JP2002303257A - フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 - Google Patents
フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法Info
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- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
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- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
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- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
- F16C2361/55—Flywheel systems
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】フライホイールを含む回転体の超高速回転を可
能とし、フライホイールエネルギー貯蔵装置の小型軽量
化及び回転安定化を実現する。 【解決手段】回転軸については、金属材料を用いた金属
製中空回転軸に高弾性高引張強度の複合材料製中空円柱
を外嵌して、超高速回転に耐えられる様に遠心破壊強度
を強化した、竪形強化中空回転軸４とする。磁気軸受に
ついては、其の回転子を竪型強化中空回転軸４の中空部
に内接する様に嵌挿する事で遠心破壊強度を強化した、
強化回転子のアキシャル型磁気軸受６並びにアウターロ
ータの、ラジアル型上部磁気軸受７及びラジアル型下部
磁気軸受９とする。発電電動機についても、磁気軸受と
同様、回転子を竪型強化中空回転軸４の中空部に内接・
嵌挿して遠心破壊強度を強化したアウターロータの発電
電動機８とする。
能とし、フライホイールエネルギー貯蔵装置の小型軽量
化及び回転安定化を実現する。 【解決手段】回転軸については、金属材料を用いた金属
製中空回転軸に高弾性高引張強度の複合材料製中空円柱
を外嵌して、超高速回転に耐えられる様に遠心破壊強度
を強化した、竪形強化中空回転軸４とする。磁気軸受に
ついては、其の回転子を竪型強化中空回転軸４の中空部
に内接する様に嵌挿する事で遠心破壊強度を強化した、
強化回転子のアキシャル型磁気軸受６並びにアウターロ
ータの、ラジアル型上部磁気軸受７及びラジアル型下部
磁気軸受９とする。発電電動機についても、磁気軸受と
同様、回転子を竪型強化中空回転軸４の中空部に内接・
嵌挿して遠心破壊強度を強化したアウターロータの発電
電動機８とする。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、フライホイールの
回転エネルギーを利用するエネルギー貯蔵装置並びにそ
の構成要素のコンテインメント、固定軸、回転軸、磁気
軸受、フライホイール及び発電電動機の機械設計法に関
するものである。
回転エネルギーを利用するエネルギー貯蔵装置並びにそ
の構成要素のコンテインメント、固定軸、回転軸、磁気
軸受、フライホイール及び発電電動機の機械設計法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、コンテインメント内に立設す
る固定軸を中心に非接触で浮上して回転する金属材料の
回転軸を用いた回転機は、回転軸の遠心破壊強度からく
る回転数制約が、回転機全体の体格に強く影響し、小型
軽量化のままならない要因の一つとなっている。
る固定軸を中心に非接触で浮上して回転する金属材料の
回転軸を用いた回転機は、回転軸の遠心破壊強度からく
る回転数制約が、回転機全体の体格に強く影響し、小型
軽量化のままならない要因の一つとなっている。
【０００３】そこで、コンテインメント内に立設する固
定軸を中心に非接触で浮上して回転する回転体のあるフ
ライホイールエネルギー貯蔵装置においても、回転体の
回転数制約となる回転軸をはじめ磁気軸受の回転子及び
発電電動機の回転子において、夫々使用材料の選定に苦
慮し、材料開発のみならず、応力分布の改善なども含め
た研究が進められている。
定軸を中心に非接触で浮上して回転する回転体のあるフ
ライホイールエネルギー貯蔵装置においても、回転体の
回転数制約となる回転軸をはじめ磁気軸受の回転子及び
発電電動機の回転子において、夫々使用材料の選定に苦
慮し、材料開発のみならず、応力分布の改善なども含め
た研究が進められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来から提案
されて来た対応は、材料として高価、加工困難、磁性問
題等、また設計上の皺寄せを他に転嫁する等があって抜
本的な解決に至っていない。
されて来た対応は、材料として高価、加工困難、磁性問
題等、また設計上の皺寄せを他に転嫁する等があって抜
本的な解決に至っていない。
【０００５】前記、回転数制約は、フライホイールの高
エネルギー密度化によってコスト低減を図る場合、勢
い、大形化を招き、これが炭素繊維強化プラスチックの
大形成型加工技術の制約、大型製品の道路輸送制約或い
は小型軽量化要求の厳しい車載制約等に掛かって、フラ
イホイールエネルギー貯蔵装置の実用化を妨げている。
エネルギー密度化によってコスト低減を図る場合、勢
い、大形化を招き、これが炭素繊維強化プラスチックの
大形成型加工技術の制約、大型製品の道路輸送制約或い
は小型軽量化要求の厳しい車載制約等に掛かって、フラ
イホイールエネルギー貯蔵装置の実用化を妨げている。
【０００６】本発明は、前記、フライホイールエネルギ
ー貯蔵装置の回転体の回転数制約を大幅に緩和して、フ
ライホイールエネルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転
安定化に、最適設計解を得るために必要な、構成要素相
互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、フライホイール
並びに発電電動機の設計方法を提供する。
ー貯蔵装置の回転体の回転数制約を大幅に緩和して、フ
ライホイールエネルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転
安定化に、最適設計解を得るために必要な、構成要素相
互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、フライホイール
並びに発電電動機の設計方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載のフライホイールエネルギー貯蔵装
置は、縦立の円柱状の外筐を形成するコンテインメン
ト、コンテインメント内に立設した固定軸並びに固定軸
を中心に非接触で浮上して回転する回転体により構成す
る。回転体は、竪形の中空回転軸、中空回転軸に外嵌し
たフライホイール並びに中空回転軸の中空部に内接する
様に嵌挿して竪方向に配設したアキシャル型磁気軸受、
ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、及びラジアル型
下部磁気軸受の各回転子により構成する。アキシャル型
磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機及びラ
ジアル型下部磁気軸受の各固定子は、夫々、前記、固定
軸に締結して竪方向に配設し、非接触で浮上する竪形の
中空回転軸の中空部に内接する様に嵌挿して竪方向に配
設したアキシャル型磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸
受、発電電動機及びラジアル型下部磁気軸受の各回転子
と夫々対置する。固定軸は、前記縦立の円柱状のコンテ
インメント内に立設した中空の軸で中空部には電線ケー
ブルの布設用内管、並びに冷却媒体の流路用内管を内設
する。前記のコンテインメント内における各回転子並び
に固定子の竪方向の配列順は、上からアキシャル型磁気
軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、ラジアル
型下部磁気軸受の順序とする。フライホイールエネルギ
ー貯蔵装置は、以上の構成要素と構成要素の組立て方法
を用いて全体を構成する事を特徴とする。
め、請求項１に記載のフライホイールエネルギー貯蔵装
置は、縦立の円柱状の外筐を形成するコンテインメン
ト、コンテインメント内に立設した固定軸並びに固定軸
を中心に非接触で浮上して回転する回転体により構成す
る。回転体は、竪形の中空回転軸、中空回転軸に外嵌し
たフライホイール並びに中空回転軸の中空部に内接する
様に嵌挿して竪方向に配設したアキシャル型磁気軸受、
ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、及びラジアル型
下部磁気軸受の各回転子により構成する。アキシャル型
磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機及びラ
ジアル型下部磁気軸受の各固定子は、夫々、前記、固定
軸に締結して竪方向に配設し、非接触で浮上する竪形の
中空回転軸の中空部に内接する様に嵌挿して竪方向に配
設したアキシャル型磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸
受、発電電動機及びラジアル型下部磁気軸受の各回転子
と夫々対置する。固定軸は、前記縦立の円柱状のコンテ
インメント内に立設した中空の軸で中空部には電線ケー
ブルの布設用内管、並びに冷却媒体の流路用内管を内設
する。前記のコンテインメント内における各回転子並び
に固定子の竪方向の配列順は、上からアキシャル型磁気
軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、ラジアル
型下部磁気軸受の順序とする。フライホイールエネルギ
ー貯蔵装置は、以上の構成要素と構成要素の組立て方法
を用いて全体を構成する事を特徴とする。
【０００８】上記の課題を解決するため、請求項２に記
載のフライホイールエネルギー貯蔵装置は、必要な場合
に、請求項１において、前記のコンテインメント内にお
ける各回転子並びに固定子の竪方向の配列順を上からラ
ジアル型上部磁気軸受、発電電動機、ラジアル型下部磁
気軸受、アキシャル型磁気軸受の順序に変更するほか
は、請求項１と同じ構成要素と構成要素の組立て方法を
用いて全体を構成する事を特徴とする。
載のフライホイールエネルギー貯蔵装置は、必要な場合
に、請求項１において、前記のコンテインメント内にお
ける各回転子並びに固定子の竪方向の配列順を上からラ
ジアル型上部磁気軸受、発電電動機、ラジアル型下部磁
気軸受、アキシャル型磁気軸受の順序に変更するほか
は、請求項１と同じ構成要素と構成要素の組立て方法を
用いて全体を構成する事を特徴とする。
【０００９】上記の課題を解決するため、請求項３に記
載の強化中空回転軸は、立設の固定軸を中心に非接触で
浮上して回転する、磁性体の金属材料を用いた金属製中
空回転軸に、前記の金属材料に比し、より高弾性高引張
強度な繊維による繊維強化プラスチック例えば、高弾性
高引張強度炭素繊維による炭素繊維強化プラスチックを
用いた複合材料製中空円柱を外嵌し、前記、金属製中空
回転軸の遠心破壊強度を強化した事を特徴とする。
載の強化中空回転軸は、立設の固定軸を中心に非接触で
浮上して回転する、磁性体の金属材料を用いた金属製中
空回転軸に、前記の金属材料に比し、より高弾性高引張
強度な繊維による繊維強化プラスチック例えば、高弾性
高引張強度炭素繊維による炭素繊維強化プラスチックを
用いた複合材料製中空円柱を外嵌し、前記、金属製中空
回転軸の遠心破壊強度を強化した事を特徴とする。
【００１０】上記の課題を解決するため、請求項４に記
載の強化回転子のアキシャル型磁気軸受は、立設の固定
軸を中心に非接触で浮上して回転する、請求項３に記載
の強化中空回転軸と同一構造の竪形強化中空回転軸を、
回転軸とする回転体を支持するアキシャル型磁気軸受に
おいて、立設の固定軸に締結した固定子を、前記の竪形
強化中空回転軸の中空部に内接する様に嵌挿する事で、
遠心破壊強度の強化された回転子に対置する事を特徴と
する。
載の強化回転子のアキシャル型磁気軸受は、立設の固定
軸を中心に非接触で浮上して回転する、請求項３に記載
の強化中空回転軸と同一構造の竪形強化中空回転軸を、
回転軸とする回転体を支持するアキシャル型磁気軸受に
おいて、立設の固定軸に締結した固定子を、前記の竪形
強化中空回転軸の中空部に内接する様に嵌挿する事で、
遠心破壊強度の強化された回転子に対置する事を特徴と
する。
【００１１】上記の課題を解決するため、請求項５に記
載のアウターロータのラジアル型磁気軸受は、立設の固
定軸を中心に非接触で浮上して回転する、請求項３に記
載の強化中空回転軸と同一構造の竪形強化中空回転軸
を、回転軸とする回転体の安定回転制御を行うラジアル
型磁気軸受において、立設の固定軸に締結した固定子
を、前記の竪形強化中空回転軸の中空部に内接する様に
嵌挿する事で遠心破壊強度の強化された回転子に対置す
る事を特徴とする。
載のアウターロータのラジアル型磁気軸受は、立設の固
定軸を中心に非接触で浮上して回転する、請求項３に記
載の強化中空回転軸と同一構造の竪形強化中空回転軸
を、回転軸とする回転体の安定回転制御を行うラジアル
型磁気軸受において、立設の固定軸に締結した固定子
を、前記の竪形強化中空回転軸の中空部に内接する様に
嵌挿する事で遠心破壊強度の強化された回転子に対置す
る事を特徴とする。
【００１２】上記の課題を解決するため、請求項６に記
載の竪形強化中空回転軸に外嵌したフライホイールは、
立設の固定軸を中心に非接触で浮上して回転する、請求
項３に記載の強化中空回転軸と同一構造の竪形強化中空
回転軸は、金属材料を用いた同一寸法の竪形中空回転軸
に比べ高速回転に耐えるので、同じ外周速の設計で製作
するフライホイールの外径は、後者の金属材料を用いた
竪形中空回転軸に外嵌する場合に比べ、前者の竪形強化
中空回転軸に外嵌する場合が小型となる特徴を用いて設
計製作する
載の竪形強化中空回転軸に外嵌したフライホイールは、
立設の固定軸を中心に非接触で浮上して回転する、請求
項３に記載の強化中空回転軸と同一構造の竪形強化中空
回転軸は、金属材料を用いた同一寸法の竪形中空回転軸
に比べ高速回転に耐えるので、同じ外周速の設計で製作
するフライホイールの外径は、後者の金属材料を用いた
竪形中空回転軸に外嵌する場合に比べ、前者の竪形強化
中空回転軸に外嵌する場合が小型となる特徴を用いて設
計製作する
【００１３】上記の課題を解決するため、請求項７に記
載のアウターロータの発電電動機は、立設の固定軸を中
心に非接触で浮上して回転する、請求項３に記載の強化
中空回転軸と同一構造の竪形強化中空回転軸を、回転軸
とする回転体のエネルギー変換を制御する発電電動機に
おいて、立設の固定軸に締結した固定子を、前記の竪形
強化回転軸の中空部に内接する様に嵌挿する事で遠心破
壊強度の強化された回転子に対置する事を特徴とする。
載のアウターロータの発電電動機は、立設の固定軸を中
心に非接触で浮上して回転する、請求項３に記載の強化
中空回転軸と同一構造の竪形強化中空回転軸を、回転軸
とする回転体のエネルギー変換を制御する発電電動機に
おいて、立設の固定軸に締結した固定子を、前記の竪形
強化回転軸の中空部に内接する様に嵌挿する事で遠心破
壊強度の強化された回転子に対置する事を特徴とする。
【００１４】上記の課題を解決するため、請求項１又は
請求項２に記載のフライホイールエネルギー貯蔵装置
は、必要な場合に、請求項３に記載の強化中空回転軸と
同一構造の竪形強化中空回転軸、請求項４に記載の強化
回転子のアキシャル型磁気軸受と同一構造の強化回転子
のアキシャル型磁気軸受、請求項５に記載のアウターロ
ータのラジアル型磁気軸受と同一構造のアウターロータ
のラジアル型磁気軸受、請求項６に記載の竪形強化中空
回転軸に外嵌したフライホイール、並びに請求項７に記
載のアウターロータの発電電動機と同一構造のアウター
ロータの発電電動機を、夫々、竪形強化中空回転軸は請
求項１又は請求項２に記載の竪形中空回転軸に替えて、
強化回転子のアキシャル型磁気軸受は請求項１又は請求
項２に記載のアキシャル型磁気軸受に替えて、アウター
ロータのラジアル型磁気軸受は請求項１又は請求項２に
記載のラジアル型上部、下部磁気軸受に替えて、竪形強
化中空回転軸に外嵌したフライホイールは請求項１又は
請求項２に記載の竪形中空回転軸に外嵌したフライホイ
ールに替えて、並びにアウターロータの発電電動機は請
求項１又は請求項２に記載の発電電動機に替えて用いる
事を特徴とする。
請求項２に記載のフライホイールエネルギー貯蔵装置
は、必要な場合に、請求項３に記載の強化中空回転軸と
同一構造の竪形強化中空回転軸、請求項４に記載の強化
回転子のアキシャル型磁気軸受と同一構造の強化回転子
のアキシャル型磁気軸受、請求項５に記載のアウターロ
ータのラジアル型磁気軸受と同一構造のアウターロータ
のラジアル型磁気軸受、請求項６に記載の竪形強化中空
回転軸に外嵌したフライホイール、並びに請求項７に記
載のアウターロータの発電電動機と同一構造のアウター
ロータの発電電動機を、夫々、竪形強化中空回転軸は請
求項１又は請求項２に記載の竪形中空回転軸に替えて、
強化回転子のアキシャル型磁気軸受は請求項１又は請求
項２に記載のアキシャル型磁気軸受に替えて、アウター
ロータのラジアル型磁気軸受は請求項１又は請求項２に
記載のラジアル型上部、下部磁気軸受に替えて、竪形強
化中空回転軸に外嵌したフライホイールは請求項１又は
請求項２に記載の竪形中空回転軸に外嵌したフライホイ
ールに替えて、並びにアウターロータの発電電動機は請
求項１又は請求項２に記載の発電電動機に替えて用いる
事を特徴とする。
【００１５】本発明に係る、フライホイールエネルギー
貯蔵装置の最適設計解を得るために必要な、構成要素相
互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、フライホイール
並びに発電電動機の設計方法によれば、フライホイール
エネルギー貯蔵装置におけるフライホイールを含む回転
体の安定な超高速回転を可能とし、フライホイールエネ
ルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転安定化を実現でき
る。
貯蔵装置の最適設計解を得るために必要な、構成要素相
互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、フライホイール
並びに発電電動機の設計方法によれば、フライホイール
エネルギー貯蔵装置におけるフライホイールを含む回転
体の安定な超高速回転を可能とし、フライホイールエネ
ルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転安定化を実現でき
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明が適用されるフラ
イホイールエネルギー貯蔵装置の縦断面図を示してい
る。この図１において、１は縦立の円柱状の外筐を形成
するコンテインメントである。このコンテインメント１
の内には、立設した固定軸２、固定軸２を中心に非接触
で浮上して回転する回転体３が設けられている。
イホイールエネルギー貯蔵装置の縦断面図を示してい
る。この図１において、１は縦立の円柱状の外筐を形成
するコンテインメントである。このコンテインメント１
の内には、立設した固定軸２、固定軸２を中心に非接触
で浮上して回転する回転体３が設けられている。
【００１７】コンテインメント１は、ハイブリッド複合
材料から成り、此処では炭素繊維強化プラスチックの層
１a、金属材料例えば高張力鋼の層１b、および炭素繊維
強化プラスチックの層１c、の三層構造を採っている。
このコンテインメント１の構造は、回転体３が保有する
回転エネルギー量に比例して多層化、強化される。
材料から成り、此処では炭素繊維強化プラスチックの層
１a、金属材料例えば高張力鋼の層１b、および炭素繊維
強化プラスチックの層１c、の三層構造を採っている。
このコンテインメント１の構造は、回転体３が保有する
回転エネルギー量に比例して多層化、強化される。
【００１８】固定軸２は、中空円柱状の金属材料例えば
高張力鋼で構成され、コンテインメント１と一体化され
ている。固定軸２の中空部は、固定軸に締結する装置類
の電源用電線ケーブル並びに冷却用冷媒配管などの通路
として用いる。
高張力鋼で構成され、コンテインメント１と一体化され
ている。固定軸２の中空部は、固定軸に締結する装置類
の電源用電線ケーブル並びに冷却用冷媒配管などの通路
として用いる。
【００１９】回転体３は、竪形強化中空回転軸４、竪形
強化中空回転軸４に外嵌したフライホイール５、竪形強
化中空回転軸４の中空部に内接する様に嵌挿して竪方向
に配設した強化回転子のアキシャル型磁気軸受６の回転
子６b、アウターロータのラジアル型上部磁気軸受７の
回転子７b、アウターロータの発電電動機８の回転子８
b、及びアウターロータのラジアル型下部磁気軸受９の
回転子９bで構成する。
強化中空回転軸４に外嵌したフライホイール５、竪形強
化中空回転軸４の中空部に内接する様に嵌挿して竪方向
に配設した強化回転子のアキシャル型磁気軸受６の回転
子６b、アウターロータのラジアル型上部磁気軸受７の
回転子７b、アウターロータの発電電動機８の回転子８
b、及びアウターロータのラジアル型下部磁気軸受９の
回転子９bで構成する。
【００２０】竪形強化中空回転軸４は、磁性体の金属材
料を用いた金属製中空回転軸４aに、前記金属材料に比
べ、高弾性高引張強度の繊維例えば、炭素繊維を用いた
複合材料の炭素繊維強化プラスチックによる複合材料製
中空円柱４bを外嵌し、前記、金属製中空回転軸４aの遠
心破壊強度を強化してある。因みに、遠心破壊強度を２
倍以上強化する事は比較的容易である。
料を用いた金属製中空回転軸４aに、前記金属材料に比
べ、高弾性高引張強度の繊維例えば、炭素繊維を用いた
複合材料の炭素繊維強化プラスチックによる複合材料製
中空円柱４bを外嵌し、前記、金属製中空回転軸４aの遠
心破壊強度を強化してある。因みに、遠心破壊強度を２
倍以上強化する事は比較的容易である。
【００２１】フライホイール５は、回転軸に竪形強化中
空回転軸４を用いる事によって、回転軸の遠心破壊強度
強化前に比べ、同じ外周速の設計条件で、外径が小型化
されている。因みに、回転軸の遠心破壊強度が２倍以上
強化された場合、同じ外周速の設計条件でフライホイー
ルの外径は半分以下となる。
空回転軸４を用いる事によって、回転軸の遠心破壊強度
強化前に比べ、同じ外周速の設計条件で、外径が小型化
されている。因みに、回転軸の遠心破壊強度が２倍以上
強化された場合、同じ外周速の設計条件でフライホイー
ルの外径は半分以下となる。
【００２２】強化回転子のアキシャル型磁気軸受６の回
転子６bは、竪軸強化中空回転軸４の中空部に内接する
様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図っている。
前記、回転子６bにみられる遠心破壊強度の強化は、フ
ライホイール外周速の増速を図るためのシステム的設計
の一環であり、以下、回転体３の構成要素に係る共通な
設計上の要件を成している。
転子６bは、竪軸強化中空回転軸４の中空部に内接する
様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図っている。
前記、回転子６bにみられる遠心破壊強度の強化は、フ
ライホイール外周速の増速を図るためのシステム的設計
の一環であり、以下、回転体３の構成要素に係る共通な
設計上の要件を成している。
【００２３】アウターロータのラジアル型上部磁気軸受
７の回転子７bは、竪形強化中空回転軸４の中空部に内
接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図って
いる。
７の回転子７bは、竪形強化中空回転軸４の中空部に内
接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図って
いる。
【００２４】アウターロータの発電電動機８の回転子８
bは、竪形強化中空回転軸４の中空部に内接する様に嵌
挿する事で、遠心破壊強度の強化を図っている。
bは、竪形強化中空回転軸４の中空部に内接する様に嵌
挿する事で、遠心破壊強度の強化を図っている。
【００２５】アウターロータのラジアル型下部磁気軸受
９の回転子９bは、竪形強化中空回転軸４の中空部に内
接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図って
いる。
９の回転子９bは、竪形強化中空回転軸４の中空部に内
接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図って
いる。
【００２６】強化回転子のアキシャル型磁気軸受６の固
定子６a、アウターロータのラジアル型上部磁気軸受７
の固定子７a、アウターロータの発電電動機８の固定子
８a、及びアウターロータのラジアル型下部磁気軸受９
の固定子９aの各固定子は、夫々、固定軸２に締結し、
前記、各固定子の記載順序で上から竪方向に配設してあ
り、夫々、竪形強化中空回転軸４の中空部に内接する様
に嵌挿した、各々対応する回転子と対置している。
定子６a、アウターロータのラジアル型上部磁気軸受７
の固定子７a、アウターロータの発電電動機８の固定子
８a、及びアウターロータのラジアル型下部磁気軸受９
の固定子９aの各固定子は、夫々、固定軸２に締結し、
前記、各固定子の記載順序で上から竪方向に配設してあ
り、夫々、竪形強化中空回転軸４の中空部に内接する様
に嵌挿した、各々対応する回転子と対置している。
【００２７】固定軸２に締結したアキシャル方向変位セ
ンサー１０、ラジアル方向変位センサー１１、１２は、
夫々、竪形強化中空回転軸４の中空部に内接する様に嵌
挿して対向した各磁性体と対置している。固定軸２に締
結した回転速度計１３も前記同様、対向した磁性体と対
置している。
ンサー１０、ラジアル方向変位センサー１１、１２は、
夫々、竪形強化中空回転軸４の中空部に内接する様に嵌
挿して対向した各磁性体と対置している。固定軸２に締
結した回転速度計１３も前記同様、対向した磁性体と対
置している。
【００２８】タッチダウンベアリング１４、１５は、竪
形強化中空回転軸４の中空部の両端部に配設されてい
る。何らかの理由で、竪形強化中空回転軸４が、固定軸
２に対する非接触中立位置からアキシャル方向或いはラ
ジアル方向に一定の許容値以上変位した場合に、その両
端部がタッチダウンベアリング１４、１５に接触し、回
転体３の構成要素の破壊を防護する。
形強化中空回転軸４の中空部の両端部に配設されてい
る。何らかの理由で、竪形強化中空回転軸４が、固定軸
２に対する非接触中立位置からアキシャル方向或いはラ
ジアル方向に一定の許容値以上変位した場合に、その両
端部がタッチダウンベアリング１４、１５に接触し、回
転体３の構成要素の破壊を防護する。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る、フライホイールエネルギ
ー貯蔵装置の最適設計解を得るために必要な、構成要素
相互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、フライホイー
ル並びに発電電動機の設計方法によれば、フライホイー
ルエネルギー貯蔵装置におけるフライホイールを含む回
転体の安定な超高速回転を可能とし、フライホイールエ
ネルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転安定化を実現で
きる。
ー貯蔵装置の最適設計解を得るために必要な、構成要素
相互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、フライホイー
ル並びに発電電動機の設計方法によれば、フライホイー
ルエネルギー貯蔵装置におけるフライホイールを含む回
転体の安定な超高速回転を可能とし、フライホイールエ
ネルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転安定化を実現で
きる。
【図１】 本発明に係るフライホイールエネルギー貯蔵
装置の縦断面図である。
装置の縦断面図である。
１ コンテインメント ２ 固定軸 ３ 回転体 ４ 竪形強化中空回転軸 ５ フライホイール ６ 強化回転子のアキシャル型磁気軸受 ７ アウターロータのラジアル型上部磁気軸受 ８ アウターロータの発電電動機 ９ アウターロータのラジアル型下部磁気軸受
Claims (8)
- 【請求項１】フライホイールエネルギー貯蔵装置は、縦
立の円柱状の外筐を形成するコンテインメント、コンテ
インメント内に立設した固定軸並びに固定軸を中心に非
接触で浮上して回転する回転体により構成する。回転体
は、竪形中空回転軸、竪型中空回転軸に外嵌したフライ
ホイール並びに竪型中空回転軸の中空部に内接する様に
嵌挿して竪方向に配設したアキシャル型磁気軸受、ラジ
アル型上部磁気軸受、発電電動機、及びラジアル型下部
磁気軸受の各回転子により構成する。 アキシャル型磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電
電動機及びラジアル型下部磁気軸受の各固定子は、夫
々、前記、固定軸に締結して竪方向に配設し、非接触で
浮上する竪形の中空回転軸の中空部に内接する様に嵌挿
して竪方向に配設したアキシャル型磁気軸受、ラジアル
型上部磁気軸受、発電電動機及びラジアル型下部磁気軸
受の各回転子と夫々対置する。固定軸は、前記縦立の円
柱状のコンテインメント内に立設した中空の軸で中空部
には電線ケーブルの布設用内管、並びに冷却媒体の流路
用内管を内設する。前記のコンテインメント内における
各回転子並びに固定子の竪方向の配列順は、上からアキ
シャル型磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動
機、ラジアル型下部磁気軸受の順序とする。以上の構成
要素と構成要素の組立て方法を用いて全体を構成する事
を特徴とするフライホイールエネルギー貯蔵装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記のコンテインメン
ト内における各回転子並びに固定子の竪方向の配列順を
上からラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、ラジアル
型下部磁気軸受、アキシャル型磁気軸受の順序に変更す
るほかは、請求項１と同じ構成要素と構成要素の組立て
方法を用いて全体を構成する事を特徴とするフライホイ
ールエネルギー貯蔵装置。 - 【請求項３】立設の固定軸を中心に非接触で浮上して回
転する、磁性体の金属材料を用いた金属製中空回転軸
に、前記の金属材料に比し、より高弾性高引張強度な繊
維による繊維強化プラスチック例えば、高弾性高引張強
度炭素繊維による炭素繊維強化プラスチックを用いた複
合材料製中空円柱を外嵌し、前記、金属製中空回転軸の
遠心破壊強度を強化した事を特徴とする強化中空回転
軸。 - 【請求項４】立設の固定軸を中心に非接触で浮上して回
転する、請求項３に記載の強化中空回転軸と同一構造の
竪形強化中空回転軸を、回転軸とする回転体を支持する
アキシャル型磁気軸受において、立設の固定軸に締結し
た固定子を、前記の竪形強化中空回転軸の中空部に内接
する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化された回転
子に対置する事を特徴とする強化回転子のアキシャル型
磁気軸受。 - 【請求項５】立設の固定軸を中心に非接触で浮上して回
転する、請求項３に記載の強化中空回転軸と同一構造の
竪形強化中空回転軸を、回転軸とする回転体の安定回転
制御を行うラジアル型磁気軸受において、立設の固定軸
に締結した固定子を、前記の竪形強化中空回転軸の中空
部に内接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化さ
れた回転子に対置する事を特徴とするアウターロータの
ラジアル型磁気軸受。 - 【請求項６】立設の固定軸を中心に非接触で浮上して回
転する、請求項３に記載の強化中空回転軸と同一構造の
竪形強化中空回転軸は、金属材料を用いた同一寸法の竪
形中空回転軸に比べ高速回転に耐えるので、同じ外周速
の設計で製作するフライホイールの外径は、後者の金属
材料を用いた竪形中空回転軸に外嵌する場合に比べ、前
者の竪形強化中空回転軸に外嵌する場合が小型となる特
徴を用いて設計製作する竪形強化中空回転軸に外嵌した
フライホイール。 - 【請求項７】立設の固定軸を中心に非接触で浮上して回
転する、請求項３に記載の強化中空回転軸と同一構造の
竪形強化中空回転軸を、回転軸とする回転体のエネルギ
ー変換を制御する発電電動機において、立設の固定軸に
締結した固定子を、前記の竪形強化回転軸の中空部に内
接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化された回
転子に対置する事を特徴とするアウターロータの発電電
動機。 - 【請求項８】請求項３に記載の強化中空回転軸と同一構
造の竪形強化中空回転軸、請求項４に記載の強化回転子
のアキシャル型磁気軸受と同一構造の強化回転子のアキ
シャル型磁気軸受、請求項５に記載のアウターロータの
ラジアル型磁気軸受と同一構造のアウターロータのラジ
アル型磁気軸受、請求項６に記載の竪形強化中空回転軸
に外嵌したフライホイール、並びに請求項７に記載のア
ウターロータの発電電動機と同一構造のアウターロータ
の発電電動機を、夫々、竪形強化中空回転軸は請求項１
又は請求項２に記載の竪形中空回転軸に替えて、強化回
転子のアキシャル型磁気軸受は請求項１又は請求項２に
記載のアキシャル型磁気軸受に替えて、アウターロータ
のラジアル型磁気軸受は請求項１又は請求項２に記載の
ラジアル型上部、下部磁気軸受に替えて、竪形強化中空
回転軸に外嵌したフライホイールは請求項１又は請求項
２に記載の竪形中空回転軸に外嵌したフライホイールに
替えて、並びにアウターロータの発電電動機は請求項１
又は請求項２に記載の発電電動機に替えて用いる事を特
徴とする請求項１又は請求項２に記載のフライホイール
エネルギー貯蔵装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001108628A JP4619566B2 (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001108628A JP4619566B2 (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002303257A true JP2002303257A (ja) | 2002-10-18 |
| JP4619566B2 JP4619566B2 (ja) | 2011-01-26 |
Family
ID=18960728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001108628A Expired - Fee Related JP4619566B2 (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4619566B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005233382A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Koyo Seiko Co Ltd | 磁気軸受装置 |
| GB2462489A (en) * | 2008-08-12 | 2010-02-17 | Managed Technologies Ltd | A flywheel kinetic energy recovery and storage apparatus |
| WO2013096946A1 (en) | 2011-12-24 | 2013-06-27 | Rotonix Usa, Inc. | Electromechanical flywheel cooling system |
| US8729769B2 (en) | 2011-06-10 | 2014-05-20 | Seiko Epson Corporation | Electromechanical device, robot, movable body, and method of manufacturing electromechanical device |
| JP2015513034A (ja) * | 2012-03-15 | 2015-04-30 | ロトニックス ホンコン リミテッド | 安全装置を有する電気機械式フライホイール |
| CN104728264A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-24 | 北京石油化工学院 | 一种外转子洛伦兹力轴向磁轴承 |
| CN104895921A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-09-09 | 北京石油化工学院 | 一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承 |
| CN106090010A (zh) * | 2016-07-26 | 2016-11-09 | 北京石油化工学院 | 一种双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承 |
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| WO2020083452A1 (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | Maersk Drilling A/S | Flywheel system with stationary shaft |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| EP2766632B1 (en) * | 2011-12-31 | 2017-04-12 | Rotonix Hong Kong Limited | Electromechanical flywheel containment system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57203878A (en) * | 1981-06-08 | 1982-12-14 | Toshiba Corp | Energy-accumulating flywheel apparatus |
| JPH0156623B2 (ja) * | 1981-08-17 | 1989-11-30 | Aerosupashiaru Soc Nashonaru Ind | |
| JPH10281050A (ja) * | 1997-04-08 | 1998-10-20 | Nippon Seiko Kk | フライホイール装置 |
| JPH11337240A (ja) * | 1998-05-27 | 1999-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | フライホイール電力貯蔵装置の冷却方法 |
-
2001
- 2001-04-06 JP JP2001108628A patent/JP4619566B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57203878A (en) * | 1981-06-08 | 1982-12-14 | Toshiba Corp | Energy-accumulating flywheel apparatus |
| JPH0156623B2 (ja) * | 1981-08-17 | 1989-11-30 | Aerosupashiaru Soc Nashonaru Ind | |
| JPH10281050A (ja) * | 1997-04-08 | 1998-10-20 | Nippon Seiko Kk | フライホイール装置 |
| JPH11337240A (ja) * | 1998-05-27 | 1999-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | フライホイール電力貯蔵装置の冷却方法 |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005233382A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Koyo Seiko Co Ltd | 磁気軸受装置 |
| GB2462489A (en) * | 2008-08-12 | 2010-02-17 | Managed Technologies Ltd | A flywheel kinetic energy recovery and storage apparatus |
| GB2462489B (en) * | 2008-08-12 | 2012-07-04 | Managed Technologies Ltd | Kinetic energy recovery and storage apparatus |
| US8729769B2 (en) | 2011-06-10 | 2014-05-20 | Seiko Epson Corporation | Electromechanical device, robot, movable body, and method of manufacturing electromechanical device |
| US9673680B2 (en) | 2011-11-13 | 2017-06-06 | Rotonix Hong Kong Limited | Electromechanical flywheels |
| EP2761731A1 (en) * | 2011-12-24 | 2014-08-06 | Rotenergy Holdings, Ltd. | Electromechanical flywheel cooling system |
| EP2761731A4 (en) * | 2011-12-24 | 2016-06-01 | Rotonix Hong Kong Ltd | ELECTROMECHANICAL WHEEL COOLING SYSTEM |
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| WO2013096946A1 (en) | 2011-12-24 | 2013-06-27 | Rotonix Usa, Inc. | Electromechanical flywheel cooling system |
| JP2015513034A (ja) * | 2012-03-15 | 2015-04-30 | ロトニックス ホンコン リミテッド | 安全装置を有する電気機械式フライホイール |
| CN104728264A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-06-24 | 北京石油化工学院 | 一种外转子洛伦兹力轴向磁轴承 |
| CN104895921A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-09-09 | 北京石油化工学院 | 一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承 |
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