(57)【要約】【課題】ホイール内減速エネルギ回収装置において、車両の減速時のエネルギ回収を高効率で行うことができ、且つ従来のようにエネルギ回収機構を設けることによって車両の室内空間が狭められることを抑えられ、減速エネルギ回収機構を持たない既存の車両への容易な機構追加を可能とすることにある。【解決手段】車両の減速時には、マス（２５）を回転させて車両の減速エネルギを、マス（２５）を回転させる回転エネルギに変換して一時的に蓄え、そして、マス（２５）が回転状態にある場合には、そのマス（２５）の回転エネルギを駆動軸に伝えるべく、クラッチ（２９）の結合を行い、マス（２５）の回転エネルギを車両の発進や加速に利用する。【選択図】図１
2012112458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の構成要素であるホイールと、前記ホイールを固定して前記ホイールと共に回転するホイールハブとを備えた車両のホイール内減速エネルギ回収装置において、前記ホイール内には、前記車輪の回転と同期ないし独立して回転するマスと、前記マスの回転中心軸上に設けられて前記マスの回転と共に回転可能なサンギアと、前記マスと前記サンギアとを作動連結可能なクラッチと、前記サンギアの外周に噛み合うプラネタリギアと、前記プラネタリギアの外周に噛み合うリングギアと、前記プラネタリギアが前記サンギアの周囲を回転するに伴って回転するとともに前記ホイールハブに接続されて共に回転可能なキャリアと、前記リングギアの回転を静止するブレーキとを備え、前記クラッチと前記ブレーキとの動作を切り換える制御手段を設けたことを特徴とするホイール内減速エネルギ回収装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記車輪が回転状態である場合に、前記ブレーキを作動して前記リングギアを固定することと前記クラッチを作動して前記車輪の回転を前記キャリアと前記プラネタリギアとを介して前記サンギアに伝えることとにより前記車輪の回転エネルギを用いて前記マスを回転させ、その後、前記クラッチを解放動作して前記マスを回転自由として前記車輪の回転エネルギを前記マスの回転エネルギに変換して保存し、前記マスが前記車輪の回転エネルギを前記マスの回転エネルギに変換して保存して自由回転状態にある場合には、前記ブレーキの解放と前記クラッチの作動とをして前記リングギア及び前記サンギアを共に回転させることにより前記キャリアを回転させ、前記マスの回転エネルギを前記車輪の回転エネルギに変換して前記車輪を回転させることを特徴とする請求項１に記載のホイール内減速エネルギ回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ホイール内減速エネルギ回収装置に係り、特に車両の減速時のエネルギを回収し、この回収したエネルギを車両の発進や加速に利用するホイール内減速エネルギ回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両等の各種車両において、燃費を向上させている理由の一つとして、減速エネルギを回収し、その回収したエネルギを利用していることが挙げられる。
主な減速エネルギの回収手段は、電動機を回転させ、電気エネルギに変換して電池に保存するというものである。
また、その利用は、保存した電気エネルギで電動機を動かし、駆動力を発生するというものである。つまり、運動エネルギを電気エネルギに変換して電池に保存し、そして、その保存した電気エネルギを、再度、運動エネルギに変換している。このようなエネルギの変換には、エネルギのロスが生じる。また、エネルギを変換するための電動機、及び、エネルギを保存するための電池が必要になり、これらは、車両重量を増加させて燃費を悪化させる要因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０１９２２号公報
【０００４】
特許文献１に係る車両の発進機構は、弾性手段を有するシリンダ・ピストン機構又は流体圧モータを備え、車両の制動時の減速エネルギを弾性エネルギとして貯蔵し、その貯蔵した弾性エネルギを用いて車両の発進加速を行うことで発進時の消費エネルギを抑制することを可能とし、車両の制動時の減速エネルギを電気エネルギに変換するよりもエネルギのロスを少なくし、高効率でのエネルギ回収とその再利用を可能とするものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来、上記の特許文献１では、シリンダ・ピストン機構等の各種機構を設置するスペースが必要になるため、車内の乗員のための空間及び荷室が狭くなり、さらに、ハイブリッド車両等の車両の減速エネルギ回収機構では、上述したように、様々な部品から構成されており、それらの部品が密接に連帯を採る必要があるため、容易にその機構を追加するようなこと、例えば、車両購入後に、ユーザの希望によってハイブリッド機能を追加するというようなことが困難であった。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、車両の減速時のエネルギ回収を高効率で行うことができ、且つ従来のようにエネルギ回収機構を設けることによって車両の室内空間が狭められることを抑え、減速エネルギ回収機構を持たない既存の車両への容易な機構追加を可能とするホイール内減速エネルギ回収装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、車輪の構成要素であるホイールと、前記ホイールを固定して前記ホイールと共に回転するホイールハブとを備えた車両のホイール内減速エネルギ回収装置において、前記ホイール内には、前記車輪の回転と同期ないし独立して回転するマスと、前記マスの回転中心軸上に設けられて前記マスの回転と共に回転可能なサンギアと、前記マスと前記サンギアとを作動連結可能なクラッチと、前記サンギアの外周に噛み合うプラネタリギアと、前記プラネタリギアの外周に噛み合うリングギアと、前記プラネタリギアが前記サンギアの周囲を回転するに伴って回転するとともに前記ホイールハブに接続されて共に回転可能なキャリアと、前記リングギアの回転を静止するブレーキとを備え、前記クラッチと前記ブレーキとの動作を切り換える制御手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のホイール内減速エネルギ回収装置は、車両の減速時のエネルギ回収を高効率で行い、且つ従来のようにエネルギ回収機構を設けることによって車両の室内空間が狭められることを抑え、減速エネルギ回収機構を持たない既存の車両への容易な機構追加を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１はホイール内減速エネルギ回収装置を備えた車輪である前輪の断面図である。（実施例）
【図２】図２は図１のホイール内減速エネルギ回収装置の要部拡大図である。（実施例）
【図３】図３は図２の矢印ＩＩＩによるマスの連結部位の拡大断面図である。（実施例）
【図４】図４は図２の矢印ＩＶによる遊星歯車変速機構の概略構成図である。（実施例）
【図５】図５はホイール内減速エネルギ回収装置のシステムブロック図である。（実施例）
【図６】図６は減速エネルギ回収時の遊星歯車変速機構の概略構成図である。（実施例）
【図７】図７は減速エネルギ使用時の遊星歯車変速機構の概略構成図である。（実施例）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
この発明は、車両の減速時のエネルギ回収を高効率で行い、且つ従来のようにエネルギ回収機構を設けることによって車両の室内空間が狭められることを抑え、減速エネルギ回収機構を持たない既存の車両への容易な機構追加を可能とする目的を、車両の減速時はマスを回転させて車両の減速エネルギを、マスを回転させる回転エネルギに変換して一時的に蓄え、そして、マスが回転状態にある場合には、そのマスの回転エネルギを駆動軸に伝えるべく、クラッチの結合を行い、マスの回転エネルギを車両の発進や加速に利用して実現するものである。
【実施例】
【００１１】
図１〜図７は、この発明の実施例を示すものである。
図１、図２において、１は車両の車輪として、例えば、主駆動輪からなる前輪である。そして、車両の後輪は、トーションビーム式のサスペンションを持つ形式のものである。なお、この実施例に係る車両においては、この形式のものに限られない。
前輪１は、前輪１の構成要素であってタイヤ２を外周に設けたホイール３と、このホイール３を固定してこのホイール３と共に回転するホイールハブ４とを備え、駆動軸（車軸）に連結される。
ホイール３は、ホイール側中心孔５を形成する基部６と、この基部６に内側段差部７を介して径方向に延びる環状板部８と、この環状板部８に連設して軸方向に延びる内側板部９と、この内側板部９に連設して径方向に延びる外側段差部１０と、この外側段差部１０に連設して軸方向に延びて内側板部９との間でマス用空間１１を形成する外側板部１２とからなる。ホイール３の基部６は、複数の取付ボルト１３・ナット１４によって支持板側中心孔１５を形成した支持板１６に固定されている。
ホイールハブ４は、支持板１６に側面が接続されて接続部材側中心孔１７を形成した接続部材１８と、この接続部材１８に側面が接続されて回転部材側中心孔１９を形成した内側回転部材２０と、この内側回転部材２０に第１軸受２１を介して回転自在な外側回転部材２２と、第１軸受２１を側面から支持するスナップリング２３とを備える。
【００１２】
前輪１には、ホイール内減速エネルギ回収装置２４を設ける。
このホイール内減速エネルギ回収装置２４において、ホイール３内には、図１、図４に示すように、前輪１の回転と同期ないし独立して回転するマス２５と、このマス２５の回転中心軸２６上に設けられてマス２５の回転と共に回転可能なサンギア２７と、マス２５とサンギア２７とを作動連結可能なクラッチとしての第１〜第３クラッチ２８〜３０と、サンギア２７の外周に噛み合うプラネタリギアとしての第１〜第３プラネタリギア３１〜３３と、この第１〜第３プラネタリギア３１〜３３の外周に噛み合うリングギア３４と、第１〜第３プラネタリギア３１〜３３がサンギア２７の周囲を回転するに伴って回転するとともにホイールハブ４に接続されて共に回転可能なキャリアとしての第１〜第３キャリア３５〜３７と、リングギア３４の回転を静止するブレーキ３８とを備えている。なお、プラネタリギアとしては、一例として、３個としたが、その個数を変更することも可能である。前記第２クラッチ２９は、伝達トルクを電子制御可能な構造である。
【００１３】
マス２５は、図１、図２に示すように、回転中心軸２６に取り付けられる中央環状部３９と、この中央環状部３９に連設してホイール３のマス用空間１１内で配置されたマス本体４０とを備える。更に、マス２５は、マス用空間１１内に配置した中央環状部３９とマス本体４０を覆う蓋部材５８とを備える。これにより、マス用空間１１を閉空間とすることができ、マス用空間１１内を真空状態にすることができる。この結果、マス２５の回転の抵抗を減らすことができるため、機構の性能を向上させることが可能でとなる。中央環状部３９は、図３に示すように、部材側中心孔４１に回転中心軸２６を挿入し、スプライン部４２でスプライン嵌合して取り付けられ、且つ回転中心軸２６の先端に取付ナット４３を締め付けることによって、回転中心軸２６に固定される。マス本体４０は、図１に示すように、所定の厚さＴで形成され、内側のマス回転半径（内径）ｒ１  と、外側のマス回転半径（外径）ｒ２  とを備え、内側板部９及び外側板部１２と平行に配置される。
また、このような構造では、図４に示すように、中心となるサンギア２７と、このサンギア２７の外周に円周方向等間隔で噛み合う第１〜第３プラネタリギア３１〜３３と、これら第１〜第３プラネタリギア３１〜３３の各中心をつなぐ第１〜第３キャリア３５〜３７とは、遊星歯車変速機構４４を構成する。
第１〜第３プラネタリギア３１〜３３の各中心は、連結部材４５によってホイールハブ４の内側回転部材２０に接続している。
回転中心軸２６は、ホイール側中心孔５と支持板側中心孔１５と接続部材側中心孔１７と回転部材側中心孔１９とに挿入される。
【００１４】
ホイールハブ４の外側回転部材２２の側面には、円環板状のサスペンションビーム４６が接続される。このサスペンションビーム４６には、ブレーキ３８が連結される。このブレーキ３８は、サスペンションビーム４６に連結したブレーキ枠体４７と、このブレーキ枠体４７に取り付けた対峙する一対のブレーキパッド４８・４８と、外縁部位がこの対峙したブレーキパッド４８・４８間で基部位がホイールハブ４の支持板１６に固定されたブレーキディスク４９とを備える。
【００１５】
回転中心軸２６上には、第３クラッチ３０と並んで伝達トルク調整機構５０が配置される。また、遊星歯車変速機構４４の外周には、回転中心軸２６及びサスペンションビーム４６に連結した第１クラッチ２８と、第３クラッチ３０及び伝達トルク調整機構５０に連結した第２クラッチ２９とが配置されている。更に、回転中心軸２６には、伝達トルク調整機構５０を支持する第２軸受５１が配置されている。また、遊星歯車変速機構４４及び第２クラッチ２９は、ホイールハブ４と回転中心軸２６との間に配置される。
遊星歯車変速機構４４は、第１クラッチ２８を結合及びブレーキ３８を解放とすることで等速に、また、第１クラッチ２８を解放及びブレーキ１３を固定することによって、ホイールハブ４の回転に対してマス２５の回転を増速することが可能である。
【００１６】
また、図５に示すように、車両には、第１〜第３クラッチ２８〜３０とブレーキ３８との動作を切り換える制御手段（コントローラ）５２が設けられる。
この制御手段５２は、入力側で、各車輪の回転速度を検出する車輪速度センサ５３と、車輪の舵角を検出する舵角センサ５４と、マス２５の回転速度を検出するマス回転速度センサ５５とが連絡しているとともに、出力側で、第１〜第３クラッチ２８〜３０と、ブレーキ３８とが連絡している。マス回転速度センサ５５は、図２に示すように、第２軸受５１の近傍で回転中心軸２６の端部に取り付けられている。
更に、サスペンションビーム４６には、ホイールハブ４等の各部品を覆う蓋体５６が付設される。なお、マス２５の回転空間５７は、蓋体５６によって覆われているが、この回転空間５７は真空状態であればマス２５の回転の抵抗を減らすことができるため、機構の性能を向上させることが可能である。
【００１７】
この実施例に係るホイール内減速エネルギ回収装置２４は、以下のように動作する。
車両の減速時で、減速エネルギ回収時には、図６に示すように、第１クラッチ２８を結合及びブレーキ３８を固定した状態としてリングギア３４を固定し、つまり、第１クラッチ２８を結合すると、ホイール３が回転してマス２５の回転が増速し、第２クラッチ２９を非結合とし、第３クラッチ３０を結合し、伝達トルク調整機構５０では最大トルクとすることによって、減速エネルギをマス２５の回転エネルギとして回収することができる。また、ブレーキ３８を固定することによって、リングギア３４が回転せず、また、第１〜第３キャリア３５〜３７が駆動輪の回転に伴って回転し、第１〜第３プラネタリギア３１〜３３が第１〜第３キャリア３５〜３７の回転に伴ってサンギア２７の外周を廻りながら回転し、この第１〜第３プラネタリギア３１〜３３の回転に伴ってサンギア２７が回転し、第３クラッチ３０が結合していることから、マス２５が回転する。
このとき、マス２５の回転数がサンギア２７の回転数と同じであり、第１〜第３キャリア３５〜３７の回転数が駆動輪の回転数と同じであり、サンギア２７の回転数が第１〜第３キャリア３５〜３７の回転数よりも大きくなり、これにより、マス２５の回転数が増速する。具体的には、車両の減速エネルギを利用してマス２５を回転させる。車両の減速エネルギを、マス２５を回転させる運動エネルギに変換して回収する。
【００１８】
この回収されるエネルギは、以下のように算出される。
回収エネルギＥは、
Ｅ＝Ｉω２  ／２［Ｎｍ］
で求められる。
ここで、
Ｉ（慣性モーメント）：ｍ（ｒ１  ２  ＋ｒ１  ２  ）／２［Ｋｇ・ｍ２  ］
ｍ：マス［Ｋｇ］
ｒ１  ：マス回転半径（内径）［ｍ］
ｒ２  ：マス回転半径（外径）［ｍ］
ω（角速度）：２πｎ／６０［１／ｓ］
ｎ：マス回転速度
である。
【００１９】
そして、この回収エネルギの使用時には、図７に示すように、第１クラッチ２８を非結合し、第２クラッチ２９を結合とし、第３クラッチ３０を結合し、伝達トルク調整機構５０ではトルクを調整し、つまり、第２クラッチ２９、第３クラッチ３０を結合及びブレーキ３８を解放することによって駆動力として利用することが可能である。この場合、第２クラッチ２９、第３クラッチ３０が共に結合し、ブレーキ３８が解放されているので、サンギア２７、リングギア３４が共に回転する。それに伴って、第１〜第３キャリア３５〜３７が回転し、この第１〜第３キャリア３５〜３７の回転がホイールハブ４に伝わって、ホイールハブ４が回転し、駆動輪が回転する。具体的には、車両の減速エネルギを利用して回転状態にあるマス２５を、第２クラッチ２９、第３クラッチ３０が共に結合し、ブレーキ３８が解放することで、マス２５の回転するための運動エネルギを駆動軸に伝え、車両の発進や加速を行うことを可能としている。
【００２０】
一方、上記以外の状態の場合は、第１〜第３クラッチ２８〜３０を非結合とし、ホイール内減速エネルギ回収装置２４の各部の回転抵抗による走行抵抗増加を低減する。
【００２１】
この結果、上記の構造により、電動機や電池といった追加手段なく、減速エネルギを回収することを可能となる。また、減速エネルギを運動エネルギのまま保存することができ、回収エネルギの電気エネルギ等への変換ロスをなくすことができる。更に、電動機や電池といった追加手段が不要であるため、車両重量の増加を抑制できる。更にまた、ホイール３内にマス２５を設置することにより、マス２５の回転半径を大きく採ることができ、減速エネルギの保存に有利な構造とし、且つ機構設置による室内空間への影響を最小限にできる。また、機構がホイール３及び車軸部位で完結するため、減速エネルギ回収機構を持たない既存の車両への機能追加を容易な構造にできる。
【００２２】
また、制御手段５２は、車輪である前輪１が回転状態である場合に、ブレーキ３８を作動してリングギア３４を固定することと第２クラッチ２９を作動して前輪１の回転を第１〜第３キャリア３５〜３７と第１〜第３プラネタリギア３１〜３３を介してサンギア３４に伝えることとにより、前輪１の回転エネルギを用いてマス２５を回転させ、その後、第２クラッチ２９を解放動作してマス２５を回転自由として前輪１の回転エネルギをマス２５の回転エネルギに変換して保存し、マス２５が前輪１の回転エネルギをマス２５の回転エネルギに変換して保存して自由回転状態にある場合に、ブレーキ３８の解放と第２クラッチ２９を作動してリングギア３４及びサンギア２７を共に回転させることにより第１〜第３キャリア３５〜３７を回転させ、マス２５の回転エネルギを前輪１の回転エネルギに変換して前輪１を回転させる。
これにより、減速時に、マス２５の回転を増速し、ホイールハブ４の回転中心軸２６とマス２５の回転中心との間の第２クラッチ２９の伝達トルクを最大とすることで、減速エネルギを回収する。一方、加速時等には、ホイールハブ４の回転中心軸２６とマス２５の回転中心との間の第２クラッチ２９によって伝達トルクを調整することで、回収したエネルギを駆動力に変換して利用できる。
【００２３】
なお、この発明においては、主駆動軸の補助駆動力となることによる発進性能向上手段、左右の駆動力を独自制御可能なことによる旋回性能向上手段（トルクベクタリング効果）、補助駆動力のみによる発進によるアイドリングストップ状態からのエンジン始動手段等の各種手段を採用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
この発明に係るホイール内減速エネルギ回収装置を、各種エンジンに適用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  前輪（車輪）
３  ホイール
４  ホイールハブ
２４  ホイール内減速エネルギ回収装置
２５  マス
２６  回転中心軸
２７  サンギア
２８  第１クラッチ
２９  第２クラッチ
３０  第３クラッチ
３１  第１プラネタリギア
３２  第２プラネタリギア
３３  第３プラネタリギア
３４  リングギア
３５  第１キャリア
３６  第２キャリア
３７  第３キャリア
３８  ブレーキ
４４  遊星歯車変速機構
５０  伝達トルク調整機構
５２  制御手段
５５  マス回転速度センサ
【図１】
2012112458.tif 000003
【図２】
2012112458.tif 000004
【図３】
2012112458.tif 000005
【図４】
2012112458.tif 000006
【図５】
2012112458.tif 000007
【図６】
2012112458.tif 000008
【図７】
2012112458.tif 000009