JP5427947B2

JP5427947B2 - ねじり力分離手段を有するモータ

Info

Publication number: JP5427947B2
Application number: JP2012502139A
Authority: JP
Inventors: ロジャー・ティー・シンプソン
Original assignee: ボーグワーナーインコーポレーテッド
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-22
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-03-22
Also published as: US20120007454A1; JP2012522481A; US9035510B2; WO2010111164A3; WO2010111164A2; DE112010001389T5

Description

本発明の分野は、電気−機械エネルギー変換装置の分野である。より詳しくは、本発明は、ハイブリッド電気車両の電気−機械エネルギー変換装置の用途に関する。

多くのハイブリッド電気車両は、往復ピストンエンジンが、介在するモータ発電機を介して車輪とねじり接続されるパワートレインを有する。典型的に、ハイブリッド電気車両のドライブトレインでは、モータ発電機はチェーンまたはギヤシステムを介してエンジンのクランクシャフトにねじり接続される。その結果、モータ発電機は、往復ピストンエンジンのクランクシャフトによって発生する固有のねじりスパイクにさらされる。ねじりスパイクを分離することにより、車両のおよびモータ発電機の駆動系へのピーク負荷を低減することができ、したがって、駆動系のＮＶＨ（ノイズ、振動および操作）および耐久性を改善する。典型的に、ねじり力分離はトーションバーまたはトーションダンパによって行われる。典型的に、トーションバーが利用される場合、エンジンとモータ発電機との間のドライブトレインの部分のために、軸方向間隔を長くすることが必要となる。ドライブトレインの提案された必要な全長が望ましくないことが見出される場合、半径方向ばね式のダンパが採用される。しかし、ほとんどの半径方向ばねダンパの半径方向寸法は、モータ発電機のアーマチュアシャフトの半径方向寸法に比べて比較的長い。ハイブリッド電気車両においては、ほとんどの車両のように、車両の他の空気力学的要件に従うために、パワートレインが占める空間をできるだけ小さくすることが望ましい。したがって、往復ピストンとモータ発電機との間で最大のねじり力分離を行いつつ、往復ピストンエンジンをモータ発電機とねじり接続することができるハイブリッド電気車両を提供することが望ましい。上記のものをできるだけ空間を小さくして提供することが望ましい。

上記のおよび他の所望のことを実現するために、本発明の教示が提供される。好ましい実施形態では、本発明は、ほぼ中央のキャビティ付きのアーマチュアを有する電気−機械エネルギー変換装置を提供する。アーマチュアは回転可能にフレームに取り付けられる。トーションバーはアーマチュアの中央キャビティ内に配置される。トーションバーは、アーマチュアの端部に隣接するアーマチュアとねじり接続された第１の端部を有する。トーションバーは、電気−機械エネルギー変換装置と、往復ピストンエンジンまたは車両ドライブトレイン等のエネルギー源または消費物体との間でねじり力を伝達するための第２の端部を有する。本発明の電気−機械エネルギー変換装置は、小さな空間エンベロープで高度なねじり力分離を行うという点で有利である。

本発明のさらなる適用範囲は、以下に示す詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、説明目的のみのために意図されるに過ぎず、本発明の範囲を限定するようには意図されないことを理解されたい。

本発明は詳細な説明および添付図面からより完全に理解されるであろう。

本発明による好ましい実施形態の電気−機械エネルギー変換装置の断面図である。本発明による好ましい代替実施形態の電気−機械エネルギー変換装置の、図１の電気−機械エネルギー変換装置と同様の部分断面図である。本発明による他の好ましい代替実施形態の電気−機械エネルギー変換装置の部分断面図である。本発明による他の好ましい代替実施形態の電気−機械エネルギー変換装置の部分断面図である。本発明による他の好ましい代替実施形態の電気−機械エネルギー変換装置の部分断面図である。本発明による他の好ましい代替実施形態の電気−機械エネルギー変換装置の部分断面図である。図１の線７−７に沿った断面図である。

１つまたは複数の好ましい実施形態の以下の説明は、本質的に一例に過ぎず、本発明、その用途または使用を限定することを意図するものでは決してない。

本発明による電気−機械エネルギー変換装置７はフレーム１０を有する。フレーム１０は２つの端部キャップ１２を含む。端部キャップ１２にはローラ軸受１４が取り付けられる。ローラ軸受１４にはアーマチュア１６が回転可能に取り付けられる。アーマチュア１６は中央キャビティ１８を有する。電気−機械装置は典型的に可変速モータ発電機である。アーマチュアの中央キャビティ１８内にはトーションバー２０が配置される。トーションバー２０は中実部材であることができ、あるいは管状であってよい。典型的に、トーションバーは金属である。トーションバーは第１の端部２２を有する。トーションバーは、その第１の端部２２にほぼ隣接するアーマチュア１６とねじり接続される。典型的に、トーションバーの第１の端部２２はアーマチュア１６に圧入またはスプライン接続される。さらに、典型的にアーマチュア１６内でトーションバー２０に軸方向に接続するだけであるピン２４が設けられる。本発明の説明で用いられる場合、アーマチュアの端部は、本質的に、端部キャップ１２に隣接するアーマチュアの当該部分を意味する。当業者に明らかなように、アーマチュアの端部２６は、多くの用途において、電気−機械エネルギー変換装置７が利用されているハイブリッド電気車両または他の装置のドライブトレインとの代替的なねじり接続を提供するように延長される。

アーマチュアの第２の端部２８に隣接するトーションバーは第２の端部３０を有する。トーションバーの第２の端部３０は、典型的にスプロケット、ギヤまたはベルトドラムであるねじり力伝達部材とねじり接続される。ほとんどの用途において、ねじり力伝達部材３２はスプロケットである。スプロケットは、他のスプロケット３６と係合されるチェーン３４（概略的に図示）と動作可能に関連する。スプロケット３６は往復ピストンエンジン４０（概略的に図示）のクランクシャフト３８とねじり接続される。

アーマチュアの第２の端部２８のところには、取り付けられた軸受４４がある。軸受４４は、典型的に、トーションバー２０の第２の端部３０に隣接するトーションバー２０を支持するために、それとのほぼ平滑な非締まり嵌め部を有しつつ、アーマチュアの中央キャビティ１８との圧入部を有する。トーションバー２０の外面とアーマチュアの内部キャビティ１８との間には減衰材料４８が捕捉される。減衰材料４８は、典型的に、軟質ゴム等のエラストマー材料、または他の適切な代替材料である。いくつかの用途では、減衰材料４８をトーションバー２０の外面に接続するだけでなく、アーマチュアの中央キャビティ１８と摩擦係合させることが望ましいかもしれない。他の実施形態では、減衰材料は、アーマチュアと接続され、トーションバーとの摺動接触部または摩擦接触部を有する。

動作時に、電気−機械エネルギー変換装置７がハイブリッド電気車両のドライブトレインの発電機として動作するとき、往復ピストン内燃機関４０からの動力がクランクシャフト３８から出てスプロケット３６を介し、チェーン３４およびスプロケット３２がねじり入力をトーションバー２０の第２の端部３０に与える。次に、トーションバーがその第１の端部２２にねじり力を伝達し、この場合、ねじり入力が次にアーマチュア端部２６に伝達される。ねじり力分離は、アーマチュアに対してねじれることができかつ軸受４４によって自由に動作することが許容されるトーションバーによって行われる。上記のことのみで、ねじり力分離が行われる。ねじり力分離は、トーションバー２０の表面とアーマチュアの内部キャビティ１８との間に軟質ゴム４８が捕捉される場合に、ねじり力減衰によってさらに強化される。典型的に、チェーン３４は、電気−機械エネルギー変換装置７の下流の車両ドライブトレインの一部に動力を供給する他のスプロケット（図示せず）とも接続される。電気−機械エネルギー変換装置７がモータとして動作しているとき（特に、エンジン４０が関連しないハイブリッド電気車両の初期始動時）、ねじり力は電気−機械エネルギー変換装置７から車両ドライブトレインの他の部分に伝達される。典型的に、装置７が発電機として機能しているときのアーマチュア１６の回転角度方向は、モータとして機能しているときの回転方向と共通する。装置７がモータとしてよりも発電機として機能しているときには、ねじり力減衰が大きくなることが時々望ましい。図７に示した装置７の代替実施形態では、装置が発電機として動作しているときにトルクが時計回り角度方向に伝達されている場合、減衰材料は、より大きなねじり力分離を行うために、折り畳まれた二重水中翼断面形状４９を有する。

同様のアイテムには同一の参照番号が付されている図２を参照すると、スプロケット５２を有するモータ発電機１７が設けられる。スプロケット５２は、アーマチュア１６のＯＤ５８に圧入される軸受５６の上に嵌合される環状ドラム５４と接続される。また、さらに他の実施形態では、軸受５６が、ドラム５４のＩＤ内に圧入されることによって取り付けられ、次に、アーマチュア１６のＯＤ５８で滑動され得ることが当業者に明らかである。軸受５６を有する上記形態のいずれかにおいて、軸受５６は、所望ならば、摩擦減衰を行うために、アーマチュアまたはドラム５４とのわずかな摩擦係合を有することができる。

図３を参照すると、異なるスプロケット６２を有することを除いて実施形態１７と本質的に同様である実施形態２７の電気−機械エネルギー変換装置が見られる。ドラム６４が、軸受５６と半径方向に整列されるが、図２に示した実施形態１７の電気−機械エネルギー変換装置で図示したよりも実際には外側にオフセットされるように、スプロケット６２がドラム６４と接続される。典型的に、この形状は、トーションバー２０の第２の端部に対してより優れた半径方向支持を行うことが見出される。

図４は、図３に示した実施形態２７の電気−機械エネルギー変換装置と同様であるが、スプロケット６２がギヤ７２に置き換えられている本発明による実施形態３７の電気−機械エネルギー変換装置を示している。

図５は、軸受４４が省略され、トーションバー８２が、アーマチュア１６の内部によって支持される拡大端部８４を有することを除いて、図１に示した実施形態７の電気−機械エネルギー変換装置と本質的に同様である実施形態５７の電気−機械エネルギー変換装置５７である。

図６は、図２に示した実施形態１７に非常に類似しているが、異なるスプロケット９８を有する本発明による他の好ましい実施形態の電気−機械エネルギー変換装置６７を示している。スプロケット９８はドラム８２と接続される。ドラム８２は一連の半径方向ポケットスロット８４を有し、摩擦減衰を行うために、これらのポケットスロットには、ばね負荷摩擦部材またはダンパブロック８６が挿入される。半径方向ねじ付きキャップ（図示せず）をドラムに付加して、摩擦減衰の調整を可能にし得る。

本発明の説明は、本質的に一例に過ぎず、したがって、本発明の要旨から逸脱しない変形例は、本発明の範囲内にあると意図される。このような変形例は、本発明の精神および範囲からの逸脱とみなすべきではない。

Claims

電気−機械エネルギー変換装置であって、
中央キャビティを有するアーマチュアと、
前記アーマチュアが回転可能に取り付けられるフレームと、
前記アーマチュアの中央キャビティ内に配置された主要部を有するトーションバーであって、前記アーマチュアとねじり接続された第１の端部を有し、前記電気−機械エネルギー装置と機械エネルギー源または消費物体との間でねじり力を伝達するための第２の端部を有するトーションバーと、
を備え、
前記トーションバーと前記アーマチュアとの間でねじり力減衰を行い、
前記トーションバーから前記アーマチュアへのねじり力減衰と、前記アーマチュアから前記トーションバーへのねじり力減衰とが互いに異なる、
電気−機械エネルギー変換装置。
電気−機械エネルギー変換装置であって、
中央キャビティを有するアーマチュアと、
前記アーマチュアが回転可能に取り付けられるフレームと、
前記アーマチュアの中央キャビティ内に配置された主要部を有するトーションバーであって、前記アーマチュアとねじり接続された第１の端部を有し、前記電気−機械エネルギー装置と機械エネルギー源または消費物体との間でねじり力を伝達するための第２の端部を有するトーションバーと、
を備え、
前記トーションバーと前記アーマチュアとの間でねじり力減衰を行い、
前記ねじり力減衰が、前記アーマチュアと前記トーションバーとの間に捕捉された材料によって行われ、
前記材料が軟質エラストマー材料である、
電気−機械エネルギー変換装置。
電気−機械エネルギー変換装置であって、
中央キャビティを有するアーマチュアと、
前記アーマチュアが回転可能に取り付けられるフレームと、
前記アーマチュアの中央キャビティ内に配置された主要部を有するトーションバーであって、前記アーマチュアとねじり接続された第１の端部を有し、前記電気−機械エネルギー装置と機械エネルギー源または消費物体との間でねじり力を伝達するための第２の端部を有するトーションバーと、
を備え、
前記トーションバーと前記アーマチュアとの間でねじり力減衰を行い、
前記ねじり力減衰が、前記アーマチュアと前記トーションバーとの間に捕捉された材料によって行われ、
前記材料が前記アーマチュアおよび前記トーションバーの一方のみと接続される、
電気−機械エネルギー変換装置。
電気−機械エネルギー変換装置であって、
中央キャビティを有するアーマチュアと、
前記アーマチュアが回転可能に取り付けられるフレームと、
前記アーマチュアの中央キャビティ内に配置された主要部を有するトーションバーであって、前記アーマチュアとねじり接続された第１の端部を有し、前記電気−機械エネルギー装置と機械エネルギー源または消費物体との間でねじり力を伝達するための第２の端部を有するトーションバーと、
を備え、
前記トーションバーの第２の端部が、前記アーマチュアの外径に取り付けられた軸受によって支持される、
電気−機械エネルギー変換装置。
電気−機械エネルギー変換装置とねじり接続されたモータを含むパワートレインを有するハイブリッド電気車両であって、前記電気−機械エネルギー変換装置が、
中央キャビティを有するアーマチュアと、
前記アーマチュアが回転可能に取り付けられるフレームと、
前記アーマチュアの中央キャビティ内に配置されたトーションバーであって、前記アーマチュアの端部に隣接する前記アーマチュアとねじり接続された第１の端部を有し、前記電気−機械エネルギー装置と機械エネルギー源または消費物体との間でねじり力を伝達するための第２の端部を有するトーションバーと、
を備え、
前記エンジンから前記電気−機械エネルギー変換装置までの減衰が、前記電気−機械エネルギー変換装置から、前記電気−機械エネルギー変換装置とねじり接続されたエネルギー消費物体までの減衰とは異なる、
ハイブリッド電気車両。
前記電気−機械エネルギー変換装置がモータとしておよび発電機として動作するときに、前記アーマチュアが共通の角度方向に回転する請求項５記載のハイブリッド電気車両。