JP2012502232A - 高速フライホイール - Google Patents

Abstract

軸（４）に搭載されたフライホイール（３）を備える高速フライホイールシステム（２）であって、フライホイールは、筐体（５）内の真空チャンバ（６）内に位置し、チャンバ（６）は、シール液を含むキャビティ（２０、２２）を備えるシールによって封止され、シールキャビティ（２０、２２）は、液だめ（２４）からシール液を補給することができ、液だめは大気に開放されて圧力が同等になるようにされた開口部を有し、フライホイール筐体（５）は、チャンバ（６）の外部に位置する少なくとも一つの軸受（１２）を備える軸受配置を介して軸（４）に搭載される。
【選択図】図２ａ

Description

本発明は、高速フライホイールに関し、特に車両に使用する高速フライホイールのための軸受に関する。

車両に使用する高速フライホイールは、例えばエネルギー貯蔵の制動及び回復システムとして知られ、運動エネルギーが車両の制動時に回復される。

一般的に、フライホイールは、軸に搭載されて、軸とともに回転するように配置された比較的大きな塊を備える。通常、高速フライホイールは、筐体内のチャンバに入っており、チャンバを真空にして、抵抗によるエネルギー損失を少なくし、周囲空気との摩擦によってフライホイールの温度が高くなり過ぎるのを防ぐ。筐体と軸の間にシールが備えられ、チャンバ内が真空に保たれる。

筐体を軸に連結させるために、軸受が備えられる。現在知られている高速フライホイールの軸受は、高度転がり軸受を有し、例えば、フライホイールが入っている真空封止されたチャンバ内の、シールとフライホイールの間に位置する。

上記の種類のフライホイール軸受に関する問題としては、軸受の滑剤の選択が制限されるというのがある。滑剤は、真空フライホイールチャンバの圧力で気化しないものでなければならない。また、接触シール又はリップシールを使わずに滑剤を軸受内に保持することが困難であり、このようなシールを使用することは、チャンバをポンプで真空にすることが困難になり、ポンプ排気中に滑剤が漏出する可能性があることから、望ましくない。

現在のフライホイールは、シール機構において、一方がシール液に触れて、他方が大気に触れるスライドピストンを有するものもある。シール液がフライホイールの操作で温まり、膨張することによってピストンが動き、大気圧でシール液を保持し、圧力が高まり過ぎるのを防ぐ。このようなピストンでは、ピストンの両側の圧力を均等にすることを目的としているが、ピストンシールとピストン筐体との間に摩擦があると、それが小さなものであっても、ピストンの両側の圧力が完全に均等にならなくなってしまう。

理想的には、フライホイールシールを、シールの寿命のために一旦シール液で満たす。シール液は、時間とともに劣化し、シールからの小さな粒子がすり減ってシール液を汚染したり、液の質が温度周期で低下する可能性がある。シールの寿命は、その中のシール液の状態によって制限される。

シール摩耗によってシール液が真空チャンバに漏出した場合、シール液を手動で交換せねばならないため、メンテナンスが必要であり、シールの耐用年数が少なくなる。

そこで、本発明は、上記の問題を克服又は少なくとも軽減することを目的とする。

従って、本発明は、添付の請求項における請求項１に主張する高速フライホイールを提供するものである。

本発明における真空チャンバ外部の軸受の位置により、軸受を適切な液で潤滑することができ、真空チャンバの真空に近い状態での圧力で気化しない液を使用する必要がなくなる。

これにより、軸受の寿命が先行技術の実施例のものよりも長くなるよう、最も効率的な従来の軸受滑剤を選択することができる。従って、軸受の許容負荷率が、軸受が真空チャンバの内部にある先行技術の実施例のものよりも高くなり、軸受の小型化、軽量化、及び摩擦や生産コストの低下を図ることができる。

例えば、液が漏出した時に、シール液を補給するための液だめを備えてもよい。液だめは、例えば稼働中に発生したシールの摩耗によって漏出したどんな液であっても自動的に補給することができる。これにより、シールの点検間隔及び維持費を減らすことができる。

また、液だめが大気に開放されるようにしてもよい。これにより、ある特定の先行技術実施例での使用に必要な圧力バランスピストンが不要となり、ピストン摩耗に起因する圧力アンバランスのような問題がなくなる。

シール液は、シールキャビティの底部近傍にある開口から供給してもよく、第二の開口がシールキャビティの上部近傍にあって、液を出すことができるため、液の持続的な貫流が可能であり、手動で液を補給する必要がないために、点検間隔を延ばし、メンテナンスの必要性が軽減される。また、シール液の流れが、フライホイール軸受を通るようにして、潤滑及び冷却するようにしてもよい。

シール液だめにフライホイール駆動機構の潤滑システムから補給してもよい。

フライホイールの使用前にチャンバを真空にするのは、望ましくはチャンバの底部又は近傍に位置する真空ポートを通じて行う。真空ポートの位置により、シールを通過して滲み出したどんなシール液であっても回収可能であり、回収したシール液を再利用できる。

搭載されたポンプは、真空チャンバの底部から漏出したどんな液体からもごみを除去するよう、すなわち液体を回収させるように備えられることが望ましい。ポンプは、真空チャンバの底部と接続されるのが望ましい。ポンプは、初めにチャンバの底部からシール液のごみを除去し、それから真空レベルを上げることができる。チャンバの底部からごみを除去されたシール液は、液だめに戻して再利用できるため、コスト及びメンテナンスにおいて利点を持つ。

シール液だめをフライホイール駆動機構の潤滑システムから補給すると、チャンバの底部からごみを除去されたシール液を潤滑システムに戻すことができる。

別の実施例においては、一組のアンギュラコンタクト軸受が軸の一端に位置し、シールが軸受配置のフライホイール側に備えられる。軸の他端は、軸受によって軸方向移動可能に支持され、シールはこの場合も軸受配置のフライホイール側に備えられる。本実施例により、フライホイール軸の両端における軸受配置の関連軸方向運動が可能になる。このような運動により、フライホイール軸と真空チャンバと熱膨張率の違い及び運転及び運転していない時の温度の違いも補われる。軸受配置の関連軸方向運動により、外的環境圧よりも小さい内部チャンバ圧のために、真空チャンバの偏向も可能にできる。

更なる別の実施例においては、軸受配置が片持ちフライホイール軸受配置を備える。本実施例では、フライホイールがフライホイール軸の一端に搭載され、軸受がフライホイールと軸との間に位置する。シールは、軸受のフライホイール側に位置する。この配置によって、必要なシールが一個で済むという利点が得られる。

一部又は全てのフライホイールは、軸と一体的に形成してもよい。例えば、フライホイールのウェブを軸と一体的に形成してもよい。

本発明の実施例を、例として添付の図面を参照して説明する。

本発明によるフライホイールの正面図。 図１に示すフライホイールの線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った断面図。 図１に示すフライホイールの線ＩＩＡ−ＩＩＡに沿った部分断面図。 本発明によるフライホイールの、別の実施例における正面図。 図３に示すフライホイールの線ＩＶＡ−ＩＶＡ及び線ＩＶＢ−ＩＶＢに沿った断面図。 図３に示すフライホイールの線ＩＶＡ−ＩＶＡ及び線ＩＶＢ−ＩＶＢに沿った断面図。 図４ａ及び図４ｂに関連する部分断面図。 シール液の経路を示した、図４ｃ及び図４ｄに関連する部分断面図。 本発明によるフライホイールの、さらに別の実施例における断面図。 図５に示すフライホイールの線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図。 図５に示すフライホイールの線ＸＩ−ＸＩに沿った部分断面図。

図１、２ａ及び２ｂの実施例を参照し、フライホイール配置２は、軸４に搭載された筐体５に含まれるフライホイール３を備える。フライホイール３は、ウェブ７及びリム９を備える。フライホイール３のウェブ７は、軸４と一体的に形成される。

筐体５は、真空ポート８を通じて真空ポンプ（図示せず）によって真空排気されるチャンバ６を有する。筐体５は、フライホイール軸４の両端１４及び１６の近傍に備えられる転がり軸受１２によって、軸４に搭載される。シール配置１８及び１９は、軸４に位置し、フライホイール３の各々の軸受１２とウェブ７の間にある。シール配置１８及び１９は、それぞれリップシール３２及びシール液（図示せず）を含む第一のキャビティ２０及び第二のキャビティ２２を備える。

シール液だめ２４が備えられ、それにより、シール液がシール配置キャビティ２０及び２２から漏出し、リップシール３２を通過した場合、シール液をシール液だめ２４から補給することができる。開口２６が、シール液だめ２４の上部２８に備えられ、シール液だめ２４が大気に開放され、それにより、シール液だめ２４内のシール液の圧力が大気圧と同等になるようにする。シール液は、第一の液だめ出口ポート５６及び第二の液だめ出口ポート５８を通じて、シール液だめ２４を抜け出る。出口ポート５６及び５８は、それぞれ第一のシールキャビティ供給ポート６６及び第二のシールキャビティ供給ポート６８にチューブ（図示せず）を介して取り付けられている。そのため、シール液は、第一のシールキャビティ供給ポート６６を通じて、第一のシールキャビティ２０に入り、第二のシールキャビティ供給ポート６８を通じて、第二のシールキャビティ２２に入る。

シール液のチャンバ６への漏出が発生すると、漏出したシール液は、真空ポート８に接続された真空ポンプによって、チャンバ６から回収することができる。このように、初めにチャンバ６の底部１０からどんなシール液も回収し、次に、シールキャビティ２０及び２２内のシール液のレベルを自動的に補給する。シールキャビティ２０及び２２が補給されると、それから回収したシール液はシール液だめ２４に戻される。

図３乃至４ｆに示した本発明の別の実施例では、フライホイール２’が片持ち軸受配置を有する。本実施例では、リム９’及びウェブ７’を備えるフライホイール３’が、軸４’の一端に搭載され、転がり軸受１２’がフライホイール３’のウェブ７’と軸４’の間に位置する。リップシール３２’及びシールキャビティ２０’を備えるシール配置１８’は、軸受１２’のフライホイール側に位置する。シール液の流路を図４ｅ及び４ｆに示す。図４ｅの矢印Ａに示すように、シール液は供給開口部３６に入り、入口溝３８を通り、シールキャビティ２０’の底部近傍に位置する入口ポート４０を通じてシールキャビティ２０’に入る。図４ｆの矢印Ｂに示すように、シール液はシールキャビティ２０’の上部近傍に位置する出口ポート４４を通り、出口溝４６に沿ってシール配置１８’のキャビティ２０’を出る。出口溝４６は、二つの第二溝４８及び５０が備えられ、いくらかのシール液が軸受１２’に回されて、潤滑及び冷却をする。シール液の残りは、出口開口部５２及び５３を通って出る。本実施例により、シールキャビティ２０’を通じてシール液を持続的に流すことができる。

図５乃至６ｂの実施例において、フライホイールシステム２”はリム９”及びウェブ７”を備えるフライホイール３”を有する。一組のアンギュラコンタクト軸受８０を備える第一の軸受配置７０は、軸４”の一端近傍に位置する。第一のシール配置６０は、フライホイール３”のウェブ７”と第一の軸受配置７０の間に備えられる。軸４”の他端は、第二の軸受配置７２によって軸方向移動可能に支持され、第二のシール配置６２は、フライホイール３”のウェブ７”と軸受配置７２の間に備えられる。

別の実施例では、シール液だめをフライホイール駆動機構の潤滑システムから補給し、ポンプによってチャンバの底部から回収したどんなシール液でも、潤滑システムに戻される。

Claims (17)

1. フライホイール及び軸を備える高速フライホイールシステムであって、
   前記フライホイールは、筐体内のチャンバ内に位置し、
   前記チャンバは、シール液を最適レベルだけ含むキャビティを備える少なくとも一つのシールによって真空及び封止され、前記筐体は前記チャンバの外部に位置する少なくとも一つの軸受を備える軸受配置を介して軸に搭載されることを特徴とする、高速フライホイールシステム。
2. シール液だめをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の高速フライホイールシステム。
3. 前記少なくとも一つのシールのキャビティ内のシール液は、自動的に前記シール液だめから液を補給されることを特徴とする、請求項２に記載の高速フライホイールシステム。
4. 前記シール液だめは、大気に開放され、前記シール液だめ内のシール液の圧力が大気圧と同等になるようにすることを特徴とする、請求項２又は３に記載の高速フライホイールシステム。
5. 第一の開口は、前記少なくとも一つのシールのキャビティの底部近傍に備えられ、第二の開口は前記少なくとも一つのシールのキャビティの上部近傍に備えられ、シール液が前記第一の開口を通じて前記キャビティに供給され、シール液は前記キャビティから前記第二の開口を通じて漏出できるため、前記少なくとも一つのシールのキャビティを通じてシール液を持続的に流すことができることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の高速フライホイールシステム。
6. フライホイール駆動機構及び前記フライホイール駆動機構のため潤滑システムをさらに備え、前記シール液だめが前記フライホイール駆動機構のための潤滑システムから補給されることを特徴とする、請求項５に記載の高速フライホイールシステム。
7. 前記少なくとも一つのシールのキャビティを通じて流れるシール液は、前記フライホイール軸受を通ることを特徴とする、請求項５に記載の高速フライホイールシステム。
8. 真空ポートは、前記チャンバの底部又は前記チャンバの底部近傍に備えられ、前記チャンバの真空排気をし、前記チャンバに漏出したシール液を回収できることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の高速フライホイールシステム。
9. 前記チャンバに漏出したシール液を回収するように配置されたポンプをさらに備えることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載の高速フライホイールシステム。
10. 前記ポンプによって前記チャンバから回収したシール液は、前記少なくとも一つのシールのキャビティを通り、前記キャビティ内の前記シール液を最適レベルまで補給することを特徴とする、請求項９に記載の高速フライホイールシステム。
11. 前記キャビティ内のシール液が最適レベルまで補給された後、残りの回収したどんなシール液もシール液だめに向かうことを特徴とする、請求項２及び１０に記載の高速フライホイールシステム。
12. 前記チャンバから回収したシール液は、前記フライホイール駆動機構の潤滑システムに戻されることを特徴とする、請求項６及び９に記載の高速フライホイールシステム。
13. 一組のアンギュラコンタクト軸受が前記フライホイールのウェブの片側の前記軸に備えられたアンギュラ軸受配置と、前記フライホイールのウェブのもう一方の側の前記軸に備えられた第二の軸受配置と、を備え、前記第二の軸受配置は、前記軸受が前記軸に対して軸方向移動可能に配置されることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の高速フライホイールシステム。
14. 前記軸受配置が、片持ち軸受配置を前記フライホイールと前記軸の間に備えることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の高速フライホイールシステム。
15. 一つのシールを有することを特徴とする、請求項１４に記載の高速フライホイールシステム。
16. 前記フライホイールの少なくとも一部は、前記軸と一体的に形成されることを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれかに記載の高速フライホイールシステム。
17. 実質的に上記に記載され、添付の図面を参照することを特徴とする、高速フライホイールシステム。

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