JP2010209963A - 磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 駆動側非磁性板5によって真空層6が形成され、この真空層6内の下方に接続される出力軸8を有し、駆動軸1側及び前記真空層6内にそれぞれ永久磁石装置4,7を具備する磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置において、前記永久磁石装置4,7は、リング状の内部支持部材とリング状の外部支持部材との間のリング状の領域にハルバッハ配列の磁石を備え、前記出力軸8にフライホイール9を連結した。
【選択図】 図1
Description
〔1〕駆動側非磁性板(5)によって真空層(6)が形成され、この真空層(6)内の下方に接続される出力軸(8)を有し、駆動軸(1)側及び前記真空層(6)内にそれぞれ永久磁石装置(4,7)を具備する磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置において、前記永久磁石装置(4,7)は、リング状の内部支持部材(4A,7A)とリング状の外部支持部材(4C,7C)との間のリング状の領域にハルバッハ配列の磁石(4B,7B)を備え、前記出力軸(8)にフライホイール(9)を連結したことを特徴とする。
ΔE=I・〔(ω1 2 −ω2 2 )/2〕 …(1)
ここで、I=(1/2)m・(rout 2 −rin 2)
〔ΔE:フライホイールから取り出せるエネルギ量(J),I:慣性モーメント,ω1 :エネルギ取り出し開始の角速度(rad/s),ω2 :エネルギ取り出し終了の角速度(rad/s),m:フライホイール質量(kg),rin:フライホイール内半径(m),rout :フライホイール外半径(m)〕
フライホイール形状から算出した負荷慣性より、回転速度変化(最大回転速度と最低回転速度および速度変化に要する時間)を定義して加速(減速)時のトルクTを算出する。なお、回転速度変化は一定とする。
〔T={2π・〔(n1 −n2 )/60〕・GD2 }/4t …(2)
ここで、GD2 =πρLD4 /8=m(2R)2 /2
T:加速・減速トルク(kgm),GD2 :回転体の負荷慣性(kgm2 ),n1 :最大回転速度(rpm),n2 :最小回転速度(rpm),t:回転速度変化時間(s),ρ:フライホイールの密度(kg/m3 ),L:フライホイールの高さ(m),D:フライホイールの直径(m),R:フライホイールの半径(m),m:フライホイール質量(kg)〕
算出した加速(減速)時のトルクと、回転速度変化(最大回転速度と最低回転速度および速度変化に要する時間)から、それに必要な電動機動力を算出する。
〔P:所要動力(w)〕
実例1:(株)IHI製のフライホイール装置にハルバッハ配列の磁石装置を有する磁気カップリングクラッチ装置を適用した場合(上記非特許文献1及び2参照)
計算条件:
(1)フライホイール質量m=140kg(ロータ質量254kg)
(2)フライホイール外半径rout =350mm,フライホイール内半径rin=220mm
(3)フライホイール高さL=210mm
(4)出力 200kW
なお、フライホイールは外形〜内形に存在するリング状で簡易定義し、この質量をフライホイール質量m=140kgとした。回転速度変化は6500rpm〜13000rpmとした。
蓄積エネルギ量は2.3kWh、必要トルクは300N・m程度となり、13000rpm〜6500rpmの速度変化における伝達トルクと電動機出力との関係を図5に示す。
(1)フライホイールの質量m=500kg(ロータ質量254kg)
(2)フライホイール外半径rout =230mm(円板形状)
(3)フライホイール高さL=330mm
(4)電動機最大出力:22kW(参考値)
なお、回転速度変化は0rpm〜3000rpmとした。
蓄積エネルギ量は0.12kWh、必要トルクは70N・m程度となり、0rpm〜3000rpmの速度変化におけるトルクと電動機出力の関係を図6に示す。
計算条件:
(1)フライホイール質量m=2000kg(回転軸も含め2500kgとする)
(2)フライホイール外半径rout =500mm(円板形状)
(3)フライホイール高さL=330mm
(4)電動機最大出力:75kW(参考値)
なお、回転速度変化は0rpm〜3500rpmとした。
蓄積エネルギ量は3.5kWh、必要トルクは200N・m程度であり、0rpm〜3500rpmの速度変化におけるトルクと電動機出力の関係を図7に示す。
計算条件:
(1)フライホイール質量m=2000kg(回転軸も含め2500kgとする)
(2)フライホイール外半径rout =500mm(円板形状)
(3)フライホイール高さL=330mm
(4)最大トルク=820M・m
なお、回転速度変化は0rpm〜3500rpmとした。
蓄積エネルギ量は3.5kWh、動力は300kW,60秒/3500→1750rpm、0rpm〜3500rpmの速度変化におけるトルクと電動機出力の関係を図8に示す。
2 スプラインナット
3 非磁性ベアリング
4 駆動側のハルバッハ配列の磁石装置
4A,7A リング状の内部固定部材
4B,7B リング状のハルバッハ配列の磁石
4B−1,7B−1 NS磁極
4B−2,7B−2 SN磁極
4B−3,7B−3 N単極
4B−4,7B−4 S単極
4B−5,7B−5 間隔子(セパレータ)
4C,7C リング状の外部固定部材
5 駆動側の非磁性板
6 真空層
7 従動側のハルバッハ配列の磁石装置
8 出力軸
9 フライホイール
Claims (3)
- 駆動側非磁性板によって真空層が形成され、該真空層内の下方に接続される出力軸を有し、駆動軸側及び前記真空層内にそれぞれ永久磁石装置を具備する磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置において、前記永久磁石装置は、リング状の内部支持部材とリング状の外部支持部材との間のリング状の領域にハルバッハ配列の磁石を備え、前記出力軸にフライホイールを連結したことを特徴とする磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置。
- 請求項1記載の磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置において、前記フライホイールが磁気浮上大型慣性体であることを特徴とする磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置。
- 請求項2記載の磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置において、前記磁気浮上大型慣性体の質量が145kg〜2000kgであることを特徴とする磁気カップリングクラッチ付きフライホイール装置。
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