JP2003037948A - Flywheel battery - Google Patents
Flywheel batteryInfo
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- JP2003037948A JP2003037948A JP2001222587A JP2001222587A JP2003037948A JP 2003037948 A JP2003037948 A JP 2003037948A JP 2001222587 A JP2001222587 A JP 2001222587A JP 2001222587 A JP2001222587 A JP 2001222587A JP 2003037948 A JP2003037948 A JP 2003037948A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はフライホイール・
バッテリに関する。
【０００２】
【従来の技術】円周にロータを備えたフライホイールを
２分割したシャフトに締結部材を介して締結し、シャフ
トを発電電動機に接続して電気エネルギをフライホイー
ルの回転エネルギとして蓄積するフライホイール・バッ
テリ（フライホイール型蓄電装置）の例としては、特開
昭５２−６５８０４号公報記載の技術を挙げることがで
きる。この従来技術においては、フライホイールは、磁
性材で円板状に形成されている。
【０００３】また、フライホイールを、ボスとリムと前
記ボスとリムを所定の間隔をおいて接続する複数個のス
ポークとから構成した例としては、特開２０００−２８
７３９９号記載の技術を挙げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この種のフライホイー
ル・バッテリにあっては、フライホイールは高速で回転
するとき、ジャイロ効果によってフライホイール自体の
曲げ共振周波数（固有振動数）が、図４に示す如く、高
周波数と低周波数の２つに分岐する特性を持つ。これ
は、そのｎ次の曲げ共振波でも同様である。
【０００５】このジャイロ効果による曲げ共振周波数の
分岐度合いは、回転軸回りの慣性モーメントＩｐと、回
転軸に直交する重心軸回りの慣性モーメントＩｄの比Ｉ
ｐ／Ｉｄによって決まる。この比Ｉｐ／Ｉｄが大きいほ
ど、回転の上昇に伴う共振周波数の分岐度合いが大きく
なる。フライホイール・バッテリのような回転軸回りの
慣性モーメントの大きな回転体ではＩｐ／Ｉｄのモーメ
ント比が大きくなり、ジャイロ効果の影響が顕著とな
る。
【０００６】即ち、図４に示すように、運搬線（回転角
速度）ωと各共振周波数の交点ａ，ｂ，ｃ，ｄに相当す
る回転数が、いわゆる危険速度となることから、フライ
ホイールの最大回転数は、最低の危険速度Ｎａを超えな
い範囲に設定せざるを得ない。
【０００７】従って、フライホイールの最大回転数を上
げて使用可能範囲を拡大するためには、回転体としての
剛性を上げて危険速度Ｎａを高回転側に移行させるのが
有効となる。
【０００８】さらに、Ｉｐ／Ｉｄのモーメント比を低下
させて共振周波数の分岐度合いを減少させることも効果
的である。Ｉｐ／Ｉｄのモーメント比を低下させること
ができれば、例えば図４に想像線で示すように共振周波
数の分岐度合いを減少させることができ、運搬線ωとの
交点をａｃにして危険速度Ｎａｃを高回転側に移行させ
ることができる。
【０００９】この発明の目的は上記した課題を解消する
ことにあり、回転体としての剛性を高めて危険速度を高
回転側に移行させると共に、モーメント比の調整を可能
とし、よってフライホイールの最大回転数を上げて使用
可能範囲を拡大するようにしたフライホイール・バッテ
リを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１項にあっては、円周にロータを備えたフ
ライホイールを２分割したシャフトに締結部材を介して
締結し、前記シャフトを発電電動機に接続して電気エネ
ルギを前記フライホイールの回転エネルギとして蓄積す
るフライホイール・バッテリにおいて、前記フライホイ
ールを、ボスとリムと前記ボスとリムを所定の間隔をお
いて接続する複数個のスポークとから構成して前記リム
の円周に前記ロータを取り付けると共に、前記締結部材
を、前記ボスの前記スポークの接続位置からオフセット
させた位置に配置するように構成した。
【００１１】円周にロータを備えたフライホイールを２
分割したシャフトに締結部材を介して締結することで、
シャフトの大径化を図ることが可能となって回転体とし
ての剛性を上げることができる。それによって危険速度
を高回転側に移行させることができ、フライホイールの
最大回転数を上げて使用可能範囲を拡大することができ
る。
【００１２】また、シャフトを分割構造とすることで、
シャフトの径および長さでＩｐ／Ｉｄのモーメント比を
調整することができると共に、曲げ共振周波数も調整す
ることができ、よってモーメント比の設定自由度も向上
させることができる。
【００１３】さらには、フライホイールを、ボスとリム
とそれらを所定の間隔をおいて接続する複数個のスポー
クとから構成してリムの円周にロータを取り付けると共
に、締結部材をボスのスポークの接続位置からオフセッ
トさせた位置に配置するように構成したので、回転時に
フライホイール自身に作用する遠心力によるフライホイ
ールの各部の変形の影響を低減することができ、締結手
段に作用する剪断力を低減できると共に、締結手段配置
位置におけるシャフトとボスの間のしゅう動も低下でき
るので、締結手段のゆるみも回避することができる。こ
のように、締結手段の強度および信頼性も確保すること
ができるので、よって回転体としての剛性を一層上げる
ことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に即し、この発明
の一つの実施の形態に係るフライホイール・バッテリを
説明する。
【００１５】図１はそのフライホイール・バッテリを、
発電電動機も含めて全体的に示す概略図である。
【００１６】図１において、符号１０はその発電電動機
を示し、発電電動機１０はハウジング１２を備える。ハ
ウジング１２の内部にはシャフト１４と、シャフト１４
に４本のボルト（締結手段）１６でボルト挿通孔１６ａ
を挿通して固定（締結）されたフライホイール２０が、
回転自在に収容される。尚、発電電動機１０はフライホ
イール２０の回転を蓄積エネルギとする、特開昭５２−
０６５８０４号公報に記載されるようなフライホイール
型蓄電装置、いわゆるフライホイール・バッテリとして
構成される。
【００１７】シャフト１４は鉄材からなり、図示の如
く、シャフト半部１４ａ，１４ｂからなる。シャフト半
部１４ａ，１４ｂは共に先端側からフライホイール２０
に向けて径大に構成される。
【００１８】図２は、フライホイール２０の上面をシャ
フトとの締結状態も含めて示す概略図である。
【００１９】フライホイール２０は、図２から明らかな
如く、上面視でホイール状を呈し、中央位置にボス２０
ａを備え、ボス（ハブ）２０ａの両側でシャフト半部１
４ａ，１４ｂにボルト１６で固定（締結）され、よって
フライホイール２０がシャフト１４を介して回転自在に
構成される。
【００２０】フライホイール２０のボス２０ａと円周側
の環状のリム２０ｂの間は、所定の間隔（９０度）をお
いてボス２０ａからリム２０ｂに向けて延ばされた複数
本（４本）のスポーク（アーム）２０ｃで一体的に接続
される。ボス２０ａ、リム２０ｂおよびスポーク２０ｃ
は、アルミニウム材から製作される。また、リム２０ｂ
は比較的肉薄に形成され、そのさらに円周側には炭素繊
維強化樹脂材からなるロータ２０ｄが圧入されて取り付
けられる。
【００２１】図示の如く、ロータ２０ｄは上面視でドー
ナツ状を呈し、それぞれ炭素繊維強化樹脂を積層してな
る複数個のピース、例えば５個のピースからなる。各ピ
ースは順次リム２０ｂの外周に圧入される。
【００２２】このように、ロータ２０ｄを炭素繊維強化
樹脂から製作したことで、軽量でありながら、回転強度
の高いものとすることができる。即ち、エネルギＥは、
Ｅ＝１／２（Ｉｐ×ω2 ）〔Ｊ〕で導かれるが、回転強
度を上げたことで回転角速度ωを大きく、換言すれば高
速回転させることができる（この回転は高速であって数
万ｒｐｍにも達する）。これによってエネルギ密度の高
いフライホイール・バッテリを実現することができる。
【００２３】シャフト１４の半部１４ｂの外周には永久
磁石２２が配置され、永久磁石２２をフィラメントワイ
ンディング層２４でシャフト１４上に巻き止め、発電電
動機のロータ（回転子）２６が構成される。他方、ハウ
ジング１２には、ロータ２６と所定のギャップ（間隙）
をおいてステータ（固定子巻線）３０が固定される。ロ
ータ２６とステータ３０で発電機・電動機が構成され
る。
【００２４】シャフト１４（およびそれに締結されたフ
ライホイール２０）は、軸受け３２を介してハウジング
１２内に回転自在に収容される。尚、軸受け３２は、図
示の簡略化のため、玉軸受けとして示すが、実際には磁
気軸受けからなり、非接触にシャフト１４を支持する。
また、ハウジング１２の内部３４は減圧装置（図示せ
ず）に接続され、真空に保持されてフライホイール２０
の回転時の空気抵抗を減少するように構成される。
【００２５】発電電動機１０は、充電時には図示しない
通電回路を介してステータ３０が通電されてステータ３
０とロータ２６が電動機として動作し、フライホイール
２０を回転させると共に、放電時にはステータ３０とロ
ータ２６が発電機として動作し、フライホイール２０の
回転を電気エネルギに変換する。かく発生された電力
は、図示しない回路を介して取り出されて所望の用途に
供される。
【００２６】図示の構成において特徴的なことは、フラ
イホイール２０を、ボス２０ａとリム２０ｂとボス２０
ａとリム２０ｂを所定の間隔をおいて接続する４個のス
ポーク２０ｃとから構成してリム２０ｂの円周にロータ
２０ｄを取り付けると共に、シャフト１４をシャフト半
部１４ａ，１４ｂに２分割し、フライホイール２０をそ
の２分割したシャフト１４（シャフト半部１４ａ，１４
ｂ）にボルト（締結部材）１６を介して締結したことで
ある。
【００２７】即ち、ボス２０ａを穿孔してシャフト１４
を圧入するような構成とせず、シャフト１４を２分割す
る構成としたので、シャフト１４の大径化を図ることが
可能となって回転体としての剛性を上げることができ
る。それによって危険速度を高回転側に移行させること
ができ、フライホイール２０の最大回転数を上げて使用
可能範囲を拡大することができる。
【００２８】さらには、シャフト１４を分割構造とする
ことで、曲げ共振周波数とモーメント比をシャフト１４
の径および長さで調整することが可能となり、それらの
設定自由度も向上させることができる。従って、磁気軸
受け３２で要求されるモーメント比の調整も容易とな
る。また、ボス２０ａとシャフト１４の圧入代の確保も
不要となる。
【００２９】ところで、先に述べたように、フライホイ
ール２０は、高回転時に発生する、それ自身の遠心力に
よって各部が変形、具体的には、各部が系方向外側に膨
らむように変形する。従って、ボルト１６の配置位置も
その点を考慮して決める必要がある。
【００３０】それについて図３を参照して説明すると、
ボルト１６の配置位置としては、同図（ａ）に示すよう
にボス２０ａのスポーク２０ｃの接続位置、即ち、スポ
ーク２０ｃの根元に配置する場合、同図（ｂ）に示すよ
うにボス２０ａのスポーク２０ｃの接続位置からオフセ
ットさせた位置、即ち、スポーク２０ｃの間に配置する
場合、および同図（ｃ）に示すようにスポーク２０ｃの
根元とスポーク２０ｃの間に共に配置する場合とが考え
られる。
【００３１】この場合、図３（ａ）（ｃ）に示すよう
に、ボルト挿通孔１６ａをスポーク２０ｃの根元に穿設
してボルト１６ａをそこに配置すると、スポーク２０ｃ
に作用する遠心力によって引っ張られてボルト挿通孔１
６ａは径方向（遠心力作用方向）に移動するため、ボル
ト１６に大きな剪断力が発生する。また、その移動によ
り、シャフト１４とボルト１６の間にしゅう動が発生
し、ボルト１６のゆるみが惹起される。
【００３２】従って、この実施の形態においては図３
（ｂ）に示すように、ボルト１６をボス２０ａのスポー
ク２０ｃの接続位置からオフセットさせた位置、即ち、
スポーク２０ｃの間に配置するようにした。これによっ
て回転時にフライホイール２０自身に作用する遠心力に
よるフライホイール２０の各部の変形の影響を低減する
ことができる。
【００３３】即ち、スポーク２０ｃに作用する遠心力に
よるボルト挿通孔１６ａの変位量を減少させることがで
き、ボルト１６に作用する剪断力、およびボルト１６の
ゆるみを惹起させるボルト挿通孔１６ａにおけるシャフ
ト１４とボス２０のしゅう動も低下できるので、ボルト
１６のゆるみも回避することができる。このように、締
結手段１６の強度および信頼性も確保することができる
ので、よって回転体としての剛性を一層上げることがで
きる。
【００３４】尚、図２に示すように、ボルト１６を隣接
するスポーク２０ｃの間の厳密な中央位置に配置するよ
うにしたが、左スポーク２０ｃの接続位置からオフセッ
トさせた位置に配置すれば足りるので、厳密に中央位置
でなくても良く、左右にずらせて配置しても良い。
【００３５】尚、締結手段の例もボルト１６に止まるも
のではなく、ボルト１６の本数も図示の本数に止まらな
いことは、言うまでもない。
【００３６】この実施の形態は、上記の如く、円周にロ
ータ２０ｄを備えたフライホイール２０を２分割したシ
ャフト１４（シャフト半部１４ａ，１４ｂ）に締結部材
（ボルト１６）を介して締結し、前記シャフト１４を発
電電動機に接続して電気エネルギを前記フライホイール
２０の回転エネルギとして蓄積するフライホイール・バ
ッテリにおいて、前記フライホイールを、ボス２０ａと
リム２０ｃと前記ボスとリムを所定の間隔をおいて接続
する複数個のスポーク２０ｃとから構成して前記リムの
円周に前記ロータ２０を取り付けると共に、前記締結部
材を、前記ボスの前記スポークの接続位置からオフセッ
トさせた位置に配置するように構成した。
【００３７】より具体的には、フライホイール・バッテ
リにおいて、フライホイール２０を、ボス２０ａとリム
２０ｂとボス２０ａとリム２０ｂを所定の間隔をおいて
接続する４個のスポーク２０ｃとから構成してリム２０
ｂの円周にロータ２０ｄを取り付けると共に、シャフト
１４をシャフト半部１４ａ，１４ｂに２分割し、フライ
ホイール２０をその２分割したシャフト１４（シャフト
半部１４ａ，１４ｂ）に締結部材（ボルト）１６を介し
て締結し、前記シャフト１４を発電電動機に接続して電
気エネルギを前記フライホイール２０の回転エネルギと
して蓄積すると共に、前記締結部材を、前記ボス２０ａ
の前記スポーク２０ｃの接続位置からオフセットさせた
位置に配置するように構成した。
【００３８】
【発明の効果】請求項１項にあっては、円周にロータを
備えたフライホイールを２分割したシャフトに締結部材
を介して締結することで、シャフトの大径化を図ること
が可能となって回転体としての剛性を上げることができ
る。それによって危険速度を高回転側に移行させること
ができ、フライホイールの最大回転数を上げて使用可能
範囲を拡大することができる。
【００３９】また、シャフトを分割構造とすることで、
シャフトの径および長さでＩｐ／Ｉｄのモーメント比を
調整することができると共に、曲げ共振周波数も調整す
ることができ、よってモーメント比の設定自由度も向上
させることができる。
【００４０】さらには、フライホイールを、ボスとリム
とそれらを所定の間隔をおいて接続する複数個のスポー
クとから構成してリムの円周にロータを取り付けると共
に、締結部材をボスのスポークの接続位置からオフセッ
トさせた位置に配置するように構成したので、回転時に
フライホイール自身に作用する遠心力によるフライホイ
ールの各部の変形の影響を低減することができ、締結手
段に作用する剪断力を低減できると共に、締結手段配置
位置におけるシャフトとボスの間のしゅう動も低下でき
るので、締結手段のゆるみも回避することができる。こ
のように、締結手段の強度および信頼性も確保すること
ができるので、よって回転体としての剛性を一層上げる
ことができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flywheel
Battery related. 2. Description of the Related Art A flywheel provided with a rotor on the circumference is fastened to a divided shaft by a fastening member via a fastening member, and the shaft is connected to a generator motor to store electric energy as rotational energy of the flywheel. As an example of a flywheel battery (flywheel type power storage device), a technique described in JP-A-52-65804 can be mentioned. In this prior art, the flywheel is formed of a magnetic material in a disk shape. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-28 discloses an example in which a flywheel includes a boss and a rim and a plurality of spokes connecting the boss and the rim at a predetermined interval.
No. 7399. In a flywheel battery of this type, when the flywheel rotates at high speed, the bending resonance frequency (natural frequency) of the flywheel itself is increased by the gyro effect. As shown in FIG. 4, it has a characteristic of branching into a high frequency and a low frequency. This is the same for the n-th bending resonance wave. [0005] The degree of branching of the bending resonance frequency due to the gyro effect is determined by the ratio of the moment of inertia Ip around the rotation axis to the moment of inertia Id around the center of gravity orthogonal to the rotation axis.
Determined by p / Id. The greater the ratio Ip / Id, the greater the degree of branching of the resonance frequency associated with an increase in rotation. In a rotating body such as a flywheel battery having a large moment of inertia about the rotation axis, the moment ratio of Ip / Id becomes large, and the influence of the gyro effect becomes remarkable. That is, as shown in FIG. 4, the number of rotations corresponding to the intersections a, b, c, and d of the transportation line (rotational angular velocity) ω and the respective resonance frequencies is a so-called critical speed, so that the flywheel The maximum rotation speed must be set within a range not exceeding the minimum critical speed Na. Therefore, in order to increase the maximum rotation speed of the flywheel and extend the usable range, it is effective to increase the rigidity of the rotating body and shift the critical speed Na to the high rotation side. Further, it is also effective to decrease the moment ratio of Ip / Id to reduce the degree of branching of the resonance frequency. If the Ip / Id moment ratio can be reduced, the degree of branching of the resonance frequency can be reduced, for example, as shown by the imaginary line in FIG. 4, and the intersection with the transport line ω is set to ac to increase the critical speed Nac. It can be shifted to the rotation side. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to increase the rigidity of a rotating body to shift a critical speed to a higher rotation side, and to enable adjustment of a moment ratio. An object of the present invention is to provide a flywheel battery in which the usable range is increased by increasing the number of revolutions. [0010] To achieve the above object, according to the present invention, a flywheel having a rotor on the circumference is divided into two shafts via a fastening member. A flywheel battery that fastens and connects the shaft to a generator motor to store electrical energy as rotational energy of the flywheel. The rotor is attached to the circumference of the rim by a plurality of spokes to be connected, and the fastening member is arranged at a position offset from a connection position of the spoke of the boss. A flywheel having a rotor on its circumference
By fastening to the divided shaft via a fastening member,
The diameter of the shaft can be increased, and the rigidity of the rotating body can be increased. Thereby, the critical speed can be shifted to the high rotation side, and the maximum rotation speed of the flywheel can be increased to expand the usable range. Further, by forming the shaft into a divided structure,
The moment ratio of Ip / Id can be adjusted by the diameter and length of the shaft, and the bending resonance frequency can also be adjusted, so that the degree of freedom in setting the moment ratio can be improved. Further, the flywheel is composed of a boss, a rim, and a plurality of spokes connecting the rim at a predetermined interval, and a rotor is attached to a circumference of the rim, and a fastening member is formed of the spoke of the boss. Since it is configured to be arranged at a position offset from the connection position, it is possible to reduce the influence of the deformation of each part of the flywheel due to the centrifugal force acting on the flywheel itself during rotation, and to reduce the shearing force acting on the fastening means. In addition to the reduction, the sliding movement between the shaft and the boss at the fastening means arrangement position can be reduced, so that the fastening means can be prevented from loosening. In this manner, the strength and reliability of the fastening means can be ensured, so that the rigidity of the rotating body can be further increased. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a flywheel battery according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows the flywheel battery,
It is the schematic which shows the whole including a generator motor. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes the generator motor, and the generator motor 10 has a housing 12. Inside the housing 12, a shaft 14 and a shaft 14
And four bolts (fastening means) 16 with bolt insertion holes 16a
Is fixed (fastened) through the flywheel 20
It is rotatably housed. The generator motor 10 uses the rotation of the flywheel 20 as stored energy.
It is configured as a flywheel type power storage device as described in Japanese Patent Application Publication No. 065804, that is, a so-called flywheel battery. The shaft 14 is made of an iron material, and includes shaft half portions 14a and 14b as shown. The shaft halves 14a, 14b are both flywheel 20
It is configured with a large diameter toward. FIG. 2 is a schematic diagram showing the upper surface of the flywheel 20 including the state of being fastened to the shaft. As is apparent from FIG. 2, the flywheel 20 has a wheel shape when viewed from above, and the boss 20 is located at the center position.
a half of the shaft 1 on both sides of the boss (hub) 20a.
The flywheel 20 is fixed (fastened) to the bolts 16 to the flywheels 4 a and 14 b, so that the flywheel 20 is rotatable via the shaft 14. A plurality (four) of bosses 20a of the flywheel 20 extending from the boss 20a toward the rim 20b at a predetermined interval (90 degrees) between the boss 20a and the annular rim 20b on the circumferential side. Are connected integrally by the spokes (arms) 20c. Boss 20a, rim 20b and spoke 20c
Is made of aluminum material. Also, the rim 20b
Is relatively thin, and a rotor 20d made of a carbon fiber reinforced resin material is press-fitted and attached to the circumferential side. As shown in the figure, the rotor 20d has a donut shape in a top view, and is composed of a plurality of pieces, for example, five pieces, each of which is formed by laminating carbon fiber reinforced resin. Each piece is sequentially pressed into the outer periphery of the rim 20b. As described above, since the rotor 20d is made of carbon fiber reinforced resin, the rotor 20d can be lightweight and have high rotational strength. That is, energy E is
E = １ ／ (Ip × ω 2 ) [J], but by increasing the rotational strength, the rotational angular velocity ω can be increased, in other words, it can be rotated at a high speed. 10,000 rpm). As a result, a flywheel battery having a high energy density can be realized. A permanent magnet 22 is disposed on the outer periphery of the half portion 14b of the shaft 14, and the permanent magnet 22 is wound around the shaft 14 by a filament winding layer 24 to form a rotor (rotor) 26 of a generator motor. On the other hand, the housing 12 has a predetermined gap (gap) with the rotor 26.
, The stator (stator winding) 30 is fixed. The rotor 26 and the stator 30 constitute a generator / motor. The shaft 14 (and the flywheel 20 fastened to it) is rotatably housed in the housing 12 via a bearing 32. The bearing 32 is shown as a ball bearing for simplicity of illustration, but is actually a magnetic bearing and supports the shaft 14 in a non-contact manner.
The interior 34 of the housing 12 is connected to a decompression device (not shown) and is
It is configured to reduce the air resistance at the time of rotation. When the generator motor 10 is charged, the stator 30 is energized through an energizing circuit (not shown) to charge the stator 3.
0 and the rotor 26 operate as an electric motor to rotate the flywheel 20, and at the time of discharge, the stator 30 and the rotor 26 operate as a generator to convert the rotation of the flywheel 20 into electric energy. The generated power is taken out through a circuit (not shown) and used for a desired application. The feature of the illustrated configuration is that the flywheel 20 is connected to the boss 20a, the rim 20b, and the boss 20.
a and the rim 20b are connected at predetermined intervals by four spokes 20c, the rotor 20d is mounted on the circumference of the rim 20b, and the shaft 14 is divided into two shaft half portions 14a and 14b. The shaft 14 (shaft halves 14a, 14a)
b) through bolts (fastening members) 16. That is, the boss 20a is pierced and the shaft 14
Since the shaft 14 is divided into two parts instead of press-fitting, the diameter of the shaft 14 can be increased, and the rigidity of the rotating body can be increased. Thereby, the critical speed can be shifted to the high rotation side, and the maximum rotation speed of the flywheel 20 can be increased to expand the usable range. Further, by forming the shaft 14 into a divided structure, the bending resonance frequency and the moment ratio can be reduced.
Can be adjusted by the diameter and the length of each of them, and the degree of freedom in setting them can be improved. Therefore, the adjustment of the moment ratio required for the magnetic bearing 32 is also facilitated. Also, it is not necessary to secure the press-fitting allowance between the boss 20a and the shaft 14. By the way, as described above, the flywheel 20 is deformed by its own centrifugal force generated at the time of high rotation, so that each part is deformed, specifically, so that each part expands outward in the system direction. Therefore, it is necessary to determine the position of the bolt 16 in consideration of this point. This will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 3A, the bolts 16 are arranged at the connection positions of the spokes 20c of the boss 20a, that is, when the bolts 16 are arranged at the roots of the spokes 20c, as shown in FIG. It is conceivable that it is arranged at a position offset from the connection position of the spoke 20c, ie, between the spokes 20c, and as shown in FIG. 3C, between the base of the spoke 20c and the spoke 20c. In this case, as shown in FIGS. 3A and 3C, when the bolt insertion hole 16a is drilled at the base of the spoke 20c and the bolt 16a is disposed there, the spoke 20c
Is pulled by the centrifugal force acting on the bolt insertion hole 1
Since 6a moves in the radial direction (the direction in which the centrifugal force acts), a large shearing force is generated in the bolt 16. In addition, due to the movement, sliding occurs between the shaft 14 and the bolt 16, and the bolt 16 is loosened. Therefore, in this embodiment, FIG.
As shown in (b), the position where the bolt 16 is offset from the connection position of the spoke 20c of the boss 20a, that is,
It was arranged between the spokes 20c. Thereby, the influence of the deformation of each part of the flywheel 20 due to the centrifugal force acting on the flywheel 20 itself during rotation can be reduced. That is, the amount of displacement of the bolt insertion hole 16a due to the centrifugal force acting on the spoke 20c can be reduced, and the shear force acting on the bolt 16 and the shaft 14 in the bolt insertion hole 16a causing the bolt 16 to be loosened. In addition, since the sliding of the boss 20 can be reduced, the loosening of the bolt 16 can be avoided. As described above, the strength and reliability of the fastening means 16 can be ensured, so that the rigidity of the rotating body can be further increased. As shown in FIG. 2, the bolt 16 is arranged at a strict center position between the adjacent spokes 20c. However, it is sufficient to arrange the bolt 16 at a position offset from the connection position of the left spoke 20c. Therefore, it may not be strictly located at the center position, and may be shifted right and left. It is needless to say that the example of the fastening means is not limited to the bolt 16, and the number of bolts 16 is not limited to the number shown. In this embodiment, as described above, the flywheel 20 having the rotor 20d on the circumference is fastened to the shaft 14 (shaft halves 14a, 14b) through the fastening member (bolt 16). In a flywheel battery in which the shaft 14 is connected to a generator motor to store electric energy as rotational energy of the flywheel 20, the flywheel is connected to the boss 20a, the rim 20c, and the boss and the rim at a predetermined interval. And a plurality of spokes 20c to be connected at the same time, the rotor 20 is attached to the circumference of the rim, and the fastening member is arranged at a position offset from a connection position of the spoke of the boss. Configured. More specifically, in a flywheel battery, the flywheel 20 is composed of a boss 20a, a rim 20b, and four spokes 20c connecting the boss 20a and the rim 20b at predetermined intervals. Rim 20
b, a rotor 20d is attached to the circumference of the shaft b, the shaft 14 is divided into two half shafts 14a and 14b, and the flywheel 20 is fastened to the two divided shafts 14 (half shafts 14a and 14b) by fastening members (bolts) 16 And the shaft 14 is connected to a generator motor to store electrical energy as rotational energy of the flywheel 20 and to connect the fastening member to the boss 20a.
Is arranged at a position offset from the connection position of the spoke 20c. According to the first aspect of the present invention, the diameter of the flywheel having the rotor on the circumference is increased by fastening the shaft to a divided shaft by using a fastening member. And the rigidity of the rotating body can be increased. Thereby, the critical speed can be shifted to the high rotation side, and the maximum rotation speed of the flywheel can be increased to expand the usable range. Further, by forming the shaft into a divided structure,
The moment ratio of Ip / Id can be adjusted by the diameter and length of the shaft, and the bending resonance frequency can also be adjusted, so that the degree of freedom in setting the moment ratio can be improved. Further, the flywheel is composed of a boss, a rim and a plurality of spokes connecting the rim at a predetermined interval, and a rotor is mounted on the circumference of the rim, and the fastening member is formed of the spoke of the boss. Since it is configured to be arranged at a position offset from the connection position, it is possible to reduce the influence of the deformation of each part of the flywheel due to the centrifugal force acting on the flywheel itself during rotation, and to reduce the shearing force acting on the fastening means. In addition to the reduction, the sliding movement between the shaft and the boss at the fastening means arrangement position can be reduced, so that the fastening means can be prevented from loosening. In this manner, the strength and reliability of the fastening means can be ensured, so that the rigidity of the rotating body can be further increased.
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一つの実施の形態に係るフライホイ
ール・バッテリを、発電電動機も含めて全体的に示す概
略図である。
【図２】図１に示すフライホイールの上面をシャフトと
の締結状態も含めて示す概略図である。
【図３】図１に示すフライホイールとシャフトを締結す
るボルトの配置位置例を示す説明図である
【図４】フライホイール・バッテリにおいて回転時のジ
ャイロ効果によるフライホイールの曲げ共振周波数（固
有振動数）への影響を示す説明グラフである。
【符号の説明】
１０ 発電電動機
１４ シャフト
１６ ボルト（締結手段）
１６ａ ボルト挿通孔
２０ フライホイール
２０ａ （フライホイールの）ボス
２０ｂ （フライホイールの）リム
２０ｃ （フライホイールの）スポーク
２０ｄ （フライホイールの）ロータ
２２ 永久磁石
２４ フィラメントワインディング層
２６ （発電電動機の）ロータ
３０ （発電電動機の）ステータBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing an entire flywheel battery according to one embodiment of the present invention, including a generator motor. FIG. 2 is a schematic diagram showing an upper surface of the flywheel shown in FIG. 1 including a state of being fastened to a shaft. 3 is an explanatory view showing an example of an arrangement position of bolts for fastening a flywheel and a shaft shown in FIG. 1; FIG. 4 is a bending resonance frequency (natural vibration) of a flywheel due to a gyro effect during rotation in a flywheel battery; 7 is an explanatory graph showing the effect on the number. [Description of Signs] 10 Generator motor 14 Shaft 16 Bolt (fastening means) 16a Bolt insertion hole 20 Flywheel 20a (Flywheel) boss 20b (Flywheel) rim 20c (Flywheel) spoke 20d (Flywheel) Rotor 22 Permanent magnet 24 Filament winding layer 26 Rotor 30 (for generator motor) Stator (for generator motor)
Claims (1)
２分割したシャフトに締結部材を介して締結し、前記シ
ャフトを発電電動機に接続して電気エネルギを前記フラ
イホイールの回転エネルギとして蓄積するフライホイー
ル・バッテリにおいて、前記フライホイールを、ボスと
リムと前記ボスとリムを所定の間隔をおいて接続する複
数個のスポークとから構成して前記リムの円周に前記ロ
ータを取り付けると共に、前記締結部材を、前記ボスの
前記スポークの接続位置からオフセットさせた位置に配
置したことを特徴とするフライホイール・バッテリ。Claims 1. A flywheel having a rotor on its circumference is fastened to a divided shaft through a fastening member via a fastening member, and the shaft is connected to a generator motor to transfer electric energy to the flywheel. In a flywheel battery that stores rotational energy, the flywheel includes a boss and a rim, and a plurality of spokes that connect the boss and the rim at predetermined intervals. A flywheel battery, wherein the fastening member is disposed at a position offset from a connection position of the spoke of the boss.
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