JPS6335142A - フライホイ−ル電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はフライホイールを利用して短時間の停電に対応
しつるように構成されたフライホイール電源装置、特に
そのフライホイールの構造に関するものである。

〔従来の技術〕

一般に、長時間に亙る停電の発生する頻度は極めて小さ
いが、落雷等のショックによる例えば秒単位の停電はか
なり頻発に発生する。　しかし、こうした−瞬の停電（
以下瞬停という）であっても、オンラインで常時Ｎ？＝
　ｉｈしているＦＡコントローラ、プロセス制御のコン
ピュータあるいはシーケンサなどの電子機器は、この瞬
停によりその機能を全面的にストップすることかある。

フライホイール電源装置は、こうした瞬停への対策とし
て開発されたもので、従来のバッテリに変りフライホイ
ールを利用する回転式の蓄電システムを採用した信顆性
の高い電ｌ原装置である。

第３図は従来のフライホイール電源装置の断面図て、１
はケーシング、２（よフライホイールで、上部回転軸２
ａおよび下部回転軸２ｂか設けられている。３はロータ
、４はステータて、鉄芯４ａとコイル４ｂとから構成さ
れている。５は上部軸受で、５ａはその軸受メタルであ
る。６は下部軸受で、７は潤滑油である。８は軸受箱、
９はステータ保持部、１０は６１１気軸受、１１は冷却
フィンである。

図において、真空に保持されたケーシング１の下部に装
着されたステータ保持台９に鉄芯４ａとコイル４ｂとよ
りなるステータ４が保持されている。このステータ４に
対応するロータ３を内蔵したフライホイール２は、その
上部回転軸２ａ及び下部回転軸２ｂが夫々上部軸受５お
よび下部軸受６に支承されている。上部軸受５の軸受メ
タル５ａと上部回転軸２ａとの間には若干のクリアラン
スがあり、また、下部軸受６は球面軸受で構成されてい
る。

ケーシング１に装着されたステータ４とフライホイール
２に内蔵されたロータ３とは発電電動機を構成している
ので、ステータ４に給電することによりフライホイール
２は回転を始める。回転当初回転数の低い間は、フライ
ホイール２のプリセツションのため上記回転＠２ａは上
部軸受の軸受メタル５ａに接触して回転しているか、回
転数か増加し数千ＲＰＭに達すると、フライホイール２
のジャイロ効果により、上部回転軸２ａは上部軸受メタ
ル５ａと非接触となり、フライホイール２は下部回転軸
２ｂの先端の球面が下部軸受６に支承されただけの状態
で直立して回転する。なお、下部回転軸３ｂの先端と下
部軸受６とはフライホイール２の停止時には金属接触を
しているが、フライホーイル２が回転を始めると、潤滑
油７を下部軸受６のスパイラル溝に引込み、下部回転軸
２ｂの先端は軸受６の油膜上で回転することとなる。

瞬停のため給電が停止すると、上記ロータ３とステータ
４は発Ｎｍとして機能し、フライホイール２の回転エネ
ルギーが電気エネルギーに変換されて送り出されるので
、停電か発生しても電力の供給が止ることはない。なお
、磁気軸受１０は、フライホイール２の回転の安定とフ
ライホイール２を上方へ磁気力により吸引するためのも
のである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のような従来のフライホイール電源装置においては
、フライホイール２の下部は下方に向けた凹部形状の円
筒状になっており、フライホイール２が回転していると
きの遠心力により、ロータに発生ずる変形及び応力が大
きくなり、このため最高回転速度に限界があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
で、高速回転時のフライホイール本体の変形及び応力を
軽減してより高速化を可能にしたフライホイール電源装
置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決する！こめの手段］ この発明に係るフライホイール電源装置は、下方に向け
て凹型形状を有するフライホイールの下部円筒部の外周
に補強リングを設けたものである。

（作用） この発明においては、高速回転時においてフライホイー
ルに大きな遠心力が加わるが、補強リングが設けられて
いるので変形及び応力も小さく押えられる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例に係るフライホイール電源
装置の断面図で、第２図はその動作を示す説明図である
。なお、これらの図において第３図と同一符号のものは
同−又は相当部分を示すものとする。第１図において１
６は補強リングであり、フライホイール２の下部円筒部
に取り付けられている。

まず、高速回転時のフライホイール２の変形について説
明する。第２図において、フライホイール２が高速で回
転したときの遠心力によって、例えば図の破線１７て示
すように変形するものとする。フライホイール２遠心力
による変形は、円筒部の下部端面で半径方向の広がりδ
となる。このような変形状態（スカートが広がるような
変形）におけるフライホイール内部の高い応力か発生す
る箇所は、フライホイール２の円筒部から円板部に径行
する内側の半径方向応力Ｏｒと下部円筒部の端面の内側
の周方向応力σθとなる。すなわち半径方向の広がりδ
に起因している。この広がりδを極力小さくすることが
、フライホイール２に生ずる応力を小さくすることとな
る。

この実施例はこの点に着目して構成されており、第１図
に示す如くフライホイール２の下部円筒部の外周に、比
強度の高い材料（軽＜て強い材料）例えばＣＦＲＰ　（
炭素繊維強化プラスチック）などの複合材料で形成され
たリング１６を焼はめ等でがん合している。

このようなフライホーイル構造にすることにより、フラ
イホイール２の回転時の半径方向の広がりδを小さくす
ることができで、このためフライホイールに生ずる応力
も軽減できる。

なお、上記の実施例においては補強リング１６としてＣ
ＦＲＰを用いた例を示したが、この発明においてはその
ことに限定されることではなく、フライホーイルより応
力変形が小さいものであれば他の材料で構成しても良い
ことは言うまでもない。また、補強リング１６を取り付
ける際かん合による場合について説明したが、それに限
定されるものではなく、溶接等によってもよい。更に補
強リング１６はその軸方向に複数個に分割したものでも
よい。

〔発明の効果） 以上のようにこの発明によれば、フライホイールに補強
リングを設けて遠心力による変形歪、応力を小さくした
ので、回転数を上げることかでき、このためフライホイ
ール重量当りの出力を大きくすることができる。このこ
とは、エネルギー密度を向上させることを可能したこと
を意味しているから、フライホーイル及びフライホール
電源装置の小型化、軽量化も可能となっている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るフライホイール電源装
置の断面説明図、第２図はフライホイールの遠心力によ
る変形を示す説明図、第３図は従来のフライホイール電
源装置の構成を示す断面説明図である。 図において、２はフライホイール、１６は補強リングで
ある。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示すものとす
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）フライホィールと、フライホィールの上下に突出
   した回転軸と、上記回転軸の上下を夫々支承する上部支
   承部及び下部支承部と、上記フライホィールに回転力を
   与え、また上記回転力を電気エネルギーに変換する発電
   電動機部とを備えたフライホィール電源装置において、
   下方に向けて凹型形状を有するフライホィールの下部円
   筒部の外周に補強リングを設けたことを特徴とするフラ
   イホィール電源装置。
2. （２）補強リングは複合材料で構成されている特許請求
   の範囲第１項に記載のフライホィール電源装置。
3. （３）複合材料はＣＦＲＰである特許請求の範囲第２項
   に記載のフライホィール電源装置。