DE3230460A1 - METHOD AND DEVICE FOR STORING ENERGY - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR STORING ENERGY

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DE3230460A1 DE19823230460 DE3230460A DE3230460A1 DE 3230460 A1 DE3230460 A1 DE 3230460A1 DE 19823230460 DE19823230460 DE 19823230460 DE 3230460 A DE3230460 A DE 3230460A DE 3230460 A1 DE3230460 A1 DE 3230460A1
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Description

HOEG ER,. STELLR^e f-fT.:&>ARTN ERHOEG ER ,. STELLR ^ e f-fT. : &> ARTN ER

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSe 14 c D 7000 STUTTGART 1PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSe 14 c D 7000 STUTTGART 1

A 45 291 m Anmelder: Anglo American CorporationA 45 291 m Applicant: Anglo American Corporation

m - 192 of South Africa Limitedm - 192 of South Africa Limited

13. August 1982 44 Main StreetAugust 13, 1982 44 Main Street

JohannesburgJohannesburg

(Südafrika)(South Africa)

Beschreibung :Description :

Verfahren und Vorrichtung zum Speichern von EnergieMethod and device for storing energy

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Speichern von Energie, bei dem man eine Schwungmasse mit großem Durchmesser in Drehung um eine zentrale Achse versetzt/ die zu speichernde Energie in die Drehbewegung der Schwungmasse einbringt und bei Bedarf der sich drehenden Schwungmasse gespeicherte Energie entnimmt. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens mit einer um eine zentrale Achse drehbar gelagerten Schwungmasse großen Durchmessers, mit Mitteln zur Einbringung von zu speichernder Energie in die Drehbewegung der Schwungmasse und.mit Mitteln zur Entnahme gespeicherter Energie aus der rotierenden Schwungmasse.The invention relates to a method for storing energy, in which one a flywheel with a large Diameter set in rotation about a central axis / the energy to be stored in the rotary movement the centrifugal mass and, if necessary, extracts stored energy from the rotating centrifugal mass. The invention also relates to a device for carrying out such a method with a a central axis rotatably mounted centrifugal mass of large diameter, with means for introducing Energy to be stored in the rotational movement of the centrifugal mass and with means for removing stored energy Energy from the rotating flywheel.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Energie dadurch zu speichern, daß man ein Schwungrad großen Durchmessers veranlaßt, rasch um eine zentrale Achse herum zu rotieren und die zu speichernde Energie in Form von Rotationsenergie in die Drehbewegung des SchwungradesIt has been proposed to store energy by using a large diameter flywheel caused to rotate rapidly around a central axis and the energy to be stored in the form of Rotational energy in the rotation of the flywheel

— 5 —- 5 -

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einbringt. Gespeicherte Energie wird dann von dem sich rasch drehenden Schwungrad abgezogen, sobald und solange ein Bedarf für diese Energie besteht.brings in. Stored energy is then withdrawn from the rapidly rotating flywheel once and as long as there is a need for this energy.

Es läßt sich zeigen, daß die spezifische Energie pro Masseneinheit eines Schwungradsystems dadurch gesteigert werden kann, daß man den Radius der Umlaufbahn des äußeren Teils des Schwungrads vergrößert. Bei einem konventionellen System muß jedoch jede Masse auf dieser Umlaufbahn mit einer Nabe des Rades durch Festhaltemittel, beispielsweise Speichen oder Stege, verbunden werden, wobei die Festhaltemittel selbst aus Masse bestehen. Die letztere Masse kann dabei den gesamten, durch Vergrößerung des Radius gewonnenen Gewinn an spezifischer Energie kompensieren. It can be shown that the specific energy per unit mass of a flywheel system is increased as a result can be achieved by increasing the radius of the orbit of the outer part of the flywheel. In a conventional system, however, any mass on this orbit must be connected to a hub of the wheel be connected by retaining means, for example spokes or webs, the retaining means consist of mass themselves. The latter mass can be the entire, by increasing the radius Compensate gained gain in specific energy.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung derart zu verbessern, daß ein echter Gewinn an spezifischer Energie entsteht.It is the object of the invention to provide a generic method and a generic device of this type to improve that a real gain in specific energy arises.

Die Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß man die Schwungmasse als Ring ausbildet und diesen durch elektromagnetische Kräfte auf einer fixierten Umlaufbahn um die zentrale Achse hält. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß die Schwungmasse als Ring ausgebildet und durchThe task is with the generic method solved in that one forms the flywheel as a ring and this by electromagnetic forces holds in a fixed orbit around the central axis. A device according to the invention for implementation This method is characterized in that the flywheel is designed as a ring and through

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elektromagnetische Mittel auf einer fixierten Umlaufbahn um die zentrale Achse gehalten ist.electromagnetic means is held in a fixed orbit around the central axis.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Ring durch magnetische Kräfte gehalten. Mit anderen Worten: Der Ring oder Reifen wird durch magnetische Kräfte gegenüber der Schwerkraft in der Schwebe gehalten und dazu gezwungen, sich auf einer (ortsfesten) kreisförmigen Bahn zu bewegen.In a preferred embodiment of the invention, the ring is held by magnetic forces. With In other words, the ring or hoop is opposed to gravity by magnetic forces in the Hovered and forced to move on a (fixed) circular path.

Der Ring oder Reifen besteht vorzugsweise aus elektromagnetischem Material und ist drehbar um einen ringförmigen Stator aus dem gleichen Material herum angeordnet. Dabei werden magnetische Kraftlinien im Ring und im Stator durch elektrischen Strom induziert, der in elektrische Leiter eingespeist wird, die ihrerseits an der Zwischenfläche zwischen Ring und Stator liegen. Mit anderen Worten wird also ein magnetisches Lager zwischen Ring und Stator geschaffen. Die Zentralisierung des Ringes oder sein in der Schwebe halten erfolgt jeweils in ähnlicher Weise durch magnetische Anziehung oder Abstoßung.The ring or hoop is preferably made of electromagnetic material and is rotatable about an annular one Stator made of the same material arranged around it. This creates magnetic lines of force in the ring and induced in the stator by electrical current that is fed into electrical conductors, which in turn lie at the interface between the ring and the stator. In other words, it becomes magnetic Bearing created between ring and stator. Centralizing the ring or being suspended occurs in a similar manner through magnetic attraction or repulsion.

Energie - in Form von Rotationsenergie - kann in den Ring oder Reifen eingeleitet oder aus diesem abgezogen werden, indem man irgendeine Art einer linearen elektrischen Maschinerie verwendet, beispielsweise dadurch, daß man den Ring oder Reifen mit Reluktanzzähnen ausbildet und je nachdem lineare Reluktanz-Energy - in the form of rotational energy - can be introduced into the ring or tire or withdrawn from it using some kind of linear electrical machinery, for example by designing the ring or tire with reluctance teeth and, depending on the case, linear reluctance

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Motoren oder Reluktanz-Generatoren, d. h. auf magnetischem Widerstand beruhende Maschinen einsetzt.Motors or reluctance generators, d. H. uses machines based on magnetic resistance.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment the invention is used in conjunction with the accompanying drawings for further explanation. It demonstrate:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Speichern von Energie;1 shows a schematic view of a device for storing energy;

Fig. 2 eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;FIG. 2 is a sectional view, on an enlarged scale, taken along line 2-2 in FIG Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Anordnung;3 is a sectional view of the arrangement;

Fig. 4 eine Ansicht eines Teiles aus Fig. und4 shows a view of a part from FIGS

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 3.FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 3.

Fig. 1 zeigt in übertriebener Darstellung einen Stator 1o, der mit dem Erdboden durch Anker 11 fest verbunden ist. Rund herum um den Stator 1o paßt drehbar ein Reifen oder Ring 12. Der Stator 1o und der Ring 12 haben jeweils halbzylindrische Querschnitts-Fig. 1 shows an exaggerated representation of a stator 1o, which is fixed to the ground by armature 11 connected is. All around the stator 1o fits rotatably a hoop or ring 12. The stator 1o and the Ring 12 each have a semi-cylindrical cross-section

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form und können somit als Semitoroide bezeichnet werden. Zwischen den Teilen 1o und 12 sind ringförmige Zwischenräume oder Spalte 14 sowie ein toroidförmiger Hohlraum zur Aufnahme elektrischer Leiter 15 vorgesehen. Bei einer praktischen Ausführungsform könnte der Durchmesser der Toroidanordnung in der Größenordnung von 3oo m oder mehr liegen, während der Querschnittsradius des Torus in der Größenordnung von 75 mm liegen könnte.form and can therefore be referred to as semitoroids. Between the parts 1o and 12 are annular Interstices or gaps 14 and a toroidal cavity for receiving electrical conductors 15 are provided. In a practical embodiment, the diameter of the toroidal assembly could be on the order of of 300 m or more, while the cross-sectional radius of the torus is of the order of Could be 75 mm.

Stator 1o und Ring 12 sind beide aus Weicheisen gefertigt. The stator 10 and ring 12 are both made of soft iron.

Es ist ersichtlich, daß sich dann, wenn den elektrischen Leitern 15 Gleichstrom zugeführt wird, ein elektrisches Lager zwischen Stator 1o und Ring 12 ausbildet. Der oder die Leiter 15 liegen in Form von Abschnitten mit jeweils unabhängiger Stromzuführung vor.It can be seen that when direct current is supplied to the electrical conductors 15, a electrical bearing between stator 1o and ring 12 forms. The conductor or conductors 15 are in the form of Sections each with an independent power supply.

(Nicht dargestellte) Sensoren steuern den Strom in jedem Abschnitt und halten den Spalt 14 rund um die Torusanordnung herum konstant.Sensors (not shown) control the flow in each section and keep the gap 14 around the Toroidal arrangement around constant.

An ausgewählten Punkten am Umfang der Torusanordnung sind erstens Einrichtungen 2o vorgesehen, die den Ring 12 in der Schwebe halten« Auch diese Einrichtungen 2o sind durch elektrische Leiter 21 mit elektrischem Strom gespeist, um hierdurch den ReifenAt selected points on the circumference of the toroidal arrangement Firstly, devices are provided that keep the ring 12 suspended. These devices too 2o are fed with electrical current through electrical conductors 21 to thereby the tire

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oder Ring 12 in der Schwebe zu halten. Zweitens sind lineare Reluktanzmotoren 22 vorgesehen, die mit Reluktanzzähnen am Ring 12 zusammenwirken, um auf diese Weise in den Ring 12 Energie einzuleiten. Drittens sind Reluktanz- oder Reaktionsgeneratoren 23 vorgesehen, die dazu dienen, Energie aus dem Ring 12 zu entnehmen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen werden, den Motor 22 im Bedarfsfall auch als Generator wirken zu lassen. In der gleichen Weise könnte auch der Generator 23 zu einem Motor werden.or to keep ring 12 in suspension. Second are linear reluctance motors 22 provided, which cooperate with reluctance teeth on the ring 12 to in this way to introduce energy into the ring 12. Third are reluctance or response generators 23 are provided, which are used to extract energy from the ring 12. In a preferred embodiment of the invention it can be provided the engine 22 can also act as a generator if necessary. In the same way, the generator 23 become an engine.

Es läßt sich zeigen, daß die spezifische Energie des Systems o,75x1 ο r Joule pro Kilogramm der Masse des Rotors (Ring 12) beträgt, wobei r der Radius der Torusanordnung in Metern ist und Ring 12 und Stator aus Weicheisen bestehen.It can be shown that the specific energy of the system is o, 75x1 ο r joules per kilogram of the mass of the Rotor (ring 12), where r is the radius of the toroidal arrangement in meters and ring 12 and stator consist of soft iron.

Falls eine große Menge an Energie gespeichert werden soll, können mehrere Ringe 12 parallel zueinander, einer über dem.anderen um einen einzigen Kern (Stator) herum, beispielsweise in einem unterirdischen Raum oder Tunnel angeordnet werden. Die einzelnen Reifen können bei einer solchen Anordnung mechanisch miteinander verbunden werden, so daß lediglich einer der Reifen magnetisch in der Schwebe gehalten werden muß und alle Reifen synchron mit der gleichen Geschwindigkeit umlaufen.If a large amount of energy is to be stored, several rings 12 can be parallel to each other, one above the other around a single core (stator) around, for example in an underground room or tunnel. The individual tires can be mechanically connected to one another in such an arrangement, so that only one the tire can be held in suspension magnetically must and all tires rotate synchronously at the same speed.

- 1ο -- 1ο -

A 45 291 χηA 45 291 χη

ro - 192ro - 192

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Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in Fig. 3 bis 5 dargestellt. In diesem Falle umfaßt der Stator zwei übereinander liegende, inwendig gerillte Ringe, welche Statorteile 1o darstellen. Der Reifen ist äußerlich gerillt und bildet den Ringteil 12.An example of such an arrangement is shown in FIGS. In this case the stator comprises two internally grooved rings lying one above the other, which represent stator parts 1o. The tire is Grooved on the outside and forms the ring part 12.

Zwischen den beiden Teilen 12 ist ein Band 3o vorgesehen, welches Reluktanzzähne 31 trägt. In der Nähe des Bandes 3o ist eine lineare Induktanzmaschine 32 angeordnet, die Ankerwindungen 33 und Feldwindungen 34 aufweist.A band 3o is provided between the two parts 12 and carries reluctance teeth 31. In the A linear inductance machine 32, the armature windings 33 and field windings, is arranged near the band 3o 34 has.

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Claims (1)

HOEGER1.st.ELLiRECHT-^-PARTNER 3230460HOEGER 1 .st.ELLiRECHT - ^ - PARTNER 3230460 PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS UHLANDSTRASSE 14C-D 70O0 STUTTGART 1UHLANDSTRASSE 14C-D 70O0 STUTTGART 1 A 45 291 m Anmelder: Anglo American CorporationA 45 291 m Applicant: Anglo American Corporation m - 192 of South Africa Limitedm - 192 of South Africa Limited 13. August 1982 44 Main StreetAugust 13, 1982 44 Main Street JohannesburgJohannesburg (Südafrika)(South Africa) Patentansprüche :Patent claims: 1./ Verfahren zum Speichern von Energie, bei dem man eine Schwungmasse mit großem Durchmesser in Drehung um eine zentrale Achse versetzt, die zu speichernde Energie in die Drehbewegung der Schwungmasse einbringt und bei Bedarf der sich drehenden Schwungmasse gespeicherte Energie entnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schwungmasse als Ring ausbildet und diesen durch elektromagnetische Kräfte auf einer fixierten Umlaufbahn um die zentrale Achse hält.1. / Process for storing energy in which one a centrifugal mass with a large diameter rotates about a central axis that leads to stores energy in the rotating movement of the centrifugal mass and, if necessary, the takes stored energy from rotating centrifugal mass, characterized in that that you train the flywheel as a ring and this by electromagnetic forces holds in a fixed orbit around the central axis. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ring durch magnetische Kräfte hält.Process according to Claim 1, characterized in that the ring is held by magnetic forces. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einer um eine zentrale Achse drehbar gelagerten Schwungmasse großen Durchmessers, mit Mitteln zur Einbringung von zu speichernder Energie in die Drehbewegung der Schwungmasse und mit Mitteln zur Entnahme gespeicherter Energie aus der rotierenden Schwungemasse, dadurchDevice for performing the method according to Claim 1 or 2 with a large diameter flywheel rotatably mounted about a central axis, with means for introducing energy to be stored into the rotating movement of the flywheel and with means for removing stored energy from the rotating centrifugal mass, thereby A 45 291 χαA 45 291 χα m - 192m - 192 13. August 1982August 13, 1982 gekennzeichnet, daß die Schwungmasse als Ring (12) ausgebildet und durch elektromagnetische Mittel (15,2o) auf einer fixierten Umlaufbahn um die zentrale Achse gehalten ist.characterized in that the flywheel as a ring (12) formed and by electromagnetic means (15.2o) on a fixed orbit around the central axis is held. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel (15,2o) auf den Ring (12) magnetische Kräfte übertragen.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the holding means (15,2o) on the ring (12) transmit magnetic forces. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Stator (1o) vorgesehen ist, um den eine als Reifen (12) ausgebildete Schwungmasse drehbar herumpaßt, daß Stator und Reifen aus ferromagnetischem Material bestehen, und daß zur Zuführung elektrischen Stromes elektrische Leiter (15) an den Zwischenflächen zwischen Stator und Reifen angeordnet sind.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that an annular stator (1o) is provided around which a flywheel designed as a tire (12) fits around rotatably that Stator and tire made of ferromagnetic material exist, and that for supplying electrical current electrical conductors (15) at the intermediate surfaces are arranged between the stator and the tire. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Reifen (12) miteinander verbunden sind und um eine gemeinsame zentrale Achse umlaufen, daß jedem Reifen ein Statorteil (1o) gegenüberliegt, und daß zwischen Reifen und Statorteilen stromdurchflossene, elektrische Leiter (15) angeordnet sind.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that a plurality of tires (12) are connected to one another and revolve around a common central axis that each tire has a stator part (1o) opposite, and that electrical conductors (15) through which current flows between the tire and the stator parts are arranged. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reifen oder Bing (12) durch eine elektromagnetische Einrichtung (2o) in der Schwebe gehalten ist.7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the tire or bing (12) is held in suspension by an electromagnetic device (2o). A 45 291 mA 45 291 m m - 192m - 192 13. August 1982August 13, 1982 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis Ί, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Einbringung und die Mittel zur Entnahme von Energie in bzw. aus dem Reifen oder Ring (12) als lineare Reluktanzmaschinen (22,23) ausgebildet sind.8. Device according to one of claims 3 to Ί, characterized in that the means for introducing and the means for removing energy in or from the tire or ring (12) are designed as linear reluctance machines (22,23).
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