(57)【要約】【課題】原動機の回転出力軸に対して要求される慣性モーメントを主フライホイールと副フライホールの回転により分配して賄いながら、合理的にこれらフライホイールの小型化を実現することができる技術を提供する。【解決手段】原動機１の回転出力軸２に固定されて当該回転出力軸２と同期回転する主フライホイール１０と、回転出力軸２に対して回転自在に設けられた副フライホイール３０と、回転出力軸２の回転動力を副フライホイール３０に伝達させる伝達機構部と、を備えたフライホイール装置であって、伝達機構部として、回転出力軸２の回転動力を増速させて副フライホイール３０に伝達させる増速伝達機構部Ａを備える。【選択図】図１
2018155130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機の回転出力軸に固定されて当該回転出力軸と同期回転する主フライホイールと、
前記回転出力軸に対して回転自在に設けられた副フライホイールと、
前記回転出力軸の回転動力を前記副フライホイールに伝達させる伝達機構部と、を備えたフライホイール装置であって、
前記伝達機構部として、前記回転出力軸の回転動力を増速させて前記副フライホイールに伝達させる増速伝達機構部を備えたフライホイール装置。
【請求項２】
前記副フライホイールが、前記主フライホイールと同軸上に配置され、
前記増速伝達機構部が、前記副フライホイールを前記主フライホイールとは逆方向に回転させる請求項１に記載のフライホイール装置。
【請求項３】
前記回転出力軸の角速度に対する前記副フライホイールの角速度の増速比をλとし、前記回転出力軸に対して要求される慣性モーメントをＩとした場合に、
下記の式（１）及び式（２）の関係を満たすように、前記主フライホイールの慣性モーメントＩａ及び前記副フライホイールの慣性モーメントＩｂが設定されている請求項２に記載のフライホイール装置。
Ｉａ＝Ｉ／２       （１）
Ｉｂ＝Ｉ／２λ２    （２）
【請求項４】
前記増速伝達機構部が、前記主フライホイールの外周円環状部の内周面に設けられた内歯車と、前記副フライホイールのハブ部の外周面に設けられた外歯車と、当該内歯車と当該外歯車との間に介装された複数の遊星歯車と、当該複数の遊星歯車の支持軸を支持する遊星支持部とを有して構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のフライホイール装置。
【請求項５】
前記遊星支持部が、前記原動機の本体に、弾性体を介して固定されている請求項４に記載のフライホイール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンなどの原動機の回転出力軸に固定されて当該回転出力軸と同期回転する主フライホイールと、前記回転出力軸に対して回転自在に設けられた副フライホイールと、前記回転出力軸の回転動力を前記副フライホイールに伝達させる伝達機構部と、を備えたフライホイール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかるフライホイール装置は、原動機の回転出力軸に固定されたフライホイールが当該回転出力軸と同期して回転することで、回転出力軸に対して回転動力の蓄積又は放出を行って回転状態を安定化させるものとして知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特許文献１に記載のフライホイール装置は、エンジンの回転出力軸（１１）に固定された主フライホイール（１３）とは別に、回転出力軸（１１）に対して回転自在に設けられた副フライホイール（１７）を備える。また、回転出力軸から副フライホイール（１７）へ効率良く回転動力を伝達させる伝達機構部として、主フライホイール（１３）に固定された太陽ローラ（１２）と、円環状の副フライホイール（１７）の内周面に設けられた弾性リング（１６）と、これら太陽ローラ（１２）と弾性リング（１６）との間に介装された複数の遊星ローラ（１５）と、当該複数の遊星ローラ（１５）の支持軸を支持する遊星支持部（２０）とを備える。
即ち、特許文献１に記載のフライホイール装置では、原動機の回転出力軸（１１）が回転すると、その回転と同期して主フライホイール（１３）が回転すると共に、上記伝達機構部により回転出力軸の回転動力が減速して副フライホイール（１７）に伝達されることで、副フライホイール（１７）が回転出力軸（１１）よりも低速で回転することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公平０７−３６１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載のフライホイール装置では、回転出力軸の回転動力が減速して副フライホイール（１７）に伝達されることから、副フライホイール自身の慣性モーメントは減衰して回転出力軸に付与されることになり、回転出力軸に対して要求される慣性モーメントを、主フライホイールの慣性モーメントと、減衰した副フライホイールの慣性モーメントとで賄うことになる。よって、主フライホイールを小型化して、回転出力軸に対して要求される慣性モーメントに対する不足分を副フライホイールに負担させるにあたり、当該不足分の慣性モーメントよりも大きな慣性モーメントを有する大型の副フライホイールを採用する必要があり、これにより装置寸法の大型化を招くという問題がある。
【０００５】
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、原動機の回転出力軸に対して要求される慣性モーメントを主フライホイールと副フライホールの回転により分配して賄いながら、合理的にこれらフライホイールの小型化を実現することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１特徴構成は、原動機の回転出力軸に固定されて当該回転出力軸と同期回転する主フライホイールと、
前記回転出力軸に対して回転自在に設けられた副フライホイールと、
前記回転出力軸の回転動力を前記副フライホイールに伝達させる伝達機構部と、を備えたフライホイール装置であって、
前記伝達機構部として、前記回転出力軸の回転動力を増速させて前記副フライホイールに伝達させる増速伝達機構部を備えた点にある。
【０００７】
本構成によれば、主フライホイールは、原動機の回転出力軸の回転動力が直接伝達され、当該回転出力軸と同期して回転することになるので、回転出力軸には主フライホイールの慣性モーメントがそのまま付加されることになる。一方、副フライホイールは、原動機の回転出力軸の回転動力が増速伝達機構部により増速されて伝達され、当該回転出力軸及び主フライホイールに対して高速で回転することになるので、回転出力軸には副フライホイールの慣性モーメントが増幅されて付加されることになる。即ち、回転出力軸に対して要求される慣性モーメントを、主フライホイールの慣性モーメントで賄うのに加えて、増幅した副フライホイールの慣性モーメントにより賄うことができる。
よって、主フライホイールを小型化して、回転出力軸に対して要求される慣性モーメントに対する不足分を副フライホイールに負担させるにあたり、当該不足分の慣性モーメントよりも小さい慣性モーメントを有する小型の副フライホイールを採用することができる。
従って、本発明により、原動機の回転出力軸に対して要求される慣性モーメントを主フライホイールと副フライホールの回転により分配して賄いながら、合理的にこれらフライホイールの小型化を実現することができるフライホイール装置を実現することができる。
【０００８】
本発明の第２特徴構成は、前記副フライホイールが、前記主フライホイールと同軸上に配置され、
前記増速伝達機構部が、前記副フライホイールを前記主フライホイールとは逆方向に回転させる点にある。
【０００９】
本構成によれば、副フライホイールは、原動機の回転出力軸の回転動力が増速伝達機構部により増速且つ反転されて伝達され、当該回転出力軸及び主フライホイールよりも高速で且つ逆方向に回転する。すると、加減速時や起動又は停止時のように、原動機の回転出力軸の角速度が変動した場合であっても、互いに同軸上に配置された両フライホイールの運動エネルギの変化が相殺されることになる。このことで、両フライホイールの運動エネルギの変化に起因する原動機のローリング方向（回転出力軸周り）のガタツキ等を抑制することができ、例えばかかるガタツキ等を防止するためのストッパを省略又は簡略化することができる。
【００１０】
本発明の第３特徴構成は、前記回転出力軸の角速度に対する前記副フライホイールの角速度の増速比をλとし、前記回転出力軸に対して要求される慣性モーメントをＩとした場合に、
下記の式（１）及び式（２）の関係を満たすように、前記主フライホイールの慣性モーメントＩａ及び前記副フライホイールの慣性モーメントＩｂが設定されている点にある。    Ｉａ＝Ｉ／２       （１）
Ｉｂ＝Ｉ／２λ２    （２）
【００１１】
本構成によれば、主フライホイールの運動エネルギＥａと副フライホイールの運動エネルギＥｂは共に、Ｉ・ω２／４（ωは、回転出力軸の角速度を示す。）と等しくなる。その結果、回転出力軸の角速度の変動時において、互いに同軸上に配置された両フライホイールの運動エネルギの変化が確実に相殺されることになり、原動機のローリング方向のガタツキ等を一層良好に抑制することができる。
【００１２】
本発明の第４特徴構成は、前記増速伝達機構部が、前記主フライホイールの外周円環状部の内周面に設けられた内歯車と、前記副フライホイールのハブ部の外周面に設けられた外歯車と、当該内歯車と当該外歯車との間に介装された複数の遊星歯車と、当該複数の遊星歯車を軸支する遊星支持部とを有して構成されている点にある。
【００１３】
本構成によれば、回転出力軸と同期して主フライホイールの内歯車が回転すると、その回転動力が遊星支持部に軸支された遊星歯車を通じて上記内歯車よりも小径の副フライホイールの外歯車に伝達されることになる。このことで、主フライホイールの原動機側において主フライホイールと同軸上に副フライホイールを配置しながら、回転出力軸の回転動力を増速且つ反転させて副フライホイールに伝達させるための増速伝達機構部を合理的且つコンパクトに構成することができる。更に、加減速時や起動又は停止時のように、原動機の回転出力軸の角速度が変動した場合であっても、互いに同軸上に配置された両フライホイールの運動エネルギの変化が相殺されることになる。このことで、このような運動エネルギの変化に起因する原動機のローリング方向（回転出力軸周り）のガタツキ等を抑制することができ、例えばかかるガタツキ等を防止するためのストッパを省略又は簡略化することができる。
【００１４】
本発明の第５特徴構成は、前記遊星支持部が、前記原動機の本体に、弾性体を介して固定されている点にある。
【００１５】
本構成によれば、増幅伝達機構部を構成する複数の遊星歯車及びそれを軸支する遊星支持部には、主フライホイールの内歯車及び副フライホイールの外歯車から、これらフライホイールの回転方向に沿ったトルクが付加されることになるが、遊星支持部と原動機の本体との間に介装された弾性体により、遊星支持部に対して付加されるトルクの急激な変動を吸収して緩慢化することができる。このことで、増幅伝達機構部を構成する遊星歯車並びに外歯車及び内歯車の過負荷による損傷や破損等を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】フライホイール装置の概略構成図
【図２】フライホイール装置の立断面図
【図３】フライホイール装置の要部の側断面図
【図４】フライホイール装置の要部の側断面図
【図５】別実施形態のフライホイール装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
尚、図３に示す側断面図は、図２に示すフライホイール装置において主フライホイール１０の円盤部１０ｂと副フライホイール３０の円盤部３０ｂとの間を通る断面を右側から見た右側断面図であり、図４に示す側断面図は、図２に示すフライホイール装置において増速伝達機構部Ａの遊星歯車２０と副フライホイール３０の円盤部３０ｂとの間を通る断面を右側から見た右側断面図である。
【００１８】
本実施形態のフライホイール装置は、図１及び図２に示すように、エンジン１（原動機の一例）のエンジン本体１ａに対してベアリング３を介して回転自在に軸支されるクランクシャフト２（回転出力軸の一例）に取り付けられ、特に始動時や加減速時において当該クランクシャフト２に対して回転動力の蓄積又は放出を行って回転状態を安定化させるものとして構成されている。
【００１９】
このフライホイール装置は、エンジン１のクランクシャフト２に固定されて当該クランクシャフト２と同期回転する主フライホイール１０と、クランクシャフト２に対して回転自在に設けられた副フライホイール３０と、クランクシャフト２の回転動力を副フライホイール３０に伝達させる増速伝達機構部Ａとを備えて構成されている。
この構成により、クランクシャフト２の回転に連動して主フライホイール１０及び副フライホイール３０が回転する形態で、クランクシャフト２に対して主フライホイール１０及び副フライホイール３０の回転エネルギの蓄積又は放出が行われて、クランクシャフト２の回転状態の安定化が実現されている。
【００２０】
図３及び図４にも示すように、主フライホイール１０は、クランクシャフト２に外嵌固定されるハブ部１０ａと、ハブ部１０ａから径外方向に放射状に広がる円盤部１０ｂと、円盤部１０ｂの外周からエンジン本体１ａ側に延出する外周円環状部１０ｃとを一体的に形成して構成されている。また、この外周円環状部１０ｃのエンジン本体１ａ側の内周面には、後述する遊星歯車２０に噛み合う内歯車１１が設けられている。尚、この内歯車１１は、主フライホイール１０に対して一体的に形成しても構わないが、別体で構成して主フライホイール１０の外周円環状部１０ｃの内周面に圧入する形態で設けることもできる。
【００２１】
一方、副フライホイール３０は、主フライホイール１０と同軸上に配置されており、主フライホイール１０のハブ部１０ａのエンジン本体１ａ側にベアリング１５を介して回転自在に軸支されたハブ部３０ａと、当該ハブ部３０ａのエンジン本体１ａとは反対側から径外方向に放射状に広がる円盤部３０ｂと、当該円盤部３０ｂの外周に設けられた外周円環状部３０ｃとを一体的に形成して構成されている。また、このハブ部３０ａのエンジン本体１ａ側の外周面には、後述する遊星歯車２０に噛み合う外歯車３１が設けられている。尚、この外歯車３１は、副フライホイール３０に対して一体的に形成しても構わないが、別体で構成して副フライホイール３０のハブ部３０ａの外周面に圧入する形態で設けることもできる。
【００２２】
増速伝達機構部Ａは、クランクシャフト２の回転動力を増速且つ反転させて副フライホイール３０に伝達させるものとして構成されている。
即ち、この増速伝達機構部Ａは、主フライホイール１０の外周円環状部１０ｃの内周面に設けられた内歯車１１と、副フライホイール３０のハブ部３０ａの外周面に設けられた外歯車３１と、当該内歯車１１と当該外歯車３１との間に介装された複数（本実施形態では３個としている）の遊星歯車２０と、当該複数の遊星歯車２０を軸支してエンジン本体１ａに固定する遊星支持部４０とを有して構成されている。
また、遊星支持部４０は、ベアリング４１を介して各遊星歯車２０を回転自在に軸支する支持軸４２と、各支持軸４２を連結する環状の連結部材４３と、当該連結部材４３をエンジン本体１ａに固定する固定部材４４とで構成されている。
【００２３】
このような増速伝達機構部Ａを採用することで、クランクシャフト２と同期して主フライホイール１０の内歯車１１が回転するのと同時に、その回転動力が遊星支持部４０に軸支された遊星歯車２０を通じて上記内歯車１１よりも小径の副フライホイール３０の外歯車３１に伝達される。そして、主フライホイール１０の内歯車１１の歯数が副フライホイール３０の外歯車３１の歯数よりも多く、且つ、これらの間には１段の遊星歯車２０が介装されていることから、クランクシャフト２の回転動力は、主フライホイール１０に直接伝達されるのと同時に、その主フライホイール１０及び遊星歯車２０を介して増速且つ反転された状態で副フライホイール３０に伝達される。
【００２４】
クランクシャフト２の回転動力が主フライホイール１０に直接伝達されると、当該主フライホイール１０は、クランクシャフト２と同期回転することになるので、クランクシャフト２には主フライホイール１０の慣性モーメントがそのまま付加されることになる。一方、クランクシャフト２の回転動力が副フライホイール３０に増速されて伝達されると、当該副フライホイール３０は、クランクシャフト２及び主フライホイール１０に対して高速で回転することになるので、クランクシャフト２には副フライホイール３０の慣性モーメントが増幅されて付加されることになる。
【００２５】
即ち、クランクシャフト２の回転状態を安定化させるべく、そのクランクシャフト２に対して要求される慣性モーメントは、主フライホイール１０の慣性モーメントと、副フライホイール３０の慣性モーメントの増幅分とにより賄われることになる。このことで、主フライホイール１０を小型化して、クランクシャフト２に対して要求される慣性モーメントに対する不足分を副フライホイール３０に負担させるにあたり、副フライホイール３０としては、当該不足分の慣性モーメントよりも小さい慣性モーメントを有する小型のものを採用することができるようになる。
【００２６】
また、クランクシャフト２の回転動力が副フライホイール３０に反転されて伝達されるので、副フライホイール３０はそれと同軸上に配置された主フライホイール１０とは逆方向に回転することになる。すると、加減速時や起動又は停止時のように、エンジン１のクランクシャフト２の角速度が変動した場合であっても、互いに同軸上に配置された両フライホイール１０，３０の運動エネルギの変化が相殺される。このことで、このような両フライホイール１０，３０の運動エネルギの変化に起因するエンジン１のクランクシャフト２周りのガタツキ等が抑制される。
【００２７】
主フライホイール１０の慣性モーメントＩａ及び副フライホイール３０の慣性モーメントＩｂについては、上述したようなクランクシャフト２周りのガタツキを一層良好に抑制するべく、下記の式（１）及び式（２）の関係を満たすように設定されている。
【００２８】
Ｉａ＝Ｉ／２       （１）
Ｉｂ＝Ｉ／２λ２    （２）
ここで、
λは、クランクシャフト２の角速度（主フライホイール１０の角速度）に対する副フライホイール３０の角速度の増速比を示し、
Ｉは、クランクシャフト２に対して要求される慣性モーメントを示す。
【００２９】
このように主フライホイール１０及び副フライホイール３０の慣性モーメントＩａ，Ｉｂを夫々設定することで、主フライホイール１０の運動エネルギＥａと、副フライホイール３０の運動エネルギＥｂは、下記の式（３）及び式（４）に示すとおり、等しいものとなる。
【００３０】
Ｅａ＝Ｉａ・ω２／２＝（Ｉ／２）・ω２／２         ＝Ｉ・ω２／４    （３）
Ｅａ＝Ｉｂ・ω２／２＝（Ｉ／２λ２）・（λω）２／２＝Ｉ・ω２／４    （４）
【００３１】
よって、両フライホイール１０，３０の運動エネルギの変化が確実に相殺されることになり、この運動エネルギの変化に起因するクランクシャフト２周りのガタツキが一層良好に抑制されることになる。そして、このようなクランクシャフト２周りのガタツキが抑制されているので、エンジン１を支持するための支持部５（図１参照）等を簡素化することができる。
【００３２】
増速伝達機構部Ａにおいて遊星支持部４０をエンジン本体１ａに固定するための固定部材４４の胴部が、ゴム等の弾性体で構成されている。つまり、遊星支持部４０がエンジン本体１ａに対して弾性体を介して固定されている。この構成により、主フライホイール１０の内歯車１１及び副フライホイール３０の外歯車３１から複数の遊星歯車２０を介して遊星支持部４０に付加されるトルクの急激な変動が、弾性体で構成された固定部材４４により吸収されて緩慢化され、各歯車１１、２０，３１の過負荷による損傷や破損等が抑制されることになる。
【００３３】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態のフライホイール装置では、エンジン１に対して同じ側部に主フライホイール１０と副フライホイール３０とを配置したが、例えば図５に示すように、副フライホイール３０を、エンジン１に対して、主フライホイール１０とは反対側に配置することで、エンジン１の重心の偏りを抑制して、当該エンジン１を支持する支持部５に対する負荷バランスを均等化するように構成しても構わない。
【００３４】
具体的に、図５に示すフライホイール装置では、エンジン１の両側部にクランクシャフト２の両端部が突出しており、主フライホイール１０が、クランクシャフト２の一方側の端部２ａに固定されて、当該クランクシャフト２と同期回転する。
一方、副フライホイール３０は、主フライホイール１０とは反対側のエンジン本体１ａから突出する回転軸６に回転自在に軸支されている。
そして、クランクシャフト２の他方側の端部２ａに固定された第１歯車２５と、当該第１歯車２５に噛み合って副フライホイール３０に固定された第２歯車２６とを有して構成された増速伝達機構部Ｂが設けられている。そして、副フライホイール３０側の第２歯車２６の歯数がクランクシャフト２側の第１歯車２５よりも少ないことから、クランクシャフト２の回転動力が増速されて副フライホイール３０に伝達されることになる。
【００３５】
（２）上記実施形態では、遊星歯車２０を利用した増速伝達機構部Ａを採用することにより、副フライホイール３０を、主フライホイール１０と同軸上に配置すると共に、クランクシャフト２の回転動力を反転させて副フライホイール３０に伝達して、当該副フライホイール３０を主フライホイール１０とは逆方向に回転させるように構成したが、前述の図５に示すフライホイール装置の増速伝達機構部Ｂのように、別の構成の増速伝達機構部を採用して、副フライホイールを主フライホイールとは別の軸上に配置したり、副フライホイールを主フライホイールと同方向に回転させるように構成しても構わない。
【００３６】
（３）上記実施形態では、主フライホイール１０の運動エネルギと副フライホイール３０の運動エネルギとが等しくなるように、夫々のフライホイール１０，３０の慣性モーメントを設定したが、例えばエンジン１のクランクシャフト２周りのガタツキ等が許容できる範囲内において、これらの運動エネルギが異なるように構成しても構わない。
【００３７】
（４）上記実施形態では、遊星支持部４０の環状の連結部材４３をエンジン本体１ａに固定する固定部材４４の胴部を弾性体で構成して、遊星支持部４０に付加されるトルクの急激な変動を緩慢化するように構成したが、その急激な変動が問題とならない範囲において、この構成を簡略化又は省略しても構わない。
【符号の説明】
【００３８】
１        エンジン（原動機）
１ａ      エンジン本体
２        クランクシャフト（回転出力軸）
１０      主フライホイール
１０ｃ    外周円環状部
１１      内歯車
２０      遊星歯車
３０      副フライホイール
３０ａ    ハブ部
３１      外歯車
４０      遊星支持部
４２      支持軸
Ａ        増速伝達機構部
Ｂ        増速伝達機構部
【図１】
2018155130.tif 000003
【図２】
2018155130.tif 000004
【図３】
2018155130.tif 000005
【図４】
2018155130.tif 000006
【図５】
2018155130.tif 000007