特開 2024-40896 フライホイール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024040896

(43)【公開日】2024-03-26

(54)【発明の名称】フライホイール

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/31 20060101AFI20240318BHJP

【ＦＩ】

F16F15/31 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022145544

(22)【出願日】2022-09-13

(71)【出願人】

【識別番号】000149033

【氏名又は名称】株式会社エクセディ

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】弁理士法人新樹グローバル・アイピー

(72)【発明者】

【氏名】富山 直樹

(57)【要約】

【課題】迅速にジャイロ効果を低減させる。
【解決手段】フライホイール１００は、入力回転体２、中間回転体３、イナーシャ部材４、及び連結部材５を備える。中間回転体３は、入力回転体２に対して径方向外側に配置される。中間回転体３は、入力回転体２と相対回転可能に配置される。イナーシャ部材４は、中間回転体２に対して径方向外側に配置される。イナーシャ部材４は、径方向に移動可能に配置される。連結部材５は、第１取付部５１、第２取付部５２、及び第３取付部５３を有する。第１取付部５１は、入力回転体２に旋回可能に取り付けられる。第２取付部５２はイナーシャ部材４に旋回可能に取り付けられる。第３取付部５３は、中間回転体３に径方向に移動可能に取り付けられる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トルクが入力されるように構成される入力回転体と、
前記入力回転体に対して径方向外側に配置され、前記入力回転体と相対回転可能に配置される中間回転体と、
前記中間回転体に対して径方向外側に配置され、径方向に移動可能に配置されるイナーシャ部材と、
前記入力回転体に旋回可能に取り付けられる第１取付部、前記イナーシャ部材に旋回可能に取り付けられる第２取付部、及び前記中間回転体に径方向に移動可能に取り付けられる第３取付部、を有する連結部材と、
を備える、フライホイール。

【請求項2】

前記イナーシャ部材は、環状である、
請求項１に記載のフライホイール。

【請求項3】

前記イナーシャ部材は、
複数のイナーシャ部品を有し、
拡張状態と、前記拡張状態よりも径が小さい収縮状態とに変形するように構成される、
請求項２に記載のフライホイール。

【請求項4】

前記各イナーシャ部品は、
周方向に延び、
周方向の両端部において周方向に延びる取付孔を有し、
前記取付孔が隣のイナーシャパーツの前記取付孔と軸方向視において重複するように配置され、
前記イナーシャ部材は、隣り合うイナーシャ部品を結合する結合部材を有し、
前記結合部材は、前記隣り合うイナーシャパーツの各取付孔内に周方向移動可能に配置される、
請求項３に記載のフライホイール。

【請求項5】

前記入力回転体と前記中間回転体との相対回転の範囲を規制する規制機構をさらに備える、
請求項１に記載のフライホイール。

【請求項6】

前記中間回転体を前記入力回転体に対して回転方向に付勢する付勢部材をさらに備える、
請求項１に記載のフライホイール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フライホイールに関するものである。

【背景技術】

【0002】

自転車などの転倒を抑制したり、船舶の揺れを抑制したりするために、フライホイールを搭載することが知られている。例えば、特許文献１では、ホイール内にフライホイールが取り付けられた自転車が開示されている。フライホイールは電気モータによって回転させられる。このフライホイールの回転によって生じるジャイロ効果によって、自転車の低速走行時の姿勢を安定させ、自転車の転倒を抑制する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１０／００９０４４０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

自転車の速度が上昇し、自転車の姿勢が安定すると、フライホイールのジャイロ効果は不要になるため、電気モータを停止してフライホイールの回転を停止させてジャイロ効果を低減させる。ここで、ジャイロ効果は、フライホイールの回転速度の低下に伴い徐々に低減するが、迅速にジャイロ効果を低減させることが好ましい。

【0005】

本発明の課題は、迅速にジャイロ効果を低減させることができるフライホイールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１態様に係るフライホイールは、入力回転体と、中間回転体と、イナーシャ部材と、連結部材とを備える。入力回転体は、トルクが入力されるように構成される。中間回転体は、入力回転体に対して径方向外側に配置される。中間回転体は、入力回転体と相対回転可能に配置される。イナーシャ部材は、中間回転体に対して径方向外側に配置される。イナーシャ部材は、径方向に移動可能に配置される。連結部材は、第１取付部、第２取付部、及び第３取付部を有する。第１取付部は、入力回転体に旋回可能に取り付けられる。第２取付部はイナーシャ部材に旋回可能に取り付けられる。第３取付部は、中間回転体に径方向に移動可能に取り付けられる。

【0007】

このように構成されたフライホイールは、回転していない状態では、第３取付部は、第１取付部に対して回転方向に配置されている。そして、入力回転体にトルクが入力されると、入力回転体が中間回転体に対して回転方向に相対回転する。すると、第１取付部が周方向において第３取付部に近付くため、第３取付部は径方向において第１取付部から離れるように移動する。すなわち、第３取付部は径方向外側に移動する。この結果、第２取付部も径方向外側に移動するため、イナーシャ部材も径方向外側に移動する。そして、フライホイールのジャイロ効果が不要になると、入力回転体へのトルクの入力が停止される。すると、中間回転体が入力回転体よりも回転速度が速くなるため、中間回転体は、入力回転体に対して回転方向に相対回転する。これにより、第３取付部は周方向において第１取付部から離れるため、第３取付部は径方向において第１取付部に近付くように移動する。すなわち、第３取付部は径方向内側に移動する。そして、第２取付部も径方向内側に移動するため、イナーシャ部材も径方向内側に移動する。この結果、イナーシャ部材によるジャイロ効果を低減することができる。このように、フライホイールの回転速度の低下に加えて、イナーシャ部材の径を小さくすることができるため、迅速にジャイロ効果を低減することができる。

【0008】

第２態様に係るフライホイールは、第１態様に係るフライホイールにおいて、次のように構成される。イナーシャ部材は、環状である。

【0009】

第３態様に係るフライホイールは、第１又は第２態様に係るフライホイールにおいて、次のように構成される。イナーシャ部材は、複数のイナーシャ部品を有する。イナーシャ部材は、拡張状態と拡張状態よりも径が小さい収縮状態とに変形するように構成される。

【0010】

第４態様に係るフライホイールは、第３態様に係るフライホイールにおいて、次のように構成される。各イナーシャ部品は、周方向に延びる。各イナーシャ部品は、周方向の両端部において周方向に延びる取付孔を有する。各イナーシャ部品は、取付孔が隣のイナーシャパーツの取付孔と軸方向視において重複するように配置される。イナーシャ部材は、隣り合うイナーシャ部品を結合する結合部材を有する。結合部材は、隣り合うイナーシャパーツの各取付孔内に周方向移動可能に配置される。

【0011】

第５態様に係るフライホイールは、第１から第４態様のいずれかに係るフライホイールにおいて、規制機構をさらに備える。規制機構は、入力回転体と中間回転体との相対回転の範囲を規制する。

【0012】

第６態様に係るフライホイールは、第１から第５態様のいずれかに係るフライホイールにおいて、付勢部材をさらに備える。付勢部材は、中間回転体を入力回転体に対して回転方向に付勢する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、迅速にジャイロ効果を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】停止状態のフライホイールを示す正面図。

【図2】停止状態におけるフライホイールの規制機構の詳細を示す拡大図。

【図3】動作状態におけるフライホイールの規制機構の詳細を示す拡大図。

【図4】動作状態のフライホイールを示す正面図。

【図5】変形例に係るフライホイールを示す正面図。

【図6】変形例に係るフライホイールの付勢部材を示す拡大図。

【図7】変形例に係るフライホイールの付勢部材を示す拡大図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本実施形態に係るフライホイールについて図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは、フライホイールの回転軸Ｏが延びる方向である。また、周方向とは、回転軸Ｏを中心とした円の周方向であり、径方向とは、回転軸Ｏを中心とした円の径方向である。

【0016】

＜フライホイール＞
図１は、停止状態におけるフライホイール１００の正面図である。図１に示すように、フライホイール１００は、入力回転体２、中間回転体３、イナーシャ部材４、及び複数の連結ロッド５（連結部材の一例）を有している。フライホイール１００は、回転するように構成されている。なお、フライホイール１００は、図１の反時計回りに回転する。すなわち、図１の反時計回りが回転方向である。また、図１の時計回りが逆回転方向である。このフライホイール１００は、例えば自転車、又は船舶等に設置される。

【0017】

＜入力回転体＞
入力回転体２は、回転軸Ｏを中心に回転可能に配置されている。入力回転体２は、円柱状又は円筒状である。入力回転体２は、電気モータ（図示省略）などによってトルクが入力されることにより回転する。なお、入力回転体２は、例えば、電気モータのロータであってもよい。

【0018】

＜出力回転体＞
中間回転体３は、環状である。中間回転体３は、入力回転体２に対して径方向外側に配置されている。すなわち、中間回転体３の開口部内に、入力回転体２が配置されている。中間回転体３は、複数のスリット３１を有している。各スリット３１は、周方向に間隔をあけて配置されている。スリット３１は、径方向に延びている。

【0019】

中間回転体３は、回転軸Ｏを中心に回転可能に配置されている。中間回転体３は、入力回転体２に対して所定の範囲で相対回転可能に配置されている。

【0020】

＜規制機構＞
中間回転体３は、入力回転体２と相対回転できる範囲が規制されている。すなわち、フライホイール１００は、規制機構６を有している。図２は、規制機構６を示す拡大図である。なお、図解を容易にするため、規制機構６と関係のない部材の記載を省略している。

【0021】

図２に示すように、入力回転体２は、その外周面において周方向に延びる複数の切欠き部２１を有している。切欠き部２１は、入力回転体２の外周面から径方向内側に凹んでいる。また、入力回転体２は、切欠き部２１の周方向の端部において、第１当接面２２と第２当接面２３とを有している。すなわち、切欠き部２１は、第１当接面２２と第２当接面２３との間に形成されている。第１当接面２２は、回転方向を向いている。第２当接面２３は、逆回転方向を向いている。

【0022】

中間回転体３は、複数の突出部３２を有している。各突出部３２は、周方向において間隔をあけて配置されている。突出部３２は、中間回転体３の内周面から径方向内側に突出している。突出部３２は、第１当接面２２及び第２当接面２３と当接するように構成されている。

【0023】

規制機構６は、この第１当接面２２、第２当接面２３、及び突出部３２によって構成されている。規制機構６は、入力回転体２と中間回転体３との相対回転の範囲を規制するように構成されている。詳細には、規制機構６は、後述する第２取付部５２が拡径位置と縮径位置との間で移動するように、入力回転体２と中間回転体３との相対回転の範囲を規制している。

【0024】

中間回転体３が入力回転体２に対して回転方向に回転すると、突出部３２が第２当接面２３と当接し、それ以上の相対回転を規制する。また、図３に示すように、入力回転体２が中間回転体３に対して回転方向に回転すると、第１当接面２２が突出部３２と当接し、それ以上の相対回転を規制する。

【0025】

＜イナーシャ部材＞
図１に示すように、イナーシャ部材４は、環状である。イナーシャ部材４は、中間回転体３に対して、径方向外側に配置されている。すなわち、イナーシャ部材４の開口部内に中間回転体３が配置されている。イナーシャ部材４は、径方向に移動可能に配置されている。イナーシャ部材４は、回転軸Ｏを中心に回転可能に配置されている。イナーシャ部材４は、入力回転体２と相対回転可能に配置されている。

【0026】

イナーシャ部材４は、複数のイナーシャ部品４１と複数の結合ピン４２（結合部材の一例）を有している。なお、本実施形態では、イナーシャ部材４は、４つのイナーシャ部品４１を有している。各イナーシャ部品４１は、円弧状である。各イナーシャ部品４１は、周方向に配列されている。また、各イナーシャ部品４１両端部は、隣り合うイナーシャ部品４１の端部と軸方向視において重複している。

【0027】

イナーシャ部品４１は、周方向に延びている。イナーシャ部品４１は、周方向の両端部において、取付孔４３を有している。取付孔４３は、周方向に延びている。イナーシャ部品４１の取付孔４３は、隣のイナーシャ部品４１の取付孔４３と軸方向視において重複している。

【0028】

結合ピン４２は、隣り合うイナーシャ部品４１を結合している。詳細には、結合ピン４２は、軸方向視において重複する２つの取付孔４３内に挿入されている。結合ピン４２は、この取付孔４３内において、周方向に移動可能に配置されている。結合ピン４２は、軸方向に延びている。結合ピン４２の両端部は、取付孔４３から外れないように取付孔４３の幅よりも大きくなっている。

【0029】

イナーシャ部材４は、収縮状態と、拡張状態とに変形するように構成されている。なお、図１は、収縮状態にあるイナーシャ部材４を示している。一方、図４は、拡張状態にあるイナーシャ部材４を示している。収縮状態のイナーシャ部材４は、拡張状態のイナーシャ部材４よりも径が小さい。

【0030】

＜連結ロッド＞
図１に示すように、連結ロッド５は、入力回転体２、中間回転体３、及びイナーシャ部材４に取り付けられている。詳細には、連結ロッド５は、第１取付部５１、第２取付部５２、及び第３取付部５３を有している。第１取付部５１及び第２取付部５２は、連結ロッド５の両端部に配置されている。第３取付部５３は、第１取付部５１と第２取付部５２との間に配置されている。

【0031】

第１取付部５１は、入力回転体２に旋回可能に取り付けられている。このため、連結ロッド５は、第１取付部５１を中心に回転可能である。例えば、第１取付部５１は、貫通孔又は凹部を有しており、入力回転体２から延びるピンなどの凸部がその貫通孔又は凹部に回転可能に挿入されている。もしくは、第１取付部５１はピンなどの凸部を有しており、その凸部が入力回転体２に形成された凹部又は貫通孔に回転可能に挿入されている。第１取付部５１は、回転軸Ｏから外れた位置に配置されている。

【0032】

第２取付部５２は、イナーシャ部材４に旋回可能に取り付けられている。このため、連結ロッド５は、第２取付部５２を中心に回転可能である。例えば、第２取付部５２は、貫通孔又は凹部を有しており、イナーシャ部材４から延びるピンなどの凸部がその貫通孔又は凹部に回転可能に挿入されている。もしくは、第２取付部５２はピンなどの凸部を有しており、その凸部がイナーシャ部材４に形成された凹部又は貫通孔に回転可能に挿入されている。

【0033】

第２取付部５２は、第１取付部５１を基準にして、収縮位置と拡径位置との間で移動する。図１では、第２取付部５２は縮径位置にある。第２取付部５２が縮径位置にあるとき、第２取付部５２は、第１取付部５１に対して回転方向に位置している。なお、第２取付部５２が縮径位置にあるとき、イナーシャ部材４は収縮状態にある。

【0034】

図４は、動作中のフライホイールを示す正面図である。図４では、第２取付部５２は拡径位置にある。第２取付部５２が拡径位置にあるとき、第２取付部５２が縮径位置にあるときに比べて、第２取付部５２は、第１取付部５１との周方向の距離が小さくなる。すなわち、拡径位置における第２取付部５２と第１取付部５１との周方向における距離は、縮径位置における第２取付部５２と第１取付部５１との周方向の距離よりも小さい。好ましくは、第２取付部５２は、径方向視において、第１取付部５１と重複するように配置されている。このように、第２取付部５２が拡径位置にあるとき、第２取付部５２が縮径位置にあるときと比べて、第２取付部５２は、第１取付部５１との周方向の距離が小さくなるため、第１取付部５１との径方向における距離が大きくなる。すなわち、第２取付部５２は、径方向外側に移動する。この結果、第２取付部５２が取り付けられるイナーシャ部材４も径方向外側に移動し、イナーシャ部材４は拡張状態となる。

【0035】

図１に示すように、第３取付部５３は、中間回転体３に径方向に移動可能に取り付けられている。すなわち、第３取付部５３は、中間回転体３に対して径方向に移動可能である一方で、中間回転体３と一体的に回転する。具体的には、第３取付部５３は、軸方向に延びるピンなどの凸部を有している。この凸部が、中間回転体３のスリット３１内に配置されている。第３取付部５３の凸部は、スリット３１内を径方向に移動することができる。

【0036】

＜動作＞
電気モータなどから入力回転体２にトルクが入力されると、入力回転体２は回転方向に回転する。ここで、入力回転体２は、中間回転体３に対して回転方向に相対回転する。この結果、連結ロッド５の第１取付部５１が周方向において第３取付部５３と近づくため、第３取付部５３は、径方向において第１取付部５１から離れる方向に移動する。すなわち、第３取付部５３はスリット３１内を径方向外側に移動する。これに伴い、第２取付部５２は周方向において第１取付部５１に近づくように移動するとともに、径方向において第１取付部５１から離れるように移動する。すなわち、第２取付部５２は、縮径位置から拡径位置へと移動する。

【0037】

この結果、図４に示すように、各イナーシャ部品４１は、径方向外側に移動するとともに、互いに周方向に離れるように移動する。すなわち、イナーシャ部材４は、径方向外側に移動し拡張状態に変形する。このとき、第１取付部５１、第３取付部５３、及び第２取付部５２は、径方向に沿って並んでいる。すなわち、連結ロッド５は、径方向に延びている。そして、入力回転体２の第１当接面２２が中間回転体３の突出部３２と当接すると、入力回転体２は中間回転体３及びイナーシャ部材４と一体的に回転する。

【0038】

次に、フライホイール１００によるジャイロ効果が不要になると、電気モータからのトルクの出力を停止する。これにより、入力回転体２の回転速度が低下し、中間回転体３の方が入力回転体２よりも回転速度が速くなり、中間回転体３が、入力回転体２に対して回転方向に相対回転する。すると、第３取付部５３は、周方向において第１取付部５１から離れるため、径方向において第１取付部５１に近付くように移動する。すなわち、第３取付部５３は、スリット３１内を径方向内側に移動する。これに伴い、第２取付部５２は、周方向において第１取付部５１から離れるように移動するとともに、径方向において第１取付部５１と近づくように移動する。すなわち、第２取付部５２は、拡径位置から縮径位置へと移動する。

【0039】

この結果、図１に示すように、各イナーシャ部品４１は、径方向内側に移動するとともに、周方向において互いに近づくように移動する。すなわち、イナーシャ部材４は、径方向内側に移動し、収縮状態に変形する。このとき、連結ロッド５は、径方向に延びる状態から、第１取付部５１を中心に回転方向に傾斜した状態となる。そして、中間回転体３の突出部３２が第２当接面２３に当接すると、中間回転体３は入力回転体２と一体的に回転する。

【0040】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、以下の各変形例は、基本的には同時に適用することができる。

【0041】

（ａ）上記実施形態では、イナーシャ部材４は、環状に形成されていたが、環状でなくてもよい。例えば、イナーシャ部材４は、１つのイナーシャ部品４１のみを有していてもよい。

【0042】

（ｂ）フライホイール１００は、付勢部材をさらに備えていてもよい。付勢部材は、中間回転体３を入力回転体２に対して回転方向に付勢するように構成されている。例えば、図５に示すように、フライホイール１００は、付勢部材としてトーションばね７ａを有していてもよい。トーションばね７ａは、第１アーム部７１が入力回転体２に取り付けられており、第２アーム部７２が連結ロッド５の第３取付部５３に取り付けられており、バネ部７３が連結ロッド５の第１取付部５１に取り付けられている。トーションばね７ａは、第１取付部５１を中心に、連結ロッド５を回転方向に付勢している。すなわち、中間回転体３が入力回転体２に対して回転方向に付勢されている。これにより、イナーシャ部材４が収縮状態から拡張状態に変形するとき、急激に変形することを抑制することができる。また、フライホイール１００の非動作時において、イナーシャ部材４の収縮状態を維持することができる。

【0043】

図６に示すように、フライホイール１００は、付勢部材として、コイルスプリング７ｂを有していてもよい。コイルスプリング７ｂは、入力回転体２の切欠き部２１内に配置されている。また、コイルスプリング７ｂは、第１当接面２２と突出部３２との間に配置されている。これにより、コイルスプリング７ｂは、中間回転体３を入力回転体２に対して回転方向に付勢している。

【0044】

また、図７に示すように、コイルスプリング７ｂは、スリット３１内に配置されていてもよい。この場合、コイルスプリング７ｂは、連結ロッド５の第３取付部５３を径方向内側に付勢している。これにより、連結ロッド５の第３取付部５３は、中間回転体３を回転方向に押圧する。この結果、コイルスプリング７ｂは、中間回転体３を入力回転体２に対して回転方向に付勢していることとなる。

【符号の説明】

【0045】

２ ：入力回転体
３ ：中間回転体
４ ：イナーシャ部材
４１ ：イナーシャ部品
４２ ：結合ピン
４３ ：取付孔
５ ：連結ロッド
５１ ：第１取付部
５２ ：第２取付部
５３ ：第３取付部
６ ：規制機構
７ａ ：トーションばね
７ｂ ：コイルスプリング
１００ ：フライホイール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】