JP3463888B2 - フライホイール型電力貯蔵装置 - Google Patents
フライホイール型電力貯蔵装置Info
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- storage device
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
- H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/30—Flywheels
- F16F15/315—Flywheels characterised by their supporting arrangement, e.g. mountings, cages, securing inertia member to shaft
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/22—Synchronous 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
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
- H02K7/025—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/08—Structural association with bearings
- H02K7/085—Structural association with bearings radially supporting the rotary shaft at only one end of the rotor
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
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- Power Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気エネルギーをフラ
イホイールの回転エネルギーに変換して貯蔵するフライ
ホイール型電力貯蔵装置に関する。非常時に備えた重要
電源のバックアップ、太陽光発電や風力・波力発電との
組合せ等の用途に利用し得るものである。
イホイールの回転エネルギーに変換して貯蔵するフライ
ホイール型電力貯蔵装置に関する。非常時に備えた重要
電源のバックアップ、太陽光発電や風力・波力発電との
組合せ等の用途に利用し得るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、回転電機、およびそのロータに固
定したフライホイールを備えた電力貯蔵装置が知られて
いる。このような装置においては、ロータの回転軸を軸
受するための軸受として、ころがり軸受や磁気軸受が用
いられている。この磁気軸受を用いた装置は、例えば
“27th Intersociety Energy Conversion Engineering
Conference '92, Design and Manufacturing for a Com
posite Multi-Ring Flywheel”に開示されている。ま
た、このような装置においては、フライホイールの空気
との摩擦によるエネルギー損失を防止するため、フライ
ホイールは真空下に置かれる。
定したフライホイールを備えた電力貯蔵装置が知られて
いる。このような装置においては、ロータの回転軸を軸
受するための軸受として、ころがり軸受や磁気軸受が用
いられている。この磁気軸受を用いた装置は、例えば
“27th Intersociety Energy Conversion Engineering
Conference '92, Design and Manufacturing for a Com
posite Multi-Ring Flywheel”に開示されている。ま
た、このような装置においては、フライホイールの空気
との摩擦によるエネルギー損失を防止するため、フライ
ホイールは真空下に置かれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フライホイール型電力貯蔵装置において使用される回転
電機は、エネルギー損失があるため、電力貯蔵用に適さ
ない。また、ころがり軸受は、動力損失が大きいという
問題がある。このため、低損失の磁気軸受などを用いる
ことが考えられるが、巻線にコアを有する従来の回転電
機を使用する限り高速回転に適さない。すなわち、ロー
タの回転軸の偏差がロータの巻線のコアに対する磁気吸
引力のアンバランスを生じさせ、これがロータの偏差を
さらに拡大するという悪循環を生じさせる。そこで、こ
れを抑えロータに偏位を生じさせないようにロータを非
常に堅固に剛性支持する必要が生じるが、これは技術的
に難しく、構造を複雑化させる要因となり、しかも大き
な動力損失を生じさせる。したがってコアを有する回転
電機は、対応可能な回転数の限界が低く、効率的な電力
貯蔵に適さない。
フライホイール型電力貯蔵装置において使用される回転
電機は、エネルギー損失があるため、電力貯蔵用に適さ
ない。また、ころがり軸受は、動力損失が大きいという
問題がある。このため、低損失の磁気軸受などを用いる
ことが考えられるが、巻線にコアを有する従来の回転電
機を使用する限り高速回転に適さない。すなわち、ロー
タの回転軸の偏差がロータの巻線のコアに対する磁気吸
引力のアンバランスを生じさせ、これがロータの偏差を
さらに拡大するという悪循環を生じさせる。そこで、こ
れを抑えロータに偏位を生じさせないようにロータを非
常に堅固に剛性支持する必要が生じるが、これは技術的
に難しく、構造を複雑化させる要因となり、しかも大き
な動力損失を生じさせる。したがってコアを有する回転
電機は、対応可能な回転数の限界が低く、効率的な電力
貯蔵に適さない。
【０００４】また、従来はフライホイールのみを回転電
機から分離して真空下に置くようにしているため、両者
を接続する軸部分のシールに問題があり、いまだに解決
されていない。
機から分離して真空下に置くようにしているため、両者
を接続する軸部分のシールに問題があり、いまだに解決
されていない。
【０００５】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、より効率的で、また、真空下に配置が容易
なフライホイール型電力貯蔵装置を提供することにあ
る。
題点に鑑み、より効率的で、また、真空下に配置が容易
なフライホイール型電力貯蔵装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【問題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明のフライホイール型電力貯蔵装置は、円筒状部分
を有する固定子巻線を設けたステータと、その円筒状部
分を外側および内側から挟んで界磁ギャップを構成する
界磁部材を有するロータとを備えたコアレス型回転電
機、前記ステータとロータとの間に設けられ、前記ロー
タを前記ステータに対し回転自在に支持する軸受手段、
ならびにフライホイールを具備するフライホイール型電
力貯蔵装置であって、前記フライホイールは、前記外側
の界磁部材に対しその外側に固定されるとともに、繊維
強化プラスチックで構成され、その強化用繊維はフライ
ホイールの円周方向に配置され、かつ内側から外側へ向
けて弾性率／密度が高くなるものを用いて配置されてお
り、前記ステータは、前記軸受手段が設けられた軸受部
と、前記固定子巻線が設けられたステータ本体とに分離
されており、該軸受部は弾性部材を介して前記ステータ
本体に支持されていることを特徴とする。
本発明のフライホイール型電力貯蔵装置は、円筒状部分
を有する固定子巻線を設けたステータと、その円筒状部
分を外側および内側から挟んで界磁ギャップを構成する
界磁部材を有するロータとを備えたコアレス型回転電
機、前記ステータとロータとの間に設けられ、前記ロー
タを前記ステータに対し回転自在に支持する軸受手段、
ならびにフライホイールを具備するフライホイール型電
力貯蔵装置であって、前記フライホイールは、前記外側
の界磁部材に対しその外側に固定されるとともに、繊維
強化プラスチックで構成され、その強化用繊維はフライ
ホイールの円周方向に配置され、かつ内側から外側へ向
けて弾性率／密度が高くなるものを用いて配置されてお
り、前記ステータは、前記軸受手段が設けられた軸受部
と、前記固定子巻線が設けられたステータ本体とに分離
されており、該軸受部は弾性部材を介して前記ステータ
本体に支持されていることを特徴とする。
【０００７】ここで、より好ましい態様においては、前
記外側および内側の界磁部材が、前記軸受手段の回転軸
に固定された内側ヨークと、該内側ヨークに固定された
外側ヨークとを備え、前記フライホイールは、該外側ヨ
ークの外側に固定されている。また、前記固定子巻線の
円筒状部分においては、各線がその円筒軸に平行に配置
される。そのために、各線の巻線位置から次の巻線位置
への渡り線が前記固定子巻線の円筒状部分の両端部に構
成され、該両端部は前記界磁ギャップの寸法より大きく
なっている。前記強化用繊維は、例えば炭素繊維、ガラ
ス繊維およびアラミド繊維等である。前記軸受手段は、
油圧制御によりスラスト方向位置が所定の平衡位置に保
持されるように前記ロータのスラスト方向を軸受するス
プール手段を有するのが好ましい。また、通常は、装置
全体が真空容器内に配置される。界磁部材は、固定子巻
線の円筒状部分の外側および内側の双方または一方がマ
グネットで構成される。
記外側および内側の界磁部材が、前記軸受手段の回転軸
に固定された内側ヨークと、該内側ヨークに固定された
外側ヨークとを備え、前記フライホイールは、該外側ヨ
ークの外側に固定されている。また、前記固定子巻線の
円筒状部分においては、各線がその円筒軸に平行に配置
される。そのために、各線の巻線位置から次の巻線位置
への渡り線が前記固定子巻線の円筒状部分の両端部に構
成され、該両端部は前記界磁ギャップの寸法より大きく
なっている。前記強化用繊維は、例えば炭素繊維、ガラ
ス繊維およびアラミド繊維等である。前記軸受手段は、
油圧制御によりスラスト方向位置が所定の平衡位置に保
持されるように前記ロータのスラスト方向を軸受するス
プール手段を有するのが好ましい。また、通常は、装置
全体が真空容器内に配置される。界磁部材は、固定子巻
線の円筒状部分の外側および内側の双方または一方がマ
グネットで構成される。
【０００８】
【作用】この構成において、コアレス型回転電機に電力
が供給されると、それがコアレス型回転電機において力
学的エネルギーに変換され、フライホイールの回転エネ
ルギーとして蓄えられるが、固定子巻線はコアを有して
おらず、また、界磁部材における磁束密度の変化もない
ため、鉄損によるエネルギー損失がなく、効率的にエネ
ルギーの変換・蓄積が行なわれる。逆に、蓄積されたエ
ネルギーを電力として取り出す場合も、同様に高い効率
が達成される。これとは対照的に、コアを有する場合
は、鉄損が伴うため、高性能の場合でも３〜４％の損失
を生じる。
が供給されると、それがコアレス型回転電機において力
学的エネルギーに変換され、フライホイールの回転エネ
ルギーとして蓄えられるが、固定子巻線はコアを有して
おらず、また、界磁部材における磁束密度の変化もない
ため、鉄損によるエネルギー損失がなく、効率的にエネ
ルギーの変換・蓄積が行なわれる。逆に、蓄積されたエ
ネルギーを電力として取り出す場合も、同様に高い効率
が達成される。これとは対照的に、コアを有する場合
は、鉄損が伴うため、高性能の場合でも３〜４％の損失
を生じる。
【０００９】また、固定子巻線はコアを有していないた
め、界磁部材との間の磁気吸引力が働かない。したがっ
て、コアがある場合に生じる界磁部材との間の磁気吸引
力によるロータの偏位の拡大作用が回避され、ロータの
回転軸に偏差が生じても、バランスがくずれないため、
回転軸を堅固に剛性支持する必要がなく、従来の軸受技
術で十分な対応がなされることになる。さらに、剛性支
持の必要がないため、ステータに対して軸受手段を弾性
部材を介して支持することが可能となる。これは、構造
をシンプルにするとともに、共振周波数を回避し、対応
可能な回転数を格段に向上させ得るという点で、非常に
有利な作用をもたらすものである。
め、界磁部材との間の磁気吸引力が働かない。したがっ
て、コアがある場合に生じる界磁部材との間の磁気吸引
力によるロータの偏位の拡大作用が回避され、ロータの
回転軸に偏差が生じても、バランスがくずれないため、
回転軸を堅固に剛性支持する必要がなく、従来の軸受技
術で十分な対応がなされることになる。さらに、剛性支
持の必要がないため、ステータに対して軸受手段を弾性
部材を介して支持することが可能となる。これは、構造
をシンプルにするとともに、共振周波数を回避し、対応
可能な回転数を格段に向上させ得るという点で、非常に
有利な作用をもたらすものである。
【００１０】また、コアレス型回転電機は、従来にない
いわゆるアウタ・ロータ型のコアレス回転電機であり、
フライホイールを外側の界磁部材に対しその外側に固定
するようにしているため、フライホイールの中央部分に
回転電機が極めて容易に配置される。したがって、装置
が非常にコンパクトなものとなるとともに、装置全体が
容易に真空下に配置され、外部への接続は電力授受用の
ケーブル等の固定的なもののみで足り、従来のようなフ
ライホイールと回転電機を接続する高速回転軸のシーリ
ングの問題が回避される。
いわゆるアウタ・ロータ型のコアレス回転電機であり、
フライホイールを外側の界磁部材に対しその外側に固定
するようにしているため、フライホイールの中央部分に
回転電機が極めて容易に配置される。したがって、装置
が非常にコンパクトなものとなるとともに、装置全体が
容易に真空下に配置され、外部への接続は電力授受用の
ケーブル等の固定的なもののみで足り、従来のようなフ
ライホイールと回転電機を接続する高速回転軸のシーリ
ングの問題が回避される。
【００１１】さらに、固定子巻線の円筒状部分において
各線を円筒軸に平行に配置する場合は、円筒軸に対して
斜めに配置されていた従来のものに比べ、電流が磁界に
対して直交するため、回転電機の損失が数分の１に減少
する。
各線を円筒軸に平行に配置する場合は、円筒軸に対して
斜めに配置されていた従来のものに比べ、電流が磁界に
対して直交するため、回転電機の損失が数分の１に減少
する。
【００１２】以下、実施例を通じて本発明をより具体的
に説明する。
に説明する。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明の一実施例に係るフライホイ
ール型電力貯蔵装置の断面図である。図に示すように、
この装置は、円筒状部分１を有する固定子巻線３を設け
たステータ５と、円筒状部分１を外側及び内側から挟ん
で回転界磁を構成する界磁部材を有するロータ７とを備
えたコアレス型回転電機、ステータ５とロータ７との間
に設けられ、ロータ７に設けられた回転軸９を回転自在
に支持する軸受手段、および外側の界磁部材に対しその
外側に固定されたフライホイール１１を具備する。
ール型電力貯蔵装置の断面図である。図に示すように、
この装置は、円筒状部分１を有する固定子巻線３を設け
たステータ５と、円筒状部分１を外側及び内側から挟ん
で回転界磁を構成する界磁部材を有するロータ７とを備
えたコアレス型回転電機、ステータ５とロータ７との間
に設けられ、ロータ７に設けられた回転軸９を回転自在
に支持する軸受手段、および外側の界磁部材に対しその
外側に固定されたフライホイール１１を具備する。
【００１４】ステータ５は前記軸受手段が設けられた軸
受部１３と、固定子巻線１が設けられたステータ本体１
５とに分離されており、軸受部１３は防振ゴム１７を介
してステータ本体１５に支持されている。固定子巻線３
の円筒状部分１においては、各線は、円筒軸に平行に配
置されている。
受部１３と、固定子巻線１が設けられたステータ本体１
５とに分離されており、軸受部１３は防振ゴム１７を介
してステータ本体１５に支持されている。固定子巻線３
の円筒状部分１においては、各線は、円筒軸に平行に配
置されている。
【００１５】フライホイール１１は、小型・軽量で、し
かもできるだけ回転エネルギーが大きいことが要求され
る。そして、そのエネルギーはフライホイールの重量、
形状および回転数に左右され、特に回転数についてはそ
の２乗に比例することから、ここでは可能な限り回転数
をあげてエネルギー効率を向上させることを意図してい
る。したがって、フライホイール１１の材料は、軽くて
強いものが好ましく、ここでは、炭素繊維強化プラスチ
ックを用いている。この観点から、他のガラス繊維、ア
ラミド繊維等の強化プラスチックを用いることもでき
る。また、強化繊維の配置方向がフライホイールの円周
方向に一致するようにフィラメントワインディング法に
よりフライホイールを形成する場合、円周方向には極め
て強度が高いのに対し半径方向にはあまり強度が期待で
きないが、半径方向外側へ半径の３．３乗に比例して
（弾性率／密度）を増すような材料構成にすると、回転
中における半径方向の応力はゼロになる。このため、炭
素繊維はフライホイールの円周方向に配置し、かつ内側
から外側へ向けて弾性率が高くなるものを用いて配置し
ている。
かもできるだけ回転エネルギーが大きいことが要求され
る。そして、そのエネルギーはフライホイールの重量、
形状および回転数に左右され、特に回転数についてはそ
の２乗に比例することから、ここでは可能な限り回転数
をあげてエネルギー効率を向上させることを意図してい
る。したがって、フライホイール１１の材料は、軽くて
強いものが好ましく、ここでは、炭素繊維強化プラスチ
ックを用いている。この観点から、他のガラス繊維、ア
ラミド繊維等の強化プラスチックを用いることもでき
る。また、強化繊維の配置方向がフライホイールの円周
方向に一致するようにフィラメントワインディング法に
よりフライホイールを形成する場合、円周方向には極め
て強度が高いのに対し半径方向にはあまり強度が期待で
きないが、半径方向外側へ半径の３．３乗に比例して
（弾性率／密度）を増すような材料構成にすると、回転
中における半径方向の応力はゼロになる。このため、炭
素繊維はフライホイールの円周方向に配置し、かつ内側
から外側へ向けて弾性率が高くなるものを用いて配置し
ている。
【００１６】軸受手段は、油圧制御によりスラスト方向
位置が所定の平衡位置に保持されるように回転軸９のス
ラスト方向を軸受するスプール１９を有する。ラジアル
方向は、超高速ニードルケージ２１により軸受される。
位置が所定の平衡位置に保持されるように回転軸９のス
ラスト方向を軸受するスプール１９を有する。ラジアル
方向は、超高速ニードルケージ２１により軸受される。
【００１７】装置全体は、真空容器内に配置されてお
り、電力供給用の端子２３に接続されたケーブル、冷却
水を通すための配管２５、スプール１９制御用の高圧オ
イルおよび低圧オイルを通すための管路２７および２９
は、真空容器外部に接続されている。固定子巻線１から
の端子２３における接続部分の接続は、ハンダ付、熔
接、カシメ、ローヅケ、ねじ等により行なうことができ
る。
り、電力供給用の端子２３に接続されたケーブル、冷却
水を通すための配管２５、スプール１９制御用の高圧オ
イルおよび低圧オイルを通すための管路２７および２９
は、真空容器外部に接続されている。固定子巻線１から
の端子２３における接続部分の接続は、ハンダ付、熔
接、カシメ、ローヅケ、ねじ等により行なうことができ
る。
【００１８】円筒状部分１を挟んで界磁ギャップを構成
する界磁部材は、回転軸９に固定された内側ヨーク３
１、これに固定され、円筒状部分１に内側から対向する
内側マグネット３３、内側ヨーク３１に固定した外側ヨ
ーク３５、および、これに固定され、円筒状部分１に外
側から対向する外側マグネット３７によって構成されて
いる。内側ヨーク３１および外側ヨーク３５は、導磁率
が高く、強度の大きい磁性材料で構成する。
する界磁部材は、回転軸９に固定された内側ヨーク３
１、これに固定され、円筒状部分１に内側から対向する
内側マグネット３３、内側ヨーク３１に固定した外側ヨ
ーク３５、および、これに固定され、円筒状部分１に外
側から対向する外側マグネット３７によって構成されて
いる。内側ヨーク３１および外側ヨーク３５は、導磁率
が高く、強度の大きい磁性材料で構成する。
【００１９】固定子巻線３は、３相Ｙ型巻線等を採用す
ることができるが、円筒状部分１においては、各線はそ
の円筒軸に平行に配置される。各線間は端部２および４
において接続される。
ることができるが、円筒状部分１においては、各線はそ
の円筒軸に平行に配置される。各線間は端部２および４
において接続される。
【００２０】ロータ７の位置を検出するためのセンサ
は、ロータ７とステータ５との間、例えばロータの回転
軸９や内側ヨーク３１と軸受部１３との間の都合の良い
位置に設けることができる。
は、ロータ７とステータ５との間、例えばロータの回転
軸９や内側ヨーク３１と軸受部１３との間の都合の良い
位置に設けることができる。
【００２１】このような構成を有する本実施例のコアレ
ス型回転電機は、本発明者が先に特願平４−２３８８４
１号をもって出願し、特開平６−７０５２２号として公
開されたコアレス型回転電機とほぼ同様の構成を有する
ものである。すなわち、固定子巻線３は界磁部に位置す
る円筒状部分１において各線が回転軸に平行になるよう
に巻かれており、このため、次の巻線位置への渡り線は
端部２，４において構成されており、かつ端部２が界磁
ギャップの寸法より大きくなることを許容した構造とな
っている。そして、外側マグネット３７が取り付けられ
た外側ヨーク３５に対して固定子巻線３を配置してか
ら、内側マグネット３３が取り付けられた内側ヨーク３
１を取り付けることにより組み立てられる。従来のコア
レス型電機においては、予め構成された界磁ギャップに
対し巻線を挿入して組み立てられるように、巻線は渡り
線を必要としないスキュー巻きを採用していたため、界
磁部の磁界に対し各巻線が斜めに交差する。これに対
し、本実施例で使用されるコアレス型回転電機は、端部
に渡り部分を設けて界磁部においては各巻線が回転軸に
平行となるように配置することにより、各巻線が磁界に
対して垂直に交差するようになっているため、従来より
も効率がかなり向上している。
ス型回転電機は、本発明者が先に特願平４−２３８８４
１号をもって出願し、特開平６−７０５２２号として公
開されたコアレス型回転電機とほぼ同様の構成を有する
ものである。すなわち、固定子巻線３は界磁部に位置す
る円筒状部分１において各線が回転軸に平行になるよう
に巻かれており、このため、次の巻線位置への渡り線は
端部２，４において構成されており、かつ端部２が界磁
ギャップの寸法より大きくなることを許容した構造とな
っている。そして、外側マグネット３７が取り付けられ
た外側ヨーク３５に対して固定子巻線３を配置してか
ら、内側マグネット３３が取り付けられた内側ヨーク３
１を取り付けることにより組み立てられる。従来のコア
レス型電機においては、予め構成された界磁ギャップに
対し巻線を挿入して組み立てられるように、巻線は渡り
線を必要としないスキュー巻きを採用していたため、界
磁部の磁界に対し各巻線が斜めに交差する。これに対
し、本実施例で使用されるコアレス型回転電機は、端部
に渡り部分を設けて界磁部においては各巻線が回転軸に
平行となるように配置することにより、各巻線が磁界に
対して垂直に交差するようになっているため、従来より
も効率がかなり向上している。
【００２２】図２は、スプール１９部分の詳細を示す断
面図である。同図の配置を基準にすれば、回転軸９が図
示された平衡位置より下がると、ばね３９に抗してスプ
ール１９も下がり、高圧オイルが、回転軸９下端のピス
トン部４１下部に供給され、ピストン部４１に上方向の
力が働く。そのとき、ピストン４１上部のオイルは管路
４３および２９を介してドレン・タンクへ戻り、これに
より、回転軸９は平衡位置まで押し上げられる。逆に、
回転軸９が平衡位置より上昇すると、管路２７および４
３を介して高圧オイルがピストン部４１の上部に供給さ
れ、かつピストン部４１下部のオイルが管路４５および
２９を介してドレーンされるため、やはり回転軸９は平
衡位置まで押し下げられる。このようにして、回転軸９
は平衡位置に保持されるように構成されている。
面図である。同図の配置を基準にすれば、回転軸９が図
示された平衡位置より下がると、ばね３９に抗してスプ
ール１９も下がり、高圧オイルが、回転軸９下端のピス
トン部４１下部に供給され、ピストン部４１に上方向の
力が働く。そのとき、ピストン４１上部のオイルは管路
４３および２９を介してドレン・タンクへ戻り、これに
より、回転軸９は平衡位置まで押し上げられる。逆に、
回転軸９が平衡位置より上昇すると、管路２７および４
３を介して高圧オイルがピストン部４１の上部に供給さ
れ、かつピストン部４１下部のオイルが管路４５および
２９を介してドレーンされるため、やはり回転軸９は平
衡位置まで押し下げられる。このようにして、回転軸９
は平衡位置に保持されるように構成されている。
【００２３】なお、真空状態において軸受手段に使用す
る「ころ軸受」や「油圧による軸スラスト支持装置」に
使用するオイルとしては、低蒸気圧オイル（真空ポンプ
用オイル）を用いることが望ましく、例えば日石フェア
バック ゴールド（日本石油株式会社製）を用いること
が好ましい。
る「ころ軸受」や「油圧による軸スラスト支持装置」に
使用するオイルとしては、低蒸気圧オイル（真空ポンプ
用オイル）を用いることが望ましく、例えば日石フェア
バック ゴールド（日本石油株式会社製）を用いること
が好ましい。
【００２４】図３は、フライホイール１１の構成を示す
説明図である。同図に示すように、内側から外側へ向け
て弾性率が高くなるように、内側の２層に市販の炭素繊
維ＸＮ４０を用いた炭素繊維強化プラスチックを使用
し、その外側の層に炭素繊維ＸＮ５０を用いた炭素繊維
強化プラスチック、さらにその外側の最外層に炭素繊維
ＸＮ７０を用いた炭素繊維強化プラスチックを使用して
いる。
説明図である。同図に示すように、内側から外側へ向け
て弾性率が高くなるように、内側の２層に市販の炭素繊
維ＸＮ４０を用いた炭素繊維強化プラスチックを使用
し、その外側の層に炭素繊維ＸＮ５０を用いた炭素繊維
強化プラスチック、さらにその外側の最外層に炭素繊維
ＸＮ７０を用いた炭素繊維強化プラスチックを使用して
いる。
【００２５】上記構成により、図３に示す寸法で実施し
たところ、３５，６００回転／分の最大回転数を得るこ
とができ、６７Ｗｈ／ｋｇの貯蔵エネルギー密度を実現
することができた。
たところ、３５，６００回転／分の最大回転数を得るこ
とができ、６７Ｗｈ／ｋｇの貯蔵エネルギー密度を実現
することができた。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、鉄
損によるエネルギー損失がなく、効率的にエネルギーの
変換・蓄積・取出しを行なうことができる。また、巻線
にコアがある場合に生じる界磁部材との間の磁気吸引力
によるロータの偏位の拡大作用を回避することができ
る。したがって、回転軸を堅固に剛性支持する必要がな
く従来の軸受技術で十分対応することができる。また、
回転軸の剛性支持の必要がないため、ステータ本体に対
して軸受手段を弾性部材を介して支持することができ
る。これにより、構造のシンプル化とともに、共振周波
数を回避して対応可能な回転数を格段に向上させること
ができる。また、フライホイールの中央部分に回転電機
を極めて容易に配置することができ、したがって、装置
を非常にコンパクトにすることができるとともに、装置
全体を容易に真空下に配置することができる。その際、
外部への接続は電力供授受用のケーブル等の固定的なも
ののみで足り、フライホイールと回転電機を接続する高
速回転軸のシーリングの問題を回避することができる。
さらに、固定子巻線の円筒状部分において各線を円筒軸
に平行に配置することにより、従来のものに比べ、回転
電機の効率を数倍向上させることができる。
損によるエネルギー損失がなく、効率的にエネルギーの
変換・蓄積・取出しを行なうことができる。また、巻線
にコアがある場合に生じる界磁部材との間の磁気吸引力
によるロータの偏位の拡大作用を回避することができ
る。したがって、回転軸を堅固に剛性支持する必要がな
く従来の軸受技術で十分対応することができる。また、
回転軸の剛性支持の必要がないため、ステータ本体に対
して軸受手段を弾性部材を介して支持することができ
る。これにより、構造のシンプル化とともに、共振周波
数を回避して対応可能な回転数を格段に向上させること
ができる。また、フライホイールの中央部分に回転電機
を極めて容易に配置することができ、したがって、装置
を非常にコンパクトにすることができるとともに、装置
全体を容易に真空下に配置することができる。その際、
外部への接続は電力供授受用のケーブル等の固定的なも
ののみで足り、フライホイールと回転電機を接続する高
速回転軸のシーリングの問題を回避することができる。
さらに、固定子巻線の円筒状部分において各線を円筒軸
に平行に配置することにより、従来のものに比べ、回転
電機の効率を数倍向上させることができる。
【図１】 本発明の一実施例に係るフライホイール型電
力貯蔵装置の断面図である。
力貯蔵装置の断面図である。
【図２】 図１の装置のスプール部分の詳細を示す断面
図である。
図である。
【図３】 図１の装置のフライホイールの構成を示す説
明図である。
明図である。
１：円筒状部分、３：固定子巻線、５：ステータ、７：
ロータ、９：回転軸、１１：フライホイール、１３：軸
受部、１５：ステータ本体、１７：防振ゴム、１９：ス
プール、２１：超高速ニードルケージ、２３：端子、２
５：配管２５、２７，２９管路、３１：内側ヨーク、３
３：内側マグネット、３５：外側ヨーク、３７：外側マ
グネット、３９：ばね、４１：ピストン部、２９，４
３，４５：管路。
ロータ、９：回転軸、１１：フライホイール、１３：軸
受部、１５：ステータ本体、１７：防振ゴム、１９：ス
プール、２１：超高速ニードルケージ、２３：端子、２
５：配管２５、２７，２９管路、３１：内側ヨーク、３
３：内側マグネット、３５：外側ヨーク、３７：外側マ
グネット、３９：ばね、４１：ピストン部、２９，４
３，４５：管路。
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(56)参考文献 特開 昭53−114200（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−102850（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−103476（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−103478（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−103479（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−103480（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−30451（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−69257（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−69258（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−69259（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−36740（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−66316（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−175729（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−217639（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−70522（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−221384（ＪＰ，Ａ)
特表 平６−502064（ＪＰ，Ａ)
特表 平６−506754（ＪＰ，Ａ)
米国特許3022433（ＵＳ，Ａ)
米国特許4198878（ＵＳ，Ａ)
米国特許4731554（ＵＳ，Ａ)
米国特許5006765（ＵＳ，Ａ)
国際公開86／003268（ＷＯ，Ａ１)
国際公開92／006530（ＷＯ，Ａ１)
国際公開92／012566（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F16F 15/30 - 15/315
H02J 15/00
H02K 7/02
H02K 21/12 - 21/24
Claims (7)
- 【請求項１】 円筒状部分を有する固定子巻線を設けた
ステータと、その円筒状部分を外側および内側から挟ん
で界磁ギャップを構成する界磁部材を有するロータとを
備えたコアレス型回転電機、 前記ステータとロータとの間に設けられ、前記ロータを
前記ステータに対し回転自在に支持する軸受手段、なら
びに フライホイール を具備するフライホイール型電力貯
蔵装置であって、 前記フライホイールは、 前記外側の界磁部材に対しその
外側に固定されるとともに、繊維強化プラスチックで構
成され、その強化用繊維はフライホイールの円周方向に
配置され、かつ内側から外側へ向けて弾性率／密度が高
くなるものを用いて配置されており、 前記ステータは、前記軸受手段が設けられた軸受部と、
前記固定子巻線が設けられたステータ本体とに分離され
ており、該軸受部は弾性部材を介して前記ステータ本体
に支持されている ことを特徴とするフライホイール型電
力貯蔵装置。 - 【請求項２】 前記外側および内側の界磁部材は、前記
軸受手段の回転軸に固定された内側ヨークと、該内側ヨ
ークに固定された外側ヨークとを備え、前記フライホイ
ールは、該外側ヨークの外側に固定されていることを特
徴とする請求項１に記載のフライホイール型電力貯蔵装
置。 - 【請求項３】 前記固定子巻線の円筒状部分において
は、各線がその円筒軸に平行に配置されるように、各線
の巻線位置から次の巻線位置への渡り線が前記固定子巻
線の円筒状部分の両端部に構成され、該両端部は前記界
磁ギャップの寸法より大きくなっていることを特徴とす
る請求項１または２に記載のフライホイール型電力貯蔵
装置。 - 【請求項４】 前記強化用繊維が、炭素繊維、ガラス繊
維およびアラミド繊維から選ばれる少なくとも１種であ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載
のフライホイール型電力貯蔵装置。 - 【請求項５】 前記軸受手段は、油圧制御によりスラス
ト方向位置が所定の平衡位置に保持されるように前記ロ
ータのスラスト方向を軸受するスプール手段を有するこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のフ
ライホイール型電力貯蔵装置。 - 【請求項６】 真空容器内に配置されたことを特徴とす
る請求項１〜５のいずれか１つに記載のフライホイール
型電力貯蔵装置。 - 【請求項７】 前記外側および内側の界磁部材の少なく
とも一方が永久磁石を備えていることを特徴とする請求
項１〜６のいずれか１つに記載のフライホイール型電力
貯蔵装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04061594A JP3463888B2 (ja) | 1994-02-16 | 1994-02-16 | フライホイール型電力貯蔵装置 |
| DE1995605432 DE69505432T2 (de) | 1994-02-16 | 1995-02-16 | Schwungrad-Energiespeichergerät |
| EP19950102190 EP0668651B1 (en) | 1994-02-16 | 1995-02-16 | Flywheel-type power storage device |
| US08/847,680 US5880544A (en) | 1994-02-16 | 1997-04-28 | Flywheel-type power storage device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04061594A JP3463888B2 (ja) | 1994-02-16 | 1994-02-16 | フライホイール型電力貯蔵装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07231583A JPH07231583A (ja) | 1995-08-29 |
| JP3463888B2 true JP3463888B2 (ja) | 2003-11-05 |
Family
ID=12585439
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04061594A Expired - Fee Related JP3463888B2 (ja) | 1994-02-16 | 1994-02-16 | フライホイール型電力貯蔵装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0668651B1 (ja) |
| JP (1) | JP3463888B2 (ja) |
| DE (1) | DE69505432T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| DE10197153T1 (de) * | 2001-01-05 | 2003-12-18 | Seeba Energiesysteme Gmbh | Schwungradspeicher |
| GB2469657B (en) | 2009-04-22 | 2013-09-25 | Williams Hybrid Power Ltd | Flywheel assembly |
| WO2016041987A2 (en) * | 2014-09-15 | 2016-03-24 | Wattsup Power A/S | Flywheel for energy storage systems and energy storage systems comprising the same |
| DE102016100744B3 (de) * | 2016-01-18 | 2016-09-29 | Otto-Von-Guericke-Universität Magdeburg | Elektrische Maschine |
| CN105576886B (zh) * | 2016-03-04 | 2019-01-25 | 李延泉 | 增矩储能交直流电机及发电机 |
| JP2018207575A (ja) * | 2017-05-30 | 2018-12-27 | 日本電産株式会社 | 回転駆動装置 |
| US11843334B2 (en) | 2017-07-13 | 2023-12-12 | Denso Corporation | Rotating electrical machine |
| CN113991960B (zh) | 2017-07-21 | 2023-09-29 | 株式会社电装 | 旋转电机 |
| JP6885328B2 (ja) | 2017-07-21 | 2021-06-16 | 株式会社デンソー | 回転電機 |
| CN111566904B (zh) | 2017-12-28 | 2023-04-28 | 株式会社电装 | 旋转电机 |
| JP7006541B2 (ja) | 2017-12-28 | 2022-01-24 | 株式会社デンソー | 回転電機 |
| DE112018006694T5 (de) | 2017-12-28 | 2020-09-10 | Denso Corporation | Rotierende elektrische Maschine |
| DE112018006699T5 (de) | 2017-12-28 | 2020-09-10 | Denso Corporation | Rotierende elektrische Maschine |
| DE112018006651T5 (de) | 2017-12-28 | 2020-10-08 | Denso Corporation | Radantriebsvorrichtung |
| JP6927186B2 (ja) | 2017-12-28 | 2021-08-25 | 株式会社デンソー | 回転電機 |
| JP6922868B2 (ja) | 2017-12-28 | 2021-08-18 | 株式会社デンソー | 回転電機システム |
| JP6939750B2 (ja) | 2017-12-28 | 2021-09-22 | 株式会社デンソー | 回転電機 |
| DE102019008536B9 (de) * | 2019-12-10 | 2021-03-25 | Ludger Börmann | Windkraft nutzender Lageenergiespeicher mittels eines Schwungrades |
| CN113692690B (zh) | 2020-03-05 | 2024-08-23 | 株式会社电装 | 旋转电机 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3022433A (en) * | 1955-08-27 | 1962-02-20 | Ferranti Albino | Motor-flywheel unit |
| FR2384174A1 (fr) * | 1977-03-15 | 1978-10-13 | Aerospatiale | Roue d'inertie |
| US4198878A (en) * | 1977-10-03 | 1980-04-22 | Lord Corporation | Rotary energy storage device |
| EP0202261B1 (de) * | 1984-11-19 | 1991-02-06 | Egger, Hans R. | Schwungrad und verfahren zu dessen herstelung |
| EP0221495B1 (en) * | 1985-10-31 | 1991-01-02 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Flywheel device |
-
1994
- 1994-02-16 JP JP04061594A patent/JP3463888B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-02-16 EP EP19950102190 patent/EP0668651B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-02-16 DE DE1995605432 patent/DE69505432T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0668651A1 (en) | 1995-08-23 |
| JPH07231583A (ja) | 1995-08-29 |
| DE69505432T2 (de) | 1999-03-18 |
| DE69505432D1 (de) | 1998-11-26 |
| EP0668651B1 (en) | 1998-10-21 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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