KR101460854B1 - Hybrid flywheel energy storage system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 플라이휠 에너지 저장장치는 전기에너지를 모터를 이용하여 회전체를 회전시켜 운동에너지 상태로 저장해두었다가 필요할 때 회전하고 있는 회전체로부터 발전기를 통해 전기에너지로 변환시키는 기계식 저장장치이다. 회전 손실을 줄이기 위해 볼 베어링과 전자석 베어링, 초전도 베어링을 사용하고 진동을 제어하기 위하여 전자석 베어링을 사용하고 있으나, 진동을 제어하는 댐퍼로서의 전자석 베어링을 볼베어링으로 대체하여 경비를 절감하고 마찰손실을 저감하기 위하여 영구자석 베어링과 초전도 베어링을 조합하여 사용하므로써 경제성과 효율을 향상시킨 플라이휠 에너지 저장장치로 볼 베어링을 기본으로 영구자석 베어링과 초전도 베어링을 용도에 맞게 배치하여 구성의 다양성을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 회전체의 진동을 전자석 베어링 대신 볼 베어링으로 대체하고 영구자석 베어링이나 초전도 베어링으로 부양시킴에 따라 저렴하고 고효율의 플라이휠 에너지 저장장치의 활용도를 증대시킬 수 있다.A flywheel energy storage device according to an embodiment of the present invention is a mechanical storage device that rotates a rotating body using a motor to store electric energy in a kinetic energy state and then converts the rotated rotating body into electric energy through a generator . We use ball bearings, electromagnet bearings and superconducting bearings to reduce rotational loss, and electromagnet bearings to control vibrations. However, by replacing electromagnet bearings as vibration dampers with ball bearings, we can reduce expenses and reduce friction losses. In order to improve the economical efficiency and efficiency, permanent magnet bearings and superconducting bearings are used in combination, which can be used as a flywheel energy storage device. According to the embodiment of the present invention, the vibration of the rotating body can be replaced by a ball bearing instead of the electromagnet bearing, and the permanent magnet bearing or the superconducting bearing can be used to increase the utilization of the inexpensive and highly efficient flywheel energy storage device.
Description
전기에너지를 회전 운동에너지로 저장하는 플라이휠 에너지 저장장치가 개시된다. 보다 상세하게는, 회전 운동에너지로 저장할 때 회전 손실을 저감시키기 위해 베어링과 부상시스템이 개시된다.
A flywheel energy storage device for storing electrical energy as rotational kinetic energy. More particularly, a bearing and a levitation system are disclosed to reduce rotational loss when stored with rotational kinetic energy.
전력 수요가 증가하면서 주야로 사용되는 전력량의 차이가 커지고 최근 자연의 에너지 사용 비중이 지속적으로 늘어나고 있으며 발전량의 크기도 점점 대형화되고 있어 이를 위한 발전 시스템의 용량도 점점 늘어남에 따라 전력계통 안정화에 문제점이 들어나고 있다. 일반적인 신재생의 에너지 발전, 태양광이나 풍력 발전의 경우 불규칙한 자연에너지로 인하여 발전량이 안정적이지 못하여 저장장치의 필요성이 고려되고 있다.As the demand for electric power increases, the difference in the amount of electricity used for day and night increases. Recently, the proportion of natural energy usage continues to increase and the size of power generation is also becoming larger and larger. It is coming in. Generally, in the case of renewable energy generation, photovoltaic or wind power generation, it is considered that the need for a storage device is being considered because the amount of generated electricity is not stable due to irregular natural energy.
이러한 문제점을 해결하기 위해 여러 형태의 저장 장치들이 고려되고 있으나, 시간에 따른 신재생 에너지의 발전량이나, 철도 차량의 정지에 따라 순간적으로 배출되는 막대한 전력량의 저장 등을 고려할 때, 고속 충방전에 적합한 에너지 저장장치의 개발이 진행 중이다.In order to solve such a problem, various types of storage devices have been considered. However, considering the generation amount of new and renewable energy over time or the storage of enormous amount of electric power instantaneously discharged according to the suspension of a railway vehicle, The development of energy storage devices is underway.
일반적인 저장장치의 형태는 산간지역 등 상부 저수지와 하부 저수지를 만들어 전력 비용이 낮은 밤에 하부 저수지에 있는 물을 퍼올려 낮에 전력비용이 비쌀 때 상부 저수지로부터 하부저수지로 물을 흘려내리면서 발전하는 양수발전 시스템이나, 밤의 싼 전력을 이용하여 물을 얼리고 낮에 선풍기를 불어 에어컨을 대신하여 냉방용으로 사용하는 빙축열 저장, 바위를 뚫어 공기를 압축하여 저장했다가 필요할 때 압축된 공기로부터 터빈을 돌려 발전하는 압축공기 저장, 혹은 화학반응을 이용하여 저장하는 화학전지로 NaS 전지, 리튬이온 전지 등의 방식 등이 있으며, 특히 고속 충방전에 강한 전기에너지를 모터로 이용하여 회전 운동에너지로 저장해두었다가 필요할 때 발전기를 이용하여 회전운동에너지에서 전기에너지로 변환하여 사용하는 플라이휠 에너지 저장장치 등이 개발되고 있다.Typical storage devices form an upper reservoir and a lower reservoir, such as mountainous areas, to pour the water in the lower reservoir at night when the electricity cost is low, so that water is drained from the upper reservoir to the lower reservoir when the electricity cost is high during the day A pumped storage system is used to cool the water by using the cheap power of the night and to blow the fan in the day to replace the air conditioner. It is a chemical battery that stores chemical energy by storing compressed air or generating chemical reaction. NaS cell and lithium ion battery are used. Especially, electric energy which is strong for high-speed charging and discharging is stored as rotational kinetic energy When you need it, you can use a generator to convert the rotational kinetic energy into electric energy, Etc. wheel energy storage device is being developed.
이 중, 플라이휠 에너지 저장장치는 회전하기 때문에 회전 손실을 줄이기 위해 베어링을 사용하는데 볼 베어링을 사용하면 기계식 플라이휠 에너지 저장장치, 전자석 베어링을 이용하면 전자석 플라이휠 에너지 저장장치, 초전도 베어링을 사용하면 초전도 플라이휠 에너지 저장장치로 구분되어 있다.Among them, the flywheel energy storage device uses rotating bearings to reduce rotation loss. When using ball bearings, mechanical flywheel energy storage devices, electromagnet bearings, electromagnet flywheel energy storage devices, superconducting bearings, superconducting flywheel energy And storage devices.
각각의 경우 기계식 플라이휠 에너지 저장장치는 기계식 볼을 이용하기 때문에 마찰 손실이 커서 효율적인 플라이휠 시스템으로 사용될 수가 없고, 전자석 베어링을 이용한 것은 전자석을 이용하여 회전체를 부양시켜야 되기 때문에 대용량의 플라이휠 시스템을 곤란하며, 초전도 베어링을 이용할 경우는 냉각장비와 초전도체가 비용이 비싸기 때문에 경제성에 어려움이 있다.In each case, the mechanical flywheel energy storage device uses a mechanical ball, so it can not be used as an efficient flywheel system because of its large frictional loss. In the case of using an electromagnet bearing, it is necessary to float the rotating body with an electromagnet. When using superconducting bearings, cooling equipment and superconductors are costly and difficult to economize.
따라서, 경제성이 있는 플라이휠 에너지 저장장치의 개발이 요구된다.
Therefore, development of an economical flywheel energy storage device is required.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 전기 에너지를 회전운동으로 저장하고 필요시 회전운동으로부터 전기에너지로 변환하여 사용할 수 있는 플라이휠 에너지 저장장치를 저렴하면서도 효율이 높은 시스템을 제공하는 것이다.An object of an embodiment of the present invention is to provide a flywheel energy storage device capable of storing electric energy in a rotational motion and converting rotational energy into electric energy when necessary, and to provide a system that is inexpensive and highly efficient.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 플라이휠 에너지 저장장치의 경우 그 용도에 따라 예를 들면 철도의 경우처럼 저장된 에너지를 신속하게 사용할 경우와 병원이나 중요 시설 등에 UPS(무정전전원장치)로 저장해둔 에너지를 오랫동안 저장해두었다가 필요할 때 사용할 수 있는 경우 등 여러 용도에 맞는 플라이휠 에너지 저장장치를 보다 저비용으로 저장 효율이 높은 저장시스템을 제공하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a flywheel energy storage device that can be used as an energy storage device such as a railway, It is possible to store flywheel energy storage devices for various purposes, such as when stored energy is stored for a long time and when it is needed, and to provide a storage system with a higher storage efficiency at a lower cost.
본 발명의 실시 예에 따른 플라이휠 에너지 저장장치는 회전 손실을 줄이기 위해 사용되는 베어링은 볼 베어링을 사용한다. 종래의 볼 베어링을 사용한 기계식 플라이휠 에너지 저장장치의 경우 볼베어링과 부양되는 축에도 같은 볼베어링 혹은 핀으로 고정되어 있어 역시 접촉에 의한 마찰 손실이 있는 시스템이었다.In the flywheel energy storage device according to the embodiment of the present invention, a ball bearing is used as a bearing used for reducing rotation loss. In the case of a mechanical flywheel energy storage system using a conventional ball bearing, the ball bearing and the floating shaft were also fixed by the same ball bearing or pin, which was also a friction loss due to contact.
본 발명의 경우는 볼 베어링으로 축의 흔들림을 잡아주고 회전체를 부양시키는 베어링은 영구자석 베어링과 초전도 베어링을 사용하여 회전체의 중량을 마찰 없이 부양시켜 마찰 손실을 저감시킬 수 있다.In the case of the present invention, the bearing which catches the shaking of the shaft by the ball bearing and lifts the rotating body can use the permanent magnet bearing and the superconducting bearing to lift the weight of the rotating body without friction to reduce friction loss.
상기 볼 베어링의 볼은 금속이나 세라믹 그 외에 회전체의 마찰에 의한 강도을 유지할 수 있는 재료로 구성되어 있다.The ball of the ball bearing is made of a metal or a ceramic, as well as a material capable of maintaining the strength of the rotating body due to friction.
상기 시스템의 영구자석 베어링과 초전도 베어링은 한 시스템에 동시에 사용될 수도 있고 용도에 따라 분리하여 사용될 수도 있다.The permanent magnet bearings and the superconducting bearings of the system may be used simultaneously in one system or may be used separately depending on the application.
상기 시스템의 영구자석 베어링의 경우 영구자석 베어링 위에 설치될 경우는 반대 극성의 인력을 이용하여 설치하며, 아랫 부분에 설치할 때는 같은 극의 반발력을 이용하여 설치한다.In case of permanent magnet bearing of the above system, it is installed using attraction force of opposite polarity when it is installed on permanent magnet bearing, and it is installed by using repulsive force of same polarity when installed on the lower part.
상기 시스템의 영구자석 베어링은 위에만 설치될 수 있고 아래 부분만 설치될 수도 있으며 용량에 따라 양쪽에 모두 설치될 수 있다.The permanent magnet bearings of the system may be installed only on the top and only on the bottom and may be installed on both sides depending on the capacity.
상기 시스템의 초전도 베어링의 경우 위에만 설치될 수 있고 아래 부분만 설치될 수도 있으며 용량에 따라 양쪽에 모두 설치될 수 있다.In the case of the superconducting bearings of the system, only the upper part can be installed, and only the lower part can be installed and it can be installed on both sides according to the capacity.
상기 시스템의 초전도 베어링의 경우 자장 아래서 냉각(field cooling)에 의한 초전도체와 영구자석 간의 핀고정력과 자장을 가하지 않는 냉각(zero field cooling)에 의한 초전도체와 영구자석 간의 반발력과 핀고정력의 혼합된 힘을 이용하여 설치될 수 있다.In the superconducting bearing of the above system, the pinning force between the superconductor and the permanent magnet due to field cooling under the magnetic field and the mixed force of the repulsive force and the pinning force between the superconductor and the permanent magnet due to zero field cooling Can be installed.
상기 시스템의 전력변환 장치는 회전축의 상 중 하 어디에 설치하여도 무방하며 시스템에 따라 최적의 위치에 설치될 수 있다.The power conversion apparatus of the above system may be installed anywhere in the upper part of the rotating shaft and may be installed at an optimal position according to the system.
상기 시스템의 볼 베어링은 시스템의 크기에 따라 한 개 또는 두 개 이상 설치될 수 있으며, 위치도 상 중 하 어디에 설치하여도 무방하며 시스템에 따라 최적의 위치에 설치될 수 있다.The ball bearings of the system may be installed one or more than one according to the size of the system, and it may be installed at any position among the positions, and may be installed at an optimum position according to the system.
상기 시스템의 회전체의 경우 금속이나 가볍고 인성이 좋은 graphite혹은 합성 복합체 등이 사용될 수 있고 설치 위치도 시스템을 최적화시키기 위해 상 중 하 어디에 설치하여도 무방하다.The rotating body of the system may be made of metal or a graphite or synthetic composite which is light and tough, and the installation position may be installed at any position in order to optimize the system.
상기 시스템에는 회전축의 흔들림의 방지를 위한 전자석 베어링인 댐퍼(damper)가 부착될 필요가 없다.It is not necessary to attach a damper which is an electromagnet bearing for preventing the rotation shaft from shaking.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 볼 베어링을 이용한 기계식 플라이휠 에너지 저장장치의 경우 전자석 플라이휠 에너지 저장장치나 초전도 플라이휠 에너지 저장장치에 비해 볼을 사용하여 축의 회전을 잡아주기 때문에 다소 효율이 떨어질 수 있으나, 도리어 다른 종류 시스템의 경우인 회전축의 흔들림을 방지하기 위해 전자석 베어링의 댐퍼를 사용하지 않아 보다 저렴하고 3가지 종류 중에 가장 안정한 시스템으로 구성될 수 있다.Meanwhile, in the mechanical flywheel energy storage device using the ball bearing according to the embodiment of the present invention, compared to the electromagnet flywheel energy storage device or the superconducting flywheel energy storage device, the ball may be used to rotate the shaft, In the case of other kinds of systems, the damper of the electromagnet bearing is not used to prevent the shaking of the rotating shaft, which is cheaper and can be constituted as the most stable system among the three types.
전자석 플라이휠 에너지 저장장치와 초전도 플라이휠 에너지 저장장치의 경우 비접촉으로 회전축의 흔들림을 조절하기 때문에 순간적인 흔들림에 대처하기 어려우며, 결국 비접촉 간격을 넘어서 회전축이 고정자에 접촉하게 되면 순간적으로 정지하게 되는 비상사태를 초래할 수 있는 경우가 발생할 수 있는 위험성이 있는 것에 비하여 기계식 플라이휠의 경우 순간적 장치의 흔들림에도 견딜 수 있는 3 종류의 시스템 중에 가장 안전한 시스템이다.In the case of the electromagnet flywheel energy storage device and the superconducting flywheel energy storage device, it is difficult to cope with instantaneous shaking because it controls the shaking of the rotating shaft in a noncontact manner. As a result, when the rotating shaft comes into contact with the stator beyond the contactless interval, It is the safest system among the three types of systems that can withstand the shaking of the instantaneous device in the case of the mechanical flywheel compared to the danger that may occur.
따라서 본 발명의 시스템은 다른 시스템의 경우 움직이는 물체에 설치하기가 곤란하지만, 회전할 때 안정성이 높아 움직이는 철도, 버스 등의 물체 위에도 설치할 수 있다.Therefore, although the system of the present invention is difficult to install on a moving object in other systems, it can be installed on an object such as a railway or a bus which is highly stable when rotated.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 저렴하고 효율이 높은 플라이휠 에너지 저장장치는, 풍력이나 태양광과 같이 발전량의 변화가 아주 급격하여 신속한 저장이 필요할 때나, 철도분야에서 차량정지 하거나 차량이 출발하여 신속한 충방전 분야에서 많은 전기에너지를 저장할 수 있으며, 많은 양을 순간적으로 발전시킬 수 있다. 또한 천천히 저장해두었다가 신속하게 사용될 수 있는 무정전 전원장치에 널리 사용될 수 있다.Meanwhile, the inexpensive and highly efficient flywheel energy storage device according to the embodiment of the present invention can be used for a flywheel energy storage device that is required to be quickly stored due to a sudden change in power generation amount, such as wind or sunlight, It can store a lot of electric energy in charge and discharge field, and it can develop a large amount instantaneously. It can also be used extensively in uninterruptible power supplies that can be stored quickly and used quickly.
본 발명의 실시예에 따르면, 플라이휠 에너지 저장장치는 저장 에너지 밀도가 높고, 긴수명, 환경친화적이고, 발생가스, 유해산업페기물 발생이 없고 순간 충방전 특성이 우수하며, 반복된 충방전에 강한 장점이 있지만, 비용이 비싸다는 것으로 널리 사용되지 못해왔다. 그러나 본 발명을 통해 저렴하고 효율이 높은 플라이휠 에너지 저장장치를 개발할 수 있어 널리 활용될 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the flywheel energy storage device has a high storage energy density, a long service life, an environment-friendly property, no generated gas, harmful industrial waste, excellent instantaneous charge / discharge characteristics, However, it has not been widely used because it is expensive. However, it is possible to develop an inexpensive and efficient flywheel energy storage device through the present invention and thus it can be widely used.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 기계식 플라이휠 에너지 저장장치, 전자석 플라이휠 에너지 저장장치, 초전도 플라이휠 에너지 저장장치 크게 3 종류의 시스템을 안정성 측면에서 비교하여 볼 때, 접촉식 제어 방식이 비접촉식 제어 방식에 비하여 훨씬 안정적인 장점이 있어 보다 넓은 용도에 활용될 수 있다. 예를 들어 타 방식의 경우 움직이는 물체에 사용하기가 어려운 반면, 본 발명의 경우 움직이는 물체에서도 활용될 수 있다.
In addition, according to the embodiment of the present invention, when comparing three kinds of systems in terms of stability from a mechanical flywheel energy storage device, an electromagnet flywheel energy storage device, and a superconducting flywheel energy storage device, the contact type control method is superior to the non- It has a much more stable advantage and can be used for a wider range of applications. For example, in the case of the other method, it is difficult to use in a moving object, but in the case of the present invention, it can also be utilized in a moving object.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼베어링 두 개와 영구자석 베어링을 하부에 설치한 플라이휠 에너지 저장장치를 도시한 도면이다.
도 2는 발명의 일 시시예에 따른 볼베어링 두 개와 초전도 베어링을 하분에 설치한 플라이휠 에너지 저장장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼베어링 두 개와 영구자석 베어링을 상부에 설치한 플라이휠 에너지 저장장치를 도시한 도면이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼베어링 두 개와 초전도 베어링을 상부에 설치한 플라이휠 에너지 저장장치를 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼베어링 두 개와 영구자석 베어링을 상 하부 두 군데에 설치한 플라이휠 에너지 저장장치를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼베어링 두 개와 초전도 베어링을 상 하부 두 군데에 설치한 플라이휠 에너지 저장장치를 도시한 도면이다.
도 7은 회전체의 하부에 계단식 베어링이 설치된 것을 도시한 도면이다.
도 8은 회전축에 영구자석이 고정되고 하부 고정판에 영구자석이 고정되는 것을 도시한 도면이다.
도 9는 회전축에 영구자석이 고정되고 하부 고정판에 초전도체가 고정되는 것을 도시한 도면이다.
도 10은 회전축에 영구자석이 고정되고 하부 고정판에 중력의 수직 방향으로는 초전도체가 고정되고 중력 방향으로는 영구자석이 고정되는 것을 도시한 도면이다.
도 11은 회전축에 영구자석이 고정되고 하부 고정판에 중력의 수직 방향으로는 영구자석이 고정되고 중력 방향으로는 초전도체가 고정되는 것을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a view showing a flywheel energy storage device in which two ball bearings and a permanent magnet bearing are installed at a lower portion according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a view showing a flywheel energy storage device in which two ball bearings and a superconducting bearing are installed in a lower portion according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a view illustrating a flywheel energy storage device having two ball bearings and a permanent magnet bearing mounted thereon according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view illustrating a flywheel energy storage device in which two ball bearings and a superconducting bearing are installed on an upper side according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view illustrating a flywheel energy storage device in which two ball bearings and permanent magnet bearings according to an embodiment of the present invention are installed in upper and lower portions.
6 is a view illustrating a flywheel energy storage device in which two ball bearings and a superconducting bearing according to an embodiment of the present invention are installed at two upper and lower places.
7 is a view showing that a stepped bearing is installed in a lower portion of the rotating body.
8 is a view showing that a permanent magnet is fixed to a rotary shaft and a permanent magnet is fixed to a lower fixed plate.
9 is a view showing that a permanent magnet is fixed to a rotary shaft and a superconductor is fixed to a lower fixed plate.
10 is a view showing that a permanent magnet is fixed to a rotary shaft, a superconductor is fixed to a lower fixed plate in a vertical direction of gravity, and a permanent magnet is fixed in a gravity direction.
11 is a view showing that a permanent magnet is fixed to a rotary shaft and a permanent magnet is fixed to a lower fixed plate in a vertical direction of gravity and a superconductor is fixed in a gravity direction.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. Hereinafter, configurations and applications according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following description is one of many aspects of the claimed invention and the following description forms part of a detailed description of the present invention.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail for the sake of clarity and conciseness.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼베어링 두 개와 영구자석 베어링을 하부에 설치한 플라이휠 에너지 저장장치를 도시한 평면도이다.FIG. 1 is a plan view showing a flywheel energy storage device in which two ball bearings and a permanent magnet bearing are installed at the bottom according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라이휠 에너지 저장장치(100)은 전기에너지를 회전운동에너지로 변환시키는 전동/발전기(103, 104)에 의해 회전체(105)를 회전시키므로써 회전운동에너지로 저장되었다가 필요시 회전운동에너지로부터 전동/발전기(103, 104)에 의해 전기에너지로 변환시킬 수 있는 저장장치이다.The flywheel
다만, 이하에서는, 본 실시예의 플라이휠 에너지 저장장치(100)를 구성하는 타입에 대해 설명할 것이나, 이에 한정되는 것은 아니며, 영구자석 베어링, 초전도 베어링, 볼 베어링, 전동/발전기 및 회전체의 다양한 배치에 의해 플라이휠 에너지 저장장치를 구성할 수 있음은 당연하다.However, the present invention is not limited thereto, and various types of arrangements of permanent magnet bearings, superconducting bearings, ball bearings, electric motors / generators, and rotors may be used. It is natural that the flywheel energy storage device can be constituted.
도 1 부터 도 6까지를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라이휠 에너지 저장장치(100)는 여러 구성 요소들의 단수 혹은 복수에 의해 구성될 수 있는 경우 수를 모두 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 through 6, the flywheel
먼저 플라이휠 에너지 저장장치(100)를 설명하면, 전기에너지를 전동/발전기(103, 104)에 의해 회전체(105)에 회전 운동에너지 상태로 저장해두었다가 필요 시 전동/발전기(103, 104)에 의해 전기에너지로 변환하여 사용할 수 있다. 이 때 회전에 의한 마찰 손실을 적게 하기 위하여 주고 진동 제어를 위해 볼 베어링(101, 102)을 사용하며, 회전체를 부양시켜 회전체 무게로 인한 마찰 손실을 없게 하기 위해 회전체에 부착되어 있는 상부영구자석(110)과 하부 고정판(520)에 고정되어 있는 하부영구자석(120)은 서로 같은 극으로 설치되어 영구자석의 척력이 작용되는 영구자석베어링으로 구성되어 있고, 진동을 제어하기 위하여 상부 볼 베어링과 함께 하부 볼 베어링이 하부 고정판(520)에 고정되어 있다. 시스템을 운전하기 위하여 정렬할 경우 정렬은 쉽게 하기 위하여 정렬지그(530)가 하부에 설치되어 있으나 운전이 시작되면 하부 정렬 지그는 제거될 수도 있는 플라이휠 에너지 저장장치(100)의 구조이다.First, the flywheel
사용된 볼(101)은 볼 케이스(102)에 의해 고정되어 있고 상부 영구자석(110)과 하부 영구자석(120)은 같은 극으로 마주보도록 한다.The used
도 2는 플라이휠 에너지 저장장치(100)의 구도는 도 1과 같이 하고 있으며, 부양 유닛, 즉 본 실시예의 부양시스템을 도 1의 상부 영구자석(110)과 하부 영구자석(120)으로 구성한 것에 비하여 상부영구자석(310)은 회전체(105)에 부착되어 회전을 하고 하부는 하부 고정판(520)에 고정되어 있는 초전도체(300)로 구성되어 있는 초전도 베어링을 이용한 플라이휠 에너지 저장장치(100)의 구조이다.2, the structure of the flywheel
도 3 은 플라이휠 에너지 저장장치(100)를 부양시켜 마찰 손실을 없도록 하기 위하여 도 1에서 상부영구자석(110)과 하부영구자석(120)으로 구성되어 있는 영구자석 베어링을 시스템의 상부에 설치하는 것이다. 상부 영구자석(210)은 중앙 고정판(500)에 고정되어 있고 하부영구자석(220)은 회전체(105)에 부착되어 회전하도록 구성되어 있으며, 이 때 영구자석(210, 220)은 서로 반대극으로 설치되어 영구자석(210, 220) 간의 인력이 작용하는 영구자석 베어링을 이용한 플라이휠 에너지 저장장치(100)의 구조이다.3 is a perspective view of a permanent magnet bearing constructed of an upper
도 4 은 플라이휠 에너지 저장장치(100)를 부양시켜 마찰 손실을 없도록 하기 위하여 도 2에서 상부영구자석(310)과 하부 초전도체(300)로 구성되어 있는 초전도 베어링을 시스템의 상부에 설치하는 것이다. 상부 초전도체(400)는 중앙 고정판(500)에 고정되어 있고 하부영구자석(410)은 회전체(105)에 부착되어 회전하도록 구성되어 있는 초전도 베어링을 이용한 플라이휠 에너지 저장장치(100)의 구조이다.FIG. 4 shows a superconducting bearing, which is composed of an upper
도 5 는 플라이휠 에너지 저장장치(100)를 부양시켜 마찰 손실을 없도록 하기 위하여 도 1에서 상부영구자석(110)과 하부영구자석(120)으로 구성되어 있는 영구자석 베어링과 도 3에서 도 1의 영구자석 베어링을 시스템의 상부에 설치하는 영구자석 베어링 두 개를 사용하여 구성한 플라이휠 에너지 저장장치(100)이다. 하부에 설치된 상부 영구자석(110)은 회전체(105)에 부착되어 있고 하부영구자석(120)은 하부 고정판(520)에 고정되어 있으며, 상부에 설치된 상부 영구자석(210)은 중앙 고정판(500)에 고정되어 있고 상부에 설치된 하부 영구자석(220)은 회전체(105)에 부착되어 회전하도록 구성되어 있고, 이 때 영구자석은 상부의 영구자석(210, 220)의 경우는 서로 반대극으로 설치되어 있으며, 하부에 설치된 영구자석(110, 120)은 같은 극으로 설치되어 있는 플라이휠 에너지 저장장치(100)의 구조이다.FIG. 5 is a perspective view of a permanent magnet bearing comprised of an upper
도 6 은 플라이휠 에너지 저장장치(100)를 부양시켜 마찰 손실을 없도록 하기 위하여 도 2에서 회전체에 부착되어 있는 상부영구자석(310)과 하부 고정판(520)에 고정되어 있는 초전도체(300)로 구성되어 있는 초전도 베어링과 도 4에서 도 2의 초전도 베어링을 시스템의 상부에 설치하는 초전도 베어링 두 개를 사용하여 구성한 플라이휠 에너지 저장장치(100)이다. 하부에 설치된 상부 영구자석(310)은 회전체(105)에 부착되어 있고 하부 초전도체(300)는 하부 고정판(520)에 고정되어 있으며, 상부에 설치된 상부 초전도체(400)는 중앙 고정판(500)에 고정되어 있고 상부에 설치된 하부 영구자석(410)은 회전체(105)에 부착되어 회전하도록 구성되어 있는 플라이휠 에너지 저장장치(100)의 구조이다.6 is an upper
한편, 본 실시예의 플라이휠 에너지 저장장치(100)는 두 개의 영구자석 베어링을 사용한 경우와 두 개의 초전도 베어링을 사용한 경우와 마찬가지로 상부를 영구자석 베어링을 사용하고 하부를 초전도 베어링을 사용할 수도 있으며, 반대로 상부를 초전도베어링을 사용하고 하부를 영구자석 베어링의 복합 구조로도 구성할 수 있다.Meanwhile, in the flywheel
도 7 은 회전체의 하부에 계단식 베어링을 설치할 수 있다. 이 베어링은 볼 베어링의 기계식 베어링 이외에도 전자석 플라이휠 에너지 저장장치나 초전도 플라이휠 에너지 저장장치의 베어링으로도 사용될 수 있다.7, stepped bearings can be installed on the lower portion of the rotating body. In addition to mechanical bearings for ball bearings, these bearings can also be used as bearings for electromagnet flywheel energy storage devices or superconducting flywheel energy storage devices.
도 8 에 도시된 회전체에는 영구자석(600)이 고정되어 있고 하부 고정판에 영구자석(610)이 고정되어 있다. The
도 9에 도시된 회전체에는 영구자석(600)이 고정되어 있고 하부 고정판에 초전도체(700)가 고정되어 있다.9, the
도 10 에 도시된 회전체에는 영구자석(600)이 고정되어 있고 하부 고정판에 중력의 수직한 방향으로 초전도체(700)가 고정되어 있고 중력방향으로 영구자석(610)이 고정되어 있다.The
도 11 에 도시된 회전체에는 영구자석(600)이 고정되어 있고 하부 고정판에 중력의 수직한 방향으로 영구자석(610)이 고정되어 있고 중력방향으로 초전도체(700)가 고정되어 있다.The
다만, 본 실시예에서는 영구자석 베어링과 초전도 베어링, 볼베어링으로 구성되는 경우에 대해 설명하였으나, 구조가 이에 한정되는 것은 아니며, 회전축의 길이와 시스템의 형성에 따라 3가지 베어링의 구조를 다양하게 변화시켜 시스템을 최적화 할 수 있다. However, the present invention is not limited thereto, and the structure of the three bearings may be variously changed according to the length of the rotating shaft and the formation of the system. The system can be optimized.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.
100 : 플라이휠 에너지 저장장치
101 : 볼(ball)
102 : 볼 케이스
103 : 전동/발전기 코일
104 : 전동/발전기 영구자석
105 : 회전체
106 : 회전축
110 : 하부에 설치된 상부영구자석
120 : 하부에 설치된 하부영구자석
210 : 상부에 설치된 상부영구자석
220 : 상부에 설치된 하부영구자석
300 : 하부에 설치된 초전도체
310 : 하부에 설치된 상부영구자석
400 : 상부에 설치된 초전도체
410 : 상부에 설치된 하부영구자석
500 : 중앙 고정판
510 : 상부 고정판
520 : 하부 고정판
530 : 정렬을 위한 지그
600 : 회전판에 고정된 영구자석
610 : 하부 고정판에 고정된 영구자석
700 ; 하부 고정판에 고정된 초전도체100: Flywheel energy storage device
101: ball
102: ball case
103: Electric / generator coil
104: Electric / generator permanent magnet
105: rotating body
106:
110: upper permanent magnet installed on the lower part
120: lower permanent magnet installed at the lower part
210: upper permanent magnet disposed on the upper part
220: lower permanent magnet installed on the upper part
300: superconductor installed in the lower part
310: upper permanent magnet installed at the lower part
400: superconductor installed on the upper part
410: Lower permanent magnet installed on the upper part
500: central fixed plate
510: upper fixing plate
520: lower fixed plate
530: jig for alignment
600: permanent magnet fixed to the rotating plate
610: permanent magnet fixed to bottom fixed plate
700; Superconductor fixed to lower fixed plate
Claims (11)
상기 회전체의 적어도 일부분에 접촉 가능하도록 배치되며, 상기 회전체의 회전에 의한 마찰 손실을 감소시키는 볼 베어링;
상기 회전체를 부양시키기 위해 초전도체 및 영구자석을 구비하는 부양 유닛;
상기 회전체의 하부에 배치되는 하부 고정판; 및
상기 회전체의 적어도 상단부를 감싸는 중앙 고정판;
을 포함하며,
상기 초전도체 및 상기 영구자석이 상호 대향되도록, 상기 초전도체는 상기 회전체의 하단부 또는 상기 하부 고정판의 상단부 중 어느 하나에 부착되고 상기 영구자석은 다른 하나에 부착되거나, 상기 초전도체가 상기 회전체의 상단부 또는 상기 중앙 고정판의 하단부 중 어느 하나에 부착되고 상기 영구자석은 다른 하나에 부착되는 하이브리드 플라이휠 에너지 저장장치.
A rotating body for storing electric energy generated by an electric motor or a generator as rotational kinetic energy or providing stored rotational kinetic energy to the electric motor or generator;
A ball bearing arranged to be able to contact at least a part of the rotating body and reducing a friction loss due to rotation of the rotating body;
A floating unit having a superconductor and a permanent magnet for lifting the rotating body;
A lower fixed plate disposed below the rotating body; And
A central fixed plate surrounding at least an upper end portion of the rotating body;
/ RTI >
The superconductor is attached to either the lower end of the rotating body or the upper end of the lower fixed plate so that the superconductor and the permanent magnet are opposite to each other and the permanent magnet is attached to the other one, Wherein the permanent magnet is attached to one of the lower ends of the central fixed plate and the permanent magnet is attached to the other.
상기 회전체의 적어도 일부분에 접촉 가능하도록 배치되며, 상기 회전체의 회전에 의한 마찰 손실을 감소시키는 베어링;
상기 회전체를 부양시키는 부양 유닛; 및
상기 회전체의 하부에 배치되는 하부 고정판;
을 포함하며,
상기 부양 유닛은,
상기 회전체의 하단부에 부착되는 상부영구자석; 및
상기 하부 고정판의 상단부에 부착되는 하부영구자석을 포함하며,
상기 상부영구자석 및 상기 하부영구자석은 상호 척력을 발생시킴으로써 상기 하부 고정판에 대해 상기 회전체가 부양될 수 있도록 같은 극으로 마련되는 하이브리드 플라이휠 에너지 저장장치.
A rotating body for storing electric energy generated by an electric motor or a generator as rotational kinetic energy or providing stored rotational kinetic energy to the electric motor or generator;
A bearing disposed so as to be able to contact at least a part of the rotating body and reducing frictional loss due to rotation of the rotating body;
A lifting unit lifting the rotating body; And
A lower fixed plate disposed below the rotating body;
/ RTI >
The floating unit includes:
An upper permanent magnet attached to a lower end of the rotating body; And
And a lower permanent magnet attached to an upper end of the lower fixed plate,
Wherein the upper permanent magnet and the lower permanent magnet are provided with the same polarity so that the rotating body can float with respect to the lower fixed plate by generating a repulsive force.
상기 베어링은 볼 베어링이며,
상기 볼 베어링의 볼은 금속, 세라믹 또는 상기 회전체의 마찰 손실의 감소 가능한 재료로 구성되는 하이브리드 플라이휠 에너지 저장장치.
The method of claim 3,
The bearing is a ball bearing,
Wherein the ball of the ball bearing is comprised of a metal, ceramic or a material capable of reducing frictional losses of the rotating body.
상기 회전체의 적어도 일부분에 접촉 가능하도록 배치되며, 상기 회전체의 회전에 의한 마찰 손실을 감소시키는 베어링;
상기 회전체를 부양시키는 부양 유닛; 및
상기 회전체의 적어도 상단부를 감싸는 중앙 고정판;
을 포함하며,
상기 부양 유닛은,
상기 회전체의 상단부에 부착되는 하부영구자석; 및
상기 하부영구자석의 상부에 위치되도록 상기 중앙 고정판에 부착되는 상부영구자석을 포함하며,
상기 상부영구자석 및 상기 하부영구자석은 상호 다른 극으로 마련되는 하이브리드 플라이휠 에너지 저장장치.
A rotating body for storing electric energy generated by an electric motor or a generator as rotational kinetic energy or providing stored rotational kinetic energy to the electric motor or generator;
A bearing disposed so as to be able to contact at least a part of the rotating body and reducing frictional loss due to rotation of the rotating body;
A lifting unit lifting the rotating body; And
A central fixed plate surrounding at least an upper end portion of the rotating body;
/ RTI >
The floating unit includes:
A lower permanent magnet attached to an upper end of the rotating body; And
And an upper permanent magnet attached to the central fixed plate so as to be positioned on the upper portion of the lower permanent magnet,
Wherein the upper permanent magnet and the lower permanent magnet are provided at mutually different poles.
상기 회전체의 적어도 일부분에 접촉 가능하도록 배치되며, 상기 회전체의 회전에 의한 마찰 손실을 감소시키는 베어링;
상기 회전체를 부양시키는 부양 유닛;
상기 회전체의 하부에 배치되는 하부 고정판; 및
상기 회전체의 적어도 상단부를 감싸는 중앙 고정판;
을 포함하며,
상기 부양 유닛은,
상기 하부 고정판의 상단부 및 상기 회전체의 하단부에 각각 부착되되 같은 극을 갖는 영구자석들; 및
상기 회전체의 상단부 및 상기 중앙 고정판의 상부벽의 저면에 각각 부착되되 상호 반대극을 갖는 영구자석들을 포함하는 하이브리드 플라이휠 에너지 저장장치.
A rotating body for storing electric energy generated by an electric motor or a generator as rotational kinetic energy or providing stored rotational kinetic energy to the electric motor or generator;
A bearing disposed so as to be able to contact at least a part of the rotating body and reducing frictional loss due to rotation of the rotating body;
A lifting unit lifting the rotating body;
A lower fixed plate disposed below the rotating body; And
A central fixed plate surrounding at least an upper end portion of the rotating body;
/ RTI >
The floating unit includes:
Permanent magnets attached to an upper end of the lower fixed plate and a lower end of the rotating body, respectively, and having the same polarity; And
And permanent magnets attached to an upper end of the rotating body and a lower surface of the upper wall of the central fixed plate, respectively, the permanent magnets having opposite poles.
상기 회전체의 적어도 일부분에 접촉 가능하도록 배치되며, 상기 회전체의 회전에 의한 마찰 손실을 감소시키는 베어링;
상기 회전체를 부양시키는 부양 유닛; 및
상기 회전체의 하부에 배치되는 하부 고정판;
을 포함하며,
상기 회전체의 하단부 및 상기 하부 고정판의 상단부는 상호 대응되는 계단식으로 마련되며,
상기 회전체의 각 계단 및 상기 하부 고정판의 각 계단에는 상호 다른 극을 갖는 영구자석들이 부착되는 하이브리드 플라이휠 에너지 저장장치.A rotating body for storing electric energy generated by an electric motor or a generator as rotational kinetic energy or providing stored rotational kinetic energy to the electric motor or generator;
A bearing disposed so as to be able to contact at least a part of the rotating body and reducing frictional loss due to rotation of the rotating body;
A lifting unit lifting the rotating body; And
A lower fixed plate disposed below the rotating body;
/ RTI >
The lower end of the rotating body and the upper end of the lower fixed plate are provided in a stepwise manner corresponding to each other,
Wherein permanent magnets having mutually different poles are attached to each step of the rotating body and each step of the lower fixed plate.
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JP2002276539A (en) * | 2001-03-16 | 2002-09-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Space electric power storage flywheel device |
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