(57)【要約】  本発明は、電気システムを始動し、調整する上で有用なエネルギを蓄積するための蓄積システムに関し、この蓄積システムは、電気装置（９）と、回転シャフト（４）に接続された少なくとも１つのコイルばね（１）を有するエネルギ蓄積デバイスとの間で機械的エネルギを伝達するための伝達手段（８）と、回転シャフト（４）に接続された制動保持部（５）とを有し、制動保持部は、コイルばね（１）を交互に維持し、あるいは電気装置（９）を回転シャフト（４）を第１の方向に回転させて、ばねに張力を与え、機械的エネルギを蓄積するモータとして機能する解放状態に維持し、回転シャフト（４）を反対の方向に回転させて、蓄積された機械的エネルギを解放し、伝達手段が電気装置（９）を回転させる発電機として機能する。
2013507586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気システムを始動し、調整する上で有用なエネルギを蓄積するための蓄積システムであって、
ケーシング内に収容され、回転シャフトに固定された少なくとも１つのコイルばねを有するエネルギ蓄積デバイスであって、コイルばねは、回転シャフトが第１の負荷方向に回転するとき、コイルばねに負荷を加えて機械的エネルギを蓄積し、回転シャフトが第１の負荷方向とは反対方向の第２の負荷方向に回転するとき、コイルばね負荷を解いて機械的エネルギを解放するエネルギ蓄積デバイスと、
電気モータにより生成された機械的エネルギをエネルギ蓄積デバイスに伝える負荷伝達手段と、
エネルギ蓄積デバイスに蓄積されたエネルギを発電機に伝える蓄積エネルギ解放手段と、
前記負荷伝達手段および前記蓄積エネルギ解放手段に接続されるととともに、前記制御システムに接続される制御手段と、
電気モータおよび発電機として機能し、前記電力制御部（１０）により制御される電気装置（９）と、
前記回転シャフト（４）および固定制御手段（７）に接続された制動保持部（５）であって、前記コイルばね（１）が回転しない制止状態と、前記回転シャフト（４）が前記電気装置（９）により駆動されて第１の負荷方向に回転するとき、前記コイルばね（１）に張力を与えて機械的エネルギを蓄積し、前記回転シャフト（４）が第２の負荷方向に回転するとき、前記コイルばね（１）に蓄積された機械的エネルギを解放する解放状態とに交互に維持する制動保持部（５）とを備え、
前記蓄積エネルギ解放手段は、回転運動伝達システム（８）およびトルク・速度調節システム（６）を有し、
前記回転運動伝達システム（８）は、前記電気装置（９）と前記トルク・速度調節システム（６）との間に連結され、
前記トルク・速度調節システム（６）は、前記回転運動伝達システム（８）と前記エネルギ蓄積デバイスの回転シャフト（４）との間に連結され、
前記電気装置（９）は、電力が供給されるとき、電気モータとして機能して、前記コイルばね（１）に張力を与え、前記コイルばね（１）が機械的エネルギを解放するとき、発電機として機能し、
前記電力制御部（１０）により制御される電気装置（９）に接続することにより、エネルギを吸収または伝達し、前記コイルばね（１）に蓄積された機械的エネルギを電気エネルギに変換し、電気エネルギを前記コイルばね（１）に蓄積された機械的エネルギに変換して、電気モータを始動させ、または前記電気システムまたはネットワークを調整することを特徴とする蓄積システム。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄積システムであって、
前記エネルギ蓄積デバイスは、前記回転シャフト（４）に接続された少なくとも１つのコイルばねを有することを特徴とする蓄積システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の蓄積システムであって、
前期制動保持部（５）は、前記回転シャフト（４）内に配設されたラチェット機構を有することを特徴とする蓄積システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載の蓄積システムであって、
前期制動保持部（５）は、前記回転シャフト（４）内に配設され、制動制御手段により制御された制動デバイスを有することを特徴とする蓄積システム。
【請求項５】
請求項４に記載の蓄積システムであって、
前記制動デバイスは、ディスクブレーキであることを特徴とする蓄積システム。
【請求項６】
請求項４に記載の蓄積システムであって、
前記制動デバイスは、電磁気的ブレーキであることを特徴とする蓄積システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載の蓄積システムであって、
前記エネルギ蓄積デバイスは、前記回転シャフト（４）内に直列的に配設された複数の前記コイルばね（１）を有することを特徴とする蓄積システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１に記載の蓄積システムであって、
前記エネルギ蓄積デバイスは、前記回転シャフト（４）内に直列的に配設された複数の前記コイルばね（１）を有し、
前記回転シャフト（４）は、少なくとも１つの補助回転シャフトに接続され、複数の追加的なコイルばね（１）が前期補助回転シャフトに直列的に配設されたことを特徴とする蓄積システム。
【請求項９】
請求項６または７に記載の蓄積システムであって、
前記エネルギ蓄積デバイスの前記コイルばね（１）は、前記回転シャフト（４）内に配置された２つの固定治具（１２，１２’，１３）の間にそれぞれ配置され、
前記固定治具（１２，１２’，１３）は、第１端部固定部（１３）と、第２端部固定部（１３）と、前記回転シャフト（４）の周りに回転可能な少なくとも１つの中間固定部（２５’）を有し、
前記端部固定部（１２，１３）の一方は、前記回転シャフト（４）と一体に成形され、これとともに回転し、前記端部固定部（１２，１３）の他方は、静止して前記回転シャフト（４）とともに回転せず、
各コイルばね（１）は、一方で前記固定治具（１２，１２’，１３）の中央部分に固定され、他方で隣接する前記固定治具（１２，１２’，１３）の周辺部に固定されることを特徴とする蓄積システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の蓄積システムであって、
各コイルばね（１）は、隣接する前記各固定治具（１２，１２’，１３）の前面と後面の間に配置され、前記固定治具（１２，１２’）の環状本体部（１２ａ，１２ａ’）により周辺部が包囲され、
環状本体部（１２ａ，１２ａ’）は、開口した側面と、前壁（１２ｃ，１２ｃ’）により閉口した側面と、環状内側表面（１２ｂ，１２ｂ’）とを有し、これらは内部キャビティを形成し、
端部固定治具（１２，１３）および中間固定治具（１２’）のうちの少なくとも１つは、環状本体部（２５ａ，２５ａ’）より径が小さく、前記前面から突出する中央円筒状突起部（１２ｄ，１２ｄ’，１３ｂ）を有し、
前記中央円筒状突起部は、前記回転シャフト（４）が貫通する軸方向通路（１２ｅ，１２ｅ’，１３ｃ）を有し、
前記コイルばね（１）の第１の端部は、固定治具（２５，２５’，２６）の円筒状突起部（２５ｄ，２５ｄ’，２６ｂ）に固定され、前記コイルばね（１）の第２の端部は、隣接する前記固定治具（２５，２５’）の環状本体部（２５ａ，２５ａ’）に固定され、
前記固定治具（２５，２５’，２６）は、互いに対して固定され、
前記回転シャフト（１）が前記第１の負荷方向に回転すると、前記固定治具（２５，２５’，２６）の間に配置された前記コイルばね（１）に張力を与え、前記第２の負荷方向に回転すると、前記固定治具（２５，２５’，２６）の間に配置された前記コイルばね（１）の張力を解放することを特徴とする蓄積システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の蓄積システムであって、
静止端部の固定治具（２６）はディスク状本体部（２６ａ）を有し、その前面から前記円筒状突起部（２６ｂ）が突出することを特徴とする蓄積システム。
【請求項１２】
請求項８〜１０のいずれか１に記載の蓄積システムであって、
少なくとも１つの前記コイルばね（１）は、互いに対して位置をずらして配置した第１のコイル本体部（１Ａ）および第２のコイル本体部（１Ｂ）を有し、
前記各コイル本体部（１Ａ，１Ｂ）は、一方で前記固定治具（２５，２５’，２６）の前記中央部分の第１の部分に固定され、他方で前記固定治具（２５，２５’，２６）の前記周辺部の第２の部分に固定され、
前記各コイル本体部（１Ａ，１Ｂ）のコイルばねは、交互に同心円状に配置されることを特徴とする蓄積システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の蓄積システムであって、
前記各コイル本体部（１Ａ，１Ｂ）は、１８０度および４５度の間の位置ずれを有することを特徴とする蓄積システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気システムにおける装置を駆動し、余剰エネルギを利用し、より短時間で（高出力で）伝達する上で有用なエネルギ蓄積・利用システムの技術分野に関連し、たとえば電気システムの始動あるいは調整の際に用いられるものであって、短い時間内で大容量のエネルギを提供できること特徴とするものである。また、このシステムは、短期間において大容量のエネルギを吸収することができる。
【背景技術】
【０００２】
電力システムにおいて、蓄積されたエネルギを用いて、始動プロセスを最適化し、始動プロセスの電力消費量を抑制する上で、エネルギを蓄積することはきわめて重要なことである。
【０００３】
すなわち、蓄積電力を用いて始動プロセスを最適化することにより、実質的に経済的な節約および環境上の保全をもたらすことができる。
【０００４】
高密度で高エネルギを有するエネルギを蓄積し、高出力を得ることは、現在取り組まれている主要な研究分野の１つである。重量および容量をできるだけ小さくするとともに、それぞれの用途において蓄電および放電するごとに最大限の電力を蓄積できる手法が模索されている
【０００５】
既存の最も一般的なエネルギ蓄積システムは以下の通りである。
【０００６】
・フロー電池（充電可能な燃料電池）。すなわち可逆反応式の燃料電池内のメンブレンを電解質が通過することにより生じる電気化学的反応により、燃料電池が電荷を蓄電および放電するものである。
【０００７】
・再充電可能な電池。液体硫黄と、固体セラミック電解質により分離されたナトリウムとを含む高温ＮａＳ電池や、金属酸化物と、リチウム塩を含む電解質により分離された炭素材とを含むリチウムイオン（Ｌｉイオン）電池などである。
【０００８】
・超コンデンサ（電気二重層コンデンサ）。電解液で分離された逆極性を有する２つの電極板からなり、各電極板上に帯電した逆極性の電荷を蓄電し、放電の際に電流を流すものである。
【０００９】
・水素貯蔵システム。水を水素（および酸素）に電気分解して、水素を加圧状態で蓄積し、必要時において、この水素を用いて燃料電池やモータでエネルギを形成するものである。
【００１０】
・弾性エネルギ蓄積システム。欧州特許出願公開第2097655号（弾性エネルギ蓄積制御装置）に記載されているように、コイルばねを用い、風力発電機、自動車、非停止型発電システムとともに用いられるものである。
【００１１】
ほとんどの電気システムにおいて、プロセス始動時には消費電力が高いという問題がある。
【００１２】
たとえば電気装置を始動するとき、通常大きな電力が消費され、さらに待機状態にあるモータの慣性力を超える高いトルクを発生させる必要があり、その間、公称動作電流を何度も消費することとなり、モータをオーバーヒートさせることとなる。スターデルタ始動器などの低電圧の始動システム、自動変換始動器、一次抵抗始動器、またはソフトスタータなどが存在する。これらのシステムは上記問題に対処するものであるが、最善のものとはいえず、導入したことにより、出力電力が低く、消費電力が大きく、電気モータが劣化し、制御が困難となり、コストが嵩むこととなる。
【００１３】
別の具体例は、大規模電力施設用の緊急用発電システムであるが、電源が供給されない期間をなくするように、電力が遮断された時点から補助電源が始動するまでの時間間隔が短い。電力遮断は病院や飛行場等で特に大きな問題となり得る。電気モータを始動する際の不要なエネルギを消費することなく、小さい電力を短時間供給できるシステムにより、この問題を解消することができる。
【００１４】
たとえば自動車においても同様の問題が生じる。つまり全体質量の必要な加速度に依存して、始動時により大きいエネルギが必要となる。さらに電気自動車である場合には、必要な加速度を得るのに加え、より大きな電力がモータを始動するために必要となる。
【００１５】
これらの問題を解決するための手法によれば、接続されるシステム内に電流エネルギ制御システムが配設されない場合にエネルギを供給し、余剰エネルギがある場合にはエネルギを吸収する電流エネルギ制御システムを改善することができ、すなわち産業的に実質的な（高出力の）電力量を短時間で供給し、吸収することができる上述のような簡便で安価な制御システムにおいて、迅速で有用な用途において電流制御することができる。
【００１６】
（たとえばポリマ系材料や、炭素、グラスファイバ強化材等からなるが、より数多くの具体例を以下に挙げるが）高い弾性エネルギを吸収し、高い容量を提供するコイルばねを用いることにより、相当数の用途における回転運動において、より大きな機械的トルクを伝達することができる。これにより、始動時に必要な条件に見合うエネルギを提供することができる。
【００１７】
上記エネルギ蓄積システムは、コストが嵩み、エネルギ効率が低く、作業安全性が低く、そして/またはサービス寿命が短いといった問題を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第2097655号明細書
【発明の概要】
【００１９】
本発明の目的は、電気システムの始動および調整に有用なエネルギを蓄積するための蓄積システムを用いて、上記先行技術に係る問題を解消することにある。この蓄積システムは、
ケーシング内に収容され、回転シャフトに固定された少なくとも１つのコイルばねを有するエネルギ蓄積デバイスであって、コイルばねは、回転シャフトが第１の負荷方向に回転するとき、コイルばねに負荷を加えて機械的エネルギを蓄積し、回転シャフトが第１の負荷方向とは反対方向の第２の負荷方向に回転するとき、コイルばね負荷を解いて機械的エネルギを解放するエネルギ蓄積デバイスと、
電気モータにより生成された機械的エネルギをエネルギ蓄積デバイスに伝える負荷伝達手段と、
エネルギ蓄積デバイスに蓄積されたエネルギを発電機に伝える蓄積エネルギ解放手段と、
前記負荷伝達手段および前記蓄積エネルギ解放手段に接続されるととともに、前記制御システムに接続される制御手段と、
電気モータおよび発電機として機能し、前記電力制御部により制御される電気装置と、
前記回転シャフトおよび固定制御手段に接続された制動保持部であって、前記コイルばねが回転しない制止状態と、前記回転シャフトが前記電気装置により駆動されて第１の負荷方向に回転するとき、前記コイルばねに張力を与えて機械的エネルギを蓄積し、前記回転シャフトが第２の負荷方向に回転するとき、前記コイルばねに蓄積された機械的エネルギを解放する解放状態とに交互に維持する制動保持部とを備え、
前記蓄積エネルギ解放手段は、回転運動伝達システムおよびトルク・速度調節システムを有し、
前記回転運動伝達システムは、前記電気装置と前記トルク・速度調節システムとの間に連結され、
前記トルク・速度調節システムは、前記回転運動伝達システムと前記エネルギ蓄積デバイスの回転シャフトとの間に連結され、
前記電気装置は、電力が供給されるとき、電気モータとして機能して、前記コイルばねに張力を与え、前記コイルばねが機械的エネルギを解放するとき、発電機として機能し、
前記電力制御部により制御される電気装置に接続することにより、エネルギを吸収または伝達し、前記コイルばねに蓄積された機械的エネルギを電気エネルギに変換し、電気エネルギを前記コイルばねに蓄積された機械的エネルギに変換して、電気モータを始動させ、または前記電気システムまたはネットワークを調整することを特徴とするものである。
【００２０】
上述の特徴を鑑みると、本発明は、少なくとも１つのコイルばねを用いて機械的エネルギの蓄積デバイスを提供するものであり、少なくとも１つのコイルばねは、１つのばねであってもよいし、直列または並列に連結された複数のコイルばねで構成されるものであってもよいし、先に蓄積された機械的エネルギ解放することにより始動を可能にするようにモータに連結してもよい。このシステムのコイルばねは、圧縮されてエネルギを吸収し、再度負荷を加えて機械的エネルギを蓄積し、その後、コイルばねの拡張によりモータを始動するためにこのエネルギを用いる。コイルばねは、欧州特許出願公開第2097655号に記載されたようなものであってもよいが、同様に、異なるばねを用いてもよい。こうしたばねは、トルク可変式コイルばね、ケーシングまたは操作装置内に収容される前の形状が任意の螺旋形状（アルキメデス螺旋、対数螺旋など）を有していてもよい。また、こうしたばねの弾性を有する部分は、異なる形態を有することが可能であり、矩形、円形、楕円形などのさまざまな形状を有する中空または中実の一体（モノリシック）の部分であってもよい。介在部分は、たとえばフォームやハニカム等の外面上の表皮および中央部分のコア部分からなる。介在部分は、他のものとは幅が異なる表皮を含むか、幅が異なるシートで皮膜される。いずれの場合においても、ばねの長さ方向に沿って弾性特性（形状、幅、厚み、補強材、材料）を変更することができる。さらにエネルギ密度を増大させるために、（エンジニアリング・セラミックスやエラストマなどの）許容張力の高い、すなわち高いヤング率を有する材料を用いることができる。たとえば中空モノリシック領域における介在部品または中空部品におけるコアなど、機械的ストレスの少ないスペースを用いることにより、たとえば電池などの非弾性システムを構成することができる。同様に、ピエゾ抵抗材料または電気活性材料（たとえばポリマ）、リサイクル材料、有機材料、またはこれらの化合物を、より大きく変形するばねの部分の領域に配置すると、エネルギ密度を改善することができる。
【００２１】
本発明の１つの実施形態において、コイルばねが中央シャフトに取り付けられ、外側ケーシングに固定され、ねじれモーメントを加えることにより、中央シャフトにより駆動されて、後に再利用できるような機械的な態様でエネルギが蓄積される。
【００２２】
エネルギが蓄積されると、そのエネルギはモータを始動させるために利用することができる。より機能性を向上させるために、所定の回数、温態始動および冷態始動できるのに十分な機械的エネルギを蓄積できるように設計することが好ましい。本願において上述したように、コイルばねは、半径方向および長手方向の寸法を低減する目的で、直列的または並列的に連結された一連のばねを用いて構成してもよい。別の実施形態では、蓄積システムにエネルギを蓄積し、解放するために、ばねを個別のシャフトに配設される。中央シャフトはシステム負荷シャフトであり、負荷を解放する際、その逆の場合、外側ケーシングは低減ギアの２次的シャフトに固定される。
【００２３】
複数のばねが直列に連結されたとき、それぞれのばねが回転すると、隣接するばねが回転するように、複数のばねの間に固定部品を導入する必要があり、各コイルばねは一方の端部において固定部品に固定され、対向する他法の端部において隣接するばねの固定部品に固定される。同様に、複数の螺旋ばねは、利用可能なスペースを最適化するために、各固定部品において所定の角度だけずれて配置されている。一方の端部において固定された固定部品、および他方の端部において固定された固定部品は、コイルばねの駆動シャフトと一体に成形されるか、あるいはそれ自体が駆動トルク伝達シャフトとして機能することができる。接着剤、形状が適合する機械的な連結、または接合機構を用いて、さまざまなディスクを固定することができる。
【００２４】
とりわけ、複数のばねを直列的に配置すると、エネルギ蓄積デバイスの各コイルばねは、回転シャフトに配設された２つの固定部品の間にそれぞれ配置され、固定部品は、第１端部固定部品および第２の端部固定部品と、回転シャフトの周りに回転可能な少なくとも１つの中間固定部を有する。端部固定部の一方は、回転シャフトと一体に成形され、これとともに回転し、端部固定部の他方は、静止して前記回転シャフトとともに回転せず、各コイルばねは、一方で固定治具の中央部分に固定され、他方で隣接する固定治具の周辺部に固定される。
【００２５】
複数のコイルばねを直列的に配置する実施形態において、各コイルばねは、隣接する各固定治具の前面と後面の間に配置され、固定治具の環状本体部により周辺部が包囲され、環状本体部は、開口した側面と、壁により閉口した側面と、環状内側表面とを有し、これらは内部キャビティを形成し、対応するコイルばねが収容される。端部固定治具および中間固定治具のうちの少なくとも１つは、環状本体部より径が小さく、前面から突出する中央円筒状突起部を有し、これは、回転シャフトが貫通する軸方向通路を有する。各コイルばねの第１の端部は、固定治具の円筒状突起部に固定され、各コイルばねの第２の端部は、隣接する固定治具の環状本体部に固定されている。さらに固定治具が互いに対して固定され、各コイルばねが２つの固定治具に接続されたとき、回転シャフトが第１の負荷方向に回転すると、固定治具の間に配置されたコイルばねに張力を与え、第２の負荷方向に回転すると、固定治具の間に配置されたコイルばねの張力を解放する。
さらに、静止端部の固定治具はディスク状本体部を有し、その前面から円筒状突起部が突出していてもよい。
【００２６】
少なくとも１つのコイルばねは、互いに対して位置をずらして配置した第１のコイル本体部および第２のコイル本体部を有し、各コイル本体部は、一方で固定治具の中央部分の第１の部分に固定され、他方で固定治具の周辺部の第２の部分に固定され、各コイル本体部のコイルばねは、交互に同心円状に配置されるようにしてもよい。コイル本体部の位置ずれは、たとえば１８０度であってもよい。
【００２７】
ロック手段を用いて、ばねを制止状態に維持できる制動保持部が回転シャフトに固定されるように取り付けられる。制動デバイスを用いて、ロックすることができ、制動デバイスは、たとえばブレーキディスク、シュー、電磁気的ブレーキ、ロックブレーキ、または別の同様のデバイス、および／またはラチェットあるいは他の機械的ロックまたは保持方法を用いるデバイスなどであってもよい。機械的ロック・保持部品は、電気的、空気圧式、油圧式であってもよいが、好適には電磁気的なロック・アクチュエータを用いて駆動することができる。制動保持部がラチェット保持機構であるとき、追加的に制動デバイスを設けて、必要なエネルギが蓄積された後には、シャフトを制動するように構成してもよい。制動デバイスは、ブレーキディスク、シュー、電磁気的ブレーキ、ロックブレーキ、または別の同様のデバイスであってもよい。制動デバイスは、電気的、空気圧式、または油圧式であってもよいが、好適には電磁気的な制動アクチュエータを用いて駆動することができる。
【００２８】
本発明は、先行技術によるシステムの問題点を、簡便で有用なシステムを用いて克服することが、本発明の上述の記載から認識される。
【００２９】
このシステムを用いて、モータおよび発電機として機能することができる電気装置からエネルギを吸収し、この電気装置に伝えることができ、この電気装置は、適当な電力制御部品により制御されて、ばねに蓄積された機械的エネルギを電気エネルギに変換し、電気エネルギを機械的エネルギに変換することができる。したがって電気モータを始動し、電気システムあるいは別のタイプのネットワークを調整するために、大容量の電力を利用することができる。
【００３０】
本願において、運動伝達シャフトは、モータおよび発電機の両方として機能することができる電気装置に接続される。使用される蓄積システムおよび電気装置が要求する操作状態に適応するように、このシステムと装置との間には、トルク・回転速度変更部品を導入する必要が生じる場合がある。
【００３１】
ばねに蓄積されたエネルギが解放されると、上記の導入された電気装置が作動し始め、電力が発生し、この電力を用いて電気システムが始動または調整され、始動プロセスの高い消費電力を、先に蓄積されたエネルギ、およびそれまで消費されなかったエネルギで充当することができる。
【００３２】
同様に、電気装置に電力が供給されて、モータとして機能するとき、ばねに蓄積されたエネルギにより回転運動を生じさせるものとなる。
【００３３】
モータ／発電機のさまざまな動作は、電力電子部品を用いて、システムの制御変数に関する異なる状態に応じて制御することができる。
【００３４】
本願の記載を最後のまとめとして、ある用途においては、きわめて迅速にエネルギを蓄積し、解放する場合、振動、とりわけねじれ振動を減衰し、または吸収するための減衰システムまたは吸収システムと、制御システムがきわめて迅速なエネルギ変換に対応できない場合には、きわめて迅速にエネルギを蓄積し、解放することにより生じる問題を防止するための機械式、油圧式、電気式などのトルク制限システムとが必要であるということを言及しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るシステムのアセンブリを構成する部品の概略図である。
【図２】２つの入力部を有するコイルばねの２段直列式の固定治具を示す。
【図３】別のコイルばねの結合体の２段直列式の固定治具を示す。
【図４】図２に示すコイルばねの一方のコイルばねの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の態様および実施形態について以下詳細に説明する。図１は、電気システムの始動および制御のために用いられるシステムの実施形態を示すものである。上記システムは、直列的に接続（直結）された複数のコイルばね１からなり、一連のコイルばね１は固定ディスク２に取り付けられ、ケーシング３により保護されている。一連のコイルばね１のシャフト４は、制動保持部５と、低減機構６の形態を有する速度トルク調整部とに固定されている。制動保持部材５は、電磁アクチュエータ７により制御されるラチェット保持機構を有する。低減機構６のシャフト８はモータ／発電機９に接続され、モータ／発電機は電力制御部１０に呼応する電子部品に接続され、その出力端は電気回路網１１に接続され、本発明に係るシステムを介して形成された電力を用いて、電気システムを始動する。
【００３７】
ばね１が十分に強く付勢されており（ばね１に十分に強い負荷が加えられており）、電力が形成されるとき、電磁アクチュエータ７は制動保持部５に作用し、一連のばね１のシャフト４を駆動させる。低減機構６は、電力制御電子部品１０が異なる制御変数信号に依存して作動し、モータ／発電機９が要求する条件に動作条件を適合させて、所望の条件で電気回路網１１に供給される電力を生成する。付勢解除プロセスにおいて、一連のばね１の付勢を解除すると、電磁アクチュエータ７は、再び制動保持部５を初期状態にして、一連のコイルばね１のシャフト４の回転を停止させる。
【００３８】
一連のコイルばね１を再度付勢するために、電力制御部１０は、モータ９に電力を供給するために必要な条件を設定して、電気回路網１１に電気エネルギを給電する。電磁アクチュエータ７は、制動保持部５を解放して、モータ９を回転させ、かつ低減機構６を作動させることにより、シャフト４を回転させて、一連のコイルばね１を再度付勢する。付勢解除プロセスを停止させる場合には、電力制御部１０はモータ９への電力供給を停止し、電磁アクチュエータ７は保持機構５を初期位置に戻す。
【００３９】
図２は、複数のコイルばね１の一連の固定治具を示す。この図面は、２つのコイルばね１に対応するものであり、上述と同様、より数多くのコイルばね１を採用することができる。
【００４０】
図面から明らかなように、ばね１は固定治具１２，１２’の間および１２’，１３の間に配置され、固定治具は回転シャフト上に配設され（図２では図示せず）。回転シャフト４に一体成形され、これとともに回転する回転型の第１端部固定治具１２と、回転シャフト４とともに回転しない静止型の第２端部固定治具１３とが設けられ、エネルギ蓄積装置のケーシングに固定することができ、中間にある固定治具１２’は回転シャフト４の周りに回転可能とすることができる。
【００４１】
特に、各コイルばね１が、各固定治具１２，１２’，１３の前面および後面に隣接して配置され、固定治具１２，１２’の一方の環状本体部１２ａ，１２ａ’によりその周囲が包囲されている。環状本体部１２ａ，１２ａ’は、開口した側面と、前壁１２ｃ，１２ｃ’により閉口した側面と、環状内側表面１２ｂ，１２ｂ’とを有し、これらは、それぞれのコイルばね１を収容する内部キャビティを形成する。
【００４２】
各固定治具１２，１２’，１３は、環状本体部１２ａ，１２ａ’より小さい径を有する中央円筒状突起部１２ｄ，１２ｄ’，１３ｂを有し、中央円筒状突起部は、前壁から突出し、回転シャフト４が貫通する軸方向通路１２ｅ，１２ｅ’，１３ｃを有する。静止型の第２端部固定治具１３は、ディスク状の本体部は、上記円筒状突起部１３ｂが突出する前面側にディスク状本体部１３ａを有する。
【００４３】
各コイルばね１は、互いに対して１８０度の角度で位置をずらした（オフセットした）２つのコイル本体部１Ａ，１Ｂからなり、図４においてより詳細に図示されている。各コイル本体部１Ａ，１Ｂの第１端部は、固定治具の１２，１２’，１３の対応する円筒状突起部１２ｄ’１３ｂの一部に固定され、各コイル本体部１Ａ，１Ｂの第２端部は、隣接する各固定治具の１２，１２’の環状内側表面１２ｂ，１２ｂ’に固定される。
【００４４】
各コイルばね１は、固定治具１２，１２’，１３のうちの２つに接続され、第２の固定治具１３が静止しているため、回転シャフト４と一体成形された第１の固定治具１２が所定の方向に回転すると、固定治具１２，１２’，１３の間に配置されたコイルばね１に張力が徐々に蓄積され、固定治具１２が反対方向に回転すると、コイルばね１に蓄積された張力が徐々に解放される。
【００４５】
図３は、別の態様に係るコイルばね１の一連の構成を示し、２つの連続するばね１を互い違いに時計回り方向および反時計回り方向に巻回し、交互に環状本体部を環状本体部に、円筒状突起部を円筒状本体部に固定する。
【００４６】
第１のコイルばね１のシャフトに回転Ａを加えることにより、環状本体部は方向Ｂに回転する。環状本体部がコイルばね１に対して反対方向に巻回されて固定された場合には、環状本体部がＣ方向の回転を受けると、コイルばね１が付勢され、Ｄ方向の回転力が生じる。
【００４７】
第１のコイルばね１のシャフトを、これと同じ方向、すなわち第２のコイルばね１とは反対の方向に第３のコイルばね１に巻回して固定することにより、第３のコイルばね１荷負荷を蓄積することができる。負荷を解除する操作は、同様の操作で、反対の方向に行われる。
【符号の説明】
【００４８】
１…コイルばね、１Ａ…第１のコイル本体部、１Ｂ…第２のコイル本体部、２…コイルばねの固定ディスク、３…ケーシング、４…コイルばねの回転シャフト、５…制動保持部材、６…低減機構、７…電磁気アクチュエータ、８…低減機構の入力／出力シャフト、９…モータ／発電機、１０…電力制御電子部品、１１…電気回路網、１２…第１端部固定治具、１２ａ…環状本体部、１２ｂ…内側表面、１２ｃ…前壁、１２ｄ…円筒状突起部、１２ｅ…内部通路、１２’…中間固定治具、１２ａ’…環状本体部、１２ｂ’…内側表面、１２ｃ’…前壁、１２ｄ’…環状突起部、１２ｅ’…内側通路、１３…第２端部固定治具、１３ａ…ディスク状本体部、１３ｂ…円筒状突起部、１３ｃ…内側表面。
【図１】
2013507586.tif 000003
【図２】
2013507586.tif 000004
【図３】
2013507586.tif 000005
【図４】
2013507586.tif 000006
【国際調査報告】
2013507586.tif 000007
2013507586.tif 000008
2013507586.tif 000009
2013507586.tif 000010