(57)【要約】【課題】大きくすることなく、回転中に大きい回転モーメントが得られるフライホイールを提供する。【解決手段】フライホイール２は、回転軸に取り付けられるハブ部２１と、ハブ部２１に周方向に沿って設けられ且つ回転に伴って開閉する複数のスイング部２３とを備え、スイング部２３は、回転軸と平行な軸廻りに複数個の錘２７が揺動自在に連結された多関節構造を有する。【選択図】図２
2018053992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられるハブ部と、
前記ハブ部に周方向に沿って設けられ且つ回転に伴って開閉する複数のスイング部と
を備え、
前記スイング部は、前記回転軸と平行な軸廻りに複数個の錘が揺動自在に連結された多関節構造を有する
フライホイール。
【請求項２】
前記スイング部内の複数個の錘の数をｎ個（ｎは２以上の自然数である。）とし、
前記ハブ部側からｋ番目（ｋはｎ以下の自然数である。）の錘を第ｋ段の錘とし、
第１段の錘と前記ハブ部との連結部分を第１関節部とし、
第ｋ段の錘と第（ｋ−１）段の錘との連結部分を第ｋ関節部とすると、
各スイング部内の第ｋ関節部は、前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第（ｋ−１）関節部と前記回転軸の中心とを結ぶ仮想線上に位置しない
請求項１に記載のフライホイール。
【請求項３】
前記複数のスイング部における第ｋ段の複数の錘は、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第（ｋ−１）段の複数の錘と、第（ｋ＋１）段の複数の錘との間に存在する環状部分内に配され、
前記複数のスイング部における各段に位置する複数の錘は同じ形状をし、
前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、各段の複数の錘は、当該複数の錘が配される前記環状部分をジグゾパズル状に埋める
請求項２に記載のフライホイール。
【請求項４】
各スイング部内の複数個の錘は、前記ハブ部から離れるにしたがって大きくなる
請求項３に記載のフライホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転して慣性エネルギーを蓄えるフライホイールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フライホイールとして、回転始動時の慣性モーメントの負荷を小さくし、回転中の慣性モーメントを最大にするようなものが提案されている（例えば、特許文献１〜３）。
特許文献１に記載のフライホイールは、回転軸等に取り付けられるハブと、ハブに対して揺動自在に設けられたアームと、アームの先端側に固定された錘とを備え、停止時に小さく収容されていたアームが回転に伴って径方向の外方に広がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２０５３９３号公報
【特許文献２】特開平１１−３０２９３号公報
【特許文献３】特開平８−１７７９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のフライホイールにおいても、停止時よりも回転時の方が高い慣性モーメントが得られるが、装置自体を大きくすることなく、回転中の回転モーメントをさらに大きくしたいとの要望がある。
本発明が解決しようとする課題は、上記の要望に鑑み、回転中に大きい回転モーメントが得られるフライホイールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るフライホイールは、回転軸に取り付けられるハブ部と、前記ハブ部に周方向に沿って設けられ且つ回転に伴って開閉する複数のスイング部とを備え、前記スイング部は、前記回転軸と平行な軸廻りに複数個の錘が揺動自在に連結された多関節構造を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、多関節構造のスイング部を有するため、回転中の遠心力によりハブ部から離れるようにスイング部が開き、回転モーメントを大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の発電システムを示す概略図である。
【図２】（ａ）は実施形態の閉状態のフライホイールを示す図であり、（ｂ）はフライホイールの一部拡大図である。
【図３】実施形態の開状態のフライホイールを示す図である。
【図４】実施形態のフライホイールの閉状態から開状態に移行する状態を示す図である。
【図５】錘の数が３個のフライホイールを示す図である。
【図６】コイルバネを備える開状態のフライホイールを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜概要＞
本発明の一態様に係るフライホイールは、回転軸に取り付けられるハブ部と、前記ハブ部に周方向に沿って設けられ且つ回転に伴って開閉する複数のスイング部とを備え、前記スイング部は、前記回転軸と平行な軸廻りに複数個の錘が揺動自在に連結された多関節構造を有する。
本発明の別態様に係るフライホイールにおいて、前記スイング部内の複数個の錘の数をｎ個（ｎは２以上の自然数である。）とし、前記ハブ部側からｋ番目（ｋはｎ以下の自然数である。）の錘を第ｋ段の錘とし、第１段の錘と前記ハブ部との連結部分を第１関節部とし、第ｋ段の錘と第（ｋ−１）段の錘との連結部分を第ｋ関節部とすると、各スイング部内の第ｋ関節部は、前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第（ｋ−１）関節部の中心と前記回転軸の中心とを結ぶ仮想線上に位置しない。これにより、開状態のフライホイールの直径を閉状態のフライホイール直径よりも大きくできる。
本発明の別態様に係るフライホイールにおいて、前記複数のスイング部における第ｋ段の複数の錘は、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第（ｋ−１）段の複数の錘と、第（ｋ＋１）段の複数の錘との間に存在する環状部分内に配され、前記複数のスイング部における各段に位置する複数の錘は同じ形状をし、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、各段の複数の錘は、当該複数の錘が配される前記環状部分をジグゾパズル状に埋める。これにより、各段の複数の錘を大きくでき、回転中の回転モーメントを大きくできる。なお、「ジグゾパズル状」とは、対象の錘が、当該対象の錘に隣接する他の段の錘及び同じ段の錘により囲まれる領域の外縁形状と相似な形状又は同じ形状を有し、対象の錘が前記領域に嵌るように配された状態をいう。
本発明の別態様に係るフライホイールにおいて、各スイング部内の複数個の錘は、前記ハブ部から離れるにしたがって大きくなる。これにより、回転中の回転モーメントを大きくできる。
【０００９】
＜実施形態＞
実施形態として、本発明に係るフライホイールを回転させて発電する発電システムについて説明する。
【００１０】
１．全体構成
主に図１を用いて説明する。
発電システム１は、フライホイール２と、フライホイール２が取付けられる回転軸３と、回転軸３を回転させる回転駆動部５と、回転軸３の回転を利用して発電する発電機６とを有している。発電システム１は、回転駆動部５により回転軸３が回転駆動されることでフライホイール２が回転し、回転しているフライホイール２の回転を利用して発電機６が発電する。
【００１１】
フライホイール２は上下方向に延伸する回転軸３に固定される。回転軸３はフレーム７に軸受３１，３２等を介して支持されている。ここでは、回転軸３の下端側にフライホイール２が固定され、上端側が無段変速機５４に接続されていると共に発電用ホイール側ギア３４が取付けられている。
回転駆動部５は、駆動源５２と、上下方向に延伸する駆動軸５３と、無段変速機５４とを備える。なお、駆動源５２は例えばモータが利用される。
発電機６は、ダイナモ６１と、発電軸６２と、発電側ギア６３と、連結機構６４を備える。連結機構６４は、発電軸６２と回転軸３とを連結するものである。ここでは、発電軸６２は水平方向に、回転軸３は上下方向に、それぞれ延伸するように設けられている。このため、連結機構６４は、上下方向に延伸する連結軸６５と、連結軸６５の下端に設けられ且つ回転軸３の発電用ホイール側ギア３４と噛み合う発電側ギア６３と、発電軸６２と連結軸６５とを直交状態で連結するギアボックス６７とを有している。
【００１２】
２．フライホイール
図２及び図３を用いて説明する。
フライホイール２はハブ部２１と複数のスイング部２３とを備える。ハブ部２１は回転軸３（図１参照）に取り付けられる。複数のスイング部２３はハブ部２１に周方向に沿って設けられている。フライホイール２の回転に伴ってハブ部２１に対して複数のスイング部２３が揺動する。
フライホイール２の回転が停止している場合又は回転が低速である場合、図２に示すように、複数のスイング部２３はハブ部２１に沿って近接している。このときスイング部２３は閉じているといい、この状態を閉じた状態や閉状態という。スイング部２３が閉じた状態では、フライホイール２の全体形状は円形状又は円形状に似た形状となる。
フライホイール２の回転が高速である場合、図３に示すように、スイング部２３はハブ部２１の径方向の外方へと延伸する。このときスイング部２３は開いているといい、この状態を開いた状態や開状態という。
【００１３】
（１）ハブ部
ハブ部２１は回転軸３に取り付けられる取付機能を有している。取付としては以下のような例がある。例１として、ハブ部２１は中央に貫通孔を有し、当該貫通孔を挿通する回転軸３をキー等により固定してもよい。例２として、ハブ部２１はボスを有し、ボスの貫通孔又は穴（凹み）に挿入された回転軸３をネジ等で固定してもよい。例３として、回転軸３の一端をフランジ状にし、フランジ部にハブ部２１をネジ等で固定してもよい。
【００１４】
ハブ部２１の外周形状は、例えば、正８角形等の多角形状や円形状をしている。ここでのハブ部２１の外周形状は円形状をしている。ハブ部２１の周縁付近にはスイング部２３を揺動自在に固定する固定機能を有する。一例としての固定機能は、回転軸３と平行に設けられた貫通孔（図示省略）により構成される。貫通孔はスイング部２３の個数に対応した数だけ少なくとも有し、複数の貫通孔は周方向に等間隔をおいて設けられている。ここでの貫通孔の数は８個あり、４５［度］間隔で設けられている。
スイング部２３は揺動軸２５−１を利用して取り付けられる。揺動軸２５−１は回転軸３と平行であってハブ部２１の貫通孔を挿通する。揺動軸２５−１として例えば先端にネジ部を有するボルト体２５ａを利用できる。ボルト体２５ａは、スイング部２３のハブ部２１側の錘２７−１の貫通孔（図示省略）とハブ部２１の貫通孔とを挿通し、ナット体２５ｂと螺合する。
なお、スイング部２３を回転軸３と平行な軸廻りに揺動自在にハブ部２１に取り付けることができれば、ボルト体２５ａやナット体２５ｂを利用しなくてもよい。
【００１５】
（２）スイング部
（２−１）概略
スイング部２３は、回転軸３と平行な軸廻りに揺動自在に複数個の錘（２７）が連結された多関節構造を有している。なお、多関節とは、２以上の関節部を有するものをいう。
ここで、複数個の錘（２７）の数をｎ個（ｎは２以上の自然数である。）とし、ハブ部２１側からｋ番目（ｋはｎ以下の自然数である。）の錘を第ｋ段の錘２７−ｋとし、第１段の錘２７−１とハブ部２１との連結部分を第１関節部２５−１とし、第ｋ段の錘２７−ｋと第（ｋ−１）段の錘２７−（ｋ−１）との連結部分を第ｋ関節部２５−ｋとする。
なお、「ｎ」は１つのスイング部２３における錘（２７）の数を表す変数であり、２以上の自然数を意味する。なお、段数に関係なく、錘を指す場合は符号「２７」を使用し、関節部を指す場合は符号「２５」を使用する。
【００１６】
本例では、図１〜図４に示すように、１つのスイング部２３の錘２７の数は２個（ｎが「２」の場合である。）である。ハブ部２１に近い（内側に存在する）錘２７が第１段の錘２７−１となり、ハブ部２１から遠い（外側に存在する）錘２７が第２段の錘２７−２となる。
第１段の錘２７−１とハブ部２１との連結部分である第１関節部２５−１は、スイング部２３とハブ部２１とを連結する揺動軸２５−１である。このため、第１関節部の符号も揺動軸２５−１と同じ「２５−１」とする。
第２段の錘２７−２と第１段の錘２７−１との連結部分である第２関節部２５−２も回転軸３と平行な揺動軸が利用される。この揺動軸も、第１関節部２５−１の揺動軸２５−１と同様に、ボルト体２５ａとナット体２５ｂとから構成されている。
なお、第１関節部２５−１はスイング部２３内にあるものとする。
【００１７】
（２−２）錘の位置関係
ｎ＝２の本例では、回転軸３の延伸する方向から閉状態のスイング部２３を見たとき、図２に示すように、第２関節部２５−２は、第１関節部２５−１と回転軸３の中心Ｏとを結ぶ仮想線Ｘ１−１上に位置しない。なお、回転軸３の中心Ｏはハブ部２１の中心と一致し、ハブ部２１の中心の符号も「Ｏ」を使う。
つまり、錘の数がｎの場合、各スイング部２３内の第ｋ関節部２５−ｋは、回転軸３の延伸する方向から閉状態のスイング部２３を見たときに、第（ｋ−１）関節部２５−（ｋ−１）と回転軸３の中心Ｏとを結ぶ仮想線Ｘ１−（ｋ−１）上に位置しない。
【００１８】
さらに言うとｎ＝２の本例では、すべてのスイング部２３の第２関節部２５−２は、第１関節部２５−１と回転軸３の中心Ｏとを結ぶ仮想線Ｘ１−１に対して時計まわり側に位置する。
つまり、錘の数がｎの場合、すべてのスイング部２３内の第ｋ関節部２５−ｋは、回転軸３の延伸する方向から閉状態のスイング部２３を見たときに、第（ｋ−１）関節部２５−（ｋ−１）と回転軸３の中心Ｏとを結ぶ仮想線Ｘ１−（ｋ−１）に対して同じ側に存在する。
なお、フライホイール２を回転軸３の延伸する方向であって図２で見た側と反対側から見ると、第２関節部２５−２の位置は反時計まわり側に位置する。つまり、反時計まわり、時計まわりに関係なく、すべての第ｋ関節部２５−ｋが対応する仮想線Ｘ１−（ｋ−１）に対して同じ側にあればよい。これにより、図４に示すように、スイング部２３が開いたときに錘２７がハブ部２１からスムーズに離れる。
【００１９】
（２−３）錘の形状
全てのスイング部２３における同じ段に位置する複数の錘２７は同じ形状をしている。ｎ＝２の本例において、第１段のすべての錘２７−１の形状は同じであり、第２段のすべての錘２７−２の形状は同じである。なお、本例において、第１段のすべての錘２７−１の数は８個であり、第２段のすべての錘２７−２の数は８個である。
閉状態のフライホイール２を回転軸３の延伸する方向から見たとき、つまり、図２において、第１段の複数の錘２７−１はハブ部２１から１番目に位置する第１環状部分２８−１内にジグゾパズル状に位置する。また、第２段の複数の錘２７−２は第１環状部分２８−１の外側に位置する第２環状部分２８−２内にジグゾパズル状に位置する。図２の（ａ）では、第１環状部分２８−１を右上がりのハッチングで示し、第２環状部分２８−２を左上がりのハッチングで示す。
【００２０】
すなわち、錘２７の数がｎ個の場合、第ｋ段の複数の錘２７−ｋはハブ部２１からｋ番目の位置する第ｋ環状部分２８−ｋ内に配される。そして、第ｋ段の複数の錘２７−ｋは第ｋ環状部分２８−ｋ内をジグゾパズル状に埋めるような形状を有する。これにより、フライホイール２の直径を大きくすることなく、環状部分に配される錘２７の重量・サイズを大きくできる。また、このようなジグゾパスル状に埋まる形状にすることにより、１つのスイング部２３だけが独立して開いたり閉じたりせずに、すべてのスイング部２３が連動して開いたり閉じたりするようになる。
なお、第ｋ環状部分は、換言すると、第ｋ−１段の複数の錘２７−（ｋ−１）と、第ｋ＋１段の複数の錘２７−（ｋ＋１）との間に位置する環状部分である。
【００２１】
（２−３−１）第１段から第（ｎ−１）段の錘
第ｋ段の錘２７−ｋ（ｋは、ｎより小さい自然数である。）の錘２７−ｋは、例えば三角形状又は三角形状に近い形状をしている。第ｋ段の錘２７−ｋにおける２つの頂角部分でハブ部２１や他の錘（２７−（ｋ＋１）や２７−（ｋ−１）である。）と連結される。
【００２２】
錘の数が２個（ｎ＝２）の本例について図２の（ｂ）を用いて錘２７−１Ａの形状を説明する。第１関節部２５−１と第２関節部２５−２とに挟まれた辺を第１辺２７−１ａとし、内側の第１関節部２５−１の頂角を挟む辺であって第１辺２７−１ａでない方の辺を第２辺２７−１ｂとし、残りの辺を第３辺２７−１ｃとする。
第１段の錘２７−１Ａの第１辺２７−１ａは、スイング部２３が閉じている状態において、ハブ部２１に近い第１関節部２５−１から周方向における第１の方向（ここでは時計回りの方向である。）に隣接する他の錘２７−１Ｂ（図２の（ａ）参照）の第１関節部２５−１の近くを通るように構成されている。
同じく第１段の錘２７−１Ａの第２辺２７−１ｂは、周方向における第２方向（ここでは反時計回りの方向である。）に隣接する他の錘２７−１Ｃ（図２の（ａ）参照）の第１辺２７−１ａの近傍を通り且つ当該他の錘２７−１Ｃの第１辺２７−１ａと平行になるように構成されている。
【００２３】
これを錘の数がｎ個のスイング部２３について当てはめると、第ｋ（ｋは「ｎ」より小さい自然数である。）段の錘２７−ｋの第１辺２７−ｋａは、第ｋ関節部２５−ｋから周方向における第１の方向に隣接する他の錘２７−ｋの第ｋ関節部２５−ｋの近くを通るように構成されている。
同様に、第ｋ（ｋは「ｎ」より小さい自然数である。）段の錘２７−ｋの第２辺２７−ｋｂは、周方向における第２の方向に隣接する他の錘２７−ｋの第１辺２７−ｋａの近傍を通り且つ当該他の錘２７−ｋの第１辺２７−ｋａと平行になるように構成されている。
【００２４】
錘の数が２個の本例について図２を用いて錘２７−１の辺の長さを説明する。第１段の錘２７−１Ａの第２辺２７−１ｂの長さは、周方向の第２の方向に隣接する錘２７−１Ｃにおける外側の第２関節部２５−２の近傍まで延伸するように構成されている。これにより、閉状態のスイング部２３を回転軸３の延伸する方向から見ると、第１環状部分２８−１が複数の錘２７−１によって埋まるように構成される。
これを錘の数がｎ個のスイング部２３について当てはめると、第ｋ（ｋは「ｎ」より小さい自然数である。）段の錘２７−ｋの第２辺２７−ｋｂは、周方向における第２の方向に隣接する他の錘２７−ｋの第（ｋ＋１）関節部２５−（ｋ＋１）の近傍を通るように構成されている。
【００２５】
換言すると、第ｋ段の錘２７−ｋは、第１辺２７−ｋａが周方向における第１の方向に隣接する錘２７−ｋの第２辺２７−ｋｂと平行になるように構成されている。第１辺２７−ｋａと第２辺２７−ｋｂとの間の角度は、第ｋ関節部２５−ｋの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ線分と、周方向の第１又は第２の方向に隣接する第ｋ段の錘２７−ｋの第ｋ関節部２５−ｋの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ線分との間の角度と略等しい。
なお、正確には、周方向に隣接する錘２７−ｋ同士の接触を防ぐために、第１辺２７−ｋａと第２辺２７−ｋｂとの間の角度は、第ｋ関節部２５−ｋの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ線分と、周方向に隣接する第ｋ段の錘２７−ｋの第ｋ関節部２５−ｋの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ線分との間の角度よりも少し小さい。
【００２６】
（２−３−２）第ｎ段の錘
最外周に位置する第ｎ段の錘２７−ｎは、矩形状に近い形状をしている。図２を用いて、錘２７の数が２のとき（ｎ＝２）の錘２７−２Ａの形状を説明する。
第１段の錘２７−１Ａと連結される第２関節部２５−２は矩形状をする第２段の錘２７−２Ａの１つの角に位置する。第２段の錘２７−２Ａにおける第２関節部２５−２を挟む２辺の内、周方向に沿って延びる長辺を第１長辺２７−２ａとし、当該第１長辺２７−２ａと対向する長辺を第２長辺２７−２ｂとする。第２関節部２５−２を挟む２辺の内、径方向に沿って延びる短辺を第１短辺２７−２ｃとし、当該第１短辺２７−２ｃと対向する短辺を第２短辺２７−２ｄとする。
【００２７】
第２段の錘２７−２Ａの第１長辺２７−２ａは、スイング部２３が閉じている状態（図２の（ａ）の状態である。）では、第１段の錘２７−１Ａの周方向の第１の方向に隣接する第１段の錘２７−１Ｂの第３辺２７−１ｃの近傍を通り且つ当該第３辺２７−１ｃと平行になるように構成されている。
第２段の錘２７−２Ａの第２長辺２７−２ｂは、スイング部２３が閉じている状態で、フライホイール２の外周形状が円形状となるような円弧状をしている。
第２段の錘２７−２Ａの第１短辺２７−２ｃ及び第２短辺２７−２ｄは、スイング部２３が閉じている状態では、径方向と略平行になるように構成されている。特に、第１短辺２７−２ｃは、スイング部２３が開いた際に、図３の下方に延伸するスイング部２３Ｄに示すように、径方向（図３中の仮想線Ｙが延伸する方向である）と略直交するように構成されている。
第２段の錘２７−２Ａの第２短辺２７−２ｄと第２長辺２７−２ｂとの交点は、スイング部２３が開いた際に、図３の下方に延伸するスイング部２３Ｄに示すように、第２関節部２５−２の中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ仮想線Ｙ上に位置するように構成されている。なお、この仮想線Ｙ上に第１関節部２５−１も位置するように、錘２７の形状・重心位置等が設定されている。
【００２８】
これを錘２７の数がｎ個のスイング部２３について当てはめると、第ｎ段の錘２７−ｎにおける第ｎ関節部２５−ｎを挟む２辺の内、周方向に沿って延びる長辺は第１長辺２７−ｎａとなり、当該第１長辺２７−ｎａと対向する長辺は第２長辺２７−ｎｂとなる。第ｎ関節部２５−ｎを挟む２辺の内、径方向に沿って延びる短辺は第１短辺２７−ｎｃとなり、当該第１短辺２７−ｎｃと対向する短辺は第２短辺２７−ｎｄとなる。
【００２９】
第ｎ段の錘２７−ｎの第１長辺２７−ｎａは、スイング部２３が閉じている状態では、当該錘２７−ｎに連結されている第（ｎ−１）段の錘２７−（ｎ−１）に対して周方向の第１の方向に隣接する錘２７−（ｎ−１）の第３辺２７−（ｎ−１）ｃの近傍を通り且つ当該第３辺２７−（ｎ−１）ｃと平行になるように構成されている。
第２長辺２７−ｎｂは、スイング部２３が閉じている状態で、フライホイール２の外周形状が円形状となるような円弧状をしている。なお、第２長辺２７−ｎｂは円弧でなく、例えば、直線であってもよく、全体として多角形状となるようにしてもよい。
第１短辺２７−ｎｃ及び第２短辺２７−ｎｄは、スイング部２３が閉じた状態では、径方向と略平行になるように構成されている。特に、第１短辺２７−ｎｃは、スイング部２３が開いたときに、径方向と略直交するように構成されている。第２短辺２７−ｎｄと第２長辺２７−ｎｂとの交点は、スイング部２３が開いたときに、第ｎ関節部２５−ｎの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ仮想線Ｙ上に位置するように構成されている。
【００３０】
（２−４）錘の大きさ（面積）
スイング部２３を回転軸３の延伸方向から見たとき、スイング部２３のｎ個の錘２７の大きさ（面積）は最もハブ部２１から離れた第ｎ段の錘２７−ｎが最も大きくなるように構成されている。これにより、回転中の回転モーメントを大きくできる。
スイング部２３のｎ個の錘２７の大きさ（面積）は、ハブ部２１から離れるにしたがって大きくなるように構成されている。これにより、回転中の回転モーメントを大きくできる。
【００３１】
（２−５）錘の重量
スイング部２３のｎ個の錘２７の重量は、ハブ部２１から離れるにしたがって重くなる方が好ましい。これにより、回転中の回転モーメントを大きくできる。なお、回転始動時に小さい駆動力で回転させたい場合は、ハブ部２１から遠い錘２７を小さく（面積及び重量とも）すればよい。つまり、フライホイール２の使用目的によりｎ個の錘２７の大きさ・重量及びこれらのバランスを適宜設定すればよい。
実施形態のスイング部２３の錘２７−１、２７−２は、ボルト体２５ａ及びナット体２５ｂを利用した揺動軸２５−ｎで連結されている。このため、例えば、各錘２７を複数枚の板材で構成している場合、枚数を適宜変更することで使用目的に合ったスイング部２３を得ることができる。なお、複数枚の板材は、回転軸３の延伸する方向から見たときの形状が同じであればよく、厚みは同じであってもよいし、異なってもよい。
【００３２】
（２−６）スイングの開閉時の外周径
図４を用いて、錘２７の数が２の場合（ｎ＝２）の開閉時の外周径について説明する。
第１段の錘２７−１の第１辺２７−１ａは第２辺２７−１ｂよりも長くなるように構成されている（図２参照）。これにより、第１段の錘２７−１の第２関節部２５−２を通る円周の直径が閉状態よりも開状態の方が大きくなる。
最外周に位置する第２段の錘２７−２の第１長辺２７−２ａは第１短辺２７−２ｃよりも長く構成されている（図２参照）。これにより、第２段の錘２７−２の最外位置（第２長辺２７−２ｂと第２短辺２７−２ｄとの交点位置）を通る円周の直径が閉状態より開状態の方が大きくなる。
フライホイール２における各スイング部２３の第１段の錘２７−１の第１辺２７−１ａを第２辺２７−１ｂよりも長く、しかも第２段の錘２７−２の第１長辺２７−２ａを第１短辺２７−２ｃよりも長くそれぞれ構成することで、閉状態の最外位置を通る円周の直径を小さく、開状態の最外位置を通る円周の直径を大きくできる。
【００３３】
これを錘２７の数がｎ個のスイング部２３について当てはめると、第１段の錘２７−１から第（ｎ−１）段の錘２７−（ｎ−１）のそれぞれの第１辺２７−１ａ〜２７−（ｎ−１）ａは第２辺２７−１ｂ〜２７−（ｎ−１）ｂよりも長く構成されている。最外周に位置する第ｎ段の錘２７−ｎにおける第１長辺２７−ｎａは第１短辺２７−ｎｃよりも長く構成されている。
【００３４】
３．実施例
フライホイール２について実施例を図２及び図４を用いて説明する。
ここで説明する例は一実施例であり、本発明をこの例に限定するものではない。
スイング部２３は合計で８個あり、周方向に等間隔をおいて設けられている。
各スイング部２３の段数は２であり、錘２７の数が２である（ｎ＝２）。８個の第１関節部２５−１を通る仮想円の直径Ｄ３は９４．６[ｍｍ]であり、８個の第２関節部２５−２を通る仮想円の直径Ｄ４は２５２[ｍｍ]である。
第１段の錘２７−１の第１辺２７−１ａは１５８[ｍｍ]、第２辺２７−１ｂは８８[ｍｍ]、第３辺２７−１ｃは１１８[ｍｍ]で各頂点がＲ加工されている（丸くなっている）。
第２段の錘２７−２の第１長辺２７−２ａは９４[ｍｍ]、第１短辺２７−２ｃは７０[ｍｍ]、第２短辺２７−２ｄは５９[ｍｍ]である。第２長辺２７−２ｂは半径１９０［ｍｍ］の円弧であって４５［度］分である。
フライホイール２の閉状態の外径Ｄ１は３８０[ｍｍ]、開状態の外径Ｄ２は５５０[ｍｍ]である。なお、閉状態の外周円に対する開状態の外周円の拡がり度（Ｄ２／Ｄ１）は、１．４５倍である。
【００３５】
＜変形例＞
以上、一実施形態に係る発電システム１及びフライホイール２を説明したが、この実施形態に限られるものではなく、例えば、以下のような変形例であってもよい。また、実施形態と変形例とを組み合わせたものでもよいし、変形例同士を組み合わせたものでもよい。また、実施形態や変形例に記載していない例や要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。
【００３６】
１．発電システム
実施形態の発電システム１は、フライホイール２を回転駆動させる駆動源５２としてモータを利用しているが、例えば、内燃機関等のエンジンを利用してもよい。また、発電システムは、蓄電池を備え、フライホイールの回転により発電した電力の一部を蓄電池に蓄えるようにしてもよい。
また、実施形態では、フライホイール２が取り付けられる回転軸３が上下方向に延伸しているが、上下方向と交差する方向の回転軸としてもよい。但し、回転中のスイング部の重力の作用を考慮すると、回転軸は上下方向の方が好ましい。
【００３７】
２．フライホイール
（１）用途
実施形態のフライホイール２は発電システム１に利用されているが、他の用途にも利用することができる。他の用途としては、例えば、エンジンの回転脈動を平滑化するためにエンジンの回転軸に取り付ける場合がある。
【００３８】
（２）スイング部
スイング部は、フライホイールの回転軸が上下方向に延伸する場合、奇数個、偶数個に関係なく、複数個あればよい。逆に回転軸が例えば水平方向の場合、偶数個の方が好ましい。
【００３９】
（３）錘
錘の形状は、当該錘が属する段の環状部分をジグゾパズル的に埋めるように構成されていたが、錘が属する段の環状部分に閉状態のときに隙間が存在するような形状であってもよい。但し、回転中の回転モーメントを大きくしたい場合は隙間を少なくする方が好ましい。
実施形態では、１つのスイング部２３の錘（２７）の数が２個であった（n＝２）が、３以上であってもよい。以下、錘の数が３個の場合（ｎ＝３）について図５を用いて説明する。
【００４０】
フライホイール１０２は、ハブ部２１と８個のスイング部１２３を有する。なお、図５では１つのスイング部１２３に符号を入れている。
スイング部１２３は、内側から、第１段の錘１２７−１、第２段の錘１２７−２、第３段の錘１２７−３の３個を有している。
第１段の錘１２７−１は第１関節部１２５−１によりハブ部２１に揺動自在に連結されている。第２段の錘１２７−２は第２関節部１２５−２により第１段の錘１２７−１に揺動自在に連結されている。第３段の錘１２７−３は第３関節部１２５−３により第２段の錘１２７−２に揺動自在に連結されている。
【００４１】
回転軸の延伸する方向から閉状態のスイング部１２３を見たとき、第２関節部１２５−２は第１関節部１２５−１の中心と回転軸３の中心Ｏとを結ぶ仮想線１Ｘ−１上に位置しない。同様に、第３関節部１２５−３は第２関節部１２５−２の中心と回転軸３の中心Ｏとを結ぶ仮想線１Ｘ−２上に位置しない。
さらに言うと、すべてのスイング部１２３の第２関節部１２５−２及び第３関節部１２５−３は、第１関節部２５−１の中心と回転軸３の中心Ｏとを結ぶ仮想線１Ｘ−１に対して時計まわり側に位置する。
本例においても、同じ段に位置する複数の錘１２７は同じ形状をしている。閉状態のフライホイール１０２を回転軸の延伸する方向から見たとき、つまり、図５において、第１段の錘１２７−１は第１環状部分内にジグゾパズル状に位置し、第２段の錘１２７−２は第２環状部分内にジグゾパズル状に位置し、第３段の錘１２７−３は第３環状部分内にジグゾパズル状に位置する。
【００４２】
（４）関節部
複数個の関節部は、第１関節部とハブ部２１の中心とを結ぶ仮想線に対して時計廻り側に存在しているが、例えば、仮想線に対して交互に時計廻り側と、反時計廻り側とを行き来するような存在してもよい。
【００４３】
（５）揺動軸
実施形態の揺動軸２５は、ボルト体２５ａを利用し、軸に相当するものが存在する。しかしながら、錘を揺動自在に連結できればよく、一方の錘が貫通孔を有し、他方の錘が一方の錘の貫通孔に嵌合する円筒状、円柱状又は半球状に突出する凸部により構成することもできる。
【００４４】
（６）その他
フライホイール２，１０２は、スイング部２３，１２３の開閉を調整する調整手段を備えてもよい。調整手段としては、例えば、コイルバネやゴムバンド等の弾性体等を利用できる。
一例として、弾性体としてのコイルバネ２９を実施形態のフライホイール２に設けた変形例について図６を用いて説明する。
フライホイール２は、スイング部２３の改変を調整するためのコイルバネ２９を有している。コイルバネ２９は周方向に隣接する第２関節部２５−２を接続（連結）している。
錘２７の数がｎ個の場合、例えば、スイング部２３の第ｋ関節部２５−ｋと、当該スイング部２３に周方向に隣接する他のスイング部２３の第ｋ関節部２５−ｋとを弾性体で接続することで実施できる。
また、図６とは異なるが、スイング部２３の第２関節部２５−２と、このスイング部２３に周方向に隣接する他のスイング部２３の第１関節部２５−１とを接続してもよい。錘２７の数がｎ個の場合について説明すると、スイング部２３の第ｋ関節部２５−ｋと、当該スイング部２３に周方向に隣接する他のスイング部２３の第（ｋ−１）関節部２５−（ｋ−１）とを弾性体で接続してもよい。
なお、バネ定数（弾性率）の異なる弾性体を利用することで、フライホイール２が所定の回転数のときにスイング部２３が全開するように設定できる。
【符号の説明】
【００４５】
２    フライホイール
２１    ハブ部
２３    スイング部
２５    関節部
２７    錘
【図１】
2018053992.tif 000003
【図２】
2018053992.tif 000004
【図３】
2018053992.tif 000005
【図４】
2018053992.tif 000006
【図５】
2018053992.tif 000007
【図６】
2018053992.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月24日(2017.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられるハブ部と、
前記ハブ部に周方向に沿って設けられ且つ回転に伴って開閉する複数のスイング部と
を備え、
前記複数のスイング部は同じ構成をし、
前記スイング部は、前記回転軸と平行な軸廻りに複数個の錘が揺動自在に連結された多関節構造を有する
フライホイール。
【請求項２】
各スイング部における最外周に位置する錘よりも内側に位置する１個又は複数個の錘は、前記回転軸の延伸する方向から見たときに、三角形状又は三角形状に近い形状をし、当該三角形の最も長い辺の両端部分で他の錘又前記ハブ部と連結されている
請求項１に記載のフライホール。
【請求項３】
前記スイング部内の複数個の錘の数をｎ個（ｎは２以上の自然数である。）とし、
前記ハブ部側からｉ番目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数である。）の錘を第ｉ段の錘とすると、
前記複数のスイング部における各段に位置する複数の錘は同じ形状をし、
（１）ｉ＝１の場合
前記複数のスイング部における第１段の複数の錘は、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第２段の複数の錘と前記ハブ部との間に存在する環状部分内をジグゾパズル状に埋め、
（２）２≦ｉ≦ｎ−１の場合
前記複数のスイング部における第ｉ段の複数の錘は、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第（ｉ−１）段の複数の錘と第（ｉ＋１）段の複数の錘との間に存在する環状部分内をジグゾパズル状に埋める
請求項１又は２に記載のフライホイール。
【請求項４】
各スイング部内の複数個の錘は、前記ハブ部から離れるにしたがって大きくなる
請求項３に記載のフライホイール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
＜概要＞
本発明の一態様に係るフライホイールは、回転軸に取り付けられるハブ部と、前記ハブ部に周方向に沿って設けられ且つ回転に伴って開閉する複数のスイング部とを備え、前記複数のスイング部は同じ構成をし、前記スイング部は、前記回転軸と平行な軸廻りに複数個の錘が揺動自在に連結された多関節構造を有する。
本発明の別態様に係るフライホイールにおいて、各スイング部における最外周に位置する錘よりも内側に位置する１個又は複数個の錘は、前記回転軸の延伸する方向から見たときに、三角形状又は三角形状に近い形状をし、当該三角形の最も長い辺の両端部分で他の錘又前記ハブ部と連結されている。これにより、開状態のフライホイールの直径を閉状態のフライホイール直径よりも大きくできる。
本発明の別態様に係るフライホイールにおいて、前記スイング部内の複数個の錘の数をｎ個（ｎは２以上の自然数である。）とし、前記ハブ部側からｉ番目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数である。）の錘を第ｉ段の錘とすると、前記複数のスイング部における各段に位置する複数の錘は同じ形状をし、
（１）ｉ＝１の場合
前記複数のスイング部における第１段の複数の錘は、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第２段の複数の錘と前記ハブ部との間に存在する環状部分内をジグゾパズル状に埋め、
（２）２≦ｉ≦ｎ−１の場合
前記複数のスイング部における第ｉ段の複数の錘は、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第（ｉ−１）段の複数の錘と第（ｉ＋１）段の複数の錘との間に存在する環状部分内をジグゾパズル状に埋める。これにより、各段の複数の錘を大きくでき、回転中の回転モーメントを大きくできる。なお、「ジグゾパズル状」とは、対象の錘が、当該対象の錘に隣接する他の段の錘及び同じ段の錘により囲まれる領域の外縁形状と相似な形状又は同じ形状を有し、対象の錘が前記領域に嵌るように配された状態をいう。
本発明の別態様に係るフライホイールにおいて、各スイング部内の複数個の錘は、前記ハブ部から離れるにしたがって大きくなる。これにより、回転中の回転モーメントを大きくできる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
（２）スイング部
（２−１）概略
スイング部２３は、回転軸３と平行な軸廻りに揺動自在に複数個の錘（２７）が連結された多関節構造を有している。なお、多関節とは、２以上の関節部を有するものをいう。
ここで、複数個の錘（２７）の数をｎ個（ｎは２以上の自然数である。）とし、ハブ部２１側から１番目の錘を第１段の錘２７−１とし、第１段の錘２７−１とハブ部２１との連結部分を第１関節部２５−１とし、ハブ部２１側からｋ番目（ｋは２以上であってｎ以下の自然数である。）の錘を第ｋ段の錘２７−ｋとし、第ｋ段の錘２７−ｋと第（ｋ−１）段の錘２７−（ｋ−１）との連結部分を第ｋ関節部２５−ｋとする。
なお、「ｎ」は１つのスイング部２３における錘（２７）の数を表す変数であり、２以上の自然数を意味する。なお、段数に関係なく、錘を指す場合は符号「２７」を使用し、関節部を指す場合は符号「２５」を使用する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
すなわち、錘２７の数がｎ個の場合、第ｉ段（ｉは（ｎ−１）以下の自然数である。）の複数の錘２７−ｉはハブ部２１からｉ番目の位置する第ｉ環状部分２８−ｉ内に配される。そして、第ｉ段の複数の錘２７−ｉは第ｉ環状部分２８−ｉ内をジグゾパズル状に埋めるような形状を有する。これにより、フライホイール２の直径を大きくすることなく、環状部分に配される錘２７の重量・サイズを大きくできる。また、このようなジグゾパズル状に埋まる形状にすることにより、１つのスイング部２３だけが独立して開いたり閉じたりせずに、すべてのスイング部２３が連動して開いたり閉じたりするようになる。
なお、第１環状部分は、第２段の複数の錘２７−２とハブ部２１との間の位置する環状部分である。ｉが２以上で（ｎ−１）以下の場合の第ｉ環状部分は、換言すると、第（ｉ−１）段の複数の錘２７−（ｉ−１）と、第（ｉ＋１）段の複数の錘２７−（ｉ＋１）との間に位置する環状部分である。なお、第ｎ環状部分は、第（ｎ−１）段の複数の錘２７−（ｎ−１）の外側に位置する環状部分である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
（２−３−１）第１段から第（ｎ−１）段の錘
第ｉ段の錘２７−ｉ（ｉは（ｎ−１）以下の自然数である。）の錘２７−ｉは、例えば三角形状又は三角形状に近い形状をしている。ここで、ｉ＝１では錘２７−１における２つの頂角部分でハブ部２１や第２段の錘２７−２と連結され、ｉ≧２では第ｉ段の錘２７−ｉにおける２つの頂角部分で他の錘（２７−（ｉ＋１）や２７−（ｉ−１）である。）と連結される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
これを錘の数がｎ個のスイング部２３について当てはめると、第ｉ（ｉは（ｎ−１）以下の自然数である。）段の錘２７−ｉの第１辺２７−ｉａは、第ｉ関節部２５−ｉから周方向における第１の方向に隣接する他の錘２７−ｉの第ｉ関節部２５−ｉの近くを通るように構成されている。
同様に、第ｉ（ｉは（ｎ−１）以下の自然数である。）段の錘２７−ｉの第２辺２７−ｉｂは、周方向における第２の方向に隣接する他の錘２７−ｉの第１辺２７−ｉａの近傍を通り且つ当該他の錘２７−ｉの第１辺２７−ｉａと平行になるように構成されている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
錘の数が２個の本例について図２を用いて錘２７−１の辺の長さを説明する。第１段の錘２７−１Ａの第２辺２７−１ｂの長さは、周方向の第２の方向に隣接する錘２７−１Ｃにおける外側の第２関節部２５−２の近傍まで延伸するように構成されている。これにより、閉状態のスイング部２３を回転軸３の延伸する方向から見ると、第１環状部分２８−１が複数の錘２７−１によって埋まるように構成される。
これを錘の数がｎ個のスイング部２３について当てはめると、第ｉ（ｉは（ｎ−１）以下の自然数である。）段の錘２７−ｉの第２辺２７−ｉｂは、周方向における第２の方向に隣接する他の錘２７−ｉの第（ｉ＋１）関節部２５−（ｉ＋１）の近傍を通るように構成されている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
換言すると、第ｉ段の錘２７−ｉは、第１辺２７−ｉａが周方向における第１の方向に隣接する錘２７−ｉの第２辺２７−ｉｂと平行になるように構成されている。第１辺２７−ｉａと第２辺２７−ｉｂとの間の角度は、第ｉ関節部２５−ｉの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ線分と、周方向の第１又は第２の方向に隣接する第ｉ段の錘２７−ｉの第ｉ関節部２５−ｉの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ線分との間の角度と略等しい。
なお、正確には、周方向に隣接する錘２７−ｉ同士の接触を防ぐために、第１辺２７−ｉａと第２辺２７−ｉｂとの間の角度は、第ｉ関節部２５−ｉの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ線分と、周方向に隣接する第ｉ段の錘２７−ｉの第ｉ関節部２５−ｉの中心とハブ部２１の中心Ｏとを結ぶ線分との間の角度よりも少し小さい。
【手続補正書】
【提出日】平成29年9月12日(2017.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられるハブ部と、
前記ハブ部に周方向に沿って設けられ且つ回転に伴って開閉する複数のスイング部と
を備え、
前記複数のスイング部は同じ構成をし、
前記スイング部は、前記回転軸と平行な軸廻りに複数個の錘が揺動自在に連結された多関節構造を有し、
前記スイング部内の複数個の錘の数をｎ個（ｎは２以上の自然数である。）とし、
前記ハブ部側からｉ番目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数である。）の錘を第ｉ段の錘とすると、
前記複数のスイング部における各段に位置する複数の錘は同じ形状をし、
（１）ｉ＝１の場合
前記複数のスイング部における第１段の複数の錘は、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第２段の複数の錘と前記ハブ部との間に存在する環状部分内をジグゾパズル状に埋め、
（２）２≦ｉ≦ｎ−１の場合
前記複数のスイング部における第ｉ段の複数の錘は、前記スイング部が閉じた状態を前記回転軸の延伸する方向から見たときに、第（ｉ−１）段の複数の錘と第（ｉ＋１）段の複数の錘との間に存在する環状部分内をジグゾパズル状に埋める
フライホイール。
【請求項２】
各スイング部における最外周に位置する錘よりも内側に位置する１個又は複数個の錘は、前記回転軸の延伸する方向から見たときに、三角形状又は三角形状に近い形状をし、当該三角形の最も長い辺の両端部分で他の錘又前記ハブ部と連結されている
請求項１に記載のフライホール。
【請求項３】
各スイング部内の複数個の錘は、前記ハブ部から離れるにしたがって大きくなる
請求項１又は２に記載のフライホイール。