(57)【要約】  コンパクトな蓄電装置としての使用に適したフライホイールアセンブリ（２）が記載されている。アセンブリは、ハウジング（８）と、ハウジング内に軸受（１８、２０）を介し回転可能に取り付けられる軸（６）に連結されたフライホイール（４）と、ハウジング内に画定されフライホイールを内包する第１チャンバ（１４）と、ハウジング内に画定され軸受を内包する第２チャンバ（２６）とを備える。更にまた、軸により駆動され第１チャンバから第２チャンバへ気体分子をポンプ輸送するための分子ポンプ（２８、３０）を備える。軸受を高圧チャンバ内に配置することにより、軸受グリースからの気体放出を抑制する。更にまた、フライホイールを内包する第１チャンバが軸受を内包する第２チャンバから分離されているため、負荷下においてこのような気体放出があっても第１チャンバ内の気体圧力は増大しない。
2012524877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジング内に軸受を介し回転可能に取り付けられる軸に連結されたフライホイールと、
前記ハウジング内に画定され前記フライホイールを内包する第１チャンバと、
前記ハウジング内に画定され前記軸受を内包する少なくとも１つの第２チャンバと、
前記軸により駆動され前記第１チャンバから前記少なくとも１つの第２チャンバへ気体分子をポンプ輸送する少なくとも１つの分子ポンプと
を備える、フライホイールアセンブリ。
【請求項２】
前記軸受が同一の第２チャンバ内に内包されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
第１軸受が１つの第２チャンバ内に内包され、第２軸受が別の第２チャンバ内に内包されている、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記第１チャンバから各第２チャンバへ気体分子をポンプ輸送するために２つの分子ポンプが設けられている、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記フライホイールが前記軸に取り付けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記軸受が、前記軸と、前記ハウジングの内壁から前記軸に沿って延出するハブとの間に設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記第２チャンバから気体を除去するために追加ポンプが設けられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項８】
前記追加ポンプがゲッターポンプである、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項９】
前記追加ポンプが真空ポンプである、請求項７に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記真空ポンプ用制御部と、前記制御部に連結され前記第１チャンバ内圧力を検出するためのセンサとを備え、前記制御部が前記センサからの信号を参照して前記真空ポンプを制御するよう動作可能である、請求項９に記載のアセンブリ。
【請求項１１】
分子ポンプが前記ハブの先端に隣接して設けられている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１２】
前記分子ポンプが分子ドラッグポンプである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１３】
前記分子ドラッグポンプが、前記ハブに形成された螺旋溝を有する、請求項１２に記載のアセンブリ。
【請求項１４】
前記分子ドラッグポンプが、前記ハブの内面及び外面のそれぞれに形成された２つの螺旋溝を有する、請求項１３に記載のアセンブリ。
【請求項１５】
前記フライホイールがモータの回転子を担持し、前記モータの固定子が前記ハウジングに支持されている、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項１６】
添付の図面を参照し実質的に本明細書中に記載される通りの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に関する。より詳しくは、アセンブリのハウジング内圧力の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライホイールは、コンパクトな蓄電装置として特に車両における使用が増えている。フライホイールはハウジング内に取り付けられ、ハウジング内部は低圧に保たれて、フライホイール回転時の抵抗を最小限としている。この低圧環境はハウジング封止前に容易に実現できる一方で、高エネルギー密度のフライホイール構造においては、製造後も長期にわたり気体を発生する繊維複合材料が用いられることが多く、このために所望の真空に近い条件を維持するのが困難となっている。
【０００３】
米国特許第５，４６２，４０２号明細書には、第１チャンバ内に配設されるフライホイールを有するフライホイール蓄電システムが記載されている。比較的高い圧力を保つ第２チャンバが設けられている。第１チャンバ内に位置する第１軸受と、第２チャンバ内の第２軸受との間で軸が垂下されている。分子ポンプを軸により駆動し、第１チャンバから第２チャンバへ気体分子をポンプ輸送して、第１チャンバ内の低圧環境が保たれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、ハウジングと、ハウジング内に軸受を介し回転可能に取り付けられる軸に連結されたフライホイールと、ハウジング内に画定されフライホイールを内包する第１チャンバと、ハウジング内に画定され軸受を内包する少なくとも１つの第２チャンバと、軸により駆動され第１チャンバから少なくとも１つの第２チャンバへ気体分子をポンプ輸送する少なくとも１つの分子ポンプとを備えるフライホイールアセンブリを提供する。
【０００５】
軸受は、共通の第２チャンバ内に設けるのが好ましい。代替的構成においては、第１軸受が１つの第２チャンバ内に内包され、第２軸受が別の第２チャンバ内に内包される。後者の実施形態において、分子ポンプにより第１チャンバから第２チャンバへ気体分子をポンプ輸送することができる。更なる変形例として、第１チャンバから各第２チャンバへ気体分子をポンプ輸送するために２つの分子ポンプが設けられる。
【０００６】
フライホイールは、歯車装置又はその他形態の連結装置を介し、間接的に軸に連結することができる。あるいは、フライホイールを軸に直接取り付けてもよい。
【０００７】
軸受を、圧力が高い方の第２チャンバ内に設けることが有益である。かかるチャンバでは軸受が蒸気圧の高いグリースを必要とするためである。圧力がより低い環境では、グリースが気体を放出しやすく（すなわち気体放出）、グリース及びその潤滑性の劣化を加速する。圧力がより高いチャンバ内に軸受を配置することで、一般に入手しやすい低蒸気圧グリースを使用することができる。
【０００８】
更にまた、負荷下において軸受グリースからの気体放出があっても、フライホイールを内包する第１チャンバ内の気体圧力は増大しない。
【０００９】
好適な実施形態において、軸受は、軸と、ハウジングの内壁から軸に沿って延出するハブとの間に設けられる。従ってこの構成においては第２チャンバはハブと軸との間に画定される。
【００１０】
第２チャンバから気体を除去するために追加ポンプを設けるのが好ましい。ポンプは、第２チャンバ内の圧力を制御しこれによって低圧の第１チャンバ内の気体圧力を制御するよう動作可能とすることができる。追加ポンプは例えば、ゲッターポンプ、又は真空ポンプとすることができる。真空ポンプを、第１チャンバ内圧力を検出するためのセンサに連結された制御部とともに設けてもよい。制御部は、センサからの信号を参照して真空ポンプを制御するよう動作可能とすることができる。
【００１１】
好適な実施形態において、分子ポンプはハブの先端に向けて、及び／又は隣接して設けられている。より詳しくは、ハブに形成された螺旋溝を有する分子ドラッグポンプとすることができる。好適な構成においては、２つの螺旋溝がハブの内面及び外面のそれぞれに形成される。
【００１２】
好適な実施形態において、フライホイールは駆動モータの回転子を担持し、モータの固定子がハウジングに支持される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるフライホイールアセンブリの側方断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を添付の図を参照しながら説明する。図は本発明を実施したフライホイールアセンブリの側方断面図である。
【００１５】
図は電動フライホイールアセンブリ２の側方断面図を示す。炭素繊維フライホイール４が、複合エンドキャップ７を介して中心軸６に取り付けられ、ハウジング８内に収容されている。フライホイールの内周面に永久磁石９が担持されて、ブラシレスＤＣモータの回転子を形成している。
【００１６】
モータの固定子１０は、ハウジングから内方へ向け延出する固定子取付部１２により担持されている。３相のコイル巻線（不図示）を備えた既知の積層構造を有することができる。固定子はオイル冷却される。
【００１７】
フライホイールは、ハウジング内に画定されて部分的真空を含有する第１チャンバ１４内で回転する。固定子はガラス繊維缶１６により第１チャンバから分離されている。軸６は第１及び第２軸受１８、２０により回転可能に支持されている。各軸受は、軸上に取り付けられた内輪と、円筒ハブ２２の内面に支持された外輪との間に保持される複数の玉軸受からなる。図解上、単一軸受を示しているが、これに代えて二重軸受対を２つ使用してもよい。玉軸受は例えばセラミック素材で形成することができ、グリース潤滑される。
【００１８】
ハブ２２はボルト２４によりハウジング８の壁に固定される。ハブはハウジングの壁から内方へ向け、軸６回りに延出している。ハブ２２と軸６との間に、軸受１８、２０を内包する第２チャンバ２６が画定される。
【００１９】
エンドキャップ７は軸６に、軸の一端に向け堅固に接続され、軸受はエンドキャップと軸の他端との間の位置にて軸と係合している。これにより、共通のチャンバ２６内に２つの軸受１８、２０を設けることが容易となる。
【００２０】
第１及び第２チャンバ１４、２６との間にターボ分子ドラッグポンプ２８、３０が位置している。ドラッグポンプの第１部分３２は、ハブ２２の外面により画定される１又は複数の第１螺旋溝を有する。この溝が、軸６に担持される中空円筒部材３３の内面に対向し、溝と円筒部材とが協働してポンプの第１部分３２を形成している。ドラッグポンプの第２部分３４は、ハブの先端にてハブの内周面に固着されるリング３６の内面に画定された、断面及びピッチがより小さい１又は複数の更なる螺旋溝を有している。この第２溝が、軸６の円筒状外面に対向し、両者が協働してポンプの第２部分３４を形成している。
【００２１】
外部真空ポンプ４０が第２チャンバ２６に接続されている。第１チャンバ１４内にはセンサ（不図示）が設けられ、内部の圧力を検出する。センサは、真空ポンプ４０と関連の制御部（不図示）に連結されている。真空ポンプは、第２チャンバ内の圧力を制御することにより第１チャンバ内の圧力を制御するよう動作することができる。制御部は例えば、第１チャンバ内のセンサからの信号に応じて真空ポンプ４０のオン／オフを切り替えて第１チャンバ内圧力を所定範囲内に維持するよう動作可能な、いわゆる「バングバング」制御部とすることができる。
【００２２】
フライホイールアセンブリの作動において、真空ポンプ４０は初動時に第１及び第２チャンバの双方をほぼ真空とするために用いられる。フライホイールが気体抵抗により過熱されることなく高速運転可能となるよう、第１チャンバは概ね０．０１ミリバールの圧力に維持するのが好ましい。フライホイール稼働中は、フライホイールの素材からの気体放出（水蒸気など）により第１チャンバ内の真空度は下がりやすい（すなわち圧力が高まる）。フライホイールの回転につれ、ドラッグポンプ３０、３２は第１チャンバ１４から第２チャンバ２６内へ気体分子をポンプ輸送するよう働く。これによって第１チャンバ内の低圧環境が保たれ、また、第２チャンバ内の圧力も高まる。これによって、そうでない場合より高い蒸気圧を有するグリースを軸受１８、２０内で使用することが容易となる。例えば、第２チャンバ内では０．１ミリバールより高い圧力を維持することができる。
【００２３】
更にまた、軸受が第１チャンバとは分離された第２チャンバ内に設けられているため、軸受グリースからの気体放出により第１チャンバの圧力が影響を受けることはない。
2012524877.tif 000003
【国際調査報告】
2012524877.tif 000004
2012524877.tif 000005
2012524877.tif 000006