(57)【要約】  本発明は、宇宙船の位置を安定化するためのフライホイールに関するものであり、フライホイールを固定するためのハブ手段(1)と、ハブ手段(1)を円周方向に離間して取り囲むフライホイールリング(4)と、ハブ手段(1)上にフライホイールリング(4)を支持するための支持手段(3)と、フライホイールの回転軸に関してフライホイールリングに対して前後に軸方向に移動可能な同調質量ダンパ手段(8)を有する制振装置(6、8)とを備える。【選択図】図１
2021524823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙船の位置を安定させるフライホイールであって、
フライホイールを固定するためのハブ手段(1)と、
前記ハブ手段(1)を円周方向に外側から離間して取り囲むフライホイールリング(4)と、
前記フライホイールリング(4)を前記ハブ手段(1)上に支持するための支持手段(3)と、
前記フライホイールの回動軸に関して、前記フライホイールリング(4)に対し前後に軸方向に移動可能な同調質量ダンパ手段(8)を有する振動減衰装置(6、8)とを備えるフライホイール。
【請求項２】
前記同調質量ダンパ手段(8)は固定手段(6)によって前記フライホイールリング(4)及び/又は前記支持手段(3)に固定され、
前記固定手段(6)は前記同調質量ダンパ手段(8)の軸方向の移動を可能にするように構成される、請求項1に記載のフライホイール。
【請求項３】
前記固定手段(6)は少なくとも1つの領域において弾性的な柔軟性を有し、
前記同調質量ダンパ手段(8)の前記軸方向の可動性は、前記固定手段(6)の前記弾性的な柔軟性によって達成可能である先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【請求項４】
前記同調質量ダンパ手段は、前記固定手段(6)によって、間隔をおいて前記周縁に分配された、複数の同調質量ダンパ要素(8)を有する、先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【請求項５】
前記固定手段は前記支持手段(3)が少なくとも部分的に間に配置されるように互いに軸方向に配置された2つの減衰リング(6)を有し、
前記減衰リング(6)は、軸方向に見て、前記支持手段(3)が2つの減衰リング(6)の間に配置されるように互いに固定される、先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【請求項６】
前記同調質量ダンパ手段は、複数の同調質量ダンパ要素(8)を有し、
前記同調質量ダンパ要素(8)は減衰リング(6)間に保持され、減衰リング(6)の周方向に沿って分布され、
前記減衰リング(6)はその周縁に沿ってより高い柔軟性およびより低い柔軟性の領域を有し、同調質量ダンパ要素(8)はより高い柔軟性を有する領域に固定される、先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【請求項７】
前記支持手段は前記周縁に分布する複数のスポーク(3)を有し、前記スポークは、前記ハブ手段(1)と前記フライホイールリング(4)との間に半径方向に延在する、先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【請求項８】
前記同調質量ダンパ要素(8)は、前記スポーク(3)の間の空間に配置され、前記減衰リング(6)によって保持される、先行する請求項のいずれか一項に記載のフライホイール。
【請求項９】
前記同調質量ダンパ手段(8)の主共振が前記フライホイールリング(4)または前記フライホイールの主共振に本質的に対応するように調節可能であり、
前記同調質量ダンパ手段(8)の主共振が、前記同調質量ダンパ要素の重量と前記固定手段(6)の弾性的な柔軟性とのバランスをとることによって調節可能である、先行する請求項のいずれか一項に記載のフライホイール。
【請求項１０】
前記振動減衰装置(6、8)を前記フライホイールリング(4)に対してセンタリングするセンタリング手段(10)が設けられている、先行する請求項のいずれか一項に記載のフライホイール。
【請求項１１】
前記減衰リング(6)は、一方である前記減衰リング(6)と他方である前記支持手段(3)との間の相対運動が可能になるように互いに固定されている、先行する請求項のいずれか一項に記載のフライホイール。
【請求項１２】
前記減衰リング(6)の前記支持手段(3)との特定の接触領域において、前記特定の減衰リング(6)と前記支持手段(3)の対応する領域との間に摩擦支持パッド(14)が少なくとも部分的に設けられている、先行する請求項のいずれか一項に記載のフライホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は宇宙船の位置を安定させるためのフライホイール装置に関し、特に、衛星の位置を制御するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなフライホイールまたはリアクションホイールは、衛星のアライメントを制御することが知られている。ジャイロ効果によって安定化効果を得ることができるように、フライホイールは駆動によって回転するように設定されている。効率的にジャイロ効果を得られるようにするためにはフライホイールの質量の可能な最大部分をできるだけ外側に位置させることが適しており、その結果、この質量は可能な最大の直径でフライホイールの回転軸の周りを回転することができる。
【０００３】
このようなフライホイール装置はDE 39 21 765 A1から知られており、これは自転車のホイールと同様に、内側ステータ、外側ロータ、及びスポークの手段によってステータ上のロータを回転可能に支持するハブを有している。ハブは固定軸受またはフローティング軸受として設計できる二つの転がり軸受によりステータに回転可能に支持されている。
【０００４】
このようなフライホイールは、それらの摩擦がより低く作動するほど効率的である。この摩擦は、とりわけ、軸受ユニットのサイズとその予負荷によって決まる。損傷を受けずに打ち上げ時の荷重(加速度、振動)に耐えなければならないため、打ち上げ(衛星を運ぶロケットの打ち上げ)の場合の軸受荷重は、軸受ユニットの大きさを決める。軸受の潜在的な荷重は、振動の励起が軸受荷重の共振の発生をもたらすので、ロケットおよびフライホイールの共振に依存する。
【０００５】
したがって、そのような共振が発生し、それに関連する高い軸受荷重を防止することができる予防措置を講じることが合理的であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
それゆえ、本発明は、何らかの影響、特に望ましくない共振振動の低減が可能な宇宙船の位置を安定させるフライホイールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項1の特徴を有するフライホイールによって達成される。有利な実施形態は、従属請求項から得ることができる。
【０００８】
宇宙船の位置を安定させるフライホイールが提供され、前記フライホイールを固定するためのハブ手段と、前記ハブ手段を円周方向に外側から一定の間隔で取り囲むフライホイールリングと、前記ハブ手段に前記フライホイールリングを支持するための支持手段と、前記フライホイールの回転軸に関して前記フライホイールリングに対して軸方向に前後に移動可能な同調質量ダンパ手段を有する振動減衰装置とを備える。
【０００９】
前記ハブ、前記フライホイールリング及び前記支持手段を含む前記フライホイールの構造は、それ自体公知である。前記支持手段は、特に、前記ハブ手段と前記フライホイールリングとの間で半径方向に延びるスポークを有することができる。
【００１０】
前記ハブ手段は前記フライホイールを適切な方法で、例えば、前記フライホイールがステータ上に回転可能に支持される軸受手段上に固定する役割を果たす。
【００１１】
前記フライホイールリングをその半径方向外面で支持する前記支持手段は、前記ハブ手段から半径方向外方に延びている。前記フライホイールリングはこの方法で所望のジャイロ効果を達成するために、位置を安定させるために回転するように設定された実際の質量を含む。
【００１２】
記軸受手段または前記ハブ手段に取り付けられた前記軸受手段を支持する前記ステータは、前記フライホイールの一部ではない。
【００１３】
前記ハブ手段、前記支持手段及び前記フライホイールリングは、互いに堅固に固定されるべきである。特に、前記ハブ装置、前記支持手段、及び前記フライホイールリングを、例えば、機械加工された鋳造部品として一体に製造することが好都合である。また、前記ハブ手段、前記支持手段及び前記フライホイールリングをメタルブロックから切り出すことができる。材料は鋼、特にステンレス鋼であるが、アルミニウムも適している。外径寸法は80mm〜400mmがありえて、またさらに大きい、又は小さい寸法もありえる。
【００１４】
前記振動減衰装置は前記フライホイールリングに対して軸方向に前後に、すなわち振動的に移動可能な同調質量ダンパ手段を含む。同調質量ダンパ手段の軸方向の可動性は、少なくとも小さな範囲で、すなわち小さな振幅で実現されるべきである。ここで、5mm未満、好ましくは1mm未満、例えば0.2〜0.3mmの範囲の振幅で十分であり得ることが判明した。
【００１５】
特に、ロケットの打ち上げ中に、前記フライホイール、とりわけ外側の前記フライホイールリングは対応する振動効果を介して危険な共振振動をもたらすことがありえて、これは過剰な軸受荷重をもたらすことがあり、最終的には前記フライホイールを支持する前記軸受手段の破壊に至ることさえある。前記同調質量ダンパ手段の対応する調整により、前記フライホイールリングに対して軸方向に前後に移動可能な前記同調質量ダンパ手段が前記フライホイールリングまたはそれに関連する追加の構成要素(特に前記支持手段)の強い振動を反対の振動を形成するにより低減する、すなわち「吸収する」ためことが可能である。このようにして、高効率の振動減衰を達成することができる。
【００１６】
前記同調質量ダンパ手段は前記フライホイールリングおよび/または前記支持手段上に、固定手段によって固定することができ、前記固定手段は、同調質量ダンパ手段の軸方向に移動可能にするように構成される。
【００１７】
したがって、前記固定手段は振前記動減衰装置の一部とすることができ、前記同調質量ダンパ手段の所望の軸方向への振動可動性を提供することができる。
【００１８】
任意選択的に、前記固定手段は、前記同調質量ダンパ手段の半径方向の自由度も可能にすることができる。しかしながら、半径方向の動きは、軸方向の動きに関連して著しく小さくなり得る。
【００１９】
前記固定手段は少なくとも1つの領域において弾性的な柔軟性を有することができ、同調質量ダンパ手段の軸方向可動性は、前記固定手段の弾性的な柔軟性によって達成することができる。このことは、前記固定手段が剛性または弾性的な柔軟性が異なる領域を有することができることを意味する。弾性的な柔軟性(より低い剛性)は、前記フライホイールの他の構成要素、特に前記フライホイールリングまたは前記支持手段(例えばスポーク)の柔軟性よりも大きくなければならない。剛性を有するように設計いされた前記固定手段の領域は前記同調質量ダンパ手段を実際に固定する役割を果たし、一方、弾性的な柔軟性を増加させた領域は、前記同調質量ダンパ手段の相対的な動きを可能にする役割を果たす。
【００２０】
前記同調質量ダンパ手段は、前記固定手段によって周囲に離間させて分配されて保持される複数の同調質量ダンパ要素を有することができる。個々の前記同調質量ダンパ要素は例えば、円筒形、バレル形または直方体形状の鋼製要素の形態で設計することができ、例えば20g〜150gの範囲、特に40g〜100gの範囲、例えば約60gの質量を有する。
【００２１】
前記同調質量ダンパ要素は、前記固定手段によって適切な方法で保持される。この方法では、前記同調質量ダンパ要素が前記固定手段によって弾性的に保持され、可動性または揺動を可能にすることが意図されている。
【００２２】
特に、前記同調質量ダンパ要素は、前記フライホイールリングに対して軸方向に(振動的に)移動可能であることを意味する。さらに、前記固定手段が前記同調質量ダンパ要素の半径方向の移動性(半径方向の自由度)も可能にし、しかしながら、半径方向の移動は、軸方向の移動よりも著しく小さい場合、好都合であり得る。
【００２３】
一実施形態では、前記固定手段が前記支持手段が少なくとも部分的にその間に配置されるように、互いに軸方向に配置された2つの減衰リングを有することができる。この方法では、前記支持手段が軸方向に見て2つの前記減衰リングの間に配置されるように、前記減衰リングが互いに固定することができる。
【００２４】
2つの前記減衰リングは前記支持手段上に固定され、例えば、それらの間に前記支持手段を挟み込むことができる。したがって、前記減衰リングは、前記同調質量ダンパを支持するための固定手段として機能する。
【００２５】
前記支持手段は例えば、前記ハブ手段と前記フライホイールリングとの間で半径方向に延びる複数のスポークによって形成することができる。この場合、2つの前記減衰リングは、それぞれ、それらの間に前記スポークの領域を取り囲む。
【００２６】
スポークの数は奇数であるべきであり、好ましくは素数に対応する。その結果、共振挙動において、定在波およびさらなる望ましくない自己運動が生成されない。
【００２７】
前記同調質量ダンパ手段は特に、複数の前記同調質量ダンパ要素を有することができ、ここで、前記同調質量ダンパ要素は、前記減衰リングの間に保持され、前記減衰リングの周辺方向に沿って分布されるように配置することができる。この場合、前記減衰リングがその周縁に沿って、より柔軟性の大きい(より剛性が小さい)及びより柔軟性の小さい(より剛性が大きい)の領域を有することができ、前記同調質量ダンパはより高い弾性を有する領域に固定される。したがって、より柔軟性の大きい領域は個々の同調質量ダンパ要素を所望の方法で移動させることを可能にし、その結果、前記同調質量ダンパ要素は、フライホイールリングまたは残りのフライホイールに対して軸方向に振動することができる。
【００２８】
より大きい柔軟性とより小さい柔軟性の領域は、前記減衰リングが場所においてより薄く構成されるか、または場所において(より高い剛性を達成するために)追加の補強材を有するということで達成することができる。
【００２９】
前記支持手段は、前記ハブ手段と前記フライホイールリングとの間に半径方向に延在する、周縁に分散された複数のスポークを有することができる。この構成では、前記同調質量ダンパ要素をスポーク間の対応する相互空間に配置し、前記減衰リングによって保持することができる。特に、前記同調質量ダンパ要素は、周方向において前記スポーク間の中央に保持することができる。従って、前記同調質量ダンパ要素の数はスポークの数と等しくすることができる。
【００３０】
所望の振動減衰作用を達成するために、前記同調質量ダンパ手段の主共振が前記フライホイールリングまたは前記フライホイール全体の主共振に本質的に対応するように調整可能であり、前記同調質量ダンパ手段の主共振が前記同調質量ダンパ要素の重量と前記固定手段の弾性的な柔軟性とをバランスさせることによって調整可能であれば、合理的である。
【００３１】
前記振動減衰装置を前記フライホイールリングに対してセンタリングするためのセンタリング手段を設けることができる。前記センタリング手段は例えば、適当なセンタリングローラを有することができ、これは前記フライホイールリングの内径に当接し、前記振動減衰装置の同心円状の配置、ひいては任意のアンバランスの低減の役割を果たす。
【００３２】
さらなる振動減衰効果を達成することができる任意選択のオプションを有する変形例では、一方である前記減衰リングと他方である前記減衰リングとの間の相対的な動きが可能となるように前記減衰リングを互いに固定することができる。したがって、例えば、それらを一緒にねじ込むことで、前記減衰リングを互いに固定することができ、この構成では、前記支持手段(例えば、スポーク)を前記減衰リングの間に挟み込むことができる。2つの前記減衰リングの間に特定の所定の予荷重を維持すると、前記減衰リングと前記支持手段との間の特定の摩擦運動を可能にすることができる。
【００３３】
変形例では前記支持手段との前記減衰リングの特定の接触領域に摩擦支持パッドを設けることができるが、これは特定の前記減衰リングと前記支持手段の対応する領域との間に少なくとも部分的に設けることができる。
【００３４】
前記減衰リングと前記支持手段との間の相対運動ができるように、前記減衰リングが前記支持手段に固定される場合、この所望の可動性は、前記摩擦支持パッドを挿入することによって支持することができる。前記摩擦支持パッドは、前記減衰リングと前記支持手段との間に規定された摩擦を可能にする。
【００３５】
例えば、前記摩擦支持パッドは前記支持手段として機能し、前記減衰リングによって挟み込まれる前記スポークの外側端部に取り付けることができる。振動の励起が弱い場合、クランプ力は、前記減衰リングが前記フライホイール質量の移動、すなわち特に前記フライホイールリングの移動にしっかり結合され、全ての移動が前記減衰リングに伝達されることを確実にする。これは、特に、前記フライホイールの軸方向の振幅を伴う振動運動に関する。
【００３６】
前記フライホイール質量の主要モードの1つが励起されると、前記フライホイールリングは前記ハブ手段に対して振り上げられる。これらの固有モードは臨界ケースであり、その振幅は共鳴の場合にできるだけ小さく保たなければならない。振動振幅が前記減衰リングの接触領域上の静摩擦が超過するほど大きくなると、すぐに、それらは、前記摩擦支持パッドに対して摺動し始める。それによって、互いに相対的に動く、共振周波数の異なる2つの系が作られる。
【００３７】
新しく導入された運動エネルギーは摩擦熱の形で消散する。
【００３８】
前記振動減衰装置の主共振の周波数は、できるだけ正確に前記フライホイール質量全体の主共振の上にあるべきである。バランス調整は一方では同調質量ダンパ要素の重量を介して(特に、それらのサイズを調整することによって)、および前記同調質量ダンパ要素の接続の剛性を介して(例えば、前記減衰リングの断面を調整することによって)行われる。このバランス調整は、フライホイール質量タイプ毎にその都度行われなければならない。新しいフライホイール質量または新しいフライホイール質量タイプが構成される場合、FEMシミュレーションを用いて前記同調質量ダンパのサイズおよび重量を一度設計しなければならない。前記固定手段(例えば、前記減衰リング)が前記同調質量ダンパ要素と共振することにより、増強された相対運動が生成され、その結果、増強された減衰をもたらすエネルギーの散逸が生じる。
【００３９】
前記振動減衰効果は、一方で、前記同調質量ダンパ手段によってもたらすことができる。加えて、前記減衰リングと前記支持手段(例えばスポーク)との間の接触領域において、特定の摩擦によって付加的な振動減衰を作用させることも任意に可能である。
【発明の効果】
【００４０】
前述した共振の場合、軸方向に揺動する前記フライホイールリングに反して前記同調質量ダンパ要素が振動して振動を吸収または減衰するように、前記同調質量ダンパ要素およびそれらを支持する前記減衰リングはバランスが取られている。原理的には、いわゆる相殺である、前記フライホイールリングの揺動から前記同調質量ダンパへの揺動へのエネルギーのシフトが生じる。
【００４１】
このような構造化された前記フライホイールは例えば、100g〜約20kgの範囲の重量を有することができる。それに対応して装備された前記フライホイールにより、例えば最大100Nmsまたは最大150Nmsのスピンを達成することができる。
【００４２】
これらおよび追加の利点および特徴は、添付の図面の助けを借りて実施例に基づいて、以下の本文においてより詳細に説明される:
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】フライホイールの斜視図を示す。
【図２】図1のフライホイールの断面図を示す。
【図３】図1のフライホイールの上面図を示す。
【図４】図3のB-B線断面図を示す。
【図５】別の断面図を示す。
【図６】摩擦支持パッドを説明するための断面図を示す。
【図７】同調質量ダンパ要素を有する断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
図1〜4は、フライホイールを異なる視点で示す。
【００４５】
フライホイールはハブ1を有し、複数のボアホール2を備え、ハブ1は、図示しない軸受手段上に固定することができる。フライホイールは、図示しない軸受手段を通して、回転可能に保持される、あるいは所望のジャイロスコープ効果を達成するように回転が設定される。
【００４６】
支持手段として機能する複数のスポーク3は、ハブ1から半径方向外側に延びている。図1に示す実施形態では、合計7つのスポーク3が設けられている。一般に、スポークの数は奇数であり、好ましくは素数に対応することが推奨される。図3に示すように、スポーク3は、重量上の理由から比較細く保たれている。
【００４７】
スポークは、それ自体公知の方法で、周方向フライホイールリング4をそれらの端部において共同で支持する。安定化のため及び正確な装着のために、対応する支持要素5をスポークの端部に設けることができる。
【００４８】
前述の構造は、従来技術から知られている通例のフライホイールに対応する。
【００４９】
本発明によれば、2つの円周方向減衰リング6が設けられ、これらは互いに軸方向に配置され、スポーク3、正確に言えばスポーク3の外側端部をそれらの間に取り囲む。減衰リング6は、互いにねじ7の補助でねじ止めされる。
【００５０】
ねじ7を調整することにより、減衰リング6とスポーク3、特にスポーク3の支持要素5との間でクランプ力を調整することができる。
【００５１】
スポーク3の特定の端部の中心間に、同調質量ダンパ要素8が、減衰リング6の間に配置され、ねじ9によって減衰リング6上に固定される。同調質量ダンパ要素8は、減衰リング6と協働して、振動減衰装置を形成する。同調質量ダンパ要素8は、円筒形ラジエータとして設計され、ねじ9によって複数のねじ止めを介して減衰リング6上にしっかりと保持される。
【００５２】
さらに同調質量ダンパ要素8の直近には、それぞれの減衰リング6の上部および下部にねじ11によって固定されるセンタリング手段としての役割を果たすセンタリングローラ10が設けられている。センタリングローラ10はフライホイールリング4の内周12上を並んでおり、2つの減衰リング6およびそれらによって支持される同調質量ダンパ要素8をセンタリングする役割を果たす。この構成において、同調質量ダンパ要素8はそれらと共に膨大な重量をもたらし、これは、フライホイールが回転されるときに対応する遠心力を作用させることができることに留意されたい。特定のセンタリングローラ10により、減衰リング6及び同調質量ダンパ要素8からなる振動減衰装置を確実にセンタリングし、安定させることができる。
【００５３】
減衰リング6は、他の建造物構成要素と関連して、非常に薄く設計され、従って、より高い弾性的な柔軟性またはより低い剛性を有する。減衰リング6がスポーク3の端部に接触する領域では、特定の補強要素13が外側の減衰リング6上に配置される。補強要素13は、特定の減衰リング6と一体的に形成することができる。しかしながら、それらは、例えば、接合または溶接方法によって、減衰リング6に付加的に取り付けることができる。
【００５４】
補強要素13は、対応する領域の減衰リング6を補強する役割を果たす。
【００５５】
従って、減衰リング6は、周縁(スポーク3の端部又はねじ7のねじ接続点上の領域)の剛性が増加した領域又は弾性的な柔軟性がより低い領域、並びに同調質量ダンパ要素8が固定される弾性的な柔軟性が増加した領域(剛性がより低い)を有する。
【００５６】
ロケットの打ち上げ時には、衝突振動によってフライホイールリング4が励振され、軸方向(X方向)に前後に振動する。
【００５７】
減衰リング6の低い剛性またはそれらの増加した弾性的な柔軟性のために、同調質量ダンパ要素8は反対方向に前後に軸方向に振動することができ、その結果、振動運動がこのようにして生成され、フライホイールリング4の振動運動を相殺する。振動運動の重ね合わせにより、共振の発生は全体として著しく低減され得るか、または大幅に排除され得る。したがって、共振状態となったフライホイールがとりわけ軸受手段に及ぼす有害な衝撃を著しく低減することができる。
【００５８】
図5は先に説明した構造を追加部分断面図で示し、その断面は、減衰リング6に沿って周方向に走行する。このプロセスでは、2つのスポーク3のみが断面にされ、他の要素は断面となっていない状態で示されている。
【００５９】
この表現により、同調質量ダンパ要素8が固定される領域よりもスポーク3上で固定される領域において、減衰リング6が補強され、従ってより剛性が高いように設計されていることが容易に認識できる。
【００６０】
前述の実施形態では、減衰リング6がスポーク3上に浮動的に支持されるように、それらを支持するスポーク3にしっかりと接続される。減衰リング6は、その間のねじ7によって連結されているので、スポーク3に押し付けられ、スポーク3に対して補強止めされる。従って、フライホイールリング4の軸方向共振の場合には、減衰リング6とスポークの支持領域との間の相対的な移動が出現し得る。
【００６１】
任意に実現可能な補助的な振動減衰を有する変形例では、更なる振動減衰効果を達成するために、減衰リング6がスポーク3上に存在する接触領域における小さな相対的な動き、ひいては摩擦を意図的に許容することが可能である。
【００６２】
この目的のために、対応する摩擦支持パッド14が接触領域に挿入され、これは、特に、図2及び図4に見ることができる。図5のバージョンでは、摩擦支持パッド14は存在しない。
【００６３】
したがって、摩擦支持パッド14は、同調質量ダンパ手段に加えて任意に設けることができる。
【００６４】
摩擦支持パッド14は図2及び図4に見られるように、Ｕ字形の断面を有することができ、したがって、スポーク3の延長部上に設けられた支持要素5を横向きに取り囲む。これにより、摩擦支持パッド14がスポーク3の端部で静止して保持されることが確実になる。
【００６５】
振動の励起が小さい場合、減衰リング6と接触領域内に存在する摩擦支持パッド14との間に作用するクランプ力は、減衰リング6がフライホイール質量、特にフライホイールリング4の動きにしっかり結合され、全ての動きがフライホイールリング4に伝達されることを確実にする。次いで、摩擦支持パッド14と減衰リング6との間に静摩擦が存在する。
【００６６】
フライホイール質量の主要モードの1つが励起されると、フライホイールリング4はハブ1に対して振り上げられる。これらの固有モードは臨界ケースであり、その振幅は共振の場合にできるだけ小さく保たなければならない。振動振幅が大きくなり、減衰リング6との接触領域内の静摩擦が超過するとすぐに、減衰リング6はスポーク3またはフライホイールリング4または摩擦支持パッド14に対して滑ることができる。それによって、互いに相対的に動く、共振周波数の異なる2つの系が作られる。
【００６７】
この構成では、相対運動は非常に低く、例えば1mm未満である。例えば、0.2〜0.3mm(振動振幅)の間の相対的な移動は、摩擦支持パッド14の助けを借りて効率的な振動減衰を達成するのに十分であることが判明した。
【００６８】
図6に動作モードを拡大詳細断面図で示す。
【００６９】
この構成では、断面に代表されるスポーク3の半径方向側の伸長部がフライホイールリング4に一体的に連結される。減衰リング6の間に摩擦支持パッド14が挿入されている。
【００７０】
フライホイールリング4が共振において軸方向Xに振動する場合、又は対応する振動が励起された場合には、静摩擦力に打ち勝った後に、減衰リング6と摩擦支持パッド14との間に、半径方向Rの相対運動が現れる。
【００７１】
図7は、2つの減衰リング6の間に保持された同調質量ダンパ要素8による拡大詳細表現を補助的に示す。
【図１】
2021524823.tif 000003
【図２】
2021524823.tif 000004
【図３】
2021524823.tif 000005
【図４】
2021524823.tif 000006
【図５】
2021524823.tif 000007
【図６】
2021524823.tif 000008
【図７】
2021524823.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月20日(2020.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙船の位置を安定させるフライホイールであって、
フライホイールを固定するためのハブ手段(1)と、
前記ハブ手段(1)を円周方向に外側から離間して取り囲むフライホイールリング(4)と、
前記フライホイールリング(4)を前記ハブ手段(1)上に支持するための支持手段(3)と、
前記フライホイールの回動軸に関して、前記フライホイールリング(4)に対し前後に軸方向に移動可能な同調質量ダンパ手段(8)を有する振動減衰装置(6、8)とを備え、
前記同調質量ダンパ手段(8)は固定手段(6)によって前記フライホイールリング(4)及び/又は前記支持手段(3)に固定され、
前記固定手段(6)は前記同調質量ダンパ手段(8)の軸方向の移動を可能にするように構成され、
前記同調質量ダンパ手段は、前記固定手段(6)によって、間隔をおいて前記周縁に分配された、複数の同調質量ダンパ要素(8)を有するフライホイール。
【請求項２】
前記固定手段(6)は少なくとも1つの領域において弾性的な柔軟性を有し、
前記同調質量ダンパ手段(8)の前記軸方向の可動性は、前記固定手段(6)の前記弾性的な柔軟性によって達成可能である請求項1に記載のフライホイール。
【請求項３】
前記固定手段は前記支持手段(3)が少なくとも部分的に間に配置されるように互いに軸方向に配置された2つの減衰リング(6)を有し、
前記減衰リング(6)は、軸方向に見て、前記支持手段(3)が2つの減衰リング(6)の間に配置されるように互いに固定される、先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【請求項４】
前記同調質量ダンパ手段は、複数の同調質量ダンパ要素(8)を有し、
前記同調質量ダンパ要素(8)は減衰リング(6)間に保持され、減衰リング(6)の周方向に沿って分布され、
前記減衰リング(6)はその周縁に沿ってより高い柔軟性およびより低い柔軟性の領域を有し、同調質量ダンパ要素(8)はより高い柔軟性を有する領域に固定される、請求項３に記載のフライホイール。
【請求項５】
前記支持手段は前記周縁に分布する複数のスポーク(3)を有し、前記スポークは、前記ハブ手段(1)と前記フライホイールリング(4)との間に半径方向に延在する、先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【請求項６】
前記同調質量ダンパ要素(8)は、前記スポーク(3)の間の空間に配置され、前記減衰リング(6)によって保持される、請求項３又は請求項３と先行する請求項のいずれか１項に記載のフライホイール。
【請求項７】
前記同調質量ダンパ手段(8)の主共振が前記フライホイールリング(4)または前記フライホイールの主共振に本質的に対応するように調節可能であり、
前記同調質量ダンパ手段(8)の主共振が、前記同調質量ダンパ要素の重量と前記固定手段(6)の弾性的な柔軟性とのバランスをとることによって調節可能である、先行する請求項のいずれか１項に記載のフライホイール。
【請求項８】
前記振動減衰装置(6、8)を前記フライホイールリング(4)に対してセンタリングするセンタリング手段(10)が設けられている、先行する請求項のいずれか１項に記載のフライホイール。
【請求項９】
前記減衰リング(6)は、一方である前記減衰リング(6)と他方である前記支持手段(3)との間の相対運動が可能になるように互いに固定されている、請求項３又は請求項３と先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【請求項１０】
前記減衰リング(6)の前記支持手段(3)との特定の接触領域において、前記特定の減衰リング(6)と前記支持手段(3)の対応する領域との間に摩擦支持パッド(14)が少なくとも部分的に設けられている、請求項３又は請求項３と先行する請求項のいずれか1項に記載のフライホイール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
したがって、そのような共振が発生し、それに関連する高い軸受荷重を防止することができる予防措置を講じることが合理的であり得る。
DE 32 07 609 A1は、フライホイールの質量が複数の部分的な質量に分割され、それらが別々のスポークを介してハブに接続されているフライホイールを記載している。その結果、軸方向の変位が制限され、減衰される。
【国際調査報告】
2021524823.tif 000010
2021524823.tif 000011
2021524823.tif 000012
2021524823.tif 000013