JPH08182228A - Power storing unit - Google Patents

Power storing unit

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JPH08182228A
JPH08182228A JP32079394A JP32079394A JPH08182228A JP H08182228 A JPH08182228 A JP H08182228A JP 32079394 A JP32079394 A JP 32079394A JP 32079394 A JP32079394 A JP 32079394A JP H08182228 A JPH08182228 A JP H08182228A
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rotating body
permanent magnet
flywheels
eigenvalue
primary bending
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博正 樋笠
Ryoichi Takahata
良一 高畑
Kazuo Rokkaku
和夫 六角
Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
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    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Abstract

PURPOSE: To obtain a power storing unit in which a rotor can be rotated at a high speed exceeding the eigenvalue of primary bending by integrally providing flywheels with a rotary shaft at the opposite ends thereof and mounting a generator/motor on the rotary shaft between the flywheels. CONSTITUTION: Horizontal planar flywheels 2, 3 are provided fixedly at the upper and lower ends of a vertical shaft 1 and when a rotor 4 is rotating in the operational rotating region, electric energy is converted into rotational kinetic energy which is stored in the flywheels 2, 3. Since the flywheels are provided at the opposite ends of the rotary shaft, the eigenvalue of primary bending is branched significantly and thereby the forward rotational component increases significantly while the rearward rotational component decreases significantly as the revolutions per minute (r.p.m.) increases. Consequently, the critical speed where a transportation line intersects the rearward rotational component of the eigenvalue of primary bending lowers and the transportation line does not intersect the forward rotational of the eiqenvalue of primary bending even if the r.p.m. increases. With such structure, the rotor can be rotated at an r.p.m. exceeding the eigenvalue of primary bending.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、余剰電力をフライホ
イールの回転運動エネルギに変換して貯蔵するための電
力貯蔵装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power storage device for converting surplus power into rotary kinetic energy of a flywheel and storing it.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の電力貯蔵装置として、超伝導軸
受および/または磁気軸受により非接触支持されて発電
電動機により回転させられる回転軸の中央部あるいは端
部の1箇所にフライホイールが一体状に設けられている
ものが知られている。
2. Description of the Related Art As an electric power storage device of this kind, a flywheel is integrally formed at one position at a central portion or an end portion of a rotating shaft which is non-contact supported by a superconducting bearing and / or a magnetic bearing and is rotated by a generator motor. It is known that it is provided in.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】回転体の回転運動エネ
ルギEは、回転体全体の極慣性モーメントをIp 、回転
体の回転角速度をωとすると、次の式で表わされる。
The rotational kinetic energy E of the rotating body is expressed by the following equation, where I p is the polar moment of inertia of the entire rotating body and ω is the rotational angular velocity of the rotating body.

【0004】E=Ip ・ω2 /2 この式より、フライホイールに蓄積される回転運動エネ
ルギを大きくするには、回転体全体の極慣性モーメント
p を大きくするか、回転体の回転角速度ωすなわち回
転数を大きくすればよいことがわかる。また、フライホ
イールの単位重量あたりのエネルギ蓄積密度を大きくし
て、エネルギ蓄積効率を高めることが望ましく、そのた
めには、極慣性モーメントIp を大きくするよりも、回
転角速度ωを大きくする方が効果がある。
[0004] E = I p · ω 2/ 2 From this equation, in order to increase the rotational kinetic energy stored in the flywheel, increase the polar moment of inertia I p of the whole rotary body, the rotation angular velocity of the rotary body It can be seen that ω, that is, the number of revolutions should be increased. Further, it is desirable to increase the energy storage density per unit weight of the flywheel to improve the energy storage efficiency. For that purpose, increasing the rotational angular velocity ω is more effective than increasing the polar moment of inertia I p. There is.

【0005】ところが、回転体の回転数を大きくするこ
とは、次に説明するように、その主なものに回転体の危
険速度の面から問題がある。すなわち、回転体の危険速
度には、剛体1次モードに基づく剛体1次危険速度、剛
体2次モードに基づく剛体2次危険速度、および1次曲
げモードに基づく1次曲げ危険速度があり、これらと回
転体の回転数との関係が図7(c) に示されている。図7
(c) において、横軸は回転数(rpm)、縦軸は固有値
(危険速度)(Hz)を表わしている。また、図7(c)
には、回転数が0の点から最大回転数の点までの運搬線
(回転加速線)を示している。図7(c) に示すように、
回転体には、特有のジャイロ作用により、固有値の分岐
が生じ、各固有値に前回り成分と後回り成分が生じる。
そして、運搬線がいくつかの分岐した固有値と交わる回
転数が危険速度となるが、運搬線が1次曲げ固有値と交
わる危険速度がとくに問題になるため、従来は、最大回
転数がこの危険速度を越えない範囲内で回転体を回転さ
せていた。このように回転体の回転数が制限されるた
め、回転体全体の極慣性モーメントIp を大きくするに
は、フライホイールを大きくする必要があるが、そうす
ると、装置が大型化し、フライホイールの単位重量あた
りのエネルギ蓄積密度は小さくなるという問題があっ
た。
However, increasing the number of rotations of the rotating body has a problem in terms of the critical speed of the rotating body, as described below. That is, the critical velocity of the rotating body includes a rigid primary primary critical velocity based on the rigid primary first mode, a rigid secondary secondary critical velocity based on the rigid secondary mode, and a primary bending critical velocity based on the primary bending mode. Fig. 7 (c) shows the relationship between the rotation speed and the rotation speed of the rotating body. Figure 7
In (c), the horizontal axis represents the rotation speed (rpm) and the vertical axis represents the eigenvalue (critical speed) (Hz). Also, FIG. 7 (c)
In the figure, a transportation line (rotational acceleration line) from a point where the rotation speed is 0 to a point where the rotation speed is the maximum is shown. As shown in Figure 7 (c),
Due to the unique gyro effect in the rotating body, eigenvalue branching occurs, and a forward component and a backward component occur in each eigenvalue.
The critical speed is the number of revolutions at which the carrying line intersects with some branched eigenvalues, but the critical speed at which the carrying line intersects with the primary bending eigenvalue is a particular problem. The rotating body was rotated within the range not exceeding. Since the number of rotations of the rotating body is thus limited, the flywheel needs to be large in order to increase the polar moment of inertia I p of the entire rotating body. However, if this is done, the device becomes large and the flywheel unit becomes large. There is a problem that the energy storage density per weight becomes small.

【0006】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
回転体を1次曲げ固有値を越える高い速度で回転させる
ことができる電力貯蔵装置を提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above problems,
An object of the present invention is to provide a power storage device capable of rotating a rotating body at a high speed exceeding the primary bending characteristic value.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この発明による電力貯蔵
装置は、回転運動エネルギを蓄積するためのフライホイ
ールが回転軸の両端部に一体状に設けられ、これらのフ
ライホイールの間の回転軸の部分に発電電動機が設けら
れていることを特徴とするものである。
In the electric power storage device according to the present invention, flywheels for accumulating rotary kinetic energy are integrally provided at both ends of the rotary shafts, and the flywheels between the flywheels are integrated. It is characterized in that a generator motor is provided in a part.

【0008】[0008]

【作用】フライホイールが回転軸の両端部に設けられて
いるので、回転軸とフライホイールを合わせた回転体全
体の極慣性モーメントIp が大きくなり、その分、回転
体に蓄積される回転運動エネルギが大きくなる。また、
フライホイールが回転軸の両端部に設けられているの
で、回転体全体の傾斜慣性モーメントIr が大きくな
り、その増加量は極慣性モーメントIp の増加量よりか
なり大きい。このため、極慣性モーメントIp と傾斜慣
性モーメントIr の比(Ip /Ir )が、従来のものよ
り小さくなる。比(Ip /Ir )が小さくなるにもかか
わらず、回転体の1次曲げ固有値の後回り成分が回転数
の増加に伴って大きく減少し、1次曲げ固有値の前回り
成分が回転数の増加に伴って大きく増加するようにな
る。このため、回転体の最大回転数を大きくしたとき
に、運搬線が低い回転数で1次曲げ固有値の後回り成分
を越え、回転数がかなり高くなっても運搬線が1次曲げ
固有値の前回り成分と交わることがない。したがって、
1次曲げ固有値の後回り成分を越える高い回転数で回転
体を回転させることができる。そして、回転体の回転数
を高くすることができるため、回転体に蓄積される回転
運動エネルギをさらに大きくすることができる。また、
回転体の回転数を高くすることができることにより、フ
ライホイールの単位重量あたりのエネルギ蓄積密度を高
くすることができる。
Since the flywheels are provided at both ends of the rotary shaft, the polar moment of inertia I p of the entire rotary body including the rotary shaft and the flywheel becomes large, and the rotary motion accumulated in the rotary body is correspondingly increased. Energy becomes large. Also,
Since the flywheels are provided at both ends of the rotary shaft, the tilt inertia moment I r of the entire rotary body becomes large, and its increase amount is considerably larger than the increase amount of the polar inertia moment I p . Therefore, the ratio (I p / I r ) of the polar moment of inertia I p and the tilt moment of inertia I r becomes smaller than that of the conventional one. Although the ratio (I p / I r ) becomes smaller, the backward component of the primary bending eigenvalue of the rotating body greatly decreases as the rotation speed increases, and the leading component of the primary bending eigenvalue becomes the rotation speed. It will increase greatly with the increase of. For this reason, when the maximum number of rotations of the rotating body is increased, the carrying line exceeds the rearward component of the primary bending eigenvalue at a low number of rotations, and even if the number of rotations is considerably high, the carrying line is in front of the primary bending eigenvalue. Does not intersect with surrounding components. Therefore,
It is possible to rotate the rotating body at a high rotation speed that exceeds the backward component of the primary bending eigenvalue. Since the number of rotations of the rotating body can be increased, the rotational kinetic energy accumulated in the rotating body can be further increased. Also,
Since the rotational speed of the rotating body can be increased, the energy storage density per unit weight of the flywheel can be increased.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】図1は、電力貯蔵装置の主要部を概略的に
示している。
FIG. 1 schematically shows a main part of a power storage device.

【0011】電力貯蔵装置は、垂直な回転軸(1) の上下
両端部に水平円板状のフライホイール(2)(3)がそれぞれ
固定状に設けられた回転体(4) 、回転体(4) をアキシア
ル方向(上下方向)およびラジアル方向に非接触支持す
るための上下2組の超伝導軸受(5)(6)、起動時および運
転停止時に回転体(4) をラジアル方向に非接触支持する
ための上下2組の制御型ラジアル方向磁気軸受(7)(8)、
起動時に回転体(4) の位置決めを行うための初期位置決
め装置(9) 、ならびに発電電動機(10)を備えており、こ
れらの大部分が、水平なベース(11)の上方に設けられた
真空チャンバ(12)内に配置されている。真空チャンバ(1
2)内のベース(11)の上に複数の部材(13)(14)(15)(16)(1
7)(18)よりなる垂直なハウジング(19)が設けられてお
り、このハウジング(19)内の中心に回転体(4) が若干の
上下動ができるように隙間をあけて垂直に配置されてい
る。ベース(11)の下に垂直円筒部材(20)が設けられてお
り、初期位置決め装置(9) の大部分がこの円筒部材(20)
内に配置されている。
The power storage device comprises a rotating body (4) having horizontal disk-shaped flywheels (2) and (3) fixedly provided on the upper and lower ends of a vertical rotating shaft (1), respectively. Two sets of upper and lower superconducting bearings (5) and (6) for non-contact support of 4) in the axial direction (vertical direction) and radial direction, non-contact in the radial direction of the rotating body (4) at start-up and operation stop. Two sets of upper and lower control type radial magnetic bearings for supporting,
It is equipped with an initial positioning device (9) for positioning the rotating body (4) at startup, as well as a generator-motor (10), most of which are located above the horizontal base (11). It is located in the chamber (12). Vacuum chamber (1
2) Multiple members (13) (14) (15) (16) (1) on the base (11) in
A vertical housing (19) consisting of (7) and (18) is provided, and the rotating body (4) is vertically arranged with a gap in the center of the housing (19) so that it can be slightly moved up and down. ing. A vertical cylindrical member (20) is provided below the base (11), and most of the initial positioning device (9) is this cylindrical member (20).
It is located inside.

【0012】各フライホイール(2)(3)は、回転軸(1) に
固定されたたとえばアルミニウム合金製の内側環状部分
(21)の外側にたとえばCFRP(複合繊維強化プラスチ
ック)製の外側環状部分(22)が一体状に固定されたもの
である。上部フライホイール(2) は、ハウジング(19)の
上部の水平板状の第5ハウジング部材(17)とその上に固
定された逆カップ状の第6ハウジング部材(18)で囲まれ
た空間内に配置されている。下部フライホイール(3)
は、ベース(11)とその上に固定された逆カップ状の第1
ハウジング部材(13)で囲まれた空間内の上部に配置され
ている。
Each of the flywheels (2) and (3) has an inner annular portion fixed to the rotating shaft (1) and made of, for example, an aluminum alloy.
An outer annular portion (22) made of, for example, CFRP (composite fiber reinforced plastic) is integrally fixed to the outside of (21). The upper flywheel (2) is in a space surrounded by a horizontal plate-shaped fifth housing member (17) on the upper part of the housing (19) and an inverted cup-shaped sixth housing member (18) fixed thereon. It is located in. Lower flywheel (3)
Is a base (11) and an inverted cup-shaped first fixed on it.
It is arranged in the upper part in the space surrounded by the housing member (13).

【0013】上部超伝導軸受(5) の詳細が、図2および
図3に示されている。
Details of the upper superconducting bearing (5) are shown in FIGS.

【0014】上部超伝導軸受(5) は、回転体(4) の上部
フライホイール(2) の上に固定状に設けられた水平環状
の回転永久磁石部(23)と、その上面に対向するようにハ
ウジング(19)に固定状に設けられた超伝導体部(24)とか
ら構成されている。
The upper superconducting bearing (5) faces a horizontal annular rotating permanent magnet portion (23) fixedly provided on the upper flywheel (2) of the rotating body (4) and its upper surface. Thus, it is composed of the superconductor portion (24) fixedly provided in the housing (19).

【0015】回転永久磁石部(23)は、上部フライホイー
ル(2) の内側部分の上面に接するように回転軸(1) の上
端に固定されたフランジ部(25)を備えている。フランジ
部(25)は、たとえばアルミニウム合金、非磁性ステンレ
ス鋼などの非磁性体で作られた内側の非磁性板部(26)の
外側にたとえばCFRP製の環状部分(27)が一体状に固
定されたものであり、第6ハウジング部材(18)の頂壁中
央の貫通穴の内側に位置している。非磁性板部(26)の上
面に、円形の仕切り壁(28)で仕切られた複数の環状凹み
ぞ(29)が同心状に形成されている。各凹みぞ(29)内に、
環状永久磁石(30)と強磁性体よりなる環状ヨーク部材(3
1)とが、永久磁石(30)が外側になるようにはめられて固
定されている。永久磁石(30)の外周部分は、凹みぞ(29)
の外周側の壁あるいは仕切り壁(28)の内周部分に圧入さ
れている。ヨーク部材(31)の内周部分は、凹みぞ(29)の
内周側の仕切り壁(28)あるいは壁の外周部分に圧入され
ている。そして、同一の凹みぞ(29)内の永久磁石(30)の
内周部分とヨーク部材(31)の外周部分とはゆるくはめ合
わされ、これらの間にはほとんど隙間がないかあるいは
わずかな隙間があけられている。各環状凹みぞ(29)内に
おいて、環状永久磁石(30)と環状ヨーク部材(31)の位置
が逆であってもよい。さらに、仕切り壁(28)をなくし
て、各環状永久磁石(30)間に環状ヨーク部材(31)だけを
配置してもよい。各永久磁石(30)は円周方向に複数のセ
グメント(30a) に等分されており、内周側と外周側に磁
極が形成されている。そして、ラジアル方向に隣接する
2つの永久磁石(30)の磁極が互いに同じ極性になるよう
に、永久磁石(30)が配置されている。すなわち、内側か
ら1、3、5番目の永久磁石(30)は内周側がS極で外周
側がN極となり、2、4番目の永久磁石(30)は内周側が
N極で外周側がS極となっている。なお、永久磁石(30)
が円周方向に複数のセグメント(30a) に分割されている
のは、永久磁石が環状の一体物であればその内周部と外
周部に磁極を形成することができないからである。永久
磁石(30)は回転体(4) の回転軸心に対して同心状に配置
されているので、回転軸心の周囲の磁束分布が回転によ
って変化しないようになっている。
The rotating permanent magnet portion (23) is provided with a flange portion (25) fixed to the upper end of the rotating shaft (1) so as to contact the upper surface of the inner portion of the upper flywheel (2). The flange portion (25) is integrally fixed with an annular portion (27) made of CFRP, for example, on the outside of the inner non-magnetic plate portion (26) made of a non-magnetic material such as aluminum alloy or non-magnetic stainless steel. It is located inside the through hole in the center of the top wall of the sixth housing member (18). On the upper surface of the non-magnetic plate portion (26), a plurality of annular recessed grooves (29) partitioned by a circular partition wall (28) are concentrically formed. In each recess (29),
Annular yoke member (3) consisting of an annular permanent magnet (30) and a ferromagnetic material
1) and are fixed so that the permanent magnet (30) is fitted outside. The outer circumference of the permanent magnet (30) has a groove (29).
It is press-fitted into the outer peripheral wall or the inner peripheral portion of the partition wall (28). The inner peripheral portion of the yoke member (31) is press-fitted into the partition wall (28) on the inner peripheral side of the groove (29) or the outer peripheral portion of the wall. Then, the inner peripheral portion of the permanent magnet (30) and the outer peripheral portion of the yoke member (31) in the same groove (29) are loosely fitted to each other, and there is little or no gap between them. It is open. The positions of the annular permanent magnet (30) and the annular yoke member (31) may be reversed in each annular groove (29). Further, the partition wall (28) may be omitted and only the annular yoke member (31) may be arranged between the annular permanent magnets (30). Each permanent magnet (30) is equally divided into a plurality of segments (30a) in the circumferential direction, and magnetic poles are formed on the inner peripheral side and the outer peripheral side. The permanent magnets (30) are arranged so that the magnetic poles of the two permanent magnets (30) adjacent in the radial direction have the same polarity. That is, the 1st, 3rd, and 5th permanent magnets (30) from the inside have the S pole on the inner circumference side and the N pole on the outer circumference side, and the 2nd and 4th permanent magnets (30) have the N pole on the inner circumference side and the S pole on the outer circumference side. Has become. The permanent magnet (30)
Is divided into a plurality of segments (30a) in the circumferential direction because magnetic poles cannot be formed on the inner peripheral portion and the outer peripheral portion of the permanent magnet if the permanent magnet is an annular one body. Since the permanent magnets (30) are concentrically arranged with respect to the rotation axis of the rotating body (4), the magnetic flux distribution around the rotation axis does not change due to rotation.

【0016】超伝導体部(24)は、たとえば銅合金、非磁
性ステンレス鋼などの非磁性体からなる水平環状の冷却
ケース(32)を備えている。冷却ケース(32)は、その外周
部において、第6ハウジング部材(18)の頂壁の内周部上
面に断熱材(33)を介して固定され、永久磁石部(23)の上
方に張出している。冷却ケース(32)内の空間に、環状の
超伝導体(34)が固定状に配置されている。冷却ケース(3
2)内の空間は冷却流体供給管(35)および同排出管(36)を
介して図示しない冷却装置に接続されており、この冷却
装置により、たとえば液体窒素などの冷却流体が供給管
(35)、冷却ケース(32)内の空間および排出管(36)を介し
て循環させられ、これによって超伝導体(34)が冷却され
るようになっている。超伝導体(34)は第2種超伝導体で
あり、たとえばイットリウム系高温超伝導体、YBa
Cu7-x からなるバルクの内部に常伝導体(Y
Cu)を均一に混在させたものからなり、第2種
超伝導状態が出現する温度環境下において、永久磁石(3
0)から発せられる磁束を内部に拘束する性質を持つもの
である。そして、超伝導体(34)は、永久磁石(30)の磁束
が所定量侵入する離間位置であってかつ回転体(4) の回
転によって侵入磁束の分布が変化しない位置に、永久磁
石(30)と対向するように配置されている。
The superconductor portion (24) is provided with a horizontal annular cooling case (32) made of a non-magnetic material such as copper alloy or non-magnetic stainless steel. The cooling case (32) is fixed at its outer peripheral portion to the upper surface of the inner peripheral portion of the top wall of the sixth housing member (18) via a heat insulating material (33), and extends above the permanent magnet portion (23). There is. An annular superconductor (34) is fixedly arranged in the space inside the cooling case (32). Cooling case (3
The space in 2) is connected to a cooling device (not shown) via the cooling fluid supply pipe (35) and the discharge pipe (36).
(35) is circulated through the space in the cooling case (32) and the discharge pipe (36), whereby the superconductor (34) is cooled. The superconductor (34) is a type 2 superconductor, for example, an yttrium-based high temperature superconductor, YBa 2
A normal conductor (Y 2 B) is formed inside the bulk made of Cu 3 O 7-x.
a 1 Cu 1 ) are mixed uniformly, and the permanent magnet (3
It has the property of internally restraining the magnetic flux generated from (0). Then, the superconductor (34) is located at a separated position where the magnetic flux of the permanent magnet (30) enters a predetermined amount, and the distribution of the invading magnetic flux does not change due to the rotation of the rotating body (4). ) Is arranged to face.

【0017】下部超伝導軸受(6) の詳細が、図4に示さ
れている。
Details of the lower superconducting bearing (6) are shown in FIG.

【0018】下部超伝導軸受(6) は、回転体(4) の下部
フライホイール(3) の下に固定状に設けられた水平環状
の回転永久磁石部(37)と、その下面に対向するようにハ
ウジング(19)に固定状に設けられた超伝導体部(38)と、
さらに超伝導体部(38)の下から回転永久磁石部(37)に対
向するようにハウジング(19)に固定状に設けられた固定
永久磁石部(39)とから構成され、第1ハウジング部材(1
3)内の下部に配置されている。
The lower superconducting bearing (6) faces the lower surface of a horizontal annular rotating permanent magnet portion (37) fixedly provided under the lower flywheel (3) of the rotating body (4). A superconductor part (38) fixedly provided on the housing (19),
The first housing member further comprises a fixed permanent magnet portion (39) fixedly provided in the housing (19) so as to face the rotating permanent magnet portion (37) from below the superconductor portion (38). (1
It is located at the bottom of 3).

【0019】回転永久磁石部(37)は、下部フライホイー
ル(3) の内側部分の下面に接するように回転軸(1) の下
端に固定されている。超伝導体部(38)は、ベース(11)の
上に固定された支持部材(40)に断熱材(41)を介して固定
されている。回転永久磁石部(37)および超伝導体部(38)
は、上部超伝導軸受(5) の回転永久磁石部(23)および超
伝導体部(24)を上下逆様にしたものであるから、対応す
る部分に同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
The rotating permanent magnet portion (37) is fixed to the lower end of the rotating shaft (1) so as to contact the lower surface of the inner portion of the lower flywheel (3). The superconductor part (38) is fixed to the support member (40) fixed on the base (11) via a heat insulating material (41). Rotating permanent magnet part (37) and superconductor part (38)
Indicates that the rotating permanent magnet part (23) and the superconductor part (24) of the upper superconducting bearing (5) are turned upside down. Is omitted.

【0020】固定永久磁石部(39)は、支持部材(42)を介
してベース(11)の上に固定された非磁性体製のフランジ
部(43)を備えている。フランジ部(43)の上面に、その外
周部を残して、1つの環状凹所(44)が形成され、この凹
所(44)に、複数の強磁性体よりなる環状ヨーク部材(45)
と、これらの間に挟まれた複数の環状永久磁石(46)とが
はめられて固定されている。永久磁石(46)の数は回転永
久磁石部(37)の永久磁石(30)の数と同数であり、永久磁
石(46)は回転永久磁石部(37)の永久磁石(30)にほぼ対向
するように配置されている。永久磁石(46)は、回転永久
磁石部(37)の永久磁石(30)と同じ構成を有し、円周方向
に複数のセグメント(46a) に等分されている。また、永
久磁石(46)の磁極の配置は回転永久磁石部(37)のそれと
同じであり、上下に対応する永久磁石(30)(46)の磁極が
同じ極性で、互いに反発するようになされている。
The fixed permanent magnet portion (39) has a non-magnetic flange portion (43) fixed on the base (11) via a support member (42). An annular recess (44) is formed on the upper surface of the flange (43) leaving the outer peripheral portion thereof, and an annular yoke member (45) made of a plurality of ferromagnetic bodies is formed in the recess (44).
And a plurality of annular permanent magnets (46) sandwiched between them are fitted and fixed. The number of permanent magnets (46) is the same as the number of permanent magnets (30) of the rotating permanent magnet section (37), and the permanent magnets (46) are almost opposite to the permanent magnets (30) of the rotating permanent magnet section (37). It is arranged to. The permanent magnet (46) has the same structure as the permanent magnet (30) of the rotating permanent magnet section (37) and is equally divided into a plurality of segments (46a) in the circumferential direction. The arrangement of the magnetic poles of the permanent magnet (46) is the same as that of the rotating permanent magnet section (37), and the magnetic poles of the permanent magnets (30) (46) corresponding to the upper and lower sides have the same polarity and are repulsed from each other. ing.

【0021】上部磁気軸受(7) の詳細が、図5に示され
ている。
Details of the upper magnetic bearing (7) are shown in FIG.

【0022】上部磁気軸受(7) は、ハウジング(19)の上
部の略円筒状の第4ハウジング部材(16)の内側に固定さ
れた8つの電磁石(47x)(47y)および4つの変位センサ(4
8x)(48y)を備えている。互いに直交する2つのラジアル
方向の軸をX軸およびY軸とすると、4つのX軸方向電
磁石(47x) は回転体(4) をX軸方向の両側から吸引する
ように配置され、4つのY軸方向電磁石(47y) は回転体
(4) をY軸方向の両側から吸引するように配置されてい
る。各変位センサ(48x)(48y)はそれぞれ対応する電磁石
(47x)(47y)の近傍に配置されており、2つのX軸方向変
位センサ(48x)によりこの部分の回転体(4) のX軸方向
の変位量が検出され、2つのY軸方向変位センサ(48y)
によりこの部分の回転体(4) のY軸方向の変位量が検出
される。
The upper magnetic bearing (7) includes eight electromagnets (47x) (47y) and four displacement sensors (fixed inside the fourth housing member (16) having a substantially cylindrical shape in the upper part of the housing (19). Four
It has 8x) (48y). Assuming that the two radial axes that are orthogonal to each other are the X axis and the Y axis, the four X-axis direction electromagnets (47x) are arranged so as to attract the rotating body (4) from both sides in the X-axis direction, and the four Y-axis axes are arranged. Axial electromagnet (47y) is a rotating body
(4) is arranged so as to be sucked from both sides in the Y-axis direction. Each displacement sensor (48x) (48y) is a corresponding electromagnet
It is located near (47x) (47y), and the two X-axis displacement sensors (48x) detect the amount of displacement of the rotating body (4) in this direction in the X-axis. Sensor (48y)
Thus, the displacement amount of the rotating body (4) in this portion in the Y-axis direction is detected.

【0023】下部磁気軸受(8) は、第1ハウジング部材
(13)の上に固定された厚肉円筒状の第2ハウジング部材
(14)の内側に設けられている。下部磁気軸受(8) は上部
磁気軸受(7) と同様のものであるから、対応する部分に
同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
The lower magnetic bearing (8) is the first housing member.
Thick cylindrical second housing member fixed on (13)
It is provided inside (14). Since the lower magnetic bearing (8) is similar to the upper magnetic bearing (7), the corresponding parts are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.

【0024】図示は省略したが、各磁気軸受(7)(8)の電
磁石(47x)(47y)および変位センサ(48x)(48y)は磁気軸受
制御装置に接続されており、この制御装置により、変位
センサ(48x)(48y)の出力に基づいて電磁石(47x)(47y)に
流れる電流値すなわち吸引力が制御され、その結果、回
転体(4) のラジアル方向の位置が制御される。
Although not shown, the electromagnets (47x) (47y) and the displacement sensors (48x) (48y) of the magnetic bearings (7) (8) are connected to the magnetic bearing control device, and by this control device, Based on the outputs of the displacement sensors (48x) (48y), the value of current flowing through the electromagnets (47x) (47y), that is, the attractive force is controlled, and as a result, the position of the rotating body (4) in the radial direction is controlled.

【0025】なお、磁気軸受(7)(8)およびその制御装置
自体は公知のものであるから、これ以上の詳細な説明は
省略する。
Since the magnetic bearings (7) and (8) and the control device for the magnetic bearings are publicly known, further detailed description will be omitted.

【0026】発電電動機(10)は、回転体(4) に取付けら
れたロータ(49)と、その周囲のハウジング(19)の中間部
の円筒状の第3ハウジング部材(15)の内側に固定状に設
けられたステータ(50)とからなる。発電電動機(10)は、
電力貯蔵時には電動機として、電力取出し時には発電機
として作動する。
The generator-motor (10) is fixed inside the rotor (49) attached to the rotating body (4) and the cylindrical third housing member (15) in the middle of the housing (19) around the rotor (49). And a stator (50) provided in the shape of a circle. The generator motor (10)
It operates as an electric motor when storing electric power and as a generator when extracting electric power.

【0027】第4ハウジング部材(16)の上端部および第
1ハウジング部材(13)の頂壁の貫通穴の部分に、通常は
回転体(4) と非接触で、非常時に回転体(4) を支持する
転がり軸受からなるタッチダウン軸受(51)(52)がそれぞ
れ設けられている。
Normally, the rotating body (4) is not in contact with the upper end of the fourth housing member (16) and the through hole in the top wall of the first housing member (13), and the rotating body (4) is in an emergency. Touch-down bearings (51) and (52), which are rolling bearings that support the bearings, are provided.

【0028】初期位置決め装置(9) は、次のように構成
されている。
The initial positioning device (9) is constructed as follows.

【0029】円筒部材(20)の中間部に形成されたガイド
穴に、たとえば図示しない直動モータなどの適宜な駆動
手段により昇降させられる円筒状の昇降体(53)が案内さ
れており、昇降体(53)の上部に水平な円板(54)が固定状
に設けられている。回転体(4) と同心の垂直支持軸(55)
が円板(54)の上面中央に固定され、昇降体(53)の昇降に
よりベース(11)の貫通穴に設けられた直動軸受(リニア
ベアリング)(56)に案内されて昇降しうるようになって
いる。支持軸(55)の上端面外周部に、回転軸(1) の下端
面を受けるための複数のボール(57)が取付けられてい
る。直動軸受(56)の周囲のベース(11)の下面に垂下状の
円筒部(11a) が一体に形成され、この円筒部(11a) の下
端部と円板(54)の上面外周部に固定されたリング部材(5
8)との間にベローズ(59)が取付けられている。そして、
円板(54)、リング部材(58)、ベローズ(59)および円筒部
(11a) で囲まれた空間が、ベース(11)の上方の真空チャ
ンバ(12)に連通させられて、真空状態に保持されるよう
になっている。
In the guide hole formed in the intermediate portion of the cylindrical member (20), a cylindrical elevating body (53) which is moved up and down by an appropriate driving means such as a linear motor (not shown) is guided, A horizontal disc (54) is fixedly provided on the upper part of the body (53). Vertical support shaft (55) concentric with the rotating body (4)
Is fixed to the center of the upper surface of the disc (54) so that it can be moved up and down by being guided by the linear bearing (56) provided in the through hole of the base (11) when the elevating body (53) is moved up and down. It has become. A plurality of balls (57) for receiving the lower end surface of the rotating shaft (1) are attached to the outer peripheral portion of the upper end surface of the support shaft (55). A pendant cylindrical portion (11a) is integrally formed on the lower surface of the base (11) around the linear motion bearing (56), and the lower end of the cylindrical portion (11a) and the outer peripheral surface of the upper surface of the disc (54) are formed. Fixed ring member (5
A bellows (59) is installed between it and 8). And
Disc (54), ring member (58), bellows (59) and cylinder
The space surrounded by (11a) is communicated with the vacuum chamber (12) above the base (11) and is maintained in a vacuum state.

【0030】下部タッチダウン軸受(52)より少し下方の
回転体(4) の周囲に、回転体(4) の上昇を規制するため
のストッパ(60)が固定されている。
A stopper (60) for restricting the rise of the rotating body (4) is fixed around the rotating body (4) slightly below the lower touchdown bearing (52).

【0031】上記の電力貯蔵装置は、次のようにして運
転状態にされる。
The power storage device described above is put into operation in the following manner.

【0032】運転停止状態においては、回転体(4) はタ
ッチダウン軸受(51)(52)に支持されて、下方の停止位置
に停止している。運転を開始する際には、まず、真空チ
ャンバ(12)内を真空状態とし、初期位置決め装置(9) の
支持軸(55)を上昇させることにより、回転体(4) を所定
の設定位置まで持上げて、回転体(4) のアキシアル方向
の初期位置決めを行う。この回転体(4) の設定位置は、
回転時の回転体(4) の位置より若干上方の位置である。
また、上下の磁気軸受(7)(8)を駆動して、回転体(4) の
ラジアル方向の初期位置決めを行う。回転体(4) の初期
位置決めが終了したならば、冷却装置により上下の超伝
導軸受(5)(6)の冷却ケース(32)内に冷却流体を循環さ
せ、超伝導体(34)を冷却して第2種超伝導状態に保持す
る。すると、回転永久磁石部(23)(37)の永久磁石(30)か
ら発せられる磁束の多くが超伝導体(34)の内部に侵入し
て拘束されることになる(ピンニング現象)。ここで、
超伝導体(34)はその内部に常伝導体粒子が均一に混在さ
れているため、超伝導体(34)内部への侵入磁束の分布が
一定となり、そのため、超伝導体(34)に対して永久磁石
(30)とともに回転体(4) が拘束される。したがって、回
転体(4) は、きわめて安定した状態で、アキシアル方向
およびラジアル方向に支持されることになる。このと
き、超伝導体(34)に侵入した磁束は、磁束分布が回転軸
心に対して均一で不変である限り、回転を妨げる抵抗と
はならない。このように超伝導軸受(5)(6)によって回転
体(4) が支持されたならば、初期位置決め装置(9) の支
持軸(55)を下端位置まで下降させて、これによる回転体
(4) の支持をなくす。支持軸(55)が下降すると、回転体
(4) は自重により若干下降するが、自重による下向きの
力と超伝導軸受(5)(6)のアキシアル方向の支持力とが釣
合う位置に停止し、後は、支持軸(55)が回転体(4) から
下方に離れて下端位置まで下降する。これにより、回転
体(4) は、超伝導軸受(5)(6)と磁気軸受(7)(8)とで非接
触支持されたことになる。このとき、下部超伝導軸受
(6) の回転永久磁石部(37)の永久磁石(30)が、固定永久
磁石部(39)の永久磁石(46)から上向きの反発力を受け、
これにより、回転体(4) の重量の一部が支持される。回
転体(4) が非接触支持されたならば、発電電動機(10)を
起動し、回転体(4) を回転させる。このとき、図示しな
いインバータによって回転体(4) の回転数を制御し、回
転体(4) を運転回転領域(安定回転領域)まで効率良く
加速する。回転体(4) が運転回転領域に達するまでの間
に、共振が発生しても、磁気軸受(7)(8)によりふれの発
生が防止される。回転体(4)が運転回転領域に達したな
らば、回転体(4) が運転回転領域の所定の回転数(たと
えば40000rpm)に保持され、磁気軸受(7)(8)の
駆動が停止させられて、磁気軸受(7)(8)によるラジアル
方向の支持がなくなる。磁気軸受(7)(8)によるラジアル
方向の支持がなくなっても、回転体(4) は超伝導軸受
(5)(6)によりアキシアル方向およびラジアル方向に支持
されて、回転を継続する。
In the operation stopped state, the rotating body (4) is supported by the touchdown bearings (51) and (52) and stopped at the lower stop position. When starting the operation, first make the inside of the vacuum chamber (12) a vacuum state and raise the support shaft (55) of the initial positioning device (9) to move the rotating body (4) to a predetermined set position. Lift and perform initial positioning of the rotating body (4) in the axial direction. The setting position of this rotating body (4) is
It is a position slightly above the position of the rotating body (4) during rotation.
Further, the upper and lower magnetic bearings (7) and (8) are driven to perform the initial positioning of the rotating body (4) in the radial direction. After the initial positioning of the rotating body (4) is completed, the cooling device circulates the cooling fluid in the cooling cases (32) of the upper and lower superconducting bearings (5) and (6) to cool the superconductor (34). Then, the second-type superconducting state is maintained. Then, most of the magnetic flux generated from the permanent magnets (30) of the rotating permanent magnet parts (23) (37) enters the inside of the superconductor (34) and is restricted (pinning phenomenon). here,
Since the normal conductor particles are uniformly mixed in the superconductor (34), the distribution of the magnetic flux penetrating the inside of the superconductor (34) becomes constant, and therefore the superconductor (34) is Permanent magnet
The rotating body (4) is restrained together with (30). Therefore, the rotating body (4) is supported in the axial direction and the radial direction in an extremely stable state. At this time, the magnetic flux penetrating the superconductor (34) does not become a resistance that hinders rotation as long as the magnetic flux distribution is uniform and unchanged with respect to the rotation axis. When the rotating body (4) is supported by the superconducting bearings (5) (6) in this way, the supporting shaft (55) of the initial positioning device (9) is lowered to the lower end position, and the rotating body
Remove support for (4). When the support shaft (55) descends,
Although (4) slightly descends due to its own weight, it stops at a position where the downward force due to its own weight balances the axial support force of the superconducting bearings (5) (6), and then the support shaft (55) It moves downward from the rotating body (4) to the lower end position. As a result, the rotating body (4) is non-contact supported by the superconducting bearings (5) (6) and the magnetic bearings (7) (8). At this time, the lower superconducting bearing
The permanent magnet (30) of the rotating permanent magnet section (37) of (6) receives an upward repulsive force from the permanent magnet (46) of the fixed permanent magnet section (39),
As a result, a part of the weight of the rotating body (4) is supported. When the rotating body (4) is supported in a non-contact manner, the generator motor (10) is started and the rotating body (4) is rotated. At this time, the rotation speed of the rotating body (4) is controlled by an inverter (not shown), and the rotating body (4) is efficiently accelerated to the operating rotation range (stable rotation range). Even if resonance occurs until the rotating body (4) reaches the operating rotation range, the magnetic bearings (7) and (8) prevent the occurrence of runout. When the rotating body (4) reaches the operating rotation range, the rotating body (4) is maintained at a predetermined rotation speed (for example, 40000 rpm) in the operating rotation range, and the driving of the magnetic bearings (7) (8) is stopped. As a result, there is no support in the radial direction by the magnetic bearings (7), (8). Even if the radial bearings of the magnetic bearings (7) (8) are lost, the rotating body (4) is a superconducting bearing.
(5) It is supported by (6) in the axial and radial directions and continues to rotate.

【0033】回転体(4) が運転回転領域で回転している
間、電気エネルギが回転運動エネルギに変換されてフラ
イホイール(2)(3)に貯蔵される。
While the rotating body (4) is rotating in the operating rotation range, electric energy is converted into rotational kinetic energy and stored in the flywheels (2) and (3).

【0034】回転体(4) が運転回転領域で回転している
ときに停電が発生した場合、発電電動機(10)は停止する
が、フライホイール(2)(3)により、回転体(4) はわずか
に減速するものの継続して回転させられる。その結果、
発電電動機(10)が発電機として作動し、図示しないコン
バータを介して得られた電力が蓄電池に蓄えられる。蓄
電池に蓄えられていた電力が図示しない外部の電力消費
財および超伝導軸受(5)(6)の冷却装置に送られる。この
間、発電電動機(10)が発電機として作動することによ
り、コンバータを介して得られ、かつ蓄電池に蓄えられ
ていた電力の一部は磁気軸受(7)(8)の制御装置に送ら
れ、磁気軸受(7)(8)が駆動される。したがって、フライ
ホイール(2)(3)に蓄えられていた回転運動エネルギが減
少して回転体(4) が停止するまでの間に共振点で生じる
回転体(4) のふれは、上記の起動時と同様にして、磁気
軸受(7)(8)により減少させることができ、回転体(4) お
よびフライホイール(2)(3)は停止するまで非接触状態で
保持されることになる。その結果、フライホイール(2)
(3)に蓄積されていた回転運動エネルギは、効率良く電
気エネルギとして外部の電力消費財に送られることにな
る。また、回転体(4) が停止するまでの間に発生するふ
れも、上記と同様に補正される。
When a power failure occurs while the rotating body (4) is rotating in the operating rotation range, the generator motor (10) is stopped, but the flywheel (2) (3) causes the rotating body (4) to rotate. Is slowed down slightly but is continuously rotated. as a result,
The generator motor (10) operates as a generator, and the electric power obtained via a converter (not shown) is stored in a storage battery. The electric power stored in the storage battery is sent to an external power consumer product (not shown) and a cooling device for the superconducting bearings (5) and (6). During this period, by operating the generator motor (10) as a generator, a part of the electric power obtained through the converter and stored in the storage battery is sent to the control device of the magnetic bearings (7) (8), The magnetic bearings (7) (8) are driven. Therefore, the runout of the rotating body (4) that occurs at the resonance point before the rotating body (4) stops because the rotational kinetic energy stored in the flywheels (2) (3) decreases and It can be reduced by the magnetic bearings (7) and (8) in the same manner as the time, and the rotating body (4) and the flywheels (2) and (3) will be held in a non-contact state until stopped. As a result, flywheels (2)
The rotational kinetic energy stored in (3) will be efficiently sent to the external power consumer goods as electric energy. In addition, the shake generated before the rotating body (4) is stopped is corrected in the same manner as above.

【0035】停電時以外にフライホイール(2)(3)に貯蔵
されていた回転運動エネルギを電気エネルギとして取出
す必要がある場合にも、発電電動機(10)を停止させる
と、停電の場合と同様にして電力消費財に電力エネルギ
が供給される。この場合にも、回転体(4) およびフライ
ホイール(2)(3)は停止するまで非接触状態に保持される
ことになり、フライホイール(2)(3)に蓄積された回転運
動エネルギは、効率良く電気エネルギとして外部の電力
消費財に送られることになる。
Even when it is necessary to take out the rotary kinetic energy stored in the flywheels (2) and (3) as electric energy at times other than the time of power failure, the generator motor (10) is stopped, similar to the case of power failure. Then, power energy is supplied to the power consumer goods. In this case also, the rotating body (4) and the flywheels (2) (3) are kept in a non-contact state until stopped, and the rotary kinetic energy accumulated in the flywheels (2) (3) is , Can be efficiently sent as electric energy to external power consumption goods.

【0036】上記の電力貯蔵装置では、フライホイール
(2)(3)が回転軸(1) の両端部に設けられているので、1
次曲げ固有値の後回り成分を越える高い回転数で回転体
を回転させることができる。次に、図6および図7を参
照して、その理由について説明する。
In the above power storage device, the flywheel
(2) Since (3) is provided at both ends of the rotating shaft (1), 1
The rotating body can be rotated at a high rotation speed that exceeds the backward component of the next bending eigenvalue. Next, the reason will be described with reference to FIGS. 6 and 7.

【0037】図6は、電力貯蔵装置の回転体の3つのモ
デルを示している。図6(a) は、上記実施例の回転体
(4) のように回転軸(1) の両端部にフライホイール(2)
(3)が設けられているモデル、図6(b) は回転軸(61)の
上端部の1箇所にだけフライホイール(62)が設けられて
いる従来の回転体のモデル、図6(c) は回転軸(61)の中
央部より少し上寄りの1箇所にだけフライホイール(62)
が設けられている従来の回転体のモデルをそれぞれ示し
ている。図6の各モデルについて極慣性モーメントIp
と傾斜慣性モーメントIr の比(Ip /Ir )を計算に
より求めた結果を示すと、(a) のモデルについては、比
(Ip /Ir )は0.27であり、(b) のモデルについ
ては、比(Ip /Ir )は0.34であり、(c) のモデ
ルについては、比(Ip /Ir )は0.47である。
FIG. 6 shows three models of the rotating body of the power storage device. FIG. 6A shows the rotating body of the above embodiment.
Flywheel (2) on each end of the rotating shaft (1) as shown in (4)
Fig. 6 (c) is a model in which (3) is provided, Fig. 6 (b) is a model of a conventional rotating body in which a flywheel (62) is provided only at one position at the upper end of the rotating shaft (61), ) Is the flywheel (62) only in one place slightly above the center of the rotary shaft (61)
3A and 3B respectively show models of conventional rotating bodies provided with. The polar moment of inertia I p for each model in FIG.
The result of calculating the ratio (I p / I r ) between the tilt inertia moment I r and the tilt inertia moment I r is shown. For the model of (a), the ratio (I p / I r ) is 0.27, and (b) ), The ratio (I p / I r ) is 0.34, and for the model (c), the ratio (I p / I r ) is 0.47.

【0038】図7は、図6の各モデルについて、前述の
回転体の回転数と固有値との関係をシミュレーションに
より求めた結果を示している。図7(a) は図6(a) のモ
デルについての結果、図7(b) は図6(b) のモデルにつ
いての結果、図7(c) は図6(c) のモデルについての結
果をそれぞれ示している。
FIG. 7 shows results obtained by simulating the relationship between the number of rotations of the rotating body and the eigenvalue for each model shown in FIG. Figure 7 (a) is the result for the model in Figure 6 (a), Figure 7 (b) is the result for the model in Figure 6 (b), and Figure 7 (c) is the result for the model in Figure 6 (c). Are shown respectively.

【0039】図6(c) の従来のモデルについては、比
(Ip /Ir )が大きいにもかかわらず、図7(c) に示
すように、1次曲げ固有値の分岐の度合が小さく、回転
数の増加に伴う1次曲げ固有値の前回り成分の増加の度
合および同後回り成分の減少の度合も小さい。このた
め、運搬線が1次曲げ固有値の後回り成分と交わる危険
速度が高くなり(この場合は約36000rpm)、回
転体を1次曲げ固有値の後回り成分を越える高い回転数
で回転させようとすると、運搬線がこの高い危険速度で
1次曲げ固有値の後回り成分を越える必要があるため、
磁気軸受の制御が非常に困難である。したがって、回転
体を1次曲げ固有値の後回り成分を越える高い回転数で
回転させることは非常に困難である。また、仮に、回転
体を1次曲げ固有値の後回り成分を越えて高い回転数
(たとえば40000rpm)で回転させられたとして
も、運転状態では回転体は超伝導軸受だけで支持され、
しかも運転状態の回転数が1次曲げ固有値の後回り成分
の危険速度と比較的近いため、運転が不安定になるとい
う問題がある。
In the conventional model of FIG. 6 (c), although the ratio (I p / I r ) is large, the degree of bifurcation of the primary bending eigenvalue is small as shown in FIG. 7 (c). The degree of increase of the forward component and the degree of decrease of the backward component of the primary bending eigenvalue with the increase of the rotation speed are also small. For this reason, the critical speed at which the transport line intersects the backward component of the primary bending eigenvalue becomes high (in this case, about 36000 rpm), and the rotor is rotated at a high rotational speed exceeding the backward component of the primary bending eigenvalue. Then, since the haul line needs to exceed the backward component of the primary bending eigenvalue at this high critical speed,
The control of magnetic bearings is very difficult. Therefore, it is very difficult to rotate the rotating body at a high rotation speed that exceeds the backward component of the primary bending eigenvalue. Further, even if the rotating body is rotated at a high rotation speed (for example, 40000 rpm) beyond the backward component of the primary bending eigenvalue, the rotating body is supported only by the superconducting bearing in the operating state,
Moreover, since the rotational speed in the operating state is relatively close to the critical speed of the backward component of the primary bending eigenvalue, there is a problem that the operation becomes unstable.

【0040】図6(b) の従来のモデルについては、比
(Ip /Ir )は図6(c) のモデルに比べて小さくなる
が、図7(b) に示すように、1次曲げ固有値の分岐の度
合は幾分大きくなり、回転数の増加に伴う1次曲げ固有
値の前回り成分の増加の度合および同後回り成分の減少
の度合もかなり小さい。このため、運搬線が1次曲げ固
有値の後回り成分と交わる危険速度はやはり高く(この
場合は約30000rpm)、図6(c) のモデルの場合
と同様、回転体を1次曲げ固有値の後回り成分を越える
高い回転数で回転させることは非常に困難である。
In the conventional model of FIG. 6 (b), the ratio (I p / I r ) is smaller than that of the model of FIG. 6 (c), but as shown in FIG. The degree of branching of the bending eigenvalue is somewhat large, and the degree of increase of the front-turning component and the degree of decrease of the same-turning component of the first-order bending eigenvalue are considerably small as the number of rotations increases. Therefore, the critical speed at which the transport line intersects with the backward component of the primary bending eigenvalue is still high (in this case, about 30,000 rpm), and as in the case of the model in Fig. 6 (c), the rotating body is placed after the primary bending eigenvalue. It is very difficult to rotate at a high rotation speed that exceeds the rotation component.

【0041】図6(a) の上記実施例のモデルについて
は、比(Ip /Ir )が小さいにもかかわらず、図7
(a) に示すように、1次曲げ固有値の分岐の度合が大き
く、回転数の増加に伴う1次曲げ固有値の前回り成分の
増加の度合および同後回り成分の減少の度合も大きい。
このため、運搬線が1次曲げ固有値の後回り成分と交わ
る危険速度が低くなり(この場合は約20000rp
m)、回転数がかなり高くなっても運搬線が1次曲げ固
有値の前回り成分と交わることがない。そして、運搬線
が1次曲げ固有値の後回り成分を越えるときの危険速度
が低いので、このときの磁気軸受の制御が比較的容易で
あり、回転体を1次曲げ固有値の後回り成分を越える高
い回転数で回転させることが可能である。また、回転体
を1次曲げ固有値の後回り成分を越える高い回転数(た
とえば40000rpm)で、超伝導軸受だけで支持し
て回転させる運転状態においても、この運転状態の回転
数が1次曲げ固有値の後回り成分および前回り成分の危
険速度とかなり離れているため、運転が不安定になるこ
とがない。
As for the model of the above embodiment shown in FIG. 6A, although the ratio (I p / I r ) is small, the model shown in FIG.
As shown in (a), the degree of divergence of the primary bending eigenvalue is large, and the degree of increase of the forward component and the degree of decrease of the backward component of the primary bending eigenvalue are large with the increase of the rotation speed.
Therefore, the critical speed at which the haul line intersects with the backward component of the primary bending eigenvalue becomes low (in this case, about 20,000 rp).
m), the carrier line does not intersect with the forward component of the primary bending eigenvalue even when the rotation speed is considerably high. Since the critical speed is low when the transport line exceeds the backward component of the primary bending eigenvalue, control of the magnetic bearing at this time is relatively easy, and the rotating body exceeds the backward component of the primary bending eigenvalue. It is possible to rotate at a high rotation speed. In addition, even in an operating state in which the rotating body is supported and rotated only by the superconducting bearing at a high rotation speed (for example, 40,000 rpm) that exceeds the backward component of the primary bending eigenvalue, the rotation speed in this operating state is the primary bending eigenvalue. The driving speed does not become unstable because it is far from the critical speeds of the rear and front components.

【0042】上記の電力貯蔵装置では、超伝導軸受(5)
(6)の回転永久磁石部(23)(37)がラジアル方向に同心状
に配置された複数の環状の永久磁石(30)を備え、各永久
磁石(30)の内周側と外周側に磁極が形成され、ラジアル
方向に隣接する2つの永久磁石(30)の磁極が互いに同じ
磁極であり、しかもラジアル方向に隣接する2つの永久
磁石(30)の間に強磁性体よりなるヨーク部材(31)が挟ま
れているので、ヨーク部材(31)の超伝導体(34)を向いた
部分に磁束が局所的に集中し、その結果、超伝導体(34)
に侵入する磁束が多くなって、超伝導軸受(5)(6)の負荷
容量および剛性が向上する。
In the above power storage device, the superconducting bearing (5)
The rotary permanent magnet part (23) (37) of (6) is provided with a plurality of annular permanent magnets (30) arranged concentrically in the radial direction, and the inner peripheral side and the outer peripheral side of each permanent magnet (30). A magnetic pole is formed, and two permanent magnets (30) adjacent to each other in the radial direction have the same magnetic pole, and a yoke member made of a ferromagnetic material is provided between the two permanent magnets (30) adjacent to each other in the radial direction. 31) is sandwiched, the magnetic flux is locally concentrated in the portion of the yoke member (31) facing the superconductor (34), and as a result, the superconductor (34)
The magnetic flux penetrating into the superconducting bearing increases, and the load capacity and rigidity of the superconducting bearings (5) and (6) are improved.

【0043】しかしながら、超伝導軸受(5)(6)の回転永
久磁石部(23)(37)および固定永久磁石部(39)の永久磁石
(30)(46)は、アキシアル方向の両端部に磁極が形成され
たものであってもよい。この場合は、永久磁石を環状の
一体物にすることができる。
However, the permanent magnets of the rotating permanent magnets (23) and (37) of the superconducting bearings (5) and (6) and the fixed permanent magnets (39).
(30) and (46) may have magnetic poles formed at both ends in the axial direction. In this case, the permanent magnet can be made into an annular one piece.

【0044】上記の電力貯蔵装置では、下部超伝導軸受
(6) において、回転永久磁石部(37)の永久磁石(30)と固
定永久磁石部(39)の永久磁石(46)との反発力によって回
転体(4) の重量の一部が支持されるようになっているの
で、アキシアル方向(重力方向)の負荷容量が向上し、
回転永久磁石部と超伝導体部とが対向しているだけの通
常の超伝導軸受では支持できないような重量の大きい回
転体を支持することもできる。
In the above power storage device, the lower superconducting bearing is used.
In (6), part of the weight of the rotating body (4) is supported by the repulsive force between the permanent magnet (30) of the rotating permanent magnet section (37) and the permanent magnet (46) of the fixed permanent magnet section (39). Therefore, the load capacity in the axial direction (gravitational direction) is improved,
It is also possible to support a heavy rotating body that cannot be supported by an ordinary superconducting bearing in which only the rotating permanent magnet section and the superconductor section are opposed to each other.

【0045】下部超伝導軸受(6) の固定永久磁石部(39)
のかわりに、上部超伝導軸受(5) の超伝導体部(24)の上
方に固定永久磁石部を配置し、これにより回転永久磁石
部(23)を上向きに吸引して、回転体(4) の重量の一部を
支持するようにしてもよい。また、上下の超伝導体軸受
(5)(6)の両方に回転体(4) の重量の一部を支持するため
の固定永久磁石部を設けてもよいし、いずれにも設けな
くてもよい。
Fixed permanent magnet part (39) of the lower superconducting bearing (6)
Instead of the above, the fixed permanent magnet part is arranged above the superconductor part (24) of the upper superconducting bearing (5), which attracts the rotating permanent magnet part (23) upward, ) May be partially supported. Also, the upper and lower superconductor bearings
Both (5) and (6) may be provided with a fixed permanent magnet portion for supporting a part of the weight of the rotator (4), or neither of them may be provided.

【0046】上記の電力貯蔵装置では、各超伝導軸受
(5)(6)の回転永久磁石部(23)(37)において、フランジ部
(25)の非磁性板部(26)の外側にCFRP製の環状部分(2
7)がはめられ、非磁性板部(26)の端面の複数の同心状の
環状凹みぞ(29)のそれぞれに、環状の永久磁石(30)とヨ
ーク部材(31)が1組ずつ組込まれているので、永久磁石
(30)およびヨーク部材(31)の寸法管理が容易で、高速回
転時の遠心力による永久磁石(30)の変形が小さく、した
がって、超伝導軸受(5)(6)の動作が安定しており、しか
も永久磁石(30)が遠心破壊を起こすこともない。
In the above power storage device, each superconducting bearing
(5) In the rotating permanent magnet part (23) (37) of (6), the flange part
On the outside of the non-magnetic plate portion (26) of (25), a CFRP annular portion (2
7) is fitted, and one set of the annular permanent magnet (30) and the yoke member (31) is assembled in each of the plurality of concentric annular groove (29) on the end surface of the non-magnetic plate portion (26). Has a permanent magnet
(30) and the yoke member (31) can be easily controlled in size, and the permanent magnet (30) is less deformed by centrifugal force during high-speed rotation. Therefore, the operation of the superconducting bearings (5) (6) is stable. In addition, the permanent magnet (30) does not cause centrifugal damage.

【0047】フランジ部(25)の外側の環状部分(27)を構
成するCFRPは、軽量でヤング率が大きい。そして、
軽量であることより、高速回転時に環状部分(27)に作用
する遠心力が小さく、しかもヤング率が大きいことよ
り、遠心力による変形(遠心膨張)も小さい。このよう
に環状部分(27)の遠心膨張が小さいので、その内側には
められている非磁性板部(26)の遠心膨張も小さく抑えら
れる。
The CFRP forming the outer annular portion (27) of the flange portion (25) is lightweight and has a large Young's modulus. And
Since it is lightweight, the centrifugal force acting on the annular portion (27) at the time of high speed rotation is small, and since the Young's modulus is large, the deformation (centrifugal expansion) due to the centrifugal force is small. Since the centrifugal expansion of the annular portion (27) is small as described above, the centrifugal expansion of the non-magnetic plate portion (26) fitted inside the annular portion (27) can be suppressed to a small value.

【0048】仮に、非磁性板部の端面の1つの凹みぞ内
に複数の環状ヨーク部材と環状永久磁石とが交互にはめ
られていたとすると、外側のヨーク部材あるいは永久磁
石については、遠心膨張しにくい非磁性板部の壁に近い
ため、遠心膨張は小さいが、あるヨーク部材あるいは永
久磁石が遠心膨張すると、その内側の永久磁石あるいは
ヨーク部材も遠心膨張しやすくなるため、内側の永久磁
石あるいはヨーク部材については、遠心膨張が大きくな
る。このため、内側の永久磁石あるいはヨーク部材の寸
法管理が困難である。また、内側の永久磁石について
は、遠心膨張すなわちラジアル方向の変位が大きいた
め、回転体が停止している初期位置決め時と高速回転時
とで永久磁石のラジアル方向の位置に変化が生じる。と
くに永久磁石が円周方向に複数のセグメントに分割され
ている場合は、これらのセグメント間に円周方向の隙間
が生じることもある。このため、永久磁石による磁束分
布が初期位置決め時と高速回転時とで変化したり、回転
軸心の周囲の磁束分布が一様でなくなったりし、超伝導
軸受の動作が不安定になる。また、とくに内側の永久磁
石については、大きな遠心膨張が生じるため、遠心破壊
を起こすおそれがある。
If a plurality of annular yoke members and annular permanent magnets are alternately fitted in one groove on the end face of the non-magnetic plate portion, the outer yoke members or permanent magnets will be centrifugally expanded. Centrifugal expansion is small because it is close to the wall of the hard non-magnetic plate part, but when a certain yoke member or permanent magnet expands centrifugally, the permanent magnet or yoke member inside it also easily expands centrifugally, so the inner permanent magnet or yoke. The centrifugal expansion of the member is large. Therefore, it is difficult to control the dimensions of the inner permanent magnet or the yoke member. Further, since the inner permanent magnet has a large centrifugal expansion, that is, a large displacement in the radial direction, the radial position of the permanent magnet changes between the initial positioning when the rotor is stopped and the high speed rotation. Especially when the permanent magnet is divided into a plurality of segments in the circumferential direction, a circumferential gap may occur between these segments. For this reason, the magnetic flux distribution due to the permanent magnets changes between initial positioning and high-speed rotation, and the magnetic flux distribution around the rotation axis becomes uneven, which makes the operation of the superconducting bearing unstable. In addition, especially for the inner permanent magnet, a large centrifugal expansion occurs, which may cause centrifugal destruction.

【0049】これに対し、上記の電力貯蔵装置の超伝導
軸受(5)(6)の回転永久磁石部(23)(37)では、各永久磁石
(30)が遠心膨張の小さい非磁性板部(26)の壁の内周部分
にそれぞれ圧入されているので、永久磁石(30)の寸法管
理が容易であり、永久磁石(30)の遠心膨張も小さく、永
久磁石(30)が遠心破壊を起こすこともない。そして、永
久磁石(30)の遠心膨張が小さいため、永久磁石(30)が円
周方向に複数のセグメント(30a) に分割されていても、
永久磁石(30)のラジアル方向の変位が小さく、また、セ
グメント(30a) 間に円周方向の隙間が生じることもな
い。したがって、永久磁石(30)による磁束分布が初期位
置決め時と高速回転時とで変化したり、回転軸心の周囲
の磁束分布が一様でなくなったりすることがなく、超伝
導軸受(5)(6)の動作が安定している。さらに、各ヨーク
部材(31)が遠心膨張の小さい非磁性板部(26)の壁の外周
部分にそれぞれ圧入されているので、ヨーク部材(31)の
寸法管理も容易である。なお、ヨーク部材(31)は、同じ
凹みぞ(29)内の永久磁石(30)の内側に圧入されてもよ
い。このようにしても、ヨーク部材(31)の寸法管理につ
いては、その外側にある1つの永久磁石(30)の小さい遠
心膨張だけを考慮すればよいので、やはり寸法管理は容
易である。
On the other hand, in the rotating permanent magnet parts (23) and (37) of the superconducting bearings (5) and (6) of the power storage device, the permanent magnets are
Since the (30) is press-fitted into the inner peripheral portion of the wall of the non-magnetic plate portion (26) with small centrifugal expansion, the dimensional control of the permanent magnet (30) is easy, and the centrifugal expansion of the permanent magnet (30) is easy. Also, the permanent magnet (30) does not cause centrifugal damage. And since the centrifugal expansion of the permanent magnet (30) is small, even if the permanent magnet (30) is divided into a plurality of segments (30a) in the circumferential direction,
The radial displacement of the permanent magnet (30) is small, and no circumferential gap is formed between the segments (30a). Therefore, the magnetic flux distribution due to the permanent magnet (30) does not change between initial positioning and high-speed rotation, and the magnetic flux distribution around the rotation axis does not become uneven, and the superconducting bearing (5) ( The operation of 6) is stable. Further, since each yoke member (31) is press-fitted into the outer peripheral portion of the wall of the non-magnetic plate portion (26) having a small centrifugal expansion, dimensional control of the yoke member (31) is easy. The yoke member (31) may be press-fitted inside the permanent magnet (30) in the same groove (29). Even in this case, as for the dimension control of the yoke member (31), only the small centrifugal expansion of the one permanent magnet (30) on the outer side needs to be taken into consideration, so that the dimension control is still easy.

【0050】上記実施例では、超伝導軸受(5)(6)と磁気
軸受(7)(8)とで回転体(4) を支持するようになっている
が、この発明は、回転体を超伝導軸受だけで支持する場
合あるいは磁気軸受だけで支持する場合にも適用でき
る。
In the above embodiment, the rotating body (4) is supported by the superconducting bearings (5) and (6) and the magnetic bearings (7) and (8). It can be applied to the case of supporting only the superconducting bearing or the case of supporting only the magnetic bearing.

【0051】[0051]

【発明の効果】この発明の電力貯蔵設備によれば、上述
のように、1次曲げ固有値の後回り成分を越える高い回
転数で回転体を回転させることができ、したがって、回
転体に蓄積される回転運動エネルギをさらに大きくする
ことができ、フライホイールの単位重量あたりのエネル
ギ蓄積密度を高くすることができる。
According to the electric power storage equipment of the present invention, as described above, the rotating body can be rotated at a high rotation speed exceeding the rearward component of the primary bending eigenvalue, and therefore, the rotating body is accumulated. The rotational kinetic energy can be further increased, and the energy storage density per unit weight of the flywheel can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施例を示す電力貯蔵装置の主要部
の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part of a power storage device showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の上部超伝導軸受の一部を拡大して示す縦
断面図である。
FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view showing a part of the upper superconducting bearing of FIG.

【図3】図2の回転永久磁石部の一部を拡大して示す平
面図である。
3 is an enlarged plan view showing a part of the rotary permanent magnet portion of FIG. 2. FIG.

【図4】図1の下部超伝導軸受の一部を拡大して示す縦
断面図である。
FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing a part of the lower superconducting bearing of FIG. 1 in an enlarged manner.

【図5】図1の上部磁気軸受の部分を拡大して示す横断
面図である。
5 is a lateral cross-sectional view showing an enlarged part of the upper magnetic bearing of FIG. 1. FIG.

【図6】回転体の3つのモデルを示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing three models of a rotating body.

【図7】図6の3つの回転体のモデルについての回転数
と固有値との関係を示すグラフである。
7 is a graph showing the relationship between the number of rotations and the eigenvalues for the three rotating body models of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) 回転軸 (2)(3) フライホイール (4) 回転体 (1) Rotating shaft (2) (3) Flywheel (4) Rotating body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 六角 和夫 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 上山 拓知 大阪市中央区南船場三丁目5番8号 光洋 精工株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kazuo Rokkaku, 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka City Koyo Seiko Co., Ltd. (72) Takuchi Ueyama 3-5-8 Minamisenba, Chuo-ku, Osaka City Koyo Within Seiko Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回転運動エネルギを蓄積するためのフライ
ホイールが回転軸の両端部に一体状に設けられ、これら
のフライホイールの間の回転軸の部分に発電電動機が設
けられていることを特徴とする電力貯蔵装置。
1. A flywheel for accumulating rotary kinetic energy is integrally provided at both ends of a rotary shaft, and a generator motor is provided at a part of the rotary shaft between the flywheels. And a power storage device.
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