JP4748890B2 - Flywheel battery - Google Patents

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JP4748890B2
JP4748890B2 JP2001222587A JP2001222587A JP4748890B2 JP 4748890 B2 JP4748890 B2 JP 4748890B2 JP 2001222587 A JP2001222587 A JP 2001222587A JP 2001222587 A JP2001222587 A JP 2001222587A JP 4748890 B2 JP4748890 B2 JP 4748890B2
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rotor
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はフライホイール・バッテリに関する。
【0002】
【従来の技術】
円周にロータを備えたフライホイールを2分割したシャフトに締結部材を介して締結し、シャフトを発電電動機に接続して電気エネルギをフライホイールの回転エネルギとして蓄積するフライホイール・バッテリ(フライホイール型蓄電装置)の例としては、特開昭52−65804号公報記載の技術を挙げることができる。この従来技術においては、フライホイールは、磁性材で円板状に形成されている。
【0003】
また、フライホイールを、ボスとリムと前記ボスとリムを所定の間隔をおいて接続する複数個のスポークとから構成した例としては、特開2000−287399号記載の技術を挙げることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この種のフライホイール・バッテリにあっては、フライホイールは高速で回転するとき、ジャイロ効果によってフライホイール自体の曲げ共振周波数(固有振動数)が、図4に示す如く、高周波数と低周波数の2つに分岐する特性を持つ。
これは、そのn次の曲げ共振波でも同様である。
【0005】
このジャイロ効果による曲げ共振周波数の分岐度合いは、回転軸回りの慣性モーメントIpと、回転軸に直交する重心軸回りの慣性モーメントIdの比Ip/Idによって決まる。この比Ip/Idが大きいほど、回転の上昇に伴う共振周波数の分岐度合いが大きくなる。フライホイール・バッテリのような回転軸回りの慣性モーメントの大きな回転体ではIp/Idのモーメント比が大きくなり、ジャイロ効果の影響が顕著となる。
【0006】
即ち、図4に示すように、運搬線(回転角速度)ωと各共振周波数の交点a,b,c,dに相当する回転数が、いわゆる危険速度となることから、フライホイールの最大回転数は、最低の危険速度Naを超えない範囲に設定せざるを得ない。
【0007】
従って、フライホイールの最大回転数を上げて使用可能範囲を拡大するためには、回転体としての剛性を上げて危険速度Naを高回転側に移行させるのが有効となる。
【0008】
さらに、Ip/Idのモーメント比を低下させて共振周波数の分岐度合いを減少させることも効果的である。Ip/Idのモーメント比を低下させることができれば、例えば図4に想像線で示すように共振周波数の分岐度合いを減少させることができ、運搬線ωとの交点をacにして危険速度Nacを高回転側に移行させることができる。
【0009】
この発明の目的は上記した課題を解消することにあり、回転体としての剛性を高めて危険速度を高回転側に移行させると共に、モーメント比の調整を可能とし、よってフライホイールの最大回転数を上げて使用可能範囲を拡大するようにしたフライホイール・バッテリを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1項にあっては、円周にロータを備えたフライホイールを2分割したシャフトに締結部材を介して締結し、前記シャフトを発電電動機に接続して電気エネルギを前記フライホイールの回転エネルギとして蓄積するフライホイール・バッテリにおいて、前記シャフトを先端側から前記フライホイールに向けて徐々に径大となるように構成し、前記フライホイールを、ボスとリムと前記ボスとリムを所定の間隔をおいて接続する複数個のスポークとから一体的に構成して前記リムの円周に前記ロータを取り付けると共に、前記ボスの前記スポークの接続位置からオフセットさせた位置に挿通孔を穿設し、前記挿通孔に前記締結部材を挿通させて前記2分割したシャフトと前記フライホイールとを固定するように構成した。
【0011】
円周にロータを備えたフライホイールを2分割したシャフトに締結部材を介して締結すると共に、シャフトを先端側からフライホイールに向けて徐々に径大となるように構成することで、シャフトの大径化を図ることが可能となって回転体としての剛性を上げることができる。それによって危険速度を高回転側に移行させることができ、フライホイールの最大回転数を上げて使用可能範囲を拡大することができる。
【0012】
また、シャフトを分割構造とすることで、シャフトの径および長さでIp/Idのモーメント比を調整することができると共に、曲げ共振周波数も調整することができ、よってモーメント比の設定自由度も向上させることができる。
【0013】
さらには、フライホイールを、ボスとリムとそれらを所定の間隔をおいて接続する複数個のスポークとから一体的に構成してリムの円周にロータを取り付けると共に、ボスのスポークの接続位置からオフセットさせた位置に挿通孔を穿設し、挿通孔に締結部材を挿通させて2分割したシャフトとフライホイールとを固定するように構成したので、回転時にフライホイール自身に作用する遠心力によるフライホイールの各部の変形の影響を低減することができ、締結手段に作用する剪断力を低減できると共に、締結手段配置位置におけるシャフトとボスの間のしゅう動も低下できるので、締結手段のゆるみも回避することができる。このように、締結手段の強度および信頼性も確保することができるので、よって回転体としての剛性を一層上げることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即し、この発明の一つの実施の形態に係るフライホイール・バッテリを説明する。
【0015】
図1はそのフライホイール・バッテリを、発電電動機も含めて全体的に示す概略図である。
【0016】
図1において、符号10はその発電電動機を示し、発電電動機10はハウジング12を備える。ハウジング12の内部にはシャフト14と、シャフト14に4本のボルト(締結手段)16でボルト挿通孔16aを挿通して固定(締結)されたフライホイール20が、回転自在に収容される。尚、発電電動機10はフライホイール20の回転を蓄積エネルギとする、特開昭52−065804号公報に記載されるようなフライホイール型蓄電装置、いわゆるフライホイール・バッテリとして構成される。
【0017】
シャフト14は鉄材からなり、図示の如く、シャフト半部14a,14bからなる。シャフト半部14a,14bは共に先端側からフライホイール20に向けて径大に構成される。
【0018】
図2は、フライホイール20の上面をシャフトとの締結状態も含めて示す概略図である。
【0019】
フライホイール20は、図2から明らかな如く、上面視でホイール状を呈し、中央位置にボス20aを備え、ボス(ハブ)20aの両側でシャフト半部14a,14bにボルト16で固定(締結)され、よってフライホイール20がシャフト14を介して回転自在に構成される。
【0020】
フライホイール20のボス20aと円周側の環状のリム20bの間は、所定の間隔(90度)をおいてボス20aからリム20bに向けて延ばされた複数本(4本)のスポーク(アーム)20cで一体的に接続される。ボス20a、リム20bおよびスポーク20cは、アルミニウム材から製作される。また、リム20bは比較的肉薄に形成され、そのさらに円周側には炭素繊維強化樹脂材からなるロータ20dが圧入されて取り付けられる。
【0021】
図示の如く、ロータ20dは上面視でドーナツ状を呈し、それぞれ炭素繊維強化樹脂を積層してなる複数個のピース、例えば5個のピースからなる。各ピースは順次リム20bの外周に圧入される。
【0022】
このように、ロータ20dを炭素繊維強化樹脂から製作したことで、軽量でありながら、回転強度の高いものとすることができる。即ち、エネルギEは、
E=1/2(Ip×ω2 )〔J〕
で導かれるが、回転強度を上げたことで回転角速度ωを大きく、換言すれば高速回転させることができる(この回転は高速であって数万rpmにも達する)。これによってエネルギ密度の高いフライホイール・バッテリを実現することができる。
【0023】
シャフト14の半部14bの外周には永久磁石22が配置され、永久磁石22をフィラメントワインディング層24でシャフト14上に巻き止め、発電電動機のロータ(回転子)26が構成される。他方、ハウジング12には、ロータ26と所定のギャップ(間隙)をおいてステータ(固定子巻線)30が固定される。
ロータ26とステータ30で発電機・電動機が構成される。
【0024】
シャフト14(およびそれに締結されたフライホイール20)は、軸受け32を介してハウジング12内に回転自在に収容される。尚、軸受け32は、図示の簡略化のため、玉軸受けとして示すが、実際には磁気軸受けからなり、非接触にシャフト14を支持する。また、ハウジング12の内部34は減圧装置(図示せず)に接続され、真空に保持されてフライホイール20の回転時の空気抵抗を減少するように構成される。
【0025】
発電電動機10は、充電時には図示しない通電回路を介してステータ30が通電されてステータ30とロータ26が電動機として動作し、フライホイール20を回転させると共に、放電時にはステータ30とロータ26が発電機として動作し、フライホイール20の回転を電気エネルギに変換する。かく発生された電力は、図示しない回路を介して取り出されて所望の用途に供される。
【0026】
図示の構成において特徴的なことは、フライホイール20を、ボス20aとリム20bとボス20aとリム20bを所定の間隔をおいて接続する4個のスポーク20cとから構成してリム20bの円周にロータ20dを取り付けると共に、シャフト14をシャフト半部14a,14bに2分割し、フライホイール20をその2分割したシャフト14(シャフト半部14a,14b)にボルト(締結部材)16を介して締結したことである。
【0027】
即ち、ボス20aを穿孔してシャフト14を圧入するような構成とせず、シャフト14を2分割する構成としたので、シャフト14の大径化を図ることが可能となって回転体としての剛性を上げることができる。それによって危険速度を高回転側に移行させることができ、フライホイール20の最大回転数を上げて使用可能範囲を拡大することができる。
【0028】
さらには、シャフト14を分割構造とすることで、曲げ共振周波数とモーメント比をシャフト14の径および長さで調整することが可能となり、それらの設定自由度も向上させることができる。従って、磁気軸受け32で要求されるモーメント比の調整も容易となる。また、ボス20aとシャフト14の圧入代の確保も不要となる。
【0029】
ところで、先に述べたように、フライホイール20は、高回転時に発生する、それ自身の遠心力によって各部が変形、具体的には、各部が方向外側に膨らむように変形する。従って、ボルト16の配置位置もその点を考慮して決める必要がある。
【0030】
それについて図3を参照して説明すると、ボルト16の配置位置としては、同図(a)に示すようにボス20aのスポーク20cの接続位置、即ち、スポーク20cの根元に配置する場合、同図(b)に示すようにボス20aのスポーク20cの接続位置からオフセットさせた位置、即ち、スポーク20cの間に配置する場合、および同図(c)に示すようにスポーク20cの根元とスポーク20cの間に共に配置する場合とが考えられる。
【0031】
この場合、図3(a)(c)に示すように、ボルト挿通孔16aをスポーク20cの根元に穿設してボルト16をそこに配置すると、スポーク20cに作用する遠心力によって引っ張られてボルト挿通孔16aは径方向(遠心力作用方向)に移動するため、ボルト16に大きな剪断力が発生する。また、その移動により、シャフト14とボルト16の間にしゅう動が発生し、ボルト16のゆるみが惹起される。
【0032】
従って、この実施の形態においては図3(b)に示すように、ボルト16をボス20aのスポーク20cの接続位置からオフセットさせた位置、即ち、スポーク20cの間に配置するようにした。これによって回転時にフライホイール20自身に作用する遠心力によるフライホイール20の各部の変形の影響を低減することができる。
【0033】
即ち、スポーク20cに作用する遠心力によるボルト挿通孔16aの変位量を減少させることができ、ボルト16に作用する剪断力、およびボルト16のゆるみを惹起させるボルト挿通孔16aにおけるシャフト14とボス20のしゅう動も低下できるので、ボルト16のゆるみも回避することができる。このように、締結手段16の強度および信頼性も確保することができるので、よって回転体としての剛性を一層上げることができる。
【0034】
尚、図2に示すように、ボルト16を隣接するスポーク20cの間の厳密な中央位置に配置するようにしたが、左スポーク20cの接続位置からオフセットさせた位置に配置すれば足りるので、厳密に中央位置でなくても良く、左右にずらせて配置しても良い。
【0035】
尚、締結手段の例もボルト16に止まるものではなく、ボルト16の本数も図示の本数に止まらないことは、言うまでもない。
【0036】
この実施の形態は、上記の如く、円周にロータ20dを備えたフライホイール20を2分割したシャフト14(シャフト半部14a,14b)に締結部材(ボルト16)を介して締結し、前記シャフト14を発電電動機に接続して電気エネルギを前記フライホイール20の回転エネルギとして蓄積するフライホイール・バッテリにおいて、前記シャフト14を先端側から前記フライホイール20に向けて徐々に径大となるように構成し、前記フライホイールを、ボス20aとリム20bと前記ボスとリムを所定の間隔をおいて接続する複数個のスポーク20cとから一体的に構成して前記リムの円周に前記ロータ20を取り付けると共に、前記ボスの前記スポークの接続位置からオフセットさせた位置に挿通孔16aを穿設し、前記挿通孔16aに前記締結部材16を挿通させて前記2分割したシャフト14と前記フライホイール20とを固定するように構成した。
【0037】
より具体的には、フライホイール・バッテリにおいて、フライホイール20を、ボス20aとリム20bとボス20aとリム20bを所定の間隔をおいて接続する4個のスポーク20cとから構成してリム20bの円周にロータ20dを取り付けると共に、シャフト14をシャフト半部14a,14bに2分割し、フライホイール20をその2分割したシャフト14(シャフト半部14a,14b)に締結部材(ボルト)16を介して締結し、前記シャフト14を発電電動機に接続して電気エネルギを前記フライホイール20の回転エネルギとして蓄積すると共に、前記締結部材を、前記ボス20aの前記スポーク20cの接続位置からオフセットさせた位置に配置するように構成した。
【0038】
【発明の効果】
請求項1項にあっては、円周にロータを備えたフライホイールを2分割したシャフトに締結部材を介して締結すると共に、シャフトを先端側からフライホイールに向けて徐々に径大となるように構成することで、シャフトの大径化を図ることが可能となって回転体としての剛性を上げることができる。それによって危険速度を高回転側に移行させることができ、フライホイールの最大回転数を上げて使用可能範囲を拡大することができる。
【0039】
また、シャフトを分割構造とすることで、シャフトの径および長さでIp/Idのモーメント比を調整することができると共に、曲げ共振周波数も調整することができ、よってモーメント比の設定自由度も向上させることができる。
【0040】
さらには、フライホイールを、ボスとリムとそれらを所定の間隔をおいて接続する複数個のスポークとから一体的に構成してリムの円周にロータを取り付けると共に、ボスのスポークの接続位置からオフセットさせた位置に挿通孔を穿設し、挿通孔に締結部材を挿通させて2分割したシャフトとフライホイールとを固定するように構成したので、回転時にフライホイール自身に作用する遠心力によるフライホイールの各部の変形の影響を低減することができ、締結手段に作用する剪断力を低減できると共に、締結手段配置位置におけるシャフトとボスの間のしゅう動も低下できるので、締結手段のゆるみも回避することができる。このように、締結手段の強度および信頼性も確保することができるので、よって回転体としての剛性を一層上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一つの実施の形態に係るフライホイール・バッテリを、発電電動機も含めて全体的に示す概略図である。
【図2】図1に示すフライホイールの上面をシャフトとの締結状態も含めて示す概略図である。
【図3】図1に示すフライホイールとシャフトを締結するボルトの配置位置例を示す説明図である
【図4】フライホイール・バッテリにおいて回転時のジャイロ効果によるフライホイールの曲げ共振周波数(固有振動数)への影響を示す説明グラフである。
【符号の説明】
10 発電電動機
14 シャフト
16 ボルト(締結手段)
16a ボルト挿通孔
20 フライホイール
20a (フライホイールの)ボス
20b (フライホイールの)リム
20c (フライホイールの)スポーク
20d (フライホイールの)ロータ
22 永久磁石
24 フィラメントワインディング層
26 (発電電動機の)ロータ
30 (発電電動機の)ステータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flywheel battery.
[0002]
[Prior art]
A flywheel battery (flywheel type) that fastens a flywheel having a rotor around the circumference to a shaft divided into two via a fastening member, and connects the shaft to a generator motor to store electric energy as rotational energy of the flywheel. As an example of the power storage device, a technique described in JP-A-52-65804 can be given. In this prior art, the flywheel is formed of a magnetic material into a disc shape.
[0003]
Moreover, as an example in which the flywheel is configured by a boss, a rim, and a plurality of spokes that connect the boss and the rim at a predetermined interval, a technique described in JP-A-2000-287399 can be cited.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this kind of flywheel battery, when the flywheel rotates at a high speed, the bending resonance frequency (natural frequency) of the flywheel itself has a high frequency and a low frequency as shown in FIG. It has the property of branching into two.
The same applies to the nth-order bending resonance wave.
[0005]
The degree of branching of the bending resonance frequency due to the gyro effect is determined by the ratio Ip / Id between the moment of inertia Ip around the rotation axis and the moment of inertia Id around the center of gravity axis perpendicular to the rotation axis. The greater the ratio Ip / Id, the greater the degree of resonance frequency branching with increasing rotation. In a rotating body having a large moment of inertia around the rotation axis such as a flywheel battery, the moment ratio of Ip / Id becomes large, and the influence of the gyro effect becomes remarkable.
[0006]
That is, as shown in FIG. 4, since the rotation speed corresponding to the intersections a, b, c, and d of the carrier line (rotational angular velocity) ω and each resonance frequency becomes a so-called dangerous speed, the maximum rotation speed of the flywheel Must be set in a range that does not exceed the minimum critical speed Na.
[0007]
Therefore, in order to increase the maximum usable rotational speed of the flywheel and expand the usable range, it is effective to increase the rigidity as the rotating body and shift the critical speed Na to the high rotation side.
[0008]
It is also effective to reduce the degree of branching of the resonance frequency by reducing the moment ratio of Ip / Id. If the moment ratio of Ip / Id can be reduced, for example, as shown by an imaginary line in FIG. 4, the degree of branching of the resonance frequency can be reduced, and the critical speed Nac is increased with the intersection point with the transport line ω as ac. It can be shifted to the rotation side.
[0009]
An object of the present invention is to eliminate the above-described problems, and to increase the rigidity as a rotating body to shift the dangerous speed to the high rotation side and to adjust the moment ratio, and thus to increase the maximum rotation speed of the flywheel. It is an object of the present invention to provide a flywheel battery that can be lifted to expand the usable range.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in claim 1, a flywheel having a rotor on the circumference is fastened to a shaft divided into two via a fastening member, and the shaft is connected to a generator motor. In a flywheel battery that stores electrical energy as rotational energy of the flywheel, the shaft is configured to gradually increase in diameter from the tip side toward the flywheel, and the flywheel includes a boss and a rim. is attached to the rotor circumferentially of said integrally formed rim and a plurality of spokes connecting the boss and the rim at a predetermined interval, is offset from the connecting position of the spokes of the front Symbol boss to bored an insertion hole at a position to secure the insertion hole the fastening member inserted through allowed by the two divided shafts into and between the flywheel Configuration was.
[0011]
A flywheel having a rotor on the circumference is fastened to a shaft divided into two via a fastening member , and the shaft is configured to gradually increase in diameter from the tip side toward the flywheel. The diameter can be increased, and the rigidity of the rotating body can be increased. Thereby, the critical speed can be shifted to the high rotation side, and the usable range can be expanded by increasing the maximum rotation speed of the flywheel.
[0012]
Further, by making the shaft into a divided structure, the moment ratio of Ip / Id can be adjusted by the diameter and length of the shaft, and the bending resonance frequency can also be adjusted. Can be improved.
[0013]
Furthermore, the flywheel, the boss and the rim and with them integrally formed from a plurality of spokes that connect with a predetermined gap attaching the rotor to the circumference of the rim, the connection position of the ball scan spoke Since the insertion hole is drilled at the position offset from the shaft and the fastening member is inserted through the insertion hole so as to fix the divided shaft and the flywheel, the centrifugal force acting on the flywheel itself is rotated. The influence of deformation of each part of the flywheel can be reduced, the shearing force acting on the fastening means can be reduced, and the sliding between the shaft and the boss at the fastening means placement position can be reduced, so that the fastening means can be loosened. It can be avoided. Thus, the strength and reliability of the fastening means can be ensured, and therefore the rigidity of the rotating body can be further increased.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a flywheel battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0015]
FIG. 1 is a schematic view showing the entire flywheel battery including a generator motor.
[0016]
In FIG. 1, reference numeral 10 indicates the generator motor, and the generator motor 10 includes a housing 12. Inside the housing 12, a shaft 14 and a flywheel 20 that is fixed (fastened) through four bolts (fastening means) 16 through the bolt insertion holes 16 a are fastened and accommodated. Incidentally, the generator motor 10 is configured as a so-called flywheel battery as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-0665804 using the rotation of the flywheel 20 as stored energy.
[0017]
The shaft 14 is made of an iron material, and is made up of shaft half portions 14a and 14b as shown. The shaft halves 14 a and 14 b are both configured to have a large diameter from the tip side toward the flywheel 20.
[0018]
FIG. 2 is a schematic view showing the upper surface of the flywheel 20 including the fastening state with the shaft.
[0019]
As apparent from FIG. 2, the flywheel 20 has a wheel shape when viewed from above, and includes a boss 20a at the center, and is fixed (fastened) to the shaft halves 14a and 14b with bolts 16 on both sides of the boss (hub) 20a. Thus, the flywheel 20 is configured to be rotatable via the shaft 14.
[0020]
Between the boss 20a of the flywheel 20 and the annular rim 20b on the circumferential side, a plurality of (four) spokes extending from the boss 20a toward the rim 20b with a predetermined interval (90 degrees) ( Arm) 20c is integrally connected. The boss 20a, the rim 20b and the spoke 20c are made of an aluminum material. The rim 20b is formed to be relatively thin, and a rotor 20d made of a carbon fiber reinforced resin material is press-fitted and attached to the further circumferential side.
[0021]
As shown in the figure, the rotor 20d has a donut shape in a top view, and is composed of a plurality of pieces, for example, five pieces, each formed by laminating carbon fiber reinforced resins. Each piece is sequentially press-fitted into the outer periphery of the rim 20b.
[0022]
Thus, by manufacturing the rotor 20d from carbon fiber reinforced resin, it is possible to make the rotor 20d have high rotational strength while being lightweight. That is, energy E is
E = 1/2 (Ip × ω 2 ) [J]
However, by increasing the rotational strength, the rotational angular velocity ω can be increased, in other words, it can be rotated at high speed (this rotation is high speed and reaches several tens of thousands rpm). As a result, a flywheel battery having a high energy density can be realized.
[0023]
A permanent magnet 22 is disposed on the outer periphery of the half portion 14b of the shaft 14, and the permanent magnet 22 is wound around the shaft 14 with a filament winding layer 24 to constitute a rotor (rotor) 26 of a generator motor. On the other hand, a stator (stator winding) 30 is fixed to the housing 12 with a predetermined gap (gap) from the rotor 26.
The rotor 26 and the stator 30 constitute a generator / motor.
[0024]
The shaft 14 (and the flywheel 20 fastened to the shaft 14) is rotatably accommodated in the housing 12 via a bearing 32. The bearing 32 is shown as a ball bearing for simplification of illustration, but actually comprises a magnetic bearing and supports the shaft 14 in a non-contact manner. Further, the interior 34 of the housing 12 is connected to a decompression device (not shown) and is configured to be held in a vacuum so as to reduce the air resistance when the flywheel 20 rotates.
[0025]
In the generator motor 10, the stator 30 is energized through an energization circuit (not shown) during charging, and the stator 30 and the rotor 26 operate as an electric motor to rotate the flywheel 20. At the time of discharging, the stator 30 and rotor 26 serve as a generator. Operates and converts the rotation of the flywheel 20 into electrical energy. The electric power thus generated is taken out through a circuit (not shown) and used for a desired application.
[0026]
What is characteristic in the illustrated configuration is that the flywheel 20 is composed of four spokes 20c that connect the boss 20a, the rim 20b, the boss 20a, and the rim 20b at a predetermined interval, and the circumference of the rim 20b. The rotor 20d is attached to the shaft 14 and the shaft 14 is divided into two half shaft portions 14a and 14b. The flywheel 20 is fastened to the two divided shafts 14 (shaft half portions 14a and 14b) via bolts (fastening members) 16. It is that.
[0027]
That is, since the shaft 14 is divided into two parts without being pierced by the boss 20a and the shaft 14 is press-fitted, the diameter of the shaft 14 can be increased and the rigidity as a rotating body can be increased. Can be raised. Thereby, the critical speed can be shifted to the high rotation side, and the usable range can be expanded by increasing the maximum number of rotations of the flywheel 20.
[0028]
Furthermore, by making the shaft 14 into a divided structure, the bending resonance frequency and the moment ratio can be adjusted by the diameter and length of the shaft 14, and the degree of freedom of setting them can be improved. Therefore, the adjustment of the moment ratio required by the magnetic bearing 32 is facilitated. Further, it is not necessary to secure a press-fitting allowance between the boss 20a and the shaft 14.
[0029]
However, as mentioned above, the flywheel 20 is generated during high rotation, the respective parts by the centrifugal force of its own deformation, specifically, modified as each section is inflated radially outward. Therefore, it is necessary to determine the arrangement position of the bolt 16 in consideration of this point.
[0030]
This will be described with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3 (a), the bolt 16 is disposed at the connection position of the spoke 20c of the boss 20a, that is, at the root of the spoke 20c. The position of the boss 20a offset from the connection position of the spoke 20c, as shown in FIG. 5B, that is, when it is placed between the spokes 20c, and the root of the spoke 20c and the spoke 20c as shown in FIG. The case where it arrange | positions together between is considered.
[0031]
In this case, as shown in FIG. 3 (a) (c), if you drilled bolt insertion hole 16a at the base of the spokes 20c placing bolt 1 6 therein, is pulled by the centrifugal force acting on the spoke 20c Since the bolt insertion hole 16a moves in the radial direction (centrifugal force acting direction), a large shearing force is generated in the bolt 16. In addition, the movement causes a sliding between the shaft 14 and the bolt 16 and causes the bolt 16 to loosen.
[0032]
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 3B, the bolt 16 is disposed at a position offset from the connection position of the spoke 20c of the boss 20a, that is, between the spokes 20c. Thereby, the influence of deformation of each part of the flywheel 20 due to the centrifugal force acting on the flywheel 20 itself during rotation can be reduced.
[0033]
That is, the displacement amount of the bolt insertion hole 16a due to the centrifugal force acting on the spoke 20c can be reduced, and the shear force acting on the bolt 16 and the bolt 14 in the bolt insertion hole 16a causing loosening of the bolt 16 and the boss 20 can be reduced. Since the sliding of a can also be reduced, loosening of the bolt 16 can be avoided. Thus, since the strength and reliability of the fastening means 16 can be ensured, the rigidity of the rotating body can be further increased.
[0034]
As shown in FIG. 2, the bolt 16 is arranged at the exact center position between the adjacent spokes 20c, but it is sufficient to arrange the bolt 16 at a position offset from the connection position of the left spoke 20c. The center position may not be shifted to the left and right.
[0035]
Needless to say, the example of the fastening means is not limited to the bolt 16, and the number of the bolts 16 is not limited to the number shown in the drawing.
[0036]
In this embodiment, as described above, the flywheel 20 having the rotor 20d on the circumference is fastened to the shaft 14 (shaft halves 14a and 14b) divided into two via fastening members (bolts 16), and the shaft In a flywheel battery in which electrical energy is stored as rotational energy of the flywheel 20 by connecting 14 to a generator motor, the shaft 14 is configured to gradually increase in diameter from the tip side toward the flywheel 20. The flywheel is integrally configured with a boss 20a, a rim 20b, and a plurality of spokes 20c that connect the boss and the rim at a predetermined interval, and the rotor 20 is attached to the circumference of the rim. together, bored an insertion hole 16a at a position is offset from the connecting position of the spokes of the front Symbol boss, the insertion hole 1 and configured to secure the bisected shaft 14 and said flywheel 20 inserted through so the fastening member 16 to a.
[0037]
More specifically, in the flywheel battery, the flywheel 20 is configured by four spokes 20c that connect the boss 20a, the rim 20b, the boss 20a, and the rim 20b at a predetermined interval, and the rim 20b. The rotor 20d is attached to the circumference, the shaft 14 is divided into two half shafts 14a and 14b, and the flywheel 20 is divided into two divided shafts 14 (shaft half portions 14a and 14b) via fastening members (bolts) 16. The shaft 14 is connected to a generator motor to accumulate electrical energy as rotational energy of the flywheel 20, and the fastening member is offset from the connection position of the spoke 20c of the boss 20a. Configured to place.
[0038]
【The invention's effect】
In claim 1, the flywheel having a rotor around the circumference is fastened to a shaft divided into two via a fastening member, and the diameter of the shaft gradually increases from the tip side toward the flywheel. With this configuration, it is possible to increase the diameter of the shaft and increase the rigidity of the rotating body. Thereby, the critical speed can be shifted to the high rotation side, and the usable range can be expanded by increasing the maximum rotation speed of the flywheel.
[0039]
Further, by making the shaft into a divided structure, the moment ratio of Ip / Id can be adjusted by the diameter and length of the shaft, and the bending resonance frequency can also be adjusted. Can be improved.
[0040]
Furthermore, the flywheel, the boss and the rim and with them integrally formed from a plurality of spokes that connect with a predetermined gap attaching the rotor to the circumference of the rim, the connection position of the ball scan spoke Since the insertion hole is drilled at the position offset from the shaft and the fastening member is inserted through the insertion hole so as to fix the divided shaft and the flywheel, the centrifugal force acting on the flywheel itself is rotated. The influence of deformation of each part of the flywheel can be reduced, the shearing force acting on the fastening means can be reduced, and the sliding between the shaft and the boss at the fastening means placement position can be reduced, so that the fastening means can be loosened. It can be avoided. Thus, the strength and reliability of the fastening means can be ensured, and therefore the rigidity of the rotating body can be further increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a flywheel battery according to an embodiment of the present invention as a whole including a generator motor.
FIG. 2 is a schematic view showing the top surface of the flywheel shown in FIG. 1 including a fastening state with a shaft.
FIG. 3 is an explanatory view showing an example of an arrangement position of a bolt for fastening a flywheel and a shaft shown in FIG. 1. FIG. 4 is a bending resonance frequency (natural vibration) of the flywheel due to a gyro effect at the time of rotation in the flywheel battery. It is explanatory graph which shows the influence on number).
[Explanation of symbols]
10 generator motor 14 shaft 16 bolt (fastening means)
16a Bolt insertion hole 20 Flywheel 20a (flywheel) boss 20b (flywheel) rim 20c (flywheel) spoke 20d (flywheel) rotor 22 Permanent magnet 24 Filament winding layer 26 (generator motor) rotor 30 Stator (of generator motor)

Claims (1)

円周にロータを備えたフライホイールを2分割したシャフトに締結部材を介して締結し、前記シャフトを発電電動機に接続して電気エネルギを前記フライホイールの回転エネルギとして蓄積するフライホイール・バッテリにおいて、前記シャフトを先端側から前記フライホイールに向けて徐々に径大となるように構成し、前記フライホイールを、ボスとリムと前記ボスとリムを所定の間隔をおいて接続する複数個のスポークとから一体的に構成して前記リムの円周に前記ロータを取り付けると共に、前記ボスの前記スポークの接続位置からオフセットさせた位置に挿通孔を穿設し、前記挿通孔に前記締結部材を挿通させて前記2分割したシャフトと前記フライホイールとを固定したことを特徴とするフライホイール・バッテリ。In a flywheel battery that fastens a flywheel having a rotor on the circumference to a shaft divided into two via a fastening member, and connects the shaft to a generator motor to store electric energy as rotational energy of the flywheel. The shaft is configured to gradually increase in diameter from the tip side toward the flywheel, and the flywheel includes a plurality of spokes that connect the boss, the rim, and the boss and the rim at a predetermined interval. inserted with and integrally formed mounting the rotor to the circumference of the rim, bored an insertion hole at a position is offset from the connecting position of the spokes of the front Symbol boss, the fastening member into the insertion hole from A flywheel battery characterized in that the shaft divided into two and the flywheel are fixed.
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