JP2023516766A - ジャイロスタビライザアセンブリ - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明は、少なくとも部分真空を維持するためのチャンバ（３）を画定するハウジング（２）と、部分真空下でスピン軸（Ｚ）を中心として回転する、チャンバ（３）内に取り付けられたフライホイール（４）と、フライホール（４）が支持され、かつ、スピン軸（Ｚ）を中心とするフライホイールの回転のためにハウジング内に取り付けられ、シャフト（５）の一方の端部領域に配置された第１スピン軸受（６）およびシャフト（５）の反対の端部領域に配置された第２スピン軸受（７）によって回転可能に支持されるフライホイールシャフト（５）と、潤滑剤リザーバ（９）からスピン軸受（６，７）に潤滑剤を供給するように構成される潤滑システム（８）と、を備える船舶用のジャイロスタビライザアセンブリ（１）に関する。リザーバ（９）は、ハウジング（２）内またはハウジング（２）上に配置され、重力下でスピン軸受（６，７）から潤滑剤を回収し、第１および第２スピン軸受（６，７）は、部分真空の下での動作のためにハウジング（２）内に配置される。本発明はまた、ジャイロスタビライザアセンブリ（１）を含む乗り物、特に船舶に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、ジャイロスタビライザアセンブリに関し、特に、ジャイロスタビライザアセンブリの軸受のための潤滑システムに関する。

本発明のジャイロスタビライザアセンブリは、典型的には、船舶で使用するために設計され、この例示的な文脈で本発明を説明することが便利であろう。しかしながら、本発明のジャイロスタビライザアセンブリは、そのような特定の実施形態に限定されず、他の固定および浮遊構造部、他の乗り物および／またはカメラマウントなど、多くの他の用途で使用するために設計されうることが理解されるであろう。

本明細書における背景に関する以下の議論は、決して、そのような背景が先行技術であること、またはそのような背景がオーストラリアもしくは他の国の当該分野において周知または共通の一般知識の一部を形成していること、を認めるものとして見なされるべきではない。

船舶用のジャイロスタビライザアセンブリの構造および動作は、一般に十分に理解されており、これらの装置は、商業用および娯楽用の船舶においてますます採用されるようになってきている。ジャイロスタビライザアセンブリは、典型的には、３つの回転自由度のうちの２つを可能にするジンバルフレームに取り付けられた回転するフライホイールを備え、フレームは船舶内に堅固に取り付けられる。フライホイールが回転運動に拘束される特定の方法により、回転するフライホイールの角運動量がフライホイールの歳差振動と組み合わされて、風および／または波によって引き起こされる船舶の動的ローリング運動に直接対抗する、時間とともに変化する大きなトルクを発生させることができる。何もしなくても、船舶のローリング運動は、フライホイールの角運動量と結合し、振動する歳差運動を引き起こす。次に、これが、角運動量と結合して安定化トルクを発生させ、船舶の望ましくない回転運動（波によるローリング運動など）に直接対抗する。ジンバルを特定の方法で構成することにより、機能するためにさらなる介入を必要としない、自然に発生するジャイロダイナミクスの物理を利用したロール安定化装置が作成される。船舶用のジャイロスタビライザアセンブリの例は、本出願人の同時係属中のオーストラリア特許出願ＡＵ２０１７２１６４８３Ａ１に記載されており、その内容は、直接参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

ジャイロスタビライザのフライホイールの外側リムの速度が高いため、ジンバルフレームは、フライホイールが真空内で回転できるように排気される、フライホイールを囲むチャンバを含むことが多い。これにより、フライホイールの空気抵抗が減少し、フライホイールの回転数（ｒｐｍ）を維持するために必要な電力が削減される。また、回転するフライホイールへの空気抵抗によって発生する熱が減少し、効率が向上する。フライホイールを回転軸周りに配置および保持するために用いられるスピン軸受は、高負荷および高回転数の両方にさらされ、熱や騒音が発生する。スピン軸受とスピンモータは、通常、スピンシャフトが真空チャンバから出る部分の真空チャンバの密閉に関連する問題を避けるため、真空チャンバ内に配置される。しかしながら、スピン軸受が真空チャンバ内にあると、軸受への潤滑や軸受の冷却が困難になるうる。特に、スピン軸受およびフライングホイールシャフトの内部を冷却することは、これらが回転しており、冷媒ジャケットとの接触によって容易に冷却できないため、困難になりうる。

同時係属中のオーストラリア特許出願ＡＵ２０１７２１６４８３Ａ１は、軸受を潤滑および冷却するためのオイル潤滑システムを有する構成を記載しており、この構成では、軸受へのオイル流量を選択して、潤滑と、軸受によって発生した熱の油への交換との両方を提供できる。オイル潤滑システムは、騒音の低減し、軸受の寿命を延ばし、軸受の内部から熱を取り除くことができるため、望ましい。このシステムでは、オイルは、レーシングカーの「ドライブサンプ」ポンプ構成に類似した構成で、１つ以上の排油ポンプによってサンプ（ｓｕｍｐ）から吸い上げられる。排油ポンプを作動させるため、フライホイールシャフトに回転シャフトシールによって、フライホイールを囲む真空室から上部軸受チャンバおよび下部軸受チャンバを分離している。１つのシーツは上部軸受チャンバの下方にあり、もう１つのシールは下部軸受チャンバの上方にあり、上部軸受チャンバおよび下部軸受チャンバは、それらの間のドレンラインによって一体化（manifolded）されている。この構成により、フライホイールは、部分真空または真空に近い状態において、空気抵抗が大幅に減少または排除される十分に低い圧力で回転し、軸受ハウジング（同じ圧力で動作するように一体化されている）は、排油ポンプがスピン軸受にオイルを効果的に供給するのに十分な高い圧力で作動する。

しかしながら、ＡＵ２０１７２１６４８３Ａ１に記載される構成は、真空チャンバおよび軸受チャンバのための二重真空圧管理システムを必要とし、回転シャフトシール部品が高い接触面速度による回転抵抗を受けるという欠点を有し、これは磨耗につながり、メンテナンスおよび／またはその後の交換に関連するコストが発生するだけでなく、所望のフライホイール回転数（ｒｐｍ）を維持するためのより高い電力要件にもつながる。

したがって、上記の欠点の１つ以上を実質的に克服または改善する新規のジャイロスタビライザ構成を提供することが望ましい。この点に関して、軸受を潤滑および冷却するためにオイル潤滑システムを採用し、より単純な新規なジャイロスタビライザ構成を提供することが望ましい。

１つの広い側面によれば、本発明は、
動作圧力を維持するためのチャンバを画定するハウジングと、
動作圧力の下でスピン軸を中心として回転する、チャンバ内に取り付けられたフライホイールと、
フライホイールシャフトであって、フライホールが支持され、かつ、スピン軸を中心とするフライホイールの回転のために、当該シャフトの両端領域に配置される第１スピン軸受および第２スピン軸受によってハウジング内に取り付けられるフライホイールシャフトと、
リザーバから第１および第２スピン軸受に潤滑剤を供給または循環するように構成された第１および第２スピン軸受のための潤滑システムと、
を備えるジャイロスタビライザアセンブリを提供する。
潤滑剤リザーバは、ハウジング内またはハウジング上に配置され、重力下で第１および第２スピン軸受から潤滑剤を回収する。第１および第２スピン軸受は、動作圧力の下で、または動作圧力の下での使用／動作（例えば、動作圧力が使用時にのみ適用される場合）のために、ハウジング内に配置される。

このように、本発明は、フライホイールチャンバの動作圧力からスピン軸受を分離または隔離する回転シャフトシールが必要とされない、ジャイロスタビライザアセンブリのかなり単純な構成または構造を提供することができる。これには、二重真空圧管理システムの必要性がなくなり、構成要素の数と故障の可能性を減らすことで構成が単純化され、それによってジャイロスタビライザアセンブリの信頼性と堅牢性が向上するという利点を有する。特に、この構成では、摩耗しやすい回転シャフトシールの必要性がなくなり、シールの維持および／または交換の時間および費用が節約される。シャフトシールは通常、かなりの回転抵抗を発生させるため、新しい構成では、フライホイールの回転数（ｒｐｍ）を維持するために必要な電力も削減され、高い接触面速度に対抗するシャフトシールの能力によって課されるフライホイールの回転数の制限も取り除くことができる。

好ましい実施形態では、第１および第２スピン軸受は、第１および第２軸受に供給、循環または送られる潤滑剤が、重力下でリザーバに戻るためにそれぞれの軸受から排出されるようにハウジング内に構成および配置される。これ点に関して、潤滑剤は動作圧力および動作温度の下で液体であることが理解されよう。潤滑剤は、典型的には、合成オイルのようなオイルを含む。

本文書を通じて使用される「スピン軸受」という用語は、スピン軸を中心として回転する、好ましくは自由回転するようにフライホイールシャフトを取り付けるまたは支持するように設計された軸受への言及として理解されるであろう。したがって、「スピン軸受」という用語は、回転軸受として理解され、流体軸受および転がり軸受を含む、様々な回転軸受設計を含むと理解される。

好ましい実施形態では、第１および第２スピン軸受は、転がり軸受として構成され、例えば、転がり軸受の内輪がフライホイールシャフトに堅固に取り付けられて当該シャフトとともに回転し、外輪がハウジングに対して堅固に固定されている。代替の実施形態として、第１および第２スピン軸受は、滑り軸受、例えば滑り流体軸受として構成されてもよい。

好ましい実施形態では、動作圧力は、フライホイールが取り付けられるチャンバが真空チャンバを形成するように、少なくとも部分真空である。フライホイールおよび軸受を含むチャンバを少なくとも部分真空（例えば、０．５バール未満、好ましくは０．２５バール未満）に置くことは、これによりフライホイールの空力抵抗が減少し、フライホイール回転数（ｒｐｍ）を維持するために必要な電力が減少すると同時に、回転するフライホイールへの空気抵抗によって発生する熱が減少するため、好ましい。このようにして、ジャイロスタビライザアセンブリ内の真空チャンバ全体が、１つの真空圧で動作する単一のチャンバを形成する。真空圧は、空気抵抗とそれによる発熱を大幅に低減または除去するために、十分低くする必要がある。試験と経験から、動作圧力は好ましくは約０．２バール以下であるべきである。

好ましい実施形態では、潤滑システムは、潤滑剤がリザーバから軸受に循環され、その後リザーバに戻る潤滑剤回路を備える。これに関して、潤滑システムは、潤滑剤をリザーバから第１および第２スピン軸受に循環させる少なくとも１つのポンプを備える。少なくとも１つのポンプは、好ましくは容積式ポンプの形態であり、ポンプは、望ましくはリザーバ内の潤滑剤がポンプの入口で正の圧力水頭（pressure head）を提供するように構成される。この目的のために、ポンプは、リザーバ内の潤滑剤に沈められるように配置されてもよい。あるいは、ポンプは、ポンプ入口がリザーバに保持される潤滑剤のレベルよりも下に間隔を置いたレベルでリザーバと流体連通している状態で、ハウジング内またはハウジング上に配置されてもよい。この構成は、同時係属中の出願ＡＵ２０１７２１６４８３Ａ１で知られている潤滑システムを大幅に簡素化できる。すなわち、潤滑剤（例えばオイル）の脱気のためのサンプまたは回収タンクと、サンプからの脱気されたオイルのための別個のリザーバとの両方を、サンプからリザーバにオイルを戻すためのオイル戻りポンプと、リザーバからスピン軸受にオイルを供給するための供給ポンプとの両方とともに採用するのではなく、本発明の構成は、供給ポンプの入口の前にオイルを脱気するための別のタンクの必要性を排除することが可能になり、したがって、別の戻りポンプの必要性も排除することが可能となる。すなわち、オイルの脱気は、オイルのサンプまたは回収タンクも形成するリザーバにおいて行うことが望ましい。すなわち、リザーバは、オイルの汚染物質の沈殿槽、脱気槽、および冷却槽として機能してもよい。

好ましい実施形態では、潤滑システムは、第１および第２軸受のそれぞれを狙って潤滑剤を供給または噴射する潤滑剤供給出口、特に潤滑剤噴射口を備える。したがって、潤滑システムは、「オイルジェット」システムを備えてもよい。オイルの流量は、潤滑と、軸受で発生する熱のオイルへの交換との両方を提供するように選択することが望ましい。噴射口を介したオイルの噴射により、スピン軸受の転動体または摺動体に十分な速度と圧力でオイルを当てることができ、境界層のオイルと混ざり合い、効果的な潤滑を行うとともに、冷却効果も得られる。したがって、潤滑剤（すなわちオイル）をリザーバから第１および第２スピン軸受に供給するためのポンプは、オイル供給出口を通じて必要な速度でオイルを駆動するために必要な背圧を準備（prime）および供給できるように設計されている。必要な圧力と流量を供給するポンプを慎重に選択することによって、ポンプは、オイルを、オイル回路内の１つ以上のフィルタおよび／または１つ以上の熱交換器を通し、そしてオイル供給出口を通して循環させるために、必要な条件を満たすように配置およびサイズを調整できる。

好ましい実施形態では、潤滑システムは、スピン軸受のための冷却システムを形成してもよい。特に、オイルは、第１および第２軸受から熱を運び出すための冷却剤として作用してもよい。この目的のために、オイル回路は、好ましくは、オイルが第１および第２スピン軸受に供給される前にオイルから熱を除去するための１つ以上の熱交換器を含む。この点に関して、ハウジングの壁は、オイルが重力下でリザーバに戻るとき、および／または、オイルがリザーバからスピン軸受に循環されるとき、任意にハウジングの壁（例えばウォータジャケット）に設けられた冷却媒体によって、および／または、任意に壁に形成されたフィン要素によって、オイルの熱交換器を形成してもよい。この熱は、加熱された冷却水として（例えば船外に）排出できる。潤滑剤（オイル）を軸受に供給する時点で脱気することは、必要な混合を行うために境界層に進入するのに十分な速度の指向性噴流を供給するために供給口が確実に機能し、また熱交換器を通じた熱伝達を向上させるので有益である。オイルは、通常、再噴射の前に濾過する必要がある。

本発明のジャイロスコープアセンブリには、フライホイールシャフトの水平方向と鉛直方向との両方が想定されており、それぞれに、潤滑剤（例えばオイル）を各スピン軸受に供給し、潤滑剤を回収して再適用するという点で、潤滑に関する課題が提供される。

好ましい実施形態では、フライホイールシャフトは、概ね鉛直なスピン軸を中心として回転するように、ハウジング内に概ね鉛直な向きに取り付けられている。したがって、第１および第２軸受は、それぞれ、上部スピン軸受および下部スピン軸受を形成する。フライホイールシャフトを鉛直にすると、ハウジングを鉛直に近い自然な安定点を有する振り子として設定できるため、好ましい。つまり、ジャイロスコープアセンブリの歳差角がストロークの中央付近で「中心」を保つようにするための余分な機構が不要になる。上部および下部軸受から戻るオイルは、真空チャンバのよりも下のハウジングの下部領域またはベースにある共通のリザーバまたはサンプに導かれる。リザーバ内のオイルは、リザーバ内またはリザーバに隣接して配置された少なくとも１つのポンプによって掃気され、その後循環されてもよい。

好ましい実施形態では、潤滑システムは、ジャイロスコープアセンブリの動作位置に関係なくスピン軸受への潤滑剤の潤滑を確実にするために、異なる位置に配置され、ポンプ入口と流体連通する、リザーバからの２つ以上の出口ポートを含む。すなわち、動作中にジャイロスコープアセンブリが（例えば振り子として）スイングまたは移動するときに、リザーバ内のオイルが移動しても、潤滑オイルが常に効果的にポンピングまたは循環されるようにリザーバからの出口を配置することが可能である。例えば、動作中にハウジングが±７０度揺れたり回転したりすると、リザーバ内のオイルが１つの出口ポートから離れる可能性がある。２つ以上の出口ポートを異なる位置（例えばリザーバの異なる側）に設け、ポンプの入口と連通させることにより、リザーバからの少なくとも１つの出口ポートがいつでも浸水するようにして、オイルを効果的に循環させることができる。

好ましい実施形態では、ジャイロスコープアセンブリは、フライホイールシャフトとともに回転するようフライホイールシャフトにしっかりとまたは堅固に取り付けられ、重力下で上部スピン軸受から流れ落ちるオイルを受けるために上部スピン軸受よりも下に配置された、ディスク状部材などの部材を備える。したがって、この部材は、フライホイールチャンバを取り囲むハウジングの内壁へと半径方向外向きに分配し、重力下でリザーバに戻すように設計されている。この点に関し、フライホイールシャフトとともに回転するディスク部材の高速回転により、オイルは遠心力によって半径方向外向きに加速され、ハウジングの内壁に到達し、重力下でリザーバに流れ落ちる。あるいはまた、またはそれに加えて、フライホイールは、例えばシャフトの近傍に、重力下で上部スピン軸受から流れ落ちるオイルを回収し、リザーバに戻るように導くためのチャネルを規定する、フライホイールを貫通する１つ以上のチャネルを含んでもよい。フライホイールの回転安定性の必要性から、複数のチャネル流路は、同一であり、スピン軸の周りに対称的に配置されることが望ましい。しかし、フライホイールには高い応力がかかるため、このようなチャネルは場合によっては実用的でないこともある。ディスプ部材および／またはフライホイールを貫通するチャネルがない場合、上部スピン軸受からの潤滑オイルは、フライホイール上に直接流れ落ち、フライホイールの外側リムを越えてハウジングの壁へと半径方向外向きに流れ、ハウジングのベースにあるオイルリザーバに流れ込む。

好ましい実施形態において、ジャイロスコープアセンブリは、スピン軸を中心としたフライホイールの回転を駆動するためのスピンモータを備える。一実施形態では、スピンモータは、チャンバ内に取り付けられる。代替の実施形態では、スピンモータは、チャンバの外側に取り付けられ、磁気シールカップリング（magnetic sealed coupling）またはシャフト接続（shaft connection）のいずれかを介してフライホイールチャフに結合される。チャンバの外側に取り付けられたスピンモータにシャフト接続が必要な場合、これにも回転シャフトシールが必要になる。しかし、この場合の利点は、スピンモータをフライホイールシャフトに接続するシャフトは、比較的小さなトルクを伝達するだけでよく、したがって比較的小さな直径にできることである。これにより、シールの接触面の速度が制限され（所定の回転数で周長が減少すると、速度が低下し）、シール容量が限界となる前に可能な回転数が大幅に拡張され、シールの回転抵抗が減少する。対照的に、現在の構成の回転シャフトシールは、各回転数サイクルで完全に反転するジャイロトルクに耐えなければならないフライホイールシャフトに設けられている。そのため、シャフトの直径と円周が非常に大きくなり、接触面の速度が高くなり、摩耗が進み、シール寿命を延ばすという技術的な課題が生じる。

別の態様によれば、本発明は、少なくとも部分真空を維持するためのチャンバを画定するハウジングと、部分真空下でスピン軸を中心として回転する、チャンバ内に取り付けられたフライホイールと、フライホールが支持され、かつ、スピン軸を中心とするフライホイールの回転のためにハウジング内に取り付けられ、シャフトの一方の端部領域に配置された第１回転軸受およびシャフトの反対の端部領域に配置された第２回転軸受によって回転可能に支持されるフライホイールシャフトと、潤滑剤リザーバから回転軸受に潤滑剤を供給するように構成される潤滑システムと、を備える船舶用のジャイロスタビライザアセンブリを提供する。リザーバはハウジング内またはハウジング上に配置され、重力下で軸受から潤滑剤を回収する。第１および第２回転軸受は、部分真空下で、または部分真空下での使用／動作（例えば、使用時にのみ真空が適用される場合など）のために、ハウジング内に配置される。

上記のように、船舶用ジャイロスタビライザの構造および動作は一般にかなりよく理解されているため、本明細書は、フライホイール、フライホイールシャフト、ジンバル軸受などのジャイロスタビライザアセンブリのすべての構成要素について詳細な説明を提供することを目的としていない。むしろ、本明細書は、それらの構成要素の説明または解説のために、当業者に他の刊行物を案内する。

別の態様によれば、本発明は、上記の実施形態のいずれかによる発明のジャイロスタビライザアセンブリを含むまたは組み込んだ、ボートなどの船舶を提供する。

本明細書を通じて使用される「ジャイロスタビライザアセンブリ」という用語は、船舶などの乗り物、または（波によるローリング運動のような）望ましくない回転運動を受ける何らかの他の装置に、そのような望ましくない運動を打ち消し、および／または低減するために組み込まれるかまたは設置されうるジャイロスタビライザアセンブリ装置またはジャイロスタビライザユニットを指す者として理解されるであろう。

本発明およびその利点をより完全に理解するために、本発明の例示的な実施形態は、添付の図面を参照して以下の説明でより詳細に説明され、その中で、同様の参照符号は同様の部品を指定する。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリの模式的な側面断面図である。 図２は、本発明の別の好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリの模式的な側面断面図である。 図３は、本発明のさらに好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリの模式的な側面断面図である。 図４は、本発明のさらに別の好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリの模式的な側面断面図である。 図５は、本発明のさらに別の好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリの模式的な側面断面図である。

添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものである。図面は、本発明の特定の実施形態を示し、その説明とともに、本発明の原理を説明するのに役立つ。本発明の他の実施形態および付随する利点の多くは、以下の詳細な説明を参照してよりよく理解されるようになると、容易に理解されるであろう。

商業的に実現可能な実施形態において有用または必要であり得る共通および／またはよく理解された要素は、実施形態のより抽象化された見方を促進するために必ずしも描かれていないことが理解されよう。さらに、図面の要素は、必ずしも互いに一定の縮尺で描かれていないことに留意されたい。また、方法の実施形態における特定の動作またはステップは、特定の発生順序で説明または描かれることがあるが、当業者は、順序に関するそのような特異性が実際には必要でないことを理解するであろう。

図面の図１を参照すると、好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリ１が示されている。ジャイロスタビライザアセンブリ１は、動作圧力として部分真空（partial vacuum）Ｖ（例えば約０．２バール以下）を維持する真空チャンバ３を画定するハウジング２と、当該動作圧力の下で概ね鉛直なスピン軸または回転軸Ｚを中心に回転するように真空チャンバ３内に取り付けられた概ね鉛直な向きのフライホイールシャフト５と一体またはそれに固定されたフライホイール４と、有する。フライホイール４が固定および支持されているフライホイールシャフト５は、スピン軸Ｚを中心としたフライホイール４の回転のため、シャフト５の両端領域に配置された上部および下部回転軸受６，７（「スピン軸受」ともいう）介してハウジング２に取り付けられている。この実施形態では、上部および下部軸受６，７は、シャフト５に確実に固定された内輪とハウジング２に確実に固定された外輪との間に転動体（例えば鋼球）が保持されて移動可能な転がり軸受の形態である。フライホイールシャフト５およびスピン軸Ｚの鉛直配向は、ハウジング２を、鉛直に近い自然な安定点を有するピボット軸Ｘを中心とする振り子として設定または取り付けることを可能とする。その結果、ジャイロスコープアセンブリ１の歳差角が中間ストロークの中央付近で中心を保つようにするための機構が不要になる。ジャイロスコープアセンブリ１は、スピン軸Ｚを中心にフライホイール４の回転を駆動するための電気駆動モータまたはスピンモータ（図示せず）を備え、スピンモータはハウジング２内またはハウジング２上に取り付けられる。

ジャイロスタビライザアセンブリ１は、オイルリザーバ９から上部および下部軸受６，７のそれぞれにオイルＯを循環させるように構成された軸受６，７のための潤滑システム８（オイルベース）をさらに含む。潤滑システム８は、オイルＯがオイルリザーバ９から各スピン軸受６，７に循環され、その後リザーバ９に戻るオイル回路１０を提供する。オイル回路１０は、ハウジング２の内部および／または外部の両方においてラインまたは導管を備えてもよく、それを通してオイルＯがオイルリザーバ９から各軸受６，７に送られまたは供給される。上部および下部軸受６，７は、軸受６，７に循環または送られたオイルＯが、重力下でリザーバ９に戻るためにそれぞれの軸受６，７から排出されるように、ハウジング２内に構成および配置されている。これに関して、潤滑システム８は、リザーバ９から上部および下部軸受６，７にオイルを循環または送るための少なくとも１つのポンプ１１を含む。少なくとも１つのポンプ１１は、歯車ポンプのような容積式ポンプであり、リザーバ９内のオイルＯがポンプの入口１２で正の圧力水頭を提供するように配置されている。この目的のために、ポンプは、ポンプの入口１２がリザーバ９に保持されるオイルのレベルＬよりも下に間隔を置いたレベルでリザーバ９と流体連通している状態で、ハウジング２内またはハウジング２上に配置されている。スピン軸Ｚの鉛直配向は、上部および下部軸受６，７から戻るオイルＯが共通のリザーバ９（またはサンプ）に導かれることを意味する。ハウジング２内に設けられた上部および下部軸受６，７が動作圧力Ｖの下で、軸受６，７からの戻りのラインまたは導管１４を介してオイルを重力下で回収するために、リザーバ９は、真空チャンバ３より下方のハウジング２のベース１３に配置されている。このように、真空チャンバ３は、１つの圧力Ｖで動作する単一のチャンバである。これは、フライホイール４の空力抵抗を低減して、フライホイールの回転数（ｒｐｍ）を維持するために必要な電力と、回転するフライホイール４に対する空気抵抗によって発生する熱との両方を低減するだけでなく、上部および下部スピン軸受６，７をフライホイールチャンバ３の動作圧力Ｖから隔離するための回転シャフトシールが必要ない、より単純な構成のジャイロスタビライザアセンブリ１ももたらすことを意味する。

さらに図１を参照すると、フライホイール４は、重力下で上部スピン軸受６から流れ落ちるオイルを集めてリザーバ９に戻るように導くための流路を形成する、シャフト５の近傍にフライホイール４を貫通するチャネル１５を有することが分かるであろう。フライホイール４を貫通するそのようなチャネル１５がない場合、上部スピン軸受６からの潤滑オイルは、フライホイール４上に直接流れ落ち、遠心作用の下でフライホイールの外周リムを越えて半径方向外向きに流れ、ハウジング２のベース１３内のオイルリザーバ９に流れるであろう。

オイル潤滑システム８は、少なくとも１つのポンプ１１によって上部および下部スピン軸受６，７のそれぞれにオイルを狙って供給または噴射するオイル噴射口１６を含む。オイルの流量は、潤滑と、軸受６，７で発生した熱のオイルへの交換との両方を提供するように選択される。したがって、オイル潤滑システム８は、オイルが冷却材として作用して軸受から熱を運び出すスピン軸受６，７の冷却システムも形成する。特に、噴射口１６を介したオイルの噴射により、オイルが十分な速度と圧力で軸受６，７の転動体に向けられ、境界層のオイルと混ざり合い、効果的な潤滑と冷却効果が得られる。この目的のために、オイル回路１０は、典型的には、オイルＯが上部および下部軸受６，７に送られる前に、オイルから熱を除去する熱交換器を含む。この点に関して、チャンバ３を囲むハウジング２の壁１７は、その壁１７の内面にオイルがフライホイール４の遠心作用によって「飛ばされる」ことになるが、オイルが重量下でリザーバ９に戻る際に、任意に、壁１７に設けられた冷却媒体（例えば、ウォータージャケットの方式で）および／または壁１７に形成されたフィン要素（図示せず）を介して、オイルＯのための熱交換器を形成するか、または熱交換器として作用しうる。オイル回路１０は、典型的には、噴出口１６で再噴射する前にオイルを濾過するための１つ以上のフィルタ（図示せず）も含む。

図面の図２を参照すると、別の好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリ１が示されている。この実施形態は、図１に示されるジャイロスタビライザアセンブリ１とほとんど同じ特徴を有する。しかしながら、この実施形態では、フライホイール４を貫通するチャネル１５が設けられていないため、フライホイール４のより大きな回転安定性が保証される。代わりに、ディスク部材１８は、重力下で上部軸受６から流れ落ちるオイルを受けるために、フライホイール４より上方で上部スピン軸受６よりも下方で、フライホイールシャフト５とともに回転するようフライホイールシャフト５に堅固に取り付けられている。このように、ディスク部材１８は、そのオイルをフライホイールチャンバ３を囲むハウジング２の内壁１７へと半径方向外向きに分配し（「飛ばし」）、重力の作用下でリザーバ９に戻すように動作する。この点に関して、フライホイールシャフト５とともに回転するディスク部材１８の高い回転数により、オイルは遠心力によって半径方向外向きに加速され、ハウジング２の壁１７の内側に到達し、重力下でリザーバ９に流れ落ちる。

ここで図面の図３を参照すると、さらに好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリ１が示されている。この実施形態は、図２に示されるジャイロスタビライザアセンブリ１とほとんど同じ特徴を有するが、フライホイールチャンバ３を囲む壁１７へとイルを半径方向外向きに分配するためのディスク状部材１８を備えていない。代わりに、この場合、フライホイール４自体がオイルＯを壁１７に「飛ばす」ように動作する。図２の第２の実施形態との別の相違点は、転がり軸受の代わりに、上部および下部回転軸受６，７が滑り動圧軸受として設けられているという事実にある。これらの軸受は、転がり軸受よりも構造が簡単であり、典型的に、より抵抗コストで耐久性に優れている。オイルは、図１および図２の実施形態の場合と同様に、オイル回路１０のラインまたは導管を介して、上部および下部の滑り動圧スピン軸受に供給される。

図面の図４参照すると、さらに別の好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリ１が示されている。この実施形態は、フライホイール４が実質的に均一な断面を有する（すなわち、フライホイールシャフト５に隣接する厚さが減少していない）という点で、図３に示される実施形態とは異なる。この構成は、所定の直径に対してフライホイール４をより重くするのに役立ち、効率は劣るが、角運動量を増加させる。これは、ジャイロスタビライザアセンブリ１が船外機に組み込まれる場合など、サイズに制約がある（すなわち、直径に制約がある）場合に有用である。この構成はまた、ジャイロスタビライザアセンブリ１が動作していない（すなわち停止している）ときに、オイルがフライホイールの上側に溜まるのを防止する。

最後に、ここで図面の図５を参照すると、さらに別の好ましい実施形態によるジャイロスタビライザアセンブリ１が示されている。この実施形態は、フライホイールシャフト５がディスク部材１８を有さず、フライホイールシャフト５が中空であるか、またはオイル回路１０から潤滑オイルＯを受けて上部および下部軸受６，７のそれぞれの内輪を冷却するための中央チャネル１９を有しているという点で、図２に示される実施形態とは異なる。この点、図１を参照して説明したように、この実施形態における上部および下部スピン軸受６，７は、シャフト５にしっかりと固定された内輪とハウジングにしっかりと固定された外輪との間で転動体（例えば鋼球）が保持されて移動可能な転がり軸受である。したがって、例えば噴射口１６を介してフライホイールシャフト５の中央チャネル１９を循環するオイルは、シャフト５にしっかりと固定された内輪を冷却するように作用することができる。

本明細書では、本発明の特定の実施形態が例示され、説明されているが、当業者であれば様々な代替および／または同等の実施形態が存在することが理解されよう。各例示的な実施形態は例示に過ぎず、範囲、適用性、または構成を何ら限定することを意図していないことを理解されたい。むしろ、上述の概要および詳細な説明は、少なくとも１つの例示的な実施形態を実施するための便利なロードマップを当業者に提供し、添付の請求項およびそれらの法的同等物に規定される範囲から逸脱せずに、例示的な実施形態に記載される要素の機能および構成において様々な変更がなされ得ることが理解されよう。一般に、本出願は、本明細書で論じた特定の実施形態のあらゆる適応または変形を網羅することを意図している。

また、本文書で使用される「備える（comprise）」、「備える（comprising）」、「含む（include）」、「含む（including）」、「含む（contain）」、「含む（containing）」、「有する（have）」、「有する（having）」という用語およびそれらの変形は、文脈が別段の指示をしない限り、本明細書に記載されるプロセス、方法、デバイス（device）、装置（apparatus）またはシステムが、記載された特徴、完全体、部分、要素またはステップに限定されず、明示的に記載されていないおよび／またはそのようなプロセス、方法、デバイス、装置またはシステムに固有のものである他の特徴、完全体、部分、要素またはステップを含みうるように、包括的（すなわち非排他的）な意味で理解されることを意図していることも理解されるであろう。さらに、本明細書で使用される用語「１つの（a）」および「１つの（an）」は、明示的に別段の記載がない限り、１つ以上を意味するものとして理解されることが意図される。さらに、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、単にラベルとして使用されており、それらの対象に対して数値的な要件を課したり、または重要性の順位を確立したりすることは意図していない。さらに、上記の説明で使用される「下」および「上」などの位置的用語への言及は、図に描かれた実施形態の文脈で捉えられるものであり、本発明をその用語の文字通りの解釈に限定するものとしてではなく、むしろ適切な文脈で当業者によって理解されるであろうものとして捉えられるものである。

１ ジャイロスタビライザアセンブリ
２ ハウジング
３ 真空チャンバ
４ フライホイール
５ フライホイールシャフト
６ 上部軸受
７ 下部軸受
８ 潤滑システム
９ リザーバ
１０ オイル回路
１１ ポンプ
１２ ポンプの入口
１３ ハウジングのベース
１４ 戻りラインまたは導管
１５ チャネル
１６ 噴射口
１７ ハウジングの壁
１８ ディスク状部材
１９ シャフト内のチャネル
Ｚ シャフトの回転軸またはスピン軸
Ｖ 部分真空
Ｘ ピボット軸
Ｏ オイル
Ｌ リザーバのオイルのレベル

Claims (15)

1. 動作圧力を維持するためのチャンバを画定するハウジングと、
   前記動作圧力の下でスピン軸を中心として回転する、前記チャンバ内に取り付けられたフライホイールと、
   フライホイールシャフトであって、前記フライホールが支持され、かつ、前記スピン軸を中心とする前記フライホイールの回転のために、当該シャフトの両端領域に配置される第１および第２スピン軸受によって前記ハウジング内に取り付けられるフライホイールシャフトと、
   リザーバから前記第１および第２スピン軸受に潤滑剤を供給するように構成された前記第１および第２スピン軸受のための潤滑システムと、
   を備え、
   前記リザーバは、前記ハウジング内または前記ハウジング上に配置され、重力下で前記第１および第２スピン軸受から前記潤滑剤を回収し、
   前記第１および第２スピン軸受は、前記動作圧力を受けるように前記ハウジング内に配置される、ジャイロスタビライザアセンブリ。
2. 前記潤滑システムは、前記潤滑剤を前記第１および第２スピン軸受に循環させるための少なくとも１つのポンプを備え、
   前記少なくとも１つのポンプは、前記リザーバ内の前記潤滑剤が前記ポンプの入口で圧力水頭を提供するように構成されている請求項１に記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
3. 前記ポンプが、前記リザーバにおいて潤滑剤に沈められるように配置されるか、または、前記ポンプが、前記ポンプの前記入口が前記リザーバに保持される潤滑剤のレベルよりも下に間隔を置いたレベルで前記リザーバと流体連通している状態で、前記ハウジング内もしくは前記ハウジング上に配置される請求項２に記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
4. 前記ポンプは、容積式ポンプである請求項２または３に記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
5. 前記潤滑システムが、前記第１および第２スピン軸受のそれぞれを狙って潤滑剤を供給または噴射する潤滑剤供給出口、特に噴射口を含む請求項１から４のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
6. 前記第１および第２軸受は、前記第１および第２軸受に循環された潤滑剤が、それぞれの軸受から排出され、重力下で前記リザーバに戻るように、前記ハウジング内に構成および配置される請求項１から５のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
7. 前記フライホイールシャフトは、概ね鉛直なスピン軸を中心として回転するために前記ハウジング内に概ね鉛直な向きで取り付けられ、
   前記第１および第２軸受は、それぞれ、上部スピン軸受および下部スピン軸受を含む請求項１からの６のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
8. 前記フライホイールシャフトにそれとともに回転するように堅固に取り付けられ、前記上部スピン軸受から流れ落ちる潤滑剤を受けるために前記上部スピン軸受よりも下に配置され、その潤滑剤を重力下で前記リザーバに戻すために前記チャンバを囲む前記ハウジングの内壁へと半径方向外向きに分配するディスク状部材などの部材をさらに備える請求項７に記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
9. 前記ハウジングの壁は、前記潤滑剤が重力下で前記リザーバに戻るときに、任意に、当該壁に設けられた冷却媒体によって、および／または、任意に、前記壁に形成されたフィン要素によって、前記潤滑剤のための熱交換器を形成する請求項１から８のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
10. 前記スピン軸を中心とする前記フライホイールの回転を駆動するためのスピンモータを備え、前記スピンモータは前記チャンバ内に取り付けられている請求項１から９のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
11. 前記スピン軸を中心とする前記フライホイールの回転を駆動するためのスピンモータを備え、前記スピンモータは前記チャンバの外側に取り付けられ、磁気シールカップリングまたはシャフト接続のいずれかにより前記ホイールシャフトに結合される請求項１から９のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
12. 前記フライホイールが取り付けられた前記チャンバが真空チャンバを形成するように、前記動作圧力は部分真空である請求項１から１１のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
13. 前記潤滑剤は、動作圧力および動作温度の下で液体であり、典型的に合成オイルなどのオイルを含む請求項１から１２のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリ。
14. 少なくとも部分真空を維持するためのチャンバを画定するハウジングと、
    部分真空下でスピン軸を中心として回転する、チャンバ内に取り付けられたフライホイールと、フライホールが支持され、かつ、スピン軸を中心とするフライホイールの回転のためにハウジング内に取り付けられ、シャフトの一方の端部領域に配置された第１回転軸受およびシャフトの反対の端部領域に配置された第２回転軸受によって回転可能に支持されるフライホイールシャフトと、
    潤滑剤リザーバから前記スピン軸受に潤滑剤を供給するように構成される潤滑システムと、
    を備え、
    前記リザーバはハウジング内またはハウジング上に配置され、重力下で前記回転軸受から潤滑剤を回収し、
    前記第１および第２回転軸受は、部分真空下での動作のために、ハウジング内に配置される船舶用のジャイロスタビライザアセンブリ。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載のジャイロスタビライザアセンブリを備える船舶、特にボートまたはモータヨット。

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