JPH06137400A - 制動エネルギー回生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷の回転数の減・増に対応してフライホイ
ールの回転数の増・減するような簡易な変速機構から成
る制動エネルギー回生装置を提供すること。 【構成】 エンジン１０の回転軸８１と駆動輪３０の回
転軸８２との間に無段変速機２０が配設されている。一
方の回転軸８１は正転機構４０を介し、他方の回転軸８
２は逆転機構５０を介して差動歯車機構６０の独立な入
出力軸である回転軸８３，８４に接続されている。そし
て、差動歯車機構６０の残りの回転軸８５にはフライホ
イール７０が接続されている。制御装置９０によりエン
ジン１０の発生トルク及び無段変速機２０の変速比が調
節され、負荷の減速時にフライホイールの回転数が増加
又は負荷の加速時にフライホイールの回転数が減少され
る。これにより、減速時に負荷の制動エネルギーをフラ
イホイールに回生し加速時に再利用することが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、減速時に消費される負
荷（車輪）の制動エネルギー（運動エネルギー）の回生
装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、自動車等の走行車両の減速制動に
は、殆ど摩擦によるブレーキ装置が用いられ、その減速
及び停止は、制動エネルギーを熱エネルギーに変換する
ことにより行われている。ここで、都市部などの混雑し
た市街地を走行する場合には、加速や減速を頻繁に繰り
返すという現象がある。このような状況下では、減速及
び停止の度に制動エネルギーを熱エネルギーとして消費
するため、著しく燃費が悪化するという問題があった。

【０００３】上記問題点を解決する手段として、特開昭
５６−８５５７７号公報「減速エネルギー回収装置」に
て開示されたものが知られている。このものでは、減速
の際の制動エネルギーを、断続するクラッチを介してフ
ライホイールの運動エネルギーに回生することにより、
加減速時の燃費を向上させようとしている。更に、別の
手段として、特開昭６１−１９２９６１号公報「車両の
減速エネルギー回収装置」にて開示されたものが知られ
ている。このものでは、原動機の駆動軸とフライホイー
ルとの間に無段変速機を設けることにより、制動エネル
ギーを回生する構成が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法では、クラッチを介して必要に応じて負荷（車輪）
側の運動エネルギーをフライホイール側に蓄積するよう
にしている。上記クラッチの断続により負荷とフライホ
イールとの間に回転数の違いが生じる。このため、上記
クラッチの接続時には、負荷とフライホイールとの間の
回転数をほぼ一致させる必要がある。これが、エネルギ
ーの回生を行うための制約となり、回生効率の向上が望
めなかった。又、後者の方法では、上述のようなクラッ
チを用いず、原動機の駆動軸とフライホイールとの間に
無段変速機を用いることにより回生効率を向上してい
る。ところが、この方法では、原動機と負荷（車輪）と
を接続する変速機とは別の上記無段変速機が必要となり
搭載のためのスペースが増えると共にコスト高となるた
め実用化が困難であった。

【０００５】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、原動機の
回転数がある範囲内の一定速度であるという点に注目
し、負荷の回転数が減少する際に、フライホイールの回
転数が増加するような簡易な変速機構を実現した制動エ
ネルギー回生装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、一次側と二次側との変速比を連続的に
変化可能な無段変速機と、独立した３つの回転軸を有
し、該回転軸間が相互に関連して回転される差動歯車機
構を含む遊星歯車機構と、前記無段変速機の一次側及び
二次側のそれぞれの回転軸と前記遊星歯車機構の独立し
た３つの回転軸のうちの２つの回転軸とをそれぞれ接続
し、前記回転軸間の回転方向を同方向に伝達する正転機
構又は前記回転軸間の回転方向を逆方向に伝達する逆転
機構から成る軸接続機構と、前記無段変速機の前記一次
側及び二次側の２つの回転軸と前記遊星歯車機構の独立
した３つの回転軸のうちの残りの１つの回転軸とから成
る３つの回転軸にそれぞれ接続される原動機、負荷（車
輪）及びフライホイールと、前記原動機の発生トルク及
び前記無段変速機の変速比を制御する制御手段とを備
え、前記制御手段により前記負荷の減速時には前記フラ
イホイールの回転数を増加させ前記負荷の運動エネルギ
ーを前記フライホイールに蓄積し、又、前記負荷の加速
時には前記フライホイールの回転数を減少させ前記フラ
イホイールの運動エネルギーを前記負荷に供給すること
を特徴とする。

【０００７】

【作用】上記の手段によれば、無段変速機の一次側及び
二次側の回転軸と遊星歯車機構の独立した３つの回転軸
のうちの２つの回転軸とが正転機構又は逆転機構を介し
てそれぞれ接続される。そして、無段変速機の一次側と
二次側の回転軸及び遊星歯車機構の独立した３つの回転
軸のうちの残りの１つの回転軸に原動機、負荷（車輪）
及びフライホイールが接続される。上記遊星歯車機構、
正転機構又は逆転機構の変速比を予め適当に設定し、制
御手段により原動機の発生トルク及び無段変速機の変速
比が制御される。これにより、負荷の減速時にはフライ
ホイールの回転数が増加され、負荷の加速時にはフライ
ホイールの回転数が減少されて負荷とフライホイールと
の間で運動エネルギーの蓄積又は供給が行われる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明に係る制動エネルギー回生装置の
基本構成を示したブロックダイヤグラムである。燃料噴
射量制御式のエンジン（原動機）１０の回転軸８１と駆
動輪（負荷）３０の回転軸８２との間に連続的に変速比
を変化することができる動力伝達機構として無段変速機
２０が配設されている。そして、各回転軸８１，８２が
無段変速機２０の一次側及び二次側である２つの入出力
軸にそれぞれ接続されている。尚、この無段変速機２０
の入出力軸は同方向に回転するように構成されているも
のとする。又、上記駆動輪３０とは、それ自身の慣性モ
ーメントだけでなく、車両全体の重量も含めた等価的な
慣性モーメントを有したものをいう。

【０００９】一方の回転軸８１は軸接続機構である正転
機構４０を介して差動歯車機構（自動車等の車軸で一般
的に用いられている遊星歯車機構の一種）６０の独立な
３つの入出力軸のうちの１つの回転軸８３に接続されて
いる。又、他方の上記回転軸８２は軸接続機構である逆
転機構５０を介して差動歯車機構６０の独立な他の２つ
の入出力軸のうちの１つの回転軸８４に接続されてい
る。そして、差動歯車機構６０の独立な残りの入出力軸
である回転軸８５にはフライホイール７０が接続されて
いる。更に、エンジン１０の発生トルク及び無段変速機
２０の変速比を調節する制御装置９０が配設されてい
る。尚、上記無段変速機２０における入出力軸が互いに
逆方向に回転するような機構の場合には、上記軸接続機
構として無段変速機２０の入出力軸である回転軸８１，
８２の両方共に同じ正転機構４０又は逆転機構５０を用
いた構成とする。又、正転機構４０及び逆転機構５０が
無段変速機２０又は差動歯車機構６０の内部に含まれて
いるような構成であっても良い。

【００１０】図２は図１の基本構成に基づく自動車の制
動エネルギー回生装置をより具体的に示した構成図であ
る。エンジン１０の回転軸であるシャフト８１１，８１
２と駆動輪３０の回転軸であるシャフト８２１との間に
は無段変速機２０が配設されている。但し、シャフト８
１１，８１２の間には、エンジン１０の始動時などに駆
動輪３０側を切り離すためのクラッチプレート８１３，
８１４が取り付けてある。

【００１１】シャフト８１２には平歯車４１が軸支さ
れ、このシャフト８１２の回転は平歯車４１，４２を介
して平歯車４３を軸支するシャフト８３１に伝達されて
いる。尚、平歯車４１，４２，４３は正転機構４０を構
成している。又、シャフト８２１にも平歯車５１が軸支
され、このシャフト８２１の回転は平歯車５１を介して
平歯車５２を軸支するシャフト８４１に伝達されてい
る。尚、平歯車５１，５２は逆転機構５０を構成してい
る。

【００１２】シャフト８３１，８４１は同一軸線上に軸
承され、各々の先端には互いに向かい合うように傘歯車
６１，６２が軸支されている。差動歯車機構６０を構成
するハウジング６３にはシャフト８３１，８４１の軸受
部が形成され、傘歯車６１，６２を包み込んでいる。
又、ハウジング６３には、シャフト８３１，８４１の軸
線と垂直にシャフト６４が軸承されている。このシャフ
ト６４には傘歯車６５，６６が傘歯車６１，６２とそれ
ぞれ噛み合うように軸支されている。これら傘歯車６
１，６２，６５，６６はシャフト８３１，８４１の回転
を合成し、シャフト６４を介してハウジング６３の回転
に変換している。このハウジング６３の外周には歯切部
６７が形成されており、ハウジング６３の回転は歯切部
６７と噛み合う歯車６８を軸支するシャフト８５１に伝
達されている。このシャフト８５１にはフライホイール
７０が軸支されている。

【００１３】シャフト８１１，８１２，８２１，８３
１，８４１，８５１及び平歯車４２の回転軸は、それぞ
れケース８６１に配設された軸受部により軸承されてい
る。制御装置９０は、運転者のスロットル及びブレーキ
操作に応じて、エンジン１０の燃料噴射量及び無段変速
機２０の変速比を制御する。

【００１４】ここで、上記駆動輪３０はそれ自身の慣性
モーメントだけでなく、車両全体の重量も含めた等価的
な慣性モーメントを有したものとする。更に、傘歯車６
１，６２，６５，６６、ハウジング６３、シャフト６
４、歯切部６７、歯車６８は全体で差動歯車機構６０を
構成している。又、シャフト８１１，８１２及びクラッ
チプレート８１３，８１４は回転軸８１、シャフト８２
１，８３１，８４１，８５１はそれぞれ回転軸８２，８
３，８４，８５に対応している。そして、ケース８６１
は各シャフトを回転自在に軸承するもので、本発明に係
る制動エネルギー回動装置を搭載する車両そのものであ
ると考えることができる。又、制御装置９０はエンジン
１０の燃料噴射量制御装置も含めたものとする。

【００１５】次に、図３を参照して、各回転軸の回転数
の変化から制動エネルギー回生の作用について説明す
る。図３は、本発明の基本構成である図１において、無
段変速機２０、正転機構４０、逆転機構５０、差動歯車
機構６０の変速比をそれぞれｋ，ａ，−ｂ，ｃとし、各
回転軸の接続関係を示したブロックダイヤグラムであ
る。ここで、結線８１５，８２５，８３５，８４５，８
５５で表される回転軸の回転数をそれぞれω_e,ω_w,ω_a,
ω_b,ω_f[rad/sec]とする。すると、以下の関係式が成立
する。

【数１】 ω_w＝ｋω_e ………(1) ω_a＝ａω_e ………(2) ω_b＝−ｂω_w ………(3) ω_f＝(ω_a＋ω_b)／ｃ ………(4) 上式(1) 〜(4) について説明すると、先ず、通常、エン
ジン１０の回転数は、その性能や効率の点からある範囲
内の一定速度をとる。従って、エンジン１０の回転を無
段変速機２０に伝達する回転軸８１５の回転数ω_e はあ
る範囲の一定値となる。そして、式(1) に示したよう
に、駆動輪３０を駆動する回転軸８２５の回転数ω
_w は、無段変速機２０の変速比ｋの変化により零からあ
る正の一定値まで変化する。

【００１６】更に、本実施例では、先ず、エンジン１０
の回転軸８１５が正転機構４０を介し差動歯車機構６０
の入出力軸の一端８３５と接続されている。このため、
式(2) に示したように、差動歯車機構６０の入出力軸８
３５の回転数ω_a は回転軸８１５の回転数ω_e に比例し
たある範囲の一定値である。次に、駆動輪３０の回転軸
８２５が逆転機構５０を介して差動歯車機構６０の入出
力軸の他端８４５と接続されている。このため、式(3)
に示したように、差動歯車機構６０の入出力軸８４５の
回転数ω_b は回転軸８２５の回転数ω_w に比例して、無
段変速機２０の変速比ｋの変化により零からある負の一
定値まで変化する。

【００１７】最後に、フライホイール７０の回転軸８５
５は差動歯車機構６０を介してその入出力軸８３５，８
４５と接続している。従って、式(4) に示したように、
フライホイール７０の回転軸８５５の回転数ω_f は入出
力軸８３５，８４５の回転数ω_a,ω_b を合成したものと
なる。さて、今ここで式(2),(3) を式(4) に代入する
と、次式が成立する。

【数２】 ω_f＝(ａω_e−ｂω_w)／ｃ ………(5) 式(5) より、差動歯車機構６０の入出力軸８４５の回転
数は駆動輪３０の回転軸８２５の回転数ω_w を逆転機構
５０を介して導入しているため、エンジン１０の回転軸
８１５の回転数ω_e を正転機構４０を介して導入した入
出力軸８３５の回転数を打ち消すように作用する。

【００１８】このため、回転軸８１５の回転数ω_e があ
る範囲内の一定値であれば、入出力軸８３５，８４５が
合成されたフライホイール７０の回転軸８５５の回転数
ω_fは回転軸８２５の回転数ω_w が増加するにつれて減
少することになる。従って、制御装置９０によりエンジ
ン１０の発生トルクを調節し回転数ω_e をある範囲内の
一定値に保ちつつ、無段変速機２０の変速比ｋを変化さ
せ駆動輪３０の回転数ω_w を増加させるにつれてフライ
ホイール７０の回転数ω_f が減少する作用が生じる。
又、この逆の作用として、同様な操作を行って駆動輪３
０の回転数ω_w を減少させるにつれてフライホイール７
０の回転数ω_f が増加することも明らかである。

【００１９】以上、図３のブロックダイヤグラムにおい
て、駆動輪３０とフライホイール７０との回転数の増減
について説明したが、この回転数の増減はそれぞれが持
つ運動エネルギーの増減と考えることができる。従っ
て、図１に示した本発明の基本構成に対して、制御手段
を達成する制御装置９０により原動機１０の発生トルク
Ｔ_e 及び無段変速機２０の変速比ｋを制御し、 駆動輪３０の減速時に、フライホイール７０の回転数を
増加 ………(A) 駆動輪３０の加速時に、フライホイール７０の回転数を
減少 ………(B) という操作を行うことにより、駆動輪の減速時に制動エ
ネルギーをフライホイールに回生し、加速時に再利用す
ることが可能となる。

【００２０】本実施例の作動について、実際に制動エネ
ルギー回生を行った場合の、各部の状態の変化の一例
を、時間ｔを横軸にとって示した図４及び図５を参照し
て説明する。先ず、図４(a) は、駆動輪３０の回転数ω
_w の変化を表している。ここでは、制動エネルギー回生
の理想的なパターンの一例として、一定速度ω_w0から速
度０まで減速し、そこから再び一定速度ω_w0まで加速す
る場合を示している。次に、図４(b) は、車体の運動エ
ネルギーも含めた駆動輪３０の運動エネルギー〔(１／
２)Ｉ_wω_w ² 〕の変化を表している。駆動輪３０の運動
エネルギーが回転数ω_w の変化に応じて、２次関数的に
変化しているのが分かる。

【００２１】今ここで、駆動輪３０の運動エネルギー
〔(１／２)Ｉ_wω_w ² 〕とフライホイール７０の運動エネ
ルギー〔(１／２)Ｉ_fω_f ² 〕の和が一定となるように制
御装置９０により制御する。すると、駆動輪３０の運動
エネルギー〔(１／２)Ｉ_wω_w ² 〕の変化により、フライ
ホイール７０の運動エネルギー〔(１／２)Ｉ_fω_f ² 〕は
図４(c) に示したように変化する。

【００２２】そして、この運動エネルギー〔(１／２)Ｉ
_fω_f ² 〕の変化により、フライホイール７０の回転数ω
_f は図４(d) に示したように変化する。図４(a),(d) の
ように回転数ω_w,ω_f を変化させるには、上式(5) より
エンジン１０の回転数ω_e を図５(e) に示したように変
化させる必要がある。

【００２３】更に、このエンジン１０の回転数ω_e に対
して、駆動輪３０の回転数ω_w を図４(a) のように運転
者が意図するように変化させるためには、上式(1) より
無段変速機２０の変速比ｋを制御装置９０により図５
(f) に示したように制御する必要がある。

【００２４】最後に、必要なトルクを発生し、駆動輪３
０とフライホイール７０の運動エネルギーの和を一定に
保ちつつ、エンジン１０の回転数ω_e を図５(e) に示し
たように変化するには、制御装置９０によりエンジン１
０の発生トルクＴ_e を例えば、図５(g) に示したように
制御することが必要となる。尚、ここで必要なトルクと
は、無段変速機や各歯車機構の伝達効率による本システ
ム全体の制動エネルギー回生効率の損失分の補給や、制
動エネルギー回生に寄与しない車両の空気抵抗、路面の
勾配による位置エネルギーの変化を補償するために必要
となるトルクのことである。

【００２５】以上説明したように、前述の(A),(B) に示
した操作を行うことにより図４及び図５に示したように
減速時に駆動輪３０の制動エネルギーをフライホイール
７０に回収し加速時に再利用することが可能となる。
尚、図２からも明らかなように、本実施例の制動エネル
ギー回生装置は、基本的に汎用部品のみで構成できるた
め非常に安価なものとなる。

【００２６】ここで、本実施例装置を搭載する車両の重
量が1000[kg]であり、50[km/h]まで加速するのに必要な
運動エネルギーを回転数3000[rpm] 程度でフライホイー
ルに蓄積する場合を考える。

【数３】(１／２)ｍｖ²＝(１／２)Ｉ_fω_f ² 但し、ｍ：車両の重量、ｖ：車速、Ｉ_f ：フライホイー
ルの慣性モーメント、ω_f ：フライホイールの回転数で
ある。上式より、必要なフライホイールの慣性モーメン
トＩ_f は約２[kg・m²]となる。即ち、Ｉ_f＝２[kg・m²]
＝50[kg]×(0.2[m])²となり、フライホイール７０がエ
ンジンルーム内の空きスペースに充分収まる範囲内の大
きさで構成でき、本制動エネルギー回生装置は極めて実
用的なシステムである。

【００２７】次に、本実施例装置のエネルギー回生作用
をより明確にするため、図６を参照して各回転軸の伝達
トルクについて具体例を挙げて説明する。図６は、本発
明の基本構成である図１において、無段変速機２０、正
転機構４０、逆転機構５０、差動歯車機構６０の変速比
をそれぞれｋ，ａ，−ｂ，ｃとし、各回転軸の伝達トル
クの関係を示したブロックダイヤグラムである。

【００２８】ここで、図１との対応について説明する
と、結線８１６，８１７，８１８がエンジン１０の回転
軸８１、結線８２６，８２７，８２８が駆動輪３０の回
転軸８２、結線８３６，８４６，８５６がそれぞれ差動
歯車機構６０の回転軸８３，８４、フライホイール７０
の回転軸８５に対応している。但し、結線８１６，８１
７，８１８及び結線８２６，８２７，８２８に関して
は、伝達トルクが分岐するため、回転軸８１，８２を分
けて考えることとする。更に、制御装置９０は図３と同
様に、エンジン１０の発生トルクＴ_e 及び無段変速機２
０の変速比ｋを調節する。尚、図６では、各結線の矢印
の方向がそれそれの回転軸の正のトルクの伝達方向を表
すものとする。

【００２９】ここで、図６に示したように、結線８１
６，８１７，８１８で表される回転軸の伝達トルクをＴ
_e,Ｔ_i,Ｔ_ea[Nm]、結線８２６，８２７，８２８で表され
る回転軸の伝達トルクをＴ_o,Ｔ_w,Ｔ_wb[Nm]、結線８３
６，８４６，８５６で表される回転軸の伝達トルクをそ
れぞれＴ_fa,Ｔ_fb,Ｔ_f [Nm]とする。すると、各結線の正
のトルクの伝達方向と無段変速機２０、正転機構４０、
逆転機構５０、差動歯車機構６０の変速比ｋ，ａ，−
ｂ，ｃにより、以下の関係式が成立する。

【数４】 Ｔ_i＝Ｔ_e＋Ｔ_ea ………(6) Ｔ_o＝Ｔ_i／ｋ ………(7) Ｔ_w＋Ｔ_wb＝Ｔ_o ………(8) Ｔ_fb＝−Ｔ_wb／ｂ ………(9) Ｔ_fa＝−Ｔ_fb ………(10) Ｔ_ea＝ａＴ_fa ………(11) Ｔ_f＝ｃ(Ｔ_fa−Ｔ_fb) ………(12)

【００３０】次に、具体例として、無段変速機２０の変
速比ｋ＝0.5 、正転機構４０の変速比ａ＝１、逆転機構
５０の変速比−ｂ＝−１、差動歯車機構６０の変速比ｃ
＝0.1 の場合について考察する。今ここで、式(6) にお
いて、エンジン１０の発生トルクを伝達する回転軸８１
６のトルクＴ_e と、フライホイール７０からのトルクを
伝達する回転軸８１８のトルクＴ_eaにより、無段変速機
２０の入力となる回転軸８１７のトルクＴ_i の値が１[N
m]であるとする。すると、式(7) より、変速比ｋ＝0.5
であるから無段変速機２０の出力である回転軸８２６の
トルクＴ_o の値は２[Nm]となる。更に、駆動軸３０の加
速の度合いから、駆動軸３０を駆動する回転軸８２７に
必要なトルクＴ_w が１[Nm]であったとする。すると、式
(8) より、フライホイール７０に導かれる回転軸８２８
のトルクＴ_wbの値は１[Nm]となる。

【００３１】これにより、式(9) より、逆転機構５０の
変速比−ｂ＝−１であるから、差動歯車機構６０の入出
力軸の一端８４６のトルクＴ_fbの値は−１[Nm]となる。
更に、このトルクＴ_fbは差動歯車機構６０の入出力軸の
他端８３６に伝達され、式(10)より他端８３６のトルク
Ｔ_faの値は１[Nm]となる。最後に、式(11)より、正転機
構４０の変速比ａ＝１であるから、回転軸８１８のトル
クＴ_eaの値は１[Nm]となる。

【００３２】従って、再び式(6) に戻って考えてみる
と、回転軸８１７，８１８のトルクＴ_i,Ｔ_eaが共に１[N
m]であるから、回転軸８１６のトルクＴ_e の値は０[Nm]
となる。即ち、エンジン１０の発生トルクＴ_e が零であ
るにも関わらず、駆動輪３０に駆動トルクＴ_w が生じ、
駆動輪３０の回転数を増加することが可能となる。更
に、この駆動輪３０の駆動トルクＴ_w は、フライホイー
ル７０から供給されていることになる。そして、その結
果として式(12)より、差動歯車機構６０の変速比ｃ＝0.
1 であるから、回転軸８５６のトルクＴ_f の値は-0.2[N
m]となり、フライホイール７０の回転数を減少すること
になる。

【００３３】又、この逆の作用として、上記説明の伝達
トルクの向きを全て逆に考えてみる。すると、エンジン
１０の吸収トルク（例えば、エンジンブレーキなど）−
Ｔ_eが零であっても、駆動輪３０に制動トルク−Ｔ_w が
生じ、駆動輪３０の回転数が減少される。そして、この
駆動輪３０の制動トルク−Ｔ_w は、フライホイール７０
の加速トルクＴ_f として吸収され、その回転数を増加す
ることになる。

【００３４】以上、図６のブロックダイヤグラムにおい
て、駆動輪３０とフライホイール７０との間のトルクの
伝達について具体例を挙げて説明した。そして、これに
より図１に示した基本構成にて、前述の(A),(B) の操作
を行うことにより、減速時に駆動輪の制動エネルギーを
フライホイールに回生し加速時に再利用することが可能
であることが明らかとなった。尚、図３及び図６の説明
から、駆動輪３０とフライホイール７０との運動エネル
ギーの増減の度合いは、制御装置９０によりエンジン１
０の発生トルクと無段変速機２０の変速比を調節し、各
回転軸の回転数を制御することによって決定できること
が分かる。そして、基本的には駆動輪３０とフライホイ
ール７０の回転数に対して、前述の(A),(B) の操作を行
うことにより制動エネルギーの回生が実現できる。又、
図７に示したように、正転機構４０と逆転機構５０との
位置が入れ替わったとしても、フライホイール７０の回
転軸８５の回転方向が逆方向となるだけで、上記制動エ
ネルギーの回生作用及び上記トルクの伝達作用は基本的
に同じである。

【００３５】又、図８に示したように、図１の基本構成
における駆動輪３０とフライホイール７０とを入れ換え
た場合にも、無段変速機２０の構成は前述と同様で入出
力側の回転方向が同じならば両者の回転数の増減の関係
は変わらず、前述の(A),(B)の操作が可能となり、その
作用は同様となるためその説明を省略する。更に、図９
に示したように、図８において正転機構４０と逆転機構
５０とを置き換えた変形例の場合も、その作用は同様と
なるためその説明を省略する。

【００３６】次に、図１０に示したように、図１の基本
構成におけるエンジン１０とフライホイール７０との接
続位置を変更し、無段変速機２０と差動歯車機構６０と
を２つの正転機構４０，４０′（又は、２つの逆転機
構）にて接続した変形例を示したブロックダイヤグラム
である。尚、無段変速機２０の構成は前述と同様で入出
力側の回転方向が同じであるとする。

【００３７】図１１を参照して、図１０における各回転
軸の回転数の変化から制動エネルギー回生の作用につい
て説明する。無段変速機２０、正転機構４０、正転機構
４０′、差動歯車機構６０の変速比をそれぞれｋ，ａ，
ｂ，ｃとし、各回転軸の接続関係を示したブロックダイ
ヤグラムである。ここで、結線８１５，８２５，８３
５，８４５，８５５で表される回転軸の回転数をそれぞ
れω_e,ω_w,ω_a,ω_b,ω_f[rad/sec]とする。すると、以下
の関係式が成立する。

【数５】 ω_e＝(ω_a＋ω_b)／ｃ ………(13) ω_f＝ａω_a ………(14) ω_w＝ｂω_b ………(15) ω_w＝ｋω_f ………(16) 上式(13)〜(16)について説明すると、先ず、通常、エン
ジン１０の回転数は、その性能や効率の点からある範囲
内の一定速度をとる。エンジン１０の回転は差動歯車機
構６０により式(13)に示したように、入出力軸８３５，
８４５の回転数ω_a,ω_b を合成したものとなる。差動歯
車機構６０の入出力軸の一端８３５が正転機構４０を介
してフライホイール７０の回転軸８５５と接続してい
る。このため、式(14)に示したように、フライホイール
７０を駆動する回転軸８５５の回転数ω_f は回転軸８３
５の回転数ω_a に比例したある範囲の一定値である。
又、差動歯車機構６０の入出力軸の一端８４５が正転機
構４０′を介して駆動輪３０の回転軸８２５と接続して
いる。このため、式(15)に示したように、駆動輪３０を
駆動する回転数ω_w は回転軸８４５の回転数ω_b に比例
したある範囲の一定値である。そして、式(16)に示した
ように、駆動輪３０を駆動する回転軸８２５の回転数ω
_w は、フライホイール７０の回転数ω_f に比例し、無段
変速機２０の変速比ｋの変化により零からある正の一定
値まで変化する。

【００３８】さて、今ここで式(13),(15) を式(14)に代
入すると、次式が成立する。

【数６】 ω_f＝ａ｛ｃω_e−(ω_w／ｂ)｝ ………(17) 式(17)より、回転軸８１５の回転数ω_e がある範囲内の
一定値であれば、フライホイール７０の回転軸８５５の
回転数ω_f は駆動輪３０の回転軸８２５の回転数ω_w が
増加するにつれて減少することになる。従って、制御装
置９０によりエンジン１０の発生トルクを調節し回転数
ω_e をある範囲内の一定値に保ちつつ、無段変速機２０
の変速比ｋを変化させ駆動輪３０の回転数ω_w を増加さ
せるにつれてフライホイール７０の回転数ω_f が減少す
る作用が生じる。又、この逆の作用として、同様な操作
を行って駆動輪３０の回転数ω_w を減少させるにつれて
フライホイール７０の回転数ω_f が増加することも明ら
かである。

【００３９】以上説明したように、図１、図７、図８、
図９及び図１０に示した基本構成にて前述の(A),(B) の
操作を行うことにより、本発明は、減速時に負荷の制動
エネルギーをフライホイールに回生し加速時に再利用す
ることが可能となる。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成さ
れ、負荷の減速時にフライホイールの回転数を増加又は
負荷の加速時にフライホイールの回転数を減少させると
いう操作を行うことにより、減速時に負荷の制動エネル
ギーをフライホイールに回生し加速時に再利用すること
が可能となる。更に、本発明の制動エネルギー回生装置
は基本的に原動機と負荷とフライホイールとの間のトル
ク伝達が無段変速機と遊星歯車機構と軸接続機構のみに
て構成されるため、クラッチ等の摩擦損失がなく非常に
効率の高いエネルギー回生が実現できる。又、本発明の
制動エネルギー回生装置は、負荷とフライホイールとの
間のエネルギー回生制御を行う際、多大なエネルギーを
必要とするアクチュエータ等の特殊な制御機構を必要と
しない。従って、制御装置により原動機の発生トルクと
無段変速機の変速比を調節するのみでエネルギー回生制
御が実現でき極めて実用的なシステムが構築可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な一実施例に係る制動エネルギ
ー回生装置の基本構成を示したブロックダイヤグラムで
ある。

【図２】同実施例装置を具体的に示した構成図である。

【図３】同実施例装置における回転数変化を説明するブ
ロックダイヤグラムである。

【図４】同実施例装置における作動例を示した説明図で
ある。

【図５】同実施例装置における作動例を示した図４に続
く説明図である。

【図６】同実施例装置におけるトルク変化を説明するブ
ロックダイヤグラムである。

【図７】図１の制動エネルギー回生装置の基本構成にお
ける正転機構と逆転機構とを置き換えた変形例を示した
ブロックダイヤグラムである。

【図８】図１の制動エネルギー回生装置の基本構成にお
ける駆動輪とフライホイールとの接続位置を変更した変
形例を示したブロックダイヤグラムである。

【図９】図８における正転機構と逆転機構とを置き換え
た変形例を示したブロックダイヤグラムである。

【図１０】図１の制動エネルギー回生装置の基本構成に
おけるエンジンとフライホイールとの接続位置を変更
し、無段変速機と差動歯車機構とを２つの正転機構にて
接続した変形例を示したブロックダイヤグラムである。

【図１１】図１０における回転数変化を説明するブロッ
クダイヤグラムである。

【符号の説明】

１０…エンジン（原動機） ２０…無段変速機 ３０…駆動輪（負荷） ４０…正転機構（軸接続機構） ５０…逆転機構（軸接続機構） ６０…差動歯車機構（遊星歯車機構） ７０…フライホイール ９０…制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側と二次側との変速比を連続的に変
   化可能な無段変速機と、 独立した３つの回転軸を有し、該回転軸間が相互に関連
   して回転される差動歯車機構を含む遊星歯車機構と、 前記無段変速機の一次側及び二次側のそれぞれの回転軸
   と前記遊星歯車機構の独立した３つの回転軸のうちの２
   つの回転軸とをそれぞれ接続し、前記回転軸間の回転方
   向を同方向に伝達する正転機構又は前記回転軸間の回転
   方向を逆方向に伝達する逆転機構から成る軸接続機構
   と、 前記無段変速機の前記一次側及び二次側の２つの回転軸
   と前記遊星歯車機構の独立した３つの回転軸のうちの残
   りの１つの回転軸とから成る３つの回転軸にそれぞれ接
   続される原動機、負荷（車輪）及びフライホイールと、 前記原動機の発生トルク及び前記無段変速機の変速比を
   制御する制御手段とを備え、 前記制御手段により前記負荷の減速時には前記フライホ
   イールの回転数を増加させ前記負荷の運動エネルギーを
   前記フライホイールに蓄積し、又、前記負荷の加速時に
   は前記フライホイールの回転数を減少させ前記フライホ
   イールの運動エネルギーを前記負荷に供給することを特
   徴とする制動エネルギー回生装置。