JP2011529165A - 自動車両のエンジンの出力軸の回転を阻止する装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車両のエンジンの出力軸（１６）の回転を阻止するシステムに関するものであり、本システムは、軸（１６）と同軸上に設けられた歯車（１０）と、軸（１６）解放位置と軸阻止位置との間で可動な第１フィンガ（１８）とを備える種類のものであり、軸阻止位置では、第１フィンガ（１８）が、歯車の２つの歯（１２、１４）の間に形成されたギャップに係合する。本発明によれば、システムは、歯車（１０）の２つの歯（１２、１４）の間のギャップと第１可動フィンガとを位置合わせすることができる位置合わせ手段（２０）を含み、第１可動フィンガ（１８）は、周方向の隙間を全く生じることなく前記ギャップに挿入される。

Description

本発明は、自動車の分野に関し、特に、車両に搭載されるモータの出力軸の回転をロックすることにより車両の動きを止める技術に関する。

自動車の熱機関の出力軸のロックは、通常、車両の動きを止めるために自動変速機で使用される。このために、運転者は、自動ギアボックスの「駐車ブレーキ」ポジションと呼ばれるポジションを選択する。次に、出力軸に同軸に装着される「駐車ギア」と呼ばれるギアの２つの歯の間にフィンガを係合させて、ギアの回転を止める。

安全上の理由から、このフィンガの係合は、車両が５ｋｍ／ｈに近い非ゼロ速度で走行しているときに行なうことが可能でなければならない。このような係合を非ゼロ速度で行なうことを可能にするために、フィンガの幅は、駐車ギアの２つの歯の間の間隔よりも実質的に短い。したがって、フィンガが駐車ギアに係合すると、周方向の隙間が生じてギアが自由に動くので、エンジンの出力軸が数度の角度だけ回転する。

しかしながら、特定の用途では、安全上の理由から、エンジンの出力軸は、フィンガが係合するときに回転することができないように完全に動かないようにする必要がある。

例えば、同期式又は非同期式とすることができるモータを有する電気自動車に関して、本願発明者らは、モータのステータの巻線に直接給電することにより迅速に車両の蓄電池アレイを再充電することができ、したがって巻線が、誘導素子の役割を果たすということを発見した。ステータは、実際、インバータの出力に接続され、このインバータは、蓄電池アレイから入力として供給される直流電圧から、ステータに供給される交流電力を生成する。周知のように、インバータは可逆素子であり、この可逆素子は、出力に交流電流電圧が給電されるとき、入力で整流電圧を供給する。このとき、ステータ巻線に給電することにより、インバータを介して蓄電池アレイの再充電を行なうことができる。

しかしながら、蓄電池アレイのこのような再充電を行なうために、ロータを完全にロックして、車両を動かないようにする必要がある。詳細には、ロータは、電流が流れることによって発生するステータの磁界の向きと、ロータの磁界の向きを一致させようとするため、電流がステータ巻線を流れるとモータトルクが発生する（磁気抵抗が同期式の個別励磁モータのロータに発生すると、ロータへの給電が遮断されてしまう現象により、単に、永久磁石を有する従来の同期式モータのロータにおける永久磁石の存在により、又は非同期式モータの場合にロータに生じる電流により生じる）。動力伝達機構の乗率により、車両の車輪に伝達されるモータトルクはかなり大きい。したがって、ロータがほんのわずかでも回転すると、同じ方向にトルクが車輪に加わって、車両を動かす。極端な場合には、ロータ磁界とステータ磁界との結合により電動モータが極めて高い速度で回転すると、意図せず車両が発進しうる。

しかしながら、モータの出力軸を構成するロータを、上述のようにフィンガ及び駐車ギアを利用してロックするだけでは、駐車ブレーキの正しい作動に必要な既存の周方向の隙間により、最適な安全を確保するためには十分ではない。詳細には、ステータ巻線への給電方式に関係なく、電源の交流成分が、ロータの前後揺動を起こすように影響し、この前後揺動の各フェーズは、フィンガが駐車ギアの１つの歯の側面に激しく接することにより終了する。これらの激しく接する現象によって駐車ギアの歯、及びフィンガが脆くなり、短期間で壊れてしまうだけでなく、これらの振動現象が動力伝達機構全体に伝わって、更に動力伝達機構を劣化させ、車両の前後揺動を生じさせる。

本発明の目的は、自動車のモータの出力軸をロックして、この軸を完全にロックすることを保証するシステムを提案することにより、前述の問題を解決することである。

したがって、本発明の主題は、自動車のモータの出力軸をロックするシステムであり、このシステムは、前記軸と同軸上に設けられるギアと、軸を解放する位置と軸をロックする位置との間を移動可能な第１可動フィンガとを備える種類のものであり、軸をロックする位置では、第１フィンガが、ギアの２つの歯の間に形成される空間に係合する。

本発明によれば、システムは、ギアの２つの歯の間の空間を第１可動フィンガに位置合わせすることができる位置合わせ手段を備え、第１可動フィンガは、周方向の隙間をほとんど生じることなく前記空間に係合するように設計される。

即ち、フィンガは、ギアの２つの歯の間に挿入されて、フィンガの両方の側面が歯の側面に接するように設計される。したがって、ロータは回転自由度を持たない。特に、上述の蓄電池アレイを再充電する際に、前後揺動を防止することができる。

「周方向の隙間をほとんど生じることなく」という表現は、機能的な周方向の隙間が、機械部品の製造公差による最小限の周方向の隙間が依然として残る程度に、無くなっていることを意味する。

本発明の１つの実施形態によれば、位置合わせ手段は、軸を解放する位置と軸をロックする位置との間で移動することができる第２フィンガを含み、軸をロックする位置では、第２フィンガがギアの２つの歯の間に形成される空間に係合し、第２可動フィンガは、大きな周方向の隙間を有して前記空間に係合するように設計される。

即ち、第１フィンガに、自動変速機を備える車両において駐車ブレーキ機能を発揮する従来のフィンガと同様の第２フィンガを追加することができる。したがって、この第２フィンガは、本発明に関連して、第１フィンガの事前位置合わせ手段として主に使用されるが、当初の駐車ブレーキ機能を保持することができる。

この場合の「大きな周方向の隙間」という表現は、車両の非ゼロ速度が約５ｋｍ／ｈである場合に、軸を第１フィンガに事前に位置合わせすることができるような大きさの隙間を意味する。

本発明の１つの実施形態によれば、システムは、並進運動を可能にするボタンを備えており、第１フィンガは、回転スピンドルを中心に回動することができ、第１フィンガはカム形成面を含み、前記ボタンはこのカム形成面を押すことができる。更に具体的には、第２フィンガは、回転スピンドルを中心に回動することができ、かつカム形成面を含み、ボタンがこのカム形成面を押し、第１フィンガのカム形成面と第２フィンガのカム形成面とは、第２フィンガがギアの２つの歯の間の空間に係合すると、第１フィンガのカム形成面が係合可能となるように構成される。

即ち、第１及び第２フィンガがギアの２つの歯の間に連続して係合するので、車両が移動している場合も含めて、モータの出力軸を事前にロックすることができ、続いて軸を完全にロックすることができる。

好適には、第１フィンガ及び第２フィンガのうちの一方のフィンガは、他方のフィンガの円弧状溝に係合させることができるピンを含む。したがって、これらのフィンガの連続係合が強化され、一方のフィンガを係合解除すると、他方のフィンガが係合解除される。

好適には、システムは、第１フィンガの回転スピンドルと第１フィンガとの間にエラストマーリングを備えることにより、反動によってロータに起こる振動をろ過する。

本発明の特定の実施形態によれば、位置合わせ手段は、軸の低速回転を制御することができる制御手段を含む。

即ち、軸を低速で回転させることにより第１フィンガを、周方向の隙間を生じることなくギアの２つの歯の間に確実に係合させる。

有利には、本発明は、ロータが出力スピンドルを構成する同期式の電動モータに関連して、特に、ステータ巻線に給電することにより車両の蓄電池アレイを再充電するためにロータをロックする場合に、用途を見出すことができる。

本発明は、例示のみを目的とし、かつ添付図面１〜５に関する以下の説明をにより一層深く理解される。添付図面では、同じ参照番号は、同じ、又は同様の構成要素を指す。
図１は、１つの作動位置にある本発明によるシステムを模式的に示している。 図２は、別の作動位置にある本発明によるシステムを模式的に示している。 図３は、また別の作動位置にある本発明によるシステムを模式的に示している。 図４は、また別の作動位置にある本発明によるシステムを模式的に示している。 図５は、また別の作動位置にある本発明によるシステムを模式的に示している。

図１〜５では、ギア１０には２つの歯１２、１４しか示されていないが、ギア１０は、自動車のモータ、例えば出力軸１６を構成するロータを有する同期式の電動モータの出力軸１６に同軸に設けられている。

第１フィンガ１８及び第２フィンガ２０は、同一のスピンドル２２を中心に回動するようにモータのフレームに取り付けられる。第１フィンガ１８の端部は、ギア１０の歯１２と１４との間の空間と略同じ形状及び寸法を有することにより、この空間に、周方向の隙間をほとんど生じることなく係合するので、このとき第１フィンガ１８の端部の側面２４、２６は、歯１２、１４の側面２８、３０に接触する（図５参照）。

第２フィンガ２０の端部は、歯１２と１４との空間の寸法よりも実質的に小さい寸法を有することにより、車両が約５ｋｍ／ｈの速度で走行している場合を含めて、前記空間に係合することができる。

第１フィンガ１８及び第２フィンガ２０の各々は、更に、カム形成面３２、３４を含み、この面を、圧力ばね３８により並進運動するように構成されたボタン３６が摺動して、フィンガ１８、２０をギア１０に係合させるか、又はギア１０から係合解除させる。

カム形成面３２、３４は、第２フィンガ２０が歯１２と１４との間に係合すると、第１フィンガのカム形成面３２がボタン３６に接触するように設計される（図２参照）。

有利には、第１フィンガ１８は円弧状溝４０を含み、この溝に、第２フィンガのピン４２が収容され、溝４０は、ピン４２が溝４０の最上部に接すると、第１フィンガのカム形成面３２が、ボタン３６に接触し始めるように構成される（図２参照）。このように、第１フィンガがギア１０の歯１２と１４との間に係合する前に、ピン４２は第２フィンガを強制的に係合させ、２つのフィンガ１８、２０がギア１０から係合解除されるとき、これらフィンガを同時に戻す。

更に、戻しばね４４が設けられており、この戻しばね４４は、ボタン２６が後退するときに２つのフィンガ１８、２０をギア１０から同時に離間させて、２つのフィンガ１８、２０をギア１０から係合解除させる。

最後に、モータ１６の出力軸の回転を制御し、したがってギア１０の回転を制御する手段が設けられて、ギアを低速回転に設定する。これについては後述で更に詳細に説明する。

次に、フィンガ１８、２０は、以下のようにして、歯１２と１４との間に係合させることができる。

フィンガがギア１０から係合解除される位置（図１）から、圧力ばね３８を圧縮することによりボタン３６に力を加える。次に、ボタン３８が第２フィンガ２０のカム形成面３４に作用し、すると第２フィンガ２０はギア１０に向かって回動する。

第２フィンガ２０が１つの歯１２、１４の外側の面を押す場合、車両がわずかに移動する結果、ギア１０が回動し、ボタン３６により継続的な圧力が加わるので、大きな周方向の隙間を有する第２フィンガ２０は、連続する歯１２と１４との間に係合することができる。

第２フィンガ２０が、ギア１０の２つの歯１２と１４の間に係合すると、このように第１フィンガ１８は歯１２と１４との間に形成される空間に事前に位置合わせされる。次に、ボタン３６が第１フィンガのカム形成面３２を押し、ピン４２は溝４０の最上部に接する。次に、ボタン３６は、カム形成面３２に圧力を加え続ける（図２）。

この位置では、高い確率で、第１フィンガ１８が１つの歯の外側表面に接触する（図３及び４）。次に、好ましくは、ステータに給電することにより蓄電池アレイを充電することが可能になる前に、出力軸１６が低速回転するように設定することにより、第１フィンガ１８を係合させる高精度制御探索が行なわれる。

例えば、モータの出力軸１６が電動モータのロータからなる場合、ロータの低速回転を制御する電流を流す。次に、出力軸１６を第１フィンガ１８に位置合わせし、次いでこの第１フィンガ１８は、ボタン３６の圧力により歯１２と歯１４の間に係合する（図５）。この係合は、有利には、例えばステータ電流センサにより検出される。詳細には、第１フィンガ１８が係合すると、第１フィンガ１８が歯１２、１４の側面を押し、楔を形成して、周方向の隙間がますます無くなる。ボタン３６による圧力を継続的に加えることにより、ロータ１６が完全にロックされ、これによって、前記センサによって検出される電流ピークが生じる。

１つの変形例として、電動モータのステータに給電することにより蓄電池アレイが充電される場合、ロータの前後揺動が発生する。次に、第２フィンガ２０による事前位置合わせを予め行なうことにより、１回の前後揺動だけで、第１フィンガ１８を歯１２と歯１４の間に係合させることができる。

１つの変形例として、ロータに加わるトルクが一方向トルクである場合、第２フィンガ２０は、１つの歯に接すると、ロータのトルク方向への回転により、例えば図４に示すように第１フィンガ１８が係合するように設計することができる。

自動車の電動モータの出力軸を構成するロータをロックする使用例について説明したが、本発明は、有利には、熱機関の出力軸をロックする用途に適用することができる。この種の用途では、車両が少し動くだけで、第２フィンガを係合させるときに第１フィンガを係合させることができる。

このようなシステムの別の適用形態は、段階的な（自動ギアボックスの）、又は無段変速機の減速比を生成するために、遊星歯車装置を利用するいずれの動力伝達軸にも適用することができる。

本発明は、反動によってロータに起こり得る振動をろ過するように設計されたエラストマーリングを、スピンドル２２と第１フィンガ１８との間に追加することにより、改善することもできる。

Claims (9)

1. 自動車のモータの出力軸（１６）をロックするシステムであって、前記軸（１６）と同軸上に設けられるギア（１０）と、軸（１６）を解放する位置と軸をロックする位置との間で移動することができる第１可動フィンガ（１８）とを備えるタイプで、軸をロックする位置では、第１フィンガ（１８）が、ギアの２つの歯（１２、１４）の間に形成される空間に係合するもので、ギア（１０）の２つの歯（１２、１４）の間の空間を第１可動フィンガ（１８）に位置合わせすることができる位置合わせ手段（２０）を備えることと、第１可動フィンガ（１８）が、周方向の隙間をほとんど生じることなく前記空間に係合するように設計されていることとを特徴とするシステム。
2. 位置合わせ手段（２０）が、軸（１６）を解放する位置と軸をロックする位置との間で移動することができる第２フィンガ（２０）を含み、軸をロックする位置では、第２フィンガ（２０）が、ギア（１０）の２つの歯（１２、１４）の間に形成される空間に係合し、第２可動フィンガ（２０）が、大きな周方向の隙間を有した状態で前記空間に係合するように設計されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 並進運動を行なうことができるボタン（３６）を備えることと、第１フィンガ（１８）が、回転スピンドル（２２）を中心に回動することができ、且つカム形成面（３２）を含み、前記ボタン（３６）がこのカム形成面（３２）を押すことができることとを特徴とする、請求項１又は２に記載のシステム。
4. 第２フィンガ（２０）が、回転スピンドル（２２）を中心に回動することができ、且つカム形成面（３４）を含み、前記ボタン（３６）がこのカム形成面を押すことができ、第１フィンガ（１８）のカム形成面（３２）、及び第２フィンガ（２０）のカム形成面（３４）が、第２フィンガ（２０）がギア（１０）の２つの歯（１２、１４）の間の空間に係合すると、第１フィンガ（１８）のカム形成面（３２）が係合可能になるように構成されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載のシステム。
5. 第１フィンガ（１８）及び第２フィンガ（２０）のうちの一方が、他方のフィンガの円弧状溝（４０）に嵌入できるピン（４２）を含むことを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 回転スピンドル（２２）と第１フィンガ（１８）との間にエラストマーリングを備えることを特徴とする、請求項３、４、又は５に記載のシステム。
7. 位置合わせ手段が、軸の低速回転を制御できる制御手段を含むことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一項に記載のシステム。
8. モータが同期式の電動モータであり、モータのロータがモータの出力スピンドルを形成することを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 電動モータのステータに給電することにより、整流器を介して、車載用蓄電池アレイを車両内で再充電できることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。

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