JP2020060192A - Ｉｅｉ（インターミッテント・エナージー・イナーシャ）移動体及び移動体運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車等の移動体の移動効率を向上させる。【解決手段】移動体に動力をオフにして慣性で移動するモードを設けた。【選択図】図４

Description

本発明は、車，船舶，建機，ロボット等の移動体の移動エネルギ節約に関する。

環境や資源問題から現在、車業界においては少ないエネルギでその走行距離を伸ばすために各社がしのぎを削っている。その技術としては、ガソリン１ｌ当たりの走行距離を伸ばすために、燃料として軽油を用いたディーゼルエンジン技術を用いる方法や所謂ハイブリッド技術を用いる方法や燃料電池や電気自動車やバッテリをガソリンエンジンで充電するＥパワー等が実施されている。

本発明は、人類の最大の課題、移動体をより少ないエネルギで移動する解決策を提供する画期的な発明である。前記した技術のうち、ハイブリッド技術は、高効率の電池を備え、下り坂を走行中や、ブレーキを踏んだ時等の回生エネルギを前記電池に蓄積し、平坦な道路ではエンジンを作動させないで、電池に蓄積されたエネルギで車を走らせるものである。近年では、電池のエネルギのみで５０ｋｍ程度走らせるものが開発されてきている。上り坂等では、電池のエネルギとエンジンを併用して用いる。しかしバッテリコストが高く消耗する。
一方、ディーゼルエンジンを用いる場合は、もともとエネルギ効率の高いディーゼルエンジンに更に改良を加えることにより、軽油１ｌ当たりの走行距離数を伸ばしており、ディーゼルハイブリッドもある。しかしながら、前記の公知の方法ではその効率の限界が見えてきている。石油は日本では殆ど生産されず、またリチウムバッテリは高価である。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、更にエネルギ効率を向上させることができる自動車等移動体の移動エネルギ効率向上化方法を提供することが本発明が解決しようとする課題である。

前記した課題を解決する本発明は、移動中の自動車等の移動体が持つ「慣性力」を用いて、移動体が移動中に駆動エネルギを切り、慣性で移動体を移動させ、移動体の加速度又は速度がある値以下に低下してきたら再度駆動エネルギをオンにする動作を繰り返すことによりエネルギを節約して移動するようにした移動体の装置及び／又は運転法である。

従来のハイブリッド車，燃料電池車，電気自動車等燃費のよい車を変更することなく、ローコストで更に燃費を良くすることができる。また、車以外の船舶、航空機、電車、建機等に活用でき、エネルギ燃費を更によくすることができる大きな効果がある。

移動体の運動方程式を示す図 本発明を車に適用した場合を示す図 移動中の移動体のエネルギＥ，加速度αの関係を示す図 本発明の移動体のエネルギＥ，加速度αの関係を示す図 本発明の原理構成図 本発明を船舶に適用した場合を示す図 本発明を航空機に適用した場合を示す図

ここで、本発明の基本原理である慣性の法則について説明する。慣性の法則とはニュートンの三法則即ち、
１． 慣性の法則
２． 運動方程式
３． 作用・反作用の法則
のうちのニュートンの第１法則（Ｎｅｗｔｏｎ‘ｓ Ｆｉｒｓｔ Ｌａｗ）であり、「運動する物体に力が働かない時、その物体は慣性系に対し、運動状態を変えず、等速直線運動を続ける「運動の第一法則」、即ち「運動の現状をそのまま保持しようとする物体の性質」が慣性の法則である。
これに関連した「運動の第二法則」の運動方程式は、質量ｍの物体にかかる力Ｆは加速度をαとして、
Ｆ=ｍα
となり、また

となる。

しかしながら、「移動体に慣性を活用してエネルギを節約する発想」はいままでに全くなかった。本発明は上記の慣性を利用したもので、その式は図１の如くなる。ここで、Ｅは自動車等移動体を動かすエネルギ、Ｖは移動体の速度、αは移動体の加速度、ａ、ｂは係数である。

図２は本発明を車に適用した場合を示す図である。Ａは車１がエネルギを加え通常走行をしている状態を示している。Ｂはエネルギを遮断し慣性で移動している状態を示している。

図３と４は本発明の原理を説明する図で、図３は公知移動体のエネルギＥと加速度αの関係を示す図である。横軸は時間軸Ｔである。時刻ｔ０においてエンジンをスタートさせると、エネルギＥを加え、加速度αは時間の経過と共に、上昇していく。時刻ｔ１で駆動エネルギＥを少なくして一定にし、移動体速度Ｖは定速走行に移る。一方、加速度αは時刻ｔ１までは上昇していき、ｔ２で０になる。本発明は時刻ｔ３で再びエネルギＥを加えその加速度αは再び上昇に転ずる。

図４は本発明を説明する図で、移動体に加えるエネルギＥと速度Ｖと加速度αを縦軸としこれらの関係を説明する図である。横軸は時間Ｔで、縦軸は移動体に加えるエネルギＥと移動体の加速度αである。
ところで、本発明のエネルギＥは既に図１で説明した通り、次式で表される。
Ｅ＝ａＶ+ｂαである。ここで、Ｅは移動体に加えるエネルギ、ａは所定の係数、Ｖは移動体の速度、ｂは所定の係数、αは移動体の加速度である。

図４において、時刻ｔ０において、移動体のエンジンをスタートさせエネルギを加えると、エネルギＥと速度Ｖと加速度αは時間の経過と共に、上昇していく。本発明は時刻ｔ１にエネルギＥを０にする。即ち、移動体駆動力を切る。移動体駆動力を切っても、移動体は「慣性」のために図４のＩ期間移動し続けるのを利用したのが本発明であり、移動体の受ける空気抵抗や移動体の回転損耗等移動体自身の損失で速度Ｖは多少低下するが０にならない。
加速度αは図に示すようにｔ１から減少して時刻ｔ２において加速度αが０になる。本発明は時刻ｔ３で再びエネルギＥを加え、加速度αが時刻ｔ３で再び上昇に転じる。時刻ｔ４で駆動力を少なくし、エネルギーＥを０にする。図の時刻ｔ１からｔ３の間はエネルギＥの積分値（斜線）は０であり、この間、移動体は慣性のみで移動していることになる（エネルギを切って慣性のみで移動するモード）。ｔ３でエンジンを作動させると、移動体は速度が上昇していき、加速度αは再び増加に転じる。
エネルギＥが所定の値になると、移動体の速度は上昇し復帰する。移動体の動きが復帰したのを確認すると、時刻ｔ４でエンジンやモータを切る。エンジンやモータを切ると、エネルギＥは０になり、移動体は再び慣性のみで移動するモードになる。
速度や加速度は時刻ｔ４から減少に転ずる。以下、同様の動作を繰り返し（Ｅ＋Ｅ→０→Ｅ＋Ｅ→０…）、移動体は移動していく。

本発明によれば、Ｅ＝０の状態でも移動体は移動するので、図３のエネルギ積分値（斜線部分）より図４のエネルギ積分値（斜線部分）が小さいのは明らかで、少ないエネルギで移動体を動作させることが本発明により可能となった。出願人は、実車を用いて東京から大阪まで実走を行ったが、エネルギセーブを行うことを確認した。このエネルギ効率は、ハイブリッド技術を用いて車を作動させる場合よりも高かったことを確認し、この発明をハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等に例えばこれらのエネルギ効率を更に高めることができる。
ハイブリッド技術を用いて車を移動させた時の効率をＫ１とすると、本発明者は実験により本発明のように慣性を用いて車を移動させた時の効率は１．３Ｋ１となった。この効率の実験は、以下に示すような方法で行った。距離Ｌを移動させるのに要するガソリンの量をＱとし、ガソリンを用いた通常の動作で、距離Ｌを走行するのに要するガソリンの量をＱ１、本発明を用いて距離Ｌを走行するのに要するガソリンの量をＱ２とすると、次式が成立する。
Ｑ２＝Ｑ１／（１．３Ｋ１）

本発明のエネルギＥの制御は手動で行ってもよいが、図５は制御を自動的に行う本発明装置の原理構成図である。図において、１０は移動中の車の加速度αを検出する加速度メータ（αＭ）、１１は加速度の上下範囲の限定を可変できるコンピュータ構成のリミッタ（Ｌ）、１２はリミッタ１１によりバッテリ１３のオンオフを行うスイッチ（ＳＷ）、１４は該バッテリ１３により駆動されるモータ（Ｍ）又はエンジンである。スイッチ１２はバッテリ１３の出力をモータ又はエンジン１４に伝える動作を行うものである。つまり、スイッチがオンの時にはバッテリ１３をモータ又はエンジン１４に接続し、スイッチがオフの時にはバッテリ１３をモータ又はエンジン１４から切り離す。このように構成された車の動作を説明すると、以下の通りである。

移動体を移動する時、リミッタ１１はスイッチ１２をオンにする。この結果、バッテリ１３はモータ又はエンジン１４に接続され、モータ又はエンジン１４は所定の回転数で回転する。このモータ又はエンジン１４で車の動輪を回転させる。動輪が回転すると車１（図２参照）は所定の速度、例えば６０ｋｍ／時速に加速度を上げ走行する。リミッタ１１は加速度メータ１０の出力を監視している。図４でｔ１でエネルギＥを０にすると、加速度αが０になったことをリミッタ１１が感知するようにしておき、リミッタ１１はスイッチ１２に作用してその接点をオンにする。この結果、自動的にモータ又はエンジン１４が動き出し、モータ又はエンジン１４には動力が与えられていないので、車の速度は漸次減少し、車は慣性で走行する。しかしやがて速度Ｖと加速度αが徐々に下がり加速度αはｔ２で０になる。

ここで、加速度αが所定の値（例えば０）になったことをリミッタ１１が検知すると、該リミッタ１１はスイッチ１２をオンにする。この結果、モータ又はエンジン１４は車１の動輪を駆動し、走行を続ける。加速度以外に速度計をリミッタ１１に結合して、速度が所定の値になると、リミッタが働きエネルギを発動するようにした場合も本発明に含まれる。
また、前記リミッタ１１は下限で作動する説明をしたが、上限で作動する場合も本発明に含まれ、エネルギＥがオフにされた状態から、再度エネルギＥが追加されるまでの間、ガソリン等エネルギを使用せず車１は慣性力のみで走行することになる。以下、同様の動作を繰り返しながら走行する。本発明によれば、エネルギーが０で慣性力のみで車１は移動することになる。本発明によれば、車１の慣性を活用して動力エネルギを使う必要はないので、エネルギ効率が向上する。
上述の説明において、本発明は通常のガソリン自動車のみならず、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）、燃料電池車等にも同様に適用することができる。また、上述の説明では、車（自動車）に本発明を適用した場合を例にとったが、ここで本発明が適用される移動体としては、例えば図２で前述した自動車のほか、船舶や航空機のほか、建機、ロボット等あらゆる移動体に適用できる。
図６は本発明を船舶に適用した場合を示す図である。Ａは船舶２が通常走行をしている状態を示している。ＢはＡに示す通常走行中にエンジンを切ってから慣性で移動している状態を示す。その他は図２と同じである。
図７は本発明を航空機に適用した場合を示す図である。Ａは航空機３が通常飛行をしている状態を示している。ＢはＡに示す通常走行中にエンジンを切ってから慣性で移動している状態を示す。矢印で示すように、航空機の場合は、エンジンを切ると車や船舶のように地面や水がないので、図７に示すように高度が下がるが、滑空し再び上昇して飛行を続ける。
本発明は自動車のみならず、船舶、航空機、建機、ロボットその他あらゆる移動体の装置として、また運転方法として使用でき、これらは全て本発明に含まれる。

本発明は、上記の如くあらゆる移動体に利用することができ、産業上の利用可能性大である。

１ 車
２ 船舶
３ 航空機
１０ 加速度メータ
１１ リミッタ
１２ スイッチ
１３ バッテリ
１４ モータやエンジン等の動力装置

Claims (2)

1. 移動体に慣性が働いている間はエネルギを絶ち、慣性が無くなった時にエネルギを加えることによりエネルギを節減することを特徴とする移動体。
2. 移動体に慣性が働いている間はエネルギを絶ち、慣性が無くなった時にエネルギを加えることによりエネルギを節減することを特徴とする移動体運転方法。
   
   
   
   

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