JP2017072191A - フライホイール構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】エネルギ密度に優れたフライホイール構造を提供することを目的とする。【解決手段】フライホイール構造1は、フライホイール2と、フライホイール2を軸支した状態で収容するケース3と、を有して構成され、フライホイール2は、中空構造Sを有する。フライホイール構造1は、フライホイール2やケース3のほか、ケース3に設けられフライホイール2を軸支する第1ベアリング4及び第2ベアリング5や、ケース3内をシールする気密シール6を備える。【選択図】図2A
Description
本発明は、フライホイール構造に関する。
フライホイールをケース内に収容したフライホイール構造が例えば特許文献1で開示されている。特許文献1の技術では、フライホイールは中実となっている。
中実のフライホイールは、重量が大きくなり易く、エネルギ密度の面で不利になる虞がある。このため、エネルギ密度に優れたフライホイール構造が望まれる。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、エネルギ密度に優れたフライホイール構造を提供することを目的とする。
本発明のある態様のフライホイール構造は、フライホイールと、前記フライホイールを軸支した状態で収容するケースと、を有して構成されるフライホイール構造であって、前記フライホイールは中空構造を有する。
この態様によれば、中空構造によってフライホイールを軽量化することができるので、エネルギ密度に優れたフライホイール構造を実現することができる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の実施形態に係る車両200の概略構成を示している。
車両200は、駆動源としてのエンジンENGを備え、エンジンENGの出力回転がエンジンクラッチCLE、トルクコンバータ220、変速機TM、差動機構240を介して駆動輪250に伝達される構成である。
エンジンクラッチCLEは、油圧によって締結状態を切り換えることができる油圧クラッチである。エンジンクラッチCLEを解放することで、エンジンENGのみをパワートレインから切り離すことができる。
トルクコンバータ220は、ロックアップクラッチ付きのトルクコンバータである。
変速機TMは、一対の溝幅可変のプーリと、一対のプーリの間に巻き掛けられるベルトとを備え、一対のプーリの溝幅を変更することで変速比を無段階に変更することができるベルト無段変速機である。変速機TMは、この他、前進後進を切り換える前後進切換機構を備える。変速機TMの入力軸231には、チェーン232を介してオイルポンプOPが接続されている。
差動機構240は変速機TMの出力回転を左右の駆動輪250に振り分ける機構である。
駆動輪250及び図示しない従動輪に設けられるタイヤブレーキ270は、ブレーキペダル271とマスターシリンダ272とが機構的に独立しているブレーキである。運転者がブレーキペダル271を踏み込むと、ブレーキアクチュエータ273によってマスターシリンダ272のピストンが変位し、これによって、タイヤブレーキ270に油圧が供給されて制動力が発生する。
エンジンクラッチCLE及び変速機TMには油圧回路280が接続されている。油圧回路280は、後述するコントローラ290からの指示に従い、オイルポンプOPが吐出する油による油圧を元圧としてエンジンクラッチCLE及び変速機TMで必要とされる油圧を生成し、エンジンクラッチCLE及び変速機TMに供給する。
フライホイール回生システム100は、フライホイールFWと、モータジェネレータMGと、遊星歯車機構PGと、第1〜第3ドグクラッチDOG1〜DOG3とを備える。第1〜第3ドグクラッチDOG1〜DOG3は、通電状態を切り換えることで締結状態を切り換えることができる電磁クラッチである。
遊星歯車機構PGは、サンギヤSと、サンギヤSに噛み合う複数のピニオンギヤPと、複数のピニオンギヤPに噛み合うリングギヤRと、複数のピニオンギヤPの回転軸を支持するキャリアCとを備える。
サンギヤSには、ワンウェイクラッチOWC及び第3ドグクラッチDOG3を介してフライホイールFWが接続されている。ワンウェイクラッチOWCは、フライホイールFWの回転速度NFWよりもサンギヤSの回転速度NSが高い場合にのみ締結するクラッチである。
キャリアCには、第1ドグクラッチDOG1及びギヤ列G1を介して変速機TMの入力軸231が接続される。
リングギヤRには、ギヤG2及び第2ドグクラッチDOG2を介してモータジェネレータMGが接続される。また、リングギヤRには、リングギヤRの回転を制動するリングギヤブレーキRBが設けられる。リングギヤブレーキRBは、例えば、バンドブレーキである。
モータジェネレータMGは、図示しないインバータによって駆動される三相交流電動機であり、力行又は発電が可能である。
フライホイールFWは、金属製であり、回転時の風損を低減するために真空又は減圧された容器内に収容されている。フライホイールFWは具体的には、フライホイール構造1に含まれたかたちで車両200に設けられる。
フライホイール回生システム100では、動力伝達機構50が、遊星歯車機構PGと、第1〜第3ドグクラッチDOG1〜DOG3と、を有して構成される。動力伝達機構50は、変速機TMの入力軸231及びフライホイールFWを接続するとともに、フライホイールFW及びモータジェネレータMGを接続する。具体的には動力伝達機構50は、変速機TMの入力軸231と、モータジェネレータMGと、フライホイールFWと、を互いに接続する。
第1〜第3ドグクラッチDOG1〜DOG3は、変速機TMの入力軸231及びフライホイールFWの断接と、フライホイールFW及びモータジェネレータMGの断接とを行うクラッチ部として、動力伝達機構50に設けられる。具体的には第1〜第3ドグクラッチDOG1〜DOG3は、互いに接続された変速機TMの入力軸231、モータジェネレータMG及びフライホイールFWから、変速機TMの入力軸231、モータジェネレータMG及びフライホイールFWそれぞれを個別に断接するクラッチ部として、動力伝達機構50に設けられる。動力伝達機構50はさらに、ワンウェイクラッチOWCや、ギヤ列G1や、ギヤG2を含む。
コントローラ290は、CPU、RAM、入出力インターフェース等で構成される。コントローラ290には、変速機TMの入力回転速度を検出する回転速度センサ291、アクセルペダル274の開度を検出するアクセル開度センサ292、ブレーキペダル271の踏み込み量を検出するブレーキセンサ293等からの信号が入力される。
コントローラ290は、入力される信号に基づき各種演算を行い、エンジンクラッチCLE及び第1〜第3ドグクラッチDOG1〜DOG3の締結状態、変速機TMの変速を制御する。
特に、運転者がブレーキペダル271を踏み込んだことを受けて車両200を減速させる場合は、コントローラ290は、フライホイールFWを用いて車両200の持つ運動エネルギをフライホイールFWに蓄積する(回生制御)。フライホイールFWは、例えばこのような回生制御を通じて、車両200の減速時に駆動輪250から変速機TMを介して伝達される動力をエネルギとして回収する。
また、運転者がアクセルペダル274を踏み込んだことを受けて車両200を発進加速させる場合は、コントローラ290は、フライホイールFWに蓄積されている運動エネルギを解放し、これを車両200の発進加速に利用することで、発進加速時にエンジンENGが消費する燃料量を抑え、車両200の燃費を向上させる(力行制御)。
図2Aは、フライホイール構造1の断面図である。図2Bは、フライホイール2単体の正面図である。フライホイール構造1は、フライホイール2と、ケース3と、第1ベアリング4と、第2ベアリング5と、気密シール6と、ボルト7と、を備える。
フライホイール2は、前述したフライホイールFWである。ケース3は、フライホイール2を軸支した状態で収容する。第1ベアリング4及び第2ベアリング5は、ケース3に設けられ、フライホイール2を軸支する。第1ベアリング4及び第2ベアリング5には、潤滑のためにグリスが封入される。気密シール6は、ケース3内をシールするシール部材である。気密シール6には例えば、リップシールを用いることができる。ボルト7は、後述する本体部21及び蓋部22を締結する。
以下、さらに詳しく説明すると、フライホイール2は、概ね円柱状の外形を有し、回転軸線方向における両端部に第1軸部2aと、第2軸部2bと、を有する。第1軸部2aは、第1ベアリング4で軸支され、第2軸部2bは、第2ベアリング5で軸支される。
フライホイール2への動力の入力及びフライホイール2からの動力の出力は、第2軸部2bを介して行われる。このため、第2軸部2bに対しては気密シール6が設けられる。気密シール6は、第2ベアリング5よりも外側からケース3内をシールする。第1軸部2aは、ケース3内に収容される。第2軸部2bの端部は、ケース3から突出して設けることができる。
フライホイール2は具体的には、本体部21と、蓋部22と、を有して構成される。本体部21は、第1軸部2aを有し、蓋部22は、第2軸部2bを有する。本体部21は第1の部分であり、中空部21aと、開口部21bと、円筒部21cと、を有する。二点鎖線は、本体部21における開口部21b及び円筒部21cの範囲を示す。
中空部21aは、本体部21を中空にする。中空部21aは具体的には、内径「d」を有し、本体部21内に円柱状の空間を形成する部分となっている。
開口部21bは、中空部21aが開口する部分であり、本体部21に凹状に形成される。開口部21bは具体的には、本体部21の一端部に中空部21aの内径「d」よりも大きな内径を有する有底円筒状の部分として設けられる。このため、開口部21bは、内壁部21baと、中空部21aが開口する底部21bbと、を有する。
円筒部21cは、中空部21aによって内壁部が構成される円筒状の部分である。このため、円筒部21cは、内径「d」を有するとともに、外径「D」を有する。フライホイール2では、内径「d」はゼロよりも大きな値に設定される。内径「d」を外径「D」で除算することで得られる比である内外径比d/Dは、エネルギ容量及びエネルギ密度を考慮して、次に説明するように設定される。
図3は、内外径比d/Dの設定の説明図である。質量比MRは、円筒部21cの質量を対応する円柱部の質量で除算して得られる値を示す。対応する円柱部とは、円筒部21cを中実にして得られる円柱部である。エネルギ比ERは、円筒部21cのエネルギ容量を対応する円柱部のエネルギ容量で除算して得られる値を示す。エネルギ密度EDは、円筒部21cのエネルギ容量を円筒部21cの質量で除算して得られる値を示す。
質量比MRの変化からわかるように、円筒部21cの質量は、内外径比d/Dが大きくなるほど小さくなる。また、エネルギ密度EDは、内外径比d/Dが大きくなるほど大きくなる。その一方で、エネルギ比ERの変化からわかるように、円筒部21cのエネルギ容量は、内外径比d/Dが大きくなるほど小さくなる。
すなわち、内外径比d/Dを大きくするほど、円筒部21cのエネルギ密度EDは大きくなる一方で、円筒部21cのエネルギ容量は小さくなる。
このため、本実施形態では、円筒部21cは、内外径比d/Dが0.66よりも小さくなるように形成される。これにより、フライホイール2を中実にした場合と比較し、円筒部21cにおいて80%以上のエネルギ容量を確保しつつ、エネルギ密度EDを高めることができる。
図2A及び図2Bに戻り、説明を続けると、蓋部22は第2の部分であり、概ね円盤状の形状を有する。蓋部22は、開口部21bに設けられる。具体的には蓋部22は、開口部21bに突き当て嵌合される。さらに具体的には蓋部22は、開口部21bの内壁部21baに嵌合されるとともに、開口部21bの底部21bbに突き当てられる。
蓋部22は、本体部21とともに、中空部21aによってフライホイール2を中空にする中空構造Sを構成する。
本体部21はさらに、複数のボルト穴21dを有する。複数のボルト穴21dは、フライホイール2の回転方向に沿った円周上に配置されるように設けられる。本実施形態では、複数のボルト穴21dは12個のボルト穴21dであり、フライホイール2の回転方向に沿って均等に設けられる。複数のボルト穴21dは具体的には、開口部21bの底部21bbに設けられる。
蓋部22はさらに、複数のボルト挿通穴22aを有する。複数のボルト挿通穴22aは、複数のボルト穴21dに対応させて設けられる。したがって、複数のボルト挿通穴22aは、複数のボルト穴21dと同数設けられるとともに、複数のボルト穴21dと同様に配置されるように設けられる。
ボルト7は、複数のボルト穴21d及び複数のボルト挿通穴22aの少なくとも一部を利用して本体部21と蓋部22とを締結する。本実施形態では、ボルト7は、4つのボルト穴21d及び対応する4つのボルト挿通穴22aを利用して本体部21と蓋部22とを締結する。
本実施形態では、ボルト7は、フライホイール2の回転のバランスを調整するように設けられる結果、フライホイール2の回転方向に沿って不均等に設けられる。ボルト7は、フライホイール2の回転軸に対する重心位置を調整するように設けられることで、フライホイール2の回転のバランスを調整するように設けられる。
フライホイール2は、第1軸中空部2aaと、第2軸中空部2baと、をさらに有する。第1軸中空部2aaは、本体部21に設けられ、第2軸中空部2baは、蓋部22に設けられる。
第1軸中空部2aaは、第1軸部2aを中空にする。第2軸中空部2baは、第2軸部2bを中空にする。第1軸中空部2aa及び第2軸中空部2baはともに、中空部21a内に連通する空間を形成する。
本実施形態では、中空構造Sは、中空部21aに加えてさらにこのような第1軸中空部2aa及び第2軸中空部2baによって、第1軸部2a及び第2軸部2bを含めてフライホイール2を中空にする中空構造として設けられる。このような中空構造Sは、第1連通部2c及び第2連通部2dとともに設けられる。
図4は、第1連通部2c及び第2連通部2dの説明図である。フライホイール2は、第1連通部2c及び第2連通部2dをさらに有する。第1連通部2cは、中空部21a及び第1軸中空部2aaを含む中空構造Sを介して、第1ベアリング4の両側の空間を連通する。第1連通部2cは具体的には、ケース3内と中空部21a内とを連通するように設けられる。このように設けられた第1連通部2cは、第1ベアリング4の図4における左側の空間である内側空間と、中空部21aを含む中空構造S内とを連通する。
第1軸中空部2aaには、第1軸部2aの端部に開口する開口部2abが設けられる。このため、第1ベアリング4の図4における右側の空間である外側空間は、第1軸中空部2aaを介して中空部21a内に連通する。開口部2abは、第1連通部2cとともに、中空部21a及び第1軸中空部2aaを含む中空構造Sを介して第1ベアリング4の両側の連通する連通部を構成すると把握されてもよい。
第1連通部2c及び第2連通部2dは、中空構造Sを介して第2ベアリング5の両側の空間を連通する。第1連通部2c及び第2連通部2dは具体的には、中空部21a及び第2軸中空部2baを含む中空構造Sを介して、第2ベアリング5及び気密シール6間の空間と、当該空間と反対側の空間とを連通する。
このため、第2連通部2dは、第2軸部2bにおいて第2ベアリング5及び気密シール6間の部分に設けられ、第2ベアリング5の図4における右側の空間である外側空間と、第2軸中空部2baを含む中空構造S内とを連通するように設けられる。第2軸中空部2baは、第2軸部2bの端部には開口していない。
フライホイール構造1では、このように第1ベアリング4及び第2ベアリング5それぞれにつき、ベアリング両側の空間が連通される。このため、減圧口3aを介してケース3内を真空引きする際に、第1ベアリング4及び第2ベアリング5からのグリス漏れが抑制される。減圧口3aは、ケース3内を真空引きした後、プラグ等で封止される。
次に、フライホイール構造1の主な作用効果について説明する。
フライホイール構造1は、フライホイール2と、フライホイール2を軸支した状態で収容するケース3と、を有して構成され、フライホイール2は、中空構造Sを有する。
このような構成のフライホイール構造1によれば、中空構造Sによってフライホイール2を軽量化することができるので、エネルギ密度に優れたフライホイール構造を実現することができる(請求項1に対応する効果)。
フライホイール構造1において、フライホイール2は、中空部21aと開口部21bとを有する本体部21と、開口部21bに設けられ本体部21とともに中空構造Sを構成する蓋部22と、を有して構成される。
このような構成のフライホイール構造1によれば、中空構造Sを容易に実現することができる(請求項2に対応する効果)。
フライホイール構造1は、中空部21aによって内壁部が構成される円筒部21cをさらに有する。円筒部21cは、内外径比d/Dが、0.66よりも小さくなるように形成される。
このような構成のフライホイール構造1によれば、フライホイール2を中実にした場合と比較し、円筒部21cにおいて80%以上のエネルギ容量を確保しつつ、エネルギ密度EDを高めることができる(請求項3に対応する効果)。
フライホイール構造1において、開口部21bは本体部21に凹状に形成され、蓋部22は開口部21bに突き当て嵌合される。
このような構成のフライホイール構造1によれば、フライホイール2が本体部21と蓋部22とを有して構成される場合であっても、位置決めを容易に行うことができる。また、位置決めを容易に行うことができることと相俟って、フライホイール2の回転のバランスが低下することを抑制することができる(請求項4に対応する効果)。
フライホイール構造1において、本体部21は、フライホイール2の回転方向に沿った円周上に配置されるように設けられた複数のボルト穴21dを有する。また、蓋部22は、複数のボルト穴21dに対応する複数のボルト挿通穴22aを有する。
このような構成のフライホイール構造1によれば、本体部21と蓋部22とを容易に一体化することができる(請求項5に対応する効果)。
フライホイール構造1において、ボルト7は、複数のボルト穴21d及び複数のボルト挿通穴22aの少なくとも一部を利用して本体部21と蓋部22とを締結する。このようなボルト7は、フライホイール2の回転のバランスを調整するようにフライホイール2の回転方向に沿って不均等に設けられる。
このような構成のフライホイール構造1によれば、バランス調整用のウェイトを用いてバランス調整を行わなくても、ボルト7によってフライホイール2の回転のバランスを調整することができる(請求項7に対応する効果)。
フライホイール構造1は、ケース3に設けられフライホイール2を軸支する第1ベアリング4及び第2ベアリング5をさらに有する。中空構造Sは、第1軸部2a及び第2軸部2bを含めてフライホイール2を中空にする。フライホイール2は、中空構造Sを介して第1ベアリング4の両側の空間を連通する第1連通部2cをさらに有するとともに、中空構造Sを介して第2ベアリング5の両側の空間を連通する第1連通部2c及び第2連通部2dをさらに有する。
このような構成のフライホイール構造1によれば、ケース3内を減圧する際に、第1ベアリング4及び第2ベアリング5からグリスが漏れないようにすることができる(請求項8に対応する効果)。
フライホイール構造1は、ケース3内を第2ベアリング5よりも外側からシールする気密シール6をさらに有する。第1連通部2c及び第2連通部2dは、中空構造Sを介して第2ベアリング5及び気密シール6間の空間と、当該空間と反対側の空間とを連通する。
このような構成のフライホイール構造1によれば、ケース3内をシールする気密シール6を有する場合に、第1連通部2c及び第2連通部2dを適切に設けることができる(請求項9に対応する効果)。
フライホイール構造1は、車両200に設けられ、フライホイール2は、車両200の減速時に駆動輪250から変速機TMを介して伝達される動力をエネルギとして回収する。
このような構成のフライホイール構造1によれば、エネルギ密度に優れたフライホイール構造によって、燃費向上を図ることができる(請求項10に対応する効果)。
フライホイール構造1は、複数のボルト穴21d穴及び複数のボルト挿通穴22aが、フライホイール2の回転方向に沿って不均等に設けられる構成とされてもよい。
フライホイール構造1はこのような構成である場合でも、ボルト7によってフライホイール2の回転のバランスを調整することができる(請求項6に対応する効果)。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、フライホイール2は、第1軸部2aを含む部分を蓋部22と同様の部分として構成し、本体部21からさらに分割することなどにより、3つ以上の部品で構成されてもよい。また、例えば、本体部21は有底円筒状の形状ではなく、円筒状の形状を有してもよい。
1 フライホイール構造
2 フライホイール
2a 第1軸部
2aa 第1軸中空部
2b 第2軸部
2ba 第2軸中空部
2c 第1連通部
2d 第2連通部
21 本体部(第1の部分)
21a 中空部
21b 開口部
21c ボルト穴
22 蓋部(第2の部分)
21a ボルト挿通穴
3 ケース
4 第1ベアリング
5 第2ベアリング
6 気密シール(シール部材)
2 フライホイール
2a 第1軸部
2aa 第1軸中空部
2b 第2軸部
2ba 第2軸中空部
2c 第1連通部
2d 第2連通部
21 本体部(第1の部分)
21a 中空部
21b 開口部
21c ボルト穴
22 蓋部(第2の部分)
21a ボルト挿通穴
3 ケース
4 第1ベアリング
5 第2ベアリング
6 気密シール(シール部材)
Claims (10)
- フライホイールと、前記フライホイールを軸支した状態で収容するケースと、を有して構成されるフライホイール構造であって、
前記フライホイールは、中空構造を有する、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項1に記載のフライホイール構造であって、
前記フライホイールは、
中空部と、前記中空部が開口する部分である開口部と、を有する第1の部分と、
前記開口部に設けられ、前記第1の部分とともに前記中空構造を構成する第2の部分と、
を有して構成される、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項2に記載のフライホイール構造であって、
前記第1の部分は、前記中空部によって内壁部が構成される円筒部をさらに有し、
前記円筒部は、前記円筒部の内径を前記円筒部の外径で除算することで得られる比である内外径比が、0.66よりも小さくなるように形成される、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項2に記載のフライホイール構造であって、
前記開口部は、前記第1の部分に凹状に形成され、
前記第2の部分は、前記開口部に突き当て嵌合される、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項2又は4に記載のフライホイール構造であって、
前記第1の部分は、前記フライホイールの回転方向に沿った円周上に配置されるように設けられた複数のボルト穴を有し、
前記第2の部分は、前記複数のボルト穴に対応する複数のボルト挿通穴を有する、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項5に記載のフライホイール構造であって、
前記複数のボルト穴及び前記複数のボルト挿通穴は、前記フライホイールの回転方向に沿って不均等に設けられる、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項5又は6に記載のフライホイール構造であって、
前記複数のボルト穴及び前記複数のボルト挿通穴の少なくとも一部を利用して前記第1の部分と前記第2の部分とを締結するボルトは、前記フライホイールの回転のバランスを調整するように前記フライホイールの回転方向に沿って不均等に設けられる、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項1又は2に記載のフライホイール構造であって、
前記ケースに設けられ前記フライホイールを軸支するベアリングをさらに有し、
前記中空構造は、前記ベアリングによって軸支される前記フライホイールの軸部を含めて前記フライホイールを中空にし、
前記フライホイールは、前記中空構造を介して前記ベアリングの両側の空間を連通する連通部をさらに有する、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項8に記載のフライホイール構造であって、
前記ケース内を前記ベアリングよりも外側からシールするシール部材をさらに有し、
前記連通部は、前記中空構造を介して前記ベアリング及び前記シール部材間の空間と、当該空間と反対側の空間とを連通する、
ことを特徴とするフライホイール構造。 - 請求項1から9いずれか1項に記載のフライホイール構造であって、
車両に設けられ、
前記フライホイールは、前記車両の減速時に駆動輪から変速機を介して伝達される動力をエネルギとして回収する、
ことを特徴とするフライホイール構造。
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