JP2015166623A - フライホイール - Google Patents

Abstract

【課題】低速から加速又は低速に減速していく場合あるいは高速時に最適の位置に重錘を移動させ、慣性および回転モーメントを最適に設定することを可能にしたフライホイールを提供する。
【解決手段】回転駆動源の回転軸１に取付けられた円盤状の本体２と、本体２に回転軸１から放射方向に往復移動可能に装着された重錘６と、重錘６を回転軸１の方向に付勢する引張ばね７かたなる付勢手段と、重錘６を回転軸１の回転速度に応じて慣性および回転モーメントが最適になる位置に移動させる重錘移動手段８とを備える。重錘移動惰は流体圧シリンダ８で構成され、流体圧シリンダ８は、自動車の車速メータ、制動装置、変速機、又はアクセルの開度変化量のいずれかを含む速度情報に基いて制御されるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ、内燃機関等の回転駆動源の動きを安定化させるためのフライホイールに関し、特に、速度に応じて慣性および回転モーメントを変化させうるようにしたフライホイールに関するものである。

フライホイールは、回転時の慣性を利用して回転速度の平均化を図るもので、一般に自動車の内燃機関に取付けられている。自動車の内燃機関にフライホイールを取付けた場合において、高速時においては、フライホイールは重い方が走行の安定性は向上するが、停止状態から加速する場合や減速から停止に至る場合は、フライホイールは軽い方が追従性が向上し、燃費は低減する。このような高速時の走行安定性と、加減速時の追従性という、相反する機能をフライホイールに持たせるためには速度に応じて慣性および回転モーメントを可変させる必要がある。

このように慣性および回転モーメントを可変させるフライホイールとして、回転軸の外周方向に移動可能に複数の重錘を配置し、これらの重錘を回転軸の方向に弾性部材で付勢し、回転数に応じて重錘の位置を可変するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

公開実用平成４−７４７５６号公報

特許文献１は、重錘を弾性部材で車軸方向に付勢し、回転速度に応じて慣性を変化させるように意図したものであるが、以下のような問題がある。すなわち、一般に、重錘や弾性体は製造誤差があり、回転速度に比例して意図した通りに正確な位置に重錘を移動させることは困難である。そのため、加減速時の追従性あるいは高速走行性能の安定に寄与することが難しいという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたもので、加減速時あるいは高速走行時に最適の位置に重錘を移動させて慣性および回転モーメントを最適に設定することを可能にし、加減速時の追従性あるいは高速走行時の安定性を向上させたフライホイールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のフライホイールＦは、回転駆動源の回転軸に取付けられた円盤状の本体と、前記本体に、前記回転軸から放射方向に往復移動可能に装着された重錘と、前記重錘を前記回転軸の方向に付勢する付勢手段と、前記重錘を前記回転軸の回転速度に応じて慣性および回転モーメントが最適になる位置に移動させる重錘移動手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、前記重錘移動手段は、流体圧シリンダであり、該流体圧シリンダは、自動車の車速メータ、制動装置、変速機、又はアクセルの開度変化量のいずれかを含む速度情報に基いて制御されるものである。

請求項３記載の発明は、前記回転駆動源の加速の初期及び高速安定時に、前記速度情報に基いて前記重錘を移動不能に固定する低速固定手段及び高速固定手段を備えたものである。

請求項４記載の発明は、前記本体に放射状に形成されたアリ溝に所望の複数個の前記重錘を摺動自在に嵌挿したものである。

本発明によれば、速度の加減速に応じて最適の位置に重錘を移動させ、慣性および回転モーメントを最適に設定し、加減速時の追従性あるいは高速走行時の安定性を向上させることが可能となる。

本発明の実施形態によるフライホイールの低速時の状態を示す正面図である。 本発明の実施形態によるフライホイールの高速時の状態を示す正面図である。 図１の一部切欠き側面図である。 図２の一部切欠き側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態によるフライホイールの減速時の状態を示す正面図、図２は、高速時の状態を示す正面図、図３は、図１の一部切欠き側面図、図４は、図２の一部切欠き側面図である。

各図において、フライホイールＦは、モータ、内燃機関などの回転駆動源（図示せず）の回転軸１に固定された円盤状の本体２を有している。本体２の中央には、回転軸１に固定されたハブ３を有し、外周にはフランジ部４が形成されている。

本体２には放射状に４本のアリ溝５（図５参照）が形成され、それぞれのアリ溝５に扇型の重錘６が装着されている。図５に示すように、重錘６の裏面にアリ型６ａが形成され、このアリ型６ａがアリ溝５に摺動自在に嵌め込まれている。この重錘６とハブ３との間に引張ばね７が取付けられており、停止時又は減速時には、重錘６を図１に示すように最内端に引き寄せている。

回転軸１の回転時に重錘６を最適の位置に設定するための重錘移動手段として、流体圧シリンダ８（油圧又は空気圧シリンダ）をフランジ部４に固定し、そのピストンロッド８ａを重錘６の裏面の取付部６ｂに固定している。この流体圧シリンダ８は制御バルブ（図示せず）に接続され、この制御バルブの制御によりピストンロッド８ａを任意の位置に停止させ、重錘６をその任意の位置に固定することができるようになっている。制御バルブは、回転軸１の回転速度を検出する手段からの電気信号により制御されるようになっている。回転速度の検出手段は、例えば、自動車であれば、車速メータ、制動装置、変速機あるいはアクセルの開度変化量等の情報などを電気信号として取り出すものである。この電気信号により制御バルブを制御し、ピストンロッド８ａの位置を任意の位置で停止させることにより、重錘の位置を速度に応じて最適位置に設定するようになっている。

停止状態から起動して最初に加速する際には、図１、図３に示すように、重錘６は慣性が最も小さい最内周位置で固定されていることが好ましい。そのため、重錘６を最内周の位置で固定する低速固定手段１０を設けている。低速固定手段１０は、本体２に固定された流体圧シリンダ１１のピストンロッド１１ａを重錘６の外周に当接することにより、重錘６をそれ以上外周方向に動かないように固定するものである。

また、図２、図４に示すように、高速安定時に重錘６を一定位置で固定する高速固定手段１３を設けている。高速固定手段１３は、本体２に固定された流体圧シリンダ１４のピストンロッド１４ａを重錘６の内周に当接することにより、重錘６をそれ以上内周方向に動かないように固定するものである。

一般に、回転体の慣性は質量と重心位置とにより計算される。
例えば、厚さ２０ｍｍ、直径５００ｍｍの鉄のフライホイールでは、以下のように計算される。
慣性＝０９６３（Ｋｇ・ｍ^２）
回転モーメント＝３８５（Ｋｇｆ・ｍ^２）

本発明の可変モーメント方式のフライホイールＦは、重錘６を移動させることにより、慣性及び回転モーメントを変化させるものである。フライホイールＦを自動車のエンジンに適用した場合について述べると、自動車を停止状態では図１のように、重錘６は引張ばね７により最も内側に移動した状態で停止している。この状態からアクセルで加速していくことにより、回転軸１が回転して重錘６に遠心力が働き、回転速度に応じて引張ばね７に抗して外周方向に移動する。

本発明では、重錘６の位置を回転速度に正確に対応させるため、重錘移動手段として流体圧シリンダ８を用いている。上述のように、流体圧シリンダ８は、車速メータ、制動装置、変速機、あるいはアクセルの開度変化量の情報などを電気信号として取り出し、この電気信号により制御バルブ（図示せず）を制御し、ピストンロッド７ｂの位置を任意の位置で停止させるものである。

このような重錘移動手段を用いないで、引張ばね７のみ場合、重錘６や引張ばね７の製造誤差により、速度と重錘６の位置が正確に対応できず、そのため充分な加速性能の向上や燃費の向上をはかることができにくいという問題があった。

本発明では、車速メータ、制動装置、変速機、あるいはアクセルの開度変化量の情報などを電気信号として取り出し、この電気信号により制御バルブを制御し、ピストンロッ８ａを介して重錘６を最適の位置に停止させるので、自動車に適用した場合、加減速時には回転モーメントを小さくしてアクセル追従性を良好にするとともに、高速走行時は回転モーメントを大きくしてフライホイールＦ自体が持つトルクを上げる。

慣性および回転モーメントは、フライホイールＦの重心が回転軸１に近いほど小さくなり、重心が外周方向に移動するほど大きくなるという特性がある。このような物理的特性を用いて、加減速時及び減速時に慣性および回転モーメントを小さくすることにより、加減速性能（速度追従性）が向上するとともに、燃費性能が向上する。また、高速走行時には慣性および回転モーメントを大きくすることにより、上り坂や下り坂などにおけるエンジンの負荷変動を小さくし、燃費の向上を図ることができる。

さらに本発明では、停止状態から起動して最初に加速する際に重錘６を一定位置で固定する低速固定手段１０を設けるとともに、高速安定時にも重錘６を一定位置で固定する高速固定手段１１を設けている。低速固定手段１０は、流体圧シリンダ１１のピストンロッド１１ａを重錘６の外周に当接することにより重錘を外周方向に移動しないように固定する。また、高速固定手段１３は、流体圧シリンダ１４のピストンロッド１４ａを重錘６の内周に当接することにより、重錘６を内周方向に移動しないように固定する。

図１に示すように、重錘６の慣性および回転モーメントが最も小さい最内側位置にある時点でエンジンを起動する場合、重錘６が停止したままのほうが加速しやすいため、加速が安定するまで低速固定手段１０により重錘６を固定させておく。

加速度が安定してきた時点でピストンロッド１１ａを引き込み、固定を解除すると、速度が上昇するにしたがって遠心力で重錘６は引張ばね７に抗して外周方向に移動していく。この際、遠心力のみで重錘６を外周方向に移動させるのではなく、自動車の速度情報、すなわち、車速メータ、制動装置、変速機等の情報あるいはアクセルの開度変化量の情報など、所望の情報を電気信号として取り出し、この電気信号により制御バルブを制御し、流体圧シリンダ８のピストンロッド８ａにより重錘６を自動車の速度に応じた最適の位置に設定する。

自動車が高速安定で走行している場合は、重錘６が停止したままのほうが高速安定走行しやすいため、高速状態を継続する場合は、高速固定手段１３により重錘６を固定させておく。すなわち、高速固定手段１３である流体圧シリンダ８のピストンロッド７ｂを突出させて重錘６の内周に当接させ、重錘６を固定する。高速走行を中止し、走行速度が変動する走行に移行する場合は、高速固定手段１３のピストンロッド１４ａを引っ込め、重錘６を移動させる通常の走行状態とする。
低速固定手段１０及び高速固定手段１３は、上記した自動車の速度情報に基いて制御バルブを介して流体圧シリンダ１１，１４を制御し、ピストンロッド１１ａ、１４ａを突出又は引っ込めるようにしている。

上記実施形態において、重錘６は扇型に限定されず、どのような形状であってもよい。また、重錘６の個数も４個に限定されず、任意の個数であってよく、それぞれの重錘に対して重錘移動手段を設けるものとする。また、重錘６を付勢する手段は引張ばね７に限定されず、所望の弾性部材を使用することができる。

また、重錘移動手段、低速固定手段１０、高速固定手段１３として流体圧シリンダを用いているが、これに限定されず、例えば、ソレノイドによりプランジャを移動させたり、あるはモータ駆動のリンク機構などを用いることも可能である。

さらに、回転駆動源は自動車のエンジンの例を説明したが、自動車に限定されず、あらゆる内燃機関、モータに適用でき、また、自動車のほか、自転車その他あらゆる乗り物にも適用可能である。

１ …回転軸
２ …本体
５ …アリ溝
６ …重錘
７ …引張ばね
８ …流体圧シリンダ（重錘移動手段）
１０ …低速固定手段
１３ …高速固定手段

Claims (4)

1. 回転駆動源の回転軸に取付けられた円盤状の本体と、
   前記本体に、前記回転軸から放射方向に往復移動可能に装着された重錘と、
   前記重錘を前記回転軸の方向に付勢する付勢手段と、
   前記重錘を前記回転軸の回転速度に応じて慣性および回転モーメントが最適になる位置に移動させる重錘移動手段と、を備えたことを特徴とするフライホイール。
2. 前記重錘移動手段は、流体圧シリンダであり、該流体圧シリンダは、自動車の車速メータ、制動装置、変速機、又はアクセルの開度変化量のいずれかを含む速度情報に基いて制御されるものであることを特徴とする請求項１記載のフライホイール。
3. 前記回転駆動源の加速の初期及び高速安定時に、前記速度情報に基いて前記重錘を移動不能に固定する低速固定手段及び高速固定手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のフライホイール。
4. 前記本体に放射状に形成されたアリ溝に所望の複数個の前記重錘を摺動自在に嵌挿したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフライホイール。

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