(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１３）に用いられる機械式のエネルギアキュムレータ（１）であって、該機械式のエネルギアキュムレータ（１）が、遊星歯車伝動装置（３）を有しており、該遊星歯車伝動装置（３）のサンギヤ（５）が、サンギヤ軸（１９）を有しており且つ車両（１３）の原動機（１１）に結合されており、遊星歯車伝動装置（３）のアウタギヤ（７）が、車両（１３）のホイール駆動装置に結合されており、遊星歯車伝動装置（３）の複数のピニオンギヤ（９）が、ピニオンギヤリンク機構（１７）を介して互いに結合されている機械式のエネルギアキュムレータにおいて、
ピニオンギヤ（９）が、その勢み質量を増加させるために、該ピニオンギヤ（９）の、サンギヤ（５）とアウタギヤ（７）との間に配置された歯車範囲（２１）よりも大きな直径を有する勢み質量体範囲（２３）を備えており、
サンギヤ軸（１９）をピニオンギヤリンク機構（１７）に連結するか、又はサンギヤ軸（１９）をピニオンギヤリンク機構（１７）から切り離すように形成された連行フランジ（２５）が、サンギヤ軸（１９）に設けられており、切り離し時に、回転エネルギがエネルギアキュムレータに蓄えられるようになっていることを特徴とする、車両に用いられる機械式のエネルギアキュムレータ。
【請求項２】
サンギヤ（５）とピニオンギヤ（９）との間の変速比が、少なくとも２０：１である、請求項１記載の機械式のエネルギアキュムレータ。
【請求項３】
ピニオンギヤ（９）において、勢み質量体範囲（２３）の直径（Ｄ）が、歯車範囲（２１）の直径（ｄ）の少なくとも二倍の大きさに設定されている、請求項１または２記載の機械式のエネルギアキュムレータ。
【請求項４】
ピニオンギヤ（９）が、軸方向の両端部に勢み質量体範囲（２３）を備えている、請求項１から３までのいずれか１項記載の機械式のエネルギアキュムレータ。
【請求項５】
ピニオンギヤ（９）が、一体に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の機械式のエネルギアキュムレータ。
【請求項６】
ピニオンギヤ（９）が、金属を含んで形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械式のエネルギアキュムレータ。
【請求項７】
ピニオンギヤ（９）が、人造繊維材料を含んで形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の機械式のエネルギアキュムレータ。
【請求項８】
ピニオンギヤ（９）が、少なくとも１０００Ｊの回転エネルギを蓄えるために形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の機械式のエネルギアキュムレータ。
【請求項９】
車両（１３）において、該車両（１３）が、請求項１から８までのいずれか１項記載の機械式のエネルギアキュムレータ（１）を備えていることを特徴とする、車両。
【請求項１０】
車両（１３）が、制動動作の間、エネルギを回転エネルギの形態で機械式のエネルギアキュムレータ（１）のピニオンギヤ（９）に蓄えかつ／または加速動作の間、機械式のエネルギアキュムレータ（１）のピニオンギヤ（９）に蓄えられた回転エネルギを車両（１３）に提供して、運動エネルギに変換するために設計されている、請求項９記載の車両。
【請求項１１】
車両（１３）が、さらに、請求項１から８までのいずれか１項記載の機械式のエネルギアキュムレータ（１）と異なる第２の機械式のエネルギアキュムレータを有しており、該第２の機械式のエネルギアキュムレータが、回転エネルギを蓄えるために、ピニオンギヤ（９）を機械式のエネルギアキュムレータ（１）と逆方向に回転させるために設計されている、請求項９または１０記載の車両。
【請求項１２】
機械式のエネルギアキュムレータ（１）は、ピニオンギヤ（９）が鉛直な軸線を中心として回転するように車両（１３）に配置されている、請求項９または１０記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に用いられる機械式のエネルギアキュムレータであって、該機械式のエネルギアキュムレータが、遊星歯車伝動装置を有しており、該遊星歯車伝動装置のサンギヤが、車両のモータに結合されており、遊星歯車伝動装置のアウタギヤが、車両のホイール駆動装置に結合されており、複数のピニオンギヤが、ピニオンギヤリンク機構を介して互いに結合されている機械式のエネルギアキュムレータに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、車両に関する。
【０００３】
背景技術
電気車両およびハイブリッド車両は、発電機モードでも運転することができる電動モータを介して少なくとも部分的に駆動される。このような車両では、総エネルギ消費量を減らすために、車両の制動時の運動エネルギを回生して、すなわち、回収して、のちに使用するために蓄えることが好都合である。
【０００４】
従来では、制動動作の間に電気機械を発電機モードで運転して、運動エネルギを電気エネルギに変換し、その後、車両バッテリに蓄えるようにすることが一般的である。このような電気的なエネルギ回生およびエネルギ蓄積とは別に、すでに、フライホイール機構を備えた車両も提案されている。この車両では、制動時に放出される運動エネルギが機械的に蓄えられる。
【０００５】
しかしながら、従来の回生機構では、少なくとも多種の走行状況もしくは制動状況において満足のいくエネルギ回生およびエネルギ蓄積を達成することができないことが認められた。
【０００６】
発明の開示
したがって、車両の運動エネルギまたは車両において運転される電動モータにより提供されるエネルギも有利な形式で蓄えることができ、そして、必要な場合に再び放出することができるエネルギ回生のための機構もしくはこのような機構を具備した車両が必要となる。
【０００７】
この要求を満たすために本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータによれば、ピニオンギヤが、その勢み質量を増加させるために、該ピニオンギヤの、サンギヤとアウタギヤとの間に配置された歯車範囲よりも大きな直径を有する勢み質量体範囲を備えている。
【０００８】
本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの有利な態様によれば、サンギヤとピニオンギヤとの間の変速比が、少なくとも２０：１である。
【０００９】
本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの有利な態様によれば、ピニオンギヤにおいて、勢み質量体範囲の直径が、歯車範囲の直径の少なくとも二倍の大きさに設定されている。
【００１０】
本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの有利な態様によれば、ピニオンギヤが、軸方向の両端部に勢み質量体範囲を備えている。
【００１１】
本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの有利な態様によれば、ピニオンギヤが、一体に形成されている。
【００１２】
本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの有利な態様によれば、ピニオンギヤが、金属を含んで形成されている。
【００１３】
本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの有利な態様によれば、ピニオンギヤが、人造繊維材料を含んで形成されている。
【００１４】
本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの有利な態様によれば、ピニオンギヤが、少なくとも１０００Ｊの回転エネルギを蓄えるために形成されている。
【００１５】
さらに、前述した課題を解決するために本発明に係る車両によれば、該車両が、本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータを備えている。
【００１６】
本発明に係る車両の有利な態様によれば、車両が、制動動作の間、エネルギを回転エネルギの形態で機械式のエネルギアキュムレータのピニオンギヤに蓄えかつ／または加速動作の間、機械式のエネルギアキュムレータのピニオンギヤに蓄えられた回転エネルギを車両に提供して、運動エネルギに変換するために設計されている。
【００１７】
本発明に係る車両の有利な態様によれば、車両が、さらに、本発明に係る第２の機械式のエネルギアキュムレータを有しており、該第２の機械式のエネルギアキュムレータが、回転エネルギを蓄えるために、ピニオンギヤを第１の機械式のエネルギアキュムレータと逆方向に回転させるために設計されている。
【００１８】
本発明に係る車両の有利な態様によれば、機械式のエネルギアキュムレータは、ピニオンギヤが鉛直な軸線を中心として回転するように車両に配置されている。
【００１９】
本発明の第１の特徴によれば、車両、特に電気車両またはハイブリッド車両に用いられる機械式のエネルギアキュムレータが提案される。この機械式のエネルギアキュムレータは遊星歯車伝動装置を有している。この遊星歯車伝動装置のサンギヤは車両のモータに相対回動不能に結合されている。このモータは、電気車両またはハイブリッド車両の場合には、発電機として運転することもできる電動モータであり、これによって、モータからサンギヤに力を伝達することができるだけでなく、逆に、サンギヤからモータに力を伝達することもできる。遊星歯車伝動装置のアウタギヤは車両のホイール駆動装置に結合されており、これによって、車両ホイールが回転駆動される。遊星歯車伝動装置のピニオンギヤはピニオンギヤリンク機構を介して互いに固く結合されている。本発明によれば、ピニオンギヤが、その勢み質量を増加させるために、このピニオンギヤの、サンギヤとアウタギヤとの間に配置された歯車範囲よりも大きな直径を有する、いわゆる「勢み質量体範囲」を有している。
【００２０】
本発明の第２の特徴によれば、本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータを具備した車両、特に電気車両またはハイブリッド車両が提案される。
【００２１】
以下に、本発明の特徴もしくは本発明の態様の根底にある知見および思想を簡単に説明すると共に本発明における態様の特徴および利点を説明する。
【００２２】
電気エネルギへの変換と、これに続く車両バッテリへの蓄電とによる、車両における従来のエネルギ回生時には、最大限に回生可能な回収エネルギ量もしくは回生性能が、車両バッテリの容量によって制限されてしまうことが認められた。特により激しい車両減速時には、制動エネルギを、しばしば回生される電気の形で不十分にしかバッテリに蓄電することができない。なぜならば、電気エネルギへの運動エネルギの十分な変換と、これに続く蓄電とが、車両の電気的な構成要素、特にパワーエレクトロニクス装置およびバッテリの過負荷に繋がる恐れがあるからである。したがって、激しい制動時には、しばしば制動エネルギの一部が、ブレーキディスクでの付加的な従来の機械的な制動に基づき摩擦熱によって失われる。
【００２３】
本願において提案された機械式のエネルギアキュムレータによって、電気的なエネルギ回生および蓄電の可能性に対して付加的に、エネルギを車両において機械的にも、特に回転エネルギの形態でも蓄える可能性を提供することができる。このためには、車両が、特殊に構成された遊星歯車伝動装置の形の付加的なフライホイール駆動装置を具備している。機械的な回転エネルギが蓄えられるフライホイールは、遊星歯車伝動装置のピニオンギヤの形で提供される。フライホイールに蓄積可能な回転エネルギを最大にするためには、ピニオンギヤが、可能な限り高い慣性モーメントを有していて、遊星歯車伝動装置の運転時に可能な限り迅速に回転するように形成される。
【００２４】
勢み質量もしくは慣性モーメントを最大にするためには、ピニオンギヤに付加的な勢み質量体範囲が設けられる。この勢み質量体範囲は、各ピニオンギヤの歯車範囲に相対回動不能に結合されている。この歯車範囲は、従来の遊星歯車伝動装置同様、サンギヤとアウタギヤとの間に配置されていて、サンギヤもしくはアウタギヤによって回転させることができる。勢み質量体範囲は、各ピニオンギヤの回転軸線を中心として回転対称的に形成されていて、たとえば円板形状を有していてよい。勢み質量体範囲の直径は、ピニオンギヤの歯車範囲における直径よりも大きく寸法設定されている。こうして、勢み質量体範囲に含まれた質量の大部分が、回転軸線に対して比較的大きな間隔を有していることを達成することができる。これによって、全てのピニオンギヤの慣性モーメントが著しく高められ、ひいては、同じ回転数でより多くの運動エネルギを回転エネルギの形態でピニオンギヤに蓄えることができる。
【００２５】
遊星歯車伝動装置の運転の間にピニオンギヤの可能な限り高い回転速度を達成するためには、サンギヤとピニオンギヤとの間の変速比が、少なくとも２０：１、有利には少なくとも３０：１、特に有利には少なくとも５０：１であってよい。言い換えると、ピニオンギヤは歯車範囲の領域にサンギヤの直径に比べて小さな直径を有していて、ピニオンギヤの歯車範囲の領域に配置された歯の個数に基づき、サンギヤに設けられた歯の個数に比べて、所望の変速比が得られるようになっている。このように高い変速比に基づき、サンギヤの回転数が低い場合でも、ピニオンギヤと、このピニオンギヤに結合された勢み質量体範囲との高い回転数ひいては高い回転速度を達成することができる。
【００２６】
ピニオンギヤの高い慣性モーメントひいては高いエネルギ蓄積能を達成するためには、ピニオンギヤにおいて、勢み質量体範囲の直径が、歯車範囲の直径の少なくとも二倍の大きさ、有利には少なくとも三倍の大きさ、特に有利には少なくとも五倍の大きさに設定されていてよい。歯車範囲の直径は、ほぼ遊星歯車伝動装置の内部のサンギヤとアウタギヤとの間の間隔によって設定されていて、典型的には、電気車両の場合、０．５〜２ｃｍの範囲内にある。勢み質量体範囲が、たとえば１〜１０ｃｍの間のかなり大きな直径を有することができるようにするためには、勢み質量体範囲が、有利には本来の遊星歯車伝動装置の外側に、すなわち、サンギヤと、アウタギヤと、ピニオンギヤの歯車範囲とが配置されている平面に対して平行にずらされた平面に配置されている。
【００２７】
１つには、ピニオンギヤにおける有利な力分配を実現し、もう１つには、ピニオンギヤの歯車範囲に結合された勢み質量体を最大にするためには、ピニオンギヤが、軸方向の両端部に勢み質量体範囲を備えていてよい。この場合、両勢み質量体範囲が、有利には同一に形成されている。
【００２８】
さらに、ピニオンギヤが、一体に形成されていてよい。すなわち、歯車範囲と１つまたはそれ以上の勢み質量体範囲とが一体に形成されていてよい。このような一体の構成によって、十分に高い機械的な安定性が達成され、したがって、ピニオンギヤ、特にピニオンギヤの勢み質量体の迅速な回転時に生じる力に耐えることができる。
【００２９】
ピニオンギヤは、部分的にまたは完全に金属から形成されていてよい。こうして、大部分の金属の一般的に高い比重に基づき、大きな勢み質量と同時に高い機械的な耐荷量とを達成することができる。考えられる使用可能な金属は、たとえば１６ＭｎＣｒ５、２０ＭｎＣｒ５、１８ＣｒＭｏ４である。
【００３０】
択一的または補足的には、ピニオンギヤが、人造繊維材料を含んで形成されていてよい。特に高強度の人造繊維、たとえば炭素繊維またはケブラー繊維（登録商標）の使用時には、このような人造繊維材料によって、これを含んで形成されたピニオンギヤの極端に高い機械的な耐荷量が可能となる。この高い耐荷量に基づき、ピニオンギヤを極端に高い回転数で回転させることが可能となる。このような回転時に蓄えられる回転エネルギＥｒｏｔは、回転速度もしくは角速度ωには二乗で関連しているものの、慣性モーメントＪには一乗でしか関連していない（Ｅｒｏｔ＝１／２・Ｊ・ω２）ので、比較的軽量の人造繊維材料から成るピニオンギヤでも、高い機械的な耐荷量と、これに相俟った許容可能な高い回転速度とに基づき、大きな回転エネルギ量を蓄えることができる。さらに、遊星歯車伝動装置の構成サイズを、使用可能な小さなピニオンギヤであるものの、高強度のピニオンギヤに基づき小さく保つことができる。
【００３１】
提案された機械式のエネルギアキュムレータのピニオンギヤは、有利には、その幾何学形状および回転の間の許容可能な機械的な耐荷量に関して、通常の運転、すなわち、遊星歯車伝動装置の内部に典型的に生じる回転数において、少なくとも１０００Ｊ、有利には少なくとも２０００Ｊの回転エネルギを蓄えることができるように形成されていてよい。このような大きなエネルギ量を機械的に蓄える可能性は、特に電気車両を、たとえば勾配での停止状態からまたは、たとえば縁石に対する発進時に増速させたい場合に有利であると判った。
【００３２】
本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータを具備した車両、特に電気車両またはハイブリッド車両は、制動動作の間、エネルギを回転エネルギの形態で機械式のエネルギアキュムレータのピニオンギヤに蓄えかつ／または加速動作の間、機械式のエネルギアキュムレータのピニオンギヤに蓄えられた回転エネルギを車両に提供して、運動エネルギに変換する、すなわち、車両を加速させるために設計されていてよい。したがって、すでに上述した制動動作時のエネルギ回生のほかに、たとえば勾配での発進時または強い加速時の電動モータの補助も可能となる。このような短期間の出力増加は「パワーアシスト」とも呼ばれる。従来の電気車両では、このようなパワーアシストが部分的に制限されてしか可能とならなかった。なぜならば、電動モータの付加的な出力増加のために切り換えるべき電力が、パワーエレクトロニクス装置を激しく加熱し、このパワーエレクトロニクス装置、特にインバータの過負荷を招いてしまっていたからである。これによって、部分的には、制限された出力が勾配での発進のために十分でないことさえあった。本願で提案された、機械式のエネルギアキュムレータへの付加的なエネルギ蓄積に基づき、発進特性ならびにパワーアシストを改善することができる。
【００３３】
特殊な態様では、車両が、本発明に係る２つの機械式のエネルギアキュムレータを有しており、第１のエネルギアキュムレータが、回転エネルギを蓄えるために、ピニオンギヤを第２のエネルギアキュムレータと逆方向に回転させるために設計されている。これによって、車両の方向転換がコリオリの力に基づき困難になることを回避することができる。ピニオンギヤの逆回転方向は、たとえば電動モータ側の伝動装置とホイール駆動装置側の伝動装置とによって達成することができ、これによって、電動モータの回転方向とホイールの回転方向とが逆転されるようになっている。
【００３４】
択一的には、機械式のエネルギアキュムレータは、ピニオンギヤが鉛直な軸線を中心として回転するように車両に配置されていてよい。ここで、鉛直な軸線とは、車両が走行時に運動させられる平面に対して直交して延びる軸線を意味している。このように、鉛直な軸線を中心として回転することができる水平に配置されたピニオンギヤを備えたエネルギアキュムレータが車両内に組み込まれていると、コリオリの力が車両の方向転換に抗して作用することはなくなり、車両をその鉛直軸線の位置で安定化させることができ、こうして、たとえば車両横転を阻止することができる。遊星歯車伝動装置の組込み位置の変更は、ホイール駆動装置側の傘歯車伝動装置と、電気機械の水平な組込みとを介して達成することができる。
【００３５】
本願において提案された機械式のエネルギアキュムレータもしくはこのようなエネルギアキュムレータを具備した車両によって、特に以下のような数多くの利点を達成することができる。
・回生度を改善することができる。すなわち、より強い制動動作時でも、制動エネルギの利用を向上させることができる。これによって、電気車両の航続距離を直接増加させることができる。回生の改善によって、航続距離への加速させられる車両質量体の影響が減少させられている。すなわち、車両重量の増加がそれほど重要ではなくなる。この場合、最大の回生度は、ピニオンギヤに設けられた勢み質量体範囲の最大の質量慣性モーメントによって達成することができる。
・回生度の改善によって、より少ない制動負荷に基づき、ブレーキディスクおよびブレーキライニングの寿命を延長することもできる。
・電気駆動装置への勢み質量体の付加接続によって、機械式のエネルギアキュムレータに蓄えられた回転エネルギを用いて、特に勾配での発進を改善することができる。
・電気駆動装置への勢み質量体の付加接続によって、走行の間、著しいパワーアシストを達成することができる。
・機械式のエネルギアキュムレータを遊星歯車伝動装置により形成することによって、機械的なエネルギ蓄積の廉価で頑丈な実現が可能となる。
・トルクを考慮して回転数が選択される電動モータの運転点は、付加的な機械式のエネルギアキュムレータの使用によって回生を介して最適化することができる。
・負荷下での発進時には、機械式のエネルギアキュムレータに蓄えられた回転エネルギを、電気車両に典型的なジャークを回避するために利用することができる。
・１つの車両の４つの全てのホイールへの機械式のエネルギアキュムレータの使用時には、全輪機能性を実現することができる。
【００３６】
なお、付言しておくと、本明細書には、本発明に対する思想が、機械式のエネルギアキュムレータにも、このようなエネルギアキュムレータを具備した車両にも、このような車両もしくはエネルギアキュムレータの規定の機能形式にも関連して説明してある。この場合、当業者には明らかであるように、説明した個々の特徴を種々異なる形式で互いに組み合わせて、本発明の別の態様を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの側面図である。
【図２】本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータの断面図である。
【図３】本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータに用いられる１つのピニオンギヤを示す図である。
【図４】本発明に係るエネルギアキュムレータを備えた車両を極端に概略的に示す図である。
【図５】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第１の機能モードを示す図である。
【図６】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第２の機能モードを示す図である。
【図７】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第３の機能モードを示す図である。
【図８】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第４の機能モードを示す図である。
【図９】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第５の機能モードを示す図である。
【図１０】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第６の機能モードを示す図である。
【図１１】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第７の機能モードを示す図である。
【図１２】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第８の機能モードを示す図である。
【図１３】本発明に係るエネルギアキュムレータによって実現することができるような第９の機能モードを示す図である。
【００３８】
発明の実施の形態
以下に、限定せずに解釈すべき本発明の実施の形態を添付の図面を参照しながら説明する。図面は概略的に示したに過ぎず、縮尺に関して正確ではない。
【００３９】
図１および図２には、本発明に係る機械式のエネルギアキュムレータが側面図もしくは横断面図で示してある。本発明に係るエネルギアキュムレータは、図４に概略的に示したような電気車両またはハイブリッド車両に使用することができる。
【００４０】
エネルギアキュムレータ１は遊星歯車伝動装置３を有している。この遊星歯車伝動装置３は、１つの中央のサンギヤ５と、リングギヤとも呼ばれる１つのアウタギヤ７と、サンギヤ５とアウタギヤ７との間に配置された３つのピニオンギヤ９とを有している。サンギヤ５の外周面とアウタギヤ７の内周面とには、それぞれ複数の歯が設けられている（図１には示していない）。これらの歯には、ピニオンギヤ９に設けられた歯が噛み合っており、これによって、サンギヤ５の回転もしくはアウタギヤ７の回転により、ピニオンギヤ９の相応の回転および／または運動が行われる。サンギヤ５は軸１９を介して車両１３（図４参照）の原動機もしくは電動モータ１１に相対回動不能に結合されている。アウタギヤ７は、ホイール１５を駆動するためのホイール駆動装置に相対回動不能に結合されている。３つのピニオンギヤ９は、ピニオンギヤキャリヤとも呼ばれるピニオンギヤリンク機構１７によって互いに剛性的に結合されている。
【００４１】
図３には、遊星歯車伝動装置３の１つのピニオンギヤ９が示してある。このピニオンギヤ９は歯車範囲２１を有している。この歯車範囲２１は、図２に示したように、遊星歯車伝動装置３内でサンギヤ５とアウタギヤ７との間に配置されていて、歯車範囲２１に配置された歯によってサンギヤ５とアウタギヤ７とに噛み合っている。ピニオンギヤ９の軸方向の両端部には、それぞれ勢（はず）み質量体範囲２３が形成されている。この勢み質量体範囲２３は、歯車範囲２１の直径ｄよりも大きな直径Ｄを有する円形のディスクとして実現されている。
【００４２】
図２に示したように、勢み質量体範囲２３は、遊星歯車伝動装置３の、歯車面が互いに噛み合う平面Ａ−Ａの外側に、すなわち、平面Ａ−Ａに対して側方にずらされて位置している。図２では、ピニオンギヤ９の勢み質量体範囲２３が、それぞれ同一の平面Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃに配置されているように形成されている。しかし、これによって、勢み質量体範囲２３の最大限に可能な直径が制限されている。なぜならば、互いに隣り合ったピニオンギヤ９の勢み質量体範囲２３が接触してはならないからである。
【００４３】
勢み質量体範囲２３に、より大きな直径を実現することができるようにするためには、互いに隣り合ったピニオンギヤ９の端部に配置されたディスクが互いに軸方向にずらされて配置されてよく、これによって、両ディスクが、その間に位置する軸方向のギャップに基づき互いに接触しないようになっている。こうして、図１に概略的に破線で示したように、側面図で見て重畳していてよい極めて大きな勢み質量体範囲２３を備えたピニオンギヤ９を実現することができる。
【００４４】
以下に、前述した機械式のエネルギアキュムレータもしくは機械式のエネルギアキュムレータを具備した電気車両を運転することができる種々異なる機能モードを図５〜図１３を参照しながら説明する。
【００４５】
図５には、パワーアシスト運転も回生も伴わない走行モードが示してある。この走行モードでは、サンギヤ５に対する回転軸とピニオンギヤ複合体９，１７に対する回転軸とが互いに剛性的に連結されている。この場合には、ピニオンギヤ９がその固有の軸線を中心として回転しない。電動モータ１１がアウタギヤ７を駆動するかもしくはアウタギヤ７に結合されたホイール１５を駆動する。
【００４６】
サンギヤ５に対する軸とピニオンギヤ複合体９，１７に対する軸とを互いに剛性的に連結することができるようにするためには、サンギヤ軸１９の局所的な拡径部分を成す連行フランジ２５（図２参照）が、サンギヤ軸１９の軸方向の移動によってピニオンギヤリンク機構１７に押し付けられる。
【００４７】
図６に示したように、サンギヤ５に対する回転軸とピニオンギヤ複合体９，１７に対する回転軸とが互いに切り離されて、電気機械１１が発電機運転に切り換えられると、電気機械１１が電力を発生させる形で回生するのと一緒にピニオンギヤ９が回転エネルギを受容する形で回生する。これによって、回生可能な全出力もしくは制動出力が増加させられている。車両１３は第１の制動段階で減速させられる。
【００４８】
図７に示した、車両停止に至るまでの第２の制動段階では、電気機械１１が第１の制動段階の間の回転方向と逆方向に運転される。ピニオンギヤ９に設けられた勢み質量体２３には、引き続き、回転エネルギがチャージされる、つまり、蓄えられる。慣性質量体の加速の結果、ホイール１５がさらに減速させられる。すなわち、車両が電気機械１１によって減速させられて、制動エネルギが勢み質量体２３に蓄えられる。車両停止直前もしくは緊急制動時には、車両を従来のホイールブレーキを介して停止させることができる。
【００４９】
車両が停止した後、図８に示したように、ホイールブレーキは操作され続けている。電気機械１１がピニオンギヤ９の運動エネルギを回生する。すなわち、両制動段階の全制動出力を電気機械１１によって、行われた制動動作よりも長い期間にわたって回生することができる。したがって、バッテリにより受け入れられる電流強さが、バッテリが過充電されない程度に減少させられている。このことは、まだ車両停止に至っていない制動後にも適用される。
【００５０】
これに対して択一的には、図９に示したように、電気機械１１が、十分な制動に続く車両停止時に空回り状態であってよく、これによって、ピニオンギヤ９の回転エネルギが、後続のパワーアシスト運転のために蓄えられ続けている。回生が前もって行われておらず、ピニオンギヤ９が回転運動エネルギを有していない場合（たとえば車両始動時）には、発進前に、ホイールが機械式のホイールブレーキによってロックされた状態で、ピニオンギヤ９が電気機械１１によって回転させられる。
【００５１】
図１０に示したように、発進時には、車両をピニオンギヤ９の回転エネルギによって増速させることができる。前もって空回り運転されていた電動モータ１１は回生制動され、ホイール１５が回転させられる。付加的には、電動モータ１１が、図９に示したような回転方向と逆方向に駆動されることにより、車両を電動モータ１１によって加速させることができる。
【００５２】
図１１に示したように、電動機械１１と、ピニオンギヤ９と、ホイール１５とが、空回り状態であることにより、車両は円滑に発進することができる。
【００５３】
このような円滑な発進後、図１２に示したように、勢み質量体２３に蓄えられた回転エネルギと、たとえばパワーアシスト運転のためには、付加的に電気機械１１とを介して、車両を加速させることができる。加速のためにピニオンギヤ９の運動エネルギだけを利用したい場合には、電動モータ１１が空回り状態から回生制動される。電気機械１１による加速の補助（パワーアシスト運転）時には、この電気機械１１が、前もって行われていた空回りの回転方向と逆方向に駆動される。
【００５４】
図１３に示した、パワーアシスト後の巡航のためには、サンギヤ５に対する回転軸とピニオンギヤ複合体９，１７に対する回転軸とが同期的に回転するやいなや、両回転軸が、巡航のために、互いに剛性的に連結される。ピニオンギヤ９は、もはや、その固有の軸線を中心として回転しない。両軸の連結は、常に同一の回転数への到達以降に行われることが望ましい。さもないと、電気機械１１による車両の更なる加速が、この場合に回転させられているピニオンギヤ９を介してスリップ下でしか行われなくなる恐れがある。車両は、軸の連結なしでは十分に加速させられないかまたは、勾配での負荷下では、電気機械１１による加速にもかかわらず減速させられる恐れがある。
【００５５】
勢み質量体範囲２３を備えたピニオンギヤ９に可能な限り多くの回転エネルギを蓄えることができるようにするために、１つには、勢み質量体範囲２３の慣性モーメントを可能な限り高くすることが望ましく、もう１つには、ピニオンギヤ９を可能な限り迅速に回転させる可能性があることが望ましい。迅速な回転のためには、ピニオンギヤ９が歯車範囲２１に可能な限り小さな直径を有していることが望ましく、こうして、ピニオンギヤ９とサンギヤ５との間の高い変速比が可能となる。この場合、目標とすべき変速比は、たとえば３０：１であってよい。すなわち、ピニオンギヤ９の回転数がサンギヤ５の回転数もしくは車両ホイール１５の回転数よりも３０倍高い。
【００５６】
また、ピニオンギヤ９の軸方向の端部に設けられた勢み質量体２３が、可能な限り高い質量慣性、すなわち、可能な限り高い慣性モーメントを有していることが望ましい。たとえば、遊星歯車伝動装置３に十分な回転エネルギを蓄えて、これにより、２０ｃｍの高さを有する縁石に対する発進のために、１０００ｋｇの重さの車両に、このために十分な２０００Ｊのエネルギを伝達することができるようにすることが目標とされていてよい。機械式のエネルギアキュムレータ１に５０ｋｍ／ｈの走行速度でエネルギが「チャージされ」、その際、ピニオンギヤ９が３０：１の変速比において約１２０００ｒ．ｐ．ｍの回転数で回転させられると仮定し、さらに、ピニオンギヤ９が勢み質量体範囲２３を含めて鋼から２０ｍｍの勢み質量体範囲厚さを備えて形成されていると仮定すると、勢み質量体範囲２３の直径が７２ｍｍよりも大きいことを算出することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  機械式のエネルギアキュムレータ
３  遊星歯車伝動装置
５  サンギヤ
７  アウタギヤ
９  ピニオンギヤ
１１  電動モータ
１３  車両
１５  ホイール
１９  軸
２１  歯車範囲
２３  勢み質量体範囲
２５  連行フランジ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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