KR100989910B1 - 에너지 저장장치의 플라이휠 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지(특히, 전력) 저장장치의 플라이휠 구조에 관한 것으로, 특히 플라이휠의 로터 또는 상·하면에는 상·하부 쓰러스트 칼라가 각각 설치되어 있어 쓰러스트 칼라를 포함한 모든 부품을 조립 완료한 상태에서 발란싱(Balancing)을 완전히 마치고 시스템을 조립할 수 있어 안정적인 운전이 가능하고, 또한 무게중심을 기준으로 위·아래에서 축방향 변위를 제어하게 되어 효과적으로 진동을 제어할 수 있도록 된 어네지 저장장치의 플라이휠 구조에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명은 지름방향을 구속하는 베어링 및 전동기에 연결된 중심축(1)과, 회전에너지를 저장하는 고강도의 로터(2), 상기 중심축(1)과 로터(2)를 연결하는 허브(3) 및, 상기 중심축(1)의 상부에 장착되는 쓰러스트 칼라(4)를 갖추어 이루어진 에너지 저장장치의 플라이휠 구조에 있어서, 상기 로터(2) 또는 허브(3)의 상·하면에는 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)가 각각 설치되어 이루어진 구조로 되어 있다.

Description

에너지 저장장치의 플라이휠 구조{Flywheel structure of energy store apparatus}

본 발명은 에너지(특히, 전력) 저장장치의 플라이휠 구조에 관한 것으로, 특히 플라이휠의 로터 또는 허브 상·하면에는 상·하부 쓰러스트 칼라가 각각 설치되어 있어 쓰러스트 칼라를 포함한 모든 부품을 조립 완료한 상태에서 발란싱(Balancing)을 완전히 마치고 시스템을 조립할 수 있어 안정적인 운전이 가능하고, 또한 무게중심을 기준으로 위·아래에서 축방향 변위를 제어하게 되어 효과적으로 진동을 제어할 수 있도록 된 어네지 저장장치의 플라이휠 구조에 관한 것이다.

일반적으로 에너지 저장장치의 플라이휠은 회전체의 일종으로, 회전시 관성력을 이용하여 에너지를 저장하는 기구이며, 이때 저장되는 에너지는 회전속도의 제곱에 비례하므로, 플라이휠을 고속으로 회전시키면 그 제곱만큼 에너지가 저장되는 장점이 있다.

이 처럼 에너지 저장을 증대시키기 위해 플라이휠을 고속으로 회전시키거나, 또한 마찰에 의한 회전손실을 줄이기 위해 무접촉식 전자석 베어링을 사용하게 되 는데, 이 전자석 베어링을 갖춘 플라이휠이 고속으로 회전하게 되면 플라이휠의 물리적 특성으로 인해 진동이 발생하게 되고, 이 진동을 최대한 감쇠시키기 위하여 전자석 베어링으로 플라이휠의 지름방향 및 축방향 진동을 제어하게 된다.

이 같은 종래 에너지 저장장치의 플라이휠을 도 5를 참고로 설명하면, 도 5는 통상적인 쓰러스트 칼라(4, Thrust collar)가 장착된 플라이휠(5) 구조를 나타낸 단면도로서, 전자석 베어링과 전동기에 연결된 중심축(1)은 이 플라이휠(5)의 지름방향과 축방향 진동을 감쇠시키고 에너지 저장을 위한 기동력 전달 역할을 수행하며, 이 중심축(1)에 장착된 허브(3)는 중심축(1)과 로터(2)를 연결시켜주는 부품이고, 상기 로터(2)는 고강도 소재로 제작되어 고속회전시 관성에너지가 저장되는 부품이다.

상기와 같이 종래 전자석 플라이휠(5)에서 쓰러스트 베어링은 중심축(1) 방향으로 발생하는 축방향이 진동을 감쇠하는 역할을 수행하면서 회전체인 상기 중심축(1)에 장착되는 쓰러스트 칼라(4)와 고정자인 쓰러스트 코일로 구성되는데, 이 쓰러스트 코일은 쓰러스트 칼라(4)의 상·하면에 근접하게 위치하여 축방향 진동발생시 상기 쓰러스트 칼라(4)의 상·하면에 자기력을 가하여 위·아래에서 인력이 작용하여 중심축(1)이 안정적인 회전을 하도록 유도하게 된다.

이 같은 종래 플라이휠(5)은 다음과 같은 문제점을 지니고 있다.

첫째, 상기 플라이휠(5) 질량의 편심량(unbalance)을 줄이기 위해 플라이휠 제작이 완료되면 발란싱(balancing)을 통해 특정위치에 질량을 추가 또는 제거함으로써 편심량을 최소화하게 된다. 하지만 종래 전자석 플라이휠(5)은 구조상 쓰러스 트 칼라(4)가 중심축(1)에서 돌출되는 형태를 갖게 되어, 쓰러스트 칼라(4) 하면에 위치하는 쓰러스트 코일 때문에 쓰러스트 칼라(4)가 중심축(1)에 조립된 상태에서 시스템을 조립할 수 없게 되어 있다. 그래서 쓰러스트 칼라(4)를 조립하지 않은 플라이휠(5)과 쓰러스트 칼라(4)를 별도로 발란싱하여 쓰러스트 칼라(4)가 조립되니 않은 플라이휠(5)을 먼저 시스템에 조립하고, 쓰러스트 칼라(4) 하면에 위치하는 쓰러스트 코일을 조립한 후, 쓰러스트 칼라(4)를 조립해서 나머지 시스템을 조립하게 된다. 이때 쓰러스트 칼라(4)가 조립된 상태에서 플라이휠(5)의 발란싱이 이루어지지 않기 때문에 편심량이 많이 발생할 수밖에 없다.

둘째, 상기 플라이휠(5)은 로터(2)의 에너지 저장을 이해 질량의 대부분이 로터(2)에 집중되고 무게중심(CG)이 이 로터(2)의 중앙에 위치하게 되는데, 이 플라이휠(5)의 쓰러스트 칼라(4)는 로터(2)의 위 또는 아래쪽 한쪽에만 장착되어 있으므로 도 4에서와 같이 플라이휠(5)이 기울어질 경우 쓰러스트 칼라(4)에 자기력이 가해지면 상기 플라이휠(5)이 더 기울어져 불안요소로 작용하게 되었다.

셋째, 도 5과 도 6에 도시된 바와 같이 종래 플라이휠(5)의 쓰러스트 칼라(4)는 무게중심(CG)으로부터 멀리 떨어져 장착되어 있어서 기울어지는 불안요소를 더 증폭시킨다.

넷째, 회전체인 중심축(1)에 쓰러서트 칼라(4)를 장착하고 쓰러스트 코일의 장착공간을 확보하기 위해 이 중심축(1)의 길이를 늘려야 하는데, 이는 운전범위 내에 굽힘모드를 발생시킬 수 있는 불안요소로 작용할 수 있는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 플라이휠의 로터 또는 허브 상·하면에 상·하부 쓰러스트 칼라가 각각 설치되어 있어 쓰러스트 카라를 포함한 모든 부품을 조립 완료한 상태에서 발란싱을 완전히 마치고 시스템을 조립할 수 있어 안정적인 운전이 가능하고, 또한 무게중심을 안정화시키어 플라이휠이 기울어 회전할 때 원래의 자세로 복원하는 방향으로 작용하여 효과적인 진동제어가 이루어지면서 중심축의 길이를 늘릴 필요가 없기 때문에 플라이휠의 운전범위 내에서 굽힘모드가 발생하지 않는 에너지 저장장치의 플라이휠 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지름방향을 구속하는 베어링 및 전동기에 연결된 중심축과, 회전에너지를 저장하는 고강도의 로터, 상기 중심축과 로터를 연결하는 허브 및, 상기 중심축의 상부에 장착되는 쓰러스트 칼라를 갖추어 이루어진 에너지 저장장치의 플라이휠 구조에 있어서, 상기 로터 또는 허브의 상·하면에는 상·하부 쓰러스트 칼라가 각각 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 전자석 플라이휠 로터 또는 허브의 상·하면에 각각 상·하부 쓰러스트 칼라를 장착한 구조를 가짐으로써, 쓰러스트 칼라를 포함한 모든 부품을 조립 완료한 상태에서 발란싱을 완전히 마치고 시스템을 조립할 수 있어 안정적인 운전이 가능하고, 플라이휠의 무게중심을 기준으로 위·아래에서 축방향 변위를 제어하게 되어 효과적으로 진동을 제어할 수 있고, 쓰러스트 칼라를 장착하고 쓰러스트 코일 공간을 확보하기 위하여 중심축의 길이를 늘릴 필요가 없어 플라이휠의 운전범위 내에 굽힘모드가 발생하지 않도록 유도하여 회전시 불안요소를 줄일 수 있는 특징이 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명의 도면에서는 종래와 동일한 부분에 대해서 동일한 참조부호를 부여하여 사용한다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 플라이휠을 나타낸 단면도이다.

본 발명은 지름방향을 구속하는 베어링 및 전동기에 연결된 중심축(1)과, 회전에너지를 저장하는 고강도의 로터(2), 상기 중심축(1)과 로터(2)를 연결하는 허브(3) 및, 상기 중심축(1)의 상부에 장착되는 쓰러스트 칼라(4)를 갖추어 이루어진 에너지 저장장치의 플라이휠 구조에 있어서, 상기 로터(2) 또는 허브(3)의 상·하면에는 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)가 각각 설치되어 있다.

또한, 상기 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)의 각각에는 이들에 자기력을 가할 수 있는 쓰러스트 베어링 고정자 역할을 수행하는 쓰러스트 코일이 구비되어 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 에너지 저장장치의

플라이휠(5)의 로터(2) 또는 허브(3) 상·하면에는 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)가 각각 설치되어 있어 쓰러스트 칼라를 포함한 모든 부품을 조립 완료한 상태에서 발란싱(balancing)을 완전히 마치고 시스템을 조립할 수 있어 안정적인 운전이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 플라이휠(5)은 회전체인 중심축(1)의 회전 기동력에 의해 플라이휠(5)이 기울어져 회전할 때 무게중심(CG)의 위·아래서 위치한 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)의 위·아래에서 화살표 방향 같이 중심축(1)의 축방향 변위를 제어하게 되어 효과적으로 진동을 제어할 수 있다.

즉, 상기 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)는 플라이휠(5)이 중심축(1) 아래방향으로 이동하여 이 중심축(1) 윗방향으로 이동시키기 위해 상부 쓰러스트 칼라(4a)에 인력이 작용하고, 이와 반대로 상기 플라이 축(5)이 축 윗방향으로 이동하여 이 중심축(5) 아래방향으로 이동시키기 위해 하부 쓰러스트 칼라(4b)에 인력이 작용하도록 되어 있다.

또한, 본 발명은 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b) 장착시 허브(3)의 상·하면에 장착함에 따라 쓰러스트 코일 공간을 확보하기 위해 상기 중심축(1)의 길이를 늘리지 않게 되어 상기 플라이휠(5)의 운전범위 내에 굽힘모드가 발생하지 않도록 되어 있다.

한편, 도 3과 도 4는 본 발명의 다른 실시예들을 나타낸 플라이휠(5)의 단면도들로서, 상기 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)들이 로터(2)의 상·하부면에 장착되거나, 또는 이 로터(2)와 허브(3)에 걸쳐 이들의 상·하부면에 각각 설치된 것으 로, 이러한 실시예들도 도 1의 실시예와 동일한 기능과 작용이 이루어진다.

또한, 상기 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)는 로터(2)와 허브(3)에 돌출 부착되어 있으나, 필요에 따라 상기 로터(2)와 허브(3) 속으로 도 1과 같이 삽입되어 설치할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 플라이휠 구조는 상기와 같은 구현 실시예들 뿐만 아니라 본 발명의 요지가 벗어나지 않은 범위 내에서 다양하게 변경 실시할 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 플라이휠 구조를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 플라이휠이 회전시 기울어졌을 때 쓰러스트 칼라(Thrust collar)의 제어방향을 보여주는 도면,

도 3과 도 4는 본 발명의 다른 실시예들로서 에너지 저장장치의 플라이휠 구조를 나타낸 단면도들,

도 5는 종래 에너지 저장장치의 플라이휠 구조를 나타낸 단면도,

도 6은 종래 플라이휠이 회전시 기울어졌을 때 쓰러스트 칼라의 제어방향을 보여주는 도면으로, 도 2에 대응되는 도면이다.

-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-

1 : 중심축, 2 : 로터,

3 : 허브, 4,4a,4b : 쓰러스트 칼라(Thrust color),

5 : 플라이휠(Flywheel).

Claims (3)

1. 지름방향을 구속하는 베어링 및 전동기에 연결된 중심축(1)과, 회전에너지를 저장하는 고강도의 로터(2), 상기 중심축(1)과 로터(2)를 연결하는 허브(3) 및, 상기 중심축(1)의 상부에 장착되는 쓰러스트 칼라(4)를 갖추어 이루어진 에너지 저장장치의 플라이휠 구조에 있어서,

   상기 로터(2) 또는 허브(3)의 상·하면에는 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)가 각각 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 자장장치의 플라이휠 구조.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)가 로터(2) 또는 허브(3)의 상·하면에 설치되어 중심축(1)에 돌출하는 부품이 없어 쓰러스트 칼라를 포함한 모든 부품을 조립 완료한 상태에서 기타 시스템의 조립이 가능한 에너지 저장장치의 플라이휠 구조.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 상·하부 쓰러스트 칼라(4a,4b)는 플라이휠(5)이 아래방향으로 이동하여 이 중심축(1) 윗방향으로 이동시키기 위해 상부 쓰러스트 칼라(4a)에 인력이 작용하고, 이와 반대로 상기 플라이 축(5)이 윗방향으로 이동하여 이 중심축(1) 아래방향으로 이동시키기 위해 하부 쓰러스트 칼라(4b)에 인력이 작용하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 플라이휠 구조.

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