逆的に噛合可能なオルタネータ歯車を有し、さらに、バッテリを充電するために前記バッテリに対して電気的に接続されたオルタネータと、
    ブレーキング用油圧ポンプであるとともに、前記フライホイールに対して可逆的に噛合可能な油圧ポンプ歯車を有し、さらに、前記自動車の移動時に前記油圧ポンプ歯車が前記フライホイールに対して噛合した時に前記折り畳み可能な蛇腹に対して加圧流体を供給するために、前記折り畳み可能な蛇腹に対して接続されたブレーキング用油圧ポンプと、
    前記フライホイールの回転を停止させて前記自動車を不動状態に維持するために、前記フライホイールに対して可逆的に噛合可能な静止ブレーキング／パーキング歯車と、
    一端が前記フレームに対して取り付けられかつ第二端が前記車輪支持体に対して取り付けられたショックポンプであるとともに、前記自動車の移動時に前記ショックポンプが圧縮された際に前記折り畳み可能な蛇腹に対して加圧流体を供給するために、油圧ラインを介して前記折り畳み可能な蛇腹に対して接続されたショックポンプと、を含み、
    前記シャーシの重量と、前記張力部材の張力と、前記ブレーキング用油圧ポンプ及び前記ショックポンプから受領した加圧流体と、に基づいて前記折り畳み可能な蛇腹内に展開された圧力が、前記加圧流体を前記油圧駆動モータへと強制的に供給して、前記ドライブシャフトと前記フライホイールと前記車輪とを加速させるために使用され、
    前記車輪支持体のそれぞれは、独立的に、前記フレームによって支持されて前記フレームに対して接続されている、自動車。
  2. 前記バッテリを充電するための、充電システム及び充電ポートをさらに含む、請求項１に記載の自動車。
  3. ガソリン式エンジンをさらに含む、請求項１に記載の自動車。
  4. ガソリン式エンジンを有していない、請求項１に記載の自動車。
  5. バッテリ式駆動システムをさらに含む、請求項１に記載の自動車。
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