JP5988952B2 - 車輪及び車輪装置及び倒立振子型車両 - Google Patents

Description

本発明は、車輪及び車輪装置及び倒立振子型車両に関し、更に詳細には、オムニホイール式の車輪及びその車輪を用いた車輪装置及びその車輪装置を用いた倒立振子型車両に関する。

円盤状の基部部材（ハブ）の外周部に複数個のフリーローラがハブ中心と同心の円周（同心円周）上に配列され、各フリーローラが各々の配置部において前記同心円周に対して接線をなす方向に延在する軸線周りに転動（自転）可能であるオムニホイール式の車輪が知られている（例えば、特許文献１、２、３）。この複数個のフリーローラは、円周方向には等ピッチで、基部部材の軸線方向で見てハブ中心を中心として放射状配置になる。

特許第３３８１８４８号公報 特開２０１０−６３５２号公報 特開２０１０−１９５２４５号公報

従来のオムニホイール式の車輪では、基部部材の外周部に、当該外周部より径方向外方に突出した支持アームが設けられ、支持アームにフリーローラの回転軸（支持軸）が取り付けられている。このため、フリーローラは、基部部材の半径より、必ずフリーローラの半径より大きい寸法分大きい半径の円周上に配列されることになり、円周半径の増大に応じて互いに隣接するフリーローラ間の間隙が大きくなる。このことは、車輪のハブ中心周りの円滑な回転を阻害し、振動及び騒音を発生する原因になる。

フリーローラの個数を増やすことによってフリーローラ間の間隙を小さくすることができるが、これは、部品点数及び組付工数の増加、車輪重量の増大を招く。

本発明が解決しようとする課題は、フリーローラの個数を増やすことなくフリーローラ間の間隙を小さくすることができ、併せて車輪の小型化及び軽量化を可能にすることである。

本発明による車輪は、円盤状の基部部材（１１０）と、前記基部部材（１１０）から周方向に間隔をおいて軸線方向に延出する支持アーム（１１４）と、前記支持アーム（１１４）の各々に取り付けられ、自身の配置部における前記基部部材（１１０）と同心の円周に対して略接線をなす方向に延在する軸線周りに転動可能なフリーローラ（１４０）とを有する。

この構成によれば、フリーローラ（１４０）を基部部材（１１０）の半径より小さい半径の円周上に配列することが可能になる。これにより、フリーローラ（１４０）の個数を増やすことなくフリーローラ１４０間の間隙を小さくすることができ、振動及び騒音が少ない小型かつ軽量のオムニホイール式の車輪（５）を得ることができる。

本発明による車輪は、好ましくは、前記支持アーム（１１４）は、前記略接線をなす方向に板厚を有する板状をしていて、前記略接線をなす方向の両側面部（１１４Ａ）に各々前記フリーローラ１４０）を転動可能に支持している。

この構成によれば、支持アーム（１１４）の個数はフリーローラ（１４０）の個数の１／２でよく、部品点数および組立工数の削減と軽量化とを図ることができる。

本発明による車輪は、好ましくは、前記支持アーム（１１４）は、前記基部部材（１１０）の外周側から中心側に向かうに従って前記板厚が小さくなっていて、前記側面部（１１４Ａ）より当該側面部（１１４Ａ）に直交する方向に突出した軸部（１２０）を有し、前記軸部（１２０）に前記フリーローラ（１４０）が転動可能に取り付けられている。

この構成によれば、各フリーローラ（１４０）を、自身の配置部における基部部材（１１０）と同心の円周に対して接線をなす方向に延在する軸線周りに転動可能に支持することができ、全てのフリーローラ（１４０）の転動が円滑なオムニホイール式の車輪（５）を得ることができる。

本発明による車輪は、好ましくは、前記基部部材（１１０）は、当該基部部材（１１０）の外周部に開口した凹部（１１２）を当該基部部材（１１０）の円周方向に間隔をおいて複数有し、前記支持アーム（１１４）は、前記凹部（１１０）に挿入される差込み部（１１６）と、前記差込み部（１１６）が前記凹部（１１２）に挿入されることにより前記基部部材（１１０）に軸線方向に移動不能に係合する係合部（１１８）とを有し、前記基部部材（１１０）には、前記係合部（１１６）が前記凹部（１１２）より前記基部部材（１１０）の径方向外方に離脱しないように前記支持アーム（１１４）を前記基部部材（１１０）に固定する固定部材（１２４）が取り付けられている。

この構成によれば、支持アーム（１１４）が、基部部材（１１０）に対する周方向位置、径方向位置および軸線方向位置を位置決めされて、基部部材（１１０）に確実且つ簡単に取り付けられる。

本発明による車輪は、好ましくは、前記固定部材（１２４）は、前記支持アーム（１１４）の全てを一括して前記基部部材（１１０）の中心側に押さえ込む一つの保持部材（１２４）によって構成されている。

この構成によれば、多くの固定部材が必要でないので、部品点数および組立工数の削減と軽量化とが図られる。

本発明による車輪は、好ましくは、前記保持部材（１２４）は、前記支持アーム（１１４）を前記基部部材（１１０）の中心側に押さえるばね片部（１２６）を有している。

この構成によれば、ばね片部（１２６）の弾性変形により、支持アーム（１１４）や凹部（１１２）に製造上の寸法ばらつき等があっても、複数個の支持アーム（１１４）を一つの保持部材（１２４）によって一括して固定することができる。

本発明による車輪装置は、上述の発明による車輪（５）と、前記車輪（５）の前記基部部材（１１０）の軸線方向で見て前記支持アーム（１１４）の延出方向の側に配置されて前記基部部材（１１０）を当該基部部材（１１０）の中心軸線周りに回転駆動する電動モータ（１３３）と、一端を前記基部部材（１１０）に固定されて前記電動モータ（１３３）の回転を前記基部部材（１１０）に伝達する回転軸（１３９）と、前記回転軸（１１０）の軸線方向に離れた２箇所に配置されて各々前記回転軸（１３９）を固定側より回転可能に支持する軸受部（１５３、１５４）とを有し、前記回転軸（１３９）の軸線方向で見て前記２箇所の軸受部（２１５３、１５４）の配置位置間に前記フリーローラ（１４０）の回転中心が位置している。

この構成によれば、車輪（５）の支持部に作用するラジアル荷重および偏荷重が軽減され、車輪（５）の支持剛性が高くなる。

本発明による倒立振子型車両は、車体（２）と、複数の回転自在な従動ローラ（５４）を当該フリーローラ従動ローラ（５４）の回転軸線が円環状をなすように組み合わせてなり、床面あるいは路面に接する接地点を有する主輪（３）と、前記車体（２）に取り付けられ、前記主輪（３）を支持すると共に前記主輪（３）を円環中心周りに回転駆動及び／又は前記従動ローラ（５４）を自身の回転軸線周りに回転駆動する駆動装置（６１）と、前記駆動装置（６１）によって前記主輪（３）の円環中心周りの回転駆動と前記従動ローラ（５４）の回転軸線周りの回転駆動とを制御し、前記車体（２）を所定の起立姿勢に保つ倒立振子制御を行う倒立振子制御装置とを有する倒立振子型車両であって、前記車体（２）に上下方向に回動可能に取り付けられた副輪支持アーム（１０１）と、前記副輪支持アーム（１０１）に取り付けられ、前記主輪（３）の接地点より離れた位置にて接地する副輪（５）とを有し、当該副輪（５）が上述の発明による車輪装置の車輪によって構成されている。

この構成によれば、副輪（５）が、振動及び騒音が少ない小径のオムニホイール式の車輪によって適切に構成される。

本発明による車輪によれば、フリーローラを基部部材の半径より小さい半径の円周上に配列することが可能になり、フリーローラの個数を増やすことなくフリーローラ間の間隙を小さくすることができ、オムニホイール式の車輪の小型化及び軽量化を図ることができる。

本発明による倒立振子型車両の一つの実施形態を示す斜視図。 ホイールカバーを取り外した状態の倒立振子型車両の側面図。 ホイールカバーを取り外して示す倒立振子型車両の正面図。 本発明による車輪および車輪装置の一つの実施形態を示す斜視図。 本実施形態による車輪および車輪装置の部分断面側面図。 本実施形態による車輪の要部の断面図。 本実施形態による車輪の正面図。 本実施形態による車輪の分解斜視図。 本実施形態による車輪に用いられる支持アーム部材の斜視図。 他の実施形態による車輪および車輪装置の部分断面側面図。

まず、図１〜図３を参照して本実施形態による車輪及び車輪装置が用いられる倒立振子型車両について説明する。

倒立振子型車両１は、車体骨格をなす車体フレーム２と、主輪３を含む主輪ユニット４と、副輪５を含む副輪ユニット６と、主輪ユニット４を駆動する駆動ユニット７と、駆動ユニット７及び副輪ユニット６を制御する電装ユニット８と、電装ユニット８に電力を供給するバッテリパック９と、乗員が着座するためのサドルユニット１１とを有する。

車体フレーム２は、上下に延びる左右一対のサイドポスト２１と、左右に延び、左右のサイドポスト２１を連結するアッパビーム２２及びミドルビーム２３とを有している。

左右のサイドポスト２１の下端部にはマウント部材２６が取り付けられている。マウント部材２６は、車体の一部をなし、主輪ユニット４のディスク支持軸２５を支持するマウント基部３１と、マウント基部３１から上方に延びてサイドポスト２１に固定されるポスト接合部３２と、マウント基部３１から下方に延びるステップ接合部３３とを有している。ステップ接合部３３には乗員の足裏を支持するためのフットステップ７１が取り付けられている。

サドルユニット１１は、乗員の臀部を支持するサドル８４と、サドル８４を車体フレーム２に支持するサドルポスト８５とを有している。サドル８４は、骨格（底板）をなす板状のベース８６と、ベース８６の上部に取り付けられた可撓性のパッド８７とを有している。左右一対のサドルポスト８５は、上下に延びる柱状をなし、その上端がベース８６の下部に接合されている。左右のサドルポスト８５は、左右のサイドポスト２１の上端開口に挿入され、サイドポスト２１に支持される。左右のサイドポスト２１の上端付近には、サイドポスト２１を径方向に貫通する調整ねじ８８が螺着されている。左右のサドルポスト８５には、直径方向に貫通し、調整ねじ８８を受容する受容孔（不図示）が形成されている。受容孔は、サドルポスト８５の長手方向に沿って複数形成されている。調整ねじ８８が通過する受容孔を選択することによって、サイドポスト２１に対するサドルポスト８５の挿入深さが選択される。すなわち、サイドポスト２１に対するサドル８４の高さを調整することができる。

アッパビーム２２には左右一対の上側ブラケット３７が前方に突出するように接合されている。ミドルビーム２３には左右一対の下側ブラケット３８が前方に突出するように接合されている。上側ブラケット３７及び下側ブラケット３８にはボルト締結によって駆動ユニット７が取り付けられている。これにより、駆動ユニット７は左右のサイドポスト２１の上部前方に配置される。

アッパビーム２２は上部後側にバッテリパック９を支持するためのバッテリケース４１が取り付けられている。バッテリケース４１は、後方に向けて開口する箱形に形成され、内部にバッテリパック９とのコネクタ（不図示）を有している。バッテリパック９は、後方からバッテリケース４１に挿入されることによって、バッテリケース４１内に収納されると共にコネクタに接続されている。

左右のサイドポスト２１の上下方向における中間部には、ボルトボスである電装ユニット接合部４３が設けられている。電装ユニット接合部４３には、電装ユニット８の外殻をなす電装ケース４４がボルト締結され、電装ケース４４はバッテリケース４１の直下、すなわちサイドポスト２１の上部後方に配置されている。

主輪ユニット４は、左右のマウント部材２６間及び左右のサイドポスト２１間に配置されている。主輪ユニット４は、車幅方向（左右方向）に水平に延在する前述のディスク支持軸２５と、ディスク支持軸２５の外周に互いに独立して回転可能に支持された左右の駆動ディスク５０と、左右の駆動ディスク５０間に配置された円環状の主輪３と、左右の駆動ディスク５０の各々に接合されたコグベルト用の左右の従動プーリ５１とを有する。

主輪３は、倒立振子制御に基づき駆動される車輪であり、金属製の円環部材５３と、円環部材５３の外周に取り付けられた複数個の従動ローラ５４（フリーローラ）とにより構成され、従動ローラ５４において接地する。従動ローラ５４は、円環部材５３の環方向（円周方向）に複数個設けられ、各々自身の配置位置における円環部材５３の接線を回転中心として、つまり接線方向に延在する軸線周りに、個々に転動（自転）可能になっている。

左右の駆動ディスク５０は、円環部材５３の中心半径より小さい外径の円盤形をなし、その外周部は略円錐台形をなす。駆動ディスク５０の外周部には、周方向に等間隔をおいて複数の駆動ローラ５８が回転可能に支持されている。左側の駆動ディスク５０の駆動ローラ５８と右側の駆動ディスク５０の駆動ローラ５８とは、左右対称形をなすように配置され、各駆動ローラ５８の回転中心は駆動ディスク５０の回転中心に対してねじれの関係となるように配置されている。これにより、左右の駆動ローラ５８は、左右対称形をなし、はすば歯車の歯すじに似た傾斜配置となっている。

駆動ディスク５０の駆動ローラ５８の外周部は、主輪３の従動ローラ５４の外周部に押し付けられた状態で接触している。左右の駆動ディスク５０の駆動ローラ５８が左右両側から従動ローラ５４を挟むことにより、主輪３は、左右の駆動ディスク５０の間に車幅方向（左右方向）に略水平に延在する中心軸線（公転軸線）をもって無軸状態で支持され、左右の駆動ディスク５０と共に自身の中心を回転中心として回転（公転）可能となっている。

駆動ユニット７は、左右一対の電動モータ６１と、減速装置６２と、左右一対のコグベルト用の駆動プーリ６３とを有する。減速装置６２は、１つのギヤケース６４と、ギヤケース６４内に支持された左側の電動モータ６１用のギヤ列（不図示）と、ギヤケース６４内に支持された右側の電動モータ６１用のギヤ列（不図示）とを有する。左右の電動モータ６１は、ギヤケース６４の左右の側部に、ギヤケース６４を挟んで互いにロータ軸（不図示）が同軸となるように接合されている。減速装置６２における２つのギヤ列の各出力軸６７は、互いに同軸にギヤケース６４の左右の側部から突出している。各ギヤ列の出力軸６７は、左右の電動モータ６１のロータ軸と平行に配置されており、左側の電動モータ６１に対応したギヤ列の出力軸６７は左方に突出し、右側の電動モータ６１に対応したギヤ列の出力軸６７は右方に突出している。左右の出力軸６７には各々駆動プーリ６３が取り付けられている。

左右において対応する駆動プーリ６３及び従動プーリ５１には無端のコグベルト６６が掛け渡されている。駆動プーリ６３は、従動プーリ５１に対して直径が小さく、かつ歯数が少なく設定されている。これにより、左側の電動モータ６１の回転力は、減速装置６２の左側のギヤ列、左側の従動プーリ５１、コグベルト６６、左側の従動プーリ５１を介して左側の駆動ディスク５０に伝達される。同様に、右側の電動モータ６１の回転力は、減速装置６２の右側のギヤ列、右側の従動プーリ５１、コグベルト６６、右側の従動プーリ５１を介して右側の駆動ディスク５０に伝達される。

主輪３、左右の駆動ディスク５０、左右の従動プーリ５１、左右の駆動プーリ６３、及びコグベルト６６を覆うように合成樹脂製のホイールカバー７０が設けられている。ホイールカバー７０の下部は、開口を有しており、主輪３の下部が外部に露出している。

左右のマウント部材２６には、ディスク支持軸２５と同一の軸線を中心として上下方向に回動可能に左右の副輪支持アーム１０１が取り付けられている。左右の副輪支持アーム１０１の後端部には支持プレート１０２が取り付けられている。支持プレート１０２には副輪ユニット６が取り付けられている。

副輪ユニット（車輪装置）６は、電動モータ１３３と、減速装置１３４と、オムニホイール式の副輪５とを有し、電動モータ１３３のハウジング（アウタケース）１３６が支持プレート１０２に固定されている。

副輪ユニット６は、電動モータ１３３を車体前側にして電動モータ１３３より車体後方側に減速装置１３４と副輪５とを順に有しているので、電動モータ１３３が副輪５より車体に近い側に位置する配置で、副輪支持アーム１０１に取り付けられることになる。電動モータ１３３の前端部には、電動モータ１３３の回転角を検出するための回転角センサ１３５が取り付けられている。支持プレート１０２には副輪５の上方及び後方左右側方を覆う副輪カバー１３７が取り付けられている。

上述の配置によって、副輪５は、前後方向に略水平に延在する中心軸線（公転軸線）を有し、副輪ユニット６の自重によって主輪３の接地点より後方に離れた位置にて接地し、電動モータ１３３によって回転（公転）駆動される。

電装ユニット８は、いずれも図示しない主輪ＰＤＵ、副輪ＰＤＵ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、及びＩ／Ｏインターフェースと、ジャイロセンサ９１とを有している。主輪ＰＤＵは駆動ユニット７を制御するための主輪制御用パワードライブユニットであり、副輪ＰＤＵは副輪ユニット６を制御するための副輪制御用パワードライブユニットである。ＤＣ−ＤＣコンバータは、バッテリパック９から供給される直流電圧を所定の直流電圧に降圧する。ジャイロセンサ９１は、所定の軸線（例えば、鉛直線）に対する車体フレーム２の傾斜角及び角速度を検出する。主輪ＰＤＵ、副輪ＰＤＵ、ＤＣ−ＤＣコンバータ、及びＩ／Ｏインターフェースは、箱形の電装ケース４４内に収容されている。

電装ケース４４は、左右のサイドポスト２１に設けられた電装ユニット接合部４３にボルト締結され、バッテリケース４１の下方かつ主輪ユニット４の上方に配置される。側方から見て電装ケース４４は、大部分が左右のサイドポスト２１よりも後方に配置される。ジャイロセンサ９１は、電装ケース４４の底面に接合され、上下方向において電装ケース４４と主輪ユニット４との間に配置されている。

つぎに、倒立振子型車両１の走行動作について説明する。主輪ＰＤＵは、ジャイロセンサ９１により計測される車体フレーム２の前後左右の傾斜角及び角速度の変化よりサドルユニット１１に着座した乗員を含む倒立振子型車両１全体の重心位置を随時演算する。

主輪ＰＤＵは、乗員を含む倒立振子型車両１全体の重心がニュートラル位置（例えば、ディスク支持軸２５の上方）にある時には、倒立振子制御則に従った制御処理に基づいて駆動ユニット７の電動モータ６１を駆動し、車体フレーム２を直立姿勢に維持する。

このとき、副輪ＰＤＵは、旋回制御則に従った制御処理に基づいて副輪ユニット６の電動モータ１３３を停止状態に維持する。これにより、副輪５は回転しない。

乗員を含む倒立振子型車両１全体の重心がニュートラル位置より前側に移動すると、主輪ＰＤＵが倒立振子制御則に従った制御処理のもとに、駆動ユニット７の電動モータ６１をそれぞれ正転方向に同一速度で駆動する。電動モータ６１の駆動によって、左右の駆動ディスク５０が同一速度で前転し、主輪３が自身の輪中心を回転軸として正転、つまり、前進方向に公転する。このとき、左右の駆動ディスク５０に回転速度差が生じないため、駆動ディスク５０の駆動ローラ５８及び主輪３の従動ローラ５４が自転せず、倒立振子型車両１は真っ直ぐに前進する。

乗員を含む倒立振子型車両１全体の重心がニュートラル位置より後側に移動すると、主輪ＰＤＵが倒立振子制御則に従った制御処理のもとに、左右の駆動ユニット７の電動モータ６１をそれぞれ逆転方向に同一速度で駆動する。電動モータ６１の駆動によって、左右の駆動ディスク５０が同一速度で逆転し、主輪３が自身の輪中心を回転軸として逆転、つまり、後進方向に公転する。このとき、左右の駆動ディスク５０に回転速度差が生じないため、駆動ディスク５０の駆動ローラ５８及び主輪３の従動ローラ５４が自転せず、倒立振子型車両１は真っ直ぐに後進する。

前進時及び後進時には、副輪ＰＤＵは、旋回制御則に従った制御処理のもとに、副輪ユニット６の電動モータ１３３の停止状態が維持され、副輪５は公転しない。このとき、倒立振子型車両１の前進に伴って後述する副輪５のフリーローラ１４０が自転する。

乗員を含む倒立振子型車両１全体の重心がニュートラル位置より左側あるいは右側に移動すると、主輪ＰＤＵが、倒立振子制御則に従った制御処理のもとに、駆動ユニット７の電動モータ６１を、互いに異なった回転方向及び又は回転速度に駆動する。電動モータ６１の駆動によって、左右の駆動ディスク５０間に回転速度差が生じ、左右の駆動ディスク５０の回転力による円周（接線）方向の力に対し、この力に直交する向きの分力が左右の駆動ローラ５８と主輪３の従動ローラ５４との接触面に作用する。この分力によって従動ローラ５４が自身の中心軸線回りに回転（自転）することになる。

従動ローラ５４の回転は、左右の駆動ディスク５０の回転速度差によって定まる。例えば、左右の駆動ディスク５０を互いに同一速度で逆向きに回転させると、主輪３は全く公転せず、従動ローラ５４の自転だけが生じる。これにより、主輪３には左右方向の走行力が加わることになり、倒立振子型車両１は、左右方向に移動（真横移動）する。また、左右の駆動ディスク５０を同一方向に相違した速度で回転させると、主輪３の公転と共に従動ローラ５４の自転が生じる。これにより、倒立振子型車両１は、斜め前方や斜め後方に移動する。

このとき、副輪ＰＤＵは、旋回制御則に従った制御処理のもとに、副輪ユニット６の電動モータ１３３を駆動し、副輪５を回転（公転）させる。主輪３の従動ローラ５４の回転による移動量と、副輪５の回転による移動量とに差が生じることによって倒立振子型車両１は旋回する。

つぎに、図４〜図９を参照して本実施形態による副輪（車輪）５を含む副輪ユニット６について説明する。

副輪５は円盤状の基部部材（ハブ部材）１１０を有する。基部部材１１０は、円形の中心部１１０Ａと、円環状の外周部１１０Ｂと、小径側を中心部１１０Ａの外周部に接続され且つ大径側を外周部１１０Ｂの内周部に接続された円錐部１１０Ｃを有して薄皿状にプレス成形されている。

外周部１１０Ｂには基部部材１１０の外周端面に開口した半径方向に長いスリット状の凹部１１２が基部部材１１０の円周方向に等間隔をおいて複数（１０個）形成されている。周方向に隣接する凹部１１２間の外周部１１０Ｂには幅広形状のリブ１１０Ｄが形成されている。

基部部材１１０は、中心部１１０Ａと円錐部１１０Ｃとの境界部および円錐部１１０Ｃと外周部１１０Ｂと境界部に、円環状の折曲稜線が存在し、しかもリブ１１０Ｄを有することにより、高剛性、特に曲げ剛性が高いハブ部材になる。

基部部材１１０には凹部１１２毎に支持アーム１１４が一つずつ取り付けられている。支持アーム１１４は、各々の取付位置にて基部部材１１０の円周に対して接線をなす方向に所定の板厚を有する板状をなしていて、接線をなす方向（板厚方向）の両側に側面部１１４Ａを有する。

支持アーム１１４の一端近傍（取付基端部）の上半分には両側面部１１４Ａに形成された凹溝１１４Ｂによって他の部分より板厚が小さい且つ凹部１１２の形状及び大きさに略等しい差込み部１１６が形成されている。差込み部１１６の下側（支持アーム１１４の一端近傍の下半分）は切欠部１１４Ｃになっている。凹溝１１４Ｂ及び切欠部１１４Ｃの対向する両側面（基部部材１１０の軸線方向に対向する側面）は、連続した平面になっていて、差込み部１１６が凹部１１２に挿入されることにより基部部材１１０の軸線方向の両面に当接する係合部１１８、つまり基部部材１１０に軸線方向に移動不能に係合する係合部１１８になっている。支持アーム１１４の一端近傍の上面は傾斜面１１４Ｄになっている。

支持アーム１１４は、基部部材１１０の外周側から中心側に向かうに従って板厚が小さくなった楔形の正面形状をしている。支持アーム１１４には両側面部１１４Ａより当該側面部１１４Ａに直交する方向に突出した支持軸部１２０が鍛造等によって一体形成されている。

支持アーム１１４は、差込み部１１６が凹部１１２に挿入されて基部部材１１０の周方向に嵌合することにより基部部材１１０の周方向の取付位置を確実且つ簡単に決められ、係合部１１８が基部部材１１０の軸線方向の両面に当接することにより基部部材１１０の軸線方向の取付位置を確実且つ簡単に決められる。

基部部材１１０の背面（後面）には保持部材１２４が取り付けられている。保持部材１２４は、基部部材１１０の外周部１１０Ｂに略等しい円環板状のプレス成形品であり、外周部１１０Ｂに形成されたねじ孔１１１に螺合する複数個（５個）のボルト１２２によって外周部１１０Ｂに固定されている。保持部材１２４の外周部には、各支持アーム１１４に対応する周方向位置に舌片状のばね片部１２６が突出形成されている。ばね片部１２６は、弾性変形状態で支持アーム１１４の傾斜面１１４Ｄに当接し、支持アーム１１４を基部部材１１０の中心側に押さえている。これにより、支持アーム１１４は、差込み部１１６が凹部１１２より基部部材１１０の径方向に離脱しないように、基部部材１１０に固定され、径方向の取付位置を確実且つ簡単に決められる。

このようにして、支持アーム１１４は基部部材１１０に対する周方向位置と径方向位置と軸線方向位置のすべてを位置決めされて基部部材１１０に確実且つ簡単に取り付けられる。更には、１０個の支持アーム１１４が一枚の保持部材１２４と５個のボルト１２２とによって基部部材１１０に一括して固定されるから、部品点数および組立工数の削減と軽量化とが図られる。

更に、各支持アーム１１４は、個別のばね片部１２６によって押さえられるので、ばね片部１２６の弾性変形により、支持アーム１１４や凹部１１２に製造上の寸法ばらつき等があっても、複数個の支持アーム１１４を一枚の保持部材１２４によって一括して固定することができる。

このようにして基部部材１１０に固定された複数個の支持アーム１１４は基部部材１１０から周方向に等間隔をおいて軸線方向に延出する。支持アーム１１４の基部部材１１０よりの延出方向は、保持部材１２４とは反対の基部部材１１０の前側であり、基部部材１１０より前側に離れた位置に支持軸部１２０が位置する。

支持アーム１１４の両側の支持軸部１２０にはフリーローラ１４０が取り付けられている。フリーローラ１４０は、ボールベアリング１４２と、ボールベアリング１４２のアウタレースの外周部に加硫接着されたゴム外周部１４４とによって構成され、ボールベアリング１４２のインチレースを支持軸部１２０の外周部に圧入等によって固定されている。

これにより、各支持アーム１１４は、フリーローラ１４０を支持軸部１２０によって２個ずつ、各フリーローラ１４０の自身の配置部における基部部材１１０と同心の円周に対して接線をなす方向に延在する軸線周りに転動可能に片持ち支持する。これにより、支持アーム１１４の個数は、フリーローラ１４０の個数の１／２でよく、部品点数および組立工数の削減と軽量化とを図ることができる。

基部部材１１０の中心部１１０Ａの前側には複数個（３個）のボルト１３２によって減速装置１３４の回転出力部材１３８の後側が固定されている。これにより、電動モータ１３３及び減速装置１３４は、基部部材１１０の軸線方向で見て支持アーム１１４の延出方向の側に配置され、基部部材１１０を当該基部部材１１０の中心軸線周りに回転駆動する。

上述の構成による副輪（車輪）５では、基部部材１１０から軸線方向に延出する支持アーム１１４にフリーローラ１４０が取り付けられているので、フリーローラ１４０は、基部部材１１０の半径より、フリーローラ１４０の半径より大きい寸法分大きい半径の円周上に配列されることはなく、基部部材１１０の半径より小さい半径の円周上に配列することが可能になる。

これにより、フリーローラ１４０の個数を増やすことなくフリーローラ１４０間の間隙を小さくすることができるので、振動及び騒音が少ない小型（小径）軽量のオムニホイール式の副輪５を得ることができる。このような副輪５（車輪）は、寸法上及び強度上、倒立振子型車両の旋回用の副輪に適している。

また、本実施形態では、減速装置１３４の一部が円環列のフリーローラ１４０の内方に配置されていることにより、副輪５と電動モータ１３３と減速装置１３４と回転角センサ１３５とによる副輪ユニット６の軸線方向寸法を短くすることができる。このことにより、副輪ユニット６の小型化が可能になり、主輪３と副輪５との間隔（ホイールベース）を小さくできるので、副輪５を公転させて行う倒立振子型車両１の最小旋回半径を小さくでき、倒立振子型車両１の旋回性能が向上する。

図１０に示されているように、ボルト１５１によって副輪５の基部部材１１０に連結された減速装置１３４の出力軸１３９が軸線方向に離れた２個のボールベアリング１５３及び１５４によって固定側のハウジング１５２より回転可能に支持されている場合、フリーローラ１４０が基部部材１１０から軸線方向に延出する支持アーム１１４に取り付けられていれば、出力軸１３９の軸線方向で見て、２箇所のボールベアリング１５３及び１５４の配置位置間に、フリーローラ１４０の回転中心線Ｃ、つまりフリーローラ１４０の接地位置を位置させることができる。

これにより、副輪５の支持部に作用するラジアル荷重および偏荷重が軽減され、副輪５の支持剛性が高くなる。

以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

たとえば、支持アーム１１４は、プレス成形や鍛造によって基部部材１１０と一体に形成されていもよい。各支持アーム１１４は片側にのみフリーローラ１４０を支持してもよい。支持アーム１１４は、必ずしも基部部材１１０の外周側から中心側に向かうに従って板厚が小さくなった楔形の正面形状をしていなくてよく、フリーローラ１４０の回転軸線は自身の配置部における基部部材１１０と同心の円周に対して略接線をなす方向に延在する軸線であってもよい。基部部材１１０は基本的には円盤状であるが、部分的に肉抜きされたような形状であってもよい。保持部材１２４は分割された複数個の部品によって構成されていてもよい。また、保持部材１２４に代えて止めねじ等の固定部材によって差込み部１１６が凹部１１２より基部部材１１０の径方向外方に離脱しないように支持アーム１１４を基部部材１１０に固定する構成でもよい。

また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１ 倒立振子型車両
２ 車体フレーム（車体）
３ 主輪
４ 主輪ユニット
５ 副輪（車輪）
６ 副輪ユニット
７ 駆動ユニット
８ 電装ユニット
９ バッテリパック
１１ サドルユニット
５１ 従動プーリ
５３ 円環部材
５４ 従動ローラ
５８ 駆動ローラ
６１ 電動モータ
１０１ 副輪支持アーム
１１０ 基部部材
１１２ 凹部
１１４ 支持アーム
１１６ 差込み部
１１８ 係合部
１２０ 支持軸部
１２４ 保持部材（固定部材）
１２６ ばね片部
１３３ 電動モータ
１４０ フリーローラ
１５３ ボールベアリング（軸受部）
１５４ ボールベアリング（軸受部）

Claims (7)

1. 円盤状の基部部材と、
   前記基部部材から周方向に間隔をおいて軸線方向に延出する支持アームと、
   前記支持アームの各々に取り付けられ、自身の配置部における前記基部部材と同心の円周に対して略接線をなす方向に延在する軸線周りに転動可能なフリーローラとを有し、
   前記基部部材は、当該基部部材の外周部に開口した凹部を当該基部部材の円周方向に間隔をおいて複数有し、
   前記支持アームは、前記凹部に挿入される差込み部と、前記差込み部が前記凹部に挿入されることにより前記基部部材に軸線方向に移動不能に係合する係合部とを有し、
   前記基部部材には、前記係合部が前記凹部より前記基部部材の径方向外方に離脱しないように前記支持アームを前記基部部材に固定する固定部材が取り付けられている車輪。
2. 前記支持アームは、前記略接線をなす方向に板厚を有する板状をしていて、前記略接線をなす方向の両側面部に各々前記フリーローラを転動可能に支持している請求項１に記載の車輪。
3. 前記支持アームは、前記基部部材の外周側から中心側に向かうに従って前記板厚が小さくなっていて、前記側面部より当該側面部に直交する方向に突出した軸部を有し、前記軸部に前記フリーローラが転動可能に取り付けられている請求項２に記載の車輪。
4. 前記固定部材は、前記支持アームの全てを一括して前記基部部材の中心側に押さえ込む一つの保持部材によって構成されている請求項１から３の何れか一項に記載の車輪。
5. 前記保持部材は、前記支持アームを前記基部部材の中心側に押さえるばね片部を有している請求項４に記載の車輪。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載の車輪と、
   前記車輪の前記基部部材の軸線方向で見て前記支持アームの延出方向の側に配置されて前記基部部材を当該基部部材の中心軸線周りに回転駆動する電動モータと、
   一端を前記基部部材に固定されて前記電動モータの回転を前記基部部材に伝達する回転軸と、前記回転軸の軸線方向に離れた２箇所に配置されて各々前記回転軸を固定側より回転可能に支持する軸受部とを有し、
   前記回転軸の軸線方向で見て前記２箇所の軸受部の配置位置間に前記フリーローラの回転中心が位置している車輪装置。
7. 車体と、
   複数の回転自在なフリーローラを当該フリーローラの回転軸線が円環状をなすように組み合わせてなり、床面あるいは路面に接する接地点を有する主輪と、
   前記車体に取り付けられ、前記主輪を支持すると共に前記主輪を円環中心周りに回転駆動及び／又は前記フリーローラを自身の回転軸線周りに回転駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置によって前記主輪の円環中心周りの回転駆動と前記フリーローラの回転軸線周りの回転駆動とを制御し、前記車体を所定の起立姿勢に保つ倒立振子制御を行う倒立振子制御装置とを有する倒立振子型車両であって、
   前記車体に上下方向に回動可能に取り付けられた副輪支持アームと、
   前記副輪支持アームに取り付けられ、前記主輪の接地点より離れた位置にて接地する副輪とを有し、前記副輪が請求項６に記載の車輪装置の前記車輪によって構成されている倒立振子型車両。

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