JP4619566B2 - フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 - Google Patents
フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4619566B2 JP4619566B2 JP2001108628A JP2001108628A JP4619566B2 JP 4619566 B2 JP4619566 B2 JP 4619566B2 JP 2001108628 A JP2001108628 A JP 2001108628A JP 2001108628 A JP2001108628 A JP 2001108628A JP 4619566 B2 JP4619566 B2 JP 4619566B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hollow
- magnetic bearing
- shaft
- upright
- rotor
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- 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
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
-
- 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
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
- F16C2361/55—Flywheel systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、フライホイールの回転エネルギーを利用するエネルギー貯蔵装置並びにその構成要素のコンテインメント、固定軸、回転軸、磁気軸受、フライホイール及び発電電動機の機械設計法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、コンテインメント内に立設する固定軸を中心に非接触で浮上して回転する金属材料の回転軸を用いた回転機は、回転軸の遠心破壊強度からくる回転数制約が、回転機全体の体格に強く影響し、小型軽量化のままならない要因の一つとなっている。
【0003】
そこで、コンテインメント内に立設する固定軸を中心に非接触で浮上して回転する回転体のあるフライホイールエネルギー貯蔵装置においても、回転体の回転数制約となる回転軸をはじめ磁気軸受の回転子及び発電電動機の回転子において、夫々使用材料の選定に苦慮し、材料開発のみならず、応力分布の改善なども含めた研究が進められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来から提案されて来た対応は、材料として高価、加工困難、磁性問題等、また設計上の皺寄せを他に転嫁する等があって抜本的な解決に至っていない。
【0005】
前記、回転数制約は、フライホイールの高エネルギー密度化によってコスト低減を図る場合、勢い、大形化を招き、これが炭素繊維強化プラスチックの大形成型加工技術の制約、大型製品の道路輸送制約或いは小型軽量化要求の厳しい車載制約等に掛かって、フライホイールエネルギー貯蔵装置の実用化を妨げている。
【0006】
本発明は、前記、フライホイールエネルギー貯蔵装置の回転体の回転数制約を大幅に緩和して、フライホイールエネルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転安定化に、最適設計解を得るために必要な、構成要素相互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、フライホイール並びに発電電動機の設計方法を提供する。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項1に記載の縦立の円柱状の外筐を形成するコンテインメント、コンテインメント内に立設した固定軸並びに固定軸を中心に非接触で浮上して回転する竪形金属製中空回転軸、竪形金属製中空回転軸に外嵌したフライホイール並びに竪形金属製中空回転軸の中空部内面と固定軸の間に竪方向に配設したアキシャル型磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、及びラジアル型下部磁気軸受の各固定子は、固定軸に夫々竪方向に配設締結して固定軸と一体化し、各回転子は、竪形金属製中空回転軸の中空部に内接する様に各固定子に対置して竪方向に配設嵌挿し竪形金属製中空回転軸及びフライホイールと一体化した、各構成要素からなる、フライホイールエネルギー貯蔵装置において、竪形金属製中空回転軸に、高弾性高引張強度炭素繊維による炭素繊維強化プラスチックを用いた複合材料製中空円柱を外嵌して、竪形強化型中空回転軸とし、竪形金属製中空回転軸の中空部に内接する様に各固定子に対置して竪方向に配設嵌挿したアキシャル型磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、及びラジアル型下部磁気軸受の各回転子を、竪形強化型中空回転軸の中空部に内接する様に、各固定子に対置して、竪方向に配設、より強固に嵌挿し、各強化型回転子とした事を特徴とする超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置を提供する。
【0008】
本発明に係る、超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置の最適設計解を得るために必要な、構成要素相互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、超高速フライホイール並びに発電電動機の設計方法によれば、超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置における超高速フライホイールを含む回転体の安定な超高速回転を可能とし、超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転安定化を実現できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明を適用した超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置の縦断面図を示している。この図1において、1は縦立の円柱状の外筐を形成するコンテインメントである。このコンテインメント1の内には、立設した固定軸2、固定軸2を中心に非接触で浮上して回転する回転体3が設けられている。
【0010】
コンテインメント1は、ハイブリッド複合材料から成り、此処では炭素繊維強化プラスチックの層1a、金属材料例えば高張力鋼の層1b、および炭素繊維強化プラスチックの層1c、の三層構造を採っている。このコンテインメント1の構造は、回転体3が保有する回転エネルギー量に比例して多層化、強化される。
【0011】
固定軸2は、中空円柱状の金属材料例えば高張力鋼で構成され、コンテインメント1と一体化されている。固定軸2の中空部は、固定軸に締結する装置類の電源用電線ケーブル並びに冷却用冷媒配管などの通路として用いる。
【0012】
回転体3は、竪形強化型中空回転軸4、竪形強化型中空回転軸4に外嵌した超高速フライホイール5、竪形強化型中空回転軸4の中空部に内接する様に嵌挿して竪方向に配設した強化型回転子のアキシャル型磁気軸受6の回転子6b、ラジアル型上部磁気軸受7の回転子7b、発電電動機8の回転子8b、及びラジアル型下部磁気軸受9の回転子9bで構成する。
【0013】
竪形強化型中空回転軸4は、磁性体の金属材料を用いた金属製中空回転軸4aに、前記金属材料に比べ、高弾性高引張強度の繊維例えば、炭素繊維を用いた複合材料の炭素繊維強化プラスチックによる複合材料製中空円柱4bを外嵌し、前記、金属製中空回転軸4aの遠心破壊強度を強化してある。因みに、遠心破壊強度を2倍以上強化する事は比較的容易である。
【0014】
超高速フライホイール5は、回転軸に竪形強化型中空回転軸4を用いる事によって、回転軸の遠心破壊強度強化前に比べ、同じ外周速の設計条件で、外径が小型化されている。因みに、回転軸の遠心破壊強度が2倍以上強化された場合、同じ外周速の設計条件でフライホイールの外径は半分以下となる。
【0015】
強化型回転子のアキシャル型磁気軸受6の回転子6bは、竪軸強化型中空回転軸4の中空部に内接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図っている。前記、回転子6bにみられる遠心破壊強度の強化は、フライホイール外周速の増速を図るためのシステム的設計の一環であり、以下、回転体3の構成要素に係る共通な設計上の要件を成している。
【0016】
ラジアル型上部磁気軸受7の回転子7bは、竪形強化型中空回転軸4の中空部に内接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図っている。
【0017】
発電電動機8の回転子8bは、竪形強化型中空回転軸4の中空部に内接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図っている。
【0018】
ラジアル型下部磁気軸受9の回転子9bは、竪形強化型中空回転軸4の中空部に内接する様に嵌挿する事で、遠心破壊強度の強化を図っている。
【0019】
強化型回転子のアキシャル型磁気軸受6の固定子6a、ラジアル型上部磁気軸受7の固定子7a、発電電動機8の固定子8a、及びラジアル型下部磁気軸受9の固定子9aの各固定子は、夫々、固定軸2に締結し、前記、各固定子の記載順序で上から竪方向に配設してあり、夫々、竪形強化型中空回転軸4の中空部に内接する様に嵌挿した、各々対応する回転子と対置している。
【0020】
固定軸2に締結したアキシャル方向変位センサー10、ラジアル方向変位センサー11、12は、夫々、竪形強化型中空回転軸4の中空部に内接する様に嵌挿して対向した各磁性体と対置している。固定軸2に締結した回転速度計13も前記同様、対向した磁性体と対置している。
【0021】
タッチダウンベアリング14、15は、竪形強化型中空回転軸4の中空部の両端部に配設されている。何らかの理由で、竪形強化型中空回転軸4が、固定軸2に対する非接触中立位置からアキシャル方向或いはラジアル方向に一定の許容値以上変位した場合に、その両端部がタッチダウンベアリング14、15に接触し、回転体3の構成要素の破壊を防護する。
【0022】
【発明の効果】
本発明に係る、超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置の最適設計解を得るために必要な、構成要素相互間の空間的配置、回転軸、磁気軸受、超高速フライホイール並びに発電電動機の設計方法によれば、超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置における超高速フライホイールを含む回転体の安定な超高速回転を可能とし、超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置の小型軽量化及び回転安定化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置の縦断面図である。
【符号の説明】
1 コンテインメント
2 固定軸
3 回転体
4 竪形強化型中空回転軸
5 超高速フライホイール
6 強化型回転子のアキシャル型磁気軸受
7強化型回転子のラジアル型上部磁気軸受
8強化型回転子の発電電動機
9強化型回転子のラジアル型下部磁気軸受
Claims (1)
- 縦立の円柱状の外筐を形成するコンテインメント、コンテインメント内に立設した固定軸並びに固定軸を中心に非接触で浮上して回転する竪形金属製中空回転軸、竪形金属製中空回転軸に外嵌したフライホイール並びに竪形金属製中空回転軸の中空部内面と固定軸の間に竪方向に配設したアキシャル型磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、及びラジアル型下部磁気軸受の各固定子は、固定軸に夫々竪方向に配設締結して固定軸と一体化し、各回転子は、竪形金属製中空回転軸の中空部に内接する様に各固定子に対置して竪方向に配設嵌挿し竪形金属製中空回転軸及びフライホイールと一体化した、各構成要素からなる、フライホイールエネルギー貯蔵装置において、竪形金属製中空回転軸に、高弾性高引張強度炭素繊維による炭素繊維強化プラスチックを用いた複合材料製中空円柱を外嵌して、竪形強化型中空回転軸とし、竪形金属製中空回転軸の中空部に内接する様に各固定子に対置して竪方向に配設嵌挿したアキシャル型磁気軸受、ラジアル型上部磁気軸受、発電電動機、及びラジアル型下部磁気軸受の各回転子を、竪形強化型中空回転軸の中空部に内接する様に、各固定子に対置して、竪方向に配設、より強固に嵌挿し、各強化型回転子とした事を特徴とする超高速フライホイールエネルギー貯蔵装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001108628A JP4619566B2 (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001108628A JP4619566B2 (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002303257A JP2002303257A (ja) | 2002-10-18 |
JP4619566B2 true JP4619566B2 (ja) | 2011-01-26 |
Family
ID=18960728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001108628A Expired - Fee Related JP4619566B2 (ja) | 2001-04-06 | 2001-04-06 | フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4619566B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104011428A (zh) * | 2011-12-31 | 2014-08-27 | 罗特能源控股公司 | 机电飞轮容置系统 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005233382A (ja) * | 2004-02-23 | 2005-09-02 | Koyo Seiko Co Ltd | 磁気軸受装置 |
GB2462489B8 (en) * | 2008-08-12 | 2012-09-19 | Managed Technologies Ltd | Kinetic energy recovery and storage apparatus |
JP2012257413A (ja) | 2011-06-10 | 2012-12-27 | Seiko Epson Corp | 電気機械装置、ロボット、移動体及び電気機械装置の製造方法 |
CN103947089B (zh) | 2011-11-13 | 2018-09-21 | 罗特尼克能源科技(北京)有限公司 | 机电飞轮 |
US9641051B2 (en) | 2011-12-24 | 2017-05-02 | Rotonix Hong Kong Limited | Electromechanical flywheel cooling system |
EP2766633B1 (en) * | 2012-03-15 | 2018-10-17 | Rotonix China Co., Limited | Electromechanical flywheel with safety features |
CN104728264B (zh) * | 2015-03-30 | 2017-05-03 | 北京石油化工学院 | 一种外转子洛伦兹力轴向磁轴承 |
CN104895921B (zh) * | 2015-05-13 | 2017-08-04 | 北京石油化工学院 | 一种两自由度洛伦兹力外转子球面磁轴承 |
CN106090010B (zh) * | 2016-07-26 | 2018-06-29 | 北京石油化工学院 | 一种双永磁体偏转洛伦兹力磁轴承 |
US11923737B2 (en) * | 2018-10-22 | 2024-03-05 | Wattsup Power A/S | Flywheel system with stationary shaft |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57203878A (en) * | 1981-06-08 | 1982-12-14 | Toshiba Corp | Energy-accumulating flywheel apparatus |
JPH0156623B2 (ja) * | 1981-08-17 | 1989-11-30 | Aerosupashiaru Soc Nashonaru Ind | |
JPH10281050A (ja) * | 1997-04-08 | 1998-10-20 | Nippon Seiko Kk | フライホイール装置 |
JPH11337240A (ja) * | 1998-05-27 | 1999-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | フライホイール電力貯蔵装置の冷却方法 |
-
2001
- 2001-04-06 JP JP2001108628A patent/JP4619566B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57203878A (en) * | 1981-06-08 | 1982-12-14 | Toshiba Corp | Energy-accumulating flywheel apparatus |
JPH0156623B2 (ja) * | 1981-08-17 | 1989-11-30 | Aerosupashiaru Soc Nashonaru Ind | |
JPH10281050A (ja) * | 1997-04-08 | 1998-10-20 | Nippon Seiko Kk | フライホイール装置 |
JPH11337240A (ja) * | 1998-05-27 | 1999-12-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | フライホイール電力貯蔵装置の冷却方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104011428A (zh) * | 2011-12-31 | 2014-08-27 | 罗特能源控股公司 | 机电飞轮容置系统 |
CN104011428B (zh) * | 2011-12-31 | 2017-06-16 | 罗特尼克香港有限公司 | 机电飞轮容置系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002303257A (ja) | 2002-10-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4619566B2 (ja) | フライホイールエネルギー貯蔵装置及び設計方法 | |
US9816583B2 (en) | Flywheel energy store | |
WO2003088278A2 (en) | Shear force levitator and levitated ring energy storage device | |
US7624830B1 (en) | Energy recoverable wheel motor | |
US20170279335A1 (en) | High power flywheel system | |
CN104662784B (zh) | 发电机 | |
CN102418740B (zh) | 三排滚子轴承,特别是用于风力涡轮机的三排滚子轴承 | |
CN1818406A (zh) | 航天器用磁悬浮储能飞轮系统 | |
CN102195423B (zh) | 一种固定轴支撑的双定子永磁直驱风力发电机 | |
CN201075747Y (zh) | 中型立式直流电机的结构 | |
KR101343876B1 (ko) | 래디얼 및 쓰러스트 일체형 보조 베어링이 구비된 복합 자기 베어링 | |
CN207124497U (zh) | 电机转子护套、电机转子及高速永磁电机 | |
EP3927614B1 (en) | Gyro stabilizer | |
Sung et al. | Designs and analyses of flywheel energy storage systems using high-Tc superconductor bearings | |
US20130002071A1 (en) | Inertial energy storage device and method of assembling same | |
CN102303709A (zh) | 一种大力矩磁悬浮飞轮 | |
CN206790233U (zh) | 一种磁悬浮超高速永磁电机的转子结构 | |
US20120062058A1 (en) | Shaft-less Energy Storage Flywheel | |
JP3697293B2 (ja) | フライホイール | |
Li et al. | A review of critical issues in the design of lightweight flywheel rotors with composite materials | |
RU2296250C2 (ru) | Гидродинамический упорный подшипник скольжения для генератора | |
CN107608369B (zh) | 一种用于航天器姿态控制实验的模块化惯性动量轮装置 | |
US11845474B2 (en) | Arrangement for a rail vehicle | |
US8531080B2 (en) | Rotor having a superconducting rotor winding and an integral sleeve surrounding the rotor winding | |
CN202175490U (zh) | 一种永磁同步电梯曳引机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080306 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100727 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100909 |
|
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: 20101026 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101027 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131105 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141105 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |