JPH05248437A - 高温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置 - Google Patents
高温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置Info
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- JPH05248437A JPH05248437A JP4050479A JP5047992A JPH05248437A JP H05248437 A JPH05248437 A JP H05248437A JP 4050479 A JP4050479 A JP 4050479A JP 5047992 A JP5047992 A JP 5047992A JP H05248437 A JPH05248437 A JP H05248437A
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- Japan
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- magnetic bearing
- high temperature
- bearing
- flywheel
- wheel device
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/0436—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
- F16C32/0438—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part with a superconducting body, e.g. a body made of high temperature superconducting material such as YBaCuO
-
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- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
- F16C2361/55—Flywheel systems
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2380/00—Electrical apparatus
- F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
- F16C2380/28—Motor, generator coupled with a flywheel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 安定かつ安全に運転が可能で、同時に高温超
電導磁気軸受の利点を生かした高効率のフライホイール
装置を得る。 【構成】 共振点の低下、振動振幅の増大を抑制するた
めに、スラスト荷重を受け持つ高温超電導体磁気軸受４
並びにラジアル荷重を受け持つ非超電導の能動型磁気軸
受１１の両者を併せ持つように軸受系を構成したもので
ある。
電導磁気軸受の利点を生かした高効率のフライホイール
装置を得る。 【構成】 共振点の低下、振動振幅の増大を抑制するた
めに、スラスト荷重を受け持つ高温超電導体磁気軸受４
並びにラジアル荷重を受け持つ非超電導の能動型磁気軸
受１１の両者を併せ持つように軸受系を構成したもので
ある。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高温超電導磁気軸受
を有する立軸型フライホイール装置に関するものであ
る。
を有する立軸型フライホイール装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】これまでに提案されている高温超電導磁
気軸受を有する立軸型フライホイール装置の構造の一例
として例えば四国電力（株）、（株）四国総合研究所の
研究期報第５７号（ＩＳＳＮ０２８５−６７９４、平成
３年６月）に示された構造例を図２に示す。図中、１は
フライホイール、２はリング状の永久磁石、３は高温超
電導体であり、リング状永久磁石２と対向配置され、高
温超電導磁気軸受４を構成している。５は電力の入出力
部である発電電動機、６は発電電動機５とフライホイー
ル１とを直結している回転軸部、７は液体窒素、８は液
体窒素容器、９は真空部、１０は真空容器である。本構
成はフライホイール１が複数個あり、それぞれに高温超
電導磁気軸受４が配設されている例であるが、一般には
フライホイール１を単数とした構成である場合が多い。
気軸受を有する立軸型フライホイール装置の構造の一例
として例えば四国電力（株）、（株）四国総合研究所の
研究期報第５７号（ＩＳＳＮ０２８５−６７９４、平成
３年６月）に示された構造例を図２に示す。図中、１は
フライホイール、２はリング状の永久磁石、３は高温超
電導体であり、リング状永久磁石２と対向配置され、高
温超電導磁気軸受４を構成している。５は電力の入出力
部である発電電動機、６は発電電動機５とフライホイー
ル１とを直結している回転軸部、７は液体窒素、８は液
体窒素容器、９は真空部、１０は真空容器である。本構
成はフライホイール１が複数個あり、それぞれに高温超
電導磁気軸受４が配設されている例であるが、一般には
フライホイール１を単数とした構成である場合が多い。
【０００３】次に、上記の従来技術の動作について説明
する。高温超電導磁気軸受４を構成している永久磁石２
はフライホイール１に固定され、フライホイール１とと
もに回転する。これに対向する高温超電導体３は真空容
器１０の中で固定され静止している。高温超電導体３
は、液体窒素７で冷却され超電導状態となっている。永
久磁石２は、円周方向には一様な磁界を発生しているの
で、静止している高温超電導体３が受ける磁界はフライ
ホイール１が、すなわち永久磁石２が回転していても常
に一定である。一方、永久磁石２と高温超電導体３との
間隔すなわち空隙長が、もし変化しようとすると高温超
電導体３が受ける磁界が変化しようとするのでそれを妨
げる力が作用しフライホイール１の上下方向の位置を一
定に保とうとする。従って、高温超電導磁気軸受４はス
ラスト荷重を非接触で支えることができ、高効率のフラ
イホイール装置を実現できるといわれている。
する。高温超電導磁気軸受４を構成している永久磁石２
はフライホイール１に固定され、フライホイール１とと
もに回転する。これに対向する高温超電導体３は真空容
器１０の中で固定され静止している。高温超電導体３
は、液体窒素７で冷却され超電導状態となっている。永
久磁石２は、円周方向には一様な磁界を発生しているの
で、静止している高温超電導体３が受ける磁界はフライ
ホイール１が、すなわち永久磁石２が回転していても常
に一定である。一方、永久磁石２と高温超電導体３との
間隔すなわち空隙長が、もし変化しようとすると高温超
電導体３が受ける磁界が変化しようとするのでそれを妨
げる力が作用しフライホイール１の上下方向の位置を一
定に保とうとする。従って、高温超電導磁気軸受４はス
ラスト荷重を非接触で支えることができ、高効率のフラ
イホイール装置を実現できるといわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来提案されている高
温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置
は、上記のように構成されているので、高温超電導磁気
軸受は非接触で極めて大きい荷重を制御なしに支持でき
るという際だった特徴を有するが、その一方で、ラジア
ル方向の剛性（バネ定数）及び減衰定数が機械式軸受や
従来の能動型磁気軸に比べて小さいことが知られてい
る。従って、これを立軸型フライホイール装置に適用し
た場合には、スラスト荷重の非接触支持に対しては十分
な支持力が得られるが、ラジアル方向の振動抑制や耐震
性能の面に問題があった。すなわち、従来提案されてい
る高温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装
置では、共振点（危険回転数）の低下、共振点における
振動振幅の増大及び地震時における振動振幅の増大とい
う問題があり、最悪の場合には破壊事故にもつながりか
ねないという問題があった。
温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置
は、上記のように構成されているので、高温超電導磁気
軸受は非接触で極めて大きい荷重を制御なしに支持でき
るという際だった特徴を有するが、その一方で、ラジア
ル方向の剛性（バネ定数）及び減衰定数が機械式軸受や
従来の能動型磁気軸に比べて小さいことが知られてい
る。従って、これを立軸型フライホイール装置に適用し
た場合には、スラスト荷重の非接触支持に対しては十分
な支持力が得られるが、ラジアル方向の振動抑制や耐震
性能の面に問題があった。すなわち、従来提案されてい
る高温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装
置では、共振点（危険回転数）の低下、共振点における
振動振幅の増大及び地震時における振動振幅の増大とい
う問題があり、最悪の場合には破壊事故にもつながりか
ねないという問題があった。
【０００５】更に、本例のように発電電動機５とフライ
ホイール１とが直結されており、かつ発電電動機５に独
立の機械式軸受を配設していない完全な非接触型の高効
率フライホイール装置の場合には、発電電動機５の回転
子（図示せず）の偏心に基づきラジアル方向に発生する
磁気的不平衡吸引力に対して十分な支持ができないとい
う問題があた。
ホイール１とが直結されており、かつ発電電動機５に独
立の機械式軸受を配設していない完全な非接触型の高効
率フライホイール装置の場合には、発電電動機５の回転
子（図示せず）の偏心に基づきラジアル方向に発生する
磁気的不平衡吸引力に対して十分な支持ができないとい
う問題があた。
【０００６】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたものであり、安定かつ安全に運転が可
能で、同時に高温超電導磁気軸受の利点を生かした高効
率のフライホイール装置を得ることを目的とする。
るためになされたものであり、安定かつ安全に運転が可
能で、同時に高温超電導磁気軸受の利点を生かした高効
率のフライホイール装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る高温超電
導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置は、共振
点の低下、振動振幅の増大を抑制するために、スラスト
荷重を受け持つ高温超電導体磁気軸受並びにラジアル荷
重を受け持つ非超電導の能動型磁気軸受の両者を併せ持
つように軸受系を構成したものである。
導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置は、共振
点の低下、振動振幅の増大を抑制するために、スラスト
荷重を受け持つ高温超電導体磁気軸受並びにラジアル荷
重を受け持つ非超電導の能動型磁気軸受の両者を併せ持
つように軸受系を構成したものである。
【０００８】
【作用】この発明における高温超電導磁気軸受を有する
立軸型フライホイール装置は、ラジアル荷重を非接触で
受け持つ能動型磁気軸受を用いるので、回転時の軸受損
失の増加なしに回転部の有害な振動発生を抑制する。
立軸型フライホイール装置は、ラジアル荷重を非接触で
受け持つ能動型磁気軸受を用いるので、回転時の軸受損
失の増加なしに回転部の有害な振動発生を抑制する。
【０００９】
【実施例】以下、この発明をその一実施例を示す図に基
づいて説明する。図１は、この発明の一実施例を示す断
面図である。図１において、１はフライホイール、２は
リング状の永久磁石、３は高温超電導体でありリング状
永久磁石２と対向配置され、高温超電導磁気軸受４を構
成している。１１は能動型磁気軸受であり本構成例では
フライホイール１と発電電動機５を結ぶ回転軸６上に合
わせて２カ所配設されている。５は電力の入出力部であ
る発電電動機、６は発電電動機５とフライホイール１と
を直結している回転軸部、７は液体窒素、８は液体窒素
容器、９は真空部、１０は真空容器である。能動型磁気
軸受１１を除く各部分は上記した従来装置の構成と同等
のものである。本構成はフライホイール１が単数の場合
の例であるが複数の構成では、それぞれに高温超電導磁
気軸受４が配設される。
づいて説明する。図１は、この発明の一実施例を示す断
面図である。図１において、１はフライホイール、２は
リング状の永久磁石、３は高温超電導体でありリング状
永久磁石２と対向配置され、高温超電導磁気軸受４を構
成している。１１は能動型磁気軸受であり本構成例では
フライホイール１と発電電動機５を結ぶ回転軸６上に合
わせて２カ所配設されている。５は電力の入出力部であ
る発電電動機、６は発電電動機５とフライホイール１と
を直結している回転軸部、７は液体窒素、８は液体窒素
容器、９は真空部、１０は真空容器である。能動型磁気
軸受１１を除く各部分は上記した従来装置の構成と同等
のものである。本構成はフライホイール１が単数の場合
の例であるが複数の構成では、それぞれに高温超電導磁
気軸受４が配設される。
【００１０】上記の高温超電導磁気軸受を有する立軸型
フライホイール装置においては、回転軸６上にラジアル
方向の荷重を支えるための能動型磁気軸受１１が配設さ
れており、スラスト方向の荷重を支える高温超電導磁気
軸受４とともに全体の軸受系を構成している。ラジアル
方向の荷重を支える能動型磁気軸受のラジアル方向の荷
重の最大値ｆｒは、回転体の全質量をｍとして遠心荷重
を求める式 ｆｒ＝ｍεω2 から、最大回転数ωと許容振幅εを与えれば求められ
る。また、能動型磁気軸受の共振点（危険回転数に対す
る角周波数）ωc及びωcにおける必要なラジアル方向の
剛性Ｋｒは、
フライホイール装置においては、回転軸６上にラジアル
方向の荷重を支えるための能動型磁気軸受１１が配設さ
れており、スラスト方向の荷重を支える高温超電導磁気
軸受４とともに全体の軸受系を構成している。ラジアル
方向の荷重を支える能動型磁気軸受のラジアル方向の荷
重の最大値ｆｒは、回転体の全質量をｍとして遠心荷重
を求める式 ｆｒ＝ｍεω2 から、最大回転数ωと許容振幅εを与えれば求められ
る。また、能動型磁気軸受の共振点（危険回転数に対す
る角周波数）ωc及びωcにおける必要なラジアル方向の
剛性Ｋｒは、
【００１１】
【数１】
【００１２】から、共振点許容振幅εとｆｒから求めら
れる。また、必要な減衰定数は、共振点ωcにおける許
容される共振倍率Ｑを与えれば Ｃ＝Ｋｒ／Ｑωc から求められる。
れる。また、必要な減衰定数は、共振点ωcにおける許
容される共振倍率Ｑを与えれば Ｃ＝Ｋｒ／Ｑωc から求められる。
【００１３】このようにして求めたラジアル方向の剛性
と減衰定数を能動型磁気軸受に与えてやれば、このフラ
イホイール装置の回転体の軸振動系を極めて安定にかつ
安全に設定することができる。更に、本例のように発電
電動機５とフライホイール１とが直結されており、かつ
発電電動機５に独立の機械式軸受を配設していない完全
な非接触型の高効率フライホイール装置の場合に問題と
なっていた、発電電動機５の回転子（図示せず）の偏心
に基づくラジアル方向に発生する磁気的不平衡吸引力に
対しても、この新たに配設したラジアル方向の能動型磁
気軸受により十分な支持ができるという大きな特徴があ
る。能動型磁気軸受においては、上記した各種の振動パ
ラメータを自由に設定できる。一方、上下方向のスラス
ト荷重も能動型磁気軸受により支持する事も原理的には
可能であるが、フライホイールのような大きなスラスト
荷重を能動型磁気軸受により支持するとそこで発生する
軸受損失が過大となり、高温超電導磁気軸受でスラスト
荷重を支持する構成に比べて効率の大幅な低下を招くこ
とが明かである。
と減衰定数を能動型磁気軸受に与えてやれば、このフラ
イホイール装置の回転体の軸振動系を極めて安定にかつ
安全に設定することができる。更に、本例のように発電
電動機５とフライホイール１とが直結されており、かつ
発電電動機５に独立の機械式軸受を配設していない完全
な非接触型の高効率フライホイール装置の場合に問題と
なっていた、発電電動機５の回転子（図示せず）の偏心
に基づくラジアル方向に発生する磁気的不平衡吸引力に
対しても、この新たに配設したラジアル方向の能動型磁
気軸受により十分な支持ができるという大きな特徴があ
る。能動型磁気軸受においては、上記した各種の振動パ
ラメータを自由に設定できる。一方、上下方向のスラス
ト荷重も能動型磁気軸受により支持する事も原理的には
可能であるが、フライホイールのような大きなスラスト
荷重を能動型磁気軸受により支持するとそこで発生する
軸受損失が過大となり、高温超電導磁気軸受でスラスト
荷重を支持する構成に比べて効率の大幅な低下を招くこ
とが明かである。
【００１４】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、目標と
する回転体の振動特性を決定する様々なパラメータをラ
ジアル方向の能動型磁気軸受を用いて必要に応じて設定
することができ、安定かつ安全に運転が可能で同時に高
温超電導磁気軸受の利点を生かした軸受損失の極めて少
ない非接触の高効率のフライホイール装置を実現できる
効果がある。
する回転体の振動特性を決定する様々なパラメータをラ
ジアル方向の能動型磁気軸受を用いて必要に応じて設定
することができ、安定かつ安全に運転が可能で同時に高
温超電導磁気軸受の利点を生かした軸受損失の極めて少
ない非接触の高効率のフライホイール装置を実現できる
効果がある。
【図１】この発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】従来の高温超電導磁気軸受を有する立軸型フラ
イホイール装置の 構成を示す断面図である。
イホイール装置の 構成を示す断面図である。
１ フライホイール ２ 永久磁石 ３ 高温超電導体 ４ 高温超電導磁気軸受 ５ 発電電導機 ６ 回転軸 ７ 液体窒素 ８ 液体窒素容器 ９ 真空部 １０ 真空容器 １１ 能動型磁気軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 史朗 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 横山 彰一 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内
Claims (1)
- 【請求項１】 立軸型のフライホイール装置において、
スラスト荷重を受け持つ高温超電導体磁気軸受並びにラ
ジアル荷重を受け持つ非超電導の能動型磁気軸受の両者
を併せ持つことを特徴とする高温超電導磁気軸受を有す
る立軸型フライホイール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4050479A JPH05248437A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 高温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4050479A JPH05248437A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 高温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05248437A true JPH05248437A (ja) | 1993-09-24 |
Family
ID=12860045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4050479A Pending JPH05248437A (ja) | 1992-03-09 | 1992-03-09 | 高温超電導磁気軸受を有する立軸型フライホイール装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05248437A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005020800A (ja) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Yokohama Tlo Co Ltd | 回転体の軸ぶれ制御方法、及びフライホイール装置 |
| CN1307374C (zh) * | 2005-05-09 | 2007-03-28 | 北京航空航天大学 | 具有阻尼作用的被动式轴向磁悬浮轴承 |
| JP2017208894A (ja) * | 2016-05-17 | 2017-11-24 | 株式会社 空スペース | 電力貯蔵用フライホイール装置 |
-
1992
- 1992-03-09 JP JP4050479A patent/JPH05248437A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005020800A (ja) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Yokohama Tlo Co Ltd | 回転体の軸ぶれ制御方法、及びフライホイール装置 |
| CN1307374C (zh) * | 2005-05-09 | 2007-03-28 | 北京航空航天大学 | 具有阻尼作用的被动式轴向磁悬浮轴承 |
| JP2017208894A (ja) * | 2016-05-17 | 2017-11-24 | 株式会社 空スペース | 電力貯蔵用フライホイール装置 |
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