JP2005525970A - エネルギー返還ホイールシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、幅広い範囲のホイール付きの車両および装置とともに使用するための例示的な車両ホイールアセンブリを提供する。１つの実施形態において、ホイールアセンブリ（１００）は、エッジ（２２０、２２２）を有する第１および第２リム部分（２１０、２１２）を備える。このホイールアセンブリは、リムエッジ間にトラフ部分を配置するカートリッジを備える。このカートリッジは、複数の間隔を空けた突出部（３１０）、これらの複数の間隔を空けた突出部の上に配置された弾性部材（４００）、この弾性部材の上に配置されたアクチュエータ（５００）、およびこのアクチュエータの上に配置された牽引層（６００）を備えるチャンバ部分（３００）を備える。このアクチュエータは、ホイールアセンブリ荷重が積まれる場合、少なくとも部分的に、チャンバ部内に弾性層を圧縮するように構成される。

Description

本発明は、一般に、ホイールを取り付けたシステムに関し、特に、例示的にエネルギー返還特徴を有するホイールを取り付けたシステム、およびそのシステムを使用および作製する方法に関する。

古代より、ホイールは、種々の目的のため、そして種々の車両において用いられてきた。ホイールは、人間および貨物の輸送のための、荷車、自家用四輪馬車、四輪車、動力化車両および非動力化車両などを可能にした。そのような物のためのホイールアセンブリの設計は、その意図された使用を達成し得るタイヤとホイールの生産に集中していた。最初は、このことは、荒れた表面を行くのに十分な耐久力のあるホイールアセンブリの製作を含んでいた。

１９００年初期における自動車の発明、ならびにゴムおよびゴム化合物の使用は、ホイールを取り付けたシステムの数および多様性を増加した。空気で膨らむゴムタイヤの導入は、多数の新たな設計上の問題を生じた。所望の弾力と安定性を有し、膨らませながらその完全性を維持し、衝撃およびパンクに耐性であるなどの、タイヤとホイールアセンブリを作製するために、多大な努力が払われた。また、舗装された表面や、滑らかな表面に対して、改善されたトラクションを提供するための、種々のトレッドパターンを開発することが、非常に多くの注目を集めた。

特に重要視されていないタイヤおよびホイールアセンブリの特徴の１つとしては、アセンブリのエネルギー返還特性が挙げられる。例えば、現在の自動車のタイヤは、一般的に、十分なトラクションを提供するが、その開発は、理想的な様式においてエネルギーを伝達するために、どのようにタイヤが道路表面と相互作用するのかについて、焦点を当ててはいない。従って、ホイールを取り付けたシステムが広範に使用されているにも関わらず、エネルギー返還の分野においては、なお、抜本的な改善の余地がある。

（発明の要旨）
本発明は、広範なホイールを取り付けた車両および器械に使用するための、例示的な車両ホイールアセンブリを提供する。１つの実施形態において、ホイールアセンブリは、第１の円周エッジを有する第１リム部、および、第２の円周エッジを有する第２リム部を備える。該第１リム部および第２リム部は互いに連結されて、２つのエッジの間にトラフ部を規定する。ホイールアセンブリは、第１円周エッジと第２円周エッジとの間の該トラフ部に配置されたカートリッジを備える。このカートリッジは、複数の間隔をおいた突出部を有するチャンバ部、複数の間隔をおいた突出部上に配置された弾性部材、弾性層上に配置されたアクチュエータ、および、アクチュエータ上に配置された牽引層を備える。アクチュエータは、ホイールアセンブリに荷重が積まれたとき、弾性層を少なくとも部分的にチャンバ部に加圧するよう適合されている。この様式において、ホイールアセンブリは、その回転の間に、ホイールアセンブリに対して、エネルギーの返還を提供し得る。

１つの局面において、間隔をおいた突出部が、突出部の少なくとも二つの円周リングを規定するように位置する。別の局面において、チャンバ部は、第１リップおよび第２リップを有するほぼトラフ形状のチャンバ部を備え、第１リップおよび第２リップと協同するか、および／または結合する、弾性部材を有する。

特定の局面において、弾性部材は、上面および下面を有し、その下面は複数の隆起したリッジを備える。その隆起したリッジは、複数の間隔をおいた突出部と協同するように位置する。その弾性部材の上面はまた、アクチュエータと協同する第２の複数の隆起したリッジを備え得る。隆起したリッジは、所望の位置において、弾性部材の厚みを増加する。１つの局面において、弾性部材は、複数の隆起したリッジがない位置での弾性部材の厚みに比して、隆起したリッジの１つを有する位置で約２倍の厚みである。

１つの局面において、弾性部材は、チャンバ部の外側リムと協同および／または結合し、ほぼ密閉にシールされたチャンバを規定する。代替的な局面において、密閉にシールされたチャンバは、１大気圧（ＡＴＭ）未満の内圧を有するか、または、密閉にシールされたチャンバは、減圧チャンバである。

本発明の１つの局面において、アクチュエータは、円筒形のバンドを備え、そのバンドは、そこを通して形成された、間隔が離れた複数の穴を有する。その間隔が離れた穴はまた、間隔が離れた穴の少なくとも二つの円周リングを規定するように位置し得る。好ましくは、間隔が離れた穴は、前記チャンバ部内の、間隔が離れた複数の突出部と協同するように位置する。例えば、１つの局面において、ホイールアセンブリに荷重が積まれるとき、チャンバ部内の間隔が離れた突出部が、アクチュエータの間隔が離れた穴内に少なくとも部分的に延びるように適合される。

本発明の１つの局面において、牽引層が、筒形の牽引バンドを備え、その牽引バンドはそこを通して形成される間隔が離れた複数の穴を有する。再度、間隔が離れた穴は、牽引バンド内の間隔が離れた穴の少なくとも二つの円周リングを規定するように位置し得、そしてまた、間隔が離れた穴は、チャンバ部内の間隔が離れた複数の突出部と協同するように位置し得る。さらに、ホイールアセンブリに荷重が積まれるとき、チャンバ部内の間隔が離れた突出部が、牽引バンドの間隔が離れた穴内に少なくとも部分的に延び得る。

１つの局面において、ホイールアセンブリに荷重が積まれるとき、弾性部材は、間隔が離れたアクチュエータバンド穴内に少なくとも部分的に延びるように適合される。その荷重としては、動力化車両、非動力化車両、人間（一人または複数人）、貨物などが挙げられ得る。

代替的な局面において、牽引層は、実質的に非圧縮性のゴムを備え、弾性部材は、ゴムを備え、そして、チャンバ部およびアクチュエータは、ナイロンを備える。牽引層は、牽引層の外表面上に規定された溝パターンを有し得るが、有する必要はない。

別の実施形態において、本発明のホイールアセンブリは、第１の外側リムエッジおよび第２の外側リムエッジの間のホイールリムに結合するように適合されたカートリッジを備える。そのカートリッジは、複数の間隔をおいた突出部を有するチャンバ部、複数の間隔をおいた突出部上に配置された弾性部材、弾性層上に配置されたアクチュエータ、および、該アクチュエータ上に配置された牽引層を備える。ホイールアセンブリに荷重が積まれたとき、そのアクチュエータは、弾性層を少なくとも部分的にチャンバ部へ加圧するように適合される。１つの局面において、カートリッジは、ほぼ円筒状であり、そして、２つのリムエッジ間に配置される。

本発明の別の実施形態において、ホイールアセンブリは、アクチュエータ上に配置される牽引層を備え、この牽引層およびアクチュエータは、各々それを貫通して配置される複数の穴を有する。牽引層の穴はアクチュエータの穴に整列されている。このアセンブリは、ホイールリムに結合するよう適合されるチャンバ部分をさらに備え、このチャンバ部分は、その間に複数の間隙を有する突起部を有する凹部底を規定する内部エッジおよび外部エッジを有する。弾性部材が、チャンバ部分とアクチュエータ部分との間に配置される。弾性部材は、間隙を有する突起部の間のチャンバ部分内に延びるように適合され、そして間隙を有する突起部上のアクチュエータの穴の中に少なくとも部分的に延びるように適合される。

特定の局面において、牽引層、アクチュエータ、チャンバ部分および弾性部材は、各々ほぼ円柱の形状であり、アクチュエータおよびチャンバ部分は、牽引層および弾性部材より大きなフープ強度を有する。

本発明の他の特徴および利点は、以下の記載から明らかになり、この記載において、好ましい実施形態が、添付の図面と共に詳細に示される。

（発明の詳細な説明）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施形態に従うホイールアセンブリ１００を描く。ホイールアセンブリ１００は、広範囲のホイールの付いた車両（モーターを備えた車両またはモーターを備えない車両の両方）での使用を見出す。例えば、ホイールアセンブリ１００は、自動車、トラック、スポーツ汎用車（ＳＵＶ）、ミニバンなどで使用され得る。ホイールアセンブリ１００は、単車、モータースクーター、モーターを備えないスクーター、および自転車などの二輪の車両との使用を見出す。さらに、本発明のホイールアセンブリ１００は、他のホイールの付いた品目（一輪車、三輪車、カート、ベビーカー、トラクター、手押し車などが挙げられる）と共に使用され得る。

本発明のホイールアセンブリ１００は、ある状態から別の状態へのエネルギーの移動のための模範的な特性を有する。特定の局面において、ホイールアセンブリ１００は、効率的な様式でポテンシャルエネルギーを運動エネルギーに移すのに精通している。ホイールアセンブリ１００は、ホイールの移動の方向の直線上にエネルギーの移動を収束させるのに役立つ。この様式において、タイヤの側面部が屈曲したり真っ直ぐになったりするような他の点で浪費されるエネルギーが、最小化され得るか、または避けられ得る。

図１Ａおよび図１Ｂで見られるように、ホイールアセンブリ１００は、ホイールを車軸、ハブなどに取り付けるための中央開口部１１０を有する。１つの実施形態において、ホイールアセンブリ１００は、約２０インチから約３０インチにわたる直径１１２および約６インチから約１２インチにわたる幅１１４を有する。特定の実施形態において、直径１１２は、約２８インチであり、幅１１４は、約１２インチである。しかし、さらなるホイールアセンブリの寸法が、ホイールアセンブリ１００の意図される使用に部分的に依存し、本発明の範囲内であることが、当業者により理解される。ホイールアセンブリ１００は、１つ以上の構成要素を含み、その少なくともいくつかは、添付の図面に記載され、示される。

図２Ａ〜図６Ｂについて、本発明に従うホイールアセンブリ１００の１つの実施形態の種々の構成要素が、記載される。図２Ａ〜図２Ｄは、ホイールアセンブリ１００と共に使用のためのリム２００を描く。リム２００は、第１のリム部分２１０および第２のリム部分２１２を有する。リム部分２１０は、リップすなわち円周エッジ（ｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｃｅ ｅｄｇｅ）２２０を有する。同様に、リム部分２１２は、リップまたは円周エッジ２２２を有する。図２Ｂに示されるように、２つのリム部分２１０および２１２は、一緒に結合されてその結果、エッジ２２０、２２２は、リム２００の外部エッジを規定する。図２Ｂおよび図２Ｄに見られ得るように、このような形態は、断面で、または前もしくは後ろから見られる場合、ほぼ谷形のリム２００を提供する。リム部分２１０および２１２は、当業者に公知の種々の方法（ボルト、溶接などによる方法が挙げられる）で一緒に結合され得る。さらに、リム２００は、中央開口部２３０および多くの間隙を有する穴２３２を有し、その結果リム２００は、ボルト、耳付きナットなどにより車両（示さず）に結合され得る。

１つの実施形態において、車両ホイールアセンブリ１００は、図３Ａ〜図３Ｄに示されるようにチャンバ部分３００を備える。チャンバ部分３００は、前または後ろから見られる場合、ほぼ谷形の上部部分または下部部分を有するほぼ円柱状の部材を有する（図３Ｂ）。より明確には、チャンバ部分３００は、２つのリップまたはエッジ部の間に配置された底表面３１４を有する。特定の実施形態において、チャンバ部分３００は、底表面３１４の片面または両面に縁をつける内部リップ３１６および外部リップ３１８を有する。代替的な実施形態において、単一のリップのみが、底表面３１４の各々の側に配置される。好ましくは、チャンバ部分３００の全体の形状は、リム２００の形状とほぼ一致する。この様式において、チャンバ部分３００は、リム２００の周りに配置され得、そしてリムエッジ２２０と２２２との間に保たれる。特定の実施形態において、チャンバ部分はナイロン、１つ以上の金属合金、複合物などを含む。１つの実施形態において、底表面３１４は、約０．２５インチ厚である。

図３Ａおよび３Ｂにおいて見られるように、チャンバ部３００は、複数の間隔を置いた突出部またはポスト３１０を備える。突出部３１０の数は、突出部３１０の所望の間隔、チャンバ部３００の幅および直径、ならびに突出部３１０のサイズに部分的に依存する。いくつかの実施形態において、突出部３１０は、１つ以上の突出部３１０の円周リングを規定するように配置される。図３Ｂに示される特定の実施形態において、突出部３１０は、間隔を置いた突出部３１０の３つの円周リングを規定するように配置される。内側のリングおよび外側のリング中の突出部３１０は、類似または同一のパターンを有する。突出部３１０の中間のリングは、このリング内の突出部３１０の間に類似する間隔を有するが、このリングは、２つの隣接する突出部３１０の間の間隔の約半分の距離で、２つの外側のリングから回転してずれている（図３Ｂ）。突出部３１０の他の配置もまた、本発明の範囲内である。例えば、突出部３１０は、ホイールアセンブリ１００の幅１１４に部分的に依存して、２つ（２）の円周リング、または４つ（４）以上の円周リングとして配置され得る。

突出部３１０の全体的形状もまた、本発明の範囲内で変化し得る。特定の実施形態において、突出部３１０は、ほぼ卵型、細長い卵型または楕円形の形状を有する。各突出部３１０はまた、ほぼ卵型、細長い卵型または楕円形の形状を有する上部表面３１２を有する。突出部３１０は、好ましくは、表面３１２に隣接する、丸みがついているか、または平滑な上部エッジ３２２を有する。

ホイールアセンブリ１００は、チャンバ部３００上に配置された弾性部材４００を備える。図４Ａおよび４Ｂに見られるように、弾性部材４００は、内側表面４１２および外側表面４１４を有する、ほぼ円筒形の形状の弾性部材４００である。１つの実施形態において、内側表面４１２は、そこから延びる複数の一段高いリッジ４１０を有する。同様に、１つの実施形態において、外側表面４１４は、それらから延びる複数の一段高いリッジ４１０を有する。図４Ａおよび４Ｂに見られるように、特定の実施形態において、一段高いリッジ４１０は、チャンバ部３００の突出部３１０と類似の形式で形状づけされ、配置される。この様式において、１つの実施形態において、一段高いリッジ４１０は、その下にあるチャンバ部の突出部３１０と協調している。特定の実施形態において、内側表面４１２上のリッジ４１０は、卵型、細長い卵型または楕円の形状を有する。

１つの実施形態において、弾性部材４００の外側エッジは、チャンバ部３００のリップ３１６および／またはリップ３１８と結合されるように適合される。弾性部材４００は、積層、化学的ボンド、ステッチングなどを使用して、チャンバ部３００と結合され得る。代替的な実施形態において、弾性部材４００は、チャンバ部３００と協調して維持される。１つのこのような実施形態において、弾性部材４００は、少なくとも部分的には、下で述べる覆い構造によって、チャンバ部に対して適所に保持される。

１つの実施形態において、弾性部材４００の厚さは、その幅を横断して変化する。例えば、弾性部材４００のエッジの厚さは、約０．１２５インチと０．２５インチとの間である。弾性部材４００の一部は、約０．２５インチで、底部表面３１４から間隔を置いている。リッジ４１０が存在する弾性部材４００の一部は、約０．２５インチ厚と約０．５インチ厚との間であり得る。この様式において、弾性部材４００の厚さが変化し、より厚い部分は、一般的に、隣接する構造（例えば、チャンバ部３００）をつなぐ。上述の寸法は、特定の実施形態についてのものであり、他の厚さは、本発明の範囲内にあることが理解される。

特定の実施形態において、弾性部材４００は、ゴムを含む。弾性部材４００は、天然ゴム、合成ゴム、およびそれらの組み合わせを含み得る。この様式において、弾性部材４００は、代表的な弾性特性を有する。下でさらに記載されるように、引っ張られたゴムバンドと同様に、弾性部材４００の引っ張りは、引っ張られた弾性部材４００中にポテンシャルエネルギーとしてのエネルギーの保存を生じる。それが開放されると、弾性部材４００は、１００％に近い極めて大きなパーセンテージで保存されたエネルギーを運動エネルギーの形態に戻す。本発明は、所望の形式のエネルギーを指向させて、ホイールアセンブリ１００の回転運動を容易にする。

ここで図５Ａ〜５Ｂに移って、本発明に従うアクチュエータ要素５００が、記載されている。アクチュエータ５００は、好ましくは、弾性部材４００上に配置される。図５Ａに見られるように、アクチュエータ５００は、複数の間隔を置いた穴５１０を有する。また、１つの実施形態において、穴５１０は、ほぼ円筒形のアクチュエータ５００の周囲に穴５１０の円周リングを規定するように、間隔を置いている。穴は、いくつかの実施形態において、２つ、３つ以上のリング中に規定され得る。好ましくは、アクチュエータ５００は、弾性部材４００およびチャンバ部３００に対して配置され、その結果、穴５１０は、突出部３１０の上に、または突出部３１０と協調して配置される。穴５１０は、弾性部材４００の外側表面４１４上のリッジ４１０と協調し得る。

アクチュエータ５００は、１つの実施形態において、ほぼ円筒形のアクチュエータ５００の１つまたは両方の側面の周囲に配置された外部エッジまたはリップ５１６を有する。さらに、アクチュエータ５００の外側表面は、それぞれが上部表面５１４を有する、複数の一段高い突出部５１２を有する。穴５１０は、突出部５１２の底に形成される。特定の実施形態において、アクチュエータ５００は、ナイロン、１つ以上の合金、複合物などを含む。好ましくは、アクチュエータ５００は、弾性部材４００よりも大きな円周方向強度を有する。アクチュエータ５００は、チャンバ部３００と同じ、または実質的に同じ材料を含み得、そのために、同じ、または実質的に同じ円周方向強度を有し得る。１つの実施形態において、アクチュエータ５００は、約０．２５インチ〜約０．５０インチの厚さを有する。いくつかの実施形態において、アクチュエータ５００は、弾性部材４００と結合されている。これは、例えば、積層、化学的ボンド、ステッチングなどの方法によって、達成され得る。

図６Ａおよび６Ｂに示されるように、牽引層６００は、アクチュエータ５００上に配置される。複数の間隔を置いた穴６１０が、牽引層６００を通して形成される。特定の実施形態において、穴６１０は、アクチュエータ５００の穴５１０と協調しており、そのために、類似または同一のパターンで間隔を置いている。穴５１０および６１０は、卵型、細長い卵型、楕円形または類似する形状であるように示されているが、穴５１０および６１０の形状は、本発明の範囲内において変化し得る。特定の実施形態において、突出部３１０、穴５１０および穴６１０のすべてが、同じ一般的形状を有する。別の実施形態において、突出部３１０、穴５１０および穴６１０は、類似の間隔および配置を有する。特定の実施形態において、牽引層６００は、硬化した実質的に非圧縮性のゴム化合物を含む。

１つの実施形態において、牽引層６００は、穴６１０の間に、ほぼ平滑な外側表面６１４を有する。他の実施形態において、表面６１４は、溝のある表面である。例えば、特定の実施形態において、外側表面６１４が、自転車または自動車のタイヤにおいて見出される溝と同様に、そこに形成される複数の溝を有する。このような溝（図示せず）は、荒れた天候または粗い表面での牽引を容易にする。

図７Ａ〜７Ｃをここで参照して、ホイールアセンブリ１００の１つの実施形態が、記載される。特定の実施形態において、チャンバ部分３００、弾性部材４００、アクチュエータ５００および牽引層６００は、カートリッジを規定するために一緒に配置される。このカートリッジは、リム２００に結合される。これは、例えば、カートリッジをリム部分２１０、２１２の１つの上に配置し、続いて、２つのリム部分２１０、２１２を一緒に結合することによって生じ得る。この様式において、本発明の装置は、現在、自動車または他の既存の車両のために使用されるリムと類似の構成を有するリムとともに使用されそして組み込まれ得る。

ホイールアセンブリ１００の下部分の断面側面図である図７Ｃにおいて最も良く見られるように、第１リム部分２１０および第２リム部分２１２は、リップ２２０および２２２がカートリッジの周りに配置されるように一緒に結合される。特に、リップ２２０および２２２は、チャンバ部分３００と協同する。リム部分２１０、２１２が一緒に結合されると、リップ２２０および２２２は、リム２００上にカートリッジを維持する。１つの実施形態において、接着剤（例えば、エポキシ）はまた、カートリッジを適所に維持するのを助けるために、リム部分２１０および／または２２０上で使用される。

チャンバ部分３００は、中心突出部３１０を有し、この中心突出部を通って図７Ｃの断面図が示される。図７Ｃにおける中心突出部の左および右に示される突出部３１０は、中心突出部３１０と同じ平面でない。しかし、これらの突出部３１０は、突出部間のトラフ形状チャンバ部分３００の実質的に中空の性質に起因する断面で可視である。

弾性部材４００は、チャンバ部分３００の上に配置される。１つの実施形態において、弾性部材４００は、チャンバ部分３００のリップ３１６および／またはリップ３０８に結合される。再び、弾性部材４００およびチャンバ部分３００は、貼り合わせ（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、化学結合、ステッチングなどによって一緒に結合され得る。あるいは、弾性部材４００は、チャンバ部分３００の上に配置され、そして結合機構または接着剤の必要なしに、チャンバ部分３００、弾性部材４００およびアクチュエータ５００の構造によって適所に維持される。

リッジ４１０は、弾性部材４００の内面４１２および外面４１４の両方の上に見られ得る。弾性部材４００の内面４１２上のリッジ４１０は、突出部３１０の上側エッジ３２２に係合するように位置付けられる。示されるように、１つの実施形態において、内面４１２上のリッジ４１０は、それらが、突出部３１０の直径または長半径と比較して、より大きな直径または長半径を有するような形状および配置である。リッジ４１０は、チャンバ部分３００に対して適切な関係で弾性部材４００を維持するのを助ける。特定の実施形態において、弾性部材４００の両方の表面４１２、４１４上のリッジ４１０の組み合わせは、リッジ４１０の無い位置での弾性部材４００の厚みよりもその位置で約２倍の厚みの弾性部材４００を生じる。

リッジ４１０は、さらに、リップ３１６の周りの弾性部材４００の厚い部分を規定する。弾性部材４００のこれらの厚い部分は、ホイールアセンブリ１００に荷重が積まれる場合に、弾性部材４００の伸びに起因してより大きな応力に適応するのを助ける。同様に、弾性部材４００の外面４１４上のリッジ４１０は、アクチュエータ５００の穴５１０と協同する。１つの実施形態において、外面４１４上のリッジ４１０は、アクチュエータ５００の穴５１０よりも小さい直径または長半径を有する。この様式において、リッジ４１０は、下のチャンバ部分３００および重なるアクチュエータ５００の両方に関して適切な関係で弾性部材４００を維持するのを助ける。

ホイールアセンブリ１００は、図７Ｃに示されるアクチュエータ５００の上に配置される牽引層６００を備え、穴６１０および５１０が示されるように整列する。１つの実施形態において、牽引層６００は、一段高い突出部５１２の上面５１４の上に約０．２５インチ〜約０．５０インチ延びる。特定の実施形態において、カートリッジは、チャンバ部分３００のリム含有表面から牽引層６００の外面６１４に測定して、約１．５インチと約３．０インチの間の厚みである。

図８Ａおよび８Ｂをここで参照して、本発明に従ってホイールアセンブリ１００の１つの実施形態の操作が記載される。図８Ａは、非負荷位置または非荷重位置のホイールアセンブリ１００を示す。この構成において、弾性部材４００は、弛緩した状態である。一旦、ホイールアセンブリ１００が車両、人などで荷重が積まれると、ホイールアセンブリ１００は、図８Ｂに示される位置をとる。ホイールアセンブリ１００の荷重は、チャンバ部分３００に向かって牽引層６００およびアクチュエータ５００を圧する。この圧縮は、弾性層４００の延びを生じる。図８Ｂに示されるように、中心突出部３１０は、弾性部材４００内に圧せられ、弾性部材４００が、アクチュエータ穴５１０中に少なくとも部分的に延びる。さらに、弾性部材４００は、突出部３１０が牽引層６００の穴６１０に少なくとも部分的に配置されるように延び得る。荷重を積むことに起因して、弾性部材４００はまた、チャンバ部分３００内に少なくとも部分的に配置されるように延びる。これは、突出部３１０の無い少なくともいくつかのチャンバ部分３００位置で生じる。一旦、ホイールアセンブリ１００に荷重が積まれると、ホイールアセンブリ１００は、図８Ｂに示されるように静止した状態に置かれるが、但し、ホイールアセンブリ１００は、回転も移動もしない。

好ましくは、牽引層６００、アクチュエータ５００、弾性部材４００、およびチャンバ部分３００の材料および弾性は、荷重とホイールアセンブリ１００を積むことによって、弾性部材４００が、チャンバ３００の底３１４に駆動されないように、提供される。これは、例えば、荷重を積む大きさまたは車両の大きさと比較して、所望の大きさでホイールアセンブリ１００を有することによって、多数の方法で達成され得る。また、弾性部材４００の厚みは、より大きな荷重が積まれることが維持され得るように制御され得る。

特定の実施形態において、チャンバ部分３００は、弾性部材４００によって密閉してシールされる。これは、例えば、弾性部材４００をリップ３１６に密閉してシールすることによって達成され得る。この様式において、弾性部材４００をチャンバ部分３００中に圧することによって、シールされたチャンバ部分３００内の気体または気圧を増加する。従って、荷重を積む大きさが増加する場合、チャンバ部分３００の気体または気圧が、荷重を積む大きさに対向するのを助けるように増加する。より大きな力の移動はまた、弾性部材４００が弛緩状態に戻る場合に生じる。これは、例えば、ホイールアセンブリ１００の負荷が除かれる場合（例えば、前または後ろにホイールアセンブリ１００を回転させることによって）生じ得る。さらに、アクチュエータ５００の輪の強度は、突出部３１０が、弾性部材４００内にあまりにも遠くに駆動されることを妨げる。

なお、別の実施形態では、チャンバ部分３００で減圧を形成する。ここで、減圧は、リップ部分３１６に（必要ならば突出部３１０に）、弾性部材４００を密閉にシールすることによって維持される。例えば、大気圧未満の設備（ｓｕｂａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｆａｃｉｌｉｔｙ）またはチャンバ内に２つの成分があるとき、チャンバ部分３００に弾性部材４００をシールすることによって、上記実施形態が形成され得る。チャンバ部分３００内のガスまたは空気圧力は、１気圧、１．０ＡＴＭ未満であり、実質的に他の実施形態では、減圧である。この実施形態において、ホイールアセンブリ１００の上部分７２０（図７Ｂ）（地面に接するホイールアセンブリ１００の部分７１０と反対側）は、弾性部材４００が、底部表面３１４に接しないように働く。例えば、荷重負荷が増加すると、アセンブリ１００の道路接触部分７１０で、アクチュエータ５００は、チャンバ部分３００に向かって駆動する。幾分、アクチュエータ５００のフープ強度のために、アクチュエータは、ホイールアセンブリ１００の上部分７２０に近い弾性部材４００から離れる。増強されたアクチュエータ５００のフープ強度は、その円筒形内に、アクチュエータ５００を維持させ、効果的にアクチュエータ５００の下部分を上方および前方に引く。

一方、ホイールアセンブリ１００の固定された負荷および非負荷を、図８Ａおよび図８Ｂを関連させて、一般的に記載する。幾つかの実施形態は、効果的な車両移動に極めて有用である。例えば、負荷されたホイールアセンブリ１００は、道路表面および地面に接する圧縮された、下アセンブリ部分７１０を有する。弾性部材４００のフープ強度と比べて、幾分増強されたアクチュエータ５００のフープ強度のため、アクチュエータ５００は、下部分７１０以外の場所で、弾性部材４００から離れることによって、一般的に円形状に維持しようとする（図７Ｂの側から見たとき）。幾つかの実施形態では、この力は、ホイールアセンブリ１００の上部分７２０およびアセンブリ１００の周辺７３０に沿って使われる。この方法では、アクチュエータ５００の上部分７２０およびアクチュエータ５００に結合した弾性部材４００部分は、図８Ｃのように離れる。この弾性部材４００の伸びた部分は、増加したエネルギー状態にあり、この状態は、アセンブリ１００を図８Ａに示される非負荷状態に戻るように促進させる。そのような方法で、負荷されたホイールアセンブリ１００は、小さいマウンド（ｍｏｕｎｄ）上に静止するホイールアセンブリと同様のエネルギー状態を有し、それぞれわずかな前方または後方の推進力を与えられた場合、前方または後方のいずれかに回転する用意がなされる。

ある実施形態では、ホイールアセンブリ１００を有する車両が、図７Ｂの矢印７４０によって示されるように前方に動くとき、弾性部材４００は、突出部３１０によって、チャンバ部分３００内に伸張または圧縮され、アクチュエータ穴５１０に伸張される。この圧縮および／または伸張は、アセンブリ１００の地面接触部分７１０で、大きく生じる。圧縮および／または伸張は、弾性部材４００で弾性ひずみとして、速度エネルギーを溜める。ホイールアセンブリ１００が回転を続けると、圧縮または伸張した部分は、地面または道路表面から離れて回転するので、弾性部材４００の部分は、より弛緩した状態にもどり、蓄積したエネルギーを放出する。さらに、上記に記載したように、センブリ１００の前方車輪部分７３０は、アクチュエータ５００を、大体円形の状態にさせるアクチュエータ５００のフープ強度に一部起因して、弾性部材４００の部分に溜められた速度エネルギーを含む。いったん前方運動７４０が始まると、前方周辺部分７３０が作用し、丘を降りるときのように、ホイールアセンブリ１００を前方回転に引く。その結果、幾つかの実施形態では、道路接触部分７１０だけでなく、ホイールアセンブリ１００の大部分が、車両移動を補助するように作用する。

さらに、実質的に圧縮できない牽引層６００ならびに、リム２００およびチャンバ部分３００について、大体剛性の材料の使用は、移動方向において、エネルギーのより直線的な移転を生じる。当業者が認めるように、従来のタイヤでの自動車移動は（特に曲がるとき）、タイヤの側壁を圧縮させる。曲がる間およびブレーキをかける間のように、極度の負荷下でタイヤの形を維持するように側壁のファイバーが引っ張りながら、側壁は、絶えず負荷され、また負荷を降ろされる。さらに、側壁に吸収されるエネルギーは、車両移動を補助するための直線的な様式で移動されない。このエネルギーの特定量は、側壁のファイバー内で熱の生成で消失される。

反対に本発明は、ある実施形態において、移動方向に大体調整した弾性部材４００の伸張または圧縮、それに続く弛緩および脱圧縮を含む。それゆえ、本発明のホイールアセンブリ１００は、貯蓄されたエネルギーおよび返還されたエネルギーの有効な使用を提供する。さらに弾性部材４００は、圧縮エネルギーの高い効率的な返還のために特別に設計された材料から構成される。ホイールアセンブリ１００の回転による弾性部材４００の負荷および脱負荷により、エネルギーの大きなパーセンテージが、伸張された弾性部材４００から戻る。

本発明は、明快さおよび理解のため詳細に記載される。しかし、添付の特許請求の範囲内で、特定の変化や改変を行い得ることが認められる。

図１Ａおよび図１Ｂはそれぞれ、本発明の１実施形態に従う、ホイールアセンブリの全体図、前面図を描く。 図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、本発明のホイールアセンブリにおける使用のためのリムの全体図、前面図である。 図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、本発明のホイールアセンブリにおける使用のためのリムの全体図、前面図である。 図２Ｃおよび図２Ｄはそれぞれ、図２Ａに示されるリムの側面図およびＡ−Ａに沿う断面図である。 図２Ｃおよび図２Ｄはそれぞれ、図２Ａに示されるリムの側面図およびＡ−Ａに沿う断面図である。 図３Ａは、本発明の実施形態に従うホイールアセンブリのチャンバ部分の全体図である。 図３Ｂおよび図３Ｃはそれぞれ、図３Ａに示されるチャンバ部分のそれぞれ前面図および垂直断面図である。 図３Ｂおよび図３Ｃはそれぞれ、図３Ａに示されるチャンバ部分の前面図および垂直断面図である。 図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、本発明に従うホイールアセンブリにおける使用のための、弾性部材の全体図および前面図である。 図４Ａおよび図４Ｂはそれぞれ、本発明に従うホイールアセンブリにおける使用のための、弾性部材の全体図および前面図である。 図５Ａおよび図５Ｂはそれぞれ、本発明の実施形態に従うホイールアセンブリと共に使用のためのアクチュエータの全体図および前面図である。 図５Ａおよび図５Ｂはそれぞれ、本発明の実施形態に従うホイールアセンブリと共に使用のためのアクチュエータの全体図および前面図である。 図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、本発明の実施形態に従うホイールアセンブリにおいて使用のための牽引層の全体図および前面図である。 図６Ａおよび図６Ｂはそれぞれ、本発明の実施形態に従うホイールアセンブリにおいて使用のための牽引層の全体図および前面図である。 図７Ａは、本発明の実施形態に従うホイールアセンブリの全体図である。 図７Ｂおよび図７Ｃはそれぞれ、図７Ａに示されるホイールアセンブリの側面図および前断面図である。 図７Ｂおよび図７Ｃはそれぞれ、図７Ａに示されるホイールアセンブリの側面図および前断面図である。 図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、荷重を積んでいない状態（図８Ａ）および荷重を積んだ状態（図８Ｂ−８Ｃ）における本発明に従うホイールアセンブリの部分の詳細な前断面図である。 図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、荷重を積んでいない状態（図８Ａ）および荷重を積んだ状態（図８Ｂ−８Ｃ）における本発明に従うホイールアセンブリの部分の詳細な前断面図である。 図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃは、荷重を積んでいない状態（図８Ａ）および荷重を積んだ状態（図８Ｂ−８Ｃ）における本発明に従うホイールアセンブリの部分の詳細な前断面図である。

Claims (33)

1. 車両ホイールアセンブリであって、該ホイールアセンブリは、
   第１の円周エッジを有する第１リム部；
   第２の円周エッジを有する第２リム部であって、該第１リム部および第２リム部は互いに連結されて該第１円周エッジと第２円周エッジとの間にトラフ部を形成する第２リム部；および
   該第１円周エッジと第２円周エッジとの間の該トラフ部に配置されたカートリッジ；を有し、該カートリッジは、
   複数の間隔をおいた突出部を有するチャンバ部；
   該複数の間隔をおいた突出部上に配置された弾性部材；
   該弾性層上に配置されたアクチュエータ；および
   該アクチュエータ上に配置された牽引層；を有し、
   ここで、該アクチュエータは、該ホイールアセンブリに荷重が負荷されたとき、該弾性層を少なくとも部分的にチャンバ部に圧縮するよう適合されている、車両ホイールアセンブリ。
2. 前記複数の間隔をおいた突出部が、該突出部の少なくとも二つの円周リングを規定するように位置している請求項１に記載のホイールアセンブリ。
3. 前記チャンバ部は、第１リップおよび第２リップを有するほぼトラフ形状のチャンバ部、該第１リップおよび第１リップと協同する該弾性部材を有する請求項１に記載のホイールアセンブリ。
4. 前記弾性部材が、上面および下面を有し、該下面は複数の隆起したリッジを有し、該隆起したリッジは該複数の間隔をおいた突出部と協同するように位置している請求項１に記載のホイールアセンブリ。
5. 前記弾性部材の上面は、前記アクチュエータと協同する第２の複数の隆起したエッジを有する請求項４に記載のホイールアセンブリ。
6. 前記弾性部材は、厚みを有し、該厚みは、該複数の隆起したエッジがない位置での弾性部材の厚みに比して、隆起したエッジの１つを有する位置で約２倍の厚みである請求項４に記載のホイールアセンブリ。
7. 前記弾性部材は、前記チャンバ部の外側リムと協同し、ほぼ密閉にシールされたチャンバを規定する請求項１に記載のホイールアセンブリ。
8. 前記密閉にシールされたチャンバが、１大気圧（ＡＴＭ）未満の内圧を有する請求項７に記載のホイールアセンブリ。
9. 前記密閉にシールされたチャンバが、減圧チャンバを有する請求項７に記載のホイールアセンブリ。
10. 前記アクチュエータが、筒形のバンドを有し、該バンドは、そこを通して形成され、間隔が離れた複数の穴を有する請求項１に記載のホイールアセンブリ。
11. 前記間隔が離れた穴が、間隔が離れた穴の少なくとも二つの円周リングを規定するように位置している請求項１０に記載のホイールアセンブリ。
12. 前記間隔が離れた穴が、前記チャンバ部内の、間隔が離れた複数の突出部と協同するように位置している請求項１０に記載のホイールアセンブリ。
13. 前記チャンバ部内の間隔が離れた突出部が、前記ホイールアセンブリに荷重が負荷されるとき、前記アクチュエータの間隔が離れた穴内に少なくともある程度まで延びるように適合されている請求項１２に記載のホイールアセンブリ。
14. 前記牽引層が、筒形の牽引バンドを有し、該牽引バンドはそこを通して形成される間隔が離れた複数の穴を有する請求項１に記載のホイールアセンブリ。
15. 前記間隔が離れた穴が、前記牽引バンドの間隔が離れた穴の少なくとも二つの円周リングを規定するように位置している請求項１４に記載のホイールアセンブリ。
16. 前記間隔が離れた穴が、チャンバ部内の間隔が離れた複数の突出部と協同するように位置している請求項１４に記載のホイールアセンブリ。
17. 前記チャンバ部内の間隔が離れた突出部が、前記ホイールアセンブリに荷重が負荷されるとき、前記牽引バンドの間隔が離れた穴内に少なくともある程度まで延びるように適合されている請求項１６に記載のホイールアセンブリ。
18. 前記アクチュエータが、筒形のアクチュエータバンドを有し、該牽引層は筒形の牽引バンドを有し、該アクチュエータバンドおよび牽引バンドのそれぞれは、そこを通して形成される間隔が離れた複数の穴を有し、該アクチュエータバンドの間隔が離れた穴が、該牽引バンドの間隔が離れた穴と協同する請求項１に記載のホイールアセンブリ。
19. 前記アクチュエータバンドの複数の間隔が離れた穴が、前記チャンバ部の間隔が離れた突出部とさらに協同する請求項１８に記載のホイールアセンブリ。
20. 前記弾性部材が、前記ホイールアセンブリに荷重が負荷されるとき、前記間隔が離れたアクチュエータバンド穴内に少なくともある程度まで延びるように適合されている請求項１９に記載のホイールアセンブリ。
21. 前記荷重が、動力付き車両を含む請求項１に記載のホイールアセンブリ。
22. 前記荷重が、人を含む請求項１に記載のホイールアセンブリ。
23. 前記牽引層が、実質的に非圧縮性のゴムを含む請求項１に記載のホイールアセンブリ。
24. 前記チャンバ部が、ナイロンを含む請求項１に記載のホイールアセンブリ。
25. 前記弾性部材が、ゴムを含む請求項１に記載のホイールアセンブリ。
26. 前記アクチュエータが、ナイロンを含む請求項１に記載のホイールアセンブリ。
27. 前記牽引層が外表面を有し、該外表面はそこに規定された溝パターンを有する請求項１に記載のホイールアセンブリ。
28. 車両ホイールアセンブリであって、該ホイールアセンブリは、
    第１の外側リムエッジおよび第２の外側リムエッジ間のホイールリムに結合するように適合されたカートリッジを有し、
    該カートリッジは、
    複数の間隔をおいた突出部を有するチャンバ部；
    該間複数の間隔をおいた突出部上に配置された弾性部材；
    該弾性層上に配置されたアクチュエータ；および
    該アクチュエータ上に配置された牽引層；を有し、
    該アクチュエータは、該車両アセンブリに荷重が負荷されたとき、弾性層を少なくとも部分的にチャンバ部へ圧縮するように適合されている、車両ホイールアセンブリ。
29. 前記カートリッジが、二つのリムエッジ間に配置されたほぼ筒形のカートリッジを有する請求項２８に記載のホイールアセンブリ。
30. 車両ホイールアセンブリであって、
    アクチュエータ上に配置された牽引層であって、該牽引層およびアクチュエータのそれぞれは、そこを通して配置された複数の穴を有し、該牽引層の穴はアクチュエータの穴と整合する牽引層；
    ホイールリムと結合するように適合されたチャンバ部であって、該チャンバ部はそれらの間に窪んだ底部を規定する内側エッジおよび外側エッジを有し、該窪んだ底部はそこから延びる複数の間隔をおいた突出部を有するチャンバ部；および
    該チャンバ部と該アクチュエータ間に配置された弾性部材；を有し、
    ここで、該弾性部材は、該間隔をおいた突出部間のチャンバ部へ延びるように適合され、かつ該間隔をおいた突出部上のアクチュエータ穴へ少なくともある程度まで延びるように適合されている、車両ホイールアセンブリ。
31. 前記間隔をおいた突出部が、前記アクチュエータの穴および牽引層の穴と実質的に整合する請求項３０に記載のホイールアセンブリ。
32. 前記弾性部材が、圧縮性ゴムを有する請求項３０に記載のホイールアセンブリ。
33. 前記牽引層、アクチュエータ、チャンバ部および弾性部材が、それぞれほぼ筒形であり、該アクチュエータおよびチャンバ部が、該牽引層および該弾性部材よりも大きいフープを有する請求項３０に記載のホイールアセンブリ。

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