JPH11168852A - Dynamoelectric machine with incorporated flywheel, load drive device using the dynamoelectric machine and its operation method - Google Patents

Dynamoelectric machine with incorporated flywheel, load drive device using the dynamoelectric machine and its operation method

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JPH11168852A
JPH11168852A JP33323697A JP33323697A JPH11168852A JP H11168852 A JPH11168852 A JP H11168852A JP 33323697 A JP33323697 A JP 33323697A JP 33323697 A JP33323697 A JP 33323697A JP H11168852 A JPH11168852 A JP H11168852A
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JP
Japan
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rotor
flywheel
stator
electric machine
rotary electric
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JP33323697A
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Japanese (ja)
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Kazuto Sakai
和人 堺
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a dynamoelectric machine with an incorporated flywheel which can recover a rotation energy, at the time of the deceleration of a load to improve an energy efficiency and can operate stably, even if the load fluctuates. SOLUTION: A first stator 2 has a first armature coil 3, which is mainly in charge of transformation of an external energy. A first rotor 4 is provided so as to face the first stator 2 with a gap therebetween. In addition, a second stator 10 which has a second armature coil 11 is provided so as to face opposite the first rotor 4 with another gap therebetween. Further, a flywheel 12 is supported by the rotary shaft 5 of the first rotor 4. A second rotor 14 is formed integrally on the flywheel 12, so as to face the first rotor 4 with more another gap therebetween.

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、負荷減速時の回転
エネルギの回生を行い、負荷変動に対して安定な運転が
可能なフライホイール組込み回転電機、これを用いた負
荷駆動装置及びその運転方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flywheel-incorporated rotary electric machine capable of regenerating rotational energy during load deceleration and capable of operating stably with respect to load fluctuations, a load driving apparatus using the same, and a method of operating the same. About.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、例えば、電気自動車推進用の車輪
を負荷として回転駆動するためのハイブリッド駆動装置
として、図10に示す構成のものが知られている。すな
わち、ガソリンエンジンのような原動機101の出力軸
102に回転電機103の回転軸104の一端が結合さ
れている。この回転電機103の回転子105は、珪素
鋼板を積層した回転鉄心106と回転子コイル107で
構成されている。また回転電機103の固定子108
は、回転鉄心106の外周を取り囲むように配置されて
いる珪素鋼板を積層した固定子鉄心109と固定子コイ
ル110から構成されている。回転子105の回転軸1
04の反対側端に車両推進用の車輪が負荷として結合さ
れる(以下、エンジンと車輪とを一緒に外部の機械とし
て説明する)。そして図11に示すように、回転電機1
03の固定子108の固定子コイル110がインバータ
111に電気的に接続され、またこのインバータ111
が電源としてのバッテリ112に電気的に接続される。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a hybrid drive device shown in FIG. 10 has been known as a hybrid drive device for rotationally driving an electric vehicle propulsion wheel with a load. That is, one end of a rotating shaft 104 of a rotating electric machine 103 is connected to an output shaft 102 of a prime mover 101 such as a gasoline engine. The rotor 105 of the rotating electric machine 103 includes a rotating core 106 formed by stacking silicon steel plates and a rotor coil 107. The stator 108 of the rotating electric machine 103
Is composed of a stator core 109 and a stator coil 110 in which silicon steel plates are arranged so as to surround the outer periphery of the rotating core 106 and a stator coil 110. Rotary shaft 1 of rotor 105
A wheel for vehicle propulsion is connected as a load to the opposite end of 04 (hereinafter, the engine and the wheel will be described together as an external machine). Then, as shown in FIG.
03 is electrically connected to the inverter 111, and the
Are electrically connected to a battery 112 as a power supply.

【0003】このような従来のハイブリッド駆動装置で
は、エンジン・車輪101の発進、加速時にはバッテリ
112の電気エネルギをインバータ111を介して回転
電機103に供給し、回転運動エネルギに変換してエン
ジン・負荷101を回転駆動し、逆にエンジン・車輪1
01による発電、減速(制動)時には、エンジン・車輪
101の回転エネルギを回転電機3によって電気エネル
ギに変換し、インバータ111を介してバッテリ112
に回生し、これによりエネルギ消費の効率を向上させて
いる。
In such a conventional hybrid drive device, when the engine / wheel 101 starts and accelerates, the electric energy of the battery 112 is supplied to the rotating electric machine 103 via the inverter 111 and converted into rotational kinetic energy to convert the engine / load. 101 is driven to rotate, and conversely, engine / wheel 1
In the case of power generation and deceleration (braking) by the electric motor 01, the rotational energy of the engine / wheel 101 is converted into electric energy by the rotary electric machine 3,
And thus the efficiency of energy consumption is improved.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のハイブリッド駆動装置では、大電流の充放電
を繰り返すためにバッテリの寿命が大幅に短くなる問題
点があった。
However, in such a conventional hybrid drive device, there is a problem that the life of the battery is greatly reduced due to repeated charging and discharging of a large current.

【0005】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、負荷減速時の回転エネルギを回収し、
エネルギ効率を向上することができ、かつ負荷変動に対
しても安定した運転が可能なフライホイール組込み回転
電機、これを用いた負荷駆動装置及びその運転方法を提
供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and recovers rotational energy during load deceleration.
An object of the present invention is to provide a flywheel-incorporated rotary electric machine that can improve energy efficiency and can operate stably with respect to load fluctuation, a load driving device using the same, and a method of operating the same.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明のフライ
ホイール組込み回転電機は、外部とのエネルギ変換を主
として行う第1の電機子コイルを持つ第1の固定子と、
前記第1の固定子に空隙を介して対向するように配置さ
れた第1の回転子と、第2の電機子コイルを持ち、前記
第1の回転子に別の空隙を介して対向するように配置さ
れた第2の固定子と、前記第1の回転子の回転軸に独立
して回転できるように支承されたフライホイールと、前
記第1の回転子にさらに別の空隙を介して対向する位置
において前記フライホイールに結合された第2の回転子
とを備えたものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a flywheel-incorporated rotary electric machine having a first stator having a first armature coil for mainly performing energy conversion with the outside;
A first rotor disposed to face the first stator via a gap, and a second armature coil, the first stator being opposed to the first rotor via another gap. , A flywheel supported so as to be able to rotate independently of the rotation axis of the first rotor, and a second rotor opposed to the first rotor via a further air gap. And a second rotor coupled to the flywheel at a position where

【0007】請求項2の発明のフライホイール組込み回
転電機は、外部とのエネルギ変換を主として行う第1の
電機子コイルを持つ第1の固定子と、前記第1の固定子
の内側に空隙を介して対向するように配置され、回転軸
に支持される第1の回転子と、前記第1の回転子の片側
に空隙を介して対向するように配置された第2の電機子
コイルを持つ第2の固定子と、前記第1の回転子の他側
に空隙を介して対向するように配置された第2の回転子
と、前記回転軸に支承され、前記第2の回転子と結合さ
れたフライホイールとから成るものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a flywheel-incorporated rotary electric machine having a first stator having a first armature coil for mainly performing energy conversion with the outside, and a gap inside the first stator. A first rotor disposed opposite to the first rotor and supported by a rotating shaft; and a second armature coil disposed opposite to one side of the first rotor via a gap. A second stator, a second rotor disposed to face the other side of the first rotor via a gap, and supported by the rotation shaft, and coupled to the second rotor. Flywheel.

【0008】請求項1及び2の発明のフライホイール組
込み回転電機では、第1の固定子に外部から電気エネル
ギを供給すると、空隙を介して対向するように配置され
ている第1の回転子が回転する。この第1の回転子を支
持する回転軸は外部の負荷と結合され、その負荷とエネ
ルギのやり取りを行う。
In the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first and second aspects of the present invention, when electric energy is supplied to the first stator from the outside, the first rotor disposed so as to be opposed to the first stator via a gap is provided. Rotate. The rotating shaft that supports the first rotor is coupled to an external load and exchanges energy with the load.

【0009】そこで第1の回転子がある速度で回転して
いる時に減速を開始すると、この第1の回転子と空隙を
介して対向するように配置されている第2の固定子が励
磁され、これによって第1の回転子に電流を誘導する。
この誘導電流により作られる磁界と共に第1の回転子が
回転しているために、相対速度の異なる第2の回転子に
も誘導電流が生じて駆動トルクを発生し、第2の回転子
が回転し、この結果、第2の回転子と結合されたフライ
ホイールも回転する。これにより、第1の回転子は減速
し、減速したときの第1の回転子の回転エネルギはフラ
イホイールの回転エネルギに変換される。
Therefore, when deceleration is started while the first rotor is rotating at a certain speed, the second stator disposed so as to be opposed to the first rotor via a gap is excited. , Thereby inducing a current in the first rotor.
Since the first rotor rotates together with the magnetic field generated by the induced current, an induced current is also generated in the second rotor having a different relative speed to generate a driving torque, and the second rotor rotates. As a result, the flywheel coupled to the second rotor also rotates. As a result, the first rotor decelerates, and the rotational energy of the first rotor when decelerated is converted into rotational energy of the flywheel.

【0010】一方、加速時には、第2の固定子を励磁す
ることによって第1の回転子に誘導電流を生じさせ、第
2の回転子にも誘導電流が生じさせる。この誘導電流
と、第2の固定子により誘導された第1の回転子の磁界
により回転力が生じる。作用・反作用によりフライホイ
ールは減速し、第1の回転子が加速する。すなわち、フ
ライホイールの回転エネルギが第1の回転子の回転エネ
ルギに変換される。
On the other hand, during acceleration, an induced current is generated in the first rotor by exciting the second stator, and an induced current is also generated in the second rotor. A torque is generated by the induced current and the magnetic field of the first rotor induced by the second stator. The flywheel is decelerated by the action / reaction, and the first rotor is accelerated. That is, the rotational energy of the flywheel is converted to the rotational energy of the first rotor.

【0011】さらに、回転電機は通常、負荷が急変した
場合や過負荷の場合、電気機器システムとして電気的な
エネルギの余裕が不足するので回転速度が変動して不安
定になりやすいが、請求項1の発明のフライホイール組
込み回転電機ではフライホイールに運動エネルギが蓄え
られているため、負荷変動に対するエネルギを吸収、供
与することができ、安定した回転運転が可能となる。
[0011] Furthermore, the rotating electric machine usually becomes unstable when the load suddenly changes or the load is overloaded, because the electric equipment system has insufficient electric energy margin and the rotational speed fluctuates. In the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first aspect of the invention, since kinetic energy is stored in the flywheel, energy for load fluctuation can be absorbed and supplied, and stable rotation operation can be performed.

【0012】請求項3の発明のフライホイール組込み回
転電機は、外部とのエネルギ変換を主として行う第1の
電機子コイルを持つ第1の固定子と、前記第1の固定子
の内側に空隙を介して対向するように配置され、回転軸
に支持される第1の回転子と、前記第1の回転子の片側
に空隙を介して対向するように配置された第2の電機子
コイルを持つ第2の固定子と、前記第2の固定子よりも
内側の位置において、前記第1の回転子の前記片側に空
隙を介して対向するように配置された第2の回転子と、
前記回転軸に支承され、前記第2の回転子と結合された
フライホイールとから成るものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a flywheel-installed rotary electric machine having a first stator having a first armature coil for mainly performing energy conversion with the outside, and a gap inside the first stator. A first rotor disposed opposite to the first rotor and supported by a rotating shaft; and a second armature coil disposed opposite to one side of the first rotor via a gap. A second stator, and a second rotor disposed at a position inside the second stator so as to face the one side of the first rotor via a gap,
A flywheel mounted on the rotating shaft and coupled to the second rotor.

【0013】請求項4の発明のフライホイール組込み回
転電機は、外部とのエネルギ変換を主として行う第1の
電機子コイルを持つ第1の固定子と、前記第1の固定子
の側方に空隙を介して対向するように配置され、回転軸
に支持される第1の回転子と、前記第1の回転子の外周
に空隙を介して対向するように配置された第2の電機子
コイルを持つ第2の固定子と、前記第1の回転子の外周
よりも内側に位置において、当該第1の回転子に周方向
の空隙を介して対向するように配置された第2の回転子
と、前記回転軸に支承され、前記第2の回転子と結合さ
れたフライホイールとから成るものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotary electric machine with a built-in flywheel, wherein a first stator having a first armature coil for mainly performing energy conversion with the outside, and a gap beside the first stator. A first rotor, which is arranged to face the first rotor and is supported by the rotating shaft, and a second armature coil, which is arranged to face the outer periphery of the first rotor via a gap. A second stator having a second stator disposed inside the outer circumference of the first rotor and facing the first rotor via a circumferential gap. , And a flywheel supported on the rotating shaft and coupled to the second rotor.

【0014】請求項3及び4の発明のフライホイール組
込み回転電機では、請求項1及び2のフライホイール組
込み回転電機と同様に回転動作するが、第2の固定子と
第2の回転子とが同一平面に配置されるので回転軸方向
の長さを短くできる。
The rotary electric machine with a built-in flywheel according to the third and fourth aspects of the present invention operates similarly to the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first and second aspects, except that the second stator and the second rotor are separated from each other. Since they are arranged on the same plane, the length in the rotation axis direction can be reduced.

【0015】請求項5の発明のフライホイール組込み回
転電機は、外部とのエネルギ変換を主として行う第1の
電機子コイルを持つ第1の固定子と、前記第1の固定子
の側方に空隙を介して対向するように配置され、回転軸
に支持される第1の回転子と、前記第1の回転子の外周
に空隙を介して対向するように配置された第2の電機子
コイルを持つ第2の固定子と、前記第1の回転子の前記
外周に、前記第2の固定子との空隙に隣接する空隙を介
して対向するように配置された第2の回転子と、前記回
転軸に支承され、前記第2の回転子と結合されたフライ
ホイールとから成るものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a rotary electric machine with a built-in flywheel, wherein a first stator having a first armature coil for mainly performing energy conversion with the outside, and a gap beside the first stator. A first rotor, which is arranged to face the first rotor and is supported by the rotating shaft, and a second armature coil, which is arranged to face the outer periphery of the first rotor via a gap. A second stator having a second rotor disposed so as to face the outer periphery of the first rotor via a gap adjacent to a gap with the second stator; A flywheel mounted on the rotating shaft and coupled to the second rotor.

【0016】請求項5の発明のフライホイール組込み回
転電機では、請求項1及び2のフライホイール組込み回
転電機と同様に回転動作する。
The rotary electric machine with a built-in flywheel according to a fifth aspect of the present invention performs a rotating operation similarly to the rotary electric machines with a built-in flywheel according to the first and second aspects.

【0017】請求項6の発明は、請求項1〜5のフライ
ホイール組込み回転電機において、前記第1の回転子に
おける前記第2の固定子と対向する面と前記第2の回転
子と対向する面、及び前記第2の回転子における前記第
1の回転子と対向する面に導体を配置したものであり、
誘導電流を導体に流すことができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the flywheel rotating electric machine according to any of the first to fifth aspects, a surface of the first rotor facing the second stator and a surface facing the second rotor. And a conductor disposed on a surface of the second rotor facing the first rotor.
An induced current can flow through the conductor.

【0018】請求項7の発明は、請求項1〜6のフライ
ホイール組込み回転電機において、前記第1の回転子に
おける前記第1の固定子と対向する面に永久磁石を配置
したものであり、界磁電流が不要となり、界磁の構成も
簡素になり、第1の回転子の導体を配置する自由度が増
す。
According to a seventh aspect of the present invention, in the flywheel rotating electric machine incorporating the first to sixth aspects, a permanent magnet is arranged on a surface of the first rotor facing the first stator. No field current is required, the structure of the field is simplified, and the degree of freedom in arranging the conductor of the first rotor is increased.

【0019】請求項8の発明は、請求項1〜7のフライ
ホイール組込み回転電機において、前記第1の回転子に
おける前記第1の固定子と対向する面に磁気的に凹凸を
設けたものであり、磁気的な凹凸を設けるだけの構造な
ので第1の回転子の構造が簡素になり、第1の回転子の
導体を配置する自由度が増す。
According to an eighth aspect of the present invention, in the rotary electric machine with a built-in flywheel according to any one of the first to seventh aspects, a surface of the first rotor facing the first stator has magnetic irregularities. In addition, since the structure has only magnetic irregularities, the structure of the first rotor is simplified, and the degree of freedom in arranging the conductors of the first rotor is increased.

【0020】請求項9の発明は、請求項1〜8のフライ
ホイール組込み回転電機において、前記第2の回転子と
前記フライホイールとを構造的に一体化したものであ
り、小型化が可能である。
According to a ninth aspect of the present invention, in the rotary electric machine with a built-in flywheel according to any of the first to eighth aspects, the second rotor and the flywheel are structurally integrated, so that miniaturization is possible. is there.

【0021】請求項10の発明は、請求項1〜9のフラ
イホイール組込み回転電機において、前記第1の回転子
において、前記第2の固定子と対向する面の導体が作る
磁界の極数と、前記第2の回転子と対向する面の導体が
作る磁界の極数とが異なるようにしたものであり、第2
の固定子で作る回転磁界と第2の回転子上の回転磁界と
の角速度を変えることができ、例えば、第2の回転子の
速度を第1の回転子の速度に対して数分の1や逆に数倍
にすることが可能である。
According to a tenth aspect of the present invention, in the flywheel rotating electric machine of the first to ninth aspects, the number of poles of a magnetic field formed by a conductor on a surface of the first rotor facing the second stator The number of poles of the magnetic field generated by the conductor on the surface facing the second rotor is different from that of the second rotor.
The rotational speed of the rotating magnetic field generated by the stator and the rotating speed of the rotating magnetic field on the second rotor can be changed. For example, the speed of the second rotor is reduced by a fraction of the speed of the first rotor. Or, conversely, it is possible to make it several times.

【0022】請求項11の発明は、請求項1〜10のフ
ライホイール組込み回転電機において、前記フライホイ
ールにその慣性質量の可変機構を設けたものである。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the rotary electric machine incorporating the flywheel according to any of the first to tenth aspects, the flywheel is provided with a mechanism for varying the inertial mass of the flywheel.

【0023】請求項12の発明は、請求項11のフライ
ホイール組込み回転電機において、前記フライホイール
の慣性質量の可変機構を前記フライホイールに複数の重
りを回転軸を中心として等方向に配置し、当該複数の重
りそれぞれを半径方向に移動できるように支持する構造
にしたものである。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the flywheel rotating electric machine with the built-in flywheel according to the eleventh aspect, a variable mechanism of the inertial mass of the flywheel is provided on the flywheel with a plurality of weights arranged in the same direction about a rotation axis, The plurality of weights are supported so as to be movable in the radial direction.

【0024】請求項13の発明は、請求項12のフライ
ホイール組込み回転電機において、前記フライホイール
の慣性質量の可変機構を前記複数の重りそれぞれを前記
フライホイールの半径方向の移動に対して力が作用する
ようにばねで前記フライホイールに接続する構造にした
ものである。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the rotary electric machine with the flywheel incorporated therein according to the twelfth aspect, the variable mechanism of the inertial mass of the flywheel is configured to apply a force to each of the plurality of weights against the radial movement of the flywheel. The spring is connected to the flywheel by a spring so as to operate.

【0025】請求項11〜13の発明のフライホイール
組込み回転電機では、始動時には遠心力が僅かであり、
複数の重りそれぞれが最も中心寄りに位置し、速度が増
加していくにしたがって遠心力が大きくなり、複数の重
りそれぞれが遠心力と釣合うまで外寄りの位置に移動し
てフライホイールの慣性モーメントが増加していく。こ
のため、起動時には慣性モーメントが小さいための起動
トルクも小さくてよく、また低速から高速回転までの加
速時間を短くできる。加えて、高速回転時には慣性モー
メントが大きくなるので大きな運動エネルギを蓄積する
ことができ、その働きをより効果的に行わせることがで
きる。
In the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the present invention, the centrifugal force is small at the time of starting.
Each of the multiple weights is located closest to the center, and as the speed increases, the centrifugal force increases, and each of the multiple weights moves to the outer position until it balances the centrifugal force, and the moment of inertia of the flywheel Will increase. For this reason, at the time of startup, the startup torque due to the small inertia moment may be small, and the acceleration time from low speed to high speed rotation can be shortened. In addition, since the moment of inertia increases at high speed rotation, a large kinetic energy can be stored, and the function can be performed more effectively.

【0026】請求項14の発明の負荷駆動装置は、請求
項1〜13のいずれかのフライホイール組込み回転電機
を用いて、前記回転軸を負荷に結合し、前記第1及び第
2の固定子を電力変換手段を介してバッテリと電気的に
接続してエネルギの入出力を行うものであり、負荷の発
進・加速モードではバッテリを電源として電力変換手段
によって第1の回転子を駆動し、減速モードでは回転エ
ネルギをフライホイールに与え、余剰のエネルギが生じ
たときやバッテリの充電量が不足しているときには回転
エネルギを第1の回転子から第1及び第2の固定子を通
してバッテリへ回収することができる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a load driving device, wherein the rotary shaft is coupled to a load using the flywheel-incorporated rotary electric machine according to any one of the first to thirteenth aspects, and the first and second stators are mounted. Is electrically connected to a battery through a power conversion means for inputting and outputting energy. In a start / acceleration mode of the load, the first rotor is driven by the power conversion means using the battery as a power source, and deceleration is performed. In the mode, rotational energy is given to the flywheel, and when surplus energy is generated or when the charge amount of the battery is insufficient, the rotational energy is recovered from the first rotor to the battery through the first and second stators. be able to.

【0027】請求項15の発明の負荷駆動装置の運転方
法は、請求項14の負荷駆動装置を用いて、前記回転軸
に結合される負荷の加減速時に生じる短時間で頻度の高
いエネルギの入出力は前記フライホイールに回転運動エ
ネルギとして貯蔵し、より長い時間で大きなエネルギを
入出力する時は前記バッテリに化学エネルギとして貯蔵
するものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a driving method of a load driving apparatus, wherein the load driving apparatus according to the fourteenth aspect uses a short-time and high-frequency energy input generated when the load coupled to the rotary shaft is accelerated or decelerated. The output is stored as rotational kinetic energy in the flywheel and stored as chemical energy in the battery when a large amount of energy is input / output for a longer time.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図1及び図2は本発明のフライホイ
ール組込み回転電機の1つの実施の形態を示している。
ケース1の胴内部に円環状の第1の固定子2が固定さ
れ、この第1の固定子2には外部とのエネルギ変換を主
として行う電機子コイル3が備えられている。第1の固
定子2の内周面に空隙を介して対向するように第1の回
転子4が配置され、この第1の回転子4は中心部が回転
軸5によって支持されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 and 2 show one embodiment of a rotary electric machine with a built-in flywheel according to the present invention.
An annular first stator 2 is fixed inside the body of the case 1, and the first stator 2 is provided with an armature coil 3 that mainly performs energy conversion with the outside. A first rotor 4 is arranged so as to face the inner peripheral surface of the first stator 2 via a gap, and the first rotor 4 has a center portion supported by a rotating shaft 5.

【0029】第1の回転子4は、珪素鋼板を積層した構
造の第1の回転子鉄心6の外周に第1の固定子2と対向
するように永久磁石7を配置し、さらに、第1の回転子
鉄心6の一方の側面に導線a8を、他方の側面に導線b
9を配置し、これらを電気的に接続した構造である。
The first rotor 4 has a permanent magnet 7 disposed on the outer periphery of a first rotor core 6 having a structure in which silicon steel sheets are laminated so as to face the first stator 2. Conductor a8 on one side of the rotor core 6 and a conductor b on the other side.
9 are arranged and these are electrically connected.

【0030】ケース1の一方の底部内の、前記導線a8
と空隙を介して対向する位置には円環状の第2の固定子
10が取付けられている。この第2の固定子10には電
機子コイル11が備えられている。
The conductor a8 in one bottom of the case 1
An annular second stator 10 is attached at a position facing the first stator 10 via a gap. The second stator 10 is provided with an armature coil 11.

【0031】第1の回転子4の前記導線b9が配置され
た側では、回転軸5にフライホイール12がベアリング
13によって支承されており、このフライホイール12
の、前記導線b9と対向する側の側面には、この導線b
9と空隙を介して対向する位置に第2の回転子14が一
体的に取付けられている。第2の回転子14は、フライ
ホイール12に取付けられた第2の回転子鉄心15に導
線16を配置した構造である。
A flywheel 12 is supported by a bearing 13 on the rotating shaft 5 on the side of the first rotor 4 on which the conductive wire b9 is arranged.
On the side opposite to the conducting wire b9,
The second rotor 14 is integrally mounted at a position facing the first rotor 9 via a gap. The second rotor 14 has a structure in which a conductive wire 16 is arranged on a second rotor core 15 attached to the flywheel 12.

【0032】このフライホイール組込み回転電機では、
回転軸5の一側にエンジンを結合し、また回転軸5の他
側に負荷装置を結合し、また第1の固定子2、第2の固
定子10に配置された電機子コイル3,11を外部の電
力変換手段としてのインバータ(図示せず)を介してバ
ッテリに接続することにより、そのシステム全体が負荷
駆動装置として用いられる。
In this rotary electric machine incorporating a flywheel,
An engine is connected to one side of the rotating shaft 5, a load device is connected to the other side of the rotating shaft 5, and armature coils 3, 11 arranged on the first stator 2 and the second stator 10 are provided. Is connected to a battery via an inverter (not shown) as external power conversion means, so that the entire system is used as a load driving device.

【0033】次に、上記構成のフライホイール組込み回
転電機の動作について説明する。
Next, the operation of the rotary electric machine incorporating the flywheel constructed as described above will be described.

【0034】<減速時>第1の固定子2の電機子コイル
3に電気エネルギを供給することにより、第1の回転子
4が回転する。第1の回転子4を支持する回転軸5は、
それに結合された外部の機械、エンジンと負荷装置とエ
ネルギのやり取りを行う。つまり、外部の機械に対して
第1の回転子4の回転力を伝達し、逆に外部の機械の回
転エネルギを受けて第1の回転子4を回転駆動するので
ある。
<At the time of deceleration> By supplying electric energy to the armature coil 3 of the first stator 2, the first rotor 4 rotates. The rotating shaft 5 that supports the first rotor 4 is
It exchanges energy with external machines, engines and load devices coupled to it. That is, the rotational force of the first rotor 4 is transmitted to an external machine, and the first rotor 4 is rotationally driven by receiving the rotational energy of the external machine.

【0035】例えば、第1の回転子4がある速度で回転
した後に減速を開始すると、第2の固定子10の電機子
コイル11を励磁し、これによって第1の回転子4の導
線a8に電流が誘導される。導線a8には導線b9が電
気的に接続されているので、導線b9は導線a8に誘起
された電流により磁界を形成し、さらに第1の回転子4
が回転しているために、フライホイール12上の第2の
回転子14の導線16に誘導電流が生じて駆動トルクが
発生し、第2の回転子14が回転駆動され、これと一体
化されたフライホイール12が回転する。このフライホ
イール12の回転作用の反作用として第1の回転子4は
減速し、減速したときの第1の回転子4の回転エネルギ
がフライホイール12の回転エネルギに変換される。
For example, when the first rotor 4 starts rotating at a certain speed and then starts decelerating, the armature coil 11 of the second stator 10 is excited, and thereby the lead wire a8 of the first rotor 4 Current is induced. Since the conducting wire b9 is electrically connected to the conducting wire a8, the conducting wire b9 forms a magnetic field by the current induced in the conducting wire a8.
Is rotating, an induced current is generated in the conductor 16 of the second rotor 14 on the flywheel 12 to generate a driving torque, and the second rotor 14 is rotationally driven and integrated therewith. The flywheel 12 rotates. The first rotor 4 decelerates as a reaction to the rotation of the flywheel 12, and the rotational energy of the first rotor 4 when decelerated is converted into rotational energy of the flywheel 12.

【0036】<加速時>第1の回転子4を加速するとき
には、第2の固定子10の電機子コイル11を励磁す
る。これによって、第1の回転子4の導線a8に誘導電
流が生じて導線b9に流れ、第2の回転子14の導線1
6にも誘導電流が生じる。この誘導電流と第1の回転子
4の導線b9が作る磁界とにより回転力が生じ、作用・
反作用によってフライホイール12は減速し、逆に第1
の回転子4が加速される。すなわち、フライホイール1
2の回転エネルギが第1の回転子4の回転エネルギに変
換されるのである。
<Acceleration> When the first rotor 4 is accelerated, the armature coil 11 of the second stator 10 is excited. As a result, an induced current is generated in the conductor a8 of the first rotor 4 and flows through the conductor b9, so that the conductor 1 of the second rotor 14
6 also produces an induced current. The induced current and the magnetic field created by the conductor b9 of the first rotor 4 generate a rotational force,
The reaction causes the flywheel 12 to decelerate,
Rotor 4 is accelerated. That is, the flywheel 1
2 is converted into the rotational energy of the first rotor 4.

【0037】<負荷変動時>一般的には、回転軸5に結
合されている負荷が急変した場合、それが過負荷の場合
には、駆動装置として電気的なエネルギの余裕が不足す
ると回転速度が変動して不安定になりやすい。しかしな
がら、本発明のフライホイール組込み回転電機では、フ
ライホイール12に運動エネルギが蓄えられているため
に、負荷変動に対するエネルギをフライホイール12に
よって吸収・供与することができ、フライホイール組込
み回転電機として安定した運転が可能である。
<At the time of load change> Generally, when the load connected to the rotating shaft 5 changes suddenly, and when the load is overloaded, the rotational speed is reduced if the drive has insufficient electrical energy margin. Tends to fluctuate and become unstable. However, in the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the present invention, since kinetic energy is stored in the flywheel 12, energy for load fluctuation can be absorbed and supplied by the flywheel 12, and the rotary electric machine with a built-in flywheel is stable. Driving is possible.

【0038】次に、本発明の第2の実施の形態のフライ
ホイール組込み回転電機を図3に基づいて説明する。第
2の実施の形態のフライホイール組込み回転電機は、ケ
ース1の胴内部に円環状の第1の固定子2が固定され、
この第1の固定子2には外部とのエネルギ変換を主とし
て行う電機子コイル3が備えられている。第1の固定子
2の内周面に空隙を介して対向するように第1の回転子
4が配置され、この第1の回転子4は中心部が回転軸5
によって支持されている。
Next, a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the flywheel-mounted rotary electric machine according to the second embodiment, an annular first stator 2 is fixed inside a body of a case 1,
The first stator 2 is provided with an armature coil 3 that mainly performs energy conversion with the outside. A first rotor 4 is disposed so as to face an inner peripheral surface of the first stator 2 via a gap, and the center of the first rotor 4 is a rotating shaft 5.
Supported by

【0039】第1の回転子4は、珪素鋼板を積層した構
造の第1の回転子鉄心6の外周に第1の固定子2と対向
するように永久磁石7を配置し、さらに、第1の回転子
鉄心6の一方の側面の外側に導線a8を、その内側に導
線b9を配置し、これらを電気的に接続した構造であ
る。
The first rotor 4 has a permanent magnet 7 disposed on the outer periphery of a first rotor core 6 having a structure in which silicon steel sheets are laminated so as to face the first stator 2. A conductor a8 is arranged outside one side surface of the rotor core 6 and a conductor b9 is arranged inside the rotor core 6, and these are electrically connected.

【0040】ケース1の胴内部には、固定子支持部材1
7が形成され、この固定子支持部材17上の、前記導線
a8と空隙を介して対向する位置に円環状の第2の固定
子10が取付けられている。この第2の固定子10には
電機子コイル11が備えられている。
The inside of the body of the case 1 includes a stator supporting member 1.
The annular second stator 10 is mounted on the stator support member 17 at a position facing the conductive wire a8 via a gap. The second stator 10 is provided with an armature coil 11.

【0041】第2の固定子10の内側の空間には同心状
に第2の回転子14が配置されている。この第2の回転
子14は第2の回転子鉄心15と導線16で成り、この
第2の回転子鉄心15が第1の回転子4の側面内側の導
線b9と空隙を介して対向させてある。回転軸5上に
は、第2の回転子14のさらに側方にフライホイール1
2がベアリング13によって支承されており、このフラ
イホイール12と第2の回転子14とが一体化されてい
る。
A second rotor 14 is concentrically arranged in a space inside the second stator 10. The second rotor 14 includes a second rotor core 15 and a conductor 16, and the second rotor core 15 faces a conductor b <b> 9 inside the side surface of the first rotor 4 via a gap. is there. On the rotating shaft 5, further on the side of the second rotor 14, the flywheel 1
2 is supported by bearings 13, and the flywheel 12 and the second rotor 14 are integrated.

【0042】この第2の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機も、その回転軸5の一側にエンジンを結合
し、また回転軸5の他側に負荷装置を結合し、また第1
の固定子2、第2の固定子10に配置された電機子コイ
ル3,11を外部の電力変換手段としてのインバータ
(図示せず)を介してバッテリに接続することにより、
そのシステム全体が負荷駆動装置として用いられる。そ
して動作は上述した第1の実施の形態のフライホイール
組込み回転電機と同様である。ただし、第2の実施の形
態のフライホイール組込み回転電機では、第2の固定子
10と第2の回転子14とが同心状に径方向に並んだ配
置となるため、第1の実施の形態のフライホイール組込
み回転電機よりも軸方向の長さを短く、扁平形にできる
利点がある。
The rotary electric machine with a built-in flywheel according to the second embodiment also has an engine connected to one side of the rotary shaft 5 and a load device connected to the other side of the rotary shaft 5.
By connecting the armature coils 3 and 11 arranged on the stator 2 and the second stator 10 to a battery via an inverter (not shown) as external power conversion means,
The whole system is used as a load driving device. The operation is similar to that of the above-described rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first embodiment. However, in the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the second embodiment, the second stator 10 and the second rotor 14 are arranged concentrically in the radial direction. There is an advantage that the length in the axial direction is shorter than that of the rotary electric machine with a built-in flywheel, and a flat shape can be obtained.

【0043】次に、本発明の第3の実施の形態のフライ
ホイール組込み回転電機を図4に基づいて説明する。第
3の実施の形態のフライホイール組込み回転電機は、ケ
ース1の底面内部に円環状の第1の固定子2が固定さ
れ、この第1の固定子2に外部とのエネルギ変換を主と
して行う電機子コイル3が備えられている。第1の固定
子2の側周面に空隙を介して対向するように第1の回転
子4が配置され、この第1の回転子4の中心部が回転軸
5によって支持されている。
Next, a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the third embodiment, an annular first stator 2 is fixed inside a bottom surface of a case 1, and the first stator 2 mainly performs energy conversion with the outside. A child coil 3 is provided. The first rotor 4 is arranged so as to face the side peripheral surface of the first stator 2 via a gap, and the center of the first rotor 4 is supported by the rotating shaft 5.

【0044】第1の回転子4は、珪素鋼板を積層した構
造の第1の回転子鉄心6を備え、その第1の固定子2に
面する側面に当該第1の固定子2と対向するように永久
磁石7を配置し、さらに、第1の回転子鉄心6の外周部
に抉り部18を形成し、この抉り部18内の外側に導線
a8を、内側に導線b9を配置し、これらを電気的に接
続した構造である。
The first rotor 4 includes a first rotor core 6 having a structure in which silicon steel plates are laminated, and a side surface of the first rotor core 6 facing the first stator 2 faces the first stator 2. The permanent magnet 7 is arranged as described above, and further, a gouge 18 is formed on the outer peripheral portion of the first rotor core 6. A conductor a8 is arranged inside the gouge 18, and a conductor b9 is arranged inside. Are electrically connected.

【0045】ケース1の胴内部には、前記導線a8と空
隙を介して対向する位置に円環状の第2の固定子10が
取付けられている。この第2の固定子10には電機子コ
イル11が備えられている。
An annular second stator 10 is mounted inside the body of the case 1 at a position facing the conductive wire a8 via a gap. The second stator 10 is provided with an armature coil 11.

【0046】第1の回転子4の抉り部18にはまた、第
2の固定子10と径方向に並ぶように第2の回転子14
が配置されている。この第2の回転子14は第2の回転
子鉄心15と導線16で成り、この導線16を第1の回
転子4の抉り部18の内側の導線b9と空隙を介して対
向させてある。回転軸5上の第1の回転子4の側方の位
置に、フライホイール12がベアリング13によって支
承されており、このフライホイール12と第2の回転子
14とが一体化されている。
The hollow portion 18 of the first rotor 4 is also provided with the second rotor 14 so as to be radially aligned with the second stator 10.
Is arranged. The second rotor 14 includes a second rotor core 15 and a conductor 16, and the conductor 16 is opposed to a conductor b <b> 9 inside the recess 18 of the first rotor 4 via a gap. A flywheel 12 is supported by a bearing 13 at a position on the rotating shaft 5 beside the first rotor 4, and the flywheel 12 and the second rotor 14 are integrated.

【0047】この第3の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機も、その回転軸5の一側にエンジンを結合
し、また回転軸5の他側に負荷装置を結合し、また第1
の固定子2、第2の固定子10それぞれに配置された電
機子コイル3,11を外部の電力変換手段としてのイン
バータ(図示せず)を介してバッテリに接続することに
より、そのシステム全体が負荷駆動装置として用いられ
る。そして動作は上述した第1及び第2の実施の形態の
フライホイール組込み回転電機と同様である。ただし、
第3の実施の形態のフライホイール組込み回転電機では
第2の実施の形態のフライホイール組込み回転電機と同
様に、第2の固定子10と第2の回転子14とが同心状
に径方向に並んだ配置となるため、第1の実施の形態の
フライホイール組込み回転電機よりも軸方向の長さを短
く、扁平形にできる利点がある。
The rotary electric machine with a built-in flywheel according to the third embodiment also has an engine coupled to one side of the rotating shaft 5 and a load device coupled to the other side of the rotating shaft 5.
By connecting the armature coils 3 and 11 respectively arranged on the stator 2 and the second stator 10 to a battery via an inverter (not shown) as external power conversion means, the entire system is Used as a load driving device. The operation is similar to that of the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first and second embodiments. However,
In the flywheel-embedded rotary electric machine according to the third embodiment, the second stator 10 and the second rotor 14 are concentrically arranged in the radial direction similarly to the flywheel-integrated rotary electric machine according to the second embodiment. Since they are arranged side by side, there is an advantage that the length in the axial direction is shorter than that of the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first embodiment, and a flat shape can be obtained.

【0048】次に、本発明の第4の実施の形態のフライ
ホイール組込み回転電機を図5に基づいて説明する。第
4の実施の形態のフライホイール組込み回転電機は、ケ
ース1の底面内部に円環状の第1の固定子2が固定さ
れ、この第1の固定子2に外部とのエネルギ変換を主と
して行う電機子コイル3が備えられている。第1の固定
子2の側周面に空隙を介して対向するように第1の回転
子4が配置され、この第1の回転子4は中心部が回転軸
5によって支持されている。
Next, a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the fourth embodiment, an annular first stator 2 is fixed inside a bottom surface of a case 1, and the first stator 2 mainly performs energy conversion with the outside. A child coil 3 is provided. A first rotor 4 is arranged so as to face a side peripheral surface of the first stator 2 via a gap, and the first rotor 4 has a center portion supported by a rotation shaft 5.

【0049】第1の回転子4は、珪素鋼板を積層した構
造の第1の回転子鉄心6の第1の固定子2に面する側面
に当該第1の固定子2と対向するように永久磁石7を配
置し、さらに、第1の回転子鉄心6の外周部にフランジ
部19を形成し、このフランジ部19上に相隣接するよ
うに導線a8と導線b9を配置し、これらを電気的に接
続した構造である。
The first rotor 4 is provided on a side face of the first rotor core 6 having a structure in which silicon steel plates are laminated, facing the first stator 2 so as to face the first stator 2 permanently. The magnet 7 is arranged, and a flange 19 is formed on the outer periphery of the first rotor core 6. The conductors a <b> 8 and b <b> 9 are arranged on the flange 19 so as to be adjacent to each other. It is the structure connected to.

【0050】ケース1の胴内部には、前記導線a8と空
隙を介して対向する位置に円環状の第2の固定子10が
取付けられている。この第2の固定子10には電機子コ
イル11が備えられている。
An annular second stator 10 is mounted inside the body of the case 1 at a position facing the conductive wire a8 via a gap. The second stator 10 is provided with an armature coil 11.

【0051】この第2の固定子10と軸方向に並ぶよう
に第2の回転子14が配置されている。この第2の回転
子14は第2の回転子鉄心15と導線16で成り、第2
の回転子鉄心15を第1の回転子4の導線b9と空隙を
介して対向させてある。回転軸5上の第1の回転子4の
側方の位置に、フライホイール12がベアリング13に
よって支承されており、このフライホイール12と第2
の回転子14とが一体化されている。したがって、フラ
イホイール12の外周部によって第2の回転子14が支
持された構造となっている。
A second rotor 14 is arranged so as to be axially aligned with the second stator 10. The second rotor 14 includes a second rotor core 15 and a conductor 16,
Is opposed to the conductor b9 of the first rotor 4 via a gap. A flywheel 12 is supported by bearings 13 at a position on the rotating shaft 5 beside the first rotor 4, and the flywheel 12 and the second
And the rotor 14 are integrated. Therefore, the second rotor 14 is supported by the outer peripheral portion of the flywheel 12.

【0052】この第4の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機も、その回転軸5の一側にエンジンを結合
し、また回転軸5の他側に負荷装置を結合し、また第1
の固定子2、第2の固定子10それぞれに配置された電
機子コイル3,11を外部の電力変換手段としてのイン
バータ(図示せず)を介してバッテリに接続することに
より、そのシステム全体が負荷駆動装置として用いられ
る。そして動作は上述した第1〜第3の実施の形態のフ
ライホイール組込み回転電機と同様である。
The rotary electric machine with a built-in flywheel according to the fourth embodiment also has an engine coupled to one side of the rotating shaft 5 and a load device coupled to the other side of the rotating shaft 5.
By connecting the armature coils 3 and 11 respectively arranged on the stator 2 and the second stator 10 to a battery via an inverter (not shown) as external power conversion means, the entire system is Used as a load driving device. The operation is the same as that of the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first to third embodiments.

【0053】なお、これらの第1〜第4の実施の形態の
フライホイール組込み回転電機において、図6に示すよ
うに、第1の固定子と対向する第1の回転子4を、その
対向面に磁気的に凹凸20を設けた第1の回転子鉄心6
によって構成することができ、これにより、磁気的な凹
凸を設けるのみなので構造的に簡素になり、また第1の
回転子4に配置する導線a8と導線b9を配置する自由
度が増す。
In the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first to fourth embodiments, as shown in FIG. 6, the first rotor 4 facing the first stator is placed on the facing surface thereof. Rotor core 6 magnetically provided with irregularities 20
Accordingly, since only magnetic irregularities are provided, the structure is simplified, and the degree of freedom in arranging the conductor a8 and the conductor b9 arranged on the first rotor 4 increases.

【0054】また、第1〜第4の実施の形態のフライホ
イール組込み回転電機において、第2の固定子10は電
機子コイル11で8極の回転磁界を作り、また第1の回
転子4の導線b9は2極の巻線とすることにより、第2
の固定子10で作る回転磁界と、第2の回転子14上の
回転磁界との角速度を変えることができ、第2の回転子
14の速度を第1の回転子4の速度に対して約4倍の回
転速度にすることができる。
Further, in the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first to fourth embodiments, the second stator 10 generates an 8-pole rotating magnetic field by the armature coil 11, and The conductor b9 is a two-pole winding, so that the second
The rotational speed of the rotating magnetic field generated by the stator 10 and the rotating speed of the rotating magnetic field on the second rotor 14 can be changed, and the speed of the second rotor 14 is approximately equal to the speed of the first rotor 4. The rotation speed can be increased four times.

【0055】また第1〜第4の実施の形態のフライホイ
ール組込み回転電機において、そのフライホイール12
の構造を図7に示すように変形することができる。この
フライホイール12には、中心軸の周りに等角度に径方
向の溝21を形成し、各溝21内に軸棒22を組入れ、
この軸棒22に自由にスライドできるように重り23を
填め、さらに自由状態で各重り23が最小径位置に位置
するようにばね24で外側から押え付けている。なお、
フライホイール12の溝21の内部の構造は図8に示す
ものとすることもできる。この場合には、重り23をば
ね24によって中心軸側に引き付ける力を加える構造で
ある。これらの図7又は図8に示した構造にすることに
よって、フライホイール12が回転速度を増加すること
により、その遠心力によって各重り23がばね24の力
に抗して外周方向に移動し、それによってフライホイー
ル12全体としての慣性質量が増加し、慣性モーメント
も増加する。すなわち、起動時には慣性モーメントは最
小であって起動トルクを小さくでき、低速から高速まで
の加速時間を短くできる。そして高速回転時には慣性モ
ーメントが大きくなるので大きな運動エネルギを蓄積す
ることができる。
In the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first to fourth embodiments, the flywheel 12
Can be modified as shown in FIG. In this flywheel 12, radial grooves 21 are formed at equal angles around the central axis, and a shaft rod 22 is incorporated in each groove 21.
A weight 23 is inserted into the shaft bar 22 so as to be freely slidable, and is pressed from the outside by a spring 24 so that each weight 23 is located at the minimum diameter position in a free state. In addition,
The internal structure of the groove 21 of the flywheel 12 may be as shown in FIG. In this case, a structure is used in which a force for pulling the weight 23 toward the central axis by the spring 24 is applied. With the structure shown in FIG. 7 or FIG. 8, when the flywheel 12 increases the rotation speed, each weight 23 moves in the outer peripheral direction against the force of the spring 24 due to the centrifugal force, As a result, the inertial mass of the flywheel 12 as a whole increases, and the moment of inertia also increases. That is, at the time of startup, the moment of inertia is minimum, the startup torque can be reduced, and the acceleration time from low speed to high speed can be shortened. At the time of high-speed rotation, the moment of inertia becomes large, so that large kinetic energy can be stored.

【0056】次に、本発明の第5の実施の形態のフライ
ホイール組込み回転電機を用いた負荷駆動装置及びその
運転方法を図9に基づいて説明する。フライホイール組
込み回転電機を用いた負荷駆動装置は、上記の第1〜第
4の実施の形態で説明したいずれかのフライホイール組
込み回転電機30を用い、これに図11に示した従来例
と同様に回転軸5にエンジン・車輪31を結合し、また
回転電機30の第1の固定子2の電機子コイル3と第2
の固定子10の電機子コイル11とを電力変換手段とし
てのインバータ32を介してバッテリ33に接続した構
成である。
Next, a description will be given of a load driving apparatus using a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a fifth embodiment of the present invention and an operation method thereof with reference to FIG. The load driving device using the flywheel-incorporated rotary electric machine uses any of the flywheel-incorporated rotary electric machines 30 described in the first to fourth embodiments, and is similar to the conventional example shown in FIG. The engine / wheel 31 is connected to the rotating shaft 5 and the armature coil 3 of the first stator 2 of the rotating electric machine 30 is connected to the second
And the armature coil 11 of the stator 10 is connected to a battery 33 via an inverter 32 as power conversion means.

【0057】この第5の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機を用いた負荷駆動装置は次のように運転す
る。
The load driving apparatus using the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the fifth embodiment operates as follows.

【0058】<発進・加速時>バッテリ33を電源とし
てインバータ32からフライホイール組込み回転電機3
0の第1の固定子2の電機子コイル3に電流を与え、同
時に第2の固定子10の電機子コイル11にも電流を与
えて第1の回転子4を回転駆動し、この回転電機30を
電動機して動作させ、大きな加速トルクによりエンジン
・車輪31のエンジンを始動させ、あるいは車輪を加速
する。
<During Start / Acceleration> The rotary electric machine 3 incorporating the flywheel from the inverter 32 using the battery 33 as a power source.
0, the current is applied to the armature coil 3 of the first stator 2 and the current is simultaneously applied to the armature coil 11 of the second stator 10 to rotate and drive the first rotor 4. The motor 30 is operated by an electric motor to start the engine of the engine / wheel 31 with a large acceleration torque or to accelerate the wheel.

【0059】加速時にはまた、第1の固定子2からの電
磁エネルギと共に、フライホイール12の蓄積エネルギ
が第2の回転子14から第1の回転子4に電磁エネルギ
として与えられ、さらに大きな加速トルクが得られる。
At the time of acceleration, the accumulated energy of the flywheel 12 is given as electromagnetic energy from the second rotor 14 to the first rotor 4 together with the electromagnetic energy from the first stator 2, so that a larger acceleration torque is obtained. Is obtained.

【0060】<減速・制動時>エンジン・車輪31のう
ち、車両の運動エネルギを車輪を介して回転エネルギと
してフライホイール12に吸収させる。そして余剰のエ
ネルギが生じた時やバッテリ33の充電量が不足してい
る時には、回転電機30を発電機として動作させ、車輪
からの回転エネルギを第1の回転子4から第1の固定子
2を通してインバータ32へ回生し、バッテリ33に電
気化学エネルギとして蓄える。
<At the time of deceleration / braking> Of the engine / wheel 31, the flywheel 12 absorbs the kinetic energy of the vehicle as rotational energy via the wheel. When surplus energy is generated or when the charge amount of the battery 33 is insufficient, the rotating electric machine 30 is operated as a generator, and rotational energy from the wheels is transferred from the first rotor 4 to the first stator 2. To the inverter 32 and store it in the battery 33 as electrochemical energy.

【0061】減速時には、車輪の回転エネルギは主にフ
ライホイール12に蓄積されると同時に、フライホイー
ル12の回転で第2の回転子14と第2の固定子10と
の間で発電作用があって第2の固定子10の電機子コイ
ル11にも誘導電流が生じ、これをインバータ32を通
じてバッテリ33に回収することができる。
At the time of deceleration, the rotational energy of the wheels is mainly stored in the flywheel 12, and at the same time, the rotation of the flywheel 12 causes a power generation action between the second rotor 14 and the second stator 10. Thus, an induced current is also generated in the armature coil 11 of the second stator 10, and the induced current can be collected in the battery 33 through the inverter 32.

【0062】これによって減速時、制動時に回転電機3
0が従来と同様に発電機動作して大きな充電電流をバッ
テリに流すのではなく、運動エネルギの一部をフライホ
イール12に蓄積することができるので、いわばフライ
ホイール12がエネルギバッファの役割を果たし、バッ
テリ33の寿命を長くすることができる。
As a result, the rotating electric machine 3
0 is capable of accumulating a part of kinetic energy in the flywheel 12 instead of operating the generator in the same manner as in the prior art and flowing a large charging current to the battery, so that the flywheel 12 functions as an energy buffer. Thus, the life of the battery 33 can be extended.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上のように請求項1〜5の発明のフラ
イホイール組込み回転電機によれば、減速時には負荷の
運動エネルギをフライホイールの回転エネルギに変換し
て蓄積することができるので、バッテリにエネルギ回生
する場合に大電流が充放電されることがなく、その寿命
を延ばすことができ、また加速時には外部の電源による
第1の回転子の回転駆動と共に、フライホイールの回転
エネルギを第1の回転子の回転エネルギに変換すること
ができて加速トルクを大きくすることができる。さらに
通常回転時に負荷が急変した場合や過負荷の場合、フラ
イホイールに運動エネルギが蓄えられているため、負荷
変動に対するエネルギを吸収、供与することができ、安
定した回転運転が可能である。
As described above, according to the flywheel incorporating rotary electric machine according to the first to fifth aspects of the present invention, at the time of deceleration, the kinetic energy of the load can be converted into the rotational energy of the flywheel and stored, so that the battery In the case of energy regeneration, a large current is not charged / discharged, and the life thereof can be extended. In addition, during acceleration, the rotation energy of the flywheel is reduced by the rotation of the first rotor together with the rotation of the first rotor by an external power supply. Can be converted to the rotational energy of the rotor, and the acceleration torque can be increased. Furthermore, in the case where the load changes suddenly during normal rotation or in the case of overload, kinetic energy is stored in the flywheel, so that energy for load fluctuation can be absorbed and supplied, and stable rotation operation is possible.

【0064】また請求項3及び4の発明のフライホイー
ル組込み回転電機によれば、第2の固定子と第2の回転
子とが同一平面に配置されるので、構造的に回転軸方向
の長さを短くできる。
According to the third aspect of the present invention, since the second stator and the second rotor are arranged on the same plane, they are structurally long in the rotation axis direction. Can be shortened.

【0065】請求項6の発明のフライホイール組込み回
転電機によれば、第1の回転子における第2の固定子と
対向する面と第2の回転子と対向する面、及び第2の回
転子における第1の回転子と対向する面それぞれに導体
を配置したので、誘導電流を導体に流すことができる。
According to the flywheel-incorporated rotary electric machine of the invention, the surface of the first rotor facing the second stator, the surface facing the second rotor, and the second rotor Since the conductor is disposed on each of the surfaces facing the first rotor in (1), an induced current can flow through the conductor.

【0066】請求項7の発明のフライホイール組込み回
転電機によれば、第1の回転子における第1の固定子と
対向する面に永久磁石を配置したので、界磁電流が不要
となり、界磁の構成も簡素になり、第1の回転子の導体
を配置する自由度が増す。
According to the rotary electric machine incorporating the flywheel according to the seventh aspect of the present invention, since the permanent magnet is disposed on the surface of the first rotor facing the first stator, the field current is not required, and the field current is not required. Is simplified, and the degree of freedom in arranging the conductors of the first rotor increases.

【0067】請求項8の発明のフライホイール組込み回
転電機によれば、第1の回転子における第1の固定子と
対向する面に磁気的に凹凸を設けるだけの簡素な構造に
して、第1の回転子の導体を配置する自由度が増す。
According to the flywheel-incorporated rotary electric machine according to the eighth aspect of the present invention, the first rotor has a simple structure in which only the surface facing the first stator is provided with magnetic asperities, and the first rotor has the first structure. The degree of freedom in arranging the conductors of the rotor increases.

【0068】請求項9の発明のフライホイール組込み回
転電機によれば、第2の回転子とフライホイールとを構
造的に一体化したので、小型化が可能である。
According to the flywheel incorporating rotary electric machine of the ninth aspect of the present invention, the second rotor and the flywheel are structurally integrated, so that the size can be reduced.

【0069】請求項10の発明のフライホイール組込み
回転電機によれば、第1の回転子において、第2の固定
子と対向する面の導体が作る磁界の極数と、第2の回転
子と対向する面の導体が作る磁界の極数とが異なるよう
にしたので、第2の固定子で作る回転磁界と第2の回転
子上の回転磁界との角速度を変えることができ、例え
ば、第2の回転子の速度を第1の回転子の速度に対して
数分の1や逆に数倍にすることが可能である。
According to the tenth aspect of the present invention, the number of poles of the magnetic field generated by the conductor on the surface facing the second stator in the first rotor, and Since the number of poles of the magnetic field generated by the conductor on the facing surface is made different, the angular velocity between the rotating magnetic field created by the second stator and the rotating magnetic field on the second rotor can be changed. It is possible to make the speed of the second rotor several times smaller or several times higher than the speed of the first rotor.

【0070】請求項11〜13の発明のフライホイール
組込み回転電機によれば、起動時には慣性モーメントを
小さくして必要な起動トルクも小さくでき、低速から高
速回転までの加速時間を短くでき、高速回転時には慣性
モーメントを大きくして大きな運動エネルギを蓄積する
ことができ、その働きをより効果的に行わせることがで
きる。
According to the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the present invention, the required starting torque can be reduced by reducing the moment of inertia at the time of startup, the acceleration time from low speed to high speed can be shortened, and high speed rotation can be achieved. At times, a large kinetic energy can be accumulated by increasing the moment of inertia, and the action can be performed more effectively.

【0071】請求項14の発明のフライホイール組込み
回転電機を用いた負荷駆動装置によれば、フライホイー
ル組込み回転電機の第1及び第2の固定子を電力変換手
段を介してバッテリと電気的に接続してエネルギの入出
力を行うので、負荷の発進・加速モードではバッテリを
電源として電力変換手段によって第1の回転子を駆動
し、減速モードでは回転エネルギをフライホイールに与
え、余剰のエネルギが生じたときやバッテリの充電量が
不足しているときには回転エネルギを第1の回転子から
第1及び第2の固定子を通してバッテリへ効率的に回収
することができる。
According to the load driving apparatus using the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the fourteenth aspect of the present invention, the first and second stators of the rotary electric machine with a built-in flywheel are electrically connected to a battery via power conversion means. In the load start / acceleration mode, the battery is used as a power source to drive the first rotor by the power conversion means. In the deceleration mode, rotational energy is given to the flywheel, and excess energy is generated. When this occurs, or when the battery charge is insufficient, rotational energy can be efficiently recovered from the first rotor to the battery through the first and second stators.

【0072】請求項15の発明の負荷駆動装置の運転方
法によれば、フライホイール組込み回転電機の回転軸に
結合される負荷の加減速時に生じる短時間で頻度の高い
エネルギの入出力はフライホイールに回転運動エネルギ
として貯蔵し、より長い時間で大きなエネルギを入出力
する時はバッテリに化学エネルギとして貯蔵することが
できる。
According to the driving method of the load driving device of the invention, the input and output of energy in a short time and frequently occur during the acceleration and deceleration of the load coupled to the rotating shaft of the rotary electric machine incorporating the flywheel. When a large amount of energy is input and output over a longer period of time, the battery can be stored as chemical energy.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機の断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1において矢印A方向から第1の回転子を見
た側面図。
FIG. 2 is a side view of the first rotor viewed from the direction of arrow A in FIG. 1;

【図3】本発明の第2の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機の断面図。
FIG. 3 is a sectional view of a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機の断面図。
FIG. 4 is a sectional view of a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機の断面図。
FIG. 5 is a sectional view of a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】第1〜第4の実施の形態のフライホイール組込
み回転電機における第1の回転子の変形例を示す側面
図。
FIG. 6 is a side view showing a modified example of the first rotor in the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first to fourth embodiments.

【図7】第1〜第4の実施の形態のフライホイール組込
み回転電機におけるフライホイールの変形例を示す側面
図。
FIG. 7 is a side view showing a modified example of a flywheel in the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first to fourth embodiments.

【図8】第1〜第4の実施の形態のフライホイール組込
み回転電機におけるフライホイールの別の変形例を示す
側面図。
FIG. 8 is a side view showing another modified example of the flywheel in the rotary electric machine with a built-in flywheel according to the first to fourth embodiments.

【図9】本発明の第5の実施の形態のフライホイール組
込み回転電機を用いた負荷駆動装置のシステム構成図。
FIG. 9 is a system configuration diagram of a load drive device using a rotary electric machine incorporating a flywheel according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】従来例の負荷駆動装置の一部断面図。FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a conventional load driving device.

【図11】従来例の負荷駆動装置のシステム構成図。FIG. 11 is a system configuration diagram of a conventional load driving device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ケース 2 第1の固定子 3 電機子コイル 4 第1の回転子 5 回転軸 6 第1の回転子鉄心 7 永久磁石 8 導線a 9 導線b 10 第2の固定子 11 電機子コイル 12 フライホイール 13 ベアリング 14 第2の回転子 15 第2の回転子鉄心 16 導線 21 溝 22 軸棒 23 重り 24 ばね 30 フライホイール組込み回転電機 31 エンジン・車輪 32 インバータ 33 バッテリ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Case 2 1st stator 3 Armature coil 4 1st rotor 5 Rotating shaft 6 1st rotor core 7 Permanent magnet 8 Conductor a 9 Conductor b 10 2nd stator 11 Armature coil 12 Flywheel 13 Bearing 14 Second Rotor 15 Second Rotor Core 16 Conductor 21 Groove 22 Shaft Bar 23 Weight 24 Spring 30 Flywheel Built-in Rotary Electric Machine 31 Engine / Wheel 32 Inverter 33 Battery

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外部とのエネルギ変換を主として行う第
1の電機子コイルを持つ第1の固定子と、 前記第1の固定子に空隙を介して対向するように配置さ
れた第1の回転子と、 第2の電機子コイルを持ち、前記第1の回転子に別の空
隙を介して対向するように配置された第2の固定子と、 前記第1の回転子の回転軸に独立して回転できるように
支承されたフライホイールと、 前記第1の回転子にさらに別の空隙を介して対向する位
置において前記フライホイールに結合された第2の回転
子とを備えて成るフライホイール組込み回転電機。
1. A first stator having a first armature coil that mainly performs energy conversion with the outside, and a first rotation disposed so as to face the first stator via an air gap. A second stator having a second armature coil and being arranged to face the first rotor via another air gap; and a second stator independent of a rotation axis of the first rotor. And a second rotor coupled to the flywheel at a position opposite to the first rotor via a further air gap. Embedded rotary electric machine.
【請求項2】 外部とのエネルギ変換を主として行う第
1の電機子コイルを持つ第1の固定子と、前記第1の固
定子の内側に空隙を介して対向するように配置され、回
転軸に支持される第1の回転子と、前記第1の回転子の
片側に空隙を介して対向するように配置された第2の電
機子コイルを持つ第2の固定子と、前記第1の回転子の
他側に空隙を介して対向するように配置された第2の回
転子と、前記回転軸に支承され、前記第2の回転子と結
合されたフライホイールとから成る請求項1に記載のフ
ライホイール組込み回転電機。
2. A rotary shaft, which is disposed so as to face a first stator having a first armature coil that mainly performs energy conversion with the outside via an air gap inside the first stator. A first rotor supported on the first rotor, a second stator having a second armature coil disposed on one side of the first rotor via a gap, and 2. The vehicle according to claim 1, further comprising: a second rotor disposed so as to face the other side of the rotor via a gap, and a flywheel supported by the rotation shaft and coupled to the second rotor. 3. The described rotary electric machine with a built-in flywheel.
【請求項3】 外部とのエネルギ変換を主として行う第
1の電機子コイルを持つ第1の固定子と、前記第1の固
定子の内側に空隙を介して対向するように配置され、回
転軸に支持される第1の回転子と、前記第1の回転子の
片側に空隙を介して対向するように配置された第2の電
機子コイルを持つ第2の固定子と、前記第2の固定子よ
りも内側の位置において、前記第1の回転子の前記片側
に空隙を介して対向するように配置された第2の回転子
と、前記回転軸に支承され、前記第2の回転子と結合さ
れたフライホイールとから成る請求項1に記載のフライ
ホイール組込み回転電機。
3. A rotating shaft, which is disposed so as to face a first stator having a first armature coil for mainly performing energy conversion with the outside via an air gap inside the first stator. And a second stator having a second armature coil disposed to face one side of the first rotor via a gap, and A second rotor disposed at a position inside the stator and facing the one side of the first rotor via a gap, and a second rotor supported by the rotation shaft; 2. The rotary electric machine with a built-in flywheel according to claim 1, comprising a flywheel coupled to the flywheel.
【請求項4】 外部とのエネルギ変換を主として行う第
1の電機子コイルを持つ第1の固定子と、前記第1の固
定子の側方に空隙を介して対向するように配置され、回
転軸に支持される第1の回転子と、前記第1の回転子の
外周に空隙を介して対向するように配置された第2の電
機子コイルを持つ第2の固定子と、前記第1の回転子の
外周よりも内側に位置において、当該第1の回転子に周
方向の空隙を介して対向するように配置された第2の回
転子と、前記回転軸に支承され、前記第2の回転子と結
合されたフライホイールとから成る請求項1に記載のフ
ライホイール組込み回転電機。
4. A first stator having a first armature coil which mainly performs energy conversion with the outside, and is disposed so as to face a side of the first stator via an air gap and rotate. A first stator having a first rotor supported by a shaft, a second stator having a second armature coil disposed so as to face an outer periphery of the first rotor via a gap, and A second rotor disposed inside the outer periphery of the first rotor so as to face the first rotor via a circumferential gap, and a second rotor supported by the rotating shaft, 2. The rotary electric machine with a built-in flywheel according to claim 1, comprising a rotor and a flywheel coupled to the rotor.
【請求項5】 外部とのエネルギ変換を主として行う第
1の電機子コイルを持つ第1の固定子と、前記第1の固
定子の側方に空隙を介して対向するように配置され、回
転軸に支持される第1の回転子と、前記第1の回転子の
外周に空隙を介して対向するように配置された第2の電
機子コイルを持つ第2の固定子と、前記第1の回転子の
前記外周に、前記第2の固定子との空隙に隣接する空隙
を介して対向するように配置された第2の回転子と、前
記回転軸に支承され、前記第2の回転子と結合されたフ
ライホイールとから成る請求項1に記載のフライホイー
ル組込み回転電機。
5. A first stator having a first armature coil which mainly performs energy conversion with the outside, and a first stator having a first armature coil disposed opposite to a side of the first stator via an air gap, and having a rotation. A first stator having a first rotor supported by a shaft, a second stator having a second armature coil disposed so as to face an outer periphery of the first rotor via a gap, and A second rotor disposed on the outer periphery of the rotor via a gap adjacent to a gap with the second stator, the second rotor being supported by the rotating shaft, The rotary electric machine with a built-in flywheel according to claim 1, comprising a flywheel and a flywheel coupled to the flywheel.
【請求項6】 前記第1の回転子における前記第2の固
定子と対向する面と前記第2の回転子と対向する面、及
び前記第2の回転子における前記第1の回転子と対向す
る面に導体を配置したことを特徴とする請求項1〜5の
いずれかに記載のフライホイール組込み回転電機。
6. A surface of the first rotor facing the second rotor, a surface of the first rotor facing the second rotor, and a surface of the second rotor facing the first rotor. The rotary electric machine with a built-in flywheel according to any one of claims 1 to 5, wherein a conductor is disposed on a surface to be formed.
【請求項7】 前記第1の回転子における前記第1の固
定子と対向する面に永久磁石を配置したことを特徴とす
る請求項1〜6のいずれかに記載のフライホイール組込
み回転電機。
7. The rotary electric machine with a built-in flywheel according to claim 1, wherein a permanent magnet is disposed on a surface of the first rotor facing the first stator.
【請求項8】 前記第1の回転子における前記第1の固
定子と対向する面に磁気的に凹凸を設けたことを特徴と
する請求項1〜7のいずれかに記載のフライホイール組
込み回転電機。
8. The flywheel built-in rotation according to claim 1, wherein a surface of said first rotor facing said first stator is provided with magnetic irregularities. Electric machine.
【請求項9】 前記第2の回転子と前記フライホイール
とを構造的に一体化したことを特徴とする請求項1〜8
のいずれかに記載のフライホイール組込み回転電機。
9. The system according to claim 1, wherein said second rotor and said flywheel are structurally integrated.
A rotary electric machine incorporating a flywheel according to any one of the above.
【請求項10】 前記第1の回転子において、前記第2
の固定子と対向する面の導体が作る磁界の極数と、前記
第2の回転子と対向する面の導体が作る磁界の極数とが
異なるようにしたことを特徴とする請求項1〜9のいず
れかに記載のフライホイール組込み回転電機。
10. In the first rotor, the second rotor
Wherein the number of poles of a magnetic field formed by a conductor on a surface facing the stator is different from the number of poles of a magnetic field formed by a conductor on a surface facing the second rotor. 10. The rotary electric machine incorporating a flywheel according to any one of 9 above.
【請求項11】 前記フライホイールにその慣性質量の
可変機構を設けたことを特徴とする請求項1〜10のい
ずれかに記載のフライホイール組込み回転電機。
11. The rotary electric machine with a built-in flywheel according to claim 1, wherein the flywheel is provided with a variable mechanism of its inertial mass.
【請求項12】 前記フライホイールの慣性質量の可変
機構は、前記フライホイールに複数の重りを回転軸を中
心として等方向に配置し、当該複数の重りそれぞれを半
径方向に移動できるように支持する構造であることを特
徴とする請求項11に記載のフライホイール組込み回転
電機。
12. The variable mechanism of the inertial mass of the flywheel, wherein a plurality of weights are arranged on the flywheel in an equal direction about a rotation axis, and each of the plurality of weights is supported so as to be movable in a radial direction. The rotary electric machine with a built-in flywheel according to claim 11, having a structure.
【請求項13】 前記フライホイールの慣性質量の可変
機構は、前記複数の重りそれぞれを前記フライホイール
の半径方向の移動に対して力が作用するようにばねで前
記フライホイールに接続した構造であることを特徴とす
る請求項12に記載のフライホイール組込み回転電機。
13. The flywheel inertia mass variable mechanism has a structure in which each of the plurality of weights is connected to the flywheel by a spring so that a force acts on radial movement of the flywheel. The rotary electric machine with a built-in flywheel according to claim 12.
【請求項14】 前記回転軸を負荷に結合し、前記第1
及び第2の固定子を電力変換手段を介してバッテリと電
気的に接続してエネルギの入出力を行うことを特徴とす
る請求項1〜13のいずれかに記載のフライホイール組
込み回転電機を用いた負荷駆動装置。
14. The method according to claim 14, wherein the rotating shaft is coupled to a load,
14. The rotary electric machine with a built-in flywheel according to any one of claims 1 to 13, wherein the second stator is electrically connected to a battery via power conversion means to input and output energy. Load drive.
【請求項15】 前記第1及び第2の固定子が電力変換
手段を介してバッテリと電気的に接続され、前記回転軸
に結合される負荷の加減速時に生じる短時間で頻度の高
いエネルギの入出力は前記フライホイールに回転運動エ
ネルギとして貯蔵し、より長い時間で大きなエネルギを
入出力する時は前記バッテリに化学エネルギとして貯蔵
することを特徴とする請求項14に記載の負荷駆動装置
の運転方法。
15. The method according to claim 15, wherein the first and second stators are electrically connected to a battery via a power conversion means, and a short-time and high-frequency energy generated when the load coupled to the rotating shaft is accelerated or decelerated. The operation of the load driving device according to claim 14, wherein the input / output is stored as rotational kinetic energy in the flywheel, and when a large amount of energy is input / output in a longer time, the battery is stored as chemical energy. Method.
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