JPH09121479A - フライホィール式エネルギー貯蔵装置 - Google Patents
フライホィール式エネルギー貯蔵装置Info
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- JPH09121479A JPH09121479A JP7273989A JP27398995A JPH09121479A JP H09121479 A JPH09121479 A JP H09121479A JP 7273989 A JP7273989 A JP 7273989A JP 27398995 A JP27398995 A JP 27398995A JP H09121479 A JPH09121479 A JP H09121479A
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- Japan
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- shaft
- rotor
- flywheel
- stator
- energy storage
- Prior art date
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- Pending
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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
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
- F16C2361/55—Flywheel systems
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
-
- 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄損および渦電流損が極めて小であり、エネ
ルギー変換効率の高いフライホィール式エネルギー貯蔵
装置を提供する。 【解決手段】 発電電動機とフライホィールとを組み合
わせたエネルギー貯蔵装置において、発電電動機を、シ
ャフトの軸線と直交する平面の円周方向に異極が交互に
現れるように複数個の永久磁石を設けてなる中空円板状
のロータ部材を軸線方向に異極が対向するように間隔を
介して設けてなるロータと、偏平状に形成された複数個
のコイルを軸線と直交する平面の円周方向に等間隔に設
けて中空円板状に形成したステータ部材を備えてなるス
テータとによって構成すると共に、前記ロータ部材の永
久磁石と前記ステータ部材のコイルとが空隙を介して軸
線方向に対向するように設け、フライホィールを含む垂
直回転系の重量の５０％以上を同極を対向させて構成し
た磁気軸受で支持する。
ルギー変換効率の高いフライホィール式エネルギー貯蔵
装置を提供する。 【解決手段】 発電電動機とフライホィールとを組み合
わせたエネルギー貯蔵装置において、発電電動機を、シ
ャフトの軸線と直交する平面の円周方向に異極が交互に
現れるように複数個の永久磁石を設けてなる中空円板状
のロータ部材を軸線方向に異極が対向するように間隔を
介して設けてなるロータと、偏平状に形成された複数個
のコイルを軸線と直交する平面の円周方向に等間隔に設
けて中空円板状に形成したステータ部材を備えてなるス
テータとによって構成すると共に、前記ロータ部材の永
久磁石と前記ステータ部材のコイルとが空隙を介して軸
線方向に対向するように設け、フライホィールを含む垂
直回転系の重量の５０％以上を同極を対向させて構成し
た磁気軸受で支持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコンピュー
タ電源用無停電電源装置、家庭用電源装置、電気自動車
用電源装置等のためのエネルギー貯蔵装置に関するもの
であり、特に電気エネルギーを運動エネルギーの形で貯
蔵し、必要時に電気エネルギーに変換して供給するフラ
イホィール式エネルギー貯蔵装置に関するものである。
タ電源用無停電電源装置、家庭用電源装置、電気自動車
用電源装置等のためのエネルギー貯蔵装置に関するもの
であり、特に電気エネルギーを運動エネルギーの形で貯
蔵し、必要時に電気エネルギーに変換して供給するフラ
イホィール式エネルギー貯蔵装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来のフライホィール式エネルギ
ー貯蔵装置の例を示す要部縦断面正面図であり、例えば
特開平２−３６７４０号公報に記載されているものであ
る。図４において、５０は真空ケーシングであり、有底
中空筒状に形成され、外周に取付部５０ａが設けられて
いる。５１はケーシングであり、真空ケーシング５０上
にボルト５３により固着され、ケーシング５１上には更
に天井板５４が固着されている。
ー貯蔵装置の例を示す要部縦断面正面図であり、例えば
特開平２−３６７４０号公報に記載されているものであ
る。図４において、５０は真空ケーシングであり、有底
中空筒状に形成され、外周に取付部５０ａが設けられて
いる。５１はケーシングであり、真空ケーシング５０上
にボルト５３により固着され、ケーシング５１上には更
に天井板５４が固着されている。
【０００３】真空ケーシング５０の底部中心部にはステ
ータフレーム５７が固着され、このステータフレーム５
７の外周には、薄鋼板を積層してなるステータコア５８
が設けられ、コイル５９が巻回されている。ステータフ
レーム５７内には、ピボット軸受５５が設けられ、後述
する回転体の構成部材であるピボットシャフト５６を回
転自在に支承するように構成されている。なおピボット
シャフト５６は、高速回転によるグルーブポンプ作用に
よる潤滑油の高圧力により、ピボット軸受５５と非接触
状態となるように構成されている。
ータフレーム５７が固着され、このステータフレーム５
７の外周には、薄鋼板を積層してなるステータコア５８
が設けられ、コイル５９が巻回されている。ステータフ
レーム５７内には、ピボット軸受５５が設けられ、後述
する回転体の構成部材であるピボットシャフト５６を回
転自在に支承するように構成されている。なおピボット
シャフト５６は、高速回転によるグルーブポンプ作用に
よる潤滑油の高圧力により、ピボット軸受５５と非接触
状態となるように構成されている。
【０００４】次に６０はニードルベアリングであり、ピ
ボットシャフト５６の振れを抑制するために、ステータ
コア５７の上端部に設けられている。６１は取付板であ
り、ピボットシャフト５６の上端部に固着されている。
６２はロータコアであり、円板状の薄鋼板を積層して形
成され、内周部に多数のスロット部が軸線方向に設けら
れると共に、これらのスロット部にはアルミニウム等の
導体が注入され、ロータコア６２の上下端部で短絡され
てエンドリング６３を形成している。
ボットシャフト５６の振れを抑制するために、ステータ
コア５７の上端部に設けられている。６１は取付板であ
り、ピボットシャフト５６の上端部に固着されている。
６２はロータコアであり、円板状の薄鋼板を積層して形
成され、内周部に多数のスロット部が軸線方向に設けら
れると共に、これらのスロット部にはアルミニウム等の
導体が注入され、ロータコア６２の上下端部で短絡され
てエンドリング６３を形成している。
【０００５】ロータコア６２は前記ステータコア５８と
空隙を介して設けられ、エンドリング６３の上端は前記
取付板６１に固着されている。６４はフライホィールで
あり、ピアノ線を多数回巻回されて形成され、エンドリ
ング６３に固着されている。そしてピボットシャフト５
６、取付板６１、ロータコア６２、エンドリング６３お
よびフライホィール６４が一体となってピボットシャフ
ト５６を軸心とした回転体６５が構成されている。
空隙を介して設けられ、エンドリング６３の上端は前記
取付板６１に固着されている。６４はフライホィールで
あり、ピアノ線を多数回巻回されて形成され、エンドリ
ング６３に固着されている。そしてピボットシャフト５
６、取付板６１、ロータコア６２、エンドリング６３お
よびフライホィール６４が一体となってピボットシャフ
ト５６を軸心とした回転体６５が構成されている。
【０００６】なお前記のステータコア５８、コイル５
９、ロータコア６２およびエンドリング６３によって発
電電動機部が誘導機として構成される。６６はプロテク
タであり、真空ケーシング５０の内周に設けられ、フラ
イホィール６４の非所望な破壊時における装置の保護の
役割をする。６７は吸引磁石であり、取付板６１と空隙
を介してケーシング５１に固定され、取付板６１との間
の磁気吸引力によって回転体６５の回転バランスをとる
ためのものである。
９、ロータコア６２およびエンドリング６３によって発
電電動機部が誘導機として構成される。６６はプロテク
タであり、真空ケーシング５０の内周に設けられ、フラ
イホィール６４の非所望な破壊時における装置の保護の
役割をする。６７は吸引磁石であり、取付板６１と空隙
を介してケーシング５１に固定され、取付板６１との間
の磁気吸引力によって回転体６５の回転バランスをとる
ためのものである。
【０００７】上記の構成により、ステータコア５８のコ
イル５９に外部から通電すると、ステータコア５８とロ
ータコア６２との間に磁気誘導作用が発生し、ピボット
シャフト５６を軸心として回転体６５が高速回転する。
そして高速回転するフライホィール６４が電気エネルギ
ーを運動エネルギーの形で貯蔵し、必要時にこの運動エ
ネルギーを電気エネルギーに変換し、負荷に電力として
供給されるのである。
イル５９に外部から通電すると、ステータコア５８とロ
ータコア６２との間に磁気誘導作用が発生し、ピボット
シャフト５６を軸心として回転体６５が高速回転する。
そして高速回転するフライホィール６４が電気エネルギ
ーを運動エネルギーの形で貯蔵し、必要時にこの運動エ
ネルギーを電気エネルギーに変換し、負荷に電力として
供給されるのである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置におい
ては、発電電動機部が誘導機として構成されているた
め、電気エネルギーと運動エネルギーとの間の変換効率
が低い（例えば８０％以下）という問題点がある。すな
わち磁気回路中に鉄鋼材料からなるステータコア５８お
よびロータコア６２を使用しているため、磁界の交番に
より鉄損が発生することによる。このような鉄損を減少
するために、相互に絶縁してなる薄鉄鋼板を積層してス
テータコア５８およびロータコア６２を形成し、更には
鉄損の少ない珪素鋼板等を使用しているが、鉄損を大幅
に低減するには至っていない。
ては、発電電動機部が誘導機として構成されているた
め、電気エネルギーと運動エネルギーとの間の変換効率
が低い（例えば８０％以下）という問題点がある。すな
わち磁気回路中に鉄鋼材料からなるステータコア５８お
よびロータコア６２を使用しているため、磁界の交番に
より鉄損が発生することによる。このような鉄損を減少
するために、相互に絶縁してなる薄鉄鋼板を積層してス
テータコア５８およびロータコア６２を形成し、更には
鉄損の少ない珪素鋼板等を使用しているが、鉄損を大幅
に低減するには至っていない。
【０００９】一方誘導機の容量を大にするために、コイ
ル５９およびアルミニウム導体における横断面積を大に
すると、コイル５９およびアルミニウム導体内に渦電流
が発生し、渦電流損により前記変換効率を低下させる要
因となる。特に磁束密度が高く、周波数の高い交番磁界
で使用されるもの程、上記コイル５９およびアルミニウ
ム導体内に発生する渦電流損が大となり、変換効率を更
に低下させるという問題点がある。
ル５９およびアルミニウム導体における横断面積を大に
すると、コイル５９およびアルミニウム導体内に渦電流
が発生し、渦電流損により前記変換効率を低下させる要
因となる。特に磁束密度が高く、周波数の高い交番磁界
で使用されるもの程、上記コイル５９およびアルミニウ
ム導体内に発生する渦電流損が大となり、変換効率を更
に低下させるという問題点がある。
【００１０】また上記従来装置においては、回転体６５
の重量を、ピボット軸受５５および吸引磁石６７によっ
て支持しているが、大部分はピボット軸受５５が支持
し、吸引磁石６７は補助的支持にすぎない。なおピボッ
トシャフト５６は、高速回転時においてはグルーブポン
プ作用による潤滑油の高圧力により、ピボット軸受５５
と非接触状態となるが、低速回転時においては前記グル
ーブポンプ作用が充分でないため、ピボットシャフト５
６とピボット軸受５５とは接触状態となり、摩擦抵抗が
大となる結果、エネルギー変換効率が低下するという問
題点がある。
の重量を、ピボット軸受５５および吸引磁石６７によっ
て支持しているが、大部分はピボット軸受５５が支持
し、吸引磁石６７は補助的支持にすぎない。なおピボッ
トシャフト５６は、高速回転時においてはグルーブポン
プ作用による潤滑油の高圧力により、ピボット軸受５５
と非接触状態となるが、低速回転時においては前記グル
ーブポンプ作用が充分でないため、ピボットシャフト５
６とピボット軸受５５とは接触状態となり、摩擦抵抗が
大となる結果、エネルギー変換効率が低下するという問
題点がある。
【００１１】一方吸引磁石６７の磁気的吸引力により、
前記ピボットシャフト５６とピボット軸受５５に印加さ
れる回転体６５の重量が若干軽減され得るが、その割合
は低く留まり、この割合を向上させることは困難であ
る。すなわち吸引磁石６７の磁気的吸引力を増大させる
ために、取付板６１との間隙を小に形成すると、回転体
６５の非所望な上方への移動により、取付板６１が吸引
磁石６７に吸着されるおそれがある。このような事態が
発生すると回転体６５がデッドロック状態となり、極端
な場合には装置全体を破壊するおそれもある。従って吸
引磁石６７の磁気吸引力は小なる値に制限されるという
問題点がある。
前記ピボットシャフト５６とピボット軸受５５に印加さ
れる回転体６５の重量が若干軽減され得るが、その割合
は低く留まり、この割合を向上させることは困難であ
る。すなわち吸引磁石６７の磁気的吸引力を増大させる
ために、取付板６１との間隙を小に形成すると、回転体
６５の非所望な上方への移動により、取付板６１が吸引
磁石６７に吸着されるおそれがある。このような事態が
発生すると回転体６５がデッドロック状態となり、極端
な場合には装置全体を破壊するおそれもある。従って吸
引磁石６７の磁気吸引力は小なる値に制限されるという
問題点がある。
【００１２】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、鉄損および渦電流損が極めて小であり、エネ
ルギー変換効率を大幅に向上させ得ると共に、高速回転
域のみならず低速回転域においても高効率で使用し得る
フライホィール式エネルギー貯蔵装置を提供することを
課題とする。
を解決し、鉄損および渦電流損が極めて小であり、エネ
ルギー変換効率を大幅に向上させ得ると共に、高速回転
域のみならず低速回転域においても高効率で使用し得る
フライホィール式エネルギー貯蔵装置を提供することを
課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明においては、発電電動機を構成するロータ
とフライホィールとをシャフトに同軸的に固着し、この
シャフトを回転させることによって電気エネルギーを運
動エネルギーに変換して貯蔵し、必要時にこの運動エネ
ルギーを電気エネルギーに変換して負荷に電力として供
給するフライホィール式エネルギー貯蔵装置において、
発電電動機を、シャフトの軸線と直交する平面の円周方
向に異極が交互に現れるように複数個の永久磁石を設け
てなる中空円板状のロータ部材を軸線方向に異極が対向
するように間隔を介して設けてなるロータと、偏平状に
形成された複数個のコイルを軸線と直交する平面の円周
方向に等間隔に設けて中空円板状に形成したステータ部
材を備えてなるステータとによって構成すると共に、前
記ロータ部材の永久磁石と前記ステータ部材のコイルと
が空隙を介して軸線方向に対向するように設け、かつ前
記シャフトの軸線を垂直に形成し、前記シャフト、ロー
タおよびフライホィールからなる回転系を、シャフトの
下端部に設けた動圧軸受と、前記ロータおよびステータ
の軸線と直交する平面上に同軸状のリング状に構成され
た支持用永久磁石を各々同極が対向するように設けて形
成した磁気軸受とによって支持し得るように構成し、か
つ前記磁気軸受により前記回転系の重量の５０％以上を
支持するように構成する、という技術的手段を採用し
た。
めに、本発明においては、発電電動機を構成するロータ
とフライホィールとをシャフトに同軸的に固着し、この
シャフトを回転させることによって電気エネルギーを運
動エネルギーに変換して貯蔵し、必要時にこの運動エネ
ルギーを電気エネルギーに変換して負荷に電力として供
給するフライホィール式エネルギー貯蔵装置において、
発電電動機を、シャフトの軸線と直交する平面の円周方
向に異極が交互に現れるように複数個の永久磁石を設け
てなる中空円板状のロータ部材を軸線方向に異極が対向
するように間隔を介して設けてなるロータと、偏平状に
形成された複数個のコイルを軸線と直交する平面の円周
方向に等間隔に設けて中空円板状に形成したステータ部
材を備えてなるステータとによって構成すると共に、前
記ロータ部材の永久磁石と前記ステータ部材のコイルと
が空隙を介して軸線方向に対向するように設け、かつ前
記シャフトの軸線を垂直に形成し、前記シャフト、ロー
タおよびフライホィールからなる回転系を、シャフトの
下端部に設けた動圧軸受と、前記ロータおよびステータ
の軸線と直交する平面上に同軸状のリング状に構成され
た支持用永久磁石を各々同極が対向するように設けて形
成した磁気軸受とによって支持し得るように構成し、か
つ前記磁気軸受により前記回転系の重量の５０％以上を
支持するように構成する、という技術的手段を採用し
た。
【００１４】本発明において、ステータ部材をｎ個（ｎ
は１以上の正の整数）設け、ロータ部材を（ｎ＋１）個
設けることができる。更に上記の発明において、支持用
永久磁石を、平面への輪郭形状が扇形状に形成された磁
石片を円周方向に複数個配設して構成することができ
る。
は１以上の正の整数）設け、ロータ部材を（ｎ＋１）個
設けることができる。更に上記の発明において、支持用
永久磁石を、平面への輪郭形状が扇形状に形成された磁
石片を円周方向に複数個配設して構成することができ
る。
【００１５】
【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部縦断面図で
ある。図１において、１は真空容器であり、有底中空円
筒状に形成され、内部に発電電動機２およびフライホィ
ール３が設けられている。４は蓋板であり、真空容器１
の上方に設けられ、真空容器１内を真空状態に保持す
る。なお真空容器１には真空ユニットと連通する真空ホ
ース（何れも図示せず）を接続する。
ある。図１において、１は真空容器であり、有底中空円
筒状に形成され、内部に発電電動機２およびフライホィ
ール３が設けられている。４は蓋板であり、真空容器１
の上方に設けられ、真空容器１内を真空状態に保持す
る。なお真空容器１には真空ユニットと連通する真空ホ
ース（何れも図示せず）を接続する。
【００１６】次に発電電動機２は、軸線が垂直に形成さ
れたシャフト５に、中空円板状に形成されたロータ部材
６を、その中空部をシャフト５に固着して例えば４個軸
線方向に間隔を介して設けてなるロータ７と、前記ロー
タ部材６，６の間に例えば３個の中空円板状に形成され
たステータ部材８を空隙を介して軸方向に対向するよう
に設けてなるステータ９とによって構成される。そして
フライホィール３は前記シャフト５と一体に固着され
る。
れたシャフト５に、中空円板状に形成されたロータ部材
６を、その中空部をシャフト５に固着して例えば４個軸
線方向に間隔を介して設けてなるロータ７と、前記ロー
タ部材６，６の間に例えば３個の中空円板状に形成され
たステータ部材８を空隙を介して軸方向に対向するよう
に設けてなるステータ９とによって構成される。そして
フライホィール３は前記シャフト５と一体に固着され
る。
【００１７】シャフト５は、下端部に例えば半球状に形
成されたピボット１０が一体に設けられると共に、真空
容器１の底部中心部に設けられたピボット軸受１１によ
り回転可能に支承されている。またシャフト５の中間部
は動圧軸受１３により支持されている。なお上記ピボッ
ト１０およびシャフト５の動圧軸受１３に臨む部位に
は、複数個の溝が設けられており、シャフト５の高速回
転によるグルーブポンプ作用に起因する潤滑油の高圧力
により、各々ピボット軸受１１および動圧軸受１３と非
接触状態を保持し得るように構成されている。従って上
記ピボット１０とピボット軸受１１は動圧軸受の１種で
ある。
成されたピボット１０が一体に設けられると共に、真空
容器１の底部中心部に設けられたピボット軸受１１によ
り回転可能に支承されている。またシャフト５の中間部
は動圧軸受１３により支持されている。なお上記ピボッ
ト１０およびシャフト５の動圧軸受１３に臨む部位に
は、複数個の溝が設けられており、シャフト５の高速回
転によるグルーブポンプ作用に起因する潤滑油の高圧力
により、各々ピボット軸受１１および動圧軸受１３と非
接触状態を保持し得るように構成されている。従って上
記ピボット１０とピボット軸受１１は動圧軸受の１種で
ある。
【００１８】１２はタッチダウン軸受であり、蓋板４の
中心部に設けられ、シャフト５の上端部において、シャ
フト５と例えば0.５mm程度の間隙を介して対向させてあ
る。このタッチダウン軸受１２は平常時においてはシャ
フト５と非接触であるが、例えばフライホィール３が非
所望に破損若しくは破壊した際においてシャフト５の上
端部を支持するものである。
中心部に設けられ、シャフト５の上端部において、シャ
フト５と例えば0.５mm程度の間隙を介して対向させてあ
る。このタッチダウン軸受１２は平常時においてはシャ
フト５と非接触であるが、例えばフライホィール３が非
所望に破損若しくは破壊した際においてシャフト５の上
端部を支持するものである。
【００１９】次にロータ部材６は、シャフト５の軸線と
直交する平面の円周方向に異極が交互に現れるように複
数個の永久磁石６ａを設けて中空円板状に形成されると
共に、その中空部にシャフト５が間隙を介して貫通する
ように、かつ軸線方向に異極が対向するように間隔を介
して配設される。上記永久磁石６ａは、磁気エネルギー
積の大なる希土類系磁石材料、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
磁石材料によって形成される。なお最上段および最下段
のロータ部材６には、各々強磁性材料からなるヨーク６
ｂを設ける。
直交する平面の円周方向に異極が交互に現れるように複
数個の永久磁石６ａを設けて中空円板状に形成されると
共に、その中空部にシャフト５が間隙を介して貫通する
ように、かつ軸線方向に異極が対向するように間隔を介
して配設される。上記永久磁石６ａは、磁気エネルギー
積の大なる希土類系磁石材料、例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
磁石材料によって形成される。なお最上段および最下段
のロータ部材６には、各々強磁性材料からなるヨーク６
ｂを設ける。
【００２０】ステータ９は、中空円筒状に形成されたケ
ーシング１４内に、スペーサ１５を介してステータ部材
８を設けて構成される。１６は蓋板であり、ケーシング
１４の上方に設けられると共に、中心部に前記動圧軸受
１３が設けられる。そしてステータ部材８には、偏平状
に形成された複数個のコイルが、シャフト５の軸線と直
交する平面の円周方向に等間隔に設けられている。これ
らのコイルは、平面への投影形状を例えば略台形状に巻
回されて、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相毎に配設されると共に、各相
間の電気角を偏位させて３相の積層構造に形成される。
なお上記コイルは前記永久磁石６ａと空隙を介して軸線
方向に対向するように設けられる。
ーシング１４内に、スペーサ１５を介してステータ部材
８を設けて構成される。１６は蓋板であり、ケーシング
１４の上方に設けられると共に、中心部に前記動圧軸受
１３が設けられる。そしてステータ部材８には、偏平状
に形成された複数個のコイルが、シャフト５の軸線と直
交する平面の円周方向に等間隔に設けられている。これ
らのコイルは、平面への投影形状を例えば略台形状に巻
回されて、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相毎に配設されると共に、各相
間の電気角を偏位させて３相の積層構造に形成される。
なお上記コイルは前記永久磁石６ａと空隙を介して軸線
方向に対向するように設けられる。
【００２１】上記のコイルは、例えば直径が0.１６mmの
ような細い銅裸線を複数本集合させて、横断面が例えば
1.２mm×2.３mmの長方形になるように成形した導体の外
周に、例えば油性エナメルからなる被覆を設けたもの
を、偏平状に巻回して空心状（コアレス）に形成され
る。
ような細い銅裸線を複数本集合させて、横断面が例えば
1.２mm×2.３mmの長方形になるように成形した導体の外
周に、例えば油性エナメルからなる被覆を設けたもの
を、偏平状に巻回して空心状（コアレス）に形成され
る。
【００２２】次にフライホィール３は、例えばガラス繊
維、カーボン繊維等の高張力繊維、高張力鋼線等を多数
回巻回して形成され、外周の比較的体積の大なるフラン
ジ部３ａと、その内周に中空円板状に形成されたリム部
３ｂとの一体構成とし、リム部３ｂを介してシャフト５
に固着される。
維、カーボン繊維等の高張力繊維、高張力鋼線等を多数
回巻回して形成され、外周の比較的体積の大なるフラン
ジ部３ａと、その内周に中空円板状に形成されたリム部
３ｂとの一体構成とし、リム部３ｂを介してシャフト５
に固着される。
【００２３】１７は磁気軸受であり、蓋板１６の外周部
の上面に設けられた支持用永久磁石１８ａと、前記フラ
イホィール３のリム部３ｂの下面に固着された保持板１
９に設けられた支持用永久磁石１８ｂとによって構成さ
れる。なお支持用永久磁石１８ａ，１８ｂは、例えばシ
ャフト５の軸線を中心とするリング状に形成されると共
に、空隙を介して同極が対向するように設けられる。
の上面に設けられた支持用永久磁石１８ａと、前記フラ
イホィール３のリム部３ｂの下面に固着された保持板１
９に設けられた支持用永久磁石１８ｂとによって構成さ
れる。なお支持用永久磁石１８ａ，１８ｂは、例えばシ
ャフト５の軸線を中心とするリング状に形成されると共
に、空隙を介して同極が対向するように設けられる。
【００２４】上記のようにして、シャフト５、ロータ部
材６、フライホィール３、保持板１９および支持用永久
磁石１８ｂによってシャフト５を軸心とする回転系が構
成され、この回転系の重量は、ピボット１０とピボット
軸受１１、および磁気軸受１７によって支持される。
材６、フライホィール３、保持板１９および支持用永久
磁石１８ｂによってシャフト５を軸心とする回転系が構
成され、この回転系の重量は、ピボット１０とピボット
軸受１１、および磁気軸受１７によって支持される。
【００２５】２１は密閉容器であり、蓋板４の中央部の
凹所に設けられ、上方を天井板２２によって密閉され
る。２３はゲッタであり、例えば支持部材により、ジル
コニウム若しくはジルコニウム合金からなる細線を支持
し、この細線に外部から通電加熱可能に構成する。なお
密閉容器２１はタッチダウン軸受１２とシャフト５との
間隙を介して前記真空容器１と連通しているので、真空
容器１内が真空になると共に密閉容器２１内も真空に保
持され得る。
凹所に設けられ、上方を天井板２２によって密閉され
る。２３はゲッタであり、例えば支持部材により、ジル
コニウム若しくはジルコニウム合金からなる細線を支持
し、この細線に外部から通電加熱可能に構成する。なお
密閉容器２１はタッチダウン軸受１２とシャフト５との
間隙を介して前記真空容器１と連通しているので、真空
容器１内が真空になると共に密閉容器２１内も真空に保
持され得る。
【００２６】図２は図１における支持用永久磁石１８
ａ，１８ｂを示す要部拡大平面図である。図２において
支持用永久磁石１８ａ，１８ｂは、前記回転系の重量の
５０％以上、好ましくは８０％以上支持するため、磁気
エネルギー積の大なる希土類系磁石材料、例えばＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石材料によって形成するのがよい。この場
合、リング状に一体成形する他、平面への投影輪郭形状
を例えば扇形状に形成した磁石片を、円周方向に複数個
配設して構成することができる。
ａ，１８ｂを示す要部拡大平面図である。図２において
支持用永久磁石１８ａ，１８ｂは、前記回転系の重量の
５０％以上、好ましくは８０％以上支持するため、磁気
エネルギー積の大なる希土類系磁石材料、例えばＮｄ−
Ｆｅ−Ｂ系磁石材料によって形成するのがよい。この場
合、リング状に一体成形する他、平面への投影輪郭形状
を例えば扇形状に形成した磁石片を、円周方向に複数個
配設して構成することができる。
【００２７】図３は支持用永久磁石１８ａ，１８ｂの他
の例を示す要部拡大平面図であり、図２に示すものと同
様の作用が期待できる。上記の構成により、ステータ部
材８のコイルに外部交流電源から通電すると、永久磁石
６ａとコイルとからの磁気的吸引、反発作用によりシャ
フト５を軸心としてロータ７、フライホィール３等から
なる回転系が、例えば３0,０００r.p.m.以上の高速で回
転するから、この回転系が電気エネルギーを運動エネル
ギーの形で貯蔵し、必要時にこの運動エネルギーを電気
エネルギーに変換し、外部負荷に電力として供給できる
のである。
の例を示す要部拡大平面図であり、図２に示すものと同
様の作用が期待できる。上記の構成により、ステータ部
材８のコイルに外部交流電源から通電すると、永久磁石
６ａとコイルとからの磁気的吸引、反発作用によりシャ
フト５を軸心としてロータ７、フライホィール３等から
なる回転系が、例えば３0,０００r.p.m.以上の高速で回
転するから、この回転系が電気エネルギーを運動エネル
ギーの形で貯蔵し、必要時にこの運動エネルギーを電気
エネルギーに変換し、外部負荷に電力として供給できる
のである。
【００２８】この場合において、磁束は永久磁石６ａお
よびステータ部材８のコイルを夫々シャフト５の軸線と
略平行に貫通するため、磁気回路中には鉄材が存在しな
い。従って従来のものと比較して鉄損の発生をなくすこ
とができる。またステータ部材８を構成するコイルは、
前記のように空心に形成されると共に、コイルを形成す
る導体は細線の集合体であるため、導体内に発生する渦
電流が極めて少なく、渦電流損を大幅に低減できるので
ある。
よびステータ部材８のコイルを夫々シャフト５の軸線と
略平行に貫通するため、磁気回路中には鉄材が存在しな
い。従って従来のものと比較して鉄損の発生をなくすこ
とができる。またステータ部材８を構成するコイルは、
前記のように空心に形成されると共に、コイルを形成す
る導体は細線の集合体であるため、導体内に発生する渦
電流が極めて少なく、渦電流損を大幅に低減できるので
ある。
【００２９】なおフライホィール３およびロータ７を構
成要素とする回転系は、真空容器１内に収納されている
と共に、この真空容器１と連通する密閉容器２１内には
ゲッタ２３が設けられているため、真空容器１内は長期
に亘って所定の真空度に維持され得る。すなわち真空容
器１の初期真空化処理の後において、真空度が低下した
場合には、ゲッタ２３を通電加熱して活性化させること
により、真空容器１内の水素、窒素、酸素等のガスと反
応し得るから、真空度を所定の水準に維持し得るのであ
る。従って、回転系が例えば３0,０００r.p.m.以上の高
速回転をした場合においても、風損を大幅に減少させ得
る。
成要素とする回転系は、真空容器１内に収納されている
と共に、この真空容器１と連通する密閉容器２１内には
ゲッタ２３が設けられているため、真空容器１内は長期
に亘って所定の真空度に維持され得る。すなわち真空容
器１の初期真空化処理の後において、真空度が低下した
場合には、ゲッタ２３を通電加熱して活性化させること
により、真空容器１内の水素、窒素、酸素等のガスと反
応し得るから、真空度を所定の水準に維持し得るのであ
る。従って、回転系が例えば３0,０００r.p.m.以上の高
速回転をした場合においても、風損を大幅に減少させ得
る。
【００３０】また回転系を支持する動圧軸受１３および
ピボット軸受１１は、回転系またはシャフト５の高速回
転時におけるグルーブポンプ作用により、潤滑油に高圧
力を発生させ、各々シャフト５およびピボット１０と非
接触状態を保持するから、摩擦損失を防止し、結果的に
エネルギー変換効率を向上させ得る。上記の結果９８％
の変換効率が得られることが実験によって確認された。
ピボット軸受１１は、回転系またはシャフト５の高速回
転時におけるグルーブポンプ作用により、潤滑油に高圧
力を発生させ、各々シャフト５およびピボット１０と非
接触状態を保持するから、摩擦損失を防止し、結果的に
エネルギー変換効率を向上させ得る。上記の結果９８％
の変換効率が得られることが実験によって確認された。
【００３１】上記の実施例においては、ロータが平板状
の、いわゆるフラット型のものについて記述したが、本
発明はこれに限定されず、円筒形に形成されたロータの
内周面および／または外周面に永久磁石を設け、これら
の永久磁石と対向する空心偏平コイルを設けたステータ
を構成要件とするものについても適用可能である。
の、いわゆるフラット型のものについて記述したが、本
発明はこれに限定されず、円筒形に形成されたロータの
内周面および／または外周面に永久磁石を設け、これら
の永久磁石と対向する空心偏平コイルを設けたステータ
を構成要件とするものについても適用可能である。
【００３２】また回転系の回転数が比較的小であるもの
においては、真空容器を使用せず、大気中における回転
としてもよい。更にゲッタを真空容器内に設けることに
より、密閉容器を省略した構成としてもよい。
においては、真空容器を使用せず、大気中における回転
としてもよい。更にゲッタを真空容器内に設けることに
より、密閉容器を省略した構成としてもよい。
【００３３】
【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記の効果を奏することができる。
用であるから、下記の効果を奏することができる。
【００３４】(1) 鉄損、渦電流損、風損等の損失が極め
て小であるため、エネルギー変換効率を大幅に向上させ
得る。 (2) 回転系の低速回転域においても、高効率のエネルギ
ー変換が行われ得る。
て小であるため、エネルギー変換効率を大幅に向上させ
得る。 (2) 回転系の低速回転域においても、高効率のエネルギ
ー変換が行われ得る。
【００３５】(3) 装置の小型、軽量化が可能であり、大
エネルギーの貯蔵が可能である。 (4) エネルギー貯蔵に要する時間が小であると共に、メ
ンテナンスが容易である。
エネルギーの貯蔵が可能である。 (4) エネルギー貯蔵に要する時間が小であると共に、メ
ンテナンスが容易である。
【図１】本発明の実施例を示す要部縦断面図である。
【図２】図１における支持用永久磁石１８ａ，１８ｂを
示す要部拡大平面図である。
示す要部拡大平面図である。
【図３】支持用永久磁石１８ａ，１８ｂの他の例を示す
要部拡大平面図である。
要部拡大平面図である。
【図４】従来のフライホィール式エネルギー貯蔵装置の
例を示す要部縦断面正面図である。
例を示す要部縦断面正面図である。
１ 真空容器 ３ フライホィール ５ シャフト ７ ロータ ９ ステータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 勲 新潟県長岡市北山町４丁目463番地
Claims (3)
- 【請求項１】 発電電動機を構成するロータとフライホ
ィールとをシャフトに同軸的に固着し、このシャフトを
回転させることによって電気エネルギーを運動エネルギ
ーに変換して貯蔵し、必要時にこの運動エネルギーを電
気エネルギーに変換して負荷に電力として供給するフラ
イホィール式エネルギー貯蔵装置において、 発電電動機を、シャフトの軸線と直交する平面の円周方
向に異極が交互に現れるように複数個の永久磁石を設け
てなる中空円板状のロータ部材を軸線方向に異極が対向
するように間隔を介して設けてなるロータと、偏平状に
形成された複数個のコイルを軸線と直交する平面の円周
方向に等間隔に設けて中空円板状に形成したステータ部
材を備えてなるステータとによって構成すると共に、前
記ロータ部材の永久磁石と前記ステータ部材のコイルと
が空隙を介して軸線方向に対向するように設け、かつ前
記シャフトの軸線を垂直に形成し、前記シャフト、ロー
タおよびフライホィールからなる回転系を、シャフトの
下端部に設けた動圧軸受と、前記ロータおよびステータ
の軸線と直交する平面上に同軸状のリング状に構成され
た支持用永久磁石を各々同極が対向するように設けて形
成した磁気軸受とによって支持し得るように構成し、か
つ前記磁気軸受により前記回転系の重量の５０％以上を
支持するように構成したことを特徴とするフライホィー
ル式エネルギー貯蔵装置。 - 【請求項２】 ステータ部材をｎ個（ｎは１以上の正の
整数）設け、ロータ部材を（ｎ＋１）個設けたことを特
徴とする請求項１記載のフライホィール式エネルギー貯
蔵装置。 - 【請求項３】 支持用永久磁石を、平面への輪郭形状が
扇形状に形成された磁石片を円周方向に複数個配設して
構成したことを特徴とする請求項１若しくは２記載のフ
ライホィール式エネルギー貯蔵装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7273989A JPH09121479A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | フライホィール式エネルギー貯蔵装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7273989A JPH09121479A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | フライホィール式エネルギー貯蔵装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09121479A true JPH09121479A (ja) | 1997-05-06 |
Family
ID=17535397
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7273989A Pending JPH09121479A (ja) | 1995-10-23 | 1995-10-23 | フライホィール式エネルギー貯蔵装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09121479A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103904816A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-02 | 南方科技大学 | 飞轮储能装置、风力发电系统及车辆能量回馈制动系统 |
| GB2559441A (en) * | 2017-09-15 | 2018-08-08 | De Innovation Lab Ltd | Electrical motor arrangement for electrical vehicles |
-
1995
- 1995-10-23 JP JP7273989A patent/JPH09121479A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103904816A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-07-02 | 南方科技大学 | 飞轮储能装置、风力发电系统及车辆能量回馈制动系统 |
| GB2559441A (en) * | 2017-09-15 | 2018-08-08 | De Innovation Lab Ltd | Electrical motor arrangement for electrical vehicles |
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