JPH1170822A - フライホイール型エネルギ蓄積装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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おいて、軸受が
フライホイールから受ける荷重がフライホイールのジャ
イロ効果によって過大になることと、フライホイールの
車体に対する相対角が過大になることとを抑制する。 【解決手段】支持機構によりフライホイール支持体６４
を固定部材６０に対して、フライホイールのスピン軸線
が空間内において任意の方向を取り得るように支持する
とともに、車両の挙動とフライホイールの挙動との少な
くとも一方に関連する情報に基づき、支持機構によるフ
ライホイール支持体６４の支持状態をアクチュエータ１
００により、軸受荷重と相対角とがいずれも各目標状態
となるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、車両の挙動と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、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。この装置において「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。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、この装置において「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」用語は例えば、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)前記車両が、車両であり、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)前記車両が、車両であり、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)前記車両が、車両であり、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２
２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２
１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８
０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１
００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１１
０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１
１２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１
１０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７
０のセンサ１２０等とコントローラ２００と増幅器２１
０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２０
０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２０
０からの出力信号を増幅して各軸アクチュエータ１０
０，１１０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Θ_X 、Ｙ軸回りの姿勢角（回転角）はピッチ角Θ_Y 、
Ｚ軸回りの姿勢角（回転角）はヨー角Θ_Z 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θ_x 、ｙ軸
回りの回転角を相対角θ_y 、ｚ軸回りの回転角を相対角
θ_z 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θ_x ，θ_y ，θ_z を用いて絶対座標系ＸＹ
Ｚ上において記述すれば、Ｘ軸回りの絶対角Ｑ_X は、 Ｑ_X ＝θ_x ＋Θ_X なる式で、Ｙ軸回りの絶対角Ｑ_y は、 Ｑ_Y ＝θ_y ＋Θ_Y なる式で、Ｚ軸回りの絶対角Ｑ_Z は、 Ｑ_Z ＝θ_z ＋Θ_Z 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
Ｍ_x と、ｙ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍ
_y 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ω_z 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１
００，１１０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ω_z 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Θ_Z ’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Ｑ_X が、 Ｑ_X ＝θ_x ＋Θ_X なる式で記述されることから、次の式(1) となる。 Ｉ_fxθ_x ”＋Ｃ_x θ_x ’＋Ｇ_x θ_x ＋Ｉ_fzω_z θ_y ’＝
−Ｉ_fxΘ_Y ”−Ｉ_fzω_z Θ_Y ’＋Ｔ_x 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Ｑ_y が、 Ｑ_Y ＝θ_y ＋Θ_Y なる式で記述されることから、次の式(2) となる。 Ｉ_fyθ_y ”＋Ｃ_y θ_y ’＋Ｇ_y θ_y −Ｉ_fzω_z θ_x ’＝
−Ｉ_fyΘ_Y ”＋Ｉ_fzω_z Θ_X ’＋Ｔ_y ただし、 θ_x ，θ_y ：フライホイール支持体６４のｘ，ｙ軸回り
の相対角 θ_x ’，θ_y ’：θ_x ，θ_y の時間微分値である相対角
速度 θ_x ”，θ_y ”：θ_x ’，θ_y ’の時間微分値である相
対角加速度 Ｉ_fx，Ｉ_fy，Ｉ_fz：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 Ｃ_x ，Ｃ_y ：θ_x ’，θ_y ’により発生する減衰力の減
衰係数 Ｇ_x ，Ｇ_y ：θ_x ，θ_y により発生するばね力の弾性定
数 ω_z ：ロータ７８の回転軸線回りの角速度 Ｉ_fzω_z ：ロータ７８の回転軸線回りの角運動量 Ｔ_x ，Ｔ_y ：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Ｍ_x は、次の
式(3) で表される。 Ｍ_x ＝−（Ｃ_x θ_x ’＋Ｇ_x θ_x ）−Ｉ_fzω_z （θ_y ’
＋Θ_Y ’）＋Ｔ_x また、ｙ軸回りのモーメントとして受ける軸受荷重Ｍ_y
は、次の式(4) で表される。 Ｍ_y ＝−（Ｃ_y θ_y ’＋Ｇ_y θ_y ）＋Ｉ_fzω_z （θ_x ’
＋Θ_X ’）＋Ｔ_y

【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θ_x ^* ，θ_y ^* と目標軸受荷重Ｍ_x ^* ，Ｍ
_y ^* 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θ_x ，θ_y と実軸受荷重Ｍ_x，Ｍ_y と
に生じないように決定されるのである。

【００４９】目標相対角θ_x ^* ，θ_y ^* および目標軸受
荷重Ｍ_x ^* ，Ｍ_y ^* の決定は例えば次のようにして行わ
れる。目標相対角θ_x ^* ，θ_y ^* は、車両挙動としての
車体姿勢角Θ_X ，Θ_Y に基づいて決定される。一方、車
体姿勢角Θ_X ，Θ_Y 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θ_x ，θ_y 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７
８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Ｑ_X ，Ｑ_Y 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θ_x ^* ，θ_y ^* 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Ｑ_X ，Ｑ_Y 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θ_x ，θ_y 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θ_x ^* ，
θ_y ^* は、車体姿勢角Θ_X ，Θ_Y の時間的変化を表す信
号の高周波成分が表す角度をＨＰＦ（Θ_X ），ＨＰＦ
（Θ_Y）で表せば、 θ_x ^* ＝−ＨＰＦ（Θ_X ） θ_y ^* ＝−ＨＰＦ（Θ_Y ） として決定される。

【００５１】なお、目標相対角θ_x ^* ，θ_y ^* は、それ
に代えて、またはそれと共に目標相対角速度θ_x ’^* ，
θ_y ’^* を使用することができる。ここに、目標相対角
速度θ_x ’^* ，θ_y ’^* は、目標相対角θ_x ^* ，θ_y ^*
の場合に準じて、 θ_x ’^* ＝−ＨＰＦ（Θ_X ’） θ_y ’^* ＝−ＨＰＦ（Θ_Y ’） として決定される。

【００５２】これに対して、目標軸受荷重Ｍ_x ^* ，Ｍ_y
^* は、 Ｍ_x ^* ＝０ Ｍ_y ^* ＝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θ_xD，θ_yDと目標相対角
θ_x ^* ，θ_y ^* 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Ｍ_xD，Ｍ_yDと目
標軸受荷重Ｍ_x ^* ，Ｍ_y ^* 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Ｔ _x ，Ｔ_y がフィード
バック方式で算出される。検出相対角θ_xD，θ_yDと検出
軸受荷重Ｍ_xD，Ｍ_yDとがフィードバックされることによ
って目標相対角θ_x ^* ，θ_y ^* と目標軸受荷重Ｍ_x ^* ，
Ｍ_y ^* とが実現されるように制御トルクＴ_x ，Ｔ_y 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Ｔ_x ，Ｔ
_y 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Ｔ_x ，Ｔ_y 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ω_z 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ω_z 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ω
_z 、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Ｔ_x ，Ｔ_y 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Ｔ_x ，Ｔ_y の算出は例えば次の
ようにして行われる。制御トルクＴ_x ，Ｔ_y 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Ｔ_X が次の式(5) を用いて算出される。

【００５８】Ｔ_x ＝Ｋ₁ （θ_x ^* −θ_xD）＋Ｋ₂ ∫（θ
_x ^* −θ_xD）dt＋Ｋ₃ （θ_y ^* −θ _yD）＋Ｋ₄ ∫（θ_y
^* −θ_yD）dt＋Ｌ₁ θ_xD＋Ｌ₂ ∫θ_xDdt＋Ｌ₃ θ_yD＋Ｌ
₄ ∫θ_yDdt＋Ｋ₅ （Ｍ_x ^* −Ｍ_xD）＋Ｋ₆ ∫（Ｍ_x ^* −
Ｍ_xD）dt＋Ｋ₇ （Ｍ_y ^* −Ｍ _yD）＋Ｋ₈ ∫（Ｍ_y ^* −Ｍ
_yD）dt

【００５９】また、制御トルクＴ_y は次の式(6) を用い
て算出される。 Ｔ_y ＝Ｋ₉ （θ_x ^* −θ_xD）＋Ｋ₁₀∫（θ_x ^* −θ_xD）
dt＋Ｋ₁₁（θ_y ^* −θ _yD）＋Ｋ₁₂∫（θ_y ^* −θ_yD）dt
＋Ｌ₉ θ_xD＋Ｌ₁₀∫θ_xDdt＋Ｌ₁₁θ_yD＋Ｌ₁₂∫θ_yDdt＋
Ｋ₁₃（Ｍ_x ^* −Ｍ_xD）＋Ｋ₁₄∫（Ｍ_x ^* −Ｍ_xD）dt＋Ｋ
₁₅（Ｍ_y ^* −Ｍ _yD）＋Ｋ₁₆∫（Ｍ_y ^* −Ｍ_yD）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ω_z 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ω
_z 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ω_z 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ω_z の現在値が１
０，０００〔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ω_z が１０，０００〔ｒｐｍ〕である
ときに対応する離散値Ｋ₁ ^10,000 と２０，０００〔ｒｐ
ｍ〕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）｝（ω_z −１０，０００）＋Ｋ₁
^10,000 なる補間式を用いて、ロータ角速度ω_z 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Ｔ_x ，Ｔ_y 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１０
０，１１０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１５
０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７
８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７
８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１
００，１１０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３
２０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６
０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３
１０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６
０，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３
１２の他端部（図において左側の端部）は、ワイヤ３１
２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３
０６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３５
０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３
５４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３
７４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４
０６（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４
２０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４０
６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６
４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５
０２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５０６，５０
７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５０
２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５
１４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５
２４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５
３２，５３４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５４０，５
４２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５
４８は、ｙ軸方向における他側において、可動部材５２
４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５
００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５
６０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５７
４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５７
４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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。
2. 【請求項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。