JP5155363B2 - 電気機械およびそのダンパ - Google Patents

Description

本発明は、一般に、電気機械に関し、特に、電気機械のトーショナルダンパに関する。

なお、本発明の関連出願として、２００９年７月８日に米国で出願された「ＮＥＳＴＥＤ ＥＸＣＩＴＥＲ ＡＮＤ ＭＡＩＮ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ ＳＴＡＧＥＳ ＦＯＲ Ａ ＷＯＵＮＤ ＦＩＥＬＤ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ」という題名の米国特許出願（出願番号１２／４９９，２９２）および２００９年７月１４日に米国で出願された「ＨＹＢＲＩＤ ＣＡＳＣＡＤＩＮＧ ＬＵＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＯＬＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ」という題名の米国特許出願（出願番号１２／５０２，４９２）がある。

従来では、地上用の車両は、エンジンのクランクシャフトに接続されたプーリにより駆動されるジェネレータ（オルタネータ）を用いて充電されてきた。輸送体の電力要求が高まるにつれて、クランクシャフトからジェネレータへと機械的負荷を伝達するプーリ駆動式のオルタネータの能力が制限されてきた。プーリ駆動式のオルタネータの代わりに、ジェネレータをエンジンの動力伝達経路に直接に取り付けることもできる。ジェネレータをエンジンの動力伝達経路に取り付けると、ジェネレータからエンジンへ負荷を伝達したり、エンジンからジェネレータへ動力を送るのに必要なプーリ、ギアやチェーンが不要となる。

地上用の車両の一般の動力伝達経路では、フライホイールを使用することにより、エンジンのトルク・出力の急激な変動が低減される。しかし、フライホイールを使用しても、エンジンの出力シャフトから生じる周期的な速度変動を完全に取り除くことはできない。エンジンのトルク・出力の変動をより低減させるために、トーショナルダンパや流体継手のような他の手段が、トランスミッションとエンジンとの間に取り付けられる。エンジンのクランクシャフトにジェネレータが取り付けられた状態では、ジェネレータの慣性モーメント（ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｉｎｅｒｔｉａ）によりクランクシャフトに作用する捩り応力が増加し、クランクシャフトが破損するので、動力伝達経路にジェネレータを取り付けることによって、問題がより複雑なものとなってしまう。この問題を解消するために、一般に長いシャフトであるトーショナルダンパが、ジェネレータとエンジンのフライホイールとの間に取り付けられる。動力伝達経路とジェネレータとの取付の全体的な長さを短くするために、トーショナルダンパは、より小型であることが望ましい。

本発明の１つの特徴は、電気機械のためのダンパが、シャフトと、シャフトと同心であるとともに該シャフトに機能的に接続された少なくとも１つのシャフトセグメントと、を備えていることである。少なくとも１つのシャフトセグメントは、該シャフトセグメントの捩りへの追従性を向上させるようにこのシャフトセグメントの壁を貫通して延びる複数のシャフトスロットを備える。

本発明の他の特徴は、動力伝達経路に取り付けられた電気機械が、電気機械の中心軸を中心に配置された少なくとも１つのロータと、ダンパと、を備えていることである。ダンパは、少なくとも１つのロータに機能的に接続されたシャフトと、シャフトと同心であるとともに該シャフトに機能的に接続された少なくとも１つのシャフトセグメントと、を備える。少なくとも１つのシャフトセグメントは、該シャフトセグメントの捩りへの追従性を向上させるようにこのシャフトセグメントの壁を貫通して延びる複数のシャフトスロットを備える。

動力伝達経路に取り付けられた電気機械の実施例を示した断面図である。 電気機械のトーショナルダンパの実施例を示した斜視図である。 電気機械のトーショナルダンパの実施例を示した断面図である。 電気機械のトーショナルダンパの他の実施例を示した斜視図である。

図１には、電気機械１０の実施例が示されている。電気機械１０、本実施例ではジェネレータは、エンジンのフライホイール１２とトランスミッション１４との間の動力伝達経路に沿って配置されている。電気機械１０は、中心軸１８を中心に回転可能とされた少なくとも１つのロータ１６を備える。

電気機械１０は、フライホイール１２に接続されるとともに中心軸１８に沿って配置されたジェネレータシャフト２０を備える。図２を参照すると、ある実施例では、ジェネレータシャフト２０は、スプラインによってフライホイール１２に接続されている。図２の実施例では、ジェネレータシャフト２０は、該ジェネレータシャフト２０から外周側へと突出した複数のスプライン歯部２２を備えており、該スプライン歯部２２は、フライホイール１２から内周側へと突出したフライホイールの複数のスプライン歯部（図示せず）と噛み合うことができる。図示した構成は、単なる例示であり、ジェネレータシャフト２０とフライホイール１２との間の接続が他の方法によっても達成され得ることを理解されたい。例えば、ジェネレータシャフトのスプライン歯部２２が、内周側へと延び、この内周側へと延びたスプライン歯部２２は、フライホイール１２の一部から外周側へと延びるフライホイールのスプライン歯部と噛み合うことができる。さらに、構成要素間を、（ナットやボルトのような）螺条の締結具、キーやピン、圧入を利用して接続してもよい。

ジェネレータシャフト２０は、入れ子にされたトーショナルダンパ２４を備える。図３では、トーショナルダンパ２４は、ジェネレータシャフト２０を中心として配置された少なくとも１つの同心シャフトセグメント２６を備える。図３の実施例では、トーショナルダンパ２４は、３つの同心シャフトセグメント２６を備えているが、本発明において、他の数のシャフトセグメント２６、例えば、４つまたは５つのシャフトセグメント２６を考慮することができる。少なくとも１つのシャフトセグメント２６は、ジェネレータシャフト２０に接続されるとともに、少なくとも１つのセグメント末端部２８によって隣接したシャフトセグメント２６に接続されている。図示したように、例えば、セグメント末端部２８は、第２のシャフトセグメント３６の第２の端部３４に第１のシャフトセグメント３２の第１の端部３０を接続している。ここで、第２のシャフトセグメント３６は、半径方向において、第１のシャフトセグメント３２の直ぐ外周側に配置されている。

図２を再び参照すると、少なくとも１つのシャフトセグメント２６は、トーショナルダンパ２４の捩りへの追従性を向上させるための複数のスロット３８を備えている。複数のスロット３８は、少なくとも１つのシャフトセグメントの壁４０を貫通して延びており、壁４０が捩りによる負荷に応じて接線方向に変形することでトーショナルダンパ２４の捩りへの追従能力を向上させることができるように構成されている。図示した実施例では、複数のスロット３８は、少なくとも１つのシャフトセグメント２６の周囲に周方向に配置されるとともに、中心軸１８に沿って長手方向へと延びている。しかし、望ましい減衰特性を達成するために、複数のスロット３８の他の構成を考慮することができる。例えば、スロットをより小さく形成して数を増やしたり、スロットをより大きく形成して数を減らしたり、もしくは、望ましい方向に減衰特性を偏向するために、複数のスロットが中心軸１８に対して傾斜した角度で延びるようにすることができる。さらに、図４のように、複数のスロット３８のうちの１つまたは複数のスロット３８の所定の位置にゴム製ダンパ４２を加硫することができ、これにより、トーショナルダンパ２４およびジェネレータシャフト２０に作用する荷重をさらに減衰させることができる。

ある実施例では、図４に示したように、トーショナルダンパ２４は、電気機械１０の少なくとも１つのロータ１６と接するスプラインないしギアの噛合部４４を備える。ギア接触部４４は、少なくとも１つのロータ１６の相補的な特徴部（図示せず）と噛み合うように構成されており、これにより、ジェネレータシャフト２０の回転に応じて、少なくとも１つのロータ１６が回転する。トーショナルダンパ２４がジェネレータシャフト２０と一体に形成されている実施例は、単なる例示であることを理解されたい。他の実施例、例えば、トーショナルダンパ２４が少なくとも１つのロータ１６または他の回転構成要素と一体に形成されている実施例や、トーショナルダンパ２４が少なくとも１つのロータ１６またはジェネレータシャフト２０の一方に、ある機械的手段によって固定されている実施例も、本発明の範囲内において考慮することができる。

限定された数の実施例のみと組み合わせて本発明を詳細に説明してきたが、本発明がこのような実施例に限定されないことを理解されたい。本発明を、上述していない種々の変更、代替案や同等の構成を組み込むように修正することができる。

Claims (19)

1. シャフト（２０）と、
   前記シャフト（２０）と同心であるとともに該シャフト（２０）に機能的に接続される、半径方向に配置された２つ以上のシャフトセグメント（２６）と、
   を備え、
   前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）は、入れ子構成を形成するように複数の端部セグメント（２８）によって互いに接続され、前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）の各々は、捩りへの追従性を向上させるように前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）の壁（４０）を貫通して延びる複数のシャフトスロット（３８）を有することを特徴とする電気機械（１０）のダンパ。
2. 前記複数のシャフトスロット（３８）の各々は、前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）に沿って実質的に長手方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械（１０）のダンパ。
3. 前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）の少なくとも１つのシャフトセグメント（２６）は、端部セグメント（２８）によって前記シャフト（２０）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械（１０）のダンパ。
4. 第１のシャフトセグメント（３２）の第１の端部（３０）が、端部セグメント（２８）によって第２のシャフトセグメント（３６）の第２の端部（３４）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械（１０）のダンパ。
5. 前記第１のシャフトセグメント（３２）は、前記第２のシャフトセグメント（３６）と半径方向に隣接していることを特徴とする請求項４に記載の電気機械（１０）のダンパ。
6. 充填材（４２）が、少なくとも１つの前記複数のシャフトスロット（３８）に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電気機械（１０）のダンパ。
7. 前記充填材（４２）は、加硫ゴムであることを特徴とする請求項６に記載の電気機械（１０）のダンパ。
8. 前記シャフト（２０）は、複数のスプライン歯部（２２）を備えることを特徴とする請求項１に記載の電気機械（１０）のダンパ。
9. 中心軸（１８）を中心に配置された少なくとも１つのロータ（１６）と、
   ダンパと、
   を備える動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）において、
   前記ダンパは、
   前記少なくとも１つのロータ（１６）に機能的に接続されたシャフト（２０）と、
   前記シャフト（２０）と同心であるとともに該シャフト（２０）に機能的に接続される、半径方向に配置された２つ以上のシャフトセグメント（２６）と、
   を備え、
   前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）は、入れ子構成を形成するように複数の端部セグメント（２８）によって互いに接続され、前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）の各々は、捩りへの追従性を向上させるように前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）の壁（４０）を貫通して延びる複数のシャフトスロット（３８）を有することを特徴とする動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
10. 前記複数のシャフトスロット（３８）の各々は、前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）に沿って実質的に長手方向に延びていることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
11. 前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）の少なくとも１つのシャフトセグメント（２６）は、端部セグメント（２８）によって前記シャフト（２０）に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
12. 第１のシャフトセグメント（３２）の第１の端部（３０）が、端部セグメント（２８）によって第２のシャフトセグメント（３６）の第２の端部（３４）に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
13. 前記第１のシャフトセグメント（３２）は、前記第２のシャフトセグメント（３６）と半径方向に隣接していることを特徴とする請求項１２に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
14. 充填材（４２）が、少なくとも１つの前記複数のシャフトスロット（３８）に配置されることを特徴とする請求項１２に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
15. 前記充填材（４２）は、加硫ゴムであることを特徴とする請求項１４に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
16. 前記シャフト（２０）は、フライホイール（１２）に前記シャフト（２０）を機能的に接続する複数のスプライン歯部（２２）を備えることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
17. 前記２つ以上のシャフトセグメント（２６）の少なくとも１つのシャフトセグメント（２６）に配置された複数のギア歯部（４４）を備えることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
18. 前記ダンパは、前記複数のギア歯部（４４）によって前記少なくとも１つのロータ（１６）に機能的に接続されていることを特徴とする請求項１７に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。
19. 前記ダンパは、前記少なくとも１つのロータ（１６）に直接に組み込まれることを特徴とする請求項９に記載の動力伝達経路に取り付けられた電気機械（１０）。

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