JP4914060B2 - フライホイール発電機 - Google Patents
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Description
フライホイール発電機の構造面では、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付け、大気中で通常の軸受を用いて運転するものの他に、密閉容器内に、浮上用マグネットとこの浮上用マグネットと対向して位置する高温超電導体から成る浮上用バルクで構成される磁気軸を用い、かつ、密閉容器内での回転子の周囲気圧を0.1atmから0.4atmの間に設定して運転される技術が開示されている。(例えば特許文献2を参照)
前記フライホイール回転軸と記第1の伝動機構との間に設けられた第1のクラッチと、前記フライホイール回転軸と前記第2の伝動機構との間に設けられた第2のクラッチと、
前記フライホイールの外周に等間隔で固定された複数の回転用永久磁石と、該回転用永久磁石に対向して離間配置された電磁石と、を備え、前記回転用永久磁石は、前記電磁石に対して、前記フライホイールの回転方向に向かって離間するように傾斜配置されていることを特徴とするフライホイール発電機である。
第1クラッチ13を閉じ、第2クラッチ22を開いた状態にする。この状態で起動モータ16を所定方向に回転させると、起動モータ16の回転力は、伝動ベルトを介して第1プーリ14に伝達され、第1プーリ回転軸14aを回転させる。その際、第1クラッチ13が閉じているので、第1プーリ回転軸14aとフライホイール回転軸11aとは連結されている。従って、第1プーリ回転軸14aの回転はフライホイール回転軸11aに伝動されて、フライホイール回転軸11aを回転させ、このフライホイール回転軸11aに固定されているフライホイール11を起動して回転させる。
フライホイール11が起動回転した後に、第1クラッチ13を開いた状態にして第1プーリ14との結合から開放する。その状態で、所定のタイミングで一対の電磁石19にパルス通電をおこなう。すなわち、パルス通電のタイミングは、回転用永久磁石18が電磁石19に対して回転方向に先行してずれた位置である出口側でおこなう。電磁石19の励磁の結果、電磁石19と回転用永久磁石18との間に生じた蹴り出し力により、フライホイール11には回転力が付加されて連続的に回転する。フライホイール11が回転した後は、電磁石19へのパルス通電を停止しても、フライホイール11は慣性により自然停止までの所定時間の間は自力で回転を継続する。
この場合、図5に部分拡大模式図を示すように、電磁石19による回転用永久磁石18への蹴り出し力は、回転用永久磁石18が、半径方向に対して外周側の辺(または、内周側の辺)が直交方向ではなく、直交方向と傾斜して配置されている。したがって、電磁石19にパルス通電をおこなうパルス通電のタイミングを出口側でおこなえば、回転用永久磁石18の外周側の辺18aに作用した後に連続して回転用永久磁石18の半径方向(フライホイール11の)の辺18bにも作用させることができる。その結果、回転用永久磁石18に対して強い蹴り出し力を付与することができる。実際に、実験でもパルス通電のタイミングを、回転用永久磁石18が電磁石19に対して回転方向に先行してずれた、出口側の斜めの位置で電磁石19に対して励磁をおこなうことが,蹴り出し力の増強に効果的であることを確認している。
フライホイール11が所定の回転数に達した時点で、第1クラッチ13と第2クラッチ22の双方を閉状態にする。2つのクラッチ13、22の作用により、フライホイール回転軸11a、第1プーリ回転軸14aおよび第2プーリ回転軸23aとは同心状態で結合される。この結合により、フライホイール11の回転は、フライホイール回転軸11aと第1プーリ回転軸14aを経由して第2プーリ回転軸23aに伝達され第2プーリ回転軸23aを回転させる。第2プーリ回転軸23aを回転は、第2プーリ23を回転させ、更に、伝動ベルト25を介して発電機プーリ27を回転させる。発電機プーリ27は発電機26の回転軸に固定されているので、回転軸を介して発電機26を回転させて発電する。
モータ定格とトルクの関係式から算出
N;回転数(rpm)、 T;トルク(Nm)、 H;定格電力kwとすると、
H={T(2πN)/60}/1000・・・・・・・・(式1)
(式1)を変形すると、
T=(60000/2π)H/N・・・・・・・・・・・(式2)
また、単位の換算で、 1kg=9.80Nm
1Nm=0.101972kg・mである。
(式2)より
TA(Nm)=(60000/2π)2.2/400
Nmをkgに単位換算すると
TA(kg)=(974×2.2)/400
=5.36kg・m
(B)フライホイール11の外周部に形成されたステピィングモータによるトルク(TB)
直径φ1.5mのフライホイール11で、このフライホイール11に対する電磁石19と回転用永久磁石18とによる反発力による蹴り出し力が8kgであり、かつ、2ヶ所に設けられているので、
TB=(8×1.5/2)×2=12kg・m
したがって、フライホイール11の回転軸11aのトルクTFは、
TF=TA+TB=5.36kg・m+12kg・m=17.36kg・m となる。
TG=17.36/(600/400)=11.57kg・mとなる。
TH=(6.7×974)/600=10.87kg・mとなる。
TG=11.57kg・m>TH=10.87kg・mの関係となる。
Claims (1)
- 起動モータと、この起動モータの回転が第1の伝動機構を介して伝達されるフライホイールと、このフライホイールの回転が第2の伝動機構を介して伝達される発電機を具備したフライホイール発電機であって、
前記フライホイール回転軸と記第1の伝動機構との間に設けられた第1のクラッチと、前記フライホイール回転軸と前記第2の伝動機構との間に設けられた第2のクラッチと、
前記フライホイールの外周に等間隔で固定された複数の回転用永久磁石と、該回転用永久磁石に対向して離間配置された電磁石と、を備え、前記回転用永久磁石は、前記電磁石に対して、前記フライホイールの回転方向に向かって離間するように傾斜配置されていることを特徴とするフライホイール発電機。
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