CN106877560A - 飞轮、飞轮的制造方法以及发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞轮、飞轮的制造方法以及发电装置。本发明提供了结构简单且能够存储大量动能的飞轮。本发明的实施方式所涉及的飞轮包含：旋转轴，设置为可旋转；转子，固定于所述旋转轴，能够与所述旋转轴一起旋转；以及定子，与所述转子相对配置，不进行旋转。所述转子具有设置于与所述定子相对的第一面的多个第一永磁铁，所述定子具有分别与所述第一永磁铁相对应地设置于与所述转子相对的第二面的与所述第一永磁铁的极性相同的多个第二永磁铁多个所述第二永磁铁。
Description
本申请以日本专利申请2015-242373(申请日：2015年12月11日)为基础，享有该申请的优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。
技术领域
本发明涉及飞轮、飞轮的制造方法以及发电装置。
背景技术
飞轮构成为能够通过使具有固定惯性质量的陀螺型旋转体高速旋转，从而储藏大量的动能。在使用这种飞轮的发电装置中，飞轮将剩余(或者再生)的电能储藏为旋转体的动能，发电器将该飞轮的动能转换成电能并向蓄电池充电。蓄电池所存储的电能能够作为负载的消耗电力而进行再利用。
在现有的飞轮中，在转子侧使用永磁铁，但在定子侧使用电磁铁，因此，需要将向该电磁铁供给交流电流的部件安装于飞轮的旋转轴等处。由此，会使装置的结构变复杂，妨碍飞轮的小型化、通用性。
发明内容
本发明以解决上述的问题点为课题，提供飞轮、飞轮的制造方法以及具备该飞轮的发电装置，该飞轮结构简单且能够储藏大量动能。
本发明的实施方式所涉及的飞轮的特征在于，具有：旋转轴，设置为可旋转；转子，固定于所述旋转轴，并能够与所述旋转轴一起旋转；以及定子，与所述转子相对地配置，不进行旋转。所述转子具有设置于与所述定子相对的第一面的多个第一永磁铁，所述定子具有分别与所述第一永磁铁相对应地设置于与所述转子相对的第二面的与所述第一永磁铁的极性相同的多个第二永磁铁。
优选的是，所述转子与所述定子中的至少一个的周缘侧厚度比所述旋转轴侧的厚度厚。
另外，优选的是，所述转子与所述定子中的至少一个在所述第一或第二永磁铁与所述旋转轴之间设置有开口。
根据上述结构的飞轮，无需将电磁铁设置于定子侧，因此，可以提供一种结构简单且能量损失较低的飞轮。
本发明的实施方式所涉及的发电装置包含：用于供给电力的可充电的电池；上述实施方式所涉及的飞轮；由所述电池供给电力而使所述旋转轴旋转的电动机；以及将所述转子的动能转换成电能并向所述电池充电的发电器。
优选的是，上述发电装置还包含控制机构，所述控制机构使所述定子在所述旋转轴的轴向上移动，从而调整所述转子与所述定子的间隔。
优选的是，所述控制机构包含：检测所述旋转轴的转速的编码器；以及基于所述编码器的检测结果而使所述控制机构运转的控制器。
优选的是，所述控制机构还包含对流过连接于所述发电装置的负载的电流量进行检测的电流传感器，所述控制器根据所述电流传感器的检测结果来计算所述负载的电力，基于所述旋转轴的转速以及所述负载的电力中的至少一项而使所述控制机构运转。
根据上述结构的发电装置，由于具备上述结构的飞轮，因此，可以提供一种能够不使用化石燃料而仅通过电池进行驱动的发电装置。
另外，本发明的实施方式所涉及的飞轮的一个实施方式中的制造方法的特征在于，包含下述工序：对多个第一以及第二磁性金属芯片进行充磁而形成所述第一以及第二永磁铁；通过碳纳米管的涂布、滴落或喷涂，使所述第一以及第二磁性金属芯片的表面中的除了作为第二以及第一磁性芯片的相对面的第一以及第二面以外的表面中的至少一部分被包含于水性环氧树脂中状态的碳纳米管覆盖；将所述第一以及第二磁性金属芯片上的所述碳纳米管热压接；以所述第一磁性金属芯片的所述第一面露出的方式，将所述第一磁性金属芯片旋转对称地配置于转子的表面；以及以所述第二磁性金属芯片的所述第二面露出的方式，将所述第二磁性金属芯片在定子的表面上配置在对应于所述第一磁性金属芯片的位置，在将所述第一磁性金属芯片配置于所述转子以及将所述第二磁性金属芯片配置于所述定子之后，进行所述充磁。
根据具备上述工序的飞轮的制造方法，能够将永磁铁准确地配置于所希望的位置，因此，能够以高精度制造飞轮。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式所涉及的发电装置结构的一个例子的框图的一个例子。
图2是表示第一实施方式所涉及的飞轮的结构例的一个例子的俯视图的一个例子。
图3是表示第一实施方式所涉及的飞轮的结构例的一个例子的主视图的一个例子。
图4是图2以及图3所示的转子的背面图的一个例子。
图5是表示沿图2的切断线的转子以及定子的局部剖视图的一个例子的图。
图6是用于说明根据第一实施方式的飞轮中由转子以及定子的永磁铁的相互间的磁力线形成的引力以及斥力的作用的图。
图7是表示图2以及图3所示的转子的一个变形例的俯视图的一个例子。
图8是表示图2以及图3所示的转子的其他变形例的主视图的一个例子。
图9是表示图2以及图3所示的转子的另外其他变形例的主视图的一个例子。
图10是表示本发明的第二实施方式所涉及的发电装置结构的一个例子的框图的一个例子。
图11是表示本发明的第三实施方式所涉及的发电装置结构的一个例子的框图的一个例子。
图12是本发明的第一实施方式所涉及的飞轮的制造方法的说明图的例子。
图13是本发明的第一实施方式所涉及的飞轮的制造方法的说明图的例子。
图14是本发明的第一实施方式所涉及的飞轮的制造方法的说明图的例子。
图15是本发明的第二实施方式所涉及的飞轮的制造方法的说明图的例子。
图16是本发明的第二实施方式所涉及的飞轮的制造方法的说明图的例子。
具体实施方式
以下，参照附图，对几个实施方式进行说明。在附图中，对相同的部分标注相同的参照标号，并适当地省略重复说明。应该指出的是，添加的附图分别用于促进发明的说明及其理解，在各附图中存在形状或尺寸比等与实际装置不同的地方。另外，说明中表示上下等方向的用语是指，后面所述的在转子配置得比定子靠近上方的情况下的相对方向。因此，有时不同于以重力加速度方向为基准的实际方向。
(A)飞轮以及具备该飞轮的发电装置
(1)第一实施方式
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的发电装置结构的一个例子的框图。本实施方式所涉及的发电装置包含电池10、DC-AC转换器20、电动机30、带轮40～43、传送带50、51、旋转轴60、飞轮70、发电器90、电池充电器95、负载电流计84以及控制器100。
电池10经由DC-AC转换器20而向负载、电动机30、以及飞轮70供给电力。电池10例如是直流12伏的可充电电池，或者也可以是将多个这种电池串联或并联而成的电池组。在电池10是由多个电池构成的电池组的情况下，电池10能够生成24伏或48伏的直流电压。例如，本实施方式中的电池10是将4个12伏的电池串联而成的48伏的电池组。
DC-AC转换器20将电池10的直流电力转换成交流电力。例如，DC-AC转换器20将直流(DC)24伏的电力转换成交流(AC)100伏的电力以及交流(AC)200伏的电力。由DC-AC转换器20转换的交流电力向负载、电动机30以及飞轮70供给。在本实施方式中，负载以及飞轮70由AC100伏的交流电力驱动，电动机30由AC200伏的交流电力驱动。
负载只要是消耗电力的电子装置即可，不特别限定。例如，负载可以是在室内或室外使用的照明器具或空调装置等。另外，负载也可以是车辆用照明器具或空调装置等。在本实施方式中，负载使用与商用电力相同的AC100伏电力，但也可以使用AC200伏电力。
电动机30经由DC-AC转换器20接收来自电池10的电力供给而使电动机转子31旋转。电动机30规格上的最大消耗电力大约是1000瓦。电动机转子31与带轮40结合，使带轮40旋转。传送带50为了将带轮40的旋转运动传递至带轮41而与带轮40和41连接。带轮41固定于旋转轴60，旋转轴60与带轮41一起旋转。由此，电动机30接收电池10的电力供给而使旋转轴60旋转。
旋转轴60被共用为带轮41、带轮42以及飞轮70的旋转中心。旋转轴60的轴承可以是滚动轴承、滑动轴承以及磁性轴承等，虽然不特别限定，但是优选为旋转阻力较低的轴承。旋转轴60的轴承例如也可以是使用超导技术的悬浮轴承。由此，能够尽可能降低旋转轴60的旋转阻力。
飞轮70参照图2至图9如下所述，具备与旋转轴60一起旋转的转子72，通过该转子72的旋转运动来存储动能。
传送带51为了将带轮42的旋转运动传递至带轮43而与带轮42和43连接。带轮43固定于发电器90的轴91，带轮43的旋转运动向轴91传递。
发电器90通过轴91的旋转来发电，并将产生的电力经由电池充电器95而存储到电池10。即，发电器90将永磁铁转子的动能转换成电能，并将该电能存储到电池10。在本实施方式中，发电器90例如是能够产生AC100伏交流电力、规格上最大生成31A电流的发电器。
电池充电器95将发电器90产生的电力向电池10充电。
此时，电池充电器95将通过AC100V产生的电力转换成直流电力并存储到电池10。在本实施方式中，电池充电器95例如消耗AC100伏12安的电力。
负载从电池10接收电力供给，如图1的虚线箭头线所示，可以将剩余电力或再生电力向电动机30或电池充电器95供给。在剩余电力或再生电力为直流电力的情况下，负载也可以将剩余电力或再生电力直接返还到电池10。在负载没有产生剩余电力或再生电力的情况下，负载仅从电池10消耗电力。
负载电流计84设置于负载附近，检测流过负载的电流量，并将检测结果向控制器100发送。
控制器100如下所述，监视由负载电流计84发送的负载的电流量和飞轮70所包含的转子72的转速中的至少一项，通过调整定子74与转子72的间隔，对控制转子72的旋转的控制机构进行控制。
图2以及图3分别是表示第一实施方式所涉及的飞轮70的结构例一个例子的俯视图以及正视图的例子。在本实施方式中，飞轮70包含框体210、转子72、定子74、编码器82、步进电动机86、滚珠丝杆96以及引导部98以作为主要的结构要素。
转子72以能够与旋转轴60一起旋转的方式固定于旋转轴60。
图4是转子72的背面图的一个例子。如图4所示，在转子72的背面即与定子74的相对面TS72(以下，适当地称为“顶面TS72”或“露出面TS72”)，沿其周缘，以旋转轴60的轴线为对称轴，旋转对称地配置有多个永磁铁73。在图4所示的例子中，以八次旋转对称的方式配置有八个永磁铁73。在本实施方式中，相对面TS72例如对应于第一面。
返回图3，定子74配置为沿旋转轴60的轴向与转子72相对，经由引导部98等安装于框体210的内壁，由此，在水平方向即在与转子72的相对面水平的方向上固定在框体210内。
在定子74的顶面即与转子72的相对面TS74(以下，适当地称为“顶面TS74”或“露出面TS74”)，沿其周缘，以旋转轴60的轴线为对称轴，旋转对称地配置有多个永磁铁75，使得一对一对应于转子72侧的永磁铁73。在本实施方式中，配置有八个永磁铁75。在本实施方式中，相对面TS74例如对应于第二面。
定子74的表面中的除了与转子72的相对面TS74以外的表面的至少一部分被薄片状的碳纳米管(以下，简称为“CNT薄片”)覆盖。在图3所示的例子中，定子74的侧面以及底面的全部被CNT薄片覆盖。由此，防止永磁铁75的磁力向与转子72的间隙以外的区域泄漏。
虽然在图3中没有特别进行图示，但是，优选在转子72侧也使除了与定子74的相对面TS72以外的表面全部被CNT薄片覆盖，由此，防止磁力泄漏。
永磁铁73、75均具有相同的磁性，在本实施方式中，均具有N极磁性。在本实施方式中，永磁铁73、75例如分别对应第一永磁铁以及第二永磁铁。
图5表示沿图2的切断线DL的转子72以及定子74的局部剖视图的一个例子。
对于转子72中设置的永磁铁73，除了与定子74的相对面TS73(下面，适当地称为“顶面TS73”或“露出面TS73”)以外的表面的至少一部分被CNT薄片覆盖。在图5所示的例子中，除了相对面TS73的表面全部(侧面SS73以及底面BS73)被CNT薄片覆盖。在本实施方式中，面TS73例如对应于第三面。
同样，对于定子74中设置的永磁铁75，除了与转子72的相对面TS75(以下，适当地称为“顶面TS75”或“露出面TS75”)以外的表面的至少一部分被CNT薄片覆盖。在图6所示的例子中，除了相对面TS73以外的表面全部(侧面SS75以及底面BS75)被CNT薄片覆盖。在本实施方式中，面TS75例如对应于第四面。
这样，对于相对的一对永磁铁73、75，能够使除了彼此相对面以外的表面的至少一部分被CNT薄片覆盖，从而使磁力线集中地产生在彼此的间隙中。
另外，永磁铁73相对于转子72的顶面TS72倾斜地配置，使得在永磁铁73的顶面TS73与永磁铁75的顶面TS75之间形成锐角。不特别限定倾斜角θ的角度，但是，在本实施方式中，优选倾斜角θ为大约5°。
另一方面，在定子74侧的永磁铁75上配置有消磁块78，该消磁块78从与转子72的相对面TS75中的与永磁铁73的间隔较宽一侧的端部经由侧面SS75而延伸至底面BS75的一部分。这样，能够通过在与永磁铁73的间隔较宽一侧的端部附近设置消磁块78，防止在定子74上相邻的永磁铁75之间的区域产生与永磁铁75的磁性相反的磁性即S极。其原因在于，通过使消磁块78的内部形成S极而使消磁块78的外侧领域形成N极。由此，能够增强从永磁铁75的顶面TS75侧向相对配置的永磁铁73输出的磁力线。在本实施方式中，消磁块78例如对应于金属块。
并且，如图5所示，优选使消磁块78的永磁铁75的底面BS75侧部分的尺寸比顶面TS75上部分的尺寸大。由此，如下所述，能够进一步增强朝向永磁铁73的露出面(相对面)TS73的磁力线。
不特别限定消磁块78的材料，只要是能够遮断来自永磁铁75的磁力线的材料即可，但是，优选为包含合金的金属材料，特别是SS400这种钢铁材料。
返回图1，从电池10向DC-AC转换器20供给例如48V的直流电流DC，通过DC-AC转换器20，转换成例如200V的交流电流AC，并向电动机30供给，从而启动电动机30，使电动机转子31旋转。
电动机转子31的旋转经由带轮40以及传送带50而被传递至带轮41，由此，旋转轴60旋转，转子72也旋转。一旦通过从电动机30传递的旋转力而使转子72开始旋转，则此后可以通过永磁铁73、75彼此间产生的磁力线作用的引力以及斥力来使转子72旋转。
参照图6，详细说明由永磁铁73、75彼此间的磁力线作用的引力以及斥力。
在图6中，为了说明来自定子74侧的永磁铁75的磁力线的影响发生变化的情况，以连拍照片的方式沿转子72的旋转方向AR1表示一个永磁铁73的多个状态。
首先，当永磁铁73的与定子74的间隔较窄一侧的前端从旋转方向AR1的上游侧到达位置A时，消磁块78内的S极作用的引力叠加到转子72的旋转力中，由此，永磁铁73会顺畅地移动到位置C。
当永磁铁73到达位置C时，来自永磁铁75的露出面(相对面TS75)的磁力线向永磁铁73的露出面(相对面TS73)施加斥力。由于永磁铁73的露出面TS73相对于转子72的顶面TS72倾斜而形成倾斜角θ，因此，来自永磁铁75的斥力被追加而增大向旋转方向AR1的旋转力。
然后，当永磁铁73的前端到达位置D时，相对面TS73内受到来自永磁铁75的斥力的区域面积变大，因此，进一步增大向旋转方向AR1的旋转力。
此外，当永磁铁73的前端到达位置E时，受到来自永磁铁75的斥力的区域面积最大，虽然未进行图示，但是由于永磁铁73与下游侧的永磁铁75之间的空间中的磁力作用的斥力施加到永磁铁73的旋转方向下游侧的侧面SS73，因此，会相对应地抑制旋转力的增大。
另外，对于设置在永磁铁75的转子72旋转方向AR1的上游侧端部的消磁块78，由于永磁铁75的底面BS75侧部分的尺寸比永磁铁75的顶面TS75侧部分的尺寸大，因此，如图6所示，来自永磁铁75磁力线以偏移至转子72的旋转方向下游侧的位置为中心扩散。由此，进一步增强向永磁铁73的露出面TS73的磁力，因此，进一步增大转子72向旋转方向的推进力。
这样，根据本实施方式所涉及的飞轮70，定子74的侧面以及底面被CNT薄片覆盖，并且，使各永磁铁73、75的除了彼此的相对面TS73、TS75以外的表面被CNT薄片覆盖，因此，能够有效地防止磁力线的扩散，并使其集中在永磁铁73、75之间的空间中。由此，能够增大转子72向旋转方向AR1的推进力。另外，无需将电磁铁设置于定子74侧，因此，能够提供结构简单且能量损失较低的飞轮。由此，能够进一步实现飞轮的小型化、通用性。
在本实施方式的飞轮70中，由于能量损失较低，因此，例如在无负载等转子72持续高速旋转的情况下，根据使用环境，有时需要防止发生事故。因此，在本实施方式的发电装置中设置有控制转子72的旋转速度的控制机构。
控制机构除了图1所示的控制器100以及负载电流计84以外，如图2以及图3所示，还包含编码器82、步进电动机86、滚珠丝杆96以及引导部98。
编码器82设置在转子72的周围附近，检测转子72在单位时间内的转速，并将检测结果向控制器100发送。
在控制器100中，预先或者经由未图示的输入装置输入用于飞轮70的旋转控制的阈值。控制器100监视从编码器82发送的转子72的转速和从负载电流计84发送的负载电流中的至少一项，在这些转速或负载电力超过规定阈值的情况下，生成并给予步进电动机86指令信号。在指令信号中包含步进电动机86的旋转方向以及旋转量的信息。
步进电动机86如果从控制器100接收指令信号，则按照指令信号，沿指定的旋转方向旋转指定的旋转量。步进电动机86的旋转力经由联轴器88、定时传送带92以及定时带轮94向滚珠丝杆96传递，通过滚珠丝杆96的底盘沿引导部98移动，定子74沿旋转轴60的轴向在图3的箭头线AR2所示的方向上移动。由此，调整定子74与转子72的间隔。
例如，即使在不使用发电器90时解除与发电器90的连接而处于无负载的状态下，也需要向电动机30供给用于使转子72的旋转所需的最低电力。在该情况下，为了减少齿槽等的磁力产生的影响而能够在一定程度上维持转子72的旋转，较宽地调整转子72与定子74的间隔。
在进行与发电器90的连接而使用发电器90时，在发生过负载的情况下，为了减少电动机30的负担，根据来自负载电流计84的电流量而变更转子72与定子74的间隔，使磁力作用的斥力的增减与负载的运动同步。
另外，为了供给稳定的电力，需要稳定飞轮70的转速。因此，控制器100监视来自编码器82的转子72的转速，在发生过旋转或旋转不足等转速变动时，联动地变更转子72与定子74的间隔，调整为适当的转速。
并且，在发电装置本身停止的情况下，通过控制机构使转子72以及定子74分开一定距离，直到彼此不会受到永磁铁73、75间的磁力影响。
在这里，也能够通过变更转子72的形状来调整飞轮70的旋转速度。除了以厚度均一的盘形来形成转子72以外，还可以通过降低转子72的中心附近的质量来降低整体质量，或者通过将周缘部分设置得比中心部分厚等来提高惯性质量，通过上述方式能够使转子更易于旋转。
图7至图9示出了转子72的几个变形例。图7的俯视图所示的转子72A在永磁铁73与中心轴之间设置有开口OP，由此，实现降低中心部分的质量。另外，图8的正视图所示的转子72B如凹透镜那样形成为厚度从周缘向中心递减。并且，也可以像图9的正视图中示出的转子72C那样，形成为仅将周缘部分变厚。
此外，在本实施方式中，为了简洁地进行说明，举例说明了将八个永磁铁73进行八次旋转对称配置的例子，但是，磁铁的个数当然不限于八个，也可以是四个，或者超过八个的数量，例如十二个、二十四个、三十六个。现状中明确为：如果对转子72以及定子74分别配置二十四个永磁铁，则从电能到动能的转换效率最佳。这点在第二实施方式以及第三实施方式中也相同。
(2)第二实施方式
图10是表示本发明的第二实施方式所涉及的发电装置的结构的一个例子的框图。在第二实施方式中，具备连接于发电器90与电池充电器95之间的变压器110的这一点与第一实施方式不同。第二实施方式的其他结构要素与第一实施方式对应的结构要素相同。
变压器110能够将AC100伏的交流电力变压成AC200伏的交流电力，并将该交流电力向电动机30供给。在该情况下，变压器110能够弥补电动机30的消耗电力的一部分。由此，减轻DC-AC转换器20的电力负担。
另外，在电池充电器95和/或负载的电压与发电器90提供电压不同的情况下，变压器110可以将发电器90提供的电力变压成适合于电池充电器95和/或负载的电压，并将变压后的电力向电池充电器95和/或负载供给。在该情况下，变压器110可以供给电池充电器95和/或负载的所有消耗电力。由此，DC-AC转换器20仅驱动电动机30即可，因此，进一步减轻DC-AC转换器20的电力负担。
在变压器110供给电力的情况下，能够直接利用从发电器90生成的交流电力。在该情况下，无需将电池10提供的直流电力转换成交流电力，因此，比从电池10供给电力的效率要高。
这样，第二实施方式能够通过具备变压器110而更加高效地利用由发电器90产生的电力。并且，第二实施方式具备与第一实施方式同样改良的飞轮70。由此，第二实施方式能够得到与第一实施方式相同的效果。
(3)第三实施方式
图11是表示本发明的第三实施方式所涉及的发电装置的结构的一个例子的框图。第三实施方式具备作为发电器93的生成直流电力的直流发电机的这一点与第一实施方式不同。第三实施方式将直流发电机用作发电器93，因此，不需要第一实施方式中的交流发电器90以及电池充电器95。除了负载与发电器93之间未连接之外，第三实施方式的其他结构要素与第一实施方式对应的结构要素实质上相同。
发电器93通过轴91的旋转而生成直流电力，并将生成的电力存储到电池10。即，发电器93将转子72的动能转换成电能，并将该电能存储到电池10。在第三实施方式中，发电器93例如是能够产生DC24伏的直流电力、规格上最大生成50A电流的发电器。此外，在第三实施方式中，电池10是将两个12伏电池串联而成的24伏的电池组。
如第三实施方式所示，本发明的发电装置不仅能够由图1以及图2所示的交流电力的发电器90实现，还能够使用直流电力的发电器(直流发电机)93来实现。第三实施方式具备结构简单且能量损失较低的改良的飞轮70，因此，能够与第一实施方式同样高效地将电能转换为动能。
以上实施方式所涉及的发电装置能够仅通过电池10驱动。由此，在没有商用电源的室外，本实施方式所涉及的发电装置的利用价值特别高。另外，由于不使用石油或汽油等化石燃料，因此，还具有有利于环境的优点。
由于以上实施方式所涉及的飞轮70仅通过电池10驱动而无需外部电源，因此，能够将其应用于例如乘用车，或者能够在小型船舶或户外休闲场地等电力供给困难的地点进行发电。另外，能够不受自然环境或气候的影响而二十四小时、三百六十五天地稳定发电，即使在发生灾害、生活设施或公用设施断电的情况下，也能够在自家发电。由于发电时并不使用燃料，因此不存在发生火灾爆炸等事故的危险性。另外，作为电池10，例如在使用水电池等情况下，能够大幅度地削减发电成本。
此外，上述实施方式所涉及的发电装置以及飞轮能够与超导飞轮组合。其中，超导飞轮在实际应用中需要用于冷却的液氮或者液氦等，成本较高。对于常温超导技术，现阶段还只是材料的开发阶段。由此，可以说上述实施方式所涉及的飞轮70在现实上适合于低成本大量生产。
在上述的第一至第三实施方式中，为了简洁地进行说明，举例说明了将八个永磁铁73进行八次旋转对称配置的例子，但是，磁铁的个数当然不限于八个，也可以是四个，或者超过八个的数量，例如十二个、二十四个、三十六个。现状中明确为：如果对转子72以及定子74分别配置二十四个永磁铁，则从电能到动能的转换效率最佳。
另外，在上述的第一至第三实施方式中，如图2、图3以及图6中的标号AR1所示，举例说明了将永磁铁73、75间的间隔较宽的一侧作为旋转方向上游侧、将永磁铁73、75间的间隔较窄的一侧作为旋转方向下游侧而使转子72旋转的方式。但是，转子72的旋转方向不限于此，在根据负载的尺寸来提高转矩的情况下，也可以在与图2、图3以及图6中的标号AR1相反的方向上使转子72旋转。在该情况下，只要控制电动机30，使得电动机30的旋转方向相反即可。
(B)飞轮的制造方法
参照图12至图16，简单说明包含在上述实施方式的发电装置中的飞轮70的制造方法的几个实施方式。
(1)第一实施方式
首先，准备永磁铁73、75。优选的是，例如通过以下工序，使除了永磁铁73、75的彼此相对面以外的表面被CNT薄片覆盖。
在被覆CNT薄片时使用水性环氧树脂。
例如如图12所示，使永磁铁73上下反转，以顶面TS73与基座120接触的方式配置固定在基座120上，使用印刷技术，使混合(溶解)于水性环氧树脂的CNT涂布、滴落或喷涂在永磁铁73的底面BS73上。印刷技术例如可以是激光法或喷射法等已知的印刷技术。此时，CNT呈墨水状，因此，从喷嘴52向永磁铁73喷出。
然后，对溶解于水性环氧树脂的CNT加热。由此，使水分从水性环氧树脂中蒸发，并且，由于加热，环氧树脂将CNT压接于永磁铁73。CNT通过环氧树脂而附着(吸附)于永磁铁73的底面BS73。
接着，通过倾斜基座120来变更位置，使得永磁铁73的侧面例如侧面SS73A朝向上方(未图示)。与底面BS73的情况相同，使用印刷技术，通过使混合(溶解)于水性环氧树脂的CNT从喷嘴52喷出，使CNT涂布、滴落或喷涂在永磁铁73的侧面SS73A上。
然后，对溶解于水性环氧树脂的CNT加热。由此，使水分从水性环氧树脂中蒸发，并且，由于加热，环氧树脂将CNT压接于永磁铁73。CNT通过环氧树脂附着(吸附)于永磁铁73的底面BS73。
以下，对其他侧面SS73B-SS73D重复同样的工序(溶解于水性环氧树脂的CNT的涂布、滴落或喷涂→通过加热使其压接)。由此，永磁铁73的除了顶面TS73以外的表面被CNT薄片覆盖。
通过对永磁铁75实施同样的工序，使除了顶面TS75以外的底面BT75以及侧面被CNT薄片覆盖。
即，例如如图12所示，使永磁铁75上下反转，以顶面TS75与基座120接触的方式配置固定在基座120上，使用印刷技术，使混合(溶解)于水性环氧树脂的CNT涂布、滴落或喷涂在永磁铁75的底面BS75上。印刷技术例如可以是激光法或喷射法等已知的印刷技术。此时，CNT呈墨水状，因此，从喷嘴152向永磁铁75喷出。
然后，对溶解于水性环氧树脂的CNT加热。由此，使水分从水性环氧树脂中蒸发，并且，由于加热，环氧树脂将CNT压接于永磁铁75。CNT通过环氧树脂附着(吸附)于永磁铁75的底面BS75。
下面，通过倾斜基座120来变更位置，使得永磁铁75的侧面例如侧面SS75A朝向上方(未图示)。与顶面TS75同样，使用印刷技术，通过使混合(溶解)于水性环氧树脂CNT从喷嘴152喷出，使CNT涂布、滴落或喷涂到永磁铁75的侧面SS75A上。并且，通过对溶解于水性环氧树脂的CNT加热，使水分从水性环氧树脂中蒸发，通过环氧树脂使CNT压接(吸附)于永磁铁75。
此后，通过对其他三个侧面SS75B-75D进行同样的处理，使用环氧树脂将CNT压接(吸附)于永磁铁75。
然后，如图13所示，准备预先设置有与永磁铁73的形状相对应的凹部172的转子板72B。在本实施方式中，以凹部172的深度沿转子72的旋转方向变化的方式预先倾斜地形成凹部172的底面。
接着，在凹部172涂布例如粘接剂(未图示)之后，以永磁铁73的顶面TS73朝向上方的方式进行位置对准，将永磁铁73嵌入至凹部172，通过使用已知方法使粘接剂硬化而进行固定。
对于永磁铁75，通过已知的方法，例如如图5所示，设置从转子72的旋转方向AR1上游侧的顶面TS75端部经由侧面SS75而延伸至底面BS75的一部分的消磁块78。
此后，如图14所示，准备预先设置有与永磁铁75的形状相对应的凹部174的定子板74B，在该凹部174涂布例如粘接剂(未图示)此后，以永磁铁75的顶面TS75朝向上方的方式进行位置对准，将永磁铁75嵌入至凹部174，并通过已知的方式使其固定。
此后，使用已知的组装方法在框体210(参照图2以及图3)上安装引导部98，在组装了包含步进电动机86、联轴器88、定时传送带92、定时带轮94以及滚珠丝杆96的用于间隔调整的机构之后，安装定子74，在将转子72与旋转轴60一起进行位置对准的基础上，以可旋转的方式安装到定子74上，从而形成飞轮70。
(2)第二实施方式
在上述的制造方法中，在将永磁铁73、75与各板的凹部172、174位置对准的基础上进行固定，但是，随着板的尺寸、磁铁的数量的不同，相邻磁铁可能彼此作用较强的斥力，有时会降低位置对准的精度。在这种情况下，可以最初使用同一形状的磁性金属芯片来代替永磁铁73、75，使它们被CNT薄片覆盖，将作为用于转子72的磁性金属芯片嵌入并固定于图13所示的转子板72B的凹部172，将作为用于定子74的磁性金属芯片嵌入并固定于图14所示的定子板74B的凹部174，此后，分别夹持于转子板72B以及定子板74B中。
作为转子72的磁性金属芯片的充磁方法，例如如图15所示，将磁性金属芯片173嵌入并固定于图11所示的转子板72B的凹部172，在该状态下，将转子板72B整体安装于充磁装置300，一起进行充磁。在本实施方式中，磁性金属芯片173和175例如分别对应于第一磁性金属芯片和第二磁性金属芯片，且凹部172和174例如分别对应于第一凹部和第二凹部。
同样，作为定子74的磁性金属芯片的充磁方法，例如如图16所示，将磁性金属芯片175嵌入并固定于图12所示的定子板74B的凹部174，在该状态下，将定子板74B整体安装于充磁装置300，一起进行充磁。
根据本实施方式，能够分别将永磁铁73、75准确地配置于转子板72B以及定子板74B的所希望的位置，因此，能够高精度地制造飞轮。
以上，说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为例子而进行说明的内容，并不限定本发明的范围。这些实施方式能够通过其他各种方式来实施，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、替换以及变更。
例如，在上述实施方式中，举例说明了在永磁铁上形成有CNT涂层以及倾斜配置转子侧的永磁铁的例子，但是，本发明不限于此，如果在转子侧和定子侧相对配置单一同极性的永磁铁，则能够通过彼此间磁力线作用的引力以及斥力来维持转子的旋转。此外，在不倾斜配置转子侧的永磁铁的情况下，无需消磁块。
另外，在上述的实施方式中，举例说明了长方体形状的永磁铁或磁性金属芯片的例子，永磁铁或磁性金属芯片的形状绝不只限于此，例如，还可以使用正方体形状的永磁铁或磁性金属芯片，具有圆形或椭圆形的平面形状的永磁铁或磁性金属芯片。
进而，在上述实施方式的发电装置中，取电动机经由带轮和传送带使飞轮的旋转轴旋转的方式为例进行了说明，但不限于此，例如使电动机30的旋转轴和飞轮的旋转轴60一体化，利用电动机仅用单一轴使电动机旋转，而无需经由带轮或传送带等。
这些实施方式或它们的变形例，包含在本发明的范围以及主旨之中，同样，也包含在权利要求所记载的发明及其均等的范围内。
Claims (10)
1.一种飞轮，其特征在于，具备：
旋转轴，设置为可旋转；
转子，固定于所述旋转轴，能够与所述旋转轴一起旋转；以及，
定子，与所述转子相对地配置，不进行旋转，
所述转子具有设置在与所述定子相对的第一面的多个第一永磁铁，
所述定子具有分别与所述第一永磁铁相对应地设置在与所述转子相对的第二面的与所述第一永磁铁的极性相同的多个第二永磁铁。
2.根据权利要求1所述的飞轮，其特征在于，
所述第一永磁铁的除了与所述定子相对的第三面以外的表面的至少一部分被碳纳米管覆盖，
所述第二永磁铁的除了与所述转子相对的第四面以外的表面的至少一部分被碳纳米管覆盖。
3.根据权利要求1所述的飞轮，其特征在于，
所述第一永磁铁倾斜地设置于所述转子，使得在与所述定子相对的第三面和所述第二面之间形成锐角。
4.根据权利要求1所述的飞轮，其特征在于，
所述第二永磁铁还具备金属块，所述金属块设置为从所述第二永磁铁的与所述转子相对的面的一部分经由侧面而延伸至底面的一部分。
5.根据权利要求1所述的飞轮，其特征在于，
所述定子的除了所述第二面以外的表面的至少一部分被碳纳米管覆盖。
6.一种发电装置，其特征在于，具备：
供给电力的可充电的电池；
权利要求1至5中任一项所述的飞轮；
由所述电池供给电力而使所述旋转轴旋转的电动机；以及，
将所述转子的动能转换成电能并向所述电池充电的发电器。
7.根据权利要求6所述的发电装置，其特征在于，
所述发电装置还具备控制机构，所述控制机构使所述定子在所述旋转轴的轴向上移动，从而调整所述转子与所述定子的间隔。
8.一种飞轮的制造方法，其特征在于，具备下述工序：
准备在第一面上旋转对称地配置有第一凹部的转子板；
在所述转子板的所述第一凹部配置第一磁性金属芯片；
在配置到所述转子板之后，对所述第一磁性金属芯片进行充磁而形成第一永磁铁；
准备在第二面上旋转对称地配置有与所述第一凹部相对应的第二凹部的定子板；
在所述定子板的所述第二凹部配置第二磁性金属芯片；
在配置到所述定子板之后，对所述第二磁性金属芯片进行充磁而形成第二永磁铁；
将所述定子板安装在框体的内侧；以及，
将所述转子板以能够与旋转轴一起旋转的方式固定于所述旋转轴，并以所述第一面和所述第二面相对的方式与所述定子板进行位置对准的基础上，将所述转子板以可旋转的方式安装在所述框体内的所述定子板上。
9.根据权利要求8所述的飞轮的制造方法，其特征在于，
所述制造方法还具备下述工序：
通过碳纳米管的涂布、滴落或喷涂，使所述第一以及第二磁性金属芯片的表面中的除了作为第二以及第一磁性金属芯片的相对面的第一以及第二面以外的表面的至少一部分被包含在水性环氧树脂中状态的碳纳米管覆盖；以及，
将所述第一磁性金属芯片以及第二磁性金属芯片上的所述碳纳米管热压接。
10.根据权利要求8或9所述的飞轮的制造方法，其特征在于，
所述第一磁性金属芯片倾斜地配置于所述转子板，使得与所述定子板的相对面和所述定子板的与所述转子板的相对面水平的面之间形成锐角。
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