JP6901144B2 - Drive mechanism using regenerative energy - Google Patents
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Description
本発明は、回生エネルギーを利用した駆動機構に関するものであり、より詳細には、回生エネルギーの蓄積部と変速機構をその構成に含む回生エネルギーを利用した駆動機構に関するものである。 The present invention relates to a drive mechanism using regenerative energy, and more specifically, to a drive mechanism using regenerative energy including a regenerative energy storage unit and a speed change mechanism in its configuration.
回生エネルギーを駆動機構で回収、蓄積し、出力に再利用する駆動機構が提案されている。たとえば、特許文献1では、駆動源となるエンジンと、出力となる駆動輪との間に無段変速機構を配置すると共に、エンジンと無段変速機構は、回生エネルギーを蓄積する弾性体に連繋している。 A drive mechanism has been proposed in which regenerative energy is recovered by a drive mechanism, stored, and reused for output. For example, in
駆動輪と無段変速機構、無段変速機構とエンジン、無段変速機構と弾性体は、夫々1又は複数のクラッチ機構により接続されており、動力伝達及びその遮断、回転方向の切替等を行なうようにしている。 The drive wheels and the continuously variable transmission mechanism, the continuously variable transmission mechanism and the engine, and the continuously variable transmission mechanism and the elastic body are connected by one or a plurality of clutch mechanisms, respectively, and perform power transmission, interruption thereof, switching of rotation direction, and the like. I am trying to do it.
特許文献1は、クラッチ機構の切替を中央制御装置(CPU)によって行なっているが、クラッチ機構が多数あるため、機構が複雑になり、さらに、その制御も困難であって、メンテナンス性も十分ではない。 In
本発明の目的は、簡易な構造によって回生エネルギーを蓄積、出力に再利用することのできる駆動機構を提供することである。 An object of the present invention is to provide a drive mechanism capable of storing regenerative energy and reusing it for output by a simple structure.
本発明に係る回生エネルギーを利用した駆動機構は、
一方向のみの回転を許容する駆動軸を回転駆動する駆動源と、
前記駆動軸を介して前記駆動源に連繋される入力軸と、前記入力軸に連繋され回生エネルギーを蓄積可能な蓄積手段と、前記蓄積手段に連繋される入出力軸とを有し、前記蓄積手段に回生エネルギーを蓄積し、蓄積された回生エネルギーを前記入出力軸から出力可能な蓄積部と、
前記入出力軸を介して前記蓄積部に連繋される変速機構と、
前記変速機構と連繋される被駆動部材と、
を具える。The drive mechanism using the regenerative energy according to the present invention is
A drive source that rotates and drives a drive shaft that allows rotation in only one direction,
The storage has an input shaft connected to the drive source via the drive shaft, a storage means connected to the input shaft and capable of storing regenerative energy, and an input / output shaft connected to the storage means. A storage unit that stores regenerative energy in the means and can output the stored regenerative energy from the input / output shaft.
A transmission mechanism connected to the storage unit via the input / output shaft,
The driven member connected to the transmission mechanism and
To have.
前記蓄積手段は、ゼンマイバネを例示できる。 The storage means can be exemplified by a mainspring.
前記入力軸と前記入出力軸は同心に配置され、
前記ゼンマイバネは、前記入力軸又は前記入出力軸と同心に一体回転可能に連繋されたケーシングの内部に収容され、前記ゼンマイバネの外端は、前記ケーシングに連繋されており、
前記ゼンマイバネの内端は前記入力軸又は前記入出力軸の他方に連繋されている。The input shaft and the input / output shaft are arranged concentrically.
The mainspring is housed inside a casing that is concentrically and rotatably connected to the input shaft or the input / output shaft, and the outer end of the mainspring is connected to the casing.
The inner end of the mainspring is connected to the input shaft or the other of the input / output shafts.
また、前記蓄積手段は、定荷重バネを例示できる。 Moreover, the storage means can exemplify a constant load spring.
前記入力軸の先端には、入力側ドラムが一体回転可能に取り付けられており、
入出力軸340には、入出力側支持プレートが一体回転可能に取り付けられており、前記入出力側支持プレートには、入出力側ドラムが回転自在に取り付けられており、
前記入出力側ドラムには、前記定荷重バネが巻き戻し方向に巻回され、前記定荷重バネの他端は前記入力側ドラムに巻回可能となっている構成を例示できる。An input side drum is attached to the tip of the input shaft so that it can rotate integrally.
An input / output side support plate is integrally rotatably attached to the input /
A configuration in which the constant load spring is wound around the input / output side drum in the rewinding direction and the other end of the constant load spring can be wound around the input side drum can be exemplified.
前記変速機構は、正転、逆転、停止の何れかの状態を切替可能であって、変速比が可変である。 The speed change mechanism can switch between forward rotation, reverse rotation, and stop state, and the gear ratio is variable.
前記変速機構は、変速比が無段に可変である。 The speed change mechanism has a variable speed change ratio.
また、本発明の陸上移動体は、上記記載の回生エネルギーを利用した駆動機構を具える。 Further, the land-based mobile body of the present invention includes a drive mechanism utilizing the regenerative energy described above.
本発明の回生エネルギーを利用した駆動機構によれば、駆動源からの動力は、蓄積部にエネルギーを蓄積可能である限り、蓄積部に蓄積される。また、蓄積部に蓄積されたエネルギーは、変速機構に出力可能となっており、変速機構を介して被駆動部材を駆動することができる。 According to the drive mechanism using the regenerative energy of the present invention, the power from the drive source is stored in the storage unit as long as the energy can be stored in the storage unit. Further, the energy stored in the storage unit can be output to the transmission mechanism, and the driven member can be driven via the transmission mechanism.
一方で、駆動源の駆動軸は、一方向のみの回転が許容されているから、蓄積部の回生エネルギーが駆動源に伝達されたり駆動源で消費されることはない。 On the other hand, since the drive shaft of the drive source is allowed to rotate in only one direction, the regenerative energy of the storage unit is not transmitted to the drive source or consumed by the drive source.
また、被駆動部材の制動時等における回生エネルギーは、変速機構を介して蓄積部に伝達され、蓄積される。 Further, the regenerative energy at the time of braking of the driven member or the like is transmitted to the storage unit via the transmission mechanism and stored.
本発明の回生エネルギーを利用した駆動機構によれば、被駆動部材を駆動させるためのエネルギーは、蓄積部に蓄積された駆動源からのエネルギー、及び、被駆動部材の制動時等に生じ変速機構を介して蓄積部に蓄積された回生エネルギーである。 According to the drive mechanism using the regenerative energy of the present invention, the energy for driving the driven member is generated from the drive source stored in the storage unit and when the driven member is braked. It is the regenerative energy stored in the storage part through.
被駆動部材からの回生エネルギーは、変速機構を介して蓄積部に蓄積できるから、たとえば変速機構に無段変速機構を採用することで、究極的には駆動源や機構的なブレーキを不要とすることも可能である。 Since the regenerative energy from the driven member can be stored in the storage unit via the transmission mechanism, for example, by adopting a continuously variable transmission mechanism for the transmission mechanism, a drive source or a mechanical brake is ultimately unnecessary. It is also possible.
さらに、本発明の回生エネルギーを利用した駆動機構によれば、クラッチ機構は必要とせず、又は、採用する場合であっても少数で済むから、駆動機構の構成や制御を簡略化することができる。 Further, according to the drive mechanism using the regenerative energy of the present invention, the clutch mechanism is not required, or even if it is adopted, a small number is required, so that the configuration and control of the drive mechanism can be simplified. ..
また、蓄積部としてゼンマイバネや定荷重バネを採用した場合、回生エネルギーはゼンマイバネや定荷重バネに蓄積され、蓄積された回生エネルギーは、効率的に変速機構へ出力することができる。 Further, when a mainspring spring or a constant load spring is adopted as the storage unit, the regenerative energy is stored in the mainspring spring or the constant load spring, and the stored regenerative energy can be efficiently output to the transmission mechanism.
本発明の回生エネルギーを利用した駆動機構によれば、運動エネルギーを別の物理系である電気又は化学変化等に変換することなく、同じ物理系で蓄積することができるので、高効率のエネルギー蓄積を実現することができる。 According to the drive mechanism using the regenerative energy of the present invention, the kinetic energy can be stored in the same physical system without being converted into another physical system such as electrical or chemical change, so that the energy can be stored with high efficiency. Can be realized.
本発明の回生エネルギーを利用した駆動機構100について、図面を参照しながら説明を行なう。本発明の駆動機構100は、たとえば、自動車やトラック、バス、オートバイ、自転車、鉄道等の陸上移動体の駆動機構に適用することができる。 The
図1は、本発明の一実施形態に係る回生エネルギーを利用した駆動機構100の概略構成を示すブロック図である。図に示すように、駆動機構100は、駆動源200と、エネルギー(回生エネルギーを含む)を蓄積する蓄積部300と、変速比が可変である変速機構400と、変速機構400に連繋された被駆動部材500を具える。 FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a
本発明の駆動機構100は、駆動源200からのエネルギーを蓄積部300に蓄積可能であり、蓄積部300に蓄積されたエネルギー(回生エネルギーを含む)は変速機構400を介して被駆動部材500に供給可能となっている。また、被駆動部材500の制動時等に発生するエネルギーは、変速機構400を介して蓄積部300に蓄積可能となっている。すなわち、蓄積部300には、駆動源200と被駆動部材500の両方からエネルギーを蓄積可能であって、その蓄積されたエネルギーで被駆動部材500を駆動可能となっている。 The
以下、図1等を参照して、各構成について詳述する。 Hereinafter, each configuration will be described in detail with reference to FIG. 1 and the like.
駆動源200は、図1に示すように、モーターやエンジンなどを例示することができる。たとえばモーターを駆動源200とする場合、図示省略するバッテリーや商用電源等を電源として構成する。駆動源200は、出力軸として軸受等に軸支された駆動軸210を具える。駆動軸210には、ワンウェイベアリング220等によって一方向のみの回転が許容されるよう構成されている。なお、「一方向」とは厳密に一方向だけでなく、多少の逆方向の回転を許容する構成も含む。 As shown in FIG. 1, the
蓄積部300は、回生エネルギーを蓄積する。蓄積部300は、図2及び図3に示すように、エネルギーを蓄積する蓄積手段としてゼンマイバネ310を例示している。蓄積部300は、ゼンマイバネに限定されず、コイルバネやゴム、エアーなどの弾性体であってもよい。また、後述するとおり、蓄積部300に定荷重バネ360,361を採用することもできる。 The
ゼンマイバネ310は、鋼板を巻回して構成することができ、回動可能に支持されたケーシング320に収容されている。図示の実施形態では、ケーシング320は円筒形状であるが、ゼンマイバネ310を収容可能であれば、複数のフレームを同心円上に配置した構成等であってもよい。 The
ゼンマイバネ310の内端は、軸受等に軸支された入力軸330に連繋されている。入力軸330は、図示の実施形態では駆動軸210と一体に構成されている。なお、入力軸330と駆動軸210は、ギア等を介して接続しても構わない。 The inner end of the
ゼンマイバネ310の外端は、ケーシング320に接続されている。ケーシング320は、一端に縮径した縮径部322を有しており、縮径部322の中央には、入力軸330と同心且つ逆向きに延びる入出力軸340に連繋されている。入出力軸340は、図示しない軸受等に軸支されている。縮径部322は、図2及び図3に示すように円錐形状としたり、円盤形状とすることができる。なお、縮径部322は、ケーシング320を完全に塞ぐ必要はなく、ケーシング320と入出力軸340が一体回転可能であれば、フレーム等によって構成しても構わない。 The outer end of the
蓄積部300について、本実施形態では、上記のとおり、ゼンマイバネ310の内端を入力軸330、外端をケーシング320に連繋しているが、内端をケーシング320、外端を入出力軸340に連繋するよう構成しても構わない。 Regarding the
蓄積部300は、駆動源200を一方向に回転させることでゼンマイバネ310を巻き込む方向に回転し、ゼンマイバネ310にエネルギーを蓄積することができる。また、蓄積部300は、ゼンマイバネ310が伸びる方向に変形することで蓄積されたエネルギー(回生エネルギーを含む)を変速機構400から被駆動部材500に出力することができる。一方、被駆動部材500の減速等の際に、変速機構400からゼンマイバネ310を巻き込む方向に回転させることで、ゼンマイバネ310に回生エネルギーを蓄積することができる。 By rotating the
変速機構400は、蓄積部300の入出力軸340に連繋された第1軸420と、被駆動部材500に連繋された第2軸430を正転、逆転、停止の何れかの状態に切替可能且つ動力伝達可能に連繋して構成される。 The
変速機構400は、有段で変速比を可変することのできる有段変速機構を採用することができるが、本実施形態では、変速機構400は、変速比を無段に可変である無段変速機構を採用している。これにより、蓄積部300から変速機構400へのエネルギー伝達、変速機構400から蓄積部300への回生エネルギーの蓄積をより細やかに制御することができる。 The
変速機構400として、図4乃至図11に示す構成を例示できる。なお、変速機構400は、本実施形態に示すもの以外でも適用可能である。 As the
図4は、変速機構400の概略構成を示す斜視図、図5は側面図、図6は第1軸420側から見た正面図である。図に示すように、変速機構400は、蓄積部300に連繋される第1軸420と、被駆動部材500に連繋される第2軸430を平行且つ偏心して配備している。第1軸420は、蓄積部300から変速機構400へのエネルギーの出力軸と、変速機構400から蓄積部300への回生エネルギーの入力軸を兼ねている。また、第2軸430は、変速機構400から被駆動部材500へのエネルギーの出力軸と、被駆動部材500から変速機構400への回生エネルギーの入力軸を兼ねている。 FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the
第1軸420は、軸受等により軸支されており、先端に第1ディスク421が連繋されている。図示の実施形態では、第1ディスク421は、第2軸430と対向する第1対向面422が、第1軸420に対して垂直な円盤体である。第1ディスク421の直径は、第1軸420と第2軸430の偏心距離以上とすることで、第1軸420と第2軸430の回転方向を切替可能とすることができる。 The
第2軸430は、軸受等により回転可能に支持されており、先端に第2ディスク431が連繋されている。図示の実施形態では、第2ディスク431も円盤体であり、第1軸420と対向する第2対向面432が、第2軸430に対して垂直となっており、さらに、第2対向面432は、第1対向面422と少なくとも一部が対向している。望ましくは、第2対向面432は、第1対向面422と平行に向かい合っている。第2ディスク431の直径は、第1軸420と第2軸430の偏心距離以上とすることで、第1軸420と第2軸430の回転方向を切替可能とすることができる。 The
第1ディスク421と第2ディスク431との間には、第1ディスク421と第2ディスク431を動力伝達可能に連繋する複数の球状転動体440,450が配置される。図示の実施形態では、球状転動体440,450は2つであり、第1ディスク421側の球状転動体440を第1球状転動体、第2ディスク431側の球状転動体450を第2球状転動体と称する。 Between the
第1球状転動体440は、第1対向面422と接触しており、第2球状転動体450は、第2対向面432と接触している。また、第1球状転動体440と第2球状転動体450も接触している。そして、本実施形態では、第1球状転動体440と第2球状転動体450は、直径(直径線Lと称する)が直線状に並び、この直径線Lが、第1軸420及び第2軸430と平行になるようにホルダー460に保持されている(図4にはホルダー460は示さず)。なお、直径線Lは、第1軸420及び第2軸430と平行であることが好ましいが、これらに対して非平行とすることもでき、また、第1球状転動体440と第2球状転動体450は直径が直線状に並ばずにずれていても構わない。 The first
ホルダー460は、第1球状転動体440と第2球状転動体450を回転自在に保持している。より詳細には、図示のホルダー460は、対向する板状の台座の各内面にスラストベアリングの如きベアリング461を配備している。台座どうしは、その間隔が一定になるように保持されている。そして、ホルダー460の一端から第1対向面422に向けて第1球状転動体440、他端から第2対向面432に向けて第2球状転動体450が臨出している。 The
ホルダー460は、第1球状転動体440及び第2球状転動体450と共に、第1ディスク421と第2ディスク431間で第1軸420及び第2軸430と平行な面内において、第1ディスク421と第2ディスク431の対向領域にて移動可能となるようにホルダー移動手段464に連繋されている。ホルダー460の移動方向を図5及び図6中矢印6Aで示す。ホルダー移動手段464は、シリンダーの如きアクチュエーター465を例示でき、この場合、ピストンロッド466をホルダー460に連結した構成とすることができる。 The
上記した第1ディスク421の第1対向面422と第1球状転動体440、第1球状転動体440と第2球状転動体450、第2球状転動体450と第2ディスク431の第2対向面432は、夫々摩擦接触している。たとえば、これら対向面422,432、球状転動体440,450は、鋼などの金属、硬質ゴム、硬質樹脂などから作製することが好適である。変速機構400の効率を高めるには、対向面422,432と球状転動体440,450の滑りを低減することが望まれる。 The first facing
上述の変速機構400について、図4乃至図6を用いてその動作原理を説明する。変速機構400からの動力を受けて、第1軸420が図中矢印2A方向に回転すると、第1ディスク421も第1軸420と共に回転する。第1球状転動体440は、第1対向面422に摩擦接触しており、ホルダー460によって保持されているから、第1ディスク421の回転によって図中矢印4A方向に転動する。第1球状転動体440と摩擦接触している第2球状転動体450は、第1球状転動体440の転動によって、図中矢印5A方向に転動する。 The operating principle of the above-mentioned
そして、第2ディスク431は、第2対向面432が第2球状転動体450と摩擦接触しているから、第2球状転動体450の矢印5A方向の転動によって、図中矢印3A方向に回転し、第2軸430が第1軸420とは逆向きに回転することになる。 Since the second facing
ここで、ホルダー移動手段464を作動させると、第1軸420と第2軸430の変速比を変えることができる。変速比は、第1球状転動体440と第2球状転動体450の直径が同じである場合、図5に示す第1軸420から直径線Lまでの距離S1を、第2軸430から直径線Lまでの距離S2で割った値(S1/S2)で表わすことができる。変速比が大きいほど、第1軸420に対する第2軸430の回転数は大きくなるが第2軸430のトルクは小さくなり、また、変速比が小さいほど、第1軸に対する第2軸430の回転数は小さくなるが第2軸430のトルクは大きくなる。 Here, when the holder moving means 464 is operated, the gear ratios of the
変速比について、図5では、第1軸420から直径線Lまでの距離S1と、第2軸430から直径線Lまでの距離S2を1:1としている。従って、第1軸420と第2軸430の変速比(S1/S2)は1である。 Regarding the gear ratio, in FIG. 5, the distance S1 from the
一方、ホルダー移動手段464を縮めて、図7に示すように、第1軸420から直径線Lまでの距離S1を、第2軸430から直径線Lまでの距離S2よりも大きくすると、変速比(S1/S2)は1よりも大きくなる。 On the other hand, when the holder moving means 464 is shortened and the distance S1 from the
逆に、ホルダー移動手段464を伸ばして、図8に示すように、第1軸420から直径線Lまでの距離S1を、第2軸430から直径線Lまでの距離S2よりも小さくすると、変速比(S1/S2)は1よりも小さくなる。 On the contrary, when the holder moving means 464 is extended and the distance S1 from the
上記のように、本実施形態の変速機構400によれば、ホルダー移動手段464によって第1球状転動体440と第2球状転動体450の位置を第1軸420と第2軸430との間で移動させることにより、第1軸420の回転を所望の変速比で第2軸430に伝達することができる。 As described above, according to the
なお、図9に示すように、第1軸420の回転中心と直径線Lが一致するようにホルダー移動手段464を伸縮させることにより、第1球状転動体440及び第2球状転動体450は、図中矢印4B及び5Bで示すように、第1軸420及び第2軸430と直交する面内で停止する。この結果、第1軸420の回転は、第2軸430に伝達されない状態となる。 As shown in FIG. 9, the first
上記のような場合に、図9に示すように、第1ディスク421や第2ディスク431の回転中心に、球状転動体440を転動自在とするベアリングの如き空転手段429を設ける構成を例示できる。この場合、第1球状転動体440が第1ディスク421の空転手段429上に移動したときに、第1ディスク421の回転が第1球状転動体440に伝達されないフリー状態となり、第1球状転動体440、第2球場移転動体450及び第2ディスク431は、停止状態を実現できる。 In the above case, as shown in FIG. 9, it is possible to exemplify a configuration in which an idling means 429 such as a bearing that makes the
図10及び図11は、第1軸420と第2軸430を同方向に回転させる例である。図10及び図11に示すように、直径線Lが、第1軸420と第2軸430との間にない場合には、図中矢印3Bで示すように、第2軸430は、第1軸420の回転方向と同じ方向に回転する。 10 and 11 are examples of rotating the
上記を組み合わせることにより、本発明の変速機構400によれば、第1軸420から第2軸430への変速比を変えることができることは勿論、第1軸420に対する第2軸430の回転方向も制御することができる。 By combining the above, according to the
なお、上記変速機構400は、球状転動体は、第1球状転動体440と第2球状転動体450の2つであるが、3つ以上とすることもできる。この場合、球状転動体の数が偶数であれば、第1軸420と第2軸430との回転方向は上記と同じである。一方、球状転動体の数が奇数であれば、第1軸420と第2軸430との回転方向は上記とは逆になる。 The
また、上記実施形態では、第1球状転動体440と第2球状転動体450の直径は同じであるが、第1球状転動体440と第2球状転動体450の直径を変えても構わない。 Further, in the above embodiment, the diameters of the first
さらに、上記実施形態では、第1ディスク421の第1対向面422と、第2ディスク431の第2対向面432は、夫々平面であるが、一方を凹円錐形状や椀状などの凹形状、他方を凹形状と対応した凸形状とすることもできる。この場合、対向面422,432と球状転動体440,450、或いは、球状転動体440,450どうしの摩擦接触が低下しないように第1対向面422と第2対向面432の間隔を調整する必要がある。 Further, in the above embodiment, the first facing
上記の変速機構400によれば、球状転動体440,450のディスク421,431への接触位置を調整するだけで、第1軸420から第2軸430へ伝達される動力の変速比や回転方向を自在に変化させ、さらには動力を伝達しないニュートラルとすることもできる。 According to the above-mentioned
また、変速機構400は、ディスク421,431と球状転動体440,450、球状転動体を保持するホルダー460及びホルダー移動手段464により構成することができるから、従来の無段変速機構に比べて構成が簡便であり、また、メンテナンス性にもすぐれる。 Further, since the
上記した変速機構400は、アクチュエーター465を作動させることにより、図12に示すように、第1軸420から入力された駆動力を、正転側の最高速、高速、中速、低速、徐行、停止、逆転側の逆徐行、逆低速、逆中速の状態で、第2軸430に出力することができる。なお、さらにアクチュエーター465を伸縮させることで、逆高速、逆最高速にも調整可能である。説明では、高速、中速等の段階で示しているが、変速比が無段階に設定可能であるから、速度変化も無段階に調整できる。また、微細調整も可能で、変速比が極小から極大まで大きな可変幅を得ることができる。 By operating the
被駆動部材500は、駆動機構100によって駆動する部材であり、陸上移動体の場合、駆動輪(図1参照)を例示できる。 The driven
そして、駆動機構100の操作は、アクセル及びブレーキなどの人的操作を受け付ける操作部600(図1参照)によって行なわれる。 Then, the operation of the
上記構成の回生エネルギーを利用した駆動機構100は、図1に示すように、中央制御装置(CPU700を主体として構成される)によって制御される。CPU700には、駆動機構100のすべての制御のためのプログラムや設定を記憶するROMやRAMなどの記憶手段(図示せず)が接続されている。 As shown in FIG. 1, the
CPU700は、操作部600に電気的に接続されており、操作部600からの操作に基づいて、駆動源200の出力及び回転数を制御すると共に、変速機構400のアクチュエーター465の伸縮を制御して、変速機構400の変速比及び動力伝達方向を制御する。また、変速機構400の第1軸420には、回転数やトルクを検出する検出器710が配備されており、その検出値は、CPU700に送信される。 The
また、蓄積部300には、蓄積部300に蓄積されているエネルギー(回生エネルギーを含む)を検出するセンサ720が配備されており、その検出値は、CPU700に送信される。 Further, the
そして、CPU700は、各軸の回転数、トルク、蓄積部300の蓄積エネルギー量を把握し、操作部600からの操作及びセンサ720から蓄積部300のエネルギー蓄積状況を比較部730にて比較し、アクチュエーター465及び駆動源200を制御する。なお、詳細は後述する。 Then, the
上記構成の回生エネルギーを利用した駆動機構100の基本的な動作は以下のとおりである。 The basic operation of the
駆動源200を作動させることにより、駆動軸210と入力軸330が一体に回転し、入力軸330に接続されたゼンマイバネ310が内端側から巻き込み方向に巻回されて、蓄積部300にエネルギーが蓄積される。なお、蓄積部300に蓄えられたエネルギーが最大となったことがセンサ720によって検知されると、CPU700は、駆動源200を停止させるよう制御する。この制御は、以下の何れの場合であっても同様である。 By operating the
そして、蓄積部300に蓄積されたエネルギー(回生エネルギーを含む)は、変速機構400を通じて被駆動部材500を駆動させる。たとえば、被駆動部材500を駆動させたい場合には、操作部600が操作(アクセル)されることで、CPU700は、センサ720によって検知された蓄積部300に蓄積されたエネルギーと必要な動力を比較部730にて算出し、変速機構400の回転数やトルクを検出器710で検出しつつ、被駆動部材500に最適な駆動力供給ができるようにアクチュエーター465を伸縮させる。これにより、蓄積部300から変速機構400を介して被駆動部材500に回転力が伝達され、被駆動部材500が駆動する。 Then, the energy (including regenerative energy) stored in the
被駆動部材500が駆動している状態で、駆動源200を作動させておくことにより、入力軸330の回転数が、入出力軸340の回転数よりも大きければ、蓄積部300に追加のエネルギーが蓄積される。また、入力軸330と入出力軸340の回転数が同じであれば、蓄積部300には追加のエネルギーが蓄積されることなく一定に保持される。さらに、入力軸330の回転数が、入出力軸340の回転数よりも小さければ、駆動源200の動力と蓄積部300のエネルギーの一部が被駆動部材500で消費されることになり、蓄積部300に蓄積されているエネルギーは減少することになる。 By operating the
一方、被駆動部材500を減速させる場合には、操作部600が操作(ブレーキ)されることで、アクチュエーター465を操作して、被駆動部材500の制動力を変速機構400を介して蓄積部300に伝達することにより、ゼンマイバネ310が巻き込み方向に巻回されて、回生エネルギーが蓄積部300に蓄積される。このとき、CPU700は、変速機構400の回転数やトルクを検出器710で検出し、また、センサ720にて蓄積部300に既に蓄積されているエネルギー量を参照して、最適に回生エネルギーを蓄積部300に蓄積できるよう制御する。 On the other hand, when the driven
以下、本発明の駆動機構100について、図13を参照しながら、等速走行時及び減速時の動作の一実施形態を具体的に説明する。駆動機構100は、車両に搭載するものとし、被駆動部材500は、車両の駆動輪を例示する。 Hereinafter, an embodiment of the operation of the
図13は、駆動機構100の概略図である。図において、被駆動部材500を駆動する第2軸430の回転数をA、入出力軸340(第1軸420)の回転数をB、駆動軸210(入力軸330)の回転数をCとする。また、以下の説明では、変速機構400の変速比は、X:Y=第2軸430(被駆動部材側):第1軸420(蓄積部側)で表記する。 FIG. 13 is a schematic view of the
<1.時速50kmの等速走行>
たとえば、車両が時速50kmで走行している状態において、変速機構400の変速比を1:1に設定すると、回転数は、A=B≦Cとなる。このとき、蓄積部300の入力反発トルク(蓄積部300に蓄積されたエネルギー)は、駆動源200の出力トルク(駆動源200から蓄積部300に入力されるエネルギー)よりも小さいから、蓄積部300には、駆動源200からのエネルギーが少しずつ蓄積されていく。<1. Constant speed running at 50km / h>
For example, when the gear ratio of the
<2.時速50kmから時速40kmへ減速>
操作部600を操作(アクセルを弱める)し、変速機構400の変速比をたとえば1.2:1に設定する。これにより、変速機構400からの出力トルクが蓄積部300のトルクよりも大きくなり、回転数は、A<B≦Cとなって、被駆動部材500側のエネルギーが蓄積部300に移動する。駆動源200は回転しているから、蓄積部300には、被駆動部材500と駆動源200の両方からエネルギーが蓄積される。すなわち、被駆動部材500から蓄積部300にエネルギーが回生エネルギーとして移動することで、被駆動部材500の回転数は徐々に低下し、車両は減速を開始する。<2. Decelerate from 50km / h to 40km / h>
The
そして、徐々に時速40kmに近づき、等速になる。このとき、回転数はA=B≦Cとなり、蓄積部300の回生エネルギーは、50km−40km=10kmに相当する減速エネルギー分だけ増大する。そして、時速が設定速度である40km/hに近づくと、変速機構400の変速比を徐々に元の1:1に戻すことで、車両は等速状態となる。この減速によって、上記1.と同様に、蓄積部300にはエネルギーが蓄積された状態になる。 Then, the speed gradually approaches 40 km / h and becomes constant speed. At this time, the rotation speed becomes A = B ≦ C, and the regenerative energy of the
<3.時速40kmの等速走行>
変速機構400の変速比が1:1の状態で(A=B)、蓄積部300の蓄積エネルギーが、蓄積部300に蓄積可能なエネルギーの最大になると、駆動源200を停止する(C=0)。これにより、蓄積部300の蓄積エネルギーのみで被駆動部材500を駆動することができる。そして、蓄積部300の蓄積エネルギーが減少すると、再度駆動源200を作動させて、その減少分のエネルギーを蓄積部300に追加して蓄積する。<3. Constant speed running at 40km / h>
When the gear ratio of the
<4.時速50kmからの急制動>
上記1.の時速50kmで等速走行している際に、操作部600を操作(ブレーキ)して急制動した場合には、変速機構400の変速比をたとえば2:1まで急激に変化させる。これにより、第2軸430と第1軸420の回転数の比は、A<<Bとなる。さらに、急制動では蓄積部300に急激に回生エネルギーが流入するため、駆動源200から蓄積部300へのエネルギーの移動を阻止するために、C=0となることがある。しかしながら、ワンウェイベアリング220により、駆動源200は逆転することはない。<4. Sudden braking from 50km / h>
Above 1. When the
変速比が2:1となり、回転数の比がA<<Bとなることで、被駆動部材500から変速機構400に伝達されるトルクが急激に増大する。そして、蓄積部300に大きな回生エネルギーが急激に蓄積されると共に、被駆動部材500の回転数が減少して、車両の速度が急激に減速する。 When the gear ratio is 2: 1 and the rotation speed ratio is A << B, the torque transmitted from the driven
なお、急制動の後、低速での走行を行なう場合には、上記3.と同様の制御を行なえばよい。 If you want to drive at low speed after sudden braking, please refer to 3. above. The same control as in the above may be performed.
上記のように、ブレーキ操作時に、その制動力を回生エネルギーに変換して蓄積部300に蓄えることができるようにしたことで、究極的には、被駆動部材500に運動エネルギーを熱エネルギーに変換して外部に放出する一般的なブレーキを不要とすることができ、駆動機構100の簡略化を達成できる。 As described above, when the brake is operated, the braking force is converted into regenerative energy and stored in the
本発明によれば、上記のように簡易な機構で駆動機構100を構成することができ、クラッチ機構は必要とせず、又は、採用する場合であっても少数で済む。 According to the present invention, the
また、蓄積部300にエネルギー(回生エネルギーを含む)が蓄積されているから、急加速を行なう場合であっても、駆動源200のみのエネルギーに頼らなくてよいから、駆動源200は出力の小さいもので済み、駆動機構100の小型化や軽量化を達成できる。 Further, since energy (including regenerative energy) is stored in the
上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。 The above description is for explaining the present invention, and should not be construed as limiting or limiting the scope of the invention described in the claims. In addition, each part of the present invention is not limited to the above embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the technical scope described in the claims.
図14及び図15は、蓄積部300としてゼンマイバネ310に代えて、一対の定荷重バネ360,361を採用した実施形態である。なお、上記実施形態と同様の部材には同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。 14 and 15 show an embodiment in which a pair of constant load springs 360 and 361 are used as the
入力軸330と入出力軸340は、ベアリング331、ベアリング341に軸支され、同心に配置されている。入力軸330の先端には、入力側ドラム362が一体回転可能に取り付けられている。また、入出力軸340には、円盤状の入出力側支持プレート363が一体回転可能に取り付けられている。 The
入出力側支持プレート363は、入力軸330側に向けて一対の入出力側ドラム364,364が、入力側ドラム362を挟んで対称且つ回転自在に取り付けられている。 In the input / output
入出力側ドラム364,365には、定荷重バネ360,361が夫々巻回されている。定荷重バネ360,361は、巻き戻し方向が入出力側ドラム364,365への巻回方向である帯状のバネであり、これら定荷重バネ360,361の巻き戻し方向の端部は、夫々入出力側ドラム364,365に固定されている。 Constant load springs 360 and 361 are wound around the input /
定荷重バネ360,361の他端は、中央の入力側ドラム362に固定されており、定荷重バネ360,361は、その巻回方向を反転させて、反り返った状態で入力側ドラム362に巻回可能となっている。 The other ends of the constant load springs 360 and 361 are fixed to the central
定荷重バネ360,361は、入出力側ドラム364,365に巻き戻し方向に付勢力が作用しており、入力側ドラム362に反り返って巻回させることでエネルギーを蓄積し、他方、蓄積されたエネルギーは、入出力ドラム364,365に定荷重バネ360,361が巻き戻されることで放出される。 The constant load springs 360 and 361 have an urging force acting on the input /
すなわち、図16(図16では定荷重バネ360、入力側ドラム362、入出力側ドラム364のみを示している)に示すように、入力側ドラム362を矢印2Aで示すように回転させることで、図16の左から右側に示すように、入出力側ドラム364から定荷重バネ360が送り出されると共に、入力側ドラム362に定荷重バネ360が巻回されていく。これにより、蓄積部300にエネルギーが蓄積される。 That is, as shown in FIG. 16 (in FIG. 16, only the
上記エネルギーの蓄積は、図15において、矢印3A方向に入出力側支持プレート363を回転させることと同様である。すなわち、入力側ドラム362に対する入出力側支持プレート363の矢印3A方向の回転は、入力側ドラム362が相対的に矢印2A方向に回転することになるからである。 The energy storage is similar to rotating the input / output
従って、蓄積部300へのエネルギーの蓄積は、入力軸330の回転又は入出力軸340の逆回転によって行なうことができる。 Therefore, the energy can be stored in the
一方、蓄積部300に蓄積されたエネルギーは、入出力側ドラム364,365に定荷重バネ360,361が巻き戻されることで放出される。入出力側ドラム364,365は、入出力側支持プレート363に連繋されているから、入出力側ドラム364,365が定荷重バネ360,361を巻き戻すときに、入出力ドラム364,365が回転しながら入出力側支持プレート363も矢印3Aとは逆方向に回転することになる。これにより、蓄積部300に蓄積されたエネルギーが入出力側支持プレート363、すなわち、入出力軸340を回転させることができる。 On the other hand, the energy stored in the
然して、上記した実施形態と同様に、駆動源200からのエネルギーを蓄積部300に蓄積しつつ、被駆動部材500に放出し、また、被駆動部材500からの回生エネルギーを蓄積部300に蓄積することができる。 Therefore, similarly to the above-described embodiment, the energy from the
定荷重バネ360,361を蓄積部300に採用することで、入力側ドラム362への定荷重バネ360,361の巻回量によらず、一定のトルクによってエネルギーを蓄積、放出可能であるが、蓄積部300のバネは必ずしも定荷重バネである必要はない。 By adopting the constant load springs 360 and 361 for the
また、図17及び図18は、被駆動部材500側の第2ディスク431の停止機構を示している。図に示すように、第2ディスク431は、その回転中心に貫通孔433が形成されており、第2対向面432とは逆側の面に、筒状の突起が形成されている。突起の外周側には駆動軸伝達用歯車434が刻設されており、内周側には歯車状のブレーキ摩耗部435が刻設されている。駆動軸伝達歯車434は、第2軸430の基端に形成された歯車436と噛合している。 17 and 18 show a stop mechanism for the
第2ディスク431は、固定側の筐体470から突設された軸471にベアリング472を介して回動自在に支持されている。軸471には、中央に凹みが形成されており、凹みには、オルダム軸継手474が収容されている。オルダム軸継手474の先端には、第2ディスク431の貫通孔433よりも小径であり、オルダム軸継手474が、第2ディスク431の回転面と平行な面内でスライド可能な感知軸475が突設されている。オルダム軸継手474の先端側には、感知軸475が第2ディスク431の貫通孔433の内面と当接又は接近したときに第2ディスク431のブレーキ摩耗部435と当接又は噛合するブレーキ摩耗部476が形成されている。オルダム軸継手474は、無負荷の状態では感知軸475が貫通孔433の中央に位置するよう図示省略する付勢手段によって支持されている。 The
上記構成の停止機構において、図17に示すように、第2球状転動体450が第2ディスク431の中央に移動したときには、感知軸475が第2球状転動体450と当接して、感知軸475が位置ずれし、ブレーキ摩耗部435,476どうしが当接又は噛合することで、第2ディスク431は、筐体470に対して回転不能に係合される。これにより、第2ディスク431の回転を停止させることができる。 In the stop mechanism having the above configuration, as shown in FIG. 17, when the second spherical rolling
他方、感知軸475に第2球状転動体450が当接していない状態では、オルダム軸継手474は付勢手段によって第2ディスク431の貫通孔433の中央に位置するから、ブレーキ摩耗部435,476どうしは離れているから、第2ディスク431の回転は許容される。 On the other hand, in the state where the second spherical rolling
上記構成の停止機構を採用することで、第2球状転動体450、すなわち、アクチュエーター465の操作のみで第2ディスク431の回転を停止させることができる。 By adopting the stop mechanism having the above configuration, the rotation of the
一方、第2ディスク431の中心に第2球状転動体450が位置した場合、アクチュエーター465の位置情報により、それを検知して、CPU700の判断で被駆動部材500の停止或いはニュートラル状態を作ることができる。 On the other hand, when the second spherical rolling
<変速機構の異なる実施形態>
図19は、本発明の駆動機構における変速機構400の異なる実施形態を示している。図19の変速機構400は、図4等で説明した変速機構に代えて駆動機構に配置することができる。なお、蓄積部300等の構成は上記実施形態と同様であるため説明を省略する。また、上記実施形態と同じ符号を付した部材は、同じ又は同等の構成であり、適宜説明を省略する。<Embodiments with different transmission mechanisms>
FIG. 19 shows different embodiments of the
図19の変速機構400では蓄積部に第1軸420を介して動力伝達可能に配置された第1ディスク421と、第2軸430を介して出力側に連繋される第2ディスク431に加えて、第1ディスク421側に第1ディスク421により従動する補助ディスク480を配置している。補助ディスク480は、第1ディスク421と外接する円盤体とすることができ、補助ディスク480は第1ディスク421と平行な面内に配置され、軸受482に支持されて第1ディスク421の回転に従動し、第1ディスク421とは逆向きに回転する。 In the
たとえば、第1ディスク421と補助ディスク480は、周面に歯の刻設されたギアとし、ギアが噛合することで第1ディスク421の回転を補助ディスク480に伝達可能とすることができる。また、第1ディスク421と補助ディスク480の周面を粗に形成し、周面どうしを当接させても構わない。 For example, the
すなわち、第1軸420の駆動により、第1ディスク421と補助ディスク480が共に回転する構成であれば、その動力伝達機構はとくに限定されるものではない。 That is, the power transmission mechanism is not particularly limited as long as the
図示の実施形態では、補助ディスク480は第1ディスク421と同じ直径であるが異なる直径であっても構わない。 In the illustrated embodiment, the
第2ディスク431は、図19に示すように、第1ディスク421と補助ディスク480の両方に対向する位置に配置される。より詳細には、第2ディスク431は、第1ディスク421と補助ディスク480の回転中心を結ぶ線Lm上に直径が配置される、すなわち、第2軸430の延長線がLmと直交するよう配置される。第2ディスク431は、第1ディスク421と補助ディスク480の回転中心間距離以上の直径とし、第2軸430は、第1ディスク421と補助ディスク480の接点に回転中心が位置することが望ましい。 As shown in FIG. 19, the
そして、第1ディスク421と補助ディスク480側に第1球状転動体440が当接し、第2ディスク431に第2球状転動体450が当接している。第1球状転動体440と第2球状転動体450は上記実施形態と同様に互いに当接し、ホルダー(図示せず)保持され、ホルダー移動手段(図示せず)によって線Lm方向に移動可能となっている。 Then, the first
然して、ホルダー移動手段の操作によって、球状転動体440,450をディスク421,480,431上で移動させることにより、第1軸420から第2軸430に出力される回転方向、回転数、回転トルクを適宜調整することができる。 However, by moving the spherical
具体的には、第1軸420を回転させると、第1ディスク421が回転し(方向2A)、補助ディスク480は、第1ディスク421とは逆向きに従動する(方向8A)。 Specifically, when the
第1球状転動体440は、第1ディスク421又は補助ディスク480との摩擦接触により、ディスク421,480の回転方向と直交する垂直面内で従動回転する。図19の例では、第1球状転動体440は第1ディスク421上にあるから、図中矢印4Aで示す方向に回転する。 The first
第2球状転動体450は、第1球状転動体440と摩擦接触しているから、第1球状転動体440の回転により、第1球状転動体440と同じ面内で第1球状転動体440とは逆向きに従動回転する(方向5A)。 Since the second spherical rolling
そして、第2球状転動体450と摩擦接触している第2ディスク431は、第2球状転動体450の回転により従動回転する。図示の実施形態では、第2ディスク431は、矢印3Aに示す方向に回転する。これにより、第2ディスク431に接続された第2軸430が、第2ディスク431と同じ3A方向に回転し、負荷(図示せず)を駆動することができる。 Then, the
第2ディスク431の回転方向、回転数及び回転トルクは、第1球状転動体440と第2球状転動体450の位置によって決定される。たとえば、図19の状態から、球状転動体440,450を第1ディスク421の外周側、第2ディスク431の中心側に移動させると、回転方向は上記と同じであるが、第1軸420の回転数が同じであれば、第2軸430の回転数は大きくなり、回転トルクは小さくなる。 The rotation direction, rotation speed, and rotation torque of the
一方、第1球状転動体440が補助ディスク480側に移動しても、第1球状転動体440と第2球状転動体450の回転方向は図19と同じままである。しかしながら、第2球状転動体450が、第2ディスク431の回転中心を越えるから、第2ディスク431及び第2軸430の回転方向は図19の矢印3Aとは逆になる。すなわち、矢印3Aを負荷の前進方向と考えると、負荷の後進方向に駆動力が伝達されることになる。また、補助ディスク480の回転中心と第1球状転動体440との距離、第2ディスク431の回転中心と第2球状転動体450との距離の比に応じた回転数、回転トルクで負荷に動力が伝達できる。 On the other hand, even if the first
逆に、負荷が減速状態にある場合には、負荷から第2軸430に伝達される回転力を第2ディスク431、球状転動体450,440、第1ディスク421或いは補助ディスク480を介して第1ディスク421に伝達し、第1軸420から蓄積部に回生エネルギーとして蓄積することもできる。 On the contrary, when the load is in the decelerated state, the rotational force transmitted from the load to the
蓄積部から負荷の駆動に必要なエネルギーの放出、或いは、回生エネルギーの蓄積は、図1を用いて説明したCPU700による制御により達成される。 The release of energy required to drive the load from the storage unit or the storage of regenerative energy is achieved by the control by the
100 駆動機構
200 駆動源
210 駆動軸
220 ワンウェイベアリング
300 蓄積部
310 ケーシング
330 入力軸
340 入出力軸
360 定トルクバネ
370 ケーシング
400 変速機構
420 第1軸
430 第2軸
500 被駆動部材100
Claims (4)
一方向のみの回転を許容する駆動軸を回転駆動する駆動源と、
前記駆動軸を介して前記駆動源に連繋される入力軸と、前記入力軸に連繋され回生エネルギーを蓄積可能な蓄積手段と、前記蓄積手段に連繋される入出力軸とを有し、前記蓄積手段に回生エネルギーを蓄積し、蓄積された回生エネルギーを前記入出力軸から出力可能な蓄積部と、
前記入出力軸を介して前記蓄積部に連繋される変速機構と、
前記変速機構と連繋される被駆動部材と、を具え、
前記蓄積手段は、定荷重バネであって、
前記入力軸の先端には、入力側ドラムが一体回転可能に取り付けられており、
入出力軸には、入出力側支持プレートが一体回転可能に取り付けられており、前記入出力側支持プレートには、入出力側ドラムが回転自在に取り付けられており、
前記入出力側ドラムには、前記定荷重バネが巻き戻し方向に巻回され、前記定荷重バネの他端は前記入力側ドラムに巻回可能となっている、
回生エネルギーを利用した駆動機構。 It is a drive mechanism that uses regenerative energy.
A drive source that rotates and drives a drive shaft that allows rotation in only one direction,
The storage has an input shaft connected to the drive source via the drive shaft, a storage means connected to the input shaft and capable of storing regenerative energy, and an input / output shaft connected to the storage means. A storage unit that stores regenerative energy in the means and can output the stored regenerative energy from the input / output shaft.
A transmission mechanism connected to the storage unit via the input / output shaft,
With a driven member connected to the transmission mechanism ,
The storage means is a constant load spring.
An input side drum is attached to the tip of the input shaft so that it can rotate integrally.
An input / output side support plate is integrally rotatably attached to the input / output shaft, and an input / output side drum is rotatably attached to the input / output side support plate.
The constant load spring is wound around the input / output side drum in the rewinding direction, and the other end of the constant load spring can be wound around the input side drum.
A drive mechanism that uses regenerative energy.
請求項1に記載の回生エネルギーを利用した駆動機構。 The speed change mechanism can switch between forward rotation, reverse rotation, and stop state, and the gear ratio is variable.
The drive mechanism using the regenerative energy according to claim 1.
請求項2に記載の回生エネルギーを利用した駆動機構。 The speed change mechanism has a variable speed change ratio.
The drive mechanism using the regenerative energy according to claim 2.
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