JPS6326457A - エネルギ蓄積装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、弾性体の弾性変形を利用してエネルギを蓄積
するエネルギ蓄積装置に関し、とくに、弾性体の一部を
大きく歪ませ、その歪領域を順次拡大させていくエネル
ギ蓄積装置に関する。

［従来の技術］ 弾性体の弾性変形を利用しエネルギを蓄積するエネルギ
蓄積装置は、実開昭６１−３８３６０号公報、実開昭６
１−３８３６１号公報、実開昭６１−３８３６２号公報
、実開昭６１−３８３６３号公報、実開昭６１−３８３
６４号公報、実開昭６１−３８３６５号公報、特開昭６
１−４１６４９＠公報、に示されている。

上記公報に開示された従来技術を、予め第６図ないし第
７図を参照して説明する。エネルギ蓄積装置２は、ドラ
ム４を有している。ドラム４には、紐状の弾性体６がス
パイラル状に巻きつけられており、弾性体６の一端はド
ラム４に、他端はフレーム８に固定されている。ドラム
４は自動車の工ンジン１０に連動して回転するトルク伝
達装置１２に、回転の伝達をオンオフするカップリング
１４を介して連結されている。エンジン減速時には、カ
ップリング１４がオンとなり、トルク伝達装置１２の回
転をエネルギ蓄積装置２に伝え、ドラム４を、弾性体６
がドラム４に巻きつけられる方向に回転させる。ドラム
４の回転によって、弾性体６をドラム４に巻きつけなが
ら弾性体６を伸ばし、弾性体６に弾性エネルギを吸収し
、十分な弾性エネルギが吸収された時点でカップリング
１４をオフにし、ドラム４の回転をその位置で止める。

自動車の加速時またはスタート時には、再びカップリン
グ１４をオンにして、弾性体６によるドラム４の逆方向
回転によって、弾性体６のエネルギを放出させ、自動車
の加速またはスタートのエネルギの一部に利用する。

上記の従来のエネルギ蓄積装置２においては、弾性体６
はドラム４にキャリヤ１６を介して巻きつけられ、キャ
リヤ１６は弾性体６がドラム４周面に対して周方向に自
由に相対動することを許す。このキャリヤ１６の存在に
よって、弾性体６がドラム４上に巻きつけられながら伸
ばされるとき、その引張りの歪は、弾性体６の全長にわ
たって生じる。

しかし、ドラム４の回転量が大になったときは、弾性体
６の張力が大となってしまって、ドラム４およびその支
持部分に大きな荷重が作用し、この荷重に耐えるように
エネルギ蓄積装置２に強度と剛性をもたせなければなら
ないため、必然的にエネルギ蓄積装置２が大型かつ大重
量のものになってしまう。これはコストアップを招来す
るとともに、車両用として使用されたときに、車両の重
量増、燃費の悪化をもたらしてしまう。

そこで、上述のように弾性体の全体を順次少しづつ歪ま
せて蓄積エネルギを増大させるのではなく、弾性体の一
部を大きく一定量歪ませ、その領域を順次拡大していく
方法でエネルギを蓄積し、それによって、装置の大型化
、重量増を軽減させるようにしたエネルギ蓄積装置が先
に提案されている（たとえば特開昭４９−９６１４４号
公報）。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このエネルギ蓄積装置にも問題点がおる
。すなわち、上述のエネルギ蓄積装置は、第１のドラム
と第２のドラムの半径が軸芯に沿う方向に一定であるた
め、エネルギ放出時に、時間に対して一定トルクしか出
力されない。つまり、エネルギ放出時の初期にはたとえ
ば大きなトルクを必要とし、その後、しだいにトルクが
小さくなるような特性を要求される装置等には、上述の
エネルギ蓄積装置を使用することができないという問題
がある。

本発明は、上記の点に着目し、弾性体の一部を大きく歪
ませ、その領域を順次拡大させるとともに、時間（累積
回転数）に対してトルクを変化させることのできるエネ
ルギ蓄積装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するための本発明に係るエネルギ蓄積装
置は、（ａ）互に近接させて並置された、軸芯まわりに
回転可能な、第１のドラムおよび第２のドラムと、（ｂ
）第１のドラムに巻きつけられる第１の部分と、第２の
ドラムに巻きつけられる第２の部分と、第１のドラムと
第２の部分とを連絡する第３の部分とを有し、第１の部
分の端部が第１のドラムに固定され、第２の部分の端部
が第２のドラムに固定された紐状の弾性体と、（Ｃ）第
１のドラムと第２のドラムとを、第２のドラムの外周回
転量が第１のドラムの外周回転量より大となるように連
結する手段と、から構成されるエネルギ蓄積装置であっ
て、前記第１のドラムと第２のドラムの少なくとも一方
の半径を軸芯に沿う方向で変化させ、前記第１のドラム
と第２のドラムの面要素の線分を互に平行としたものか
ら成る。

［作　　用］ 上記本発明のエネルギ蓄積装置においては、エネルギ蓄
積時には、弾性体の第１の部分の第１のドラムへの巻き
つけ量が減少するとともに、弾性体の第２の部分の第２
のドラムへの巻きつけ量が増大する。エネルギ放出時に
は、弾性体の第２の部分の第２のドラムへの巻きつけ但
が減少するとともに、弾性体の第１の部分の第１のドラ
ムへの巻きつけ量が増大する。

エネルギ蓄積時、弾性体が第２のドラムに巻きつけられ
るときに、第２のドラムの回転量が第１のドラムの回転
量より大のため、弾性体の第３の部分がさらに引張られ
て伸ばされ、第３の部分に予歪と第１のドラムおよび第
２のドラムの回転量の差により生ずる歪とが加棹された
引張りの歪が生じた状態で、第２のドラムへと巻きつけ
られていく。弾性体と第１のドラムおよび第２のドラム
との間にはほとんどすべりがないので、引張り歪を生じ
させる部分はほとんど弾性体の第３の部分のみであり、
引張り歪が生じた後その状態を維持して第２のドラムへ
と巻きつけられる。

第１のドラムと第２のドラムとが近接しているので、弾
性体の第３の部分の長さは短かく、第３の部分で生じる
引張りの歪は大きい。予歪より大きい引張歪を付与され
て第２のドラムに巻きつけられた領域は、第１のドラム
と第２のドラムの回転につれて、今迄第１のドラムに巻
きつけられていた第１の部分へと順次拡大していく。

このため、第１のドラムおよび第２のドラムの回転量の
小さい段階においても大きな割合でエネルギを蓄積して
いくことができる。

また、第１のドラムと第２のドラムの少なくとも一方の
半径を軸芯に沿う方向で変化させているので、第３の部
分における伸び量がドラムの半径によって変化し、エネ
ルギ放出時における時間に対するトルク特性を変化させ
ることができる。なお、第１のドラムと第２のドラムの
面要素の線分が互に平行となっているので、つまり両ド
ラムの対向する部位の外周面が互に平行となっているの
で、第３の部分の長さを短かくでき、エネルギ放出時の
引張り力の緩和が小に抑えられる。

［実施例］ 以下に、本発明に係るエネルギ蓄積装置の望ましい実施
例を図面を参照して説明する。

第１実施例 第１図ないし第３図は本発明の第１実施例を示しており
、第４図はその特性を示している。

図中、エネルギ蓄積装置２０は、互に近接させて並置さ
れた、軸芯まわりに回転可能な、第１のドラム２２と第
２のドラム２４を有する。第１のドラム２２と第２のド
ラム２４には紐状の弾性体２６が巻きつけられている。

弾性体２６は、第１のドラム２２に密着させてスパイラ
ル状に巻きつけられる第１の部分２６ａと、第２のドラ
ム２４に密着させてスパイラル状に巻きつけられる第２
の部分２６ｃと、第１の部分２６ａと第２の部分２６ｃ
を連絡する直線状に延びる第３の部分２６ｂとから成る
。第１の部分２［＞ａと第３の部分２６ｂと第２の部分
２６Ｃは順に直列状に連続している。第１の部分２６ａ
の端部２６ｄは第１のドラム２２に固定され、第２の部
分２６ｃの端部２６ｅは第２のドラム２４に固定されて
いる。

第１のドラム２２と第２のドラム２４とは、手段２８を
介して連結されている。手段２８は、第１のドラム２２
と第２のドラム２４とを、第２のドラム２４の外周回転
量（外周に位置する任意の点のドラム回転時における周
方向移動距離を外周回転量と定義する）が第１のドラム
２２の外周回転量より大となるように、また逆方向に回
転するように互に機械的に連結している。この場合、エ
ネルギ蓄積時には、弾性体２６の第２のドラム２４上の
巻きつけ量が増えるとともに第１のドラム２２上の巻き
つけ儂は減少し、エネルギ解放時には、弾性体２６の第
１のドラム２２上の巻きつけ借は増加するとともに第２
のドラム２４上の巻きつけ母は減少する。

以上が主要部であるが、ざらに構成を技術的に具体的に
説明すると次の通りである。

弾性体２６の第１の部分２６ａは第１のドラム２２の外
周に直接接触しており、弾性体２６の第２の部分２６Ｇ
は第２のドラム２４の外周に直接接触している。

したがって弾性体２６と第１のドラム２２または第２の
ドラム２４の間には、従来のようなキャリヤは存在せず
、弾性体２６と第１のドラム２２および第２のドラム２
４の間には摩隙力が動らき、弾性体２６の第３の部分２
６ｂに伸びが生じても、その引張り歪は弾性体２６の全
長にわたっては伝１１ｆｆＩｕず、はぼ第３の部分２６
Ｇのみにとどめられる。

弾性体２６の第１の部分２６ａの第１のドラム２２への
巻きつけ方向と、弾性体２６の第２の部分２６Ｃの第２
のドラム２４への巻きつけ方向とは、第２図に示すよう
に、互に逆方向である。また、第１のドラム２２と第２
のドラム２４は、手段２８によって、互に逆方向に、一
定の回転割合で回転するように連結されている。弾性体
２６の第３の部分２６ｂは、第１のドラム２２と第２の
ドラム２４との間のスペースを通り抜けている。

第１のドラム２２の外周表面と第２のドラム２４の外周
表面とは平行となっており、この両者の外周表面との間
に、弾性体２６の第３の部分２６ｂの断面の高さ＋α（
αは小さい値）だけのスペースｄが存在するようにされ
ている。断面の高さは第３の部分２６ｂが通り扱ける上
から必要なスペースである。もしもスペースｄを大きく
とると、エネルギ解放時に、第３部分１６ｂのみで引張
力が緩和して瞬発的な解放力が得られなくなるという問
題が生じてしまう。このため、本発明ではスペースｄは
、できるだけ小さく設定されている。

第１のドラム２２と第２のドラム２４とはその軸芯は互
に平行でおる。第１のドラム２２および第２のドラム２
４は半径を軸芯に沿う方向で変化されたものから成って
いる。すなわち、第１のドラム２２は、第１図に示すよ
うに左端面から右方向へ向う途中で、−旦径が徐々に小
となり、ざらに右側に進むと径が徐々に大きくなって左
端面の径とほぼ同径となる。そこからさらに右方向へ進
むと径が再び徐々に小さくなり、そのまま右端面に至っ
ている。

第２のドラム２４の形状は、第１のドラム２２の形状と
全く逆になっている。すなわち、第２のドラム２４は、
左端面から右方向へ向う途中で一旦径が大きくなり、ざ
らに右側に進むと径が徐々に小となって左端面の径とほ
ぼ同径となる。そこからざらに右方向へ進むと径が再び
徐々に大きくなり、そのまま右端面に至っている。ただ
し第１のドラム２２の半径と第２のドラム２４の径とは
、等しいとは限らず、図示例では、第２のドラム２４の
径は第１のドラム２２の径に比べて大である。

第１のドラム２２と第２のドラム２４は、相互の面要素
の線分が互に平行となるように形成され、配置されてい
る。つまり、上述したように第］のドラム２２と第２の
ドラム２４とが対向する部位の外周面が互に平行となる
ように両ドラムが配置されている。

第１のドラム２２と第２のドラム２４とを連結する手段
２８は、図示例では、第１のドラム２２の軸に取付けら
れた第１のギヤ３０と、第２のドラム２４の軸に取付け
られた第２のギヤ３２とから成る。

エネルギ蓄積装置２０には、さらに入力兼出力部３６が
設けられる。入力兼出力部３６は、エネルギ源の回転を
減速してエネルギ蓄積装置２０に伝達する。

入力兼出力部３６は、互にギヤ比を変えられた複数の第
３のギヤ３８．４０、・・・を有する。

エネルギ源は自動車に搭載されるときは自動車のエンジ
ンであり、第６図に示した従来例に準じてよい。すなわ
ちエンジン１０への連結はトルク伝達装置１２、カップ
リング１４を介して行なわれ、エネルギ蓄積時およびエ
ネルギ解放時にはカップリング１４は連結され、それ以
外のときはカップリング１４の連結が切られるとともに
ストッパまたはブレーキ（図示せず）によって、第１の
ドラム２２、第２のドラム２４の回転は停止された状態
で保持される。

なお、４２は、第１のドラム２２、第２のドラム２４を
回転可能に支持するフレームである。フレーム４２には
、第１のドラム２２と第２のドラム２４との間隔を調整
する機構が設けられることが望ましい。

つぎに、上記のように構成された第１実施例の装置にお
ける作用について説明する。

自動車減速時、制動時等にはエンジン１０のエネルギは
余分であるから、エネルギ蓄積装置２０に余分のエネル
ギが蓄積され、加速時、始動時にエネルギ蓄積装置２０
のエネルギが解放されてエンジン１０側に供給され、エ
ネルギの有効利用がはかられ、燃費の向上がはかられる
。

エネルギ蓄積時には、第１のドラム２２および第２のド
ラム２４は、弾性体２６の第１のドラム２２上の巻きつ
け量が減少し第２のドラム２４上の巻きつけ量が増大す
る方向に回転され、エネルギ解放時には逆方向に回転さ
れる。

エネルギ蓄積時には、弾性体２６が第２のドラム２４へ
と巻きつけられていくときに、第２のドラム２４の外周
回転量が第１のドラム２２の外周回転量より大のため、
弾性体２６の第３の部分２６ｂに伸びが生じ、引張り歪
が生じる。この引張歪εは、弾性体２６が第１のドラム
２２、第２のドラム２４に直接接触して摩擦があるため
に、はとんど第３の部分２６ｂのみに生じ、弾性体２６
の全長にわたっては生じない。第３の部分２ｉ；ｂの長
さゑは小のため、εは大である。したがって、エネルギ
蓄積装置２０に蓄えられるエネルギは、第２のドラム２
４の回転量の増大につれて順次拡大していく。

本実施例では、第１のドラム２２と第２のドラム２４の
半径が軸芯に沿う方向で変化しているので、ドラムの回
転量が変化した分だけ第３の部分における伸び量が変化
し、第４図（イ）に示すように、トルクＴが時間の推移
に伴なって変化する。

エネルギ解放時は、第１のドラム２２、第２のドラム２
４の回転を拘束していたストッパまたはブレーキ（図示
せず）の回転拘束を解除すると、第１のドラム、第２の
ドラム２４は、弾性体２６の張力と第２のドラム２４の
半径をかけた回転力、すなわち第４図に示すトルクＴで
エネルギ蓄積時の回転と逆方向に回転し、弾性体２６の
第２のドラム２４への巻きつけ量がＯになる迄、エンジ
ン１０を駆動する方向に回転し、蓄積エネルギを放出す
る。

第２実施例 第５図は、本発明の第２実施例に係るエネルギ蓄積装置
を示している。第２実施例が第１実施例と異なるところ
はドラムの形状であり、その他の部分は第１実施例に準
じるので、準じる部分に第１実施例と同一の符号を付す
ことにより準じる部分の説明を省略し、異なる部分につ
いてのみ説明する。

第５図において、５０は第１のドラムを示し、５２は第
２のドラムを示している。第２のドラム５２は左端面か
ら右方向に向かって径が徐々に大きくなる円錐形に形成
されており、第１のドラム５０は、ストレート状の円筒
体からなっている。第１のドラム５０と第２のドラム５
２とは、その軸芯は第１実施例のように互に平行となっ
ておらず、第１のドラム５０の軸芯が第２のドラム５２
の軸芯に対して所定の角度だけ傾いている。すなわち、
第１のドラム５０と第２のドラム５２の面要素の線分が
互に平行となっており、その分だけ第１のドラム５０が
所定の角度だけ傾けられている。

このように構成された第２実施例においては、第２のド
ラム５２の半径が右方向に向かつ徐々に大きくなってい
るので、弾性体２６の第３の部分における引張り歪が徐
々に変化し、人、出力されるトルクＴが第４図の（ロ）
に示すように時間（累積回転数）に対して単調に変化す
る。その他の作用は第１実施例に準じる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のエネルギ蓄積装置による
ときは、第１のドラムと第２のドラムの少なくとも一方
の半径を軸芯に沿う方向で変化させ、第１のドラムと第
２のドラムの面要素の線分を互に平行としたので、第３
の部分の伸び量をドラムの半径の大小によって変化させ
ることができ、エネルギ放出時に時間に対してトルクを
変化さけることができる。すなわち、時間に対するトル
クの変化をドラムの形状としてプログラムしておけば、
物体の加速度を自由に変えることが可能となり、高度の
制御を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るエネルギ蓄積装置の
平面図、 第２図は第１図の装置のうち第１のドラム、第２のドラ
ム、弾性体の断面図、 第３図は第１図の側面図、 第４図は第１図の装置および第５図の装置におけるエネ
ルギ蓄積特性図、 第５図は本発明の第２実施例に係るエネルギ蓄積装置の
平面図、 第６図は従来のエネルギ蓄積装置の断面図、第７図は第
６図の装置のドラムと弾性体の断面図、 でおる。 ２０・・・・・・・・・・・・エネルギ蓄積装置２２．
５０・・・・・・第１のドラム ２４．５２・・・・・・第２のドラム ２６・・・・・・・・・・・・弾性体 ２６ａ・・・・・・・・・第１の部分 ２６ｂ・・・・・・・・・第３の部分 ２６Ｇ・・・・・・・・・第２の部分 ２８・・・・・・・・・・・・手段（第１のドラムと第
２のドラムとを手段２８を介して一定 回転割合で連結する手段） ３０・・・・・・・・・・・・第１のギヤ３２・・・・
・・・・・・・・第２のギヤ３６・・・・・・・・・・
・・入力兼出力部４２・・・・・・・・・・・・フレー
ム特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　
理　　人　弁理士　出側　経雄 （他１名） 第３図 坦　　　　　３６ 手　糸ｋ　ネ由　正　書 昭和６１年　９月１７日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）互に近接させて並置された、軸芯まわりに回転可
   能な、第１のドラムおよび第２のドラムと；前記第１の
   ドラムに巻きつけられる第１の部分と、前記第２のドラ
   ムに巻きつけられる第２の部分と、第１の部分と第２の
   部分とを連絡する第３の部分とを有し、前記第１の部分
   の端部が前記第１のドラムに固定され、前記第２の部分
   の端部が前記第２のドラムに固定された紐状の弾性体と
   ；前記第１のドラムと前記第２のドラムとを、前記第２
   のドラムの外周回転量が前記第１のドラムの外周回転量
   より大となるように連結する手段とから成るエネルギ蓄
   積装置において、前記第１のドラムと第２のドラムの少
   なくとも一方の半径を軸芯に沿う方向で変化させ、前記
   第１のドラムと第２のドラムの面要素の線分を互に平行
   としたことを特徴とするエネルギ蓄積装置。