JP2002247822A - Synchronous motor generator with gap adjusting device - Google Patents

Synchronous motor generator with gap adjusting device

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JP2002247822A
JP2002247822A JP2001047011A JP2001047011A JP2002247822A JP 2002247822 A JP2002247822 A JP 2002247822A JP 2001047011 A JP2001047011 A JP 2001047011A JP 2001047011 A JP2001047011 A JP 2001047011A JP 2002247822 A JP2002247822 A JP 2002247822A
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rotor
motor generator
gap
permanent magnet
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Naoji Kajima
Yutaka Kawashima
Masaharu Minami
Masayuki Morimoto
Shigeo Nagaya
Takao Sakurai
正晴 南
貴夫 桜井
雅之 森本
裕 河島
重夫 長屋
直二 鹿島
Original Assignee
Chubu Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Ind Ltd
三菱重工業株式会社
中部電力株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent generation of a high voltage during high speed rotation even without weak field control and to generate a stable output torque for the rotation up to high speed rotation from a low speed rotation. SOLUTION: A motor generator is structured with a rotor 4 of a permanent magnet fixed to an FW rotor 2 and a stator 5 provided keeping an axial gap (g). A position adjustor 9 vertically moves the stator 5 to variably adjust the gap (g). When the FW rotor 2 is rotating at a lower speed, the position adjustor 9 moves downward the stator 5 with a rotating speed signal to make narrower the gap (g). Accordingly, a magnetic flux ϕ between the rotor 4 and stator 5 increases to increase and induced voltage and a torque. During the high speed rotation, the position adjustor 9 moves upward the stator 5 with the rotation speed signal to widen the gap (g). As a result, the magnetic flux ϕ between the rotor 4 and stator 5 is reduced to reduce the induced voltage. Accordingly, the induced voltage can be lowered to the desired generated voltage with higher efficiency during the high speed rotation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、同期電動発電機の
構造に関し、特に、同期電動発電機のロータとステータ
との間にアキシャルギャップを有する電力貯蔵用フライ
ホイール装置の構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a synchronous motor generator, and more particularly to a structure of a power storage flywheel device having an axial gap between a rotor and a stator of the synchronous motor generator.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、電力貯蔵の手段としては、揚水式
や電池充電方式や圧縮空気方式などがあるが、最近で
は、機械的に電力エネルギーを貯蔵するフライホイール
(以下、FW)装置が注目されている。このようなFW
装置は、同期電動発電機によりFWを超高速で回転させ
ることで電力貯蔵を行なうものであり、近年、カーボン
繊維からなるFRP等の高張力材料や、磁力の強いサマ
リウムコバルトなどの希土類磁石や、高温超電導などの
技術の向上により、高効率な電力貯蔵用FW装置が実用
化されつつある。尚、以下の説明では、同期電動発電機
を単に電動発電機と言い、これを用いた電力貯蔵用FW
装置を例に挙げて説明を展開して行く。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a means for storing electric power, there are a pumping type, a battery charging type, a compressed air type and the like. Recently, a flywheel (hereinafter, FW) device for mechanically storing electric energy has attracted attention. Have been. Such FW
The device performs power storage by rotating the FW at an ultra-high speed by a synchronous motor generator.In recent years, high-strength materials such as FRP made of carbon fiber, rare earth magnets such as samarium cobalt with strong magnetic force, Due to improvements in technologies such as high-temperature superconductivity, highly efficient power storage FW devices are being put to practical use. In the following description, the synchronous motor generator is simply referred to as a motor generator, and the power storage FW using the same is used.
The description will be developed using the device as an example.
【0003】上述のような電力貯蔵用FW装置は、電動
機及び発電機のロータとステータのギャップが半径方向
にある、いわゆるラジアルギャップ型のものが一般に広
く知られている。しかし、近年、ロータとステータのギ
ャップが回転軸と平行方向にある、いわゆるアキシャル
ギャップ型のものも開発されている。このうち、前者の
ラジアルギャップ型の電力貯蔵用FW装置は、FWロー
タの回転軸の全長が長くなり、高速回転時に軸振動を起
して回転軸の剛性によって軸破損を生じる虞がある。さ
らには、回転軸が僅かに偏心すると、偏心方向に電動発
電機による磁気吸引力が発生して回転軸の偏心が益々大
きくなり、ラジアル方向の磁気軸受の支持力が大幅に増
大する。あるいは、電動発電機による磁気吸引力と磁気
軸受の支持力とが振動発振を誘発する虞もある。また、
スラスト荷重は、FWロータを磁気浮上させるための永
久磁石と超電導磁石との磁力で支えることになり、これ
らの荷重負担がかなり大きくなるなどの問題もある。
[0003] As the above-mentioned power storage FW device, a so-called radial gap type in which a gap between a rotor and a stator of a motor and a generator is in a radial direction is generally widely known. However, in recent years, a so-called axial gap type in which the gap between the rotor and the stator is parallel to the rotation axis has been developed. Among them, in the former radial gap type power storage FW device, the entire length of the rotating shaft of the FW rotor becomes long, and there is a possibility that shaft vibration is caused during high-speed rotation and shaft rigidity causes breakage of the shaft. Further, when the rotating shaft is slightly eccentric, a magnetic attraction force is generated by the motor generator in the eccentric direction, the eccentricity of the rotating shaft is further increased, and the supporting force of the magnetic bearing in the radial direction is greatly increased. Alternatively, the magnetic attraction force of the motor generator and the support force of the magnetic bearing may induce vibration oscillation. Also,
The thrust load is supported by the magnetic force of the permanent magnet and the superconducting magnet for magnetically levitating the FW rotor, and there is also a problem that the load burden on these becomes considerably large.
【0004】そこで、上述のような軸偏心、軸振動、軸
剛性などの問題を解決したり、スラスト荷重を軽減させ
るために、アキシャルギャップ型の電動発電機を用いた
FW装置が開発されつつある。このようなアキシャルギ
ャップ型のFW装置は開発途上にあるので、従来技術に
おけるアキシャルギャップ型の電動発電機を用いた一般
的な電動発電機をFW装置に適用した構成について説明
する。図2は、従来技術におけるアキシャルギャップ型
の電動発電機をFW装置に適用した場合の構造図であ
り、(a)は永久磁石ロータの上面図、(b)はFW装
置の断面構造図である。このアキシャルギャップ型の電
動発電機を用いたFW装置は、同図(b)に示すよう
に、ステータ15の両側において、対象的に、同じ構造
のロータ12、12’が回転軸11に支持されて配置さ
れた構成となっている。したがって、以下の説明では一
方の側について説明するが、他方の側の構成について
は、上下を反対の位置として読みかえるものとする。
In order to solve the problems of shaft eccentricity, shaft vibration, shaft rigidity and the like as described above, and to reduce a thrust load, a FW device using an axial gap type motor generator is being developed. . Since such an axial gap type FW device is under development, a configuration in which a general motor generator using an axial gap type motor generator in the related art is applied to the FW device will be described. FIGS. 2A and 2B are structural diagrams in a case where an axial gap type motor generator according to the related art is applied to an FW device. FIG. 2A is a top view of a permanent magnet rotor, and FIG. 2B is a cross-sectional structural diagram of the FW device. . In the FW device using this axial gap type motor generator, the rotors 12 and 12 ′ having the same structure are symmetrically supported on the rotating shaft 11 on both sides of the stator 15 as shown in FIG. It is configured to be arranged. Therefore, in the following description, one side will be described, but the configuration of the other side will be read as an upside down position.
【0005】図2(b)において、回転軸11には、電
力エネルギーを貯めるFWロータ12が支持されてい
る。回転軸11の上部と下部には、回転軸11のラジア
ル方向とアキシヤル方向を支える軸受14、14’が設
けられている。これら軸受14、14’は、ころがり軸
受、超電導軸受、常電導磁気軸受などからなり、ラジア
ル荷重を支持する。尚、FWロータ12を収容する図示
しない容器内は、FWロータ12の回転による風損を減
らすために真空状態にされている。
In FIG. 2B, an FW rotor 12 for storing electric energy is supported on a rotating shaft 11. Bearings 14 and 14 ′ that support the rotating shaft 11 in the radial direction and the axial direction are provided on the upper and lower portions of the rotating shaft 11. These bearings 14, 14 'are made up of rolling bearings, superconducting bearings, normal conducting magnetic bearings, etc., and support radial loads. The interior of the container (not shown) that houses the FW rotor 12 is evacuated to reduce windage loss due to rotation of the FW rotor 12.
【0006】また、FWロータ2の下面部の回転軸11
の周りには、電力エネルギーを出し入れする電動発電機
(電動機と発電機を兼用)の永久磁石ロータ(回転子)
13が設けられている。この永久磁石ロータ13は、図
2(a)に示すように、回転軸11の周りにN,S交互
に8極の永久磁石が均等に配置されている。また、この
永久磁石ロータ13の下方の回転軸11の周りには、永
久磁石ロータ13と所定のギャップ16をもって対向す
るように、電動発電機のステータ(固定子)15が備え
られている。このステータ15は、鉄心を用いないコア
レス巻線からなっている。
[0006] The rotation shaft 11 on the lower surface of the FW rotor 2
Around the permanent magnet rotor (rotor) of a motor generator (used as both a motor and a generator) that takes in and out power energy
13 are provided. As shown in FIG. 2A, the permanent magnet rotor 13 has eight poles of permanent magnets arranged uniformly around the rotating shaft 11 alternately in N and S directions. A stator (stator) 15 of the motor generator is provided around the rotating shaft 11 below the permanent magnet rotor 13 so as to face the permanent magnet rotor 13 with a predetermined gap 16. The stator 15 is made of a coreless winding that does not use an iron core.
【0007】また、他方のFWロータ12’側も同様な
構成になってステータ15に対向しているので、一方の
側の永久磁石ロータ13とステータ15の反発磁力によ
って生じるギャップ16と、他方の側の永久磁石ロータ
13’とステータ15の反発磁力によって生じるギャッ
プ16’とは同じ間隙のアキシャルギャップに保持され
ている。
The other FW rotor 12 'has the same structure and faces the stator 15, so that the gap 16 generated by the repulsive magnetic force between the permanent magnet rotor 13 and the stator 15 on one side and the other on the other side. The permanent magnet rotor 13 ′ on the side and the gap 16 ′ generated by the repulsive magnetic force of the stator 15 are held in the same axial gap.
【0008】このような構成のFW装置では、電動発電
機が電動機として作用し、永久磁石ロータ13、13’
が回転軸11の周りを回転するのに伴い、FWロータ1
2、12’が超高速で回転することによって電力が貯蔵
される。また、FWロータ12、12’の回転中に電動
発電機が発電機として作用することによって貯蔵された
電力が出力される。このようにして、FW装置に永久磁
石ロータを用いることによって、電動/発電作用を行う
ための励磁回路は不要となる。これによって、励磁電流
分の損失がなくなるため、高効率で電力貯蔵を行うこと
ができる。
In the FW device having such a configuration, the motor generator acts as a motor, and the permanent magnet rotors 13 and 13 'are used.
Is rotated around the rotation axis 11, the FW rotor 1
Power is stored by the 2,12 'rotating at very high speed. Further, the stored electric power is output by the motor generator acting as a generator while the FW rotors 12, 12 'rotate. In this way, by using the permanent magnet rotor in the FW device, an excitation circuit for performing an electric / power generation operation becomes unnecessary. This eliminates the loss of the exciting current, so that power can be stored with high efficiency.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成によるアキシャルギャップ型の電動発電機を有
する電力貯蔵用FW装置では、アキシャル方向のギャッ
プ長は、回転数の如何に関わらず固定化されているの
で、次のような幾つかの不具合を生じる。
However, in the power storage FW device having the axial gap type motor generator according to the above-described conventional configuration, the gap length in the axial direction is fixed regardless of the rotational speed. Causes several problems as follows.
【0010】先ず、永久磁石タイプの発電機は、回転数
によって誘起電圧が変わることによって起る問題があ
る。つまり、ステータ15の図示しない巻線が永久磁石
ロータ13の磁束を切ることによって発生する誘起電圧
は次の式(1)で表される。 E=2.22fNkφ (1) 但し、E:誘起電圧、f:回転数(周波数)、N:巻線
の巻数、k:巻線係数、φ:磁束
First, the permanent magnet type generator has a problem caused by a change in induced voltage depending on the number of revolutions. That is, the induced voltage generated when the winding (not shown) of the stator 15 cuts off the magnetic flux of the permanent magnet rotor 13 is expressed by the following equation (1). E = 2.22fNkφ (1) where E: induced voltage, f: rotation speed (frequency), N: number of windings, k: winding coefficient, φ: magnetic flux
【0011】すなわち、式(1)から分かるように、ス
テータ15の巻線の巻数Nや巻線係数kや永久磁石ロー
タ13、13’の磁束φは一定値であるので、誘起電圧
Eは回転数fに比例して増加する。したがって、低速回
転時は効率のよい電動発電機として駆動するが、高速回
転時になると、電動発電機を駆動するインバータ側の電
圧より高い電圧が電動発電機によって発電されてしま
う。よって、高速回転時には、このような高電圧の発電
を防止するために弱め界磁制御を行っている。弱め界磁
制御とは、発電に作用する磁束が増えないように反対方
向の磁束を作るような電流を流す制御である。しかし、
このようにして電力変換機(インバータ)の不足電圧に
応じて弱め界磁電流を流すと、無効電流が増加して弱め
界磁電流分だけ力率が悪くなる。したがって、高速回転
になって弱め界磁電流が増加するのに伴って無効電流分
による損失が増え、電動発電機(したがって、FW装
置)の電力効率が低下してしまう。
That is, as can be seen from equation (1), since the number of turns N of the winding of the stator 15 and the winding coefficient k and the magnetic flux φ of the permanent magnet rotors 13 and 13 'are constant values, the induced voltage E is It increases in proportion to the number f. Therefore, at the time of low-speed rotation, the motor is driven as an efficient motor generator, but at the time of high-speed rotation, a voltage higher than the voltage of the inverter driving the motor generator is generated by the motor generator. Therefore, during high-speed rotation, field-weakening control is performed to prevent such high-voltage power generation. Field-weakening control is control in which a current is generated so as to generate a magnetic flux in the opposite direction so that the magnetic flux acting on power generation does not increase. But,
When the field weakening current is caused to flow according to the insufficient voltage of the power converter (inverter) in this way, the reactive current increases, and the power factor deteriorates by the amount of the field weakening current. Therefore, as the field-weakening current increases due to the high-speed rotation, the loss due to the reactive current increases, and the power efficiency of the motor generator (therefore, the FW device) decreases.
【0012】もう一つの問題点は、もともと高速回転用
に設計されている電動機もしくは発電機は出力トルクが
小さいことである。つまり、出力トルクは次の式(2)
の関係式で表される。 T=3E/ωI (2) 但し、T:トルク、ω=2πf:電気角周波数、I:電
Another problem is that motors or generators originally designed for high speed rotation have low output torque. That is, the output torque is given by the following equation (2).
Is represented by the following relational expression. T = 3E / ωI (2) where T: torque, ω = 2πf: electric angular frequency, I: current
【0013】つまり、前述の式(1)で説明したよう
に、誘起電圧Eは周波数(回転数)fが増えると高くな
ってしまうので、弱め界磁電流を流して誘起電圧Eがイ
ンバータの出力できる最高電圧より高くならないように
設定されている。すなわち、最大の誘起電圧Eは、イン
バータの最高電圧で規定されていて固定値となってい
る。よって、式(2)において、高速回転になっても誘
起電圧Eは一定であるので、周波数(回転数)f、つま
り電気角周波数ωが増加するとトルクTは小さくなって
しまう。このように、高速回転になるほど電動発電機の
出力トルクは益々小さくなってしまう。例えば、10,000
rpm程度でFW装置を回転させようするとき、大きな駆
動トルクで回転させることができない。
That is, as described in the above equation (1), the induced voltage E increases as the frequency (rotational speed) f increases. It is set not to be higher than the maximum voltage that can be made. That is, the maximum induced voltage E is defined by the maximum voltage of the inverter and is a fixed value. Therefore, in the equation (2), the induced voltage E is constant even at high speed rotation, so that the torque T decreases as the frequency (rotation speed) f, that is, the electrical angular frequency ω increases. Thus, the output torque of the motor generator becomes smaller as the rotation speed increases. For example, 10,000
When rotating the FW device at about rpm, it cannot be rotated with a large driving torque.
【0014】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、弱め界磁制御を行わなくても
高速回転時に高電圧が発生しないようにすると共に、低
速回転から高速回転まで安定した出力トルクを発生させ
ることのできる同期電動発電機を提供すると共に、この
同期電動発電機を用いた電力貯蔵用フライホイール装置
を提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to prevent a high voltage from being generated during high-speed rotation without performing field-weakening control, and to provide a stable operation from low-speed rotation to high-speed rotation. It is another object of the present invention to provide a synchronous motor generator capable of generating an output torque as described above, and to provide a flywheel device for power storage using the synchronous motor generator.
【0015】[0015]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の同期電動発電機は、回転軸に
支持され、該回転軸の周りに永久磁石を備えた回転子
と、永久磁石に対向して、回転軸に平行なアキシャルギ
ャップを設けて配置された固定子とによって構成された
同期電動発電機において、アキシャルギャップの間隙を
可変する方向に固定子を移動させる位置調整手段を備
え、この位置調整手段が、回転子の回転速度に応じて固
定子の位置を可変するように構成されたことを特徴とす
る。
In order to solve the above problems and achieve the object, a synchronous motor generator according to the present invention comprises a rotor supported by a rotating shaft and having a permanent magnet around the rotating shaft. Position adjustment for moving the stator in a direction in which the gap of the axial gap is variable in a synchronous motor generator constituted by Means for adjusting the position of the stator according to the rotation speed of the rotor.
【0016】すなわち、本発明の同期電動発電機によれ
ば、位置調整手段が、回転子の回転速度に応じて、回転
子と固定子との間のアキシャルギャップの間隙の長さを
変えるので、回転子と固定子との間で電動発電作用に寄
与する磁束量を自動的に可変することができる。したが
って、回転速度に応じて自動的に誘起電圧やトルクを変
えることができる。特に、高速回転時に弱め界磁電流の
制御をしなくても、自動的に高電圧の発生を抑えること
ができるので、電力効率を低下させることなく効果的に
電動発電作用を行うことができる。
That is, according to the synchronous motor generator of the present invention, the position adjusting means changes the length of the gap of the axial gap between the rotor and the stator according to the rotation speed of the rotor. The amount of magnetic flux contributing to the motor-generator operation between the rotor and the stator can be automatically varied. Therefore, the induced voltage and the torque can be automatically changed according to the rotation speed. In particular, even when the field-weakening current is not controlled at the time of high-speed rotation, the generation of the high voltage can be automatically suppressed, so that the motor-generator operation can be effectively performed without lowering the power efficiency.
【0017】また、本発明の同期電動発電機は、前記発
明において、位置調整手段は、回転子が所定の回転数よ
り遅い低速回転時において、アキシャルギャップの間隙
を短くするように固定子を移動させ、回転子が所定の回
転数より早い高速回転時において、アキシャルギャップ
の間隙を長くするように固定子を移動させることを特徴
とする。
Further, in the synchronous motor generator according to the present invention, in the above invention, the position adjusting means moves the stator so as to shorten the gap of the axial gap when the rotor is rotating at a low speed lower than a predetermined rotation speed. When the rotor is rotating at a high speed higher than a predetermined number of rotations, the stator is moved so as to increase the axial gap.
【0018】すなわち、本発明の同期電動発電機によれ
ば、低速回転の時は回転子と固定子との間のアキシャル
ギャップが自動的に狭くなって磁束量が増加するので、
トルクを増やしたり高い電圧を発電することができる。
また、高速回転の時は、回転子と固定子との間のアキシ
ャルギャップが自動的に広くなって磁束量が減少するの
で、弱め界磁電流を流さなくても発電電圧を所望の値に
調整することができる。しかも、弱め界磁電流による無
効電流が流れないため、力率が向上して発電効率を高め
ることができる。
That is, according to the synchronous motor generator of the present invention, at the time of low-speed rotation, the axial gap between the rotor and the stator is automatically narrowed to increase the amount of magnetic flux.
It can increase torque and generate high voltage.
Also, during high-speed rotation, the axial gap between the rotor and stator is automatically widened and the amount of magnetic flux is reduced, so the generated voltage is adjusted to a desired value without passing a weak field current. can do. Moreover, since no reactive current due to the field weakening current flows, the power factor can be improved and the power generation efficiency can be increased.
【0019】また、本発明の同期電動発電機は、コアに
コイルを巻回して固定子を構成することもできるが、コ
アレスでコイルを巻回してもよい。このようにコアレス
にすることによって、高速回転時の高周波電流による渦
電流損や鉄損を減らすことができる。また、ステータコ
イルの巻線方式は集中巻き、分布巻きの何れであっても
構わない。さらに、アキシャルギャップを設けて配置さ
れている回転子と固定子とによる電動機構成は、複数段
によって構成されていてもよい。つまり、アキシャルギ
ャップモータを一段の構成としてもよいが、これを多段
に組み合わせて構成してもよい。また、回転子に配置さ
れた永久磁石は2極以上の任意の偶数極で構成されてお
り、例えば、2極、6極、8極…などの構成にすること
ができる。
In the synchronous motor generator of the present invention, a stator can be formed by winding a coil around a core, but the coil may be wound without a core. By making the coreless, the eddy current loss and the iron loss due to the high-frequency current during high-speed rotation can be reduced. The winding method of the stator coil may be either concentrated winding or distributed winding. Further, the motor configuration including the rotor and the stator arranged with the axial gap provided therebetween may be configured by a plurality of stages. That is, the axial gap motor may have a single-stage configuration, or may have a multi-stage configuration. Further, the permanent magnet arranged on the rotor is constituted by an arbitrary number of even poles having two or more poles, and may be constituted by two poles, six poles, eight poles, and so on, for example.
【0020】また、本発明におけるアキシャルギャップ
式の同期電動発電機は、電力貯蔵用フライホイール装置
に用いることもできる。あるいは、風車用発電機に用い
て、風速で回転速度が変わった場合に位置調整器によっ
てギャップを調整して最適電圧を発生させるようにする
こともできる。さらに、電気自動車用電動機ホイールイ
ンモータ発電機や、バッテリを電源とする電動発電機な
どに用いて、入力電圧に応じて位置調整器によってギャ
ップを調整して最適電圧を発生させるようにすることも
できる。または、マイクロガスタービン直結の高速発電
機に用いることもできる。
The axial gap type synchronous motor generator according to the present invention can be used for a power storage flywheel device. Alternatively, the gap may be adjusted by a position adjuster to generate an optimum voltage when the rotation speed changes according to the wind speed, using a wind turbine generator. Furthermore, it is also possible to use a wheel-in motor generator for an electric vehicle or a motor generator using a battery as a power source to adjust a gap by a position adjuster according to an input voltage to generate an optimum voltage. it can. Alternatively, it can be used for a high-speed generator directly connected to a micro gas turbine.
【0021】また、本発明は、アキシャルギャップ式の
同期電動発電機を用いた電力貯蔵用フライホイール装置
の発明でもある。すなわち、回転軸に支持された回転盤
を電動機により回転させることで電力貯蔵を行なう電力
貯蔵用フライホイール装置において、回転盤の回転軸周
囲に配置された第1の永久磁石を備える電動機の回転子
と、第1の永久磁石に対向して、回転軸に平行なアキシ
ャルギャップを設けて配置された電動機の固定子と、ラ
ジアル荷重を支持する軸受と、回転盤の他面に配置され
た第2の永久磁石と、回転盤を磁気浮上させるため、第
2の永久磁石と対向して回転軸方向に所定のギャップを
有するように配置された超電導磁石と、アキシャルギャ
ップの間隙を可変する方向に固定子を移動させる位置調
整手段とを具備し、この位置調整手段が、回転盤の回転
速度に応じて固定子の位置を可変するように構成された
ことを特徴とする電力貯蔵用フライホイール装置であ
る。
The present invention is also an invention of a power storage flywheel device using an axial gap type synchronous motor generator. That is, in a power storage flywheel device that stores power by rotating a rotating disk supported by a rotating shaft by an electric motor, a rotor of the electric motor including a first permanent magnet disposed around the rotating shaft of the rotating disk. And a stator of the electric motor arranged with an axial gap parallel to the rotating shaft facing the first permanent magnet, a bearing for supporting a radial load, and a second stator arranged on the other surface of the turntable. And a superconducting magnet arranged so as to have a predetermined gap in the direction of the rotation axis facing the second permanent magnet in order to magnetically levitate the rotating disk, and fixed in a direction in which the gap of the axial gap is variable And a position adjusting means for moving the stator, wherein the position adjusting means is configured to change the position of the stator according to the rotation speed of the turntable. It is a Eel apparatus.
【0022】すなわち、本発明の電力貯蔵用フライホイ
ール装置によれば、アキシャルギャップ式電動発電機を
用いているため、回転盤の回転軸が偏心してもラジアル
方向に磁気吸引力が発生しない。また、ラジアルギャッ
プ式電動発電機を用いた場合に比へて回転軸の全長を短
くすることができるため、高速回転時の軸振動と軸剛性
の問題を軽減できる。さらに、アキシャルギャップ式電
動発電機を回転軸の上方に位置することにより、スラス
ト荷重を電動発電機による磁気吸引力で補うことができ
る。すなわち、軸偏心、軸振動、軸剛性の問題を軽減で
き、スラスト荷重を補うことができる。しかも、本発明
の電力貯蔵用フライホイール装置では、固定子と回転子
との間のアキシャルギャップの間隙を可変する方向に固
定子を移動させる位置調整手段を備えている。そして、
この位置調整手段が、回転体の回転速度に応じて固定子
の位置を可変するので、回転速度に応じて自動的に誘起
電圧やトルクを変えることができる。特に、高速回転時
に弱め界磁電流の制御をしなくても、自動的に高電圧の
発生を抑制することができるので、電力効率を低下させ
ることなく効果的に電動発電作用を行うことができる。
That is, according to the flywheel device for power storage of the present invention, since the axial gap type motor generator is used, no magnetic attraction force is generated in the radial direction even if the rotating shaft of the rotating disk is eccentric. Further, since the total length of the rotating shaft can be reduced as compared with the case where a radial gap type motor generator is used, problems of shaft vibration and shaft rigidity during high-speed rotation can be reduced. Further, by positioning the axial gap type motor generator above the rotating shaft, the thrust load can be supplemented by the magnetic attraction force of the motor generator. That is, the problems of shaft eccentricity, shaft vibration, and shaft rigidity can be reduced, and the thrust load can be compensated. In addition, the power storage flywheel device of the present invention includes the position adjusting means for moving the stator in a direction in which the axial gap between the stator and the rotor is changed. And
Since the position adjusting means changes the position of the stator according to the rotation speed of the rotating body, the induced voltage and torque can be automatically changed according to the rotation speed. In particular, since the generation of a high voltage can be automatically suppressed without controlling the field weakening current at the time of high-speed rotation, the motor-generator operation can be performed effectively without lowering the power efficiency. .
【0023】また、本発明は、前記発明の電力貯蔵用フ
ライホイール装置において、固定子はコアレスでコイル
が巻回されていることを特徴とする。すなわち、電動機
の固定子を鉄心の無いコアレス型とすることにより、鉄
損や渦電流損を低減することができるので、電動発電機
の効率を一層向上させることができる。
Further, the present invention is characterized in that, in the power storage flywheel device of the invention, the stator is coreless and the coil is wound. That is, by making the stator of the motor a coreless type having no iron core, iron loss and eddy current loss can be reduced, so that the efficiency of the motor generator can be further improved.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明にお
ける同期電動発電機について説明するが、具体例とし
て、この同期電動発電機を用いた電力貯蔵用フライホイ
ール装置について説明することにする。図1は、本発明
の一実施の形態に係る電力貯蔵用FW装置の構成を示す
側断面図である。このFW装置は、アキシャルギャップ
式電動発電機を適用した状態を示している。また、この
FW装置は、図に示すような状態で回転軸1を立てて用
いられている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a synchronous motor generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. As a specific example, a flywheel device for power storage using this synchronous motor generator will be described. . FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of a power storage FW device according to an embodiment of the present invention. This FW device shows a state to which an axial gap type motor generator is applied. The FW device is used with the rotating shaft 1 standing upright in a state as shown in the figure.
【0025】先ず、全体の構成について説明する。図1
において、FW装置は、回転軸1に対して電力エネルギ
ーを貯蔵するFWロータ2が支持されている。また、回
転軸1の上部と下部には、回転軸1のラジアル方向とア
キシヤル方向を支える軸受3,3’が設けられている。
これら軸受3,3’は、ころがり軸受、超電導軸受、常
電導磁気軸受などからなり、ラジアル荷重を支持する。
尚、FWロータ2を収容する図示しない容器内は真空状
態にされている。
First, the overall configuration will be described. Figure 1
In the FW device, a FW rotor 2 that stores electric power energy with respect to a rotating shaft 1 is supported. In addition, bearings 3 and 3 ′ that support the radial direction and the axial direction of the rotating shaft 1 are provided at an upper portion and a lower portion of the rotating shaft 1.
These bearings 3, 3 'are composed of rolling bearings, superconducting bearings, normal conducting magnetic bearings, etc., and support radial loads.
The interior of the container (not shown) that accommodates the FW rotor 2 is evacuated.
【0026】また、FWロータ2の上面部における回転
軸1の周りには、電力エネルギーを出し入れする電動発
電機(電動機と発電機を兼用)のロータ(回転子)4が
設けられている。さらに、このロータ4の上方の回転軸
1の周りには、ロータ4と所定のギャップgをもって対
向するように、電動発電機のステータ(固定子)5が備
えられている。尚、このステータ5は鉄心を用いないコ
アレス巻線からなっている。また、ロータ4は短絡コア
6によって支持され、ステータ5は短絡コア6’によっ
て保持されている。
A rotor (rotor) 4 of a motor generator (both an electric motor and a generator) for taking in and out electric energy is provided around the rotating shaft 1 on the upper surface of the FW rotor 2. Further, a stator (stator) 5 of the motor generator is provided around the rotation shaft 1 above the rotor 4 so as to face the rotor 4 with a predetermined gap g. The stator 5 is made of a coreless winding that does not use an iron core. The rotor 4 is supported by the short-circuit core 6, and the stator 5 is held by the short-circuit core 6 '.
【0027】FWロータ2の下面には、回転軸1の周り
に永久磁石7が設けられている。さらに、永久磁石7と
所定のギャップg’をもって対向するように、回転軸1
の周りに超電導磁石8が備えられている。そして、永久
磁石7と超電導磁石8が磁気反発することにより、FW
ロータ2が超電導磁石8から浮上される。つまり、これ
らの永久磁石7と超電導磁石8との反発磁力で上方向か
らのスラスト荷重が支持される。
On the lower surface of the FW rotor 2, a permanent magnet 7 is provided around the rotating shaft 1. Further, the rotating shaft 1 is opposed to the permanent magnet 7 with a predetermined gap g ′.
Is provided with a superconducting magnet 8. When the permanent magnet 7 and the superconducting magnet 8 magnetically repel, the FW
The rotor 2 is levitated from the superconducting magnet 8. That is, the repulsive magnetic force of the permanent magnet 7 and the superconducting magnet 8 supports the thrust load from above.
【0028】このFW装置では、上述した構成の電動発
電機が電動機として作用することによって、ロータ4が
回転軸1の周りを回転するのに伴い、FWロータ2が超
高速で回転することで電力が貯蔵される。また、FWロ
ータ2の回転中に電動発電機が発電機として作用するこ
とによって貯蔵されている電力が出力される。
In this FW device, the motor generator having the above-described structure acts as a motor, so that the FW rotor 2 rotates at a very high speed as the rotor 4 rotates around the rotation shaft 1, and thus the electric power is generated. Is stored. Further, the stored electric power is output by the motor generator acting as a generator while the FW rotor 2 is rotating.
【0029】また、このFW装置では、超高速で回転す
るFWロータ2の貯蔵効率を上げるために、FWロータ
2を収容する図示しない容器内を真空にすることでFW
装置内部を真空状態にし、FWロータ2の回転に伴う風
損を減らしている。さらに、FWロータ2の回転に伴う
風損を減らし、且つFWロータ2の冷却効果を維持する
ために、FWロータ2を収容する図示しない容器内を減
圧することで、FW装置内部を減圧している。
Further, in this FW device, in order to increase the storage efficiency of the FW rotor 2 rotating at a very high speed, the FW rotor 2 is evacuated by evacuating the inside of the container (not shown).
The inside of the apparatus is kept in a vacuum state to reduce windage loss caused by rotation of the FW rotor 2. Furthermore, in order to reduce the windage loss due to the rotation of the FW rotor 2 and maintain the cooling effect of the FW rotor 2, the pressure inside the FW device is reduced by reducing the pressure inside the container (not shown) that houses the FW rotor 2. I have.
【0030】尚、特に図示はしないが、FWロータ2を
収容する容器内は、ヘリウムなどの分子量の小さい気体
を封入してもよい。さらに、冷却装置を設けて容器内の
気体を冷却するように構成してもよい。あるいは、真空
ポンプを設けて、容器内を真空引きしてから、充放電時
にFWロータ2が発熱する際に、FWロータ2を冷却す
るための気体を冷却装置により容器内に注入するように
構成してもよい。
Although not shown, a gas having a low molecular weight such as helium may be filled in the container for housing the FW rotor 2. Further, a cooling device may be provided to cool the gas in the container. Alternatively, a vacuum pump is provided to evacuate the inside of the container, and then, when the FW rotor 2 generates heat during charging and discharging, a gas for cooling the FW rotor 2 is injected into the container by a cooling device. May be.
【0031】さらに、本発明におけるFW装置の特徴と
するところは、位置調整器9を、ステータ5の上部に、
正確にはステータ5を保持する短絡コア6’の上部に取
り付けた構成となっているところである。この位置調整
装置9は、図に示すように、固定部材9aが短絡コア
6’に固着され、この固定部材9aから上方向へラック
9cの刻まれた支持棒9bが伸びている。つまり、支持
棒9bはボールネジが形成された形状となっている。さ
らに、ケース9d内には調整部の露出したピニオン9e
がラック9cと螺合している。つまり、ピニオン9cを
廻すことによってラック9cにより駆動方向変更と減速
が行われて、支持棒9bが上下に移動するように構成さ
れている。例えば、ピニオン9cを1回転するとラック
9cのネジが1ピッチ移動するようになっている。
Further, a feature of the FW device according to the present invention is that the position adjuster 9 is provided above the stator 5.
To be precise, it is configured to be mounted on the upper part of the short-circuit core 6 ′ holding the stator 5. In this position adjusting device 9, as shown in the figure, a fixing member 9a is fixed to the short-circuit core 6 ', and a support bar 9b with a rack 9c is extended upward from the fixing member 9a. That is, the support rod 9b has a shape in which a ball screw is formed. Further, a pinion 9e with an exposed adjusting portion is provided in the case 9d.
Are screwed into the rack 9c. In other words, by rotating the pinion 9c, the drive direction is changed and decelerated by the rack 9c, so that the support bar 9b moves up and down. For example, one rotation of the pinion 9c causes the screws of the rack 9c to move one pitch.
【0032】このように構成された位置調整器9によ
り、FWロータ2の回転速度に応じてピニオン9eが回
転すると、支持棒9bのラック9cがピッチ歩進し、固
定部材9aに固着された短絡コア6’と共にステータ5
が上下移動する。これによって、ロータ4とステータ5
のアキシャル方向のギャップgの長さを可変調整できる
ようになっている。つまり、位置調整器9によって、ロ
ータ4とステータ5との間のアキシャル方向のギャップ
gの長さが可変できる機構になっている。例えば、高速
回転時はギャップgが大きくなるように作動して、弱め
界磁制御を行ったのと同様な作用を呈するようになって
いる。
When the pinion 9e rotates according to the rotation speed of the FW rotor 2 by the position adjuster 9 configured as described above, the rack 9c of the support rod 9b advances by a pitch, and the short-circuit fixed to the fixing member 9a. Stator 5 with core 6 '
Moves up and down. Thereby, the rotor 4 and the stator 5
Of the gap g in the axial direction can be variably adjusted. In other words, the position adjuster 9 can change the length of the axial gap g between the rotor 4 and the stator 5. For example, at the time of high-speed rotation, the gap g is operated so as to increase, and the same action as that of the field weakening control is performed.
【0033】このように構成されたFW装置において、
FWロータ2が低速回転しているときは、図示しない回
転速度検出器からの速度信号によって、ピニオン9eが
所望の方向に回転してラック9cを螺合移動させ、支持
棒9bを下方へ移動させる。これによって、ステータ5
が下方に移動してギャップgの間隙を短くする。する
と、ロータ4とステータ5との間の磁束φが増加して、
前述の式(1)から明らかなように誘起電圧Eが増加す
る。さらに、前述の式(2)から分かるように誘起電圧
Eの増加によってトルクTも増加する。このようにし
て、低速回転時は、自動的にギャップgを小さくするこ
とによって、トルクを大きくすることができると共に、
所望の電圧値の誘起電圧を発生させることができる。
In the FW device configured as described above,
When the FW rotor 2 is rotating at a low speed, the pinion 9e rotates in a desired direction to screw the rack 9c and move the support rod 9b downward by a speed signal from a rotation speed detector (not shown). . Thereby, the stator 5
Moves downward to shorten the gap g. Then, the magnetic flux φ between the rotor 4 and the stator 5 increases,
As is clear from the above equation (1), the induced voltage E increases. Further, as can be seen from the above equation (2), the torque T also increases as the induced voltage E increases. In this way, at the time of low-speed rotation, the torque can be increased by automatically reducing the gap g,
An induced voltage having a desired voltage value can be generated.
【0034】次に、FWロータ2が高速回転になったと
きは、図示しない回転速度検出器からの速度信号によっ
て、ピニオン9eが所望の方向に回転してラック9cを
螺合移動させ、支持棒9bを上方へ移動させる。これに
よって、ステータ5が上方に移動してギャップgの間隙
を長くする。すると、ロータ4とステータ5との間の磁
束φが減少して誘起電圧Eを減少させる。すなわち、高
速回転時に、前述の従来技術で述べたような弱め界磁電
流を流さなくても、磁束φの減少によって自動的に誘起
電圧を所望の値に減少させ、且つ所望のトルクを発生さ
せることもできる。このようにして、高速回転時は、自
動的にギャップgを大きくすることによって、過大な誘
起電圧の発生を防止すると共に、弱め界磁電流を流さな
いので電力効率を低下させることもなくなる。
Next, when the FW rotor 2 is rotated at a high speed, the pinion 9e is rotated in a desired direction by a speed signal from a rotation speed detector (not shown), and the rack 9c is screwed and moved. 9b is moved upward. As a result, the stator 5 moves upward to lengthen the gap g. Then, the magnetic flux φ between the rotor 4 and the stator 5 decreases, and the induced voltage E decreases. That is, during high-speed rotation, the induced voltage is automatically reduced to a desired value and a desired torque is generated by reducing the magnetic flux φ without flowing the field weakening current as described in the above-described related art. You can also. In this manner, at the time of high-speed rotation, by automatically increasing the gap g, the occurrence of an excessive induced voltage is prevented, and since the field-weakening current does not flow, the power efficiency is not reduced.
【0035】尚、位置調整器9によるギャップgの調整
は1〜2mm程度であるので、ラックとピニオンの機構
は螺合部分にガタのないような構成にし、ボールネジの
ピッチ間隔は数十ミクロン程度以下にする必要がある。
勿論、ラックとピニオンの機構に限ることはなく、数ミ
クロンないし数十ミクロンの精度でステータを上下移動
きるような構成であればどのような機構を用いても構わ
ない。
Since the adjustment of the gap g by the position adjuster 9 is about 1 to 2 mm, the mechanism of the rack and the pinion has a structure in which there is no play in the threaded portion, and the pitch interval between the ball screws is about several tens of microns. It must be:
Of course, the mechanism is not limited to the rack and pinion mechanism, and any mechanism may be used as long as it can move the stator up and down with an accuracy of several microns to several tens of microns.
【0036】また、上記の実施の形態ではステータ5を
上下してギャップgを調整する場合について述べたが、
短絡コア6’のみを位置調整器9によって上下移動して
も、磁束φを増減させて上記の実施の形態と同様の作用
効果を呈することができる。但し、この場合は、ステー
タ5の冷却効果について考慮する必要がある。
In the above embodiment, the case where the gap g is adjusted by moving the stator 5 up and down has been described.
Even if only the short-circuit core 6 ′ is moved up and down by the position adjuster 9, the magnetic flux φ can be increased or decreased, and the same operation and effect as in the above embodiment can be exhibited. However, in this case, it is necessary to consider the cooling effect of the stator 5.
【0037】また、図1に示した本発明におけるFW装
置の実施の形態では、ステータ5を鉄心のないコアレス
で構成したが、これは高速回転時の高周波電流による渦
電流損や鉄損を減らすためである。しかし、コア付きの
ステータを用いても本発明が適用できることはいうまで
もない。また、ステータコイルの巻線方式は集中巻き、
分布巻きの何れでも構わない。さらに、図1では、アキ
シャルギャップモータが一段のもので構成したが、FW
ロータ2と短絡コア6とロータ4とステータ5と短絡コ
ア6’とを組み合わせたアキシャルギャップモータを多
段に組み合わせて構成しても本発明を適用することがで
きる。また、図1におけるロータ4の構成は、図2
(a)に示すような永久磁石を8極に構成したものに限
ることはなく、2極、6極…などの構成であっても構わ
ない。
Further, in the embodiment of the FW device according to the present invention shown in FIG. 1, the stator 5 is constituted by a coreless having no iron core, but this reduces eddy current loss and iron loss due to high-frequency current during high-speed rotation. That's why. However, it goes without saying that the present invention can be applied even when a stator with a core is used. In addition, the winding method of the stator coil is concentrated winding,
Any of distributed winding may be used. Further, in FIG. 1, the axial gap motor is constituted by a single-stage motor.
The present invention can also be applied to a multi-stage axial gap motor in which the rotor 2, the short-circuit core 6, the rotor 4, the stator 5, and the short-circuit core 6 'are combined. The configuration of the rotor 4 in FIG.
The permanent magnet as shown in (a) is not limited to the one having eight poles, but may have two poles, six poles, and so on.
【0038】また、アキシャルギャップ調整による磁束
φの増減とは直接的には関係ないが、上記のように構成
された電力貯蔵用FW装置は、アキシャルギャップ式電
動発電機を用いているため、FWロータ2の回転軸1が
偏心しても、ラジアル方向に磁気吸引力は発生しない。
このため、ラジアルギャップ式電動発電機を用いた場合
に比へて、ラジアル荷重を大幅に軽減することができ
る。さらに、回転軸1が偏心した場合、電動発電機が生
じる磁気エネルギーの強弱関係により、ラジアル方向へ
の自動調心性が発生するため、ラジアル荷重をさらに軽
減することができる。
Although the increase / decrease of the magnetic flux φ due to the adjustment of the axial gap is not directly related to the above, the FW apparatus for storing electric power configured as described above uses the axial gap type motor generator, so Even if the rotating shaft 1 of the rotor 2 is eccentric, no magnetic attraction is generated in the radial direction.
Therefore, the radial load can be significantly reduced as compared with the case where the radial gap type motor generator is used. Further, when the rotating shaft 1 is eccentric, self-alignment in the radial direction occurs due to the strength of magnetic energy generated by the motor generator, so that the radial load can be further reduced.
【0039】また、アキシャルギャップ式電動発電機の
構成により、従来のラジアルギャップ式電動発電機を用
いた場合に比へて、FWロータ2の回転軸1の全長を短
くすることができるため、高速回転時の軸振動を軽減す
ることができると共に剛性による破損の虞を軽減するこ
とができる。さらに、アキシャルギャップ式電動発電機
を回転軸1の上方に位置させることにより、永久磁石7
と超電導磁石8の磁力だけで支えていたスラスト荷重を
電動発電機による磁気吸引力で補うことができる。ある
いは、磁気吸引力の強弱を調節することにより、FWロ
ータ2の超電導磁石8からの浮上ギャップ長を調整する
ことが可能となる。尚、超電導磁石8は永久磁石であっ
てもよい。また、スラスト荷重を、FWロータ2を浮上
させる永久磁石7と超電導磁石8の磁力で支えるのでな
く、軸受3,3’だけでで支えるようにすることもでき
る。
The axial gap motor generator can reduce the total length of the rotary shaft 1 of the FW rotor 2 as compared with the case of using the conventional radial gap motor generator. The shaft vibration during rotation can be reduced, and the possibility of breakage due to rigidity can be reduced. Further, by positioning the axial gap type motor generator above the rotating shaft 1, the permanent magnet 7
The thrust load supported only by the magnetic force of the superconducting magnet 8 can be supplemented by the magnetic attraction force of the motor generator. Alternatively, by adjusting the strength of the magnetic attraction force, the floating gap length of the FW rotor 2 from the superconducting magnet 8 can be adjusted. The superconducting magnet 8 may be a permanent magnet. Further, the thrust load can be supported only by the bearings 3 and 3 ′ instead of being supported by the magnetic force of the permanent magnet 7 and the superconducting magnet 8 for floating the FW rotor 2.
【0040】また、永久磁石タイプの電動発電機を使用
することにより、銅損、鉄損を低減でき、真空中におけ
るFWロータ2の冷却の必要性を低減できる。さらに、
電動発電機のステータ5を鉄心の無いコアレス型とする
ことにより、鉄損をさらに低減することができ、電動発
電機の電力効率を一層向上させることができる。また、
従来のラジアルギャップ式電動発電機は、高速で回転す
ると、力を発生させるギャップ部分に遠心力がかかるた
め、磁石等の飛散防止の問題と電気磁気的な最適性の問
題とのトレードオフの関係により、最適な構造とするた
めの制限があった。しかし、本発明のアキシャルギャッ
プ式電動発電機は、力を発生するスラスト方向のギャッ
プ面と遠心力を受けるラジアル方向の強度支え面を別々
に設計できるため、電気的機械的に最適な構造をそれぞ
れ分離して、超高速、高出力に設計することが可能とな
る。
By using a permanent magnet type motor generator, copper loss and iron loss can be reduced, and the necessity of cooling the FW rotor 2 in a vacuum can be reduced. further,
By making the stator 5 of the motor generator a coreless type having no iron core, iron loss can be further reduced, and the power efficiency of the motor generator can be further improved. Also,
In conventional radial gap type motor generators, when rotating at high speed, centrifugal force is applied to the gap that generates the force, so the trade-off between the problem of preventing scattering of magnets and the like and the problem of electromagnetic optimality As a result, there is a restriction for obtaining an optimum structure. However, the axial gap type motor generator of the present invention can separately design the gap surface in the thrust direction that generates the force and the strength support surface in the radial direction that receives the centrifugal force. Separately, it is possible to design with ultra-high speed and high output.
【0041】以上述べた実施の形態は本発明を説明する
ための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が
可能である。例えば、上記の実施の形態では、アキシャ
ルギャップ式の同期電動発電機を電力貯蔵用フライホイ
ール装置に適用した場合について述べたが、これに限る
ことはなく、例えば、風車用発電機に適用して風速で回
転速度が変わった場合に、位置調整器によってギャップ
を調整して最適電圧を発生させるようにすることもでき
る。あるいは、電気自動車用電動機ホイールインモータ
発電機や、バッテリを電源とする電動発電機などに適用
して、入力電圧に応じて位置調整器によってギャップを
調整して最適電圧を発生させるようにすることもでき
る。または、マイクロガスタービン直結の高速発電機に
適用することもできる。
The embodiment described above is an example for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the invention. is there. For example, in the above-described embodiment, a case has been described in which the axial gap type synchronous motor generator is applied to the power storage flywheel device.However, the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, a wind turbine generator. When the rotation speed changes due to the wind speed, the gap may be adjusted by the position adjuster to generate an optimum voltage. Alternatively, the present invention is applied to a wheel-in motor generator for an electric vehicle, a motor generator using a battery as a power source, and the like, and a gap is adjusted by a position adjuster according to an input voltage to generate an optimum voltage. Can also. Alternatively, the present invention can be applied to a high-speed generator directly connected to a micro gas turbine.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるア
キシャルギャップ式の同期電動発電機によれば、低速回
転の時はロータとステータとの間のアキシャルギャップ
が自動的に狭くなって磁束が増加するので、トルクを増
やしたり高い電圧を発電することができる。また、高速
回転の時は、ロータとステータとの間のアキシャルギャ
ップが自動的に広くなって磁束が減少するので、弱め界
磁電流を流さなくても発電電圧を所望の値に調整するこ
とができる。しかも、弱め界磁電流による無効電流が流
れないため、力率が向上して発電効率を高めることがで
きる。
As described above, according to the axial gap type synchronous motor generator of the present invention, at low speed rotation, the axial gap between the rotor and the stator is automatically narrowed and the magnetic flux is increased. Therefore, it is possible to increase the torque or generate a high voltage. Also, during high-speed rotation, the axial gap between the rotor and the stator is automatically widened and the magnetic flux is reduced, so that the generated voltage can be adjusted to a desired value without passing a field weakening current. it can. Moreover, since no reactive current due to the field weakening current flows, the power factor can be improved and the power generation efficiency can be increased.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】 本発明の一実施の形態に係る電力貯蔵用FW
装置の構成を示す側断面図である。
FIG. 1 is a power storage FW according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view showing the configuration of the device.
【図2】 従来技術におけるアキシャルギャップ型の電
動発電機をFW装置に適用した場合のイメージ構造図で
あり、(a)は永久磁石ロータの上面図、(b)はFW
装置の断面構造図である。
FIGS. 2A and 2B are image structure diagrams when an axial gap type motor generator according to a conventional technique is applied to a FW device, wherein FIG. 2A is a top view of a permanent magnet rotor, and FIG.
It is sectional drawing of an apparatus.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1 回転軸 2 FWロータ 3、3’軸受 4 ロータ 5 ステータ 6、6’短絡コア 7 永久磁石 8 超電導磁石 9 位置調整器 9a 固定部材 9b 支持棒 9c ラック 9d ケース 9e ピニオン g、g’ギャップ Reference Signs List 1 rotating shaft 2 FW rotor 3, 3 'bearing 4 rotor 5 stator 6, 6' short-circuit core 7 permanent magnet 8 superconducting magnet 9 position adjuster 9a fixing member 9b support rod 9c rack 9d case 9e pinion g, g 'gap
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森本 雅之 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道1番地 三菱重工業株式会社産業機器事業部内 (72)発明者 河島 裕 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 南 正晴 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 長屋 重夫 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の1 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 鹿島 直二 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の1 中部電力株式会社電力技術研究所内 Fターム(参考) 5H604 BB01 BB03 BB13 CC01 CC04 CC20 5H607 AA12 AA14 BB01 BB02 BB07 BB13 BB21 BB23 BB25 CC01 CC05 DD01 DD14 EE41 EE42 EE54 FF21 FF24 FF26 FF33 GG02 GG09 GG19 GG23 5H621 AA03 BB01 BB02 BB06 BB07 HH01 JK13 JK17 PP02 5H622 AA03 CA02 CA10 CB01 PP03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masayuki Morimoto 1st Takamichi, Iwazuka-cho, Nakamura-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Industrial Equipment Division (72) Inventor Hiroshi Kawashima 2-chome, Araimachi, Takarai City, Hyogo 1-1 1-1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Plant (72) Inventor Masaharu Minami 2-1-1, Araimachi, Takasago-shi, Hyogo Prefecture Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Takasago Research Laboratory (72) Inventor Shigeo Nagaya Midori-ku, Nagoya-shi, Aichi Prefecture 20-1 Kita-Sanzan, Otaka-cho, Chubu Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Naoji Kashima 20-1, Kita-Sekiyama, Odaka-cho, Midori-ku, Nagoya-shi, Aichi, Japan Chubu Electric Power Co., Inc. F term (reference) 5H604 BB01 BB03 BB13 CC01 CC04 CC20 5H607 AA12 AA14 BB01 BB02 BB07 BB13 BB21 BB23 BB25 CC01 CC05 DD01 DD14 EE41 E E42 EE54 FF21 FF24 FF26 FF33 GG02 GG09 GG19 GG23 5H621 AA03 BB01 BB02 BB06 BB07 HH01 JK13 JK17 PP02 5H622 AA03 CA02 CA10 CB01 PP03

Claims (12)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 回転軸に支持され、該回転軸の周りに永
    久磁石を備えた回転子と、前記永久磁石に対向して、前
    記回転軸に平行なアキシャルギャップを設けて配置され
    た固定子とによって構成された同期電動発電機におい
    て、 前記アキシャルギャップの間隙を可変する方向に前記固
    定子を移動させる位置調整手段を備え、 前記位置調整手段が、前記回転子の回転速度に応じて前
    記固定子の位置を可変するように構成されたことを特徴
    とする同期電動発電機。
    1. A rotor supported by a rotating shaft and provided with a permanent magnet around the rotating shaft, and a stator opposed to the permanent magnet and provided with an axial gap parallel to the rotating shaft. And a position adjusting means for moving the stator in a direction in which a gap of the axial gap is varied, wherein the position adjusting means fixes the fixed member in accordance with a rotation speed of the rotor. A synchronous motor generator configured to change a position of a child.
  2. 【請求項2】 前記位置調整手段は、 前記回転子が所定の回転数より遅い低速回転時におい
    て、前記アキシャルギャップの間隙を短くするように前
    記固定子を移動させ、 前記回転子が所定の回転数より早い高速回転時におい
    て、前記アキシャルギャップの間隙を長くするように前
    記固定子を移動させることを特徴とする請求項1に記載
    の同期電動発電機。
    2. The position adjusting means moves the stator so as to shorten the gap of the axial gap when the rotor is rotating at a low speed lower than a predetermined number of rotations. 2. The synchronous motor generator according to claim 1, wherein at a high-speed rotation faster than a number, the stator is moved so as to lengthen the gap of the axial gap. 3.
  3. 【請求項3】 前記固定子は、コアにコイルが巻回され
    ていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載
    の同期電動発電機。
    3. The synchronous motor generator according to claim 1, wherein the stator has a coil wound around a core.
  4. 【請求項4】 前記固定子は、コアレスでコイルが巻回
    されていることを特徴とする請求項1または請求項2に
    記載の同期電動発電機。
    4. The synchronous motor generator according to claim 1, wherein the stator has a coreless coil wound.
  5. 【請求項5】 前記コイルは、集中巻きまたは分布巻き
    の何れかで巻回されていることを特徴とする請求項3ま
    たは請求項4に記載の同期電動発電機。
    5. The synchronous motor generator according to claim 3, wherein the coil is wound in one of concentrated winding and distributed winding.
  6. 【請求項6】 前記アキシャルギャップを設けて配置さ
    れている前記回転子と前記固定子とによる電動機構成
    は、複数段によって構成されていることを特徴とする請
    求項1〜請求項5のいずれかに記載の同期電動発電機。
    6. The motor configuration according to claim 1, wherein the rotor and the stator arranged with the axial gap are provided in a plurality of stages. Synchronous motor-generator according to 1.
  7. 【請求項7】 前記回転子に備えられた永久磁石は、2
    極以上の任意の偶数極で構成されていることを特徴とす
    る請求項1〜請求項6のいずれかに記載の同期電動発電
    機。
    7. A permanent magnet provided in the rotor,
    The synchronous motor generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the synchronous motor generator is configured with an arbitrary number of even poles equal to or more than the pole.
  8. 【請求項8】 風車型発電機、フライホイル型電動発電
    機、電気自動車用電動発電機、バッテリを電源とする電
    動発電機、マイクロガスタービン型発電機の何れかに用
    いられることを請求項1〜請求項7のいずれかに記載の
    同期電動発電機。
    8. The method according to claim 1, which is used for any of a wind turbine type generator, a flywheel type motor generator, a motor generator for an electric vehicle, a motor generator using a battery as a power source, and a micro gas turbine type generator. The synchronous motor generator according to claim 7.
  9. 【請求項9】 回転軸に支持された回転盤を電動機によ
    り回転させることで電力貯蔵を行なう電力貯蔵用フライ
    ホイール装置において、 前記回転盤の前記回転軸周囲に配置された第1の永久磁
    石を備える前記電動機の回転子と、 前記第1の永久磁石に対向して、前記回転軸に平行なア
    キシャルギャップを設けて配置された前記電動機の固定
    子と、 ラジアル荷重を支持する軸受と、 前記回転盤の他面に配置された第2の永久磁石と、 前記回転盤を磁気浮上させるため、前記第2の永久磁石
    と対向して前記回転軸方向に所定のギャップを有するよ
    うに配置された超電導磁石と、 前記アキシャルギャップの間隙を可変する方向に前記固
    定子を移動させる位置調整手段とを具備し、 前記位置調整手段が、前記回転盤の回転速度に応じて前
    記固定子の位置を可変するように構成されたことを特徴
    とする電力貯蔵用フライホイール装置。
    9. An electric power storage flywheel device for storing electric power by rotating a rotating disk supported by a rotating shaft with an electric motor, wherein a first permanent magnet arranged around the rotating shaft of the rotating disk is provided. A rotor of the electric motor, a stator of the electric motor arranged so as to be opposed to the first permanent magnet and having an axial gap parallel to the rotation axis, a bearing for supporting a radial load, A second permanent magnet disposed on the other surface of the disk; and a superconducting electrode disposed to face the second permanent magnet and to have a predetermined gap in the direction of the rotation axis in order to magnetically levitate the rotating disk. A magnet, and position adjusting means for moving the stator in a direction in which the gap of the axial gap is varied, wherein the position adjusting means adjusts a position of the stator in accordance with a rotation speed of the turntable. Position energy storage flywheel apparatus characterized by being configured to vary the.
  10. 【請求項10】 前記固定子はコアレスでコイルが巻回
    されていることを特徴とする請求項9に記載の電力貯蔵
    用フライホイール装置。
    10. The power storage flywheel device according to claim 9, wherein the stator is coreless and a coil is wound.
  11. 【請求項11】 前記超電導磁石が永久磁石であること
    を特徴とする請求項9に記載の電力貯蔵用フライホイー
    ル装置。
    11. The power storage flywheel device according to claim 9, wherein the superconducting magnet is a permanent magnet.
  12. 【請求項12】 前記固定子はコアレスでコイルが巻回
    され、前記超電導磁石が永久磁石であることを特徴とす
    る請求項9に記載の電力貯蔵用フライホイール装置。
    12. The power storage flywheel device according to claim 9, wherein the stator has a coreless coil wound thereon, and the superconducting magnet is a permanent magnet.
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