JP2022187591A - 磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システム - Google Patents

磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システム Download PDF

Info

Publication number
JP2022187591A
JP2022187591A JP2021095664A JP2021095664A JP2022187591A JP 2022187591 A JP2022187591 A JP 2022187591A JP 2021095664 A JP2021095664 A JP 2021095664A JP 2021095664 A JP2021095664 A JP 2021095664A JP 2022187591 A JP2022187591 A JP 2022187591A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bearing
flywheel
magnet
rotor
wheel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2021095664A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7406816B2 (ja
Inventor
彰比古 田中
Akihiko Tanaka
優位 田中
Yui Tanaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2021095664A priority Critical patent/JP7406816B2/ja
Priority to PCT/JP2022/023187 priority patent/WO2022260104A1/ja
Priority to EP22820283.4A priority patent/EP4353981A1/en
Priority to US18/565,338 priority patent/US20240313614A1/en
Publication of JP2022187591A publication Critical patent/JP2022187591A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7406816B2 publication Critical patent/JP7406816B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/09Structural association with bearings with magnetic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/041Passive magnetic bearings with permanent magnets on one part attracting the other part
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0459Details of the magnetic circuit
    • F16C32/0468Details of the magnetic circuit of moving parts of the magnetic circuit, e.g. of the rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C39/00Relieving load on bearings
    • F16C39/06Relieving load on bearings using magnetic means
    • F16C39/063Permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/55Flywheel systems
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/22Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating around the armatures, e.g. flywheel magnetos

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

【課題】フライホイールの始動時から回転ムラの発生を抑制することができ、かつ、装置を小型化することができるようにする。【解決手段】フライホイール110の最外周部と最内周部との間に軸受100を設ける。軸受100は、フライホイール110と一体的に回転するように固着された軸受回転子120と、当該軸受回転子120の内側に固定状態となるように設けられた軸受固定子130とを備え、軸受回転子120と軸受固定子130の互いに対向する位置に同一磁極の外径側磁石121および内径側磁石131を備える。これにより、軸受回転子120が回転軸1に近い位置で回転することにより、軸受回転子120およびこれと共に回転するフライホイール110の回転が安定するようにするとともに、軸受100をフライホイール110の最外周部よりも内側の位置にコンパクトに配置して装置を小型化できるようにする。【選択図】図4

Description

本発明は、磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システムに関するものである。
従来、フライホイールを備えた発電装置が提供されている。一般に、フライホイールは、回転機構の回転ムラを抑制して回転速度を安定化させる用途などに用いられる。回転機構の軸受に非接触型の磁気軸受を採用することで、フライホイールの回転による抵抗を軽減するようにした発電装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の磁気軸受は、フライホイールの外周に形成された内周側磁石と、これに対向して筐体に配設された外周側磁石とのそれぞれの磁極が反発することにより実現される。特許文献1に記載のフライホイールは、回転子の回転を安定させるという本来の目的に加え、回転子を磁気浮上させて軸支するという磁気軸受としての機能を兼ね備えているため、発電装置を小型化することが可能であると説明されている。
なお、フライホイールを備えた発電装置以外にも、磁気軸受を採用した装置は多数存在する。例えば、特許文献2には、磁気軸受を利用して主軸がハウジングに対して非接触に支持されるように構成した工作機械が開示されている。特許文献2に記載の工作機械は、回転子の側面に設けたリング形状の永久磁石によって回転軸に対して垂直な方向に放射状に反発力を発生させるラジアル磁気軸受と、円盤形状の永久磁石によって回転軸に対して平行な方向に反発力を発生させるスラスト磁気軸受とを備え、当該ラジアル磁気軸受およびスラスト磁気軸受によって、主軸がハウジングに対して非接触に支持されるように構成されている。
特開2018-191507号公報 特開2006-22944号公報
上述したように、特許文献1に記載の磁気軸受は、フライホイールの外周に内周側磁石が形成されている。すなわち、フライホイールにおいて回転軸から最も遠い位置に内周側磁石が存在するため、内周側磁石の重量バランスの影響を受けて、始動時に回転ムラが発生しやすいという問題があった。また、特許文献1の記載によれば、フライホイールが磁気軸受としての機能を兼ね備えているため、発電装置を小型化することが可能であると説明されているが、フライホイールの外周に内周側磁石を形成し、更にその外側に外周側磁石を配置する必要があるため、これらの場所に磁石がない場合に比べて装置は大型化してしまう。
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、磁気軸受により軸支されるフライホイールを用いた装置において、フライホイールの始動時から回転ムラの発生を抑制することができ、かつ、装置を小型化することができるようにすることを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明では、フライホイールの最外周部と最内周部との間に設けられ、当該フライホイールと一体的に回転するようにフライホイールに固着された軸受回転子と、当該軸受回転子の内側に固定状態となるように設けられた軸受固定子とを備え、軸受回転子が、内周面に配置された外径側磁石を備えるとともに、軸受固定子が、外径側磁石に対して径方向の対向する位置に配置された、外径側磁石と同一磁極の内径側磁石を備えるようにしている。
上記のように構成した本発明によれば、フライホイールの外周側に外径側磁石が設けられることはなく、フライホイールの最外周部よりも回転軸に近い内側の位置に、外径側磁石を含む軸受回転子が設けられる。外径側磁石を含む軸受回転子が回転軸に近い位置で回転するため、軸受回転子およびこれと共に回転するフライホイールの回転が安定し、フライホイールの始動時から回転ムラの発生を抑制して回転速度を安定化させることが可能となる。また、軸受回転子だけでなく、これと対向する軸受固定子がフライホイールの最外周部よりも外側の位置に設けられることがないので、磁気軸受により支持されるフライホイールを備えた装置の小型化を図ることができる。
本実施形態による発電システムの構成例を概略的に示す図である。 発動機の構成例を示す図である。 発電機の構成例を示す図である。 フライホイール装置の構成例を示す図である。 軸受回転子を開口側から底面側を見た状態を示す図である。 軸受固定子を開口側から底面側を見た状態を示す図である。 外径側磁石および内径側磁石の配向方向を示す図である。 ホイール近接側磁石およびホイール遠隔側磁石の配向方向を示す図である。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本実施形態による発電システムの構成例を概略的に示す図である。図1に示すように、本実施形態の発電システムは、同一の回転軸1に軸支される1対のフライホイール装置10-1,10-2(以下の説明において、特に区別しないときは単にフライホイール装置10と記す)、一対の発電機20-1,20-2(以下の説明において、特に区別しないときは単に発電機20と記す)および1つの発動機30を備えて構成される。1対のフライホイール装置10-1,10-2および一対の発電機20-1,20-2は、1つの発動機30を中心として対称の位置に設けられている。
図1に示す発電システムは、発動機30を駆動してその回転子(図1では図示せず)を回転させ、当該回転子に固着された回転軸1を通じて発電機20の回転子(図1では図示せず)を回転させることによって発電を行う。このとき、フライホイール装置10のフライホイール(図1では図示せず)が回転軸1と共に回転し、回転子の回転ムラを抑制して回転速度を安定化させる。
本実施形態の発電システムは、AC-DCインバータ40、充放電切り替えスイッチ50、バッテリ60、DC-ACインバータ70、駆動スイッチ80およびトランス90を更に備えている。AC-DCインバータ40は、発電機20-1により発生されたAC電圧をDC電圧に変換する。バッテリ60は、AC-DCインバータ40により変換されたDC電圧をもとに充放電を行う。充放電切り替えスイッチ50は、バッテリ60の充電または放電を切り替えるためのスイッチである。
DC-ACインバータ70は、バッテリ60からの放電によって発生されたDC電圧をAC電圧に変換する。駆動スイッチ80は、発動機30を駆動するためのスイッチであり、駆動スイッチ80をオンにすることにより、DC-ACインバータ70により変換されたAC電圧が発動機30に印加される。充放電切り替えスイッチ50と駆動スイッチ80とは連動しており、駆動スイッチ80がオンのときに充放電切り替えスイッチ50は放電側に切り替えられる。トランス90は、発電機20-2により発生されたAC電圧を家庭用仕様の標準AC電圧に変換する。
図2は、発動機30の構成例を示す図である。図2に示すように、発動機30は、回転軸1に固定されて当該回転軸1と共に回転する有底筒型の駆動用回転子310と、この駆動用回転子310の内側に、駆動用回転子310と一体的に回転せず固定状態となるように設けられた円盤型の駆動用固定子320とを備えて構成される。回転軸1は、駆動用回転子310および駆動用固定子320の軸中心部に設けられ、駆動用回転子310に固定される一方、駆動用固定子320に対して相対回転自在に配置されている。
駆動用固定子320の外周部にはコイル321が巻回されている。また、当該コイル321の外側に位置する駆動用回転子310の内周面には、コイル321に対面するように永久磁石311が固着されている。駆動スイッチ80をオンにしてコイル321を通電すると、永久磁石311との電磁誘導によって駆動用回転子310が回転させられる。これにより、駆動用回転子310が固着された回転軸1も回転し、その回転が発電機20およびフライホイール装置10に伝達される。
図3は、発電機20の構成例を示す図である。図3に示すように、発電機20は、回転軸1に固定されて当該回転軸1と共に回転する有底筒型の発電用回転子210と、この発電用回転子210の内側に、発電用回転子210と一体的に回転せず固定状態となるように設けられた円盤型の発電用固定子220とを備えて構成される。回転軸1は、発電用回転子210および発電用固定子220の軸中心部に設けられ、発電用回転子210に固定される一方、発電用固定子220に対して相対回転自在に配置されている。
発電用固定子220の外周部にはコイル221が巻回されている。また、当該コイル221の外側に位置する発電用回転子210の内周面には、コイル221に対面するように永久磁石211が固着されている。回転軸1の回転に伴って発電用回転子210が回転すると、発電用回転子210と一緒に回転する永久磁石211とコイル221との電磁誘導によってコイル221に起電力が発生する。そして、こうして発生したAC電圧がAC-DCインバータ40およびトランス90に供給される。
図4は、フライホイール装置10の構成例を示す図である。図4に示すように、本実施形態のフライホイール装置10は、回転軸1に固定されて当該回転軸1と共に回転するフライホイール110と、フライホイール110の一方の面に設けられた第1の軸受100-1と、当該第1の軸受100-1が設けられた面とは反対側の他方の面に設けられた第2の軸受100-2とを備えて構成される(以下、特に区別しないときは単に軸受100と記す)。
第1の軸受100-1は、フライホイール110と一体的に回転するようにフライホイール110に固着された第1の軸受回転子120-1と、フライホイール110と共に回転せず固定状態となるように設けられた第1の軸受固定子130-1とを備えて構成される。第1の軸受回転子120-1は、フライホイール110の最外周部と最内周部(回転軸1)との間に設けられ、第1の軸受固定子130-1は、軸受回転子120-1の内側に設けられている。
同様に、第2の軸受100-2は、フライホイール110と一体的に回転するようにフライホイール110に固着された第2の軸受回転子120-2と、フライホイール110と共に回転せず固定状態となるように設けられた第2の軸受固定子130-2とを備えて構成される。第2の軸受回転子120-2は、フライホイール110の最外周部と最内周部(回転軸1)との間に設けられ、第2の軸受固定子130-2は、軸受回転子120-2の内側に設けられている。
このように、フライホイール110の一方の面および当該一方の面とは反対側の他方の面の両方に、軸受回転子120および軸受固定子130の組がそれぞれ設けられている。回転軸1は、フライホイール110、軸受回転子120(第1の軸受回転子120-1および第2の軸受回転子120-2)および軸受固定子130(第1の軸受固定子130-1および第2の軸受固定子130-2)の軸中心部に設けられ、フライホイール110に固定される一方、軸受固定子130に対して相対回転自在に配置されている。
軸受回転子120は、下端に底板を有する一方で上端が開口された有底筒型の回転子であり、底面側がフライホイール110に固着され、上端の開口部に軸受固定子130が配置される。図5は、軸受回転子120を開口側から底面側を見た状態を示す図である。図5に示すように、軸受回転子120の底面の中央部には、フライホイール110の軸支持部111を通すための貫通穴124が設けられている。
図4および図5に示すように、軸受回転子120は、円筒形状の内周面に配置された複数の磁石121を備えている。この磁石121は、図4のように、軸受固定子130の外周面よりも外側(外径側)に配置される。以下では、この磁石121を外径側磁石という。複数の外径側磁石121は、全て同一磁極(例えば、N極)の永久磁石であり、例えばネオジム磁石が用いられる。
図7に示すように、外径側磁石121は、その厚み方向に平行な配向磁界を発生させる磁石であり、厚み方向が軸受回転子120の円筒形状の径方向を向くように配置される。つまり、外径側磁石121の磁束は軸受回転子120の径方向に発せられる。隣接する外径側磁石121の間には、磁束漏れ防止覆い部材122が設けられており、隣接する外径側磁石121の間での磁力の影響が遮断されるようにしている。
また、軸受回転子120は、円筒形状の底面に配置された複数の磁石123を備えている。この磁石123は、図4のように、軸受固定子130に設けられる磁石133よりもフライホイール110に近い側に配置される。以下では、この磁石123をホイール近接側磁石123という。複数のホイール近接側磁石123は、全て同一磁極(例えば、N極)の永久磁石であり、例えばネオジム磁石が用いられる。
図5に示すように、複数のホイール近接側磁石123は、それぞれの間に一定の間隔を開けて円形状に等分配置されている。図8に示すように、ホイール近接側磁石123は、磁石の近傍では厚み方向に平行であるが磁石から遠ざかるにつれて径方向に偏向するような配向磁界を発生させる磁石であり、厚み方向が回転軸1の方向を向くように配置される。つまり、ホイール近接側磁石123の磁束は軸方向に発せられる。
軸受固定子130は、下端に底板を有する一方で上端が開口された有底筒型の固定子であり、底面側が固定部材140に固着され、上端の開口側に軸受回転子120が配置される。図6は、軸受固定子130を開口側から底面側を見た状態を示す図である。図6に示すように、軸受固定子130の底面の中央部には、回転軸1を通すための貫通穴134が設けられている。
図4および図6に示すように、軸受固定子130は、外径側磁石121に対して径方向の対向する位置に配置された複数の磁石131を備えている。この磁石131は、図4のように、軸受回転子120の外径側磁石121よりも内側(内径側)に配置される。以下では、この磁石131を内径側磁石という。複数の内径側磁石131は、全て外径側磁石121と同一磁極(例えば、N極)の永久磁石であり、例えばネオジム磁石が用いられる。
内径側磁石131も、図7に示すように、その厚み方向に平行な配向磁界を発生させる磁石であり、厚み方向が軸受固定子130の円筒形状の径方向を向くように配置される。つまり、内径側磁石131の磁束は、軸受固定子130の径方向(軸受回転子120の径方向でもある)に発せられる。隣接する内径側磁石131の間には、磁束漏れ防止覆い部材132が設けられており、隣接する内径側磁石131の間での磁力の影響が遮断されるようにしている。
軸受回転子120の外径側磁石121と軸受固定子130の内径側磁石131とが図4のような配置関係で設けられ、かつ、外径側磁石121と内径側磁石131とが同一磁極の磁石であることにより、外径側磁石121と内径側磁石131との間には、その間のギャップ(空隙)G1を広げようとする方向に反発力(斥力)が生じる。このため、軸受回転子120と軸受固定子130とが非接触状態となり、非接触型の磁気軸受100によってフライホイール110が軸支される。
また、軸受固定子130は、円筒形状の底面に配置された複数の磁石133を備えている。この磁石133は、図4のように、軸受回転子120に設けられるホイール近接側磁石123に対して軸方向の対向する位置で、ホイール近接側磁石123よりもフライホイール110から遠い側に配置されることになる。以下では、この磁石133をホイール遠隔側磁石133という。複数のホイール遠隔側磁石133は、全てホイール近接側磁石123と同一磁極(例えば、N極)の永久磁石であり、例えばネオジム磁石が用いられる。
複数のホイール遠隔側磁石133は、図6に示すように、それぞれの間に一定の間隔を開けて円形状に等分配置されている。当分配置されている位置は、複数のホイール近接側磁石123に対向する位置である。図8に示すように、ホイール近接側磁石123も、磁石の近傍では厚み方向に平行であるが磁石から遠ざかるにつれて径方向に偏向するような配向磁界を発生させる磁石であり、厚み方向が回転軸1の方向を向くように配置される。つまり、ホイール遠隔側磁石133の磁束は軸方向に発せられる。
以上のように、本実施形態では、フライホイール110の最外周部と最内周部との間に軸受100を設けている。軸受100は、フライホイール110と一体的に回転するようにフライホイール110に固着された軸受回転子120と、当該軸受回転子120の内側に固定状態となるように設けられた軸受固定子130とを備え、軸受回転子120がその円筒形状の内周面に外径側磁石121を備えるとともに、軸受固定子130が外径側磁石121と対向する径方向の位置に内径側磁石131を備え、外径側磁石121と内径側磁石131とを同一磁極にして反発力が生じるようにしている。これにより、軸受100は非接触型の磁気軸受として作用する。
このように構成した本実施形態によれば、フライホイール110の外周側に外径側磁石121が設けられることはなく、フライホイール110の最外周部よりも回転軸1に近い内側の位置に、外径側磁石121を含む軸受回転子120が設けられる。外径側磁石121を含む軸受回転子120が回転軸1に近い位置で回転するため、複数の外径側磁石121の重量バランスの影響を受けにくい。そのため、軸受回転子120およびこれと共に回転するフライホイール110の回転が安定し、フライホイール110の始動時から回転ムラの発生を抑制して回転速度を安定化させることが可能となる。また、軸受回転子120だけでなく、これと対向する軸受固定子130もフライホイール110の最外周部よりも外側の位置に設けられることがないので、軸受100をコンパクトに構成することが可能であり、軸受100により支持されるフライホイール110を備えたフライホイール装置10の小型化を図ることができる。
また、軸受回転子120のホイール近接側磁石123と軸受固定子130のホイール遠隔側磁石133とが図4のような配置関係で設けられ、かつ、ホイール近接側磁石123とホイール遠隔側磁石133とが同一磁極の磁石であることにより、外径側磁石121と内径側磁石131との間には、その間のギャップ(空隙)G2を広げようとする方向に反発力(斥力)が生じる。このため、軸受回転子120がフライホイール110に近づく方向に斥力を受ける。ここで、フライホイール110の両面に一対の軸受100-1,100-2が設けられており、フライホイール110の両側において、軸受回転子120がフライホイール110へ近づく方向の斥力を受ける。このため、フライホイール110のセンター位置が安定し、フライホイール110の安定した回転を生むことができる。
なお、上記実施形態では、フライホイール110の両側に一対の軸受100-1,100-2を設ける構成について説明したが、何れか一方のみとしてもよい。この場合、ホイール近接側磁石123およびホイール遠隔側磁石133を省略してもよい。ただし、フライホイール110の両側に一対の軸受100-1,100-2を設けることにより、両側の重量バランスを整えることができ、フライホイール110をより安定的に回転させることができる点で好ましい。また、ホイール近接側磁石123およびホイール遠隔側磁石133を設けることにより、フライホイール110のセンター位置を安定させ、フライホイール110の回転を更に安定的なものとすることができる。
また、上記実施形態では、1つの発動機30を中心として対称の位置に一対のフライホイール装置10-1,10-2および一対の発電機20-1,20-2を設ける発電システムの構成を示したが、これに限定されるものではない。例えば、1つのフライホイール装置10、1つの発電機20および1つの発動機30によって発電システムを構成するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、軸受回転子120および軸受固定子130から成る磁気軸受をフライホイール装置10に適用する例について説明したが、発電機20や発動機30に適用することも可能である。すなわち、軸受回転子120を回転軸1に固定し、軸受固定子130が備える内径側磁石131に代えてコイルを備える構成としてもよい。
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
10 フライホイール装置
20 発電機
30 発動機
100 軸受(磁気軸受)
110 フライホイール
120 軸受回転子
121 外径側磁石
123 ホイール近接側磁石
130 軸受固定子
131 内径側磁石
133 ホイール遠隔側磁石

Claims (9)

  1. 回転軸に固定されて上記回転軸と共に回転するフライホイールの最外周部と最内周部との間に設けられ、上記フライホイールと一体的に回転するように上記フライホイールに固着された軸受回転子と、
    上記軸受回転子の内側に、上記フライホイールと共に回転せず固定状態となるように設けられた軸受固定子とを備え、
    上記軸受回転子は、円筒形状の内周面に配置された外径側磁石を備え、
    上記軸受固定子は、上記外径側磁石に対して径方向の対向する位置に配置された、上記外径側磁石と同一磁極の内径側磁石を備えた
    ことを特徴とする磁気軸受。
  2. 上記軸受回転子は、上記円筒形状の底面に配置されたホイール近接側磁石を更に備え、
    上記軸受固定子は、上記ホイール近接側磁石に対して軸方向の対向する位置に配置された、上記ホイール近接側磁石と同一磁極のホイール遠隔側磁石を更に備えた
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気軸受。
  3. 上記外径側磁石および上記内径側磁石は、磁石の厚み方向に平行な配向磁界を発生させる磁石であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁気軸受。
  4. 上記ホイール近接側磁石および上記ホイール遠隔側磁石は、磁石の近傍では厚み方向に平行であるが磁石から遠ざかるにつれて径方向に偏向するような配向磁界を発生させる磁石であることを特徴とする請求項2に記載の磁気軸受。
  5. 上記フライホイールの一方の面および当該一方の面とは反対側の他方の面の両方に、上記軸受回転子および上記軸受固定子の組をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の磁気軸受。
  6. 回転軸に固定されて上記回転軸と共に回転するフライホイールと、
    上記フライホイールの最外周部と最内周部との間に設けられ、上記フライホイールと一体的に回転するように上記フライホイールに固着された軸受回転子と、
    上記軸受回転子の内側に、上記フライホイールと共に回転せず固定状態となるように設けられた軸受固定子とを備え、
    上記軸受回転子は、円筒形状の内周面に配置された外径側磁石を備え、
    上記軸受固定子は、上記外径側磁石に対して径方向の対向する位置に配置された、上記外径側磁石と同一磁極の内径側磁石を備えた
    ことを特徴とするフライホイール装置。
  7. 上記軸受回転子は、上記円筒形状の底面に配置されたホイール近接側磁石を更に備え、
    上記軸受固定子は、上記ホイール近接側磁石に対して軸方向の対向する位置に配置された、上記ホイール近接側磁石と同一磁極のホイール遠隔側磁石を更に備えた
    ことを特徴とする請求項6に記載のフライホイール装置。
  8. 回転軸に軸支される発電機と、
    上記回転軸に軸支されるフライホイール装置とを備え、
    上記発電機は、
    上記回転軸に固定されて上記回転軸と共に回転する発電用回転子と、
    上記発電用回転子の内側に、上記発電用回転子と一体的に回転せず固定状態となるように設けられた発電用固定子とを備え、
    上記フライホイール装置は、
    上記回転軸に固定されて上記回転軸と共に回転するフライホイールと、
    上記フライホイールの最外周部と最内周部との間に設けられ、上記フライホイールと一体的に回転するように上記フライホイールに固着された軸受回転子と、
    上記軸受回転子の内側に、上記フライホイールと共に回転せず固定状態となるように設けられた軸受固定子とを備え、
    上記軸受回転子は、円筒形状の内周面に配置された外径側磁石を備え、
    上記軸受固定子は、上記外径側磁石に対して径方向の対向する位置に配置された、上記外径側磁石と同一磁極の内径側磁石を備えた
    ことを特徴とする発電システム。
  9. 上記軸受回転子は、上記円筒形状の底面に配置されたホイール近接側磁石を更に備え、
    上記軸受固定子は、上記ホイール近接側磁石に対して軸方向の対向する位置に配置された、上記ホイール近接側磁石と同一磁極のホイール遠隔側磁石を更に備えた
    ことを特徴とする請求項8に記載の発電システム。
JP2021095664A 2021-06-08 2021-06-08 磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システム Active JP7406816B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021095664A JP7406816B2 (ja) 2021-06-08 2021-06-08 磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システム
PCT/JP2022/023187 WO2022260104A1 (ja) 2021-06-08 2022-06-08 磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システム
EP22820283.4A EP4353981A1 (en) 2021-06-08 2022-06-08 Magnetic bearing, flywheel device, and electric power generation system using same
US18/565,338 US20240313614A1 (en) 2021-06-08 2022-06-08 Magnetic bearing, flywheel device, and electric power generation system using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021095664A JP7406816B2 (ja) 2021-06-08 2021-06-08 磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022187591A true JP2022187591A (ja) 2022-12-20
JP7406816B2 JP7406816B2 (ja) 2023-12-28

Family

ID=84426102

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021095664A Active JP7406816B2 (ja) 2021-06-08 2021-06-08 磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240313614A1 (ja)
EP (1) EP4353981A1 (ja)
JP (1) JP7406816B2 (ja)
WO (1) WO2022260104A1 (ja)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4285248A (en) * 1979-10-17 1981-08-25 Rockwell International Corporation Two-degree-of-freedom gyroscope
JPH0549191A (ja) * 1991-08-13 1993-02-26 Kumagai Gumi Co Ltd 電力貯蔵装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102420493A (zh) * 2011-12-16 2012-04-18 杭州英若飞科技有限公司 飞轮电池
US9729025B2 (en) * 2012-04-03 2017-08-08 The Boeing Company Open-core flywheel architecture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4285248A (en) * 1979-10-17 1981-08-25 Rockwell International Corporation Two-degree-of-freedom gyroscope
JPH0549191A (ja) * 1991-08-13 1993-02-26 Kumagai Gumi Co Ltd 電力貯蔵装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022260104A1 (ja) 2022-12-15
US20240313614A1 (en) 2024-09-19
JP7406816B2 (ja) 2023-12-28
EP4353981A1 (en) 2024-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8102090B2 (en) Brushless electric machine
KR101548282B1 (ko) 에너지 변환 장치
US20090230694A1 (en) General purpose engine
US20090230695A1 (en) General purpose engine
JP4309962B1 (ja) 電動機
JP6327221B2 (ja) 回転電機
US20090230693A1 (en) General purpose engine
WO2019019244A1 (zh) 采用五自由度混合磁轴承的车载飞轮电池
JP2007503199A (ja) 永久磁石ロータを有する電動機
CN105991067A (zh) 磁悬浮无铁芯永磁式发电及电动装置
WO2017090159A1 (ja) 回転電機
WO2022260104A1 (ja) 磁気軸受、フライホイール装置およびこれを用いた発電システム
JP2008245484A (ja) 動力変換用回転電機
JP4124621B2 (ja) 回転電機
JP2002125361A (ja) 渦電流式減速装置
JP4518148B2 (ja) ブラシレス回転式モータ、ブラシレス回転式モータを備えたロボット及びブラシレス回転式モータを備えた移動体
JP2001041237A (ja) 磁気軸受装置
JP3776721B2 (ja) 直流モータ及びその電機子構造
JP2002028569A (ja) 直流振動モータ及びその電機子構造
JP2019193527A (ja) 回転電機
JP7257577B1 (ja) 磁気ギア、および、磁気ギアード電気機械
US11081947B2 (en) Claw pole brushless synchronous machine
JP2009261203A (ja) ブラシレス電気機械
JPH08205489A (ja) 同期交流発電機
JP2022059484A (ja) モータ制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20230720

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20230720

A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20230720

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230928

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231128

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231211

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7406816

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150