JP2013150499A - Vibration control structure of power storage apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電気エネルギーを回転体の運動エネルギーとして貯蔵する電力貯蔵装置のこの回転体に発生する振動を抑制する電力貯蔵装置の制振構造に関する。 The present invention relates to a damping structure for a power storage device that suppresses vibrations generated in the rotating body of a power storage device that stores electrical energy as kinetic energy of the rotating body.
従来の電力貯蔵装置は、フライホイールと一体となって回転するロータと、このロータを回転自在に支持する軸受装置と、このフライホイール、ロータ及び軸受装置を極低温及び高真空下で収容する低温容器(クライオスタット)などを備えている(例えば、特許文献1参照)。このような従来の電力貯蔵装置は、余剰電力などによってフライホイール及びロータを回転させて、電力エネルギーを回転エネルギーに変換して貯蔵している。この従来の電力貯蔵装置では、ロータの振動を抑えてロータがステータに接触するのを防ぐ必要がある。従来の電力貯蔵装置では、ベアリングのような機械軸受、又は常電導電磁石の磁気吸引力によってロータを非接触で回転自在に支持する能動型磁気軸受(Active Magnetic Bearing(AMB))によって、ロータを回転自在に支持することが考えられる。しかし、機械軸受の場合には、極低温/高真空下で潤滑油が蒸発してしまうため使用することができない。また、AMBの場合には、原理的に極低温/高真空下で使用可能であるが、AMB中の銅線コイルに通電する必要があり、通電によって極低温空間で発熱して、この極低温空間を冷却するために冷凍機で多大な電気エネルギーを消費する。このため、AMBの場合には、回転エネルギーの効率が著しく低下し、電力貯蔵装置として成立しなくなるおそれがある。さらに、AMBの場合には、ロータとステータとの間に発生する電磁力がこれらの間隙の逆数に比例し、この隙間が大きくなると電磁力が低下するため、ロータとステータとの間の隙間が1mm以下と狭く設定されている。このためAMBの場合には、電力貯蔵装置の組立精度を維持するのが困難であるとともに、室温で組立精度を確保したとしても、室温から−200〜−250℃程度まで冷却すると均一に熱収縮せずに材質による歪みの相違によってロータとステータとが接触してしまうおそれがある。一方、電動発電機の回転軸とロータとの間で磁気力によって非接触でトルクを伝達する非接触式磁気クラッチ(磁気力トルク伝達部品)に対してクライオスタット外部から磁気力を与えて、振動を抑制する手法も考えられる。しかし、非接触式磁気クラッチの磁気力を制御する方法では、制御対象がロータの端部に限られるためロータ全体として振動を抑制することができず、振動抑制効果が限定されてしまう問題点がある。 A conventional power storage device includes a rotor that rotates integrally with a flywheel, a bearing device that rotatably supports the rotor, and a low temperature that accommodates the flywheel, rotor, and bearing device under cryogenic and high vacuum conditions. A container (cryostat) or the like is provided (for example, see Patent Document 1). In such a conventional power storage device, the flywheel and the rotor are rotated by surplus power or the like, and the power energy is converted into rotational energy and stored. In this conventional power storage device, it is necessary to suppress the vibration of the rotor and prevent the rotor from contacting the stator. In conventional power storage devices, the rotor is rotated by a mechanical bearing such as a bearing or an active magnetic bearing (AMB) that supports the rotor in a non-contact and rotatable manner by the magnetic attractive force of a normal conductive magnet. Supporting freely is conceivable. However, in the case of a mechanical bearing, the lubricating oil evaporates at a very low temperature / high vacuum, so that it cannot be used. In the case of AMB, in principle, it can be used under cryogenic temperatures / high vacuum, but it is necessary to energize the copper wire coil in AMB. To cool the space, a refrigerator consumes a great deal of electrical energy. For this reason, in the case of AMB, the efficiency of the rotational energy is remarkably reduced, and there is a possibility that the power storage device cannot be established. Furthermore, in the case of AMB, the electromagnetic force generated between the rotor and the stator is proportional to the reciprocal of these gaps, and as this gap increases, the electromagnetic force decreases. It is set as narrow as 1 mm or less. For this reason, in the case of AMB, it is difficult to maintain the assembly accuracy of the power storage device, and even if the assembly accuracy is ensured at room temperature, the heat shrinks uniformly when cooled from room temperature to about -200 to -250 ° C. Otherwise, the rotor and the stator may come into contact with each other due to the difference in distortion due to the material. On the other hand, a magnetic force is applied from the outside of the cryostat to a non-contact magnetic clutch (magnetic force torque transmission component) that transmits torque between the rotating shaft of the motor generator and the rotor in a non-contact manner by magnetic force. It is possible to suppress it. However, in the method of controlling the magnetic force of the non-contact type magnetic clutch, since the controlled object is limited to the end of the rotor, the vibration as a whole cannot be suppressed, and the vibration suppressing effect is limited. is there.
従来の電力貯蔵装置は、超電導磁気軸受の超電導コイルと超電導バルク体との間に磁場を発生させて、この超電導磁気軸受によってロータを非接触で回転自在に支持している。このような従来の電力貯蔵装置では、超電導コイル及び超電導バルク体を非接触で軸受として使用するため減衰(ダンピング)が無い又は極めて小さい。このため、従来の電力貯蔵装置では、ロータが外力によって加振されると減衰せず、ロータがステータと接触する問題点がある。 A conventional power storage device generates a magnetic field between a superconducting coil of a superconducting magnetic bearing and a superconducting bulk body, and the superconducting magnetic bearing rotatably supports the rotor in a non-contact manner. In such a conventional power storage device, since the superconducting coil and the superconducting bulk body are used as bearings without contact, there is no or very little damping (damping). For this reason, in the conventional power storage device, when the rotor is vibrated by an external force, there is a problem that the rotor does not attenuate and the rotor contacts the stator.
この発明の課題は、簡単な構造によって回転体にダンピングを付与しこの回転体の振動を抑えることができる電力貯蔵装置の制振構造を提供することである。 The subject of this invention is providing the damping structure of the electric power storage apparatus which can give damping to a rotary body with a simple structure and can suppress the vibration of this rotary body.
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項1の発明は、図1及び図3に示すように、電気エネルギーを回転体(6b,7,8,9a,10a)の運動エネルギーとして貯蔵する電力貯蔵装置(1)のこの回転体に発生する振動を抑制する電力貯蔵装置の制振構造であって、前記回転体側の回転子(9a,10a)と固定体(9b,10b,11;9b,10b,11,13)側の固定子(9b,10b)との間に磁場を発生させて、この回転体の回転軸(7)を非接触で回転自在に支持する超電導磁気軸受(9,10)と、前記回転体に発生する振動を減衰させるために、前記固定子を支持する前記固定体に発生する振動を減衰させる振動減衰部(16;18)とを備える電力貯蔵装置の制振構造(15)である。
The present invention solves the above-mentioned problems by the solving means described below.
In addition, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected and demonstrated, it is not limited to this embodiment.
As shown in FIG. 1 and FIG. 3, the invention of
請求項2の発明は、請求項1に記載の電力貯蔵装置の制振構造において、前記回転体側の質量が前記固定体側の質量よりも大きいことを特徴とする電力貯蔵装置の制振構造である。
The invention according to
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の電力貯蔵装置の制振構造において、図1及び図2に示すように、前記振動減衰部(16)は、前記超電導磁気軸受の固定子を支持した状態でこの超電導磁気軸受を収容する内槽(11)を、この内槽を収容する外槽(13)に弾性支持するとともに、この内槽に発生する振動を減衰させることを特徴とする電力貯蔵装置の制振構造である。 According to a third aspect of the present invention, in the vibration damping structure of the power storage device according to the first or second aspect, as shown in FIGS. 1 and 2, the vibration damping portion (16) is formed of the superconducting magnetic bearing. The inner tank (11) that accommodates the superconducting magnetic bearing in a state where the stator is supported is elastically supported by the outer tank (13) that accommodates the inner tank, and vibration generated in the inner tank is attenuated. It is the vibration suppression structure of the electric power storage apparatus characterized.
請求項4の発明は、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の電力貯蔵装置の制振構造において、図1及び図2に示すように、前記振動減衰部のダンパ部(16b)を空気室内に収容する収容部(17)を備えることを特徴とする電力貯蔵装置の制振構造である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the vibration damping structure for a power storage device according to any one of the first to third aspects, as shown in FIGS. 1 and 2, the damper portion ( 16b) A vibration damping structure for a power storage device, comprising a housing portion (17) for housing the air chamber in the air chamber.
請求項5の発明は、請求項1又は請求項2に記載の電力貯蔵装置の制振構造において、図3に示すように、前記超電導磁気軸受の固定子を支持した状態でこの超電導磁気軸受を収容する内槽(11)を、この内槽を収容する外槽(13)に支持する支持部(19)を備え、前記振動減衰部(18)は、前記外槽を弾性支持するとともに、前記内槽及び前記外槽に発生する振動を減衰させることを特徴とする電力貯蔵装置の制振構造である。 According to a fifth aspect of the present invention, in the vibration damping structure of the power storage device according to the first or second aspect, as shown in FIG. 3, the superconducting magnetic bearing is supported while the stator of the superconducting magnetic bearing is supported. The inner tank (11) to be accommodated is provided with a support part (19) that supports the outer tank (13) that accommodates the inner tank, and the vibration damping part (18) elastically supports the outer tank, and A vibration damping structure for a power storage device, wherein vibration generated in an inner tank and the outer tank is attenuated.
この発明によると、簡単な構造によって回転体にダンピングを付与しこの回転体の振動を抑えることができる。 According to the present invention, damping can be imparted to the rotating body with a simple structure to suppress vibration of the rotating body.
(第1実施形態)
以下、図面を参照して、この発明の第1実施形態について詳しく説明する。
図1に示す電力貯蔵装置1は、電気エネルギーを回転体の運動エネルギーとして貯蔵する装置である。電力貯蔵装置1は、充電時には余剰電力をフライホイール8の運動エネルギーに変換して貯蔵するとともに、放電時にはこのフライホイール8に蓄積されている運動エネルギーを電気エネルギーに変換する。電力貯蔵装置1は、例えば、超電導体を使用した磁気支持装置によって回転体を支持し、電力を回転体の運動エネルギーとして蓄積する超電導フライホイール蓄電装置である。電力貯蔵装置1は、電動発電機(発電電動機)2と、架台3と、継手4は、連結軸5と、磁気クラッチ6と、回転軸7と、フライホイール(はずみ車)8と、超電導磁気軸受9,10と、内槽11と、冷却装置12と、外槽13と、真空排気装置14A,14Bと、制振構造15などを備えている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
A
電動発電機2は、電動機と発電機とが可逆であり兼用される装置である。電動発電機2は、電気エネルギーによって電動機を回転させてフライホイール8 を回転させるとともに、このフライホイール8の運動エネルギーによって発電機を回転させて電力を発生する。電動発電機2は、回転軸2aなどを備えている。架台3は、電力貯蔵装置1の主要部分を支持する部材である。架台3は、外槽13の外側に配置されているフレーム状の部材であり、電動発電機2、圧縮機12b、外槽13及び真空ポンプ14a,14cなどを支持している。継手4は、電動発電機2側の回転軸2aと磁気クラッチ6側の連結軸5とを接続する装置である。継手4は、例えば、電動発電機2と磁気クラッチ6との間で動力を伝達する軸継手などである。連結軸5は、継手4と磁気クラッチ6とを連結する部材である。連結軸5は、継手4及び磁気クラッチ6と一体となって回転するように、一方の端部が継手4に固定されており、他方の端部が磁気クラッチ6のクラッチ片6aに固定されている。
The
磁気クラッチ6は、電動発電機2と回転軸7との間で動力を伝達する装置である。磁気クラッチ6は、例えば、非接触で動力を断続させる非接触式磁気クラッチのような磁気力トルク伝達部品である。磁気クラッチ6は、永久磁石又はコイル(例えば銅線)のクラッチ片6aと、このクラッチ片6aとの間に磁力を発生する永久磁石のクラッチ片6bとを備えている。磁気クラッチ6は、クラッチ片6aとクラッチ片6bとの間に間隙部を形成するようにクラッチ片6aとクラッチ片6bとが対向しており、外槽13の外側にクラッチ片6aが配置され、内槽11の内側にクラッチ片6bが配置されている。
The
回転軸7は、フライホイール8と一体となって回転する部材である。回転軸7は、上端部が磁気クラッチ6のクラッチ片6bに固定されている。フライホイール8は、電気エネルギーを運動エネルギーとして保存するための部材である。フライホイール8は、このフライホイール8の中心が回転軸7の中心軸と一致するように、この回転軸7に固定されている。フライホイール8は、回転軸7とともに内槽11内に浮揚状態で収容されており、電力貯蔵用の超電導フライホイールとして機能する。
The rotating
超電導磁気軸受9,10は、回転軸7を回転自在に支持する装置である。超電導磁気軸受9は、フライホイール8の上方に配置されており、回転軸7の上端部側を非接触で支持している。超電導磁気軸受10は、フライホイール8の下方に配置されており、回転軸7の下端部側を非接触で支持している。超電導磁気軸受9,10は、超電導物質のマイスナー効果による磁気浮上を利用して回転軸7を回転自在に支持するスラスト軸受として機能する。超電導磁気軸受9,10は、超電導バルク体(回転子)9a,10aと超電導コイル(固定子)9b,10bなどを備えており、回転体側の超電導バルク体9a,10aと固定体側の超電導コイル9b,10bとの間に磁場を発生させる。超電導磁気軸受9,10は、超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとを対向させてこれらの間に磁気反発力を発生させて、超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとの間に所定の間隔が保持させるように回転軸7をガイドする。超電導磁気軸受9,10は、回転軸7及びフライホイール8を浮揚状態で支持することによって、エネルギー損失の大部分を占める軸受部分の摩擦抵抗を低減している。
The superconducting
超電導バルク体9a,10aは、単結晶と同等の超電導特性を有する高温超電導材料の固まりである。超電導バルク体9a,10aは、例えば、Y系超電導材料などを溶解させてから結晶成長させた溶融成長体であり、冷却することによって超電導特性を発揮する。超電導バルク体9a,10aは、回転軸7の外周面に固定されており、磁気クラッチ6のクラッチ片6b、回転軸7及びフライホイール8とともに回転体の一部を構成する。超電導コイル9b,10bは、超電導線材を巻き回して形成したコイルである。超電導コイル9b,10bは、例えば、Nb-Ti系超電導材又はビスマス系高温超電導材又はY系高温超電導材を巻き付けたリング状の部材であり、内槽11とともに固定体の一部を構成しており、超電導バルク体9a,10aと間隔をあけて内槽11に固定されている。この第1実施形態では、クラッチ片6b、回転軸7、フライホイール8及び超電導バルク体9a,10aによって構成される回転体側の質量が、超電導コイル9b,10b、内槽11及び冷凍機12aによって構成される固定体側の質量よりも大きくなるように設定されている。
The
内槽11は、内部が極低温/高真空下の容器である。内槽11は、超電導磁気軸受9,10の超電導コイル9b,10bを支持した状態でこの超電導磁気軸受9,10を収容する。内槽11は、例えば、磁気クラッチ6のクラッチ片6b、回転軸7、フライホイール8及び超電導磁気軸受9,10を極低温下で収容するクライオスタットなどの低温容器である。内槽11は、磁気クラッチ6のクラッチ片6aとクラッチ片6bとの間の部分がガラス繊維強化プラスチック(Glass fiber reinforced plastics(GFRP))などの非金属部材である。内槽11は、超電導磁気軸受9,10の超電導コイル9b,10bを臨界温度以下にするために内部が極低温下に維持されているとともに、フライホイール8の風損を低減するために内部が高真空下に維持されている。
The
冷却装置12は、内槽11の内部を冷却する装置である。冷却装置12は、例えば、内槽11内の超電導磁気軸受9,10の超電導コイル9b,10bを液体窒素によって臨界温度以下に冷却する極低温用冷凍機のような熱伝導型冷却装置である。冷却装置12は、ヘリウムガスの圧縮と膨張とを繰り返して冷却するGM(Gifford-McMahon)冷凍機のような冷凍機12aと、この冷凍機12aに冷媒ガスを供給する圧縮機12bと、冷凍機12aと圧縮機12bとの間で冷媒ガスが流れる可撓性を有する柔軟な管路12cなどを備えている。冷却装置12は、冷凍機12aが内槽11の内側に配置されており、圧縮機12bが外槽13の外側に配置されている。
The
外槽13は、内部が高真空下の容器である。外槽13は、内槽11を高真空下で収容する真空断熱容器である。外槽13は、内槽11との間に真空断熱層(空間)を形成しており、内槽11とは異なり極低温下ではないが、この内槽11と同様に高真空下でこの内槽11を収容している。外槽13は、内槽11と同様に、磁気クラッチ6のクラッチ片6aとクラッチ片6bとの間の部分がGFRPなどの非金属部材である。
The
真空排気装置14Aは、内槽11の内部を真空状態にする装置であり、真空排気装置14Bは、外槽13の内部を真空状態にする装置である。真空排気装置14Aは、超電導バルク体9a,10aへの伝熱(超電導コイル9b,10bからの冷熱で超電導バルク体9a,10aを冷却)のために、内槽11の内部を数〜100Pa程度の真空状態に調整する。真空排気装置14Aは、内槽11の内部を真空排気する真空ポンプ14aと、この真空ポンプ14aと内槽11とを接続する可撓性を有する柔軟な管路14bなどを備えている。同様に、真空排気装置14Bは、外槽13の内部を真空排気する真空ポンプ14cと、この真空ポンプ14cと外槽13とを接続する可撓性を有する柔軟な管路14dなどを備えている。
The
制振構造15は、電力貯蔵装置1の回転体に発生する振動を抑制する構造である。制振構造15は、クラッチ片6b、超電導バルク体9a,10a、回転軸7及びフライホイール8などの回転体側が外力によって振動したときに、超電導コイル9b,10b及び内槽11などの固定体側の振動を減衰させることによって回転体側の振動も減衰させて、超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとが衝突するのを防ぐ。制振構造15は、図1及び図2に示すように、振動減衰部16と収容部17などを備えている。
The
図1及び図2に示す振動減衰部16は、回転体に発生する振動を減衰させるために、固定体に発生する振動を減衰させる部分である。振動減衰部16は、内槽11を外槽13に弾性支持するとともに、この内槽11に発生する振動を減衰させる部分である。振動減衰部16は、極低温/高真空下にダンパを設置せずに内槽11を外槽13から柔支持することによって、回転体側にダンピングを付与し超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとの接触を防止する。振動減衰部16は、一方の端部が内槽11の外側表面に連結され、他方の端部が外槽13の内側表面に連結されており、内槽11の上部及び下部にそれぞれ少なくとも3箇所配置されている。振動減衰部16は、ばね部16aとダンパ部16bなどを備えている。
The
ばね部16aは、内槽11を外槽13に向かって付勢する引張力を発生する引張コイルばねなどの弾性体である。ダンパ部16bは、油又は空気などの作動流体を利用したピストン型のダッシュポット(減衰器)である。ダンパ部16bは、シリンダ内に移動自在に収容されるピストンによってこのシリンダ内をヘッド側室とロッド側室とに区画しており、ヘッド側室とロッド側室との間で絞り部を通じてシリンダ内の作動流体が移動したときに発生する粘性抵抗力によって振動を減衰させる。振動減衰部16は、図2(A)に示すばね部16aとダンパ部16bとを直列に配置したマクスウェルモデル、図2(B)に示すばね部16aとダンパ部16bとを並列に配置したフォークトモデル、図2(C)に示すようにマクスウェルモデルとばね部16aとを並列に配置した3要素、図2(D)に示すマクスウェルモデルとフォークトモデルとを直列に配置した4要素などの力学モデルによって構成されている。
The
収容部17は、振動減衰部16のダンパ部16bを空気室内に収容する部分である。収容部17は、例えば、ばね部16a及びダンパ部16bを密封する容器である。収容部17は、通常の室温/大気圧下で使用可能なダンパを適用可能なように予め内部に空気が充満されており、高真空下の外槽13内でダンパ部16bから作動流体が蒸発するのを防止する。
The
次に、この発明の第1実施形態に係る電力貯蔵装置の制振構造の作用を説明する。
電力貯蔵装置1に電力を貯蔵するときには、フライホイール8の運動エネルギーに電気エネルギーを変換して貯蔵する。磁気クラッチ6を通電状態にしてクラッチ片6aとクラッチ片6bとの間に電磁力を発生させて、電動発電機2の回転軸2aと回転軸7と接続する。次に、電動発電機2を電動機として機能させて、余剰電力によって電動発電機2が回転軸7を回転し、この回転軸7と一体となってフライホイール8が回転し、電気エネルギーが運動エネルギーとして蓄積される。このとき、超電導磁気軸受9,10の超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとの間に磁気反発力が作用しているため、回転軸7及びフライホイール8が浮揚状態となって回転し、摩擦抵抗によって運動エネルギーが損失するのを超電導磁気軸受9,10が防ぐ。
Next, the operation of the vibration damping structure for the power storage device according to the first embodiment of the present invention will be described.
When power is stored in the
電力貯蔵装置1から電力を取り出すときには、フライホイール8の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出す。電動発電機2を発電機として機能させて、フライホイール8の回転エネルギーによって電動発電機2の回転軸2aを回転させると、電動発電機2が電力を発生して運動エネルギーが電気エネルギーとして取り出される。このように、余剰電力をフライホイール8の運動エネルギーに変換して電力貯蔵装置1が貯蔵するとともに、フライホイール8に貯蔵されている運動エネルギーを必要時に電力貯蔵装置1が電気エネルギーに変換しこの電気エネルギーが取り出される。
When taking out electric power from the
超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとによる磁気ばねによって、回転軸7側の超電導バルク体9a,10aと内槽11側の超電導コイル9b,10bとが作用/反作用を及ぼし合う。このとき、回転体側及び固定体側の質量比の逆比で回転体と固定体とが変位するため、回転体側及び固定体側の質量比が1:1の場合には、回転体と固定体との相対変位が最小となる。しかし、超電導磁気軸受9,10を使用する電力貯蔵装置1の場合には、回転体に対してダンピングを与えることが困難であり、この系では超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとの接触を防ぐことが難しい。この第1実施形態では、例えば、回転体側の質量:固定体側の質量=10:1となるように回転子側の質量を大きくして、固定体側の変位が回転体側の変位よりも10倍大きくなるように設定し、振動減衰部16のダンパ部16bによってダンピングを付与し回転体の振動を抑えている。全体でE[J]の外乱によるエネルギーの入力があった場合に、回転体側の質量MRと固定体側の質量MSとの比が1:1であるときには、外乱による固定体側のエネルギーES及び回転体側のエネルギーERをダンパによってES=ER=E/2しか吸収できない。しかし、この第1実施形態では、例えば、回転体側と固定体側の質量比を10:1に設定したときには、固定体側に作用する力FSと回転体側に作用する力FRとが作用/反作用の関係よりFS=-FRである。このため、この第1実施形態では、固定体側の加速度aSと回転体側の加速度aRとが|aS|:|aR|=FS/MS:FR/MR=10:1となり、速度v∝加速度aであるため、ES:ER=MSaS 2: MRaR 2=10:1より、ダンパ部16bによって10E/11も吸収できる。
The magnetic spring formed by the
この発明の第1実施形態に係る電力貯蔵装置の制振構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第1実施形態では、回転体側の超電導バルク体9a,10aと固定体側の超電導コイル9b,10bとの間に磁場を発生させて、この回転体の回転軸7を非接触で回転自在に超電導磁気軸受9,10が支持し、回転体に発生する振動を減衰させるために、超電導バルク体9a,10aを支持する固定体に発生する振動を振動減衰部16が減衰させる。このため、ダンピングを付与することが困難な回転体側ではなく固定体側の振動を振動減衰部16によって減衰させて、回転体側の振動を容易に抑制することができる。
The vibration damping structure of the power storage device according to the first embodiment of the present invention has the following effects.
(1) In the first embodiment, a magnetic field is generated between the
(2) この第1実施形態では、回転体側の質量が固定体側の質量よりも大きい。このため、比較的重い回転体側よりも比較的軽い固定体側に、回転体を加振させるエネルギーを多く分配されて、制振が困難な回転体側ではなく、制振が容易な固定体側で振動を吸収することができる。その結果、固定体側の振動を振動減衰部16によって抑え、回転体側にダンピングを付与することによって、超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとの接触を防止することができる。
(2) In the first embodiment, the mass on the rotating body side is larger than the mass on the stationary body side. For this reason, a large amount of energy for exciting the rotating body is distributed to the stationary body side, which is relatively lighter than the relatively heavy rotating body side, and vibration is generated on the stationary body side where vibration suppression is easy, not on the rotating body side where vibration suppression is difficult. Can be absorbed. As a result, it is possible to prevent contact between the
(3) この第1実施形態では、超電導バルク体9a,10aを支持した状態で超電導磁気軸受9,10を収容する内槽11を、この内槽11を収容する外槽13に振動減衰部16が弾性支持するとともに、この内槽11に発生する振動をこの振動減衰部16が減衰させる。このため、振動減衰部16によって固定体側の内槽11を弾性支持することで、回転体側よりも固定体側の内槽11をより一層容易に振動させることができる。その結果、回転体側の回転軸7が外力によって振動したときに、固定体側の内槽11の振動をこの振動減衰部16によって減衰させることによって、この回転体側の回転軸7の振動を抑えることができる。
(3) In the first embodiment, the
(4) この第1実施形態では、振動減衰部16のダンパ部16bを空気室内に収容部17が収容する。このため、高真空下の外槽13内にダンパ部16bを設置してもこのダンパ部16bから作動流体が蒸発するのを収容部17によって防止することができる。その結果、極低温/高真空下で使用可能な高価な特別のダンパが不要になって、通常の安価なダンパ部16bによって回転軸7の振動を抑えることができる。
(4) In the first embodiment, the
(第2実施形態)
図3に示す電力貯蔵装置1は、図1及び図2に示す振動減衰部16が省略されており、弾性支持部19などを備えている。図3に示す制振構造15は、クラッチ片6b、超電導バルク体9a,10a、回転軸7及びフライホイール8などの回転体側が外力によって振動したときに、超電導コイル9b,10b、内槽11及び外槽13などの固定体側の振動を減衰させることによって回転体側の振動も減衰させて、超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとが衝突するのを防ぐ。制振構造15は、振動減衰部18などを備えている。
(Second Embodiment)
The
振動減衰部18は、外槽13を弾性支持するとともに、内槽11及び外槽13に発生する振動を減衰させる部分である。振動減衰部18は、外槽13を架台3から柔支持することによって、回転体側にダンピングを付与し超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとの接触を防止する。振動減衰部18は、図1に示す振動減衰部16と同様にばね部18aとダンパ部18bなどを備えている。ばね部18aは、外槽13を架台3に向かって付勢する引張力を発生する引張コイルばねなどの弾性体である。ダンパ部18bは、図1に示すダンパ部16bと同様に、油又は空気などの作動流体を利用したピストン型のダッシュポット(減衰器)である。振動減衰部18は、図2に示す振動減衰部16と同様に、マクスウェルモデル、フォークトモデル、3要素又は4要素などの力学モデルによって構成されている。この第2実施形態では、クラッチ片6b、回転軸7、フライホイール8及び超電導バルク体9a,10aによって構成される回転体側の質量が、超電導コイル9b,10b及び内槽11及び外槽13側によって構成される固定体側の質量よりも重くなるように設定されている。
The
図3に示す支持部19は、外槽13に内槽11を支持する部分である。支持部19は、例えば、内槽11の底面が外槽13の上面に剛支持されるように、この内槽11の底面とこの外槽13の上面とを連結する部材である。支持部19は、内槽11と外槽13との間に少なくとも3箇所配置されている。
A
この発明の第2実施形態に係る電力貯蔵装置の制振構造には、第1実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第2実施形態では、超電導バルク体9a,10aを支持した状態でこの超電導磁気軸受9,10を収容する内槽11を、この内槽11を収容する外槽13に弾性支持部19が弾性支持し、振動減衰部18が外槽13を弾性支持するとともに内槽11及び外槽13に発生する振動を減衰させる。このため、回転体側の回転軸7が外力によって振動したときに固定体側の内槽11及び外槽13の振動を振動減衰部18によって減衰させることによって、この回転体側の回転軸7の振動を抑えることができる。また、高真空下の外槽13内に振動減衰部18を配置せずにこの外槽13の外側に振動減衰部18を配置する構造であるため、振動減衰部18のダンパ部18bを空気室内の収容部17に収容する必要がない。その結果、通常の空冷型のダンパ部18bを振動減衰部18に使用することができ、電力貯蔵装置1を安価に製造することができる。さらに、外槽13の外側に振動減衰部18を配置するため、冷却装置12の負荷が一切増えず、回転エネルギーの効率が低下するのを防ぐことができる。
The vibration damping structure for a power storage device according to the second embodiment of the present invention has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
(1) In the second embodiment, the
(2) この第2実施形態では、回転体側の質量が固定体側の質量よりも重い。このため、固定体側の内槽11及び外槽13の振動を振動減衰部18によって抑え、回転体側にダンピングを付与することによって、超電導バルク体9a,10aと超電導コイル9b,10bとの接触を防止することができる。
(2) In the second embodiment, the mass on the rotating body side is heavier than the mass on the stationary body side. For this reason, the vibration of the
(他の実施形態)
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、クラッチ片6aが永久磁石又はコイルでありクラッチ片6bが永久磁石である磁気クラッチ6を例に挙げて説明したが、超電導バルク体を使用した磁気クラッチについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、固体体側の質量と回転体側の質量との比が1:10である場合を例に挙げて説明したが、これらの質量比を1:10に限定するものではなく、固体体側の質量が回転体側の質量よりも大きくなるように任意の質量比に設定することができる。さらに、この実施形態では、超電導磁気軸受9,10とともにフライホイール8を内槽11に収容する場合を例に挙げて説明したが、超電導磁気軸受9,10のみを内槽11に収容することもできる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications or changes can be made as described below, and these are also within the scope of the present invention.
(1) In this embodiment, the
(2) この実施形態では、磁気クラッチ6のクラッチ片6aとクラッチ片6bとの間の外槽13の一部を非金属部材によって構成する場合を例に挙げて説明したが、この部分の外槽12を省略して内槽11の非金属部材を大気中に露出させることもできる。また、この実施形態では、冷却装置12の冷凍機12aがGM冷凍機である場合を例に挙げて説明したが、他の形式の冷凍機である場合についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、真空排気装置14A,14Bによって内槽11及び外槽13を真空状態にする場合を例に挙げて説明したが、これらの内部の真空度が所定値に達した後に外部への漏れがないように密封することもできる。
(2) In this embodiment, the case where a part of the
(3) この実施形態では、ばね部16a,18a及びダンパ部16b,18bによって振動減衰部16,18を構成する場合を例に挙げて説明したが、任意の個数及び力学モデルのばね部16a,18a及びダンパ部16b,18bによって振動減衰部16,18を構成することができる。また、この実施形態では、内槽11及び外槽13の上方及び下方に振動減衰部16,18を配置する場合を例に挙げて説明したが、内槽及び外槽13の下方又は上方に振動減衰部16,18を配置することもできる。さらに、この第1実施形態では、振動減衰部16のばね部16a及びダンパ部16bを収容部17内に収容する場合を例に挙げて説明したが、ダンパ部16bのみを収容部17内に収容することもできる。
(3) In this embodiment, the case where the
1 電力貯蔵装置
2 電動発電機
3 架台
4 継手
5 連結軸
6 磁気クラッチ
7 回転軸
8 フライホイール
9,10 超電導磁気軸受
9a,10a 超電導バルク体(回転子)
9b,10b 超電導コイル(固定子)
11 内槽
12 冷却装置
13 外槽
14A,14B 真空排気装置
15 制振構造
16 振動減衰部
16a ばね部
16b ダンパ部
17 収容部
18 振動減衰部
18a ばね部
18b ダンパ部
19 支持部
DESCRIPTION OF
9b, 10b Superconducting coil (stator)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記回転体側の回転子と固定体側の固定子との間に磁場を発生させて、この回転体の回転軸を非接触で回転自在に支持する超電導磁気軸受と、
前記回転体に発生する振動を減衰させるために、前記固定子を支持する前記固定体に発生する振動を減衰させる振動減衰部と、
を備える電力貯蔵装置の制振構造。 A power storage device damping structure for suppressing vibration generated in the rotating body of the power storage device that stores electrical energy as kinetic energy of the rotating body,
A superconducting magnetic bearing that generates a magnetic field between the rotor on the rotating body side and the stator on the stationary body side, and rotatably supports the rotating shaft of the rotating body in a non-contact manner;
A vibration attenuator for attenuating vibration generated in the fixed body that supports the stator in order to attenuate vibration generated in the rotating body;
A damping structure for a power storage device comprising:
前記回転体側の質量が前記固定体側の質量よりも大きいこと、
を特徴とする電力貯蔵装置の制振構造。 In the vibration damping structure of the power storage device according to claim 1,
The mass on the rotating body side is larger than the mass on the stationary body side,
The vibration control structure of the power storage device characterized by the above.
前記振動減衰部は、前記超電導磁気軸受の固定子を支持した状態でこの超電導磁気軸受を収容する内槽を、この内槽を収容する外槽に弾性支持するとともに、この内槽に発生する振動を減衰させること、
を特徴とする電力貯蔵装置の制振構造。 In the vibration damping structure of the power storage device according to claim 1 or 2,
The vibration damping unit elastically supports an inner tank that accommodates the superconducting magnetic bearing in a state in which the stator of the superconducting magnetic bearing is supported, and an vibration generated in the inner tank. Attenuating,
The vibration control structure of the power storage device characterized by the above.
前記振動減衰部のダンパ部を空気室内に収容する収容部を備えること、
を特徴とする電力貯蔵装置の制振構造。 In the damping structure of the power storage device according to any one of claims 1 to 3,
A housing portion for housing the damper portion of the vibration damping portion in an air chamber;
The vibration control structure of the power storage device characterized by the above.
前記超電導磁気軸受の固定子を支持した状態でこの超電導磁気軸受を収容する内槽を、この内槽を収容する外槽に支持する支持部を備え、
前記振動減衰部は、前記外槽を弾性支持するとともに、前記内槽及び前記外槽に発生する振動を減衰させること、
を特徴とする電力貯蔵装置の制振構造。 In the vibration damping structure of the power storage device according to claim 1 or 2,
A support portion for supporting the inner tank containing the superconducting magnetic bearing in a state where the stator of the superconducting magnetic bearing is supported, and supporting the outer tank containing the inner tank;
The vibration damping unit elastically supports the outer tub and attenuates vibration generated in the inner tub and the outer tub.
The vibration control structure of the power storage device characterized by the above.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012010963A JP2013150499A (en) | 2012-01-23 | 2012-01-23 | Vibration control structure of power storage apparatus |
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JP2012010963A JP2013150499A (en) | 2012-01-23 | 2012-01-23 | Vibration control structure of power storage apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
ID=49047498
Family Applications (1)
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JP2012010963A Pending JP2013150499A (en) | 2012-01-23 | 2012-01-23 | Vibration control structure of power storage apparatus |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2013150499A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016030327A (en) * | 2014-07-30 | 2016-03-07 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Manufacturing device and manufacturing method of dissimilar metal composite member |
JP2016211714A (en) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Superconductive magnetic bearing for superconductive flywheel power storage system |
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2012
- 2012-01-23 JP JP2012010963A patent/JP2013150499A/en active Pending
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JP2016211714A (en) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | Superconductive magnetic bearing for superconductive flywheel power storage system |
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