KR100805011B1

KR100805011B1 - 플라이 휠 발전기

Info

Publication number: KR100805011B1
Application number: KR1020060059112A
Authority: KR
Inventors: 게이지 구로사와
Original assignee: 가부시끼가이샤 브이에스디; 가또 지로
Priority date: 2005-11-30
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-02-20
Also published as: KR20070056912A; US20070120430A1; JP4914060B2; CN100472095C; EP1793480A2; EP1793480A3; JP2007151364A; CN1975204A

Abstract

본 발명은 기동 모터와, 이 기동 모터에 의해 회전되는 플라이 휠 회전축과, 이 플라이 휠 회전축에 결합하여 회전하는 플라이 휠과, 이 플라이 휠의 외주부에 거의 동일한 각도 간격으로 마련된 복수의 영구 자석과, 이러한 영구 자석에 대향하여, 상기 플라이 휠의 직경선 상의 위치에 고정 배치된 한 쌍의 전자석과, 상기 플라이 휠 회전축에 의해 회전 구동되는 발전기에 관한 것이다.

발전기 플라이 휠, 플라이 휠 회전축, 기동 모터, 영구 자석, 전자석

Description

플라이 휠 발전기 {FLYWHEEL ELECTRIC GENERATOR}

도1은 본 발명의 플라이 휠 발전기의 실시예를 도시하는 개략 측면도.

도2는 도1에 도시한 플라이 휠 발전기의 개략 평면도.

도3은 도1에 도시한 플라이 휠의 수평 단면도.

도4는 도3에 도시한 스텝핑 모터의 회전력을 측정한 그래프.

도5는 도3에 도시한 스텝핑 모터의 부분 확대도.

도6은 플라이 휠 발전기의 동작시 토크를 산출하기 위해 사용하는 설명도.

도7은 종래의 플라이 휠 발전기의 사용예를 나타내는 블럭도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2, 3, 4 : 앵글 구조체

2a : 아암

5 : 상단 베어링

5a : 베어링 지지 아암

6 : 중단 베어링

11 : 플라이 휠

11a : 플라이 휠 회전축

12 : 허브

15 : 전동 벨트

16 : 기동 모터

17 : 지지판

18 : 영구 자석

18a : 긴 변

18b : 짧은 변

18c : 정점

19 : 전자석

25 : 전동 벨트

26 : 발전기

27 : 발전기 풀리

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2005년 11월 30일에 출원된 종래의 일본 특허 출원 제2005-346002호에 근거하고 우선권을 청구하며, 그 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 합체된다.

본 발명은 플라이 휠의 회전 운동 에너지를 이용한 플라이 휠 발전기에 관한 것이다.

플라이 휠 발전기는 발전기의 회전자에 결합된 플라이 휠에 구축한 운동 에너지를 전력으로서 방출하는 발전기이다. 즉, 플라이 휠 발전기는 에너지 저장의 방식으로서 전기 에너지를 관성 모멘트의 큰 물체의 회전 에너지로 변환하여 저장하는 방식을 취하고 있다. 이 플라이 휠 발전기는, 일반적으로 펄스적인 대전력을 필요로 하는 부하에 전력을 공급할 경우에 활용되는 것이 많다.

예를 들어, 자기장에 의한 플라즈마 차광을 행하는 핵융합 장치에 있어서는, 몇 초라는 단시간에 몇 십만 ㎾라는 전력을 공급할 경우도 있고, 전력 계통으로부터 직접적으로 이러한 펄스 전력을 취하는 것은 전력 계통에 부여하는 동요가 지나치게 커서 바람직하지 못하다. 그래서, 이러한 분야에 플라이 휠 발전기가 이용된다. 플라이 휠 발전기는 몇 분간의 시간 동안 발전기의 회전수를 상승시켜 플라이 휠에 운동 에너지를 구축하고, 부하로 전력을 공급할 때에 플라이 휠에 구비한 운동 에너지를 방출하고, 그 결과 회전수가 저하된다는 사이클에 의해 운전된다.

종래의 플라이 휠 발전기에서는, 통상 구동을 위한 전동기를 발전기에 직결하고 있다. 또한, 발전기의 출력은 전력 계통으로부터 독립되어 있고, 전력의 부하로의 공급에 수반하여 회전수를 변화시키기 위해 주파수도 회전수에 동기하여 변화한다.

도7은, 이러한 종래의 플라이 휠 발전기 장치의 제어 장치의 구성도이다. 플라이 휠 발전기(51)는 구동용의 전동기(52)에 의해 구동되어 운동 에너지가 플라이 휠 발전기(51)에 축적된다. 전동기(52)는 전력 계통의 수전단 모선(53)으로부터 차단기(54a)를 통해 접속되고, 셀비어스 장치(55)에 의해 회전수 검출 수단(56) 으로부터의 회전수를 기초로 하여 제어된다. 셀비어스 장치(55)는 전동기(52)의 2차 여자 제어를 행하는 것이고, 2차측에서 발생하는 2차 전력의 일부를 차단기(54b)를 통해 수전단 모선(53)에 회생한다.

플라이 휠 발전기(51)로부터 부하(57)로의 전력 공급에 있어서, 플라이 휠 발전기(51)는 여자 장치(58)에 의해 여자되어 발전하고, 부하(57)에 전력을 공급하여 회전수를 저하한다. 여자 장치(58)에는 수전단 모선(53)으로부터 차단기(54c)를 통해 여자 전원이 공급된다(예를 들어, 일본 공개 특허 출원 제2001-258294호 참조).

플라이 휠 발전기의 구조면에서는, 종래의 플라이 휠 발전기는 일반적인 돌극형 발전기에 플라이 휠을 설치하고, 대기 중에서 통상의 베어링을 이용하여 운전하는 것 외에, 밀폐 용기 내에 부상용 마그넷과 이 부상용 마그넷과 대향하여 위치하는 고온초 전도체로 이루어지는 부상용 벌크로 구성되는 자기축을 이용하고, 또한 밀폐 용기 내에서의 회전자의 주위 기압을 0.1 atm으로부터 0.4 atm 사이에 설정하여 운전되는 기술이 개시되어 있다(예를 들어, 일본 공개 특허 출원 평6-303738호 참조).

이러한 종래의 플라이 휠 발전기에서는 플라이 휠의 중량이 커질수록 에너지 저장 용량은 커지지만, 반대로 베어링부 등의 기계 손상이 커진다. 그로 인해 플라이 휠 발전기에 일반적인 베어링을 이용하는 경우에는, 출력의 요구가 클 경우에는 베어링부에서의 기계 손상도 커져 플라이 휠 발전기로서의 효율의 저하는 피할 수 없다.

또한, 베어링의 구조를 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 밀폐 용기 내에 부상용 마그넷과 이 부상용 마그넷과 대향하여 위치하는 고온 초전도체로 이루어지는 부상용 벌크로 구성되는 자기축을 이용하는 것으로는, 고온 초전도체가 충분히 작동하기 위해서는 대규모의 장치가 필요해진다.

또한, 상술한 바와 같이 플라이 휠 발전기를 밀폐 용기 내에 수납하는 방식으로는 전체의 장치가 복잡하여 대형이 되고, 또한 보수 점검의 작업이나 보수 점검 후의 재시작 시에 수고가 가해져 매우 바람직하지 못하다.

본 발명은, 이러한 사정을 기초로 이루어진 것으로, 대기 중에서도 효율적으로 출력이 얻어지는 플라이 휠 발전기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 실시예에 관한 플라이 휠 발전기는 기동 모터와, 이 기동 모터에 의해 회전되는 플라이 휠 회전축과, 이 플라이 휠 회전축에 결합하여 회전하는 플라이 휠과, 이 플라이 휠의 외주부에는 동일한 각도 간격으로 마련된 복수의 영구 자석과, 이러한 영구 자석에 대향하여, 상기 플라이 휠의 직경선 상의 위치에 고정 배치된 한 쌍의 전자석과, 상기 플라이 휠 회전축에 의해 회전 구동되는 발전기를 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 플라이 휠 발전기에 있어서는, 상기 플라이 휠은 서로 평행하게 이격하여 배치된 2매의 원판과, 이러한 2매의 원판을 그러한 주변부에 있어서 서로 연결하도록 마련된 복수매의 지지판으로 구성되고, 상기 복수의 영구 자석은, 각각 상기 복수매의 지지판에 고정되는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 플라이 휠 발전기이다.

또한, 상기 플라이 휠 발전기에 있어서는, 상기 플라이 휠 회전축은 제1 및 제2 클러치를 통해 각각 상기 기동 모터 및 발전기에 연결되는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 플라이 휠 발전기에 있어서는, 상기 영구 자석 및 전자석의 대향면은 소정의 경사각으로 배치되는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 플라이 휠 발전기에 있어서는, 상기 경사각은 30도 이하인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 플라이 휠 발전기에 있어서는, 상기 경사각은 약 22.5도인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 플라이 휠 발전기에 있어서는, 상기 클러치는 전자 클러치를 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 플라이 휠 발전기에 있어서는, 상기 영구 자석은 상기 플라이 휠의 외주부에 짝수개가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 플라이 휠 발전기에 있어서는, 상기 전자석과 상기 영구 자석의 대향 위치에서의 최소 간격은 1 ㎜인 것을 특징으로 하는 것이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 도1은, 본 발명의 실시예에 관한 플라이 휠 발전기의 개략적인 구성을 도시하는 측면도이며, 도2는 그 평면도이다.

본 실시예의 플라이 휠 발전기(1)는 수직 방향으로 상단, 중단 및 하단의 각 위치에 배치된 3단의 앵글 구조체(2, 3, 4)를 포함하고 있다. 상단 앵글 구조체(2)는 도2에 도시한 바와 같이, 평면 형상이 삼각형이 되도록 결합된 3개의 아암(2a)에 의해 형성되어 있다. 상단 앵글 구조체(2)의 중심부에는 상단 베어링(5)이 3개의 베어링 지지 아암(5a)을 통해 3개의 아암(2a)으로 지지되어 있다. 중단 앵글 구조체(3)도 상단 앵글 구조체(2)와 거의 동일한 구조를 구비하고 있다. 즉, 중단 앵글 구조체(3)는 도3에 일부가 도시된 바와 같이 평면 형상이 삼각형이 되도록 결합된 3개의 아암(3a)에 의해 형성되어 있다. 중단 앵글 구조체(3)의 중심부에는 중단 베어링(6)이 3개의 베어링 지지 아암(6a)을 통해 3개의 아암(3a)으로 지지되어 있다. 하단 앵글 구조체(4)도 상단 앵글 구조체(2)와 거의 동일한 구조를 구비하고 있다. 즉, 하단 앵글 구조체(4)도 도3에 일부가 도시된 바와 같이, 평면 형상이 삼각형이 되도록 결합된 3개의 아암(4a)에 의해 형성되어 있다. 중단 앵글 구조체(4)의 중심부에는 하단 베어링(7)이 3개의 베어링 지지 아암(7a)을 통해 3개의 아암(4a)에 지지되어 있다.

또한, 앵글 구조체(2, 3, 4)의 삼각 형상의 정점부는, 각각 다리 시트(9) 상에 수직으로 세워 설치된 3개의 고정 폴(8)에 의해 고정되고, 3단의 앵글 구조체(2, 3, 4)가 일체로 결합되어 있다.

플라이 휠(11)은 상단 앵글 구조체(2)에 마련된 상단 베어링(5)과, 중단 앵글 구조체(3)에 마련된 중단 베어링(6)에 의해 피봇 지지된 플라이 휠 회전축(11a)에 허브(12)를 이용하여 고정되어 있다. 플라이 휠 회전축(11a)은 중단 베어링(6) 의 하방으로 연장되고, 그 하단부는 제1 전자 클러치(13)에 연결되어 있다. 제1 전자 클러치(13)는 제1 풀리(14)의 회전축(14a)에도 연결되어 있다. 따라서, 제1 전자 클러치(13)의 개폐에 수반하여 플라이 휠 회전축(11a)과 제1 풀리 회전축(14a)은 연결되거나 분리되고, 그 결과 동력이 전달되거나 차단된다.

제1 풀리(14)는 전동 벨트(15)를 통해 중단 앵글 구조체(3)의 하면측에 고정 되어 있는 기동 모터(16)에 연결되어 있다. 따라서, 기동 모터(16)의 동력이 전동 벨트(15)를 통해 제1 풀리(14)가 전달되어 있다. 기동 모터(16)는, 예를 들어 인버터를 사용한 2.2 ㎾의 2극 모터이고, 회전수는 3,400 rpm이다.

플라이 휠(11)은 2매의 금속으로 된 원판(11b)을 복수 라인의 철로 된 지지판(17)에 의해 평행하게 지지한 바구니형의 회전체이다. 여기에서, 지지판(17)은 예를 들어 18매 마련되고, 원판(11b)의 주연부에 약 20°의 동일한 각도 간격으로 배치된다. 각 지지판(17)의 수직 방향의 거의 중앙부에는 판형의 영구 자석(18)이 고정되어 있다.

도3은 도1에 도시한 플라이 휠(11)의 수평 단면도이다. 상기 도면에 도시한 바와 같이 지지판(17)의 판면은 플라이 휠(11)의 반경 방향에 대해 수직이 아니라 경사지게 배치되어 있다. 따라서, 이 표면에 고정된 판형의 영구 자석(18)의 판면도, 반경 방향에 대해 경사지게 배치되어 있다. 이 경사각은 플라이 휠(11)의 외주를 형성하는 원의 접선 방향과 영구 자석(18)의 판면의 교차 각도로 30°이하이다. 바람직하게는, 이 경사각은 플라이 휠(11)의 반경 방향과 영구 자석(18)의 판면의 교차 각도로 거의 67.5°, 플라이 휠(11)의 외주를 형성하는 원의 접선 방향과 영구 자석(18)의 판면의 교차 각도로 거의 22.5°이다.

상기 플라이 휠(11)의 직경 방향 양측에는 영구 자석(18)에 대향하여 한 쌍의 전자석(19)이 고정 배치되어 있다.

도5는 플라이 휠(11)의 외주연부에 고정된 영구 자석(18)과 이에 대향 배치된 전자석(19)의 위치 관계를 도시하는 부분 확대도이다. 영구 자석(18)은 그 수평 단면 형상이 긴 변(18a)과 짧은 변(18b)으로 이루어지는 직사각형이고, 이러한 변이 교차되는 정점(18c)이 플라이 휠(11)의 외주연(C) 상에 배치된다. 여기서 플라이 휠(11)의 회전 방향은 화살표 A로 나타낸다. 그리고, 긴 변(18a)은 회전 방향을 향해 외주연(C)보다도 중심측에 근접하도록 경사지게 배치되어 있다. 이 경사 각도는, 전술한 바와 같은 각도가 바람직한 것이 실험적으로 확인되어 있다.

한편, 한 쌍의 전자석(19)은 플라이 휠(11)의 외주연부에 고정된 영구 자석(18)에 소정의 간극을 두고 대향하는 위치에 고정되어 있다. 전자석(19)은, 도3에 도시한 바와 같이 플라이 휠(11)을 가로지르는 직경선(도시하지 않음) 상의 반대측에 각각 배치되어 있다. 한 쌍의 전자석(19)은 도시하지 않지만, 플라이 휠(11)의 주변에 있어서의 앵글 구조체(2, 3, 4)를 고정하는 고정 폴(8)에 지지되어 있다.

영구 자석(18)과 전자석(19)은, 상술한 바와 같은 배치에 의해 모터용의 자기 회로가 형성된다. 즉, 영구 자석(18)은 회전자를 형성하고, 한 쌍의 전자석(19)은 고정자를 형성하고, 한 쌍의 전자석(19)에 펄스 신호를 공급함으로써, 스텝핑 모터(펄스 모터)가 형성되어 있다. 이 스텝핑 모터에 의해 구동되는 플라이 휠(11)의 회전수는 예를 들어 400 rpm이다.

제1 풀리 회전축(14a)에는, 제1 풀리(14)의 하방에 있어서 디스크 브레이크로서 작동하는 브레이크 디스크(21)가 고정되고, 그 하단에는 제2 전자 클러치(22)가 연결되어 있다. 제2 전자 클러치(22)의 다른 쪽은 하단이 하단 베어링(7)에 피봇 지지된 제2 풀리 회전축(23a)에 고정되어 있다. 이 제2 풀리 회전축(23a)에는 제2 풀리(23)가 고정되어 있다. 제2 풀리(23)는 전동 벨트(25)를 통해, 발전기(26)의 회전축에 고정된 발전기 풀리(27)에 연결되어 있다. 발전기 풀리(27)의 회전에 수반하여 회전하는 발전기(26)는, 예를 들어 정격이 7.5 ㎾, 교류 주파수가 30 ㎐, 회전수가 600 rpm이다.

다음에 이러한 구성에 의한 플라이 휠(11) 발전기(26)의 동작에 대해 3개의 스텝으로 나누어 설명한다.

(스텝 1 : 기동 스텝)

제1 클러치(13)를 폐쇄하고, 제2 클러치(22)를 개방한 상태로 기동 모터(16)를 회전 기동시키면, 그 회전력은 전동 벨트(15) 및 제1 풀리(14)를 통해 제1 풀리 회전축(14a)에 전달되고, 이를 회전시킨다. 그 때, 제1 클러치(13)가 폐쇄되어 있으므로, 제1 풀리 회전축(14a)과 플라이 휠 회전축(11a)은 연결되어 있다. 따라서, 제1 풀리 회전축(14a)의 회전은 플라이 휠 회전축(11a)에 전동되어, 이를 회전시키고 이 플라이 휠 회전축(11a)에 고정되어 있는 플라이 휠(11)을 회전시킨다.

(스텝 2 : 플라이 휠 회전 스텝)

플라이 휠(11)이 기동 회전한 후에, 제1 클러치(13)를 개방하고, 플라이 휠 회전축(11a)을 제1 풀리(14)의 회전축(14a)으로부터 분리한다. 이 상태에서, 한 쌍의 전자석(19)에 펄스 통전을 행한다. 펄스 통전은 영구 자석(18)이 플라이 휠(11)의 회전에 의해, 전자석(19)과의 대향 위치를 통과한 직후의 타이밍에 있어서 행한다. 전자석(19)의 펄스 신호에 의한 여자의 결과, 전자석(19)과 영구 자석(18) 사이에 생긴 반발력에 의해, 플라이 휠(11)에는 그 회전 방향에 대해 또한 회전력이 부가된다.

도4는, 플라이 휠(11)에 마련된 영구 자석(18)과 전자석(19)의 상대 위치와 회전력[축출력(蹴出力)]의 관계를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 이 측정에 있어서는 영구 자석(18)의 판면은 플라이 휠(11)의 반경 방향에 대해 경사지는 일 없이 직교한 상태에서 배치하고, 또한 반경 방향에 있어서의 영구 자석(18)과 전자석(19)의 대향 간격을 1 ㎜로 유지한 상태에서 측정하였다. 또한, 상기 도면의 횡축은 플라이 휠(11)의 회전 방향에 있어서의 영구 자석(18)과 전자석(19)의 거리(㎜)를 0 내지 20 ㎜의 범위에서 나타내고, 종축은 스텝핑 모터에 있어서의 회전력(㎏)을 나타내고 있다.

상기 도면으로부터 명백한 바와 같이, 플라이 휠(11)에 마련된 스텝핑 모터의 회전력은 영구 자석(18)과 전자석(19)의 회전 방향에 있어서의 거리가 약 8 ㎜일 때 약 8 ㎏으로 최대치가 된다. 이 최대의 회전력은 영구 자석(18)이 전자석(19)을 통과 전(입구측)에 있어서 서로의 거리가 8 ㎜가 되었을 때 인입력과, 통과 후(출구측)에 있어서 서로의 거리가 8 ㎜가 되었을 때 반발력으로서 발생한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 있어서는, 도5에 도시한 바와 같이 영구 자석(18)의 판면은 플라이 휠(11)의 반경 방향에 대해 경사지는 동시에, 펄스 통전을 영구 자석(18)이 플라이 휠(11)의 회전에 의해 전자석(19)의 대향 위치를 통과한 직후의 타이밍에 있어서 행한다. 즉, 전자석(19)에 관한 펄스 통전의 타이밍을 출구측에서 행하면, 회전력은 영구 자석(18)의 외주측의 변(18a)에 작용한 후에 연속하여 영구 자석(18)의 변(18b)에도 작용시킬 수 있다. 그 결과, 영구 자석(18)에 대해 강한 축출력을 부여할 수 있다. 이 점은 실험적으로도 확인하고 있다.

플라이 휠(11) 회전 속도가 충분한 속도에 도달한 후에 있어서는, 전자석(19)으로의 펄스 통전을 정지해도, 플라이 휠(11)은 관성에 의해 소정 시간에 걸쳐 자력에 의해 회전을 계속한다.

(스텝 3 : 발전 스텝)

플라이 휠(11)이 소정의 회전수에 도달한 시점에서, 제1 클러치(13)와 제2 클러치(22)의 양쪽을 폐쇄 상태로 한다. 2개의 클러치(13, 22)의 동작에 의해 플라이 휠 회전축(11a), 제1 풀리 회전축(14a) 및 제2 풀리 회전축(23a)은 서로 결합된다. 이 결합에 의해, 플라이 휠(11)의 회전은 플라이 휠 회전축(11a)과 제1 풀리 회전축(14a)을 경유하여 제2 풀리 회전축(23a)에 전달되고, 제2 풀리 회전축(23a)을 회전시킨다. 제2 풀리 회전축(23a)의 회전은 제2 풀리(23)를 회전시키고, 또한 전동 벨트(25)를 통해 발전기 풀리(27)를 회전시킨다. 발전기 풀리(27)는 발전기(26)의 회전축에 고정되어 있으므로, 발전기(26)는 발전한다. 또한, 발전기(26)를 정지하기 위해서는 브레이크 디스크(21)를 동작시켜 정지시킬 수 있다.

다음에, 도6에 도시한 본 발명의 플라이 휠 발전기의 설명도를 참조하여, 플라이 휠 발전기(1)의 동작시에 있어서의 플라이 휠 회전축(11a)에 작용하는 토크에 관해 설명한다. 또한, 도6에 있어서 발전의 동작시에 2개의 클러치(13, 22)는 폐쇄한 상태이다. 따라서, 각 회전축(11a, 14a, 23a)은 1개의 축으로 간주할 수 있으므로 클러치(13, 22)는 생략하고 있다.

플라이 휠(11)의 회전축(11a)의 토크(TF)는 기동 모터(16)로부터의 토크(T A)와 플라이 휠(11)의 외주부에 형성된 스텝핑 모터(TB)에 의한 토크와의 합이 된다. 이하, 이들에 관해 차례로 설명한다.

(A) 플라이 휠(11)의 회전축(11a)의 기동 모터(16)에 의한 토크(TA)

기동 모터(16)의 회전수를 N(rpm), 토크를 T(Nm), 그리고 정격 전력을 H(㎾) 로 하면, 이들 간에는 다음과 같은 관계식이 성립된다.

H = {T(2πN)/60}/1000 (식 1)

(식 1)을 변형하면,

T = (60000/2π)H/N (식 2)

여기서, 단위의 환산은 1 ㎏ = 9.80 Nm, 1 Nm = 0.101972 ㎏ㆍm이다. 그래서, 기동 모터(16)의 출력을 2.2 ㎾, 그리고 플라이 휠(11)의 회전축(2)의 회전수를 400 rpm으로 하면, (식 2)로부터

TA(Nm) = (60000/2π)2.2/400

Nm을 ㎏으로 단위 환산하면,

TA(㎏) = (974 × 2.2)/400

= 5.36 ㎏ㆍm

따라서, 플라이 휠(11)의 회전축(11a)의 기동 모터(16)에 의한 토크(TA)는 5.36 ㎏ㆍm가 된다.

(B) 플라이 휠(11)의 외주부에 형성된 스텝핑 모터에 의한 토크(TB)

직경 1.5 m의 플라이 휠(11)로, 이 플라이 휠(11)에 관한 전자석(19)과 영구 자석(18)에 의한 반발력에 의한 회전력(축출력)이 8 ㎏이며, 또한 2 부위에 설치되어 있기 때문에, 스텝핑 모터에 의한 토크(TB)는 TB = (8 × 1.5/2) × 2 = 12 ㎏ㆍm가 된다.

따라서, 플라이 휠(11)의 회전축(11a)의 토크(TF)는 TF = TA + TB = 5.36 ㎏ㆍm + 12 ㎏ㆍm = 17.36 ㎏ㆍm가 된다.

다음에, 플라이 휠(11)의 회전축(11a)의 토크(TF)에 의한 발전기(26)의 회전축의 토크(TG)를 계산하면, 발전기(26)의 회전수는 600 rpm이기 때문에

TG = 17.36/(600/400) = 11.57 ㎏ㆍm가 된다.

한편, 단독으로 (식 2)에 의해 발전기(26)의 회전축의 토크(TH)를 산출하면, 발전기(26)의 출력은 67 ㎾이고, 회전수는 600 rpm이기 때문에

TH = (6.7 × 974)/600 = 10.87 ㎏ㆍm가 된다.

여기에서, 플라이 휠의 회전축(11a)의 토크(TF)로부터 요구한 발전기(26)의 회전축의 토크(TG)와, 단독으로 (식 2)에 의해 산출한 토크(TH)를 비교하면,

TG = 11.57 ㎏ㆍm > TH = 10.87 ㎏ㆍm의 관계가 된다.

즉, 발전기(26)에는 플라이 휠(11)측으로부터 발전기(26)의 정격 이상의 토크가 부여된다. 따라서, 발전기(26) 출력 발전력을 증대시킬 수 있다고 말할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형이 가능하다.

본 발명에 따르면, 대기 중에서도 효율적으로 출력이 얻어지는 플라이 휠 발전기를 제공할 수 있다.

Claims

기동 모터와, 이 기동 모터에 의해 회전되는 플라이 휠 회전축과, 이 플라이 휠 회전축에 결합하여 회전하는 플라이 휠과, 이 플라이 휠의 외주부에 동일한 각도 간격으로 마련된 복수의 영구 자석과, 이러한 영구 자석에 대향하여, 상기 플라이 휠의 직경선 상의 위치에 고정 배치된 한 쌍의 전자석과, 상기 플라이 휠 회전축에 의해 회전 구동되는 발전기를 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.
제1항에 있어서, 상기 플라이 휠은 서로 평행하게 이격하여 배치된 2매의 원판과, 이러한 2매의 원판을 그러한 주변부에 있어서 서로 연결하도록 마련된 복수매의 지지판으로 구성되고, 상기 복수의 영구 자석은, 각각 상기 복수매의 지지판에 고정되는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.
제2항에 있어서, 상기 플라이 휠 회전축은 제1 및 제2 클러치를 통해 각각 상기 기동 모터 및 발전기에 연결되는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.
제3항에 있어서, 상기 영구 자석 및 전자석의 대향면은 소정의 경사각으로 배치되는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.
제4항에 있어서, 상기 경사각은 30도 이하인 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.
제5항에 있어서, 상기 경사각은 22.5도인 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.
제6항에 있어서, 상기 클러치는 전자 클러치를 이용하고 있는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.
제7항에 있어서, 상기 영구 자석은 상기 플라이 휠의 외주부에 짝수개가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.
제8항에 있어서, 상기 전자석과 상기 영구 자석의 대향 위치에서의 최소 간격은 1 ㎜인 것을 특징으로 하는 플라이 휠 발전기.