JP2012500617A - はずみ車アセンブリ - Google Patents

Abstract

ハウジング（５）と、ハウジング内に回転可能に取り付けられ、内周面および外周面を画定するはずみ車（２０）と、はずみ車の内周面から半径方向内側に離隔された内側本体（２４）とを備えるはずみ車アセンブリが提供される。はずみ車が、使用中、内側本体の周りで内側本体に関して回転し、アセンブリが、はずみ車の外周面から半径方向外側に離隔された係合面を画定し、内側本体が、ハウジングに柔軟性をもって結合される。はずみ車のずれを引き起こす速度での回転中にはずみ車取付構造が故障した場合に、ずれたはずみ車によって内側本体に及ぼされる力による結合部材の撓みにより、はずみ車を係合面と接触させる。

Description

本発明は、はずみ車アセンブリに関し、より詳細には、高速はずみ車の故障中に生じる負荷の減少に関する。

はずみ車アセンブリの重量をできるだけ軽くすることが望ましい。一般に、それによってアセンブリをより容易に輸送できるようになる。より詳細には、車両での使用など可動用途において、軽量化が特に有益となる。

しかし、アセンブリは、高速で回転するはずみ車の故障中に発生する負荷に耐えられるように十分に頑丈である必要がある。

本発明は、ハウジングと、ハウジング内に回転可能に取り付けられ、内周面および外周面を有するはずみ車と、はずみ車の内周面から半径方向内側に離隔された内側本体とを備えるはずみ車アセンブリであって、はずみ車が、使用中、内側本体の周りで内側本体に関して回転し、アセンブリが、はずみ車の外周面から半径方向外側に離隔された係合面を画定し、内側本体が、ハウジングに柔軟性をもって結合され、それにより、はずみ車のずれを引き起こす速度での回転中にはずみ車取付構造が故障した場合に、ずれたはずみ車によって内側本体に及ぼされる力による結合部材の撓みにより、はずみ車を係合面と接触させるはずみ車アセンブリを提供する。

はずみ車を内面と外面の両方で接触させることにより、はずみ車の故障によって発生する負荷が大幅に減少される。

いくつかの実施形態では、はずみ車がモータの回転子を形成することがあり、内側本体がモータの固定子を形成する。

好ましくは、内側本体とハウジングの間の柔軟性結合部材が、柔軟性ポリマー材料を含む。別法として、柔軟性は、１つまたは複数のばねの構成によって提供することができる。

次に、本発明の実施形態を、例として添付の概略図面を参照しながら説明する。

はずみ車アセンブリの切欠斜視図である。 本発明を具現化するはずみ車アセンブリの横方向断面図である。 本発明の一実施形態による柔軟性固定子取付構造の断面図である。 本発明の別の実施形態による柔軟性固定子取付構造の斜視図である。 はずみ車の故障中の、時間に対する半径方向の力および歳差周波数のプロットを示すグラフである。

図１に示されるはずみ車アセンブリは、磁性体装荷型の複合材料から形成された回転子１を備える。回転子は、内側部分１ａおよび外側部分１ｂを有する。内側部分はガラス繊維と磁性粒子を備え、外側部分はカーボンフィラメントを備える。２つの部分は一体に結合される。

回転子１は、複合体エンドキャップ２に固定して接続される。エンドキャップは、セラミック軸受４に位置されたシャフト３に取り付けられる。軸受は、ハウジングまたは格納容器５によって支持される。このハウジング５は、裏板５ａおよび円筒形ドラム５ｂを含む。

回転子の内側部分１ａは、モータの永久磁石構成要素を形成する。モータは、固定子取付部７によってハウジングに取り付けられた固定子６も含む。固定子は、はずみ車を駆動および制動するために電力を提供する。回転子は真空チャンバ８内で動作し、固定子は、固定子缶１０によって画定されるチャンバ９を通って循環する油によって油冷される。

はずみ車は、２つの主な故障モードを有する。１つは「バースト故障」であり、これは、回転子の複合体外側部分が故障した場合である。もう１つは「回転子損壊のない故障（ｉｎｔａｃｔ ｒｏｔｏｒ ｆａｉｌｕｒｅ）」であり、回転子の複合体外側部分は損壊していないが、軸受４が故障したか、または複合体エンドキャップ２が故障した場合である。後者の場合には、回転子は、シャフト３によって制約されることなく高速で回転する。その結果生じるはずみ車取付構造に伝達される振動負荷は、かなり大きくなることがある。本発明は、これらの負荷を大幅に減少することを狙いとする。

図１に示されるはずみ車アセンブリでは、固定子取付部７は、ハウジングに固定して取り付けられた剛性構造である。本発明を具現化するはずみ車アセンブリでは、固定子は、アセンブリハウジングに柔軟性をもって結合される。回転子損壊のない故障中、回転子は、ハウジングに対するその正常位置からずれて、内部に取り付けられている固定子の外径に接触する。これら２つの構成要素間の摩擦により、回転子が固定子の周りで歳差運動を始める。歳差周波数が増加するにつれて、回転子の歳差によって発生する力も増加し、それにより回転子の内腔および固定子のケーシングが摩滅されて、半径方向の間隙が増加する。適切に設計された柔軟性取付構造に固定子を取り付けることにより、回転子が半径方向で上に移動し、それにより回転子の外径がハウジングの内側に接触する。

回転子とハウジングの間で発生する摩擦は、固定子との接触によって引き起こされる運動とは逆方向に歳差運動を発生させ、それにより歳差周波数の増加を抑制する。これにより、故障中に発生する半径方向の力が減少する。

発生する力の大きさは、柔軟性取付構造の剛性、回転子の外径とハウジングの内腔の間の初期間隙、および固定子の外径と回転子の内腔の間の初期間隙によって決まる。取付構造の剛性が低ければそれだけ歳差周波数が小さくなり、したがって力が小さくなる。剛性は、固定子取付構造の固有振動数がはずみ車エネルギー貯蔵システムの正常動作に影響を及ぼさないように選択しなければならない。このために、適切な半径方向減衰機能を取付構造の設計に組み込むことができる。

図２は、回転子損壊のない故障が発生しているはずみ車アセンブリの断面図を示す。回転子２０が反時計方向に回転しているとき、これにより、回転子と固定子２４の接点２２の反時計方向歳差、および回転子と周囲のハウジング３０の接点２６の時計方向歳差２８が生じる。

図３は、成形ポリマー取付部を使用する柔軟性固定子取付部３２の実装形態を示す。
固定子２４は、円筒形支持体３４上に位置される。支持体３４は、ゴム取付構造３８によって剛性ハブ３６に結合される。

取付構造３８は、ＰＤＭＳ（または、固定子を冷却するために使用されるシリコーンオイルなどの油と適合性のある別の柔軟性材料）から鋳造することができ、ハブ３６の外周面および支持体３４の内周面に結合される。

一実施形態では、ゴム取付構造が、半径方向で厚さ１０ｍｍであり、長手方向で幅２０ｍｍである。そのような構成は、５ｍｍの半径方向移動を可能にしながら半径方向剛性を２５００Ｎ／ｍｍにすることができる。

はずみ車ハウジングの裏板にハブを固定するために、ハブ３６の一端のフランジ４２に穴４０が提供される。

裏板に対するハブの位置決めおよび保定の助けとなるように、ハブの内径４４と係合するように裏板を形作ることができる。フランジ４２と反対側のハブ端部には、保定カラー４６が、ハブの外周面にグラブねじによって保持される。

図４は、均質な鋼構成を用いた代替の柔軟性固定子取付部５０を示し、ここでは湾曲板ばね要素５２が柔軟性取付構造を形成する。内側円筒形ハブ要素５６は、はずみ車ハウジングに固定して取り付けられる。固定子（図示せず）は、支持要素５４の外周面に位置される。ばね要素５２は、ハブと支持要素の間に延在する。

図５は、回転子損壊のない故障中の、本発明を具現化するはずみ車アセンブリの挙動を表すグラフである。回転子故障に伴う突然の半径方向の力の増加が、関連する歳差周波数と同様に急速に減少されるのを見て取ることができる。

モータ回転子および固定子を含む本発明のいくつかの実施形態を上述してきたが、説明した手法は、外部に取り付けられた（機械的または電気的）駆動システムを有し、はずみ車を駆動させるシャフトを備えるはずみ車にも適用可能であることを理解されたい。この場合、固定子の代わりに、同様に故障負荷に反応する剛性要素を使用することができる。

Claims (6)

1. ハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に取り付けられ、内周面および外周面を画定するはずみ車と、前記はずみ車の内周面から半径方向内側に離隔された内側本体とを備えるはずみ車アセンブリであって、前記はずみ車が、使用中、内側本体の周りで内側本体に関して回転し、前記アセンブリが、前記はずみ車の外周面から半径方向外側に離隔された係合面を画定し、前記内側本体が、前記ハウジングに柔軟性をもって結合され、それにより、はずみ車のずれを引き起こす速度での回転中にはずみ車取付構造が故障した場合に、ずれたはずみ車によって前記内側本体に及ぼされる力による結合部材の撓みにより、はずみ車を係合面と接触させるはずみ車アセンブリ。
2. 前記はずみ車がモータの回転子を提供し、前記内側本体がモータの固定子を提供する請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記柔軟性結合部材が、前記固定子から半径方向内側に延在する請求項１または２に記載のアセンブリ。
4. 前記柔軟性結合部材が、柔軟性ポリマー材料を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載のアセンブリ。
5. 前記柔軟性結合部材が、１つまたは複数のばねの構成を備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のアセンブリ。
6. 前記内側本体と前記ハウジングの間の前記柔軟性結合部材が、１つまたは複数の湾曲板ばねの構成を備える請求項５に記載のアセンブリ。

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