JP5873441B2 - クラッチによって連結されるフライホイール式変速機 - Google Patents

Description

本発明は、車両で使用される内蔵型エネルギー貯蔵及び回収システム（ＥＳＲＳ）装置に関し、特に、高速フライホイール、すなわち出願人の下記特許文献１に示されているような２０，０００回転以上の速度で作動するフライホイールを含むＥＳＲＳ装置に関する。

現在、既知の機械式ＥＳＲＳ装置は、フライホイールと車両の間でトルクを伝達する無段変速機（ＣＶＴ）を含む。ＣＶＴベースのＥＳＲＳ装置でのトルク伝達効率は、パワーに依存し、単に高パワーレベルのときに高性能を示す。

英国特許第ＧＢ２４４９１１７号公報

本発明の目的は、先行技術の実施形態より小さく、軽く、安価で、かつ、例えば、従来取り付け可能だった車両よりも非力で軽い車両に有効に取り付けることができる、機械式ＥＳＲＳ装置を提供することである。

従って、本発明は、第１の態様において、請求項１において請求されているような、エネルギー貯蔵及び回収システム装置を提供する。

第２の態様において、本発明は、変速機軸を含む車両を提供する。本発明の第１の態様によるＥＳＲＳ装置は、変速機軸に取り付けられ、連結されている。

本発明の利点は、クラッチを滑らせる能力と組み合わされた多くの利用可能なギヤ比が、先行技術の実施形態のＣＶＴに極めて近似したものを提供し、それ故、例えば、約６５％の高い往復効率で、重さとコストを削減するという効果を生じる。更に、装置は、あるクラッチから別のクラッチへと滑らかに変えることができ、それ故、トルクが不連続となる可能性を除去している。

本発明のさらなる利点は、装置が現行の車両に組み込めることである。

更に、クラッチベースの変速機を介するときのトルク伝達効率は、伝達されているパワーと完全に無関係である。

装置は、トルクの中断を伴わずに、あるギヤから別のギヤへの滑らかな伝達を可能にし、また、ギヤチェンジ機構が必要とするものを少なくする。更に、各クラッチ上のスリップ期間は、短期間に維持され、それによって、より簡単な温度管理を結果として生じる。

好ましくは、多段クラッチは、湿式のマルチプレートクラッチである。冷却油フローが各クラッチの中心に供給される。クラッチの温度は、それによって許容レベルに維持でき、それによってクラッチの寿命は長くなる。

好ましくは、潤滑油は、歯の噛み合わせ部分から出てくるように、噴射口を介して、ギヤの歯に供給され、それによって、何もしなければフライホイールの高速動作スピードに起因して高温になるギヤの歯の温度を制御し、また、良好な潤滑を確保する。

好ましくは、ギヤの各々は、対応するギヤの１つに同軸に位置決めされる。そして、それぞれのクラッチは、それぞれのギヤの間に位置決めされて、同軸に取り付けられた湿式のマルチプレートクラッチである。

好ましくは、ＥＳＲＳ装置の重さは２０ｋｇ未満で、それによって、それが組み入れられる車両の効率を最適化する。

第２の態様において、本発明は、変換機入力軸を含む車両を提供する。ここで、本発明の第１の態様によるエネルギー貯蔵及び回収システム装置は、軸（シャフト）に取り付けられている。

本発明の実施態様は、例として、かつ、添付の図面を参照しつつ、これより記載される。

本発明によるＥＳＲＳ装置の正面図。 図１のＥＳＲＳ装置の等角投影図。 図１のセクションＡ−Ａを通る断面図。 図１のクラッチの潤滑システムの正面図。 図４のセクションＡ−Ａを通る断面図。 図４の潤滑装置の噴出器の噴射口の断面図。

図１乃至図３に関して、本発明はエネルギー貯蔵及び回収システム（ＥＳＲＳ）装置２を含む。装置２は、フライホイール４、第１組のギヤ６、第２組のギヤ８、多数の湿式のマルチプレートクラッチ１０、１２、１４、及びクラッチ軸３４、３６、３８を含む。第１組のギヤ６は、フライホイール側に取り付けられている第１のアイドルギヤ１００を介して常に入力軸１６に噛み合っている。また、第２組のギヤ８は、車両側に取り付けられている第２のアイドルギヤ１０２を介して常に出力軸１７に噛み合っている。

装置は、車両エンジンと車両変速機の入力軸の間のトルク・パスに典型的に連結される。

フライホイール４の出力軸２４は、第１組のギヤ６の入力軸１６に接続される。また、第２組のギヤ８の出力軸１７は、車両自体のギヤボックスの入力軸（図示せず）に連結されるように配列されている。ＥＳＲＳ装置の特徴として、フライホイールへの及びフライホイールからのエネルギー流量、したがって、装置に対する入力及び出力の語の使用は、運転モード、即ち、エネルギーがフライホイールへ貯蔵されるのか、又はフライホイールから放出されるのかに依存して、ほとんどの場合において、可逆なものである、と認識されるだろう。

第１組のギヤ６は、フライホイールに隣接して位置付けられている。第２の組のギヤ８は、フライホイールから遠く離れた位置にある。そして、クラッチ１０、１２、１４は、下記に述べられるように、第１組のギヤ６と第２組のギヤ８の間に位置決めされている。

第１組のギヤは、互いに常に噛み合っている、３つのギヤ１８、２０及び２２（２２は図３の後ろに位置し、それ故、示されていない）を含んでいる。第２組のギヤも、互いに常に噛み合っている３つのギヤ１９、２１、２３を含んでいる。各組のギヤ６、８の内の１つのギヤは、クラッチ１０、１２及び１４の各々の両側に位置決めされており、その結果、１組のギヤの各ギヤは、専用のクラッチを有しており、即ち、各クラッチ軸には、第１組のギヤ６の１つ、クラッチ１０、１２、１４の１つ、及び第２の組のギヤ８の１つが取り付けられている。ギヤ１８、２０、２２の各々は、ギヤ１９、２１、２３の対応する１つに同軸に位置決めされており、それぞれのクラッチ１０、１２、１４は、それぞれのギヤの間に位置決めされている湿式のマルチプレートクラッチに同軸に取り付けられている。

クラッチ１０、１２、１４は、第１組のプレート２８と第２組のプレート３０とを含む、ノーマルオープンの従来の湿式のマルチプレートである。クラッチ１０、１２、１４の各々は、それぞれ、各クラッチ１０、１２、１４に関係付けられているアクチュエータ４０、４２、４４（アクチュエータ４４は図３の後ろに位置し、それ故、示されていない）を、介して個々に動作可能である。アクチュエータ４０、４２又は４４は、ベアリング５２を含んでいる負荷通路を介して、クラッチプレート２８、３０を同時に押す。それ故、アクチュエータ４０、４２又は４４の回転は必要とされていない。アクチュエータ４０、４２又は４４は、次式に従ってクラッチ１０、１２又は１４内のトルクを増加させる垂直力をクラッチプレート２８、３０上に生成する。

上記式は、
Ｆ＝μ×Ｎ（Ｆは平均摩擦半径での摩擦推力、μはクラッチプレートの摩擦係数、およびＮはアクチュエータによって与えられる垂直力）である。

平均摩擦半径で作用する摩擦推力Ｆは、クラッチ１０、１２又は１４の摩擦トルクを与える。

フライホイール４が車両変速機にエネルギーを伝えている場合、クラッチ１０、１２又は１４のフライホイールの側面４６は、車両の側面４８以上の速さの回転速度を有している。アクチュエータ４０、４２又は４４からの圧力によりクラッチ１０、１２又は１４を閉じることによって、摩擦トルクにクラッチ１０、１２又は１４（ワット＝NmｘRad／秒）のフライホイールの側面４６の速度を掛けて求まるパワーのエネルギー失う。車両に到着するパワーは、摩擦トルクにクラッチの車両側の速度を掛け合わせたものに等しい。クラッチを加熱することによって消失したパワーは、摩擦トルクにクラッチ１０、１２又は１４の両側の回転速度の違いを掛け合わせたものである。したがって、効率は、エネルギー伝達率の関数ではなく、ただ、クラッチの両側の速度差の関数である。

クラッチ１０、１２又は１４の内の１つを動作させる場合、トルク・パスは、第１組のギヤ６を介し、動作させたクラッチ１０、１２又は１４に関係付けられているクラッチ軸３４、３６又は３８に沿って、及び、第２組のギヤ８を介するようにリダイレクトされる。

装置２の正常運転では、１つのクラッチ１０、１２、１４は、フライホイール４から車両変速機へと、又はその逆向きにトルク伝達を与えるために、通常はスリップしている。選択されたクラッチの両側の速度がゼロ近くに減少すると同時に、次の最も接近しているギヤ比が、滑らかな手法で、新しいクラッチに圧力を加え、かつ現クラッチからの圧力を除去することによって、選択される。

各ギヤ１８、２０及び２２は、対応するクラッチを有しており、あるギヤから別のギヤへのシームレスな伝動は、トルクが途切れることなく実行される。更に、各クラッチ１０、１２、１４上でのスリップ事象は、ほんの僅かな時間である。動作圧力は、関係するクラッチの制御されたスリップを与えるため、そしてまた、油圧ポンプからの寄生損を減少するため、車両のブレーキ又は加速トルクに依存（典型的には比例）して作られ得る。

クラッチ１０、１２、１４が個々に動作可能であるので、多段クラッチは同時に動作され得る。多段クラッチの動作は、動作されたクラッチの各々をスリップさせ、それによって、フライホイール４の速度の出しすぎを抑え、又はフライホイール４の速度を減少するために、フライホイールに送られたエネルギー量を制御する。エネルギーは、冷却潤滑油において、クラッチから得られた熱として消費される。この動作モードは、主変速機を介して付加的な車両ブレーキを提供する効果を有している。前記主変速機は、例えば、エネルギーがフライホイールに加えられているモードにおいて、該モードへ同様のブレーキ・バランスを保つことを助ける。

この実施態様では、装置２は、他のギヤ比が与えられ得るが、３つのギヤ比で走行することができる。それ故、利用可能な速度の総数は、主車両変速機において利用可能な変速段数に３を掛けた数である。即ち、５速の車両変速機は、路面車輪とデバイスフライホイールの間で合計１５の利用可能な速度を結果として生じる。６速の車両変速機は、合計１８の速度を結果として生じる。そして、７速の車両変速機は、合計２１の速度を結果として生じる。

したがって、主車両変速機で適切なギヤを選択するために車両のトランスミッションコントロールモジュール（ＴＣＭ）を制御し又は読み、そして、同時に装置２のギヤ比を制御することによって、クラッチ１０、１２、１４中の任意の必要な滑りは、最適な効率化を図るため最小限にされ得る。全体のギヤ比は、その後、エネルギー貯蔵モードにおいて（速度を速くするようにギヤ比を選択することによって）フライホイールにエネルギーを格納するように選択され、または、エネルギー回収モードにおいて、装置のギヤを通って、および車両の主変速機入力軸へそのエネルギー負荷をかけることにより、徐々にフライホイールを遅くしてエネルギーを抽出するように選択される。

クラッチの滑りは適切な制御手法によって最小限にされるが、湿式のクラッチがクラッチからの良好な熱の抽出を可能にするのに用いられる。装置２は、クラッチ温度をコントロールするために、各クラッチ１０、１２、１４の中心に冷却油の流れを供給するためのクラッチ潤滑及び冷却システム６０を含んでいる。クラッチ潤滑システムの実施形態が、図４及び５に図示されている。油は、クラッチ軸３４、３６、３８の各々の中央のボア６２を介して供給され、および、クラッチ軸３４、３６、３８の回転に伴い、開口６４を介して均一な手法で分配される。溝６６によって、クラッチプレート２８及び３０の間隙に油が入れるようになる。

更に、クラッチの両側（一方はフライホイールで、他方は車両変速機入力軸を備えている）は、典型的には回転しており、冷却潤滑油を分配することを補助している。

また、図６に示されているように、装置２は、ギヤ潤滑システム７０を含んでいる。ギヤ潤滑システムは、油が歯の噛み合わせ部分から出て来るように、ギヤの歯７６に油を向ける噴射口７２及び７４を含む。潤滑油によるギヤの歯の温度制御は、ギヤ内で高温を生じるフライホイールの高速の動作速度に起因して特に重要である。

２ エネルギー貯蔵及び回収システム（ＥＳＲＳ）装置
６ 第１組のギヤ
８ 第２組のギヤ
１０、１２、１４ クラッチ
１９、２１、２３ 噛み合っているギヤ
３４、３６、３８ ラッチ軸
１００ 第１のアイドルギヤ
１０１ 第２のアイドルギヤ

Claims (10)

1. ギヤボックスを含むエネルギー貯蔵及び回収システム装置であって、前記ギヤボックス
   は、フライホイール側の軸に取り付けられた第１のアイドルギヤを介して常に互いに噛み
   合っている複数のギヤを備えている第１組のギヤ、及び車両側の軸に取り付けられた第２
   のアイドルギヤを介して常に互いに噛み合っている複数のギヤを備えている第２組のギヤ
   を含み、第１組のギヤの各ギヤは、第２組のギヤの１つのギヤに対応され、かつ、直列に
   並べられた各々専用のクラッチによって分離されており、
   フライホイール側の軸はエネルギー貯蔵のために配置されたフライホイールに連結可能
   になっており、車両側の軸は車両変速機に連結可能になっており、各クラッチは第１の側
   面及び第２の側面を有しており、各クラッチの第１の側面は第１組のギヤの各々のギヤに
   接続され、かつ回転するように配置されており、各クラッチの第２の側面は第２組のギヤ
   の各々のギヤに接続され、かつ回転するように配置されており、前記クラッチは第１組の
   ギヤと第２組のギヤとの間でいずれの方向にもトルク伝達を許容するように個々に動作可
   能とされ、
   前記装置は、少なくとも１つのクラッチを通してトルク伝達している間中、少なくとも
   １つのクラッチが途切れること無くスリップ可能に構成されている、エネルギー貯蔵及び
   回収システム装置。
2. 前記クラッチは、当該クラッチ内のトルクを増加するように少なくとも１つのクラッチ
   のクラッチプレートに垂直力をかけるように構成されているアクチュエータを介して個々
   に動作可能であり、前記垂直力は、少なくとも１つのクラッチに制御されたスリップを与
   えるため、ブレーキ又は加速トルクに比例することを特徴とする請求項１に記載のエネル
   ギー貯蔵及び回収システム装置。
3. 前記クラッチは湿式のマルチプレートクラッチである、請求項１又は請求項２に記載の
   エネルギー貯蔵及び回収システム装置。
4. クラッチ温度を制御するため冷却油が各クラッチの中心に供給されており、前記冷却油
   は、少なくとも１つのクラッチを途切れること無くスリップ可能にするため、クラッチか
   らの熱の抽出を可能にすることを特徴とする請求項３に記載のエネルギー貯蔵及び回収シ
   ステム装置。
5. 冷却油の流れを供給するためのクラッチ潤滑及び冷却システムを含んでいることを特徴
   とする請求項４に記載のエネルギー貯蔵及び回収システム装置。
6. 少なくとも１つのクラッチがクラッチ軸に装着されており、前記クラッチ潤滑及び冷却
   システムは、前記少なくとも１つのクラッチに油が供給される際に経由する、クラッチ軸
   のボアとクラッチ軸の少なくとも１つの開口とを含んでいることを特徴とする請求項５に
   記載のエネルギー貯蔵及び回収システム装置。
7. 潤滑油が、前記第１又は第２のアイドルギヤと噛み合っている所から出てくるように、
   ギヤの歯に、噴射口を介して、供給されている、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記
   載のエネルギー貯蔵及び回収システム装置。
8. 前記第１組のギヤの各ギヤは、専用のクラッチ及び前記第２組のギヤの対応するギヤに
   同軸に位置決めされている、請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載のエネルギー貯蔵
   及び回収システム装置。
9. 前記フライホイール側の軸に連結されているエネルギー貯蔵フライホイールと結合され
   ている、請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載のエネルギー貯蔵及び回収システム装
   置。
10. 車両変速機入力軸を含んでおり、請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載のエネルギ
    ー貯蔵及び回収システム装置が前記車両変速機入力軸に連結されている車両。

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