JP7383181B2

JP7383181B2 - 車輪装置

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Publication number: JP7383181B2
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Inventors: 雄也江崎
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Description

本開示は、環状のタイヤを有する車輪装置に関するものである。

従来、鉄道車両の車体の低床化を図るために、環状のタイヤの内側に駆動機器を収めた車輪装置が知られている。このような従来の車輪装置では、鉄道車両の走行時にレールからの衝撃力がタイヤを介して駆動機器に伝わりやすい。特に、連続する２つのレールの間の継ぎ目を車輪装置が通過するとき、タイヤの外周面に異常摩耗が発生したときなどには、タイヤの内側に収められた駆動機器が受ける衝撃力が大きくなる。従って、従来の車輪装置では、駆動機器が故障しやすくなる懸念がある。

従来、タイヤから駆動機器へ伝わる衝撃力を抑制するために、タイヤの内側に収められた駆動機器とタイヤとの間に円環状の中間部材を設け、駆動機器及びタイヤのそれぞれに中間部材を複数のばね要素によって接続するようにした車輪装置が提案されている（例えば非特許文献１参照）。

日本機械学会ＤｙｎａｍｉｃｓａｎｄＤｅｓｉｇｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ２０１９，講演番号５２０

非特許文献１に示されている従来の車輪装置では、タイヤに対して中間部材が大きく振れる現象、即ち中間部材の振れ回りがタイヤの回転時に生じてしまい、車輪装置が全体として振動しやすくなってしまう。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、振動を抑制することができる車輪装置を得ることを目的とする。

本開示による車輪装置は、回転可能な本体回転部を有する本体、本体回転部を囲む環状の中間部材、中間部材を囲む環状のタイヤ、中間部材の軸線に直交する第１仮想直線に沿って中間部材がタイヤに対して移動可能になるように中間部材とタイヤとを互いに連結する第１弾性体、中間部材の軸線に直交しかつ第１仮想直線に交差する第２仮想直線に沿って中間部材が本体に対して移動可能になるように中間部材と本体回転部とを互いに連結する第２弾性体、おもりを有し、本体に設けられている制振構造部、及び本体回転部の回転数に比べて２倍の回転数で本体回転部の回転方向と同じ方向へおもりを回転させる変速機構を備え、おもりの重心の位置は、おもりの回転中心線を中心とする円上をおもりの回転に伴って移動し、第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときに、おもりの重心の位置がおもりの回転中心線よりも下方の位置になる。
本開示による車輪装置は、回転可能な本体回転部を有する本体、本体回転部を囲む環状の中間部材、中間部材を囲む環状のタイヤ、中間部材の軸線に直交する第１仮想直線に沿って中間部材がタイヤに対して移動可能になるように中間部材とタイヤとを互いに連結する第１弾性体、中間部材の軸線に直交しかつ第１仮想直線に交差する第２仮想直線に沿って中間部材が本体に対して移動可能になるように中間部材と本体回転部とを互いに連結する第２弾性体、おもりを有し、本体に設けられている制振構造部、及び本体回転部の回転数に比べて２倍の回転数で本体回転部の回転方向と同じ方向へおもりを回転させるトルクを発生させる制振用電動機を備え、おもりの重心の位置は、おもりの回転中心線を中心とする円上をおもりの回転に伴って移動し、第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときに、おもりの重心の位置がおもりの回転中心線よりも下方の位置になる。

本開示による車輪装置によれば、車輪装置の振動を抑制することができる。

実施の形態１による車輪装置を示す正面図である。図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２の変速機構を示す正面図である。図１の第１弾性板を示す斜視図である。図１の第１弾性板がタイヤに固定されている状態を示す斜視図である。図１の第２弾性板を示す斜視図である。図１の第２弾性板が中間部材に固定されている状態を示す斜視図である。図１の車輪装置をモデル化した車輪装置モデルを示す模式図である。図１の車輪装置がレール上を移動する状態を示す正面図である。図１０の車輪装置をモデル化した車輪装置モデルを示す模式図である。図１０のタイヤとは異なる回転位置にあるときのタイヤがレールから衝撃力を受けたときの車輪装置の状態を示す正面図である。図１２の車輪装置をモデル化した車輪装置モデルを示す模式図である。図９の車輪装置がレール上を回転しながら移動するときの車輪装置の状態の変化を示す模式的な説明図である。数値解析における比較例Ａ１、実施例Ｂ１及び実施例Ｃ１のそれぞれの車輪装置の回転数Ｒ［Ｈｚ］と時間ｔ［ｓｅｃ］との関係を示すグラフである。数値解析における比較例Ａ１の本体のＺ軸方向における変位Ｄ１［ｍｍ］と時間ｔ［ｓｅｃ］との関係を示すグラフである。数値解析における実施例Ｂ１の本体のＺ軸方向における変位Ｄ１［ｍｍ］と時間ｔ［ｓｅｃ］との関係を示すグラフである。数値解析における実施例Ｃ１の本体のＺ軸方向における変位Ｄ１［ｍｍ］と時間ｔ［ｓｅｃ］との関係を示すグラフである。実施の形態２による車輪装置を示す断面図である。実施の形態３による車輪装置を示す断面図である。実施の形態４による車輪装置を示す正面図である。図２１のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に沿った断面図である。実施の形態５による車輪装置を示す断面図である。実施の形態６による車輪装置を示す断面図である。実施の形態７による車輪装置を示す断面図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による車輪装置を示す正面図である。また、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。さらに、図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図において、車輪装置１は、タイヤ２と、本体３と、中間部材４と、第１連結構造部５と、第２連結構造部６と、制振構造部７とを有している。本実施の形態では、鉄道車両の車体に設けられる鉄道車両用車輪装置が車輪装置１として用いられている。

タイヤ２の形状は、軸線Ｐを中心とする環状である。また、タイヤ２の内周面２１は、軸線Ｐを中心とする円筒面である。タイヤ２は、鉄などの金属によって構成されている。車輪装置１は、タイヤ２の外周面がレールに接触した状態でレールに載せられる。レールに載せられた車輪装置１は、タイヤ２の回転に応じてレールに沿って移動する。

車輪装置１は、固定座標系であるＸＹＺ直交座標系において、タイヤ２の軸線ＰがＹ軸と一致した状態で配置される。ＸＹＺ直交座標系は、Ｚ軸方向が鉛直方向となり、かつＹ軸方向が車体の幅方向となるように設定されている。Ｚ軸では、鉛直方向上側がプラス側になっている。Ｙ軸では、車体の幅方向内側がプラス側になっている。

本体３は、タイヤ２の内側に配置されている。車体重量などの負荷が車輪装置１にかからない自然状態では、本体３の軸線がタイヤ２の軸線Ｐと一致している。即ち、本体３は、タイヤ２と同軸に配置されている。本実施の形態では、タイヤ２の軸線Ｐに沿った方向をタイヤ２の軸線方向とすると、図２及び図３に示すように、タイヤ２の軸線方向における本体３の寸法が、タイヤ２の軸線方向におけるタイヤ２の寸法よりも大きくなっている。

また、本体３は、図２及び図３に示すように、固定フレーム３１と、主軸３２と、本体電動機３３と、回転フレーム３４と、変速機構３５とを有している。

固定フレーム３１は、鉄道車両の車体に固定されている。固定フレーム３１は、本体３の軸線に直交する板状部材である。固定フレーム３１には、貫通穴３１１が設けられている。

主軸３２は、本体３の軸線と同軸に配置されている。また、主軸３２は、第１端部３２１及び第２端部３２２を有している。第１端部３２１は、第２端部３２２よりもＹ軸方向のプラス側に位置している。第１端部３２１は、貫通穴３１１に配置されている。第１端部３２１は、貫通穴３１１に嵌められた軸受け３０１を介して固定フレーム３１に回転可能に取り付けられている。

本体電動機３３及び変速機構３５は、本体３の軸線に沿った方向、即ちＹ軸方向において、第１端部３２１と第２端部３２２との間の位置に配置されている。本体電動機３３は、固定フレーム３１と変速機構３５との間に配置されている。

本体電動機３３は、ロータ３３１と、ロータ３３１の外周を囲む電機子としての環状のステータ３３２とを有している。従って、本体電動機３３は、インナロータ型の電動機となっている。ロータ３３１及びステータ３３２のそれぞれの軸線は、本体３の軸線と一致している。

ロータ３３１は、主軸３２の中間部に焼き嵌めなどによって固定されている。主軸３２の中間部は、第１端部３２１と第２端部３２２との間に位置する主軸３２の部分である。

ステータ３３２は、固定フレーム３１に固定されている。ロータ３３１は、ステータ３３２への給電により、固定フレーム３１及びステータ３３２に対して本体３の軸線を中心として主軸３２と一体に回転する。これにより、本体電動機３３は、回転フレーム３４を回転させるトルクを発生する。

回転フレーム３４は、本体３の軸線と同軸に本体回転部として配置されている。また、回転フレーム３４は、本体電動機３３及び変速機構３５を覆った状態で配置されている。回転フレーム３４は、円筒部３４１と、円筒部３４１に固定されている回転板部３４２とを有している。

円筒部３４１は、本体電動機３３及び変速機構３５を囲んでいる。円筒部３４１の外周面３４４は、本体３の軸線を中心とする円筒面である。円筒部３４１の外径は、タイヤ２の内径よりも小さくなっている。円筒部３４１は、ステータ３３２の外周面に嵌められた軸受け３０２を介してステータ３３２に回転可能に取り付けられている。

回転板部３４２は、変速機構３５よりも第２端部３２２に近い位置、即ち変速機構３５よりもＹ軸方向のマイナス側に配置されている。また、回転板部３４２は、本体３の軸線に対して直交している。回転板部３４２には、主軸３２が通された貫通穴３４３が設けられている。回転板部３４２は、貫通穴３４３に嵌められた軸受け３０３を介して主軸３２に回転可能に取り付けられている。これにより、回転フレーム３４は、固定フレーム３１、ステータ３３２及び主軸３２のそれぞれに対して本体３の軸線を中心として回転可能になっている。

変速機構３５は、本体電動機３３と回転板部３４２との間に配置されている。また、変速機構３５は、回転フレーム３４の回転数がロータ３３１の回転数の１／２倍になるように本体電動機３３のトルクを回転フレーム３４に伝達する。これにより、回転フレーム３４は、ステータ３３２への給電により、ロータ３３１の回転数に比べて１／２倍の回転数でロータ３３１の回転方向と同じ方向へ回転する。変速機構３５は、太陽歯車３５１と、内歯歯車３５２と、複数の遊星歯車３５３とを有する遊星歯車機構である。

ここで、図４は、図２の変速機構３５を示す正面図である。太陽歯車３５１は、主軸３２の中間部に焼き嵌めなどによって固定されている。これにより、太陽歯車３５１は、本体３の軸線を中心として主軸３２及びロータ３３１と一体に回転する。

内歯歯車３５２は、太陽歯車３５１を囲む環状の歯車である。内歯歯車３５２は、本体３の軸線と同軸に配置されている。また、内歯歯車３５２は、ステータ３３２に固定されている。これにより、主軸３２がステータ３３２に対して回転すると、太陽歯車３５１が内歯歯車３５２に対して回転する。本実施の形態では、図２及び図３に示すように、内歯歯車３５２の外径がステータ３３２の外径と同じになっている。

回転フレーム３４の円筒部３４１は、図２及び図３に示すように、内歯歯車３５２の外周面に嵌められた軸受け３０４を介して内歯歯車３５２に回転可能に取り付けられている。本実施の形態では、各軸受け３０１～３０４として玉軸受けが用いられている。各軸受け３０１～３０４は、玉軸受けに限定されず、例えばラジアル軸受けであってもよい。

各遊星歯車３５３は、太陽歯車３５１と内歯歯車３５２との間に配置されている。本実施の形態では、変速機構３５における遊星歯車３５３の数が４個となっている。各遊星歯車３５３は、太陽歯車３５１及び内歯歯車３５２のそれぞれに噛み合っている。各遊星歯車３５３は、太陽歯車３５１が内歯歯車３５２に対して回転することにより、本体３の軸線を中心に遊星キャリアとして太陽歯車３５１の周囲を公転する。各遊星歯車３５３は、歯車軸３５３ａと、第１歯車部３５３ｂと、第２歯車部３５３ｃとを有している。

歯車軸３５３ａの軸線は、遊星歯車３５３の軸線と一致している。歯車軸３５３ａは、本体３の軸線と平行に配置されている。また、歯車軸３５３ａは、回転フレーム３４の回転板部３４２に回転可能に取り付けられている。これにより、回転フレーム３４の回転速度は、太陽歯車３５１に対する各遊星歯車３５３の公転速度と一致する。回転フレーム３４は、太陽歯車３５１に対する各遊星歯車３５３の公転速度と同期しながら、本体３の軸線を中心として各遊星歯車３５３とともに回転する。

第１歯車部３５３ｂ及び第２歯車部３５３ｃのそれぞれは、複数の歯が外周部に設けられた外歯車である。第１歯車部３５３ｂ及び第２歯車部３５３ｃは、歯車軸３５３ａに固定されている。これにより、第１歯車部３５３ｂは、第２歯車部３５３ｃに同軸に固定されている。歯車軸３５３ａ、第１歯車部３５３ｂ及び第２歯車部３５３ｃは、遊星歯車３５３の軸線を中心として一体に回転する。第１歯車部３５３ｂ及び第２歯車部３５３ｃは、歯車軸３５３ａの軸線方向において互いに隣接している。

第１歯車部３５３ｂは、第２歯車部３５３ｃよりも回転板部３４２に近い位置、即ち第２歯車部３５３ｃよりもＹ軸方向のマイナス側に位置している。なお、第２歯車部３５３ｃよりも本体電動機３３に近い位置、即ち第２歯車部３５３ｃよりもＹ軸方向のプラス側に第１歯車部３５３ｂが位置するようにしてもよい。

第１歯車部３５３ｂは、内歯歯車３５２に噛み合っている。第２歯車部３５３ｃは、太陽歯車３５１に噛み合っている。第１歯車部３５３ｂの歯数と、第２歯車部３５３ｃの歯数とは、互いに異なっている。本実施の形態では、第１歯車部３５３ｂの歯数が第２歯車部３５３ｃの歯数よりも多くなっている。

変速機構３５では、回転フレーム３４の回転数が主軸３２の回転数に対して１／２倍になるように、太陽歯車３５１、内歯歯車３５２、第１歯車部３５３ｂ及び第２歯車部３５３ｃのそれぞれの歯数が決定されている。即ち、変速機構３５では、主軸３２の回転数に対する回転フレーム３４の回転数の速度伝達比が１／２になるように、太陽歯車３５１、内歯歯車３５２、第１歯車部３５３ｂ及び第２歯車部３５３ｃのそれぞれの歯数が決定されている。これにより、ロータ３３１が主軸３２と一体となって１回転すると、回転フレーム３４がロータ３３１及び主軸３２の回転方向と同じ方向へ１／２回転する。

ここで、太陽歯車３５１の歯数をｚ１、第１歯車部３５３ｂの歯数をｚ２、第２歯車部３５３ｃの歯数をｚ３、内歯歯車３５２の歯数をｚ４とする。この場合、主軸３２の回転数に対する回転フレーム３４の回転数の速度伝達比ｉ、即ち変速機構３５による速度伝達比ｉは、以下の式（１）によって表される。

ｉ＝１／（（ｚ２／ｚ１）・（ｚ４／ｚ３）＋１）…（１）

仮に、第１歯車部３５３ｂの歯数ｚ２が第２歯車部３５３ｃの歯数ｚ３と同じである場合、即ちｚ２＝ｚ３の関係が成立する場合、主軸３２の回転数に対する回転フレーム３４の回転数の速度伝達比ｉは、以下の式（２）によって表される。

ｉ＝１／（（ｚ４／ｚ１）＋１）…（２）

この場合、速度伝達比ｉを１／２にするためには、ｚ１＝ｚ４の条件、即ち太陽歯車３５１の歯数ｚ１が内歯歯車３５２の歯数ｚ４と同じになるという条件を満たす必要があり、変速機構３５を実現することができない。

これに対して、本実施の形態では、第１歯車部３５３ｂの歯数と、第２歯車部３５３ｃの歯数とが、互いに異なっている。これにより、太陽歯車３５１の歯数ｚ１を内歯歯車３５２の歯数ｚ４に対して異ならせることができ、主軸３２の回転数に対する回転フレーム３４の回転数の速度伝達比ｉを１／２にする変速機構３５を実現することができる。

中間部材４は、図１に示すように、回転フレーム３４を囲む環状の部材である。中間部材４は、タイヤ２の内側に配置されている。即ち、タイヤ２は、中間部材４を囲む環状の部材である。本実施の形態では、本体電動機３３を含む本体３がタイヤ２の内側に配置されたインホイールモータが車輪装置１となっている。中間部材４は、タイヤ２及び本体３のそれぞれとは別部材である。本実施の形態では、図２及び図３に示すように、Ｙ軸方向、即ちタイヤ２の軸線方向において中間部材４がタイヤ２と同位置に配置されている。

車体重量などの負荷が車輪装置１にかからない自然状態では、中間部材４の軸線がタイヤ２の軸線Ｐと一致している。即ち、中間部材４は、タイヤ２と同軸に配置されている。中間部材４の内周面４１及び外周面４２のそれぞれは、中間部材４の軸線を中心とする円筒面である。中間部材４の外径は、タイヤ２の内径よりも小さくなっている。また、中間部材４の内径は、回転フレーム３４の外径よりも大きくなっている。従って、環状の中間部材４は、タイヤ２と本体３との間の空間に配置されている。

第１連結構造部５は、タイヤ２と中間部材４との間に設けられている。また、第１連結構造部５は、タイヤ２と中間部材４とを互いに連結する第１弾性体としての一対の第１弾性板５１を有している。

第２連結構造部６は、中間部材４と回転フレーム３４との間に設けられている。また、第２連結構造部６は、中間部材４と回転フレーム３４とを互いに連結する第２弾性体としての一対の第２弾性板６１を有している。

ここで、前述の固定座標系であるＸＹＺ直交座標系と、ＸＹＺ直交座標系のＺ軸に設定された基準位置Ａに対するタイヤ２の周方向の角度θとを用いて、一対の第１弾性板５１及び一対の第２弾性板６１のそれぞれの構成を説明する。

図１に示すように、中間部材４の軸線に直交する直線のうち、特定の直線を第１仮想直線とすると、一対の第１弾性板５１のそれぞれは、第１仮想直線と交わる位置に配置されている。第１仮想直線は、Ｘ軸方向に沿った直線と一致している。また、一対の第１弾性板５１は、第１仮想直線に沿った方向、即ちＸ軸方向において、中間部材４の軸線に対して互いに反対側となる位置に配置されている。即ち、一対の第１弾性板５１のうち、一方の第１弾性板５１は、基準位置Ａからタイヤ２の周方向へθ＝９０°だけ進んだ位置に配置され、他方の第１弾性板５１は、基準位置Ａからタイヤ２の周方向へθ＝２７０°だけ進んだ位置に配置されている。タイヤ２が中間部材４と同軸となっていることから、タイヤ２の軸線Ｐ及び中間部材４の軸線は、一対の第１弾性板５１の間に位置している。

図５は、図１の第１弾性板５１を示す斜視図である。各第１弾性板５１は、長方形状の平板である。第１弾性板５１の長方形の短辺に沿った方向は、第１弾性板５１の幅方向とされている。また、第１弾性板５１の長方形の長辺に沿った方向は、第１弾性板５１の長手方向とされている。さらに、第１弾性板５１の幅方向及び長手方向のいずれにも直交する方向は、第１弾性板５１の厚さ方向とされている。

図１に示すように、各第１弾性板５１は、第１仮想直線に直交して配置されている。即ち、各第１弾性板５１の厚さ方向は、第１仮想直線に沿った方向、即ちＸ軸方向と一致している。また、各第１弾性板５１の幅方向は、タイヤ２の軸線方向、即ちＹ軸方向と一致している。これにより、各第１弾性板５１の長手方向は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれにも直交するＺ軸方向と一致している。即ち、一対の第１弾性板５１は、Ｘ軸方向に直交するＹＺ平面と平行に配置されている。

各第１弾性板５１の長手方向両端部５１１は、一対の固定用端部としてタイヤ２の内周面２１にそれぞれ固定されている。各第１弾性板５１の長手方向中間部５１２は、単一の固定用板部として中間部材４の外周面４２に固定されている。

第１弾性板５１の厚さ方向に直交する方向の剛性、即ち第１弾性板５１の面内剛性は、第１弾性板５１の厚さ方向の剛性、即ち第１弾性板５１の面外剛性よりも十分に高くなっている。これにより、タイヤ２と中間部材４とが第１弾性板５１を介して連結されている状態は、第１弾性板５１の厚さ方向に直交する方向においてタイヤ２と中間部材４とが剛結合されている状態と等価であると考えることができる。

これに対して、第１弾性板５１の面外剛性が第１弾性板５１の面内剛性よりも十分低いことから、第１弾性板５１の厚さ方向では、第１弾性板５１が弾性変形可能になっている。中間部材４は、第１弾性板５１の厚さ方向へ各第１弾性板５１が弾性変形することにより、第１仮想直線に沿った方向、即ちＸ軸方向へタイヤ２に対して移動可能になっている。即ち、各第１弾性板５１は、第１仮想直線に沿って中間部材４がタイヤ２に対して移動可能になるように中間部材４とタイヤ２とを互いに連結している。タイヤ２及び中間部材４は、各第１弾性板５１の厚さ方向への弾性変形により、第１仮想直線に沿った方向、即ちＸ軸方向へのみ相対移動が可能となる自由度を有している。

中間部材４の外周面４２のうち、各第１弾性板５１の長手方向中間部５１２が単一の固定用板部として固定されている位置には、図１に示すように、外周平面部４２１がそれぞれ形成されている。本実施の形態では、２つの外周平面部４２１が中間部材４の外周面４２に形成されている。外周平面部４２１は、中間部材４の外周面４２のうち、基準位置Ａからタイヤ２の周方向へθ＝９０°だけ進んだ位置と、基準位置Ａからタイヤ２の周方向へθ＝２７０°だけ進んだ位置とにそれぞれ形成されている。各外周平面部４２１は、第１仮想直線に沿った方向、即ちＸ軸方向に直交する平面部である。

第１弾性板５１の長手方向中間部５１２は、第１弾性板５１の厚さ方向に直交する面を外周平面部４２１に隙間なく接触させた状態で中間部材４の外周面４２に固定されている。第１弾性板５１の長手方向中間部５１２を中間部材４の外周面４２に固定する方法としては、ねじ、ボルト、溶接、接着剤などによる固定方法が用いられている。

タイヤ２の内周面２１のうち、各第１弾性板５１の長手方向両端部５１１が一対の固定用端部として固定されている位置には、一対の段部２１１がそれぞれ形成されている。従って、タイヤ２の内周面２１には、一対の段部２１１が第１弾性板５１の数だけ形成されている。本実施の形態では、一対の段部２１１がタイヤ２の内周面２１に２組形成されている。

図６は、図１の第１弾性板５１がタイヤ２に固定されている状態を示す斜視図である。第１弾性板５１の長手方向両端部５１１は、一対の段部２１１にそれぞれ嵌っている。一対の段部２１１は、タイヤ２の周方向において互いに対向している。一対の段部２１１のそれぞれは、第１仮想直線に沿った方向、即ちＸ軸方向に直交する段部底面２１１ａと、段部底面２１１ａからタイヤ２の内側に向けて延びる段部端面２１１ｂとによって構成されている。

一対の段部２１１のそれぞれの段部端面２１１ｂは、中間部材４の軸線及び第１仮想直線を含む平面と平行な平面である。従って、一対の段部２１１のそれぞれの段部端面２１１ｂは、Ｚ軸方向にそれぞれ直交している。一対の段部２１１は、２つの段部端面２１１ｂをＺ軸方向において互いに対向させた状態でタイヤ２の内周面２１に形成されている。

第１弾性板５１の長手方向両端部５１１は、第１弾性板５１の厚さ方向に直交する面を段部底面２１１ａに隙間なく接触させ、かつ第１弾性板５１の長手方向端面を段部端面２１１ｂに隙間なく接触させた状態でタイヤ２の内周面２１に固定されている。第１弾性板５１の長手方向両端部５１１をタイヤ２の内周面２１に固定する方法としては、ねじ、ボルト、溶接、接着剤などによる固定方法が用いられている。

中間部材４の軸線に直交する直線のうち、第１仮想直線と異なる直線を第２仮想直線とすると、一対の第２弾性板６１のそれぞれは、第２仮想直線と交わる位置に配置されている。本実施の形態では、第１仮想直線及び中間部材４の軸線のいずれにも直交する直線が第２仮想直線とされている。即ち、本実施の形態では、第２仮想直線がＺ軸方向に沿った直線と一致している。一対の第２弾性板６１は、第２仮想直線に沿った方向、即ちＺ軸方向において、タイヤ２の軸線Ｐに対して互いに反対側となる位置に配置されている。従って、一対の第２弾性板６１のうち、一方の第２弾性板６１は、θ＝０°の基準位置Ａに配置され、他方の第２弾性板６１は、基準位置Ａからタイヤ２の周方向へθ＝１８０°だけ進んだ位置に配置されている。タイヤ２が中間部材４と同軸となっていることから、タイヤ２の軸線Ｐ及び中間部材４の軸線は、一対の第２弾性板６１の間に位置している。

図７は、図１の第２弾性板６１を示す斜視図である。各第２弾性板６１は、長方形状の平板である。第２弾性板６１の長方形の短辺に沿った方向は、第２弾性板６１の幅方向とされている。また、第２弾性板６１の長方形の長辺に沿った方向は、第２弾性板６１の長手方向とされている。さらに、第２弾性板６１の幅方向及び長手方向のいずれにも直交する方向は、第２弾性板６１の厚さ方向とされている。

各第２弾性板６１は、図１に示すように、第２仮想直線に直交して配置されている。即ち、各第２弾性板６１の厚さ方向は、第２仮想直線に沿った方向、即ちＺ軸方向と一致している。また、各第２弾性板６１の幅方向は、タイヤ２の軸線方向、即ちＹ軸方向と一致している。これにより、各第２弾性板６１の長手方向は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のいずれにも直交するＸ軸方向と一致している。即ち、一対の第２弾性板６１は、Ｚ軸方向に直交するＸＹ平面と平行に配置されている。

各第２弾性板６１の長手方向両端部６１１は、一対の固定用端部として中間部材４の内周面４１にそれぞれ固定されている。各第２弾性板６１の長手方向中間部６１２は、単一の固定用板部として回転フレーム３４の外周面３４４に固定されている。

第２弾性板６１の厚さ方向に直交する方向の剛性、即ち第２弾性板６１の面内剛性は、第２弾性板６１の厚さ方向の剛性、即ち第２弾性板６１の面外剛性よりも十分に高くなっている。これにより、中間部材４と回転フレーム３４とが第２弾性板６１を介して連結されている状態は、第２弾性板６１の厚さ方向に直交する方向において中間部材４と回転フレーム３４とが剛結合されている状態と等価であると考えることができる。

これに対して、第２弾性板６１の面外剛性が第２弾性板６１の面内剛性よりも十分低いことから、第２弾性板６１の厚さ方向では、第２弾性板６１が弾性変形可能になっている。本体３は、第２弾性板６１の厚さ方向へ各第２弾性板６１が弾性変形することにより、第２仮想直線に沿った方向、即ちＺ軸方向へ中間部材４に対して移動可能になっている。即ち、各第２弾性板６１は、第２仮想直線に沿って中間部材４が本体３に対して移動可能になるように中間部材４と回転フレーム３４とを互いに連結している。中間部材４及び本体３は、各第２弾性板６１の厚さ方向への弾性変形により、第２仮想直線に沿った方向、即ちＺ軸方向へのみ相対移動が可能となる自由度を有している。

回転フレーム３４の外周面３４４のうち、各第２弾性板６１の長手方向中間部６１２が単一の固定用板部として固定されている位置には、外周平面部３４５がそれぞれ形成されている。本実施の形態では、２つの外周平面部３４５が回転フレーム３４の外周面３４４に形成されている。外周平面部３４５は、回転フレーム３４の外周面３４４のうち、θ＝０°の基準位置Ａと、基準位置Ａからタイヤ２の周方向へθ＝１８０°だけ進んだ位置とにそれぞれ形成されている。各外周平面部３４５は、第２仮想直線に沿った方向、即ちＺ軸方向に直交する平面部である。

第２弾性板６１の長手方向中間部６１２は、第２弾性板６１の厚さ方向に直交する面を外周平面部３４５に隙間なく接触させた状態で回転フレーム３４の外周面３４４に固定されている。第２弾性板６１の長手方向中間部６１２を回転フレーム３４の外周面３４４に固定する方法としては、ねじ、ボルト、溶接、接着剤などによる固定方法が用いられている。

中間部材４の内周面４１のうち、各第２弾性板６１の長手方向両端部６１１が一対の固定用端部として固定されている位置には、一対の段部４１１がそれぞれ形成されている。従って、中間部材４の内周面４１には、一対の段部４１１が第２弾性板６１の数だけ形成されている。本実施の形態では、一対の段部４１１が中間部材４の内周面４１に２組形成されている。

図８は、図１の第２弾性板６１が中間部材４に固定されている状態を示す斜視図である。第２弾性板６１の長手方向両端部６１１は、一対の段部４１１にそれぞれ嵌っている。一対の段部４１１は、中間部材４の周方向において互いに対向している。一対の段部４１１のそれぞれは、第２仮想直線に沿った方向、即ちＺ軸方向に直交する段部底面４１１ａと、段部底面４１１ａから中間部材４の内側に向けて延びる段部端面４１１ｂとによって構成されている。

一対の段部４１１のそれぞれの段部端面４１１ｂは、中間部材４の軸線及び第２仮想直線を含む平面と平行な平面である。従って、一対の段部４１１のそれぞれの段部端面４１１ｂは、Ｘ軸方向にそれぞれ直交している。一対の段部４１１は、２つの段部端面４１１ｂをＸ軸方向において互いに対向させた状態で中間部材４の内周面４１に形成されている。

第２弾性板６１の長手方向両端部６１１は、第２弾性板６１の厚さ方向に直交する面を段部底面４１１ａに隙間なく接触させ、かつ第２弾性板６１の長手方向端面を段部端面４１１ｂに隙間なく接触させた状態で中間部材４の内周面４１に固定されている。第２弾性板６１の長手方向両端部６１１を中間部材４の内周面４１に固定する方法としては、ねじ、ボルト、溶接、接着剤などによる固定方法が用いられている。

制振構造部７は、図１～図３に示すように、本体３に設けられている。また、制振構造部７は、バランサとしてのおもり７１を有している。おもり７１は、主軸３２の第２端部３２２に固定されている。これにより、おもり７１は、回転板部３４２の位置よりも変速機構３５から遠い位置、即ち回転フレーム３４よりもＹ軸方向のマイナス側に配置されている。

おもり７１は、本体３の軸線を中心として主軸３２及びロータ３３１と一体に回転する。即ち、おもり７１の回転中心線は、本体３の軸線と一致している。また、おもり７１の回転数は、主軸３２及びロータ３３１の回転数と同じになる。これにより、おもり７１は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。

おもり７１は、おもり７１の回転中心線に対して直交する特定の径方向へ主軸３２から張り出している。これにより、おもり７１の重心７１ａの位置は、おもり７１の回転中心線に対して直交する方向へおもり７１の回転中心線から離れた位置に設定されている。本実施の形態では、第２仮想直線に沿った方向へおもり７１の回転中心線から離れた位置におもり７１の重心７１ａの位置が設定されている。おもり７１の重心７１ａは、おもり７１の回転中心線を中心とする円上をおもり７１の回転に伴って移動する。

車輪装置１は、第２仮想直線に沿った方向がＺ軸方向と一致している図１の状態において、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側の位置になるように配置される。従って、一対の第２弾性板６１のそれぞれの厚さ方向がＺ軸方向と一致し、かつ一対の第２弾性板６１がＺ軸上に位置しているときには、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側の位置になる。即ち、車輪装置１において第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときには、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりも下方の位置になる。

次に、車輪装置１の動作について説明する。図９は、図１の車輪装置１をモデル化した車輪装置モデルを示す模式図である。中間部材４は、一対の第２弾性板６１の弾性変形により、第２仮想直線に沿った方向へ本体３に対して移動可能になっている。第２仮想直線に沿った方向以外の方向への本体３に対する中間部材４の移動は、一対の第２弾性板６１の面内剛性により制限されている。

中間部材４は、一対の第１弾性板５１の弾性変形により、第１仮想直線に沿った方向へタイヤ２に対して移動可能になっている。第１仮想直線に沿った方向以外の方向へのタイヤ２に対する中間部材４の移動は、一対の第１弾性板５１の面内剛性により制限されている。

これにより、車輪装置１では、第１仮想直線及び第２仮想直線を含むＸＺ平面内を中間部材４が本体３及びタイヤ２に対して自由に移動可能な並進２自由度の振動系が構成されている。

各第１弾性板５１及び各第２弾性板６１のそれぞれの剛性は、タイヤ２の周方向において面内剛性となる。従って、タイヤ２の周方向では、各第１弾性板５１及び各第２弾性板６１のそれぞれの弾性変形が制限されている。これにより、タイヤ２の周方向では、タイヤ２に対する中間部材４の連結状態と、回転フレーム３４に対する中間部材４の連結状態とが剛結合の状態とみなすことができる。従って、タイヤ２の回転数は、中間部材４の回転数と同じになる。また、中間部材４の回転数は、回転フレーム３４の回転数と同じになる。

図１０は、図１の車輪装置１がレール上を移動する状態を示す正面図である。また、図１１は、図１０の車輪装置１をモデル化した車輪装置モデルを示す模式図である。車輪装置１がレール１０に載せられている状態では、タイヤ２の外周面がレール１０に接触している。車輪装置１は、タイヤ２が回転することによりレール１０上を移動する。

ステータ３３２への給電によりロータ３３１が回転すると、主軸３２及び太陽歯車３５１がロータ３３１と一体に回転する。太陽歯車３５１が回転すると、各遊星歯車３５３が太陽歯車３５１の周囲を公転する。これにより、回転フレーム３４が本体３の軸線を中心として回転する。このようにして、本体電動機３３のトルクが回転フレーム３４に伝わる。

回転フレーム３４に伝わった本体電動機３３のトルクは、回転フレーム３４から一対の第２弾性板６１を介して中間部材４に伝わる。このとき、回転フレーム３４から各第２弾性板６１に伝わるトルクの方向が各第２弾性板６１の面内剛性の方向と一致する。これにより、各第２弾性板６１の弾性変形が制限され、回転フレーム３４のトルクが中間部材４へ効果的に伝わる。

中間部材４に伝わったトルクは、一対の第１弾性板５１を介してタイヤ２に伝わる。このとき、中間部材４から各第１弾性板５１に伝わるトルクの方向が各第１弾性板５１の面内剛性の方向と一致する。これにより、各第１弾性板５１の弾性変形が制限され、中間部材４に伝わったトルクがタイヤ２へ効果的に伝わる。これにより、タイヤ２が回転する。従って、車輪装置１では、回転フレーム３４が回転すると、タイヤ２及び中間部材４のそれぞれが回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。

レール１０は、複数の単位レール１０ａが連続して繋がって構成されている。互いに隣り合う２つの単位レール１０ａの間の継ぎ目には、段差が生じていることがある。この場合、２つの単位レール１０ａの間の継ぎ目を車輪装置１が通過するときに、タイヤ２がレール１０から衝撃力を受ける。

図１０及び図１１に示すように、第２仮想直線に沿った方向、即ちＺ軸方向と一致する方向へタイヤ２が衝撃力を受けた場合、各第２弾性板６１の弾性変形により、中間部材４が本体３に対して第２仮想直線に沿った方向へのみ移動する。これにより、タイヤ２が受けた衝撃力は、一対の第２弾性板６１に吸収されて本体３に伝わりにくくなる。

また、図１２は、図１０のタイヤ２とは異なる回転位置にあるときのタイヤ２がレール１０から衝撃力を受けたときの車輪装置１の状態を示す正面図である。さらに、図１３は、図１２の車輪装置１をモデル化した車輪装置モデルを示す模式図である。図１２及び図１３に示すように、第１仮想直線に沿った方向及び第２仮想直線に沿った方向のいずれにも一致しない方向へタイヤ２がレール１０から衝撃力を受けた場合、中間部材４がタイヤ２に対して第１仮想直線に沿った方向へ移動し、中間部材４が本体３に対して第２仮想直線に沿った方向へ移動する。中間部材４がタイヤ２に対して第１仮想直線に沿った方向へ移動するときには、各第１弾性板５１が弾性変形する。中間部材４が本体３に対して第２仮想直線に沿った方向へ移動するときには、各第２弾性板６１が弾性変形する。これにより、タイヤ２が受けた衝撃力は、各第１弾性板５１及び各第２弾性板６１のそれぞれに吸収されて本体３に伝わりにくくなる。

図１４は、図９の車輪装置１がレール１０上を回転しながら移動するときの車輪装置１の状態の変化を示す模式的な説明図である。なお、図１４では、第１仮想直線に沿った方向を第１方向ξとし、第２仮想直線に沿った方向を第２方向ηとしている。車輪装置１がレール１０上を移動するときには、中間部材４がタイヤ２及び本体３に対して振れ回る現象、即ち中間部材４の振れ回りが生じる。図１４には、第２方向ηがＺ軸方向と一致している状態から、第２方向ηがＸ軸方向と一致している状態までの車輪装置１の状態の変化が示されている。

図１４では、車輪装置１が９０°回転する間に、中間部材４がタイヤ２及び本体３に対して１８０°振れ回る。即ち、中間部材４は、車輪装置１の回転周波数の２倍の周波数で振れ回る。中間部材４の振れ回りが生じると、中間部材４の遠心力が生じるため、車輪装置１の全体が振動しようとする。車輪装置１では、制振構造部７におけるおもり７１が動作することにより、車輪装置１の全体の振動が抑制される。

第２方向ηがＺ軸方向、即ち鉛直方向と一致している初期状態から車輪装置１が９０°回転すると、第２方向ηがＸ軸方向と一致する。このとき、第１方向ξがＺ軸方向と一致することから、図１４の右側に示される車輪装置１のように、各第１弾性板５１が弾性変形する。このとき、中間部材４は、タイヤ２に対してＺ軸方向のマイナス側、即ち下方へ移動する。これにより、中間部材４には、Ｚ軸方向のマイナス側へ遠心力が作用する。

一方、第２方向ηがＺ軸方向と一致している初期状態では、おもり７１の重心７１ａがおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側、即ち下方に位置している。また、おもり７１は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。従って、車輪装置１が初期状態から９０°回転して第２方向ηがＸ軸方向と一致するまでの間に、おもり７１が１８０°回転して、おもり７１の重心７１ａがおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のプラス側、即ち上方へ移動する。これにより、おもり７１には、Ｚ軸方向のプラス側へ遠心力が作用する。

これにより、図１４の右側に示される車輪装置１のように第２方向ηがＺ軸方向と一致するときには、中間部材４に作用するＺ軸方向のマイナス側への遠心力を打ち消す方向、即ちＺ軸方向のプラス側へ遠心力がおもり７１に作用する。即ち、おもり７１に作用する遠心力は、中間部材４の振れ回りによる加振力を打ち消す方向へ作用する。

次に、おもり７１の偏心距離及びおもり７１の質量について説明する。おもり７１の偏心距離は、おもり７１の回転中心線からおもり７１の重心７１ａまでの距離である。中間部材４の質量をＭ、車輪装置１の回転角速度をω、おもり７１の質量をｍ、おもり７１の偏心距離をＬとする。また、図１４に示すように、中間部材４の振れ回りによる変位のうち、Ｚ軸方向である鉛直方向における変位、即ち中間部材４の鉛直方向変位をＤとする。

この場合、中間部材４を含む振動系の振れ回りによって中間部材４に作用する遠心力は、以下の式（３）によって表される。

Ｍ・Ｄ・ω² …（３）

これに対して、車輪装置１が１回転すると、おもり７１は２回転することから、おもり７１の回転角速度は２ωとなる。従って、おもり７１に作用する遠心力は、以下の式（４）によって表される。

ｍ・Ｌ・（２ω）²…（４）

中間部材４の振れ回りによる振動が最も抑制される条件は、式（３）及び式（４）が釣り合う条件である。従って、中間部材４の振れ回りによる振動が最も抑制される条件は、以下の式（５）によって表される。

Ｍ・Ｄ＝４・ｍ・Ｌ…（５）

従って、おもり７１の偏心距離Ｌとおもり７１の質量ｍとの積が、タイヤ２が回転するときの中間部材４の鉛直方向における変位Ｄと中間部材４の質量Ｍとの積の１／４倍と一致するときに、中間部材４の振れ回りによる振動が効果的に抑制される。本実施の形態では、おもり７１の偏心距離Ｌとおもり７１の質量ｍとの積が、タイヤ２が回転するときの中間部材４の鉛直方向における変位Ｄと中間部材４の質量Ｍとの積の１／４倍と一致している。

次に、車輪装置１の回転数Ｒ［Ｈｚ］を０［Ｈｚ］から２０［Ｈｚ］まで線形的に変化させたときの本体３のＺ軸方向における変位Ｄ１を数値解析によって求めた。数値解析では、制振構造部７を含まない比較例Ａ１の車輪装置と、Ｍ＝６０［ｋｇ］、ｍ＝０．０５［ｋｇ］、Ｌ＝２００［ｍｍ］とした実施例Ｂ１の車輪装置と、Ｍ＝６０［ｋｇ］、ｍ＝０．１［ｋｇ］、Ｌ＝２００［ｍｍ］とした実施例Ｃ１の車輪装置とを解析対象とした。従って、上記の式（５）を満たさない実施例を実施例Ｂ１とし、上記の式（５）を満たす実施例を実施例Ｃ１とした。なお、車輪装置１では、中間部材４の振れ回りによる車輪装置１の振動が小さくなるほど、本体３のＺ軸方向における変位Ｄ１が小さくなる。

図１５は、数値解析における比較例Ａ１、実施例Ｂ１及び実施例Ｃ１のそれぞれの車輪装置の回転数Ｒ［Ｈｚ］と時間ｔ［ｓｅｃ］との関係を示すグラフである。また、図１６は、数値解析における比較例Ａ１の本体３のＺ軸方向における変位Ｄ１［ｍｍ］と時間ｔ［ｓｅｃ］との関係を示すグラフである。さらに、図１７は、数値解析における実施例Ｂ１の本体３のＺ軸方向における変位Ｄ１［ｍｍ］と時間ｔ［ｓｅｃ］との関係を示すグラフである。また、図１８は、数値解析における実施例Ｃ１の本体３のＺ軸方向における変位Ｄ１［ｍｍ］と時間ｔ［ｓｅｃ］との関係を示すグラフである。

図１５～図１８に示すように、比較例Ａ１では、３．５［ｓｅｃ］付近で本体３の振動が増大するのに対して、実施例Ｂ１及び実施例Ｃ１では、比較例Ａ１よりも本体３の振動が低減されていることが分かる。また、上記の式（５）を満たさない実施例Ｂ１よりも、上記の式（５）を満たす実施例Ｃ１において、本体３の振動が低減されていることが分かる。

このような車輪装置１では、中間部材４の軸線に直交する第１仮想直線に各第１弾性板５１が直交して配置されている。また、第１仮想直線とは異なる第２仮想直線に各第２弾性板６１が直交して配置されている。このため、タイヤ２の周方向における各第１弾性板５１及び各第２弾性板６１のそれぞれの剛性を高めることができる。これにより、タイヤ２の回転方向における各第１弾性板５１及び各第２弾性板６１のそれぞれの弾性変形を制限することができ、本体３に対するタイヤ２の不要な振動がタイヤ２の回転方向において生じることを防止することができる。従って、本体３からタイヤ２にトルクをより確実に伝えることができる。また、タイヤ２が外部から衝撃力を受けると、第１弾性板５１及び第２弾性板６１の少なくともいずれか一方が弾性変形しながら、本体３をタイヤ２に対して移動させることができる。これにより、タイヤ２が受けた衝撃力を第１弾性板５１及び第２弾性板６１の少なくともいずれか一方に吸収させることができる。従って、タイヤ２から本体３に伝わる衝撃力を抑制することができる。

また、各第２弾性板６１と直交する第２仮想直線は、各第１弾性板５１と直交する第１仮想直線に直交している。このため、各第１弾性板５１及び各第２弾性板６１をタイヤ２の周方向において均等に配置することができる。これにより、タイヤ２が受ける衝撃力の抑制力の均等化をタイヤ２の周方向において図ることができる。

また、中間部材４の軸線は、一対の第１弾性板５１の間に位置し、かつ一対の第２弾性板６１の間に位置している。このため、中間部材４がタイヤ２に連結された状態と、本体３が中間部材４に連結された状態とを安定させることができる。これにより、車輪装置１の故障の発生をより確実に抑制することができ、車輪装置１の信頼性の向上を図ることができる。

また、第１弾性板５１の長手方向両端部５１１はタイヤ２に固定され、第１弾性板５１の長手方向中間部５１２は中間部材４に固定されている。このため、第１弾性板５１の厚さ方向への弾性変形を可能にしながら、タイヤ２及び中間部材４のそれぞれに対する第１弾性板５１の固定状態をより確実にすることができる。

また、第２弾性板６１の長手方向両端部６１１は中間部材４に固定され、第２弾性板６１の長手方向中間部６１２は本体３の回転フレーム３４に固定されている。このため、第２弾性板６１の厚さ方向への弾性変形を可能にしながら、中間部材４及び回転フレーム３４のそれぞれに対する第２弾性板６１の固定状態をより確実にすることができる。

また、タイヤ２の内周面２１のうち、第１弾性板５１の長手方向両端部５１１が一対の固定用端部として固定されている位置には、第１弾性板５１の長手方向両端部５１１がそれぞれ嵌る一対の段部２１１が形成されている。このため、タイヤ２に対して第１弾性板５１をさらに確実に固定することができ、タイヤ２に対する第１弾性板５１の位置ずれをさらに確実に防止することができる。

また、中間部材４の内周面４１のうち、第２弾性板６１の長手方向両端部６１１が一対の固定用端部として固定されている位置には、第２弾性板６１の長手方向両端部６１１がそれぞれ嵌る一対の段部４１１が形成されている。このため、中間部材４に対して第２弾性板６１をさらに確実に固定することができ、中間部材４に対する第２弾性板６１の位置ずれをさらに確実に防止することができる。

また、制振構造部７は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転するおもり７１を有している。さらに、第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときには、おもり７１の重心７１ａがおもり７１の回転中心線よりも下方の位置になる。このため、タイヤ２及び本体３に対する中間部材４の移動によって生じる加振力の少なくとも一部をおもり７１の遠心力によって打ち消すことができる。これにより、中間部材４の振れ回りによる車輪装置１の全体の振動を抑制することができる。

また、本体３は、回転フレーム３４を回転させるトルクを発生する本体電動機３３を有している。このため、車輪装置１を回転させる駆動源を中間部材４の内側に配置することができる。これにより、車輪装置１の小型化を図ることができる。

また、本体３は、回転フレーム３４の回転数がロータ３３１の回転数の１／２倍になるように本体電動機３３のトルクを回転フレーム３４に伝達する変速機構３５を有している。また、おもり７１は、ロータ３３１と一体に回転する。このため、おもり７１の回転数をより確実に回転フレーム３４の回転数の２倍にすることができる。

また、変速機構３５は、太陽歯車３５１と、内歯歯車３５２と、複数の遊星歯車３５３とを有する遊星歯車機構である。このため、おもり７１の回転数を簡単な構成によって回転フレーム３４の回転数の２倍にすることができる。これにより、車輪装置１の故障の発生をさらに確実に抑制することができ、車輪装置１の信頼性の向上をさらに確実に図ることができる。

また、おもり７１の偏心距離Ｌとおもり７１の質量ｍとの積は、タイヤ２が回転するときの中間部材４の鉛直方向における変位Ｄと中間部材４の質量Ｍとの積の１／４倍と一致している。このため、中間部材４の振れ回りによる加振力をおもり７１の遠心力によって効果的に打ち消すことができる。これにより、車輪装置１の全体の振動を効果的に抑制することができる。

また、おもり７１の回転中心線が本体３の軸線からずれていると、中間部材４の振れ回りによる振動の抑制に寄与しない不要な回転モーメントがおもり７１に発生する。本実施の形態では、おもり７１の回転中心線が本体３の軸線と一致している。これにより、不要な回転モーメントの発生を抑制することができる。また、不要な回転モーメントの発生を抑制するための追加おもりを用いる必要もなくなる。従って、中間部材４の振れ回りによる振動を簡単な構成で効率良く抑制することができる。

実施の形態２．
図１９は、実施の形態２による車輪装置を示す断面図である。なお、図１９は、実施の形態１における図２に対応する図である。主軸３２の第２端部３２２には、回転フレーム３４の回転板部３４２が軸受け３０３を介して回転可能に取り付けられている。主軸３２は、固定フレーム３１よりもＹ軸方向のプラス側へ延びている。これにより、主軸３２の第１端部３２１は、固定フレーム３１よりも車体の幅方向内側に位置している。

おもり７１は、主軸３２の第１端部３２１に固定されている。従って、おもり７１は、固定フレーム３１よりも車体の幅方向内側、即ち固定フレーム３１よりもＹ軸方向のプラス側に配置されている。

おもり７１の構成は、実施の形態１と同様である。これにより、おもり７１は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。また、おもり７１の重心７１ａは、おもり７１の回転中心線を中心とする円上をおもり７１の回転に伴って移動する。

車輪装置１は、第２仮想直線に沿った方向がＺ軸方向と一致している状態において、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側の位置になるように配置される。従って、車輪装置１において第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときには、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりも下方の位置になる。実施の形態２における他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような車輪装置１では、おもり７１が主軸３２の第１端部３２１に固定されている。このため、車体に固定された固定フレーム３１よりも車体の幅方向内側におもり７１を配置することができる。これにより、車体の幅方向において固定フレーム３１よりも外側に配置される車輪装置１の寸法を小さくすることができる。従って、車体の側面の限界に対して車輪装置１をコンパクトにすることができ、車輪装置１の設計自由度を向上させることができる。

実施の形態３．
図２０は、実施の形態３による車輪装置を示す断面図である。なお、図２０は、実施の形態１における図２に対応する図である。主軸３２の第２端部３２２には、回転フレーム３４の回転板部３４２が固定されている。これにより、回転フレーム３４は、本体３の軸線を中心として主軸３２及びロータ３３１と一体に回転する。従って、回転フレーム３４は、本体電動機３３のトルクによって、主軸３２及びロータ３３１のそれぞれの回転数と同じ回転数で回転する。

制振構造部７は、本体３よりも車体の幅方向内側、即ち本体３よりもＹ軸方向のプラス側に配置されている。また、制振構造部７は、おもり７１と、変速機構７２とを有している。おもり７１は、変速機構７２を介して主軸３２に取り付けられている。変速機構７２は、本体電動機３３のトルクをおもり７１に伝達する。

変速機構７２は、主軸３２よりも車体の幅方向内側、即ち主軸３２よりもＹ軸方向のプラス側に配置されている。また、変速機構７２は、おもり７１の回転数がロータ３３１の回転数の２倍になるように本体電動機３３のトルクをおもり７１に伝達する。従って、おもり７１は、ステータ３３２への給電により、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。

変速機構７２は、太陽歯車７２１と、内歯歯車７２２と、複数の遊星歯車７２３と、主軸固定部材７２５と、変速機構出力軸７２６とを有している。太陽歯車７２１、内歯歯車７２２及び複数の遊星歯車７２３は、遊星歯車機構を構成している。遊星歯車機構の構成は、実施の形態１による変速機構３５の構成と同様である。

主軸固定部材７２５は、主軸３２の第１端部３２１に固定されている。これにより、主軸固定部材７２５は、本体３の軸線を中心として主軸３２及びロータ３３１と一体に回転する。主軸固定部材７２５は、固定フレーム３１よりも車体の幅方向内側、即ち固定フレーム３１よりもＹ軸方向のプラス側に位置している。主軸固定部材７２５は、本体３の軸線に直交する円板である。主軸固定部材７２５の外径は、主軸３２の外径よりも大きくなっている。

太陽歯車７２１は、本体３の軸線と同軸に配置されている。また、太陽歯車７２１は、主軸固定部材７２５よりも車体の幅方向内側、即ち主軸固定部材７２５よりもＹ軸方向のプラス側に位置している。

内歯歯車７２２は、太陽歯車７２１を囲む環状の歯車である。これにより、内歯歯車７２２は、固定フレーム３１よりも車体の幅方向内側、即ち固定フレーム３１よりもＹ軸方向のプラス側に位置している。内歯歯車７２２は、本体３の軸線と同軸に配置されている。また、内歯歯車７２２は、固定フレーム３１に固定されている。

各遊星歯車７２３は、太陽歯車７２１と内歯歯車７２２との間に配置されている。各遊星歯車７２３は、太陽歯車７２１及び内歯歯車７２２のそれぞれに噛み合っている。また、各遊星歯車７２３は、主軸固定部材７２５に取り付けられている。太陽歯車７２１は、各遊星歯車７２３の間に挟まれることによって支持されている。各遊星歯車７２３は、主軸固定部材７２５が主軸３２及びロータ３３１と一体に回転することにより、本体３の軸線を中心として太陽歯車７２１の周囲を公転する。太陽歯車７２１に対する各遊星歯車７２３の公転速度は、ロータ３３１の回転速度と一致する。太陽歯車７２１は、太陽歯車７２１に対する各遊星歯車７２３の公転速度と同期しながら、内歯歯車７２２に対して本体３の軸線を中心に回転する。各遊星歯車７２３は、歯車軸７２３ａと、第１歯車部７２３ｂと、第２歯車部７２３ｃとを有している。

歯車軸７２３ａの軸線は、遊星歯車７２３の軸線と一致している。歯車軸７２３ａは、本体３の軸線と平行に配置されている。また、歯車軸７２３ａは、主軸固定部材７２５に回転可能に取り付けられている。

第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃのそれぞれは、複数の歯が外周部に設けられた外歯車である。第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃは、歯車軸７２３ａに固定されている。これにより、第１歯車部７２３ｂは、第２歯車部７２３ｃに同軸に固定されている。歯車軸７２３ａ、第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃは、遊星歯車７２３の軸線を中心として一体に回転する。第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃは、歯車軸７２３ａの軸線方向において互いに隣接している。

第１歯車部７２３ｂは、内歯歯車７２２に噛み合っている。第２歯車部７２３ｃは、太陽歯車７２１に噛み合っている。第１歯車部７２３ｂの歯数と、第２歯車部７２３ｃの歯数とは、互いに異なっている。本実施の形態では、第１歯車部７２３ｂの歯数が第２歯車部７２３ｃの歯数よりも多くなっている。

第２歯車部７２３ｃは、第１歯車部７２３ｂよりも固定フレーム３１に近い位置、即ち第１歯車部７２３ｂよりもＹ軸方向のマイナス側に位置している。なお、第１歯車部７２３ｂよりも固定フレーム３１から遠い位置、即ち第１歯車部７２３ｂよりもＹ軸方向のプラス側に第２歯車部７２３ｃが位置するようにしてもよい。

変速機構出力軸７２６は、太陽歯車７２１に固定されている。変速機構出力軸７２６は、太陽歯車７２１から車体の幅方向内側、即ち太陽歯車７２１からＹ軸方向のプラス側へ突出している。変速機構出力軸７２６は、本体３の軸線と同軸に配置されている。これにより、変速機構出力軸７２６は、本体３の軸線を中心として太陽歯車７２１と一体に回転する。

変速機構７２では、変速機構出力軸７２６の回転数がロータ３３１の回転数に対して２倍になるように、太陽歯車７２１、内歯歯車７２２、第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃのそれぞれの歯数が決定されている。即ち、変速機構７２では、ロータ３３１の回転数に対する変速機構出力軸７２６の回転数の速度伝達比が２になるように、太陽歯車７２１、内歯歯車７２２、第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃのそれぞれの歯数が決定されている。これにより、ロータ３３１が１回転すると、変速機構出力軸７２６がロータ３３１の回転方向と同じ方向へ２回転する。

おもり７１は、変速機構出力軸７２６に固定されている。これにより、おもり７１は、変速機構出力軸７２６と一体に回転する。また、おもり７１は、変速機構７２の遊星歯車機構よりも車体の幅方向内側、即ち変速機構７２の遊星歯車機構よりもＹ軸方向のプラス側に配置されている。

おもり７１の構成は、実施の形態１と同様である。これにより、おもり７１は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。おもり７１の回転中心線は、本体３の軸線と一致している。おもり７１の重心７１ａは、おもり７１の回転中心線を中心とする円上をおもり７１の回転に伴って移動する。

車輪装置１は、第２仮想直線に沿った方向がＺ軸方向と一致している状態において、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側の位置になるように配置される。従って、車輪装置１において第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときには、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりも下方の位置になる。実施の形態３における他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような車輪装置１では、回転フレーム３４がロータ３３１と一体に回転する。また、変速機構７２は、おもり７１の回転数がロータ３３１の回転数の２倍になるように本体電動機３３のトルクをおもり７１に伝達する。このため、おもり７１の回転数をより確実に回転フレーム３４の回転数の２倍にすることができる。また、変速機構７２は、おもり７１に本体電動機３３のトルクを伝達するだけでよく、おもり７１よりも重い回転フレーム３４に本体電動機３３のトルクを伝達する必要がなくなる。これにより、変速機構７２の小型化を図ることができる。

また、制振構造部７は、本体３よりも車体の幅方向内側に配置されている。このため、車体に固定された固定フレーム３１よりも車体の幅方向内側におもり７１及び変速機構７２を配置することができる。これにより、実施の形態２と同様に、車体の側面の限界に対して車輪装置１をコンパクトにすることができ、車輪装置１の設計自由度をさらに向上させることができる。

実施の形態４．
図２１は、実施の形態４による車輪装置を示す正面図である。また、図２２は、図２１のＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に沿った断面図である。なお、図２１は、実施の形態１における図１に対応する図である。図２２は、実施の形態１における図２に対応する図である。おもり７１は、主軸３２の第２端部３２２に固定されている。おもり７１は、固定座７１１と、おもり本体７１２とを有している。

固定座７１１は、本体３の軸線に対して直交する棒状部材である。固定座７１１は、第２仮想直線に沿って配置されている。固定座７１１は、第２端部３２２を貫通した状態で第２端部３２２に固定されている。固定座７１１は、第２端部３２２の外周面から第２仮想直線に沿った方向へ突出している。

おもり本体７１２は、固定座７１１に取り付けられている。例えば、ねじ棒が固定座７１１として用いられ、固定座７１１にねじ込まれたナットがおもり本体７１２として用いられている。おもり本体７１２は、固定座７１１に対して固定座７１１の長手方向へ移動可能になっている。これにより、固定座７１１に対するおもり本体７１２の位置は、固定座７１１の長手方向に調整可能になっている。おもり７１では、固定座７１１に対するおもり本体７１２の位置が固定座７１１の長手方向に調整されることにより、おもり７１の重心７１ａの位置が調整される。即ち、おもり７１は、おもり７１の回転中心線からおもり７１の重心７１ａまでの距離、即ちおもり７１の偏心距離Ｌを調整可能になっている。

車輪装置１は、第２仮想直線に沿った方向がＺ軸方向と一致している状態において、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側の位置になるように配置される。従って、車輪装置１において第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときには、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりも下方の位置になる。実施の形態４における他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような車輪装置１では、おもり７１の偏心距離Ｌが調整可能になっている。このため、車両の質量によって決まる中間部材４の鉛直方向変位Ｄに応じて、上記の式（５）が成立するようにおもり７１の偏心距離Ｌを調整することができる。これにより、中間部材４の振れ回りによる振動をさらに効果的に抑制することができる。

実施の形態５．
図２３は、実施の形態５による車輪装置を示す断面図である。なお、図２３は、実施の形態１における図２に対応する図である。本体電動機３３は、ステータ３３２と、ステータ３３２の外周を囲む環状のロータ３３１とを有している。従って、本体電動機３３は、アウタロータ型の電動機となっている。ロータ３３１及びステータ３３２のそれぞれの軸線は、本体３の軸線と一致している。

ステータ３３２は、固定フレーム３１に固定されている。ロータ３３１は、軸受け３０５を介して固定フレーム３１に取り付けられている。ロータ３３１には、回転フレーム３４が固定されている。回転フレーム３４は、貫通穴３４３に嵌められた軸受け３０６を介してステータ３３２に取り付けられている。これにより、回転フレーム３４は、ステータ３３２及び固定フレーム３１に対して本体３の軸線を中心としてロータ３３１と一体に回転可能になっている。

制振構造部７は、車体の幅方向において回転フレーム３４よりも外側、即ち回転フレーム３４よりもＹ軸方向のマイナス側に配置されている。また、制振構造部７は、回転フレーム３４の貫通穴３４３を通してステータ３３２に支持されている。

制振構造部７は、おもり７１と、変速機構７２とを有している。おもり７１は、変速機構７２を介して回転フレーム３４に取り付けられている。変速機構７２は、おもり７１の回転数がロータ３３１の回転数の２倍になるように本体電動機３３のトルクをおもり７１に伝達する。変速機構７２の構成は、実施の形態２による遊星歯車機構の構成と同様である。即ち、変速機構７２は、太陽歯車７２１と、内歯歯車７２２と、複数の遊星歯車７２３とを有している。

太陽歯車７２１及び内歯歯車７２２のそれぞれは、本体３の軸線と同軸に配置されている。太陽歯車７２１は、ステータ３３２に固定されている。内歯歯車７２２は、太陽歯車７２１を囲む環状の歯車である。

各遊星歯車７２３は、太陽歯車７２１と内歯歯車７２２との間に配置されている。各遊星歯車７２３は、太陽歯車７２１及び内歯歯車７２２のそれぞれに噛み合っている。また、各遊星歯車７２３は、回転フレーム３４に取り付けられている。内歯歯車７２２は、各遊星歯車７２３に支持されている。各遊星歯車７２３は、回転フレーム３４がロータ３３１と一体に回転することにより、本体３の軸線を中心として太陽歯車７２１の周囲を公転する。従って、太陽歯車７２１に対する各遊星歯車７２３の公転速度は、ロータ３３１の回転速度と一致する。内歯歯車７２２は、太陽歯車７２１に対する各遊星歯車７２３の公転速度と同期しながら、太陽歯車７２１に対して本体３の軸線を中心に回転する。従って、本実施の形態による変速機構７２は、各遊星歯車７２３の公転力を入力とし、内歯歯車７２２の回転力を出力とするソーラ型の遊星歯車機構となっている。

各遊星歯車７２３は、歯車軸７２３ａと、第１歯車部７２３ｂと、第２歯車部７２３ｃとを有している。歯車軸７２３ａの軸線は、遊星歯車７２３の軸線と一致している。歯車軸７２３ａは、本体３の軸線と平行に配置されている。また、歯車軸７２３ａは、回転フレーム３４の回転板部３４２に回転可能に取り付けられている。

第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃは、歯車軸７２３ａに固定されている。これにより、第１歯車部７２３ｂは、第２歯車部７２３ｃに同軸に固定されている。歯車軸７２３ａ、第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃは、遊星歯車７２３の軸線を中心として一体に回転する。第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃは、歯車軸７２３ａの軸線方向において互いに隣接している。

第２歯車部７２３ｃは、第１歯車部７２３ｂよりも回転フレーム３４に近い位置、即ち第１歯車部７２３ｂよりもＹ軸方向のプラス側に位置している。なお、第１歯車部７２３ｂよりも回転フレーム３４から遠い位置、即ち第１歯車部７２３ｂよりもＹ軸方向のマイナス側に第２歯車部７２３ｃが位置するようにしてもよい。

ソーラ型の遊星歯車機構である変速機構７２による速度伝達比ｉは、太陽歯車７２１の歯数ｚ１、内歯歯車７２２の歯数ｚ２、第１歯車部７２３ｂの歯数ｚ３、及び第２歯車部７２３ｃの歯数ｚ４を用いて、以下の式（６）によって表される。

ｉ＝（ｚ１／ｚ２）・（ｚ３／ｚ４）＋１…（６）

変速機構７２では、内歯歯車７２２の回転数がロータ３３１の回転数に対して２倍になるように、太陽歯車７２１、内歯歯車７２２、第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃのそれぞれの歯数が決定されている。即ち、変速機構７２では、ロータ３３１の回転数に対する内歯歯車７２２の回転数の速度伝達比ｉが２になるように、太陽歯車７２１、内歯歯車７２２、第１歯車部７２３ｂ及び第２歯車部７２３ｃのそれぞれの歯数が決定されている。これにより、ロータ３３１が１回転すると、内歯歯車７２２がロータ３３１の回転方向と同じ方向へ２回転する。

おもり７１は、内歯歯車７２２に固定されている。これにより、おもり７１は、内歯歯車７２２と一体に回転する。従って、おもり７１の回転中心線は、本体３の軸線と一致している。また、おもり７１の重心７１ａの位置は、おもり７１の回転中心線に対して直交する方向へおもり７１の回転中心線から離れた位置に設定されている。本実施の形態では、第２仮想直線に沿った方向へおもり７１の回転中心線から離れた位置におもり７１の重心７１ａの位置が設定されている。おもり７１の重心７１ａは、おもり７１の回転中心線を中心とする円上をおもり７１の回転に伴って移動する。

車輪装置１は、第２仮想直線に沿った方向がＺ軸方向と一致している状態において、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側の位置になるように配置される。従って、車輪装置１において第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときには、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりも下方の位置になる。実施の形態５における他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような車輪装置１では、おもり７１の回転数がロータ３３１の回転数の２倍になるように変速機構７２によって本体電動機３３のトルクがおもり７１に伝達される。このため、実施の形態３と同様に、おもり７１の回転数をより確実に回転フレーム３４の回転数の２倍にすることができる。また、変速機構７２の小型化を図ることもできる。

また、本体電動機３３はアウタロータ型の電動機となっており、変速機構７２はソーラ型の遊星歯車機構となっている。このため、車輪装置１における可動部品を少なくすることができる。これにより、車輪装置１の故障の発生をさらに確実に抑制することができ、車輪装置１の信頼性の向上をさらに図ることができる。

実施の形態６．
図２４は、実施の形態６による車輪装置を示す断面図である。なお、図２４は、実施の形態１における図２に対応する図である。制振構造部７は、ロータ３３１と一体に回転する回転フレーム３４に設けられている。また、制振構造部７は、車体の幅方向において回転フレーム３４よりも外側、即ち回転フレーム３４よりもＹ軸方向のマイナス側に配置されている。制振構造部７は、おもり７１と、制振用電動機７３とを有している。本実施の形態では、制振構造部７が変速機構を有していない。

制振用電動機７３は、本体電動機３３とは異なる電動機である。制振用電動機７３の軸線は、本体３の軸線と一致している。制振用電動機７３は、おもり７１を回転させるトルクを発生する。制振用電動機７３は、おもり駆動部７３１と、おもり駆動軸７３２とを有している。

おもり駆動部７３１は、回転フレーム３４に固定されている。これにより、おもり駆動部７３１は、本体３の軸線を中心として回転フレーム３４と一体に回転する。

おもり駆動軸７３２は、おもり駆動部７３１に回転可能に設けられている。また、おもり駆動軸７３２の軸線は、本体３の軸線と一致している。おもり駆動軸７３２は、おもり駆動部７３１への給電により、おもり駆動部７３１に対して本体３の軸線を中心として回転する。

本体電動機３３及び制振用電動機７３のそれぞれは、図示しない制御装置により制御される。制御装置は、おもり駆動部７３１に対するおもり駆動軸７３２の回転速度と、ステータ３３２に対するロータ３３１の回転速度とが互いに同じになるように、本体電動機３３及び制振用電動機７３のそれぞれを制御する。また、制御装置は、おもり駆動軸７３２の回転方向と、ロータ３３１の回転方向とが互いに同じ方向になるように、本体電動機３３及び制振用電動機７３のそれぞれを制御する。これにより、固定フレーム３１及びステータ３３２からみると、おもり駆動軸７３２は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。

おもり７１は、おもり駆動軸７３２に固定されている。これにより、おもり７１は、本体３の軸線を中心としておもり駆動軸７３２と一体に回転する。おもり７１の回転中心線は、本体３の軸線と一致している。また、おもり７１の回転数は、おもり駆動軸７３２の回転数と同じになる。これにより、固定フレーム３１及びステータ３３２からみると、おもり７１は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。

おもり７１の構成は、実施の形態１におけるおもり７１の構成と同様である。従って、おもり７１の重心７１ａの位置は、おもり７１の回転中心線に対して直交する方向へおもり７１の回転中心線から離れた位置に設定されている。本実施の形態では、第２仮想直線に沿った方向へおもり７１の回転中心線から離れた位置におもり７１の重心７１ａの位置が設定されている。おもり７１の重心７１ａは、おもり７１の回転中心線を中心とする円上をおもり７１の回転に伴って移動する。

車輪装置１は、第２仮想直線に沿った方向がＺ軸方向と一致している状態において、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側の位置になるように配置される。従って、車輪装置１において第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときには、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりも下方の位置になる。実施の形態６における他の構成は、実施の形態３と同様である。

このような車輪装置１では、おもり７１を回転させるトルクを発生する制振用電動機７３が回転フレーム３４に設けられている。このため、変速機構を不要にすることができ、車輪装置１の構成を簡単にすることができる。これにより、車輪装置１の故障の発生をより確実に抑制することができ、車輪装置１の信頼性の向上を図ることができる。

なお、実施の形態６では、制振構造部７が回転フレーム３４に設けられている。しかし、ロータ３３１と一体に回転する主軸３２に制振構造部７を設けてもよい。この場合、制振用電動機７３のおもり駆動部７３１が主軸３２に固定される。また、この場合、制振構造部７は、主軸３２の第１端部３２１に設けてもよいし、主軸３２の第２端部３２２に設けてもよい。制振構造部７を主軸３２の第２端部３２２に設ける場合、主軸３２は、回転フレーム３４の回転板部３４２を貫通して配置される。

実施の形態７．
図２５は、実施の形態７による車輪装置を示す断面図である。なお、図２５は、実施の形態１における図２に対応する図である。本体電動機３３は、実施の形態５と同様に、アウタロータ型の電動機となっている。制振構造部７は、車体の幅方向において回転フレーム３４よりも外側、即ち回転フレーム３４よりもＹ軸方向のマイナス側に配置されている。また、制振構造部７は、回転フレーム３４の貫通穴３４３を通してステータ３３２に支持されている。

制振構造部７の構成は、実施の形態６における制振構造部７の構成と同様である。制振構造部７では、おもり７１を回転させるトルクを発生する制振用電動機７３がステータ３３２に設けられている。制振用電動機７３の軸線は、本体３の軸線と一致している。制振用電動機７３のおもり駆動部７３１は、回転フレーム３４の貫通穴３４３を通してステータ３３２に固定されている。制振用電動機７３のおもり駆動軸７３２は、おもり駆動部７３１への給電により、おもり駆動部７３１に対して本体３の軸線を中心として回転する。

本体電動機３３及び制振用電動機７３のそれぞれは、図示しない制御装置により制御される。制御装置は、おもり駆動部７３１に対するおもり駆動軸７３２の回転速度が、ステータ３３２に対するロータ３３１の回転速度の２倍になるように、本体電動機３３及び制振用電動機７３のそれぞれを制御する。また、制御装置は、おもり駆動軸７３２の回転方向と、ロータ３３１の回転方向とが互いに同じ方向になるように、本体電動機３３及び制振用電動機７３のそれぞれを制御する。これにより、おもり駆動軸７３２は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。

おもり７１は、おもり駆動軸７３２に固定されている。これにより、おもり７１は、本体３の軸線を中心としておもり駆動軸７３２と一体に回転する。従って、おもり７１は、回転フレーム３４の回転数に比べて２倍の回転数で回転フレーム３４の回転方向と同じ方向へ回転する。

おもり７１の構成は、実施の形態６におけるおもり７１の構成と同様である。従って、おもり７１の重心７１ａの位置は、おもり７１の回転中心線に対して直交する方向へおもり７１の回転中心線から離れた位置に設定されている。本実施の形態では、第２仮想直線に沿った方向へおもり７１の回転中心線から離れた位置におもり７１の重心７１ａの位置が設定されている。おもり７１の重心７１ａは、おもり７１の回転中心線を中心とする円上をおもり７１の回転に伴って移動する。

車輪装置１は、第２仮想直線に沿った方向がＺ軸方向と一致している状態において、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりもＺ軸方向のマイナス側の位置になるように配置される。従って、車輪装置１において第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときには、おもり７１の重心７１ａの位置がおもり７１の回転中心線よりも下方の位置になる。実施の形態７における他の構成は、実施の形態５と同様である。

このような車輪装置１では、おもり７１を回転させるトルクを発生する制振用電動機７３がステータ３３２に設けられている。このため、変速機構を不要にすることができ、車輪装置１の構成を簡単にすることができる。これにより、車輪装置１の故障の発生をより確実に抑制することができ、車輪装置１の信頼性の向上を図ることができる。

なお、実施の形態７では、制振構造部７がステータ３３２に設けられている。しかし、固定フレーム３１に制振構造部７を設けてもよい。この場合、制振構造部７は、固定フレーム３１よりも車体の幅方向内側に配置される。また、この場合、制振用電動機７３のおもり駆動部７３１が固定フレーム３１に固定される。

また、実施の形態４では、重心７１ａの位置が調整可能なおもり７１が実施の形態１における制振構造部７のおもり７１に適用されている。しかし、重心７１ａの位置が調整可能な実施の形態４のおもり７１を、実施の形態２、３、６及び７における制振構造部７のおもり７１に適用してもよい。

また、各上記実施の形態では、おもり７１の回転中心線が本体３の軸線と一致している。しかし、おもり７１の回転中心線が本体３の軸線からずれていてもよい。このようにしても、中間部材４の振れ回りによる加振力の少なくとも一部をおもり７１の遠心力によって打ち消すことができ、車輪装置１の全体の振動を抑制することができる。

また、各上記実施の形態では、第２仮想直線が第１仮想直線に直交している。しかし、第２仮想直線は、中間部材４の軸線に直交しかつ第１仮想直線とは異なる直線であれば、第１仮想直線と直交してなくてもよい。

また、各上記実施の形態では、タイヤ２が鉄などの金属によって構成されている。しかし、ゴムなどの弾性材料でタイヤ２を構成してもよい。タイヤ２が金属のみによって構成されている場合、例えばレール上の車両を検知するために、車輪装置１内に意図的に通電することができる。

また、各上記実施の形態では、車輪装置１が鉄道車両に適用されている。しかし、自動車、自動二輪車、エレベータなど、さまざまな車両又は移動装置に車輪装置１を適用することができる。

１車輪装置、２タイヤ、３本体、４中間部材、７制振構造部、３３本体電動機、３４回転フレーム（本体回転部）、３５変速機構、５１第１弾性板（第１弾性体）、６１第２弾性板（第２弾性体）、７１おもり、７１ａ重心、７２変速機構、７３制振用電動機、３３１ロータ、３３２ステータ、３５１，７２１太陽歯車、３５２，７２２内歯歯車、３５３，７２３遊星歯車。

Claims

回転可能な本体回転部を有する本体、
前記本体回転部を囲む環状の中間部材、
前記中間部材を囲む環状のタイヤ、
前記中間部材の軸線に直交する第１仮想直線に沿って前記中間部材が前記タイヤに対して移動可能になるように前記中間部材と前記タイヤとを互いに連結する第１弾性体、
前記中間部材の軸線に直交しかつ前記第１仮想直線に交差する第２仮想直線に沿って前記中間部材が前記本体に対して移動可能になるように前記中間部材と前記本体回転部とを互いに連結する第２弾性体、
おもりを有し、前記本体に設けられている制振構造部、及び
前記本体回転部の回転数に比べて２倍の回転数で前記本体回転部の回転方向と同じ方向へ前記おもりを回転させる変速機構
を備え、
前記おもりの重心の位置は、前記おもりの回転中心線を中心とする円上を前記おもりの回転に伴って移動し、前記第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときに、前記おもりの重心の位置が前記おもりの回転中心線よりも下方の位置になる車輪装置。
回転可能な本体回転部を有する本体、
前記本体回転部を囲む環状の中間部材、
前記中間部材を囲む環状のタイヤ、
前記中間部材の軸線に直交する第１仮想直線に沿って前記中間部材が前記タイヤに対して移動可能になるように前記中間部材と前記タイヤとを互いに連結する第１弾性体、
前記中間部材の軸線に直交しかつ前記第１仮想直線に交差する第２仮想直線に沿って前記中間部材が前記本体に対して移動可能になるように前記中間部材と前記本体回転部とを互いに連結する第２弾性体、
おもりを有し、前記本体に設けられている制振構造部、及び
前記本体回転部の回転数に比べて２倍の回転数で前記本体回転部の回転方向と同じ方向へ前記おもりを回転させるトルクを発生させる制振用電動機
を備え、
前記おもりの重心の位置は、前記おもりの回転中心線を中心とする円上を前記おもりの回転に伴って移動し、前記第２仮想直線に沿った方向が鉛直方向と一致するときに、前記おもりの重心の位置が前記おもりの回転中心線よりも下方の位置になる車輪装置。
前記おもりは、前記おもりの回転中心線から前記おもりの重心までの距離を調整可能になっている請求項１または請求項２に記載の車輪装置。
前記おもりの回転中心線から前記おもりの重心までの距離と前記おもりの質量との積は、前記タイヤが回転するときの鉛直方向における前記中間部材の変位と前記中間部材の質量との積の１／４倍と一致している請求項１又は請求項２に記載の車輪装置。
前記本体は、前記本体回転部を回転させるトルクを発生する本体電動機を有している請求項１に記載の車輪装置。
前記本体電動機は、ステータと、前記ステータに対して回転するロータとを有しており、
前記おもりは、前記ロータと一体に回転するようになっており、
前記変速機構は、前記おもりの回転数が前記本体回転部の回転数の２倍になるように前記本体電動機のトルクを前記本体回転部に伝達する請求項５に記載の車輪装置。
前記本体電動機は、ステータと、前記ステータに対して回転するロータとを有しており、
前記本体回転部は、前記ロータと一体に回転するようになっており、
前記変速機構は、前記おもりの回転数が前記ロータの回転数の２倍になるように前記本体電動機のトルクを前記おもりに伝達する請求項５に記載の車輪装置。
前記変速機構は、太陽歯車と、前記太陽歯車を囲む環状の内歯歯車と、前記太陽歯車と前記内歯歯車との間に配置された遊星歯車とを有しており、
前記遊星歯車は、前記内歯歯車に噛み合う第１歯車部と、前記太陽歯車に噛み合う第２歯車部とを有しており、
前記第１歯車部は、前記第２歯車部に同軸に固定されており、
前記遊星歯車全体として変速比が２である請求項６又は請求項７に記載の車輪装置。