JPH08107638A - 電力貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小規模事業所や一般家庭にも設置可能な構造
を得る事で、余剰電力のより有効な活用を図る。 【構成】 ハウジング２５内に回転軸３４を、鉛直方向
に亙って配置し、この回転軸３４の下端部にフライホイ
ール４０を固定する。このフライホイール４０の上面と
ハウジング２５に固定の冷却ジャケット４５下面の超電
導体４４、４４とを対向させる。上記回転軸３４及びフ
ライホイール４０を上昇させた状態で上記冷却ジャケッ
ト４５内に冷却剤を送り込み、その後、上昇させていた
力を解除する。この結果フライホイール４０は、引っ張
り方向の大きなピン止め力により浮上状態に支持され
る。発電機兼用モータ２１は、外部からの通電に基づい
て上記回転軸３４を回転させ、外部からの非通電時には
この回転軸３４の回転に伴って発電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る電力貯蔵装置は、
例えば夜間の余剰電力を運動エネルギに変換して貯蔵
し、昼間にこの運動エネルギを電気エネルギに変換して
取り出すものである。

【０００２】

【従来の技術】昼間に比べて夜間の電力消費量は少ない
が、火力発電所、原子力発電所での発電量を消費量に合
わせて細かく調節する事は技術的に難しい。この為に、
夜間には消費し切れない、所謂余剰電力が発生する。こ
の様な余剰電力を貯蔵しておく方法として従来から、揚
水型水力発電所が活用されている。揚水型水力発電所
は、ダムを挟んで高低二つのダム湖を設け、夜間には上
記余剰電力により低い側のダム湖の水を高い側のダム湖
に汲み上げ、昼間には高い側のダム湖から低い側のダム
湖に水を落として、水力発電を行うものである。

【０００３】ところが、揚水型水力発電所の場合、極め
て大規模な設備になる為、小規模事業所や一般家庭への
設置は不可能であるだけでなく、設置できる地形が限ら
れる為、例えば我国に於いても、これ以上あまり設置場
所を増やせないのが現状である。この為、回転軸にモー
メントの大きなフライホイールを固定すると共に、この
回転軸に発電機兼用モータを組み付けた電力貯蔵装置が
研究されている。この電力貯蔵装置の場合、夜間には上
記発電機兼用モータに余剰電力を供給する事により、上
記回転軸及びフライホイールを回転させ、上記余剰電力
を機械エネルギに変換して、フライホイールの回転運動
として貯蔵する。そして昼間には、この回転運動に基づ
いて、上記発電機兼用モータにより発電し、電力を取り
出して使用する。

【０００４】この様なフライホイールを使用した電力貯
蔵装置として、本発明者等は先に、超電導軸受装置を利
用した電力貯蔵装置を発明した（特開平６−２３３４７
９号）。図４は、この先発明に係る電力貯蔵装置を示し
ている。大気圧ハウジング１は、円筒状に形成され、鉛
直方向に配置されている。この大気圧ハウジング１の上
端は開放されて、内部を大気圧としている。そして、こ
の大気圧ハウジング１の中心部に回転軸２を挿通してい
る。上記大気圧ハウジング１の下部内周面には、円筒状
のラジアル気体軸受３を固定している。このラジアル気
体軸受３の内径は、上記回転軸２の外径よりも僅かに大
きい。従って、回転軸２の外周面とラジアル気体軸受３
の内周面との間には、微小な軸受隙間５が形成される。
この軸受隙間５には電力貯蔵装置の運転時に、給気口４
からラジアル気体軸受３に送り込まれた圧縮空気が吹き
出し、この軸受隙間５内の圧力を上昇させる。この状態
で上記回転軸２のラジアル方向に加わる荷重は、上記圧
縮空気により支承される。上記軸受隙間５から流出した
用済の圧縮空気は、上記大気圧ハウジング１の上端開口
並びに排気口１７を通じて排出される。

【０００５】一方、上記大気圧ハウジング１の下方に隣
接して、真空ハウジング６が設けられ、この真空ハウジ
ング６と大気圧ハウジング１とでハウジングが構成され
る。この真空ハウジング６内は、図示しない真空ポンプ
の吸入口に接続する等により、真空としている。上記大
気圧ハウジング１の下端部は、上記真空ハウジング６の
蓋板７の中央部に形成した円孔８を貫通して、この真空
ハウジング６内に開口している。又、上記大気圧ハウジ
ング１の下端部内周面と回転軸２の下部外周面との間に
は、密封装置である周知の磁性流体シール装置９を設け
て、上記真空ハウジング６内の圧力上昇を防止してい
る。

【０００６】上記回転軸２の下端部で上記真空ハウジン
グ６の内側に位置する部分には、フライホイール１０を
固定している。このフライホイール１０は、十分に大き
な回転モーメントを有する様に、比重の大きな金属材料
により造る。そしてこのフライホイール１０の下面に、
それぞれが円環状に造られて軸方向（図１の上下方向）
に着磁された複数（図示の例では２個）の永久磁石１
１、１１を、同心円上に配置固定している。

【０００７】一方、上記真空ハウジング６の内側下半部
には、冷却装置を構成する冷却ジャケット１２を、断熱
材１３を介して設けている。上方開口をシールド板１４
により塞いだ、この冷却ジャケット１２内には、超電導
体１５、１５と、この超電導体を冷却させる為の冷却剤
１６（液体窒素）とが設けられている。この冷却剤１６
は、給排口１８、１８を通じて上記冷却ジャケット１２
内に送り込まれ、送り込みに伴って各超電導体１５、１
５を冷却する。これら各超電導体１５、１５は、それぞ
れの上面を上記永久磁石１１、１１の下面と対向させた
状態で、上記冷却ジャケット１２内の支持板２３上に支
持固定されている。これら超電導体１５、１５と永久磁
石１１、１１とは超電導スラスト軸受２２を構成し、主
として上記回転軸２及びフライホイール１０のスラスト
荷重を支承する。

【０００８】更に、上記回転軸２の上端部にはロータ１
９を固定し、前記大気圧ハウジング１の上端部内周面に
はステータ２０を固定して、このステータ２０の内周面
と上記ロータ１９の外周面とを対向させている。これら
ロータ１９とステータ２０とが発電機兼用モータ２１を
構成する。そして、この発電機兼用モータ２１が、外部
からのステータ２０への通電に基づいて上記回転軸２を
回転させ、外部からの非通電時には、この回転軸２の回
転に伴い上記ステータ２０部分で発電する。

【０００９】上述の様に構成される先発明の電力貯蔵装
置の作用は、次の通りである。夜間等に余剰電力を貯蔵
する際には、発電機兼用モータ２１のステータ２０に余
剰電力を供給する事で、上記回転軸２及びフライホイー
ル１０を回転させる。この際、前記ラジアル気体軸受３
に圧縮空気を送り込み、回転軸２をラジアル方向に亙っ
て支持すると共に、冷却ジャケット１２内の超電導体１
５、１５を冷却しておく。超電導体１５、１５が冷却さ
れ、超電導状態になると、永久磁石１１、１１から出た
磁束が各超電導体１５、１５内に拘束される、所謂ピン
止め効果により、永久磁石１１、１１が超電導体１５、
１５に対して軸方向及び半径方向に移動するのを阻止す
る力が作用する。この力によって、上記回転軸２とフラ
イホイール１０とに作用する、スラスト方向の力及びラ
ジアル方向の力が支承される。この様に、ラジアル気体
軸受３と超電導スラスト軸受２２とを機能させた状態
で、上記回転軸２とフライホイール１０とは浮上状態で
支持される。従って、これら両部材２、１０が回転する
事に対する抵抗は極く小さくなる。

【００１０】回転軸２とフライホイール１０との回転速
度は、上記ステータ２０への通電に伴って徐々に上昇す
る。回転軸２と大気圧ハウジング１との間に設けられた
ラジアル気体軸受３の働きにより、これら回転軸２及び
フライホイール１０を高速で回転させる事ができ、電力
を機械的運動に変換した状態で貯蔵できる。又、直径が
大きく、表面積が広いフライホイール１０は、真空ハウ
ジング６内に設けられている為、このフライホイール１
０の表面と空気とが摩擦し合う事はなく、一度上昇した
フライホイール１０の回転速度は、上記発電機兼用モー
タ２１による電力取り出しを行なわない限り、殆ど低下
する事がなくなる。昼間等、貯蔵したエネルギを取り出
して使用する場合には、上記ステータ２０を負荷（電気
設備）に接続する。この結果、上記フライホイール１０
の回転運動に基づいて上記ステータ２０に電力が惹起さ
れる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
構成される先発明に係る電力貯蔵装置の場合には、ラジ
アル気体軸受３に圧縮空気を送る事によるエネルギ損失
が大きく、電力貯蔵装置の効率が悪い。又、超電導スラ
スト軸受２２の軸受剛性を十分に大きくする事が難し
く、多量の電力を貯蔵すべく、十分に大きな慣性質量を
有する（重い）フライホイール１０を浮上させつつ高速
回転させる事が難しかった。即ち、図４に示した先発明
構造の場合には、永久磁石１１、１１と超電導体１５、
１５との間に作用する反発方向のピン止め力により、上
記フライホイール１０を浮上状態に支持する様にしてい
る。

【００１２】ところで、永久磁石１１、１１と超電導体
１５、１５との間に作用する反発方向のピン止め力が最
大となるのは、これら永久磁石１１、１１と超電導体１
５、１５とを無限遠に離した状態で超電導体１５、１５
を超電導状態とし、そのまま密着状態にまで近づけた場
合である。これら永久磁石１１、１１と超電導体１５、
１５との距離が或る程度近い状態で超電導体１５、１５
を超電導状態とし、その後これら永久磁石１１、１１と
超電導体１５、１５とを近づけても、得られる反発方向
のピン止め力は小さなものとなる。即ち、この状態では
超電導体１５、１５が超電導状態になる以前に既にかな
りの磁束が超電導体１５、１５内に入り込み、そのまま
拘束される（ピン止めされる）為、新たに超電導体１
５、１５内に打ち込める（送り込める）磁束は限られた
ものとなる。この結果、磁束を打ち込む事に対する抵抗
力に見合う、反発方向のピン止め力は小さくなる。実際
の電力貯蔵装置を構成する場合に、永久磁石１１、１１
と超電導体１５、１５との距離は限られたものとなる
為、ピン止め力も限られたものとなり、軸方向及び半径
方向の軸受剛性も小さくなる。

【００１３】半径方向の軸受剛性が小さい事は、フライ
ホイール１０を固定した回転軸２の半径方向に少しの荷
重が加わった場合にも、上記フライホイール１０が大き
く半径方向に振れ回る事に結び付く。この結果、このフ
ライホイール１０が半径方向に振動し易くなり、このフ
ライホイール１０を高速回転する事が難しくなる。

【００１４】この為、反発方向のピン止め力を利用した
超電導軸受装置を組み込んで電力貯蔵装置を構成する為
には、電磁石を有する制御型磁気軸受等の補助軸受を組
み込み、上記フライホイール１０の半径方向及び上下方
向の振動を防止する必要がある。しかしながら、この様
な補助軸受を運転する為のエネルギが必要になり、その
エネルギ分だけ、実際に電力貯蔵装置により貯蔵できる
電力が少なくなってしまう。本発明の電力貯蔵装置は、
この様な事情に鑑みて発明したものである。

【００１５】

【課題を解決する為の手段】本発明の電力貯蔵装置は、
固定のハウジングと、このハウジングの内側に鉛直方向
に配置された回転軸と、この回転軸と同心でこの回転軸
に固定されたフライホイールと、このフライホイールの
上面で上記回転軸を中心とする同心円位置に固定された
複数の永久磁石と、上記ハウジングの一部下面に固定さ
れて上記複数の永久磁石と対向する超電導体と、上記ハ
ウジング内に設けられてこの超電導体を冷却する冷却装
置と、電動機及び発電機としての機能を備え、上記ハウ
ジングの内周面と上記回転軸の外周面との間に設けられ
た発電機兼用モータと、上記回転軸を昇降自在な昇降装
置と、この昇降装置による上記回転軸の上昇に伴ってこ
の回転軸の芯出しを行わせる芯出し装置とを備えてい
る。

【００１６】

【作用】上述の様に構成される本発明の電力貯蔵装置の
作用は、次の通りである。電力貯蔵装置の運転時には、
回転軸及びフライホイールを浮上状態に支持する。この
為に先ず、冷却装置を作動させず超電導体を超電導状態
にする以前に、昇降装置により回転軸を上昇させると同
時に、芯出し装置によりこの回転軸の芯出しを行う。こ
の様に回転軸を上昇させた状態では、フライホイールの
上面に固定した円環状永久磁石と、ハウジングの一部下
面に固定した超電導体とが、当接若しくは近接する。こ
の状態で上記超電導体内には、多くの磁束が入り込む。
そこで、回転軸を上昇させた状態のまま上記冷却装置を
作動させ、上記超電導体を超電導状態にする。この結
果、上記多くの磁束が超電導体内にピン止めされる。

【００１７】次いで、上記昇降装置により回転軸に付与
していた上昇方向の力を解除する。この結果、上記回転
軸及びフライホイールが自重により下降する傾向とな
る。但しこの状態では、上記多くの磁束が超電導体内に
ピン止めされている事に伴い、上記超電導体と永久磁石
との間に引っ張り方向に亙る大きなピン止め力が作用す
る。永久磁石と超電導体との間に作用する引っ張り方向
のピン止め力は、これら永久磁石と超電導体とが当接し
た状態から離れようとする場合に最大となる。従って、
本発明の電力貯蔵装置を構成する永久磁石と超電導体と
の間に作用する上記引っ張り方向のピン止め力は十分に
大きなものとなる。この結果上記回転軸及びフライホイ
ールは浮上状態で、しかもスラスト方向及びラジアル方
向に亙って十分に大きな軸受剛性により回転自在に支持
される。

【００１８】この様にして回転軸及びフライホイールを
浮上状態に保持した状態で、夜間等に余剰電力を貯蔵す
る際には、発電機兼用モータに余剰電力を供給する事
で、上記回転軸及びフライホイールを回転させる。上述
の様に、永久磁石と超電導体とによるスラスト方向及び
ラジアル方向の支持剛性は十分に大きい為、これら回転
軸及びフライホイールを高速で回転させる事ができ、十
分な電力貯蔵能力を発揮できる。昼間等、貯蔵したエネ
ルギを取り出して使用する場合には、上記フライホイー
ルの回転運動に基づいて、上記発電機兼用モータにより
発電し、電力を取り出す。

【００１９】

【実施例】図１〜３は本発明の実施例を示している。例
えば地面を掘り下げて形成した凹孔２４内にはハウジン
グ２５を固定している。このハウジング２５は、底部２
６と中間部２７と上部２８とを積み上げる様に結合して
成る。このうちの底部２６は、円板状の底板２９の上面
外周寄り部分に円筒形の立壁３０を形成して成る。又、
上記中間部２７は、全体が円輪状で上面を円錐凸面とさ
れている。更に、上記上部２８は、上記中間部２７の上
面中央部に結合される円環状の接続筒３１と、この接続
筒３１の上方に直列に接続される円筒状のモータハウジ
ング３２と、このモータハウジング３２の上端開口を塞
ぐ蓋板３３とから成る。尚、図示は省略したが、これら
ハウジング２５を構成する各部材は、ボルト等により強
固に結合されている。

【００２０】上記ハウジング２５の内部には回転軸３４
を、鉛直方向に配置している。この回転軸３４は、下端
の大径部３５と中間の中径部３６と上端の小径部３７と
をそれぞれ段部を介して連続させている。又、上記小径
部３７の上端部には、後述する芯出し装置を構成する為
の、円錐凸面状の上側テーパ面３８を形成し、この上側
テーパ面３８よりも上方に、小径の枢軸部３９を突出さ
せている。

【００２１】上記回転軸３４の下端部にはフライホイー
ル４０を、この回転軸３４と同心に結合固定しており、
このフライホイール４０を、上記立壁３０の内側に配置
している。大きな慣性質量を得るべく比重の大きな鉄等
の金属により造られたこのフライホイール４０の上面に
は、円輪状の凹部４１を形成し、この凹部４１内に複数
の円環状の永久磁石４２、４２を、円輪状のホルダ４３
を介して支持固定している。これら各永久磁石４２、４
２は、それぞれが軸方向（図１、３の上下方向）に亙っ
て着磁されており、上記回転軸３４を中心とする同心円
位置に配置されている。

【００２２】一方、上記中間部２７の下面中央部には、
複数の超電導体４４、４４を、上記複数の永久磁石４
２、４２と対向する状態で固定している。尚、この超電
導体４４、４４は、永久磁石と同様に円環状に形成する
事が好ましいが、実際には円環状のものを造る事は難し
く、仮に造れてもコストが嵩む。この為に図示の実施例
では、それぞれが断面凸字形で円板形に形成された超電
導体４４、４４を、次述する冷却ジャケット４５の下面
に形成した凹部４６、４６に内嵌し、更に抑え板４７に
より、この凹部４６、４６からの抜け止めを図ってい
る。

【００２３】上記各超電導体４４、４４を冷却する冷却
装置は、上記冷却ジャケット４５を含んで構成される。
この冷却ジャケット４５は、銅、アルミニウム等の伝熱
性の良好な金属により、中空の断面Ｌ字形で全体を円輪
状に造られている。この冷却ジャケット４５は前記中間
部２７の下面中央部に形成された凹部４８内に、断熱材
４９、４９を介して嵌合させ、円環状の抑え板５０によ
りこの凹部４８からの抜け止めを図っている。尚、この
抑え板５０の上面と上記中間部２７及び冷却ジャケット
４５の上面との間にも、断熱材４９ａ、４９ａを挟持し
ている。この様な冷却ジャケット４５内には、上記中間
部２７を貫通して設けた給排路５１、５１を通じて、液
体窒素等の冷却剤を給排自在としている。

【００２４】又、前記小径部３７の下部外周面と前記モ
ータハウジング３２の下半部内周面との間には、発電機
兼用モータ２１を設置している。電動機及び発電機とし
ての機能を備えた、この発電機兼用モータ２１は、上記
モータハウジング３２の下半部内周面に固定されたステ
ータ２０と、上記小径部３７の下部でこのステータ２０
と対向する部分に固定されたロータ１９とから成る。

【００２５】又、前記回転軸３４の中間部外周面と前記
中間部２７の上端部並びに前記接続筒３１の内周面との
間には、上記回転軸３４及び前記フライホイール４０を
昇降させる為の昇降装置５２を設けている。この為に上
記中間部２７の上端部内周面に形成された段部５３と上
記接続筒３１の下面とにより三方を囲まれるシリンダ空
間５４を設け、このシリンダ空間５４の内周開口を昇降
スリーブ５５により油密に塞いでいる。又、この昇降ス
リーブ５５の中間部外周面に形成したピストン部５６の
外周縁を上記段部５３の内周面に油密に摺接させてい
る。従って上記シリンダ空間５４は、上記ピストン部５
６により上部室５７と下部室５８とに二分割されてい
る。これら各室５７、５８には、それぞれ図示しない給
排口を通じて圧油を給排自在とし、この給排に伴って上
記昇降スリーブ５５が昇降する様にしている。

【００２６】上記昇降スリーブ５５の内側には持ち上げ
スリーブ５９を、上下１対の深溝型（又はアンギュラ
型）の玉軸受６０、６０（或は上記回転軸３４及びフラ
イホイールの重量が特に嵩む場合にはテーパころ軸受）
により、この昇降スリーブ５５に対する回転のみ自在に
支持している。この持ち上げスリーブ５９の上端部内周
面には、円錐凹面状の下側芯出し面６１を形成してい
る。又、回転軸３４の中間部で小径部３７の下端部分に
は芯出しリング６２を外嵌固定している。この芯出しリ
ング６２の下面には円錐凸面状の下側テーパ面６３を形
成している。この下側テーパ面６３は、上記持ち上げス
リーブ５９の上昇に伴って上記下側芯出し面６１と密接
する。

【００２７】一方、前記蓋板３３の内側には受スリーブ
６４を、やはり上下１対の深溝型の玉軸受６０、６０に
より、この蓋板３３に対する回転のみ自在に支持してい
る。この受スリーブ６４の下端部内周面には、円錐凹面
状の上側芯出し面６５を形成し、この上側芯出し面６５
と前記上側テーパ面３８とを対向させている。この上側
テーパ面３８は、上記持ち上げスリーブ５９の上昇に伴
う上記回転軸３４の上昇に伴って上記上側芯出し面６５
と密接する。

【００２８】又、前記回転軸３４の下部を構成する大径
部３５の外周面には、複数の円環状の永久磁石７７、７
７を外嵌固定している。これら各永久磁石７７、７７
は、それぞれ軸方向に亙って着磁されている。又、前記
冷却ジャケット４５の内周面でこれら各永久磁石７７、
７７と対向する部分には、複数の超電導体７８、７８を
固定している。この超電導体７８、７８も、前述した超
伝導体４４、４４と同様に、それぞれが断面凸字形で円
板形に形成されたものを、上記冷却ジャケット４５の内
周面に形成した凹部７９、７９に内嵌し、更に円周方向
に亙って複数に分割された抑え板８０により、この凹部
７９、７９からの抜け止めを図っている。但し、これら
超電導体７８、７８は、上記冷却ジャケット４５の内周
面形状に合せて湾曲している。

【００２９】又、図示の実施例の場合には、前記フライ
ホイール４０の下面と前記底板２９の上面との間に、反
発方向のピン止め力を利用した超電導軸受装置を設けて
スラスト方向の軸受容量（支承可能な重量）を大きくし
ている。即ち、上記フライホイール４０の下面中央部に
円形の凹部６６を形成し、この凹部６６内にそれぞれが
円環状に造られた（或は多数の小さな永久磁石を円環状
に配置した）複数の永久磁石６７、６７を、円形のホル
ダ６８を介して支持固定している。これら各永久磁石６
７、６７は、それぞれが軸方向（図１、３の上下方向）
に亙って着磁されており、上記回転軸３４を中心とする
同心円位置に配置されている。

【００３０】一方、前記底板２９の上面中央部には、複
数の超電導体６９、６９を、上記複数の永久磁石６７、
６７と対向する状態で固定している。尚、この超電導体
６９、６９も、前述した超伝導体４４、７８と同様に、
それぞれが断面凸字形で円板形に形成されたものを、次
述する冷却ジャケット７０の上面に形成した凹部７１、
７１に内嵌し、更に抑え板７２により、この凹部７１、
７１からの抜け止めを図っている。これら各超電導体６
９、６９も、やはり上記回転軸３４を中心とする同心円
位置に配置されている。

【００３１】上記冷却ジャケット７０は、伝熱性の良好
な金属により中空円板状に造られている。この冷却ジャ
ケット７０は上記底板２９の上面中央部に形成された凹
部７３内に、断熱材７４、７４を介して嵌合させ、円環
状の抑え板７５によりこの凹部７３からの抜け止めを図
っている。この抑え板７５の下面と上記底板２９及び冷
却ジャケット７０の上面との間にも、断熱材７４ａ、７
４ａを挟持している。この様な冷却ジャケット７０内に
は、前記底部２６を貫通して設けた給排路７６を通じ
て、液体窒素等の冷却剤を給排自在としている。

【００３２】更に、図示の実施例では、前記ハウジング
２５の内周面と前記回転軸３４の外周面との間に制御型
磁気軸受を設けて、回転軸３４及びフライホイール４０
がラジアル方向に振動した場合に、この振動を抑えられ
る様にしている。即ち、前記中径部３６の下端部外周面
及び前記小径部３７の上端部外周面には、それぞれ磁性
体８１、８１を外嵌固定し、前記中間部２７の内周面及
び前記モータハウジング３２の上部内周面にはそれぞれ
電磁石８２、８２を固定している。これら各電磁石８
２、８２は、それぞれ円周方向に亙って複数（例えば４
個）の部分に分割されており、図示しない制御器からの
信号に基づいて各部分への通電が制御される。又、上記
回転軸３４と上記ハウジング２５との間には図示しない
変位センサを設け、この変位センサの検出信号に基づい
て、上記各電磁石８２、８２の各部分への通電を制御す
る。尚、この制御型磁気軸受は、通常時は停止したまま
とし（通電せず）上記回転軸３４に以上振動が発生した
場合等、非常時にのみ運転する。

【００３３】上述の様に構成される本発明の電力貯蔵装
置の作用は、次の通りである。電力貯蔵装置の運転時に
は、回転軸３４及びフライホイール４０を浮上状態に支
持する。この為に先ず、前記各冷却ジャケット４５、７
０に冷却剤を送り込まず、冷却装置を作動させず前記各
超電導体４４、６９、７８を超電導状態にする以前に、
昇降装置を構成する前記下部室５８に圧油を送り込むと
同時に上部室５７内の油を排出する。この結果、前記ピ
ストン部５６を設けた昇降スリーブ５５、並びに玉軸受
６０、６０によりこの昇降スリーブ５５に支持された持
ち上げスリーブ５９が上昇し、前記下側芯出し面６１と
下側テーパ面６３とが密接する。上記持ち上げスリーブ
５９は、これら両面６１、６３同士が密接した以後も上
昇し続ける為、上記回転軸３４が上昇し、この回転軸３
４の上端部に形成した上側テーパ面３８と前記上側芯出
し面６５とが密接する。この様に下側芯出し面６１と下
側テーパ面６３とが、上側テーパ面３８と前記上側芯出
し面６５とが、それぞれ密接する結果、これら各面６
１、６３、３８、６５を形成した部材を含んで構成され
る芯出し装置により、上記回転軸３４の芯出しが行われ
る。

【００３４】又、この様に回転軸３４の芯出しを行なう
べく、この回転軸３４を上昇させた状態では、この回転
軸３４と共に上昇する上記フライホイール４０の上面に
固定した永久磁石４２、４２と、前記中間部２７下面に
冷却ジャケット４５を介して固定した超電導体４４、４
４とが、当接若しくは近接する。この状態で上記各超電
導体４４、４４内には、多くの磁束（上記各永久磁石４
２、４２から出た磁束の殆ど全部）が入り込む。又、前
記大径部３５の外周面に固定した永久磁石７７、７７か
ら出た磁束が、上記冷却ジャケット４５の内周面に固定
された超電導体７８、７８に入り込む。更に、上記フラ
イホイール４０の上昇に伴って、このフライホイール４
０の下面に固定した永久磁石６７、６７と前記底板２９
の上面に固定した複数の超電導体６９、６９とが離れ
る。そして、この様に両部材６７、６９が離れた状態
で、上記各永久磁石６７、６７から出た磁束が上記各超
電導体６９、６９内に入り込む。

【００３５】そこで、上記回転軸３４及びフライホイー
ル４０を上昇させた状態のまま、前記各冷却ジャケット
４５、７０内に冷却剤を送り込み、これら各冷却ジャケ
ット４５、７０に添着固定された上記各超電導体４４、
７８、６９を超電導状態にする。この結果、上記各永久
磁石４２、７７、６７から多くの磁束が、上記各超電導
体４４、７８、６９内にピン止めされる。

【００３６】上記各超電導体４４、７８、６９が完全に
超電導状態になったならば、前記上部室５７に圧油を送
り込むと同時に前記下部室５８内の油を排出する。この
結果前記持ち上げスリーブ５９が下降し、上記回転軸３
４に付与されていた上昇方向に力が解除される。この結
果、上記回転軸３４及びフライホイール４０が自重によ
り下降する傾向となる。但し、この状態では上記各超電
導体４４、７８、６９と永久磁石４２、７７、６７との
間にピン止め力が作用し、このピン止め力が上記回転軸
３４及びフライホイール４０の変位を阻止する。

【００３７】先ず、フライホイール４０上面の永久磁石
４２、４２と冷却ジャケット４５下面の超電導体４４、
４４との間には、引っ張り方向に亙る大きなピン止め力
が作用する。フライホイール４０の上昇時に上記各永久
磁石４２、４２の上面と超電導体４４、４４とは、当接
若しくは近接している為、前述の様に各永久磁石４２、
４２から出る磁束の殆ど全部が上記各超電導体４４、４
４内に入り込み、この超電導体４４、４４内にピン止め
されている。即ち、前述の様にこれら永久磁石４２、４
２と超電導体４４、４４との間に作用する引っ張り方向
のピン止め力は、これら永久磁石４２、４２と超電導体
４４、４４とが当接した状態から離れようとする場合に
最大となる。従って、本発明の電力貯蔵装置を構成する
永久磁石４２、４２と超電導体４４、４４との間に作用
する上記引っ張り方向のピン止め力は十分に大きなもの
となる。この結果上記回転軸３４及びフライホイール４
０は浮上状態で、しかもスラスト方向に亙って十分に大
きな軸受剛性により回転自在に支持される。即ち、フラ
イホイール４０を少しだけ下降させる場合にも、大きな
ピン止め力が作用する為、スラスト方向の軸受剛性が大
きくなる。

【００３８】しかも図示の実施例の場合には、上記フラ
イホイール４０の下面に固定した永久磁石６７、６７と
前記冷却ジャケット７０の上面に固定した超電導体６
９、６９との間に突っ張り方向のピン止め力が作用す
る。この突っ張り方向のピン止め力は、上記引っ張り方
向のピン止め力に比べて小さいが、この引っ張り方向の
ピン止め力に付加される状態で、上記フライホイール４
０が下降するのを阻止する。従って、上記フライホイー
ル４０及び回転軸３４のスラスト方向の軸受容量はより
大きくなって、慣性質量が大きく重量の嵩むフライホイ
ール４０を支承する。

【００３９】又、前記大径部３５外周面に固定した永久
磁石７７、７７から直径方向に出て前記冷却ジャケット
４５内周面の超電導体７８、７８にピン止めされた磁束
により、上記回転軸３４の直径方向に亙るピン止め力が
作用する。そして、このピン止め力により、上記回転軸
３４がラジアル方向に亙る変位する事を防止する。

【００４０】この様にして回転軸３４及びフライホイー
ル４０を浮上状態に保持した状態で、夜間等に余剰電力
を貯蔵する際には、前記発電機兼用モータ２１のステー
タ２０に余剰電力を供給する事で、上記回転軸３４及び
フライホイール４０を回転させる。上述の様に、永久磁
石４２、６７と超電導体４４、６９とによるスラスト方
向の支持剛性は十分に大きい為、これら回転軸３４及び
フライホイール４０を高速で回転させる事ができ、十分
な電力貯蔵能力を発揮できる。昼間等、貯蔵したエネル
ギを取り出して使用する場合には、上記フライホイール
４０の回転運動に基づいて、上記発電機兼用モータ２１
により発電し、上記ステータ２０に接続した導線より電
力を取り出す。

【００４１】地震等、何らかの原因で上記永久磁石７
７、７７と超電導体７８、７８とで構成されるラジアル
方向超電導軸受の軸受剛性を越えるラジアル荷重が加わ
り、上記回転軸３４がラジアル方向に振動した場合に
は、前記磁性体８１、８１と電磁石８２、８２とによる
制御型磁気軸受が作動し、この振動を抑え込む。但し、
この制御型磁気軸受へは普段は通電せず、電力消費を抑
える。

【００４２】尚、前記持ち上げスリーブ５９の内周面と
中径部３６の外周面との間、並びに前記受スリーブ６４
の内周面と前記枢軸部３９の外周面との間の隙間の厚さ
寸法は、次の〜部分に存在する隙間の厚さ寸法の何
れよりも小さい。 それぞれ上下１対ずつ設けられた磁性体８１、８１
の外周面と電磁石８２、８２の内周面との間。 発電機兼用モータ２１を構成するロータ１９の外周
面とステータ２０の内周面との間。 ラジアル超電導軸受を構成する永久磁石７７、７７
の外周面と超電導体７８、７８の内周面との間。

【００４３】従って、地震等により上記回転軸３４及び
フライホイール４０に、ラジアル方向に亙る強い力が加
わった場合にも、上記〜の間部分には隙間が確保さ
れ、これら〜部分に存在する周面同士が擦れ合う事
がない。即ち、この場合には、前記各玉軸受６０、６０
がバックアップ軸受として機能し、上記回転軸３４に加
わるラジアル荷重を支承しつつ、この回転軸３４の回転
を許容する。従って、上記〜部分に存在する部材の
損傷防止を図れる。尚、ハウジング２５内は真空ポンプ
によって真空雰囲気とされ、上記回転軸３４及びフライ
ホイール４０が回転する事に対する抵抗を少なくしてい
る。

【００４４】

【発明の効果】本発明の電力貯蔵装置は、以上に述べた
通り構成され作用するが、超電導軸受装置のみで十分な
軸受剛性を確保できる為、フライホイールの安定回転に
要するエネルギが小さいもので済む。この結果、実際に
貯蔵可能な電力を増大させて、電力の有効利用を図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成を示す縦断面図。

【図２】図１のＡ部拡大図。

【図３】同Ｂ部拡大図。

【図４】先発明装置の縦断面図。

【符号の説明】

１ 大気圧ハウジング ２ 回転軸 ３ ラジアル気体軸受 ４ 給気口 ５ 軸受隙間 ６ 真空ハウジング ７ 蓋板 ８ 円孔 ９ 磁性流体シール装置 １０ フライホイール １１ 永久磁石 １２ 冷却ジャケット １３ 断熱材 １４ シールド板 １５ 超電導体 １６ 冷却剤 １７ 排気口 １８ 給排口 １９ ロータ ２０ ステータ ２１ 発電機兼用モータ ２２ 超電導スラスト軸受 ２３ 支持板 ２４ 凹孔 ２５ ハウジング ２６ 底部 ２７ 中間部 ２８ 上部 ２９ 底板 ３０ 立壁 ３１ 接続筒 ３２ モータハウジング ３３ 蓋板 ３４ 回転軸 ３５ 大径部 ３６ 中径部 ３７ 小径部 ３８ 上側テーパ面 ３９ 枢軸部 ４０ フライホイール ４１ 凹部 ４２ 永久磁石 ４３ ホルダ ４４ 超電導体 ４５ 冷却ジャケット ４６ 凹部 ４７ 抑え板 ４８ 凹部 ４９、４９ａ 断熱材 ５０ 抑え板 ５１ 給排路 ５２ 昇降装置 ５３ 段部 ５４ シリンダ空間 ５５ 昇降スリーブ ５６ ピストン部 ５７ 上部室 ５８ 下部室 ５９ 持ち上げスリーブ ６０ 玉軸受 ６１ 下側芯出し面 ６２ 芯出しリング ６３ 下側テーパ面 ６４ 受スリーブ ６５ 上側芯出し面 ６６ 凹部 ６７ 永久磁石 ６８ ホルダ ６９ 超電導体 ７０ 冷却ジャケット ７１ 凹部 ７２ 抑え板 ７３ 凹部 ７４、７４ａ 断熱材 ７５ 抑え板 ７６ 給排路 ７７ 永久磁石 ７８ 超電導体 ７９ 凹部 ８０ 抑え板 ８１ 磁性体 ８２ 電磁石

フロントページの続き (72)発明者 坂口 和利 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定のハウジングと、このハウジングの
   内側に鉛直方向に配置された回転軸と、この回転軸と同
   心でこの回転軸に固定されたフライホイールと、このフ
   ライホイールの上面で上記回転軸を中心とする同心円位
   置に固定された複数の永久磁石と、上記ハウジングの一
   部下面に固定されて上記複数の永久磁石と対向する超電
   導体と、上記ハウジング内に設けられてこの超電導体を
   冷却する冷却装置と、電動機及び発電機としての機能を
   備え、上記ハウジングの内周面と上記回転軸の外周面と
   の間に設けられた発電機兼用モータと、上記回転軸を昇
   降自在な昇降装置と、この昇降装置による上記回転軸の
   上昇に伴ってこの回転軸の芯出しを行わせる芯出し装置
   とを備えた電力貯蔵装置。