JPH05500347A - ハイブリッド走行車の遊星歯車装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ハイブリッド走行車の遊星歯車装置 〔技術分野〕 本発明は、筋力と補助モータとによる複合駆動装置を持ったハイブリッド走行車 の遊星歯車装置に関する。

〔背景技術〕

かかる遊星歯車装置を持った／％イブリッド走行車はオランダ特許公開公報第７ ６１１４０５号で公知である。

ここでは補助モータが太陽歯車を駆動し、筋力が遊星歯車キャリヤに作用する。

出力は内歯付きの外輪、即ちユニバース（Ｕｎｉｖｅｒｓｕｍ）を介して行われ る。かかる伝動装置は自動的に伝達比を変化する。遊星歯車装置は既に数１０年 にわたって知られており、かつ１０年以上前からハイブリッド走行車に対する用 途が公表されているけれど、まだこれは実施されていない。オランダ特許公開公 報第７６１１４０５号に記載の装置は２つの欠点があることか研究の結果分かっ た。即ち、その装置においてペダル駆動は遊星歯車キャリヤを介して行われ、出 力は内ば歯車、即ちユニバースを介して同じ回転方向に行われる。太陽歯車への モータ駆動は逆回転方向に行われる。

この結果、モータの回転数が増加すると伝動装置の転勤損失も増加する。もう１ つの欠点は、筋力に対する変速装置の投入が公知の遊星歯車装置と非常に複雑に 組み合わされることである。従って、その全体構造が非常に大きな場所をとる。

〔発明の開示〕

本発明の目的は、冒頭に述べた形式の／％イブリッド走行車の遊星歯車装置を、 転がり損失が減少され特に普通の巡行速度においてそれがほぼ完全になくなるよ うに改善することにある。遊星歯車装置内で生ずる損失は、歯車の転勤によって 伝達される転がり動力だけに起因している。このために損失動力は転がり動力に よって伝達する動力按分量に比例している。

この本発明の目的は、筋力と補助モータとによる複合駆動装置を持ったハイブリ ッド走行車の遊星歯車装置において、補助モータが太陽歯車を駆動し、筋力がユ ニバースに作用し、ハイブリッド走行車の駆動すべき車輪に筋力で支援されるハ イブリッド走行車に本発明に基づいて遊星歯車装置を利用する特色は、太陽歯車 、遊星歯車およびユニバースが常に同じ方向に回転することである。これによっ てすべての運転状態において転がり動力は、常に２つの要素が逆回転する従来公 知のあらゆるものに比べて著しく減少する。両動力源、即ち筋力および補助モー タが理想的な状態に近づけば近づくほど、転がり動力によって伝達される動力は 小さくなる。理想的な状態において太陽歯車、遊星歯車キャリヤおよびユニバー スは同期し、動力全体は無損失で継手動力を介して伝達される。

本発明に基づく遊星歯車装置の特別な実施態様において、歯車装置が中心フラン ジ付きの中央ノ１ブ上に配置され、太陽歯車がハブ上に回転可能に支持され、遊 星歯車キャリヤがハブの中心フランジに固く結合され、走行車輪の取付はリング としてボルト結合され、ユニバースがハブ上に回転可能に支持された鈴形体によ って形成され、この鈴形体が遊星歯車とかみ合う内歯を有し、鈴形体上にチェー ン変速装置が配置され、このチェーン変速装置がユニバースとして使用する鈴形 体に作用的に接続されている。

太陽歯車および遊星歯車が同じ直径と歯数を有しているとき、遊星歯車装置は特 に有利に設計される。遊星歯車装置に前置接続されたチェーン切換伝動装置とし て、好適には市販のチェーン変速機が対象となる。この伝動装置によればあらゆ る地形において発生する反動トルクを受けることができる。同時に市販のチェー ン変速機を利用することによって、運転手は、これを最も信頼して本能的にその 伝達比を地形あるいはその希望に適合でき、従って自動的に要求および反動トル クに対応した回転数トルク比をユニバースに与えることができる。登り坂では小 さな伝達比を選択してユニバースを低速回転し、平坦な道では大きな伝達比を選 択して高速回転で駆動する。

外輪における種々の回転数によって、補助モータと走行車の駆動輪との間に種々 の伝達比が生ずる。

即ち、ユニバースの回転数に関係して補助モータと出力部との間で無段階に回転 数を変更できる。これは本能的に適合されたペダル操作および走行車輪の切換操 作によって常に地形に最適に適合される。これによって好適には電気式補助モー タが常に最適効率範囲で駆動される。

本発明の別の有利な実施態様は他の請求の範囲に記載されており、以下に添付図 面を参照して本発明の詳細な説明する。

〔図面の簡単な説明〕

第１図は本発明に基づく歯車装置の横断面図、第２図は伝達比を示した線図、 第３図から第５図は遊星歯車装置のそれぞれ異なった切換状態の概略図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

第１図は、補助モータを持った自転車における本発明に基づく歯車装置の配置構 造を示している。歯車装置付き車輪はユニットとして直接自転車のフレームに嵌 め込まれている。この図面では自転車フレームのうちで終端部Ａで終えている両 側の後部ステーＳが理解できる。各終端部Ａには受け口がねじ込まれている。こ れらの受け口にハブ端が直接あるいは間接的に支持されている。ハブ］は歯車装 置全体を貫通しており、その中実軸を形成している。この中実軸１は自転車の車 輪ハブも兼ね、中心フランジ２を有している。このフランジ２は少なくともその 片側において中央ハブ１への移行範囲が補強されている。中心フランジ２の平ら な側面に接触して太陽歯車３が中央ハブ１に回転可能に支持されている。太陽歯 車３の周りに複数、少なくとも３個、の遊星歯車４が均等に分布されている。遊 星歯車４はブツシュ１１の上に置かれている。このブツシュ１１は一方ではボル ト１２によって中央ハブ１のフランジ２に、他方では遊星歯車キャリヤ５に固く 結合されている。遊星歯車キャリヤ５は取付はリングであり、この上にハイブリ ッド走行車の駆動車輪、この実施例の場合には円板車輪１０が、ボルト１３によ って取り付けられている。この結果、円板車輪１０はボルト１３および断面り字 形の対向リング１４によって遊星歯車キャリヤ５に締付は固定されている。

中心フランジ２の補強された側からハブ１の上に鐘形体６が押し込まれている。

この鐘形体６は中心フランジ２に覆い被さり、その上に球軸受７によって、およ びハブ１の上に球軸受８によって回転可能に支持されている。

鐘形体６はその端部に遊星歯車４とかみ合う内歯６′を有している。遊星歯車装 置のユニバース（Ｕｎｊｖｅｒｓｕｍ）を形成する鐘形体６は中心フランジ２か ら外側に向けて段階的に細くなっている。鐘形体６の外側段部上に市販のチェー ン変速装置の複数のスプロケット９が支持されている。筋力によってこれらのス プロケット９を介して鐘形体６、即ち遊星歯車装置のユニバースが駆動される。

中心フランジ２の中央側面に接触する太陽歯車３は圧力ばめでシェル１５の上に 置かれている。このシェル１５は外側に向けて段階的に広げられている。シェル １５は広げられた範囲が２個のアキンヤル軸受１７によってハブ１上に支持され ている。このシェル１５も外側に向けられたフランジ１８を有しており、このフ ランジ１８に歯付きプーリー１６がボルト結合されている。このプーリー１６は 歯付きベルト伝動装置を介して補助モータによって駆動される。この補助モータ は一般には電動機が対象となる。これは市販のモータであるので、詳細な説明は 不要であり、図面にも示していない。ハブ１上に回転可能に支持されたシェル１ ５は端面側に軸方向外側に向けられた歯１つを備えている。

ハブ１はステーＳの終端部Ａに間接的に支持されている。ハブ１は受け金２０内 に位置し、ラジアル軸受２１を介して支持されている。受は金２０における中心 ねじ軸２２は自転車フレームの終端部Ａ内に位置し、蝶ナツト２３によって受け 金２０および従って間接的にハブ１ないし円板車輪１０も自転車フレームに保持 されている。

第２図には、毎分３０００回転の電動機を連続運転することを前提として伝達比 を表した線図が示されている。

横軸には筋力によってユニバースを介して伝達される回転数ｎ１　（ｒｐｍ）か 記され、縦軸には走行速度ｖ　（ｋｍ　／　ｈ　）および太陽歯車と遊星歯車キ ャリヤの伝達比か記されている。ここでは電動機の歯付きベルトプーリーと太陽 歯車３に結合された歯付きベルトプーリー１６との伝達比は１：１０にしようと している。太陽歯車の直径と遊星歯車の直径とを同じにすることが特に有利であ ると認められている。このようにしたとき、回転数比に対して次式が成り立つ。

ｎｌは筋力によって駆動されるユニバースの回転数、ｎ２は電動機で駆動される 太陽歯車の回転数、ｎ３は遊星歯車キャリヤの回転数であり、これは出力回転数 ないし自転車の車輪回転数に対応している。

第３図から第５図には３つの異なった切換状態が示されている。第３図には補助 モータを利用せずに走行する状態が示されている。この場合、太陽歯車３は停止 しており、筋力で駆動されるユニバース６は太陽歯車３の周りを時計方向に回転 する。その際、遊星歯車４は同様に時計方向に回転し、これによって遊星歯車キ ャリヤ５における出力は時計方向に回転される。

走行車が筋力だけで駆動されるとき、ペダル駆動装置と出力との間には小さな伝 達比（４：　３）が生ずる。これは、モータを利用せずに運転手が強く踏み込み 荷重しなければならないか、またはゆっくりと走行するので、快適に作用する。

この効果は補助モータか再び駆動されると中止される。これによって補助モータ の制御によって小さいか適当な範囲でペダル駆動装置の回転数の変更が行われる 。いま補助モータの回転数かペダル周波数に関係して（小さな電子回路によって ）制御されると、ペダル駆動装置の多くの切換過程はなくなり、非常に操作性が 良く快適な走行車が得られる。

第４図に示されている状態は第２図の線図に記号Ｖで表されている。ここでは筋 力が利用されないことが前提となっている。これはユニバースが停止しているこ とと同じである。太陽歯車３は電動機によって時計方向に駆動され、ユニバース ６内を転動する遊星歯車４は反時計方向に回転する。その結果、遊星歯車キャリ ヤ５に時計方向の回転運動が生ずる。この状態は走行車輪変速装置（好適にはチ ェーン変速装置）を小さな伝達比に選択する急な坂を登って走行する状態に対応 し、従ってユニバースはきわめてゆっくりしか回転しない。

歯車装置を最適に設計した際、最も頻繁な巡行速度において遊星歯車が転動せず に歯車装置全体が同期回転するようにできる。この場合、歯車装置の効率は１０ ０％であり、損失と見なせる転がり動力は零である。この状態は第５図に示され ている。太陽歯車３が電動機で決定される一定回転数で時計方向に回転し、筋力 によって駆動されるユニバース６は同じ方向に同一回転数で回転する。これによ って遊星歯車４は停止状態となる。従って遊星歯車４は太陽歯車３においてもユ ニバース６においても転動せず、その結果、遊星歯車キャリヤ５は太陽歯車３お よびユニバース６と同じ速度で回転する。この最適な状態は巡行速度において達 成され、固定させることもできる。このために第１図に示されているように引張 りケーブル２４およびレバー機構２５を介し、て作動される爪クラッチ２６がハ ブ１上に移動可能に設けられている。爪クラッチ２６の歯はシェル１５における 軸方向歯１９にかみ合わされる。これによって太陽歯車３はシェル１５を介して ハブ１に、従って中心フランジ２に連結される。その中心フランジ２には遊星歯 車キャリヤ５がボルト１２を介して固く結合されている。遊星歯車キャリヤ５は 円板車輪１０に固く連結されている。この強制的な連結によって、拡大した広い 範囲において転がり損失なしに、即ちほぼ１００％の効率で走行できる。

ペダルクランクの円運動における上下両死点によって条件づけられて、特に登り 板進行の際にスプロケットに僅かな周期的な回転数変動が生ずる。これに逆比例 して補助モータの回転数および出力にも周期的な変動が生ずる。補助モータの回 転数および出力を安定させるためおよび快適なペダル操作を保証するために、本 発明に基づいて最大回転数の軸、殊に優先してモータ軸にフライホイールが設け られる。図面にはこのことは図示されていない。回転数および出力の周期的な変 動は電動機に電子制御を採用することによって安定化できる。

さらに電気式補助モータの場合、良好に制御できるエネルギ回収が簡単に実現さ せられる。そのために必要なブレーキ装置３０かステーＳに設けられている。こ のブレーキ装置によって遊星歯車装置の筋力駆動側は適当に制動され、従って下 り仮定行中および制動運転の際に補助モータは出力回転数の数倍にされる。太陽 歯車と遊星歯車の直径が同じであるとき、太陽歯車において出力の４倍の回転数 が得られる。その結果、補助モータは小さな走行速度において既にその無負荷回 転数以上において制動エネルギが与えられ、そのようにして発生されるエネルギ をバッテリに給電する発電機として作用する。

本発明に基づく歯車装置は、例えば二人が並んであるいは前後に乗る複式ハイブ リッド走行車に対しても利用できる。その結果、筋力により２つの駆動方式が存 在する。この場合、軸上あるいはハブ上に２つの遊星歯車装置が設けられる。補 助モータは両遊星歯車装置の互いに固く結合された太陽歯車に作用し、ユニバー スを形成する鐘形体にそれぞれ１つの筋力駆動ユニットが作用する。

組み合わされた両遊星歯車装置は補助的に自動ラッチ付きの差動装置のように作 用し、そのような差動装置は不要となる。

ｎｌ−ユニバースの口紙数＝（筋力） ｎｌ−電動機の回転！！−（ＩＯｘ太陽歯車の回転Ｗ＆）１２−太ｒａｍ車：遊 星歯車牛ｔリヤの伝達比（電動機；１ｏ×出カに対応ンｎ３；遊星歯車キャリヤ のロ転数悶出カ太陽歯車の直径田遊ＭＩＩＩ車の厘径 要　約　書 筋力と補助モータとによる複合駆動装置を持ったハイブリッド走行車の遊星歯車 装置に関する。

補助モータが太陽歯車（３）を駆動し、筋力がユニバースに作用し、ハイブリッ ド走行車の駆動すべき車輪に遊星歯車キャリヤ（５）を介して出力する。歯車装 置が中心フランジ（２）付きの中央ハブ（１）上に配置され、太陽歯車（３）が ハブ（１）上に回転可能に支持され、遊星歯車キャリヤ（５）がハブ（１）の中 心フランジ（２）に固く結合され、走行車輪（１０）の取付はリングとしてボル ト結合される。さらに、ユニバースがハブ（１）上に回転可能に支持された鈴形 体（６）によって形成され、この鈴形体（６）が２１１Ｍ歯車（４）とかみ合う 内歯（６′）を有し、鈴形体（６）上にチェーン変速装置（９）が配置され、こ のチェーン変速装置（９）がユニバースとして使用する鈴形体（６）に作用的に 接続されている。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．筋力と補助モータとによる複合駆動装置を持ったハイブリッド走行車の遊星 歯車装置において、補助モータが太陽歯車（３）を駆動し、筋力がユニバース（ ６）に作用し、ハイブリッド走行車の駆動すべき車輪に遊星歯車キャリヤ（５） を介して出力することを特徴とするハイブリッド走行車の遊星歯車装置。 ２．歯車装置が中心フランジ（２）付きの中央ハブ（１）上に配置され、太陽歯 車（３）がハブ（１）上に回転可能に支持され、遊星歯車キャリヤ（５）がハブ （１）の中心フランジ（２）に固く結合され、走行車輪（１０）の取付けリング としてボルト結合され、ユニバースがハブ（１）上に回転可能に支持された鈴形 体（６）によって形成され、この鈴形体（６）が遊星歯車（４）とかみ合う内歯 （６′）を有し、玲形体（６）上にチェーン変速装置（９）が配置され、このチ ェーン変速装置（９）がユニバースとして使用する鈴形体（６）に作用的に接続 されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の遊星歯車装置。 ３．ハブ（１）上にシェル（５）が支持され、このシェル（５）がハブのフラン ジ（２）に接触して太陽歯車（３）を支持し、ハブ（１）上に支持され広げられ た範囲まで延び、この範囲にフランジ（１８）が配置され、このフランジ（１８ ）に補助モータの駆動輪（１６）が取り付けられていることを特徴とする請求の 範囲第２項記載の遊星歯車装置。 ４．ハブ（１）上に継手要素（２６）が配置され、この継手要素（２６）によっ てシェル（１５）とハブ（１）との連結が行われ、これによって太陽歯車（３） と遊星歯車キャリヤ（５）との固い接続が行われることを特徴とする請求の範囲 第３項記載の遊星歯車装置。 ５．補助モータが電動機であり、エネルギを回収するためにユニバース（６）が 制動できる（３０）ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の遊星歯車装置。 ６．筋力による２つの駆動方式を持った複式ハイブリッド走行車における遊星歯 車装置において、軸上に設けられた２つの遊星歯車装置が存在し、その補助モー タが両方の太陽歯車を駆動し、各筋力駆動装置がそれぞれのユニバースに作用し 、出力がそれぞれ駆動すべき走行車輪に作用することを特徴とする請求の範囲第 １項記載の遊星歯車装置。 ７．モータ軸にフライホイールが設けられていることを特徴とする請求の範囲第 １項記載の遊星歯車装置。 ８．太陽歯車（３）および遊星歯車（４）が同じ直径と歯数を有していることを 特徴とする請求の範囲第１項記載の遊星歯車装置。