(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイールアセンブリであって：
少なくとも一つのフライホイールマスの支持部を備え、前記支持部は、回転軸線に沿って延在するシャフトを有し、前記支持部は、それぞれが前記回転軸線からオフセットされている複数の開口部を備える、支持部と；
それぞれが前記支持部内の対応する開口部と整列するよう配置された複数の開口部を備えるフライホイールマスと；
前記フライホイールマスが使用中に前記支持部と一緒に回転できるように、前記フライホイールマスを前記支持部に結合する手段であって、前記支持部および前記フライホイールマス内の整列された開口部を通って延在するよう構成される結合手段とを備え、
前記フライホイールマスは、エレメントの積層を形成するよう一緒に挟持される複数の略平面のフライホイールマスのエレメントを備え、
前記エレメントの各々は、前記支持部内の開口部および前記積層における隣接エレメント内の開口部と整列する複数の開口部を含み、
前記エレメントの前記開口部は全体として非円形であり、第１の円形断面形状の一次の領域と、第２の円形断面形状を有する対の補助の領域とを有し、前記補助の領域は、前記一次の領域の両側に位置し、前記一次の領域に開口しており、
前記エレメント同士は、前記エレメントおよび前記支持部内の整列された開口部を通って延在する前記結合手段によって、一緒に結合され、互いに整列されて前記フライホイールマスを形成している、
フライホイールアセンブリ。
【請求項２】
前記一次および補助の領域の中心点は、前記回転軸線から等距離にあり、
前記補助の領域は、前記一次の領域よりも小さい直径を有する、
請求項１に記載のフライホイールアセンブリ。
【請求項３】
前記結合手段は、複数の固定部材を備え、前記各固定部材は、前記エレメントによって画成される整列された一組の開口部を通って延在するよう構成される、
請求項１又は請求項２に記載のフライホイールアセンブリ。
【請求項４】
前記支持部は、前記開口部が内部に備えられ、前記シャフトがそこから延在するプレートを備える、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のフライホイールアセンブリ。
【請求項５】
前記プレートおよび前記シャフトは、単一のエレメント、または、互いに固定されて結合される２つの個別のエレメントを備える、
請求項４に記載のフライホイールアセンブリ。
【請求項６】
前記支持部は、前記支持部および前記フライホイールマスを通って延在する結合手段を用いることによる以外で、前記フライホイールマスに固定されない、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のフライホイールアセンブリ。
【請求項７】
２つの支持部を備え、前記各支持部は、シャフトがそこから延在するプレートを備え、前記フライホイールマスは、各支持部の前記シャフトが互いに整列され、同じ回転軸線に沿って延在するように、前記支持部の前記プレート間に挟持される、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のフライホイールアセンブリ。
【請求項８】
前記支持部は、支持部本体を備え、前記支持部本体は、前記結合手段が前記支持部を前記フライホイールマスに結合する場合、前記結合手段が前記支持部本体から突出しないように、前記各開口部を取り囲む凹部を有する、
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のフライホイールアセンブリ。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のフライホイールアセンブリにおいて用いられるためのフライホイールマスであって、前記エレメントが使用中にそれを中心として回転するよう構成される回転軸線から、それぞれがオフセットされるひとつ以上の開口部を画成するフライホイールマス。
【請求項１０】
フライホイールアセンブリであって：
第１および第２のフライホイールマスの支持部を備え、前記各支持部は、プレートと、前記支持部が使用中にそれを中心として回転する回転軸線に沿って前記プレートから延在するシャフトとを備え、前記各支持部は更に、それぞれが前記回転軸線からオフセットされている複数の開口部を備える、フライホイールマスの支持部と；
それぞれが前記各支持部内の対応する開口部と整列するよう配置された複数の開口部を備えるフライホイールマスと；
前記フライホイールマスが前記支持部のそれぞれのプレートの間に挟持され、前記支持部のそれぞれのシャフトが同じ回転軸線に沿った反対方向に延在するように、前記フライホイールマスを前記各支持部に結合する手段であって、前記第１の支持部内の整列された開口部を通り、前記フライホイールマスを通り、そして、前記第２の支持部内の開口部を通って延在するよう構成される結合手段とを備え、
前記フライホイールマスは、エレメントの積層を形成するよう一緒に挟持される複数の略平面のフライホイールマスのエレメントを備え、
前記エレメントの各々は、前記少なくとも一つの支持部内の開口部および前記積層における隣接エレメント内の開口部と整列する複数の開口部を含み、
前記エレメントの前記開口部は全体として非円形であり、第１の円形断面形状の一次の領域と、第２の円形断面形状を有する対の補助の領域とを有し、前記補助の領域は、前記一次の領域の両側に位置し、前記一次の領域に開口しており、
前記エレメント同士は、前記エレメントおよび前記支持部内の整列された開口部を通って延在する前記結合手段によって、一緒に結合され、互いに整列されて前記フライホイールマスを形成している
フライホイールアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライホイールアセンブリ及び同アセンブリに使用するためのフライホイールマスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から提案されているフライホイールアセンブリは、フライホイールマスを貫通してフライホイールマス（質量を有するフライホイール本体）の回転中心軸線に沿って延びる（貫通する）孔を有するフライホイールマスを備える。フライホイールマスは、使用の際は、前記回転中心軸線回りを回転する。車軸は、車軸がフライホイールマスとの締り嵌めを形成するようにしてフライホイールマスの孔を通って延在する。この構成において、車軸を回転することによりフライホイールマスは回転軸線を中心に回転する。
【０００３】
上で説明したようなフライホイールアセンブリは、運動エネルギーの形態でエネルギーを蓄えるために用いられる。例えば、自動車の並進運動エネルギーは、自動車が停車するとき自動車のブレーキで熱として消散するのではなく、内蔵フライホイールアセンブリの回転運動エネルギーに変換されてもよい。回転運動エネルギーはその後、回収され、回転するフライホイールアセンブリを自動車の車軸へ機械的に連結することによって、自動車の並進運動エネルギーに転換されてもよい。フライホイールアセンブリはまた、太陽光発電モータ等の間欠動力源によって生成されるエネルギーを蓄えるために用いられてもよい。例えば、かかるモータが通電されたとき、フライホイールアセンブリを回転させるために用いられてもよい。後に、モータがそれ以上通電されなくなった場合、フライホイールアセンブリを用いて、電磁誘導を目的に、ひとつ以上の磁石を回転させることによって、回転するフライホイールアセンブリからエネルギーを回収し（即ち、電気を発生させ）てもよい。
【０００４】
回転するフライホイールアセンブリによって蓄積できるエネルギーＥκの量は式Ｅκ＝Ιω２／２により定まる。ここで、Ιはフライホイールアセンブリの慣性モーメントであり、ωはアセンブリが回転する角速度である。従って、フライホイールアセンブリが蓄えるエネルギー量を増加させるには、アセンブリが回転する速度を増加する必要がある。しかし、フライホイールマスが高速で回転すると、遠心力によって誘発されるアセンブリのフライホイールマス上の応力により、フライホイールマスが変形し、それによってさまざまな潜在的な問題を招いてしまうことがある。
【０００５】
そのような問題のひとつは、マスが車軸から離れる方向に変形するにつれて、フライホイールマスが、回転する車軸とのぴったりした接触嵌合から外れる可能性があることである。仮にこれが生じた場合、フライホイールマスは、軸方向締付力にもかかわらず、車軸に対して相対的に動くかもしれず、かかる動きは径方向の一方の側への移動となる可能性がある。一旦これが生じると、フライホイールマスは平衡を失い、フライホイールアセンブリの軸受を損傷させるか、および／または、望ましくない振動を生じるかを起し得る負荷を生じる傾向がある。
【０００６】
また、フライホイールマスが軸に対して接線方向に滑る可能性もある。これによっても平衡が失われ、フライホイールマスと車軸との間の相対的な動きを招く恐れがある。マスの速度が低下して収縮し、回転する車軸との間で締り嵌めが再形成されるに到るだろう。フライホイールマスが締り嵌めを再形成したとき、フライホイールマスと回転する車軸との間の摩擦力により、フライホイールマスに衝撃が与えられる。フライホイールマスは、車軸の更なる回転により再び速度を上げ、変形、離脱、および戻りの工程がまたしても生じるであろう。しかし、フライホイールマスへの繰り返される衝撃により、使用中のフライホイールマスの破砕の可能性が高まる。結果として、かかるフライホイールマスが回転できる速度に限度がある。
【０００７】
この問題に対処するために従来提案されている配置のひとつが、ＰＣＴ特許出願番号ＰＣＴ／ＧＢ２０１１／００００５３に記載されている。図１に見られるように、この文献は、車軸３に固定される変形可能なハブ２を備えたフライホイール装置１を開示している。複数のディスク４が、ハブ２の外面と接触して配置されており、複数の重り５が、ハブ２の内面と接触して配置されてフライホイールマスを形成している。使用中、車軸３が回転すると、ハブ２（および、従ってディスク４および重り５）が、車軸と共に回転する。高速回転速度では、ディスク４は、車軸３から離れる方向（すなわち、径方向外側）に変形する傾向にあり、これにより（変形可能なハブが無ければ）ディスクがハブから離間する。しかし、この文献で説明される配置においては、重り５に作用する遠心力は、ハブ２に伝達され、ハブ２は外側に変形する。ここで、ハブはディスク４および車軸と接触した状態を維持する。結果として、フライホイールマスは、従来から提案されている配置よりも高速で回転できる。
【０００８】
一方で、亀裂がマスを介して伝播し、マスのすべてが一気に破損してしまうような単体マスを有する場合とは対照的に、この設計は、一度には破損がひとつのディスクだけで発生し得るという利点がある。これは、ディスク４において遠心力によって誘発される応力を生じる十分な速度が、ディスク４が破壊し得る点を超えている場合に生じるであろう。もしそうなった場合、ディスクの断片は高速で装置から飛び出すので、フライホイールマスを適切なケーシング内に収容しておく必要がある。ひとつのディスクが破損した場合に放出されるエネルギーは、マス全体が損傷した場合に放出されるエネルギーより著しく低いため、このアセンブリ用の収納ケーシングは、単体マスを持つアセンブリ用のものよりも軽くてもよいことが理解されよう。
【０００９】
しかし、かかる解決に関連する不利な点のひとつは、主に、ひとつ以上のディスク４に加えて、ハブ２および重り５の両方が存在することにより−フライホイールアセンブリの製造コストが増加することである。
【００１０】
従って、妥当なコストで、フライホイールアセンブリが蓄積できるエネルギー量を増加させ、万一アセンブリが破損した場合にアセンブリの近傍にいる人の負傷リスクを減らすことができれば有利である。
【００１１】
別の従来から提案されているフライホイールアセンブリが日本特許第５８２１５９４８号（三菱電機株式会社）に開示されている。このアセンブリにおいて、フライホイールマスは、上部および底部プレート間に積層されて配置された複数の個別ディスクから構成されている。上部および底部プレート間のディスクはそれぞれ、積層において隣接するディスクの反対の表面上の補完的な凹みと密接に結合する一表面上の位置決め突起を含む（それにより、プレート同士を整列させる）。上部および底部プレートは、マスの中心に向かって局部的に厚くなっており、車軸に接続するプレート（複数）は、マスが車軸を中心として回転できるように、上部および底部ディスクの局所的に厚くなった部分にボルト留めされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この配置は非常に多くの不利な点を持っている。第１に、ディスクが密接に協働する突起および凹みを必要とするという事実は、ディスクが正しい形状を持つよう慎重に機械加工されねばならないことを意味する。これは、アセンブリの製造コストを増加させ、このような機械を容易に利用できない世界の地域でのアセンブリの製造を妨げている。第２に、軸方向ハブを取り付けることができるよう上部および底部プレートに穿孔することは、必然的にプレートを脆弱にし、それによって破損のリスクを高める。第３に、プレートおよびディスクを整列させるための、互いに噛み合う突起および凹みは、各不連続点において応力点を生成し、これにより、マスが回転可能な最高速度を必然的に低下させる。
本発明の局面は、前記問題点を念頭に置いて考案された。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の教示による好ましい一つの実施によれば、次のようなフライホイールアセンブリが提供される。  少なくとも一つのフライホイールマス支持部を備え、前記少なくとも一つの支持部は、使用に当たって、回転軸線に沿って延在するシャフトを有し、前記支持部はその回転軸線回りを回転できる。前記少なくとも一つの支持部は、それぞれが前記回転軸線からオフセットされている複数の開口部を備える。さらに、それぞれが前記支持部内の対応する開口部と整列するよう配置された複数の開口部を備えるフライホイールマスと；前記マスが使用中に前記少なくとも一つの支持部と一緒に回転できるように、前記フライホイールマスを前記少なくとも一つの支持部に結合する手段であって、前記少なくとも一つの支持部および前記フライホイールマス内の整列された開口部を通って延在するよう構成される結合手段とを備える。
【００１４】
この配置の利点は、フライホイールマスがより高速で回転でき、従って、従来から提案されているフライホイールよりも高い運動エネルギー量を蓄えることができることにある。また、所定の角速度ωにおいて、このフライホイールマスは、従来提案されている配置よりも破損する可能性が低い。
【００１５】
一つの実施によれば、前記マスおよび前記少なくとも一つの支持部のうちの少なくとも一つ内の前記開口部は、実質的に円形である。  前記マスおよび前記少なくとも一つの支持部のうちの少なくとも一つ内の前記開口部は、非円形であってもよい。
【００１６】
前記マスおよび前記少なくとも一つの支持部内の前記開口部は、同じ形状を有する。また、前記マスおよび前記少なくとも一つの支持部内の前記開口部は、前記マス内の開口部が前記少なくとも一つの支持部内の開口部と整列できるように、互いを補完する異なる形状を有してもよい。
【００１７】
前記少なくとも一つの支持部および前記マスのうちの少なくとも一つ内の前記開口部は、一次の（主の）領域および補助の領域を備えてもよい。また、前記一次および補助の領域は、同じ、または異なる断面形状を有してもよい。また、前記一次および補助の領域の中心点は、前記回転軸線から等距離にあってもよい。
【００１８】
一つの配置では、前記一次の領域は、第１の直径を有する一部円形部を備えてもよく、前記補助の領域は、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する一部円形部を備えてもよい。
【００１９】
フライホイールマスは、一緒に挟持される複数のフライホイールマスエレメントを備えてもよく、前記各エレメントは複数の開口部を含み、前記フライホイールエレメントは、エレメント同士が一緒に挟持される場合に、各エレメント内の開口部が互いに整列されるように構成されている。
【００２０】
前記結合手段は、複数の固定部材を備えてもよく、前記各固定部材は、前記フライホイールエレメントによって画成される整列された一組の開口部を通って延在するよう構成される。
【００２１】
前記少なくとも一つの支持部は、プレートを備えてもよく、このプレートには前記開口部が備えられ、このプレートからは前記シャフトが延在する。前記プレートおよび前記シャフトは、単一のエレメント、または、互いに固定されて結合される２つの個別のエレメントを備えてもよい。
【００２２】
一つの配置では、前記アセンブリは、２つの支持部を備えてもよく、前記各支持部はプレートを備え、このプレートからはシャフトが延在し、前記フライホイールマスは、各支持部の前記シャフトが互いに整列され、同じ回転軸線に沿って延在するように、前記支持部の前記プレート間に挟持されてもよい。
【００２３】
本発明の別の局面は、本明細書中で説明するフライホイールアセンブリにおいて用いられるためのフライホイールマスに関し、このフライホイールマスは、フライホイールエレメントが使用中に回転軸線を中心として回転するよう構成されるそのような回転軸線から、それぞれがオフセットされるひとつ以上の開口部を画成している。
【００２４】
本発明のさらなる局面は、次のようなフライホイールアセンブリに関する。  第１および第２のフライホイールマス支持部を備え、前記各支持部は、プレートと、前記支持部が使用中にそれを中心として回転できる回転軸線に沿って前記プレートから延在するシャフトとを備え、前記各支持部は更に、それぞれが前記回転軸線からオフセットされている複数の開口部を備える。  フライホイールアセンブリは、さらにそれぞれが前記各支持部内の対応する開口部と整列するよう配置された複数の開口部を備えるフライホイールマスと；前記マスが前記支持部のそれぞれのプレートの間に挟持され、前記支持部のそれぞれのシャフトが同じ回転軸線に沿った反対方向に延在するように、前記フライホイールマスを前記各支持部に結合する手段であって、前記第１の支持部内の整列された開口部を通り、前記フライホイールマスを通り、そして、前記第２の支持部内の開口部を通って延在するよう構成される結合手段とを備える。
【００２５】
一般用語において、本発明の教示を具体的に示す配置は、以下の利点のひとつ以上を有している：（ｉ）複数のフライホイールエレメントを持つフライホイールマスは、マスの構造的破損が生じた場合に、フライホイールマスの比較的小さな破片を放出する傾向があり；（ｉｉ）径方向外側の位置で、一緒に整列され、結合される複数のエレメントから構成されるフライホイールマスは、降伏（塑性変形）を超えて、破断を促進する傾向のある軸方向応力を低減し；（ｉｉｉ）フライホイールエレメントを貫通する開口部の設計により、応力集中を低減し、フライホイールマスが全く開口部を有していない設計の応力レベルに匹敵する応力レベル（すなわち、開口部における応力レベルが、マスの軸線中心で見出されるものと等しいか、さらに低いレベル）まで、フライホイールアセンブリを動かすことが可能となる；そして、（ｉｖ）ボルトが突出しない支持部を備えることにより、空気力学的な風損が誘発する抵抗を減少させる。
本発明の教示の他の特徴、局面、実施の形態、および利点は、本明細書の以下の記載から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明の教示の種々の局面、および、これらの教示を具体的に示す配置を、これ以降、以下の添付図面を参照して、説明のための実施例によって説明する。
【００２７】
【図１】図１は、従来技術のフライホイールアセンブリの断面略図である。
【図２】図２は、想定されるフライホイールアセンブリの斜視略図である。
【図３】図３は、図２に示すフライホイールアセンブリの一部を備えるフライホイールエレメントの斜視略図である。
【図４】図４は、図３に示すフライホイールエレメントに結合するためのシャフトおよびプレートの斜視略図である。
【図５】図５は、ひとつの想定されるフライホイール開口部の略図である。
【図６】図６は、別の想定されるフライホイール開口部の略図である。
【図７】図７は、角速度ωで回転するフライホイールエレメントの応力と半径の関係を示すグラフ図であり、フライホイールエレメントが、その回転軸線に沿った中心を通って延在（貫通）する円形開口を有している場合のグラフ図である。
【図８】図８は、角速度ωで回転するフライホイールエレメントの応力と半径の関係を示すグラフ図であり、フライホイールエレメントが、その回転軸線に沿った中央開口は無いが、代りに回転軸線からオフセットした４つの孔を画成している場合のグラフ図である。
【図９】図９は、角速度ωで回転するフライホイールエレメントの応力と半径の関係を示すグラフ図であり、フライホイールエレメントが、図６に示す形状の４つの孔を画成し、かかる孔が回転軸線からオフセットしているグラフ図である。
【図１０】図１０は、別の想定されるフライホイールアセンブリの側面図である。
【図１１】図１１は、ボルト（または、複数のボルト）が図５に示す開口部を貫通している場合の、いくつかの例示の方法のグラフ図である。
【図１２】図１２は、ボルト（または、複数のボルト）が図６に示す開口部を貫通している場合の、いくつかの例示の方法のグラフ図である。
【図１３】図１３の（ａ）から（ｃ）は、フライホイールマスを通って（貫通して）形成されてもよい他の孔の３つの略図である。
【図１４】図１４は、別のフライホイールアセンブリの略図である。
【図１５】図１５は、例示の機械ねじの断面略図である。
【図１６】図１６は、別の例示の機械ねじの断面略図である。
【図１７】図１７は、ボルトに張力をかけるための代替配置を示す図である。
【図１８】図１８は、別のフライホイールアセンブリの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図２は、２つのフライホイールマス支持部１４の間に挟持され、それらに結合されるフライホイールマス１２を備える、想定されるフライホイールアセンブリ１０の略図である。
【００２９】
図３に注目すると、フライホイールマス１２は、フライホイールマス１２が使用中にそれを中心として回転する回転軸線１８からそれぞれ径方向にオフセット（外して配置、又はずらして配置）しているひとつ以上の貫通孔１６を持つ本体を備える。
【００３０】
図４に示すように、各フライホイール支持部１４は、プレート２０と、プレート２０がそれを中心として回転できる上記軸線１８を画成する（定める）軸線方向シャフト１９とを備える。プレート２０は、それぞれ径方向にオフセットした２つ以上の貫通孔２２を含んでおり、かかる孔はシャフト１９からオフセットしている。孔２２は、プレート２０がフライホイールマス１２に当接されるとき、それらがフライホイールエレメント１２内の孔１６と整列できるように位置決めされる。特定の一配置において、プレート２０によって画成される孔２２は、フライホイールマス１２内の孔１６の断面形状に対し少なくとも補完関係にあり、想定される配置のひとつにおいては、それらに対応する（少なくとも近似する）断面形状を有する。
【００３１】
フライホイールアセンブリ１０は、ひとつのプレート２０をフライホイールマス１２の上面１３に当接させ、別のプレート２０をフライホイールマス１２の下面１５に当接させることによって形成される。プレート２０によって画成される孔２２は次に、フライホイールマス１２内の孔１６と整列された後、（ボルト、ピン、ロッド、またはスタブ軸等の）適切な固定要素２３を整列された孔１６、２２を通して挿入し、プレートがフライホイールエレメント１２に堅固に結合されるように、固定要素を所定位置に固定することによって、プレート２０がフライホイールマス１２に固定される。一旦組み立てられると、フライホイールアセンブリ１０はその後、その回転軸線１８を中心に回転されて、運動エネルギーを蓄えることができる。図１０において、図示の固定要素はプレートから突出しており、この配置は十分に機能するが、より少ない程度で突出する要素（好ましくは、プレートと面一になる要素）を用いて風損を低減する方が有利であろう（図１４は、風損を低減する、想定される配置のひとつを示している）。
【００３２】
言うまでもなく、この配置において、単数または複数のプレートは、（前記の三菱の配置におけるような）マスにボルトで留められるのではなく、プレートおよびマスを通って延在（貫通）する固定要素を用いることによってのみ、マスに結合される。この配置は、それがマスに穿孔された孔（孔がボルトと係合してマスを支持部に保持する）において、応力によって誘発される破損の可能性を防ぐ際に、有利である。
【００３３】
一配置において、フライホイールマス１２は、一組（一対）の孔１６を含んでいる。この配置において、孔同士は、回転軸１８から（少なくともおおよそ）等距離であり、回転軸線１８に対して直線的に整列されている。別の配置において、フライホイールマス１２は、ひとつ以上の追加の孔１６も画成し、それぞれのかかる孔は、回転軸線１８から同じ距離に離間して位置している。例えば、図３に示す特定の配置では、フライホイールマス１２は、２対の孔を含んでおり、各対の孔は、回転軸線１８を通る概念的な線上にあり、フライホイールマス１２の回転軸線１８から（少なくともおおよそ）等距離である。
【００３４】
フライホイールマス１２（およびプレート２０）における孔１６は、想定される一実施において、円形であってもよい。別の配置において、ひとつ以上のかかる孔は、代わりに円形でなくてもよく、任意に複数の領域から成っていてもよい。例えば、図５に示す孔は、第１の断面形状の一次の領域２４と、それぞれが第２の断面形状（第１の断面形状と同じであっても、なくてもよい）を有する第１の対の補助の領域２６とを有している。図５に示す特定の配置において、一次の領域２４は、第１の直径ｄ１を有する一部円形部を備え、補助の領域２６は、一次孔の領域の直径よりも小さな（および好ましくは互いに等しい）第２の直径ｄ２を持つ一部円形部を備えている。図５に示すように、補助の領域２６は、一次の領域のいずれか一方の側に位置し、一次の領域２４に開口している。好ましい実施において、補助の領域を形成する一部円形部の少なくとも中心「Ｏ」は、プレート／フライホイールマスの軸線から等距離であり、従って、曲線２８に沿って配置されている。図５に示す特定の配置において、一次および補助の領域を形成する一部円形部は、同じ曲線に沿って配置されている。
【００３５】
ここで図６を参照すると、孔が更にひとつ以上の追加の組（対）の補助の領域（第２の対の補助開口部３０等）を備えていてもよいこともまた想定される。図６に示す特定の配置において、一次および各補助の領域を画成する一部円形部は、すべてプレート／フライホイールエレメントの軸線から等距離であり、従って、同じ曲線２８に沿って配置されている。他の想定される配置において、第２の補助開口を備える一部円形部の中心は、一次補助開口を備える一部円形部がそれに沿って位置する曲線の半径とは異なる半径を有する曲線に沿って位置してもよく、一次の領域が位置する曲線は、第１または第２の補助の領域の半径と同じ半径または異なる半径を有していてもよい。
【００３６】
想定される一実施において、プレートおよびフライホイールマスは、同じ形状の孔を有している。しかしながら、これは必須ではなく、プレートおよびフライホイールマスが互いを補完する孔を有していれば事足りるであろうことは理解されるであろう。例えば、想定される配置のひとつにおいて、マスは、図５に示す種類の複数の貫通孔を有していてもよく、プレートは、それぞれがフライホイール孔の一次の領域２４または補助の領域２６のうちのひとつと整列するよう配置される複数の円形孔を備えていてもよい。また、孔が一対の補助の領域を備えることは必須ではなく、それらは代わりに、単一の一次の領域および単一の補助の領域を備えてもよいことも理解されるであろう。また更なる配置も、当業者にとっては明らかであろう。
【００３７】
図７〜９は、ｉ）フライホイールエレメントの半径と、ｉｉ）フライホイールマスが角速度ωで回転される場合に遠心力によって生じる前記マス上の接線方向の応力との間の関係を示している。
【００３８】
図７は、角速度ωで回転するフライホイールマスの応力と半径の関係を示し、フライホイールマスが一定の厚さを有し、円形開口がその回転軸線に沿った中心を通って延在している。図７に示すように、このフライホイールマスは、フライホイールマスの最も内側の面（半径Ａ）、すなわち、フライホイールマスの中心を通る開口を画成する面において、使用中に遠心力から最大量の応力を受ける。その一方で、フライホイールマスの最も外側の面（半径Ｂ）は、遠心力から最も少ない量の応力を受ける。
【００３９】
図８は、角速度ωで回転するフライホイールマスの応力と半径の関係を示し、フライホイールマスが一定の厚さを有し、回転軸線に沿って延在する円形開口は無く、代りに回転軸からオフセットした４つの孔を画成している。図８に示すように、このフライホイールマスは、各孔の最も内側の面（半径Ｄ）、すなわち、回転軸線（半径Ｏ）に最も近い面において、使用中に遠心力から最大量の応力を受ける。各孔の最も外側の面（半径Ｅ）、すなわち、回転軸線（半径Ｏ）から最も遠い面は、最も内側の面（半径Ｄ）よりも遠心力から僅かに少ない応力を受ける。フライホイールマスの最も外側の面（半径Ｂ）は、使用中に遠心力から最も少ない量の応力を受ける。
【００４０】
図９は、角速度ωで回転するフライホイールマスの応力と半径の関係を示し、フライホイールマスが、一定の厚さを有し、図６に示す形状の４つの孔を画成し、かかる孔は回転軸線からオフセットされている。図９に示すように、このフライホイールマスは、各孔の最も内側の面（半径Ｄ）、すなわち、回転軸線（半径Ｏ）に最も近い面において、使用中に遠心力から最大量の応力を受ける。各孔の最も外側の面（半径Ｅ）、すなわち、回転軸線（半径Ｏ）から最も遠い面は、最も内側の面（半径Ｄ）よりも遠心力から僅かに少ない応力を受ける。フライホイールマスの最も外側の面（半径Ｂ）は、使用中に遠心力から最も少ない量の応力を受ける。開口（半径Ｄ）における最大応力が、ディスク中心（半径Ｏ）における応力よりも低いため、この形状寸法に対する最大応力は、開口をまったく持たない平面ディスクと同じである。従って、有用な機械を作成する、開口を持つかかるディスクは、開口を持たないディスクと同じ速度で動作でき、同じエネルギーを蓄えることができる。
【００４１】
図７〜９に示すように、その回転軸線に沿って開口を有するフライホイールマスは、角速度ωで回転する場合に、遠心力から最大量の応力を受ける。かかるフライホイールマスは、従って、図８および９に示す種類のフライホイールマスよりも遅い回転速度で破断する可能性が高い。このことから言えるのは、図８および９に示す種類のフライホイールマスは、図７に示す種類のものよりも速い速度で回転でき、従って、それよりも多い量の運動エネルギーを蓄えることができることである。また、所定の角速度ωにおいて、図８および９に示すフライホイールマスが、図７に示すマスよりも破断する可能性が低いということでもある。
【００４２】
別の想定される配置（図１０に略図で示す）において、フライホイールアセンブリ１０のフライホイールマス１２は、互いに積層される複数の略平面のフライホイールエレメント１５を備えていてもよい。かかる配置において、プレート２０は、フライホイールエレメント１５に結合されるシャフト１４がフライホイールエレメントの回転軸線に沿って延在するように、上側および下側フライホイールエレメント１５と係合する。アセンブリを共に固定するには、固定要素２３（例えば、ボルト、ピン、ロッド、またはスタブ軸）が、それぞれ整列された一組の孔を通って延在し、所定位置に固定され、それによって、フライホイールエレメント１２、プレート２０、およびシャフト１９を一緒に結合してもいいように、各フライホイールエレメント１５によって画成される孔１６と、プレート２０によって画成される孔２２とが整列される。当業者には理解されるであろうように、エレメントは、単にエレメント内の開口部を通って延在するボルトによってのみ（ボルトのみによって）互いに対して位置決めされており、従って、エレメントを互いに対して整列させるよう機能する前記の三菱の配置の補完的な段差および凹部を形成するために必要な種類の複雑な機械加工を必要としない。現在採用されている配置も、三菱の配置の段差／凹部境界面において生じる応力集中を防ぐ。
【００４３】
この配置の利点は、(万一、フライホイールエレメントが破断した場合に単一のマスから成るフライホイールよりも少ないエネルギーを放出する)一組のフライホイールエレメントから構成されるフライホイールが、開口を持たないディスクと同じ速度で動作できることにある。これにより、万一、フライホイールマスに不具合が生じた場合に、マス部品が飛び出す可能性を減少するために必要な格納システムの重量とコストが低減される。加えて、かかる設計の製造と組立のコストは、フライホイールエレメントが、略平面であり、従って、僅かな追加工程によりシートメタル材料から打ち抜かれて（または形成されて）フライホイールアセンブリの大部分を形成できることによって、更に低減される。これにより、かかるフライホイールの設計が、特に複合構造に代わるものとして、自動車のエネルギー回収システムおよび地上ベースの動力用途における使用に対して魅力的なものとなる。結果としてのフライホイールはまた、蓄積された所定量のエネルギーに対して複合フライホイールよりも低い周速で動作し、従って、風損が低減される。
【００４４】
地上動力蓄積の手段として途上国に対して本発明を適用した場合、この配置のひとつの利点は、ひとつ以上のエレメントが損傷した場合にこれらのエレメントだけを交換すれば良いことにある。従って、この設計の組立と修理は、他の設計と比べて単純なものとなり、専門器材がより限られた作業場において行うことができる。
【００４５】
固定要素２３を用いてプレート２０とひとつ以上のフライホイールエレメント１２とを共に固定する種々の方法を、図１１および１２に示す。例えば、固定要素２３は、孔の開口部分のうちのひとつのみを通って延在してもよい。代替として、固定要素２３は、孔の２つ以上の開口部を通って延在してもよい。提案する配置の利点は、種々の異なる大きさの固定具がフライホイールアセンブリを組み立てるために使用できるということにある。
【００４６】
ここで図１３の（ａ）から（ｃ）を参照すると、フライホイールマスを通って（貫通して）形成されてもよい他の孔の３つの例が略示されている。図１３の（ａ）は、フライホイールマスを構成するディスクにおける応力を低減するために、主に楕円形を有する、フライホイールマスを通る孔３２の略図である。ボルト３４は孔３２を貫通し、インサート（挿入物）３６が、ボルト位置を安定させるために、ボルトと孔との間に追加されている。想定される配置のひとつにおいて、インサートは、硬質ポリマーまたは軽合金等の低密度材料から成っていてもよい。この特定の配置において、孔３２は（少なくとも略）対称形であるが、図１３の（ｂ）に示すように、形状を非対称形にして応力を更に低減することが有益であろう。別の配置において、ボルト３４の大きさを減少することによって、１つの孔当たり２つのインサートを、ひとつのインサート３８と置換えてもよい。この配置により、組立は容易となるが、孔の大きさが増加することによって、応力が増加する可能性もある。
【００４７】
ここで図１４を参照すると、別のフライホイールアセンブリ４０が略示されている。この実施の形態のフライホイールアセンブリは、他の実施の形態のものと多くの点で類似しているが、この実施の形態において、ボルトがプレートの外面から突出しない（それにより風損を低減する）ように、プレート２０が構成されている点が異なる。
【００４８】
フライホイールマスを構成するディスク１２と、プレート２０とは、一緒にボルト４２、４４によって、フライホイールアセンブリ４０の動作前に締め付けられ、前述同様に、プレート２０はフライホイールマスをシャフト１９に接続するよう機能する。この実施の形態において必要であるのは２つのプレートのみであるので、プレート２０はフライホイールディスクよりも複雑な設計であってもよい。プレートは、フライホイールマスにおける応力を低減し、またボルト４２、４４を支持するよう構成される。
【００４９】
想定される配置のひとつにおいて、ボルト４２、４４はそれぞれ、雌ねじが切られた２つの皿機械ねじ４６から構成され、それらに、雄ねじ付ロッド４８が係合されてもよい。雌ねじ付ねじを備えることによって、フライホイールマスのディスクは、当該機械ねじの比較的平滑な外面に位置し、それにより、不精密であるかもしれない雄ねじ上に位置することを防いでいる。好ましい配置において、微小な間隙がねじ４６の間に存在し、その結果、フライホイールマスの中間ディスクが、ボルト４２、４４によって与えられる締付力を失うことなく、引き続き位置する。
【００５０】
図１５および１６は、例示の機械ねじの断面略図である。図１５において、雌ねじ付機械ねじは、ロッド４８の一部に接続されて示されている。ボルトの軸を見下ろした場合に、両機械ねじにトルクを互いに対して印加することによって、張力がボルトに生じる。図１６において、機械ねじの代替設計を示す。この配置において、ロッド４８は、非貫通穴を避けて、機械ねじを完全に貫通してもよい。この配置において、トルクを加えるための（六角ソケット等の）機械ねじ上の機構は、ねじを通るねじ穴よりも大きくなければならない。
【００５１】
図１７は、ボルトに張力をかけるための代替配置を示している。この配置において、ロッド４８は、一方の側で機械ねじ４６を越えて突出しており、ナット４９は、突出するねじ山にねじ込まれている。機械装置（従来技術において公知のもの等）を用いて、ナットを長い矢印の方向に引っ張る一方で、装置はプレート２０を押し付ける。かかる装置は、当業者にとって周知であり、ねじ４６に形成された位置決め機構５０と工具を係合させることによって、機械ねじが回転できるように、開口を有している。一旦機械装置が力を解放すると著しい張力がボルトに生じるからといって、位置決め機構５０には、ほとんどトルクを印加する必要がない。この操作の後、突出するロッドを、切断または他の機械加工によって除去してもよい。このようにしてボルトを共に接続することによって、正しいレベルの張力がボルトに印加され、完成したフライホイールアセンブリが本質的に不正に変更され難くなる。
【００５２】
図１８は、フライホイールが比較的短い場合の別の配置の略図である。この配置においては、フライホイール用の軸受支持部は、一方の側のみに必要とされ、この配置により、プレートのひとつは、軸受位置に通常必要とされるシャフトを取り除いて、軽量化できる。
【００５３】
本発明の種々の局面および実施の形態をこれまで説明してきたが、本発明の適用範囲は、本明細書中で説明した特定の配置に限定されること無く、代わりに、添付特許請求の範囲内に含まれる、すべての配置、およびその変形および改良を包含するよう拡大されることは、理解されよう。
【００５４】
例えば、想定される配置のひとつにおいて、ひとつ以上のシャフト１９は、このシャフト１９が回転軸線１８の長さ方向に沿って延在するように、図３のフライホイールエレメント２０に直接固定されてもよい。更に、フライホイールマスおよびプレートを通る孔は、これらは簡単に穿孔作業によって作成されるが、必ずしも一組の円形孔から成っている必要は無いこともまた想定される。非円形孔が、更に開口における応力を低減するために使用されてもよいが、かかる孔は、作成に対してより複雑な機械を必要とするであろう。この種類の開口の作成は、ウォータージェット、レーザー切断、または打ち抜きを用いて行われてもよい。
【００５５】
別の想定される配置において、フライホイールマスは、必ずしも一対の支持部の間に挟持される必要は無く、代わりに単一の支持部に結合されてもよい。例えば、支持部が垂直方向に配向される（その結果、フライホイールマスが垂直軸線を中心として回転する）場合、第２の支持プレートは不必要であるかもしれない。第２の支持部はまた、第２の支持部以外の手段が備えられてフライホイールマスを浮上させる場合、不必要であるかもしれない。例えば、フライホイールマスは、ひとつ以上の磁石を備えていてもよく、内部でフライホイールマスが回転するハウジングは、更なる磁石を備えていてもよく、ハウジング上の磁石およびフライホイールマス上の磁石は、同じ磁極が互いに対向するように配置される。
【００５６】
また、添付の特許請求の範囲は、本明細書で記載した特徴の特定の組み合わせについて述べているが、本発明の適用範囲は、以下に請求する特定の組み合わせに限定されるものではなく、代わりに、本明細書で開示する機構のいかなる組み合わせをも包含するよう拡大されることに留意されたい。
【符号の説明】
【００５７】
１０  フライホイールアセンブリ
１２  フライホイールマス
１３  フライホイールマスの上面
１４  フライホイールマス支持部
１５  フライホイールエレメント
１６  フライホイールエレメントによって画成される孔
１８  回転軸線
１９  シャフト
２０  フライホイールエレメント
２２  プレートによって画成される孔
２３  固定要素
２４  一次の（主の）領域
２６  補助の領域
２８  曲線
３０  第２の対の補助開口部
３２  フライホイールマスを通る孔
３４  ボルト
３６  インサート
３８  インサート
４０  フライホイールアセンブリ
４２  ボルト４２
４４  ボルト
４６  機械ねじ
４８  ロッド
４９  ナット
５０  位置決め機構
【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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【図１７】
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【図１８】
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