JP2006044474A - Vehicular wheel having rotary auxiliary blade - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車その他の、ある程度の速度で走行する車両に用いられるホイールに関する。特には、タイヤ等の転がり抵抗を実質上低減させて、低燃費化を実現できるホイールに関する。 The present invention relates to a wheel used in an automobile or other vehicle that travels at a certain speed. In particular, the present invention relates to a wheel that can substantially reduce the rolling resistance of a tire or the like and achieve a reduction in fuel consumption.
近年、自動車の低燃費化に対する社会的要請が高まり、タイヤの転がり抵抗を低減させる低燃費化技術の開発が盛んに行なわれている(例えば特許文献1〜3)。タイヤの転がり抵抗は、粘弾性体であるゴムとタイヤコードとからなるタイヤが、たわみながら回転することによる抵抗であり、エネルギーロスを発生させる。
In recent years, social demands for reducing fuel consumption of automobiles have increased, and development of fuel efficiency reduction techniques for reducing rolling resistance of tires has been actively performed (for example,
この転がり抵抗を低減させるためには、タイヤ回転時に生じるタイヤ全体の変形を抑えるか、または、路面接触の際に生じる繰り返し圧縮運動によるエネルギーロスを抑える必要がある。このためには、タイヤの形状や構造(プロファイル)を最適化するか(特許文献3など)、または、ゴム配合組成を最適化する検討が行われている。タイヤの転がり抵抗を低減させたならば、特には、高速道路走行時といった定常速度走行時における車両の低燃費化に大きく寄与できる。
In order to reduce this rolling resistance, it is necessary to suppress deformation of the entire tire that occurs during tire rotation, or to suppress energy loss due to repeated compression motion that occurs during road surface contact. For this purpose, studies have been made to optimize the shape and structure (profile) of the tire (
しかし、これら従来の方法では、転がり抵抗の改善のために、耐摩耗性やウェット性能といった他の性能の低下を招くことが多かった。例えば、補強剤であるカーボンブラックの配合量を減らすといった方法では、耐摩耗性の低下を招くおそれがあった。 However, in these conventional methods, in order to improve rolling resistance, other performances such as wear resistance and wet performance are often deteriorated. For example, the method of reducing the blending amount of carbon black as a reinforcing agent may cause a decrease in wear resistance.
一方、ホイール中に吸振構造を設けることにより、転がり抵抗を低減することも試みられている(特許文献1〜2)。リムを備えた第1のディスクと、車両への取り付け部を備えた第2のディスクとを、ゴム部材を介して結合するというものである。このような構造により、タイヤが転動する際の変形・歪みの抑制と、これによるヒステリシスロスの低減が図られている。しかし、この場合、舗装状態の良好な路面を定常速度で走行する場合の転がり抵抗の低減はあまり期待できない。
On the other hand, it is also attempted to reduce rolling resistance by providing a vibration absorbing structure in the wheel (
他方、航空機用車輪においては、着陸時の摩耗を軽減すべく、着地前に車輪の回転を開始させるための回転力生成翼をホイールキャップ等に設けることも提案されている(特許文献4)。しかし、この回転力生成翼は、車両を定常走行させるための車輪に設けられたものでなく、走行時の低燃費化を実現するものでない。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、他の性能の低下を招くことなく定常走行時の低燃費化を実現できる車両用ホイールを提供しようとする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle wheel that can realize low fuel consumption during steady running without causing other performance degradation.
本発明の車両用ホイールは、外面に、車両走行時に空気流から受ける力を回転駆動力に変換する複数の回転補助翼が設けられ、ホイール周方向に均等に分布することを特徴とする。 The vehicle wheel according to the present invention is characterized in that a plurality of auxiliary rotation blades for converting a force received from an air flow when the vehicle is traveling into a rotational driving force are provided on the outer surface, and the wheel is evenly distributed in the circumferential direction of the wheel.
本発明の好ましい態様によると、前記回転補助翼が、車両走行時に上端位置から下端位置へと移るにしたがって、車両走行方向から見た場合の面積が増大するように設けられる。このようであると、車両回転軸の上側で空気抵抗により車両の走行を妨げる回転力の生成をなるべく小さくするとともに、車両回転軸の下側で、車両の走行を促進する回転力の生成を大きくできる。したがって、全体として、容易に、補助的な回転駆動力を生成し、低燃費化または低動力化を実現できる。 According to a preferred aspect of the present invention, the rotation auxiliary wing is provided such that the area when viewed from the vehicle traveling direction increases as the vehicle moves from the upper end position to the lower end position during vehicle traveling. In this case, the generation of the rotational force that hinders the traveling of the vehicle due to the air resistance on the upper side of the vehicle rotation shaft is reduced as much as possible, and the generation of the rotational force that promotes the traveling of the vehicle is increased on the lower side of the vehicle rotation shaft. it can. Therefore, as a whole, an auxiliary rotational driving force can be easily generated, and fuel consumption or power can be reduced.
本発明の他の好ましい態様によると、前記回転補助翼は、回転方向の前面に向かって凸の形状をなし、回転方向の後面が凹面または前記前面に比べて扁平な面をなす。 According to another preferred aspect of the present invention, the rotation auxiliary wing has a convex shape toward the front surface in the rotation direction, and the rear surface in the rotation direction is a concave surface or a flat surface compared to the front surface.
転がり抵抗を実質上低減させて、低燃費化または低動力化を実現できる。 Rolling resistance can be substantially reduced, and fuel consumption or power can be reduced.
実施例1について、図1〜6を用いて説明する。図1は、実走行状態における実施例のホイール2及びその周辺の構造を示す模式的な外観斜視図である。図2は、回転補助翼の形態をタイヤから取り外した状態で示す平面的な斜視図である。また、図3は、図1の状態について示す模式的な垂直方向断面図である。
Example 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic external perspective view showing the structure of the
図1〜3に示すように、ホイール2の左右に備えられたホイールキャップ26の外面には、ホイールの径方向及び回転軸方向に沿って延びる略平板状の回転補助翼21が設けられている。図示の例によると、左右の各ホイールキャップ26の外面には、4個の回転補助翼21-1〜21-4が、周方向に均等に分布するように設けられている。ここで、このホイールキャップ26は、ホイール本体に、ネジ止め等により回転不能に取り付けられたものである。
As shown in FIGS. 1 to 3, the outer surface of the
図2〜3に示す例で、各回転補助翼21は、ホイール径方向に延びる1枚の矩形状のゴムシート22と、ゴムシート22のホイール径方向内側の縁部をホイールキャップ26から支持する固定棒23と、ゴムシート22のホイール径方向外側の縁部に接続する可動棒24とからなる。ゴムシート22は、タイヤ半径方向の両縁部22Bが円柱状であり、これらの間に均等な厚みのゴムシート本体22Aが掛け渡された状態となっている。また、固定棒23及び可動棒24は、図示の例で1本の直線状の細い丸棒であり、ゴムシート22の円柱状縁部22Bの芯をなす芯部23B,24Bと、根部23A,24Aとからなる。固定棒23の根部23Aは、ホイールキャップ26に、溶接またはネジ止めなどにより接続される。これに対し、可動棒24の根部24Aは、芯部24Bよりも格段に径の大きい短円筒状であり、鉄等の密度の大きい材料から形成されて、比較的大きな質量を有する。
In the example shown in FIGS. 2 to 3, each rotation
可動棒24の根部24Aと、固定棒23の根部23Aとの間に、鋼等からなるコイル状のバネ29が掛け渡されている。可動棒24の根部24Aは、ホイールキャップ26に設けられたガイド構造によりホイール径方向に案内されており、バネ29及びゴムシート22の弾性力と、可動棒24の根部24Aが受ける重力及び遠心力との作用を受けて、これらの力が均衡する位置へと、逐次移動する。車両走行中に、図3中に示すように回転補助翼21が上端位置に来た場合には、可動棒24の根部24Aの重力が、遠心力の作用を打ち消すかまたは上回る。そのため、バネ29及びゴムシート22は、ホイール径方向の長さが、外力を受けない場合の寸法またはこれより少し小さな寸法となる。
A coiled
一方、図3中に示すように回転補助翼21が下端位置に来た場合には、可動棒24の根部24Aの重力と遠心力とを合わせた力により、バネ29及びゴムシート22がホイール径方向に引き伸ばされる。以上のようにして、空気流を受ける回転補助翼21の面積は、上端位置付近で小さくなり、下端位置付近で大きくなる。回転補助翼21は、ホイール2の下方で車輪の回転駆動を促進する作用を行い、ホイールの上で車輪の回転駆動を阻害する逆方向の回転力を生成するが、回転補助翼21の面積が上記のように変化することにより、全体として回転駆動を促進する回転補助力を生成するように設計されている。
On the other hand, as shown in FIG. 3, when the rotation
図示の例で、可動棒24の根部24A及び固定棒23の根部23Aは、ホイールキャップ26の内面側に突き出しており、したがって、バネ29もホイールキャップ26の内面側に配されている。また、ホイールキャップ26を貫くスリット27が、ホイール径方向のガイド構造をなしている。
In the illustrated example, the
ゴムシート22は、タイヤを構成するゴム組成物に類似のゴム組成により設けることができる。例えば天然ゴム、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)等の樹脂にカーボンブラック等の補強剤及び劣化防止剤を配合した組成により設けることができる。一方、固定棒23及び可動棒24は、一般鋼、ステンレス鋼、アルミ合金その他の金属で設けることができる他、繊維強化プラスチックの成形物などにより設けることができる。
The
具体例において、ホイール2は、トラック、バスまたは軽トラックに用いられるものであり、リム径が20インチである。すなわち、回転軸からリム先端までの半径が0.254mである。これに装着されるタイヤ1は、例えばTOYO 12.00 R 20 14PRである。回転補助翼21のホイール径方向の中心位置(重力及び遠心力による伸長がないとした場合の中心位置)は、例えば、回転軸を中心としたタイヤの半径(R)の1/5の個所にある。回転補助翼21のゴムシート22は、ゴムシート本体22Aの厚みが1mmであり、固定棒23と可動棒24との間の間隔Wが5cm、ホイールキャップ26外面から垂直方向に突き出す寸法Hが3cmである。ここでの間隔Wは、遠心力及び重力が作用しないときの値である。
In a specific example, the
以下に、図4〜5を用いて、上記実施例の回転補助翼21が生成する回転補助力について行ったシミュレーションについて説明する。ここでは、タイヤの回転軸からトレッド面に至るタイヤ半径Rを0.3m、回転補助翼21の中心位置がタイヤ半径Rのの1/5の個所とし、車両が時速60km(16.67m/sec)で走行する場合を想定した。また、錘(おもり)としての、可動棒24の根部24Aの質量が0.01kgであるとした。
Below, the simulation performed about the rotation assistance force which the rotation
上記実施例のような回転補助翼21が、ホイール2の外面に1個のみ設けられていると仮定して、錘(おもり)としての、可動棒24の根部24Aに作用する力(遠心力+重力)を試算すると次のとおりである。ここでは遠心力方向を負とし、路面4から最も遠い上端位置からの回転角度θに対する関数として示した。なお、下記数式においてabs(cosθ)はcosθの絶対値である。
Assuming that only one rotation
θ=-90〜+90°:F(θ)=(-1) x 0.01 x (16.67/5)2/(0.3/5) + 0.01 9.8 x abs(cosθ)
θ=90〜270°:F(θ)=(-1) x 0.01 x (16.67/5)2/(0.3/5) − 0.01 9.8 x abs(cosθ)
さらに、バネ29及びゴムシート22の全体としてのバネ定数Kが18.5(kgf/m)であるとすると、回転補助翼21が下端位置に来たときの固定棒23と可動棒24との間の間隔Wは約0.105mであり、下端位置に来たときの間隔Wが0.095mである。したがって、上端位置から下端位置に至る間の寸法変化は約10mmである。ホイール径方向の寸法がこのときの上下端位置間での面積変化率は約10%となる。ここで、面積変化率(%)は、次式により得られる値である。
θ = -90 to + 90 °: F (θ) = (-1) x 0.01 x (16.67 / 5) 2 /(0.3/5) + 0.01 9.8 x abs (cosθ)
θ = 90 ~ 270 °: F (θ) = (-1) x 0.01 x (16.67 / 5) 2 /(0.3/5) − 0.01 9.8 x abs (cosθ)
Further, assuming that the spring constant K of the
面積変化率(%)=(1−下端位置での走行方向への投影面積
÷上端位置での走行方向への投影面積)×100
図4に示すシミュレーション結果から知られるように、回転角θが90〜270°の間に生じる正の回転駆動力は、回転角θが-90〜+90°の間に生じる負の回転駆動力よりも大きい。したがって、全体として回転駆動を補助し、タイヤの転がり抵抗を低減させるような効果を発揮する。
Area change rate (%) = (1−projected area in the traveling direction at the lower end position)
÷ Projected area in the direction of travel at the upper end position) × 100
As is known from the simulation results shown in FIG. 4, the positive rotational driving force generated when the rotational angle θ is between 90 and 270 ° is the negative rotational driving force generated when the rotational angle θ is between −90 and + 90 °. Bigger than. Therefore, the rotational drive is assisted as a whole, and the effect of reducing the rolling resistance of the tire is exhibited.
図5には、上記と同様のシミュレーションにおいて、回転補助翼21の中心位置が、タイヤ径の1/3に個所にあるとした場合の結果について示す。回転角θが90〜270°の間に生じる正の回転駆動力は、回転角θが-90〜+90°の間に生じる負の回転駆動力にほぼ等しい。このことから、面積変化率が約10%となるような条件では、回転補助翼21の中心位置が、タイヤ径の1/3より内側の領域に位置する場合にのみ、全体として、正の駆動回転力が生成することが知られる。
FIG. 5 shows the results when the center position of the
ホイールの径は、一般にタイヤ径の約1/3〜2/3である。そのため、装着される預タイヤの径に比べてリム径の小さいホイールの場合、リムに近い個所に可動棒24のスリット27の外側端が位置するような構成であっても良い。ホイールの径がタイヤ径の約1/2〜2/3である場合、各回転補助翼21は、ホイール径方向の中心位置が、ホイール半径の例えば10〜70%の領域内に設定することができる。回転補助翼21が充分にホイール径方向内側にある場合、面積変化率が約5%であっても回転補助効果を発揮できる。面積変化率は大きい方が好ましいが、固定棒23及び可動棒24の面積があることから、理論的にも約90%が限界である。
The wheel diameter is generally about 1/3 to 2/3 of the tire diameter. Therefore, in the case of a wheel having a smaller rim diameter than the diameter of the deposited tire to be mounted, a configuration in which the outer end of the
表1には、前述した具体例と同様のホイールを用いた場合について、回転補助翼21の位置、数、面積変化率を段階的に変化させた場合の、タイヤの実質的な転がり抵抗をシミュレーションにより求めた結果を示す。ホイールに装着するタイヤは、TOYO 12.00 R 20 14PR(リムサイズ20inch×7.50inch)であり、ホイールの本体もこれに適した標準的な形態のものである。一方、回転補助翼の寸法は、上記具体例と同一であるとした。すなわち、ゴムシート22が矩形状をなし、固定棒23と可動棒24との間の間隔Wが5cmで、突出寸法Hが3cmであるとした。回転補助翼21の中心位置は、回転軸からの距離を基準に、タイヤ径の38%または20%(1/5)であるとし、ホイール片面における回転補助翼21の数は、4個または8個とした。なお、表1中において、転がり抵抗は、回転補助翼を設けなかった場合の値を100とする指数で示す。なお、ホイールに回転補助翼のない場合のタイヤ(TOYO 12.00 R 20 14PR)の転がり抵抗は、ドラム式転がり抵抗試験機により、タイヤ空気圧700kPa、荷重2500kgf、測定温度25±1℃の条件で測定したものであり、シミュレーションは、この条件で回転補助翼が及ぼす影響を算出したものである。
表1に示すように、回転補助翼21の中心位置とホイール回転軸28との間の距離がタイヤ外寸半径の38%である場合、回転補助翼の面積変化率が10%であるなら、タイヤの実質上の転がり抵抗が1〜2%低下した。実施例1-1と1-2との比較から知られるように、4枚配置する場合よりも、8枚配置する方が効果は大きい。
As shown in Table 1, when the distance between the center position of the
一方、実施例2-2の結果から知られるように、回転補助翼の位置が、ホイール回転軸28に近接した場合、回転補助翼の面積変化率が5%という比較的小さい値であっても、同様の転がり抵抗低減の効果が得られた。
On the other hand, as is known from the results of Example 2-2, when the position of the rotation auxiliary wing is close to the
図6には、変形例1のホイール及びその関連構造について模式的に示す。本変形例では、可動棒24の根部24A’、すなわち錘の個所が磁石をなしている。車体のフェンダー部に、可動棒24の根部24A’と反発し合う磁性を帯びた磁性体5を配置するならば、下方への磁力により、面積変化率を大きくすることができる。図示の例では、可動棒24の根部24A’及びフェンダー部の磁性体5のいずれもがN極となっている。このような構成により、回転補助翼21が上端位置付近に来た場合には、反発磁性により可動棒24がその下方の固定棒23の方へと押されることで回転補助翼21の面積が、より小さくなる。一方、回転補助翼21が下端位置付近に来た場合には、反発磁性により可動棒24がその上方の固定棒23から引き離され、回転補助翼21の面積が、より大きくなる。
FIG. 6 schematically shows the wheel of the first modification and its related structure. In this modification, the
図7には、変形例2のホイール2’及びその回転補助翼21’について示す。変形例の回転補助翼21’は、上記実施例と同様の構成において、比較的肉厚のゴムシート22’及びその両端の固定棒23’及び可動棒24’が、タイヤ回転方向の後方へと滑らかに湾曲している。回転補助翼21’の断面形状は、例えば、低速の風を用いて発電等を行うための「サボニウム型」の風車の羽根と同様とする。このような構成であると、面積変化率が小さくとも、車両走行中に受ける空圧は、車輪の回転軸の下方側で大きく、回転軸の上方側で大きくなる。したがって、タイヤ回転方向の駆動力が得られる。
FIG. 7 shows a
1 タイヤ 15 トレッド
2 車両用ホイール 21-1〜21-4 回転補助翼
22 ゴムシート 23 固定棒
23A 固定棒の根部 24 可動棒
24A 可動棒の根部(錘) 25 リム
26 ホイールキャップ 27 可動棒の根部24Aを案内するスリット
28 ホイール回転軸 29 コイル状のバネ
3 車両 4 路面
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The rotation auxiliary wing has a convex shape toward the front surface in the rotation direction, and a rear surface in the rotation direction forms a concave surface or a flat surface compared to the front surface. The vehicle wheel described.
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ITDP20120015A1 (en) * | 2012-07-16 | 2014-01-17 | Roberto Pisacane | WHEEL POWER GENERATOR FOR WIND POWER FOR TRACTION VEHICLES |
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