JP2015019565A - Power storage device and electric power system using the same - Google Patents

Power storage device and electric power system using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable electric energy, input into a motor, to be efficiently converted to rotational energy of a rotary member and stored, without causing complication and upsizing of a structure, in a power storage device comprising the motor and the rotary member.SOLUTION: In a power storage device (10) comprising a rotary member (1) and a motor (30), electric energy input into the motor (30) is converted to rotational energy of the rotary member (1) and stored. On the premise of the power storage device (10), the rotary member (1) is at least partially formed of ceramic, carbon fiber or fiber-reinforced plastic, and suspended from a motor shaft (31) of the motor (30).

Description

本発明は、電気エネルギを回転部材の回転エネルギとして蓄える蓄電装置に関するものである。   The present invention relates to a power storage device that stores electrical energy as rotational energy of a rotating member.

従来より、電気エネルギを、回転部材が回転することによって得られるエネルギ(以下、回転エネルギともいう。)として蓄える蓄電装置が知られている。そして、これらの蓄電装置の中には、特許文献1に示すように、回転部材がフライホイールを有するものがある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a power storage device that stores electrical energy as energy obtained by rotation of a rotating member (hereinafter also referred to as rotational energy) is known. And among these electrical storage apparatuses, as shown to patent document 1, there exists a thing in which a rotating member has a flywheel.

特許文献1の蓄電装置では、モータへ電力を供給してフライホイールを回転させることにより、モータへ供給される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えるように構成されている。モータへの電力供給を停止しても、フライホイールは回転を続ける。そして、フライホイールの回転力を必要に応じてモータへ伝達することにより、モータが発電機となって電気を発生させる。   The power storage device of Patent Document 1 is configured to store electric energy supplied to the motor as rotational energy of the flywheel by supplying electric power to the motor and rotating the flywheel. Even if power supply to the motor is stopped, the flywheel continues to rotate. And by transmitting the rotational force of a flywheel to a motor as needed, a motor becomes a generator and generates electricity.

ここで、従来の蓄電装置は、フライホイールの質量をできるだけ大きくすることによって、フライホイールの回転エネルギを高め、より多くの電気エネルギを蓄えるようにしていた。   Here, the conventional power storage device increases the rotational energy of the flywheel and stores more electric energy by increasing the mass of the flywheel as much as possible.

特開2002−95209号公報JP 2002-95209 A

しかしながら、フライホイールの質量が大きくなると、フライホイールの軸部を支持する軸受の摩擦損失が大きくなって、電気エネルギを効率よく回転エネルギとして蓄えることができないという問題があった。   However, when the mass of the flywheel increases, the friction loss of the bearing that supports the flywheel shaft portion increases, and there is a problem that electrical energy cannot be efficiently stored as rotational energy.

特許文献1の蓄電装置では、フライホイールの下面に永久磁石を固定し、この永久磁石の下側に間隔を開けて超伝導磁石を配置して、永久磁石と超伝導磁石との間に生じる電磁気力により、フライホイールを浮かせるようにしている。こうすることで、フライホイールの軸部の上部と下部を支持する転がり軸受の摩擦損失を低減しているが、上述の超伝導磁石を機能させるためには、極低温用の冷凍機を設ける必要があり、蓄電装置の構造が複雑且つ大型になってしまう。   In the power storage device of Patent Document 1, a permanent magnet is fixed to the lower surface of the flywheel, and a superconducting magnet is disposed below the permanent magnet with a space therebetween, and electromagnetic generated between the permanent magnet and the superconducting magnet. The flywheel is lifted by force. This reduces the friction loss of the rolling bearing that supports the upper and lower parts of the shaft portion of the flywheel. However, in order to make the above superconducting magnet function, it is necessary to provide a cryogenic refrigerator. As a result, the structure of the power storage device becomes complicated and large.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、モータと回転部材とを備えた蓄電装置において、構造の複雑化及び大型化を招くことなく、モータへ入力された電気エネルギを効率よく回転部材の回転エネルギに変換して蓄えることができるようにすることにある。   The present invention has been made in view of such a point, and in an electric storage device including a motor and a rotating member, the electric energy input to the motor can be efficiently rotated without causing a complicated structure and an increase in size. The object is to be able to convert and store the rotational energy of the member.

第1の発明は、回転部材(1,1a)とモータ(30)とを備え、前記モータ(30)へ入力された電気エネルギを前記回転部材(1,1a)の回転エネルギに変換して蓄える蓄電装置を前提としている。そして、蓄電装置の前記回転部材(1,1a)は、少なくとも一部がセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成され且つ前記モータ(30)のモータ軸(31)に吊り下げられている。   The first invention includes a rotating member (1, 1a) and a motor (30), and converts electrical energy input to the motor (30) into rotational energy of the rotating member (1, 1a) and stores it. A power storage device is assumed. The rotating member (1, 1a) of the power storage device is at least partially formed of ceramics, carbon fiber, or fiber reinforced plastic, and is suspended from the motor shaft (31) of the motor (30).

第2の発明は、第1の発明において、前記回転部材(1)は、慣性体(3)と、前記慣性体(3)が固定された状態で前記モータ(30)のモータ軸(31)に吊り下げられ且つセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックを含有した軸部(2)とを備えている。   In a second aspect based on the first aspect, the rotating member (1) includes an inertial body (3) and a motor shaft (31) of the motor (30) in a state where the inertial body (3) is fixed. And a shaft portion (2) containing ceramics, carbon fiber, or fiber reinforced plastic.

第3の発明は、第2の発明において、前記回転部材(1)の慣性体(3)は、セラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成されている。   In a third aspect based on the second aspect, the inertial body (3) of the rotating member (1) is made of ceramics, carbon fiber, or fiber reinforced plastic.

第4の発明は、第1から第3の何れか1つの発明において、前記回転部材(1)の軸部(2)の下端部に固定された第1の永久磁石(12a)と、前記回転部材(1)を収容した収容室(22)の底面に埋め込まれた第2の永久磁石(12b)とを有し、互いに非接触となるように配置された前記第1及び第2の永久磁石(12a,12b)間に作用する磁力により、前記回転部材(1)の回転時の振れ回りを抑制する抑制部(11)を備えている。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the first permanent magnet (12a) fixed to a lower end portion of the shaft portion (2) of the rotating member (1), and the rotation The first and second permanent magnets having a second permanent magnet (12b) embedded in the bottom surface of the storage chamber (22) containing the member (1) and arranged so as not to contact each other (12a, 12b) It is provided with the suppression part (11) which suppresses the whirling at the time of rotation of the said rotation member (1) with the magnetic force which acts between (12a, 12b).

第5の発明は、第1から第4の何れか1つの発明において、上下に重ねられ且つ互いに吸着した複数の磁石を有する継手部(5)を備え、前記モータ(30)のモータ軸(31)は、最も上側の前記磁石に固定され、前記回転部材(1)の軸部(2)は、前記軸部(2)の上端部に形成された鍔部(4)が隣り合う前記磁石間に挟まれることにより、固定されている。   According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions, the fifth invention includes a joint portion (5) having a plurality of magnets stacked vertically and attracted to each other, and the motor shaft (31) of the motor (30). ) Is fixed to the uppermost magnet, and the shaft (2) of the rotating member (1) is located between the magnets adjacent to the flange (4) formed at the upper end of the shaft (2). It is fixed by being pinched.

第6の発明は、第1から第5の何れか1つの発明において、前記回転部材(1,1a)が有するセラミックスは、チタン酸アルミニウム系セラミックスである。   In a sixth aspect based on any one of the first to fifth aspects, the ceramic included in the rotating member (1, 1a) is an aluminum titanate ceramic.

第7の発明は、第1から第6の何れか1つの発明において、前記回転部材(1,1a)を収容するケーシング(20,80)を備え、前記回転部材(1,1a)のセラミックスは、チタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体であり、限界値を超えた荷重が前記回転部材(1,1a)に作用すると、前記回転部材(1,1a)のチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体が前記ケーシング(20,80)内で粉砕するように構成されている。   According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions, the seventh invention includes a casing (20, 80) for accommodating the rotating member (1, 1a), and the ceramic of the rotating member (1, 1a) is The sintered body of the aluminum titanate ceramics, when the load exceeding the limit value is applied to the rotating member (1,1a), the sintered body of the aluminum titanate ceramics of the rotating member (1,1a) Is configured to be crushed in the casing (20, 80).

第8の発明は、第7の発明において、前記ケーシング(20,80)の収容室(22,90)に面する壁体がチタン酸アルミニウム系セラミックスを含有する。   In an eighth aspect based on the seventh aspect, the wall body facing the storage chamber (22, 90) of the casing (20, 80) contains an aluminum titanate ceramic.

第9の発明は、第1の発明において、前記回転部材(1a)は、前記モータ(30)のモータ軸(31)に直接的に吊り下げられた慣性体(3a)を備え、前記慣性体(3a)がセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成されている。   In a ninth aspect based on the first aspect, the rotating member (1a) includes an inertial body (3a) suspended directly from a motor shaft (31) of the motor (30), and the inertial body (3a) is formed of ceramics, carbon fiber, or fiber reinforced plastic.

第10の発明は、第9の発明において、前記慣性体(3a)を収容したケーシング(80)を備え、前記慣性体(3a)の下端面は、凸状の湾曲面(81)で形成され、前記ケーシング(80)は、前記慣性体(3a)の湾曲面(81)に対向する内面が凹状の湾曲面(82)で形成され、 前記慣性体(3a)の湾曲面(81)の中心部と前記ケーシング(80)の湾曲面(82)の中心部とが接触している。   A tenth invention is the ninth invention, comprising a casing (80) containing the inertial body (3a), wherein the lower end surface of the inertial body (3a) is formed by a convex curved surface (81). The casing (80) has an inner surface facing the curved surface (81) of the inertial body (3a) as a concave curved surface (82), and the center of the curved surface (81) of the inertial body (3a). And the central portion of the curved surface (82) of the casing (80) are in contact with each other.

第11の発明は、第9又は第10の発明において、前記回転部材(1a)の下端部に固定された第1の永久磁石(85)と、前記回転部材(1a)を収容した収容室(90)の底面に埋め込まれた第2の永久磁石(86)とを有し、互いに非接触となるように配置された前記第1及び第2の永久磁石(85,86)間に作用する磁力により、前記回転部材(1a)の回転時の振れ回りを抑制する抑制部(87)を備えている。   An eleventh invention is the ninth or tenth invention, wherein the first permanent magnet (85) fixed to the lower end portion of the rotating member (1a) and a storage chamber for storing the rotating member (1a) 90) having a second permanent magnet (86) embedded in the bottom surface thereof, and acting between the first and second permanent magnets (85, 86) arranged so as to be in non-contact with each other. Thus, a suppression portion (87) that suppresses the swinging of the rotating member (1a) during rotation is provided.

第12の発明は、第1から第11の何れか1つの発明において、前記回転部材(1,1a)の回転中心に付され又は前記回転部材(1,1a)の外周面に周方向に沿って一定の高さで付されたマーカ(55)と、前記マーカ(55)の位置のブレ量を検出するマーカ位置センサ(56)と、前記マーカ位置センサ(56)で検出したブレ量が所定値以上になると異常信号を出力する回転部材用の異常検出部(57)とを備えている。   In a twelfth aspect of the invention according to any one of the first to eleventh aspects, the rotation member (1, 1a) is attached to the rotation center of the rotation member (1, 1a) along the circumferential direction along the outer circumferential surface of the rotation member (1, 1a). The marker (55) attached at a certain height, the marker position sensor (56) for detecting the amount of blur at the position of the marker (55), and the amount of blur detected by the marker position sensor (56) are predetermined. An abnormality detection unit (57) for a rotating member that outputs an abnormality signal when the value exceeds the value is provided.

第13の発明は、第1の発明において、前記回転部材(1,1a)が収容されたケーシング(20,80)と、前記ケーシング(20,80)に固定された気泡管式水準器(60)と、前記気泡管式水準器(60)の気泡(62)の位置を読み取る気泡位置センサ(63)と、前記位置センサが読み取った気泡(62)の位置により前記ケーシング(20,80)の水平度又は鉛直度が所定範囲外であることを検出すると異常信号を出力するケーシング用の異常検出部(64)とを備えている。   According to a thirteenth aspect, in the first aspect, the casing (20, 80) in which the rotating member (1, 1a) is accommodated, and the bubble tube level (60, 80) fixed to the casing (20, 80). ), A bubble position sensor (63) for reading the position of the bubble (62) of the bubble tube level (60), and the position of the bubble (62) read by the position sensor, the casing (20, 80) An abnormality detection unit (64) for the casing that outputs an abnormality signal when it is detected that the levelness or verticality is outside the predetermined range is provided.

第14の発明は、第1から第13の何れか1つの発明の複数の蓄電装置(10)と、前記蓄電装置(10)の回転部材(1,1a)に蓄えた回転エネルギを電気エネルギに変換して出力する放電動作を全ての蓄電装置(10)に行わせる場合に、全ての前記蓄電装置(10)の電気エネルギの出力量を同じ周期で変化させ且つ前記蓄電装置(10)の出力量の経時変化が不一致となるように位相差を設けるシステム制御部(75)と、を備えている。   In a fourteenth aspect of the present invention, the rotational energy stored in the plurality of power storage devices (10) of any one of the first to thirteenth aspects and the rotating member (1, 1a) of the power storage device (10) is converted into electrical energy. When causing all the power storage devices (10) to perform the discharge operation after conversion, the output amount of the electric energy of all the power storage devices (10) is changed in the same cycle and the output of the power storage device (10) is changed. And a system control unit (75) for providing a phase difference so that the changes in the strength over time are inconsistent.

本発明によれば、回転部材の少なくとも一部がセラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックの何れか1つで形成されるようにしたので、回転部材の全てを鋼材等の金属で形成する場合に比べて、回転部材の軽量化を図ることができる。従来の蓄電装置は、回転部材の質量をできるだけ重くすることによって回転エネルギを蓄えるようにしていたが、本発明の蓄電装置は、従来よりも軽量の回転部材を従来よりも高速で回転させることによって、回転部材の周速率を高め、従来よりも同等以上の回転エネルギを蓄えるように構成される。   According to the present invention, since at least a part of the rotating member is formed of any one of ceramics, carbon fiber, and fiber reinforced plastic, when the entire rotating member is formed of a metal such as steel. In comparison, the weight of the rotating member can be reduced. Conventional power storage devices have been designed to store rotational energy by making the mass of the rotating member as heavy as possible, but the power storage device of the present invention can rotate a lighter rotating member at a higher speed than before. The peripheral speed ratio of the rotating member is increased, and the rotational energy equal to or higher than that of the conventional one is stored.

回転部材の軽量化により、モータのモータ軸に回転部材を吊り下げて回転させることができるようになり、従来よりも蓄電装置の構造の簡素化を図ることができる。   By reducing the weight of the rotating member, the rotating member can be suspended and rotated on the motor shaft of the motor, and the structure of the power storage device can be simplified as compared with the related art.

また、回転部材の軽量化により、モータのモータ軸を支持する軸受の摩擦によるエネルギ損失を低減することができ、モータへ入力された電気エネルギを効率よく回転部材の回転エネルギに変換して蓄えることができる。   In addition, by reducing the weight of the rotating member, energy loss due to friction of the bearing that supports the motor shaft of the motor can be reduced, and electric energy input to the motor can be efficiently converted into rotational energy of the rotating member and stored. Can do.

ここで、回転部材は、その全てがセラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックの何れか1つで形成されてもよい。また、回転部材の一部が、セラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックのうちの1つで形成され、回転部材の残りの部分が、セラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックのうちの回転部材の一部とは異なるもので形成されてもよい。また、回転部材の残りの部分は、セラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチック以外の材料で形成されてもよい。   Here, all of the rotating members may be formed of any one of ceramics, carbon fibers, and fiber reinforced plastics. In addition, a part of the rotating member is formed of one of ceramics, carbon fiber, and fiber reinforced plastic, and the remaining part of the rotating member is formed of the rotating member of ceramics, carbon fiber, and fiber reinforced plastic. It may be formed of a different part. The remaining part of the rotating member may be formed of a material other than ceramics, carbon fiber, or fiber reinforced plastic.

また、回転部材は慣性体を備え、その慣性体が前記モータのモータ軸に直接的に吊り下げられてもよい。回転部材は慣性体のみで構成されてもよい。また、回転部材は慣性体及び軸部を備え、慣性体が軸部を介して前記モータのモータ軸に吊り下げられてもよい。   The rotating member may include an inertial body, and the inertial body may be directly suspended from the motor shaft of the motor. The rotating member may be composed only of an inertial body. The rotating member may include an inertial body and a shaft portion, and the inertial body may be suspended from the motor shaft of the motor via the shaft portion.

また、回転部材がモータ軸に吊り下がって回転部材の下端が自由端となる場合には、回転部材が振れ回りやすくなるが、回転部材及び収容室の両方に永久磁石を設けるようにしたので、これらの永久磁石間に作用する磁力によって、回転部材が振れ回るのを抑制することができる。   In addition, when the rotating member is suspended from the motor shaft and the lower end of the rotating member is a free end, the rotating member is easily swung around, but since the permanent magnet is provided in both the rotating member and the storage chamber, The magnetic force acting between these permanent magnets can prevent the rotating member from swinging around.

また、複数の磁石を上下に重ね合わせるだけでモータ軸と回転部材とを接続することができ、モータ軸と回転部材との接続作業が、例えばボルト締めの場合に比べて、容易に行うことができる。   In addition, the motor shaft and the rotating member can be connected simply by superimposing a plurality of magnets on the top and bottom, and the connection work between the motor shaft and the rotating member can be easily performed as compared with, for example, bolt fastening. it can.

また、回転部材をセラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックの何れか1つで形成すれば、回転部材の回転運動の妨げとなる渦電流損を低減することができるが、回転部材のセラミックスをチタン酸アルミニウム系セラミックスにすれば、回転部材の回転運動の妨げとなる渦電流損をさらに低減することができる。また、チタン酸アルミニウム系セラミックスは、耐熱性に優れているので、高回転時の回転部材の熱変形が抑制される。また、チタン酸アルミニウム系セラミックスは、機械的強度に優れているので、その限界荷重内において高回転時の回転部材の破損が抑制される。   Further, if the rotating member is formed of any one of ceramics, carbon fiber, and fiber reinforced plastic, eddy current loss that hinders the rotating motion of the rotating member can be reduced. If aluminum oxide ceramics are used, the eddy current loss that hinders the rotational movement of the rotating member can be further reduced. Moreover, since the aluminum titanate ceramics are excellent in heat resistance, thermal deformation of the rotating member during high rotation is suppressed. Moreover, since the aluminum titanate-based ceramics are excellent in mechanical strength, damage to the rotating member during high rotation is suppressed within the limit load.

また、仮に限界荷重を超える荷重が回転部材へ作用すると回転部材自体が粉砕するように構成したので、回転部材が粉砕せずに鋼材等のように座屈する場合に比べて、モータの損傷を小さくすることができる。つまり、回転部材が座屈した場合、座屈状態の回転部材がケーシングの内面に衝突し、その衝突の衝撃が回転部材の軸部を通じてモータへ伝わり、モータが破損することが考えられるが、本発明の場合、回転部材が座屈せずに粉砕するので、その衝撃がモータへ伝わらないのでモータの損傷を最小限に抑えることができる。   In addition, since the rotating member itself is crushed when a load exceeding the limit load is applied to the rotating member, the damage to the motor is reduced compared to the case where the rotating member does not pulverize and buckles like steel. can do. In other words, when the rotating member buckles, the buckled rotating member collides with the inner surface of the casing, and the impact of the collision is transmitted to the motor through the shaft of the rotating member, and the motor may be damaged. In the case of the invention, since the rotating member is pulverized without buckling, the impact is not transmitted to the motor, so that damage to the motor can be minimized.

また、仮に限界荷重を超える荷重が回転部材に作用して回転部材が粉砕した場合、回転部材が従来よりも高速で回転していることに起因して、その粉砕物が超音速で飛び出す。ここで、ケーシングの壁体を金属で形成した場合には、超音速の粉砕物が衝突した際に、壁体にユゴニオ弾性限界を超える圧力が作用し、粉砕物が液状化した壁体を通過してしまい、ケーシングの周囲に危険を及ぼしてしまうことが考えられるが、壁体にチタン酸アルミニウム系セラミックスを含有させることにより、壁体の液状化がなくなり、粉砕物が貫通するのを防ぐことができる。   In addition, if a load exceeding the limit load acts on the rotating member and the rotating member is pulverized, the pulverized product pops out at supersonic speed due to the rotating member rotating at a higher speed than before. Here, when the wall of the casing is made of metal, when the supersonic pulverized material collides, a pressure exceeding the Yugonio elastic limit acts on the wall, and the pulverized material passes through the liquefied wall. However, by including aluminum titanate-based ceramics in the wall, it is possible to prevent the wall from becoming liquefied and prevent the pulverized material from penetrating. Can do.

また、チタン酸アルミニウム系セラミックスの壁体に超音速の粉砕物が衝突すると、その衝突部分が1500℃から1800℃の間で発熱するが、チタン酸アルミニウム系セラミックスは、耐熱性、耐熱衝撃性と低膨張特性に優れているので、衝突部分が凹むことはあっても、上述した衝突の発熱による膨張でケーシングの壁体が全て破損してしまうということがない。   In addition, when a supersonic pulverized product collides with an aluminum titanate ceramic wall, the collided portion generates heat between 1500 ° C. and 1800 ° C., but aluminum titanate ceramic has heat resistance and thermal shock resistance. Since the low expansion characteristic is excellent, even if the collision portion is recessed, the casing wall body is not completely damaged by the expansion due to the heat generated by the collision described above.

また、回転部材はモータ軸に吊り下げられた状態で回転するため、回転部材に振れ回りが生じていない場合、その回転時の姿勢は一定であり、回転部材の回転中心に付されたマーカ、又は前記回転部材の外周面に周方向に沿って一定の高さで付されたマーカの位置はぶれることがないが、回転部材に振れ回りが生じると、回転部材の回転時の姿勢が乱れて、マーカの位置がぶれる。本発明では、このマーカの位置ずれをセンサが検知すると、回転部材の異常検出部が異常信号を出力する。この異常信号により、回転部材を目視しなくても、回転部材に振れ回りが生じていると判断することができる。   Further, since the rotating member rotates while being suspended from the motor shaft, when the rotating member is not swung around, the rotation posture is constant, and the marker attached to the rotation center of the rotating member, Or, the position of the marker attached to the outer peripheral surface of the rotating member at a certain height along the circumferential direction does not fluctuate, but if the rotating member swings around, the rotating member's posture during rotation is disturbed. The position of the marker is blurred. In the present invention, when the sensor detects the positional deviation of the marker, the abnormality detection unit of the rotating member outputs an abnormality signal. From this abnormal signal, it is possible to determine that the rotating member is swung without viewing the rotating member.

また、回転部材はモータ軸に吊り下げられた状態、例えば片持ち状態の場合、回転部材の軸方向は、振れ回りがないとすると常に鉛直方向に沿っている。ケーシングが傾いた状態で設置された場合でも、回転部材の軸方向は鉛直方向となる。このため、ケーシングの内面に回転部材が接触しやすくなる。本発明では、ケーシングが傾いて設置されると、気泡管式水準器の気泡のずれをセンサが検知し、ケーシングの異常検出部が異常信号を出力する。この異常信号により、気泡管式水準器を目視しなくても、ケーシングが傾いて設置されていると判断することができる。   Further, when the rotating member is suspended from the motor shaft, for example, in a cantilever state, the axial direction of the rotating member is always along the vertical direction if there is no swing. Even when the casing is installed in an inclined state, the axial direction of the rotating member is the vertical direction. For this reason, the rotating member easily comes into contact with the inner surface of the casing. In the present invention, when the casing is installed at an inclination, the sensor detects the deviation of bubbles in the bubble tube level and the abnormality detection unit of the casing outputs an abnormality signal. From this abnormal signal, it can be determined that the casing is installed tilted without looking at the bubble tube level.

また、第1から第13の何れか1つの発明の蓄電装置を複数備えた電力システムにおいて、複数の蓄電装置に放電動作を行わせる場合に、全ての蓄電装置の電気エネルギの出力量を同じ周期で変化させ且つ前記蓄電装置の出力量の経時変化が不一致となるように位相差を設けるようにしたので、複数の蓄電装置から効率よく電気エネルギを取り出すことができる。   In addition, in an electric power system including a plurality of power storage devices according to any one of the first to thirteenth inventions, when a plurality of power storage devices perform a discharging operation, the output amount of electric energy of all the power storage devices is set to the same period. And the phase difference is provided so that the change over time in the output amount of the power storage device does not match, so that electric energy can be efficiently extracted from the plurality of power storage devices.

本発明の第1の実施形態に係る蓄電装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the electrical storage apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態の変形例1に係る蓄電装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the electrical storage apparatus which concerns on the modification 1 of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例2に係る蓄電装置の抑制部付近の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the suppression part vicinity of the electrical storage apparatus which concerns on the modification 2 of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例3に係る蓄電装置の継手部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the joint part of the electrical storage apparatus which concerns on the modification 3 of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例4に係る蓄電装置の継手部の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the joint part of the electrical storage apparatus which concerns on the modification 4 of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例5に係る蓄電装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the electrical storage apparatus which concerns on the modification 5 of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例6に係る蓄電装置のフライホイールとマーカとマーカ位置センサと異常検出部との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flywheel of the electrical storage apparatus which concerns on the modification 6 of 1st Embodiment, a marker, a marker position sensor, and an abnormality detection part. 第1の実施形態の変形例7に係る蓄電装置のフライホイールとマーカとマーカ位置センサと異常検出部との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the flywheel of the electrical storage apparatus which concerns on the modification 7 of 1st Embodiment, a marker, a marker position sensor, and an abnormality detection part. 第1の実施形態の変形例8に係る蓄電装置を示す図であり、(a)はケーシングと気泡管式水準器との関係を示し、(b)は気泡管式水準器と気泡位置センサと異常検出部との関係を示す。It is a figure which shows the electrical storage apparatus which concerns on the modification 8 of 1st Embodiment, (a) shows the relationship between a casing and a bubble tube type level, (b) shows a bubble tube type level, a bubble position sensor, The relationship with an abnormality detection part is shown. 第1の実施形態の変形例8に係る蓄電装置を示す図であり、(a)はケーシングと気泡管式水準器との関係を示し、(b)は気泡管式水準器と気泡位置センサと異常検出部との関係を示す。It is a figure which shows the electrical storage apparatus which concerns on the modification 8 of 1st Embodiment, (a) shows the relationship between a casing and a bubble tube type level, (b) shows a bubble tube type level, a bubble position sensor, The relationship with an abnormality detection part is shown. 第2の実施形態に係る電力システムの概略図である。It is the schematic of the electric power system which concerns on 2nd Embodiment. 電力システムの各蓄電装置の出力電圧のグラフである。It is a graph of the output voltage of each electrical storage apparatus of an electric power system. その他の実施形態に係るフライホイールの側面図である。It is a side view of the flywheel concerning other embodiments. その他の実施形態に係る蓄電装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the electrical storage apparatus which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る蓄電装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the electrical storage apparatus which concerns on other embodiment. その他の実施形態に係る蓄電装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the electrical storage apparatus which concerns on other embodiment.

《第1の実施形態》
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
<< First Embodiment >>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の第1の実施形態に係る蓄電装置(10a)は、電気エネルギを回転エネルギにして蓄え、その蓄えた回転エネルギを必要に応じて電気エネルギに変換して取り出すものである。この蓄電装置(10a)は、従来のものに比べて簡素であり、小型化が可能であることから、小規模の事業所用又は一般家庭用に用いられる。   The power storage device (10a) according to the first embodiment of the present invention stores electrical energy as rotational energy, converts the stored rotational energy into electrical energy as necessary, and takes it out. Since this power storage device (10a) is simpler than the conventional one and can be reduced in size, it is used for small-scale business establishments or general households.

この蓄電装置(10a)は、図1に示すように、ケーシング(20)、回転部材(1)、継手部(5)、モータ(30)、真空ポンプ(40)、及び制御部(50)を備えている。モータ(30)と回転部材(1)とがケーシング(20)内に収容され、真空ポンプ(40)と制御部(50)とがケーシング(20)の外側に配置されている。   As shown in FIG. 1, the power storage device (10a) includes a casing (20), a rotating member (1), a joint portion (5), a motor (30), a vacuum pump (40), and a control unit (50). I have. The motor (30) and the rotating member (1) are accommodated in the casing (20), and the vacuum pump (40) and the control unit (50) are disposed outside the casing (20).

ケーシング(20)は、上下端が閉塞された略円筒状に形成されている。このケーシング(20)は、上下に配置された上側部材(20a)及び下側部材(20b)と、上側部材(20a)と下側部材(20b)との間に配置された仕切板(6)とが溶接で接合されることにより形成されている。尚、本実施形態では、上側部材(20a)及び下側部材(20b)が溶接にて接合されているが、これに限定されず、例えば、上側部材(20a)及び下側部材(20b)の一方に形成された雄ねじと他方に形成された雌ねじとを締結することにより、両方の部材(20a,20b)を接続するようにしてもよい。これにより、ケーシング(20)の内部を容易に開放することができる。   The casing (20) is formed in a substantially cylindrical shape whose upper and lower ends are closed. The casing (20) includes an upper member (20a) and a lower member (20b) disposed above and below, and a partition plate (6) disposed between the upper member (20a) and the lower member (20b). And are joined by welding. In the present embodiment, the upper member (20a) and the lower member (20b) are joined by welding. However, the present invention is not limited to this. For example, the upper member (20a) and the lower member (20b) Both members (20a, 20b) may be connected by fastening a male screw formed on one side and a female screw formed on the other side. Thereby, the inside of a casing (20) can be open | released easily.

ケーシング(20)は、その内部が円板状の仕切板(6)で上下に区画されている。仕切板(6)よりも上側がモータ室(21)であり、仕切板(6)よりも下側が回転部材(1)の収容室(22)である。   The inside of the casing (20) is vertically divided by a disk-shaped partition plate (6). The upper side of the partition plate (6) is the motor chamber (21), and the lower side of the partition plate (6) is the accommodating chamber (22) of the rotating member (1).

また、ケーシング(20)の側壁には、真空ポンプ(40)の吸引管(41)が挿入される2つの開口部(23a,23b)が形成されている。これらの開口部(23a,23b)のうち、一方がモータ室(21)に開口して他方が回転部材(1)の収容室(22)に開口している。真空ポンプ(40)が起動すると、真空ポンプ(40)の吸引管(41)を通じてモータ室(21)及び収容室(22)の真空引きが行われる。また、ケーシング(20)の側壁には、モータ(30)の電源線(53)の挿通口が形成されている。この電源線(53)を介してモータ(30)と制御部(50)とが電気的に接続されている。   Two openings (23a, 23b) into which the suction pipe (41) of the vacuum pump (40) is inserted are formed on the side wall of the casing (20). Of these openings (23a, 23b), one opens to the motor chamber (21) and the other opens to the accommodation chamber (22) of the rotating member (1). When the vacuum pump (40) is started, the motor chamber (21) and the storage chamber (22) are evacuated through the suction pipe (41) of the vacuum pump (40). An insertion port for the power line (53) of the motor (30) is formed in the side wall of the casing (20). The motor (30) and the control unit (50) are electrically connected via the power line (53).

モータ(30)は、ケーシング(20)内のモータ室(21)に位置している。モータ(30)は、ロータ(図示なし)とステータ(図示なし)とモータ軸(31)とを有している。モータ(30)の内部には、略円筒状に形成されたステータが固定されている。ステータの中空部には、モータ軸(31)が固定されたロータが配置されている。また、モータ(30)の電源線(53)の一端はステータに接続されている。   The motor (30) is located in the motor chamber (21) in the casing (20). The motor (30) has a rotor (not shown), a stator (not shown), and a motor shaft (31). A stator formed in a substantially cylindrical shape is fixed inside the motor (30). A rotor to which the motor shaft (31) is fixed is arranged in the hollow portion of the stator. One end of the power line (53) of the motor (30) is connected to the stator.

制御部(50)は、真空ポンプ作動部(51)とモータ作動部(52)とを備えている。真空ポンプ作動部(51)は真空ポンプ(40)の発停動作を制御する。モータ作動部(52)は、充電動作及び放電動作の切換動作を制御する。モータ作動部(52)は、充電動作時において、電源線(53)を通じて外部電力をモータ(30)へ供給することにより、モータ(30)が電動機となって回転部材(1)を回転させる。このようにして、モータ(30)へ供給される電気エネルギが回転部材(1)の回転エネルギとして蓄えられる。モータ(30)への電力の供給が停止されても、回転部材(1)は回転エネルギがなくなるまで回転し続ける。   The control unit (50) includes a vacuum pump operating unit (51) and a motor operating unit (52). The vacuum pump operating part (51) controls the start / stop operation of the vacuum pump (40). The motor operating unit (52) controls the switching operation between the charging operation and the discharging operation. During the charging operation, the motor operating unit (52) supplies external power to the motor (30) through the power line (53), so that the motor (30) becomes an electric motor and rotates the rotating member (1). Thus, the electrical energy supplied to the motor (30) is stored as the rotational energy of the rotating member (1). Even when the supply of power to the motor (30) is stopped, the rotating member (1) continues to rotate until there is no rotational energy.

尚、本実施形態の蓄電装置(10a)では、真空ポンプ作動部(51)が、回転部材(1)の回転中に真空ポンプ(40)を起動させる。これにより、ケーシング(20)内が真空状態となり回転部材(1)の風損が低減する。この風損の低減により、回転部材(1)の回転抵抗が減少し、モータ(30)への供給電力が停止した後も回転部材(1)が、より長く継続して回転する。尚、本実施形態では、ケーシング(20)内を真空状態にして回転部材(1)の風損が低減させたが、これに限定されず、例えば、窒素ガスやヘリウムガスをケーシング(20)内に封入するようにしてもよい。窒素ガスやヘリウムガスは空気よりも比重が小さいので、回転部材(1)の風損を低減させることができる。   In the power storage device (10a) of the present embodiment, the vacuum pump operating unit (51) activates the vacuum pump (40) while the rotating member (1) is rotating. Thereby, the inside of a casing (20) will be in a vacuum state and the windage loss of a rotating member (1) will reduce. Due to this reduction in windage loss, the rotational resistance of the rotating member (1) decreases, and the rotating member (1) continues to rotate for a longer time even after the power supplied to the motor (30) is stopped. In the present embodiment, the inside of the casing (20) is evacuated to reduce the windage loss of the rotating member (1). However, the present invention is not limited to this. For example, nitrogen gas or helium gas is supplied into the casing (20). You may make it enclose in. Since nitrogen gas and helium gas have a specific gravity smaller than that of air, the windage loss of the rotating member (1) can be reduced.

一方、モータ作動部(52)は、放電動作時において、回転部材(1)の回転に伴いモータ(30)のロータが回転し、このロータの回転に伴ってモータ(30)が発電機となって発電を行う。モータ(30)で発生した電力は外部へ送られる。このようにして、回転部材(1)の回転エネルギから電気エネルギが取り出される。   On the other hand, in the motor operating section (52), during the discharge operation, the rotor of the motor (30) rotates with the rotation of the rotating member (1), and the motor (30) becomes a generator with the rotation of the rotor. Power generation. Electric power generated by the motor (30) is sent to the outside. In this way, electric energy is extracted from the rotational energy of the rotating member (1).

回転部材(1)は、軸部(2)と、慣性体としての複数のフライホイール(3)とを備えている。軸部(2)は、チタン酸アルミニウム系セラミックスにより形成されている。この軸部(2)の上端部分には円板状の鍔部(4)が形成されている。鍔部(4)以外の部分は長細い円柱状に形成されている。尚、ケーシング(20)の仕切板(6)におけるモータ軸(31)の軸受(25)は、チタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体により形成されている。   The rotating member (1) includes a shaft portion (2) and a plurality of flywheels (3) as inertial bodies. The shaft portion (2) is formed of an aluminum titanate ceramic. A disc-shaped flange (4) is formed at the upper end portion of the shaft (2). The parts other than the collar part (4) are formed in a long and thin cylindrical shape. The bearing (25) of the motor shaft (31) in the partition plate (6) of the casing (20) is formed of a sintered body of an aluminum titanate ceramic.

フライホイール(3)は、炭素繊維系材料で形成されている。フライホイール(3)は非磁性体である。フライホイール(3)は、軸方向の厚みが全体的に一定の円盤状に形成されている。フライホイール(3)は、軸部(2)の円柱部分に所定の間隔を開けて軸方向に複数固定されている。尚、フライホイール(3)は、開繊炭素繊維薄層積層板で構成されていてもよい。   The flywheel (3) is made of a carbon fiber material. The flywheel (3) is non-magnetic. The flywheel (3) is formed in a disk shape having a constant axial thickness as a whole. A plurality of flywheels (3) are fixed in the axial direction at predetermined intervals in the cylindrical portion of the shaft portion (2). The flywheel (3) may be composed of a spread carbon fiber thin-layer laminate.

このように、回転部材(1)において、軸部(2)をチタン酸アルミニウム系セラミックスで形成し且つフライホイール(3)を炭素繊維系材料で形成することにより、例えば回転部材(1)を鋼材等の金属により形成する場合に比べて、回転部材(1)の軽量化を図ることができる。   Thus, in the rotating member (1), the shaft (2) is formed of an aluminum titanate ceramic and the flywheel (3) is formed of a carbon fiber material. The rotating member (1) can be reduced in weight as compared with the case where the rotating member (1) is formed of metal such as.

従来の蓄電装置は、回転部材(1)の質量をできるだけ重くすることによって回転エネルギを蓄えるようにしていたが、第1の実施形態の蓄電装置(10a)では、従来よりも軽量の回転部材(1)を従来よりも高速で回転させることによって、従来よりも同等以上の回転エネルギを蓄えるように構成される。   The conventional power storage device stores rotational energy by increasing the mass of the rotating member (1) as much as possible. However, in the power storage device (10a) of the first embodiment, the rotating member ( By rotating 1) at a higher speed than before, it is configured to store rotational energy equivalent to or higher than that of the conventional one.

ここで、従来よりも高速でフライホイール(3)を回転させるので、フライホイール(3)が高温になって熱変形を起こすことが考えられるが、フライホイール(3)を炭素繊維系材料で形成することにより、上述した熱変形を防止することができる。   Here, since the flywheel (3) is rotated at a higher speed than before, it is possible that the flywheel (3) becomes hot and causes thermal deformation, but the flywheel (3) is made of carbon fiber material. By doing so, the above-described thermal deformation can be prevented.

また、回転部材(1)の軽量化により、モータ軸(31)に回転部材(1)を吊り下げて回転させることができるようになり、従来とは違い、重量物のフライホイール(3)を超伝導磁石により浮かせながら回転させる必要がなく、従来よりも蓄電装置(10a)の構造を簡素且つ小型にすることができる。   In addition, the weight of the rotating member (1) can be reduced by suspending the rotating member (1) from the motor shaft (31) and rotating it. There is no need to rotate while floating by a superconducting magnet, and the structure of the power storage device (10a) can be made simpler and smaller than before.

また、回転部材(1)の軽量化により、モータ軸(31)とケーシング(20)の仕切板(6)の軸受(25)との間の摩擦によるエネルギ損失を低減することができ、回転部材(1)をより長く回し続けることができる。   Further, the weight reduction of the rotating member (1) can reduce energy loss due to friction between the motor shaft (31) and the bearing (25) of the partition plate (6) of the casing (20). (1) can continue to turn longer.

また、従来の蓄電装置では、フライホイール(3)を超電導磁石により浮かせた状態で回転させていたので、超電導磁石に起因する渦電流がフライホイール(3)に生じ、フライホイール(3)の回転が妨げられて、電気エネルギを効率よく回転エネルギとして蓄えることができなかったが、第1の実施形態の蓄電装置(10a)では、回転部材(1)の軽量化により超伝導磁石で回転部材(1)を浮かせる必要がないので、超伝導磁石に起因する渦電流が生じない。これにより、電気エネルギを効率よく回転エネルギとして蓄えることができる。   In addition, in the conventional power storage device, the flywheel (3) was rotated while being floated by the superconducting magnet, so an eddy current caused by the superconducting magnet was generated in the flywheel (3), and the flywheel (3) was rotated. However, in the power storage device (10a) according to the first embodiment, the rotating member (1) is reduced in weight by the superconducting magnet. Since it is not necessary to float 1), eddy currents caused by superconducting magnets do not occur. Thereby, electrical energy can be efficiently stored as rotational energy.

継手部(5)は、モータ(30)のモータ軸(31)と回転部材(1)の軸部(2)との間を接続するものである。継手部(5)は、上下に重ねられ且つ互いに吸着する4つの円板状の継手用ネオジム磁石(6a〜6d)を備えている。上から1番目の継手用ネオジム磁石(6a)の中心部には、モータ軸(31)の下端部が固定されている。また、上から4番目の継手用ネオジム磁石(6d)の中央部には貫通孔が形成されている。この貫通孔の内周面は上側部分の内径が下側部分の内径よりも大きく形成されている。上述した軸部(2)の鍔部(4)は、貫通孔の上側部分にはめ込まれ、軸部(2)の円柱部分が貫通孔の下側部分を通る。そして、上から3番目と4番目の継手用ネオジム磁石(6c,6d)の間に回転部材(1)の軸部(2)の鍔部(4)が挟まれることにより、回転部材(1)が継手部(5)に固定される。このように、継手用ネオジム磁石(6a,6b,6c,6d)の吸着力を利用することにより、鋼製のモータ軸(31)とセラミックス製の軸部(2)とがしっかりと接続される。   The joint portion (5) connects between the motor shaft (31) of the motor (30) and the shaft portion (2) of the rotating member (1). The joint portion (5) includes four disc-shaped neodymium magnets for joint (6a to 6d) which are stacked one above the other and adsorb to each other. The lower end portion of the motor shaft (31) is fixed to the center portion of the first neodymium magnet for coupling (6a) from the top. Further, a through hole is formed in the center of the fourth joint neodymium magnet (6d) from the top. The inner peripheral surface of the through hole is formed such that the inner diameter of the upper part is larger than the inner diameter of the lower part. The flange part (4) of the shaft part (2) described above is fitted into the upper part of the through hole, and the cylindrical part of the shaft part (2) passes through the lower part of the through hole. And, when the collar part (4) of the shaft part (2) of the rotating member (1) is sandwiched between the third and fourth neodymium magnets for coupling (6c, 6d) from the top, the rotating member (1) Is fixed to the joint (5). In this way, the steel motor shaft (31) and the ceramic shaft (2) are firmly connected by utilizing the attractive force of the joint neodymium magnets (6a, 6b, 6c, 6d). .

(第1の実施形態の変形例1)
図2に示す変形例1の蓄電装置(10b)は、回転部材(1)の振れ回りを抑制する抑制部(11)を備える点で、第1の実施形態の蓄電装置(10a)とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。
(Modification 1 of the first embodiment)
The power storage device (10b) of Modification 1 shown in FIG. 2 is different from the power storage device (10a) of the first embodiment in that the power storage device (10b) of the first embodiment includes a suppression unit (11) that suppresses the swing of the rotating member (1). . Only the differences will be described below.

この抑制部(11)は、第1及び第2の永久磁石としての2つの抑制用ネオジム磁石(12a,12b)を有している。一方の抑制用ネオジム磁石(12a)は半球状に形成されている。この半球状の抑制用ネオジム磁石(12a)は回転部材(1)の軸部(2)の下端に固定されている。他方の抑制用ネオジム磁石(12b)は環状に形成されている。この環状の抑制用ネオジム磁石(12b)は、収容室(22)の底面の中央部に形成された凹部(26)の内面に埋め込まれている。環状の抑制用ネオジム磁石(12b)の内径は、半球状の抑制用ネオジム磁石(12a)の直径よりも大きく形成されている。   The suppression portion (11) has two suppression neodymium magnets (12a, 12b) as first and second permanent magnets. One suppressing neodymium magnet (12a) has a hemispherical shape. This hemispherical suppressing neodymium magnet (12a) is fixed to the lower end of the shaft (2) of the rotating member (1). The other suppressing neodymium magnet (12b) is formed in an annular shape. The annular restraining neodymium magnet (12b) is embedded in the inner surface of the recess (26) formed in the center of the bottom surface of the storage chamber (22). The inner diameter of the annular suppression neodymium magnet (12b) is formed larger than the diameter of the hemispherical suppression neodymium magnet (12a).

回転部材(1)の軸部(2)は、その下端部が収容室(22)の凹部(26)の内側中心に位置するように配置されている。これにより、半球状の抑制用ネオジム磁石(12a)の外面の周りを環状の抑制用ネオジム磁石(12b)の内周面が囲むように構成される。半球状の抑制用ネオジム磁石(12a)の外面と環状の抑制用ネオジム磁石(12b)の内周面とは同磁極であるため、これらの抑制用ネオジム磁石(12a,12b)には反発力が生じる。この反発力により、回転部材(1)の軸部(2)の下端部は収容室(22)の凹部(26)の内面中心に位置しようとする。これにより、回転部材(1)の軸部(2)の振れ回りが抑制される。   The shaft portion (2) of the rotating member (1) is arranged so that the lower end portion thereof is positioned at the inner center of the recess (26) of the storage chamber (22). Thereby, it comprises so that the inner peripheral surface of a cyclic | annular suppression neodymium magnet (12b) may surround the outer surface of a hemispherical suppression neodymium magnet (12a). Since the outer surface of the hemispherical suppression neodymium magnet (12a) and the inner peripheral surface of the annular suppression neodymium magnet (12b) have the same magnetic pole, these suppression neodymium magnets (12a, 12b) have a repulsive force. Arise. Due to this repulsive force, the lower end of the shaft (2) of the rotating member (1) tends to be positioned at the center of the inner surface of the recess (26) of the storage chamber (22). Thereby, the whirling of the shaft part (2) of the rotating member (1) is suppressed.

(第1の実施形態の変形例2)
図3に示す変形例2の蓄電装置(10c)は、抑制部(11)が2つの抑制用ネオジム磁石(12a,12b)が平板状に形成されている点で、変形例1の蓄電装置(10b)とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。
(Modification 2 of the first embodiment)
The power storage device (10c) of Modification 2 shown in FIG. 3 is that the suppression unit (11) has two suppression neodymium magnets (12a, 12b) formed in a flat plate shape. Different from 10b). Only the differences will be described below.

変形例2の抑制部(11)において、一方の抑制用ネオジム磁石(12a)は、回転部材(1)の軸部(2)の下端面に固定されている。また、他方の抑制用ネオジム磁石(12b)は、収容室(22)の底面の中央部に埋め込まれている。回転部材(1)をモータ軸(31)に吊り下げると、両方の抑制用ネオジム磁石(12a,12b)は隙間を空けて互いに上下に対向するように構成されている。変形例2の場合も、変形例1と同様に、抑制用ネオジム磁石(12a,12b)間の反発力により回転部材(1)の軸部(2)の振れ回りを抑制することができる。変形例1の場合に比べて、抑制用ネオジム磁石(12a,12b)の成形が容易である。   In the suppressing portion (11) of the second modification, one suppressing neodymium magnet (12a) is fixed to the lower end surface of the shaft portion (2) of the rotating member (1). The other neodymium magnet for suppression (12b) is embedded in the center of the bottom surface of the storage chamber (22). When the rotating member (1) is suspended from the motor shaft (31), both the suppressing neodymium magnets (12a, 12b) are configured to face each other with a gap therebetween. In the case of the modification 2, similarly to the modification 1, the swinging of the shaft portion (2) of the rotating member (1) can be suppressed by the repulsive force between the suppressing neodymium magnets (12a, 12b). Compared to the case of the first modification, the neodymium magnet for suppression (12a, 12b) can be easily molded.

(第1の実施形態の変形例3)
変形例3の蓄電装置は、その継手部(5)が上下に重ねられ且つ互いに吸着した2つの継手用ネオジム磁石(6a,6b)を備える点で、第1の実施形態、及び変形例1と変形例2の蓄電装置(10a,10b)とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。
(Modification 3 of the first embodiment)
The power storage device of Modification 3 includes two joint neodymium magnets (6a, 6b) whose joint portions (5) are stacked one above the other and adsorbed to each other, and the first embodiment and Modification 1 This is different from the power storage device (10a, 10b) of Modification 2. Only the differences will be described below.

変形例3の継手部(5)において、図4に示すように、上側の継手用ネオジム磁石(6a)の上面にノックピン(35)を介してモータ軸(31)が固定されている。また、2つの継手用ネオジム磁石(6a,6b)間に形成された空間部(36)に回転部材(1)の軸部(2)の鍔部(4)を嵌め込み、この鍔部(4)を両側の継手用ネオジム磁石(6a,6b)で挟み込むことにより固定する。これにより、第1の実施形態の継手部(5)に比べて、継手用ネオジム磁石(6a,6b)の数を減らすことができ、蓄電装置のコストダウンを図ることができる。   In the joint part (5) of Modification 3, as shown in FIG. 4, the motor shaft (31) is fixed to the upper surface of the upper joint neodymium magnet (6a) via the knock pin (35). Also, the flange (4) of the shaft (2) of the rotating member (1) is fitted into the space (36) formed between the two joint neodymium magnets (6a, 6b). Is fixed by sandwiching it with neodymium magnets (6a, 6b) on both sides. Thereby, compared with the joint part (5) of 1st Embodiment, the number of the neodymium magnets for joints (6a, 6b) can be reduced, and the cost reduction of an electrical storage apparatus can be aimed at.

(第1の実施形態の変形例4)
変形例4の蓄電装置は、その継手部(45)が上下に重ねられた3つのステンレス部材(46a,46b,46c)と、これらのステンレス部材(46a,46b,46c)を締結する複数の六角ボルト(47)とを備える点で、第1の実施形態、及び変形例1〜3とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。
(Modification 4 of the first embodiment)
The power storage device of Modification 4 includes three stainless steel members (46a, 46b, 46c) whose joint portions (45) are vertically stacked, and a plurality of hexagons that fasten these stainless steel members (46a, 46b, 46c). It differs from 1st Embodiment and the modifications 1-3 by the point provided with a volt | bolt (47). Only the differences will be described below.

変形例4の継手部(45)において、図5に示すように、上から1番目と2番目のステンレス部材(46a,46b)の間には上側空間部(48)が形成され、上から2番目と3番目のステンレス部材(46b,46c)の間には下側空間部(49)が形成されている。モータ軸(31)の下端部に形成された鍔部(4)を上側空間部(48)に嵌め込み且つ回転部材(1)の軸部(2)の鍔部(4)を下側空間部(49)に嵌め込んで、4本の六角ボルト(47)を上下方向に挿入して締め付ける。これにより、継手用ネオジム磁石(6a,6b,6c,6d)を用いずに、モータ軸(31)と回転部材(1)とを接続することができる。尚、継手部(45)は、ステンレス部材に限定されず、非磁性体のもの,例えばアルミニウム系合金であってもよい。   In the joint part (45) of the modified example 4, as shown in FIG. 5, an upper space part (48) is formed between the first and second stainless steel members (46a, 46b) from the top, and 2 from the top. A lower space (49) is formed between the third and third stainless steel members (46b, 46c). The flange (4) formed at the lower end of the motor shaft (31) is fitted into the upper space (48), and the flange (4) of the shaft (2) of the rotating member (1) is moved to the lower space ( 49) Insert and tighten the four hexagon bolts (47) in the vertical direction. Thus, the motor shaft (31) and the rotating member (1) can be connected without using the joint neodymium magnets (6a, 6b, 6c, 6d). The joint portion (45) is not limited to a stainless steel member, and may be a non-magnetic member, for example, an aluminum alloy.

(第1の実施形態の変形例5)
変形例5の蓄電装置(10d)は、回転部材(1)がチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体で形成され、ケーシング(20)の壁体が多層構造体で形成されている点において、第1の実施形態、及び変形例1から変形例4までの蓄電装置とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。尚、変形例5の蓄電装置(10d)を示す図6において、変形例2の抑制部(11)が図示され、変形例4の継手部(45)が図示されている。
(Modification 5 of the first embodiment)
The power storage device (10d) of Modification 5 is the first in that the rotating member (1) is formed of a sintered body of an aluminum titanate ceramic and the wall of the casing (20) is formed of a multilayer structure. 1 and the power storage devices of Modification 1 to Modification 4 are different. Only the differences will be described below. In addition, in FIG. 6 which shows the electrical storage apparatus (10d) of the modification 5, the suppression part (11) of the modification 2 is illustrated, and the joint part (45) of the modification 4 is illustrated.

ケーシング(20)は、基台(27b)と胴体(27a)とを備えている。基台(27b)は直方体状に形成されている。胴体(27a)は略円筒状に形成されている。この基台(27b)の上面に対して垂直に胴体(27a)が立設されている。また、ケーシング(20)は、その壁体が、チタン酸アルミニウム系セラミックス層(28a)と、炭素繊維系糸を含有する不織布層(28b)と、ステンレス系又はアルミニウム系の金属層(28c)とがケーシング(20)の内側から外側へ向かって積層された多層構造体である。尚、不織布層(28b)の炭素繊維系糸は例示であり、例えばガラス繊維系糸であってもよい。   The casing (20) includes a base (27b) and a body (27a). The base (27b) is formed in a rectangular parallelepiped shape. The body (27a) is formed in a substantially cylindrical shape. A body (27a) is erected vertically to the upper surface of the base (27b). The casing (20) has an aluminum titanate ceramic layer (28a), a non-woven fabric layer (28b) containing carbon fiber yarns, a stainless steel or aluminum metal layer (28c). Is a multilayer structure laminated from the inside to the outside of the casing (20). The carbon fiber yarn of the nonwoven fabric layer (28b) is an example, and may be a glass fiber yarn, for example.

回転部材(1)は、仮に限界荷重を超える荷重が作用した場合、回転部材(1)自体が粉砕するように構成されている。回転部材(1)が粉砕せずに鋼材等のように座屈する場合に比べて、モータ(30)の損傷を小さくすることができる。つまり、回転部材(1)が座屈した場合、座屈状態の回転部材(1)がケーシング(20)の内面に衝突し、その衝突の衝撃が回転部材(1)の軸部(2)を通じてモータ(30)へ伝わり、モータ(30)が破損することが考えられるが、変形例5の場合、回転部材(1)が座屈せずに粉砕するので、その衝撃がモータ(30)へ伝わらず、モータ(30)の損傷を最小限に抑えることができる。   The rotating member (1) is configured so that the rotating member (1) itself is crushed when a load exceeding the limit load is applied. The damage of the motor (30) can be reduced as compared with the case where the rotating member (1) buckles like a steel material without being crushed. That is, when the rotating member (1) is buckled, the rotating member (1) in the buckled state collides with the inner surface of the casing (20), and the impact of the collision is transmitted through the shaft (2) of the rotating member (1). It is considered that the motor (30) is damaged by being transmitted to the motor (30). However, in the case of the modified example 5, since the rotating member (1) is crushed without buckling, the impact is not transmitted to the motor (30). Damage to the motor (30) can be minimized.

ここで、仮に回転部材(1)が粉砕した場合、回転部材(1)が従来よりも高速で回転していることに起因して、その粉砕物が超音速で飛び出す。ここで、ケーシング(20)の壁体を金属で形成した場合には、超音速の粉砕物が壁体に衝突した際に、壁体にユゴニオ弾性限界を超える圧力が作用して壁体が液状化してしまい、粉砕物が液状化した壁体を通過してケーシング(20)の外側へ飛び出してしまうという問題がある。   Here, if the rotating member (1) is pulverized, the pulverized material pops out at supersonic speed because the rotating member (1) rotates at a higher speed than before. Here, when the wall of the casing (20) is made of metal, when the supersonic pulverized material collides with the wall, a pressure exceeding the Yugonio elastic limit acts on the wall, and the wall is liquid. There is a problem that the crushed material passes through the liquefied wall and jumps out of the casing (20).

上述したように、ケーシング(20)には、耐熱性及び低膨張特性に優れたチタン酸アルミニウム系セラミックス層(28a)が設けられている。これにより、粉砕物の衝突によるケーシング(20)の壁体の液状化がなくなり、粉砕物が壁体を貫通するのを防ぐことができる。   As described above, the casing (20) is provided with the aluminum titanate ceramic layer (28a) excellent in heat resistance and low expansion characteristics. Thereby, the liquefaction of the wall body of the casing (20) due to the collision of the pulverized material is eliminated, and the pulverized material can be prevented from penetrating the wall body.

(第1の実施形態の変形例6)
変形例6の蓄電装置は、マーカ(55)とマーカ位置センサ(56)と回転部材用の異常検出部(57)とを備える点において、第1の実施形態、及び変形例1から変形例5までの蓄電装置とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。
(Modification 6 of the first embodiment)
The power storage device of Modification 6 includes the first embodiment and Modifications 1 to 5 in that the marker (55), the marker position sensor (56), and the abnormality detection unit (57) for the rotating member are provided. It differs from the power storage device up to. Only the differences will be described below.

図7に示すように、マーカ(55)は、フライホイール(3)の外周面の全周に亘って同じ高さで付されている。具体的には、フライホイール(3)の外周面の中央に付されている。マーカ位置センサ(56)は、フライホイール(3)の周方向に180°の間隔を開けて2つ設けられている。各マーカ位置センサ(56)は、マーカ(55)に対向するように、ケーシング(20)の収容室(22)の内面に固定されている。これらのマーカ位置センサ(56)は、回転部材用の異常検出部(57)に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 7, the marker (55) is attached at the same height over the entire circumference of the outer peripheral surface of the flywheel (3). Specifically, it is attached to the center of the outer peripheral surface of the flywheel (3). Two marker position sensors (56) are provided at an interval of 180 ° in the circumferential direction of the flywheel (3). Each marker position sensor (56) is fixed to the inner surface of the accommodating chamber (22) of the casing (20) so as to face the marker (55). These marker position sensors (56) are electrically connected to the abnormality detection unit (57) for the rotating member.

ここで、回転部材(1)はモータ軸(31)に吊り下げられた状態で回転するため、回転部材(1)に振れ回りが生じていない場合、その回転時の姿勢は一定であり、マーカ(55)の位置はぶれない。回転部材(1)に振れ回りが生じると、回転部材(1)の回転時の姿勢が乱れて、マーカ(55)の位置がぶれる。マーカ位置センサ(56)は、マーカ(55)のブレ量を検出して回転部材用の異常検出部(57)へ入力する。そして、回転部材用の異常検出部(57)は、マーカ(55)のブレ量が所定値以上になると、制御部(50)へ異常信号が出力される。制御部(50)は、異常信号が入力されるとモータ(30)の減速又は停止させる。   Here, since the rotating member (1) rotates while being suspended from the motor shaft (31), when the rotating member (1) is not swung around, the rotating posture is constant, and the marker The position of (55) is not blurred. When the rotation of the rotating member (1) occurs, the posture of the rotating member (1) during rotation is disturbed and the position of the marker (55) is shifted. The marker position sensor (56) detects the blur amount of the marker (55) and inputs it to the abnormality detection unit (57) for the rotating member. Then, the abnormality detection unit (57) for the rotating member outputs an abnormality signal to the control unit (50) when the amount of blurring of the marker (55) exceeds a predetermined value. When the abnormal signal is input, the control unit (50) decelerates or stops the motor (30).

変形例6によれば、回転部材(1)を目視しなくても、回転部材(1)の振れ回りを判断することができる。また、回転部材(1)に振れ回りが生じると、制御部(50)がモータ(30)の減速又は停止を行うので、回転部材(1)がケーシング(20)の内壁に衝突するのを回避することができる。   According to the modified example 6, it is possible to determine the swinging of the rotating member (1) without viewing the rotating member (1). Also, if the rotating member (1) swings, the control unit (50) decelerates or stops the motor (30), so that the rotating member (1) does not collide with the inner wall of the casing (20). can do.

(第1の実施形態の変形例7)
変形例7の蓄電装置は、マーカ(55)の位置とマーカ位置センサ(56)の配置とが、変形例6の蓄電装置とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。
(Modification 7 of the first embodiment)
The power storage device of Modification 7 is different from the power storage device of Modification 6 in the position of the marker (55) and the arrangement of the marker position sensor (56). Only the differences will be described below.

図8に示すように、マーカ(55)は、回転部材(1)の軸部(2)の下端面の中心に付されている。この下端面の中心は回転部材(1)の回転中心であり、回転部材(1)に振れ回りが生じていない場合にはマーカ(55)の位置はぶれない。しかし、回転部材(1)に振れ回りが生じると、マーカ(55)の位置はぶれる。このマーカ(55)のブレ量は、ケーシング(20)の収容室(22)の底面に固定されたマーカ位置センサ(56)によって検出される。このように、変形例7の場合であっても、変形例6の場合と同様の効果を得ることができる。尚、変形例1の蓄熱装置の場合には、環状の抑制用ネオジム磁石(12b)の中空部にマーカ位置センサ(56)を設けるとよい。これにより、環状の抑制用ネオジム磁石(12b)とマーカ位置センサ(56)とをコンパクトに配置することができる。   As shown in FIG. 8, the marker (55) is attached to the center of the lower end surface of the shaft portion (2) of the rotating member (1). The center of this lower end surface is the rotation center of the rotating member (1), and the position of the marker (55) is not displaced when the rotating member (1) is not swung around. However, when the whirling occurs in the rotating member (1), the position of the marker (55) is shifted. The blur amount of the marker (55) is detected by a marker position sensor (56) fixed to the bottom surface of the housing chamber (22) of the casing (20). Thus, even in the case of the modified example 7, the same effect as that of the modified example 6 can be obtained. In the case of the heat storage device of the first modification, the marker position sensor (56) may be provided in the hollow portion of the annular suppression neodymium magnet (12b). Thereby, the cyclic | annular suppression neodymium magnet (12b) and marker position sensor (56) can be arrange | positioned compactly.

(第1の実施形態の変形例8)
変形例8の蓄電装置は、気泡管式水準器(60)と気泡位置センサ(63)とケーシング用の異常検出部(64)とを備える点で、第1の実施形態、及び変形例1から変形例7までの蓄電装置とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。尚、図9(a)と図10(a)において、変形例5のケーシング(20)が例示として図示されている。
(Modification 8 of the first embodiment)
The power storage device of the modification 8 includes the bubble tube level (60), the bubble position sensor (63), and the casing abnormality detection unit (64), from the first embodiment and the modification 1. This is different from the power storage device up to the seventh modification. Only the differences will be described below. In addition, in Fig.9 (a) and FIG.10 (a), the casing (20) of the modification 5 is illustrated as an example.

図9(a)に示すように、ケーシング(20)の基台(27b)の上面には、ケーシング(20)の胴体(27a)の周方向に間隔を開けて複数の気泡管式水準器(60)が取り付けられている。気泡管式水準器(60)の透明の気泡管(61)には液体と気泡(62)とが封入されている。また、気泡管(61)の外周面には4本の標線が記されている。両側の2本の標線の間に気泡(62)が位置すれば、気泡管式水準器(60)が設置された面が水平である。   As shown in FIG. 9 (a), on the upper surface of the base (27b) of the casing (20), a plurality of bubble-pipe levels (with a space in the circumferential direction of the body (27a) of the casing (20) ( 60) is installed. Liquid and bubbles (62) are sealed in the transparent bubble tube (61) of the bubble tube level (60). Also, four marked lines are marked on the outer peripheral surface of the bubble tube (61). If the bubble (62) is located between the two marked lines on both sides, the surface on which the bubble tube level (60) is installed is horizontal.

ケーシング(20)の基台(27b)の上面は、ケーシング(20)の胴体(27a)の軸方向に直交する方向に沿うように形成されている。また、各気泡管式水準器(60)は気泡管(61)の軸が横向きになるように設置されている。したがって、気泡管(61)の気泡(62)が2本の標線の間に位置すれば、ケーシング(20)の基台(27b)の上面は水平であり、この上面に直交する胴体(27a)は、その軸方向が鉛直方向に一致している。   The upper surface of the base (27b) of the casing (20) is formed along the direction orthogonal to the axial direction of the body (27a) of the casing (20). Each bubble tube level (60) is installed such that the axis of the bubble tube (61) is oriented sideways. Therefore, if the bubble (62) of the bubble tube (61) is located between the two marked lines, the upper surface of the base (27b) of the casing (20) is horizontal, and the body (27a ), The axial direction coincides with the vertical direction.

図9(b)に示すように、ケーシング(20)には、各気泡管式水準器(60)の気泡管(61)に記された各標線の外側近傍に対向するように、気泡位置センサ(63)が固定されている。気泡位置センサ(63)は、気泡(62)の位置情報をケーシング用の異常検出部(64)へ出力している。そして、ケーシング用の異常検出部(64)が、気泡位置センサ(63)の位置情報に基づいて気泡(62)が標線の外側に位置することを検知すると、ケーシング用の異常検出部(64)から制御部(50)へ異常信号が出力される。制御部(50)は、ケーシング(20)が傾いていることを外部に表示する。このように、気泡管式水準器(60)を目視しなくても、ケーシング(20)が傾いて設置されていると判断することができる。尚、図10(a)に示すように、気泡管(61)の軸が縦向きになるように気泡管式水準器(60)をケーシング(20)の基台(27b)の側面に設置してもよい。この場合には、図10(b)に示すように、各気泡管式水準器(60)に対応する気泡位置センサ(63)が1つでよいので、蓄電装置のコストダウンを図ることができる。   As shown in FIG. 9 (b), in the casing (20), the bubble position is located so as to face the outside of each marked line marked on the bubble pipe (61) of each bubble pipe type level (60). The sensor (63) is fixed. The bubble position sensor (63) outputs the position information of the bubble (62) to the abnormality detection unit (64) for the casing. When the abnormality detection unit for casing (64) detects that the bubble (62) is located outside the marked line based on the position information of the bubble position sensor (63), the abnormality detection unit for casing (64 ) Outputs an abnormal signal to the control unit (50). The control unit (50) displays to the outside that the casing (20) is tilted. In this way, it is possible to determine that the casing (20) is installed tilted without visually observing the bubble tube level (60). As shown in FIG. 10 (a), the bubble tube level (60) is installed on the side surface of the base (27b) of the casing (20) so that the axis of the bubble tube (61) is vertical. May be. In this case, as shown in FIG. 10 (b), only one bubble position sensor (63) corresponding to each bubble tube level (60) is required, so the cost of the power storage device can be reduced. .

《第2の実施形態》
以下、本発明の第2の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
<< Second Embodiment >>
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の第2の実施形態に係る電力システム(70)は、図11に示すように、複数の蓄電装置(10)とシステム制御部(75)とを備えている。システム制御部(75)は、インバータ回路、パワー制御回路、マイコン制御回路及びスレッシュホールド回路を備えている。蓄電装置は、上述した第1の実施形態、及び変形例1から変形例8までの何れか1つの蓄電装置で構成されている。複数の蓄電装置が互いに電気的に接続されている。   As shown in FIG. 11, the power system (70) according to the second embodiment of the present invention includes a plurality of power storage devices (10) and a system control unit (75). The system control unit (75) includes an inverter circuit, a power control circuit, a microcomputer control circuit, and a threshold circuit. The power storage device includes the first embodiment described above and any one of the power storage devices from Modification 1 to Modification 8. A plurality of power storage devices are electrically connected to each other.

システム制御部(75)は、全ての蓄電装置に放電動作を行わせる場合に、全ての蓄電装置の電気エネルギの出力量を同じ周期で変化させ且つ蓄電装置の出力量の経時変化が不一致となるように位相差を設ける。この結果を図12に示す。このように、複数の蓄電装置の運転制御を行うことにより、複数の蓄電装置から効率よく電気エネルギを取り出すことができる。   When the system control unit (75) causes all the power storage devices to perform a discharging operation, the system controller (75) changes the output amount of the electrical energy of all the power storage devices in the same cycle, and the change over time in the output amount of the power storage devices becomes inconsistent Thus, a phase difference is provided. The result is shown in FIG. Thus, by performing operation control of a plurality of power storage devices, electric energy can be efficiently extracted from the plurality of power storage devices.

(チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法)
次に、チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法について説明する。まず、Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料、およびMg含有材料を混合する工程を包含する場合の製造方法について説明した後で、上述のMg含有材料を使用しない工程、即ちTi含有材料、Al含有材料、およびLi含有材料を混合する工程を含有する場合の製造方法(以下、製造方法の変形例ともいう。)について説明する。
(Method for producing aluminum titanate-based sintered body)
Next, a method for producing an aluminum titanate sintered body will be described. First, after describing the manufacturing method in the case of including the step of mixing Ti-containing material, Al-containing material, Li-containing material, and Mg-containing material, the step of not using the above-mentioned Mg-containing material, that is, the Ti-containing material, A manufacturing method (hereinafter, also referred to as a modification of the manufacturing method) in the case of including a step of mixing the Al-containing material and the Li-containing material will be described.

(原料)
(Ti含有材料)
本発明に用いられるTi含有材料は、チタンを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。好ましくは酸化チタンの粉末である。
(material)
(Ti-containing material)
The Ti-containing material used in the present invention is not particularly limited as long as it contains titanium and can synthesize an aluminum titanate-based sintered body by firing. Titanium oxide powder is preferred.

酸化チタンとしては、アナターゼ型および/またはルチル型の酸化チタンを使用することができる。具体的には、塩素法によって製造されるルチル型の酸化チタン、および硫酸法によって製造されるアナターゼ型の酸化チタンを使用することができる。   As the titanium oxide, anatase type and / or rutile type titanium oxide can be used. Specifically, a rutile type titanium oxide produced by a chlorine method and an anatase type titanium oxide produced by a sulfuric acid method can be used.

さらに、Ti含有材料として、空気中で焼成することにより酸化チタンに導かれる材料を用いることもできる。このような材料としては、チタニウム塩、チタニウムアルコキシド、水酸化チタニウム、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属などがあげられる。   Furthermore, as the Ti-containing material, a material that is guided to titanium oxide by firing in air can also be used. Examples of such materials include titanium salts, titanium alkoxides, titanium hydroxide, titanium nitride, titanium sulfide, and titanium metal.

(Al含有材料)
本発明に用いられるAl含有材料は、アルミニウムを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。好ましくはアルミナ(酸化アルミニウム)の粉末である。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などがあげられ、不定形(アモルファス)であってもよい。α型のアルミナが好ましく用いられる。
(Al-containing material)
The Al-containing material used in the present invention is not particularly limited as long as it contains aluminum and can synthesize an aluminum titanate-based sintered body by firing. Alumina (aluminum oxide) powder is preferred. Examples of the crystal type of alumina include γ-type, δ-type, θ-type, and α-type, and may be indefinite (amorphous). α-type alumina is preferably used.

Al含有材料としては、空気中で焼成することによりアルミナに導かれる材料の粉末を用いることもできる。このような材料としては、たとえば、アルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムなどがあげられる。   As the Al-containing material, a powder of a material that is guided to alumina by firing in air can also be used. Examples of such a material include aluminum salts, aluminum alkoxides, aluminum hydroxide, and metal aluminum.

Ti含有材料としてアナターゼ型またはルチル型の酸化チタンを用い、Al含有材料として易焼結アルミナα型を用いる場合には、両成分の反応性が良好であるので、短時間、高収率でチタン酸アルミニウムを形成することができる。   When anatase type or rutile type titanium oxide is used as the Ti-containing material and easy-sintering alumina α-type is used as the Al-containing material, the reactivity of both components is good. Aluminum oxide can be formed.

該Ti含有材料とAl含有材料との配合割合は、Ti含有材料とAl含有材料との合計100重量部を基準として、Ti含有材料25〜75重量部に対して、該Al含有材料75〜25重量部とする。好ましくは、Ti含有材料30〜70重量部に対して、該Al含有材料70〜30重量部、さらに好ましくはTi含有材料40〜60重量部に対して、該Al含有材料60〜40重量部である。   The mixing ratio of the Ti-containing material and the Al-containing material is 75 to 25 parts by weight with respect to 25 to 75 parts by weight of the Ti-containing material based on 100 parts by weight of the total of the Ti-containing material and the Al-containing material. Weight part. Preferably, 70 to 30 parts by weight of the Al-containing material with respect to 30 to 70 parts by weight of the Ti-containing material, more preferably 60 to 40 parts by weight of the Al-containing material with respect to 40 to 60 parts by weight of the Ti-containing material. is there.

なお、Ti含有材料の重量部数は、酸化チタン(TiO)換算とし、Al含有材料の重量部数は、アルミナ(Al)換算とする。すなわち、Ti含有材料の量については、それが酸化チタンに変換された後の重量に基づいて計算する。そしてAl含有材料の量については、それがアルミナに変換された後の重量に基づいて計算する。 In addition, the weight part of Ti-containing material is converted into titanium oxide (TiO 2 ), and the weight part of Al-containing material is converted into alumina (Al 2 O 3 ). That is, the amount of Ti-containing material is calculated based on the weight after it is converted to titanium oxide. The amount of the Al-containing material is calculated based on the weight after it is converted to alumina.

Al含有材料の配合割合が少なすぎる場合(Ti含有材料の配合割合が多すぎる場合)には、機械的強度が低下し、熱安定性が劣る場合がある。   When the blending ratio of the Al-containing material is too small (when the blending ratio of the Ti-containing material is too large), the mechanical strength may be lowered and the thermal stability may be deteriorated.

Al含有材料の配合割合が多すぎる場合(Ti含有材料の配合割合が少なすぎる場合)には、機械的強度は上がるが、線膨張係数も上がる場合がある。   When the blending ratio of the Al-containing material is too large (when the blending ratio of the Ti-containing material is too small), the mechanical strength increases, but the linear expansion coefficient may increase.

(Li含有材料)
本発明に用いられるLi含有材料としては、ペタライト、スポジューメン、炭酸リチウム、および酸化リチウムなどがあげられる。LiおよびAlを含有する材料が好ましい。LiおよびAlならびにSiを含有する材料(例えば、LiおよびAlを含有する珪酸塩)がより好ましい。珪酸塩の形態のLi含有材料を用いる場合、焼成によってチタン酸アルミニウム系焼成体が形成される際に、Li含有材料中のSiの一部が結晶格子に固溶してAlと置換する。SiはAlよりイオン半径が小さいために周囲の酸素原子との結合距離が短くなり、格子定数は、純粋なチタン酸アルミニウムと比べて小さい値となる。その結果、得られる焼結体は、結晶構造が安定化して、機械的強度が向上し、更に、非常に高い熱的安定性を示すものとなって耐火度が大きく向上するものと考えられる。
(Li-containing material)
Examples of the Li-containing material used in the present invention include petalite, spodumene, lithium carbonate, and lithium oxide. A material containing Li and Al is preferred. A material containing Li and Al and Si (for example, a silicate containing Li and Al) is more preferable. When the Li-containing material in the form of silicate is used, when an aluminum titanate-based fired body is formed by firing, a part of Si in the Li-containing material is dissolved in the crystal lattice and is replaced with Al. Since Si has a smaller ionic radius than Al, the bond distance with surrounding oxygen atoms is short, and the lattice constant is smaller than that of pure aluminum titanate. As a result, it is considered that the obtained sintered body has a stabilized crystal structure and improved mechanical strength, and further exhibits extremely high thermal stability, thus greatly improving the fire resistance.

Li含有材料の含有量は、Ti含有材料およびAl含有材料の合計100重量部に対し、1〜10重量部であることが好ましく、3〜6重量部であることがより好ましい。最も好ましくは、4〜5重量部である。Li含有材料の含有量を適切な範囲内に調整することにより、熱膨張係数がよりゼロに近い、すなわち、熱による体積変化がより小さいチタン酸アルミニウム系焼結体を得ることができる。   The content of the Li-containing material is preferably 1 to 10 parts by weight and more preferably 3 to 6 parts by weight with respect to a total of 100 parts by weight of the Ti-containing material and the Al-containing material. Most preferably, it is 4 to 5 parts by weight. By adjusting the content of the Li-containing material within an appropriate range, an aluminum titanate-based sintered body having a thermal expansion coefficient closer to zero, that is, a smaller volume change due to heat, can be obtained.

Li含有材料の含有量が少なすぎる場合には、チタン酸アルミニウム系焼結体の熱膨張係数を十分に低減できないことがあり、多すぎる場合には、耐熱性が低下し、またチタン酸アルミニウム系焼結体の機械的強度が低下することがある。さらに、Li含有材料の含有量が多すぎても、少なすぎてもヒステリシスが改善しないことがある。   When the content of the Li-containing material is too small, the thermal expansion coefficient of the aluminum titanate-based sintered body may not be sufficiently reduced. When it is too large, the heat resistance is lowered, and the aluminum titanate-based sintered body may be reduced. The mechanical strength of the sintered body may decrease. Furthermore, even if the content of the Li-containing material is too much or too little, the hysteresis may not be improved.

なお、Li含有材料の含有量は、酸化チタン換算のTi含有材料およびアルミナ換算のAl含有材料の合計100重量部に対して、ペタライト(Li(AlSi10))換算の量として決定するものとする。すなわち、Li含有材料としてペタライトを使用する場合にはその量をLi含有材料の含有量として計算する。そしてLi含有材料としてペタライト以外のLi含有材料を使用する場合にはそのLi含有材料と同じ量のLiを含むペタライト(Li(AlSi10))の重量をLi含有材料の含有量として計算する。 The content of the Li-containing material is determined as an amount in terms of petalite (Li (AlSi 4 O 10 )) with respect to a total of 100 parts by weight of the Ti-containing material in terms of titanium oxide and the Al-containing material in terms of alumina. And That is, when petalite is used as the Li-containing material, the amount is calculated as the content of the Li-containing material. When Li-containing material other than petalite is used as the Li-containing material, the weight of petalite (Li (AlSi 4 O 10 )) containing the same amount of Li as the Li-containing material is calculated as the content of the Li-containing material. .

また、LiおよびAlを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Li含有材料の使用量およびAl含有材料の使用量の両者に含めて計算する。すなわち、LiおよびAlを含有する材料を用いる場合、その材料中のLiの量と同じ量のペタライトの重量のLi含有材料と、その材料中のAlの量と同じ量のAlを含むアルミナの重量のAl含有材料とが使用されているものとして計算する。   Moreover, when using the material containing Li and Al, the usage-amount of the material is calculated including both the usage-amount of Li containing material and the usage-amount of Al containing material. That is, when using a material containing Li and Al, the weight of the Li-containing material having the same amount of petalite as the amount of Li in the material and the weight of alumina containing the same amount of Al as the amount of Al in the material It is calculated that the Al-containing material is used.

(Mg含有材料)
本発明に使用されるMg含有材料は、マグネシウムを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。たとえば、酸化マグネシウムの粉末のほか、空気中で焼成することにより酸化マグネシウムに導かれる材料の粉末があげられる。
(Mg-containing material)
The Mg-containing material used in the present invention is not particularly limited as long as it contains magnesium and can synthesize an aluminum titanate-based sintered body by firing. For example, in addition to the powder of magnesium oxide, a powder of a material that is guided to magnesium oxide by firing in air can be used.

空気中で焼成することにより酸化マグネシウムに導かれる材料としては、たとえば、マグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムなどがあげられる。   Examples of the material led to magnesium oxide by firing in air include magnesium salt, magnesium alkoxide, magnesium hydroxide, magnesium nitride, and magnesium metal.

Mg含有材料として、Al含有材料を兼ねた粉末を用いることもできる。このような粉末としては、例えば、酸化マグネシウムスピネル(MgAl24)の粉末があげられる。 As the Mg-containing material, a powder that also serves as an Al-containing material can be used. Examples of such powder include magnesium oxide spinel (MgAl 2 O 4 ) powder.

なお、MgおよびAlを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Mg含有材料の使用量およびAl含有材料の使用量の両者に含めて計算する。すなわち、MgおよびAlを含有する材料を用いる場合、その材料中のMgの量に対応するMgOの重量のMg含有材料と、その材料中のAlの量と同じ量のAlを含むアルミナの重量のAl含有材料とが使用されているものとして計算する。   In addition, when using the material containing Mg and Al, the usage-amount of the material is calculated including both the usage-amount of Mg-containing material and the usage-amount of Al-containing material. That is, when a material containing Mg and Al is used, the Mg-containing material having a weight of MgO corresponding to the amount of Mg in the material and the weight of alumina containing the same amount of Al as the amount of Al in the material. It is calculated that an Al-containing material is used.

また、MgおよびTiを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Mg含有材料の使用量およびTi含有材料の使用量の両者に含めて計算する。すなわち、MgおよびTiを含有する材料を用いる場合、その材料中のMgの量に対応するMgOの重量のMg含有材料と、その材料中のTiの量と同じ量のTiを含む酸化チタンの重量のTi含有材料とが使用されているものとして計算する。   Moreover, when using the material containing Mg and Ti, the usage-amount of the material is calculated including both the usage-amount of Mg containing material and the usage-amount of Ti containing material. That is, when a material containing Mg and Ti is used, the weight of the Mg-containing material having the weight of MgO corresponding to the amount of Mg in the material and the weight of titanium oxide containing the same amount of Ti as the amount of Ti in the material It is calculated that a Ti-containing material is used.

好ましいMg含有材料は、Mgを含むスピネル型構造を有する酸化物、MgCO及びMgOである。 Preferred Mg-containing materials are oxides having a spinel structure containing Mg, MgCO 3 and MgO.

Mgを含むスピネル型構造を有する酸化物としては、例えば、MgAl、MgTi2O4などがあげられる。このようなスピネル型構造を有する酸化物としては、天然鉱物を用いても良く、或いは、MgOとAlを含む原料、MgOと酸化チタンを含む原料などを焼成して得たスピネル型酸化物を用いてもよい。 Examples of the oxide having a spinel structure containing Mg include MgAl 2 O 4 and MgTi 2 O 4 . As the oxide having such a spinel structure, a natural mineral may be used, or a spinel oxidation obtained by firing a raw material containing MgO and Al 2 O 3 , a raw material containing MgO and titanium oxide, or the like. You may use thing.

Mg含有材料の含有量は、Ti含有材料およびAl含有材料の合計100重量部に対して、1〜10重量部であることが好ましく、より好ましくは3〜8重量部である。Mg含有材料を適切な範囲で含有することにより、線膨張係数が安定化し、ヒステリシスが改善する。そのため、熱ショックに対して抵抗性が上がる。   The content of the Mg-containing material is preferably 1 to 10 parts by weight, more preferably 3 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total of the Ti-containing material and the Al-containing material. By containing the Mg-containing material in an appropriate range, the linear expansion coefficient is stabilized and the hysteresis is improved. Therefore, resistance to heat shock is increased.

Mg含有材料の含有量が少なすぎる場合には、耐熱性が低下することがあり、また強度が低下することがある。Mg含有材料の含有量が多すぎる場合にも強度が低下し、しかも熱膨張性が低下し、高熱によって分解を生じることがある。   When the content of the Mg-containing material is too small, the heat resistance may be lowered and the strength may be lowered. Even when the content of the Mg-containing material is too large, the strength is lowered, the thermal expansibility is lowered, and decomposition may occur due to high heat.

なお、Mg含有材料の含有量は、酸化チタン換算のTi含有材料およびアルミナ換算のAl含有材料の合計100重量部に対して、酸化マグネシウム(MgO)換算の重量として決定するものとする。   The content of the Mg-containing material is determined as the weight in terms of magnesium oxide (MgO) with respect to a total of 100 parts by weight of the Ti-containing material in terms of titanium oxide and the Al-containing material in terms of alumina.

Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料、およびMg含有材料としては、それぞれ別個の材料であってもよく、Ti、Al、LiおよびMgのうちの2種以上の金属成分を含む材料であってもよい。   Each of the Ti-containing material, Al-containing material, Li-containing material, and Mg-containing material may be a separate material, and is a material that includes two or more metal components of Ti, Al, Li, and Mg. May be.

この材料は、アルミナセラミックス、チタニアセラミックス、酸化マグネシウムセラミックス、チタン酸アルミニウム系焼結体、チタン酸マグネシウムセラミックス、スピネルセラミックス、チタン酸アルミニウムマグネシウムセラミックスなどの各種セラミックスの原料として用いられるもののうちから適宜選択される。   This material is appropriately selected from those used as raw materials for various ceramics such as alumina ceramics, titania ceramics, magnesium oxide ceramics, aluminum titanate-based sintered bodies, magnesium titanate ceramics, spinel ceramics, aluminum magnesium titanate ceramics. The

好ましい原料として、Al23、TiO2、LiO,MgOなどの酸化物、MgAl24、Al2TiO5、MgとTiを含む各スピネル型構造体などの2種類以上の金属成分を含む複合酸化物、Al、Ti及びMgからなる群から選ばれた1種又は2種以上の金属成分を含む化合物(炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩など)などがある。 Preferred material includes Al 2 O 3, TiO 2, LiO, oxides such as MgO, two or more metal components such as the spinel structure containing MgAl 2 O 4, Al 2 TiO 5, Mg and Ti There are compounds containing one or more metal components selected from the group consisting of complex oxides, Al, Ti and Mg (carbonates, nitrates, sulfates, etc.).

必要に応じて、上記したTi含有材料、Al含有材料、Li含有材料、およびMg含有材料以外の無機材料を添加剤として使用することもできる。そのような無機材料として、SiO2、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、SiCなどがあげられる。これらの一種又は二種以上の添加剤が、上記の原料混合物100重量部に対して、15重量部以下添加することができる。好ましくは1〜15重量部であり、さらに好ましくは4〜10重量部、最も好ましくは3〜6重量部である。 If necessary, inorganic materials other than the Ti-containing material, Al-containing material, Li-containing material, and Mg-containing material described above can be used as an additive. Such inorganic materials, SiO 2, iron oxide, zirconia, zircon, yttria, strontium, such as SiC and the like. One or more of these additives can be added in an amount of 15 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the raw material mixture. Preferably it is 1-15 weight part, More preferably, it is 4-10 weight part, Most preferably, it is 3-6 weight part.

(原料混合物の調製)
本発明の製造方法において、上記Ti含有材料、Al含有材料、Mg含有材料及びLi含有材料の各原料を混合することにより、混合物を得ることができる。
(Preparation of raw material mixture)
In the production method of the present invention, a mixture can be obtained by mixing raw materials of the Ti-containing material, Al-containing material, Mg-containing material, and Li-containing material.

各原料の粉末を充分に混合し、必要に応じて焼成後、適当な粒径に粉砕される。原料の混合、粉砕は、特に限定的でなく既知の方法に従って行われる。   The raw material powders are thoroughly mixed and, if necessary, fired and then ground to an appropriate particle size. The mixing and pulverization of the raw materials are not particularly limited and are performed according to known methods.

例えば、ボールミル、媒体攪拌ミルなどを用いて行われる。上記原料混合物の粉砕の程度は、特に限定的でない。平均粒子径が好ましくは30μm以下、特に好ましくは8〜15μm以下が好適である。これは、二次粒子が形成されない範囲であればできるだけ小さい方が好適である。   For example, it is performed using a ball mill, a medium stirring mill or the like. The degree of pulverization of the raw material mixture is not particularly limited. The average particle size is preferably 30 μm or less, particularly preferably 8 to 15 μm. This is preferably as small as possible as long as secondary particles are not formed.

上記原料混合物は、このまま焼成することもできるが、好ましくは、最終的な使用形態である成形体に予め成形してから焼成することが好ましい。成形する際に、上記原料混合物に対して、成形助剤を配合することもできる。成形助剤としては、結合剤、離型剤、消泡剤、及び解こう剤などの既知のものが使用できる。結合剤としては、ポリビニルアルコール、マイクロワックスエマルジョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどが好ましい。離型剤としては、ステアリン酸エマルジョンなどが、消泡剤としては、n−オクチルアルコール、オクチルフェノキシエタノールなどが、解こう剤としては、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどが好ましい。これらは原料混合物の混合時に各原料の分散性を上げるために使用される。   The raw material mixture can be baked as it is, but preferably it is preliminarily molded into a molded body as a final use form and then baked. When molding, a molding aid can be added to the raw material mixture. As molding aids, known ones such as binders, mold release agents, antifoaming agents, and peptizers can be used. As the binder, polyvinyl alcohol, microwax emulsion, methylcellulose, carboxymethylcellulose and the like are preferable. As the releasing agent, stearic acid emulsion and the like are preferable, as the antifoaming agent, n-octyl alcohol, octylphenoxyethanol and the like are preferable, and as the peptizer, diethylamine, triethylamine and the like are preferable. These are used to increase the dispersibility of each raw material when mixing the raw material mixture.

成形助剤の使用量は特に限定されない。原料として用いるAl含有材料及びTi含有材料、Mg含有材料、Li含有材料(原料混合物)の各材料を酸化物として換算した合計100重量部に対して、いずれも固形物換算でそれぞれ以下の範囲とするのが好適である。   The amount of the molding aid used is not particularly limited. With respect to a total of 100 parts by weight of each of the Al-containing material, Ti-containing material, Mg-containing material, and Li-containing material (raw material mixture) used as the raw material as oxides, It is preferable to do this.

すなわち、結合剤を0.2〜0.6重量部、離型剤を0.2〜0.7重量部、消泡剤を0.5〜1.5重量部、及び解こう剤を0.5〜1.5重量部用いる。上記成形助剤を加えた原料混合物は混合、混練し、成形される。   That is, 0.2 to 0.6 parts by weight of the binder, 0.2 to 0.7 parts by weight of the release agent, 0.5 to 1.5 parts by weight of the antifoaming agent, and 0. 5 to 1.5 parts by weight are used. The raw material mixture to which the molding aid is added is mixed, kneaded and molded.

原料混合物の成形方法についても特に限定はなく、例えば、プレス成形、シート成形、鋳込み成形、押し出し成形、射出成形、CIP成形、HIP成形、また最近では3D(3次元)成形などの公知の成形方法を適宜採用すればよい。   There are also no particular limitations on the method of forming the raw material mixture. For example, known molding methods such as press molding, sheet molding, cast molding, extrusion molding, injection molding, CIP molding, HIP molding, and recently 3D (three-dimensional) molding. May be adopted as appropriate.

成形体の焼成方法は、一般のセラミックスの焼成方法を用いることができる。   As a method for firing the formed body, a general ceramic firing method can be used.

焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。   Firing is usually performed using a conventional firing furnace such as a tubular electric furnace, a box-type electric furnace, a tunnel furnace, a far-infrared furnace, a microwave heating furnace, a shaft furnace, a reflection furnace, a rotary furnace, or a roller hearth furnace. Firing may be performed batchwise or continuously. Moreover, you may carry out by a stationary type and may carry out by a fluid type.

焼成するときの雰囲気は、大気中、真空中(1Pa以下の真空度)、窒素雰囲気、還元雰囲気、不活性雰囲気(アルゴン、ネオン、ヘリウムなど)が可能である。好ましくは大気中での焼成である。   The atmosphere for firing can be air, vacuum (degree of vacuum of 1 Pa or less), nitrogen atmosphere, reducing atmosphere, inert atmosphere (argon, neon, helium, etc.). Preferably firing in the atmosphere.

焼成温度は、通常1000〜1750℃程度、好ましくは1200〜1600℃程度とすればよい。   The firing temperature is usually about 1000 to 1750 ° C., preferably about 1200 to 1600 ° C.

焼成時間は、特に限定はなく、成形体の形状などに応じて、充分に焼結が進行するまで焼成すれば良く、通常は、上記した温度範囲に1〜10時間維持すればよい。焼成の際の昇温速度及び降温速度についても、特に限定はなく、焼結体にクラックが入らないような条件を適宜設定すればよい。   The firing time is not particularly limited, and may be fired until the sintering proceeds sufficiently, depending on the shape of the molded body, etc., and is usually maintained within the above temperature range for 1 to 10 hours. There are no particular limitations on the rate of temperature rise and the rate of temperature drop during firing, and conditions that do not cause cracks in the sintered body may be set as appropriate.

上記混合物中に含まれる水分、結合剤などの成形助剤を充分に除去するために急激に昇温することなく、徐々に昇温することが好ましい。また、上記した焼成温度に加熱する前に、必要に応じて、好ましくは700〜1000℃の温度範囲において、10〜30時間の穏やかな昇温により仮焼結を行うことによって、チタン酸アルミニウム系焼結体が形成する際におけるクラック発生の原因となる焼結体内の応力を緩和することができ、焼結体中のクラックの発生を抑制して均一な焼結体を得ることができる。   In order to sufficiently remove the molding aids such as moisture and binder contained in the mixture, it is preferable to gradually increase the temperature without rapidly increasing the temperature. Moreover, before heating to the above-described firing temperature, if necessary, preferably in the temperature range of 700 to 1000 ° C., by carrying out temporary sintering at a moderate temperature rise of 10 to 30 hours, an aluminum titanate system The stress in the sintered body that causes the generation of cracks when the sintered body is formed can be relieved, and the generation of cracks in the sintered body can be suppressed to obtain a uniform sintered body.

上述の方法により、チタン酸アルミニウム系焼結体(以下、単に焼結体ともいう。)を得ることができる。チタン酸アルミニウム系焼結体は、化学式、Ti−Al−Li−Mg−O系(好ましくは、Ti−Al−Li−Mg−Si−O系)結晶体で表すことができる。本発明の焼結体の原料は、Al含有材料、Ti含有材料、Mg含有材料、およびLi含有材料として、天然物を含有し得る。それゆえ、不純物を含有し得る。また、Ti、Al、Li、Mg、O以外の元素を含むこともできる。そのため、本発明の焼結体の厳密な化学式を正確に表すことはできない。   By the above-described method, an aluminum titanate-based sintered body (hereinafter also simply referred to as a sintered body) can be obtained. The aluminum titanate-based sintered body can be represented by a chemical formula, Ti—Al—Li—Mg—O-based (preferably, Ti—Al—Li—Mg—Si—O-based) crystal. The raw material of the sintered body of the present invention can contain a natural product as an Al-containing material, a Ti-containing material, an Mg-containing material, and a Li-containing material. Therefore, it can contain impurities. Moreover, elements other than Ti, Al, Li, Mg, and O can also be included. Therefore, the exact chemical formula of the sintered body of the present invention cannot be expressed accurately.

なお、1つの好ましい実施形態における主成分の式としては、例えば、Al含有材料としてアルミナを用い、Ti含有材料として酸化チタンを用い、Mg含有材料として酸化マグネシウムを用い、Li含有材料として、ペタライトを用いた場合には、以下の式となる。   In addition, as a formula of the main component in one preferred embodiment, for example, alumina is used as the Al-containing material, titanium oxide is used as the Ti-containing material, magnesium oxide is used as the Mg-containing material, and petalite is used as the Li-containing material. When used, the following equation is obtained.

(Al2O3)(TiO2)(MgO)(Li(AlSi4O10)) (Al2O3) a (TiO2) b (MgO) c (Li (AlSi4O10)) d

ここで、a、b、c、dの値はそれぞれの材料の使用量によって決まる。   Here, the values of a, b, c, and d are determined by the amount of each material used.

本発明の焼結体は、上記したように、耐熱性と高い機械的強度を有する。しかも、本発明の焼結体は耐久性および耐熱衝撃性にも優れている。   As described above, the sintered body of the present invention has heat resistance and high mechanical strength. Moreover, the sintered body of the present invention is excellent in durability and thermal shock resistance.

(回転軸)
本発明で使用する回転軸は、上記チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体から形成することができる。粉体を筒状または棒状に成形した後、上記した所定温度で焼成することにより、回転軸が得られる。
(Axis of rotation)
The rotating shaft used in the present invention can be formed from the aluminum titanate ceramic sintered body. After the powder is formed into a cylindrical shape or a rod shape, the rotating shaft is obtained by firing at the predetermined temperature described above.

(チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法の変形例)
次に、チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法の変形例について説明する。この製造方法の変形例は、上述したように、Ti含有材料、Al含有材料、およびLi含有材料を混合する工程を包含する。以下、上述した製造方法とは異なる点のみを説明する。
(Modified example of manufacturing method of aluminum titanate sintered body)
Next, the modification of the manufacturing method of an aluminum titanate sintered compact is demonstrated. The modification of this manufacturing method includes the step of mixing the Ti-containing material, the Al-containing material, and the Li-containing material as described above. Only the differences from the manufacturing method described above will be described below.

この製造方法の変形例の好ましい原料として、Al23、TiO2、LiOなどの酸化物、Al2TiO5、Tiを含む各スピネル型構造体などの2種類以上の金属成分を含む複合酸化物、Al、Tiからなる群から選ばれた1種又は2種以上の金属成分を含む化合物(炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩など)などがある。 As a preferable raw material of a modified example of this manufacturing method, a composite oxidation containing two or more kinds of metal components such as oxides such as Al 2 O 3 , TiO 2 and LiO, and spinel structures containing Al 2 TiO 5 and Ti, etc. And compounds containing one or more metal components selected from the group consisting of Al, Ti (carbonates, nitrates, sulfates, etc.).

必要に応じて、上記したTi含有材料、Al含有材料、およびLi含有材料以外の無機材料を添加剤として使用することもできる。そのような無機材料として、MgO、SiO2、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、SiCなどがあげられる。これらの一種又は二種以上の添加剤が、上記の原料混合物100重量部に対して、30重量部以下添加することができる。好ましくは1〜25重量部であり、さらに好ましくは1〜15である。 If necessary, inorganic materials other than the Ti-containing material, Al-containing material, and Li-containing material can be used as additives. Examples of such inorganic materials include MgO, SiO 2 , iron oxide, zirconia, zircon, yttria, strontium, SiC, and the like. One or more of these additives can be added in an amount of 30 parts by weight or less based on 100 parts by weight of the raw material mixture. Preferably it is 1-25 weight part, More preferably, it is 1-15.

この製造方法の変形例により、チタン酸アルミニウム系焼結体(以下、単に焼結体ともいう。)を得ることができる。チタン酸アルミニウム系焼結体は、化学式、Ti−Al−Li−O系(好ましくは、Ti−Al−Li−Si−O系)結晶体で表すことができる。この焼結体の原料は、Al含有材料、Ti含有材料、およびLi含有材料として、天然物を含有し得る。それゆえ、不純物を含有し得る。また、Ti、Al、Li、O以外の元素を含むこともできる。そのため、本発明の焼結体の厳密な化学式を正確に表すことはできない。   By this modification of the manufacturing method, an aluminum titanate-based sintered body (hereinafter also simply referred to as a sintered body) can be obtained. The aluminum titanate-based sintered body can be represented by a chemical formula, a Ti—Al—Li—O-based (preferably a Ti—Al—Li—Si—O-based) crystal. The raw material of the sintered body can contain natural products as an Al-containing material, a Ti-containing material, and a Li-containing material. Therefore, it can contain impurities. Moreover, elements other than Ti, Al, Li, and O can also be included. Therefore, the exact chemical formula of the sintered body of the present invention cannot be expressed accurately.

なお、1つの好ましい実施形態における主成分の式としては、例えば、Al含有材料としてアルミナを用い、Ti含有材料として酸化チタンを用い、Li含有材料として、ペタライトを用いた場合には、以下の式となる。   As a main component formula in one preferred embodiment, for example, when alumina is used as the Al-containing material, titanium oxide is used as the Ti-containing material, and petalite is used as the Li-containing material, the following formula is used. It becomes.

(Al2O3)(TiO2)(Li(AlSi4O10)) (Al2O3) a (TiO2) b (Li (AlSi4O10)) c

ここで、a、b、cの値はそれぞれの材料の使用量によって決まる。   Here, the values of a, b, and c are determined by the amount of each material used.

製造方法の変形例により得られた焼結体は、上述の製造方法(Ti含有材料、Al含有材料、Li含有材料、およびMg含有材料を混合する工程を包含するもの)と同様に、耐熱性と高い機械的強度を有する。しかも、この焼結体は耐久性および耐熱衝撃性にも優れている。本発明で使用する回転軸は、この焼結体から形成することができる。粉体を筒状または棒状に成形した後、上記した所定温度で焼成することにより、回転軸が得られる。   Similar to the above-described manufacturing method (including a step of mixing Ti-containing material, Al-containing material, Li-containing material, and Mg-containing material), the sintered body obtained by the modification of the manufacturing method is heat resistant. And high mechanical strength. Moreover, this sintered body is excellent in durability and thermal shock resistance. The rotating shaft used in the present invention can be formed from this sintered body. After the powder is formed into a cylindrical shape or a rod shape, the rotating shaft is obtained by firing at the predetermined temperature described above.

以下、本発明を実施例を用いてより詳細な説明をする。
本発明は、その要旨を超えない限り、実施例に限定されるものではない。
以下の実施例で用いた材料は、次のとおりである。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
The present invention is not limited to the examples as long as the gist thereof is not exceeded.
The materials used in the following examples are as follows.

(実施例1)
酸化チタン(A−110、堺化学(株))30重量部、易焼結アルミナ(AES−11、住友化学工業(株))70重量部、ペタライト4重量部、酸化マグネシウム(宇部マテリアルズ(株))4重量部、適量の温水、解膠剤としてジエタノールアミン1.5重量部、有機バインダーとしてポリビニルアルコール0.1重量部、および消泡剤としてポリプロピレングリコール0.5重量部を混合して、スラリーを得た。
このスラリーを乾燥してクリンカーを得た。このクリンカーをボールミルにて24時間粉砕し、篩にて分級した。篩サイズ80〜100μm、平均粒径x=90μmのチタン酸アルミニウム系粉体(原料粉末)を得た。
得られた原料粉末を60MPaの成形圧でプレスして50mm×100mm×10mmの成形体を得た。この成形体を大気中で1450℃で焼成した後、放冷してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
Example 1
30 parts by weight of titanium oxide (A-110, Sakai Chemical Co., Ltd.), 70 parts by weight of easily sintered alumina (AES-11, Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 4 parts by weight of petalite, magnesium oxide (Ube Materials Co., Ltd.) )) 4 parts by weight, appropriate amount of warm water, 1.5 parts by weight of diethanolamine as a peptizer, 0.1 parts by weight of polyvinyl alcohol as an organic binder, and 0.5 parts by weight of polypropylene glycol as an antifoaming agent Got.
This slurry was dried to obtain a clinker. The clinker was pulverized with a ball mill for 24 hours and classified with a sieve. An aluminum titanate-based powder (raw material powder) having a sieve size of 80 to 100 μm and an average particle size x = 90 μm was obtained.
The obtained raw material powder was pressed at a molding pressure of 60 MPa to obtain a molded body of 50 mm × 100 mm × 10 mm. The molded body was fired at 1450 ° C. in the air and then allowed to cool to obtain an aluminum titanate-based sintered body.

(実施例2)
酸化マグネシウム(宇部マテリアルズ(株))に代えて、酸化マグネシウム(神島化学工業(株))を4重量部用いたこと以外は、実施例1と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
(Example 2)
Instead of magnesium oxide (Ube Materials Co., Ltd.), except that 4 parts by weight of magnesium oxide (Kamishima Chemical Industry Co., Ltd.) was used, it was molded and fired in the same manner as in Example 1 to form an aluminum titanate-based fired product. A ligature was obtained.

(実施例3)
酸化チタン(A−110、堺化学(株))を40重量部、易焼結アルミナ(AES−11、住友化学工業(株))を60重量部、ペタライトを4重量部、酸化マグネシウム(神島化学工業(株))を4重量部混合したこと以外は、実施例1と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
Example 3
40 parts by weight of titanium oxide (A-110, Sakai Chemical Co., Ltd.), 60 parts by weight of easily sintered alumina (AES-11, Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 4 parts by weight of petalite, magnesium oxide (Kanjima Chemical) Except that 4 parts by weight of Kogyo Co., Ltd. was mixed, it was molded and fired in the same manner as in Example 1 to obtain an aluminum titanate-based sintered body.

(実施例4)
酸化チタン(A−110、堺化学(株))を25重量部、易焼結アルミナ(AES−11、住友化学工業(株))を50重量部、溶融シリカを250重量部、ペタライトを4重量部、イットリアを0.4重量部混合したこと以外は、実施例1と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
Example 4
25 parts by weight of titanium oxide (A-110, Sakai Chemical Co., Ltd.), 50 parts by weight of easily sintered alumina (AES-11, Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 250 parts by weight of fused silica and 4 parts by weight of petalite An aluminum titanate-based sintered body was obtained by molding and firing in the same manner as in Example 1 except that 0.4 part by weight of yttria was mixed.

(実施例5)
酸化チタン(A−110、堺化学(株))を23重量部、易焼結アルミナ(AES−11、住友化学工業(株))を60重量部、溶融シリカを170重量部、ペタライトを4重量部、イットリアを0.4重量部混合したこと以外は、実施例1と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。
(Example 5)
23 parts by weight of titanium oxide (A-110, Sakai Chemical Co., Ltd.), 60 parts by weight of easily sintered alumina (AES-11, Sumitomo Chemical Co., Ltd.), 170 parts by weight of fused silica and 4 parts by weight of petalite An aluminum titanate-based sintered body was obtained by molding and firing in the same manner as in Example 1 except that 0.4 part by weight of yttria was mixed.

(その他の実施の形態)
本実施形態では、フライホイール(3)において、軸方向の厚みが全体的に一定の円盤状に形成されていたが、これに限定されず、例えば、図13に示すように、フライホイール(3)の軸方向厚みが径方向外方から内方へ向かって大きくなる形状であってもよい。このフライホイール(3)は、2つの部材を上下に貼り合わせることで形成してもよいし、ロービング炭素繊維束の太さを調整することにより形成してもよい。このように形成することにより、フライホイール(3)の回転抵抗を小さくすることができ、フライホイール(3)をさらに高速で回転させることが可能となる。この結果、蓄電装置の蓄電効率を向上させることができる。
(Other embodiments)
In the present embodiment, the flywheel (3) is formed in a disk shape having a constant axial thickness as a whole. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. ) May increase in the axial direction from the radially outer side to the inner side. This flywheel (3) may be formed by bonding two members up and down, or may be formed by adjusting the thickness of the roving carbon fiber bundle. By forming in this way, the rotational resistance of the flywheel (3) can be reduced, and the flywheel (3) can be rotated at a higher speed. As a result, the power storage efficiency of the power storage device can be improved.

本実施形態では、フライホイール(3)が炭素繊維系材料で形成されていたが、これに限定されず、フライホイール(3)がセラミックスで形成されてもよい。ここで、セラミックスはチタン酸アルミニウム系セラミックスにするのが好ましい。こうすると、回転部材(1)全体をチタン酸アルミニウム系セラミックスで形成することができ、回転部材(1)の形成の効率化を図ることができる。また、回転部材(1)の軸部(2)とフライホイール(3)との一体成形により、さらに回転部材(1)の形成の効率化を図ることができる。   In the present embodiment, the flywheel (3) is formed of a carbon fiber material. However, the present invention is not limited to this, and the flywheel (3) may be formed of ceramics. Here, the ceramic is preferably an aluminum titanate ceramic. If it carries out like this, the whole rotation member (1) can be formed with an aluminum titanate ceramic, and efficiency improvement of formation of a rotation member (1) can be achieved. Further, the efficiency of the formation of the rotating member (1) can be further increased by integrally forming the shaft portion (2) of the rotating member (1) and the flywheel (3).

本実施形態では、回転部材(1)の軸部(2)がチタン酸アルミニウム系セラミックスで形成されていたが、これに限定されず、炭素繊維又は繊維強化プラスチックで形成されていてもよい。このとき、回転部材(1)のフライホイール(3)がセラミックス、炭素繊維又は繊維強化プラスチックで形成されてもよいし、これら以外の材料で形成されていてもよい。このとき、軸部(2)とフライホイール(3)とが同一材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。   In the present embodiment, the shaft portion (2) of the rotating member (1) is formed of an aluminum titanate ceramic, but is not limited thereto, and may be formed of carbon fiber or fiber reinforced plastic. At this time, the flywheel (3) of the rotating member (1) may be formed of ceramics, carbon fiber or fiber reinforced plastic, or may be formed of a material other than these. At this time, the shaft portion (2) and the flywheel (3) may be made of the same material or different materials.

ここで、繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)又は炭素繊維強化プラスチック(CFRP)が好ましい。   Here, the fiber reinforced plastic is preferably glass fiber reinforced plastic (GFRP) or carbon fiber reinforced plastic (CFRP).

ガラス繊維強化プラスチックにおいて、ガラス繊維を板状又は棒状に加工するときには、必ずエポキシ樹脂をはじめ、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)、ABS樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を使用して固化させるが、これらの樹脂に簸性硫酸バリウム(比重4.5)を混合することにより、ガラス繊維(一般的比重は2.16〜2.55)のみの成形体より比重を上げることができる。この材料を回転部材(1)の軸部(2)やフライホイール(3)に使用することにより、ガラス繊維よりも比重を上げることができるので、より効率を上げることができる。樹脂と硫酸バリウムの配合比率は、樹脂に対して重量比30〜90%が望ましく、45〜75%がより好ましい。   In glass fiber reinforced plastics, when glass fiber is processed into a plate or rod shape, be sure to use epoxy resin, polypropylene (PP), polyethylene (PE), polystyrene (PS), ABS resin, polyethylene terephthalate (PET), etc. It hardens | cures using a curable resin or a thermoplastic resin, However, Glass fiber (General specific gravity is 2.16-2.55) by mixing fertile barium sulfate (specific gravity 4.5) with these resin. The specific gravity can be increased more than the molded body of only the above. By using this material for the shaft part (2) and the flywheel (3) of the rotating member (1), the specific gravity can be increased as compared with the glass fiber, so that the efficiency can be further increased. The blending ratio of the resin and barium sulfate is preferably 30 to 90% by weight and more preferably 45 to 75% with respect to the resin.

本実施形態では、蓄電装置を小規模の事業所用又は一般家庭用として用いていたが、これに限定されず、例えば、加速器(癌の粒子線治療用加速器等)は、膨大な電力を使用するため、この加速器用として用いるようにしてもよい。また、太陽光発電、風力発電、原子力発電、ガスタービン、蒸気タービンなどと組み合わせて使用でき、あるいは家電製品、電気自動車などの発電及び蓄電装置としても使用することができる。また、一般住宅、マンション等の集合住宅、テナントビル、コンビニ、デパート、各種工場、研究所、化学会社、プラント等にも使用することができる。このような場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the power storage device is used for a small-scale office or a general household. However, the present invention is not limited to this. For example, an accelerator (accelerator for cancer particle beam therapy, etc.) uses a large amount of power. Therefore, it may be used for this accelerator. Further, it can be used in combination with solar power generation, wind power generation, nuclear power generation, gas turbine, steam turbine, or the like, or can be used as a power generation and power storage device for home appliances, electric vehicles and the like. It can also be used in general housing, apartment houses such as condominiums, tenant buildings, convenience stores, department stores, various factories, research laboratories, chemical companies, plants, and the like. Even in such a case, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

本実施形態では、慣性体としてフライホイール(3)が用いられたが、これに限定されず、例えば、軸に垂直な断面が多角形状や楕円状のものであってもよい。この場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, the flywheel (3) is used as the inertial body, but the invention is not limited to this. For example, the section perpendicular to the axis may be polygonal or elliptical. Even in this case, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

本実施形態では、回転部材(1)が軸部(2)と複数のフライホイール(3)とを備えていたが、これに限定されず、回転部材(1)が慣性体(3a)のみで構成されてもよい。例えば、この慣性体(3a)は、図14に示す蓄電装置(10e)のように、円柱状に形成されてもよい。尚、慣性体(3a)の形状は例示である。   In the present embodiment, the rotating member (1) includes the shaft portion (2) and the plurality of flywheels (3). However, the rotating member (1) is only an inertial body (3a). It may be configured. For example, the inertial body (3a) may be formed in a cylindrical shape like the power storage device (10e) shown in FIG. The shape of the inertial body (3a) is an example.

ここで、回転部材(1)が慣性体(3a)のみで構成される場合、慣性体(3a)は、モータ(30)のモータ軸(31)に直接的に接続される。図14に示す蓄電装置(10e)では、モータ軸(31)の下端部分の雄ねじ部(38a)と慣性体(3a)の上面の凹部内に形成された雌ねじ部(38b)とにより、モータ軸(31)及び慣性体(3a)が締結される。このとき、慣性体(3a)の回転方向と逆方向に上述の雄ねじ部(38a)及び雌ねじ部(38b)のねじ切りがなされているのが好ましい。こうすることで、慣性体(3a)の回転によって雄ねじ部(38a)及び雌ねじ部(38b)の締結が緩まないようにすることができる。   Here, when the rotating member (1) is configured only by the inertial body (3a), the inertial body (3a) is directly connected to the motor shaft (31) of the motor (30). In the power storage device (10e) shown in FIG. 14, the motor shaft is constituted by a male screw portion (38a) at the lower end portion of the motor shaft (31) and a female screw portion (38b) formed in a recess in the upper surface of the inertial body (3a). (31) and inertial body (3a) are fastened. At this time, it is preferable that the male thread part (38a) and the female thread part (38b) are threaded in the direction opposite to the rotation direction of the inertial body (3a). By doing so, it is possible to prevent the male screw part (38a) and the female screw part (38b) from being loosened by the rotation of the inertial body (3a).

また、図14に示す蓄電装置(10e)の慣性体(3a)は、繊維強化プラスチックで形成されている。ここで、繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)又は炭素繊維強化プラスチック(CFRP)が好ましい。これらのプラスチックは、引抜成形が容易であることから加工性に優れている。また、これらのプラスチックは、鉄系及び非鉄金属等の磁性体とは違い、慣性体(3a)の回転時の渦電流損が発生しない。   Further, the inertial body (3a) of the power storage device (10e) shown in FIG. 14 is formed of fiber reinforced plastic. Here, the fiber reinforced plastic is preferably glass fiber reinforced plastic (GFRP) or carbon fiber reinforced plastic (CFRP). These plastics are excellent in workability because they are easy to perform pultrusion molding. In addition, these plastics, unlike magnetic materials such as ferrous and non-ferrous metals, do not cause eddy current loss when the inertial body (3a) rotates.

本実施形態では、回転部材(1)の収容室(22)とモータ(30)のモータ室(21)との両方が真空状態に保たれるように構成されていたが、これに限定されず、収容室(22)のみが真空状態に保たれるようにしてもよい。図14に示す蓄電装置(10e)のように、モータ(30)をケーシング(80)の外側に露出させるようにしてもよい。   In the present embodiment, both the storage chamber (22) of the rotating member (1) and the motor chamber (21) of the motor (30) are configured to be kept in a vacuum state, but the present invention is not limited to this. Only the storage chamber (22) may be kept in a vacuum state. As in the power storage device (10e) shown in FIG. 14, the motor (30) may be exposed outside the casing (80).

尚、図14に示す蓄電装置(10e)では、ケーシング(80)の壁体が、セラミックスの層(80a)と、炭素系フェルトの層(80b)と、ステンレス系又はアルミニウム系の金属層(80c)とがケーシング(80)の内側から外側へ向かって積層された多層構造体である。ここで、炭素系フェルトの層の代わりに炭素系チョップドファイバーの層であってもよい。   In the power storage device (10e) shown in FIG. 14, the wall of the casing (80) includes a ceramic layer (80a), a carbon-based felt layer (80b), and a stainless or aluminum-based metal layer (80c). ) Is a multilayer structure laminated from the inside to the outside of the casing (80). Here, a carbon-based chopped fiber layer may be used instead of the carbon-based felt layer.

また、図14に示す蓄電装置(10e)では、慣性体(3a)が円筒状に形成されていたが、これに限定されず、図15に示す蓄電装置(10f)のように、慣性体(3a)の下端面が凸状の湾曲面(81)で形成されていてもよい。この場合には、図15に示す蓄電装置(10f)のケーシング(80)の内面側の底面を凹状の湾曲面(82)とし、慣性体(3a)の凸状の湾曲面(81)の中心部分をケーシング(80)の凹状の湾曲面(82)の中心部分に接触させることにより、慣性体(3a)が回転可能に支持される。これにより、慣性体(3a)の回転時の振れ回りをなくすことができる。   Further, in the power storage device (10e) shown in FIG. 14, the inertial body (3a) is formed in a cylindrical shape. However, the inertial body (3f) is not limited to this. The lower end surface of 3a) may be formed of a convex curved surface (81). In this case, the bottom surface on the inner surface side of the casing (80) of the power storage device (10f) shown in FIG. 15 is a concave curved surface (82), and the center of the convex curved surface (81) of the inertial body (3a). The inertial body (3a) is rotatably supported by bringing the portion into contact with the central portion of the concave curved surface (82) of the casing (80). Thereby, the whirling at the time of rotation of an inertial body (3a) can be eliminated.

ここで、ケーシング(80)の湾曲面(82)の曲率が、慣性体(3a)の湾曲面(81)の曲率以上になるように設定されている。これにより、慣性体(3a)を回転支持させ易くすることができる。   Here, the curvature of the curved surface (82) of the casing (80) is set to be equal to or greater than the curvature of the curved surface (81) of the inertial body (3a). Thereby, the inertial body (3a) can be easily rotated and supported.

また、図15に示す蓄電装置(10f)には、慣性体(3a)の回転時の振れ回りを抑制する抑制部(87)を有している。抑制部(87)は、第1及び第2の永久磁石としての第1及び第2のネオジム磁石(85,86)を備えている。第1のネオジム磁石(85)は、慣性体(3a)の下端部に取り付けられている。また、第2のネオジム磁石(86)は、環状に形成されている。この環状の第2のネオジム磁石(86)は、ケーシング(80)の湾曲面(82)に埋め込まれている。   In addition, the power storage device (10f) illustrated in FIG. 15 includes a suppression unit (87) that suppresses swinging of the inertial body (3a) during rotation. The suppression unit (87) includes first and second neodymium magnets (85, 86) as first and second permanent magnets. The first neodymium magnet (85) is attached to the lower end of the inertial body (3a). The second neodymium magnet (86) is formed in an annular shape. The annular second neodymium magnet (86) is embedded in the curved surface (82) of the casing (80).

環状の第2のネオジム磁石(86)の軸心と慣性体(3a)の軸心とが略一致するように、両者を配置することによって、第1及び第2のネオジム磁石(85,86)間の反発力を慣性体(3a)の軸心周りに及ぼすことができ、より一層、慣性体(3a)の回転時の振れ回りをなくすことができる。   The first and second neodymium magnets (85, 86) are arranged by arranging them so that the axis of the annular second neodymium magnet (86) substantially coincides with the axis of the inertial body (3a). The repulsive force between them can be exerted around the axis of the inertial body (3a), and the swinging of the inertial body (3a) during rotation can be further eliminated.

また、図15に示す蓄電装置(10f)において、慣性体(3a)の湾曲面(81)とケーシング(80)の湾曲面(82)とを超硬非鉄金属(例えば、工業用ダイアモンド)(88)にすることによって、慣性体(3a)の回転時の摩耗摩擦を抑制することができる。   In the power storage device (10f) shown in FIG. 15, the curved surface (81) of the inertial body (3a) and the curved surface (82) of the casing (80) are made of cemented carbide non-ferrous metal (for example, industrial diamond) (88 ), Wear friction during rotation of the inertial body (3a) can be suppressed.

また、図16に示す蓄電装置(10g)には、図15に示す蓄電装置(10f)とは違い、慣性体(3a)の下端がケーシング(80)の湾曲面(82)に接触していない。この湾曲面(82)から突出するように、環状の第2のネオジム磁石(86)が取り付けられている。このように、慣性体(3a)とケーシング(80)とが非接触であるため、図15の蓄電装置(10f)の超硬非鉄金属のようなものは取り付けられていない。また、環状の第2のネオジム磁石(86)の軸心と慣性体(3a)の軸心とが略一致している。このような構成であっても、慣性体(3a)の回転時の振れ回りをなくすことができる。   Further, unlike the power storage device (10f) shown in FIG. 15, the lower end of the inertial body (3a) is not in contact with the curved surface (82) of the casing (80) in the power storage device (10g) shown in FIG. . An annular second neodymium magnet (86) is attached so as to protrude from the curved surface (82). As described above, since the inertial body (3a) and the casing (80) are not in contact with each other, the super hard nonferrous metal of the power storage device (10f) in FIG. 15 is not attached. In addition, the axis of the annular second neodymium magnet (86) and the axis of the inertial body (3a) are substantially coincident. Even with such a configuration, it is possible to eliminate the whirling during rotation of the inertial body (3a).

図14、図15及び図16に示す蓄電装置(10e,10f,10g)において、第1の実施形態の変形例6、7に示すマーカ(55)とマーカ位置センサ(56)と回転部材用の異常検出部(57)とを備えるようにすれば、回転部材(1a)がケーシング(80)の内壁に衝突するのを回避させることが可能となる。また、第1の実施形態の変形例8に示す気泡管式水準器(60)と気泡位置センサ(63)とケーシング用の異常検出部(64)とを備えるようにすれば、ケーシング(80)が傾いて設置されるのを防止することができる。   In the power storage device (10e, 10f, 10g) shown in FIGS. 14, 15, and 16, the marker (55), marker position sensor (56), and rotating member shown in the sixth and seventh modifications of the first embodiment are used. If the abnormality detection unit (57) is provided, the rotating member (1a) can be prevented from colliding with the inner wall of the casing (80). Further, if the bubble tube level (60), the bubble position sensor (63), and the abnormality detecting section (64) for the casing shown in the modified example 8 of the first embodiment are provided, the casing (80) Can be prevented from being inclined.

第2の実施形態に係る電力システム(70)の蓄電装置(10)は、第1の実施形態及び変形例1から変形例8までの蓄電装置(10a〜10d)、図14及び図15及び図16に示す蓄電装置(10e,10f,10g)の少なくとも1つであってもよい。   The power storage device (10) of the power system (70) according to the second embodiment includes the power storage devices (10a to 10d) of the first embodiment and the first modification to the eighth modification, FIG. 14, FIG. 15, and FIG. 16 may be at least one of the power storage devices (10e, 10f, 10g) shown in FIG.

尚、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。   In addition, embodiment mentioned above is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.

以上、説明したように、本発明は、電気エネルギを回転部材の回転エネルギとして蓄える蓄電装置について有用である。   As described above, the present invention is useful for a power storage device that stores electrical energy as rotational energy of a rotating member.

1,1a 回転部材
2 軸部
3 フライホイール(慣性体)
4 軸部
5 継手部
10、10a〜10f 蓄電装置
11 抑制部
20 ケーシング
21 モータ室
22 収容室
30 モータ
40 真空ポンプ
50 制御部
1, 1a Rotating member 2 Shaft 3 Flywheel (Inertial body)
4 Shaft part 5 Joint part 10, 10a to 10f Power storage device 11 Suppressing part 20 Casing 21 Motor room 22 Storage room 30 Motor 40 Vacuum pump 50 Control part

Claims (14)

回転部材(1,1a)とモータ(30)とを備え、
前記モータ(30)へ入力された電気エネルギを前記回転部材(1,1a)の回転エネルギに変換して蓄える蓄電装置であって、
前記回転部材(1,1a)は、少なくとも一部がセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成され且つ前記モータ(30)のモータ軸(31)に吊り下げられていることを特徴とする蓄電装置。
A rotating member (1, 1a) and a motor (30);
A power storage device that stores electrical energy input to the motor (30) by converting it into rotational energy of the rotating member (1, 1a),
The rotating member (1, 1a) is at least partially formed of ceramics, carbon fiber, or fiber reinforced plastic, and is suspended from a motor shaft (31) of the motor (30). apparatus.
前記回転部材(1)は、慣性体(3)と、前記慣性体(3)が固定された状態で前記モータ(30)のモータ軸(31)に吊り下げられ且つセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックを含有した軸部(2)とを備えていることを特徴とする、請求項1に記載の蓄電装置。   The rotating member (1) is suspended from an inertial body (3) and a motor shaft (31) of the motor (30) in a state where the inertial body (3) is fixed, and ceramics, carbon fiber, or fiber The power storage device according to claim 1, further comprising a shaft portion (2) containing reinforced plastic. 前記回転部材(1)の慣性体(3)は、セラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成されていることを特徴とする、請求項2に記載の蓄電装置。   The power storage device according to claim 2, wherein the inertial body (3) of the rotating member (1) is made of ceramics, carbon fiber, or fiber reinforced plastic. 前記回転部材(1)の軸部(2)の下端部に固定された第1の永久磁石(12a)と、前記回転部材(1)を収容した収容室(22)の底面に埋め込まれた第2の永久磁石(12b)とを有し、互いに非接触となるように配置された前記第1及び第2の永久磁石(12a,12b)間に作用する磁力により、前記回転部材(1)の回転時の振れ回りを抑制する抑制部(11)を備えていることを特徴とする、請求項1から3の何れか1つに記載の蓄電装置。   A first permanent magnet (12a) fixed to the lower end of the shaft (2) of the rotating member (1), and a first embedded in the bottom surface of the storage chamber (22) containing the rotating member (1). Of the rotating member (1) by a magnetic force acting between the first and second permanent magnets (12a, 12b) arranged to be in non-contact with each other. The power storage device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a suppressing unit (11) that suppresses the whirling during rotation. 上下に重ねられ且つ互いに吸着した複数の磁石を有する継手部(5)を備え、
前記モータ(30)のモータ軸(31)は、最も上側の前記磁石に固定され、
前記回転部材(1)の軸部(2)は、前記軸部(2)の上端部に形成された鍔部(4)が隣り合う前記磁石間に挟まれることにより、固定されていることを特徴とする、請求項1から4の何れか1つに記載の蓄電装置。
Comprising a joint part (5) having a plurality of magnets stacked vertically and adsorbed to each other;
The motor shaft (31) of the motor (30) is fixed to the uppermost magnet,
The shaft portion (2) of the rotating member (1) is fixed by sandwiching a flange portion (4) formed at the upper end portion of the shaft portion (2) between the adjacent magnets. The power storage device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power storage device is characterized.
前記回転部材(1,1a)が有するセラミックスは、チタン酸アルミニウム系セラミックスであることを特徴とする、請求項1から5の何れか1つに記載の蓄電装置。   The electrical storage device according to any one of claims 1 to 5, wherein the ceramics of the rotating member (1, 1a) are aluminum titanate ceramics. 前記回転部材(1,1a)を収容するケーシング(20,80)を備え、
前記回転部材(1,1a)のセラミックスは、チタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体であり、限界値を超えた荷重が前記回転部材(1,1a)に作用すると、前記回転部材(1,1a)のチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体が前記ケーシング(20,80)内で粉砕するように構成されていることを特徴とする、請求項1から6の何れか1つに記載の蓄電装置。
A casing (20, 80) for accommodating the rotating member (1, 1a);
The ceramic of the rotating member (1, 1a) is a sintered body of an aluminum titanate ceramic, and when a load exceeding a limit value is applied to the rotating member (1, 1a), the rotating member (1, 1a) The power storage device according to any one of claims 1 to 6, wherein the sintered body of aluminum titanate-based ceramics is pulverized in the casing (20, 80). .
前記ケーシング(20,80)の収容室(22,90)に面する壁体がチタン酸アルミニウム系セラミックスを含有することを特徴とする、請求項7に記載の蓄電装置。   The power storage device according to claim 7, wherein the wall body facing the storage chamber (22, 90) of the casing (20, 80) contains an aluminum titanate ceramic. 前記回転部材(1a)は、前記モータ(30)のモータ軸(31)に直接的に吊り下げられた慣性体(3a)を備え、前記慣性体(3a)がセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の蓄電装置。   The rotating member (1a) includes an inertial body (3a) suspended directly from a motor shaft (31) of the motor (30), and the inertial body (3a) is ceramic, carbon fiber, or fiber reinforced. The power storage device according to claim 1, wherein the power storage device is made of plastic. 前記慣性体(3a)を収容したケーシング(80)を備え、
前記慣性体(3a)の下端面は、凸状の湾曲面(81)で形成され、
前記ケーシング(80)は、前記慣性体(3a)の湾曲面(81)に対向する内面が凹状の湾曲面(82)で形成され、
前記慣性体(3a)の湾曲面(81)の中心部と前記ケーシング(80)の湾曲面(82)の中心部とが接触していることを特徴とする、請求項9に記載の蓄電装置。
A casing (80) containing the inertial body (3a);
The lower end surface of the inertial body (3a) is formed of a convex curved surface (81),
The casing (80) is formed with a concave curved surface (82) whose inner surface facing the curved surface (81) of the inertial body (3a),
The power storage device according to claim 9, wherein a center portion of the curved surface (81) of the inertial body (3a) and a center portion of the curved surface (82) of the casing (80) are in contact with each other. .
前記回転部材(1a)の下端部に固定された第1の永久磁石(85)と、前記回転部材(1a)を収容した収容室(90)の底面に埋め込まれた第2の永久磁石(86)とを有し、互いに非接触となるように配置された前記第1及び第2の永久磁石(85,86)間に作用する磁力により、前記回転部材(1a)の回転時の振れ回りを抑制する抑制部(87)を備えていることを特徴とする、請求項9又は10に記載の蓄電装置。   The 1st permanent magnet (85) fixed to the lower end part of the said rotation member (1a), and the 2nd permanent magnet (86) embedded in the bottom face of the storage chamber (90) which accommodated the said rotation member (1a). ), And the magnetic force acting between the first and second permanent magnets (85, 86) arranged so as to be in non-contact with each other, The power storage device according to claim 9 or 10, further comprising a suppression unit (87) that suppresses. 前記回転部材(1,1a)の回転中心に付され又は前記回転部材(1,1a)の外周面に周方向に沿って一定の高さで付されたマーカ(55)と、
前記マーカ(55)の位置のブレ量を検出するマーカ位置センサ(56)と、
前記マーカ位置センサ(56)で検出したブレ量が所定値以上になると異常信号を出力する回転部材用の異常検出部(57)とを備えていることを特徴とする、請求項1から11の何れか1つに記載の蓄電装置。
A marker (55) attached to the rotation center of the rotating member (1, 1a) or attached to the outer peripheral surface of the rotating member (1, 1a) at a constant height along the circumferential direction;
A marker position sensor (56) for detecting a blur amount at the position of the marker (55);
The abnormality detection unit (57) for a rotating member that outputs an abnormality signal when the amount of blur detected by the marker position sensor (56) exceeds a predetermined value is provided. The electrical storage apparatus as described in any one.
前記回転部材(1,1a)が収容されたケーシング(20,80)と、
前記ケーシング(20,80)に固定された気泡管式水準器(60)と、
前記気泡管式水準器(60)の気泡(62)の位置を読み取る気泡位置センサ(63)と、
前記位置センサが読み取った気泡(62)の位置により前記ケーシング(20,80)の水平度又は鉛直度が所定範囲外であることを検出すると異常信号を出力するケーシング用の異常検出部(64)と、
を備えていることを特徴とする、請求項1に記載の蓄電装置。
A casing (20, 80) containing the rotating member (1, 1a);
A bubble tube level (60) fixed to the casing (20, 80);
A bubble position sensor (63) for reading the position of the bubble (62) of the bubble tube level (60);
An anomaly detector (64) for the casing that outputs an anomaly signal when it is detected that the horizontality or verticality of the casing (20, 80) is out of a predetermined range based on the position of the bubble (62) read by the position sensor. When,
The power storage device according to claim 1, comprising:
請求項1から13の何れか1つに記載の複数の蓄電装置(10)と、
前記蓄電装置(10)の回転部材(1,1a)に蓄えた回転エネルギを電気エネルギに変換して出力する放電動作を全ての蓄電装置(10)に行わせる場合に、全ての前記蓄電装置(10)の電気エネルギの出力量を同じ周期で変化させ且つ前記蓄電装置(10)の出力量の経時変化が不一致となるように位相差を設けるシステム制御部(75)と、を備えていることを特徴とする電力システム。
A plurality of power storage devices (10) according to any one of claims 1 to 13;
When all the power storage devices (10) perform a discharging operation for converting the rotational energy stored in the rotating member (1, 1a) of the power storage device (10) into electric energy and outputting the electric energy, And (10) a system control unit (75) that changes the output amount of electrical energy in the same cycle and provides a phase difference so that the change over time of the output amount of the power storage device (10) becomes inconsistent. Power system characterized by
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