JP5719065B1 - Flywheel power storage device - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電動作時に、フライホイールができるだけ速やかに高回転域に達することができるようにしたフライホイール蓄電装置を提供する。【解決手段】ケース１０と、ケース１０内において固定されたステータ２０とケース内において回転可能に設けられたローターであるフライホイール３０とを有する電動機４０とを備え、電動機４０の作動によるフライホイール３０の回転によって、電力を回転エネルギーとして蓄える装置であって、電動機４０は、主電力によって駆動される主電動機４１と、主電力よりも小さな電力である副電力によって駆動される主電動機４１よりも小型の副電動機４２とを備えている。主電動機４１の内側に副電動機４２が同心状に配置されている。【選択図】図１Provided is a flywheel power storage device in which a flywheel can reach a high rotation speed as quickly as possible during a power storage operation. A flywheel (30) includes a case (10), an electric motor (40) having a stator (20) fixed in the case (10) and a flywheel (30) that is a rotor rotatably provided in the case. The electric motor 40 is a device that stores electric power as rotational energy, and the electric motor 40 is smaller than the main electric motor 41 driven by the main electric power and the main electric motor 41 driven by the sub electric power that is lower than the main electric power. The auxiliary electric motor 42 is provided. A sub motor 42 is concentrically disposed inside the main motor 41. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、車両に搭載できるフライホイール蓄電装置に関するものである。より詳しくは、フライホイールを高速で回転させることにより電力を回転エネルギーの形で蓄え、必要に応じて回転エネルギーを電力に変換するフライホイール蓄電装置に関し、特に、走行と停止の繰り返し頻度の高い車両（例えば、バス、乗用車、路面電車、鉄道車両等）に適したフライホイール蓄電装置に関するものである。   The present invention relates to a flywheel power storage device that can be mounted on a vehicle. More specifically, the present invention relates to a flywheel power storage device that stores electric power in the form of rotational energy by rotating the flywheel at high speed, and converts the rotational energy into electric power as necessary. The present invention relates to a flywheel power storage device suitable for a bus (for example, a bus, a passenger car, a tram, a railcar, etc.).

従来、例えば特許文献１に見られるように、
ケース（２）と、
このケース（２）内において固定されたステータ（３６）とケース（２）内において回転可能に設けられたローターであるフライホイール（１８）とを有する電動機（３５）と、
を備え、電動機（３５）の作動によるフライホイール（１８）の回転によって、電力を回転エネルギーとして蓄えるフライホイール蓄電装置が知られている。 Conventionally, for example, as seen in Patent Document 1,
Case (2),
An electric motor (35) having a stator (36) fixed in the case (2) and a flywheel (18) which is a rotor rotatably provided in the case (2);
There is known a flywheel power storage device that stores electric power as rotational energy by rotation of a flywheel (18) by operation of an electric motor (35).

このフライホイール蓄電装置は、外部電源からステーター（３６）の巻線（３９）に電圧が印加されると、ローター（４２）である回転体（１８）が高速で回転し、電気エネルギーが回転エネルギーに変換されて蓄えられる。そして、必要に応じて、回転体（１８）の回転エネルギーが電気エネルギーに変換され、外部の負荷に供給されるものである（同文献００３６段落）。   In this flywheel power storage device, when a voltage is applied to the winding (39) of the stator (36) from an external power source, the rotating body (18), which is the rotor (42), rotates at high speed, and the electric energy is rotational energy. Is converted and stored. If necessary, the rotational energy of the rotating body (18) is converted into electric energy and supplied to an external load (paragraph 0036 of the same document).

また、このフライホイール蓄電装置にあっては、上軸受ユニット（２５）と下軸受ユニット（３０）とによって回転体（１８）の上下端部を支持しているので、揺動振動に対して支持が破綻するようなことはなく、ゴーストップ頻度の高い移動体（バス、乗用車、路面電車、鉄道等）で有効に利用することができることになる（同文献００３７段落）。   Further, in this flywheel power storage device, the upper and lower ends of the rotating body (18) are supported by the upper bearing unit (25) and the lower bearing unit (30), so that it is supported against oscillation vibration. Will not break down and can be used effectively on a mobile body (bus, passenger car, tram, railway, etc.) with high go-stop frequency (paragraph 0037 of the same document).

特開２００３−０８８０４０号公報JP 2003-088040 A

上述したようなゴーストップ頻度の高い移動体に搭載されるフライホイール蓄電装置においては、電力を回転エネルギーの形で蓄える蓄電動作時、フライホイールができるだけ速やかに高回転域に達するようにすることが望まれる。次回の加速走行時に速やかに備えるためである。
しかし、上述した従来のフライホイール蓄電装置では、蓄電動作時に、フライホイールができるだけ速やかに高回転域に達するようにするための特別な工夫はなされていなかった。
本発明が解決しようとする課題は、蓄電動作時に、フライホイールができるだけ速やかに高回転域に達することができるようにしたフライホイール蓄電装置を提供することである。 In the flywheel power storage device mounted on the moving body with high go-stop frequency as described above, the flywheel may reach the high rotation range as quickly as possible during the power storage operation of storing electric power in the form of rotational energy. desired. This is to prepare quickly for the next acceleration run.
However, the above-described conventional flywheel power storage device has not been specially devised to allow the flywheel to reach the high rotational speed as quickly as possible during the power storage operation.
The problem to be solved by the present invention is to provide a flywheel power storage device in which the flywheel can reach a high rotational speed as quickly as possible during a power storage operation.

上記課題を解決するために本発明のフライホイール蓄電装置は、
ケースと、
このケース内において固定されたステータと前記ケース内において回転可能に設けられたローターであるフライホイールとを有する電動機と、
を備え、電動機の作動によるフライホイールの回転によって、電力を回転エネルギーとして蓄える、車両に搭載されるフライホイール蓄電装置であって、
前記電動機は、主電力によって駆動される主電動機と、前記主電力よりも小さな電力である副電力によって駆動される前記主電動機よりも小型の副電動機とを備え、
前記フライホイールの回転軸線回りに関し、前記主電動機の内側に前記副電動機が同心状に配置され、
前記フライホイールの回転軸線回りに関し、前記主電動機用ステータの内側に前記副電動機用ステータが同心状に配置され、それら主電動機用ステータと副電動機用ステータとの間に、冷却用ジャケットが上記両ステータと同心状に設けられ、
前記主電力は、前記車両の車輪を駆動するモータからの回生電力を含み、
前記副電力は、前記車両に搭載された二次電池からの電力を含むことを特徴とする。
このフライホイール蓄電装置によれば、蓄電動作時には、主電力によって主電動機が駆動されることに加え、副電力により副電動機を駆動することで、フライホイールの回転が加速（加勢）される。
したがって、主電動機のみでフライホイールを駆動する場合に比べ、より速やかにフライホイールを高回転域に達せさせることができる。
ここで、副電動機は主電動機よりも小型であって主電力よりも小さな電力で駆動されるから、仮に主電動機を主電力と副電力とで駆動した場合に比べて、鉄損等のエネルギー損失を小さくすることができる。
以上のように、この本発明のフライホイール蓄電装置によれば、蓄電動作時に、フライホイールが速やかに高回転域に達することができるようにすることができ、しかもエネルギー損失を少なくして効率よくフライホイールを速やかに高回転域に到達させることができる。 In order to solve the above problems, the flywheel power storage device of the present invention is
Case and
An electric motor having a stator fixed in the case and a flywheel that is a rotor rotatably provided in the case;
A flywheel power storage device mounted on a vehicle that stores electric power as rotational energy by rotation of the flywheel by operation of an electric motor,
The motor includes a main motor driven by main power, and a sub-motor smaller than the main motor driven by sub-power that is smaller than the main power ,
Regarding the rotation axis of the flywheel, the sub motor is disposed concentrically inside the main motor,
With respect to the rotation axis of the flywheel, the sub-motor stator is concentrically disposed inside the main motor stator, and the cooling jacket is disposed between the main motor stator and the sub-motor stator. Provided concentrically with the stator,
The main power includes regenerative power from a motor that drives wheels of the vehicle,
The sub power includes power from a secondary battery mounted on the vehicle .
According to this flywheel power storage device, during the power storage operation, the main motor is driven by the main power, and the sub motor is driven by the sub power, whereby the rotation of the flywheel is accelerated (energized).
Therefore, the flywheel can be made to reach the high rotation range more quickly than when the flywheel is driven only by the main motor.
Here, since the auxiliary motor is smaller than the main motor and driven by electric power smaller than the main electric power, energy loss such as iron loss compared to the case where the main electric motor is driven by the main electric power and the sub electric power. Can be reduced.
As described above, according to the flywheel power storage device of the present invention, during the power storage operation, the flywheel can quickly reach a high rotational speed range, and energy loss is reduced and efficient. The flywheel can quickly reach the high rotation range.

また、前記フライホイールの回転軸線回りに関し、前記主電動機の内側に前記副電動機が同心状に配置されているので、フライホイール蓄電装置をコンパクトに構成することができる。したがって、車両に搭載しやすくなる。 Also relates to rotate around the axis of the front Symbol flywheel, since the auxiliary electric motor inside of the main motor is arranged concentrically, it is possible to construct a flywheel energy storage device compact. Therefore, it becomes easy to mount on the vehicle.

また、前記フライホイールの回転軸線回りに関し、前記主電動機用ステータの内側に前記副電動機用ステータが同心状に配置され、それら主電動機用ステータと副電動機用ステータとの間に、冷却用ジャケットが上記両ステータと同心状に設けられているので、主電動機と副電動機とを共通の冷却用ジャケットで効率よく冷却することができるため、フライホイール蓄電装置を一層コンパクトに構成することができる。したがって、車両にさらに搭載しやすくなる。
また、前記主電力は、前記車両の車輪を駆動するモータからの回生電力を含み、
前記副電力は、前記車両に搭載された二次電池からの電力を含む構成となっているので、車両に搭載される二次電池を小型化できる車両を構成することができる。 Also relates to rotate around the axis of the front Symbol flywheel, the main motor for the auxiliary motor stator inside the stator are arranged concentrically, between them traction motor stator and the secondary electric motor stator, a jacket for cooling However, since the main motor and the sub motor can be efficiently cooled by a common cooling jacket, the flywheel power storage device can be configured more compactly. Therefore, it becomes easier to mount on the vehicle.
The main power includes regenerative power from a motor that drives the wheels of the vehicle,
Since the sub power is configured to include power from a secondary battery mounted on the vehicle, a vehicle capable of reducing the size of the secondary battery mounted on the vehicle can be configured.

このフライホイール蓄電装置においては、
前記フライホイールは、該フライホイールの回転軸線と直交する方向（ラジアル方向）から見て、前記主電動機用ステータと副電動機用ステータとが収容される凹部が形成された中央肉厚部と、この中央肉厚部から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部とからなり、
前記ケースの形状も、上記フライホイールの外面形状と同様、中央肉厚部と、この中央肉厚部から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部とからなり、
前記ケース内には、ヘリウム・空気混合ガスが充填される構成とすることができる。
このように構成すると、フライホイールの形状が該フライホイールの回転軸線と直交する方向（ラジアル方向）から見て、前記主電動機用ステータと副電動機用ステータとが収容される凹部が形成された中央肉厚部と、この中央肉厚部から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部とからなるいわばそろばんの珠形状となっていること、およびケース内にヘリウム・空気混合ガスが充填されることによって、風損の低減を図ることができる。
しかも、前記ケースの形状も、上記フライホイールの外面形状と同様、中央肉厚部と、この中央肉厚部から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部とからなっていることにより、フライホイール蓄電装置を一層コンパクトに構成することができ、したがって、車両にさらに搭載しやすくなる。 In this flywheel power storage device,
The flywheel has a central thick portion formed with a recess for accommodating the stator for the main motor and the stator for the sub motor, as viewed from a direction (radial direction) orthogonal to the rotational axis of the flywheel. It consists of a disk part that gradually becomes thinner from the central thick part to the outside,
The shape of the case also consists of a central thick part and a disk part that gradually and gradually becomes thinner from the central thick part to the outside, like the outer surface shape of the flywheel.
The case may be configured to be filled with a helium / air mixed gas.
With this configuration, when the shape of the flywheel is viewed from a direction (radial direction) orthogonal to the rotation axis of the flywheel, a center in which a recess is formed to accommodate the main motor stator and the sub motor stator. It has a so-called abacus bead shape consisting of a thick part and a disk part that gradually becomes thinner from the central thick part to the outside, and the case is filled with a mixture of helium and air. By doing so, it is possible to reduce the windage loss.
Moreover, the shape of the case, like the outer surface shape of the flywheel, is composed of a central thick part and a disk part that gradually and gradually becomes thinner from the central thick part toward the outside. Thus, the flywheel power storage device can be configured more compactly, and therefore, the flywheel power storage device can be more easily mounted on the vehicle.

このフライホイール蓄電装置においては、
前記フライホイール蓄電装置は、前記フライホイールの回転方向を逆にした状態で一対車両に搭載されることが望ましい。
このように構成すると、フライホイールの回転によるモーメントおよびジャイロ効果を打ち消すことができる。 In this flywheel power storage device ,
Before SL flywheel energy storage device, it is mounted on a pair vehicle in a state where the rotation direction of the flywheel conversely is desirable.
If comprised in this way, the moment and gyro effect by rotation of a flywheel can be negated.

本発明に係るフライホイール蓄電装置の一実施の形態を示す断面図。Sectional drawing which shows one Embodiment of the flywheel electrical storage apparatus which concerns on this invention. 同じく組立断面図。Similarly assembly sectional view. フライホイール３０および固定軸４４の断面図。Sectional drawing of the flywheel 30 and the fixed axis | shaft 44. FIG. フライホイール蓄電装置１を搭載した車両の一例を示すブロック図。1 is a block diagram showing an example of a vehicle on which a flywheel power storage device 1 is mounted. 作動説明図。Operation explanatory drawing. 作動説明図。Operation explanatory drawing. 作動説明図。Operation explanatory drawing. フライホイール蓄電装置１を上下に一対配置した蓄電装置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。It is a figure which shows the electrical storage apparatus which arranged the flywheel electrical storage apparatus 1 up and down as a pair, (a) is a top view, (b) is a front view. フライホイール蓄電装置１を左右に一対配置した蓄電装置を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図。It is a figure which shows the electrical storage apparatus which has arrange | positioned the flywheel electrical storage apparatus 1 on both sides, (a) is a top view, (b) is a front view.

以下、本発明に係るフライホイール蓄電装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図において、同一部分ないし相当する部分には、同一の符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of a flywheel power storage device according to the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts.

図１〜図３に示すように、この実施の形態のフライホイール蓄電装置１は、ケース１０と、このケース１０内において固定されたステータ２０とケース１０内において回転可能に設けられたローターであるフライホイール３０とを有する電動機４０とを備え、電動機４０の作動によるフライホイール３０の回転によって、電力を回転エネルギーとして蓄える装置である。   As shown in FIGS. 1 to 3, the flywheel power storage device 1 according to this embodiment is a case 10, a stator 20 fixed in the case 10, and a rotor provided rotatably in the case 10. It is an apparatus that includes an electric motor 40 having a flywheel 30 and stores electric power as rotational energy by the rotation of the flywheel 30 by the operation of the electric motor 40.

電動機４０は、主電力によって駆動される主電動機４１と、主電力よりも小さな電力である副電力によって駆動される主電動機４１よりも小型の副電動機４２とを備えている。   The electric motor 40 includes a main motor 41 driven by the main electric power and a sub electric motor 42 smaller than the main electric motor 41 driven by the sub electric power that is smaller than the main electric power.

このフライホイール蓄電装置１によれば、蓄電動作時には、主電力によって主電動機４１が駆動されることに加え、副電力により副電動機４２を駆動することで、フライホイール３０の回転が加速（加勢）される。
したがって、主電動機４１のみでフライホイール３０を駆動する場合に比べ、より速やかにフライホイール３０を高回転域に到達させることができる。
ここで、副電動機４２は主電動機４１よりも小型であって主電力よりも小さな電力で駆動されるから、仮に主電動機４１を主電力と副電力とで駆動した場合に比べて、鉄損等のエネルギー損失を小さくすることができる。
したがって、このフライホイール蓄電装置１によれば、蓄電動作時に、フライホイール３０が速やかに高回転域に達することができるようにすることができ、しかもエネルギー損失を少なくして効率よくフライホイール３０を速やかに高回転域に到達させることができる。 According to the flywheel power storage device 1, during the power storage operation, the main motor 41 is driven by the main power, and the sub motor 42 is driven by the sub power, whereby the rotation of the flywheel 30 is accelerated (energized). Is done.
Therefore, the flywheel 30 can be made to reach the high rotation range more quickly than when the flywheel 30 is driven only by the main motor 41.
Here, since the sub motor 42 is smaller than the main motor 41 and is driven with electric power smaller than the main electric power, iron loss or the like is compared with the case where the main electric motor 41 is driven with the main electric power and the sub electric power. Energy loss can be reduced.
Therefore, according to the flywheel power storage device 1, the flywheel 30 can quickly reach the high rotation range during the power storage operation, and the flywheel 30 can be efficiently operated with reduced energy loss. It is possible to quickly reach the high rotation range.

このフライホイール蓄電装置１においては、フライホイール３０の回転軸線Ａ回りに関し、主電動機４１の内側に副電動機４２が同心状に配置されている。
このように構成すると、フライホイール蓄電装置１をコンパクトに構成することができる。したがって、車両に搭載しやすくなる。 In the flywheel power storage device 1, the sub motor 42 is concentrically disposed inside the main motor 41 with respect to the rotation axis A of the flywheel 30.
If comprised in this way, the flywheel electrical storage apparatus 1 can be comprised compactly. Therefore, it becomes easy to mount on the vehicle.

主として図２に示すように、フライホイール３０の回転軸線Ａ回りに関し、主電動機用ステータ４１ｓの内側に副電動機用ステータ４２ｓが同心状に配置され、それら主電動機用ステータ４１ｓと副電動機用ステータ４２ｓとの間に、冷却用ジャケット４３が上記両ステータ４１ｓ、４２ｓと同心状に設けられている。   As shown mainly in FIG. 2, with respect to the rotation axis A of the flywheel 30, a sub-motor stator 42s is concentrically disposed inside the main motor stator 41s, and the main motor stator 41s and the sub-motor stator 42s. The cooling jacket 43 is provided concentrically with the stators 41s and 42s.

このように構成すると、主電動機４１と副電動機４２とを共通の冷却用ジャケット４３で効率よく冷却することができるため、フライホイール蓄電装置１を一層コンパクトに構成することができる。したがって、車両にさらに搭載しやすくなる。   If comprised in this way, since the main motor 41 and the submotor 42 can be efficiently cooled with the common cooling jacket 43, the flywheel electrical storage apparatus 1 can be comprised more compactly. Therefore, it becomes easier to mount on the vehicle.

４４は全体形状が略円筒状の固定軸であり（図３参照）、そのフランジ部４４ｆがボルト４４ｂでケース１０に固定される。
図２に示すように、主電動機用ステータ４１ｓは、固定軸４４とこの固定軸４４の外周に設けられた主電動機用固定子コイル４１ｃとで構成される。
副電動機用ステータ４２ｓは、固定軸４４とこの固定軸４４の内周に設けられた副電動機用固定子コイル４２ｃとで構成される。 Reference numeral 44 denotes a fixed shaft having a substantially cylindrical shape as a whole (see FIG. 3), and its flange portion 44f is fixed to the case 10 with a bolt 44b.
As shown in FIG. 2, the main motor stator 41 s is composed of a fixed shaft 44 and a main motor stator coil 41 c provided on the outer periphery of the fixed shaft 44.
The sub-motor stator 42 s includes a fixed shaft 44 and a sub-motor stator coil 42 c provided on the inner periphery of the fixed shaft 44.

フライホイール３０は、その中心部に一体に形成された回転軸３１（図３参照）と、この回転軸３１回りに同心状に平面視（回転軸線Ａ方向から見て）リング状に形成された凹部３２とを有している。
図２に示すように、主電動機用ロータ４１ｒは、フライホイール３０と、前記凹部３２の内周面に固定された主電動機永久磁石４１ｍとで構成される。
副電動機用ロータ４２ｒは、フライホイール３０と、その回転軸３１の外周面に固定された副電動機用永久磁石４２ｍとで構成される。 The flywheel 30 is formed in a ring shape concentrically around the rotation shaft 31 (see from the direction of the rotation axis A) concentrically around the rotation shaft 31 (see FIG. 3) integrally formed at the center thereof. And a recess 32.
As shown in FIG. 2, the main motor rotor 41 r includes a flywheel 30 and a main motor permanent magnet 41 m fixed to the inner peripheral surface of the recess 32.
The sub-motor rotor 42r includes the flywheel 30 and a sub-motor permanent magnet 42m fixed to the outer peripheral surface of the rotary shaft 31.

フライホイール３０は、該フライホイール３０の回転軸線Ａと直交する方向（ラジアル方向）から見て、主電動機４１用ステータ４１ｓと副電動機４２用ステータ４２ｓとが収容される前記凹部３２が形成された中央肉厚部３３と、この中央肉厚部３３から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部３４とからなっている。
ケース１０の形状も、フライホイール３０の外面形状と同様、中央肉厚部１３と、この中央肉厚部１３から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部１４とからなっている。
ケース内１０には、ヘリウム・空気混合ガスが充填される。
このように構成すると、フライホイール３０の形状が該フライホイール３０の回転軸線Ａと直交する方向（ラジアル方向）から見て、主電動機用ステータ４１ｓと副電動機用ステータ４２ｓとが収容される凹部３２が形成された中央肉厚部３３と、この中央肉厚部３３から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部３４とからなるいわばそろばんの珠形状となっていること、およびケース１０内にヘリウム・空気混合ガスが充填されることによって、風損の低減を図ることができる。
しかも、ケース１０の形状も、上記フライホイール３０の外面形状と同様、中央肉厚部１３と、この中央肉厚部１３から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部１４とからなっていることにより、フライホイール蓄電装置１を一層コンパクトに構成することができ、したがって、車両にさらに搭載しやすくなる。
なお、混合ガス圧は、大気圧と同じでもよい。 The flywheel 30 is formed with the recess 32 in which the stator 41s for the main motor 41 and the stator 42s for the sub motor 42 are accommodated when viewed from a direction (radial direction) orthogonal to the rotational axis A of the flywheel 30. The center thick portion 33 and the disk portion 34 gradually and gradually thin outward from the center thick portion 33.
Similarly to the outer surface shape of the flywheel 30, the case 10 also has a central thick portion 13 and a disk portion 14 that gradually and gradually becomes thinner outward from the central thick portion 13.
The case 10 is filled with a mixed gas of helium and air.
With this configuration, the concave portion 32 in which the main motor stator 41 s and the sub motor stator 42 s are accommodated when the shape of the flywheel 30 is viewed from a direction (radial direction) orthogonal to the rotation axis A of the flywheel 30. A so-called abacus bead having a central thick portion 33 formed with a disc portion 34 gradually and gradually thinning outward from the central thick portion 33, and the case 10 By filling the inside with a helium / air mixed gas, the windage loss can be reduced.
Moreover, the shape of the case 10 is also composed of a central thick portion 13 and a disc portion 14 that gradually and gradually becomes thinner from the central thick portion 13 outward as in the outer shape of the flywheel 30. As a result, the flywheel power storage device 1 can be configured more compactly, and therefore, it can be more easily mounted on a vehicle.
The mixed gas pressure may be the same as the atmospheric pressure.

ケース１０は、上ケース１１と下ケース１２とを有し、これら上ケース１１と下ケース１２のフランジ部同士がボルト１０ｂで結合されている。   The case 10 has an upper case 11 and a lower case 12, and the flange portions of the upper case 11 and the lower case 12 are connected to each other by bolts 10b.

上ケース１１の中央部には開口１１ｃ（図２）が設けられており、この開口１１ｃに前述した主電動機用ステータ４１ｓおよび副電動機用ステータ４２ｓを構成する固定軸４４が挿通され、そのフランジ部４４ｆがボルト４４ｂで上ケース１１に固定される。   An opening 11c (FIG. 2) is provided in the central portion of the upper case 11, and the fixing shaft 44 constituting the main motor stator 41s and the sub motor stator 42s is inserted into the opening 11c, and the flange portion thereof. 44f is fixed to the upper case 11 with a bolt 44b.

図１，図２に示すように、固定軸４４の中心空間４４ｓには、副電動機用ロータ４２ｒが挿入され、その軸３１の上端が、中心空間４４ｓの上端に配置された上部ラジアル磁気軸受３１ｒで回転可能に支持されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the sub-motor rotor 42 r is inserted into the central space 44 s of the fixed shaft 44, and the upper radial magnetic bearing 31 r is disposed at the upper end of the shaft 31 at the upper end of the central space 44 s. It is supported in a rotatable manner.

固定軸４４の上部には、上カバー４５がボルト４５ｂで固定される。
上カバー４５には、冷却用ジャケット４３へ冷却水を供給するための冷却水入り口栓４３ｉと、冷却用ジャケット４３から冷却水を排出するための冷却水出口栓４３ｏと、副電動機用固定子コイル４２ｃのための配線用栓４２ｐと、上部ラジアル磁気軸受３１ｒ用の配線用栓３１ｐとが設けられている。 An upper cover 45 is fixed to the upper portion of the fixed shaft 44 with bolts 45b.
The upper cover 45 includes a cooling water inlet plug 43i for supplying cooling water to the cooling jacket 43, a cooling water outlet plug 43o for discharging the cooling water from the cooling jacket 43, and a stator coil for the auxiliary motor. A wiring plug 42p for 42c and a wiring plug 31p for the upper radial magnetic bearing 31r are provided.

また、固定軸４４には、主電動機用固定子コイル４１ｃのための配線用栓４１ｐと、ケース１０内にヘリウム・空気混合ガスを充填するためのガス栓４４ｇが設けられている。
４６は主電動機用固定子コイル４１ｃおよび副電動機用固定子コイル４２ｃを固定するための金具である。 The fixed shaft 44 is provided with a wiring plug 41p for the stator coil 41c for the main motor and a gas plug 44g for filling the case 10 with a helium / air mixed gas.
Reference numeral 46 denotes a metal fitting for fixing the main motor stator coil 41c and the sub motor stator coil 42c.

フライホイール３０の下部中央には、上記軸３１と同軸上に下部軸３１Ｕが形成されている。
一方、下ケース１２の下部中央には、下部軸３１Ｕを受ける軸受け部１２ｂが設けられている。
下部軸３１Ｕおよび軸受け部１２ｂには、下部ラジアル磁気軸受１２ｒと、スラスト磁気軸受１２ｓとが設けられている。
スラスト磁気軸受１２ｓによってフライホイール３０の全質量が支持され、上下のラジアル磁気軸受３１ｒ、１２ｒによってフライホイール３０の水平方向における振動抑制および位置規制が行われることで、フライホイール３０は非接触状態で支持され、軸受抵抗損失が非常に小さな状態で回転可能である。
フライホイール３０は、強度および重量を考慮すると、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で構成するのが望ましい。 A lower shaft 31U is formed coaxially with the shaft 31 at the lower center of the flywheel 30.
On the other hand, a bearing portion 12b that receives the lower shaft 31U is provided at the lower center of the lower case 12.
The lower shaft 31U and the bearing portion 12b are provided with a lower radial magnetic bearing 12r and a thrust magnetic bearing 12s.
The thrust magnetic bearing 12s supports the entire mass of the flywheel 30, and the upper and lower radial magnetic bearings 31r and 12r perform vibration suppression and position regulation in the horizontal direction of the flywheel 30 so that the flywheel 30 is in a non-contact state. It is supported and can rotate with very little bearing resistance loss.
The flywheel 30 is preferably composed of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) in consideration of strength and weight.

下ケース１２の中央下部には、下カバー１５がボルト１５ｂで固定される。
下カバー１５には、下部ラジアル磁気軸受１２ｒ用の配線用栓１６と、スラスト磁気軸受１２ｓ用の配線用栓１７とが設けられている。 A lower cover 15 is fixed to the lower center of the lower case 12 with bolts 15b.
The lower cover 15 is provided with a wiring plug 16 for the lower radial magnetic bearing 12r and a wiring plug 17 for the thrust magnetic bearing 12s.

フライホイール蓄電装置１は車両に搭載される装置である。
フライホイール蓄電装置１を車両に搭載した場合、例えば図４、図６に示すように、フライホイール蓄電装置１の主電動機４１を駆動する主電力Ｅ１は、車両１００の車輪１０１を駆動するモータ１０２からの回生電力Ｅ１ｂを含み、
副電動機４２を駆動する副電力Ｅ２は、車両１００に搭載された二次電池（バッテリ）１２０からの電力Ｅ２ｂを含む構成とすることができる。
このように構成すると、このフライホイール蓄電装置１を搭載することによって、車両１００に搭載される二次電池１２０を小型化できる。
なお、図４〜図７において、各部間をつなぐ矢印は、全て電力の伝達方向を示している。 The flywheel power storage device 1 is a device mounted on a vehicle.
When the flywheel power storage device 1 is mounted on a vehicle, for example, as shown in FIGS. 4 and 6, the main power E1 that drives the main motor 41 of the flywheel power storage device 1 is a motor 102 that drives the wheels 101 of the vehicle 100. Including regenerative power E1b from
The sub power E <b> 2 that drives the sub motor 42 may include power E <b> 2 b from the secondary battery (battery) 120 mounted on the vehicle 100.
If comprised in this way, by mounting this flywheel electrical storage apparatus 1, the secondary battery 120 mounted in the vehicle 100 can be reduced in size.
In FIGS. 4 to 7, all the arrows connecting the parts indicate the power transmission direction.

図４〜図７において、１１０は車両１００における主電源であり、車両１００が鉄道車両の場合、架線電源で構成され、車両１００が道路車両である場合、ガソリンエンジン等による公知の発電機で構成される。   4 to 7, reference numeral 110 denotes a main power source in the vehicle 100. When the vehicle 100 is a railway vehicle, it is configured with an overhead power source. When the vehicle 100 is a road vehicle, it is configured with a known generator such as a gasoline engine. Is done.

二次電池１２０は、リチウム電池等公知のバッテリで構成することができる。
１３０は公知のインバータ等で構成できるパワーコントロールユニットであり、主電源１１０（およびフライホイール蓄電装置１）からの電力によりモータ１０２を駆動し、減速機１０３を介して車輪１０１を駆動する。
また、パワーコントロールユニット１３０は、モータ１０２からの回生電力E１ｂおよび二次電池１２０からの電力Ｅ２ｂに基づき、主電動機４１および副電動機４２を駆動してフライホイール蓄電装置１への蓄電動作を行う。
各部の作動については、以下の動作説明においてさらに詳しく説明する。 The secondary battery 120 can be composed of a known battery such as a lithium battery.
Reference numeral 130 denotes a power control unit that can be configured by a known inverter or the like. The motor 102 is driven by the electric power from the main power supply 110 (and the flywheel power storage device 1), and the wheels 101 are driven via the speed reducer 103.
In addition, the power control unit 130 drives the main motor 41 and the sub motor 42 based on the regenerative power E1b from the motor 102 and the power E2b from the secondary battery 120 to perform a power storage operation to the flywheel power storage device 1.
The operation of each part will be described in more detail in the following operation description.

車両１００ないしパワーコントロールユニット１３０は次のように作動する。
＜通常走行時（図５）＞
通常走行時、パワーコントロールユニット１３０は、主電源１１０からの電力によりモータ１０２を駆動し、減速機１０３を介して車輪１０１を駆動して車両１００を走行させる。
また、パワーコントロールユニット１３０は、主電源１１０からの電力の一部を用いてバッテリ１２０を充電する。
この時、フライホイール蓄電装置１は、モータ駆動およびバッテリ充電には関与しない。 The vehicle 100 or the power control unit 130 operates as follows.
<During normal driving (Fig. 5)>
During normal traveling, the power control unit 130 drives the motor 102 with electric power from the main power supply 110 and drives the wheels 101 via the speed reducer 103 to cause the vehicle 100 to travel.
In addition, the power control unit 130 charges the battery 120 using a part of the power from the main power supply 110.
At this time, the flywheel power storage device 1 is not involved in motor driving and battery charging.

＜減速時（図６）＞
車両１００の減速時には、モータ１０２による発電がなされるため、その回生電力Ｅ１ｂに基づき、パワーコントロールユニット１３０は、主電力Ｅ１にてフライホイール蓄電装置１の主電動機４１を駆動し、フライホイール３０を高回転域（例えば１３０００ｒｐｍ）に向けて駆動する。
また、この時パワーコントロールユニット１３０は、二次電池（バッテリ）１２０からの電力Ｅ２ｂに基づき、副電力Ｅ２にて副電動機４２を駆動し、主電動機４１によるフライホイール３０の駆動を助勢（アシスト）する。
これによって、フライホイール３０は短時間にて高回転域へ達することが可能となり、短時間で、電気エネルギーがフライホイール３０の回転エネルギーとして蓄積されることとなる。
なお、パワーコントロールユニット１３０は、必要に応じ、図６に一点鎖線矢印で示すように主電源１１０からの電力の一部を、フライホイール３０を駆動するための主電力Ｅ１および／または副電力Ｅ２の一部として利用する（含ませる）ことができるように構成することもできる。
また、パワーコントロールユニット１３０は、フライホイール３０が最高回転に達したときにはフライホイール蓄電装置１が満充電状態になったと判断して、その後のモータ１０２からの回生電力Ｅ１ｂをバッテリ１２０に充電する。 <During deceleration (Fig. 6)>
When the vehicle 100 decelerates, the motor 102 generates power. Therefore, based on the regenerative power E1b, the power control unit 130 drives the main motor 41 of the flywheel power storage device 1 with the main power E1. Drive toward high rotation range (for example, 13000 rpm).
At this time, the power control unit 130 drives the sub motor 42 with the sub power E2 based on the power E2b from the secondary battery (battery) 120, and assists the driving of the flywheel 30 by the main motor 41 (assist). To do.
As a result, the flywheel 30 can reach a high rotational speed in a short time, and electrical energy is accumulated as rotational energy of the flywheel 30 in a short time.
As necessary, the power control unit 130 may use a part of the power from the main power supply 110 as shown by a one-dot chain line arrow in FIG. 6 for main power E1 and / or sub power E2 for driving the flywheel 30. It can also be configured so that it can be used (included) as a part of.
Further, when the flywheel 30 reaches the maximum rotation, the power control unit 130 determines that the flywheel power storage device 1 is fully charged, and charges the battery 120 with regenerative power E1b from the motor 102 thereafter.

＜加速時（図７）＞
車両１００の加速時には、パワーコントロールユニット１３０は、次の（１）（２）（３）の任意の組み合わせによる電力（最大（１）＋（２）＋（３）の電力）によりモータ１０２を駆動し車両１００を加速する。
（１）主電源１１０からの電力
（２）二次電池（バッテリ）１２０からの電力Ｅ２ｂ
（３）フライホイール蓄電装置１における主電動機４１の発電（放電）Ｐ１および副電動機４２の発電（放電）Ｐ２ <Acceleration (Fig. 7)>
When the vehicle 100 is accelerated, the power control unit 130 drives the motor 102 with electric power (maximum (1) + (2) + (3) electric power) by any combination of the following (1), (2), and (3). The vehicle 100 is accelerated.
(1) Power from the main power supply 110 (2) Power E2b from the secondary battery (battery) 120
(3) Power generation (discharge) P1 of the main motor 41 and power generation (discharge) P2 of the sub motor 42 in the flywheel power storage device 1

図８に示すように、フライホイール蓄電装置１は上下に一対配置し、それらのフライホイール３０の回転方向を逆にして使用することがモーメントおよびジャイロ効果を打ち消す上で望ましい。
図８において、２００はフレーム、２０１は補強リブ、２０２は上部ブラケット、２０３は上部受け、２０４は上部受けキャップ、２０５は中間プラケット、２０６は中間受け、２０７は中間受けキャップ、２０８は下部受け、２０９はトルクロッド、２１０はＦＷ側ロッドピン、２１１はフレーム側ロッドピン、２１２はガス容器、２１３はガス充填栓、２１４は上部フライホイール蓄電装置用充填栓、２１５は下部フライホイール蓄電装置用充填栓、２１６はガス容器上部プラケット、２１７はガス容器上部受けキャップ、２１８はガス容器下部ブラケット、２１９はガス容器下部受けキャップである。
フライホイール蓄電装置１の上下には、球状の被支持部１ａ、１ｂ（図１）が設けられており、これら被支持部１ａ、１ｂが上部受け２０３，中間受け２０６，および下部受け２０８で支持される。被支持部１ａ、１ｂを球状とすることによって、ブラケット２０２等への取付を簡素にすることができる。
ガス容器２１２の上部フライホイール蓄電装置用充填栓２１４は上部フライホイール蓄電装置におけるガス栓４４ｇに接続され、下部フライホイール蓄電装置用充填栓２１５は下部フライホイール蓄電装置におけるガス栓４４ｇに接続される。 As shown in FIG. 8, it is desirable to use a pair of flywheel power storage devices 1 in the vertical direction and to reverse the rotational directions of the flywheels 30 in order to cancel the moment and the gyro effect.
8, 200 is a frame, 201 is a reinforcing rib, 202 is an upper bracket, 203 is an upper receiver, 204 is an upper receiver cap, 205 is an intermediate placket, 206 is an intermediate receiver, 207 is an intermediate receiver cap, 208 is a lower receiver, 209 is a torque rod, 210 is a FW side rod pin, 211 is a frame side rod pin, 212 is a gas container, 213 is a gas filling plug, 214 is a filling plug for an upper flywheel power storage device, 215 is a filling plug for a lower flywheel power storage device, 216 is a gas container upper placket, 217 is a gas container upper receiving cap, 218 is a gas container lower bracket, and 219 is a gas container lower receiving cap.
Spherical supported portions 1a and 1b (FIG. 1) are provided above and below the flywheel power storage device 1, and these supported portions 1a and 1b are supported by an upper receiver 203, an intermediate receiver 206, and a lower receiver 208. Is done. By making the supported portions 1a and 1b spherical, the attachment to the bracket 202 or the like can be simplified.
Filler plug 214 for upper flywheel power storage device of gas container 212 is connected to gas plug 44g in the upper flywheel power storage device, and fill plug 215 for lower flywheel power storage device is connected to gas plug 44g in the lower flywheel power storage device. .

フライホイール装置１を車両に搭載する場合、図９に示すように、フライホイール蓄電装置１を左右に一対配置した状態で搭載することが望ましい。   When the flywheel device 1 is mounted on a vehicle, as shown in FIG. 9, it is desirable to mount the flywheel power storage device 1 in a state where a pair of left and right flywheel power storage devices 1 are arranged.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately modified within the scope of the gist of the present invention.

１： フライホイール蓄電装置
１０： ケース
１３： 中央肉厚部
１４： 円盤部
２０： ステータ
３０： ローター（フライホイール）
３２： 凹部
３３： 中央肉厚部
３４： 円盤部
４０： 電動機
４１： 主電動機
４１ｓ： 主電動機用ステータ
４２： 副電動機
４２ｓ： 副電動機用ステータ
４３： 冷却用ジャケット 1: Flywheel power storage device 10: Case 13: Central thick part 14: Disk part 20: Stator 30: Rotor (flywheel)
32: Concave portion 33: Central wall portion 34: Disk portion 40: Electric motor 41: Main electric motor 41s: Main electric motor stator 42: Sub electric motor 42s: Sub electric motor stator 43: Cooling jacket

Claims (3)

ケースと、
このケース内において固定されたステータと前記ケース内において回転可能に設けられたローターであるフライホイールとを有する電動機と、
を備え、電動機の作動によるフライホイールの回転によって、電力を回転エネルギーとして蓄える、車両に搭載されるフライホイール蓄電装置であって、
前記電動機は、主電力によって駆動される主電動機と、前記主電力よりも小さな電力である副電力によって駆動される前記主電動機よりも小型の副電動機とを備え、
前記フライホイールの回転軸線回りに関し、前記主電動機の内側に前記副電動機が同心状に配置され、
前記フライホイールの回転軸線回りに関し、前記主電動機用ステータの内側に前記副電動機用ステータが同心状に配置され、それら主電動機用ステータと副電動機用ステータとの間に、冷却用ジャケットが上記両ステータと同心状に設けられ、
前記主電力は、前記車両の車輪を駆動するモータからの回生電力を含み、
前記副電力は、前記車両に搭載された二次電池からの電力を含むことを特徴とするフライホイール蓄電装置。 Case and
An electric motor having a stator fixed in the case and a flywheel that is a rotor rotatably provided in the case;
A flywheel power storage device mounted on a vehicle that stores electric power as rotational energy by rotation of the flywheel by operation of an electric motor,
The motor includes a main motor driven by main power, and a sub-motor smaller than the main motor driven by sub-power that is smaller than the main power ,
Regarding the rotation axis of the flywheel, the sub motor is disposed concentrically inside the main motor,
With respect to the rotation axis of the flywheel, the sub-motor stator is concentrically disposed inside the main motor stator, and the cooling jacket is disposed between the main motor stator and the sub-motor stator. Provided concentrically with the stator,
The main power includes regenerative power from a motor that drives wheels of the vehicle,
The flywheel power storage device , wherein the sub power includes power from a secondary battery mounted on the vehicle . 請求項１において、
前記フライホイールは、該フライホイールの回転軸線と直交する方向から見て、前記主電動機用ステータと副電動機用ステータとが収容される凹部が形成された中央肉厚部と、この中央肉厚部から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部とからなり、
前記ケースの形状も、上記フライホイールの外面形状と同様、中央肉厚部と、この中央肉厚部から外方に向かって徐々になだらかに肉薄となる円盤部とからなり、
前記ケース内には、ヘリウム・空気混合ガスが充填されることを特徴とするフライホイール蓄電装置。 In claim 1 ,
The flywheel has a central thick portion formed with a recess for accommodating the stator for the main motor and the stator for the sub motor, as viewed from a direction orthogonal to the rotation axis of the flywheel, and the central thick portion. It consists of a disk part that gradually and gradually becomes thinner toward the outside,
The shape of the case also consists of a central thick part and a disk part that gradually and gradually becomes thinner from the central thick part to the outside, like the outer surface shape of the flywheel.
The flywheel power storage device, wherein the case is filled with a helium / air mixed gas. 請求項１または２において、
前記フライホイール蓄電装置は、前記フライホイールの回転方向を逆にした状態で一対車両に搭載されることを特徴とするフライホイール蓄電装置。 In claim 1 or 2 ,
The flywheel power storage device is mounted on a pair of vehicles with the rotation direction of the flywheel reversed.
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