(57)【要約】【課題】ケーシングに覆われた回転体における覆回転体の故障を検出するとともに、故障した覆回転体を特定する。【解決手段】故障検出装置の制御部２００は、回転装置の回転体１０１及び各覆回転体１０２，１０３・・・のうちの特定の覆回転体の回転速度と、回転体の回転速度と複数の覆回転体の数により決定される相対角速度分の差をもった特定の覆回転体の所定の回転速度との差が所定の値になったとき、該覆回転体より内側の回転体又は覆回転体の回転速度との比を基に、実際に故障した覆回転体を特定する。【選択図】  図１０
2004225825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持された回転体と、この回転体の外側を覆う覆回転体状の覆回転体を備え、この覆回転体は前記回転体と同一の回転軸芯を有し、回転自在に支持されており、前記覆回転体の内径及び軸方向の長さを、前記回転体の外径及び軸方向の長さより大きく選定して設けた間隙による流体層を保持させ、前記回転体の回転動作に伴って前記間隙に存在する流体層も回転し、前記覆回転体に作用して回転動作を惹起させ前記回転体の回転速度よりも小さな速度をもって回転する機能を有し、回転体と覆回転体、及び覆回転体と外部との間で順次速度を減少させる介在流体層により、前記回転体の損失を低減させる損失低減装置を備えた回転装置において、
前記回転体及び前記覆回転体の回転速度を検出する手段、
前記回転体の回転速度で決定される前記覆回転体の正常回転速度を記憶する手段、
前記検出された回転速度と前記記憶された覆回転体の前記正常回転速度とに基づき覆回転体の故障の有無を判別する手段、
を備えたことを特徴とする覆回転体の故障検出装置を有する回転装置。
【請求項２】
請求項１に記載された覆回転体の故障検出装置を有する回転装置において、
前記回転体の覆回転体故障を判別する手段は、検出された前記覆回転体の回転速度と該覆回転体の前記正常回転速度との差を演算する手段、前記覆回転体の回転速度と前記正常回転速度との差に基づき覆回転体の故障を判別する手段を備えたことを特徴とする覆回転体の故障検出装置を有する回転装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載された覆回転体の故障検出装置を有する回転装置おいて、
覆回転体の故障が検出されたとき、正常速度から逸脱した速度が検出された覆回転体と該覆回転体に隣接する回転体又は覆回転体の検出速度との速度比率を演算する手段、
該速度比率に基づき故障した覆回転体を特定する手段を有することを特徴とする覆回転体の故障検出装置を有する回転装置。
【請求項４】
回転自在に支持された回転体と、この回転体の外側を覆う覆回転体状の覆回転体を備え、この覆回転体は前記回転体と同一の回転軸芯を有し、回転自在に支持されており、前記覆回転体の内径及び軸方向の長さを、前記回転体の外径及び軸方向の長さより大きく選定して設けた間隙による流体層を保持させ、前記回転体の回転動作に伴って前記間隙に存在する流体層も回転し、前記覆回転体に作用して回転動作を惹起させ前記回転体の回転速度よりも小さな速度をもって回転する機能を有し、回転体と覆回転体、及び覆回転体と外部との間で順次速度を減少させる介在流体層により、前記回転体の損失を低減させる損失低減装置を備えた回転装置における覆回転体の故障を検出するためめの故障検出用プログラムであって、
前記回転体及び前記覆回転体の回転速度を検出する手順、
前記回転体の回転速度及び前記覆回転体の個数で決定される前記覆回転体の正常速度と前記検出された回転速度との差を演算する手順、
前記差に基づき前記覆回転体の故障をの有無を判別する手順、
をコンピュータに実行させるための故障検出用プログラム。
【請求項５】
請求項４に記載された故障検出用プログラムにおいて、
さらに、覆回転体の検出された回転速度と該覆回転体に隣接した回転体又は覆回転体の検出された回転速度との速度比率を演算する手順、
該速度比率に基づき故障した覆回転体を特定する手順、
をコンピュータに実行させるための故障検出用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体や液体などの流体中で回転するフライホイール等の回転体を、回転体と同軸上に回転自在に設けた覆回転体で覆うことにより、回転体が回転することにより外側の覆回転体が連れ回り、その結果、回転体が受ける流体抵抗を減少させ、抵抗による損失、いわゆる風損を低減する覆回転体の故障検出装置を有する回転装置、故障検出用プログラム及び記録媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転装置における回転体（ロータ）の流体抵抗を減少させる手段として、回転体の表面に接する流体を除去するか、密度を低減させることが行われている。このため、回転体を収納するケーシングを設け、ケーシングの内部を真空にするか減圧することにより損失を低減させることが行われている。
しかし真空中では、回転体を支持する軸受を潤滑する潤滑油の蒸発や回転体の製造上の問題から回転体そのものからのアウトガスが発生し真空度が低下するため真空度を保つのが難しい。そこで、所定の真空度を保つためには真空保持装置である真空ポンプやゲッターを設けることが必要となるが、真空保持装置は設備コストがかかる。
【０００３】
そこで、本出願人等は先に、真空や減圧状態にすることなく、高周速の回転体を大気圧か大気圧に近い環境で回転させるよう、回転自在に支持された回転体と、この回転体の外側に同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持され、前記回転体を覆う覆回転体を同芯状に複数設け、これにより、回転体と覆回転体との間で相対速度を減少し、流体抵抗が低減され風損が低減する回転装置を提案した（特願２０００−２９８４７１号参照）。
しかし、この回転装置では、回転体の回転に伴って覆回転体が常時回転するため、覆回転体には遠心力が常に作用し、これによって覆回転体が変形し破損したり或いは、覆回転体の軸受けの取付部分に歪みが発生するなどの故障が生じることが分かった。
故障が発生すると、覆回転体は正常な回転数で回転することができず、それに伴って各覆回転体に加わるトルクも均一とはならず、覆回転体のトルクバランスが崩れるため、回転によるエネルギー消費が増大するだけでなく、そのまま運転を続けると極端な場合には覆回転体及び装置自体が破損に至ることがある。
しかしながら、回転装置では、覆回転体の外側は保護覆回転体で覆われており、また、回転体と同芯状に複数の覆回転体が配置されている場合には、仮に覆回転体の内の一つが故障しても、どの回転体が破損したのか分からないという問題がある。なお、回転装置において覆回転体の故障を検出するものは従来技術として存在していない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような問題を解決すべくなされたものであって、その目的は、回転装置において覆回転体が破損した場合にその故障（破損）の状態を検出するとともに、さらにどの覆回転体が故障したのかを判別できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、回転自在に支持された回転体と、この回転体の外側を覆う覆回転体状の覆回転体を備え、この覆回転体は前記回転体と同一の回転軸芯を有し、回転自在に支持されており、前記覆回転体の内径及び軸方向の長さを、前記回転体の外径及び軸方向の長さより大きく選定して設けた間隙による流体層を保持させ、前記回転体の回転動作に伴って前記間隙に存在する流体層も回転し、前記覆回転体に作用して回転動作を惹起させ前記回転体の回転速度よりも小さな速度をもって回転する機能を有し、回転体と覆回転体、及び覆回転体と外部との間で順次速度を減少させる介在流体層により、前記回転体の損失を低減させる損失低減装置を備えた回転装置において、前記回転体及び前記覆回転体の回転速度を検出する手段、前記回転体の回転速度で決定される前記覆回転体の正常回転速度を記憶する手段、前記検出された回転速度と前記記憶された覆回転体の前記正常回転速度とに基づき覆回転体の故障の有無を判別する手段、を備えたことを特徴とする覆回転体の故障検出装置を有する回転装置。
請求項２の発明は、請求項１に記載された覆回転体の故障検出装置を有する回転装置において、前記回転体の覆回転体故障を判別する手段は、検出された前記覆回転体の回転速度と該覆回転体の前記正常回転速度との差を演算する手段、前記覆回転体の回転速度と前記正常回転速度との差に基づき覆回転体の故障を判別する手段を備えたことを特徴とする覆回転体の故障検出装置を有する回転装置である。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載された覆回転体の故障検出装置を有する回転装置おいて、覆回転体の故障が検出されたとき、正常速度から逸脱した速度が検出された覆回転体と該覆回転体に隣接する回転体又は覆回転体の検出速度との速度比率を演算する手段、該速度比率に基づき故障した覆回転体を特定する手段を有することを特徴とする覆回転体の故障検出装置を有する回転装置である。
請求項４の発明は、回転自在に支持された回転体と、この回転体の外側を覆う覆回転体状の覆回転体を備え、この覆回転体は前記回転体と同一の回転軸芯を有し、回転自在に支持されており、前記覆回転体の内径及び軸方向の長さを、前記回転体の外径及び軸方向の長さより大きく選定して設けた間隙による流体層を保持させ、前記回転体の回転動作に伴って前記間隙に存在する流体層も回転し、前記覆回転体に作用して回転動作を惹起させ前記回転体の回転速度よりも小さな速度をもって回転する機能を有し、回転体と覆回転体、及び覆回転体と外部との間で順次速度を減少させる介在流体層により、前記回転体の損失を低減させる損失低減装置を備えた回転装置における覆回転体の故障を検出するためめの故障検出用プログラムであって、前記回転体及び前記覆回転体の回転速度を検出する手順、前記回転体の回転速度及び前記覆回転体の個数で決定される前記覆回転体の正常速度と前記検出された回転速度との差を演算する手順、前記差に基づき前記覆回転体の故障をの有無を判別する手順、をコンピュータに実行させるための故障検出用プログラムである。
請求項５の発明は、請求項４に記載された故障検出用プログラムにおいて、さらに、覆回転体の検出された回転速度と該覆回転体に隣接した回転体又は覆回転体の検出された回転速度との速度比率を演算する手順、該速度比率に基づき故障した覆回転体を特定する手順、をコンピュータに実行させるための故障検出用プログラムである。
【０００６】
以上の構成により、本発明では、故障検地装置のＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などのコンピュータで、故障検知用プログラムにより覆回転体の故障検出処理実行させることで、回転装置の回転中に覆回転体に故障が生じたときその故障を検出できるだけでなく、複数の覆回転体を備えた場合にはどの覆回転体が故障したのか特定することができ、故障の発生により回転装置の動作を停止すると共に、停止後における覆回転体の修理を迅速に行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明について説明する。
まず、本発明が適用される風損を低減するための覆回転体を備えた回転装置について説明する。
図１は本発明を適用する複数の覆回転体を備えた回転装置の一部を破断した斜視図である。１０１は軸１１２を持ち回転によりエネルギーを蓄積する回転体の一種であるフライホイールである。１０２は金属などの薄板で形成され、フライホイール１０１を覆いかつフライホイールと同じ回転軸芯を持ち回転自在に支持された第１の覆回転体である。１０３は同じく薄板で形成され、第１の覆回転体１０２を覆いかつ同様にフライホイール１０１と同芯状にかつ回転自在に配置された第２の覆回転体である。
【０００８】
第２の覆回転体１０３のさらに外側には、これらフライホイール１０１、第１の覆回転体１０２および第２の覆回転体１０３を覆い、かつフライホイール１０１の軸受部１１、１２が設けられたケーシング１１１（容器）が設けられている。ケーシング１１１は図示しない支持台に固定されている。
１３，１４および１５，１６はそれぞれ一対の軸受であり、１３、１４は第１の覆回転体１０２と第２の覆回転体１０３との間に設けられ、また１５，１６は第２の覆回転体１０３とケーシング１１１との間に設けられている。
【０００９】
図２は本発明を適用する別の回転装置の一部を破断した斜視図である。第１の覆回転体１０２、第２の覆回転体１０３は図１と同様に取り付けられているが、周面には開口２０１，２０２がそれぞれ設けられている。この開口２０１、２０２は貫通し、相互間で気体の移動が可能になっている。
これらを覆うケーシング１１１には、ガス管１１３が取り付けられ、このガス管１１３から空気はもとより空気よりも質量の小さい気体、例えば水素やヘリウムなどを注入することができる。注入されると第１の覆回転体１０２や第２の覆回転体１０３には開口２０１，２０２がそれぞれ設けられているため、水素を注入すればこれら開口から水素が入り込み、装置全体を水素で置換することができる。また、回転体の速度を上げて外周のガス圧が高くなり、中心部の圧力が下がって中心近くの覆回転体は内側に変形し、逆に外周に近い部分では圧力が上がって外側に変形する可能性があるが、開口２０１，２０２を設けることにより、この圧力変動を減少でき、覆回転体が押しつぶされる現象を回避できる。
【００１０】
図３乃至図６は本発明を適用する更に他の回転装置の構造を模式的に示した図である。これらの図において、１１、１２はフライホイール１０１の軸１１２を支持する軸受、１３、１４は第１の覆回転体１０２を支持する軸受、また１５，１６は、第２の覆回転体１０３を支持する軸受である。
【００１１】
図３は、フライホイール１０１の軸１１２の軸受１１，１２が支持台１７によって支持されている状態を示している。第１の覆回転体１０２は軸受１３，１４に回転自在に支持されている。また、第２の覆回転体１０３は支持台１７によって支持された軸受１５，１６に支持されている。ここで軸受１３，１４は第１の覆回転体１０２と隣り合う第２の覆回転体１０３との間に設けられている。
【００１２】
図４は、フライホイールの軸受１１，１２については図３と同であるが、第１の覆回転体１０２が支持される一方の軸受１４がフライホイール１０１の軸１１２の間に取り付けられている状態を示している。
【００１３】
図５は、第１の覆回転体１０２の２つの軸受１３，１４ともにフライホイール１０１の軸１１２に取り付けられている状態を示している。図６は、装置全体が水平方向に配置されたものであり、第１の覆回転体の一方の軸受１４がフライホイール１０１との間に設けられている状態を示している。
【００１４】
このように、フライホイール１０１とそれに隣接する覆回転体１０２または隣接する覆回転体１０２，１０３同士との間に軸受手段を設けたことで、軸受手段をそれぞれ支持台に直接設ける場合より軸受損失が大幅に低減される。また隣り合う覆回転体同士の間に軸受手段１３〜１６を設けていることから相対速度が減少し、このことからも軸受損失が低減する。
【００１５】
次に本回転装置の風損が減少する原理について説明する。
フライホイール等、周速が高い回転体における単位面積当たりの流体抵抗Ｄは、流体の密度をρ、レイノルズ数や動粘性係数などで決定される係数をＡ、回転体の速度をＶとすると、
Ｄ＝（ρ／２）ＡＶ２
で表されることが知られている。
ここで、Ａは係数であるから、前記流体抵抗は、速度の二乗に比例していることが分かる。したがって、回転体全体が受ける抵抗は回転体の角速度の二乗に比例することが分かり、回転体が流体抵抗によって受けるトルクをＱ、流体の密度をρ、トルク係数Ｂ、回転体の角速度をωとすると、トルクＱは
Ｑ＝（ρ／２）Ｂω２
で表される。
ここで、この原理を本回転装置に適用する。まず、覆回転体が１つの場合について説明する。フライホイール１０１と覆回転体の表面積がほぼ等しく、フライホイール１０１の角速度ω１と覆回転体の角速度ω２が釣り合って回転しているとして、フライホイール１０１と覆回転体１０２との間の流体抵抗によるトルクをＱ１、覆回転体１０２と覆回転体１０２の外側の流体との間の流体抵抗によるトルクをＱ２とすると、Ｑ１、Ｑ２は、
Ｑ１＝（ρ／２）Ｂ（ω１−ω２）２
Ｑ２＝（ρ／２）Ｂω２２
となり、この両者は釣り合って回転しているから、両者のトルクＱ１とＱ２は等しいため、Ｑ１＝Ｑ２の関係が成立し、上記Ｑ１とＱ２の式から、次の関係が導かれる。
（ρ／２）Ｂ（ω１−ω２）２＝（ρ／２）Ｂω２２
この式を整理すると、ω２＝（ω１）／２が得られる。これは覆回転体１０２の角速度ω２がフライホイール１０１の角速度ω１の１／２の速度で回転することを示す。
【００１６】
次に覆回転体が任意の数だけある場合について考える。覆回転体をｎ個設けたときに各覆回転体のトルクをＱ１、Ｑ２、Ｑ３、…、Ｑｎ−１、Ｑｎとすると、それらは全て同じ値になり、それぞれの覆回転体が釣り合って回転しているため、それぞれの相対角速度（隣り合う覆回転体間の角速度差）はω１／（ｎ＋１）で等しくなる。さらに、フライホイールおよび覆回転体に接する流体の層の数は（ｎ＋１）層となるので、フライホイール１０１を露出して回転させる場合の流体抵抗によるトルクをＱ０とすると、覆回転体をｎ個設けたときの流体抵抗によるトルクＱｎは、
Ｑｎ＝Ｑ０／（ｎ＋１）２
となる。
したがって、フライホイール１０１が受ける抵抗は覆回転体が１個、２個、３個、…と増えるにしたがって１／４、１／９，１／１６…のように減少する。
このように、フライホイール１０１に覆回転体１０２を多数設けるとフライホイールの流体抵抗が減少し、いわゆる風損を減少できることが分かる。実際には覆回転体１０２を多数設けると、フライホイール１０１に接する流体層などは層全体が大きい角速度で回転することになって流体の質量による影響が無視できなくなる。
【００１７】
図７は、フライホイールや覆回転体の周速Ｖと、流体の回転による遠心力による圧力Ｐの関係をグラフに示したものであり、Ｐは図中に記載の式により得られる。この式において、周速をＶ、気体定数をＲ、絶対温度をＴ、大気圧をＰ０で示す。フライホイールや覆回転体の周速が極めて大きくなると、それら同士に挟まれる流体の回転による遠心力の影響が無視できなくなり、フライホイールまたは覆回転体の外周部分の圧力が増大するので、外周に近い部分の密封性を高くすることが望まれる。特に気体のように圧縮性流体の場合には、回転体の外周に近づくにしたがって流体の密度が高くなる。
【００１８】
図７のグラフから明らかなように、空気の場合には、フライホイールの周速を大きくすると、５００ｍ／ｓで４．４２気圧、１０００ｍ／ｓで３８２．２気圧と急激に圧力が上昇する。これに対し、水素は２０００ｍ／ｓでも計算値では、５．３４気圧となり、空気と比較して圧力上昇が極めて少ない。
このように、空気で周速を１５００ｍ／ｓにすることは現実的に不可能であるが、水素では空気の４倍の速度、２０００ｍ／ｓの周速にしても空気の１／４の速度の場合の圧力と大差ない。空気より密度が小さい水素やヘリウムで置換すると空気に比べ抵抗がはるかに小さくより風損を減少できる。また、特に水素は熱伝導度が高いため、水素に置換することにより、従来技術では使用できなかった発熱を伴う部品も利用可能になる。
【００１９】
図８は、フライホイールと、覆回転体との周速について、流体の回転に伴う遠心力による内圧上昇を考慮しない場合と、考慮した場合とについて、算出した周速を示すグラフである。１個目の覆回転体について内圧上昇を考慮した場合には、内圧上昇を考慮しない場合と比較して周速が上昇する。２個目の覆回転体も同様に内圧上昇の影響を受けて周速が上昇するが、周速が１個目の覆回転体よりも小さいため、内圧上昇に伴う回転数の上昇の割合は小さい。
【００２０】
図９は、回転体の周速度と抵抗トルクの関係を、フライホイールのみ、覆回転体が１から５個ある場合について示した図である。フライホイールの外周に覆回転体が１個設けられた場合には、フライホイールと１個目の覆回転体の相対的回転数が小さくなる結果、フライホイールの風損による損失力が低下することを示している。同様に、覆回転体が複数個設けられた場合には、覆回転体と次の覆回転体との相対的回転数も小さくなるから、この現象による損失の低下が加わる。しかし、覆回転体の個数が増加した場合、損失低下に寄与する割合は次第に小さくなる。覆回転体を増加する場合は、装置のコストが増加するから、損失低下のメリットを比較判断して設計する必要がある。
【００２１】
次に、本発明における故障した覆回転体の判別の原理について説明する。
まず、ｎ個の覆回転体を備えた回転体装置について、飽和状態回転数即ち定常回転状態における回転数において、回転体の角速度ω１と回転体から数えてｎ番目の覆回転体の角速度ωｎとの関係について説明する。
即ち、覆回転体をｎ個設けたときに各覆回転体のトルクをＱ１、Ｑ２、Ｑ３、…、Ｑｎ−１、Ｑｎとすると、それらは全て同じ値になり、それぞれの相対角速度（隣り合う覆回転体間の角速度差）は回転体の角速度をω１とすると、ω１／（ｎ＋１）で等しくなることは既に説明したとおりである。つまり、
ωｎ＝ω１／（ｎ＋１）・・・・（式１）
の関係がある。
【００２２】
図１０は、この関係を基に、３枚までの覆回転体を備えた多層覆回転体体において、回転体の角速度をω１に対する角覆回転体の角速度を表している。
図１０に示すように、覆回転体が１枚のときはその角速度ω２は前記関係から１／２ω１となる。また、覆回転体が２枚のときは、２枚目の覆回転体の速度は前記式（１）において、ｎ＝２であるから、ω３＝１／３ω１となり、この場合の１枚目の覆回転体の速度はω２は、ω２＝２／３ω１となる。同様に覆回転体が３枚のときは、３枚目の覆回転体の角速度ω４は前記式１においてｎ＝３を代入して、ω４＝１／４ω１となり、その場合の１枚目の覆回転体の角速度はω２＝３／４ω１，同２枚目の角速度はω３＝１／２ω１となる。覆回転体の個数が増えても、角覆回転体のトルクが釣り合っている限りこの関係は不変である。
【００２３】
このように本回転装置においては、覆回転体が定常回転即ち飽和回転数で回転している状態では、覆回転体の回転速度（角速度）は回転体の回転速度から一律に規定されるから、各覆回転体の回転速度を検出しその覆回転体の正常な回転速度と比較することで、その覆回転体が故障を生じているか否かを判別することができ、障害が発生したときには、システムを停止するシステムダウン処理を行う。
【００２４】
図１１は、覆回転体の故障検出装置を概略的に示したブロック図である。
覆回転体の故障検出装置は、図示のようにフライホイール及び覆回転体の回転速度を検出するためのセンサ４２０と制御部２００から構成されている。即ち、回転体のケーシング１１１上にはフライホイールを回転するためのモータ４００、及び各覆回転体１０１，１０２の回転速度を検出するためのセンサ４２０が配置されている。
【００２５】
図１２は制御部２００の構成を概略的に示したブロック図である。図示のように制御部２００は、ＣＰＵ２１０、前記テーブルを格納するためのメモリとなるＲＡＭ２２０及び動作プログラム等を格納したＲＯＭ２３０からなるコンピュータ装置と、ＣＰＵ２１０とインバータ３００とが通信するための通信部２５０、及びセンサからの信号を検出してＡＤ変換し、ＣＰＵ２１０に伝えるセンサ検出部２６０とからなっている。
【００２６】
回転速度の検出は、センサ４０を例えば発光素子と受光素子で構成し、覆回転体の各覆回転体が重ならない位置に反射部を設け、ケーシング１１１内面に設けた発光素子からの光を前記反射部で反射させ受光素子により受光して、その回数をカウントすることで行う。
【００２７】
図１３は、センサ４０と反射シール４４との取付構造を示す回転装置の要部拡大断面図である。ここでは回転体１０１とその外側に配置された４個の覆回転体１０２〜１０５が示されている。
そのうち、覆回転体１０５はケーシング１１１に取り付けた軸受１９により回転自在に支持されているとともに、覆回転体１０４は軸受１７により覆回転体１０５に相対回転自在に支持されている。同様に各覆回転体１０３は覆回転体１０４に，１０２は覆回転体１０３にかつ回転体１０１は覆回転体１０２にそれぞれ軸受１５，１３、１１により回転自在に支持されている。
【００２８】
軸受１１によって支持された回転体１０１の回転軸１０１ａの先端には図１３において回転体の中心部で上方に突出した径小部１０１ｂが形成されており、この径小部に反射シート４４が配置されている。他方、各軸受１３，１５，１７，１９の内側には、回転装置のケーシング１１１に固定された速度センサ支持体４６が設けられており、このセンサ支持体４６には、前記反射シール４４と対応する位置に発光素子と受光素子からなる速度センサ４０が配置されている。
同様に、各覆回転体の各軸受１３、１５，１７，１９のインナーレースの内側に配置された環状壁１０２ａ〜１０５ａにはそれぞれ反射シート４４が配置されており、速度センサ支持体４６の反射シート４４に対応する位置には前記速度センサが配置されている。
この構成により、回転体１０１又は各覆回転体１０２〜１０５が回転する毎に、速度センサは回転体の径小の周壁又は各覆回転体の環状壁に設けた反射シート４４からの反射光を検出し、その検出回数即ち回転速度をカウントすることで回転数（つまり回転速度）を検出することができる。
なお、速度検知は以上の速度センサ以外に、例えば、覆回転体に磁気的マーキングを施し、その磁気を検出する回数をカウントする等の他の周知の方法で行うこともできる。
【００２９】
以上の構成において、モータ４００は制御部２００からの制御信号によりインバータ３００で運転制御される。制御部２００は前記各速度センサ４０で検出された覆回転体の回転速度（回転数）を監視し、それぞれの覆回転体１０１，１０２が回転体の回転速度（角速度）ω１と覆回転体の個数で決定される所定の回転速度を比較して、前記角速度ω１と所定の回転数の差が予め設定された範囲を超えるときは覆回転体の故障と判別して、インバータを制御してモータの回転を止めると共に、図示しない警報装置を作動させて音、表示等により故障が発生したことを報知する。
【００３０】
図１４は、本発明の覆回転体の故障検出装置の動作をより詳しく説明するためのフロー図である。
まず、制御部２００からの指示でインバータ３００を制御してモータ４００を始動することで回転体１０１を回転させる。回転体１０１の回転に伴って回転体１０１と覆回転体１０２との間に充填された流体が回転し、それによって覆回転体１０２も回転を開始する。このようにして複数の覆回転体は順次回転を開始する。
制御部２００では回転体１０１及び覆回転体１０２、１０３の回転がそれぞれ定常状態つまり飽和状態の回転数に達したか否かを判別する（Ｓ１０１）、ここで飽和状態の回転数に達すると（Ｓ１０１、ＹＥＳ）、次に、その速度が例えば図１６に例示したような回転体の回転数に対応して規定される所定の速度ω１に対し所定の範囲内にあるか否か、つまり、回転する覆回転体の中に回転数が変化している（つまりズレている）ものがあるか否かを判別する（Ｓ１０２）、ここで、回転数の変化が認められると（Ｓ１０２、ＹＥＳ）、後述の回転数確認処理ルーチンを実行し、例えば、その変化（差）が所定の範囲を越える場合には、障害があると判別し（Ｓ１０４、ＹＥＳ）、システムの停止のための処理ルーチンを実行してモータ４００を停止し（Ｓ１０５）、動作を終了する。
【００３１】
図１５は前述の回転数確認処理手順を説明するためのフロー図である。
回転数確認処理においては、まず、ｎ番目の覆回転体の回転数をセンサ４０で取得し（Ｓ２０１）、それより１段前つまりｎ−１番目が回転体か覆回転体かを判別する（Ｓ２０２）、ここで、１段前が回転体であれば（Ｓ２０２、Ｒ）、回転体の回転数（角速度ωｒ）をインバータ３００から取得し（Ｓ２０３）、１段前が覆回転体であれば（Ｓ２０２，Ｃ）、速度センサ４０からｎ−１番目の覆回転体の回転数（角速度ωｎ−１）を取得する（Ｓ２０４）。次にｎ＋１番目の覆回転体の有無を判別し（Ｓ２０５）、覆回転体があれば（Ｓ２０５、ＹＥＳ）、その回転数（角速度ωｎ＋１）を取得し（Ｓ２０６）、それらの速度（角速度）が、例えば図１６に示したような回転比率を満たす速度か否かを判別（チェック）して、回転数が前記回転比率を満たす所定の回転数の範囲内であれば故障無し、範囲外であれば故障と判別して（Ｓ２０７）、その結果に基づき障害の有無をセットする（Ｓ２０８）。セット後にルーチンの最初に戻り（ＲＴＳ）次の処理指令を待つ。
【００３２】
次に、障害ありと判別されたときに、複数の覆回転体のうち何番目の覆回転体に障害が発生したのかを判別する方法について説明する。
回転体に覆回転体２枚が装着された回転装置を例に採って説明する。
本回転体には上述のように各覆回転体の回転数を検出できる速度センサ４０が付設されており、制御部２００は速度センサ４０からの信号を受けて各覆回転体の回転数を監視している。
【００３３】
今、回転体が、飽和状態で回転数９００ｒｐｍで回転しているとすると、この場合における第１の覆回転体１０２の正常な回転数は図１６に表示したように９００×２／３＝６００ｒｐｍ、覆回転体２は９００×１／３＝３００ｒｐｍとなる。
この状態で第１の覆回転体１０２の回転数が３００ｒｐｍに変化したとすると、制御部２００は、直ちに回転体の回転数と第２の覆回転体１０３の回転数をチェックし、かつ第１の覆回転体１０２と第２の覆回転体１０３との回転数比率を演算する。回転体１０１の回転数は変わらず第２の覆回転体１０３の回転数は１５０ｒｐｍであったとすると、その第１の覆回転体１０２に対する回転数比率は１／２であり、これは第１の覆回転体１０２を回転体に見立てると、第１の覆回転体１０２に対して１枚の覆回転体を備えた回転装置における正常な速度に等しいから、第２の覆回転体１０３は正常に機能していると判別し、他方第１の覆回転体１０２には故障を発生していると判別してシステムの停止処理を行う。
【００３４】
同様に、回転体１０１の回転が飽和状態回転数で１８００ｒｐｍであるとすると、この場合における第１の覆回転体１０２の正常な回転数は、回転体１０１の２／３である１２００ｒｐｍ、第２の覆回転体１０３の正常な回転数は回転体１０１の１／３である６００ｒｐｍである。この状態で動作中、第２の覆回転体１０３の回転数が１００ｒｐｍに変化したとすると、直ちに回転体１０１の回転数と第１の覆回転体１０２の回転数をチェックする。そして、回転体の回転数は１８００ｒｐｍで変わらず、第１の覆回転体１０２の回転数が約９００ｒｐｍであるとすると、この場合は、第１の覆回転体１０２は覆回転体が一枚の場合の正常な回転比率で回転しているから正常であること（つまり、第２の覆回転体１０３が故障したことで、覆回転体が実質上第１の覆回転体のみの状態となる）、及び覆回転体１０３が異常であることが検出され、制御部２００の指示でシステムの停止を行う。また、この場合に覆回転体１の回転率も異常であれば（つまりその速度が９００ｒｐｍから例えば２０ｒｐｍ以上下回れば）、覆回転体１，２の異常を検出する。
ここで、第１の覆回転体１０２が回転体１０１の回転数の約２／３、第２の覆回転体１０３が回転体の回転数の約１／３であれば、制御部２００は「異常なし」を検出する。
【００３５】
図１６はＲＡＭ２２０に格納されるテーブルの実例を示す。
このテーブルには、回転体が飽和回転数６０００ｒｐｍで回転する際の第１ないし第３覆回転体の各正常回転数（速度）と回転体に対する正常回転比率、正常回転数の下限値（ここでは正常値−２００ｒｐｍに設定されている）、及び実測値と実測回転比率が書き込まれている。この表２の場合は、第２の覆回転体のところで実測値、従って実測回転比率が下がり、これがエラーと判別される例をしめしている。
エラーの判別及びエラーを生じた覆回転体の特定は既に述べた原理により行う。
【００３６】
以上で説明した覆回転体の故障の検知処理は、制御部２００のＣＰＵ２１０がＲＯＭ２３０に格納された故障検知用プログラムによりＲＡＭ２２０から必要なデータを読み出して演算処理等を行うことで実行される。
また、そのプログラムは、例えば、ＣＤＲＯＭ、ＭＯ、フレキシブルディスク、等のような周知の記録媒体に格納し、或いはネットワークを介してユーザに提供される。
【発明の効果】
請求項１、２、４に対応する効果；簡単な構成で回転体の覆回転体が故障したときに、その故障を確実に検出することができる。
請求項３、５に対応する効果；ケーシング内で同芯状に多層に配置された覆回転体の複数の覆回転体の内、どの覆回転体が故障したのかを簡単な構成で容易に知ることができる。
請求項６に対応する効果；本発明の覆回転体の故障を判別するためのプログラムをコンピュータにダウンロードして前記各効果を奏する事ができると共に、本発明に係るプログラムを容易に提供することがでできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転体装置の一部を破断した斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施形態である回転体装置の一部を破断した斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示した図である。
【図４】本発明の第４の実施形態を示した図である。
【図５】本発明の第５の実施形態を示した図である。
【図６】本発明の第６の実施形態を示した図である。
【図７】流体の種類によるフライホイールの周速と圧力との関係を示したグラフである。
【図８】遠心力による内圧上昇を考慮しない場合、考慮した場合の、算出した周速または角速度を示すグラフである。
【図９】回転体の周速度と抵抗トルクの関係を、フライホイールのみ、覆回転体が１から５枚ある場合について示した図である。
【図１０】回転体の角速度をω１に対する角覆回転体の角速度を表した図表である。
【図１１】覆回転体の故障検出装置を概略的に示したブロック図である。
【図１２】制御部の構成を概略的に示したブロック図である。
【図１３】センサと反射シールとの取付構造を示す回転装置の要部拡大断面図である。
【図１４】本発明の故障検出装置の動作を説明するためのフロー図である。
【図１５】回転数確認処理手順を説明するためのフロー図である。
【図１６】ＲＡＭ２２０に格納されるテーブルの実例を示す図である。
【符号の説明】
１１１…回転体のケーシング、２００…制御部、３００…インバータ、４１０…モータ、４２０…センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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