JP2017208894A - Flywheel device for electric power storage - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To minimize iron loss generated in a stator of a motor-generator at a time of delivering and receiving no energy and to maximize cost performance of a flywheel device for electric power storage by separating energy storage means and energy delivering and receiving means.SOLUTION: A rotor having a permanent magnet for a flywheel for determining an amount of storage energy and a stator for determining power generation output are configured as a separate unit whose mutual position can be arbitrarily set by a traverse unit. Since no stator function is required at a time of delivering and receiving no energy, loss by electromagnetic induction can be minimized by isolating it from a rotor unit. When an amount of storage energy needs to be increased, only the rotor unit can be added. When power generation output needs to be increased, only a stator unit can be added.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は電力貯蔵用フライホイール装置の改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement of a flywheel device for power storage.

特許文献1は、電力貯蔵用フライホイール装置の従来例である。
FWロータ2は回転軸1の上部と下部で軸受3,3により支持され、FWロータ下面の永久磁石7と対抗する超電導磁石8との間で生じる磁気反発力によりFWロータのスラスト方向荷重が支持されている。
Patent Document 1 is a conventional example of a power storage flywheel device.
The FW rotor 2 is supported by bearings 3 and 3 at the upper and lower portions of the rotating shaft 1 and the thrust force of the FW rotor is supported by the magnetic repulsive force generated between the permanent magnet 7 on the lower surface of the FW rotor and the superconducting magnet 8 that opposes it. Has been.

FWロータ2の上面には、電動発電機(電動機と発電機を兼用)のロータ4が、ロータ4の上方にはステータ5が、ロータとのギャップを調整可能に備えられ、FWロータの速度に応じてギャップを調整することにより、弱め界磁電流による無効電流を抑えている。またFW装置内部を真空状態として、FWロータ2の回転に伴う風損を減らしている。   The upper surface of the FW rotor 2 is provided with a rotor 4 of a motor generator (which serves as both a motor and a generator), and a stator 5 is provided above the rotor 4 so that a gap with the rotor can be adjusted. The reactive current due to the field weakening current is suppressed by adjusting the gap accordingly. In addition, the inside of the FW device is evacuated to reduce windage loss due to the rotation of the FW rotor 2.

特開2002−247822号公報JP 2002-247822 A

しかしながら、この装置では以下のような問題があった。電動発電機のステータは、ロータとのアキシャルギャップを調整する機構を備えているものの、その移動量は軸受や軸受を固定するFW支持体によって制限されるため、ロータが生成する回転磁界からの電磁誘導を弱める程にはギャップを拡大できず、エネルギー非授受時に鉄損によるエネルギー損失を生じる。   However, this apparatus has the following problems. Although the stator of the motor generator has a mechanism for adjusting the axial gap with the rotor, the amount of movement is limited by the bearing and the FW support that fixes the bearing. The gap cannot be expanded to the extent that the induction is weakened, and energy loss occurs due to iron loss when energy is not transferred.

また、貯蔵エネルギー量を決めるFWロータサイズと、発電出力を決める電動発電機が一体化されているため、各々の需要変化に効率よく対応できない。すなわち貯蔵エネルギー量のみを2倍にしたい場合でも、同一装置の増設によって発電出力も2倍にする、もしくは現状設備を廃棄してFWロータのみを2倍容量とした装置を新設する必要があった。
さらに、電動発電機の点検時は、安全上貯蔵エネルギーを廃棄する必要があった。
In addition, since the FW rotor size that determines the amount of stored energy and the motor generator that determines the power generation output are integrated, it cannot efficiently respond to each demand change. In other words, even if only the amount of stored energy was to be doubled, it was necessary to double the power generation output by adding the same equipment, or to discard the current equipment and newly install a device that only doubles the FW rotor. .
Furthermore, when checking the motor generator, it was necessary to discard the stored energy for safety.

そこで本発明の目的は、エネルギー授受時、及びエネルギー非授受時に関わらず、エネルギー変換に伴う損失の最小化を実現するものである。
さらに、貯蔵エネルギー量と発電出力を個別に選択、変更できる構成とすることにより、ミニマムコストでニーズに対応する電力貯蔵用フライホイール装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to realize the minimization of loss accompanying energy conversion regardless of whether energy is transferred or not.
It is another object of the present invention to provide a flywheel device for power storage that meets the needs at a minimum cost by adopting a configuration in which the stored energy amount and the power generation output can be individually selected and changed.

詳しくは、減圧容器と、減圧容器内に回転自在に支持されたフライホイールと、フライホイールの外表面に回転中心に対して回転対称に配置された永久磁石と、永久磁石の位相角を検出する位相検出手段、とを具備したロータユニット、及び前記永久磁石の配列に対応して巻回された複数のコイルにより構成されたステータユニット、及び位相検出手段からの永久磁石の位相角情報を基にステータユニットの複数のコイルに通電してロータユニットを回転させる、あるいはロータユニットの回転に応じてステータユニットのコイルに発生した電力を電源に戻す電動発電機制御ユニット、及びロータユニットとステータユニットの相対位置を設定するトラバースユニットからなり、トラバースユニットが設定する第一の相対位置は、コイルへの交流電圧の印加により生成される回転磁界の回転中心を、永久磁石の回転中心に略一致させると共に、永久磁石とコイルを減圧容器の壁面を介して接近させた位置とし、第二の相対位置は、第一の相対位置に対して永久磁石とコイルとの間を遠ざける方向に、空間の6自由度の内のフライホイール回転方向を除き、ギャップ間隔方向を含む少なくとも2方向を変えたことを特徴とする電力貯蔵用フライホイール装置を提供することにある。   Specifically, a decompression vessel, a flywheel supported rotatably in the decompression vessel, a permanent magnet disposed on the outer surface of the flywheel in rotational symmetry with respect to the rotation center, and a phase angle of the permanent magnet are detected. A rotor unit comprising phase detection means, a stator unit constituted by a plurality of coils wound corresponding to the arrangement of the permanent magnets, and phase angle information of the permanent magnets from the phase detection means A motor generator control unit that energizes a plurality of coils of the stator unit to rotate the rotor unit, or returns the electric power generated in the coils of the stator unit to the power source according to the rotation of the rotor unit, and the relative relationship between the rotor unit and the stator unit It consists of a traverse unit that sets the position, and the first relative position that the traverse unit sets is The rotational center of the rotating magnetic field generated by the application of the current voltage is made substantially coincident with the rotational center of the permanent magnet, and the permanent magnet and the coil are brought close to each other through the wall of the decompression vessel, and the second relative position is , Characterized in that at least two directions including the gap interval direction are changed except for the flywheel rotation direction within 6 degrees of freedom in the direction away from the permanent magnet and the coil with respect to the first relative position. An object of the present invention is to provide a power storage flywheel device.

また、ロータユニット及び前記ステータユニットの少なくとも一方が複数個あることを特徴とする。
また、少なくとも永久磁石を配置した側の減圧容器側板を導電率の低い材料とすることを特徴とする。
また、ロータユニットのフライホイールを回転自在に支持する手段として自律分散式転がり軸受を使用したことを特徴とする。
In addition, there is a plurality of at least one of the rotor unit and the stator unit.
Further, at least the decompression vessel side plate on the side where the permanent magnet is arranged is made of a material having low conductivity.
In addition, an autonomous distributed rolling bearing is used as a means for rotatably supporting the flywheel of the rotor unit.

また軸受は内輪を減圧容器中央に通す固定軸に嵌合し、外輪を回転させたことを特徴とする。
また軸受の内輪に連通する給脂穴を固定軸に形成し、給脂穴の他端を封止弁を経由して減圧容器外部に開口したことを特徴とする。
Further, the bearing is characterized in that the inner ring is fitted to a fixed shaft passing through the center of the decompression vessel and the outer ring is rotated.
In addition, a greasing hole communicating with the inner ring of the bearing is formed in the fixed shaft, and the other end of the greasing hole is opened to the outside of the decompression container through a sealing valve.

本発明によれば、エネルギー貯蔵体であるロータとエネルギー授受体であるステータを別ユニットとして分離したので、エネルギー非授受時に両ユニットを遠ざけることによりロータユニットの回転により生成する回転磁界がステータユニットに及ぼす電磁誘導の強さを弱めて、鉄損の発生を抑制できると同時に、電動発電機制御ユニットのステータユニットへの励磁を停止出来る。   According to the present invention, since the rotor as the energy storage body and the stator as the energy transfer body are separated as separate units, the rotating magnetic field generated by the rotation of the rotor unit is generated in the stator unit by moving both units away when energy is not transferred. The intensity of the electromagnetic induction exerted can be reduced to suppress the occurrence of iron loss, and at the same time, the excitation of the motor generator control unit to the stator unit can be stopped.

さらに、エネルギー貯蔵体であるロータユニットとエネルギー授受体であるステータユニットを、需要変動に応じた数量とすることにより、必要十分な貯蔵電力量と最大出力を備えた電力貯蔵用フライホイール装置を構築できるので、全体の低コスト化とロータユニット、ステータユニットの標準化と低コスト化が促進できる。   In addition, by constructing a rotor unit that is an energy storage body and a stator unit that is an energy transfer body in quantities according to demand fluctuations, a flywheel device for power storage with a necessary and sufficient amount of stored power and a maximum output is constructed. As a result, the overall cost reduction and the standardization and cost reduction of the rotor unit and stator unit can be promoted.

また、減圧容器の永久磁石側を導電率の低い材料とすることにより、永久磁石による電磁誘導で減圧容器が発生する鉄損を抑制できる。   Moreover, the iron loss which a pressure reduction container generate | occur | produces by the electromagnetic induction by a permanent magnet can be suppressed by making the permanent magnet side of a pressure reduction container into a material with low electrical conductivity.

さらに、軸受を自律分散式転がり軸受とすることにより、軸受内部の滑り摩擦、及び摩擦による潤滑剤の消費によるエネルギー損失を抑制できる。   Furthermore, by making the bearing an autonomous distributed rolling bearing, it is possible to suppress sliding friction inside the bearing and energy loss due to consumption of the lubricant due to friction.

さらに、軸受の内輪を減圧容器中央に通す固定軸に嵌合し、外輪を回転させる構成としたので、大気圧による荷重に対し減圧容器の側板のたわみを防ぎ、側板の平板化、薄肉化によりロータユニットの低コスト化が進む。   In addition, the inner ring of the bearing is fitted to a fixed shaft that passes through the center of the decompression vessel, and the outer ring is rotated. Cost reduction of the rotor unit is progressing.

また、軸受の内輪に連通する給脂穴を前記固定軸に形成し、前記給脂穴の他端を封止弁を経由して減圧容器外部に開口したので、給脂時に減圧容器の開閉が不要となり、ロータユニットの開閉機構の簡素化による低コスト化が進む。   In addition, a grease supply hole communicating with the inner ring of the bearing is formed in the fixed shaft, and the other end of the grease supply hole is opened to the outside of the decompression container through a sealing valve. It becomes unnecessary and the cost is reduced by simplifying the opening / closing mechanism of the rotor unit.

本発明の電力貯蔵用フライホイール装置の実施例。The Example of the flywheel apparatus for electric power storage of this invention. 図1のロータユニット詳細。Details of the rotor unit of FIG. 本発明の電力貯蔵用フライホイール装置の第二実施例。The 2nd Example of the flywheel apparatus for electric power storage of this invention.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。ただし、図面はもっぱら解説のためであって、本発明の記述的範囲を限定するものではない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the drawings are for explanation only and do not limit the descriptive scope of the present invention.

図1は本発明の電力貯蔵用フライホイール装置の実施例、図2はそのロータユニットである。
軸16は円筒形状のフライホイール11の貫通穴11aに相通され、両端に自律分散式転がり軸受15が組み込まれている。軸16の両端は自律分散式転がり軸受15の内輪内径から突出し、この部分を円筒形状の減圧容器10の側板10a、10bに形成された凹部10cに嵌合させることにより、フライホイール11を減圧容器10に対し回転自在に支持している。同時に軸16は、減圧容器10が減圧された時に両側板が受ける大気圧に抗する作用も有している。
FIG. 1 shows an embodiment of a flywheel device for power storage according to the present invention, and FIG. 2 shows its rotor unit.
The shaft 16 communicates with the through hole 11a of the cylindrical flywheel 11, and autonomously distributed rolling bearings 15 are incorporated at both ends. Both ends of the shaft 16 protrude from the inner ring inner diameter of the autonomously distributed rolling bearing 15, and this portion is fitted into the recess 10 c formed in the side plates 10 a, 10 b of the cylindrical decompression container 10, thereby making the flywheel 11 the decompression container. 10 is rotatably supported. At the same time, the shaft 16 also has an action against the atmospheric pressure received by the both side plates when the decompression vessel 10 is decompressed.

フライホイール11の片端面にリング状の短絡コア14が固着その上に軸16方向の磁束密度の高いハルバッハ配列の複数極の永久磁石12が固着されている。減圧容器の永久磁石側側板10aは導電率の低い樹脂材料としている。
軸16の一端は逆止弁17が設けられ、そこから両端の自律分散式転がり軸受近傍に給油穴18が連通している。減圧容器10の側板10aは外部から逆止弁を開放して自律分散式転がり軸受に潤滑剤を補給するための穴19が開口している。減圧容器内の気密は、減圧時に永久磁石側側板10aが大気圧により軸16の一端に押し付けられることによって確保される。
A ring-shaped short-circuit core 14 is fixed to one end face of the flywheel 11, and a Halbach arrayed multi-pole permanent magnet 12 having a high magnetic flux density in the direction of the axis 16 is fixed thereon. The permanent magnet side plate 10a of the decompression vessel is made of a resin material having low conductivity.
One end of the shaft 16 is provided with a check valve 17, and an oil supply hole 18 communicates with the vicinity of the autonomously distributed rolling bearings at both ends. The side plate 10a of the decompression container 10 has a hole 19 for opening the check valve from the outside and supplying lubricant to the autonomously distributed rolling bearing. Airtightness in the decompression container is ensured by pressing the permanent magnet side plate 10a against one end of the shaft 16 by atmospheric pressure during decompression.

位相検出手段13はフライホイールの角度位相を随時無線手段により電動発電機制御ユニット3に出力している。ロータユニット1は2列4個あり、右列が1Raと1Rb、左列が1Laと1Lbとなっている。ステータユニット2の複数のコイル21は、ロータユニット1の永久磁石12の配列に対応して配置されている。   The phase detection means 13 outputs the angle phase of the flywheel to the motor generator control unit 3 by radio means as needed. There are four rotor units 1 in two rows, the right row being 1Ra and 1Rb, and the left row being 1La and 1Lb. The plurality of coils 21 of the stator unit 2 are arranged corresponding to the arrangement of the permanent magnets 12 of the rotor unit 1.

電動発電機制御ユニット3は、ロータユニットとステータユニットをフライホイールへのエネルギー蓄積時は電動機として、エネルギー放出時は発電機として機能させるべく、位相検出手段13から得られるロータ位相に同期させてコイル21への通電切替えを行う。トラバースユニット4は伸縮軸41と反転軸42からなり先端にステータユニットがセットされる。   The motor generator control unit 3 synchronizes the rotor unit and the stator unit as a motor when energy is stored in the flywheel, and functions as a generator when energy is released, in synchronization with the rotor phase obtained from the phase detection means 13. The energization switching to 21 is performed. The traverse unit 4 includes a telescopic shaft 41 and a reversing shaft 42, and a stator unit is set at the tip.

次に作用を説明する。図1に示す第一の相対位置Aは、ステータユニット2のコイルへの交流電圧の印加により生成される回転磁界の中心を、ロータユニット1Raの永久磁石12の回転中心と略一致させると共に、コイル21と永久磁石12のギャップを縮小して電磁誘導を強めた位置である。この位置からエネルギーを蓄積する場合、電動発電機制御ユニット3は、供給される電力に応じてステータユニット2への励磁周波数を増加させることによりロータユニット1Raのフライホイール11を加速させる。   Next, the operation will be described. The first relative position A shown in FIG. 1 makes the center of the rotating magnetic field generated by applying an alternating voltage to the coil of the stator unit 2 substantially coincide with the center of rotation of the permanent magnet 12 of the rotor unit 1Ra, and This is a position where electromagnetic induction is strengthened by reducing the gap between the magnet 21 and the permanent magnet 12. When accumulating energy from this position, the motor generator control unit 3 accelerates the flywheel 11 of the rotor unit 1Ra by increasing the excitation frequency to the stator unit 2 in accordance with the supplied power.

速度上昇によって所定エネルギーが蓄積されたらトラバースユニット4は第二の相対位置B(エネルギー非授受時の定位置)に移動する。即ち、トラバースユニットの伸縮軸41を縮め(図示aの動作)ステータユニット2とロータユニット1Ra間のギャップを拡大して電磁誘導を弱めた後、ステータユニットの永久磁石面が上面となるまで、反転軸42を90°回転(図示bの中間)させコイル21と永久磁石12の電磁誘導を最小化する。
ハルバッハ配列の磁石は軸方向の磁束密度を高くしているので、ギャップ拡大動作のみでの電磁誘導の最小化は、伸縮軸41やその占有スペースの大型化を招くが反転軸42によりコイルの巻回面を永久磁石の磁力線方向と平行にすることにより効果的に電磁誘導を最小化している。これによりロータユニットが作る回転磁界による鉄損、ロータユニットの速度低下を最小限とする。電動発電機制御ユニット3はこの状態でステータユニットの回転磁界生成を休止することが出来る。
When the predetermined energy is accumulated by the speed increase, the traverse unit 4 moves to the second relative position B (a fixed position when energy is not transferred). That is, the telescopic shaft 41 of the traverse unit is shrunk (operation a in the figure), the gap between the stator unit 2 and the rotor unit 1Ra is enlarged to weaken the electromagnetic induction, and then reversed until the permanent magnet surface of the stator unit becomes the upper surface. The shaft 42 is rotated 90 ° (middle of b in the figure) to minimize electromagnetic induction of the coil 21 and the permanent magnet 12.
Since the magnetic flux density in the Halbach array increases the magnetic flux density in the axial direction, minimization of electromagnetic induction only by the gap widening operation leads to enlargement of the telescopic shaft 41 and its occupied space. Electromagnetic induction is effectively minimized by making the turning surface parallel to the direction of the magnetic field lines of the permanent magnet. This minimizes the iron loss due to the rotating magnetic field produced by the rotor unit and the speed reduction of the rotor unit. In this state, the motor generator control unit 3 can stop the generation of the rotating magnetic field of the stator unit.

エネルギー蓄積を継続する場合、トラバースユニット4は反転軸42をさらに90°回転させた後、電動発電機制御ユニット3がロータユニット1Laの位相検出手段13の情報によりコイル21への印加電圧の周波数と位相を調節してロータユニット1Laの永久磁石と同期させつつ、トラバースユニット4の伸縮軸41を伸ばし(図示cの動作)ステータユニット2とロータユニット1Laのギャップを縮小して電磁誘導を強め、供給される電力に応じて電動発電機制御ユニット3からの指令によりロータユニット1Laのフライホイールの速度を上げる。
ロータユニット1Raは蓄積エネルギーを放出するときまでコンベア(図中不記)により図の上方へ移動し、代わってエネルギーが放出されているロータユニット1Rbがこの位置に待機する。
When energy storage is continued, the traverse unit 4 further rotates the reversing shaft 42 by 90 °, and then the motor generator control unit 3 determines the frequency of the voltage applied to the coil 21 based on the information of the phase detection means 13 of the rotor unit 1La. While adjusting the phase and synchronizing with the permanent magnet of the rotor unit 1La, the telescopic shaft 41 of the traverse unit 4 is extended (operation c in the figure), and the gap between the stator unit 2 and the rotor unit 1La is reduced to increase the electromagnetic induction and supply. The flywheel speed of the rotor unit 1La is increased according to a command from the motor generator control unit 3 in accordance with the electric power to be generated.
The rotor unit 1Ra is moved upward in the figure by a conveyor (not shown) until the stored energy is released, and the rotor unit 1Rb from which the energy is released stands by at this position.

エネルギーを放出する場合は、トラバースユニットがステータユニットを、エネルギー蓄積済みのロータユニットに近接して電磁誘導を強めることにより、永久磁石が作る回転磁界によりステータユニットのコイルが発電する。
また、エネルギー蓄積中の一時的なエネルギー放出をおこなう場合、ロータユニットを切り替えず、電動発電機制御ユニット3の回路切り替え(ステータユニットを電動機から発電機に切り替え)で対応する。これは公知の短周期蓄電用フライホイール装置の作用である。
In the case of releasing energy, the traverse unit brings the stator unit close to the energy-stored rotor unit and strengthens electromagnetic induction, so that the coil of the stator unit generates electric power by the rotating magnetic field created by the permanent magnet.
Further, when temporary energy release during energy storage is performed, the rotor unit is not switched, and the circuit is switched by the motor generator control unit 3 (the stator unit is switched from the motor to the generator). This is an operation of a known short-cycle power storage flywheel device.

なお、待機状態に入る際に、ステータユニットのコイル21に永久磁石を減磁させるタイミングで大電流を流す、あるいは外部から永久磁石12にレーザーを照射する、等の手段によって永久磁石12を減磁して、待機中の鉄損をより減らすことも可能である。この場合はエネルギー授受開始時にコイル21に永久磁石を着磁させるタイミングと極性の大電流を流すことで永久磁石12の磁力を回復させる。   When entering the standby state, the permanent magnet 12 is demagnetized by means such as passing a large current at the timing of demagnetizing the permanent magnet to the coil 21 of the stator unit or irradiating the permanent magnet 12 with a laser from the outside. Thus, it is possible to further reduce the iron loss during standby. In this case, the magnetic force of the permanent magnet 12 is recovered by passing a large current having a timing and polarity for magnetizing the permanent magnet in the coil 21 at the start of energy transfer.

また、トラバース操作の間ステータユニットはロータユニットと結合されないためにエネルギー授受が出来ないが、系統電力等のニーズによりこれが不都合である場合は、別途トラバース操作中の電力を蓄えるキャパシタ等の小型蓄電ユニット(図中不記)へ回路を切り変える機能を電動発電機制御ユニット3に追加することができる。   In addition, during the traverse operation, the stator unit is not coupled with the rotor unit, so energy cannot be transferred. A function of switching the circuit to (not shown in the figure) can be added to the motor generator control unit 3.

エネルギー蓄積体であるフライホイール11を含まないステータユニット2は小型軽量であるので、ロータユニット1Raから1Laへ電磁誘導対象の切り換えを比較的短時間で行うことができる。よって前記小型蓄電ユニットはロータユニットよりも小規模なもので良い。
一方コンベア(図中不記)によるロータユニット1の入替えは、重量物であるフライホイールを含むので時間を要するが、ロータユニット1Raから1Rbへの入替えでは、反対側のロータユニット1Laの蓄積エネルギーがゼロになるまでの間に完了すれば良いので、この入替え装置は汎用コンベアーが適用できる。
Since the stator unit 2 that does not include the flywheel 11 that is an energy storage body is small and light, the electromagnetic induction target can be switched from the rotor unit 1Ra to 1La in a relatively short time. Therefore, the small power storage unit may be smaller than the rotor unit.
On the other hand, replacement of the rotor unit 1 by a conveyor (not shown in the figure) requires a long time because it includes a heavy flywheel, but when replacing the rotor unit 1Ra to 1Rb, the accumulated energy of the rotor unit 1La on the opposite side is reduced. A general-purpose conveyor can be applied to this replacement device because it only needs to be completed before it reaches zero.

図3は本発明の電力貯蔵用フライホイール装置の第二実施例である。図1との相違点を以下に列挙する。このロータユニット1のフライホイール11は回転軸を鉛直方向としている。10個のロータユニットはトラバースユニット4の周囲に配置されているが、通常第二の相対位置B(エネルギー非授受時の定位置)は空きスペースとしており、エネルギー非授受時のステータユニットは通常ここに位置する。トラバースユニットは2つのアーム4Ra、4Rbを持ち、その各々に伸縮軸4Za,4Zbを持つ。伸縮軸の先端にはロータユニット1との電磁誘導において、発電機での効率を最大化したステータユニット2a、及び電動機での効率を最大化したステータユニット2bが装着されている。   FIG. 3 shows a second embodiment of the power storage flywheel device of the present invention. Differences from FIG. 1 are listed below. The flywheel 11 of the rotor unit 1 has a rotation axis in the vertical direction. Ten rotor units are arranged around the traverse unit 4, but normally the second relative position B (a fixed position when energy is not transferred) is an empty space, and the stator unit when energy is not transferred is usually here. Located in. The traverse unit has two arms 4Ra and 4Rb, each of which has telescopic shafts 4Za and 4Zb. A stator unit 2a that maximizes efficiency in the generator and a stator unit 2b that maximizes efficiency in the electric motor are mounted at the distal end of the telescopic shaft in electromagnetic induction with the rotor unit 1.

本構成によれば、通常時のエネルギー放出時は発電機での効率を最大化したステータユニット2aを使用し、通常時のエネルギー蓄積時は電動機での効率を最大化したステータユニット2bを使用することによりエネルギー授受における損失を低く抑えられる。また時間当たりエネルギー授受量をより大きくしたい場合はこれら2種類のステータユニットを同時にエネルギー蓄積、またはエネルギー放出に使用することで達成される。   According to this configuration, the stator unit 2a that maximizes the efficiency of the generator is used during normal energy release, and the stator unit 2b that maximizes the efficiency of the electric motor is used during normal energy storage. As a result, the loss in energy transfer can be kept low. Further, when it is desired to increase the amount of energy exchanged per hour, these two types of stator units can be used simultaneously for energy storage or energy release.

また、2個のステータユニットの定格出力は同じである必要はない。例えば放電出力を急峻に変化させたい場合は発電機として最適化されたステータユニット2aのみ大型とすることが出来る。その場合、電動機用である小型のステータユニット2bは小電力用としてロータユニット駆動を効率化することが出来る。
さらに緊急的な時間当たりエネルギー放出量の増大対策として、既設のトラバースユニット4とは別に、予備のステータユニット2をフォークリフト(図中不記)等によってロータユニットと電磁誘導させるとも可能である。その際のフォークリフトはトラバースユニット4である。
Moreover, the rated output of two stator units does not need to be the same. For example, when it is desired to change the discharge output sharply, only the stator unit 2a optimized as a generator can be made large. In that case, the small stator unit 2b for the electric motor can be used for low electric power to increase the efficiency of the rotor unit drive.
Further, as a countermeasure against an urgent increase in the amount of energy released per hour, a spare stator unit 2 can be electromagnetically induced with the rotor unit by a forklift (not shown) or the like separately from the existing traverse unit 4. The forklift at that time is the traverse unit 4.

本発明は、電力貯蔵用フライホイール装置の構造に関するものである。   The present invention relates to a structure of a flywheel device for power storage.

1 ロータユニット
2 ステータユニット
3 電動発電機制御ユニット
4 トラバースユニット
1 Rotor unit 2 Stator unit 3 Motor generator control unit 4 Traverse unit

Claims (6)

減圧容器と、前記減圧容器内に回転自在に支持されたフライホイールと、前記フライホイールの外表面に回転中心に対して回転対称に配置された永久磁石と、前記永久磁石の位相角を検出する位相検出手段、とを具備したロータユニット、及び前記永久磁石の配列に対応して巻回された複数のコイルにより構成されたステータユニット、及び前記位相検出手段からの前記永久磁石の位相角情報を基にステータユニットの複数のコイルに通電してロータユニットを回転させる、あるいはロータユニットの回転に応じてステータユニットのコイルに発生した電力を電源に戻す電動発電機制御ユニット、及び前記ロータユニットと前記ステータユニットの相対位置を設定するトラバースユニットからなり、トラバースユニットが設定する第一の相対位置は、前記コイルへの交流電圧の印加により生成される回転磁界の回転中心を、前記永久磁石の回転中心に略一致させると共に、前記永久磁石と前記コイルを前記減圧容器の壁面を介して接近させた位置とし、第二の相対位置は、第一の相対位置に対して前記永久磁石と前記コイルとの間を遠ざける方向に、空間の6自由度の内のフライホイール回転方向を除き、ギャップ間隔方向を含む少なくとも2方向を変えたことを特徴とする電力貯蔵用フライホイール装置。   A decompression vessel, a flywheel rotatably supported in the decompression vessel, a permanent magnet disposed on the outer surface of the flywheel in rotational symmetry with respect to a rotation center, and a phase angle of the permanent magnet are detected. A rotor unit comprising phase detection means, a stator unit constituted by a plurality of coils wound corresponding to the arrangement of the permanent magnets, and phase angle information of the permanent magnets from the phase detection means A motor generator control unit for energizing a plurality of coils of the stator unit to rotate the rotor unit, or returning electric power generated in the coils of the stator unit to the power source according to the rotation of the rotor unit; and the rotor unit and It consists of a traverse unit that sets the relative position of the stator unit, and the first relative that the traverse unit sets The rotation center of the rotating magnetic field generated by applying an AC voltage to the coil is substantially coincident with the rotation center of the permanent magnet, and the permanent magnet and the coil are brought close to each other through the wall of the decompression vessel. The second relative position is a gap in the direction away from the permanent magnet and the coil with respect to the first relative position, except for the flywheel rotation direction within 6 degrees of freedom of space. A flywheel device for power storage, wherein at least two directions including the interval direction are changed. 前記ロータユニット及び前記ステータユニットの少なくとも一方が複数個あることを特徴とする請求書1に記載の電力貯蔵用フライホイール装置。   The power storage flywheel device according to claim 1, wherein at least one of the rotor unit and the stator unit is plural. 前記減圧容器の少なくとも前記永久磁石を配置した面を導電率の低い材料とすることを特徴とする請求書1に記載の電力貯蔵用フライホイール装置。   The flywheel device for power storage according to claim 1, wherein at least a surface of the decompression vessel on which the permanent magnet is disposed is made of a material having low electrical conductivity. 前記ロータユニットのフライホイールを回転自在に支持する手段として自律分散式転がり軸受を使用したことを特徴とする請求書1に記載の電力貯蔵用フライホイール装置。   2. The power storage flywheel device according to claim 1, wherein an autonomous decentralized rolling bearing is used as means for rotatably supporting the flywheel of the rotor unit. 前記軸受は、内輪を減圧容器中央に通す固定軸に嵌合し、外輪を回転させたことを特徴とする請求書1に記載の電力貯蔵用フライホイール装置。   2. The power storage flywheel device according to claim 1, wherein the bearing is fitted to a fixed shaft that passes the inner ring through the center of the decompression vessel and rotates the outer ring. 前記軸受の内輪に連通する給脂穴を前記固定軸に形成し、前記給脂穴の他端を封止弁を経由して減圧容器外部に開口したことを特徴とする請求書1に記載の電力貯蔵用フライホイール装置。   2. The grease supply hole communicating with the inner ring of the bearing is formed in the fixed shaft, and the other end of the grease supply hole is opened to the outside of the decompression vessel through a sealing valve. Flywheel device for power storage.
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