JPH11355980A - フライホイール電力貯蔵装置 - Google Patents

フライホイール電力貯蔵装置

Info

Publication number
JPH11355980A
JPH11355980A JP10160475A JP16047598A JPH11355980A JP H11355980 A JPH11355980 A JP H11355980A JP 10160475 A JP10160475 A JP 10160475A JP 16047598 A JP16047598 A JP 16047598A JP H11355980 A JPH11355980 A JP H11355980A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stator
flywheel
rotor
storage device
power storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP10160475A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3887102B2 (ja
Inventor
Shigeo Nagaya
重夫 長屋
Hirofumi Shinohara
裕文 篠原
Mikio Takahata
幹生 高畠
Hirotsugu Miura
洋嗣 三浦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Chubu Electric Power Co Inc
Original Assignee
Toshiba Corp
Chubu Electric Power Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Chubu Electric Power Co Inc filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP16047598A priority Critical patent/JP3887102B2/ja
Publication of JPH11355980A publication Critical patent/JPH11355980A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3887102B2 publication Critical patent/JP3887102B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】永久磁石にかかる遠心力を減らし、高温超電導
バルクを効果的に冷却することにある。 【解決手段】真空容器１内に固定子巻線５を備えた円筒
状の容器となる固定子２を設けると共に、この固定子の
外側に固定子巻線５に対応させて回転子永久磁石４を備
えた回転子となるフライホイール３を同軸的に設けたア
ウタロータ方式のフライホイール電力貯蔵装置におい
て、フライホイール３の回転中心軸側にスラスト／ガイ
ド軸受用永久磁石６，７を固定し、これに対向する固定
子側にその長手方向が回転中心軸方向に沿うように高温
超電導バルク８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電力エネルギーを回
転体の運動エネルギーとして貯蔵したり、逆に運動エネ
ルギーを電力エネルギーに変換して放出するフライホイ
ール電力貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】フライホイール電力貯蔵装置は、電力系
統の安定化、負荷平準化、変動負荷抑制等に役立てる目
的で、回転体の運動エネルギーと電力エネルギーを相互
に変換して電力系統から電力を充電したり、逆に電力系
統に電力を放出したりするものである。
【０００３】最近、このフライホイール電力貯蔵装置と
して、小形で、大きな電力貯蔵密度を得るため、ＦＲＰ
繊維を巻いたフライホイールを製作して強度の高いもの
とし、毎分数千回転から２万回転の高速で回転可能なも
のが考えられている。
【０００４】一方、フライホイール電力貯蔵装置の構成
としては、アウターロータ方式とインナーロータ方式が
あり、アウターロータ方式は内側に固定子、外側に回転
子を同軸的に設け、またインナーロータ方式は内側に回
転子、外側に固定子を同軸的に設ける構成となってい
る。
【０００５】何ずれの方式も回転子と固定子の相対的な
移動によって、固定子に固定された巻線に対して回転子
がＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ…というように交番する磁束を作り、
固定子巻線に誘導起電力を生じさせて発電動作を行った
り、固定子巻線に正負に交番する電流を流して回転する
磁束を作って回転子を回転させる力行動作を行わせたり
するものである。
【０００６】ところで、アウターロータ方式のフライホ
イール電力貯蔵装置として、図５に示すような構成のも
のが考えられている。図５において、１は真空容器で、
この真空容器１内の中央部に両端開口部が閉塞された円
筒状の固定子２が設けられ、その下部を容器底面を貫通
させて一体的に取付けられている。また、この固定子２
の外側に回転子となるＦＲＰ製のフライホイール３が同
軸的に設けられ、このフライホイール３の内周側に磁束
を作る回転子永久磁石４が固定される。この回転子永久
磁石４と対向する上記固定子２の内周面には固定子巻線
５が設けられる。
【０００７】さらに、フライホイール３の容器底面側の
端面に円環状の一対のスラスト／ガイド軸受用永久磁石
６，７が取付けられ、またこれらスラスト／ガイド軸受
用永久磁石６，７に対向する容器底面に設置された高温
超電導バルク８上に磁気的に支持するタッチダウン軸受
９，１０を介して浮上及びスラスト移動可能に配置され
ている。
【０００８】この場合、上記スラスト／ガイド軸受用永
久磁石６は上面側がＳ極の、またスラスト／ガイド軸受
用永久磁石７は上面側がＮ極の複数の永久磁石片をそれ
ぞれ磁極の向きを揃えて並べることにより構成される。
【０００９】また、上記高温超電導バルク８は液体窒素
の温度である−７３Ｋ程度で超電導状態となり、この状
態になるとピン止め効果によってバルク内部の磁束と外
部磁場が結合し、その磁力線の方向は超電導状態となっ
た初期に外部から与えられる磁場の状態を維持するよう
に働く。この働きによって高温超電導バルク８はスラス
ト／ガイド軸受用永久磁石６，７によって超電導状態で
の浮上を行なわない時に回転子にかかる重力を支持す
る。
【００１０】一方、１１は液体窒素ボンベ又は窒素液化
冷凍機からなる液体窒素供給装置で、この液体窒素供給
装置１１には高温超電導バルク８に液体窒素を供給する
冷却配管１２がバルブ１３を介して接続されている。
【００１１】また、１４は固定子巻線５に配線１５を介
して接続されたインバータで、このインバータ１４は固
定子巻線５が発生する交流電力を電力系統の周波数と同
期した周波数に変換して電力系統１６に出力するもので
ある。
【００１２】さらに、１７は真空容器１に真空排気ダク
ト１８を介して接続された真空排気ポンプで、この真空
排気ポンプ１７は真空容器１の内部を排気して高真空状
態に保持するものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】このような構成のフラ
イホイール電力貯蔵装置において、ＦＲＰ製のフライホ
イール３の容器底面側の端面に取付けられるスラスト／
ガイド軸受用永久磁石６，７は、回転の中心軸から離れ
た位置にあり、且つ高速回転することから、この部分に
かかる遠心力が大きく、従ってフライホイール３に対し
て強固に固定する必要がある。
【００１４】また、ＦＲＰ製のフライホイール３に永久
磁石のような重量の大きい部品を取付けるには強度の限
界があり、従って回転子の回転数を十分に上げられない
ため、エネルギーの貯蔵量に制約が生じることが考えら
れる。
【００１５】さらに、高温超電導バルク８とスラスト／
ガイド軸受用永久磁石６，７の間の距離が小さくなった
時に回転子永久磁石４と固定子巻線５とが互いに回転の
中心軸方向に移動するので、磁束の変化が起こり、異常
な電磁力を発生する可能性がある。
【００１６】他方、実用的な装置では、高温超電導バル
ク８を冷却するのに、液体窒素等の冷媒を扱うことがス
ペースと運転コスト、メンテナンス性の上で障害とな
る。本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもの
で、アウターロータ方式としながら永久磁石にかかる遠
心力を減らし、高温超電導バルクを直接冷却方式または
ヒートパイプ冷却方式により効果的に冷却することがで
きるフライホイール電力貯蔵装置を提供することを目的
とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段によりフライホイール電力
貯蔵装置を構成するものである。請求項１に対応する発
明は、真空容器内に固定子巻線を備えた円筒状の容器と
なる固定子を設けると共に、この固定子の外側に前記固
定子巻線に対応させて回転子永久磁石を備えた回転子と
なるフライホイールを同軸的に設け、且つ前記固定子側
に設けられた超電導状態に冷却される高温超電導バルク
と前記回転子側に設けられたスラスト／ガイド軸受用永
久磁石との相互作用により、前記フライホイールを非接
触の状態で浮上させて回転中心軸を中心に回転させるよ
うにしたフライホイール電力貯蔵装置において、前記ス
ラスト／ガイド軸受用永久磁石を前記フライホイールの
回転中心軸側の面に固定し、前記高温超電導バルクを前
記スラスト／ガイド軸受用永久磁石に対向する前記固定
子側にその長手方向が回転中心軸方向に沿うように設け
る構成としたものである。
【００１８】上記請求項１に対応する発明のフライホイ
ール電力貯蔵装置にあっては、フライホイールの内側に
スライド／ガイド軸受用永久磁石を配置しているので、
この永久磁石を遠心力に対して強固にフライホイールに
固定することができる。
【００１９】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のフライホイール電力貯蔵装置において、固
定子側に設けられた高温超電導バルクを回転中心軸方向
に移動させる移動機構を備えたものである。
【００２０】上記請求項２に対応する発明のフライホイ
ール電力貯蔵装置にあっては、高温超電動バルクを移動
機構により回転中心軸方向に移動可能とすることによ
り、高温超電導バルクを着磁するときに回転子を移動す
ることなく着磁できる。
【００２１】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のフライホイール電力貯蔵装置において、回
転子の上面に回転支持体を固定し、この回転支持体の回
転半径の小さい位置に回転子永久磁石を取付けたもので
ある。
【００２２】上記請求項３に対応する発明のフライホイ
ール電力貯蔵装置にあっては、回転子永久磁石を回転半
径の小さい位置に取付けているので、アウターロータ方
式としながら永久磁石にかかる遠心力を減らすことがで
きる。
【００２３】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のフライホイール電力貯蔵装置において、固
定子側の固定子巻線を空芯コイルで構成したものであ
る。上記請求項４に対応する発明のフライホイール電力
貯蔵装置にあっては、磁場変動による渦電流の発生を防
止できる。
【００２４】請求項５に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のフライホイール電力貯蔵装置において、固
定子側に設けられる高温超電導バルクを冷却する冷媒流
通用又はヒートパイプ冷却型の冷却配管を固定子内に配
設し、且つこの冷却配管に冷媒又は冷熱を与える冷凍機
を接続したものである。
【００２５】上記請求項５に対応する発明のフライホイ
ール電力貯蔵装置にあっては、回転中心軸方向に長い高
温超電導バルクを効果的に冷却することができる。請求
項６に対応する発明は、請求項１に対応する発明のフラ
イホイール電力貯蔵装置において、固定子側に設けられ
た高温超電導バルクは高温超電導材に予め金属又はセラ
ミックの冷却配管を挿入して焼結されたものである。
【００２６】請求項７に対応する発明は、請求項１に対
応する発明のフライホイール電力貯蔵装置において、固
定子側に設けられた高温超電導バルクは高温超電導材を
円筒状に焼結されたものである。
【００２７】請求項８に対応する発明は、請求項７に対
応する発明のフライホイール電力貯蔵装置において、円
筒状に焼結された高温超電導バルクは回転中心軸方向に
複数に分割された板状のバルク片を円周上に並設して構
成されたものである。
【００２８】上記請求項６乃至請求項８に対応する発明
のフライホイール電力貯蔵装置にあっては、簡単且つ容
易に高温超電導バルクを製作することができる。請求項
９に対応する発明は、真空容器内に固定子巻線を備えた
円筒状の容器となる固定子を設けると共に、この固定子
の外側に前記固定子巻線に対応させて回転子永久磁石を
備えた回転子となるフライホイールを同軸的に設け、且
つ前記固定子側に設けられた超電導状態に冷却される高
温超電導バルクと前記回転子側に設けられたスラスト／
ガイド軸受用永久磁石との相互作用により、前記フライ
ホイールを非接触の状態で浮上させて回転中心軸を中心
に回転させるようにしたフライホイール電力貯蔵装置に
おいて、前記円筒状容器の中心軸方向の中央部の内面に
固定子巻線を設け、この固定子巻線の両側から開口端側
に複数個の環状のスラスト／ガイド軸受用超電導バルク
を対称にそれぞれ固着して固定子を構成し、前記フライ
ホイールの内周面に前記固定子の固定子巻線に対応させ
て複数個の回転子用永久磁石を円周方向に沿って設け、
この回転子用永久磁石の両側から開口端側に前記固定子
のスラスト／ガイド軸受用超電導バルクに対応させて環
状のスラスト／ガイド軸受用永久磁石を固着して回転子
を構成したものである。
【００２９】上記請求項９に対応する発明のフライホイ
ール電力貯蔵装置にあっては、上記請求項１乃至請求項
５に対応する発明と同様の作用効果が得られる。請求項
１０に対応する発明は、真空容器内に固定子巻線を備え
た円筒状の容器となる固定子を設けると共に、この固定
子の外側に前記固定子巻線に対応させて回転子永久磁石
を備えた回転子となるフライホイールを同軸的に設け、
且つ前記固定子側に設けられた超電導状態に冷却される
高温超電導バルクと前記回転子側に設けられたスラスト
／ガイド軸受用永久磁石との相互作用により、前記フラ
イホイールを非接触の状態で浮上させて回転中心軸を中
心に回転させるようにしたフライホイール電力貯蔵装置
において、前記固定子巻線と交流電源との間で電力を入
出力するインバータ、前記真空容器内を真空排気する真
空排気装置、前記高温超電導バルクを冷却する冷凍機及
びコンプレッサの少なくとも１つを前記固定子の円筒状
の容器内に収納したものである。上記請求項１０に対応
する発明のフライホイール電力貯蔵装置にあっては、装
置全体を小形化することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明によるフライホイール
電力貯蔵装置の第１の実施の形態を示す縦断面図で、図
５と同一部品には同一符号を付して説明する。
【００３１】図１において、１は真空容器で、この真空
容器１内の中央部に両端開口部が閉塞された円筒状の容
器となる固定子２が設けられ、その下部を容器底面を貫
通させて一体的に取付けられている。また、この固定子
２の外側に回転子となるＦＲＰ製のフライホイール３が
同軸的に設けられ、その下端面側が容器底面に設けられ
たタッチダウン軸受９上に設置されている。
【００３２】このフライホイール３の内周側には円環状
の一対のスラスト／ガイド軸受用永久磁石６，７が取付
けられる。この場合、上記スラスト／ガイド軸受用永久
磁石６は上面側がＳ極、またスラスト／ガイド軸受用永
久磁石７は上面側がＮ極の複数の永久磁石片をそれぞれ
磁極の向きを揃えて並べることにより構成される。
【００３３】また、スラスト／ガイド軸受用永久磁石
６，７と対応する上記固定子２の内周面には高温超電導
バルク８が設けられ、この高温超電導バルク８の周囲を
覆い、且つ中心軸と同方向に移動可能に保持する熱伝導
板１９が設けられている。
【００３４】一方、フライホイール３の上端面には円板
状の支持体２０が取付けられ、その中心部が回転子２の
上部閉塞面の回転中心軸上に設けられたタッチダウン軸
受１０上に設置されている。
【００３５】この支持体２０の内周部付近の下面に回転
子永久磁石４が取付けられ、この回転子永久磁石４と対
向する固定子２内の上部閉塞面に固定子巻線５が取付け
られている。この場合、固定子巻線５としては、回転子
を高速で滑空させて待機状態にする時、固定子巻線周囲
に鉄等の磁性部材が存在するとこの部材に渦電流が発生
して回転を減少させる損失分となるので、鉄心を用いな
い空芯コイルが用いられる。
【００３６】また、固定子２内には固定子巻線に配線１
５を介して接続されたインバータ１４が設けられ、この
インバータ１４は固定子巻線５が発生する交流電力を系
統周波数と同期した周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）
に変換して図示しない電力系統に出力するものである。
この場合、配線１５としては同軸状の断面を持つ高周波
損失の少ないものが用いられる。
【００３７】さらに、固定子２内の底部にジャッキ２１
により昇降移動可能に冷凍機２２が設けられると共に、
コンプレッサ２３が設けられ、このコンプレッサ２３は
冷凍機２２に接続される。この場合、冷凍機２２として
は低温でも比熱が大きく冷熱を蓄えることが可能なイリ
ビウムーニッケル合金などの蓄冷材を用いた直接冷却用
冷凍機が用いられる。そして、この直接冷却用冷凍機２
２の常時低温状態にあるヘッド部に前述した熱伝導板１
９に一体的に結合された熱伝導板２４が接続される。
【００３８】また、固定子内の底部には真空排気ポンプ
１７が設置され、この真空排気ポンプ１７に固定子２の
周面より真空容器１内に連通させて設けられた真空排気
ダクト１８が接続される。
【００３９】このような構成のフライホイール電力貯蔵
装置において、いまフライホイール３を含む回転子がタ
ッチダウン軸受９，１０上に置かれて停止位置にあると
き、図示しない操作機構によりジャッキ２１を下げ操作
し、熱伝導板１９に保持された高温超電導バルク８を回
転子内側のスラスト／ガイド軸受用永久磁石６，７に対
向する位置まで下げる。
【００４０】この状態で直接冷却用冷凍機２２を運転し
て冷却ヘッドより熱伝導板２４及び１９を通して熱伝導
される冷熱により高温超電導バルク８を冷却し、超電導
状態にする。すると、この高温超電導バルク８はスラス
ト／ガイド軸受用永久磁石６，７の磁束により着磁され
る。
【００４１】次にジャッキ２１を上げ操作し、高温超電
導バルク８を上方に移動させると、回転子全体が超電導
磁気軸受により浮上する。この状態でインバータ１４を
運転し、電力系統より電力を受けて固定子巻線５を励磁
することによりフライホイール３を含む回転子が回転
し、運動エネルギーとして蓄える。
【００４２】また、上述とは逆に回転子の回転により蓄
えられた運動エネルギーを電力エネルギーとして放出す
る場合は、固定子巻線５に誘起する起電力をインバータ
１５により商用周波数に変換して図示しない電力系統に
出力する。
【００４３】このように第１の実施の形態によるフライ
ホイール電力貯蔵装置にあっては、アウターロータ方式
のＦＲＰ製のフライホイール３の内側にスラスト／ガイ
ド軸受用永久磁石６，７を取付けることによって遠心力
による影響を殆ど受けることがないので、永久磁石を遠
心力に対してＦＲＰ製のフライホイール３に強固に固定
することができる。
【００４４】また、高温超電導バルク８は固定子２内周
面に長手方向が回転の中心軸に平行に移動可能に設けら
れ、且つジャッキ２１により上下方向に移動可能な構成
としているので、高温超電導バルク８を着磁する時に回
転子を上下方向に移動することなく、タッチダウン軸受
９，１０上に置いたままで着磁することができ、しかも
着磁後においてはスラスト／ガイド軸受用永久磁石６，
７と対向して回転子を浮上させることができる。
【００４５】さらに、高温超電導バルク８は固定子２の
下部に設けられた直接冷却用冷凍機２２及びコンプレッ
サ２３により熱伝導体２４，１９を通して冷却している
ので、回転の中心軸方向に長形であっても効果的に冷却
することができる。
【００４６】また、回転子永久磁石４はフライホイール
３の上端面に固定された支持体２０の内周側下面の回転
半径の小さい位置に取付けられているので、アウターロ
ータ方式としながら、永久磁石にかかる遠心力を減らす
ことができる。
【００４７】一方、インバータ１４を固定子２内に設け
て固定子巻線５と距離を狭めて同軸状の断面を持つ高周
波損失の少ない配線１５により接続するようにしている
ので、インバータ１４に供給される高周波の電力の損失
を少なくできる。即ち、回転子が分速数万回転程度の高
速で回転すると、固定子巻線５に発生する電圧、電流波
形は数十ｋＨｚの高周波となるが、前述したように配線
１５の長さを短くすることで高周波の電力の損失を少な
くしてインバータ１４に供給できる。
【００４８】さらに、装置全体は中心部に両開口端部が
閉塞された容器となる固定子２、その外側に設けられた
回転子を収納する真空容器１の二重構造とし、且つ固定
子２の内部に真空排気ポンプ１７、直接冷却用冷凍機２
２、コンプレッサ２３、ジャッキ２１及びインバータ１
５をそれぞれ収納しているので、設備全体を小形化する
ことができる。
【００４９】なお、上記実施の形態では固定子２内に真
空排気ポンプ１７、直接冷却用冷凍機２２、コンプレッ
サ２３、ジャッキ２１及びインバータ１５の全てを収納
する場合について述べたが、その何ずれかを選択して固
定子２内に収納するようにしても良い。
【００５０】次に本発明の第２の実施の形態を図２によ
り説明する。図１で説明した例では回転子永久磁石４と
固定子巻線５は相互の間のギャップが回転の中心軸と同
じ向きに形成されるアキシャルギャップ型としている
が、第２の実施の形態では回転子永久磁石とスラスト／
ガイド軸受用永久磁石の全体をＦＲＰ製のフライホイー
ルの内側に固定するようにしたものである。
【００５１】図２において、図示下側がアウターロータ
３９であり、図示上側が内側固定子であり、内側固定子
３８はアウターロータ３９の内側に同軸的に挿入された
状態で使用される。
【００５２】上記内側固定子３８は、全体が円筒状の容
器３０に形成されており、その中心軸方向の中央部の内
面に空芯コイルからなる電動発電機用巻線コイル３２，
３３などが設けられる。また、この電動発電機用巻線コ
イル３２，３３などの両側から開口端側に複数個の環状
のスラスト／ガイド軸受用超電導バルク２４，２５，２
６及び２７，２８，２９が上下対称にそれぞれ配置さ
れ、これらは容器内周面に固着される。なお、図中３１
はスラスト／ガイド軸受用超電導バルクの断面を示して
いる。
【００５３】また、上記アウターロータ３９は、ＦＲＰ
製のフライホイール３７の内周面に前記内側固定子３８
の電動発電機用巻線コイル３２，３３に対応させて複数
個の電動発電機用永久磁石３６が円周方向に沿ってＮと
Ｓに磁極の向きを変えて設けられる。また、この電動発
電機用永久磁石３６の両側から開口端側にスラスト／ガ
イド軸受用超電導バルク２４〜２９に対応させて環状の
スラスト／ガイド軸受用永久磁石群３４，３５が配置さ
れ、これらはフライホイール３７の内周面に固着され
る。
【００５４】なお、内側固定子３８のスラスト／ガイド
軸受用超電導バルク２４〜２９は図示していないが図１
と同様に直接冷却用冷凍機から熱伝導板によって除熱、
冷却されるようになっている。
【００５５】従って、このような構成のフライホイール
電力貯蔵装置とすれば、電動発電機用永久磁石３６とス
ラスト／ガイド軸受用永久磁石群３４，３５の全体をフ
ライホイールの内側に固定しているので、高速の回転に
よる遠心力に耐え得る回転子を得ることができる。
【００５６】また、固定子側に設けられる電動発電機用
巻線コイル３２，３３を空芯コイルとしているので、電
動発電機用永久磁石３６の磁場変動で渦電流が生じるこ
とを防止できる。
【００５７】次に本発明の第３の実施の形態を図３によ
り説明する。図１及び図２で説明した例では、固定子側
のスラスト／ガイド軸受用バルクを直接冷却用冷凍機２
２から熱伝導板によって除熱、冷却する場合について説
明したが、第３の実施の形態ではスラスト／ガイド軸受
用バルクとして、直接冷却用冷凍機との間を液体窒素配
管またはガス窒素ヒートパイプで接続可能な構成とした
ものである。
【００５８】図３（ａ）はスラスト／ガイド軸受用バル
クの構成例を示すもので、円板状の高温超電導バルク４
０の内部に金属製またはセラミック等の非導電性の冷媒
配管４１をループを描くように埋め込んで、その両端部
を外部に導出して図示しない液体窒素供給系に接続する
ものである。
【００５９】このような構成の高温超電導バルク４０は
高温超電導体材料を成形型に入れ、９００℃程度の焼結
温度で焼結して作られるが、このとき焼結温度で溶融し
ない材料の冷媒配管を予め焼結前の超電導材料の中に入
れておき、この冷媒配管と超電導材料を一緒に焼結する
ことによって冷媒経路の穴を持つ高温超電導バルクを得
ることができる。
【００６０】図３（ｂ）はスラスト／ガイド軸受用バル
クの他の構成例を示すもので、予め冷媒配管４２を挿通
し得る断面が半円弧状の２本の直線溝を平行に形成した
２枚の円板４０を前述同様に高温超電導体材料を焼結し
て作っておき、その一方の円板４０の直線溝に冷媒配管
４１を挿入した状態で他方の円板４０を直線溝が合致す
るように重合せて一体化する構成とするものである。
【００６１】このような構成の高温超電導バルク４０に
よれば、冷媒配管４１がバルク内の直線溝を通って外部
に導出させた後、Ｕターンさせて再びバルク内に戻すこ
とが可能となるので、液体窒素供給系との接続ができる
と共に、バルクの製作性も向上する。
【００６２】なお、図３では円板状の高温超電導バルク
を構成する場合について述べたが、方形状の高温超電導
バルクであっても前述同様に冷媒配管を挿入した構成と
することができる。
【００６３】また、前述した構成の高温超電導バルク
は、フライホイール電力貯蔵装置の固定子側に設ける場
合について述べたが、高温超電導バルク自体はフライホ
イール電力貯蔵装置以外の他の装置にも適用することが
できるものである。
【００６４】次に本発明の第４の実施の形態を図４によ
り説明する。図２に示したフライホイール電力貯蔵装置
においては、アウタロータの内側に設けられる固定子と
して、円筒状の容器の内周面に複数の環状のスライド／
ガイド軸受用バルクを段積みして構成したが、第４の実
施の形態では図４に示すようにアウタロータ４４の内側
にギャップ４５を存して同軸的に配設される固定子側に
回転中心軸方向に複数に分割され、且つ円弧面が形成さ
れた板状の高温超電導バルク４３を円周上に並べて相互
間を接着して円筒状に構成したものである。
【００６５】なお、図４においては、高温超電導バルク
４３及びアウタロータ４４の軸方向長さを同一長さとし
て示したいるが、実際はアウタロータ４４は軸方向に長
く、高温超電導バルク４３はアウタロータ４４の内側に
設けられる図示しない固定子の中間部に取付けられるも
のである。
【００６６】このような構成としても、第２の実施の形
態と同様の作用効果を得ることができる。なお、高温超
電導バルクとしては、直接焼結により円筒状に一体的に
製作したものであってもよい。
【００６７】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、アウ
ターロータ方式としながら永久磁石にかかる遠心力を減
らし、高温超電導バルクを直接冷却方式またはヒートバ
イプ冷却方式により効果的に冷却することができるフラ
イホイール電力貯蔵装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフライホイール電力貯蔵装置の第
１の実施の形態を示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の要部を示す断面
図。
【図３】（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施の形態の
形態における高温超電導バルクの構成例を示す斜視図。
【図４】本発明の第４の実施の形態の要部を示す斜視
図。
【図５】従来考えられているフライホイール電力貯蔵装
置の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
１……真空容器 ２……固定子 ３……フライホイール ４……回転子永久磁石 ５……固定子巻線 ６，７……スラスト／ガイド軸受用永久磁石 ８……高温超電導バルク ９，１０……タッチダウン軸受 １４……インバータ １５……配線 １７……真空排気ポンプ １８……真空排気ダクト １９，２４……熱伝導板 ２０……支持体 ２１……ジャッキ ２２……直接冷却用冷凍機 ２３……コンプレッサ ２４〜２９……スラスト／ガイド軸受用超電導バルク ３０……容器 ３２，３３……電動発電機用巻線コイル ３４，３５……スラスト／ガイド軸受用永久磁石群 ３６……電動発電機用永久磁石 ３７……フライホイール ３８……内側固定子 ３９……アウターロータ ４０……高温超電導バルク ４１，４２……冷媒配管 ４４……アウタロータ ４３……高温超電導バルク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高畠 幹生 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 三浦 洋嗣 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空容器内に固定子巻線を備えた円筒状
    の容器となる固定子を設けると共に、この固定子の外側
    に前記固定子巻線に対応させて回転子永久磁石を備えた
    回転子となるフライホイールを同軸的に設け、且つ前記
    固定子側に設けられた超電導状態に冷却される高温超電
    導バルクと前記回転子側に設けられたスラスト／ガイド
    軸受用永久磁石との相互作用により、前記フライホイー
    ルを非接触の状態で浮上させて回転中心軸を中心に回転
    させるようにしたフライホイール電力貯蔵装置におい
    て、 前記スラスト／ガイド軸受用永久磁石を前記フライホイ
    ールの回転中心軸側の面に固定し、前記高温超電導バル
    クを前記スラスト／ガイド軸受用永久磁石に対向する前
    記固定子側にその長手方向が回転中心軸方向に沿うよう
    に設ける構成としたことを特徴とするフライホイール電
    力貯蔵装置。
  2. 【請求項２】 固定子側に設けられた高温超電導バルク
    を回転中心軸方向に移動可能な移動機構を備えたことを
    特徴とする請求項１記載のフライホイール電力貯蔵装
    置。
  3. 【請求項３】 回転子の上面に回転支持体を固定し、こ
    の回転支持体の回転半径の小さい位置に回転子永久磁石
    を取付けたことを特徴とする請求項１記載のフライホイ
    ール電力貯蔵装置。
  4. 【請求項４】 固定子側の固定子巻線を空芯コイルで構
    成したことを特徴とする請求項１記載のフライホイール
    電力貯蔵装置。
  5. 【請求項５】 固定子側に設けられる高温超電導バルク
    を冷却する冷媒流通用又はヒートパイプ冷却型の冷却配
    管を固定子内に配設し、且つこの冷却配管に冷媒又は冷
    熱を与える冷凍機を接続したことを特徴とする請求項１
    記載のフライホイール電力貯蔵装置。
  6. 【請求項６】 固定子側に設けられた高温超電導バルク
    は、高温超電導材に予め金属又はセラミックの冷却配管
    を挿入して焼結されたものである請求項１記載のフライ
    ホイール電力貯蔵装置。
  7. 【請求項７】 固定子側に設けられた高温超電導バルク
    は、高温超電導材を円筒状に焼結されたものである請求
    項１記載のフライホイール電力貯蔵装置。
  8. 【請求項８】 円筒状に焼結された高温超電導バルク
    は、回転中心軸方向に複数に分割された板状のバルク片
    を円周上に並設して構成されたものである請求項７記載
    のフライホイール電力貯蔵装置。
  9. 【請求項９】 真空容器内に固定子巻線を備えた円筒状
    の容器となる固定子を設けると共に、この固定子の外側
    に前記固定子巻線に対応させて回転子永久磁石を備えた
    回転子となるフライホイールを同軸的に設け、且つ前記
    固定子側に設けられた超電導状態に冷却される高温超電
    導バルクと前記回転子側に設けられたスラスト／ガイド
    軸受用永久磁石との相互作用により、前記フライホイー
    ルを非接触の状態で浮上させて回転中心軸を中心に回転
    させるようにしたフライホイール電力貯蔵装置におい
    て、 前記円筒状容器の中心軸方向の中央部の内面に固定子巻
    線を設け、この固定子巻線の両側から開口端側に複数個
    の環状のスラスト／ガイド軸受用超電導バルクを対称に
    それぞれ固着して固定子を構成し、前記フライホイール
    の内周面に前記固定子の固定子巻線に対応させて複数個
    の回転子用永久磁石を円周方向に沿って設け、この回転
    子用永久磁石の両側から開口端側に前記固定子のスラス
    ト／ガイド軸受用超電導バルクに対応させて環状のスラ
    スト／ガイド軸受用永久磁石を固着して回転子を構成し
    たことを特徴とするフライホイール電力貯蔵装置。
  10. 【請求項１０】 真空容器内に固定子巻線を備えた円筒
    状の容器となる固定子を設けると共に、この固定子の外
    側に前記固定子巻線に対応させて回転子永久磁石を備え
    た回転子となるフライホイールを同軸的に設け、且つ前
    記固定子側に設けられた超電導状態に冷却される高温超
    電導バルクと前記回転子側に設けられたスラスト／ガイ
    ド軸受用永久磁石との相互作用により、前記フライホイ
    ールを非接触の状態で浮上させて回転中心軸を中心に回
    転させるようにしたフライホイール電力貯蔵装置におい
    て、 前記固定子巻線と交流電源との間で電力を入出力するイ
    ンバータ、前記真空容器内を真空排気する真空排気装
    置、前記高温超電導バルクを冷却する冷凍機及びコンプ
    レッサの少なくとも１つを前記固定子の円筒状の容器内
    に収納することを特徴とするフライホイール電力貯蔵装
    置。
JP16047598A 1998-06-09 1998-06-09 フライホイール電力貯蔵装置 Expired - Fee Related JP3887102B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16047598A JP3887102B2 (ja) 1998-06-09 1998-06-09 フライホイール電力貯蔵装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16047598A JP3887102B2 (ja) 1998-06-09 1998-06-09 フライホイール電力貯蔵装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11355980A true JPH11355980A (ja) 1999-12-24
JP3887102B2 JP3887102B2 (ja) 2007-02-28

Family

ID=15715767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16047598A Expired - Fee Related JP3887102B2 (ja) 1998-06-09 1998-06-09 フライホイール電力貯蔵装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3887102B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006319000A (ja) * 2005-05-10 2006-11-24 Nippon Steel Corp 酸化物超伝導磁石材料及び酸化物超伝導磁石システム
WO2013096946A1 (en) * 2011-12-24 2013-06-27 Rotonix Usa, Inc. Electromechanical flywheel cooling system
JP2013213583A (ja) * 2012-04-03 2013-10-17 Boeing Co:The 開心形フライホイール構成体
US9673680B2 (en) 2011-11-13 2017-06-06 Rotonix Hong Kong Limited Electromechanical flywheels
CN109038936A (zh) * 2018-09-29 2018-12-18 李平 储能姿控两用同心反转双飞轮机电装置
JP2020078243A (ja) * 2012-04-03 2020-05-21 ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ 入れ子型ロータオープンコアフライホイール
CN114157090A (zh) * 2021-11-19 2022-03-08 中国科学院电工研究所 易散热飞轮储能系统及其转子真空下温升抑制方法

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4653555B2 (ja) * 2005-05-10 2011-03-16 新日本製鐵株式会社 酸化物超伝導磁石材料及び酸化物超伝導磁石システム
JP2006319000A (ja) * 2005-05-10 2006-11-24 Nippon Steel Corp 酸化物超伝導磁石材料及び酸化物超伝導磁石システム
US9673680B2 (en) 2011-11-13 2017-06-06 Rotonix Hong Kong Limited Electromechanical flywheels
US9641051B2 (en) 2011-12-24 2017-05-02 Rotonix Hong Kong Limited Electromechanical flywheel cooling system
WO2013096946A1 (en) * 2011-12-24 2013-06-27 Rotonix Usa, Inc. Electromechanical flywheel cooling system
CN107196452A (zh) * 2012-04-03 2017-09-22 波音公司 空心式飞轮架构
CN103368323A (zh) * 2012-04-03 2013-10-23 波音公司 空心式飞轮架构
US9729025B2 (en) 2012-04-03 2017-08-08 The Boeing Company Open-core flywheel architecture
JP2013213583A (ja) * 2012-04-03 2013-10-17 Boeing Co:The 開心形フライホイール構成体
JP2018033306A (ja) * 2012-04-03 2018-03-01 ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅＢｏｅｉｎｇ Ｃｏｍ 開心形フライホイール構成体
CN107196452B (zh) * 2012-04-03 2019-05-21 波音公司 空心式飞轮架构
JP2020078243A (ja) * 2012-04-03 2020-05-21 ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ 入れ子型ロータオープンコアフライホイール
US10826348B2 (en) 2012-04-03 2020-11-03 The Boeing Company Open-core flywheel architecture
US11070107B2 (en) 2012-04-03 2021-07-20 The Boeing Company Open-core flywheel architecture
CN109038936A (zh) * 2018-09-29 2018-12-18 李平 储能姿控两用同心反转双飞轮机电装置
CN109038936B (zh) * 2018-09-29 2023-10-17 李平 储能姿控两用同心反转双飞轮机电装置
CN114157090A (zh) * 2021-11-19 2022-03-08 中国科学院电工研究所 易散热飞轮储能系统及其转子真空下温升抑制方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP3887102B2 (ja) 2007-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6461385B2 (ja) 超電導モータ及び発電機
JP3961032B2 (ja) 回転子軸の磁気軸受装置
JP4890119B2 (ja) 超電導コイル装置及び誘導子型同期機
US7049724B2 (en) Superconducting rotating machines with stationary field coils and axial airgap flux
GB2462532A (en) Brushless motor/generator with trapped-flux superconductors
Lembke Design and analysis of a novel low loss homopolar electrodynamic bearing
JP6503590B2 (ja) 電気回転機及びバルク着磁方法
Anvari et al. A coreless permanent-magnet machine for a magnetically levitated shaft-less flywheel
KR20080030627A (ko) 초전도 장치 및 액시얼 갭 타입의 초전도 모터
JP3887102B2 (ja) フライホイール電力貯蔵装置
JP2010511366A (ja) 超伝導同期電動機
JPH0549191A (ja) 電力貯蔵装置
CN113839516A (zh) 轴向悬浮用定子组件、磁悬浮电机及直线式电磁执行机构
JP7237537B2 (ja) 回転機
US7791246B2 (en) Axial motor
US7291958B2 (en) Rotating back iron for synchronous motors/generators
AU2007271814B2 (en) Synchronous machine having magnetic bearing excited by the rotor
JPH08296648A (ja) 軸受装置およびその始動方法
JPH03117359A (ja) 軸方向ギャップ超伝導電気機械
JPH11243677A (ja) 同軸リニアモータ
JP2006173639A (ja) バルク超電導体の着磁装置、着磁方法及び超電導同期機
KR101091180B1 (ko) 전초전도 회전기의 냉각 구조
Ren et al. Loss and thermal estimation method of a magnetic bearing system considering electromagnetic and temperature coupling
Nikolajsen Experimental investigation of an eddy-current bearing
RU37387U1 (ru) Электрическая дисковая машина

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060126

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060207

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060407

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060530

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060721

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20061121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20061124

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091201

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101201

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111201

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121201

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121201

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131201

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees