JPH102376A - 膨張整合する自動平衡ハブを有するフライホイール - Google Patents
膨張整合する自動平衡ハブを有するフライホイールInfo
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- JPH102376A JPH102376A JP9055199A JP5519997A JPH102376A JP H102376 A JPH102376 A JP H102376A JP 9055199 A JP9055199 A JP 9055199A JP 5519997 A JP5519997 A JP 5519997A JP H102376 A JPH102376 A JP H102376A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
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- F16F15/315—Flywheels characterised by their supporting arrangement, e.g. mountings, cages, securing inertia member to shaft
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、大量のエネルギーを貯蔵し、高い
エネルギー密度に到達することができるフライホイール
を提供することを目的とする。 【解決手段】 環状のリム24と、このリム24に接合され
た環状のフープ28と、それぞれが第１および第２の端部
77, 78を有する切頭円錐体50と、環状のばね72と、環状
のばね72と切頭円錐体50の第２の端部78とを結合する環
状のディスク80を形成しており、切頭円錐体50の第１の
端部が孔34を形成している第１および第２の軸方向に間
隔を隔てて配置されたダイヤフラム30, 32とを具備し、
環状のフープ28が環状のばね72と接続され、孔34がシャ
フト22を受けるように同軸に配置されていることを特徴
とする。
エネルギー密度に到達することができるフライホイール
を提供することを目的とする。 【解決手段】 環状のリム24と、このリム24に接合され
た環状のフープ28と、それぞれが第１および第２の端部
77, 78を有する切頭円錐体50と、環状のばね72と、環状
のばね72と切頭円錐体50の第２の端部78とを結合する環
状のディスク80を形成しており、切頭円錐体50の第１の
端部が孔34を形成している第１および第２の軸方向に間
隔を隔てて配置されたダイヤフラム30, 32とを具備し、
環状のフープ28が環状のばね72と接続され、孔34がシャ
フト22を受けるように同軸に配置されていることを特徴
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にエネルギ
ー貯蔵および車両安定化のためのフライホイールに関す
る。
ー貯蔵および車両安定化のためのフライホイールに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】フライホイールは、宇宙衛星およびハイ
ブリッド電気地上車両におけるエネルギー貯蔵およびパ
ワー源装置として、ならびに衛星の安定化のための運動
量ホイールとして使用することを含む種々の潜在的応用
を有する。これらのフライホイールの応用の多くは、現
在使用可能なものよりも大きいエネルギー貯蔵容量およ
びより高いエネルギー密度（装置内に貯蔵されるエネル
ギー対装置重量の比）を必要とする。
ブリッド電気地上車両におけるエネルギー貯蔵およびパ
ワー源装置として、ならびに衛星の安定化のための運動
量ホイールとして使用することを含む種々の潜在的応用
を有する。これらのフライホイールの応用の多くは、現
在使用可能なものよりも大きいエネルギー貯蔵容量およ
びより高いエネルギー密度（装置内に貯蔵されるエネル
ギー対装置重量の比）を必要とする。
【０００３】回転本体の運動エネルギーは０．５Ｉω2
（ここで、Ｉは本体の慣性モーメント、ωは角速度）に
等しいので、フライホイールの貯蔵されたエネルギーお
よびエネルギー密度を増加する努力は、それらの角速度
を増加することに集中している。しかしながら、角速度
によってフライホイールの部品は半径方向に膨張する
が、部品の膨張は典型的に異なるので、応力は部品の境
界面上にかかる。さらに、フライホイールの不均衡（例
えば、部品の整列不良および偏心によって生じる）は、
潜在的に破壊的な共振を高め、フライホイール部品、例
えば軸受けはそれに応じた負荷を受ける。回転速度が増
加すると、これらの負荷も増加し、結果的に部品境界
面、軸受け、またはその他のフライホイールの部品の破
損をもたらす。
（ここで、Ｉは本体の慣性モーメント、ωは角速度）に
等しいので、フライホイールの貯蔵されたエネルギーお
よびエネルギー密度を増加する努力は、それらの角速度
を増加することに集中している。しかしながら、角速度
によってフライホイールの部品は半径方向に膨張する
が、部品の膨張は典型的に異なるので、応力は部品の境
界面上にかかる。さらに、フライホイールの不均衡（例
えば、部品の整列不良および偏心によって生じる）は、
潜在的に破壊的な共振を高め、フライホイール部品、例
えば軸受けはそれに応じた負荷を受ける。回転速度が増
加すると、これらの負荷も増加し、結果的に部品境界
面、軸受け、またはその他のフライホイールの部品の破
損をもたらす。
【０００４】部品境界面の一体性を強化するために、典
型的に、取付け機構の剛性および／または丈夫さの増
加、例えば機械的固定具の付加、部品断面の増加、およ
び圧縮プレストレスの付与等の粗暴な力による解決方法
がとられてきた。
型的に、取付け機構の剛性および／または丈夫さの増
加、例えば機械的固定具の付加、部品断面の増加、およ
び圧縮プレストレスの付与等の粗暴な力による解決方法
がとられてきた。
【０００５】対照的に、幾つかのフライホイールの概念
において、コンプライアントな構造が含まれている。例
えば米国特許第 5,124,605号明細書において、ハブ軸に
対する半径方向外側の応力の伝達をなくすために、ハブ
およびリムを異なって成長させる必要が説明されてい
る。すなわち、リムの内側および外側表面は、高速度で
の回転中に外側方向に膨張するので、ハブは少なくとも
同じくらい迅速に膨張しなければならない。前記米国特
許明細書において、ハブの弾性係数がリムのそれよりも
小さければ、これを達成できることが示されている。前
記米国特許明細書のフライホイールの実施形態におい
て、リムとハブとを結合するために複数の管構造が配置
されている。しかしながら、高い回転速度におけるダイ
ナミックの安定性を維持するために、管構造はフライホ
イール内で予め圧縮されるか、または予め荷重を与えら
れる。
において、コンプライアントな構造が含まれている。例
えば米国特許第 5,124,605号明細書において、ハブ軸に
対する半径方向外側の応力の伝達をなくすために、ハブ
およびリムを異なって成長させる必要が説明されてい
る。すなわち、リムの内側および外側表面は、高速度で
の回転中に外側方向に膨張するので、ハブは少なくとも
同じくらい迅速に膨張しなければならない。前記米国特
許明細書において、ハブの弾性係数がリムのそれよりも
小さければ、これを達成できることが示されている。前
記米国特許明細書のフライホイールの実施形態におい
て、リムとハブとを結合するために複数の管構造が配置
されている。しかしながら、高い回転速度におけるダイ
ナミックの安定性を維持するために、管構造はフライホ
イール内で予め圧縮されるか、または予め荷重を与えら
れる。
【０００６】米国特許第 4,821,599号明細書において、
リムは１つ以上の実質的に円形の皿形部材を含む中心部
分に結合されている。回転速度の増加によって皿形部材
が弾性的に変形して湾曲部が真っ直ぐになり、皿形部材
の直径が増加するように、皿形部材は湾曲している。好
ましくは、皿形部材は、３つの一体構成で形成された環
状部分を含み、その２つ以上が湾曲しており、第３の位
置の両側部上に配置されている。
リムは１つ以上の実質的に円形の皿形部材を含む中心部
分に結合されている。回転速度の増加によって皿形部材
が弾性的に変形して湾曲部が真っ直ぐになり、皿形部材
の直径が増加するように、皿形部材は湾曲している。好
ましくは、皿形部材は、３つの一体構成で形成された環
状部分を含み、その２つ以上が湾曲しており、第３の位
置の両側部上に配置されている。
【０００７】皿形部材の直径を増加し、動作速度でリム
と接触し続けることができるように、これらの皿形部材
は半径方向において十分に可撓性を有することが意図さ
れているが、前記米国特許明細書は、リムとハブとの間
の境界面に予め荷重を与える別の構成方法を教示してい
る。例示的プロセスにおいて、リムおよびハブは、その
構成を容易にするために２０乃至３０°Ｃの温度差を有
している。さらに、皿形部材にプレストレスを与えるた
めにそれらの中心孔に軸方向の負荷が加えられる。１実
施形態において、この後者の予め加えられる荷重は、フ
ライホイールのシャフトにおけるテーパをつけられた部
分に駆動されるテーパを付けられたスリーブによって達
成される。別の実施形態において、フライホイールをそ
のシャフトに固定するのを助けるために、中心孔に隣接
する皿形部材の周りに補強リングが配置されている。
と接触し続けることができるように、これらの皿形部材
は半径方向において十分に可撓性を有することが意図さ
れているが、前記米国特許明細書は、リムとハブとの間
の境界面に予め荷重を与える別の構成方法を教示してい
る。例示的プロセスにおいて、リムおよびハブは、その
構成を容易にするために２０乃至３０°Ｃの温度差を有
している。さらに、皿形部材にプレストレスを与えるた
めにそれらの中心孔に軸方向の負荷が加えられる。１実
施形態において、この後者の予め加えられる荷重は、フ
ライホイールのシャフトにおけるテーパをつけられた部
分に駆動されるテーパを付けられたスリーブによって達
成される。別の実施形態において、フライホイールをそ
のシャフトに固定するのを助けるために、中心孔に隣接
する皿形部材の周りに補強リングが配置されている。
【０００８】（例えば、組立て温度差によって）予め荷
重を与え、取付け機構（例えば、保持リング）を含まな
ければならないフライホイール構造は典型的に、最も重
量に敏感な応用においてフライホイールを有効にするた
めに、十分に角速度および／またはエネルギー密度を増
加することができない。
重を与え、取付け機構（例えば、保持リング）を含まな
ければならないフライホイール構造は典型的に、最も重
量に敏感な応用においてフライホイールを有効にするた
めに、十分に角速度および／またはエネルギー密度を増
加することができない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、大量
のエネルギーを貯蔵し、高いエネルギー密度（例えば、
１３０ワット時／キログラム）に到達することができる
フライホイールを提供することである。
のエネルギーを貯蔵し、高いエネルギー密度（例えば、
１３０ワット時／キログラム）に到達することができる
フライホイールを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】コンプライアントなハブ
要素によって隣接するフライホイール部品の半径方向の
膨張が整合し（すなわち、それらは“膨張整合”され
る）、リムの重心の再配置によってフライホイールの不
均衡が修正されるのを可能にし（すなわち、それらは
“自動平衡”する）、フライホイールの動作速度より下
で潜在的に破壊的な振動モードの周波数を減少させるの
で、それらによって高い回転速度を達成することがで
き、上述の目的はこれによって達成される。
要素によって隣接するフライホイール部品の半径方向の
膨張が整合し（すなわち、それらは“膨張整合”され
る）、リムの重心の再配置によってフライホイールの不
均衡が修正されるのを可能にし（すなわち、それらは
“自動平衡”する）、フライホイールの動作速度より下
で潜在的に破壊的な振動モードの周波数を減少させるの
で、それらによって高い回転速度を達成することがで
き、上述の目的はこれによって達成される。
【００１１】さらに、剛性構造、取付け機構、および予
め荷重を与える処理を避けることによって、この目的を
最も良く達成できることが認識される。最後に、コンプ
ライアントな要素の配置が、フライホイールの回転軸に
対して直角的に位置する軸の周りに作用する力、例えば
ジャイロスコープの歳差運動力を制限し制御するため
に、角度の安定性を有さなければならないことが認識さ
れる。
め荷重を与える処理を避けることによって、この目的を
最も良く達成できることが認識される。最後に、コンプ
ライアントな要素の配置が、フライホイールの回転軸に
対して直角的に位置する軸の周りに作用する力、例えば
ジャイロスコープの歳差運動力を制限し制御するため
に、角度の安定性を有さなければならないことが認識さ
れる。
【００１２】したがって、高いエネルギー密度のフライ
ホイールは、環状のフープおよび１対のコンプライアン
トな軸方向に間隔を置いたダイヤフラムを含むハブによ
って得られる。各ダイヤフラムは、第１および第２の端
部を有する切頭円錐体、環状のばね、および環状のばね
と切頭円錐体の第２の端部とを結合する環状のディスク
を形成している。各切頭円錐体の第１の端部は孔を形成
され、その孔はシャフトを受けるように同軸に配置され
ている。環状のフープは、環状のばねと接続し、環状の
リムを受ける大きさを有する。
ホイールは、環状のフープおよび１対のコンプライアン
トな軸方向に間隔を置いたダイヤフラムを含むハブによ
って得られる。各ダイヤフラムは、第１および第２の端
部を有する切頭円錐体、環状のばね、および環状のばね
と切頭円錐体の第２の端部とを結合する環状のディスク
を形成している。各切頭円錐体の第１の端部は孔を形成
され、その孔はシャフトを受けるように同軸に配置され
ている。環状のフープは、環状のばねと接続し、環状の
リムを受ける大きさを有する。
【００１３】その断面において、環状のばねはばねの半
径方向のコンプライアンスを高める第１および第２の軸
方向を向いたセグメントを有する。環状のばねのコンプ
ライアンスは、ハブとリムとの境界面における接触の維
持を容易にする。
径方向のコンプライアンスを高める第１および第２の軸
方向を向いたセグメントを有する。環状のばねのコンプ
ライアンスは、ハブとリムとの境界面における接触の維
持を容易にする。
【００１４】ばねの回復力は、環状のディスクを介して
切頭円錐体の第２の端部に結合される。応答して、切頭
円錐体の第１の端部は、シャフトに対して内側方向に回
転する。この動作は、低い半径方向の膨張負荷と協同し
て、通常の接着剤の簡単な接着接合部を使用して、ハブ
とシャフトとの境界面における接触の維持を容易にす
る。
切頭円錐体の第２の端部に結合される。応答して、切頭
円錐体の第１の端部は、シャフトに対して内側方向に回
転する。この動作は、低い半径方向の膨張負荷と協同し
て、通常の接着剤の簡単な接着接合部を使用して、ハブ
とシャフトとの境界面における接触の維持を容易にす
る。
【００１５】本発明の特徴において、ダイヤフラムの半
径方向のコンプライアンスによってハブが隣接するフラ
イホイール部品の半径方向の膨張と整合し、フライホイ
ール部品間における応力の結合を減少し、シャフトの回
転軸にリムの重心を位置させることが容易に可能であ
る。ダイヤフラムの軸方向の間隔は、ジャイロスコープ
の負荷のもとでリムの偏向を制限するために角度の安定
性を与える。
径方向のコンプライアンスによってハブが隣接するフラ
イホイール部品の半径方向の膨張と整合し、フライホイ
ール部品間における応力の結合を減少し、シャフトの回
転軸にリムの重心を位置させることが容易に可能であ
る。ダイヤフラムの軸方向の間隔は、ジャイロスコープ
の負荷のもとでリムの偏向を制限するために角度の安定
性を与える。
【００１６】実施形態において、ハブは種々の材料、例
えば金属、および炭素ファイバとエポキシマトリックス
との合成物のような複合材料から形成することができ
る。
えば金属、および炭素ファイバとエポキシマトリックス
との合成物のような複合材料から形成することができ
る。
【００１７】本発明の新しい特徴は、特に特許請求の範
囲に記載されている。本発明は、添付の図面を参照して
読むときに、以下の説明から最もよく理解されるであろ
う。
囲に記載されている。本発明は、添付の図面を参照して
読むときに、以下の説明から最もよく理解されるであろ
う。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１および２は、シャフト22の軸
21を中心とした回転のためのフライホイール20を示して
いる。フライホイール20は、内側表面25を有するリム24
およびリム24をシャフト22へ接続するハブ26を含んでい
る。ハブ26は半径方向のコンプライアンスおよび軸方向
の安定性を与える構造で形成されている。
21を中心とした回転のためのフライホイール20を示して
いる。フライホイール20は、内側表面25を有するリム24
およびリム24をシャフト22へ接続するハブ26を含んでい
る。ハブ26は半径方向のコンプライアンスおよび軸方向
の安定性を与える構造で形成されている。
【００１９】特に、図３および４は、ハブ26構造が環状
のフープ28および１対のコンプライアントなダイヤフラ
ム30および32を含んでいることを示している。各ダイヤ
フラムは、孔34を形成され、周辺36において半径方向に
終端している。孔34はシャフト22を受けるように同軸に
配置され、周辺36はフープ28によって接続されている。
フープ28は、リムとハブとの境界面に沿ってリム24の内
側表面25に接合する大きさである。
のフープ28および１対のコンプライアントなダイヤフラ
ム30および32を含んでいることを示している。各ダイヤ
フラムは、孔34を形成され、周辺36において半径方向に
終端している。孔34はシャフト22を受けるように同軸に
配置され、周辺36はフープ28によって接続されている。
フープ28は、リムとハブとの境界面に沿ってリム24の内
側表面25に接合する大きさである。
【００２０】シャフト22に対するハブ26の接着を容易に
するために、各ダイヤフラム30および32は、孔34に隣接
する円筒形部分38を有することが好ましい。円筒形部分
38は、ハブとシャフトとの境界面39の形成を容易にす
る。ダイヤフラムの第２の環状部分40は、円筒形部分38
に隣接する内部マージン42、および周辺36を形成する外
部マージン44を有する。
するために、各ダイヤフラム30および32は、孔34に隣接
する円筒形部分38を有することが好ましい。円筒形部分
38は、ハブとシャフトとの境界面39の形成を容易にす
る。ダイヤフラムの第２の環状部分40は、円筒形部分38
に隣接する内部マージン42、および周辺36を形成する外
部マージン44を有する。
【００２１】環状部分40は、特にハブ26のコンプライア
ンスを強化するように形成された半径方向の断面46を有
する。図３および４において詳細に示された実施形態に
おいて、半径方向の断面46は、内部マージン42に隣接す
る半径方向に傾斜したセグメント50と、半径方向を向い
たセグメント51と、軸方向を向いたセグメント52と、半
径方向を向いたセグメント53と、および外部マージン44
に隣接する軸方向を向いたセグメント54とを有する。セ
グメント50および51は湾曲したセグメント61によって接
続され、セグメント51および52は湾曲したセグメント62
によって接続され、セグメント52および53は湾曲したセ
グメント63によって接続され、セグメント53および54は
湾曲したセグメント64によって接続されている。
ンスを強化するように形成された半径方向の断面46を有
する。図３および４において詳細に示された実施形態に
おいて、半径方向の断面46は、内部マージン42に隣接す
る半径方向に傾斜したセグメント50と、半径方向を向い
たセグメント51と、軸方向を向いたセグメント52と、半
径方向を向いたセグメント53と、および外部マージン44
に隣接する軸方向を向いたセグメント54とを有する。セ
グメント50および51は湾曲したセグメント61によって接
続され、セグメント51および52は湾曲したセグメント62
によって接続され、セグメント52および53は湾曲したセ
グメント63によって接続され、セグメント53および54は
湾曲したセグメント64によって接続されている。
【００２２】環状フープ28によって、ダイヤフラム30お
よび32は、例えばダイヤフラムセグメント51の間の間隔
66によって軸方向に間隔を隔てられている。フライホイ
ール部品は、リムとハブとの境界面37およびハブとシャ
フトとの境界面39において通常の高い強度の接着材料に
よって接合される。
よび32は、例えばダイヤフラムセグメント51の間の間隔
66によって軸方向に間隔を隔てられている。フライホイ
ール部品は、リムとハブとの境界面37およびハブとシャ
フトとの境界面39において通常の高い強度の接着材料に
よって接合される。
【００２３】動作において、ハブ26はシャフト22とリム
24との間のトルク伝達機構である。典型的にフライホイ
ールの回転によって、フライホイールの部品は異なる膨
張率で半径方向に膨張する。半径方向の断面46の形状は
リムとハブとの境界面37とハブとシャフトとの境界面39
において接合の一体性を強化する半径方向のコンプライ
アンスを与え、それはこれらの境界面において隣接する
フライホイール部品の膨張に整合することを可能するか
らである。したがって、コンプライアントなハブ26は、
その隣接する部品に実質的に整合した膨張を行う。
24との間のトルク伝達機構である。典型的にフライホイ
ールの回転によって、フライホイールの部品は異なる膨
張率で半径方向に膨張する。半径方向の断面46の形状は
リムとハブとの境界面37とハブとシャフトとの境界面39
において接合の一体性を強化する半径方向のコンプライ
アンスを与え、それはこれらの境界面において隣接する
フライホイール部品の膨張に整合することを可能するか
らである。したがって、コンプライアントなハブ26は、
その隣接する部品に実質的に整合した膨張を行う。
【００２４】リムとハブとの境界面37とハブとシャフト
との境界面39とにおける膨張の差は減少するので、通常
の負荷を保持する境界面構造およびプロセスに対して必
要な、例えば予め荷重を与えられた管構造、補強リン
グ、および予め荷重を加えた組立て等は簡単な接着接合
部に置き換えることができる。
との境界面39とにおける膨張の差は減少するので、通常
の負荷を保持する境界面構造およびプロセスに対して必
要な、例えば予め荷重を与えられた管構造、補強リン
グ、および予め荷重を加えた組立て等は簡単な接着接合
部に置き換えることができる。
【００２５】フライホイール20がその臨界共振（実質的
に動作周波数範囲より低い）に近付く時、ハブ26のコン
プライアンスによって、リム24はシャフト22の軸21上に
重心を置くこともできる。すなわち、コンプライアント
なハブ26はフライホイール20の自動平衡を容易にする。
これはリムの振動を減少し、次に部品の劣化をもたらす
リアクションローディング、例えば軸受の摩耗およびハ
ブの疲労を減少する。本発明のこの自動平衡の特徴の重
要性は、１００krpmで１０ｃｍの半径のフライホイール
における１グラムの不平衡が、軸受けにおいて約１００
０ニュートンの力を生じるという事実によって強調され
る。コンプライアントなハブ26の自動平衡がないなら
ば、質量の不平衡は振動モードを破壊的振幅に励起する
可能性がある。
に動作周波数範囲より低い）に近付く時、ハブ26のコン
プライアンスによって、リム24はシャフト22の軸21上に
重心を置くこともできる。すなわち、コンプライアント
なハブ26はフライホイール20の自動平衡を容易にする。
これはリムの振動を減少し、次に部品の劣化をもたらす
リアクションローディング、例えば軸受の摩耗およびハ
ブの疲労を減少する。本発明のこの自動平衡の特徴の重
要性は、１００krpmで１０ｃｍの半径のフライホイール
における１グラムの不平衡が、軸受けにおいて約１００
０ニュートンの力を生じるという事実によって強調され
る。コンプライアントなハブ26の自動平衡がないなら
ば、質量の不平衡は振動モードを破壊的振幅に励起する
可能性がある。
【００２６】さらに、半径方向の断面46のコンプライア
ントな構造によって、フライホイール部品間の応力結合
は減少する。この結合の減少によって、簡単にされた応
力解析および設計方法が使用可能となる。すなわち、独
立した部品の設計を可能にするためにリムおよびハブの
解析が切り離される。
ントな構造によって、フライホイール部品間の応力結合
は減少する。この結合の減少によって、簡単にされた応
力解析および設計方法が使用可能となる。すなわち、独
立した部品の設計を可能にするためにリムおよびハブの
解析が切り離される。
【００２７】軸方向の間隔、例えば図２および３におけ
るダイヤフラム30および32間の間隔66は、リム24がシャ
フト軸21と対して直角的に位置する軸を中心として（例
えばジャイロスコープ動作によって）駆動される時、そ
の歪みを制限し、制御するためにモーメントに剛性を与
える。
るダイヤフラム30および32間の間隔66は、リム24がシャ
フト軸21と対して直角的に位置する軸を中心として（例
えばジャイロスコープ動作によって）駆動される時、そ
の歪みを制限し、制御するためにモーメントに剛性を与
える。
【００２８】ハブ26の動作の詳細な説明を容易にするた
めに、断面46の１つ、隣接する円筒型部分38、およびフ
ープ28の隣接する断面は、図５のＡおよびＢにおいても
同様に記載されている。図５のＡは静止状態を示し、図
５のＢは動作速度におけるハブの応答を示している。Ｕ
型の軸方向を向いたセグメント52および54、ならびにそ
れらの接続構造（セグメント53、63、および64）は、そ
の丸みを帯びた形で環状のばね（図４の下方部分におい
て72で示されている）を形成している。
めに、断面46の１つ、隣接する円筒型部分38、およびフ
ープ28の隣接する断面は、図５のＡおよびＢにおいても
同様に記載されている。図５のＡは静止状態を示し、図
５のＢは動作速度におけるハブの応答を示している。Ｕ
型の軸方向を向いたセグメント52および54、ならびにそ
れらの接続構造（セグメント53、63、および64）は、そ
の丸みを帯びた形で環状のばね（図４の下方部分におい
て72で示されている）を形成している。
【００２９】Ｕ型の環状のばね72は、高い角速度におけ
るフープ28の半径方向の膨張を容易にするためにコンプ
ライアントに撓むことができる。このフープの半径方向
の膨張は、図５のＢにおいて膨張を示す破線の矢印74に
よって示されている。ばね構造70のセグメント52および
54は、破線52Ａおよび54Ａによって示される位置へ外方
向に回転することによってこの半径方向の膨張に容易に
適合することができる。したがって、ばね構造（すなわ
ち、図４の環状のばね72）のコンプライアンスは、ハブ
とリムとの境界面（図３の底部において37で示されてい
る）における接触の維持を容易にする。
るフープ28の半径方向の膨張を容易にするためにコンプ
ライアントに撓むことができる。このフープの半径方向
の膨張は、図５のＢにおいて膨張を示す破線の矢印74に
よって示されている。ばね構造70のセグメント52および
54は、破線52Ａおよび54Ａによって示される位置へ外方
向に回転することによってこの半径方向の膨張に容易に
適合することができる。したがって、ばね構造（すなわ
ち、図４の環状のばね72）のコンプライアンスは、ハブ
とリムとの境界面（図３の底部において37で示されてい
る）における接触の維持を容易にする。
【００３０】丸みを帯びた形状で、半径方向に傾斜した
セグメント50は、第１の端部77と円筒形部分38との接合
部における第１の直径、および第２の端部78とセグメン
ト61との接合部におけるそれより大きい第２の直径とを
有する切頭円錐体（図４の下方部分において76で示され
ている）を形成している。丸みを帯びた形状で、セグメ
ント51は環状の半径方向を向いたディスク（図４の下方
部分において80で示されている）を形成している。切頭
円錐体76は環状のディスク80によって環状のばね72に結
合される。
セグメント50は、第１の端部77と円筒形部分38との接合
部における第１の直径、および第２の端部78とセグメン
ト61との接合部におけるそれより大きい第２の直径とを
有する切頭円錐体（図４の下方部分において76で示され
ている）を形成している。丸みを帯びた形状で、セグメ
ント51は環状の半径方向を向いたディスク（図４の下方
部分において80で示されている）を形成している。切頭
円錐体76は環状のディスク80によって環状のばね72に結
合される。
【００３１】ばね72が変形するとき、その復原力は、デ
ィスク80を通って、図５のＢにおいて結合を示す破線の
矢印82によって示されているように切頭円錐体76の端部
78に結合される。切頭円錐体76の第２の端部78における
半径方向外方向の力に応答して、図５のＢにおいて圧力
を示す破線の弓型矢印84によって示されているように、
第１の端部77は内側方向に回転する。したがって、半径
方向の圧力は円筒形部分38に加えられる。この圧力は、
ハブとシャフトとの境界面（図３において34で示されて
いる）における接触の維持を容易にする。上述の動作の
説明において、ハブ26の一部分の移動範囲は図を分かり
やすくするために誇張されていることに注意すべきであ
る。
ィスク80を通って、図５のＢにおいて結合を示す破線の
矢印82によって示されているように切頭円錐体76の端部
78に結合される。切頭円錐体76の第２の端部78における
半径方向外方向の力に応答して、図５のＢにおいて圧力
を示す破線の弓型矢印84によって示されているように、
第１の端部77は内側方向に回転する。したがって、半径
方向の圧力は円筒形部分38に加えられる。この圧力は、
ハブとシャフトとの境界面（図３において34で示されて
いる）における接触の維持を容易にする。上述の動作の
説明において、ハブ26の一部分の移動範囲は図を分かり
やすくするために誇張されていることに注意すべきであ
る。
【００３２】本発明の教示は、ハブの他の実施形態で実
現することができる。例えば、図５のＡおよびＢにおい
てばね構造70の軸方向を向いたセグメント52および54
（すなわち、図４の環状のばね）は、（セグメント53、
63、および64の代わりに）単一の湾曲したセグメントに
よって接続することができる。半径方向を向いたセグメ
ント51（図４の環状のディスク80）は、湾曲したセグメ
ント、または軸21と直角に位置していないセグメントと
交換することができる。
現することができる。例えば、図５のＡおよびＢにおい
てばね構造70の軸方向を向いたセグメント52および54
（すなわち、図４の環状のばね）は、（セグメント53、
63、および64の代わりに）単一の湾曲したセグメントに
よって接続することができる。半径方向を向いたセグメ
ント51（図４の環状のディスク80）は、湾曲したセグメ
ント、または軸21と直角に位置していないセグメントと
交換することができる。
【００３３】図３および４の実施形態において、特にハ
ブ26はハブ26の製造およびフライホイール20の組立てを
容易にするように形成されている。これらの図の下方部
分に示されているように、ハブは環状の区画線92におい
て接着された２つの同形の部分90Ａおよび90Ｂから形成
されている。ダブラ94は区画線92の中心に配置され、各
部分90Ａおよび90Ｂ上に軸方向に延在している。ダブラ
94はリムとハブとの境界面37に環状の表面を設け、撓み
のクリアランスのために空間を与える。
ブ26はハブ26の製造およびフライホイール20の組立てを
容易にするように形成されている。これらの図の下方部
分に示されているように、ハブは環状の区画線92におい
て接着された２つの同形の部分90Ａおよび90Ｂから形成
されている。ダブラ94は区画線92の中心に配置され、各
部分90Ａおよび90Ｂ上に軸方向に延在している。ダブラ
94はリムとハブとの境界面37に環状の表面を設け、撓み
のクリアランスのために空間を与える。
【００３４】図３および４の実施形態において、フープ
28はダブラ94、ならびに部分90Ａおよび90Ｂのダブラ94
と重ね合わされた部分から構成されている。したがっ
て、フープ28の軸方向延在部96はダブラ94のそれと同一
である。一般的に、フープの軸方向延在部は、リムとハ
ブとの境界面37においてリム24に接合されたハブ26の一
部分である。軸方向に間隔を隔てたダイヤフラム30およ
び32の周辺36の間に、ハブの環状部分が配置されてい
る。
28はダブラ94、ならびに部分90Ａおよび90Ｂのダブラ94
と重ね合わされた部分から構成されている。したがっ
て、フープ28の軸方向延在部96はダブラ94のそれと同一
である。一般的に、フープの軸方向延在部は、リムとハ
ブとの境界面37においてリム24に接合されたハブ26の一
部分である。軸方向に間隔を隔てたダイヤフラム30およ
び32の周辺36の間に、ハブの環状部分が配置されてい
る。
【００３５】図６のハブ100 の別の実施形態において、
フープ106 を形成するために半径方向延在部104 におい
て環状の壁102 が厚くなっている。ダイヤフラム110 お
よび112 の周辺108 はフープ106 に隣接している。その
他の実施形態においてそれ無しにハブを形成することが
できるが、壁102 のフープ部分を厚くすることによって
フープ28とリム24との間への接着材料の供給が容易にな
る。
フープ106 を形成するために半径方向延在部104 におい
て環状の壁102 が厚くなっている。ダイヤフラム110 お
よび112 の周辺108 はフープ106 に隣接している。その
他の実施形態においてそれ無しにハブを形成することが
できるが、壁102 のフープ部分を厚くすることによって
フープ28とリム24との間への接着材料の供給が容易にな
る。
【００３６】図１乃至６において示された実施形態にお
いて、ほとんどの構造材料（例えば、チタンおよび高強
度鋼のような金属）でコンプライアントなリムおよびハ
ブを実現することができるが、ファイバおよびマトリッ
クスの複合体は、高い強度対重量比であるために特に適
している。フライホイールの実施形態は、摩擦抵抗を減
少するために排気されたハウジング内で行われることが
好ましいので、選択される合成物も低いガス放出特性を
有するべきである。
いて、ほとんどの構造材料（例えば、チタンおよび高強
度鋼のような金属）でコンプライアントなリムおよびハ
ブを実現することができるが、ファイバおよびマトリッ
クスの複合体は、高い強度対重量比であるために特に適
している。フライホイールの実施形態は、摩擦抵抗を減
少するために排気されたハウジング内で行われることが
好ましいので、選択される合成物も低いガス放出特性を
有するべきである。
【００３７】グラファイトファイバおよびシアン酸エス
テルマトリックスの合成物は、特に良好な強度およびガ
ス放出特性を有する。炭素ファイバおよびエポキシマト
リックスの合成物は同じような強度対重量比を有する
が、幾分強力なガス放出特性を示す。シャフト22は高い
強度の金属、例えばスチール、チタン、またはアルミニ
ウムから形成されることが好ましい。
テルマトリックスの合成物は、特に良好な強度およびガ
ス放出特性を有する。炭素ファイバおよびエポキシマト
リックスの合成物は同じような強度対重量比を有する
が、幾分強力なガス放出特性を示す。シャフト22は高い
強度の金属、例えばスチール、チタン、またはアルミニ
ウムから形成されることが好ましい。
【００３８】図１乃至４のフライホイール20の基本型設
計における応力解析の研究は完成している。この基本型
設計において、シャフト22の直径は約３８．９mmであ
り、断面セグメント51間の軸方向の間隔66は約６３．５
mmであり、シャフト22とリムとハブとの境界面37との間
隔は約４７ｍｍであった。
計における応力解析の研究は完成している。この基本型
設計において、シャフト22の直径は約３８．９mmであ
り、断面セグメント51間の軸方向の間隔66は約６３．５
mmであり、シャフト22とリムとハブとの境界面37との間
隔は約４７ｍｍであった。
【００３９】この設計において、ハブ26は、約０．８mm
の結合された壁の厚さを有する予め含浸されたマトリッ
クスを有するグラファイトファイバの６層の積層体であ
る。ファイバは交互に半径方向および周囲方向に向けて
（０／９０レイアップ）配置されている。円筒形リム24
は３０mm程度の厚さおよび１５０mm程度の長さを有す
る。それはグラファイトファイバで周囲方向（周辺方向
の位置は９５％以上である）に巻き付けられている。周
囲方向に巻き付けられたリム24で軸方向の膨張を強化す
るために、ダブラ74は周囲方向に６層に巻き付けられる
と仮定する。応力解析は、１００krpmの回転速度および
ＩＭ７合成物を仮定した。解析の結果は、図７の表120
にまとめられている。この表は、ハブ26の層に対する半
径方向の応力とフープの応力（σr およびσθ）を示し
ている。ハブのマトリックスに対して、“剥離”応力
（σnorm）および層間における積層内のシア応力（τ
int ）が示されている。
の結合された壁の厚さを有する予め含浸されたマトリッ
クスを有するグラファイトファイバの６層の積層体であ
る。ファイバは交互に半径方向および周囲方向に向けて
（０／９０レイアップ）配置されている。円筒形リム24
は３０mm程度の厚さおよび１５０mm程度の長さを有す
る。それはグラファイトファイバで周囲方向（周辺方向
の位置は９５％以上である）に巻き付けられている。周
囲方向に巻き付けられたリム24で軸方向の膨張を強化す
るために、ダブラ74は周囲方向に６層に巻き付けられる
と仮定する。応力解析は、１００krpmの回転速度および
ＩＭ７合成物を仮定した。解析の結果は、図７の表120
にまとめられている。この表は、ハブ26の層に対する半
径方向の応力とフープの応力（σr およびσθ）を示し
ている。ハブのマトリックスに対して、“剥離”応力
（σnorm）および層間における積層内のシア応力（τ
int ）が示されている。
【００４０】これらの応力は、Ｘ軸およびＹ軸が層の平
面内にあり（Ｘは周辺方向、Ｙは半径方向である）、Ｚ
軸が層の平面に垂直である直交座標に沿って計算された
ハブ積層体の強度と比較される。下付き文字のＣおよび
Ｔは、圧縮および張力を示している。さらに、積層体の
平面におけるシア強度（Ｓxy）が示されている。計算さ
れた応力はポンド／平方インチ（ｐｓｉ）で、計算され
た積層強度はキロポンド／平方インチで示されている。
ポンド／平方インチは、約０．００６９で乗算すること
によってメガパスカルに変換することができる。
面内にあり（Ｘは周辺方向、Ｙは半径方向である）、Ｚ
軸が層の平面に垂直である直交座標に沿って計算された
ハブ積層体の強度と比較される。下付き文字のＣおよび
Ｔは、圧縮および張力を示している。さらに、積層体の
平面におけるシア強度（Ｓxy）が示されている。計算さ
れた応力はポンド／平方インチ（ｐｓｉ）で、計算され
た積層強度はキロポンド／平方インチで示されている。
ポンド／平方インチは、約０．００６９で乗算すること
によってメガパスカルに変換することができる。
【００４１】計算された応力および強度の例示的比較に
おいて、ハブ層におけるフープ応力（σθ）は１２３ks
i 程度であり、層のフープ強度（ＸT ）は１９４ksi で
あった。Tsai−Wuの破損指標（ＦTW）において、１．０
の指標はゼロマージンの安全性を示している。対照的
に、ハブに対する指標は０．２９で計算された。ハブの
解析は、加重キャパシティ対１００krpmの速度に対して
計算された負荷の比である負荷キャパシティの比率にま
とめられる。この比率１．４７３は、ハブの破損が１２
１krpmより低いフライホイールの速度に対して予想され
ることを示している。予想される破損は層において存在
する。
おいて、ハブ層におけるフープ応力（σθ）は１２３ks
i 程度であり、層のフープ強度（ＸT ）は１９４ksi で
あった。Tsai−Wuの破損指標（ＦTW）において、１．０
の指標はゼロマージンの安全性を示している。対照的
に、ハブに対する指標は０．２９で計算された。ハブの
解析は、加重キャパシティ対１００krpmの速度に対して
計算された負荷の比である負荷キャパシティの比率にま
とめられる。この比率１．４７３は、ハブの破損が１２
１krpmより低いフライホイールの速度に対して予想され
ることを示している。予想される破損は層において存在
する。
【００４２】リム24における類似の計算された応力およ
び強度は、表120 に示されている。計算された応力と強
度との間の例示的比較において、リム層におけるフープ
の応力（σθ）は２０３ksi 以下であり、層（ＸT ）の
フープ強度は３８８ksi 以下である。Ｔｓａｉ−Ｗｕの
故障指標（ＦTW）は０．０６で計算され、負荷容量比率
は１．３であり、これは１１４krpmより低いフライホイ
ールの速度に対してリムの破損が予想されないことを示
している。予想される故障は、半径方向の膨張負荷によ
るマトリックスにおいて存在するであろう。
び強度は、表120 に示されている。計算された応力と強
度との間の例示的比較において、リム層におけるフープ
の応力（σθ）は２０３ksi 以下であり、層（ＸT ）の
フープ強度は３８８ksi 以下である。Ｔｓａｉ−Ｗｕの
故障指標（ＦTW）は０．０６で計算され、負荷容量比率
は１．３であり、これは１１４krpmより低いフライホイ
ールの速度に対してリムの破損が予想されないことを示
している。予想される故障は、半径方向の膨張負荷によ
るマトリックスにおいて存在するであろう。
【００４３】ハブとシャフトとの境界面（図２および３
において39で示されている）における計算された応力
は、境界面の縁部において３１４psi であり、境界面の
中心において６１９psi であった。リムとハブとの境界
面（図２および３において37で示されている）における
計算された応力は、境界面の縁部において２７８psi で
あり、境界面の中心において１０７６psi であった。こ
れらは、典型的な接着材料が約３０００psi の強度を有
するような安全応力レベルである。
において39で示されている）における計算された応力
は、境界面の縁部において３１４psi であり、境界面の
中心において６１９psi であった。リムとハブとの境界
面（図２および３において37で示されている）における
計算された応力は、境界面の縁部において２７８psi で
あり、境界面の中心において１０７６psi であった。こ
れらは、典型的な接着材料が約３０００psi の強度を有
するような安全応力レベルである。
【００４４】応力解析はさらに、３つの負荷のシナリオ
のもとで、種々のグラファイトエポキシ積層体のデータ
ソースから示される疲労関係を使用して予想されるサイ
クルライフを計算した。この解析の結果は図８の表122
に示されている。第１のシナリオにおいて、フライホイ
ールシステムは、シャフト22の軸21に対して直角に位置
する軸を中心として０．１５ラジアン／秒で回転され
る。この回転は、ジャイロスコープ歳差運動によって９
５ニュートンメートルのトルクを生じる。この負荷の継
続時間中に、ハブの選択された位置は、フライホイール
の各回転に対して１回この応力状態を繰返す。本発明の
応用において、そのような回転は典型的に取付け機構、
例えばフライホイールのジンバルによって減少するが、
フライホイールを保持する車両（例えば、ハイブリッド
電気自動車）の動作によって、この回転を発生させるこ
とができる。
のもとで、種々のグラファイトエポキシ積層体のデータ
ソースから示される疲労関係を使用して予想されるサイ
クルライフを計算した。この解析の結果は図８の表122
に示されている。第１のシナリオにおいて、フライホイ
ールシステムは、シャフト22の軸21に対して直角に位置
する軸を中心として０．１５ラジアン／秒で回転され
る。この回転は、ジャイロスコープ歳差運動によって９
５ニュートンメートルのトルクを生じる。この負荷の継
続時間中に、ハブの選択された位置は、フライホイール
の各回転に対して１回この応力状態を繰返す。本発明の
応用において、そのような回転は典型的に取付け機構、
例えばフライホイールのジンバルによって減少するが、
フライホイールを保持する車両（例えば、ハイブリッド
電気自動車）の動作によって、この回転を発生させるこ
とができる。
【００４５】この負荷のシナリオに対して、要求される
持続比Ｓe'（完全に逆にされたピーク応力対静止強度の
比）および疲労寿命が計算された。この解析は、１００
krpmのフライホイール速度を想定して、４７００時間程
度で０．１５ラジアン／秒の回転速度における疲労寿命
を示している。この負荷は断続的に発生することが予想
されるので、この疲労寿命は数年の耐用期間を示してい
る。
持続比Ｓe'（完全に逆にされたピーク応力対静止強度の
比）および疲労寿命が計算された。この解析は、１００
krpmのフライホイール速度を想定して、４７００時間程
度で０．１５ラジアン／秒の回転速度における疲労寿命
を示している。この負荷は断続的に発生することが予想
されるので、この疲労寿命は数年の耐用期間を示してい
る。
【００４６】第２の循環的負荷のシナリオは、リム24が
０．１２７ｍｍの偏心率を有し、第３の循環的負荷のシ
ナリオは、リム24がシャフト2 の軸21から０．０００１
ラジアンだけ傾斜されることを仮定している。これらの
２つのシナリオの１００krpmにおける計算された疲労寿
命は、実質的に無限大である。
０．１２７ｍｍの偏心率を有し、第３の循環的負荷のシ
ナリオは、リム24がシャフト2 の軸21から０．０００１
ラジアンだけ傾斜されることを仮定している。これらの
２つのシナリオの１００krpmにおける計算された疲労寿
命は、実質的に無限大である。
【００４７】フライホイールが動作速度まで加速される
時、それはいくつかの振動の共振を通過しなければなら
ない。“旋回”励振可能な共振モードは、回転する物体
の不平衡または整列不良によって駆動される。負荷およ
び継続時間が十分に大きいならば、旋回モードが構造的
損傷を生じる可能性があるので、それらは特に危険であ
る。
時、それはいくつかの振動の共振を通過しなければなら
ない。“旋回”励振可能な共振モードは、回転する物体
の不平衡または整列不良によって駆動される。負荷およ
び継続時間が十分に大きいならば、旋回モードが構造的
損傷を生じる可能性があるので、それらは特に危険であ
る。
【００４８】システム動作において、フライホイール20
は超臨界的に回転されることが好ましい。すなわち、そ
の動作速度は臨界的共振速度（旋回モードが励起される
速度）よりも高い。フライホイール20の速度が振動モー
ドの１つに接近するとき、振動振幅は臨界速度において
ピークに達し、フライホイールの速度をさらに増加する
とき、有限のレベルまで減少する。この有限のレベル
は、リム24を中心にして、その重心を中心に回転するた
めに撓むハブ26のコンプライアントな品質によって最小
にされる。したがって、ハブ26は、超臨界速度における
リム24の自動平衡装置として作用する。
は超臨界的に回転されることが好ましい。すなわち、そ
の動作速度は臨界的共振速度（旋回モードが励起される
速度）よりも高い。フライホイール20の速度が振動モー
ドの１つに接近するとき、振動振幅は臨界速度において
ピークに達し、フライホイールの速度をさらに増加する
とき、有限のレベルまで減少する。この有限のレベル
は、リム24を中心にして、その重心を中心に回転するた
めに撓むハブ26のコンプライアントな品質によって最小
にされる。したがって、ハブ26は、超臨界速度における
リム24の自動平衡装置として作用する。
【００４９】図１乃至６Ｃの実施形態において、膨張整
合する自動平衡ハブは、リムとハブとの境界面37とハブ
とシャフトとの境界面39において接合の一体性を強化す
る半径方向のコンプライアンスを与える。それらによっ
て、リム24はシャフト22の軸21において重心を置くこと
ができ、フライホイールの部品とフライホイールの動作
速度より下の低い潜在的に破壊的な旋回共振との間の応
力の結合を減少する。さらに、ダイヤフラム30および32
の半径方向の間隔が振動およびジャイロスコープの力に
支配されるとき、それによってリム24の偏向は減少す
る。
合する自動平衡ハブは、リムとハブとの境界面37とハブ
とシャフトとの境界面39において接合の一体性を強化す
る半径方向のコンプライアンスを与える。それらによっ
て、リム24はシャフト22の軸21において重心を置くこと
ができ、フライホイールの部品とフライホイールの動作
速度より下の低い潜在的に破壊的な旋回共振との間の応
力の結合を減少する。さらに、ダイヤフラム30および32
の半径方向の間隔が振動およびジャイロスコープの力に
支配されるとき、それによってリム24の偏向は減少す
る。
【００５０】解析された設計に類似した基本型のフライ
ホイールが製造され、これらの基本型のテストが行われ
る。テストの結果によって、基本型の解析によって示さ
れたフライホイールの特性（例えば、リムのジャイロス
コープの歳差運動力におけるリムの重心平衡およびリム
の制限された歪み）の幾つかは既に変更された。完成さ
れた応力解析および基本型テストの全ては、本発明によ
って教示されたハブの実施形態が、フライホイールの高
い角速度、例えば１００krpm、高いエネルギー貯蔵、例
えば１キロワット時以上、および高いエネルギー密度、
例えば１３０より低いワット時／キログラムの達成を容
易にすることを示している。対照的に、現在使用されて
いるバッテリの典型的なエネルギー密度は、３０ワット
時／キログラムより低い。
ホイールが製造され、これらの基本型のテストが行われ
る。テストの結果によって、基本型の解析によって示さ
れたフライホイールの特性（例えば、リムのジャイロス
コープの歳差運動力におけるリムの重心平衡およびリム
の制限された歪み）の幾つかは既に変更された。完成さ
れた応力解析および基本型テストの全ては、本発明によ
って教示されたハブの実施形態が、フライホイールの高
い角速度、例えば１００krpm、高いエネルギー貯蔵、例
えば１キロワット時以上、および高いエネルギー密度、
例えば１３０より低いワット時／キログラムの達成を容
易にすることを示している。対照的に、現在使用されて
いるバッテリの典型的なエネルギー密度は、３０ワット
時／キログラムより低い。
【００５１】本発明の幾つかの例示的実施例が示され、
記載されたが、数多くの変形およびその他の実施形態が
当業者によって生成されるであろう。本発明の特許請求
の範囲に定められるような本発明の技術的範囲から逸脱
することなく、そのような変形および代わりの実施形態
を企画し、生成することができる。
記載されたが、数多くの変形およびその他の実施形態が
当業者によって生成されるであろう。本発明の特許請求
の範囲に定められるような本発明の技術的範囲から逸脱
することなく、そのような変形および代わりの実施形態
を企画し、生成することができる。
【図１】本発明にしたがうフライホイールの側面図。
【図２】図１のフライホイールの端面図。
【図３】図２の面３−３に沿った拡大断面図。
【図４】図２の面３−３に沿った断面を含む拡大斜視
図。
図。
【図５】図３の断面図における半径方向の断面、および
その動作を示すそれに類似した断面の図。
その動作を示すそれに類似した断面の図。
【図６】図３の曲線６に囲まれた領域の別の実施形態を
示す図。
示す図。
【図７】図１および２のフライホイールにおける計算さ
れた応力と強度とを比較する図表。
れた応力と強度とを比較する図表。
【図８】図１および２のフライホイールにおける計算さ
れた疲労を示す図表。
れた疲労を示す図表。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエル・ジェイ・グレジョイル アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91362、サウザンド・オークス、ガザニ ア・コート 239
Claims (10)
- 【請求項１】 環状のリムと、 前記リムに接合された環状のフープと、 それぞれが第１および第２の端部を有する切頭円錐体
と、環状のばねと、前記環状のばねと前記切頭円錐体の
第２の端部とを結合する環状のディスクを形成してお
り、各前記切頭円錐体の第１の端部が孔を形成している
第１および第２の軸方向に間隔を隔てて配置されたダイ
ヤフラムとを具備し、 前記環状のフープが前記環状のばねと接続され、前記孔
がシャフトを受けるように同軸に配置されていることを
特徴とするシャフトの軸を中心として回転するためにシ
ャフトに接続されるフライホイール。 - 【請求項２】 前記環状のばねが、半径方向でほぼＵ型
の断面を形成している請求項１記載のフライホイール。 - 【請求項３】 前記環状のばねが、第１および第２の軸
方向を向いたセグメントを含む半径方向の断面を有する
請求項１記載のフライホイール。 - 【請求項４】 各前記ダイヤフラムが、前記切頭円錐体
の第１の端部に結合され、前記シャフトを受ける大きさ
である円筒体部分を含む請求項１記載のフライホイー
ル。 - 【請求項５】 シャフトの軸を中心として回転するため
に前記シャフトにフライホイールのリムを接続するフラ
イホイールのハブにおいて、 前記リムを保持する大きさの環状のフープと、 それぞれが第１および第２の端部を有する切頭円錐体
と、環状のばねと、前記環状のばねと前記切頭円錐体の
第２の端部とを結合する環状のディスクを形成してお
り、前記切頭円錐体の各第１の端部が孔を形成している
第１および第２の軸方向に間隔を隔てて配置されたダイ
ヤフラムとを具備し、 前記環状のフープが前記環状のばねを接続し、前記孔が
シャフトを受けるために同軸に配置されていることを特
徴とするシャフトにフライホイールのリムを接続するフ
ライホイールのハブ。 - 【請求項６】 前記環状のばねが、半径方向でほぼＵ型
の断面を形成している請求項５記載のフライホイールの
ハブ。 - 【請求項７】 前記環状のばねが、第１および第２の軸
方向を向いたセグメントを含む半径方向断面を有する請
求項５記載のフライホイール。 - 【請求項８】 シャフトの軸を中心とした回転のため
に、シャフトにフライホイールのリムを接続するフライ
ホイールのハブにおいて、 第１および第２の軸方向に間隔を隔てて配置されたダイ
ヤフラムを具備し、各前記ダイヤフラムが、 ａ）孔を形成している第１の端部と、第２の端部とを有
する切頭円錐体と、 ｂ）第１および第２の端部を有する環状のばねと、 ｃ）前記環状のばねの第１の端部と前記切頭円錐体の第
２の端部とを結合する環状のディスクとを有し、 前記環状のばねの第２の端部が前記リングを受けるよう
に接合され、前記孔が前記シャフトを受けるように同軸
に配置されていることを特徴とするシャフトにフライホ
イールのリムを接続するフライホイールのハブ。 - 【請求項９】 環状のばねが半径方向でほぼＵ型の断面
を形成している請求項８記載のフライホイールのハブ。 - 【請求項１０】 各前記ダイヤフラムが、前記切頭円錐
体の第１の端部に結合され、前記シャフトを受ける大き
さである円筒形の部分を含む請求項８記載のフライホイ
ールのハブ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US612711 | 1996-03-08 | ||
| US08/612,711 US5732603A (en) | 1996-03-08 | 1996-03-08 | Flywheel with expansion-matched, self-balancing hub |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH102376A true JPH102376A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=24454341
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9055199A Pending JPH102376A (ja) | 1996-03-08 | 1997-03-10 | 膨張整合する自動平衡ハブを有するフライホイール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5732603A (ja) |
| EP (1) | EP0794352B1 (ja) |
| JP (1) | JPH102376A (ja) |
| DE (1) | DE69729234T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101102226B1 (ko) * | 2009-12-02 | 2012-01-05 | 한국전력공사 | 플라이휠 에너지 저장 시스템용 복합재 허브, 복합재 허브의 제조 방법 및 복합재 허브가 적용된 플라이휠 에너지 저장 시스템 |
| KR101148132B1 (ko) | 2010-10-29 | 2012-05-23 | 한국전력공사 | 플라이휠 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 |
| CN105387129A (zh) * | 2014-08-29 | 2016-03-09 | 株式会社捷太格特 | 飞轮 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6014911A (en) * | 1998-01-13 | 2000-01-18 | Swett; Dwight W. | Flywheel with self-expanding hub |
| WO1999040340A1 (en) * | 1998-02-04 | 1999-08-12 | Atlantic Research Corporation | Composite flywheel for angular momentum devices and the like and method of manufacturing same |
| US7263912B1 (en) * | 1999-08-19 | 2007-09-04 | Toray Composites (America), Inc. | Flywheel hub-to-rim coupling |
| US6633106B1 (en) * | 1999-09-30 | 2003-10-14 | Dwight W. Swett | Axial gap motor-generator for high speed operation |
| US6204589B1 (en) * | 1999-11-08 | 2001-03-20 | Acumentrics Corporation | Strain-matched hub for motor/generator |
| US6817266B1 (en) | 2000-11-03 | 2004-11-16 | Beacon Power Corporation | Stiff metal hub for an energy storage rotor |
| US6722228B1 (en) * | 2000-12-28 | 2004-04-20 | Curt Wilkinson | Flywheel and method and apparatus for manufacturing flywheels |
| US9267570B2 (en) * | 2008-07-28 | 2016-02-23 | Beacon Power, Llc | Advanced flywheel hub and method |
| US8590407B2 (en) * | 2010-05-18 | 2013-11-26 | Honeywell International Inc. | Control moment gyroscope assembly and method for making the same |
| FR2981603B1 (fr) * | 2011-10-25 | 2014-01-17 | Eads Europ Aeronautic Defence | Architecture de roue d'inertie pour le stockage d'energie |
| US9464685B2 (en) | 2013-02-07 | 2016-10-11 | Orbital Atk, Inc. | Composite dome connectors for flywheel rim to shaft attachment |
| US10050491B2 (en) | 2014-12-02 | 2018-08-14 | Management Services Group, Inc. | Devices and methods for increasing energy and/or power density in composite flywheel energy storage systems |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1451818A (en) * | 1922-07-15 | 1923-04-17 | John C Forster | Gyroscopic top and method of making same |
| US3602066A (en) * | 1969-09-18 | 1971-08-31 | United Aircraft Corp | High-energy flywheel |
| US3982447A (en) * | 1975-09-02 | 1976-09-28 | The Johns Hopkins University | Convoluted rotor structures |
| DE2606577A1 (de) * | 1976-02-19 | 1977-08-25 | Barmag Barmer Maschf | Vorrichtung zur speicherung kinetischer energie |
| US4058024A (en) * | 1976-06-09 | 1977-11-15 | Electric Power Research Institute, Inc. | Multiple ring inertial energy storage wheel with improved inter-ring connector |
| US4343203A (en) * | 1977-07-01 | 1982-08-10 | Sperry Corporation | Rotor structure for gyroscopic apparatus |
| US4341001A (en) * | 1978-09-13 | 1982-07-27 | U.S. Flywheels, Inc. | Hub for use in flywheels for kinetic energy storage |
| GB8328295D0 (en) * | 1983-10-22 | 1983-11-23 | British Petroleum Co Plc | Energy storage flywheels |
| US4991462A (en) * | 1985-12-06 | 1991-02-12 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Flexible composite ultracentrifuge rotor |
| US5124605A (en) * | 1991-01-11 | 1992-06-23 | American Flywheel Systems, Inc. | Flywheel-based energy storage methods and apparatus |
| AU5994794A (en) * | 1993-01-14 | 1994-08-15 | Composite Rotors, Inc. | Ultra-light composite centrifuge rotor |
| US5452625A (en) * | 1993-09-29 | 1995-09-26 | United Technologies Corporation | Energy storage flywheel device |
| US5566588A (en) * | 1994-01-14 | 1996-10-22 | Rosen Motors Lp | Flywheel rotor with conical hub and methods of manufacture therefor |
| JPH07198027A (ja) * | 1993-11-24 | 1995-08-01 | Toyoda Gosei Co Ltd | ダンパプーリの製造方法 |
-
1996
- 1996-03-08 US US08/612,711 patent/US5732603A/en not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-03-06 DE DE69729234T patent/DE69729234T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-06 EP EP97103725A patent/EP0794352B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-03-10 JP JP9055199A patent/JPH102376A/ja active Pending
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|---|---|---|---|---|
| KR101102226B1 (ko) * | 2009-12-02 | 2012-01-05 | 한국전력공사 | 플라이휠 에너지 저장 시스템용 복합재 허브, 복합재 허브의 제조 방법 및 복합재 허브가 적용된 플라이휠 에너지 저장 시스템 |
| KR101148132B1 (ko) | 2010-10-29 | 2012-05-23 | 한국전력공사 | 플라이휠 및 이를 포함하는 에너지 저장 장치 |
| CN105387129A (zh) * | 2014-08-29 | 2016-03-09 | 株式会社捷太格特 | 飞轮 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69729234D1 (de) | 2004-07-01 |
| EP0794352A2 (en) | 1997-09-10 |
| EP0794352A3 (en) | 1999-03-31 |
| EP0794352B1 (en) | 2004-05-26 |
| DE69729234T2 (de) | 2005-05-25 |
| US5732603A (en) | 1998-03-31 |
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