WO2013099346A1

WO2013099346A1 - 駆動装置

Info

Publication number: WO2013099346A1
Application number: PCT/JP2012/070828
Authority: WO
Inventors: 山本雪雄
Original assignee: Yamamoto Setsuo
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2013-07-04
Also published as: JP3174179U

Abstract

　主モータをバッテリによって駆動するようにした駆動装置において、その駆動の持続時間を長くするために、駆動輪３３を駆動する主モータ１０を複数の主バッテリ１１、１２によって切換えて駆動する。しかもここでは補助バッテリ１３、１４を備え、加圧機１８および流体モータ１９を介して発電機２０を駆動し、この発電機２０の出力によって主バッテリ１１、１２を交互に充電し、補助バッテリ１３、１４を交互に充電する。

Description

駆動装置

　本発明は駆動装置に係り、とくに駆動輪等の負荷を回転駆動する駆動装置に関する。

　自動車の駆動輪を内燃機関から成るエンジンの出力によって駆動する代わりに、電池によって駆動されるモータで回転駆動するようにした、いわゆる電気自動車が、たとえば特開平５－１３７２６８号公報に開示されている。ここで、とくに１回の充電で走行する距離を長くするために、例えばリチウムイオン電池等の高性能の電池を用いるようにしている。しかるにバッテリ駆動の電気自動車は、その走行距離に限界があり、このために内燃機関と発電機とを組合わせたハイブリッド電気自動車が、例えば特開平９－９８５１３号公報に示すように提案されている。しかるにハイブリッド車の場合には、内燃機関と発電機とを要し、これによって駆動機構が複雑になるとともに、コストが増大する欠点がある。
特開平５－１３７２６８号公報特開平９－９８５１３号公報

　本願発明の課題は、バッテリによって駆動される駆動装置であって、長時間にわたる駆動が可能な駆動装置を提供することである。

　本願発明の別の課題は、補助バッテリを含む充電装置を備え、この充電装置によって主バッテリを繰返して充電することによって長時間の駆動を可能にした駆動装置を提供することである。

　本願発明のさらに別の課題は、複数の主バッテリを備え、これらを互いに切換えて駆動することにより、長時間の駆動を可能にした駆動装置を提供することである。

　本願発明の上記の課題および別の課題は、以下に述べる本願発明の技術的思想、およびその実施の形態によって明らかにされる。

　本願の主要な発明は、
　出力を生ずる主モータと、
　前記主モータを互いに切換えて駆動する複数の主バッテリと、
　互いに切換えて出力が取出される複数の補助バッテリと、
　前記補助バッテリの出力によって動力装置を介して駆動される発電機と、
　前記発電機の出力によって前記主バッテリおよび前記補助バッテリをそれぞれ充電する第１の充電器および第２の充電器と、
　前記第１の充電器および前記第２の充電器を介して商用電源によって前記主バッテリおよび前記補助バッテリにそれぞれ電力を供給する給電手段と、
　を備える駆動装置に関するものである。

　ここで、前記第１の充電器および前記第２の充電器が何れも急速充電器であってよい。また前記発電機を駆動する動力装置が、流体を加圧する加圧機と、前記加圧機によって加圧された流体で駆動される流体モータとを有してよい。また前記発電機を駆動する動力装置が電動モータであってよい。

　また、前記複数の主バッテリの内の一つの主バッテリが所定の値まで放電したら、切換え手段によって他の前記主バッテリに切換えて前記主モータが駆動されるとともに、前記第１の充電器を介して前記発電機によって前記一つの主バッテリが充電されてよい。また前記複数の補助バッテリの内の一つが所定の値まで放電したら、切換え手段によって他の前記補助バッテリに切換えて前記発電機が駆動されるとともに、前記第２の充電器を介して前記発電機によって前記一つの補助バッテリが充電されてよい。また前記主モータの出力側に回生制動用の補助発電機が連結されてよい。

　また、自動車に搭載され、前記主モータの出力によって前記自動車の駆動輪が駆動されてよい。またオートバイに搭載され、前記主モータの出力によって前記オートバイの駆動輪が駆動されてよい。また電気自転車に搭載され、前記主モータの出力によって前記電気自転車の駆動輪が駆動されてよい。船舶に搭載され、前記主モータの出力によってスクリューが駆動されてよい。また飛行機に搭載され、前記主モータの出力によってプロペラが駆動されてよい。

　従ってこのような駆動装置によると、複数の主バッテリの内の一つのバッテリによって主モータを回転駆動し、この主モータによって負荷を駆動することができる。ここで一つの主バッテリが所定の値まで放電した場合には、他の主バッテリに切換えて主モータが継続して駆動される。そして放電した一つの主バッテリは、補助バッテリによって駆動される動力装置および第１の充電器によって充電される。一つの補助バッテリが所定の値まで放電した場合には、他の補助バッテリに切換えて動力装置を駆動し、この動力装置によって主バッテリの充電が継続される。動力装置を駆動していた補助バッテリが所定の値まで放電した場合には、動力装置の駆動を別の補助バッテリに切換えて継続して行なう。そして放電された補助バッテリについては、上記動力装置の出力によって、第２の充電器を介して充電が行なわれる。複数の主バッテリまたは複数の補助バッテリが放電した場合には、給電手段を介して商用電源によって上記複数の主バッテリまたは複数の上記補助バッテリの充電が行なわれる。これによって、長時間の駆動が可能な駆動装置が成立する。

自動車用駆動装置の構成を示すブロック図である。回生用の補助発電機をさらに付加した駆動装置の構成を示すブロック図である。駆動装置を搭載した電気自動車の平面図である。同自動車の要部側面図である。この駆動装置を搭載した自動車による走行の状態を示す線図である。この駆動装置を搭載した大型バイクの側面図である。この駆動装置を搭載したミニバイクの側面図である。この駆動装置を搭載した電気自転車の側面図である。この駆動装置を搭載した船舶の要部平面図である。この駆動装置を搭載した飛行機の要部平面図である。

　１０　主モータ
　１１、１２、１２’　主バッテリ
　１３、１４、１４’　補助バッテリ
　１８　加圧機
　１９　流体モータ
　２０　発電機
　２１、２２　急速充電器
　２５、２６　切換えスイッチ
　２９　コンセントプラグ
　３０　補助発電機
　３３　駆動輪
　３４　スクリュー
　３５　プロペラ

　以下本願発明を図示の実施の形態によって説明する。図１はとくに自動車に搭載される駆動装置の構成を原理的に示したものである。図１Ａ示すように、ここでは回転トルクを取出すための主モータ１０を備えている。主モータ１０は、一対の主バッテリ１１、１２によって、切換えて駆動されるようになっている。また上記主バッテリ１１、１２を充電する電源となる補助バッテリ１３、１４を備えている。補助バッテリ１３、１４は、電動モータ駆動の加圧機１８と流体モータ１９と、発電機２０とから成る回生装置の駆動源を成している。なお上記加圧機１８と流体モータ１９との組合わせを、電動モータに置換えることができる。

　また上記一対の主バッテリ１１、１２を充電するための急速充電器２１と、上記一対の補助バッテリ１３、１４を駆動する急速充電器２２とを備えている。これらの急速充電器２１、２２にはコンセントプラグ２９が接続されている。コンセントプラグ２９は、充電用ステーション等に設けられている商用電源によって主バッテリ１１、１２と補助バッテリ１３、１４とを充電するためのものである。またこの装置は、主バッテリ１１、１２を切換えて主モータ１０を駆動するための切換えスイッチ２５と、補助バッテリ１３、１４を切換えてか加圧機１８を駆動するための切換えスイッチ２６とを備えている。

　次に図１に示す駆動装置による駆動の動作を説明する。コンセントプラグ２９によって急速充電器２１、２２を介して主バッテリ１１、１２と補助バッテリ１３、１４とをそれぞれフル充電する。この状態で駆動を開始する。なおこのときには、加圧機１８、流体モータ１９、発電機２０から成る動力装置は駆動されない。

　まず図１Ａに示すように、切換えスイッチ２５を切換えて主バッテリ１１によって主モータ１０を駆動する。そして主バッテリ１１の容量が所定の値を下回った時点で、図１Ｂに示すように、切換えスイッチ２５を切換えて主バッテリ１２により主モータ１０を駆動する。そしてさらにこのときに、切換えスイッチ２６を補助バッテリ１３側に切換え、この補助バッテリ１３によって加圧機１８を駆動し、流体モータ１９によって発電機２０を駆動する。発電機２０の出力によって急速充電器２１を介して主バッテリ１１の充電を行なう。

　次に図１Ｃに示すように、主バッテリ１２の容量が所定の値を下回った時点で、切換えスイッチ２５を切換えてフル充電された主バッテリ１１によって主モータ１０を駆動する。また補助バッテリ１３が所定の値以下に放電した場合には、切換えスイッチ２６を補助バッテリ１４側に切換えるようにし、この補助バッテリ１４によって加圧機１８を駆動し、流体モータ１９によって発電機２０を駆動する。そして発電機２０の出力によって急速充電器２１を介して主バッテリ１２を充電するとともに、急速充電器２２を介して補助バッテリ１３を駆動する。この後の駆動は、図１Ｂに示す状態と図１Ｃに示す状態の繰返しとなり、主モータ１０を主バッテリ１１、１２が交互に駆動する。また急速充電器２２によって充電した補助バッテリ１３、１４が交互に充電される。

　この装置全体が停止している場合には、コンセントプラグ２９を通して商用電源を外部から得、急速充電器２１によって主バッテリ１１、１２の充電を行ない、急速充電器２２によって補助バッテリ１３、１４の充電を行なう。従って夜間等の未使用時に主バッテリ１１、１２と補助バッテリ１３、１４の充電が行なわれた状態で次の駆動に備えて待機するようになる。

　次に図２に示す駆動装置の全体の構成を説明する。ここで、主モータ１０の出力軸と同軸状に回生制動用の補助発電機３０が連結された構成になっている。なおそれ以外の構成は図１に示す駆動装置の構成と同様である。

　図２Ａに示すように、主バッテリ１１、１２および補助バッテリ１３、１４がフル充電の場合で駆動が開始される。主モータ１０は主バッテリ１１によって駆動される。このときに加圧機１８、流体モータ１９、発電機２０は駆動されない。

　図２Ｂに示すように、主バッテリ１１の容量が所定の値を下回った時点で、別の主バッテリ１２に切換えて主モータ１０を駆動し、補助バッテリ１３によって加圧機１８を駆動し、流体モータ１９によって発電機２０を駆動し、急速充電器２１を介して発電機２０によって主バッテリ１１の充電を行なう。

　次に図２Ｃに示すように、主バッテリ１２の容量が所定の値以下になった時点で、切換えスイッチ２５を切換えて、フル充電された主バッテリ１１によって主モータ１０を駆動する。また補助バッテリ１４で加圧機１８を駆動して流体モータ１９によって発電機２０を駆動させ、これによって主バッテリ１２と補助バッテリ１３の充電を行なう。この後は、図２Ｂと図２Ｃの動作の繰返しになり、主モータ１０を主バッテリ１１、１２が交互に駆動する。また発電機２０の出力によって急速充電器２２を介して放電した補助バッテリ１３、１４が交互に充電される。

　そしてこのような動作中において、主モータ１０の出力軸に連結された発電機３０によって、回生制動が行なわれ、この回生制動による電力が急速充電器２１を通して主バッテリ１１、１２の充電に供される。なお補助発電機３０による発電出力によって、急速充電器２２を介して補助バッテリ１３、１４の充電を行なうようにしてもよい。図２に示す装置が停止中の場合には、コンセントプラグ２９によって商用電源が急速充電器２１、２２に供給され、この急速充電器２１、２２によって主バッテリ１１、１２と補助バッテリ１３、１４の充電が行なわれる。従って夜間等の未使用時には、上記の主バッテリ１１、１２および補助バッテリ１３、１４の充電が行なわれ、次の駆動に備えることになる

　図３は上記の駆動装置を応用した電気自動車を示しており、ここでは、前輪と後輪とがともに主モータ１０によって駆動されるようになっている。なお主モータ１０の出力軸にはそれぞれ補助発電機３０が設けられ、この補助発電機３０によって回生制動を行なうようにしている。そしてこの回生制動の出力が、急速充電器２１、２２を介して主バッテリ１１、１２と補助バッテリ１３、１４の充電に用いられる。主バッテリ１１、１２は交互に主モータ１０を駆動し、補助バッテリ１３、１４が発電機２０を介して交互に放電した主バッテリ１１、１２の充電を行なうようにしている。

　図４は、後輪のみを駆動する自動車に適用した例を示しており、駆動輪３３が後輪になっている。そしてこの後輪３３を主モータ１０によって駆動するようにしている。なおそれ以外の構成は図２に示す構成と同様であって、主モータ１０を主バッテリ１１、１２で交互に駆動し、補助バッテリ１３、１４が発電機２０を介して交互に主バッテリ１１、１２を充電する。

　次に、図３あるいは図４に示す電気自動車によって、東京から九州まで走行する状態を図５により説明する。東京を出発する前に、コンセントプラグ２９によって主バッテリ１１、１２、１２’の充電を行ない、補助バッテリ１３、１４、１４’の充電を行なう。そして主バッテリ１１によって主モータ１０を駆動しながら走行する。静岡で主バッテリ１１が所定の値以下に放電した場合には、この時点で主バッテリ１１から主バッテリ１２に切換えて主モータ１０を駆動し、走行を継続する。そしてこのときに補助バッテリ１３によって流体モータ１９を介して発電機２０を駆動し、その出力によって急速充電器２１を介して主バッテリ１１の充電を行なう。

　名古屋で、２番目の主バッテリ１２が放電したとする。このときには主バッテリ１２’に切換えて主モータ１０の回転を継続する。そして補助バッテリ１４によって流体モータ１９を介して発電機２０を駆動し、その出力によって急速充電池２１を介して主バッテリ１２の充電を行なうとともに、急速充電器２２を介して補助バッテリ１３の充電を行なう。

　名古屋を出てしばらくして、休憩を取る。このときには、第３の主バッテリ１２’がかなりの量まで放電したとする。このときに、第２の補助バッテリ１４によって流体モータ１９および発電機２０を駆動し、急速充電器２１によって第３の主バッテリ１２’の充電を行なう。なお休憩場所に電源供給装置がある場合には、コンセントプラグ２９によって主バッテリ１２’と補助バッテリ１４の充電を行なうようにしてもよい。

　京都を経て大阪に至るときには、主モータ１０が主バッテリ１１によって駆動される。そしてこのときに、補助バッテリ１４’が流体モータ１９および発電機２０を駆動し、その発電出力によって急速充電器２２を介して補助バッテリ１４の充電を行なう。

　岡山に差掛かると、主バッテリ１１の容量が所定の値以下になる。従ってこのときには、主バッテリ１２に切換えて主モータ１０の駆動が行なわれる。そして補助バッテリ１３によって流体モータ１９および発電機２０の駆動が行なわれ、急速充電器２１によって主バッテリ１１の充電が行なわれる。また急速充電器２２によって第３の補助バッテリ１４’の充電が行なわれる。

　博多に差掛かる頃には、第２の主バッテリ１２が放電し、第３の主バッテリ１２’に切換えて主モータ１０が駆動される。そしてこのときに、第２の補助バッテリ１４によって流体モータ１９および発電機２０を介して発電が行なわれ、その発電出力によって急速充電器２１を介して主バッテリ１２の充電が行なわれる。また急速充電器２２を介して補助バッテリ１３の充電が行なわれる。

　このように本実施の形態の駆動装置は、複数の主バッテリ１１、１２、１２’と複数の補助バッテリ１３、１４、１４’とを用い、これによって交互に充電を繰返しながら走行を行なうことが可能になる。しかも休憩場所等に商用電源の充電装置のコンセントが設けられている場合には、コンセントプラグ２９を用いて商用電源による充電が行なわれる。従って極めて長時間の走行が可能な電気自動車を提供できるようになる。

　次に本発明の駆動装置を適用した大型バイクについて図６により説明する。この駆動装置は、ハンドルの後方に主バッテリ１１、１２と加圧機１８と流体モータ２９と発電機２０とを組込むようにしている。また座席の下部に補助バッテリ１３、１４を組込むようにし、その下に主モータ１０を備えている。主モータ１０を主バッテリ１１、１２によって交互に駆動し、これによって後輪から成る駆動輪３３を回転駆動する。そして主バッテリ１１、１２が交互に補助バッテリ１３、１４によって発電機２０を介して充電される。なお前輪と後輪とにはそれぞれ補助発電機３０が設けられ、この補助発電機３０によって回生制動が行なわれる。

　図７に示す構成は、本発明の駆動装置を応用したミニバイクを示している。ここでは、座席の下側に加圧機１８、流体モータ１９、発電機２０が組込まれ、床面の下側に主バッテリ１１、１２が前後に並べて配値され、ハンドルのコラムの手前側に、補助バッテリ１３、１４が縦２段に配設される構成になっている。後側の駆動輪３３が主モータ１０によって駆動される。主モータ１０が交互に主バッテリ１１、１２によって駆動されるとともに、補助バッテリ１３、１４が交互に主バッテリ１１、１２の充電を行なう。なおここでも、前輪と後輪とにはそれぞれ補助発電機３０が取付けられ、回生制動が図られる。

　図８は本実施の形態の駆動装置を備える電気自転車の構成を示しており、ここでは座席の下側に加圧機１８と、流体モータ１９と、発電機２０とが配され、フォークの後方の部分に主バッテリ１１、１２が配され、さらにペダルの軸の部分に主モータ１０が取付けられる。なお主モータ１０は補助発電機３０を備える駆動輪３３を駆動する。ここで駆動輪３３は後輪である。またここでも、前輪と後輪とにそれぞれ補助発電機３０が取付けられて回生制動が行なわれる。そして駆動輪３３を駆動する主モータ１０を主バッテリ１１、１２で交互に駆動するとともに、補助バッテリ１３、１４によって主バッテリ１１、１２の充電を行なう。

　図９は本発明の上記実施の形態の駆動装置を船舶に応用した例を示しており、ここでは船体の下部であって後部に取付けられたスクリュー３４を主モータ１０によって駆動するようになっている。駆動の基本的な動作は、上記図２に示す駆動装置の駆動の方式とほぼ同様であって、スクリュー３４と連結された主モータ１０を駆動する主バッテリ１１、１２が放電すると、補助バッテリ１３、１４によって交互に充電するようにしている。

　図１０は本発明の上記実施の形態の駆動装置を飛行機に応用したものである。ここでは機体の前方に突出するようにモータ１０の出力軸が設けられ、この出力軸の先端部にプロペラ３５が取付けられている。従って主モータ１０によってプロペラ３５を駆動し、飛行を行なうようになっている。なお基本的な動作は図２に示す自動車用の駆動装置の場合と同様であって、ここでも主モータ１０が主バッテリ１１、１２によって交互に駆動され、発電機２０を介して主バッテリ１１、１２が補助バッテリ１３、１４によって交互に充電される。

　以上本願発明を図示の実施の形態によって説明したが、本願発明は上記実施の形態によって限定されることなく、本願発明の技術的思想の範囲内において各種の変更が可能である。例えば上記実施の形態にける主バッテリ１１、１２や補助バッテリ１３、１４の数、そのキャパシタ、配置位置等については各種の設計変更が可能である。また発電機２０を駆動するための加圧機１８と流体モータ１９の組合わせに代えて、これらを電動モータに置換えることができる。

　本願発明は、電動式の自動車やオートバイ、自転車、船舶、飛行機等に応用することができ、とくに炭酸ガスを排出しないで走行、航行、飛行を行なうことが可能な運輸装置に利用できる。

Claims

　出力を生ずる主モータと、
　前記主モータを互いに切換えて駆動する複数の主バッテリと、
　互いに切換えて出力が取出される複数の補助バッテリと、
　前記補助バッテリの出力によって動力装置を介して駆動される発電機と、
　前記発電機の出力によって前記主バッテリおよび前記補助バッテリをそれぞれ充電する第１の充電器および第２の充電器と、
　前記第１の充電器および前記第２の充電器を介して商用電源によって前記主バッテリおよび前記補助バッテリにそれぞれ電力を供給する給電手段と、
　を備える駆動装置。
　前記第１の充電器および前記第２の充電器が何れも急速充電器である請求項１に記載の駆動装置。
　前記発電機を駆動する動力装置が、流体を加圧する加圧機と、前記加圧機によって加圧された流体で駆動される流体モータとを有する請求項１に記載の駆動装置。
　前記発電機を駆動する動力装置が電動モータである請求項１に記載の駆動装置。
　前記複数の主バッテリの内の一つの主バッテリが所定の値まで放電したら、切換え手段によって他の前記主バッテリに切換えて前記主モータが駆動されるとともに、前記第１の充電器を介して前記発電機によって前記一つの主バッテリが充電される請求項１に記載の駆動装置。
　前記複数の補助バッテリの内の一つが所定の値まで放電したら、切換え手段によって他の前記補助バッテリに切換えて前記発電機が駆動されるとともに、前記第２の充電器を介して前記発電機によって前記一つの補助バッテリが充電される請求項１に記載の駆動装置。
　前記主モータの出力側に回生制動用の補助発電機が連結される請求項１に記載の駆動装置。
　自動車に搭載され、前記主モータの出力によって前記自動車の駆動輪が駆動される請求項１に記載の駆動装置。
　オートバイに搭載され、前記主モータの出力によって前記オートバイの駆動輪が駆動される請求項１に記載の駆動装置。
　電気自転車に搭載され、前記主モータの出力によって前記電気自転車の駆動輪が駆動される請求項１に記載の駆動装置。
　船舶に搭載され、前記主モータの出力によってスクリューが駆動される請求項１に記載の駆動装置。
　飛行機に搭載され、前記主モータの出力によってプロペラが駆動される請求項１に記載の駆動装置。