JPH11150911A - Flywheel energy storage - Google Patents

Flywheel energy storage

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JPH11150911A
JPH11150911A JP9325143A JP32514397A JPH11150911A JP H11150911 A JPH11150911 A JP H11150911A JP 9325143 A JP9325143 A JP 9325143A JP 32514397 A JP32514397 A JP 32514397A JP H11150911 A JPH11150911 A JP H11150911A
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JP
Japan
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flywheel
magnetic
rotary shaft
bearing
rotating shaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP9325143A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsuya Toma
尅也 當摩
Hiromasa Fukuyama
寛正 福山
Takeshi Takizawa
岳史 滝澤
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NSK Ltd filed Critical NSK Ltd
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Publication of JPH11150911A publication Critical patent/JPH11150911A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C39/00Relieving load on bearings
    • F16C39/06Relieving load on bearings using magnetic means
    • F16C39/063Permanent magnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/30Flywheels
    • F16F15/315Flywheels characterised by their supporting arrangement, e.g. mountings, cages, securing inertia member to shaft
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flywheel energy storage which eliminates influence of running vibration, yawing, pitching, etc., at the time of being loaded on a self-running machine such as an electric motorcar, etc. SOLUTION: A rotary shaft 14 is arranged vertically within a device housing 9, and a discoidal flywheel 2 is integrated with the bottom of the rotary shaft 14. The rotary shaft 14 is supported rotatably by an upper ball bearing 16 and a lower ball bearing 17 of roller bearings, and a magnetic ball bearing 1 of a magnetic energizing means. The magnetic bearing 1 is a passive thrust magnetic bearing which constitutes a magnetic circuit of a magnetic rotor 25 and a magnetic stator 26, and it energizes the rotary shaft 14 upward with the energizing force corresponding to the weight of the rotary shaft 14, the flywheel 2, etc., and the pre-load of the lower ball bearing 17. Moreover, damping rings 19 and 20 of vibration attenuating means having large rigidity and an attenuating function are interposed between the device housing 9 and both ball bearings 16 and 17.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギーを
運動エネルギーとして貯蔵するフライホイールエネルギ
ー貯蔵装置に係り、詳しくは、電気自動車等の自走機械
に搭載した際における走行振動やヨーイング、ピッチン
グ等の影響を排除する技術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flywheel energy storage device for storing electric energy as kinetic energy, and more particularly to a device for controlling running vibration, yawing, pitching and the like when mounted on a self-propelled machine such as an electric vehicle. Related to the technology to eliminate the effects.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、COやNOx等の有害排出ガスを
排出せず、排気騒音や機関振動も全く無いことから、電
気自動車が世界的に注目されており、自動車メーカ等で
その実用化に向けた研究・開発が盛んに行われている。
電気自動車では、蓄電池に蓄えられた電気によって駆動
用電動機を回転させ、その回転力を走行車輪に伝えて走
行する都合上、蓄電池の蓄電容量が走行距離に略比例す
る。ところが、蓄電池は、重量や体積が非常に大きいた
め、一充電あたりの走行距離を長くするべく多量に搭載
した場合、電気自動車全体の重量や体格が大きくなる
他、乗員や貨物のためのスペースが確保し難くなる。
2. Description of the Related Art In recent years, electric vehicles have attracted worldwide attention because they do not emit harmful exhaust gases such as CO and NOx, and have no exhaust noise or engine vibration. Research and development are being actively pursued.
In an electric vehicle, a driving motor is rotated by electricity stored in a storage battery, and the rotational power is transmitted to traveling wheels, so that the storage capacity of the storage battery is substantially proportional to the traveling distance. However, since storage batteries are very heavy and large in volume, if they are installed in large quantities to increase the mileage per charge, the weight and size of the entire electric vehicle will increase, as will space for occupants and cargo. It becomes difficult to secure.

【0003】そこで、電気自動車の市街走行時等におけ
る電力消費を抑え、比較的少容量の蓄電池で長距離の走
行を実現するデバイスとして、フライホイールエネルギ
ー貯蔵装置(以下、フライホイール装置と略称する)が
注目されている。フライホイール装置は、装置ハウジン
グ内に大質量のフライホイールを回転自在に保持したも
ので、外部装置から供給された電気エネルギーをフライ
ホイールの回転エネルギーに変換して一時的に蓄える一
方、必要時にはフライホイールの回転エネルギーを電気
エネルギーに再変換して外部装置に供給する。
[0003] A flywheel energy storage device (hereinafter abbreviated as flywheel device) is a device that suppresses power consumption when an electric vehicle travels in a city or the like and realizes long-distance traveling with a relatively small capacity storage battery. Is attracting attention. A flywheel device is a device in which a large mass flywheel is rotatably held in a device housing, and converts electrical energy supplied from an external device into rotational energy of the flywheel and temporarily stores the energy. The rotational energy of the wheel is converted back to electric energy and supplied to an external device.

【0004】例えば、電気自動車では、制動時における
車体の運動エネルギーを回収するべく、動力伝達装置等
を介して制動用発電機を駆動して電気エネルギーを得た
後、その電気エネルギーをフライホイール装置のエネル
ギー変換手段(通常は、発電電動機)に供給してフライ
ホイールを高速で回転させる。また、発進時や加速時に
は、フライホイールの運動エネルギーをエネルギー変換
手段により電気エネルギーに変換し、得られた電気エネ
ルギーにより駆動用電動機を回転させる。これにより、
発進・停止の頻度が高い市街地走行においても、制動に
より廃棄されるエネルギーが減少し、電力消費をごく少
なくすることができる。
For example, in an electric vehicle, in order to recover kinetic energy of a vehicle body during braking, a braking generator is driven via a power transmission device or the like to obtain electric energy, and then the electric energy is used as a flywheel device. To convert the flywheel at a high speed. At the time of starting or accelerating, the kinetic energy of the flywheel is converted into electric energy by the energy conversion means, and the driving motor is rotated by the obtained electric energy. This allows
Even in the city where the vehicle frequently starts and stops, the energy discarded by braking is reduced, and the power consumption can be extremely reduced.

【0005】特開昭61−94532号公報には、図3
にその縦断面図を示すように、従来のフライホイール装
置の一例が開示されている。同図において、大きな質量
を有するフライホイール2は、上部が磁気軸受1により
支持され、下部が流体潤滑されたピボット軸受4により
支持されている。フライホイール2の円筒部5内には、
ロータ6とステータ7とからなる発電電動機8が形成さ
れている。また、フライホイール2の外径は上部が最も
大きくなっている。このフライホイール装置では、上部
の磁気軸受1が磁力により回転軸2を上方に吸引し、こ
れにより、フライホイール2の重量のうちで下部のピボ
ット軸受4が負担する割合が減少し、過大なスラスト荷
重によるピボット軸受4の損傷が防止される。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-94532 discloses FIG.
As shown in FIG. 1, an example of a conventional flywheel device is disclosed. In FIG. 1, a flywheel 2 having a large mass is supported by a magnetic bearing 1 at an upper part and by a pivot bearing 4 fluid-lubricated at a lower part. In the cylindrical portion 5 of the flywheel 2,
A generator motor 8 including the rotor 6 and the stator 7 is formed. The outer diameter of the flywheel 2 is largest at the upper part. In this flywheel device, the upper magnetic bearing 1 attracts the rotating shaft 2 upward by magnetic force, whereby the proportion of the weight of the flywheel 2 that the lower pivot bearing 4 bears is reduced, resulting in excessive thrust. Damage to the pivot bearing 4 due to the load is prevented.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のフ
ライホイール装置は、実際に電気自動車に搭載された場
合、道路状況や運転形態等に起因して、比較的短期間で
所期の性能を発揮できなくなることがあった。例えば、
電気自動車が悪路走行や急旋回、急制動等を行うと、フ
ライホイール2には上下方向の激しい振動や過大なヨー
モーメント等が作用し、ピボット軸受4での適切な流体
潤滑が維持できなくなることがある。すなわち、ピボッ
ト軸受4を構成する球状軸端や球面受台では、振動やヨ
ーモーメント等による過大な応力により潤滑油面が破壊
されると、該部が境界潤滑あるいは金属接触状態とな
る。このような状態に陥った場合、ピボット軸受4では
急速な摩耗や焼付き等の損傷が起こり、フライホイール
2の円滑な回転が阻害されたり、あるいはフライホイー
ル2が全く回転しなくなり、運動エネルギーの貯蔵が行
えなくなるのである。本発明は、上記状況に鑑みなされ
たもので、電気自動車等の自走機械に搭載した際におけ
る走行振動やヨーイング、ピッチング等の影響を排除し
たフライホイールエネルギー貯蔵装置を提供することを
目的とする。
By the way, this type of flywheel device, when actually mounted on an electric vehicle, has a desired performance in a relatively short period of time due to road conditions, driving modes, and the like. In some cases, it could not be demonstrated. For example,
When the electric vehicle travels on a rough road, makes a sharp turn, or performs a sudden braking, the flywheel 2 is subjected to severe vertical vibrations or an excessively large yaw moment, so that appropriate fluid lubrication at the pivot bearing 4 cannot be maintained. Sometimes. That is, when the lubricating oil surface of the spherical shaft end or the spherical cradle constituting the pivot bearing 4 is destroyed by excessive stress due to vibration, yaw moment, or the like, the portion is brought into boundary lubrication or metal contact. In such a case, damage such as rapid wear and seizure occurs in the pivot bearing 4, and the smooth rotation of the flywheel 2 is hindered, or the flywheel 2 does not rotate at all, and the kinetic energy is lost. Storage is no longer possible. The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a flywheel energy storage device that eliminates the effects of running vibration, yawing, and pitching when mounted on a self-propelled machine such as an electric vehicle. .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、装置ハウジングに対して略鉛直に配置
された回転軸と、この回転軸に一体化されたフライホイ
ールと、電気エネルギーと運動エネルギーとの間の変換
に供されるエネルギー変換手段とを有し、外部から供給
された電気エネルギーを前記フライホイールの回転エネ
ルギーとして貯蔵するフライホイールエネルギー貯蔵装
置において、前記回転軸に対して少なくとも上下一対設
けられ、当該回転軸の回転自在な支持に供される転がり
軸受と、前記回転軸およびフライホイールの重量と前記
転がり軸受の予圧荷重とを負担するべく、前記回転軸ま
たは前記フライホイールを上方に付勢する磁気付勢手段
と、前記装置ハウジングと前記転がり軸受との間に介装
された振動減衰手段とを備えたものを提案する。
According to the present invention, there is provided a rotary shaft arranged substantially vertically to an apparatus housing, a flywheel integrated with the rotary shaft, and And energy conversion means for conversion between kinetic energy and, in a flywheel energy storage device that stores electric energy supplied from the outside as rotational energy of the flywheel, At least a pair of upper and lower rolling bearings provided for rotatably supporting the rotating shaft, and the rotating shaft or the flywheel to bear the weight of the rotating shaft and the flywheel and the preload of the rolling bearing. Magnetic urging means for urging the upper part upward, and a vibration damping hand interposed between the device housing and the rolling bearing. To propose a thing with a door.

【0008】本発明のフライホイールエネルギー貯蔵装
置によれば、回転軸およびフライホイールは、磁気付勢
手段による付勢力と下部の転がり軸受の予圧に基づく軸
方向固定力とにより上下に引っ張り合う状態で支持され
るため、静止時のみならず回転時にも安定した状態で転
がり軸受に支持される。また、装置ハウジングに過大な
振動やヨーモーメントが作用しても、振動減衰手段の作
用によりこれらが転がり軸受や回転軸に伝達され難くな
り、潤滑油膜の破壊等に起因する転がり軸受の損傷が生
じなくなる。
According to the flywheel energy storage device of the present invention, the rotating shaft and the flywheel are pulled up and down by the urging force of the magnetic urging means and the axial fixing force based on the preload of the lower rolling bearing. Because it is supported, it is supported by the rolling bearing in a stable state not only at rest but also during rotation. Also, even if excessive vibration or yaw moment acts on the device housing, it becomes difficult for these to be transmitted to the rolling bearing and the rotating shaft by the action of the vibration damping means, and the rolling bearing is damaged due to the destruction of the lubricating oil film and the like. Disappears.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】図1には、本発明の第1実施形態
に係るフライホイール装置を縦断面視により示してあ
る。このフライホイール装置は、電気自動車の回生ブレ
ーキとして製作されたもので、制動用発電機から入力し
た電気エネルギーをフライホイールの運動エネルギーに
変換して蓄える一方、発進時や加速時にはフライホイー
ルの運動エネルギーを電気エネルギーに変換して駆動用
電動機に供給する。
FIG. 1 shows a flywheel device according to a first embodiment of the present invention in a longitudinal sectional view. This flywheel device is manufactured as a regenerative brake for an electric vehicle. The flywheel device converts the electrical energy input from the braking generator into kinetic energy for the flywheel and stores it. Is converted into electric energy and supplied to the driving motor.

【0010】フライホイール装置は、その外殻が中空の
装置ハウジング9により形成されている。装置ハウジン
グ9には、その外周面に一対の枢軸10が180゜間隔
で固設されており、これら枢軸10が第1支持枠11の
一対の支持腕12に軸受13を介して回動自在に支持さ
れている。また、第1支持枠11は、図示しない一対の
枢軸を枢軸10と直交する方向に有しており、これら枢
軸が図示しない第2支持枠に回動自在に支持されてい
る。すなわち、本実施形態では、第1支持枠11と第2
支持枠とでジンバル機構が形成され、電気自動車の姿勢
変化に拘わらず、装置ハウジング9の中心軸が常時鉛直
に保たれることになる。
The outer shell of the flywheel device is formed by a hollow device housing 9. A pair of pivots 10 are fixed to the outer peripheral surface of the device housing 9 at an interval of 180 °, and these pivots 10 are rotatably mounted on a pair of support arms 12 of the first support frame 11 via bearings 13. Supported. Further, the first support frame 11 has a pair of pivots (not shown) in a direction orthogonal to the pivot 10, and these pivots are rotatably supported by the second support frame (not shown). That is, in the present embodiment, the first support frame 11 and the second
A gimbal mechanism is formed with the support frame, and the center axis of the device housing 9 is always kept vertical regardless of the change in the posture of the electric vehicle.

【0011】装置ハウジング9内には回転軸14が鉛直
に配置されており、回転軸14の下部には円盤状のフラ
イホイール2が一体化されている。フライホイール2
は、鋼やアルミニウム合金等の金属または繊維強化プラ
スチックを素材としており、外周部の厚みを大きくする
ことで回転時のモーメントを大きくし、これにより、大
きな運動エネルギーを貯蔵可能としている。図中、32
は回転軸14にフライホイール2を固着させる支持ブラ
ケットである。尚、本実施形態では、フライホイール2
と空気との摩擦抵抗を少なくするべく、装置ハウジング
9内が真空引きされている。
A rotary shaft 14 is disposed vertically in the apparatus housing 9, and a disc-shaped flywheel 2 is integrated below the rotary shaft 14. Flywheel 2
Is made of a metal such as steel or an aluminum alloy or a fiber-reinforced plastic, and increases the moment of rotation by increasing the thickness of the outer peripheral portion, thereby storing large kinetic energy. In the figure, 32
Is a support bracket for fixing the flywheel 2 to the rotating shaft 14. In this embodiment, the flywheel 2
The interior of the apparatus housing 9 is evacuated to reduce the frictional resistance between the air and the air.

【0012】回転軸14は、転がり軸受(本実施形態で
は、共に深みぞ玉軸受)たる上部玉軸受16および下部
玉軸受17と、磁気付勢手段たる磁気軸受1とにより回
転自在に支持されている。また、装置ハウジング9と両
玉軸受16,17との間にはそれぞれ、振動減衰手段た
るダンピングリング19,20が介装されている。両ダ
ンピングリング19,20は、大きな剛性と減衰能とを
有しており、本実施形態では、炭素繊維あるいはガラス
繊維、金属繊維を合成樹脂中に含有させた、いわゆる繊
維強化樹脂等を素材としている。尚、ダンピングリング
20は、下部玉軸受17と装置ハウジング9との双方に
固着されているが、ダンピングリング19は、上部玉軸
受16にのみ固着されており、回転軸14の熱膨張によ
る伸縮を許容するべく、装置ハウジング9に対して上下
に摺動可能となっている。図中、21は両玉軸受16,
17の内輪を回転軸14に締結するナットである。
The rotating shaft 14 is rotatably supported by an upper ball bearing 16 and a lower ball bearing 17 as rolling bearings (both are deep groove ball bearings in the present embodiment) and the magnetic bearing 1 as magnetic biasing means. I have. Further, damping rings 19, 20 as vibration damping means are interposed between the device housing 9 and the two ball bearings 16, 17, respectively. Both damping rings 19 and 20 have high rigidity and high damping ability. In the present embodiment, a so-called fiber reinforced resin or the like in which carbon fiber, glass fiber, or metal fiber is contained in a synthetic resin is used as a material. I have. Although the damping ring 20 is fixed to both the lower ball bearing 17 and the device housing 9, the damping ring 19 is fixed only to the upper ball bearing 16, and expands and contracts due to thermal expansion of the rotating shaft 14. It is slidable up and down with respect to the device housing 9 to allow it. In the figure, 21 is a double ball bearing 16,
17 is a nut for fastening the inner ring 17 to the rotating shaft 14.

【0013】磁気軸受1は、回転軸14の上端寄りに固
着された磁気ロータ25と、装置ハウジング9の上蓋部
29の下面に固着された磁気ステータ26とから構成さ
れている。磁気ロータ25はフェライト等を素材とする
磁性体の円盤であるが、磁気ステータ26は、リング状
の永久磁石27と、永久磁石27の下面の磁極に固着さ
れた円環状の磁性体である軸心側ヨーク51と、永久磁
石27の上面の磁極に固着されたL字断面を有する円環
状の磁性体である外周側ヨーク52とからなっている。
The magnetic bearing 1 includes a magnetic rotor 25 fixed to the upper end of the rotating shaft 14 and a magnetic stator 26 fixed to the lower surface of the upper lid 29 of the device housing 9. The magnetic rotor 25 is a disk made of a magnetic material made of ferrite or the like. The magnetic stator 26 has a ring-shaped permanent magnet 27 and an axial magnetic material fixed to a magnetic pole on the lower surface of the permanent magnet 27. It comprises a core-side yoke 51 and an outer-peripheral-side yoke 52 which is an annular magnetic body having an L-shaped cross-section and fixed to a magnetic pole on the upper surface of the permanent magnet 27.

【0014】磁気ステータ26は、断面が逆U字形状と
なっていて、永久磁石27のN極から磁気ステータ26
と磁気ロータ25とを介して永久磁石のS極へ流れる磁
束の密度を高くしてある。すなわち、磁気軸受1は、磁
気ロータ25と磁気ステータ26とで磁気回路を構成す
る受動型スラスト磁気軸受であり、本実施形態の場合、
回転軸14やフライホイール2等の重量と下部玉軸受1
7の予圧荷重に対応する付勢力で回転軸14を上方に付
勢している。磁気ステータ26の下面26aと磁気ロー
タ25の上面25aには、複数の円環溝が相互の山と山
とが対向するかたちでそれぞれ形成されている。磁束は
山から山へと流れるため、回転軸14にラジアル荷重が
作用しても、流れる磁束が山と山との離隔を妨げる。こ
れにより、回転軸14にはラジアル方向の求心力が発生
し、装置ハウジング9に対して半径方向に変位し難くな
り、回転軸14が装置ハウジング9の中心軸に沿って安
定して回転することになる。
The magnetic stator 26 has an inverted U-shaped cross section, and the magnetic stator 26
The density of the magnetic flux flowing to the S pole of the permanent magnet through the magnetic rotor 25 and the magnetic rotor 25 is increased. That is, the magnetic bearing 1 is a passive thrust magnetic bearing that forms a magnetic circuit with the magnetic rotor 25 and the magnetic stator 26. In the case of the present embodiment,
Weight of the rotating shaft 14, the flywheel 2, etc. and the lower ball bearing 1
The urging force corresponding to the preload of No. 7 urges the rotating shaft 14 upward. On the lower surface 26a of the magnetic stator 26 and the upper surface 25a of the magnetic rotor 25, a plurality of annular grooves are formed in such a manner that mutual peaks face each other. Since the magnetic flux flows from peak to peak, even if a radial load acts on the rotating shaft 14, the flowing magnetic flux prevents separation between the peaks. As a result, a radial centripetal force is generated on the rotating shaft 14, which makes it difficult for the rotating shaft 14 to be displaced in the radial direction with respect to the device housing 9. Become.

【0015】本実施形態では、磁気軸受1とフライホイ
ール2との間に、エネルギー変換手段である発電電動機
8が設けられている。発電電動機8は、装置ハウジング
9に固着されたステータ7と、回転軸14に固着された
ロータ6とからなっており、ステータ7の内周面とロー
タ6の外周面とが対峙している。そして、電気自動車の
制動発電機等からの電気エネルギーがステータ7に供給
されると、発電電動機8は電動機として機能し、回転軸
14およびフライホイール2を回転させる。また、発進
時や加速時には、発電電動機8が発電機として機能し、
ステータ7から取り出された電気エネルギーが電気自動
車の駆動用電動機に供給される。
In the present embodiment, a generator motor 8 as an energy conversion means is provided between the magnetic bearing 1 and the flywheel 2. The generator motor 8 includes a stator 7 fixed to a device housing 9 and a rotor 6 fixed to a rotating shaft 14. The inner peripheral surface of the stator 7 and the outer peripheral surface of the rotor 6 face each other. Then, when electric energy from a braking generator or the like of the electric vehicle is supplied to the stator 7, the generator motor 8 functions as a motor and rotates the rotating shaft 14 and the flywheel 2. When starting or accelerating, the generator motor 8 functions as a generator,
The electric energy extracted from the stator 7 is supplied to a driving motor of the electric vehicle.

【0016】以下、本実施形態の作用を述べる。電気自
動車の車体は登坂走行時や旋回時等に姿勢が変化する
が、フライホイール装置の中心軸(すなわち、回転軸1
4の軸心)は、装置ハウジング9がジンバル機構を介し
て支持されていることから、フライホイール2のジャイ
ロ効果により常時鉛直に保たれる。したがって、フライ
ホイール2や回転軸14の重量が磁気軸受1により負担
されることも相俟って、両玉軸受16,17は回転軸1
4のラジアル方向の支持のみを行えばよい。
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described. The body of the electric vehicle changes its posture when traveling uphill or turning, but the center axis of the flywheel device (that is, the rotation axis 1) is changed.
4 is always kept vertical by the gyro effect of the flywheel 2 because the device housing 9 is supported via the gimbal mechanism. Accordingly, the weight of the flywheel 2 and the rotating shaft 14 is borne by the magnetic bearing 1, so that the two ball bearings 16 and 17 are connected to the rotating shaft 1.
Only the radial support 4 need be performed.

【0017】一方、電気自動車が悪路走行や急旋回、急
制動等を行った場合、装置ハウジング9や回転軸14に
は上下方向の激しい相対振動や過大なヨーモーメント等
が作用し、これらに起因する応力が回転軸14の支持部
位に作用することになる。ところが、本実施形態では、
装置ハウジング9と両玉軸受16,17との間にダンピ
ングリング19,20が介装されているため、安定した
高速回転が実現できると共に相対振動やヨーモーメント
等はその大部分がダンピングリング19,20により吸
収・減衰され、両玉軸受16,17に殆ど作用しない。
したがって、両玉軸受16,17内では、潤滑油膜の破
壊等に起因する急速な摩耗や焼付き等が生じなくなり、
回転軸14の円滑な支持が阻害されなくなる。その結
果、フライホイール装置のエネルギー貯蔵性能が長期間
に亘って維持される他、メンテナンスインターバルも長
くすることが可能となる。
On the other hand, when the electric vehicle travels on a rough road, makes a sharp turn, or makes a sudden braking, a severe vertical vibration or an excessive yaw moment acts on the device housing 9 and the rotating shaft 14. The resulting stress acts on the supporting portion of the rotating shaft 14. However, in this embodiment,
Since the damping rings 19, 20 are interposed between the device housing 9 and the two ball bearings 16, 17, stable high-speed rotation can be realized, and relative vibration, yaw moment, etc. It is absorbed and attenuated by 20 and hardly acts on both ball bearings 16 and 17.
Therefore, in the two ball bearings 16 and 17, rapid wear and seizure due to the destruction of the lubricating oil film and the like do not occur.
The smooth support of the rotating shaft 14 is not hindered. As a result, the energy storage performance of the flywheel device can be maintained for a long time, and the maintenance interval can be lengthened.

【0018】図2には、本発明の第2実施形態に係るフ
ライホイール装置を縦断面視により示してある。このフ
ライホイール装置は、全体的には第1実施形態と同様の
構成を採用しているが、装置ハウジング9と上部玉軸受
16との間に予圧バネ30が介装されている点が異なっ
ている。本実施形態では、予圧バネ30により上部玉軸
受16に予圧が与えられるため、ラジアル方向の支持が
より強固に行われることとなり、回転軸14の回転がよ
り安定する。
FIG. 2 shows a flywheel device according to a second embodiment of the present invention in a longitudinal sectional view. This flywheel device generally adopts the same configuration as that of the first embodiment, except that a preload spring 30 is interposed between the device housing 9 and the upper ball bearing 16. I have. In the present embodiment, since the preload is applied to the upper ball bearing 16 by the preload spring 30, the support in the radial direction is performed more firmly, and the rotation of the rotary shaft 14 is further stabilized.

【0019】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様はこの実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では転がり軸受として上下一対の
深みぞ玉軸受を用いたが、アンギュラ玉軸受や円錐ころ
軸受等、他種の転がり軸受を用いてもよいし、その個数
も二個に限られるものではない。また、上記実施形態で
は磁気付勢手段として永久磁石と磁性体との吸引力を用
いる磁気軸受を採用したが、永久磁石どうしの吸引力や
反発力を用いるものを採用してもよいし、電磁石への通
電制御を行うことにより回転軸のラジアル方向及びスラ
スト方向の位置を規制する制御型のものを採用してもよ
い。
The description of the specific embodiment has been completed.
Aspects of the present invention are not limited to this embodiment.
For example, in the above embodiment, a pair of upper and lower deep groove ball bearings was used as the rolling bearing, but other types of rolling bearings such as angular ball bearings and tapered roller bearings may be used, and the number thereof is also limited to two. Not something. Further, in the above embodiment, a magnetic bearing using an attractive force between a permanent magnet and a magnetic material is employed as the magnetic urging means. However, a magnetic bearing using an attractive force or a repulsive force between the permanent magnets may be employed. A control type that regulates the position of the rotating shaft in the radial direction and the thrust direction by controlling the power supply to the rotating shaft may be adopted.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明によれば、装置ハウジングに対し
て略鉛直に配置された回転軸と、この回転軸に一体化さ
れたフライホイールと、電気エネルギーと運動エネルギ
ーとの間の変換に供されるエネルギー変換手段とを有
し、外部から供給された電気エネルギーを前記フライホ
イールの回転エネルギーとして貯蔵するフライホイール
エネルギー貯蔵装置において、前記回転軸に対して少な
くとも上下一対設けられ、当該回転軸の回転自在な支持
に供される転がり軸受と、前記回転軸およびフライホイ
ールの重量と前記転がり軸受の予圧荷重とを負担するべ
く、前記回転軸または前記フライホイールを上方に付勢
する磁気付勢手段と、前記装置ハウジングと前記転がり
軸受との間に介装された振動減衰手段とを備えたことに
より、回転軸およびフライホイールは、磁気付勢手段に
よる付勢力と下部の転がり軸受の予圧に基づく軸方向固
定力とにより上下に引っ張り合う状態で支持されるた
め、静止時のみならず回転時にも安定した状態で転がり
軸受に支持される。また、装置ハウジングに過大な振動
やヨーモーメントが作用しても、振動減衰手段の作用に
よりこれらが転がり軸受や回転軸に伝達され難くなり、
潤滑油膜の破壊等に起因する転がり軸受の損傷が生じな
くなり、電気自動車等の自走機械に搭載された場合にお
いても、長期間に亘って所期の性能を維持することが可
能となる。
According to the present invention, there is provided a rotary shaft disposed substantially perpendicular to the apparatus housing, a flywheel integrated with the rotary shaft, and a converter for converting between electric energy and kinetic energy. A flywheel energy storage device that stores externally supplied electric energy as rotational energy of the flywheel. A rolling bearing provided for rotatable support; and a magnetic biasing means for biasing the rotating shaft or the flywheel upward to bear the weight of the rotating shaft and the flywheel and a preload of the rolling bearing. And vibration damping means interposed between the device housing and the rolling bearing, so that the rotating shaft and The rye wheel is supported in a state where it is pulled up and down by the biasing force of the magnetic biasing means and the axial fixing force based on the preload of the lower rolling bearing, so that it stably rolls not only at rest but also during rotation. Supported by bearings. Also, even if excessive vibration or yaw moment acts on the device housing, it becomes difficult for these to be transmitted to the rolling bearing or the rotating shaft by the action of the vibration damping means,
The rolling bearing is not damaged due to the destruction of the lubricating oil film or the like, and the desired performance can be maintained for a long time even when the rolling bearing is mounted on a self-propelled machine such as an electric vehicle.

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

【図1】本発明の第1実施形態を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施形態を示す縦断面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図3】従来装置の一例を示す縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing an example of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1‥‥磁気軸受 2‥‥フライホイール 8‥‥発電電動機 9‥‥装置ハウジング 14‥‥回転軸 16‥‥上部玉軸受 17‥‥下部玉軸受 19,20‥‥ダンピングリング 1 magnetic bearing 2 flywheel 8 generator motor 9 equipment housing 14 rotating shaft 16 upper ball bearing 17 lower ball bearing 19,20 damping ring

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 装置ハウジングに対して略鉛直に配置さ
れた回転軸と、この回転軸に一体化されたフライホイー
ルと、電気エネルギーと運動エネルギーとの間の変換に
供されるエネルギー変換手段とを有し、外部から供給さ
れた電気エネルギーを前記フライホイールの回転エネル
ギーとして貯蔵するフライホイールエネルギー貯蔵装置
において、 前記回転軸に対して少なくとも上下一対設けられ、当該
回転軸の回転自在な支持に供される転がり軸受と、 前記回転軸およびフライホイールの重量と前記転がり軸
受の予圧荷重とを負担するべく、前記回転軸または前記
フライホイールを上方に付勢する磁気付勢手段と、 前記装置ハウジングと前記転がり軸受との間に介装され
た振動減衰手段とを備えたことを特徴とするフライホイ
ールエネルギー貯蔵装置。
1. A rotary shaft disposed substantially vertically to an apparatus housing, a flywheel integrated with the rotary shaft, and energy conversion means for converting between electric energy and kinetic energy. A flywheel energy storage device for storing electric energy supplied from the outside as rotational energy of the flywheel, wherein at least a pair of upper and lower parts are provided with respect to the rotational shaft, and the rotatable shaft is provided for rotatable support. Rolling bearing, magnetic biasing means for biasing the rotating shaft or the flywheel upward to bear the weight of the rotating shaft and the flywheel and the preload of the rolling bearing, and the device housing. A vibration damping means interposed between the rolling bearing and the flywheel. Storage device.
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