KR100598846B1 - 에너지 저장 시스템의 플라이휠 - Google Patents

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KR100598846B1
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Abstract

본 발명은, 내부 응력의 발생을 최소화시킬 수 있고, 공진주파수를 높일 수 있는 에너지 저장 시스템의 플라이휠을 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠은, 회전축(rotating shaft); 상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 회전축에 구비되는 중공형 허브(hollow type hub); 및 상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 중공형 허브의 외주면에 구비되는 다층형 로터(multi-layers type rotor);를 포함하고, 상기 중공형 허브는, 상기 다층형 로터에 접촉되는 접촉부(contact portion); 및 상기 접촉부에서 돔형으로 연장되어 상기 회전축에 고정되는 적어도 두 개의 돔형 고정부(dome type fixing portion);를 포함한다.
에너지, 저장, 플라이휠, 허브, 로터

Description

에너지 저장 시스템의 플라이휠{FLYWHEEL OF ENERGY STORAGE SYSTEM}
도 1은 제1 종래기술에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠의 구성을 나타낸 요부절개 사시도.
도 2는 제2 종래기술에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠의 구성을 나타낸 요부절개 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠의 구성을 나타낸 요부절개 사시도.
도 4는 도 3의 플라이휠 중 허브를 나타낸 요부절개 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술을 비교한 것으로서, 30,000RPM으로 회전시 반경방향에 따른 강도비를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술을 비교한 것으로서, 강도비의 최대값을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술을 비교한 것으로서, 공진주파수를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종 래기술과, 그리고 제2 종래기술의 비교한 것으로서, 강도비와 공진주파수를 고려하여 플라이휠의 최대 작동 회전수를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술의 비교한 것으로서, 최대 저장 에너지를 나타낸 그래프.
도 10은 도 3의 플라이휠 중 허브의 제1 변형례를 나타낸 요부절개 사시도.
도 11은 도 3의 플라이휠 중 허브의 제2 변형례를 나타낸 요부절개 사시도.
도 12는 도 3의 플라이휠 중 허브의 제3 변형례를 나타낸 요부절개 사시도.
도 13은 도 3의 플라이휠 중 허브의 제4 변형례를 나타낸 요부절개 사시도.
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 에너지 저장시스템의 플라이휠에 관한 것이다.
일반적으로, 플라이휠을 이용한 에너지 저장 시스템은, 주지하는 바와 같이, 잉여의 전력을 이용하여 모터를 회전시킨 후 이때 부착된 회전체의 관성에너지를 저장하는 시스템으로서, 기존의 기계적 에너지 저장 장치와 화학적 에너지 저장 장치에 비해 에너지 저장 효율이 우수하다는 장점이 있다.
이러한 장점 때문에, 전기자동차의 보조동력원, 무정전 전원공급장치(CVCF, constant voltage constant frequency), 펄스 파워발생기, 인공위성 등 다양한 분 야에서 이를 채용하고 있다.
여기서, 플라이휠을 이용한 에너지 저장 시스템은, 주지하는 바와 같이, 관성에너지를 저장하는 플라이휠과, 상기 플라이휠을 구동시키는 모터로 이루어진다.
그리고, 상기 플라이휠은, 주지하는 바와 같이, 로터와, 회전축과, 그리고 이들을 고정하기 위한 허브로 이루어진다.
이러한 플라이휠을 통해 저장할 수 있는 회전운동 에너지는 다음과 같은 수학식으로 표현된다.
Figure 112004031540281-pat00001
이 식과 같이 플라이휠에 저장되는 에너지는 플라이휠의 극관성 모멘트 I에 선형적으로 비례하고, 플라이휠의 크기보다는 회전속도 ω의 증가가 매우 효과적임을 알 수 있다.
그러나, 종래에 플라이휠의 재료로 사용하던 일반금속은 재료의 인장강도가 약해 고속회전이 불가능한 문제가 있었다.
하지만, 최근 급격히 발전하고 있는 고강도 복합재료의 개발은 플라이휠의 선주속도를 1110m/sec로 끌어올려 100,000rpm의 고속회전도 가능하게 하였다.
즉, 플라이휠의 단위 무게 및 단위 부피당 에너지 밀도를 획기적으로 증가시킴으로써 고출력의 에너지 저장시스템의 개발이 가능하게 되었다.
특히, 내부 응력 중 강도가 낮은 반지름 방향의 인장응력은 복합재료에 치명적인 손상을 입힐 수 있다. 이에 따라, 로터는, 다층의 복합재 링이 조합되어 이루 어지게 되고, 고속회전시 내측의 복합재 링이 반지름 바깥쪽으로 확장되도록 하여 응력을 낮추고 있다.
그러나, 이러한 로터를 축에 연결하기 위해, 반지름 방향의 확장성이 용이한 허브의 설계가 제시되어야 한다. 즉, 허브와 로터간에는 이탈되는 경향이 나타나므로 허브와 로터간의 접합문제를 반드시 고려하여야 한다.
다시 말하자면, 플라이휠은 다음과 같은 사항이 만족되도록 설계되어야만 한다.
먼저, 플라이휠은 고속 회전시 발생하는 내부 응력이 저감되도록 설계될 필요성이 있다.
그리고, 플라이휠은 운전 회전수를 회피하는 공진회전수를 가지도록 설계될 필요성이 있다.
이를 위하여 그 동안 많은 설계자들에 의해 로터와 회전축을 고정하는 새로운 허브의 설계가 제지되어 왔다.
이하, 종래기술에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠을 설명한다.
먼저, 제1 종래기술에 따른 플라이휠(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 중실축형태의 허브(12)를 사용하고 있다. 여기에서는 로터(11)에 테이퍼를 주어서 중실축형태의 허브(12)에 억지끼움방식으로 결합시키는 방식을 취하고 있다.
하지만, 고속 회전시 높은 인장응력(즉, 높은 강도비)이 발생되는 문제가 있었다(도 5참조). 또한, 중실축 허브(12)와 로터(11)와의 탈착이 용이하지 못하여 플라이휠(10)의 유지 보수 작업이 어려운 문제가 있었다.
한편, 제2 종래기술에 따른 플라이휠(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전축(22)과 연결되는 부분에는 돔 형상을 가지고, 로터(21)와 인접하는 부분은 실린더 형상을 갖는 허브(23)를 사용하고 있다.
하지만, 고속회전시 허브(23)와 로터의(21) 인접부분에 인장응력을 감소시킬 수 있으나, 공진주파수가 낮게 나오는 문제가 있었다(도 7 참조).
본 발명은 종래기술에 따른 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 내부 응력의 발생을 최소화시킬 수 있고, 공진주파수를 높일 수 있는 에너지 저장 시스템의 플라이휠을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠은, 회전축(rotating shaft); 상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 회전축에 구비되는 중공형 허브(hollow type hub); 및 상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 중공형 허브의 외주면에 구비되는 다층형 로터(multi-layers type rotor);를 포함하고,
상기 중공형 허브는, 상기 다층형 로터에 접촉되는 접촉부(contact portion); 및 상기 접촉부에서 돔형으로 연장되어 상기 회전축에 고정되는 적어도 두 개의 돔형 고정부(dome type fixing portion);를 포함하며,
상기 중공형 허브에 다수개의 슬롯(plurality slots)이 그 길이방향으로 형성된다.
또한, 상기 다수개의 홈은 상기 중공형 허브의 원주방향을 따라 등간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다수개의 슬롯 각각은, 상기 접촉부에 그 길이방향으로 길게 형성되되 상기 접촉부의 길이보다 소정량 길게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다수개의 슬롯 각각은, 상기 회전축의 중심 방향을 향하도록 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다수개의 슬롯은, 상기 로터의 강도와 공진주파수에 따라 그 수가 정해지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 적어도 2개의 돔형 고정부는, 상기 접촉부의 일단에 구비되는 제1 돔형 고정부; 및 상기 접촉부의 타단에 구비되는 제2 돔형 고정부;를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1 돔형 고정부 및 상기 제2 돔형 고정부는, 외측으로 볼록한 돔형상을 가지는 것일 수 있다.
이와 더불어, 상기 적어도 2개의 돔형 고정부는, 상기 접촉부의 내주면에 구비되는 적어도 하나의 제3 돔형 고정부를 더 포함할 수 있다.
한편, 변형례로서, 상기 적어도 2개의 돔형 고정부는, 상기 접촉부의 일단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제4 돔형 고정부; 및 상기 접촉부의 타단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제5 돔형 고정부;를 포함할 수도 있다.
한편, 다른 변형례로서, 상기 적어도 2개의 돔형 고정부는, 상기 접촉부의 일단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제6 돔형 고정부; 및 상기 접촉부의 타단에 구비되며 외측으로 볼록한 돔형상을 가지는 제7 돔형 고정부;를 포함할 수도 있다.
한편, 또 다른 변형례로서, 상기 적어도 2개의 돔형 고정부는, 상기 접촉부의 일단에 구비되는 제8 돔형 고정부; 및 상기 접촉부의 내주면에 구비되는 적어도 하나의 제9 돔형 고정부;를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 적어도 2개의 돔형 고정부는, 상기 다층형 로터의 강도 및 공진주파수에 따라 그 수가 정해지는 것이 바람직하다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠의 구성을 나타낸 요부절개 사시도이고, 도 4는 도 3의 플라이휠 중 허브를 나타낸 요부절개 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 회전축(110; rotating shaft)과, 상기 회전축(110)과 동축을 이루도록 상기 회전축(110)에 구비되는 중공형 허브(120; hollow type hub)와, 그리고 상기 회전축(110)과 동축을 이루도록 상기 중공형 허브(120)의 외주면에 구비되는 다층형 로터(130; multi-layers type rotor)를 포함한다.
그리고, 상기 중공형 허브(120)는, 상기 다층형 로터(130)에 접촉되는 접촉부(121; contact portion)와, 상기 접촉부(121)에서 돔형으로 연장되어 상기 회전축(110)에 고정되는 적어도 두 개의 돔형 고정부(122; dome type fixing portion) 를 포함한다.
특히, 상기 중공형 허브(120)에 다수개의 슬롯(123; plurality slots)이 그 길이방향으로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 더불어 상기 다수개의 슬롯(123)은 상기 중공형 허브(120)의 원주방향을 따라 등간격으로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 그 이유는, 플라이휠의 고속회전시 상기 접촉부(121)가 반경방향으로 고르게 확장되도록 하기 위함이다.
또한, 상기 다수개의 슬롯(123) 각각은, 상기 접촉부(121)에 그 길이방향으로 길게 형성되되 상기 접촉부(121)의 길이보다 설정량 길게 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 플라이휠의 고속회전시 상기 접촉부(121)가 원활하게 확장되도록 하기 위함이다.
또한, 상기 다수개의 슬롯(123) 각각은, 상기 회전축(110)의 중심 방향을 향하도록 형성되는 것이 바람직하다. 그 이유는, 플라이휠의 고속회전시 상기 접촉부(121)가 정확하게 반경방향으로 확장되도록 하기 위함이며, 다층형 로터(130)의 내주면에 확장에 의한 압축력을 고르게 부여하기 위함이다.
나아가, 다층형 로터(130)의 내주면에 압축력이 부여되면 다층형 로터(130)의 반경방향 응력을 낮출 수 있게 된다. 이에 대한 구체적인 설명은 후술한다.
또한, 상기 다수개의 슬롯(123)은, 상기 다층형 로터(130)의 강도와 공진주파수에 따라 그 수가 정해지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 적어도 2개의 돔형 고정부(122)는, 상기 접촉부(121)의 일단에 구비되는 제1 돔형 고정부(122a)와, 그리고 상기 접촉부(121)의 타단에 구비되는 제2 돔형 고정부(122b)를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 제1 돔형 고정부 및 상기 제2 돔형 고정부는, 외측으로 볼록한 돔형상을 가지는 것일 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠을 제1, 2 종래기술과 비교하여 설명한다.
먼저, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술을 비교한 것으로서, 30,000RPM으로 회전시 반경방향에 따른 강도비를 나타낸 그래프이다.
여기서, 강도비는 응력의 크기를 각각의 재료 강도로써 나누어 무차원화한 값이다. 특히, 강도비가 1보다 작으면 안전하고 1보다 크면 위험한 것을 나타낸다.
제1 종래기술의 플라이휠(도 1의 10참조) 및 제2 종래기술의 플라이휠(도 2의 20참조)에서는, 강도비가 높게 나오는 것을 볼 수 있다.
구체적으로, 제1 종래기술에서는, 허브(도 1의 12)와 로터(도 1의 11)가 인접하는 부분에 높은 인장응력이 발생하여 강도비가 높게 나오는 것을 볼 수 있다.
그 이유는, 허브(12)의 반경방향 변위가 로터(11)의 변위보다 작아서 인장응력이 발생되기 때문이다. 제2 종래기술 또한 마찬가지 이유이므로 설명을 생략한다.
이에 반해, 본 발명의 실시예에 의한 플라이휠은, 중공형 허브(120)와 다층형 로터(130)의 접촉부분에 압축력이 발생하는 것을 알 수 있다. 이것은 중공형 허브(120)의 반경방향 변위가 다층형 로터(130)의 변위보다 커짐에 따라 다층형 로터(130)에 압축력이 작용한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 플라이휠은, 상기 압축력이 다층형 로터(130)의 응력을 저감시킴에 따라, 제1, 2 종래기술의 플라이휠(10, 20) 보다 강도비가 가장 낮게 분포되는 것을 알 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술을 비교한 것으로서, 강도비의 최대값을 나타낸 그래프이다.
특히, 도 6은 플라이휠이 30,000rpm으로 회전할 때의 최대 강도비를 나타낸 그래프이다.
여기서, 제1 종래기술에 따른 플라이휠(10)의 강도비가 1보다 큰 3.77로서 위험한 것으로 나타났다. 또한, 제2 종래기술에 따른 플라이휠(20)도 역시 강도비가 1.38로써 위험한 것으로 나타났다.
이에 반해, 본 발명에 따른 플라이휠은, 강도비가 1보다 작은 0.24로써 안전하다는 것으로 나타났다.
결과적으로, 도 5와 도 6을 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 플라이휠의 중공형 허브(120)가 다층형 로터(130)와의 반경방향 변위에 적합한 것으로 나타났으며, 다층형 로터의 응력을 저감시킬 수 있는 능력이 제1, 2 종래기술에 비해 가장 뛰어난 것을 알 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술을 비교한 것으로서, 공진주파수를 나타낸 그 래프이다.
여기서, 제1 종래기술에 따른 플라이휠(10)은, 공진주파수가 100,902rpm으로써 동역학적으로 가장 안정하다는 것을 알 수 있다.
그리고, 제2 종래기술에 따른 플라이휠(20)은, 공진주파수가 16,136.4rpm으로써 가장 낮은 것을 볼 수 있다. 그 이유는, 허브(23)의 회전축(22) 고정부분이 한 개이기 때문이다.
이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 플라이휠은, 제2 종래기술의 플라이휠보다 높은 55,962rpm을 나타낸다. 그 이유는, 중공형 허브(120)의 회전축(110) 고정부가 제1 돔형 고정부(122a)와 제2 돔형 고정부(122b)로서 두 개 이기 때문이다.
나아가, 도 6과 도 7을 종합하여 보면, 플라이휠이 30,000rpm으로 회전할 경우, 본 발명의 실시예에 따른 플라이휠의 강도비가 1보다 작고, 공진주파수가 작동회전수(30,000rpm)보다 높게 나타나므로 안전하다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술의 비교한 것으로서, 강도비와 공진주파수를 고려하여 플라이휠이 안전하게 운전될 수 있는 최대 회전수를 나타낸 그래프이다.
여기서, 최대 회전수는, 플라이휠의 강도비와 공진주파수를 동시에 만족하는 플라이휠의 최대 회전수를 의미한다.
그리고, 본 발명이 실시예에 따른 플라이휠이 43,600rpm으로써 제1, 2 종래기술의 플라이휠보다 회전속도를 가장 많이 올릴 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠과, 제1 종래기술과, 그리고 제2 종래기술의 비교한 것으로서, 최대 저장 에너지를 나타낸 그래프이다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 플라이휠의 에너지 저장량이 14.16KWh로써 제1, 2 종래기술의 그 것 보다 매우 높은 값을 가지는 것을 볼 수 있다. 그 이유는, 플라이휠의 에너지 저장량은 회전수의 제곱에 비례하므로, 도 8에 나타낸 바와 같이 작동 회전수가 가장 높은 본 발명의 실시예에 따른 플라이휠이 에너지 저장량 또한 가장 높게 되기 때문이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠 중 허브의 변형예들을 살펴본다.
설명에 앞서, 본 발명의 실시에에 따른 에너지 저장 시스템의 플라이휠 중 변형되지 않은 부위는 동일 명칭 및 동일 부호를 사용한다.
먼저, 도 10은 도 3의 플라이휠 중 허브의 제1 변형례를 나타낸 요부절개 사시도이고이다.
제1 변형례로서의 허브(200)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 접촉부(121)의 일단에 구비되는 제1 돔형 고정부(122a)와, 상기 접촉부(121)의 타단에 구비되는 제2 돔형 고정부(122b)와, 그리고 상기 접촉부(121)의 내주면에 구비되는 제3 돔형 고정부(122c)를 포함할 수 있다.
또한, 도 11은 도 3의 플라이휠 중 허브의 제2 변형례를 나타낸 요부절개 사시도이다.
제2 변형례로서의 허브(300)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 접촉부(121)의 일단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제4 돔형 고정부(310)와, 그리고 상기 접촉부(121)의 타단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제5 돔형 고정부(320)를 포함할 수도 있다.
또한, 도 12는 도 3의 플라이휠 중 허브의 제3 변형례를 나타낸 요부절개 사시도이다.
제3 변형례로서의 허브(400)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 접촉부(121)의 일단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제6 돔형 고정부(410)와, 그리고 상기 접촉부(121)의 타단에 구비되며 외측으로 볼록한 돔형상을 가지는 제7 돔형 고정부(420)를 포함할 수도 있다.
또한, 도 13은 도 3의 플라이휠 중 허브의 제4 변형례를 나타낸 요부절개 사시도이다.
제4 변형례로서의 허브(500)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 접촉부(121)의 일단에 구비되는 제8 돔형 고정부(510)와, 그리고 상기 접촉부(121)의 내주면에 구비되는 적어도 하나의 제9 돔형 고정부(520)를 포함할 수도 있다.
한편, 상기 적어도 2개의 돔형 고정부는, 상기 다층형 로터(130)의 강도 및 공진주파수에 따라 그 수가 정해지는 것이 바람직하다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 에너지 저장 시스템의 플라이휠은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 중공형 허브에 슬롯이 형성됨에 따라, 플라이휠의 고속회전시 다층형 로터의 내주면 압축력이 부여되어 다층형 로터의 반경방향 인장응력을 저감시킬 수 있는 이점이 있다. 아울러 로터와 허브간의 이탈을 방지시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 중공형 허브의 돔형 고정부가 적어도 2개 구비됨에 따라, 플라이휠의 작동속도보다 공진주파수를 높여 공진을 피할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 상세한 설명에 언급된 모든 효과를 포함한다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 회전축(rotating shaft);
    상기 회전축과 동축으로 이루도록 상기 회전축에 구비되는 중공형 허브(hollow type hub); 및
    상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 중공형 허브의 외주면에 구비되는 다층형 로터(multi-layers type rotor)를 포함하고,
    상기 중공형 허브는,
    상기 다층형 로터에 접촉되는 접촉부(contact portion); 및
    상기 접촉부에서 돔형으로 연장되어 상기 회전축에 고정되는 적어도 두 개의 돔형 고정부(dome type fixing portion)를 포함하며, 그리고
    상기 중공형 허브에 다수개의 슬롯(plurality slots)이 그 길이방향으로 형성되는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수개의 슬롯은 상기 중공형 허브의 원주방향을 따라 등간격으로 형성되는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수개의 슬롯 각각은,
    상기 접촉부에 그 길이방향으로 길게 형성되되 상기 접촉부의 길이보다 설정량 길게 형성됨을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수개의 슬롯 각각은,
    상기 회전축의 중심 방향을 향하도록 형성됨을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 다수개의 슬롯은, 상기 로터의 강도와 공진주파수에 따라 그 수가 정해짐을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 돔형 고정부는,
    상기 접촉부의 일단에 구비되는 제1 돔형 고정부; 및
    상기 접촉부의 타단에 구비되는 제2 돔형 고정부;
    를 포함하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 돔형 고정부 및 상기 제2 돔형 고정부는,
    외측으로 볼록한 돔형상을 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 접촉부의 내주면에 구비되는 적어도 하나의 제3 돔형 고정부를 더 포함하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 돔형 고정부는,
    상기 접촉부의 일단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제4 돔형 고정부; 및
    상기 접촉부의 타단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제5 돔형 고정부;
    를 포함하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  11. 회전축(rotating shaft);
    상기 회전축과 동축으로 이루도록 상기 회전축에 구비되는 중공형 허브(hollow type hub); 및
    상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 중공형 허브의 외주면에 구비되는 다층형 로터(multi-layers type rotor)를 포함하고,
    상기 중공형 허브는,
    상기 다층형 로터에 접촉되는 접촉부(contact portion); 및
    상기 접촉부에서 돔형으로 연장되어 상기 회전축에 고정되는 적어도 두 개의 돔형 고정부(dome type fixing portion)를 포함하며, 그리고
    상기 적어도 2개의 돔형 고정부는,
    상기 접촉부의 일단에 구비되며 내측으로 오목한 돔형상을 가지는 제6 돔형 고정부; 및
    상기 접촉부의 타단에 구비되며 외측으로 볼록한 돔형상을 가지는 제7 돔형 고정부;
    를 포함하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  12. 회전축(rotating shaft);
    상기 회전축과 동축으로 이루도록 상기 회전축에 구비되는 중공형 허브(hollow type hub); 및
    상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 중공형 허브의 외주면에 구비되는 다층형 로터(multi-layers type rotor)를 포함하고,
    상기 중공형 허브는,
    상기 다층형 로터에 접촉되는 접촉부(contact portion); 및
    상기 접촉부에서 돔형으로 연장되어 상기 회전축에 고정되는 적어도 두 개의 돔형 고정부(dome type fixing portion)를 포함하며, 그리고
    상기 적어도 2개의 돔형 고정부는,
    상기 접촉부의 일단에 구비되는 제8 돔형 고정부; 및
    상기 접촉부의 내주면에 구비되는 적어도 하나의 제9 돔형 고정부;
    를 포함하는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
  13. 회전축(rotating shaft);
    상기 회전축과 동축으로 이루도록 상기 회전축에 구비되는 중공형 허브(hollow type hub); 및
    상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 중공형 허브의 외주면에 구비되는 다층형 로터(multi-layers type rotor)를 포함하고,
    상기 중공형 허브는,
    상기 다층형 로터에 접촉되는 접촉부(contact portion); 및
    상기 접촉부에서 돔형으로 연장되어 상기 회전축에 고정되는 적어도 두 개의 돔형 고정부(dome type fixing portion)를 포함하며, 그리고
    상기 적어도 2개의 돔형 고정부는, 상가 다층형 로터의 강도 및 공진주파수에 따라 그 수가 정해짐을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템이 플라이휠.
  14. 회전축(rotating shaft);
    상기 회전축과 동축으로 이루도록 상기 회전축에 구비되는 중공형 허브(hollow type hub); 및
    상기 회전축과 동축을 이루도록 상기 중공형 허브의 외주면에 구비되는 다층 형 로터(multi-layers type rotor);를 포함하고,
    상기 중공형 허브는,
    상기 다층형 로터에 접촉되는 접촉부(contact portion); 및
    상기 접촉부에서 연장되어 상기 회전축에 고정되는 고정부(fixing portion);를 포함하며,
    상기 중공형 허브에 다수개의 슬롯(plurality slots)이 그 길이방향으로 형성되는 에너지 저장 시스템의 플라이휠.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101102226B1 (ko) * 2009-12-02 2012-01-05 한국전력공사 플라이휠 에너지 저장 시스템용 복합재 허브, 복합재 허브의 제조 방법 및 복합재 허브가 적용된 플라이휠 에너지 저장 시스템

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100965481B1 (ko) * 2008-05-08 2010-06-24 한양대학교 산학협력단 에너지 저장용 플라이휠의 허브
KR101009715B1 (ko) * 2010-10-01 2011-01-19 한양대학교 산학협력단 플라이휠용 허브 및 이를 구비한 에너지 저장용 플라이휠
EP2698557B1 (de) * 2012-08-14 2014-10-29 Enrichment Technology Company Ltd. Schwungrad-Energiespeicher
US10050491B2 (en) 2014-12-02 2018-08-14 Management Services Group, Inc. Devices and methods for increasing energy and/or power density in composite flywheel energy storage systems
US11143277B2 (en) * 2019-09-20 2021-10-12 Helix Power Corporation Rotor hub for flywheel energy storage system
US11146131B2 (en) 2019-09-20 2021-10-12 Helix Power Corporation Composite rotor for flywheel energy storage system
US11303186B2 (en) 2019-09-20 2022-04-12 Helix Power Corporation Stator cooling for flywheel energy storage system

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4058024A (en) * 1976-06-09 1977-11-15 Electric Power Research Institute, Inc. Multiple ring inertial energy storage wheel with improved inter-ring connector
US4370899A (en) * 1978-09-13 1983-02-01 U.S. Flywheels, Inc. Flywheel for kinetic energy storage
GB8314142D0 (en) * 1983-05-21 1983-06-29 British Petroleum Co Plc Containing energy storage flywheel
GB8325602D0 (en) * 1983-09-23 1983-10-26 British Petroleum Co Energy storage flywheels
GB8328295D0 (en) * 1983-10-22 1983-11-23 British Petroleum Co Plc Energy storage flywheels
US4991462A (en) * 1985-12-06 1991-02-12 E. I. Du Pont De Nemours And Company Flexible composite ultracentrifuge rotor
US6014911A (en) * 1998-01-13 2000-01-18 Swett; Dwight W. Flywheel with self-expanding hub

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101102226B1 (ko) * 2009-12-02 2012-01-05 한국전력공사 플라이휠 에너지 저장 시스템용 복합재 허브, 복합재 허브의 제조 방법 및 복합재 허브가 적용된 플라이휠 에너지 저장 시스템

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