JP2012147620A - Fly wheel for water cooling motor and fly wheel system for water cooling motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、水冷却モータ用フライホイールおよび水冷却モータ用フライホイールシステムに関する。 The present invention relates to a flywheel for a water cooling motor and a flywheel system for a water cooling motor.
一般に、水冷却モータ用フライホイールは、駆動するポンプが電源喪失時に停止するまでの減速を緩和するため、すなわち、ポンプ供給流量の急激な低下を緩和するために回転軸と一体に回転する高慣性の円盤状の構造物である。一般的にはタングステン等の重金属を非磁性体で高強度の合金鋼製の筐体内に密封し重金属をエロージョン・コロージョンから保護する構成となっている。また、その回転によって周囲の流体に剪断力が働き流体摩擦熱が発生するために、冷却装置を具備している。 Generally, a flywheel for a water-cooled motor has high inertia that rotates integrally with a rotating shaft in order to mitigate deceleration until the driving pump stops when power is lost, i.e., to mitigate a rapid decrease in pump supply flow rate. It is a disk-shaped structure. Generally, a heavy metal such as tungsten is sealed in a non-magnetic, high-strength alloy steel casing to protect the heavy metal from erosion and corrosion. In addition, a cooling device is provided in order to generate a fluid frictional heat due to a shearing force acting on the surrounding fluid by the rotation.
このような水冷却モータ用フライホイール構造としては、上記の一般的な構造の軸方向の両面にスラストランナーを具備しスラスト軸受と一体構造としたもの（たとえば特許文献１参照）、構造強度の高い材料で円盤状のフライホイール筐体を構成し、筐体に口径の異なる２種類の円柱状の穴を回転軸方向に複数個開け、それらの穴に合致する重金属を封入したカートリッジを封入することで慣性を調整可能な構造としたものがある（たとえば特許文献２参照）。 As such a flywheel structure for a water-cooled motor, a thrust runner is provided on both axial surfaces of the above-described general structure and is integrated with a thrust bearing (for example, see Patent Document 1), which has a high structural strength. A disk-shaped flywheel housing is made of material, and two types of cylindrical holes with different diameters are formed in the housing in the direction of the rotation axis, and a cartridge enclosing a heavy metal that matches these holes is sealed. In some cases, the inertia can be adjusted (see, for example, Patent Document 2).
冷却構造としては、フライホイールの側面もしくは軸方向の円形面に対向する構造材の壁面を伝熱面とする冷却水流路を設け、外部からの冷却材で冷却する構成としたものがある（たとえば特許文献２参照）。 As the cooling structure, there is a structure in which a cooling water passage having a heat transfer surface as a wall surface of a structural material facing a side surface of the flywheel or an axial circular surface is provided and cooled by an external coolant (for example, Patent Document 2).
上述した水冷却モータ用フライホイール構造においては、重金属は円柱状、または軸対称な形で筐体に設置されているため、長期の回転で重金属または重金属封入カートリッジと筐体構造材との間で摺動磨耗が発生する可能性があることが課題となる。 In the above-described flywheel structure for a water cooling motor, the heavy metal is installed in the casing in a columnar shape or in an axisymmetric shape. The problem is that sliding wear may occur.
また、フライホイールとその周囲の流体との剪断応力（摩擦力）で発生する流体摩擦熱は損失となり、モータ効率が低下することが課題である。 Further, fluid frictional heat generated by shear stress (frictional force) between the flywheel and the surrounding fluid is lost, and it is a problem that motor efficiency is lowered.
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、水冷却モータ用フライホイールのカートリッジと筐体の摺動磨耗を抑制すること、または、フライホイールの周囲での流体摩擦を抑制することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and suppresses sliding wear between a cartridge and a housing of a flywheel for a water cooling motor, or suppresses fluid friction around the flywheel. For the purpose.
上記目的を達成するために、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールの一態様は、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記シャフトの回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、を有する水冷却モータ用フライホイールであって、前記カートリッジ挿入穴および前記カートリッジの前記回転軸に垂直な横断面の形状が非円形であって、前記カートリッジ挿入穴内で前記カートリッジが当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に摺動するのを抑制する形状であること、を特徴とする。 In order to achieve the above object, one aspect of a water cooling motor flywheel according to the present invention is attached to a shaft so as to rotate together with the shaft, and forms a plurality of cartridge insertion holes extending in the rotation axis direction of the shaft. A water-cooling motor flywheel having a cylindrical housing formed and a plurality of cartridges detachably inserted in the cartridge insertion holes and extending in the direction of the rotation axis. The shape of the cross section perpendicular to the rotation axis of the cartridge is non-circular, and the cartridge is prevented from sliding relative to the cartridge insertion hole in the cartridge insertion hole. It is characterized by.
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールの他の一つの態様は、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、を有する水冷却モータ用フライホイールであって、前記カートリッジおよび前記カートリッジ挿入穴は前記回転軸を中心とする円環状であって、前記カートリッジが前記カートリッジ挿入穴内で当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に前記回転軸の周りに回転するのを阻止する回り止め機構が形成されていること、を特徴とする。 Another aspect of the water-cooling motor flywheel according to the present invention is a cylindrical shape that is attached to a shaft so as to rotate together with the shaft and has a plurality of cartridge insertion holes extending in the direction of the rotation axis. A water cooling motor flywheel having a housing and a plurality of cartridges extending in the direction of the rotation axis and detachably inserted in each of the cartridge insertion holes, wherein the cartridge and the cartridge insertion hole are An anti-rotation mechanism is formed which has an annular shape around the rotation axis and prevents the cartridge from rotating around the rotation axis relative to the cartridge insertion hole in the cartridge insertion hole. It is characterized by this.
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールのさらに他の一つの態様は、円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられた水冷却モータ用フライホイールであって、前記外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする。 Still another aspect of the water cooling motor flywheel according to the present invention is a water cooling motor flywheel having a cylindrical outer surface and attached to the shaft so as to rotate together with the shaft. A riblet in the circumferential direction is formed on the outer surface.
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールシステムの一つの態様は、円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられたフライホイールと、前記フライホイールの外側面に対して半径方向の間隙を介して対向する円筒形の内側面を有して、前記フライホイールの外側面を囲んで前記フライホイールとは独立に固定されたフライホイールケーシングと、を有する水冷却モータ用フライホイールシステムであって、前記フライホイールの外側面に対向する前記フライホイールケーシングの内側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする。 Also, one aspect of a water-cooled motor flywheel system according to the present invention includes a cylindrical outer surface, a flywheel attached to the shaft so as to rotate with the shaft, and an outer surface of the flywheel. A water-cooling motor having a cylindrical inner surface opposed to each other through a radial gap, and a flywheel casing that surrounds the outer surface of the flywheel and is fixed independently of the flywheel It is a flywheel system for the above-mentioned, Comprising: The riblet of the circumferential direction is formed in the inner surface of the said flywheel casing facing the outer surface of the said flywheel, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の実施形態によれば、水冷却モータ用フライホイールのカートリッジと筐体の摺動磨耗を抑制すること、または、フライホイールの周囲での流体摩擦を抑制することができる。 According to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress sliding wear between the cartridge and the housing of the water-cooling motor flywheel or to suppress fluid friction around the flywheel.
以下、本発明に係る水冷却モータ用フライホイールの実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, an embodiment of a flywheel for a water cooling motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。図２は第１の実施形態に係るフライホイールを備えた水冷却モータの立断面図である。図３は、図１の水冷却モータ用フライホイールの平板形状のカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。図４は、図１の水冷却モータ用フライホイールの扇形平断面を有するカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a plan sectional view of a water-cooling motor flywheel according to the first embodiment. FIG. 2 is an elevational sectional view of the water cooling motor provided with the flywheel according to the first embodiment. FIG. 3 is a perspective view showing one of the flat plate-shaped cartridges of the water-cooling motor flywheel of FIG. FIG. 4 is a perspective view showing one of the cartridges having a fan-shaped flat cross section of the water cooling motor flywheel of FIG.
はじめに、図２を参照して、この実施形態に係るフライホイールを備えた水冷却モータについて説明する。 First, with reference to FIG. 2, the water cooling motor provided with the flywheel which concerns on this embodiment is demonstrated.
上下方向に延びるシャフト２の上端にインペラ１が取り付けられていて、インペラ１は水の流路内に配置されている。シャフト２は３個のラジアル軸受４で半径方向に回転支持されている。シャフト２は上部と下部に分割されていてその間にフライホイール３がはさまれている。シャフト２にはロータ５が取り付けられ、ロータ５の半径方向外側にステータ６が配置されている。シャフト２の下端部にはスラストディスク７が取り付けられている。スラストディスク７は、上部スラスト軸受８と下部スラスト軸受９とによってはさまれ、これらによって軸方向に回転支持されている。 An impeller 1 is attached to an upper end of a shaft 2 that extends in the vertical direction, and the impeller 1 is disposed in a water flow path. The shaft 2 is rotatably supported by three radial bearings 4 in the radial direction. The shaft 2 is divided into an upper part and a lower part, and a flywheel 3 is sandwiched between them. A rotor 5 is attached to the shaft 2, and a stator 6 is disposed on the outer side in the radial direction of the rotor 5. A thrust disk 7 is attached to the lower end of the shaft 2. The thrust disk 7 is sandwiched between an upper thrust bearing 8 and a lower thrust bearing 9, and is rotatably supported by these in the axial direction.
上述のシャフト２、フライホイール３、ロータ５、ステータ６などは静止支持されたケーシング６０内に収容されている。ケーシング６０内を冷却水が流れるように、ケーシング６０の下端部に冷却水入口１１が設けられ、フライホイール３の上方のケーシング６０に冷却水出口１２が設けられている。冷却水出口１２を通ってケーシング６０の外に出た冷却水は熱交換器１３を通って冷却水入口１１から再びケーシング６０内に流入するように、冷却水配管６１が配置されている。 The above-described shaft 2, flywheel 3, rotor 5, stator 6 and the like are accommodated in a casing 60 that is supported stationary. The cooling water inlet 11 is provided at the lower end of the casing 60 and the cooling water outlet 12 is provided at the casing 60 above the flywheel 3 so that the cooling water flows through the casing 60. The cooling water pipe 61 is arranged so that the cooling water that has flowed out of the casing 60 through the cooling water outlet 12 flows into the casing 60 again from the cooling water inlet 11 through the heat exchanger 13.
フライホイール３はシャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えていて、筐体２１は、たとえばハースカップリング２４によってシャフト２に結合されている。筐体２１の軸方向端部には、ハースカップリング２４を取り付けるための複数のハースカップリング取り付けネジ穴２５が、互いに周方向に間隔をあけて配列されている。筐体２１は、たとえば高強度の合金鋼製である。 The flywheel 3 includes a cylindrical casing 21 coaxial with the shaft 2, and the casing 21 is coupled to the shaft 2 by, for example, a hearth coupling 24. A plurality of hearth coupling attachment screw holes 25 for attaching the hearth coupling 24 are arranged at intervals in the circumferential direction at the axial end of the housing 21. The casing 21 is made of high strength alloy steel, for example.
筐体２１の内部には複数の平板形カートリッジ挿入穴と複数の扇形カートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３がそれぞれ挿入されている。平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３は、たとえばタングステンなどの重金属製であって、筐体２１の材料よりも比重の大きな材料からなる。 A plurality of flat cartridge insertion holes and a plurality of sector cartridge insertion holes are formed in the housing 21, and a flat plate cartridge 22 and a fan cartridge 23 having shapes matching these cartridge insertion holes are respectively inserted. The flat plate cartridge 22 and the sector cartridge 23 are made of a heavy metal such as tungsten, for example, and are made of a material having a specific gravity larger than that of the housing 21.
平板形カートリッジ２２は、それぞれが軸方向および半径方向に広がり、筐体２１の外周に沿って互いに間隔をあけて配列されている。扇形カートリッジ２３は、それぞれの平断面が、回転軸を中心とする扇形であって、柱状であり、ハースカップリング取り付けネジ穴２５よりも内側で周方向に互いに間隔をあけて配列されている。 Each of the flat cartridges 22 extends in the axial direction and the radial direction, and is arranged along the outer periphery of the housing 21 at intervals. Each of the fan-shaped cartridges 23 has a columnar shape in which each flat cross section is centered on the rotation axis, and is arranged inside the hearth coupling attachment screw hole 25 at intervals in the circumferential direction.
筐体２１に形成された平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３のカートリッジ挿入穴はそれぞれが複数個あって、必ずしもすべてのカートリッジ挿入穴にカートリッジを挿入する必要はなく、フライホイール３にとって適当な慣性モーメントが得られるように平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３を上方から着脱することができる。 There are a plurality of cartridge insertion holes for the flat plate cartridge 22 and the fan-shaped cartridge 23 formed in the housing 21, and it is not always necessary to insert the cartridge into all the cartridge insertion holes. The flat plate cartridge 22 and the fan-shaped cartridge 23 can be attached and detached from above.
平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３とそれらが挿入される筐体２１の各カートリッジ挿入穴との間は、互いに相対運動ができないように嵌め込むことが望ましいが、若干の相対運動を許容するように間隙を設けてもよい。 The flat plate cartridge 22 and the fan-shaped cartridge 23 and the cartridge insertion holes of the housing 21 into which they are inserted are preferably fitted so that they cannot move relative to each other. However, a slight relative movement is allowed. A gap may be provided.
このように構成された本実施形態において、ロータ５とステータ６の機能によってシャフト２が回転する。このとき、冷却水は、ケーシング６０内を上昇しながらその内部を冷却することにより加熱される。その後に冷却水は冷却水出口１２を出て冷却水配管６１を通って熱交換器１３内で放熱して低温に戻る。その後、低温の冷却水は冷却水入口１１から再びケーシング６０内に循環する。 In the present embodiment configured as described above, the shaft 2 is rotated by the functions of the rotor 5 and the stator 6. At this time, the cooling water is heated by cooling the inside of the casing 60 while rising. Thereafter, the cooling water exits the cooling water outlet 12, passes through the cooling water pipe 61, dissipates heat in the heat exchanger 13, and returns to a low temperature. Thereafter, the low-temperature cooling water circulates again from the cooling water inlet 11 into the casing 60.
この実施形態では、フライホイール３のカートリッジ２２、２３は回転軸方向断面が軸対称形状でないために、フライホイール３の回転によって発生する遠心力と回転の加減速で発生する接線方向の力によって、カートリッジ２２、２３が筐体２１に対して相対的に動く力が作用する。しかし、カートリッジ２２、２３および筐体２１のカートリッジ挿入穴の平断面形状が円形でないため、その相対運動が阻止され、摺動が生じない。 In this embodiment, since the cartridges 22 and 23 of the flywheel 3 are not axially symmetric in cross section in the rotation axis direction, the centrifugal force generated by the rotation of the flywheel 3 and the tangential force generated by the acceleration / deceleration of the rotation A force for moving the cartridges 22 and 23 relative to the housing 21 acts. However, since the planar cross-sectional shapes of the cartridge insertion holes of the cartridges 22 and 23 and the casing 21 are not circular, the relative movement is prevented and sliding does not occur.
したがって、本実施形態によれば、カートリッジ２２および２３と筐体２１の各カートリッジ挿入穴壁面との間の摺動磨耗が発生せず、長寿命のフライホイールを実現できる。 Therefore, according to the present embodiment, sliding wear between the cartridges 22 and 23 and the wall surface of each cartridge insertion hole of the housing 21 does not occur, and a long-life flywheel can be realized.
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図である。図６は、第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is an elevational sectional view of a water cooling motor flywheel according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a plan sectional view of a water-cooling motor flywheel according to the second embodiment.
第２の実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えていて、筐体２１は、ハースカップリング２４によってシャフト２（図２参照）に結合されている。筐体２１の内部には複数の平板形カートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の重金属製の平板形カートリッジ２２が挿入されている。平板形カートリッジ２２は、それぞれが軸方向および半径方向に広がり、筐体２１の外周に沿って互いに間隔をあけて配列されている。平板形カートリッジ２２の構造や配置は第１の実施形態と同様である。 The water cooling motor flywheel 3 of the second embodiment includes a cylindrical casing 21 coaxial with the shaft 2, and the casing 21 is coupled to the shaft 2 (see FIG. 2) by a hearth coupling 24. Has been. A plurality of flat plate cartridge insertion holes are formed in the housing 21, and a heavy metal flat plate cartridge 22 having a shape matching the cartridge insertion holes is inserted therein. Each of the flat cartridges 22 extends in the axial direction and the radial direction, and is arranged along the outer periphery of the housing 21 at intervals. The structure and arrangement of the flat cartridge 22 are the same as those in the first embodiment.
この実施形態の筐体２１には、回転軸を中心とする円柱形の中空部４１が形成されており、筐体２１は円環状であるとも言える。ハースカップリング２４は中空部４１の直径よりも大きな直径を有する。 The casing 21 of this embodiment is formed with a cylindrical hollow portion 41 centering on the rotation axis, and it can be said that the casing 21 is annular. The hearth coupling 24 has a diameter larger than the diameter of the hollow portion 41.
なお、この実施形態は、第１の実施形態の扇形カートリッジ２３に相当するものを有していない。 In addition, this embodiment does not have what corresponds to the fan-shaped cartridge 23 of the first embodiment.
この実施形態によれば、回転軸の近くに中空部４１が形成されているので、第１の実施形態のように回転軸の近くにまで重金属製カートリッジが配置され、また、筐体２１の材料が詰まっている場合に比べて、同等の慣性モーメントを得るために軽量のフライホイールとすることができる。その理由をつぎに説明する。 According to this embodiment, since the hollow portion 41 is formed near the rotation shaft, the heavy metal cartridge is arranged as close to the rotation shaft as in the first embodiment, and the material of the housing 21 is also provided. Compared to the case where the engine is clogged, a lightweight flywheel can be obtained to obtain an equivalent moment of inertia. The reason will be described next.
円環状のフライホイールの質量Ｍは次の式で表わされる。 The mass M of the annular flywheel is expressed by the following equation.
Ｍ＝ρ×ｈ×π×（ｒｏ ２−ｒｉ ２） （１）
ここで、ρはフライホイール平均密度、ｈはフライホール高さ、ｒｏは円環状フライホイール外径（外側半径）、ｒｉは円環状フライホイール内径（内側半径）、πは円周率である。
M = ρ × h × π × (r o 2 -r i 2) (1)
Here, [rho flywheel average density, h is the flywheel height, r o is annular flywheel outer diameter (outer radius), r i is an annular flywheel inner diameter (inner radius), [pi in pi is there.
また、慣性モーメントＪは次の式で表わされる。 The moment of inertia J is expressed by the following equation.
Ｊ＝１／２×ρ×ｈ×π×（ｒｏ ２−ｒｉ ２）×（ｒｏ ２＋ｒｉ ２）
＝１／２×Ｍ×（ｒｏ ２＋ｒｉ ２） （２）
したがって、質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍは次の式（３）で表わされる。
J = 1/2 × ρ × h × π × (r o 2 -r i 2) × (r o 2 + r i 2)
= 1/2 × M × ( r o 2 + r i 2) (2)
Therefore, the ratio J / M of the moment of inertia with respect to mass is expressed by the following equation (3).
Ｊ／Ｍ＝１／２×（ｒｏ ２＋ｒｉ ２） （３）
したがって、本実施形態において、質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍは、ｒｏ ２＋ｒｉ ２に比例する。
J / M = 1/2 × (r o 2 + r i 2) (3)
Therefore, in the present embodiment, the ratio J / M of the moment of inertia to the mass is proportional to r o 2 + r i 2 .
図７は、式（１）ないし式（３）の関係を示すグラフであって、フライホイールの慣性モーメントＪ、高さｈおよび密度ρを一定とするときに、横軸をフライホイール内径ｒｉとしたときの、外径ｒｏ、内径ｒｉ、質量Ｍおよび質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍを示している。 FIG. 7 is a graph showing the relationship of the equations (1) to (3). When the inertia moment J, the height h, and the density ρ of the flywheel are constant, the horizontal axis is the flywheel inner diameter r i. , The outer diameter r o , the inner diameter r i , the mass M, and the ratio J / M of the moment of inertia with respect to the mass.
このグラフからわかるように、厚さｈが一定の円環型で同じ慣性モーメントＪを得るのに、内径ｒｉを大きくとるほど、質量Ｍを削減できる。 As it can be seen from this graph, although the thickness h to obtain the same moment of inertia J with a constant annular type, as a large inner diameter r i, can be reduced mass M.
この実施形態のフライホイール３は円環形状なので、ハースカップリング２４を用いてシャフト２に接合するのが好ましい。 Since the flywheel 3 of this embodiment is circular, it is preferably joined to the shaft 2 using a hearth coupling 24.
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果が得られることに加え、スペース制約の中で、軽量のフライホイールとすることができる。 According to this embodiment, in addition to obtaining the effects of the first embodiment, a lightweight flywheel can be obtained within space constraints.
なお、この第２の実施形態の変形例として、シャフト２がフライホイール３の筐体２１の中央を貫通する構造としてもよい。 As a modification of the second embodiment, the shaft 2 may have a structure that penetrates the center of the housing 21 of the flywheel 3.
［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図である。図９は、第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。図１０は、第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールのカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is an elevational sectional view of a water cooling motor flywheel according to a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional plan view of a water-cooling motor flywheel according to the third embodiment. FIG. 10 is a perspective view illustrating one of the cartridges of the water cooling motor flywheel according to the third embodiment.
第３の実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、ハースカップリング２４によってシャフト２に結合され、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えている。筐体２１の内部には、回転軸を軸心とする複数の円環状のカートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の重金属製の円環状カートリッジ４２が挿入されている。円環状カートリッジ４２は、それぞれが軸方向および周方向に広がり、互いに半径方向の間隔をあけて配列されている。 The water cooling motor flywheel 3 of the third embodiment is coupled to the shaft 2 by a hearth coupling 24 and includes a cylindrical casing 21 coaxial with the shaft 2. A plurality of annular cartridge insertion holes having a rotation axis as an axis are formed inside the casing 21, and a heavy metal annular cartridge 42 having a shape matching the cartridge insertion holes is inserted therein. Each of the annular cartridges 42 extends in the axial direction and the circumferential direction, and is arranged with a radial interval therebetween.
円環状カートリッジ４２それぞれの下端部には、複数の回り止めピン２７が下方に向けて突出して、互いに周方向に間隔をあけて設けられている。また、筐体２１の内部に形成された円環状のカートリッジ挿入穴それぞれの底部には回り止めピン２７と嵌合する複数の回り止めピン穴が形成されている。 A plurality of detent pins 27 protrude downward from the lower end of each of the annular cartridges 42 and are provided at intervals in the circumferential direction. In addition, a plurality of anti-rotation pin holes that fit with the anti-rotation pins 27 are formed at the bottoms of the annular cartridge insertion holes formed inside the housing 21.
この実施形態では、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に形成された回り止めピン穴と、これらに嵌合する円環状カートリッジ４２の複数の回り止めピン２７とによって回り止め機構が構成され、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴内で、円環状カートリッジ４２が筐体２１に対して相対的に動くことが阻止される。 In this embodiment, an anti-rotation mechanism is configured by the anti-rotation pin hole formed in the annular cartridge insertion hole of the casing 21 and the plurality of anti-rotation pins 27 of the annular cartridge 42 fitted to these, and the enclosure The annular cartridge 42 is prevented from moving relative to the housing 21 in the annular cartridge insertion hole of the body 21.
本実施形態によれば、円環状カートリッジ４２と筐体２１の各カートリッジ挿入穴壁面との磨耗が発生しないので、フライホイールの寿命を長く保つことができる。 According to this embodiment, since the wear between the annular cartridge 42 and the wall surface of each cartridge insertion hole of the housing 21 does not occur, the life of the flywheel can be kept long.
以上説明した第３の実施形態では、各円環状カートリッジ４２につき複数の回り止めピンがあるものとしたが、回り止めピンが１個であってもよい。 In the third embodiment described above, each annular cartridge 42 has a plurality of detent pins. However, there may be one detent pin.
また、上に説明した第３の実施形態では、円環状カートリッジ４２に回り止めピン２７を取り付けて、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に回り止めピン穴を形成するものとした。この実施形態の変形例として、上記構成とは逆に、円環状カートリッジ４２の下端に回り止め穴または回り止め切欠きを形成して、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に回り止めピンまたは回り止め突起を形成して、これらを係合することにより、円環状カートリッジ４２と筐体２１との相対的動きを阻止することもできる。 Further, in the third embodiment described above, the rotation prevention pin 27 is attached to the annular cartridge 42, and the rotation prevention pin hole is formed in the annular cartridge insertion hole of the housing 21. As a modification of this embodiment, contrary to the above configuration, a rotation stop hole or a rotation stop notch is formed at the lower end of the annular cartridge 42, and a rotation stop pin or rotation is formed in the annular cartridge insertion hole of the housing 21. By forming stop projections and engaging them, the relative movement between the annular cartridge 42 and the housing 21 can be prevented.
また、上記説明の第３の実施形態では筐体２１の中央部が中実であるが、変形例として、この筐体２１の中央部を第２の実施形態（図５および図６）と同様に中空としてもよい。 In the third embodiment described above, the central portion of the housing 21 is solid. As a modification, the central portion of the housing 21 is the same as that of the second embodiment (FIGS. 5 and 6). It may be hollow.
［第４の実施形態］
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図である。図１２は図１１のXII部の部分拡大側断面図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 is a perspective view of a water cooling motor flywheel according to a fourth embodiment of the present invention. 12 is a partially enlarged side sectional view of the XII portion of FIG.
この実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、たとえば図２に示す水冷却モータ用フライホイールに使用されるものである。水冷却モータ用フライホイール３は、たとえばハースカップリング２４によってシャフト２に結合され、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えている。筐体２１には、第２の実施形態（図５および図６）と同様な中心部の中空部を有していても、中空部を有していなくてもよい。 The water cooling motor flywheel 3 of this embodiment is used for the water cooling motor flywheel shown in FIG. 2, for example. The water-cooling motor flywheel 3 is coupled to the shaft 2 by, for example, a hearth coupling 24 and includes a cylindrical casing 21 coaxial with the shaft 2. The housing 21 may have a central hollow portion similar to that of the second embodiment (FIGS. 5 and 6) or may not have a hollow portion.
この実施形態では、筐体２１の側面３２に周方向に延びる複数のリブレット３１が形成されている。リブレット３１の溝の深さＨは、筐体２１の外径と回転速度で決まる周速、フライホイールケーシング内側壁面とのクリアランス、フライホイール周りの冷却水温度と圧力で決まる冷却水の粘性と密度をパラメータとして決定する。リブレット溝の深さＨは、次の式で得られる値が最適値とされている。 In this embodiment, a plurality of riblets 31 extending in the circumferential direction are formed on the side surface 32 of the housing 21. The groove depth H of the riblet 31 is the viscosity and density of cooling water determined by the peripheral speed determined by the outer diameter and rotation speed of the casing 21, the clearance from the inner wall surface of the flywheel casing, and the cooling water temperature and pressure around the flywheel. Is determined as a parameter. For the depth H of the riblet groove, the value obtained by the following equation is the optimum value.
Ｈ＝ｙ＋×ν／Ｕτ
ここで、νは冷却水の動粘性係数、ＵτはＵτ＝（τｗ／ρ）１／２で定義される摩擦速度であり、τｗは壁面剪断応力、ρは冷却水の体密度である。ｙ＋は無次元の係数であり、通常、１５程度である。
H = y + × ν / U τ
Here, ν is the kinematic viscosity coefficient of the cooling water, U τ is the friction velocity defined by U τ = (τ w / ρ) 1/2 , τ w is the wall shear stress, and ρ is the body density of the cooling water. It is. y + is a dimensionless coefficient and is usually about 15.
なお、この実施形態では、筐体２１の上面３３および底面３４にはリブレットが形成されていない。 In this embodiment, riblets are not formed on the upper surface 33 and the bottom surface 34 of the housing 21.
このように構成された本実施形態において、フライホイール３は周方向に高速で回転し、周囲の流体との間に剪断力（摩擦力）が発生する。しかし、筐体２１の側面３２の周方向にリブレット３１の微細な溝が切られているために、外部の流体は、リブレット３１の溝内部のフライホイール３とともに回転する流体塊面を滑ることで摩擦力が低減する。 In the present embodiment configured as described above, the flywheel 3 rotates at a high speed in the circumferential direction, and a shearing force (frictional force) is generated with the surrounding fluid. However, since the minute groove of the riblet 31 is cut in the circumferential direction of the side surface 32 of the housing 21, the external fluid slides on the fluid mass surface that rotates together with the flywheel 3 inside the groove of the riblet 31. Frictional force is reduced.
本実施形態によれば、回転するフライホイール３と周囲の流体との摩擦力が低減することにより、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。 According to the present embodiment, the frictional force between the rotating flywheel 3 and the surrounding fluid is reduced, so that the generated fluid frictional heat is suppressed, the motor loss is reduced, and the motor efficiency is improved.
［第５の実施形態］
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図である。図１４は本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの上面図である。図１５は、図１４のXV−XV線に沿う部分拡大立断面図である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 13 is a perspective view of a water-cooling motor flywheel according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 14 is a top view of a water-cooling motor flywheel according to a fifth embodiment of the present invention. 15 is a partially enlarged sectional view taken along line XV-XV in FIG.
この実施形態は、第４の実施形態の変形であって、筐体２１の側面３２にリブレット３１が形成されていることに加えて、筐体２１の上面３３および底面３４、すなわち回転軸方向の端面に、リブレット５１が形成されている。このリブレット５１は、定格回転速度での筐体２１の上面３３および底面３４の上での流体の軌跡に一致するように形成されている。上面３３および底面３４の上での流体の軌跡は、ＣＦＤ（computational fluid dynamics）解析、または実験で求めることができる。また、その結果を用いて第４の実施形態と同様の方法でリブレット溝の深さＨを定める。その他の構成は第４の実施形態と同様である。 This embodiment is a modification of the fourth embodiment. In addition to the riblet 31 formed on the side surface 32 of the housing 21, the top surface 33 and the bottom surface 34 of the housing 21, that is, in the direction of the rotation axis. A riblet 51 is formed on the end face. The riblet 51 is formed so as to coincide with the trajectory of the fluid on the upper surface 33 and the bottom surface 34 of the housing 21 at the rated rotational speed. The trajectory of the fluid on the top surface 33 and the bottom surface 34 can be obtained by CFD (computational fluid dynamics) analysis or experiment. Moreover, the depth H of the riblet groove is determined by the same method as in the fourth embodiment using the result. Other configurations are the same as those of the fourth embodiment.
本実施形態によれば、筐体２１の側面３２のみならず上面３３および底面３４においても、第４の実施形態の側面と同様な摩擦力低減効果が得られる。 According to this embodiment, not only the side surface 32 of the housing 21 but also the upper surface 33 and the bottom surface 34 can provide the same frictional force reduction effect as that of the side surface of the fourth embodiment.
本実施形態によれば、回転するフライホイールの上面および底面においても冷却水との摩擦力が低減することにより、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。 According to the present embodiment, the frictional force with the cooling water is also reduced on the top and bottom surfaces of the rotating flywheel, so that the generated fluid frictional heat is suppressed, the motor loss is reduced, and the motor efficiency is improved. It is done.
［第６の実施形態］
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールシステムの部分切欠き斜視図である。図１７は図１６のXVII部の部分拡大側断面図である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 16 is a partially cutaway perspective view of a water cooling motor flywheel system according to a sixth embodiment of the present invention. 17 is a partially enlarged side sectional view of the XVII portion of FIG.
この実施形態は第４の実施形態（図１１、図１２）の変形であって、第４の実施形態と同様のフライホイール３が、静止支持された円筒形のフライホイールケーシング５２内に配置されている。フライホイール３の筐体２１の側面３２に対向するフライホイールケーシング５２の内面１４には、周方向のリブレット５３が形成されている。 This embodiment is a modification of the fourth embodiment (FIGS. 11 and 12), and a flywheel 3 similar to the fourth embodiment is arranged in a cylindrical flywheel casing 52 that is stationaryly supported. ing. A circumferential riblet 53 is formed on the inner surface 14 of the flywheel casing 52 facing the side surface 32 of the housing 21 of the flywheel 3.
高速で回転するフライホイール３の筐体２１の側面３２とフライホイールケーシング５２の内面１４の間の環状の間隙部を流れる冷却水は、フライホイール３と同一方向に旋回し、フライホイールケーシング５２の内面１４とも摩擦力が働く。フライホイールケーシング５２の内面１４の周方向のリブレット５３は、第４の実施形態で述べた方法で求めた溝の深さＨを有する。 The cooling water flowing through the annular gap between the side surface 32 of the housing 21 of the flywheel 3 and the inner surface 14 of the flywheel casing 52 rotating at high speed swirls in the same direction as the flywheel 3, A frictional force also acts on the inner surface 14. The riblet 53 in the circumferential direction of the inner surface 14 of the flywheel casing 52 has a groove depth H determined by the method described in the fourth embodiment.
その他の構成は第４の実施形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the fourth embodiment.
本実施形態によれば、フライホイールケーシング５２の内面１４においても、第４の実施形態のフライホイール３の筐体２１の側面３２と同様な摩擦力低減効果が得られる。 According to the present embodiment, the same frictional force reduction effect as that of the side surface 32 of the housing 21 of the flywheel 3 of the fourth embodiment can be obtained also on the inner surface 14 of the flywheel casing 52.
本実施形態によれば、回転するフライホイール３の筐体２１の側面３２に加えフライホイールケーシング５２の内面１４においても冷却水との摩擦力が低減することで、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。 According to this embodiment, in addition to the side surface 32 of the casing 21 of the rotating flywheel 3, the frictional force with the cooling water is also reduced on the inner surface 14 of the flywheel casing 52, so that the generated fluid frictional heat is suppressed. The motor loss is reduced and the motor efficiency is improved.
以上説明した第６の実施形態では、フライホイール３の筐体２１の上面３３および底面３４にはリブレットが形成されていないものとした。この実施形態の変形例として、フライホイール３の筐体２１の側面３２のリブレット３１およびフライホイールケーシング５２の内面１４のリブレット５３に加えて、第５の実施形態と同様のフライホイール３の筐体２１の上面３３および底面３４のリブレット５１を形成してもよい。 In the sixth embodiment described above, riblets are not formed on the upper surface 33 and the bottom surface 34 of the housing 21 of the flywheel 3. As a modification of this embodiment, in addition to the riblet 31 on the side surface 32 of the housing 21 of the flywheel 3 and the riblet 53 on the inner surface 14 of the flywheel casing 52, the same housing of the flywheel 3 as in the fifth embodiment. Riblets 51 on the upper surface 33 and the bottom surface 34 of 21 may be formed.
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、また各実施形態の特徴を組み合わせることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, modifications, and features of the embodiments can be combined without departing from the spirit of the invention. . These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、第１の実施形態では断面形状が四角形、扇形のカートリッジを用いて説明したが、カートリッジの断面形状は円形でなければよく、例えば三角形や五角形以上の多角形、楕円形等であってもよい。 For example, in the first embodiment, the description has been made using a cartridge having a square cross-sectional shape and a sectoral shape, but the cross-sectional shape of the cartridge may not be circular, and may be, for example, a triangle, a polygon more than a pentagon, or an ellipse. Good.
また、第４ないし第６の実施形態（図１１ないし図１７）で、筐体２１の内部構造としては、第１ないし第３の実施形態のいずれかと同様のものであってもよい。 In the fourth to sixth embodiments (FIGS. 11 to 17), the internal structure of the housing 21 may be the same as that of any of the first to third embodiments.
また、上記説明で、「上」、「下」、「立断面図」などのことばを使用しているが、これは説明の便宜のためであって、この発明は重力の方向には関係がない。 In the above description, words such as “upper”, “lower”, and “elevated sectional view” are used for convenience of explanation, and the present invention is related to the direction of gravity. Absent.
１ … インペラ
２ … シャフト
３ … フライホイール
４ … ラジアル軸受
５ … ロータ
６ … ステータ
７ … スラストディスク
８ … 上部スラスト軸受
９ … 下部スラスト軸受
１１ … 冷却水入口
１２ … 冷却水出口
１３ … 熱交換器
１４ … 内面
２１ … 筐体
２２ … 平板形カートリッジ
２３ … 扇形カートリッジ
２４ … ハースカップリング
２５ … ハースカップリング取り付けネジ穴
２７ … 回り止めピン
３１ … リブレット
３２ … 側面
３３ … 上面
３４ … 底面
４１ … 中空部
４２ … 円環状カートリッジ
５１ … リブレット
５２ … フライホイールケーシング
５３ … リブレット
６０ … ケーシング
６１ … 冷却水配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Impeller 2 ... Shaft 3 ... Flywheel 4 ... Radial bearing 5 ... Rotor 6 ... Stator 7 ... Thrust disk 8 ... Upper thrust bearing 9 ... Lower thrust bearing 11 ... Cooling water inlet 12 ... Cooling water outlet 13 ... Heat exchanger 14 ... Inner surface 21 ... Housing 22 ... Flat cartridge 23 ... Fan-shaped cartridge 24 ... Hearth coupling 25 ... Hearth coupling mounting screw hole 27 ... Non-rotating pin 31 ... Riblet 32 ... Side 33 ... Upper surface 34 ... Bottom 41 ... Hollow part 42 ... cartridge 51 ... riblet 52 ... flywheel casing 53 ... riblet 60 ... casing 61 ... cooling water piping
Claims (13)
前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、
を有する水冷却モータ用フライホイールであって、
前記カートリッジ挿入穴および前記カートリッジの前記回転軸に垂直な横断面の形状が非円形であって、前記カートリッジ挿入穴内で前記カートリッジが当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に摺動するのを抑制する形状であること、
を特徴とする水冷却モータ用フライホイール。 A cylindrical housing attached to the shaft so as to rotate together with the shaft and having a plurality of cartridge insertion holes extending in the rotation axis direction of the shaft;
A plurality of cartridges that are detachably inserted into the cartridge insertion holes and extend in the rotational axis direction;
A water cooling motor flywheel having
The shape of the cross section perpendicular to the cartridge insertion hole and the rotation axis of the cartridge is non-circular, and the cartridge is prevented from sliding relative to the cartridge insertion hole in the cartridge insertion hole. Be in shape,
A flywheel for a water cooling motor.
前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、
を有する水冷却モータ用フライホイールであって、
前記カートリッジおよび前記カートリッジ挿入穴は前記回転軸を中心とする円環状であって、前記カートリッジが前記カートリッジ挿入穴内で当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に前記回転軸の周りに回転するのを阻止する回り止め機構が形成されていること、
を特徴とする水冷却モータ用フライホイール。 A cylindrical housing attached to the shaft so as to rotate together with the shaft and having a plurality of cartridge insertion holes extending in the rotational axis direction;
A plurality of cartridges that are detachably inserted into the cartridge insertion holes and extend in the rotational axis direction;
A water cooling motor flywheel having
The cartridge and the cartridge insertion hole have an annular shape centering on the rotation shaft, and the cartridge is prevented from rotating around the rotation shaft relative to the cartridge insertion hole in the cartridge insertion hole. A detent mechanism is formed,
A flywheel for a water cooling motor.
前記外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする水冷却モータ用フライホイール。 A flywheel for a water cooling motor having a cylindrical outer surface and attached to the shaft for rotation with the shaft,
A flywheel for a water cooling motor, characterized in that circumferential riblets are formed on the outer surface.
前記フライホイールの外側面に対して半径方向の間隙を介して対向する円筒形の内側面を有して、前記フライホイールの外側面を囲んで前記フライホイールとは独立に固定されたフライホイールケーシングと、
を有する水冷却モータ用フライホイールシステムであって、
前記フライホイールの外側面に対向する前記フライホイールケーシングの内側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする水冷却モータ用フライホイールシステム。 A flywheel having a cylindrical outer surface and attached to the shaft for rotation with the shaft;
A flywheel casing having a cylindrical inner surface facing the outer surface of the flywheel via a radial gap, and surrounding the outer surface of the flywheel and being fixed independently of the flywheel When,
A flywheel system for a water cooling motor having
A flywheel system for a water-cooled motor, wherein a circumferential riblet is formed on an inner surface of the flywheel casing facing the outer surface of the flywheel.
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