(57)【要約】【課題】ブレーキ時の制動エネルギを回収して車両の加速又は発進のアシストに使用する回生装置において、回収したエネルギのロスを無くすと共に、コンパクト化と蓄力量の増大も図る。【解決手段】ブレーキディスク２が固定された車軸１に回生用軸３を設け、回生用軸３に、回生用ディスク４と第１ギア５と第２ギア１１とを同心に配置している。第１ギア５には第３ギア１６が噛合しており、第３ギア１６と第２ギア１１にはラック１７が上から噛合している。ラック１７の前進によって引っ張りばね１８が伸びる。ブレーキ踏み込み時には、回生用ディスク４と第１ギア５と第３ギア１６を介してラック１７が前進する。ブレーキを解除すると、ラック１７がばね１８によって後退し、第２ギア１１の回転を通じて回生用軸３の正転がアシストされる。第２ギア１１は、一方向クラッチ１３とにより、車軸１と絶縁した状態と一緒に回転する状態とに切り換えられる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレーキ踏み込みによる車両の減速時に車軸の回転方向と同じ方向に回転する第１回転体と、前記第１回転体の回転によってエネルギが蓄えられる蓄力手段と、前記蓄力手段のエネルギの解放にて回転して前記車軸の回転をアシストする第２回転体と、前記車軸の回転は第２回転体に伝えずに第２回転体の回転は車軸に伝えるクラッチ手段とを有しており、
ブレーキの解除により前記蓄力手段のエネルギが解放されて前記第２回転体の回転で前記車軸の回転がアシストされる構成であって、
前記車軸と第１回転体と第２回転体との各回転軸心が同心を含む平行に配置されている、
車両用回生装置。
【請求項２】
前記車軸と第１回転体と第２回転体とは同心に配置されており、前記車軸にはブレーキディスクが固定されている一方、前記第１回転体には、前記車軸の軸線上を移動することで前記ブレーキディスクに密着・離反する回生ディスクに設けており、車体に設けたキャリパーで前記ブレーキディスクと回生ディスクとを互いに密着するように挟むことで、ブレーキが効くと共に車軸の回転が第１回転体に伝達される、
請求項１に記載した車両用回生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両（自動車）の減速時のエネルギ（制動力）を回収して発進又は加速時のアシストに使用する回生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の回生装置としては、減速時に発電機（一般に、モータ兼用の発電機）を回転させてエネルギを電気として蓄えるものが特にハイブリッド車を中心にして普及しているが、これはコストが嵩むという問題がある。
【０００３】
他方、機械的な蓄力システムが考えられており、その例が特許文献１に開示されている。この特許文献１のものは、車輪の回転軸と直交した回転軸を有する空転ホイル及びぜんまいホイルを有しており、両ホイルは軸線を平行にした状態で外周同士を当接させており、ブレーキを掛けると空転ホイルが車輪のリムの側面に当接してその回転がぜんまいホイルに伝達され、これによってぜんまいばねに蓄力される一方、ブレーキを解除すると、空転ホイルは車輪から離れてぜんまいホイルが車輪に当接することで、ぜんまいばねに蓄えられたエネルギでぜんまいホイルを回転させるもので、ぜんまいホイルの回転で車輪の回転がアシストされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２２２１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、空転ホイルとぜんまいホイルとをシーソー状の部材に連結することで、片方のホイルを車輪のリムに当接させているが、空転ホイルがリムに当接した状態からぜんまいホイルがリムに当接した状態に移行するとき、両方のホイルがリムに当接していない空白状態が存在するため、ぜんまいホイルがリムに当接する前に空回りしてしまって、エネルギが無駄に放出されてしまう問題がある。
【０００６】
また、特許文献１のホイルはその回転軸心が車軸の回転軸心に対して直交しているため、例えば自動車に適用するとスペースの制約から外径を小さくせざるを得ず、すると、蓄力量も限られてしまうという問題もある。
【０００７】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の回生装置は、請求項１に記載したように、ブレーキ踏み込みによる車両の減速時に車軸の回転方向と同じ方向に回転する第１回転体と、前記第１回転体の回転によってエネルギが蓄えられる蓄力手段と、前記蓄力手段のエネルギの解放にて回転して前記車軸の回転をアシストする第２回転体と、前記車軸の回転は第２回転体に伝えずに第２回転体の回転は車軸に伝えるクラッチ手段とを有している。
【０００９】
そして、ブレーキの解除により前記蓄力手段のエネルギが解放されて前記第２回転体の回転で前記車軸の回転がアシストされる構成であって、前記車軸と第１回転体と第２回転体との各回転軸心が同心を含む平行に配置されている。
【００１０】
本願発明は様々に展開できる。その例として請求項２では、前記車軸と第１回転体と第２回転体とは同心に配置されており、前記車軸にはブレーキディスクが固定されている一方、前記第１回転体には、前記車軸の軸線上を移動することで前記ブレーキディスクに密着・離反する回生ディスクに設けており、車体に設けたキャリパーで前記ブレーキディスクと回生ディスクとを互いに密着するように挟むことで、ブレーキが効くと共に車軸の回転が第１回転体に伝達される。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明では、第２回転体の回転動力はクラッチ手段を介して車軸に動力伝達されるため、第２回転体が無駄に空回りすることはなくて、蓄力手段に蓄えられたエネルギの全部を車軸の回転アシストに使用できる。このため、エネルギのロスを無くして回生効率を向上できる。
【００１２】
また、第１及び第２の回転体は車軸の軸線と平行に配置しているため、大きな外径であっても狭いスペースにコンパクトに纏めることができる。このため、コンパクトでありながら大きなエネルギを回収して車軸のアシスト能力を向上できる。
【００１３】
請求項２の構成を採用すると、ブレーキングと同時に回生用ディスクを回転させることができるため、エネルギの蓄えと解放との応答性に優れている利点がある。また、回生用ディスクの回転はキャリパーによる挟み込みの力に比例するため、ブレーキ解放後の反力（アシスト力）がブレーキペダルの踏み込みに比例して大きくなっており、この面からも、車両の前進のアシストの応答性に優れている。
【００１４】
更に、回生用ディスクと第１及び第２の回転体はブレーキディスクと同心に配置されているため、回生用ディスクや回転体はその外径を大きくしつつ互いの間隔を詰めることができる。その結果、コンパクト化でありながら大きなエネルギを回収できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態を示す図で、非ブレーキ走行状態の平面図である。
【図２】分離平面図である。
【図３】（Ａ）は図１のIIIA-IIIA 視図、（Ｂ）は図１のIIIB-IIIB 視図である。
【図４】ブレーキを掛けたときの平面図である。
【図５】ブレーキを解除したときの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜３に基づいて構造を説明する。本実施形態はブレーキ装置と一体化した例であり、まず、車体に設けた軸受け（図示せず）で回転自在に支持された車軸１の先端部（中途部でもよい）に、円板状のブレーキディスク２が固定されている。
【００１７】
車軸１はブレーキディスク２の外側に突出した回生用軸３を有しており、この回生用軸３には、回生用ディスク４と第１ギア５とが配置されている。具体的には、第１ギア５を回生用軸３に回転自在に嵌め込むと共に、第１ギア５には、外周にスプライン歯を設けた第１スプライン筒６がブレーキディスク２に向くように設けられている一方、回生用ディスク４には、内周にスプライン歯を形成したスプライン筒７が設けられており、第２スプライン筒７が第１スプライン筒６に外側から噛合している。第１ギア５は第１回転体の例である。
【００１８】
従って、回生用ディスク４と第１ギア５とは、一緒に回転するが回生用軸３に対しては回転自在の関係にある。第１ギア５は、スナップリング等の保持手段（図示せず）で回生用軸３にスライド不能に保持されている。従って、回生用ディスク４は回生用軸３に対して回転自在であり（逆に見ると、回生用ディスク４は回転せずに回生用軸３のみが自在に回転可能であり）、回生用ディスク４がスプライン軸６上をスライドしてブレーキディスク２に圧接されると、回生用ディスク４及び第１ギア５は回生用軸３（車軸１）と一緒に回転する。
【００１９】
なお、回生用ディスク４とブレーキディスク２とが密着した状態でも、第１ギア５が回転を停止していると、ブレーキディスク２と回生用ディスク４との間に滑り生じることで、ブレーキディスク２のみが回転する。第１ギア５の回転が停止した状態で回生用ディスク４もブレーキディスク２と一緒に回転させる場合は、第１スプライン筒６と第１ギア５との間に、所定以上のトルクが掛かると両者が相対的に回転するトルクリミッタを介在させたらよい。
【００２０】
車両本体８には、ブレーキディスク２と回生用ディスク４との一部を半径外側から囲うキャリパー９が固定されており、キャリパー９に設けた一対のブレーキパッド１０を前進させると、車輪にブレーキが掛かると共に、回生用ディスク４がブレーキディスク２に圧接されて回生用ディスク４及び第１ギア５が車軸１と同じ方向に回転する。ブレーキの踏み込みを解除すると、回生用ディスク４はブレーキディスク２から離れて、回生用ディスク４及び第１ギア５の回転は停止する。従って、回生用ディスク４とキャリパー９は、ブレーキディスク２と第１ギア５とを連動させる連動手段を構成している。
【００２１】
回生用軸３のうち第１ギア５の外側の部位には、第２回転体の一例としての第２ギア１１が、第３スプライン筒１２及び一方向クラッチ１３を介して回転自在に嵌まっている。一方向クラッチ１３は内輪１３ａと外輪１３ｂとから成っており、内輪１３ａは第３スプライン筒１２に固定されて、外輪１３ｂは第２ギア１１に固定されている。
【００２２】
また、内輪１３ａと外輪１３ｂとは、片方に設けたラチェット部材により、内輪１３ａが回生用軸３の逆転方向（車両の前進時の回転方向と逆方向）に回転すると外輪１３ｂも一緒に回転させて、内輪１３ａが回生用軸３の正転方向と回転すると、外輪１３ｂは回転せずに内輪１３ａが空回りする関係になっている。すなわち、車両の前進時の車軸１の回転は外輪１３ｂには伝わらず、外輪１３ｂが正転するとその回転が内輪１３ｂ及び車軸１に伝わるようになっている。本実施形態では、一方向クラッチ１３が請求項に記載したクラッチ手段を構成している。
【００２３】
第３スプライン筒１２の外周にはスプライン歯が形成されている一方、一方向クラッチ１３を構成する内輪１３ａの内周にもスプライン歯が形成されており、両者は互いに噛み合っている。従って、一方向クラッチ１３の内輪１３ａと第３スプライン筒１２とは一体に回転する。
【００２４】
第２スプライン筒１２と回生用軸３とは相対回転自在な関係にあり、継断クラッチ１４により、回生用軸３の回転が第３スプライン筒１２に伝達されたり遮断されたりする。継断クラッチ１４は、第３スプライン筒１２の一端に固定された可動クラッチ板１４ａと、回生用軸３に固定された固定クラッチ板１４ｂとから成っており、固定クラッチ板１４ｂは回生用軸３に設けた溝１５に回転不能に嵌まっている。
【００２５】
そして、通常は、可動クラッチ板１４ａはばね（図示せず）によって固定クラッチ板１４ｂに圧接されており（又は噛み合っており）、従って、一方向クラッチ１３の内輪１３ａは車軸１と一緒に回転している。他方、図示しないシフターで可動クラッチ板１４ａを固定クラッチ板１３ｂから離反させると、車軸１の回転は一方向クラッチ１３の内輪１３ａに伝わらない。
【００２６】
本実施形態のように継断クラッチ１４を設けた場合は、一方向クラッチ１３及び第２ギア１１は、回生用軸３に対しては軸方向に移動不能となるように、図示しないストッパー手段で保持されている。なお、継断クラッチ１４は設けなくてもよい。
【００２７】
キャリパー９には、第１ギア５に上から噛み合う小径の第３ギア１６が回転自在に取付けられており、第３ギア１６と第２ギア１１とに、上から１つのラック１７が噛み合っている。従って、第２ギア１１と第３ギア１６との上面は同じ高さになっている。
【００２８】
ラック１７は回生用軸３と直交した方向に長く延びており、図示しないガイド部材によって水平方向にスライド自在に保持されている。本実施形態では、回生用ディスク４及び第１ギア５の回転は、第３ギア１６とラック１７とにより、第２ギア１１に車軸１とは逆方向の回転として伝達される。従って、第３ギア１６とラック１７とで反転手段が構成されている。
【００２９】
そして、ラック１７には、蓄力手段の一例としての引っ張りばね１８の一端が取付けられている。引っ張りばね１８はラック１７のスライド方向に伸縮するように配置されており、他端は車両本体８に取り付けられている。また、引っ張りばね１８は、第２ギア１１が車軸１の前進方向と逆方向に回転するとラック１７で引っ張られる状態に配置している。ラック１７の移動ストロークには限度があり、ラック１７の移動ストロークはストッパー（図示ぜず）で規制されている。
【００３０】
(2).作用
既述のとおり、車両が前進と停止のみする通常の状態では、回生用軸３と一方向クラッチ１３の内輪１３ａとは一緒に回転する。
【００３１】
そして、運転者がプレーキペダルを踏み込むと、既に述べたように、キャリパー９における片方のブレーキパッド１０がブレーキディスク２に当接して車両が減速すると共に、回生用ディスク４がブレーキディスク２に圧接されることで第１ギア５が回生用軸３と一緒に回転し、すると、第３ギア１６が逆転してラック１７が前進する。すると、引っ張りばね１８が伸びてエネルギが蓄えられる。
【００３２】
車両の前進状態での車軸１の回転方向を正転とすると、ブレーキング時にも車軸１は正転しているため、回生用ディスク４及び第１ギア５もブレーキング時には正転しており、第３ギア１６は逆転する。そして、第２ギア１１はラック１７の前進で回転するため、第２ギア１１は第３ギア１６と同じ方向に逆転している。この場合、一方向クラッチ１３の内輪１３ａは正転しているが、内輪１３ａと外輪１３ｂとの係合関係が解除されることで第２ギア１１の逆転が許容されている。
【００３３】
ラック１７が前進し切ると、第１ギア５に対する回生用軸３の回転抵抗が過大になることで、回生用ディスク４とブレーキディスク２との間に滑りが生じて、ブレーキディスク２の回転が許容される（トルクリミッタを設けると、既述のように、第１ギア５は回転せずに回生用ディスク４はブレーキディスク２と一緒に回転する。）。
【００３４】
運転者が減速を解除したり停車状態から発進したりするためにブレーキペダルから足を離すと、回生用ディスク４がブレーキディスク２から離反することで、回生用ディスク４及び第１ギア５と車軸１との連動関係が解除されて、回生用ディスク４と第１ギア５とは回生用軸３に対して空回りする状態になる。
【００３５】
すると、ラック１７の後退に対する抵抗がなくなるため、ラック１７は引っ張りばね１８の引っ張り力によって後退動し、これに伴って、第２ギア１１が正転する（回生用ディスク４及び第１ギア５は、第３ギア１６の作用により、車軸１とは縁を切られた状態で逆転する。）。
【００３６】
第２ギア１１が正転する状態では、一方向クラッチ１３の内輪１３ａと外輪１３ｂとは係合状態にあるため、第２ギア１１の正転で回生用軸３の正転がアシストされる。ラック１７が後退し切ると、第２ギア１１に対して車軸１が正転するが、この状態では、一方向クラッチ１３の内輪１３ａが外輪１３ｂに対して空回りするため、第２ギア１１には回転力は伝わらない。従って、回生用ディスク４と第１ギア５の回転も停止する。
【００３７】
以上のように、ブレーキ時のみ減速によるエネルギを蓄えて加速又は発進のアシストに利用できる。従って、エネルギを有効に回収できる。また、一方向クラッチ１３によって第２ギア１１を正転させるものであるため、蓄えたエネルギの全部を車軸１の正転のアシストに利用できて、効率にも優れている。また、回生用ディスク４や第１ギア５及び第２ギア１１は同軸に配置できるため、第２ギア１１の外径を大きくして大きな力を回収できる装置でありながら、全体をコンパクト化できるのである。
【００３８】
ブレーキを掛けて車両が停止してから後進（バック）する場合は、ラック１７及び第２ギア１１は車軸１の回転に対して抵抗として作用する。従って、この場合は、車両のシフトレバーの動きに連動するシフターによって継断クラッチ１４の可動クラッチ板１４ａを移動させることで、回生用軸３と第２ギア１１との連動関係を遮断する。すると、第２ギア１１は自在に回転するため、引っ張りばね１８の引き作用で空回りし、ラック１７は後退位置に戻る。
【００３９】
蓄力手段としてアキュームレータに圧縮空気を溜めることも可能であり、空気圧を利用してシリンダにて例えばラックを駆動してその動きを第２ギア（第２回転体）の回転に変換できる。このような蓄力手段として空気を溜める場合は、車両の後進に際しては、車両のシフトレバーの動きに連移動して、アキュームレータに設けた逃がし弁を開いて空気を大気に解放させたらよい。これにより、第２ギアが後進の抵抗になることを回避できる。
【００４０】
(3).その他
上記の実施形態ではクラッチ手段として一方向クラッチを使用したが、電磁クラッチや油圧クラッチ等の遠隔的に操作できるクラッチを採用して、センサ（リミットスイッチ）からの信号に基づいて入り・切りしてもよい。
【００４１】
また、本願発明の回生装置は必ずしもブレーキディスクと関連させる必要はないのであり、従って、キャリパーやブレーキディスクは必ずしも必要はない。車軸にクラッチを介して第１ギアを直接に設けることも可能である。
【００４２】
また、蓄力手段としては、ばねや圧縮空気には限らず、例えば慣性回転するホイールなど、各種のものを採用できる。ばねを使用する場合でも、ぜんまいばねや圧縮コイルばね、トーションばねなど、各種のばねを採用できる。空圧とばねとを組み合わせるといったことも可能である。
【００４３】
回生装置は各車輪の箇所に配置することも可能であるし、メインドライブ軸の箇所に１カ所だけ設けるといったことも可能である。回生装置の配置場所は車軸の端部でなくてもよいのであり、条件が許せば、車軸の長手方向の中途部に配置することも可能である。回転体はギアである必要はなく、摩擦式円板であってもよい。実施形態の各ギアを摩擦円板に置き換えて、ラックを摩擦式スライダーに置き換えることも可能である。
【００４４】
回転体は車軸と同軸である必要はないのであり、車軸と平行に制動用軸を配置し、この制動用軸に回転体を取り付けるといったことも可能である。反転手段はギアである必要はないのであり、ベルトを２つのプーリにたすき掛けするといったことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本願発明は、各種の自動車に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  車軸
２  ブレーキディスク
３  回生用軸
４  連動手段を構成する回生用ディスク
５  第１回転体の一例としての第１ギア
８  車両本体
９  連動手段に兼用されるキャリパー
１０  ブレーキパッド
１１  第２回転体の一例としての第２ギア
１３  クラッチ手段を構成する一方向クラッチ
１４  クラッチ手段を構成する継断クラッチ
１６  反転手段を構成する第３ギア
１７  反転手段を構成するラック
１９  蓄力手段の一例としての引っ張りばね
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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