水冷却モータ用フライホイールおよび水冷却モータ用フライホイールシステム
【課題】水冷却モータ用フライホイールのカートリッジと筐体の摺動磨耗を抑制する。
【解決手段】水冷却モータ用フライホイールは、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体２１と、カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入されて回転軸方向に延びる複数のカートリッジ２２、２３と、を有する。カートリッジ挿入穴とカートリッジ２２、２３の横断面形状が非円形であって、カートリッジ挿入穴内でカートリッジ２２、２３がカートリッジ挿入穴に対して相対的に回転できない形状である。
【解決手段】水冷却モータ用フライホイールは、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体２１と、カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入されて回転軸方向に延びる複数のカートリッジ２２、２３と、を有する。カートリッジ挿入穴とカートリッジ２２、２３の横断面形状が非円形であって、カートリッジ挿入穴内でカートリッジ２２、２３がカートリッジ挿入穴に対して相対的に回転できない形状である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水冷却モータ用フライホイールおよび水冷却モータ用フライホイールシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水冷却モータ用フライホイールは、駆動するポンプが電源喪失時に停止するまでの減速を緩和するため、すなわち、ポンプ供給流量の急激な低下を緩和するために回転軸と一体に回転する高慣性の円盤状の構造物である。一般的にはタングステン等の重金属を非磁性体で高強度の合金鋼製の筐体内に密封し重金属をエロージョン・コロージョンから保護する構成となっている。また、その回転によって周囲の流体に剪断力が働き流体摩擦熱が発生するために、冷却装置を具備している。
【０００３】
このような水冷却モータ用フライホイール構造としては、上記の一般的な構造の軸方向の両面にスラストランナーを具備しスラスト軸受と一体構造としたもの（たとえば特許文献１参照）、構造強度の高い材料で円盤状のフライホイール筐体を構成し、筐体に口径の異なる２種類の円柱状の穴を回転軸方向に複数個開け、それらの穴に合致する重金属を封入したカートリッジを封入することで慣性を調整可能な構造としたものがある（たとえば特許文献２参照）。
【０００４】
冷却構造としては、フライホイールの側面もしくは軸方向の円形面に対向する構造材の壁面を伝熱面とする冷却水流路を設け、外部からの冷却材で冷却する構成としたものがある（たとえば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，８８６，４３０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開２００７／００２５８６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した水冷却モータ用フライホイール構造においては、重金属は円柱状、または軸対称な形で筐体に設置されているため、長期の回転で重金属または重金属封入カートリッジと筐体構造材との間で摺動磨耗が発生する可能性があることが課題となる。
【０００７】
また、フライホイールとその周囲の流体との剪断応力（摩擦力）で発生する流体摩擦熱は損失となり、モータ効率が低下することが課題である。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、水冷却モータ用フライホイールのカートリッジと筐体の摺動磨耗を抑制すること、または、フライホイールの周囲での流体摩擦を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールの一態様は、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記シャフトの回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、を有する水冷却モータ用フライホイールであって、前記カートリッジ挿入穴および前記カートリッジの前記回転軸に垂直な横断面の形状が非円形であって、前記カートリッジ挿入穴内で前記カートリッジが当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に摺動するのを抑制する形状であること、を特徴とする。
【００１０】
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールの他の一つの態様は、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、を有する水冷却モータ用フライホイールであって、前記カートリッジおよび前記カートリッジ挿入穴は前記回転軸を中心とする円環状であって、前記カートリッジが前記カートリッジ挿入穴内で当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に前記回転軸の周りに回転するのを阻止する回り止め機構が形成されていること、を特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールのさらに他の一つの態様は、円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられた水冷却モータ用フライホイールであって、前記外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールシステムの一つの態様は、円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられたフライホイールと、前記フライホイールの外側面に対して半径方向の間隙を介して対向する円筒形の内側面を有して、前記フライホイールの外側面を囲んで前記フライホイールとは独立に固定されたフライホイールケーシングと、を有する水冷却モータ用フライホイールシステムであって、前記フライホイールの外側面に対向する前記フライホイールケーシングの内側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、水冷却モータ用フライホイールのカートリッジと筐体の摺動磨耗を抑制すること、または、フライホイールの周囲での流体摩擦を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るフライホイールを備えた水冷却モータの立断面図。
【図３】図１の水冷却モータ用フライホイールの平板形状のカートリッジの一つを取り出して示す斜視図。
【図４】図１の水冷却モータ用フライホイールの扇形平断面を有するカートリッジの一つを取り出して示す斜視図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態の効果を説明するためのグラフ。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールのカートリッジの一つを取り出して示す斜視図。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図。
【図１２】図１１のXII部の部分拡大側断面図。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの上面図。
【図１５】図１４のXV−XV線に沿う部分拡大立断面図。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールシステムの部分切欠き斜視図。
【図１７】図１６のXVII部の部分拡大側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る水冷却モータ用フライホイールの実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。図２は第１の実施形態に係るフライホイールを備えた水冷却モータの立断面図である。図３は、図１の水冷却モータ用フライホイールの平板形状のカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。図４は、図１の水冷却モータ用フライホイールの扇形平断面を有するカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。
【００１７】
はじめに、図２を参照して、この実施形態に係るフライホイールを備えた水冷却モータについて説明する。
【００１８】
上下方向に延びるシャフト２の上端にインペラ１が取り付けられていて、インペラ１は水の流路内に配置されている。シャフト２は３個のラジアル軸受４で半径方向に回転支持されている。シャフト２は上部と下部に分割されていてその間にフライホイール３がはさまれている。シャフト２にはロータ５が取り付けられ、ロータ５の半径方向外側にステータ６が配置されている。シャフト２の下端部にはスラストディスク７が取り付けられている。スラストディスク７は、上部スラスト軸受８と下部スラスト軸受９とによってはさまれ、これらによって軸方向に回転支持されている。
【００１９】
上述のシャフト２、フライホイール３、ロータ５、ステータ６などは静止支持されたケーシング６０内に収容されている。ケーシング６０内を冷却水が流れるように、ケーシング６０の下端部に冷却水入口１１が設けられ、フライホイール３の上方のケーシング６０に冷却水出口１２が設けられている。冷却水出口１２を通ってケーシング６０の外に出た冷却水は熱交換器１３を通って冷却水入口１１から再びケーシング６０内に流入するように、冷却水配管６１が配置されている。
【００２０】
フライホイール３はシャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えていて、筐体２１は、たとえばハースカップリング２４によってシャフト２に結合されている。筐体２１の軸方向端部には、ハースカップリング２４を取り付けるための複数のハースカップリング取り付けネジ穴２５が、互いに周方向に間隔をあけて配列されている。筐体２１は、たとえば高強度の合金鋼製である。
【００２１】
筐体２１の内部には複数の平板形カートリッジ挿入穴と複数の扇形カートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３がそれぞれ挿入されている。平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３は、たとえばタングステンなどの重金属製であって、筐体２１の材料よりも比重の大きな材料からなる。
【００２２】
平板形カートリッジ２２は、それぞれが軸方向および半径方向に広がり、筐体２１の外周に沿って互いに間隔をあけて配列されている。扇形カートリッジ２３は、それぞれの平断面が、回転軸を中心とする扇形であって、柱状であり、ハースカップリング取り付けネジ穴２５よりも内側で周方向に互いに間隔をあけて配列されている。
【００２３】
筐体２１に形成された平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３のカートリッジ挿入穴はそれぞれが複数個あって、必ずしもすべてのカートリッジ挿入穴にカートリッジを挿入する必要はなく、フライホイール３にとって適当な慣性モーメントが得られるように平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３を上方から着脱することができる。
【００２４】
平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３とそれらが挿入される筐体２１の各カートリッジ挿入穴との間は、互いに相対運動ができないように嵌め込むことが望ましいが、若干の相対運動を許容するように間隙を設けてもよい。
【００２５】
このように構成された本実施形態において、ロータ５とステータ６の機能によってシャフト２が回転する。このとき、冷却水は、ケーシング６０内を上昇しながらその内部を冷却することにより加熱される。その後に冷却水は冷却水出口１２を出て冷却水配管６１を通って熱交換器１３内で放熱して低温に戻る。その後、低温の冷却水は冷却水入口１１から再びケーシング６０内に循環する。
【００２６】
この実施形態では、フライホイール３のカートリッジ２２、２３は回転軸方向断面が軸対称形状でないために、フライホイール３の回転によって発生する遠心力と回転の加減速で発生する接線方向の力によって、カートリッジ２２、２３が筐体２１に対して相対的に動く力が作用する。しかし、カートリッジ２２、２３および筐体２１のカートリッジ挿入穴の平断面形状が円形でないため、その相対運動が阻止され、摺動が生じない。
【００２７】
したがって、本実施形態によれば、カートリッジ２２および２３と筐体２１の各カートリッジ挿入穴壁面との間の摺動磨耗が発生せず、長寿命のフライホイールを実現できる。
【００２８】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図である。図６は、第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。
【００２９】
第２の実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えていて、筐体２１は、ハースカップリング２４によってシャフト２（図２参照）に結合されている。筐体２１の内部には複数の平板形カートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の重金属製の平板形カートリッジ２２が挿入されている。平板形カートリッジ２２は、それぞれが軸方向および半径方向に広がり、筐体２１の外周に沿って互いに間隔をあけて配列されている。平板形カートリッジ２２の構造や配置は第１の実施形態と同様である。
【００３０】
この実施形態の筐体２１には、回転軸を中心とする円柱形の中空部４１が形成されており、筐体２１は円環状であるとも言える。ハースカップリング２４は中空部４１の直径よりも大きな直径を有する。
【００３１】
なお、この実施形態は、第１の実施形態の扇形カートリッジ２３に相当するものを有していない。
【００３２】
この実施形態によれば、回転軸の近くに中空部４１が形成されているので、第１の実施形態のように回転軸の近くにまで重金属製カートリッジが配置され、また、筐体２１の材料が詰まっている場合に比べて、同等の慣性モーメントを得るために軽量のフライホイールとすることができる。その理由をつぎに説明する。
【００３３】
円環状のフライホイールの質量Ｍは次の式で表わされる。
【００３４】
Ｍ＝ρ×ｈ×π×（ｒｏ２−ｒｉ２） （１）
ここで、ρはフライホイール平均密度、ｈはフライホール高さ、ｒｏは円環状フライホイール外径（外側半径）、ｒｉは円環状フライホイール内径（内側半径）、πは円周率である。
【００３５】
また、慣性モーメントＪは次の式で表わされる。
【００３６】
Ｊ＝１／２×ρ×ｈ×π×（ｒｏ２−ｒｉ２）×（ｒｏ２＋ｒｉ２）
＝１／２×Ｍ×（ｒｏ２＋ｒｉ２） （２）
したがって、質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍは次の式（３）で表わされる。
【００３７】
Ｊ／Ｍ＝１／２×（ｒｏ２＋ｒｉ２） （３）
したがって、本実施形態において、質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍは、ｒｏ２＋ｒｉ２に比例する。
【００３８】
図７は、式（１）ないし式（３）の関係を示すグラフであって、フライホイールの慣性モーメントＪ、高さｈおよび密度ρを一定とするときに、横軸をフライホイール内径ｒｉとしたときの、外径ｒｏ、内径ｒｉ、質量Ｍおよび質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍを示している。
【００３９】
このグラフからわかるように、厚さｈが一定の円環型で同じ慣性モーメントＪを得るのに、内径ｒｉを大きくとるほど、質量Ｍを削減できる。
【００４０】
この実施形態のフライホイール３は円環形状なので、ハースカップリング２４を用いてシャフト２に接合するのが好ましい。
【００４１】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果が得られることに加え、スペース制約の中で、軽量のフライホイールとすることができる。
【００４２】
なお、この第２の実施形態の変形例として、シャフト２がフライホイール３の筐体２１の中央を貫通する構造としてもよい。
【００４３】
［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図である。図９は、第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。図１０は、第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールのカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。
【００４４】
第３の実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、ハースカップリング２４によってシャフト２に結合され、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えている。筐体２１の内部には、回転軸を軸心とする複数の円環状のカートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の重金属製の円環状カートリッジ４２が挿入されている。円環状カートリッジ４２は、それぞれが軸方向および周方向に広がり、互いに半径方向の間隔をあけて配列されている。
【００４５】
円環状カートリッジ４２それぞれの下端部には、複数の回り止めピン２７が下方に向けて突出して、互いに周方向に間隔をあけて設けられている。また、筐体２１の内部に形成された円環状のカートリッジ挿入穴それぞれの底部には回り止めピン２７と嵌合する複数の回り止めピン穴が形成されている。
【００４６】
この実施形態では、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に形成された回り止めピン穴と、これらに嵌合する円環状カートリッジ４２の複数の回り止めピン２７とによって回り止め機構が構成され、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴内で、円環状カートリッジ４２が筐体２１に対して相対的に動くことが阻止される。
【００４７】
本実施形態によれば、円環状カートリッジ４２と筐体２１の各カートリッジ挿入穴壁面との磨耗が発生しないので、フライホイールの寿命を長く保つことができる。
【００４８】
以上説明した第３の実施形態では、各円環状カートリッジ４２につき複数の回り止めピンがあるものとしたが、回り止めピンが１個であってもよい。
【００４９】
また、上に説明した第３の実施形態では、円環状カートリッジ４２に回り止めピン２７を取り付けて、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に回り止めピン穴を形成するものとした。この実施形態の変形例として、上記構成とは逆に、円環状カートリッジ４２の下端に回り止め穴または回り止め切欠きを形成して、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に回り止めピンまたは回り止め突起を形成して、これらを係合することにより、円環状カートリッジ４２と筐体２１との相対的動きを阻止することもできる。
【００５０】
また、上記説明の第３の実施形態では筐体２１の中央部が中実であるが、変形例として、この筐体２１の中央部を第２の実施形態（図５および図６）と同様に中空としてもよい。
【００５１】
［第４の実施形態］
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図である。図１２は図１１のXII部の部分拡大側断面図である。
【００５２】
この実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、たとえば図２に示す水冷却モータ用フライホイールに使用されるものである。水冷却モータ用フライホイール３は、たとえばハースカップリング２４によってシャフト２に結合され、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えている。筐体２１には、第２の実施形態（図５および図６）と同様な中心部の中空部を有していても、中空部を有していなくてもよい。
【００５３】
この実施形態では、筐体２１の側面３２に周方向に延びる複数のリブレット３１が形成されている。リブレット３１の溝の深さＨは、筐体２１の外径と回転速度で決まる周速、フライホイールケーシング内側壁面とのクリアランス、フライホイール周りの冷却水温度と圧力で決まる冷却水の粘性と密度をパラメータとして決定する。リブレット溝の深さＨは、次の式で得られる値が最適値とされている。
【００５４】
Ｈ＝ｙ＋×ν／Ｕτ
ここで、νは冷却水の動粘性係数、ＵτはＵτ＝（τｗ／ρ）１／２で定義される摩擦速度であり、τｗは壁面剪断応力、ρは冷却水の体密度である。ｙ＋は無次元の係数であり、通常、１５程度である。
【００５５】
なお、この実施形態では、筐体２１の上面３３および底面３４にはリブレットが形成されていない。
【００５６】
このように構成された本実施形態において、フライホイール３は周方向に高速で回転し、周囲の流体との間に剪断力（摩擦力）が発生する。しかし、筐体２１の側面３２の周方向にリブレット３１の微細な溝が切られているために、外部の流体は、リブレット３１の溝内部のフライホイール３とともに回転する流体塊面を滑ることで摩擦力が低減する。
【００５７】
本実施形態によれば、回転するフライホイール３と周囲の流体との摩擦力が低減することにより、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。
【００５８】
［第５の実施形態］
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図である。図１４は本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの上面図である。図１５は、図１４のXV−XV線に沿う部分拡大立断面図である。
【００５９】
この実施形態は、第４の実施形態の変形であって、筐体２１の側面３２にリブレット３１が形成されていることに加えて、筐体２１の上面３３および底面３４、すなわち回転軸方向の端面に、リブレット５１が形成されている。このリブレット５１は、定格回転速度での筐体２１の上面３３および底面３４の上での流体の軌跡に一致するように形成されている。上面３３および底面３４の上での流体の軌跡は、ＣＦＤ（computational fluid dynamics）解析、または実験で求めることができる。また、その結果を用いて第４の実施形態と同様の方法でリブレット溝の深さＨを定める。その他の構成は第４の実施形態と同様である。
【００６０】
本実施形態によれば、筐体２１の側面３２のみならず上面３３および底面３４においても、第４の実施形態の側面と同様な摩擦力低減効果が得られる。
【００６１】
本実施形態によれば、回転するフライホイールの上面および底面においても冷却水との摩擦力が低減することにより、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。
【００６２】
［第６の実施形態］
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールシステムの部分切欠き斜視図である。図１７は図１６のXVII部の部分拡大側断面図である。
【００６３】
この実施形態は第４の実施形態（図１１、図１２）の変形であって、第４の実施形態と同様のフライホイール３が、静止支持された円筒形のフライホイールケーシング５２内に配置されている。フライホイール３の筐体２１の側面３２に対向するフライホイールケーシング５２の内面１４には、周方向のリブレット５３が形成されている。
【００６４】
高速で回転するフライホイール３の筐体２１の側面３２とフライホイールケーシング５２の内面１４の間の環状の間隙部を流れる冷却水は、フライホイール３と同一方向に旋回し、フライホイールケーシング５２の内面１４とも摩擦力が働く。フライホイールケーシング５２の内面１４の周方向のリブレット５３は、第４の実施形態で述べた方法で求めた溝の深さＨを有する。
【００６５】
その他の構成は第４の実施形態と同様である。
【００６６】
本実施形態によれば、フライホイールケーシング５２の内面１４においても、第４の実施形態のフライホイール３の筐体２１の側面３２と同様な摩擦力低減効果が得られる。
【００６７】
本実施形態によれば、回転するフライホイール３の筐体２１の側面３２に加えフライホイールケーシング５２の内面１４においても冷却水との摩擦力が低減することで、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。
【００６８】
以上説明した第６の実施形態では、フライホイール３の筐体２１の上面３３および底面３４にはリブレットが形成されていないものとした。この実施形態の変形例として、フライホイール３の筐体２１の側面３２のリブレット３１およびフライホイールケーシング５２の内面１４のリブレット５３に加えて、第５の実施形態と同様のフライホイール３の筐体２１の上面３３および底面３４のリブレット５１を形成してもよい。
【００６９】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、また各実施形態の特徴を組み合わせることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７０】
例えば、第１の実施形態では断面形状が四角形、扇形のカートリッジを用いて説明したが、カートリッジの断面形状は円形でなければよく、例えば三角形や五角形以上の多角形、楕円形等であってもよい。
【００７１】
また、第４ないし第６の実施形態（図１１ないし図１７）で、筐体２１の内部構造としては、第１ないし第３の実施形態のいずれかと同様のものであってもよい。
【００７２】
また、上記説明で、「上」、「下」、「立断面図」などのことばを使用しているが、これは説明の便宜のためであって、この発明は重力の方向には関係がない。
【符号の説明】
【００７３】
１ … インペラ
２ … シャフト
３ … フライホイール
４ … ラジアル軸受
５ … ロータ
６ … ステータ
７ … スラストディスク
８ … 上部スラスト軸受
９ … 下部スラスト軸受
１１ … 冷却水入口
１２ … 冷却水出口
１３ … 熱交換器
１４ … 内面
２１ … 筐体
２２ … 平板形カートリッジ
２３ … 扇形カートリッジ
２４ … ハースカップリング
２５ … ハースカップリング取り付けネジ穴
２７ … 回り止めピン
３１ … リブレット
３２ … 側面
３３ … 上面
３４ … 底面
４１ … 中空部
４２ … 円環状カートリッジ
５１ … リブレット
５２ … フライホイールケーシング
５３ … リブレット
６０ … ケーシング
６１ … 冷却水配管
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水冷却モータ用フライホイールおよび水冷却モータ用フライホイールシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水冷却モータ用フライホイールは、駆動するポンプが電源喪失時に停止するまでの減速を緩和するため、すなわち、ポンプ供給流量の急激な低下を緩和するために回転軸と一体に回転する高慣性の円盤状の構造物である。一般的にはタングステン等の重金属を非磁性体で高強度の合金鋼製の筐体内に密封し重金属をエロージョン・コロージョンから保護する構成となっている。また、その回転によって周囲の流体に剪断力が働き流体摩擦熱が発生するために、冷却装置を具備している。
【０００３】
このような水冷却モータ用フライホイール構造としては、上記の一般的な構造の軸方向の両面にスラストランナーを具備しスラスト軸受と一体構造としたもの（たとえば特許文献１参照）、構造強度の高い材料で円盤状のフライホイール筐体を構成し、筐体に口径の異なる２種類の円柱状の穴を回転軸方向に複数個開け、それらの穴に合致する重金属を封入したカートリッジを封入することで慣性を調整可能な構造としたものがある（たとえば特許文献２参照）。
【０００４】
冷却構造としては、フライホイールの側面もしくは軸方向の円形面に対向する構造材の壁面を伝熱面とする冷却水流路を設け、外部からの冷却材で冷却する構成としたものがある（たとえば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，８８６，４３０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開２００７／００２５８６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した水冷却モータ用フライホイール構造においては、重金属は円柱状、または軸対称な形で筐体に設置されているため、長期の回転で重金属または重金属封入カートリッジと筐体構造材との間で摺動磨耗が発生する可能性があることが課題となる。
【０００７】
また、フライホイールとその周囲の流体との剪断応力（摩擦力）で発生する流体摩擦熱は損失となり、モータ効率が低下することが課題である。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、水冷却モータ用フライホイールのカートリッジと筐体の摺動磨耗を抑制すること、または、フライホイールの周囲での流体摩擦を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールの一態様は、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記シャフトの回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、を有する水冷却モータ用フライホイールであって、前記カートリッジ挿入穴および前記カートリッジの前記回転軸に垂直な横断面の形状が非円形であって、前記カートリッジ挿入穴内で前記カートリッジが当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に摺動するのを抑制する形状であること、を特徴とする。
【００１０】
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールの他の一つの態様は、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、を有する水冷却モータ用フライホイールであって、前記カートリッジおよび前記カートリッジ挿入穴は前記回転軸を中心とする円環状であって、前記カートリッジが前記カートリッジ挿入穴内で当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に前記回転軸の周りに回転するのを阻止する回り止め機構が形成されていること、を特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールのさらに他の一つの態様は、円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられた水冷却モータ用フライホイールであって、前記外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、この発明に係る水冷却モータ用フライホイールシステムの一つの態様は、円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられたフライホイールと、前記フライホイールの外側面に対して半径方向の間隙を介して対向する円筒形の内側面を有して、前記フライホイールの外側面を囲んで前記フライホイールとは独立に固定されたフライホイールケーシングと、を有する水冷却モータ用フライホイールシステムであって、前記フライホイールの外側面に対向する前記フライホイールケーシングの内側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施形態によれば、水冷却モータ用フライホイールのカートリッジと筐体の摺動磨耗を抑制すること、または、フライホイールの周囲での流体摩擦を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るフライホイールを備えた水冷却モータの立断面図。
【図３】図１の水冷却モータ用フライホイールの平板形状のカートリッジの一つを取り出して示す斜視図。
【図４】図１の水冷却モータ用フライホイールの扇形平断面を有するカートリッジの一つを取り出して示す斜視図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態の効果を説明するためのグラフ。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールのカートリッジの一つを取り出して示す斜視図。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図。
【図１２】図１１のXII部の部分拡大側断面図。
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの上面図。
【図１５】図１４のXV−XV線に沿う部分拡大立断面図。
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールシステムの部分切欠き斜視図。
【図１７】図１６のXVII部の部分拡大側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る水冷却モータ用フライホイールの実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。図２は第１の実施形態に係るフライホイールを備えた水冷却モータの立断面図である。図３は、図１の水冷却モータ用フライホイールの平板形状のカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。図４は、図１の水冷却モータ用フライホイールの扇形平断面を有するカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。
【００１７】
はじめに、図２を参照して、この実施形態に係るフライホイールを備えた水冷却モータについて説明する。
【００１８】
上下方向に延びるシャフト２の上端にインペラ１が取り付けられていて、インペラ１は水の流路内に配置されている。シャフト２は３個のラジアル軸受４で半径方向に回転支持されている。シャフト２は上部と下部に分割されていてその間にフライホイール３がはさまれている。シャフト２にはロータ５が取り付けられ、ロータ５の半径方向外側にステータ６が配置されている。シャフト２の下端部にはスラストディスク７が取り付けられている。スラストディスク７は、上部スラスト軸受８と下部スラスト軸受９とによってはさまれ、これらによって軸方向に回転支持されている。
【００１９】
上述のシャフト２、フライホイール３、ロータ５、ステータ６などは静止支持されたケーシング６０内に収容されている。ケーシング６０内を冷却水が流れるように、ケーシング６０の下端部に冷却水入口１１が設けられ、フライホイール３の上方のケーシング６０に冷却水出口１２が設けられている。冷却水出口１２を通ってケーシング６０の外に出た冷却水は熱交換器１３を通って冷却水入口１１から再びケーシング６０内に流入するように、冷却水配管６１が配置されている。
【００２０】
フライホイール３はシャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えていて、筐体２１は、たとえばハースカップリング２４によってシャフト２に結合されている。筐体２１の軸方向端部には、ハースカップリング２４を取り付けるための複数のハースカップリング取り付けネジ穴２５が、互いに周方向に間隔をあけて配列されている。筐体２１は、たとえば高強度の合金鋼製である。
【００２１】
筐体２１の内部には複数の平板形カートリッジ挿入穴と複数の扇形カートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３がそれぞれ挿入されている。平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３は、たとえばタングステンなどの重金属製であって、筐体２１の材料よりも比重の大きな材料からなる。
【００２２】
平板形カートリッジ２２は、それぞれが軸方向および半径方向に広がり、筐体２１の外周に沿って互いに間隔をあけて配列されている。扇形カートリッジ２３は、それぞれの平断面が、回転軸を中心とする扇形であって、柱状であり、ハースカップリング取り付けネジ穴２５よりも内側で周方向に互いに間隔をあけて配列されている。
【００２３】
筐体２１に形成された平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３のカートリッジ挿入穴はそれぞれが複数個あって、必ずしもすべてのカートリッジ挿入穴にカートリッジを挿入する必要はなく、フライホイール３にとって適当な慣性モーメントが得られるように平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３を上方から着脱することができる。
【００２４】
平板形カートリッジ２２および扇形カートリッジ２３とそれらが挿入される筐体２１の各カートリッジ挿入穴との間は、互いに相対運動ができないように嵌め込むことが望ましいが、若干の相対運動を許容するように間隙を設けてもよい。
【００２５】
このように構成された本実施形態において、ロータ５とステータ６の機能によってシャフト２が回転する。このとき、冷却水は、ケーシング６０内を上昇しながらその内部を冷却することにより加熱される。その後に冷却水は冷却水出口１２を出て冷却水配管６１を通って熱交換器１３内で放熱して低温に戻る。その後、低温の冷却水は冷却水入口１１から再びケーシング６０内に循環する。
【００２６】
この実施形態では、フライホイール３のカートリッジ２２、２３は回転軸方向断面が軸対称形状でないために、フライホイール３の回転によって発生する遠心力と回転の加減速で発生する接線方向の力によって、カートリッジ２２、２３が筐体２１に対して相対的に動く力が作用する。しかし、カートリッジ２２、２３および筐体２１のカートリッジ挿入穴の平断面形状が円形でないため、その相対運動が阻止され、摺動が生じない。
【００２７】
したがって、本実施形態によれば、カートリッジ２２および２３と筐体２１の各カートリッジ挿入穴壁面との間の摺動磨耗が発生せず、長寿命のフライホイールを実現できる。
【００２８】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図である。図６は、第２の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。
【００２９】
第２の実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えていて、筐体２１は、ハースカップリング２４によってシャフト２（図２参照）に結合されている。筐体２１の内部には複数の平板形カートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の重金属製の平板形カートリッジ２２が挿入されている。平板形カートリッジ２２は、それぞれが軸方向および半径方向に広がり、筐体２１の外周に沿って互いに間隔をあけて配列されている。平板形カートリッジ２２の構造や配置は第１の実施形態と同様である。
【００３０】
この実施形態の筐体２１には、回転軸を中心とする円柱形の中空部４１が形成されており、筐体２１は円環状であるとも言える。ハースカップリング２４は中空部４１の直径よりも大きな直径を有する。
【００３１】
なお、この実施形態は、第１の実施形態の扇形カートリッジ２３に相当するものを有していない。
【００３２】
この実施形態によれば、回転軸の近くに中空部４１が形成されているので、第１の実施形態のように回転軸の近くにまで重金属製カートリッジが配置され、また、筐体２１の材料が詰まっている場合に比べて、同等の慣性モーメントを得るために軽量のフライホイールとすることができる。その理由をつぎに説明する。
【００３３】
円環状のフライホイールの質量Ｍは次の式で表わされる。
【００３４】
Ｍ＝ρ×ｈ×π×（ｒｏ２−ｒｉ２） （１）
ここで、ρはフライホイール平均密度、ｈはフライホール高さ、ｒｏは円環状フライホイール外径（外側半径）、ｒｉは円環状フライホイール内径（内側半径）、πは円周率である。
【００３５】
また、慣性モーメントＪは次の式で表わされる。
【００３６】
Ｊ＝１／２×ρ×ｈ×π×（ｒｏ２−ｒｉ２）×（ｒｏ２＋ｒｉ２）
＝１／２×Ｍ×（ｒｏ２＋ｒｉ２） （２）
したがって、質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍは次の式（３）で表わされる。
【００３７】
Ｊ／Ｍ＝１／２×（ｒｏ２＋ｒｉ２） （３）
したがって、本実施形態において、質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍは、ｒｏ２＋ｒｉ２に比例する。
【００３８】
図７は、式（１）ないし式（３）の関係を示すグラフであって、フライホイールの慣性モーメントＪ、高さｈおよび密度ρを一定とするときに、横軸をフライホイール内径ｒｉとしたときの、外径ｒｏ、内径ｒｉ、質量Ｍおよび質量に対する慣性モーメントの比Ｊ／Ｍを示している。
【００３９】
このグラフからわかるように、厚さｈが一定の円環型で同じ慣性モーメントＪを得るのに、内径ｒｉを大きくとるほど、質量Ｍを削減できる。
【００４０】
この実施形態のフライホイール３は円環形状なので、ハースカップリング２４を用いてシャフト２に接合するのが好ましい。
【００４１】
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果が得られることに加え、スペース制約の中で、軽量のフライホイールとすることができる。
【００４２】
なお、この第２の実施形態の変形例として、シャフト２がフライホイール３の筐体２１の中央を貫通する構造としてもよい。
【００４３】
［第３の実施形態］
図８は、本発明の第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの立断面図である。図９は、第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの平断面図である。図１０は、第３の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールのカートリッジの一つを取り出して示す斜視図である。
【００４４】
第３の実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、ハースカップリング２４によってシャフト２に結合され、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えている。筐体２１の内部には、回転軸を軸心とする複数の円環状のカートリッジ挿入穴が形成され、これらのカートリッジ挿入穴に合致する形状の重金属製の円環状カートリッジ４２が挿入されている。円環状カートリッジ４２は、それぞれが軸方向および周方向に広がり、互いに半径方向の間隔をあけて配列されている。
【００４５】
円環状カートリッジ４２それぞれの下端部には、複数の回り止めピン２７が下方に向けて突出して、互いに周方向に間隔をあけて設けられている。また、筐体２１の内部に形成された円環状のカートリッジ挿入穴それぞれの底部には回り止めピン２７と嵌合する複数の回り止めピン穴が形成されている。
【００４６】
この実施形態では、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に形成された回り止めピン穴と、これらに嵌合する円環状カートリッジ４２の複数の回り止めピン２７とによって回り止め機構が構成され、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴内で、円環状カートリッジ４２が筐体２１に対して相対的に動くことが阻止される。
【００４７】
本実施形態によれば、円環状カートリッジ４２と筐体２１の各カートリッジ挿入穴壁面との磨耗が発生しないので、フライホイールの寿命を長く保つことができる。
【００４８】
以上説明した第３の実施形態では、各円環状カートリッジ４２につき複数の回り止めピンがあるものとしたが、回り止めピンが１個であってもよい。
【００４９】
また、上に説明した第３の実施形態では、円環状カートリッジ４２に回り止めピン２７を取り付けて、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に回り止めピン穴を形成するものとした。この実施形態の変形例として、上記構成とは逆に、円環状カートリッジ４２の下端に回り止め穴または回り止め切欠きを形成して、筐体２１の円環状カートリッジ挿入穴に回り止めピンまたは回り止め突起を形成して、これらを係合することにより、円環状カートリッジ４２と筐体２１との相対的動きを阻止することもできる。
【００５０】
また、上記説明の第３の実施形態では筐体２１の中央部が中実であるが、変形例として、この筐体２１の中央部を第２の実施形態（図５および図６）と同様に中空としてもよい。
【００５１】
［第４の実施形態］
図１１は、本発明の第４の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図である。図１２は図１１のXII部の部分拡大側断面図である。
【００５２】
この実施形態の水冷却モータ用フライホイール３は、たとえば図２に示す水冷却モータ用フライホイールに使用されるものである。水冷却モータ用フライホイール３は、たとえばハースカップリング２４によってシャフト２に結合され、シャフト２と同軸の円筒形の筐体２１を備えている。筐体２１には、第２の実施形態（図５および図６）と同様な中心部の中空部を有していても、中空部を有していなくてもよい。
【００５３】
この実施形態では、筐体２１の側面３２に周方向に延びる複数のリブレット３１が形成されている。リブレット３１の溝の深さＨは、筐体２１の外径と回転速度で決まる周速、フライホイールケーシング内側壁面とのクリアランス、フライホイール周りの冷却水温度と圧力で決まる冷却水の粘性と密度をパラメータとして決定する。リブレット溝の深さＨは、次の式で得られる値が最適値とされている。
【００５４】
Ｈ＝ｙ＋×ν／Ｕτ
ここで、νは冷却水の動粘性係数、ＵτはＵτ＝（τｗ／ρ）１／２で定義される摩擦速度であり、τｗは壁面剪断応力、ρは冷却水の体密度である。ｙ＋は無次元の係数であり、通常、１５程度である。
【００５５】
なお、この実施形態では、筐体２１の上面３３および底面３４にはリブレットが形成されていない。
【００５６】
このように構成された本実施形態において、フライホイール３は周方向に高速で回転し、周囲の流体との間に剪断力（摩擦力）が発生する。しかし、筐体２１の側面３２の周方向にリブレット３１の微細な溝が切られているために、外部の流体は、リブレット３１の溝内部のフライホイール３とともに回転する流体塊面を滑ることで摩擦力が低減する。
【００５７】
本実施形態によれば、回転するフライホイール３と周囲の流体との摩擦力が低減することにより、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。
【００５８】
［第５の実施形態］
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの斜視図である。図１４は本発明の第５の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールの上面図である。図１５は、図１４のXV−XV線に沿う部分拡大立断面図である。
【００５９】
この実施形態は、第４の実施形態の変形であって、筐体２１の側面３２にリブレット３１が形成されていることに加えて、筐体２１の上面３３および底面３４、すなわち回転軸方向の端面に、リブレット５１が形成されている。このリブレット５１は、定格回転速度での筐体２１の上面３３および底面３４の上での流体の軌跡に一致するように形成されている。上面３３および底面３４の上での流体の軌跡は、ＣＦＤ（computational fluid dynamics）解析、または実験で求めることができる。また、その結果を用いて第４の実施形態と同様の方法でリブレット溝の深さＨを定める。その他の構成は第４の実施形態と同様である。
【００６０】
本実施形態によれば、筐体２１の側面３２のみならず上面３３および底面３４においても、第４の実施形態の側面と同様な摩擦力低減効果が得られる。
【００６１】
本実施形態によれば、回転するフライホイールの上面および底面においても冷却水との摩擦力が低減することにより、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。
【００６２】
［第６の実施形態］
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る水冷却モータ用フライホイールシステムの部分切欠き斜視図である。図１７は図１６のXVII部の部分拡大側断面図である。
【００６３】
この実施形態は第４の実施形態（図１１、図１２）の変形であって、第４の実施形態と同様のフライホイール３が、静止支持された円筒形のフライホイールケーシング５２内に配置されている。フライホイール３の筐体２１の側面３２に対向するフライホイールケーシング５２の内面１４には、周方向のリブレット５３が形成されている。
【００６４】
高速で回転するフライホイール３の筐体２１の側面３２とフライホイールケーシング５２の内面１４の間の環状の間隙部を流れる冷却水は、フライホイール３と同一方向に旋回し、フライホイールケーシング５２の内面１４とも摩擦力が働く。フライホイールケーシング５２の内面１４の周方向のリブレット５３は、第４の実施形態で述べた方法で求めた溝の深さＨを有する。
【００６５】
その他の構成は第４の実施形態と同様である。
【００６６】
本実施形態によれば、フライホイールケーシング５２の内面１４においても、第４の実施形態のフライホイール３の筐体２１の側面３２と同様な摩擦力低減効果が得られる。
【００６７】
本実施形態によれば、回転するフライホイール３の筐体２１の側面３２に加えフライホイールケーシング５２の内面１４においても冷却水との摩擦力が低減することで、発生する流体摩擦熱が抑制され、モータ損失が減少し、モータ効率の向上が図られる。
【００６８】
以上説明した第６の実施形態では、フライホイール３の筐体２１の上面３３および底面３４にはリブレットが形成されていないものとした。この実施形態の変形例として、フライホイール３の筐体２１の側面３２のリブレット３１およびフライホイールケーシング５２の内面１４のリブレット５３に加えて、第５の実施形態と同様のフライホイール３の筐体２１の上面３３および底面３４のリブレット５１を形成してもよい。
【００６９】
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、また各実施形態の特徴を組み合わせることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００７０】
例えば、第１の実施形態では断面形状が四角形、扇形のカートリッジを用いて説明したが、カートリッジの断面形状は円形でなければよく、例えば三角形や五角形以上の多角形、楕円形等であってもよい。
【００７１】
また、第４ないし第６の実施形態（図１１ないし図１７）で、筐体２１の内部構造としては、第１ないし第３の実施形態のいずれかと同様のものであってもよい。
【００７２】
また、上記説明で、「上」、「下」、「立断面図」などのことばを使用しているが、これは説明の便宜のためであって、この発明は重力の方向には関係がない。
【符号の説明】
【００７３】
１ … インペラ
２ … シャフト
３ … フライホイール
４ … ラジアル軸受
５ … ロータ
６ … ステータ
７ … スラストディスク
８ … 上部スラスト軸受
９ … 下部スラスト軸受
１１ … 冷却水入口
１２ … 冷却水出口
１３ … 熱交換器
１４ … 内面
２１ … 筐体
２２ … 平板形カートリッジ
２３ … 扇形カートリッジ
２４ … ハースカップリング
２５ … ハースカップリング取り付けネジ穴
２７ … 回り止めピン
３１ … リブレット
３２ … 側面
３３ … 上面
３４ … 底面
４１ … 中空部
４２ … 円環状カートリッジ
５１ … リブレット
５２ … フライホイールケーシング
５３ … リブレット
６０ … ケーシング
６１ … 冷却水配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記シャフトの回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、
前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、
を有する水冷却モータ用フライホイールであって、
前記カートリッジ挿入穴および前記カートリッジの前記回転軸に垂直な横断面の形状が非円形であって、前記カートリッジ挿入穴内で前記カートリッジが当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に摺動するのを抑制する形状であること、
を特徴とする水冷却モータ用フライホイール。
【請求項２】
前記複数のカートリッジの少なくとも一部の複数のカートリッジは前記回転軸方向および半径方向に広がる複数の平板形状であって、前記平板形状のカートリッジが挿入されるカートリッジ挿入穴は当該カートリッジに適合する形状であること、を特徴とする請求項１に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項３】
前記複数のカートリッジの少なくとも一部の複数のカートリッジは、前記回転軸を中心とする扇形横断面を有し、前記扇形横断面を有するカートリッジが挿入されるカートリッジ挿入穴は当該カートリッジに適合する形状であること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項４】
シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、
前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、
を有する水冷却モータ用フライホイールであって、
前記カートリッジおよび前記カートリッジ挿入穴は前記回転軸を中心とする円環状であって、前記カートリッジが前記カートリッジ挿入穴内で当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に前記回転軸の周りに回転するのを阻止する回り止め機構が形成されていること、
を特徴とする水冷却モータ用フライホイール。
【請求項５】
前記回り止め機構は、前記複数のカートリッジそれぞれの前記回転軸方向の先端に固定された回り止めピンと、前記カートリッジ挿入穴の底に形成されて前記回り止めピンと嵌合する回り止めピン穴とを含むこと、を特徴とする請求項４に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項６】
前記筐体には、前記回転軸を中心とする円柱形の中空部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項７】
前記シャフトと前記筐体とがハースカップリングによって結合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項８】
前記カートリッジは前記筐体よりも比重の大きい重金属製であること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項９】
前記筐体の外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項１０】
円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられた水冷却モータ用フライホイールであって、
前記外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする水冷却モータ用フライホイール。
【請求項１１】
回転軸方向の端部に、前記シャフトが定格回転数で回転している時の前記回転軸方向の端部の壁面上に、この壁面に沿う流体の軌跡に一致するようリブレットが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項１２】
円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられたフライホイールと、
前記フライホイールの外側面に対して半径方向の間隙を介して対向する円筒形の内側面を有して、前記フライホイールの外側面を囲んで前記フライホイールとは独立に固定されたフライホイールケーシングと、
を有する水冷却モータ用フライホイールシステムであって、
前記フライホイールの外側面に対向する前記フライホイールケーシングの内側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする水冷却モータ用フライホイールシステム。
【請求項１３】
前記フライホイールケーシングの内側面に対向する前記フライホイールの外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の水冷却モータ用フライホイールシステム。
【請求項１】
シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記シャフトの回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、
前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、
を有する水冷却モータ用フライホイールであって、
前記カートリッジ挿入穴および前記カートリッジの前記回転軸に垂直な横断面の形状が非円形であって、前記カートリッジ挿入穴内で前記カートリッジが当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に摺動するのを抑制する形状であること、
を特徴とする水冷却モータ用フライホイール。
【請求項２】
前記複数のカートリッジの少なくとも一部の複数のカートリッジは前記回転軸方向および半径方向に広がる複数の平板形状であって、前記平板形状のカートリッジが挿入されるカートリッジ挿入穴は当該カートリッジに適合する形状であること、を特徴とする請求項１に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項３】
前記複数のカートリッジの少なくとも一部の複数のカートリッジは、前記回転軸を中心とする扇形横断面を有し、前記扇形横断面を有するカートリッジが挿入されるカートリッジ挿入穴は当該カートリッジに適合する形状であること、を特徴とする請求項１または請求項２に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項４】
シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられて、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジ挿入穴が形成された円柱状の筐体と、
前記カートリッジ挿入穴のそれぞれに着脱可能に挿入された、前記回転軸方向に延びる複数のカートリッジと、
を有する水冷却モータ用フライホイールであって、
前記カートリッジおよび前記カートリッジ挿入穴は前記回転軸を中心とする円環状であって、前記カートリッジが前記カートリッジ挿入穴内で当該カートリッジ挿入穴に対して相対的に前記回転軸の周りに回転するのを阻止する回り止め機構が形成されていること、
を特徴とする水冷却モータ用フライホイール。
【請求項５】
前記回り止め機構は、前記複数のカートリッジそれぞれの前記回転軸方向の先端に固定された回り止めピンと、前記カートリッジ挿入穴の底に形成されて前記回り止めピンと嵌合する回り止めピン穴とを含むこと、を特徴とする請求項４に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項６】
前記筐体には、前記回転軸を中心とする円柱形の中空部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項７】
前記シャフトと前記筐体とがハースカップリングによって結合されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項８】
前記カートリッジは前記筐体よりも比重の大きい重金属製であること、を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項９】
前記筐体の外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項１０】
円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられた水冷却モータ用フライホイールであって、
前記外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする水冷却モータ用フライホイール。
【請求項１１】
回転軸方向の端部に、前記シャフトが定格回転数で回転している時の前記回転軸方向の端部の壁面上に、この壁面に沿う流体の軌跡に一致するようリブレットが形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の水冷却モータ用フライホイール。
【請求項１２】
円筒形の外側面を有し、シャフトとともに回転するようにシャフトに取り付けられたフライホイールと、
前記フライホイールの外側面に対して半径方向の間隙を介して対向する円筒形の内側面を有して、前記フライホイールの外側面を囲んで前記フライホイールとは独立に固定されたフライホイールケーシングと、
を有する水冷却モータ用フライホイールシステムであって、
前記フライホイールの外側面に対向する前記フライホイールケーシングの内側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする水冷却モータ用フライホイールシステム。
【請求項１３】
前記フライホイールケーシングの内側面に対向する前記フライホイールの外側面に円周方向のリブレットが形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の水冷却モータ用フライホイールシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１４７６２０（Ｐ２０１２−１４７６２０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５３１（Ｐ２０１１−５５３１）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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