JP5401865B2 - Flywheel emergency stop device - Google Patents
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Description
本発明は、フライホイール緊急停止装置に関する。 The present invention relates to a flywheel emergency stop device.
フライホイールを使用して電力の蓄電を行うフライホイール式蓄電装置は、フライホイール、容器、モータ/発電機及び軸受部から構成されている。フライホイール式蓄電装置は、電力をフライホイールの回転エネルギーに変換することによって蓄電するようにしたものである。このフライホイール式蓄電装置では、蓄電時のフライホイール及びモータ/発電機の回転を阻害する空気抵抗及び軸受の摩擦をできるだけ低減する必要がある為、モータ/発電機及びフライホイールは真空中で作動させられ、またモータ/発電機を支持する軸受には、磁気軸受等を採用することによって軸受における摩擦をなくしている。そして、このようなフライホイール式蓄電装置では、不測の事態に備えて、回転するフライホイールを停止させる機能が搭載されている。そのフライホイールを停止させる方法として、フライホイールをフリーランさせる方法と、フライホイールの回転によって発生する電力をフライホイール式蓄電装置の制御機構によって消費する方法と、回転するフライホイールに大きな制動力を強制的に付加する方法とが存在する。 A flywheel power storage device that uses a flywheel to store electric power includes a flywheel, a container, a motor / generator, and a bearing. The flywheel power storage device stores power by converting electric power into rotational energy of the flywheel. In this flywheel power storage device, it is necessary to reduce the air resistance and the bearing friction that impede rotation of the flywheel and motor / generator during power storage, so the motor / generator and flywheel operate in vacuum. In addition, a magnetic bearing or the like is used for the bearing that supports the motor / generator to eliminate friction in the bearing. Such a flywheel power storage device is equipped with a function of stopping the rotating flywheel in preparation for an unexpected situation. As a method of stopping the flywheel, a method of free-running the flywheel, a method of consuming electric power generated by the rotation of the flywheel by the control mechanism of the flywheel power storage device, and a large braking force on the rotating flywheel. There is a method of forcibly adding.
例えば、大きな制動力を強制的に付加することによって回転するフライホイールを停止させる技術として、下記特許文献1には、フライホイール緊急停止装置が、発電電動機と同軸に設けられた主軸に複数段にわたって装着されたフライホイールを個々に収容するケーシングの内部に、フライホイールとの摩擦力を高めると共に摩擦力によって発生する熱を効果的に除去することが出来る高比熱、高蒸発潜熱の液体を注入することが開示されている。また、下記特許文献2には、フライホイールに装着された回転軸の端部に、永久磁石を備えた被制動筒を固定し、強磁性体を備えた制動筒を被制動筒と同心に配置し、緊急時にこの制動筒を被制動筒に対向させことによって制動筒に渦電流が惹起されて、回転軸に制動力が加わる技術が開示されている。
ところで、上記従来技術では、フライホイールをフリーランさせる方法、またはフライホイールの回転によって発生する電力をフライホイール式蓄電装置の制御機構によって消費する方法によって、フライホイールの回転を停止させているが、このような方法では、安全にフライホイールを停止させることができるが、フライホイールが完全に停止するまでに長い時間を必要としてしまう。その為、緊急にフライホイールを停止させなければならない場合に、このような方法を採用することは適切ではない。 By the way, in the above prior art, the flywheel rotation is stopped by a method of free running the flywheel or a method of consuming electric power generated by the rotation of the flywheel by the control mechanism of the flywheel power storage device. In such a method, the flywheel can be stopped safely, but a long time is required until the flywheel stops completely. For this reason, it is not appropriate to adopt such a method when the flywheel must be stopped urgently.
また、フライホイールに大きな制動力を強制的に付加することによってフライホイールの回転を停止させる方法では、フライホイールに強制的に制動力を付加する為にフライホイール式蓄電装置と同程度の大きさのフライホイール緊急停止装置が必要となってしまう。フライホイール式蓄電装置には、家庭に設置されて余剰電力を蓄電するような小型のものも存在するが、フライホイールの直径が数mになる巨大なフライホイール式蓄電装置も存在する。このような巨大なフライホイール式蓄電装置のフライホイールを停止させる場合には、そのフライホイール式蓄電装置の規模に比例してフライホイール緊急停止装置の規模も巨大になってしまう。そして、このような巨大なフライホイール緊急停止装置を設置する為には、多くの費用及び広い敷地が必要となってしまう。 In addition, in the method of stopping the rotation of the flywheel by forcibly applying a large braking force to the flywheel, the size is about the same as that of a flywheel power storage device in order to forcibly apply the braking force to the flywheel. A flywheel emergency stop device is required. There are small flywheel power storage devices that are installed at home and store surplus power, but there are also huge flywheel power storage devices with a flywheel diameter of several meters. When the flywheel of such a huge flywheel power storage device is stopped, the scale of the flywheel emergency stop device becomes large in proportion to the scale of the flywheel power storage device. And in order to install such a huge flywheel emergency stop apparatus, many expenses and a large site will be needed.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、フライホイール式蓄電装置のフライホイールを短時間で停止することが出来ると共に自己の規模がフライホイール式蓄電装置の規模に依存しないフライホイール緊急停止装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and can fly the flywheel of a flywheel type power storage device in a short time and the flywheel whose own scale does not depend on the scale of the flywheel type power storage device An object is to provide an emergency stop device.
上記目的を達成するために、本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第1の解決手段として、フライホイール式蓄電装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電力を供給する系統負荷より負荷の大きい負荷装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電気的に接続する接続先を切り替える接続先切替手段と、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記フライホイール式蓄電装置と前記負荷装置とを前記接続先切替手段に接続させ、前記フライホイール式蓄電装置に前記負荷装置へ対して電力を供給させる制御手段とを具備するという手段を採用する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first solving means related to a flywheel emergency stop device, a flywheel power storage device and a load larger than a system load to which the flywheel power storage device supplies power When receiving a load device, a connection destination switching means for switching a connection destination to which the flywheel power storage device is electrically connected, and a flywheel emergency stop instruction, the flywheel power storage device and the load device are connected to the connection destination. A means is adopted that is connected to a switching means and includes a control means that causes the flywheel power storage device to supply electric power to the load device.
本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記負荷装置は、前記フライホイール式蓄電装置を冷却する冷却装置であるという手段を採用する。 In the present invention, as the second solving means relating to the flywheel emergency stop device, in the first solving means, means is adopted in which the load device is a cooling device for cooling the flywheel power storage device.
本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記負荷装置は、前記フライホイール式蓄電装置の外壁に密着するように設けられた冷却水配管内の冷却水を循環させる冷却水循環ポンプと、冷却水循環ポンプに送風する冷却ファンとから構成されているという手段を採用する。 In the present invention, as a third solving means related to the flywheel emergency stop device, in the first or second solving means, the load device is provided so as to be in close contact with an outer wall of the flywheel power storage device. A means is adopted that is constituted by a cooling water circulation pump that circulates the cooling water in the cooling water piping and a cooling fan that blows air to the cooling water circulation pump.
本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第4の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記制御手段は、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記冷却ポンプ及び前記冷却ファンを同時に起動させるという手段を採用する。 In the present invention, as a fourth solving means relating to the flywheel emergency stop device, in the second solving means, when the control means accepts a flywheel emergency stop instruction, the cooling pump and the cooling fan are simultaneously activated. Adopt the means to let.
本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第4の解決手段として、上記第2の解決手段において、前記制御手段は、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、まず前記冷却ポンプのみを起動させ、前記フライホイール式蓄電装置が蓄電する電力量に応じて前記冷却ファンを起動させるという手段を採用する。 In the present invention, as the fourth solving means relating to the flywheel emergency stop device, in the second solving means, when receiving the flywheel emergency stop instruction, the control means first activates only the cooling pump, A means for starting the cooling fan in accordance with the amount of power stored in the flywheel power storage device is employed.
本発明によれば、フライホイール緊急停止装置が、フライホイール式蓄電装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電力を供給する系統負荷より負荷の大きい負荷装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電気的に接続する接続先を切り替える接続先切替手段と、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記フライホイール式蓄電装置と前記負荷装置とを前記接続先切替手段に接続させ、前記フライホイール式蓄電装置に前記負荷装置へ対して電力を供給させる制御手段とを具備することによって、フライホイール式蓄電装置のフライホイールの回転を短時間で停止することが出来る。また、このフライホイール緊急停止装置では、フライホイール式蓄電装置に蓄電された電力を負荷装置に消費させる方法によってフライホイールの回転を停止させる為、フライホイール緊急停止装置の規模をフライホイール式蓄電装置の規模に比例させて大きくする必要がない。 According to the present invention, the flywheel emergency stop device includes a flywheel power storage device, a load device having a load larger than a system load to which the flywheel power storage device supplies power, and the flywheel power storage device is electrically Connection destination switching means for switching the connection destination to be connected to, and when receiving a flywheel emergency stop instruction, the flywheel power storage device and the load device are connected to the connection destination switching means, and the flywheel power storage device By including a control unit that supplies electric power to the load device, the rotation of the flywheel of the flywheel power storage device can be stopped in a short time. Further, in this flywheel emergency stop device, the flywheel emergency stop device is scaled to reduce the scale of the flywheel emergency stop device in order to stop the rotation of the flywheel by the method of consuming the power stored in the flywheel power storage device to the load device. There is no need to increase it in proportion to the scale of the.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本発明のフライホイール緊急停止装置に関する。図1は本実施形態に係るフライホイール緊急停止装置Aの外観における概要を示す模式図である。図1に示すように、フライホイール緊急停止装置Aでは、フライホイール式蓄電装置1の周囲に冷却器2び冷却ファン3が取り付けられている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention relates to a flywheel emergency stop device of the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of the appearance of a flywheel emergency stop device A according to this embodiment. As shown in FIG. 1, in the flywheel emergency stop device A, a
フライホイール式蓄電装置1は、フライホイールチャンバ1aによって、フライホイール、モータ/発電機等の各種内部機構が収容されており、外部から供給される電力をフライホイールの回転エネルギーに変換して保存するものである。なお、フライホイール及びモータ/発電機等の詳細については、後述する。冷却器2は、冷却水配管2a及び冷却水循環ポンプ2bから構成されおり、冷却水の循環によってフライホイール式蓄電装置を冷却するものである。
The flywheel
上記冷却水配管2aは、フライホイールチャンバ1aの外壁へ密接して設けられたループ状の配管であり、内部に冷却媒体としての冷却水を収容する。この冷却水配管2aに収容されている冷却水と、フライホイール式蓄電装置1から発生する熱との熱交換によってフライホイール式蓄電装置1は、冷却される。そして、この冷却水配管2aは、その途中部位に冷却循環ポンプが2bが設けられている。冷却水循環ポンプ2bは、一定の流量によって冷却水を冷却水配管2a内を循環させるポンプである。そして、冷却ファン3は、冷却水循環ポンプ2bを冷却する為の風を供給するものであり、冷却水循環ポンプ2bに送風できる位置に複数台設けられている。
The
次に、フライホイール緊急停止装置Aの機能構成について、図2を参照して、説明する。図2は、実施形態に係るフライホイール緊急停止装置Aの機能ブロック図である。なお、図2における実線矢印は電力の流れを示し、点線矢印は制御信号の流れを示す。フライホイール緊急停止装置Aは、図2に示すように、フライホイール式蓄電装置1、冷却水循環ポンプ2b、冷却ファン3、操作部4、接続先切替スイッチ5、コンバータ6及び第1インバータ7から構成されている。
Next, the functional configuration of the flywheel emergency stop device A will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a functional block diagram of the flywheel emergency stop device A according to the embodiment. 2 indicate the flow of power, and the dotted arrow indicates the flow of control signals. As shown in FIG. 2, the flywheel emergency stop device A includes a flywheel
そして、上記フライホイール式蓄電装置1は、フライホイール1b、モータ/発電機1c及びインバータ/コンバータ1d、換気ファン1e、制御部1f及び第2インバータ1gから構成されている。このフライホイール式蓄電装置1は、各種設備及び機器等から構成されるAC負荷の二次電源として活用されるものである。通常時、AC負荷(例えばAC440V)には、AC系統(例えばAC440V)からAC直送経路を介して電力が供給されるが、AC負荷へ供給する電力に電力不足等の問題が発生した場合に、フライホイール式蓄電装置1が、AC負荷へ電力をAC系統からの代わりに供給する。
The flywheel
フライホイール1bは、モータ/発電機1cの回転軸と同心に誘導回転している円盤である。このフライホイール1bは、モータ/発電機1cの回転駆動によって回転し、モータ/発電機1cによる回転駆動が停止しても慣性によって回転し続ける。
モータ/発電機1cは、慣性によって回転するフライホイール1bの回転速度を減速させることにより回転エネルギーが回生エネルギーに変換されることによって発電機として交流電力を発生させるものであり、当該交流電力をインバータ/コンバータ1dに出力する。また、このモータ/発電機1cは、モータとしてインバータ/コンバータ1dから供給される交流の駆動電力によって、フライホイール1bを駆動する。なお、フライホイール式蓄電装置1では、フライホイール1b及びモータ/発電機1cの動作を妨げる空気抵抗を低減する為に、フライホイール1b及びモータ/発電機1cは、真空にされた容器に収容されている。
The
The motor /
インバータ/コンバータ1dは、制御部1fによる制御の下、インバータとしてコンバータ6から供給されるDC中間電圧(例えば、600V)の直流の駆動電力を交流の駆動電力に変換し、当該駆動電力によってモータ/発電機1cをモータとして駆動する。また、インバータ/コンバータ1dは、制御部1fによる制御の下、コンバータとしてモータ/発電機1cから供給される交流電力をDC中間電圧の直流電力に変換して、この直流電力を第1インバータ7及び第2インバータ1gに出力する。そして、第1インバータ7は、直流電流を交流電流に変換して、この交流電力をAC負荷または冷却水循環ポンプ2bと冷却ファン3に供給する。また、第2インバータ1gは、直流電流を交流電流に変換して、この交流電力を換気ファン1e及び制御部1fに供給する。
The inverter /
換気ファン1eは、制御部1fの制御の下、第2インバータ1gから供給される電力によって動作し、制御部1fから発生する熱を外部に放出するファンである。
制御部1fは、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)から構成される内部メモリ並びに上記換気ファン1e及びインバータ/コンバータ1dと信号の入出力をそれぞれ行うインタフェース回路等から構成されており、上記ROMに記憶された制御プログラム、操作部4が受け付ける操作指示に基づいてフライホイール緊急停止装置Aの全体動作を制御する。
第2インバータ1gは、コンバータ6またはインバータ/コンバータ1dから供給されるDC中間電圧の直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を換気ファン1e及び制御部1fに供給する。
The
The control unit 1f is an internal memory composed of a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and an interface for inputting / outputting signals to / from the
The
冷却水循環ポンプ2bは、接続先切替スイッチ5による接続先の切替によってフライホイール式蓄電装置1から第1インバータ7を介して電力が供給され、操作部4がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部1fの制御の下、冷却水配管2a内の冷却水の循環を開始する。
冷却ファン3は、接続先切替スイッチ5による接続先の切り替えによってフライホイール式蓄電装置1から第1インバータ7を介して電力が供給され、操作部4がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部1fの制御の下、冷却水循環ポンプ2bに対する送風を開始する。
The cooling
When the cooling
操作部4は、ユーザによる操作キーの操作によってフライホイール緊急停止指示を受け付けて制御部1fに出力する。
接続先切替スイッチ5は、操作部4が受け付けたフライホイール緊急停止指示に基づいて、第1インバータ7の電気的な接続先を冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3へ切り替える、すなわちフライホイール式蓄電装置1の電力供給先を切り替えるスイッチである。
コンバータ6は、AC系統から供給される交流の電力をDC中間電圧の直流電力に変換し、この著旧電力を第1インバータ7、インバータ/コンバータ1d及び第2インバータ1gに供給する。
第1インバータ7は、コンバータ6及びインバータ/コンバータ1dから供給されるDC中間電圧の直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をAC負荷または冷却水循環ポンプ2bと冷却ファン3に供給する。
The
The connection
The
The first inverter 7 converts DC intermediate voltage DC power supplied from the
次に、このように構成されたフライホイール緊急停止装置Aの動作について詳しく説明する。
まず、制御部1fは、フライホイール式蓄電装置1へコンバータ6から直流の駆動電流が供給される場合に、インバータ/コンバータ1dをインバータとして作動させて、モータ/発電機1cにフライホイール1bを回転駆動させる。そして、制御部1fは、モータ/発電機1cによる駆動によって、5分〜15分をかけてフライホイール1bを12000rpm(revolutions per minute:毎分回転数)まで加速させる。そして、制御部1fは、フライホイール1bが、12000rpmまで加速すると、フライホイール1bの回転を維持させる最低源の電力のみをモータ/発電機1cへインバータ/コンバータ1dに供給させて、フライホイール1bの12000rpmの回転状態を維持する。
Next, operation | movement of the flywheel emergency stop apparatus A comprised in this way is demonstrated in detail.
First, when a direct current drive current is supplied from the
そして、操作部4がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部1fは、インバータ/コンバータ1dをコンバータとして作動させることによって、モータ/発電機1cが出力する交流電流を直流電流に変換して、インバータ/コンバータ1dにこの直流電流を出力させる。さらに、制御部1fは、インバータ/コンバータ1dから第2インバータ1gを介して供給される交流電流によって換気ファン1eを作動させる。
And if the
接続先切替スイッチ5では、操作部4がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部1fの制御の下、第1インバータ7をAC負荷へ接続または何にも接続していない状態から冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3へ電気的に接続させる。そして、このことによって、第1インバータ7が、フライホイール式蓄電装置1からの直流電流を変換した交流電力を冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3へ供給する。
In the connection
また、冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3は、操作部4がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部1fの制御の下、第1インバータ7から供給される電力によって作動する。そして、換気ファン1e、冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3の作動によって、フライホイール式蓄電装置1の熱を冷却する。そして、フライホイール式蓄電装置1が全ての電力を放電すると、フライホイール1bの回転が停止する。そして、フライホイール式蓄電装置1が全ての電力を放電することによって電力の供給が停止すると、冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3は、停止する。
Moreover, the cooling
以上のように、本実施形態に係るフライホイール緊急停止装置Aでは、操作部4がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、フライホイール式蓄電装置1において制御部1fが、コンバータとしてインバータ/コンバータ1dに作動させることによって直流電力を出力させると共に接続先切替スイッチ5が第1インバータ7と冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3とを接続することによって、冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3がフライホイール式蓄電装置1に蓄電されている電力を消費する為、フライホイール式蓄電装置1に蓄電される電力を短時間で放電することが出来る。その為、フライホイール1bの回転を短時間で停止させることが出来る。さらに、フライホイール式蓄電装置1において制御部1fが、換気ファン1eを作動させることによって電力を消費させている為、フライホイール1bの回転を短時間で停止させていることが出来る。
As described above, in the flywheel emergency stop device A according to this embodiment, when the
また、このフライホイール緊急停止装置Aでは、フライホイール式蓄電装置1に蓄電されている電力を消費することによってフライホイール1bの回転を停止させている為、フライホイール式蓄電装置1の規模に比例させて自身の規模を拡大する必要がない。また、フライホイール式蓄電装置1では、電力の出力に伴って熱が発生してしまうが、冷却器2及び冷却ファン3の作動によって、温度の上昇を抑えることが出来る。さらに、制御部1fが、換気ファン1eを作動させることによって、制御部1fから発生する熱をフライホイール式蓄電装置1の外部に放出する為、フライホイール式蓄電装置1の温度の上昇を抑えることが出来る。
Further, in this flywheel emergency stop device A, since the rotation of the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
(1)上記実施形態では、フライホイール式蓄電装置1のフライホイール1bの回転を停止させる為に、冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3を同時に起動させたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、まず冷却水循環ポンプ2bのみを起動させ、フライホイール式蓄電装置1が蓄積する電力量に応じて冷却ファン3を起動させるようにしてもよい。
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the cooling
For example, first, only the cooling
(2)上記実施形態では、フライホイール式蓄電装置1のフライホイールの回転を停止させる為に、フライホイール式蓄電装置1に蓄電される電力を短時間で消費する負荷として冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3を採用したが、電力を短時間で消費することが出来る負荷であれば、冷却水循環ポンプ2b及び冷却ファン3以外であってもよい。
(2) In the above embodiment, in order to stop the rotation of the flywheel of the flywheel
A…フライホイール緊急停止装置、1…フライホイール式蓄電装置、1a…フライホイールチャンバ、1b…フライホイール、1c…モータ/発電機、1d…インバータ/コンバータ、1e…換気ファン、1f…制御部、1g…第2インバータ、2…冷却器、2a…冷却水配管、2b…冷却水循環ポンプ、3…冷却ファン、4…操作部、5…接続先切替スイッチ、6…コンバータ、7…第1インバータ
A ... flywheel emergency stop device, 1 ... flywheel power storage device, 1a ... flywheel chamber, 1b ... flywheel, 1c ... motor / generator, 1d ... inverter / converter, 1e ... ventilation fan, 1f ... control unit, DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記フライホイール式蓄電装置が電力を供給する系統負荷より負荷の大きい負荷装置と、
前記フライホイール式蓄電装置が電気的に接続する接続先を切り替える接続先切替手段と、
フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記フライホイール式蓄電装置と前記負荷装置とを前記接続先切替手段に接続させ、前記フライホイール式蓄電装置に前記負荷装置へ対して電力を供給させる制御手段と
を具備し、
前記負荷装置は、前記フライホイール式蓄電装置の外壁に密着するように設けられた冷却水配管内の冷却水を循環させる冷却水循環ポンプと、冷却水循環ポンプに送風する冷却ファンとから構成されていることを特徴とするフライホイール緊急停止装置。 A flywheel power storage device;
A load device having a load larger than a system load for supplying power by the flywheel power storage device;
Connection destination switching means for switching the connection destination to which the flywheel power storage device is electrically connected;
When receiving a flywheel emergency stop instruction, the flywheel power storage device and the load device are connected to the connection destination switching means, and the flywheel power storage device supplies power to the load device; equipped with,
The load device includes a cooling water circulation pump that circulates cooling water in a cooling water pipe provided so as to be in close contact with the outer wall of the flywheel power storage device, and a cooling fan that blows air to the cooling water circulation pump. A flywheel emergency stop device characterized by that.
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