JP2852157B2 - フライホイール発電機 - Google Patents
フライホイール発電機Info
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
気軸受を備えたフライホイール発電機に関する。
ルギーを慣性モーメントの大きな物体の回転エネルギー
に変換して、電力の出し入れを行う方式をとるものがフ
ライホイール発電機である。従来のフライホイール発電
機は、通常の突極形発電機にフライホイールを取り付
け、大気中で通常の軸受を用いて運転する。
機が設計され、機械損を小さくとることができる構造が
考案された。図３に示すフライホイール発電機は平成４
年電気学会全国大会（ＮＯ９３８ ８ＭＷｈ級高温超電
導浮上式フライホイール電力貯蔵システムの概念設計）
に提案されたものである。構造としては通常の発電機の
下にフライホイールを取付け、全体を磁気軸受で支える
構造であり、発電機本体周辺は複雑な構造となっている
ほか、発電機主軸の径が小さく、発電効率が低くおさえ
られる構造であった。
に通常の軸受を用いる場合、フライホイールの重量が大
きくなるほどエネルギー貯蔵容量は大きくなるが、逆に
機械損が大きくなる。また、大気中で運転する場合、風
損が大きくなり効率が悪くなる。このため軸受に磁気軸
受を用い、発電機構造を真空中に入れる方式が概念的に
考察されたが、発電機が大型化する磁気軸受の反発力の
みでは十分な浮上性能が得られず、これを補う構造上の
工夫が必要となる。
気的性能に悪影響を及ぼさない磁気軸受を備えたフライ
ホイール発電機の提供を目的とするものである。また、
機械軸受の摩擦による機械損をゼロとしたフライホイー
ル発電機の提供を目的とするものである。
ール発電機は、フライホイール，フライホイールの外周
側に設けられた磁極用永久磁石，フライホイールの中央
側に設けられた浮上用マグネットと該浮上用マグネット
に対向して設けられた高温超電導体からなる浮上用バル
クを備えた磁気軸受を有し、磁気軸受の外径を磁極用永
久磁石の中心径以下としている。高温超電導体には、ピ
ン止め効果を有するものを用いている。
は、フライホイールを真空容器内に収納すると共に、磁
気軸受に液体窒素を供給し、かつフライホイールの周囲
気圧を０.１atmから０.４atmの間に設定している。
は、磁気軸受の浮上用マグネット側に常電導コイルを備
えた吸引式磁気軸受を設けている。
浮上用マグネットと該浮上用マグネットに対向して設け
られた高温超電導体からなる浮上用バルクを備えた磁気
軸受を有するので、フライホイールの十分な浮上性能が
得られる。また、磁気軸受の外径を磁極用永久磁石の中
心径以下としたので、磁極用永久磁石の磁場と浮上用マ
グネット及び浮上用バルクの磁場との干渉を小さくで
き、浮上用マグネット及び浮上用バルクの磁場は、フラ
イホイール浮上のための磁場として効率よく使用でき、
磁極用永久磁石の磁場は、発電のための磁場として効率
よく使用できる。さらに、高温超電導体にピン止め効果
を有するものを用いたので、従来、フライホイールを支
えるために用いていた機械軸受をすべて省略できる。
ール発電機の実施例を示す。
エネルギーの形で蓄える役割を果たす。１−１は磁極用
マグネットで、永久磁石により構成される。２はフライ
ホイール浮上部で、永久磁石からなる浮上用マグネット
２−１を備えている。３は固定側軸受で、高温超電導バ
ルク３−１を備えている。４はラジアル方向のバックア
ップ軸受で、回転軸１−２がずれた場合に磁極用マグネ
ット１−１の磁気吸引力により回転子１Ａが固定子６Ａ
に引き付けられることを防ぐ。５はスラスト方向のバッ
クアップ軸受で、回転子を軸方向に移動させる役割を兼
ねる。６は固定子コイルであり、外部と電力の入出力を
行う。７−１，７−２は真空容器で、本発電機全体を真
空中に保つための密封容器である。８−１，８−２は液
体窒素用配管であり、真空容器外部から３に液体窒素１
０を供給する役割を果たす。本発明のフライホイール発
電機は以上の主要部品から成る。
り図に示す位置より軸方向に持ち上げられている。高温
超電導バルク３−１に液体窒素１０が供給され、臨界温
度以下に冷却され超電導状態になった後、バックアップ
軸受５により回転子１Ａを下降させる。超電導バルク３
−１に浮上用マグネット２−１が近づくにつれ超電導バ
ルク３−１中に磁力線が入り込もうとするが、回転子１
Ａの重量に応じ若干の磁力線が超電導体に入り込む以外
は、超電導体の磁力線に対するピン止め効果により磁力
線の侵入はわずかに起こるのみで、フライホイール浮上
部２と固定側軸受３の間には反発力が生じ、フライホイ
ール浮上部２は空中に浮き上って止まる。
クアップ軸受５を回転子１Ａから離し、回転子１Ａは完
全に空中に浮いた状態となる。系統内に余剰電力がある
ときはインバータを用いて固定子コイル６を励磁し、回
転子１Ａを回転させフライホイール浮上部２の回転エネ
ルギーとして余剰エネルギーを蓄える。
ライホイール浮上部２の回転エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する。
機は発電機構造を真容中に入れることにより、風損の低
減をはかった。また、回転時は回転子１Ａは完全に空中
に浮いた状態となり軸受部の摩擦による機械損を０とし
た。また、フライホイール浮上部２，固定側軸受３は図
１のように円盤状とする他、リング状としても同様の効
果が得られる。ラジアル方向のバックアップ軸受４の取
り付け位置としては図１のように回転子の下側のみでな
く上側に付けても同様の効果を持つ。
ルク３−１の最外径が１の中心径以下となるよう配置し
た。磁極用マグネット１−１の永久磁石はそれを貫いて
周囲を回る形で磁気回路を形成する。又、浮上用マグネ
ット２−１の永久磁石も永久磁石を貫く磁場が紙面に垂
直な軸に関して９０度回る形で磁極用マグネット１−１
の場合と同様に磁気回路を形成する。磁極用マグネット
１−１は隣合う永久磁石がそれぞれ反対方向の磁極を持
つため、磁極用マグネット１−１と浮上用マグネット２
−１が近くに位置し、それぞれの磁場が干渉する場合は
周方向に磁場の乱れを生ずる。本実施例では、磁極用マ
グネット１−１の磁場と浮上用マグネット２−１，超電
導バルク３−１の磁場の干渉が小さく、浮上用マグネッ
ト２−１，超電導バルク３−１の磁場を浮上のために効
率よく使用できる。また、磁極用マグネット１−１の磁
場の乱れが小さく電気的に有利である。更に、図３に示
す従来例に比べ磁極用マグネット１−１をフライホイー
ル外周側に置くことにより、フライホイールと一体の構
造とすることもでき、構造的に簡単である。また、発電
機の性質として、回転速度と出力が一定なら（回転子半
径)2×(鉄心積厚)∝１／(ギャップ磁束密度)／(固定子
アンペアコンダクタ)であるので、ギャップ磁束密度は
小さくても良いことになり、発電機としての効率が良
い。
圧を０.１atmから０.４atmに設定した。固定側軸受３は
外部から液体窒素の供給を受けるが、固定側軸受３の容
器の上面はフタをなくし、液体窒素液面が直接真空にさ
らされる方がフタの厚さ分２を３に近付けやすくなり、
より大きな浮上力が得られ、回転子の大型化に対して有
利である。
合、周囲を真空状態にすると蒸気圧との釣合いを保つた
め、液体窒素は蒸発する。このとき必要な蒸発熱を奪う
ため、液体窒素の温度が下がる。周囲の真空度は高い方
が（気圧が低い方が）風損が小さく有利であるが、窒素
は三重点が１００torr付近にあり、三重点より低い蒸気
圧にはできない。これらの条件より本発明のフライホイ
ール発電機を運転する際、周囲の気圧を０.１atmから
０.４atmに設定すると、風損を小さくでき効率を上げる
ことができた。０.１atm以下では液体窒素にならず使用
できず、また0.4atm 以上の圧力では空気抵抗が大きく
使用できないので、上述の範囲に設定する。
上下動可能な常電導コイルを用いた吸引式磁気軸受１５
を設けた。図１の構造では固定子側の軸受は回転子下部
にのみ位置し、磁気的反発力のみで回転子１Ａの重量を
支えている。図２の構造の場合、支えうるスラスト荷重
を大きくとり、回転時の安定性を向上させることができ
る。また、スラスト荷重が小さい場合、フライホイール
浮上部２と固定側軸受３のギャップが大きくとれ、固定
側軸受３の液体窒素容器を密閉型にでき、周囲を高真空
にできるため、風損を減らすことができる。容器肉厚を
大きく取れれば、固定側軸受３はより強固な構造とでき
る。さらに上部のマグネットは浮上用マグネット２−１
に対して吸引側であるので、電磁吸引Mag Pull力に対し
ても強い構造となる。
れば、フライホイールの十分な浮上性能を得られると共
に、磁極用永久磁石の磁場と浮上用マグネット及び浮上
用バルクの磁場との干渉を小さくでき、浮上用マグネッ
ト及び浮上用バルクの磁場は、フライホイール浮上のた
めの磁場として効率よく使用でき、磁極用永久磁石の磁
場は、発電のための磁場として効率よく使用できるの
で、十分な浮上性能をもち、かつ電気的性能に悪影響を
及ぼさない磁気軸受を設けたフライホイール発電機を得
ることができる。また、従来、フライホイールを支える
ために用いていた機械軸受をすべて省略できるので、機
械軸受の摩擦による機械損をゼロとしたフライホイール
発電機を得ることができる。
ール発電機の概略説明図である。
ホイール発電機の概略説明図である。
図である。
ト、２…フライホイール浮上部、２−１…浮上用マグネ
ット、３…固定側軸受、３−１…高温超電導バルク、４
…ラジアル方向バックアップ軸受、５…スラスト方向バ
ックアップ軸受、６…固定子コイル、７−１，２…真空
容器、８−１，２…液体窒素用配管、９…インバータ、
１０…液体窒素、１１…真空ポンプ、１２…スラスト方
向能動型磁気軸受、１３…ラジアル方向能動型磁気軸
受、１４…補助軸受、１５…吸引式磁気軸受、１６…吸
引用鋼板。
Claims (4)
- 【請求項１】フライホイール、該フライホイールの外周
側に設けられた磁極用永久磁石、前記フライホイールの
中央側に設けられた浮上用マグネットと該浮上用マグネ
ットに対向して設けられた高温超電導体からなる浮上用
バルクを備えた磁気軸受を有し、前記磁気軸受の外径を
前記磁極用永久磁石の中心径以下としたフライホイール
発電機。 - 【請求項２】 フライホイール、該フライホイールの外周
側に設けられた磁極用永久磁石、前記フライホイールの
中央側に設けられた磁気軸受を有し、該磁気軸受は、浮
上用マグネットと該浮上用マグネットに対向して設けら
れたピン止め効果を有する高温超電導体からなる浮上用
バルクを備えたフライホイール発電機。 - 【請求項３】 前記フライホイールを真空容器内に収納す
ると共に、前記磁気軸受に液体窒素を供給し、かつ前記
フライホイールの周囲気圧を０.１atmから０.４atmの間
に設定した請求項１又は請求項２記載のフライホイール
発電機。 - 【請求項４】 前記磁気軸受の浮上用マグネット側に常電
導コイルを備えた吸引式磁気軸受を設けた請求項１又は
請求項２記載のフライホイール発電機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11876792A JP2852157B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | フライホイール発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11876792A JP2852157B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | フライホイール発電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06303738A JPH06303738A (ja) | 1994-10-28 |
| JP2852157B2 true JP2852157B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=14744566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11876792A Expired - Lifetime JP2852157B2 (ja) | 1992-05-12 | 1992-05-12 | フライホイール発電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2852157B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2008187758A (ja) | 2007-01-26 | 2008-08-14 | Vsd:Kk | フライホイール発電機 |
| CN109301982B (zh) * | 2018-10-22 | 2024-02-13 | 南京航空航天大学 | 一种双定子无槽铁心轴向磁场永磁电机与飞轮一体装置 |
-
1992
- 1992-05-12 JP JP11876792A patent/JP2852157B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06303738A (ja) | 1994-10-28 |
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