JP6319689B2 - 蓄電装置及びこれを用いた電力システム - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギを回転部材の回転エネルギとして蓄える蓄電装置に関するものである。

従来より、電気エネルギを、回転部材が回転することによって得られるエネルギ（以下、回転エネルギともいう。）として蓄える蓄電装置が知られている。そして、これらの蓄電装置の中には、特許文献１に示すように、回転部材がフライホイールを有するものがある。

特許文献１の蓄電装置では、モータへ電力を供給してフライホイールを回転させることにより、モータへ供給される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えるように構成されている。モータへの電力供給を停止しても、フライホイールは回転を続ける。そして、フライホイールの回転力を必要に応じてモータへ伝達することにより、モータが発電機となって電気を発生させる。

ここで、従来の蓄電装置は、フライホイールの質量をできるだけ大きくすることによって、フライホイールの回転エネルギを高め、より多くの電気エネルギを蓄えるようにしていた。

特開２００２−９５２０９号公報

しかしながら、フライホイールの質量が大きくなると、フライホイールの軸部を支持する軸受の摩擦損失が大きくなって、電気エネルギを効率よく回転エネルギとして蓄えることができないという問題があった。

特許文献１の蓄電装置では、フライホイールの下面に永久磁石を固定し、この永久磁石の下側に間隔を開けて超伝導磁石を配置して、永久磁石と超伝導磁石との間に生じる電磁気力により、フライホイールを浮かせるようにしている。こうすることで、フライホイールの軸部の上部と下部を支持する転がり軸受の摩擦損失を低減しているが、上述の超伝導磁石を機能させるためには、極低温用の冷凍機を設ける必要があり、蓄電装置の構造が複雑且つ大型になってしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、モータと回転部材とを備えた蓄電装置において、構造の複雑化及び大型化を招くことなく、モータへ入力された電気エネルギを効率よく回転部材の回転エネルギに変換して蓄えることができるようにすることにある。

第１の発明は、回転部材（1,1a）とモータ（30）とを備え、前記モータ（30）へ入力された電気エネルギを前記回転部材（1,1a）の回転エネルギに変換して蓄える蓄電装置を前提としている。そして、蓄電装置の前記回転部材（1,1a）は、少なくとも一部がセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成され且つ前記モータ（30）のモータ軸（31）に吊り下げられている。

第２の発明は、第１の発明において、前記回転部材（1）は、慣性体（3）と、前記慣性体（3）が固定された状態で前記モータ（30）のモータ軸（31）に吊り下げられ且つセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックを含有した軸部（2）とを備えている。

第３の発明は、第２の発明において、前記回転部材（1）の慣性体（3）は、セラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成されている。

第４の発明は、第１から第３の何れか１つの発明において、前記回転部材（1）の軸部（2）の下端部に固定された第１の永久磁石（12a）と、前記回転部材（1）を収容した収容室（22）の底面に埋め込まれた第２の永久磁石（12b）とを有し、互いに非接触となるように配置された前記第１及び第２の永久磁石（12a,12b）間に作用する磁力により、前記回転部材（1）の回転時の振れ回りを抑制する抑制部（11）を備えている。

第５の発明は、第１から第４の何れか１つの発明において、上下に重ねられ且つ互いに吸着した複数の磁石を有する継手部（5）を備え、前記モータ（30）のモータ軸（31）は、最も上側の前記磁石に固定され、前記回転部材（1）の軸部（2）は、前記軸部（2）の上端部に形成された鍔部（4）が隣り合う前記磁石間に挟まれることにより、固定されている。

第６の発明は、第１から第５の何れか１つの発明において、前記回転部材（1,1a）が有するセラミックスは、チタン酸アルミニウム系セラミックスである。

第７の発明は、第１から第６の何れか１つの発明において、前記回転部材（1,1a）を収容するケーシング（20,80）を備え、前記回転部材（1,1a）のセラミックスは、チタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体であり、限界値を超えた荷重が前記回転部材（1,1a）に作用すると、前記回転部材（1,1a）のチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体が前記ケーシング（20,80）内で粉砕するように構成されている。

第８の発明は、第７の発明において、前記ケーシング（20,80）の収容室（22,90）に面する壁体がチタン酸アルミニウム系セラミックスを含有する。

第９の発明は、第１の発明において、前記回転部材（1a）は、前記モータ（30）のモータ軸（31）に直接的に吊り下げられた慣性体（3a）を備え、前記慣性体（3a）がセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成されている。

第１０の発明は、第９の発明において、前記慣性体（3a）を収容したケーシング（80）を備え、前記慣性体（3a）の下端面は、凸状の湾曲面（81）で形成され、前記ケーシング（80）は、前記慣性体（3a）の湾曲面（81）に対向する内面が凹状の湾曲面（82）で形成され、 前記慣性体（3a）の湾曲面（81）の中心部と前記ケーシング（80）の湾曲面（82）の中心部とが接触している。

第１１の発明は、第９又は第１０の発明において、前記回転部材（1a）の下端部に固定された第１の永久磁石（85）と、前記回転部材（1a）を収容した収容室（90）の底面に埋め込まれた第２の永久磁石（86）とを有し、互いに非接触となるように配置された前記第１及び第２の永久磁石（85,86）間に作用する磁力により、前記回転部材（1a）の回転時の振れ回りを抑制する抑制部（87）を備えている。

第１２の発明は、第１から第１１の何れか１つの発明において、前記回転部材（1,1a）の回転中心に付され又は前記回転部材（1,1a）の外周面に周方向に沿って一定の高さで付されたマーカ（55）と、前記マーカ（55）の位置のブレ量を検出するマーカ位置センサ（56）と、前記マーカ位置センサ（56）で検出したブレ量が所定値以上になると異常信号を出力する回転部材用の異常検出部（57）とを備えている。

第１３の発明は、第１の発明において、前記回転部材（1,1a）が収容されたケーシング（20,80）と、前記ケーシング（20,80）に固定された気泡管式水準器（60）と、前記気泡管式水準器（60）の気泡（62）の位置を読み取る気泡位置センサ（63）と、前記位置センサが読み取った気泡（62）の位置により前記ケーシング（20,80）の水平度又は鉛直度が所定範囲外であることを検出すると異常信号を出力するケーシング用の異常検出部（64）とを備えている。

第１４の発明は、第１から第１３の何れか１つの発明の複数の蓄電装置（10）と、前記蓄電装置（10）の回転部材（1,1a）に蓄えた回転エネルギを電気エネルギに変換して出力する放電動作を全ての蓄電装置（10）に行わせる場合に、全ての前記蓄電装置（10）の電気エネルギの出力量を同じ周期で変化させ且つ前記蓄電装置（10）の出力量の経時変化が不一致となるように位相差を設けるシステム制御部（75）と、を備えている。

本発明によれば、回転部材の少なくとも一部がセラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックの何れか１つで形成されるようにしたので、回転部材の全てを鋼材等の金属で形成する場合に比べて、回転部材の軽量化を図ることができる。従来の蓄電装置は、回転部材の質量をできるだけ重くすることによって回転エネルギを蓄えるようにしていたが、本発明の蓄電装置は、従来よりも軽量の回転部材を従来よりも高速で回転させることによって、回転部材の周速率を高め、従来よりも同等以上の回転エネルギを蓄えるように構成される。

回転部材の軽量化により、モータのモータ軸に回転部材を吊り下げて回転させることができるようになり、従来よりも蓄電装置の構造の簡素化を図ることができる。

また、回転部材の軽量化により、モータのモータ軸を支持する軸受の摩擦によるエネルギ損失を低減することができ、モータへ入力された電気エネルギを効率よく回転部材の回転エネルギに変換して蓄えることができる。

ここで、回転部材は、その全てがセラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックの何れか１つで形成されてもよい。また、回転部材の一部が、セラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックのうちの１つで形成され、回転部材の残りの部分が、セラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックのうちの回転部材の一部とは異なるもので形成されてもよい。また、回転部材の残りの部分は、セラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチック以外の材料で形成されてもよい。

また、回転部材は慣性体を備え、その慣性体が前記モータのモータ軸に直接的に吊り下げられてもよい。回転部材は慣性体のみで構成されてもよい。また、回転部材は慣性体及び軸部を備え、慣性体が軸部を介して前記モータのモータ軸に吊り下げられてもよい。

また、回転部材がモータ軸に吊り下がって回転部材の下端が自由端となる場合には、回転部材が振れ回りやすくなるが、回転部材及び収容室の両方に永久磁石を設けるようにしたので、これらの永久磁石間に作用する磁力によって、回転部材が振れ回るのを抑制することができる。

また、複数の磁石を上下に重ね合わせるだけでモータ軸と回転部材とを接続することができ、モータ軸と回転部材との接続作業が、例えばボルト締めの場合に比べて、容易に行うことができる。

また、回転部材をセラミックス、炭素繊維、及び繊維強化プラスチックの何れか１つで形成すれば、回転部材の回転運動の妨げとなる渦電流損を低減することができるが、回転部材のセラミックスをチタン酸アルミニウム系セラミックスにすれば、回転部材の回転運動の妨げとなる渦電流損をさらに低減することができる。また、チタン酸アルミニウム系セラミックスは、耐熱性に優れているので、高回転時の回転部材の熱変形が抑制される。また、チタン酸アルミニウム系セラミックスは、機械的強度に優れているので、その限界荷重内において高回転時の回転部材の破損が抑制される。

また、仮に限界荷重を超える荷重が回転部材へ作用すると回転部材自体が粉砕するように構成したので、回転部材が粉砕せずに鋼材等のように座屈する場合に比べて、モータの損傷を小さくすることができる。つまり、回転部材が座屈した場合、座屈状態の回転部材がケーシングの内面に衝突し、その衝突の衝撃が回転部材の軸部を通じてモータへ伝わり、モータが破損することが考えられるが、本発明の場合、回転部材が座屈せずに粉砕するので、その衝撃がモータへ伝わらないのでモータの損傷を最小限に抑えることができる。

また、仮に限界荷重を超える荷重が回転部材に作用して回転部材が粉砕した場合、回転部材が従来よりも高速で回転していることに起因して、その粉砕物が超音速で飛び出す。ここで、ケーシングの壁体を金属で形成した場合には、超音速の粉砕物が衝突した際に、壁体にユゴニオ弾性限界を超える圧力が作用し、粉砕物が液状化した壁体を通過してしまい、ケーシングの周囲に危険を及ぼしてしまうことが考えられるが、壁体にチタン酸アルミニウム系セラミックスを含有させることにより、壁体の液状化がなくなり、粉砕物が貫通するのを防ぐことができる。

また、チタン酸アルミニウム系セラミックスの壁体に超音速の粉砕物が衝突すると、その衝突部分が１５００℃から１８００℃の間で発熱するが、チタン酸アルミニウム系セラミックスは、耐熱性、耐熱衝撃性と低膨張特性に優れているので、衝突部分が凹むことはあっても、上述した衝突の発熱による膨張でケーシングの壁体が全て破損してしまうということがない。

また、回転部材はモータ軸に吊り下げられた状態で回転するため、回転部材に振れ回りが生じていない場合、その回転時の姿勢は一定であり、回転部材の回転中心に付されたマーカ、又は前記回転部材の外周面に周方向に沿って一定の高さで付されたマーカの位置はぶれることがないが、回転部材に振れ回りが生じると、回転部材の回転時の姿勢が乱れて、マーカの位置がぶれる。本発明では、このマーカの位置ずれをセンサが検知すると、回転部材の異常検出部が異常信号を出力する。この異常信号により、回転部材を目視しなくても、回転部材に振れ回りが生じていると判断することができる。

また、回転部材はモータ軸に吊り下げられた状態、例えば片持ち状態の場合、回転部材の軸方向は、振れ回りがないとすると常に鉛直方向に沿っている。ケーシングが傾いた状態で設置された場合でも、回転部材の軸方向は鉛直方向となる。このため、ケーシングの内面に回転部材が接触しやすくなる。本発明では、ケーシングが傾いて設置されると、気泡管式水準器の気泡のずれをセンサが検知し、ケーシングの異常検出部が異常信号を出力する。この異常信号により、気泡管式水準器を目視しなくても、ケーシングが傾いて設置されていると判断することができる。

また、第１から第１３の何れか１つの発明の蓄電装置を複数備えた電力システムにおいて、複数の蓄電装置に放電動作を行わせる場合に、全ての蓄電装置の電気エネルギの出力量を同じ周期で変化させ且つ前記蓄電装置の出力量の経時変化が不一致となるように位相差を設けるようにしたので、複数の蓄電装置から効率よく電気エネルギを取り出すことができる。

本発明の第１の実施形態に係る蓄電装置の縦断面図である。 第１の実施形態の変形例１に係る蓄電装置の縦断面図である。 第１の実施形態の変形例２に係る蓄電装置の抑制部付近の縦断面図である。 第１の実施形態の変形例３に係る蓄電装置の継手部の縦断面図である。 第１の実施形態の変形例４に係る蓄電装置の継手部の縦断面図である。 第１の実施形態の変形例５に係る蓄電装置の縦断面図である。 第１の実施形態の変形例６に係る蓄電装置のフライホイールとマーカとマーカ位置センサと異常検出部との関係を示す図である。 第１の実施形態の変形例７に係る蓄電装置のフライホイールとマーカとマーカ位置センサと異常検出部との関係を示す図である。 第１の実施形態の変形例８に係る蓄電装置を示す図であり、（ａ）はケーシングと気泡管式水準器との関係を示し、（ｂ）は気泡管式水準器と気泡位置センサと異常検出部との関係を示す。 第１の実施形態の変形例８に係る蓄電装置を示す図であり、（ａ）はケーシングと気泡管式水準器との関係を示し、（ｂ）は気泡管式水準器と気泡位置センサと異常検出部との関係を示す。 第２の実施形態に係る電力システムの概略図である。 電力システムの各蓄電装置の出力電圧のグラフである。 その他の実施形態に係るフライホイールの側面図である。 その他の実施形態に係る蓄電装置の縦断面図である。 その他の実施形態に係る蓄電装置の縦断面図である。 その他の実施形態に係る蓄電装置の縦断面図である。

《第１の実施形態》
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態に係る蓄電装置（10a）は、電気エネルギを回転エネルギにして蓄え、その蓄えた回転エネルギを必要に応じて電気エネルギに変換して取り出すものである。この蓄電装置（10a）は、従来のものに比べて簡素であり、小型化が可能であることから、小規模の事業所用又は一般家庭用に用いられる。

この蓄電装置（10a）は、図１に示すように、ケーシング（20）、回転部材（1）、継手部（5）、モータ（30）、真空ポンプ（40）、及び制御部（50）を備えている。モータ（30）と回転部材（1）とがケーシング（20）内に収容され、真空ポンプ（40）と制御部（50）とがケーシング（20）の外側に配置されている。

ケーシング（20）は、上下端が閉塞された略円筒状に形成されている。このケーシング（20）は、上下に配置された上側部材（20a）及び下側部材（20b）と、上側部材（20a）と下側部材（20b）との間に配置された仕切板（6）とが溶接で接合されることにより形成されている。尚、本実施形態では、上側部材（20a）及び下側部材（20b）が溶接にて接合されているが、これに限定されず、例えば、上側部材（20a）及び下側部材（20b）の一方に形成された雄ねじと他方に形成された雌ねじとを締結することにより、両方の部材（20a,20b）を接続するようにしてもよい。これにより、ケーシング（20）の内部を容易に開放することができる。

ケーシング（20）は、その内部が円板状の仕切板（6）で上下に区画されている。仕切板（6）よりも上側がモータ室（21）であり、仕切板（6）よりも下側が回転部材（1）の収容室（22）である。

また、ケーシング（20）の側壁には、真空ポンプ（40）の吸引管（41）が挿入される２つの開口部（23a,23b）が形成されている。これらの開口部（23a,23b）のうち、一方がモータ室（21）に開口して他方が回転部材（1）の収容室（22）に開口している。真空ポンプ（40）が起動すると、真空ポンプ（40）の吸引管（41）を通じてモータ室（21）及び収容室（22）の真空引きが行われる。また、ケーシング（20）の側壁には、モータ（30）の電源線（53）の挿通口が形成されている。この電源線（53）を介してモータ（30）と制御部（50）とが電気的に接続されている。

モータ（30）は、ケーシング（20）内のモータ室（21）に位置している。モータ（30）は、ロータ（図示なし）とステータ（図示なし）とモータ軸（31）とを有している。モータ（30）の内部には、略円筒状に形成されたステータが固定されている。ステータの中空部には、モータ軸（31）が固定されたロータが配置されている。また、モータ（30）の電源線（53）の一端はステータに接続されている。

制御部（50）は、真空ポンプ作動部（51）とモータ作動部（52）とを備えている。真空ポンプ作動部（51）は真空ポンプ（40）の発停動作を制御する。モータ作動部（52）は、充電動作及び放電動作の切換動作を制御する。モータ作動部（52）は、充電動作時において、電源線（53）を通じて外部電力をモータ（30）へ供給することにより、モータ（30）が電動機となって回転部材（1）を回転させる。このようにして、モータ（30）へ供給される電気エネルギが回転部材（1）の回転エネルギとして蓄えられる。モータ（30）への電力の供給が停止されても、回転部材（1）は回転エネルギがなくなるまで回転し続ける。

尚、本実施形態の蓄電装置（10a）では、真空ポンプ作動部（51）が、回転部材（1）の回転中に真空ポンプ（40）を起動させる。これにより、ケーシング（20）内が真空状態となり回転部材（1）の風損が低減する。この風損の低減により、回転部材（1）の回転抵抗が減少し、モータ（30）への供給電力が停止した後も回転部材（1）が、より長く継続して回転する。尚、本実施形態では、ケーシング（20）内を真空状態にして回転部材（1）の風損が低減させたが、これに限定されず、例えば、窒素ガスやヘリウムガスをケーシング（20）内に封入するようにしてもよい。窒素ガスやヘリウムガスは空気よりも比重が小さいので、回転部材（1）の風損を低減させることができる。

一方、モータ作動部（52）は、放電動作時において、回転部材（1）の回転に伴いモータ（30）のロータが回転し、このロータの回転に伴ってモータ（30）が発電機となって発電を行う。モータ（30）で発生した電力は外部へ送られる。このようにして、回転部材（1）の回転エネルギから電気エネルギが取り出される。

回転部材（1）は、軸部（2）と、慣性体としての複数のフライホイール（3）とを備えている。軸部（2）は、チタン酸アルミニウム系セラミックスにより形成されている。この軸部（2）の上端部分には円板状の鍔部（4）が形成されている。鍔部（4）以外の部分は長細い円柱状に形成されている。尚、ケーシング（20）の仕切板（6）におけるモータ軸（31）の軸受（25）は、チタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体により形成されている。

フライホイール（3）は、炭素繊維系材料で形成されている。フライホイール（3）は非磁性体である。フライホイール（3）は、軸方向の厚みが全体的に一定の円盤状に形成されている。フライホイール（3）は、軸部（2）の円柱部分に所定の間隔を開けて軸方向に複数固定されている。尚、フライホイール（3）は、開繊炭素繊維薄層積層板で構成されていてもよい。

このように、回転部材（1）において、軸部（2）をチタン酸アルミニウム系セラミックスで形成し且つフライホイール（3）を炭素繊維系材料で形成することにより、例えば回転部材（1）を鋼材等の金属により形成する場合に比べて、回転部材（1）の軽量化を図ることができる。

従来の蓄電装置は、回転部材（1）の質量をできるだけ重くすることによって回転エネルギを蓄えるようにしていたが、第１の実施形態の蓄電装置（10a）では、従来よりも軽量の回転部材（1）を従来よりも高速で回転させることによって、従来よりも同等以上の回転エネルギを蓄えるように構成される。

ここで、従来よりも高速でフライホイール（3）を回転させるので、フライホイール（3）が高温になって熱変形を起こすことが考えられるが、フライホイール（3）を炭素繊維系材料で形成することにより、上述した熱変形を防止することができる。

また、回転部材（1）の軽量化により、モータ軸（31）に回転部材（1）を吊り下げて回転させることができるようになり、従来とは違い、重量物のフライホイール（3）を超伝導磁石により浮かせながら回転させる必要がなく、従来よりも蓄電装置（10a）の構造を簡素且つ小型にすることができる。

また、回転部材（1）の軽量化により、モータ軸（31）とケーシング（20）の仕切板（6）の軸受（25）との間の摩擦によるエネルギ損失を低減することができ、回転部材（1）をより長く回し続けることができる。

また、従来の蓄電装置では、フライホイール（3）を超電導磁石により浮かせた状態で回転させていたので、超電導磁石に起因する渦電流がフライホイール（3）に生じ、フライホイール（3）の回転が妨げられて、電気エネルギを効率よく回転エネルギとして蓄えることができなかったが、第１の実施形態の蓄電装置（10a）では、回転部材（1）の軽量化により超伝導磁石で回転部材（1）を浮かせる必要がないので、超伝導磁石に起因する渦電流が生じない。これにより、電気エネルギを効率よく回転エネルギとして蓄えることができる。

継手部（5）は、モータ（30）のモータ軸（31）と回転部材（1）の軸部（2）との間を接続するものである。継手部（5）は、上下に重ねられ且つ互いに吸着する４つの円板状の継手用ネオジム磁石（6a〜6d）を備えている。上から１番目の継手用ネオジム磁石（6a）の中心部には、モータ軸（31）の下端部が固定されている。また、上から４番目の継手用ネオジム磁石（6d）の中央部には貫通孔が形成されている。この貫通孔の内周面は上側部分の内径が下側部分の内径よりも大きく形成されている。上述した軸部（2）の鍔部（4）は、貫通孔の上側部分にはめ込まれ、軸部（2）の円柱部分が貫通孔の下側部分を通る。そして、上から３番目と４番目の継手用ネオジム磁石（6c,6d）の間に回転部材（1）の軸部（2）の鍔部（4）が挟まれることにより、回転部材（1）が継手部（5）に固定される。このように、継手用ネオジム磁石（6a,6b,6c,6d）の吸着力を利用することにより、鋼製のモータ軸（31）とセラミックス製の軸部（2）とがしっかりと接続される。

（第１の実施形態の変形例１）
図２に示す変形例１の蓄電装置（10b）は、回転部材（1）の振れ回りを抑制する抑制部（11）を備える点で、第１の実施形態の蓄電装置（10a）とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。

この抑制部（11）は、第１及び第２の永久磁石としての２つの抑制用ネオジム磁石（12a,12b）を有している。一方の抑制用ネオジム磁石（12a）は半球状に形成されている。この半球状の抑制用ネオジム磁石（12a）は回転部材（1）の軸部（2）の下端に固定されている。他方の抑制用ネオジム磁石（12b）は環状に形成されている。この環状の抑制用ネオジム磁石（12b）は、収容室（22）の底面の中央部に形成された凹部（26）の内面に埋め込まれている。環状の抑制用ネオジム磁石（12b）の内径は、半球状の抑制用ネオジム磁石（12a）の直径よりも大きく形成されている。

回転部材（1）の軸部（2）は、その下端部が収容室（22）の凹部（26）の内側中心に位置するように配置されている。これにより、半球状の抑制用ネオジム磁石（12a）の外面の周りを環状の抑制用ネオジム磁石（12b）の内周面が囲むように構成される。半球状の抑制用ネオジム磁石（12a）の外面と環状の抑制用ネオジム磁石（12b）の内周面とは同磁極であるため、これらの抑制用ネオジム磁石（12a,12b）には反発力が生じる。この反発力により、回転部材（1）の軸部（2）の下端部は収容室（22）の凹部（26）の内面中心に位置しようとする。これにより、回転部材（1）の軸部（2）の振れ回りが抑制される。

（第１の実施形態の変形例２）
図３に示す変形例２の蓄電装置（10c）は、抑制部（11）が２つの抑制用ネオジム磁石（12a,12b）が平板状に形成されている点で、変形例１の蓄電装置（10b）とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。

変形例２の抑制部（11）において、一方の抑制用ネオジム磁石（12a）は、回転部材（1）の軸部（2）の下端面に固定されている。また、他方の抑制用ネオジム磁石（12b）は、収容室（22）の底面の中央部に埋め込まれている。回転部材（1）をモータ軸（31）に吊り下げると、両方の抑制用ネオジム磁石（12a,12b）は隙間を空けて互いに上下に対向するように構成されている。変形例２の場合も、変形例１と同様に、抑制用ネオジム磁石（12a,12b）間の反発力により回転部材（1）の軸部（2）の振れ回りを抑制することができる。変形例１の場合に比べて、抑制用ネオジム磁石（12a,12b）の成形が容易である。

（第１の実施形態の変形例３）
変形例３の蓄電装置は、その継手部（5）が上下に重ねられ且つ互いに吸着した２つの継手用ネオジム磁石（6a,6b）を備える点で、第１の実施形態、及び変形例１と変形例２の蓄電装置（10a,10b）とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。

変形例３の継手部（5）において、図４に示すように、上側の継手用ネオジム磁石（6a）の上面にノックピン（35）を介してモータ軸（31）が固定されている。また、２つの継手用ネオジム磁石（6a,6b）間に形成された空間部（36）に回転部材（1）の軸部（2）の鍔部（4）を嵌め込み、この鍔部（4）を両側の継手用ネオジム磁石（6a,6b）で挟み込むことにより固定する。これにより、第１の実施形態の継手部（5）に比べて、継手用ネオジム磁石（6a,6b）の数を減らすことができ、蓄電装置のコストダウンを図ることができる。

（第１の実施形態の変形例４）
変形例４の蓄電装置は、その継手部（45）が上下に重ねられた３つのステンレス部材（46a,46b,46c）と、これらのステンレス部材（46a,46b,46c）を締結する複数の六角ボルト（47）とを備える点で、第１の実施形態、及び変形例１〜３とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。

変形例４の継手部（45）において、図５に示すように、上から１番目と２番目のステンレス部材（46a,46b）の間には上側空間部（48）が形成され、上から２番目と３番目のステンレス部材（46b,46c）の間には下側空間部（49）が形成されている。モータ軸（31）の下端部に形成された鍔部（4）を上側空間部（48）に嵌め込み且つ回転部材（1）の軸部（2）の鍔部（4）を下側空間部（49）に嵌め込んで、４本の六角ボルト（47）を上下方向に挿入して締め付ける。これにより、継手用ネオジム磁石（6a,6b,6c,6d）を用いずに、モータ軸（31）と回転部材（1）とを接続することができる。尚、継手部（45）は、ステンレス部材に限定されず、非磁性体のもの，例えばアルミニウム系合金であってもよい。

（第１の実施形態の変形例５）
変形例５の蓄電装置（10d）は、回転部材（1）がチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体で形成され、ケーシング（20）の壁体が多層構造体で形成されている点において、第１の実施形態、及び変形例１から変形例４までの蓄電装置とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。尚、変形例５の蓄電装置（10d）を示す図６において、変形例２の抑制部（11）が図示され、変形例４の継手部（45）が図示されている。

ケーシング（20）は、基台（27b）と胴体（27a）とを備えている。基台（27b）は直方体状に形成されている。胴体（27a）は略円筒状に形成されている。この基台（27b）の上面に対して垂直に胴体（27a）が立設されている。また、ケーシング（20）は、その壁体が、チタン酸アルミニウム系セラミックス層（28a）と、炭素繊維系糸を含有する不織布層（28b）と、ステンレス系又はアルミニウム系の金属層（28c）とがケーシング（20）の内側から外側へ向かって積層された多層構造体である。尚、不織布層（28b）の炭素繊維系糸は例示であり、例えばガラス繊維系糸であってもよい。

回転部材（1）は、仮に限界荷重を超える荷重が作用した場合、回転部材（1）自体が粉砕するように構成されている。回転部材（1）が粉砕せずに鋼材等のように座屈する場合に比べて、モータ（30）の損傷を小さくすることができる。つまり、回転部材（1）が座屈した場合、座屈状態の回転部材（1）がケーシング（20）の内面に衝突し、その衝突の衝撃が回転部材（1）の軸部（2）を通じてモータ（30）へ伝わり、モータ（30）が破損することが考えられるが、変形例５の場合、回転部材（1）が座屈せずに粉砕するので、その衝撃がモータ（30）へ伝わらず、モータ（30）の損傷を最小限に抑えることができる。

ここで、仮に回転部材（1）が粉砕した場合、回転部材（1）が従来よりも高速で回転していることに起因して、その粉砕物が超音速で飛び出す。ここで、ケーシング（20）の壁体を金属で形成した場合には、超音速の粉砕物が壁体に衝突した際に、壁体にユゴニオ弾性限界を超える圧力が作用して壁体が液状化してしまい、粉砕物が液状化した壁体を通過してケーシング（20）の外側へ飛び出してしまうという問題がある。

上述したように、ケーシング（20）には、耐熱性及び低膨張特性に優れたチタン酸アルミニウム系セラミックス層（28a）が設けられている。これにより、粉砕物の衝突によるケーシング（20）の壁体の液状化がなくなり、粉砕物が壁体を貫通するのを防ぐことができる。

（第１の実施形態の変形例６）
変形例６の蓄電装置は、マーカ（55）とマーカ位置センサ（56）と回転部材用の異常検出部（57）とを備える点において、第１の実施形態、及び変形例１から変形例５までの蓄電装置とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。

図７に示すように、マーカ（55）は、フライホイール（3）の外周面の全周に亘って同じ高さで付されている。具体的には、フライホイール（3）の外周面の中央に付されている。マーカ位置センサ（56）は、フライホイール（3）の周方向に１８０°の間隔を開けて２つ設けられている。各マーカ位置センサ（56）は、マーカ（55）に対向するように、ケーシング（20）の収容室（22）の内面に固定されている。これらのマーカ位置センサ（56）は、回転部材用の異常検出部（57）に電気的に接続されている。

ここで、回転部材（1）はモータ軸（31）に吊り下げられた状態で回転するため、回転部材（1）に振れ回りが生じていない場合、その回転時の姿勢は一定であり、マーカ（55）の位置はぶれない。回転部材（1）に振れ回りが生じると、回転部材（1）の回転時の姿勢が乱れて、マーカ（55）の位置がぶれる。マーカ位置センサ（56）は、マーカ（55）のブレ量を検出して回転部材用の異常検出部（57）へ入力する。そして、回転部材用の異常検出部（57）は、マーカ（55）のブレ量が所定値以上になると、制御部（50）へ異常信号が出力される。制御部（50）は、異常信号が入力されるとモータ（30）の減速又は停止させる。

変形例６によれば、回転部材（1）を目視しなくても、回転部材（1）の振れ回りを判断することができる。また、回転部材（1）に振れ回りが生じると、制御部（50）がモータ（30）の減速又は停止を行うので、回転部材（1）がケーシング（20）の内壁に衝突するのを回避することができる。

（第１の実施形態の変形例７）
変形例７の蓄電装置は、マーカ（55）の位置とマーカ位置センサ（56）の配置とが、変形例６の蓄電装置とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。

図８に示すように、マーカ（55）は、回転部材（1）の軸部（2）の下端面の中心に付されている。この下端面の中心は回転部材（1）の回転中心であり、回転部材（1）に振れ回りが生じていない場合にはマーカ（55）の位置はぶれない。しかし、回転部材（1）に振れ回りが生じると、マーカ（55）の位置はぶれる。このマーカ（55）のブレ量は、ケーシング（20）の収容室（22）の底面に固定されたマーカ位置センサ（56）によって検出される。このように、変形例７の場合であっても、変形例６の場合と同様の効果を得ることができる。尚、変形例１の蓄熱装置の場合には、環状の抑制用ネオジム磁石（12b）の中空部にマーカ位置センサ（56）を設けるとよい。これにより、環状の抑制用ネオジム磁石（12b）とマーカ位置センサ（56）とをコンパクトに配置することができる。

（第１の実施形態の変形例８）
変形例８の蓄電装置は、気泡管式水準器（60）と気泡位置センサ（63）とケーシング用の異常検出部（64）とを備える点で、第１の実施形態、及び変形例１から変形例７までの蓄電装置とは異なる。以下、相違点のみについて説明する。尚、図９（ａ）と図１０（ａ）において、変形例５のケーシング（20）が例示として図示されている。

図９（ａ）に示すように、ケーシング（20）の基台（27b）の上面には、ケーシング（20）の胴体（27a）の周方向に間隔を開けて複数の気泡管式水準器（60）が取り付けられている。気泡管式水準器（60）の透明の気泡管（61）には液体と気泡（62）とが封入されている。また、気泡管（61）の外周面には４本の標線が記されている。両側の２本の標線の間に気泡（62）が位置すれば、気泡管式水準器（60）が設置された面が水平である。

ケーシング（20）の基台（27b）の上面は、ケーシング（20）の胴体（27a）の軸方向に直交する方向に沿うように形成されている。また、各気泡管式水準器（60）は気泡管（61）の軸が横向きになるように設置されている。したがって、気泡管（61）の気泡（62）が２本の標線の間に位置すれば、ケーシング（20）の基台（27b）の上面は水平であり、この上面に直交する胴体（27a）は、その軸方向が鉛直方向に一致している。

図９（ｂ）に示すように、ケーシング（20）には、各気泡管式水準器（60）の気泡管（61）に記された各標線の外側近傍に対向するように、気泡位置センサ（63）が固定されている。気泡位置センサ（63）は、気泡（62）の位置情報をケーシング用の異常検出部（64）へ出力している。そして、ケーシング用の異常検出部（64）が、気泡位置センサ（63）の位置情報に基づいて気泡（62）が標線の外側に位置することを検知すると、ケーシング用の異常検出部（64）から制御部（50）へ異常信号が出力される。制御部（50）は、ケーシング（20）が傾いていることを外部に表示する。このように、気泡管式水準器（60）を目視しなくても、ケーシング（20）が傾いて設置されていると判断することができる。尚、図１０（a）に示すように、気泡管（61）の軸が縦向きになるように気泡管式水準器（60）をケーシング（20）の基台（27b）の側面に設置してもよい。この場合には、図１０（b）に示すように、各気泡管式水準器（60）に対応する気泡位置センサ（63）が１つでよいので、蓄電装置のコストダウンを図ることができる。

《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の第２の実施形態に係る電力システム（70）は、図１１に示すように、複数の蓄電装置（10）とシステム制御部（75）とを備えている。システム制御部（75）は、インバータ回路、パワー制御回路、マイコン制御回路及びスレッシュホールド回路を備えている。蓄電装置は、上述した第１の実施形態、及び変形例１から変形例８までの何れか１つの蓄電装置で構成されている。複数の蓄電装置が互いに電気的に接続されている。

システム制御部（75）は、全ての蓄電装置に放電動作を行わせる場合に、全ての蓄電装置の電気エネルギの出力量を同じ周期で変化させ且つ蓄電装置の出力量の経時変化が不一致となるように位相差を設ける。この結果を図１２に示す。このように、複数の蓄電装置の運転制御を行うことにより、複数の蓄電装置から効率よく電気エネルギを取り出すことができる。

（チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法）
次に、チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法について説明する。まず、Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｌｉ含有材料、およびＭｇ含有材料を混合する工程を包含する場合の製造方法について説明した後で、上述のＭｇ含有材料を使用しない工程、即ちＴｉ含有材料、Ａｌ含有材料、およびＬｉ含有材料を混合する工程を含有する場合の製造方法（以下、製造方法の変形例ともいう。）について説明する。

（原料）
（Ｔｉ含有材料）
本発明に用いられるＴｉ含有材料は、チタンを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。好ましくは酸化チタンの粉末である。

酸化チタンとしては、アナターゼ型および/またはルチル型の酸化チタンを使用することができる。具体的には、塩素法によって製造されるルチル型の酸化チタン、および硫酸法によって製造されるアナターゼ型の酸化チタンを使用することができる。

さらに、Ｔｉ含有材料として、空気中で焼成することにより酸化チタンに導かれる材料を用いることもできる。このような材料としては、チタニウム塩、チタニウムアルコキシド、水酸化チタニウム、窒化チタン、硫化チタン、チタン金属などがあげられる。

（Ａｌ含有材料）
本発明に用いられるＡｌ含有材料は、アルミニウムを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。好ましくはアルミナ（酸化アルミニウム）の粉末である。アルミナの結晶型としては、γ型、δ型、θ型、α型などがあげられ、不定形（アモルファス）であってもよい。α型のアルミナが好ましく用いられる。

Ａｌ含有材料としては、空気中で焼成することによりアルミナに導かれる材料の粉末を用いることもできる。このような材料としては、たとえば、アルミニウム塩、アルミニウムアルコキシド、水酸化アルミニウム、金属アルミニウムなどがあげられる。

Ｔｉ含有材料としてアナターゼ型またはルチル型の酸化チタンを用い、Ａｌ含有材料として易焼結アルミナα型を用いる場合には、両成分の反応性が良好であるので、短時間、高収率でチタン酸アルミニウムを形成することができる。

該Ｔｉ含有材料とＡｌ含有材料との配合割合は、Ｔｉ含有材料とＡｌ含有材料との合計１００重量部を基準として、Ｔｉ含有材料２５〜７５重量部に対して、該Ａｌ含有材料７５〜２５重量部とする。好ましくは、Ｔｉ含有材料３０〜７０重量部に対して、該Ａｌ含有材料７０〜３０重量部、さらに好ましくはＴｉ含有材料４０〜６０重量部に対して、該Ａｌ含有材料６０〜４０重量部である。

なお、Ｔｉ含有材料の重量部数は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）換算とし、Ａｌ含有材料の重量部数は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）換算とする。すなわち、Ｔｉ含有材料の量については、それが酸化チタンに変換された後の重量に基づいて計算する。そしてＡｌ含有材料の量については、それがアルミナに変換された後の重量に基づいて計算する。

Ａｌ含有材料の配合割合が少なすぎる場合（Ｔｉ含有材料の配合割合が多すぎる場合）には、機械的強度が低下し、熱安定性が劣る場合がある。

Ａｌ含有材料の配合割合が多すぎる場合（Ｔｉ含有材料の配合割合が少なすぎる場合）には、機械的強度は上がるが、線膨張係数も上がる場合がある。

（Ｌｉ含有材料）
本発明に用いられるＬｉ含有材料としては、ペタライト、スポジューメン、炭酸リチウム、および酸化リチウムなどがあげられる。ＬｉおよびＡｌを含有する材料が好ましい。ＬｉおよびＡｌならびにＳｉを含有する材料（例えば、ＬｉおよびＡｌを含有する珪酸塩)がより好ましい。珪酸塩の形態のＬｉ含有材料を用いる場合、焼成によってチタン酸アルミニウム系焼成体が形成される際に、Ｌｉ含有材料中のＳｉの一部が結晶格子に固溶してＡｌと置換する。ＳｉはＡｌよりイオン半径が小さいために周囲の酸素原子との結合距離が短くなり、格子定数は、純粋なチタン酸アルミニウムと比べて小さい値となる。その結果、得られる焼結体は、結晶構造が安定化して、機械的強度が向上し、更に、非常に高い熱的安定性を示すものとなって耐火度が大きく向上するものと考えられる。

Ｌｉ含有材料の含有量は、Ｔｉ含有材料およびＡｌ含有材料の合計１００重量部に対し、１〜１０重量部であることが好ましく、３〜６重量部であることがより好ましい。最も好ましくは、４〜５重量部である。Ｌｉ含有材料の含有量を適切な範囲内に調整することにより、熱膨張係数がよりゼロに近い、すなわち、熱による体積変化がより小さいチタン酸アルミニウム系焼結体を得ることができる。

Ｌｉ含有材料の含有量が少なすぎる場合には、チタン酸アルミニウム系焼結体の熱膨張係数を十分に低減できないことがあり、多すぎる場合には、耐熱性が低下し、またチタン酸アルミニウム系焼結体の機械的強度が低下することがある。さらに、Ｌｉ含有材料の含有量が多すぎても、少なすぎてもヒステリシスが改善しないことがある。

なお、Ｌｉ含有材料の含有量は、酸化チタン換算のＴｉ含有材料およびアルミナ換算のＡｌ含有材料の合計１００重量部に対して、ペタライト（Ｌｉ（ＡｌＳｉ_４Ｏ_１０））換算の量として決定するものとする。すなわち、Ｌｉ含有材料としてペタライトを使用する場合にはその量をＬｉ含有材料の含有量として計算する。そしてＬｉ含有材料としてペタライト以外のＬｉ含有材料を使用する場合にはそのＬｉ含有材料と同じ量のＬｉを含むペタライト（Ｌｉ（ＡｌＳｉ_４Ｏ_１０））の重量をＬｉ含有材料の含有量として計算する。

また、ＬｉおよびＡｌを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Ｌｉ含有材料の使用量およびＡｌ含有材料の使用量の両者に含めて計算する。すなわち、ＬｉおよびＡｌを含有する材料を用いる場合、その材料中のＬｉの量と同じ量のペタライトの重量のＬｉ含有材料と、その材料中のＡｌの量と同じ量のＡｌを含むアルミナの重量のＡｌ含有材料とが使用されているものとして計算する。

（Ｍｇ含有材料）
本発明に使用されるＭｇ含有材料は、マグネシウムを含有し焼成によりチタン酸アルミニウム系焼結体を合成できる材料であれば特に限定されない。たとえば、酸化マグネシウムの粉末のほか、空気中で焼成することにより酸化マグネシウムに導かれる材料の粉末があげられる。

空気中で焼成することにより酸化マグネシウムに導かれる材料としては、たとえば、マグネシウム塩、マグネシウムアルコキシド、水酸化マグネシウム、窒化マグネシウム、金属マグネシウムなどがあげられる。

Ｍｇ含有材料として、Ａｌ含有材料を兼ねた粉末を用いることもできる。このような粉末としては、例えば、酸化マグネシウムスピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）の粉末があげられる。

なお、ＭｇおよびＡｌを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Ｍｇ含有材料の使用量およびＡｌ含有材料の使用量の両者に含めて計算する。すなわち、ＭｇおよびＡｌを含有する材料を用いる場合、その材料中のＭｇの量に対応するＭｇＯの重量のＭｇ含有材料と、その材料中のＡｌの量と同じ量のＡｌを含むアルミナの重量のＡｌ含有材料とが使用されているものとして計算する。

また、ＭｇおよびＴｉを含有する材料を用いる場合、その材料の使用量は、Ｍｇ含有材料の使用量およびＴｉ含有材料の使用量の両者に含めて計算する。すなわち、ＭｇおよびＴｉを含有する材料を用いる場合、その材料中のＭｇの量に対応するＭｇＯの重量のＭｇ含有材料と、その材料中のＴｉの量と同じ量のＴｉを含む酸化チタンの重量のＴｉ含有材料とが使用されているものとして計算する。

好ましいＭｇ含有材料は、Ｍｇを含むスピネル型構造を有する酸化物、ＭｇＣＯ_３及びＭｇＯである。

Ｍｇを含むスピネル型構造を有する酸化物としては、例えば、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＭｇＴｉ２Ｏ４などがあげられる。このようなスピネル型構造を有する酸化物としては、天然鉱物を用いても良く、或いは、ＭｇＯとＡｌ_２Ｏ_３を含む原料、ＭｇＯと酸化チタンを含む原料などを焼成して得たスピネル型酸化物を用いてもよい。

Ｍｇ含有材料の含有量は、Ｔｉ含有材料およびＡｌ含有材料の合計１００重量部に対して、１〜１０重量部であることが好ましく、より好ましくは３〜８重量部である。Ｍｇ含有材料を適切な範囲で含有することにより、線膨張係数が安定化し、ヒステリシスが改善する。そのため、熱ショックに対して抵抗性が上がる。

Ｍｇ含有材料の含有量が少なすぎる場合には、耐熱性が低下することがあり、また強度が低下することがある。Ｍｇ含有材料の含有量が多すぎる場合にも強度が低下し、しかも熱膨張性が低下し、高熱によって分解を生じることがある。

なお、Ｍｇ含有材料の含有量は、酸化チタン換算のＴｉ含有材料およびアルミナ換算のＡｌ含有材料の合計１００重量部に対して、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）換算の重量として決定するものとする。

Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｌｉ含有材料、およびＭｇ含有材料としては、それぞれ別個の材料であってもよく、Ｔｉ、Ａｌ、ＬｉおよびＭｇのうちの２種以上の金属成分を含む材料であってもよい。

この材料は、アルミナセラミックス、チタニアセラミックス、酸化マグネシウムセラミックス、チタン酸アルミニウム系焼結体、チタン酸マグネシウムセラミックス、スピネルセラミックス、チタン酸アルミニウムマグネシウムセラミックスなどの各種セラミックスの原料として用いられるもののうちから適宜選択される。

好ましい原料として、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＬｉＯ，ＭｇＯなどの酸化物、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄、Ａｌ₂ＴｉＯ₅、ＭｇとＴｉを含む各スピネル型構造体などの２種類以上の金属成分を含む複合酸化物、Ａｌ、Ｔｉ及びＭｇからなる群から選ばれた１種又は２種以上の金属成分を含む化合物（炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩など）などがある。

必要に応じて、上記したＴｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｌｉ含有材料、およびＭｇ含有材料以外の無機材料を添加剤として使用することもできる。そのような無機材料として、ＳｉＯ₂、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、ＳｉＣなどがあげられる。これらの一種又は二種以上の添加剤が、上記の原料混合物１００重量部に対して、１５重量部以下添加することができる。好ましくは１〜１５重量部であり、さらに好ましくは４〜１０重量部、最も好ましくは３〜６重量部である。

（原料混合物の調製）
本発明の製造方法において、上記Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｍｇ含有材料及びＬｉ含有材料の各原料を混合することにより、混合物を得ることができる。

各原料の粉末を充分に混合し、必要に応じて焼成後、適当な粒径に粉砕される。原料の混合、粉砕は、特に限定的でなく既知の方法に従って行われる。

例えば、ボールミル、媒体攪拌ミルなどを用いて行われる。上記原料混合物の粉砕の程度は、特に限定的でない。平均粒子径が好ましくは３０μｍ以下、特に好ましくは８〜１５μｍ以下が好適である。これは、二次粒子が形成されない範囲であればできるだけ小さい方が好適である。

上記原料混合物は、このまま焼成することもできるが、好ましくは、最終的な使用形態である成形体に予め成形してから焼成することが好ましい。成形する際に、上記原料混合物に対して、成形助剤を配合することもできる。成形助剤としては、結合剤、離型剤、消泡剤、及び解こう剤などの既知のものが使用できる。結合剤としては、ポリビニルアルコール、マイクロワックスエマルジョン、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどが好ましい。離型剤としては、ステアリン酸エマルジョンなどが、消泡剤としては、ｎ−オクチルアルコール、オクチルフェノキシエタノールなどが、解こう剤としては、ジエチルアミン、トリエチルアミンなどが好ましい。これらは原料混合物の混合時に各原料の分散性を上げるために使用される。

成形助剤の使用量は特に限定されない。原料として用いるＡｌ含有材料及びＴｉ含有材料、Ｍｇ含有材料、Ｌｉ含有材料（原料混合物）の各材料を酸化物として換算した合計１００重量部に対して、いずれも固形物換算でそれぞれ以下の範囲とするのが好適である。

すなわち、結合剤を０．２〜０．６重量部、離型剤を０．２〜０．７重量部、消泡剤を０．５〜１．５重量部、及び解こう剤を０．５〜１．５重量部用いる。上記成形助剤を加えた原料混合物は混合、混練し、成形される。

原料混合物の成形方法についても特に限定はなく、例えば、プレス成形、シート成形、鋳込み成形、押し出し成形、射出成形、ＣＩＰ成形、ＨＩＰ成形、また最近では３Ｄ（３次元）成形などの公知の成形方法を適宜採用すればよい。

成形体の焼成方法は、一般のセラミックスの焼成方法を用いることができる。

焼成は、通常、管状電気炉、箱型電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、シャフト炉、反射炉、ロータリー炉、ローラーハース炉などの通常の焼成炉を用いて行なわれる。焼成は回分式で行なってもよいし、連続式で行なってもよい。また、静置式で行なってもよいし、流動式で行なってもよい。

焼成するときの雰囲気は、大気中、真空中（１Ｐａ以下の真空度）、窒素雰囲気、還元雰囲気、不活性雰囲気（アルゴン、ネオン、ヘリウムなど）が可能である。好ましくは大気中での焼成である。

焼成温度は、通常１０００〜１７５０℃程度、好ましくは１２００〜１６００℃程度とすればよい。

焼成時間は、特に限定はなく、成形体の形状などに応じて、充分に焼結が進行するまで焼成すれば良く、通常は、上記した温度範囲に１〜１０時間維持すればよい。焼成の際の昇温速度及び降温速度についても、特に限定はなく、焼結体にクラックが入らないような条件を適宜設定すればよい。

上記混合物中に含まれる水分、結合剤などの成形助剤を充分に除去するために急激に昇温することなく、徐々に昇温することが好ましい。また、上記した焼成温度に加熱する前に、必要に応じて、好ましくは７００〜１０００℃の温度範囲において、１０〜３０時間の穏やかな昇温により仮焼結を行うことによって、チタン酸アルミニウム系焼結体が形成する際におけるクラック発生の原因となる焼結体内の応力を緩和することができ、焼結体中のクラックの発生を抑制して均一な焼結体を得ることができる。

上述の方法により、チタン酸アルミニウム系焼結体（以下、単に焼結体ともいう。）を得ることができる。チタン酸アルミニウム系焼結体は、化学式、Ｔｉ−Ａｌ−Ｌｉ−Ｍｇ−Ｏ系（好ましくは、Ｔｉ−Ａｌ−Ｌｉ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ系）結晶体で表すことができる。本発明の焼結体の原料は、Ａｌ含有材料、Ｔｉ含有材料、Ｍｇ含有材料、およびＬｉ含有材料として、天然物を含有し得る。それゆえ、不純物を含有し得る。また、Ｔｉ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｏ以外の元素を含むこともできる。そのため、本発明の焼結体の厳密な化学式を正確に表すことはできない。

なお、１つの好ましい実施形態における主成分の式としては、例えば、Ａｌ含有材料としてアルミナを用い、Ｔｉ含有材料として酸化チタンを用い、Ｍｇ含有材料として酸化マグネシウムを用い、Ｌｉ含有材料として、ペタライトを用いた場合には、以下の式となる。

（Ａｌ２Ｏ３）_ａ（ＴｉＯ２）_ｂ（ＭｇＯ）_ｃ（Ｌｉ（ＡｌＳｉ４Ｏ１０））_ｄ

ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄの値はそれぞれの材料の使用量によって決まる。

本発明の焼結体は、上記したように、耐熱性と高い機械的強度を有する。しかも、本発明の焼結体は耐久性および耐熱衝撃性にも優れている。

（回転軸）
本発明で使用する回転軸は、上記チタン酸アルミニウム系セラミックス焼結体から形成することができる。粉体を筒状または棒状に成形した後、上記した所定温度で焼成することにより、回転軸が得られる。

（チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法の変形例）
次に、チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法の変形例について説明する。この製造方法の変形例は、上述したように、Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、およびＬｉ含有材料を混合する工程を包含する。以下、上述した製造方法とは異なる点のみを説明する。

この製造方法の変形例の好ましい原料として、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＬｉＯなどの酸化物、Ａｌ₂ＴｉＯ₅、Ｔｉを含む各スピネル型構造体などの２種類以上の金属成分を含む複合酸化物、Ａｌ、Ｔｉからなる群から選ばれた１種又は２種以上の金属成分を含む化合物（炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩など）などがある。

必要に応じて、上記したＴｉ含有材料、Ａｌ含有材料、およびＬｉ含有材料以外の無機材料を添加剤として使用することもできる。そのような無機材料として、ＭｇＯ、ＳｉＯ₂、酸化鉄、ジルコニア、ジルコン、イットリア、ストロンチウム、ＳｉＣなどがあげられる。これらの一種又は二種以上の添加剤が、上記の原料混合物１００重量部に対して、３０重量部以下添加することができる。好ましくは１〜２５重量部であり、さらに好ましくは１〜１５である。

この製造方法の変形例により、チタン酸アルミニウム系焼結体（以下、単に焼結体ともいう。）を得ることができる。チタン酸アルミニウム系焼結体は、化学式、Ｔｉ−Ａｌ−Ｌｉ−Ｏ系（好ましくは、Ｔｉ−Ａｌ−Ｌｉ−Ｓｉ−Ｏ系）結晶体で表すことができる。この焼結体の原料は、Ａｌ含有材料、Ｔｉ含有材料、およびＬｉ含有材料として、天然物を含有し得る。それゆえ、不純物を含有し得る。また、Ｔｉ、Ａｌ、Ｌｉ、Ｏ以外の元素を含むこともできる。そのため、本発明の焼結体の厳密な化学式を正確に表すことはできない。

なお、１つの好ましい実施形態における主成分の式としては、例えば、Ａｌ含有材料としてアルミナを用い、Ｔｉ含有材料として酸化チタンを用い、Ｌｉ含有材料として、ペタライトを用いた場合には、以下の式となる。

（Ａｌ２Ｏ３）_ａ（ＴｉＯ２）_ｂ（Ｌｉ（ＡｌＳｉ４Ｏ１０））_ｃ

ここで、ａ、ｂ、ｃの値はそれぞれの材料の使用量によって決まる。

製造方法の変形例により得られた焼結体は、上述の製造方法（Ｔｉ含有材料、Ａｌ含有材料、Ｌｉ含有材料、およびＭｇ含有材料を混合する工程を包含するもの）と同様に、耐熱性と高い機械的強度を有する。しかも、この焼結体は耐久性および耐熱衝撃性にも優れている。本発明で使用する回転軸は、この焼結体から形成することができる。粉体を筒状または棒状に成形した後、上記した所定温度で焼成することにより、回転軸が得られる。

以下、本発明を実施例を用いてより詳細な説明をする。
本発明は、その要旨を超えない限り、実施例に限定されるものではない。
以下の実施例で用いた材料は、次のとおりである。

（実施例１）
酸化チタン（Ａ−１１０、堺化学（株））３０重量部、易焼結アルミナ（ＡＥＳ−１１、住友化学工業（株））７０重量部、ペタライト４重量部、酸化マグネシウム（宇部マテリアルズ（株））４重量部、適量の温水、解膠剤としてジエタノールアミン１．５重量部、有機バインダーとしてポリビニルアルコール０．１重量部、および消泡剤としてポリプロピレングリコール０．５重量部を混合して、スラリーを得た。
このスラリーを乾燥してクリンカーを得た。このクリンカーをボールミルにて２４時間粉砕し、篩にて分級した。篩サイズ８０〜１００μｍ、平均粒径ｘ＝９０μｍのチタン酸アルミニウム系粉体（原料粉末）を得た。
得られた原料粉末を６０ＭＰａの成形圧でプレスして５０ｍｍ×１００ｍｍ×１０ｍｍの成形体を得た。この成形体を大気中で１４５０℃で焼成した後、放冷してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。

（実施例２）
酸化マグネシウム（宇部マテリアルズ（株））に代えて、酸化マグネシウム（神島化学工業（株））を４重量部用いたこと以外は、実施例１と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。

（実施例３）
酸化チタン（Ａ−１１０、堺化学（株））を４０重量部、易焼結アルミナ（ＡＥＳ−１１、住友化学工業（株））を６０重量部、ペタライトを４重量部、酸化マグネシウム（神島化学工業（株））を４重量部混合したこと以外は、実施例１と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。

（実施例４）
酸化チタン（Ａ−１１０、堺化学（株））を２５重量部、易焼結アルミナ（ＡＥＳ−１１、住友化学工業（株））を５０重量部、溶融シリカを２５０重量部、ペタライトを４重量部、イットリアを０．４重量部混合したこと以外は、実施例１と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。

（実施例５）
酸化チタン（Ａ−１１０、堺化学（株））を２３重量部、易焼結アルミナ（ＡＥＳ−１１、住友化学工業（株））を６０重量部、溶融シリカを１７０重量部、ペタライトを４重量部、イットリアを０．４重量部混合したこと以外は、実施例１と同様に成形、焼成してチタン酸アルミニウム系焼結体を得た。

（その他の実施の形態）
本実施形態では、フライホイール（3）において、軸方向の厚みが全体的に一定の円盤状に形成されていたが、これに限定されず、例えば、図１３に示すように、フライホイール（3）の軸方向厚みが径方向外方から内方へ向かって大きくなる形状であってもよい。このフライホイール（3）は、２つの部材を上下に貼り合わせることで形成してもよいし、ロービング炭素繊維束の太さを調整することにより形成してもよい。このように形成することにより、フライホイール（3）の回転抵抗を小さくすることができ、フライホイール（3）をさらに高速で回転させることが可能となる。この結果、蓄電装置の蓄電効率を向上させることができる。

本実施形態では、フライホイール（3）が炭素繊維系材料で形成されていたが、これに限定されず、フライホイール（3）がセラミックスで形成されてもよい。ここで、セラミックスはチタン酸アルミニウム系セラミックスにするのが好ましい。こうすると、回転部材（1）全体をチタン酸アルミニウム系セラミックスで形成することができ、回転部材（1）の形成の効率化を図ることができる。また、回転部材（1）の軸部（2）とフライホイール（3）との一体成形により、さらに回転部材（1）の形成の効率化を図ることができる。

本実施形態では、回転部材（1）の軸部（2）がチタン酸アルミニウム系セラミックスで形成されていたが、これに限定されず、炭素繊維又は繊維強化プラスチックで形成されていてもよい。このとき、回転部材（1）のフライホイール（3）がセラミックス、炭素繊維又は繊維強化プラスチックで形成されてもよいし、これら以外の材料で形成されていてもよい。このとき、軸部（2）とフライホイール（3）とが同一材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。

ここで、繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）又は炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が好ましい。

ガラス繊維強化プラスチックにおいて、ガラス繊維を板状又は棒状に加工するときには、必ずエポキシ樹脂をはじめ、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を使用して固化させるが、これらの樹脂に簸性硫酸バリウム(比重４．５)を混合することにより、ガラス繊維(一般的比重は２．１６〜２．５５)のみの成形体より比重を上げることができる。この材料を回転部材（1）の軸部（2）やフライホイール（3）に使用することにより、ガラス繊維よりも比重を上げることができるので、より効率を上げることができる。樹脂と硫酸バリウムの配合比率は、樹脂に対して重量比３０〜９０%が望ましく、４５〜７５%がより好ましい。

本実施形態では、蓄電装置を小規模の事業所用又は一般家庭用として用いていたが、これに限定されず、例えば、加速器（癌の粒子線治療用加速器等）は、膨大な電力を使用するため、この加速器用として用いるようにしてもよい。また、太陽光発電、風力発電、原子力発電、ガスタービン、蒸気タービンなどと組み合わせて使用でき、あるいは家電製品、電気自動車などの発電及び蓄電装置としても使用することができる。また、一般住宅、マンション等の集合住宅、テナントビル、コンビニ、デパート、各種工場、研究所、化学会社、プラント等にも使用することができる。このような場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

本実施形態では、慣性体としてフライホイール（3）が用いられたが、これに限定されず、例えば、軸に垂直な断面が多角形状や楕円状のものであってもよい。この場合であっても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

本実施形態では、回転部材（1）が軸部（2）と複数のフライホイール（3）とを備えていたが、これに限定されず、回転部材（1）が慣性体（3a）のみで構成されてもよい。例えば、この慣性体（3a）は、図１４に示す蓄電装置（10e）のように、円柱状に形成されてもよい。尚、慣性体（3a）の形状は例示である。

ここで、回転部材（1）が慣性体（3a）のみで構成される場合、慣性体（3a）は、モータ（30）のモータ軸（31）に直接的に接続される。図１４に示す蓄電装置（10e）では、モータ軸（31）の下端部分の雄ねじ部（38a）と慣性体（3a）の上面の凹部内に形成された雌ねじ部（38b）とにより、モータ軸（31）及び慣性体（3a）が締結される。このとき、慣性体（3a）の回転方向と逆方向に上述の雄ねじ部（38a）及び雌ねじ部（38b）のねじ切りがなされているのが好ましい。こうすることで、慣性体（3a）の回転によって雄ねじ部（38a）及び雌ねじ部（38b）の締結が緩まないようにすることができる。

また、図１４に示す蓄電装置（10e）の慣性体（3a）は、繊維強化プラスチックで形成されている。ここで、繊維強化プラスチックは、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）又は炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が好ましい。これらのプラスチックは、引抜成形が容易であることから加工性に優れている。また、これらのプラスチックは、鉄系及び非鉄金属等の磁性体とは違い、慣性体（3a）の回転時の渦電流損が発生しない。

本実施形態では、回転部材（1）の収容室（22）とモータ（30）のモータ室（21）との両方が真空状態に保たれるように構成されていたが、これに限定されず、収容室（22）のみが真空状態に保たれるようにしてもよい。図１４に示す蓄電装置（10e）のように、モータ（30）をケーシング（80）の外側に露出させるようにしてもよい。

尚、図１４に示す蓄電装置（10e）では、ケーシング（80）の壁体が、セラミックスの層（80a）と、炭素系フェルトの層（80b）と、ステンレス系又はアルミニウム系の金属層（80c）とがケーシング（80）の内側から外側へ向かって積層された多層構造体である。ここで、炭素系フェルトの層の代わりに炭素系チョップドファイバーの層であってもよい。

また、図１４に示す蓄電装置（10e）では、慣性体（3a）が円筒状に形成されていたが、これに限定されず、図１５に示す蓄電装置（10f）のように、慣性体（3a）の下端面が凸状の湾曲面（81）で形成されていてもよい。この場合には、図１５に示す蓄電装置（10f）のケーシング（80）の内面側の底面を凹状の湾曲面（82）とし、慣性体（3a）の凸状の湾曲面（81）の中心部分をケーシング（80）の凹状の湾曲面（82）の中心部分に接触させることにより、慣性体（3a）が回転可能に支持される。これにより、慣性体（3a）の回転時の振れ回りをなくすことができる。

ここで、ケーシング（80）の湾曲面（82）の曲率が、慣性体（3a）の湾曲面（81）の曲率以上になるように設定されている。これにより、慣性体（3a）を回転支持させ易くすることができる。

また、図１５に示す蓄電装置（10f）には、慣性体（3a）の回転時の振れ回りを抑制する抑制部（87）を有している。抑制部（87）は、第１及び第２の永久磁石としての第１及び第２のネオジム磁石（85,86）を備えている。第１のネオジム磁石（85）は、慣性体（3a）の下端部に取り付けられている。また、第２のネオジム磁石（86）は、環状に形成されている。この環状の第２のネオジム磁石（86）は、ケーシング（80）の湾曲面（82）に埋め込まれている。

環状の第２のネオジム磁石（86）の軸心と慣性体（3a）の軸心とが略一致するように、両者を配置することによって、第１及び第２のネオジム磁石（85,86）間の反発力を慣性体（3a）の軸心周りに及ぼすことができ、より一層、慣性体（3a）の回転時の振れ回りをなくすことができる。

また、図１５に示す蓄電装置（10f）において、慣性体（3a）の湾曲面（81）とケーシング（80）の湾曲面（82）とを超硬非鉄金属（例えば、工業用ダイアモンド）（88）にすることによって、慣性体（3a）の回転時の摩耗摩擦を抑制することができる。

また、図１６に示す蓄電装置（10g）には、図１５に示す蓄電装置（10f）とは違い、慣性体（3a）の下端がケーシング（80）の湾曲面（82）に接触していない。この湾曲面（82）から突出するように、環状の第２のネオジム磁石（86）が取り付けられている。このように、慣性体（3a）とケーシング（80）とが非接触であるため、図１５の蓄電装置（10f）の超硬非鉄金属のようなものは取り付けられていない。また、環状の第２のネオジム磁石（86）の軸心と慣性体（3a）の軸心とが略一致している。このような構成であっても、慣性体（3a）の回転時の振れ回りをなくすことができる。

図１４、図１５及び図１６に示す蓄電装置（10e,10f,10g）において、第１の実施形態の変形例６、７に示すマーカ（55）とマーカ位置センサ（56）と回転部材用の異常検出部（57）とを備えるようにすれば、回転部材（1a）がケーシング（80）の内壁に衝突するのを回避させることが可能となる。また、第１の実施形態の変形例８に示す気泡管式水準器（60）と気泡位置センサ（63）とケーシング用の異常検出部（64）とを備えるようにすれば、ケーシング（80）が傾いて設置されるのを防止することができる。

第２の実施形態に係る電力システム（70）の蓄電装置（10）は、第１の実施形態及び変形例１から変形例８までの蓄電装置（10a〜10d）、図１４及び図１５及び図１６に示す蓄電装置（10e,10f,10g）の少なくとも１つであってもよい。

尚、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上、説明したように、本発明は、電気エネルギを回転部材の回転エネルギとして蓄える蓄電装置について有用である。

１,１ａ 回転部材
２ 軸部
３ フライホイール（慣性体）
４ 軸部
５ 継手部
１０、１０ａ〜１０ｆ 蓄電装置
１１ 抑制部
２０ ケーシング
２１ モータ室
２２ 収容室
３０ モータ
４０ 真空ポンプ
５０ 制御部

Claims (12)

1. 回転部材（1,1a）とモータ（30）とを備え、
   前記モータ（30）へ入力された電気エネルギを前記回転部材（1,1a）の回転エネルギに変換して蓄える蓄電装置であって、
   前記回転部材（1,1a）は、少なくとも一部がセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成され且つ前記モータ（30）のモータ軸（31）に吊り下げられており、
   前記回転部材（1,1a）を収容するケーシング（20,80）を備え、
   前記回転部材（1,1a）のセラミックスは、チタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体であり、限界値を超えた荷重が前記回転部材（1,1a）に作用すると、前記回転部材（1,1a）のチタン酸アルミニウム系セラミックスの焼結体が前記ケーシング（20,80）内で粉砕するように構成されており、
   前記ケーシング（20,80）の収容室（22,90）に面する壁体がチタン酸アルミニウム系セラミックスを含有することを特徴とする蓄電装置。
2. 前記回転部材（1）は、慣性体（3）と、前記慣性体（3）が固定された状態で前記モータ（30）のモータ軸（31）に吊り下げられ且つセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックを含有した軸部（2）とを備えていることを特徴とする、請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記回転部材（1）の慣性体（3）は、セラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の蓄電装置。
4. 前記回転部材（1）の軸部（2）の下端部に固定された第１の永久磁石（12a）と、前記回転部材（1）を収容した収容室（22）の底面に埋め込まれた第２の永久磁石（12b）とを有し、互いに非接触となるように配置された前記第１及び第２の永久磁石（12a,12b）間に作用する磁力により、前記回転部材（1）の回転時の振れ回りを抑制する抑制部（11）を備えていることを特徴とする、請求項１から３の何れか１つに記載の蓄電装置。
5. 上下に重ねられ且つ互いに吸着した複数の磁石を有する継手部（5）を備え、
   前記モータ（30）のモータ軸（31）は、最も上側の前記磁石に固定され、
   前記回転部材（1）の軸部（2）は、前記軸部（2）の上端部に形成された鍔部（4）が隣り合う前記磁石間に挟まれることにより、固定されていることを特徴とする、請求項１から４の何れか１つに記載の蓄電装置。
6. 前記回転部材（1,1a）が有するセラミックスは、チタン酸アルミニウム系セラミックスであることを特徴とする、請求項１から５の何れか１つに記載の蓄電装置。
7. 前記回転部材（1a）は、前記モータ（30）のモータ軸（31）に直接的に吊り下げられた慣性体（3a）を備え、前記慣性体（3a）がセラミックス、炭素繊維、又は繊維強化プラスチックにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の蓄電装置。
8. 前記慣性体（3a）を収容したケーシング（80）を備え、
   前記慣性体（3a）の下端面は、凸状の湾曲面（81）で形成され、
   前記ケーシング（80）は、前記慣性体（3a）の湾曲面（81）に対向する内面が凹状の湾曲面（82）で形成され、
   前記慣性体（3a）の湾曲面（81）の中心部と前記ケーシング（80）の湾曲面（82）の中心部とが接触していることを特徴とする、請求項７に記載の蓄電装置。
9. 前記回転部材（1a）の下端部に固定された第１の永久磁石（85）と、前記回転部材（1a）を収容した収容室（90）の底面に埋め込まれた第２の永久磁石（86）とを有し、互いに非接触となるように配置された前記第１及び第２の永久磁石（85,86）間に作用する磁力により、前記回転部材（1a）の回転時の振れ回りを抑制する抑制部（87）を備えていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の蓄電装置。
10. 前記回転部材（1,1a）の回転中心に付され又は前記回転部材（1,1a）の外周面に周方向に沿って一定の高さで付されたマーカ（55）と、
    前記マーカ（55）の位置のブレ量を検出するマーカ位置センサ（56）と、
    前記マーカ位置センサ（56）で検出したブレ量が所定値以上になると異常信号を出力する回転部材用の異常検出部（57）とを備えていることを特徴とする、請求項１から９の何れか１つに記載の蓄電装置。
11. 前記回転部材（1,1a）が収容されたケーシング（20,80）と、
    前記ケーシング（20,80）に固定された気泡管式水準器（60）と、
    前記気泡管式水準器（60）の気泡（62）の位置を読み取る気泡位置センサ（63）と、
    前記位置センサが読み取った気泡（62）の位置により前記ケーシング（20,80）の水平度又は鉛直度が所定範囲外であることを検出すると異常信号を出力するケーシング用の異常検出部（64）と、
    を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の蓄電装置。
12. 請求項１から１１の何れか１つに記載の複数の蓄電装置（10）と、
    前記蓄電装置（10）の回転部材（1,1a）に蓄えた回転エネルギを電気エネルギに変換して出力する放電動作を全ての蓄電装置（10）に行わせる場合に、全ての前記蓄電装置（10）の電気エネルギの出力量を同じ周期で変化させ且つ前記蓄電装置（10）の出力量の経時変化が不一致となるように位相差を設けるシステム制御部（75）と、を備えていることを特徴とする電力システム。