KR20140136425A - 안전 특성을 갖는 전자 기계식 플라이휠 - Google Patents

Abstract

전자 기계식 플라이휠 장치는 밀폐된 모터-발전기 및 플라이휠 질량의 안전한 작동을 강화시키는 다수의 인클로저들을 포함한다.

Description

안전 특성을 갖는 전자 기계식 플라이휠{ELECTROMECHANICAL FLYWHEEL WITH SAFETY FEATURES}

본 발명은 전자 기계 분야에 관한 것이다. 특히, 전자 기계식 플라이휠의 진공, 안전성, 열 전달 및 지지 기능이 다중 벽 밀폐 시스템에 의해서, 적어도 부분적으로 가능하게 된다.

우선권 주장/관련 출원

본 출원은 2012년 03월 15일자로 제출되고, 'ELECTROMECHANICAL FLYWHEEL WITH SAFETY FEATURES'로 명칭이 부여된 미국 가특허 출원 제61/611,307호의 우선권 이익을 주장하며, 이는 여기에 그 전체가 모든 목적을 위해서 포함되어 있다.

알려진 플라이휠은 운동 에너지, 즉 작동 에너지를 저장한다. 이러한 에너지를 방출하도록 요청되면, 상기 플라이휠은 운동 에너지가 소진됨에 따라, 속도가 느려진다. 구동용 및 전기 장치에 의해서 구동되어지는 플라이휠도 알려져 있다. 수십 년 동안, 이러한 전자 기계식 장치들이 제작되어 왔고, 그리고 다양한 수준의 성공적인 작동을 달성했다. 그러나, 광범위한 적용을 플라이휠 제조 업체들이 회피해 왔는데, 그 이유는 심지어 가장 진보된 상업용 장치라도 상당한 작동 제한으로 고통받고 있으며, 동시에 비용도 보다 우수한 성능의 대체물을 초과하기 때문이다. 소규모의 플라이휠 제조업계에 의한 지속적인 노력에도 불구하고, 현대적인 전자 기계식 플라이휠들은 몇몇의 틈새 시장에서만 좁은 적용처를 발견하고, 현재는 개발된 세계 에너지 공급에 큰 기여를 하지 못하는 실정이다.

전자 기계식 플라이휠들은 대기 조건에서 작동하는 장치 및 진공 조건에서 작동하는 장치들을 포함한다. 진공 환경에서 작동하는 장치는 고속 작동으로부터의 혜택을 갖지만, 그것들은 또한, 플라이휠 질량 스트레스, 자성 부품 온도 및 안전 밀폐 등을 관리하기 위한 유용한 기술들에 의해서 제한되어 왔다.

본 발명은 다수의 인클로저들을 갖는 전자 기계식 플라이휠을 제공한다.

일 실시 예에서, 전자 기계식 플라이휠은 코어 조립체를 포함하고, 이는 모터-발전기 고정자; 상기 고정자를 둘러싼 모터-발전기 회전자; 상기 고정자는 회전축을 형성하고, 상기 회전축을 둘러싸는 계자 코일을 구비하며, 상기 회전축을 둘러싸지 않는 전기자 코일을 포함함; 상기 회전자를 둘러싸고, 상기 회전자와 함께 회전하기 위하여 상기 회전자에 결합된 플라이휠 질량; 그리고, 상기 플라이휠 질량을 에워싸는 진공 가능한 하우징;을 포함한다. 상기 회전자는 제1 및 제2 이격 서스펜션 조립체들에 의해서 지지되고; 상기 제1 서스펜션 조립체는 상기 회전자에 센터링 및 부양력들을 인가하기 위한 제1 전자기 베어링 포함하며; 그리고, 제2 서스펜션 조립체는 상기 회전자에 센터링 력(force)을 인가하는 제2 전자기 베어링을 포함한다.

일 실시 예에서, 전자 기계식 플라이휠 밀폐 시스템은: 각각의 내부 및 외부 벽들을 정의하는 내부 및 외부 인클로저; 상기 내부 및 외부 인클로저의 벽들 사이의 1차 압력 벽 및/또는 발사체 막이; 모터-발전기 고정자와 고정자 지지대를 갖는 코어 조립체와, 모터-발전기 회전자, 플라이휠 질량과 허브 등을 갖는 회전 조립체를 포함하는 에너지 교환 블록; 상기 모터-발전기 회전자는 상기 모터-발전기 고정자를 둘러쌈; 상기 내부 인클로저는 상기 에너지 교환 블록을 에워쌈; 상기 외부 인클로저는 상기 내부 인클로저를 에워쌈; 유체 냉각제를 이송하기 위한 제1 환상 흐름 통로, 상기 제1 환상 흐름 통로 외경은 상기 외부 인클로저의 벽으로 둘러싸임; 그리고, 냉각제를 이송하기 위한 인클로저 유체 회로는 상기 제1 환상 흐름 통로와 고정자 지지대 흐름 통로를 구비함;들을 포함한다.

일 실시 예에서, 상기 전자 기계식 플라이휠 밀폐 시스템은 추가적으로: 동심으로 배치된 내부 및 외부 인클로저의 내부 벽과 외부 벽들; 상기 내부 벽을 둘러싸는 1차 압력 벽; 상기 1차 압력 벽을 둘러싸는 덮개; 상기 덮개는 상기 외부 인클로저의 외부 벽에 의해서 둘러싸임; 상기 제1 환상 흐름 통로 내부 직경은 상기 덮개로 둘러싸임; 상기 덮개 및 상기 1차 압력 벽으로 둘러싸인 제2 환상 흐름 통로; 그리고, 냉각제를 이송하기 위한 상기 밀폐 시스템 유체 회로는 상기 제2 환상 흐름 통로를 구비함;들을 포함한다.

또 다른 실시 예에서, 전자 기계식 플라이휠 밀폐 시스템은: 각각의 내부 및 외부 벽들을 정의하는 내부 및 외부 인클로저들: 상기 내부 벽과 외부 벽들 사이의 1차 압력 벽; 유체 냉각제를 이송하기 위한 환상 흐름 통로; 상기 환상 흐름 통로 내경은 상기 1차 압력 벽으로 둘러싸임; 상기 내부 인클로저로부터 매달린 모터-발전기 고정자; 모터-발전기 회전자를 포함하고, 회전 축을 형성하며, 모터-발전기 고정자를 에워싸고, 회전축을 정의하는 회전 조립체; 상기 회전자를 에워싸고, 결합하는 플라이휠 질량;을 포함하고, 그리고, 상기 고정자의 계자 권선은 상기 회전축을 둘러싸고, 상기 고정자의 전기자 권선은 회전 축을 둘러싸지 않는다.

몇몇 실시 예에서, 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템은: 내부 및 외부 인클로저들; 플라이휠 질량; 상기 내부 인클로저는 상기 플라이휠 질량을 에워쌈; 상기 외부 인클로저는 상기 내부 인클로저를 에워쌈; 제1 플라이휠 질량 회전 속도에서 파단할 수 있도록 설계된 상기 플라이휠 질량의 적어도 제1 부분; 제2 플라이휠 질량 회전 속도에서 파단할 수 있도록 설계된 상기 플라이휠 질량의 적어도 제2 부분;을 포함하고, 그리고, 상기 제1 플라이휠 질량 회전 속도는 상기 제2 플라이휠 질량 회전 속도보다 작아서, 플라이휠 질량의 파단을 넘어서는 과속에서, 상기 플라이휠 질량의 제1 부분은 상기 플라이휠 질량의 제2 부분 이전에 파단되어진다. 또한 다른 실시 예는, 상기 플라이휠 질량의 제1 부분의 파단으로 인한 파괴에 저항하도록 작동하는 내부 인클로저 설계를 포함하고, 그것은 또한 이후에 상기 플라이휠 질량의 제2 부분의 파단시에도 저항하도록 작동한다.

몇몇 실시 예에서, 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템은: 내부 및 외부 인클로저; 플라이휠 질량; 상기 내부 인클로저는 상기 플라이휠 질량을 에워쌈; 상기 외부 인클로저는 상기 내부 인클로저를 에워쌈; 상기 플라이휠 질량은 외부 층 아래의 내부 층을 포함하고, 상기 내부 및 외부 층들은 플라이휠 질량의 회전 축을 둘러쌈; 상기 외부 층은 제1 플라이휠 질량 회전 속도에서 파단하고, 그리고 상기 내부 층은 제2 플라이휠 질량 회전 속도에서 파단하도록 설계됨; 그리고, 상기 제1 플라이휠 질량 회전 속도는 속도는 상기 제2 플라이휠 질량 회전 속도보다 작아서, 플라이휠 질량의 파단을 넘어서는 과속에서, 상기 외부 벽은 상기 내부 벽의 파단 이전에 파단되어진다. 다양한 실시 예들은 또한, 아래에 기재된 것 중 하나 이상을 포함하며: 상기 플라이휠 질량 내부 층은, 상기 외부 층에 의해서 저장된 운동 에너지 양의 실질적으로 동일한 운동 에너지의 양을 저장하도록 설계됨; 상기 내부 층은 원주방향으로 상기 외부 층에 의해서 둘러싸임; 상기 내부 및 외부 인클로저들 사이에 위치된 피봇 타입 베어링, 상기 플라이휠 질량의 회전 중심선은 상기 피봇 베어링을 통과함; 상기 내부 및 외부 인클로저들에 의해서 형성된 환형 공간내에 배치된 하나 이상의 탄성 베어링들, 상기 탄성 베어링들은 상기 피봇 베어링에 이격되며, 상기 베어링들은 상기 제1 및 제2 인클로저 사이에서 움직임 이동을 제한하도록 선택됨; 상기 베어링 중 적어도 하나는 점탄성 물질을 포함함; 상기 내부 인클로저 내에 위치된 진공 인클로저, 상기 내부 인클로저는 상기 플라이휠 질량의 과속 파단의 부산물을 수용하도록 설계된 금속 1차 압력 인클로저이고, 상기 진공 인클로저는 금속 인클로저이면서, 상기 1차 압력 인클로저 측벽의 두께에 비하여 상대적으로 얇은 측벽을 가짐; 상기 내부 인클로저의 내부에 배치된 금속 진공 인클로저; 그리고, 상기 내부 인클로저는 상기 진공 인클로저를 둘러싸는 탄소섬유 복합 측벽을 구비함; 상기 내부 인클로저내에 위치된 금속 진공 인클로저, 에너지 교환 블록은 다수의 고정자 전기 리드를 갖는 모터-발전기 고정자와 고정자 지지대를 구비하는 코어 조립체와, 모터-발전기 회전자와 상기 플라이휠 질량을 포함하는 회전 조립체를 포함하며, 상기 모터-발전기 회전자는 상기 모터-발전기 고정자를 에워싸고, 상기 내부 및 외부 인클로저용 뚜껑들은 각각 서로에 대해 이격되며, 상기 내부 인클로저 뚜껑내에 제1 피드 스루(feed through)가 배치되고, 그리고 상기 외부 인클로저 뚜껑내에 제2 피드 스루가 배치되며, 상기 인클로저 뚜껑들 사이에 분리 가능한 고정자 리드 커플링이 위치되고, 상기 고정자 리드 커플링은 고정자 전기 리드와 커플링 리드 사이에서 전류 경로를 제공하며, 상기 고정자 리드는 고정자 권선과 상기 고정자 리드 커플링 사이를 연장하고, 상기 고정자 리드는 제1 피드 스루를 통과하며, 상기 커플링 리드는 상기 고정자 리드 커플링과 상기 외부 인클로저 외부의 위치 사이에서 연장하고, 상기 커플링 리드는 제2 피드 스루를 통과하며, 상기 내부 및 외부 뚜껑들의 상대적인 회전은 상기 분리 가능한 고정자 리드 커플링을 분리시키도록 작동됨; 뚜껑 중심선은 상기 인클로저 뚜껑들의 중심을 통과하고, 상기 제1 및 제2 피드 스루 사이에는 각도 오프셋이 형성되며, 상기 오프셋은 상기 제1 및 제2 피드 스루 사이의 거리를 연장시키도록 작동되고, 상기 오프셋은 상기 고정자 리드 커플링과, 상기 고정자 리드와 커플링 리드의 인접 부분들을 상기 뚜껑 중심선에 평행한 선에 대하여 일정 각도로서 위치시키도록 작동가능하며, 그리고 아무런 각도 오프셋이 없는 것과 비교하면, 상기 오프셋은 상기 분리가능한 고정자 리드 커플링을 분리시키는 데에 필요한 상기 내부 및 외부 인클로저들의 상대 회전을 감소시키도록 작동되고; 다수의 고정자 리드 커플링 및 각각의 고정자 리드들과 커플링 리드들을 포함하고, 상기 각각의 고정자 리드들은 상기 제1 피드 스루를 통과하며, 상기 각각의 커플링 리드들은 상기 제2 피드 스루를 통과하고, 각각의 고정자 리드와 커플링 리드의 조합은 다른 하나 이상의 고정자 리드와 커플링 리드의 조합들과는 다른 길이를 갖고, 그리고 상기 다른 길이들은 상기 내부 및 외부 뚜껑들의 상대 회전에 대응하여 고정자 리드 커플링 분리의 엇갈린 시퀀스를 제공하도록 작동됨;들을 포함한다.

몇몇 실시 예에서, 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템은, 제1, 제2, 및 제3 중첩 인클로저들; 모터-발전기 고정자와 고정자 지지대를 포함하는 코어 조립체, 및 모터-발전기 회전자와 플라이휠 질량을 포함하는 회전 조립체를 포함한 에너지 교환 블록; 상기 모터-발전기 회전자는 상기 모터-발전기 고정자를 둘러쌈; 상기 제3 인클로저는 상기 에너지 교환 블록을 에워싸고, 상기 제2 인클로저는 상기 제3 인클로저를 에워싸며, 그리고 상기 제1 인클로저는 상기 제2 인클로저를 에워쌈; 피봇 타입 베어링이 상기 제1 및 제2 인클로저들 사이에 배치되고, 상기 회전 조립체의 회전 중심은 상기 피봇 베어링의 이동 접점을 통과함; 상기 제1 및 제2 인클로저에 의해서 정의된 환형 공간내에 하나 이상의 탄성 베어링이 위치되고, 상기 탄성 베어링들은 상기 피봇 베어링으로부터 이격됨; 그리고, 상기 베어링들은 제1 및 제2 인클로저들 사이에서 움직임 이동을 제한하기 위해 선택됨;들을 포함한다. 다양한 실시 예들은, 상기 하나 이상의 탄성 베어링들이 점탄성 물질을 수용하는 것을 포함한다.

몇몇 실시 예에서, 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템 방법의 단계들은 다음의 것들을 포함하며: 전자기 베어링들에 의한 자기 부양을 위하여 모터-발전기 회전자를 제공함으로써 부양된 모터-발전기 회전자를 제자리에 유지시키는 데에 필요한 전자기 베어링 힘을 감소시키고, 상기 회전자를 감싸는 제2 인클로저를 에워싸도록 된 제1 인클로저를 제공하며, 상기 인클로저들 사이에 위치한 피봇 베어링으로서 상기 제2 인클로저의 무게를 지지하고, 그리고 상기 인클로저들 사이의 환형 공간 내에 위치된 점탄성 베어링들을 사용하여 상기 인클로저들 사이의 움직임 이동을 제한하며, 상기 베어링들은 상기 피봇 베어링으로부터 이격된 것들을 포함한다.

그리고, 몇몇 실시 예에서, 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템 방법의 단계들은, 단계들내에서, 구조적 파단을 받도록 상기 플라이휠 질량을 설계함으로써 플라이휠 질량의 파단에 연관된 힘을 제한하는 것을 포함한다.

본 발명에 의하면, 안전 특성을 갖는 전자 기계식 플라이휠이 제공된다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 여기에 포함되고, 명세서의 일부를 형성하는 이들 도면들은 본 발명을 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 더욱 상세히 설명하는 역할을 하며, 당업자들이 본 발명을 제작하고 사용할 수 있도록 하여 준다.
도 1은 본 발명에 따른 전자 기계식 플라이휠 장치의 블록도를 도시한다.
도 2는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 선택 기능들과 장비를 도시한다.
도 3A는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 제1 실시 예를 도시한다.
도 3B는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치에 사용하기 위한 회전 조립체를 도시한다.
도 3C는 도 3B의 회전 조립체의 단면도 y-y를 도시한다.
도 4는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 제2 실시 예를 도시한다.
도 5A는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 회전자 극들을 도시한다.
도 5B는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 회전자 극들과 고정자를 도시한다.
도 6은 하부 베어링 조립체, 및 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 일부 관련 부품들을 도시한다.
도 7은 상부 베어링 조립체, 및 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 일부 관련 부품들을 도시한다.
도 8은 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 제3 실시 예를 도시한다.
도 9A-C는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 밀폐 시스템들을 도시한다.
도 10A-D는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 기계적인 분리 특징들을 도시한다.
도 11A는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 에너지 소멸 특징들을 도시한다.
도 11B-D는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 고정자 리드 분리 특징들을 도시한다.
도 12A-D는 도 1의 전자 기계식 플라이휠 장치의 고정자 리드 커터 특징들을 도시한다.

이하의 페이지에 제공된 개시 내용은 본 발명의 몇몇 실시 예들의 예를 설명한다. 구조, 도면 및 설명들은 본 발명의 특정 실시 예의 예들을 제한하지는 않는다. 예를 들면, 여기에서 개시된 장치의 다른 실시 예들은 여기에서 설명된 특징들을 포함하거나, 포함하지 않을 수 있다. 또한, 여기에서 개시된 장점 및 이점들은 본 발명의 특정 실시 예들에 적용될 수 있고, 개시된 본 발명을 제한하는 데 사용되지는 않아야 한다.

도 1은 전자 기계식 플라이휠 장치(100)를 도시한다. 전기 배선(104)은 에너지 교환 블록(102), 전원 전자장치 및 제어(106), 및 전력 네트워크(108)들을 전기적으로 연결한다.

달리 언급하지 않는 한, 여기에서 사용된 바와 같이,'결합'된이란 용어는 직접 또는 간접 연결을 의미하며, 예를 들면 A는 직접적으로 B에 연결되고, C는 D를 통하여 E에 간접 연결된 것과 같은 것이다.

상기 에너지 교환 블록(102)은 회전 조립체(110)와 코어 조립체(112)를 포함한다. 밀폐 시스템(101)은 이하에서 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 밀폐 특징들을 제공한다. 상기 회전 조립체는 모터-발전기 회전자(114), 플라이휠 질량(116) 및 허브(118)를 포함한다. 상기 코어 조립체는 모터-발전기 고정자(120) 및 모터-발전기 고정자 지지대(122)를 포함한다. 다양한 실시 예들에서, 상기 회전 조립체는 여기에서 도시된 바와 같이, 샤프트-없음(shaft-less) 방식이다.

전기 배선(104)은 전기 도전체 연결, 전기 인터페이스 장치, 전기 변환기 및 그 유사한 것들 모두를 포함한다. 전력 전자장치 및 제어(106)는 실리콘 및/또는 반도체 장치, 아날로그 및 디지털 프로세서, 인간 인터페이스를 포함하는 관련 인터페이스들 모두를 포함한다. 상기 전력 네트워크(108)는, 1) 몇몇 실시 예에서, 에너지 교환 블록(102)으로 향한 전력 공급원, 2) 몇몇 실시 예에서, 에너지 교환 블록(102)으로부터의 전력 사용자, 및 3) 몇몇 실시 예에서, 에너지 교환 블록으로 향한 전력 공급원, 및 에너지 교환 블록으로부터의 전력 사용자 모두를 포함한다.

도 2는 선택된 전자 기계식 플라이휠 장치 기능들 및 장비(200)를 도시한다. 에너지 저장기(202)은 플라이휠 작동에 가장 중요하다. 전자 기계식 플라이휠에서, 에너지 저장기 및 에너지 변환기(204)는 운동 에너지를 전력으로 변환 및/또는 전력을 운동 에너지로 변환시키기 위한 수단을 제공한다. 에너지 전달기(206)은 에너지 변환 장치(220, 216) 및 전력 네트워크(108) 사이에서 전력 전송을 제공한다. 다양한 실시 예에서, 예를 들면 회로 차단기(230)와 같은 전기 스위치가 전력 전송을 가능하게 하는 도체들을 연결 및 분리시키기 위해 제공된다. 다양한 실시 예에서, 다른 전자 기계식 플라이휠 장치 기능들은, 이하에서 설명되어지는 여러 보조 지지대 기능(208)들 모두를 포함한다.

에너지 저장기(202)는 회전 조립체(110)를 활용한다. 다양한 실시 예들에서, 서스펜션 시스템(210)은 상기 회전 조립체를 지지한다. 서스펜션 장치는 베어링 또는 그 등가물(212)들을 포함하고, 몇몇 실시 예에서, 수동 셧다운 시스템(215)은 셧다운(shutdown)과 같은 선택된 운영 체제에서 상기 회전 조립체를 지지한다.

에너지 변환기(204)는 발전기 또는 모터-발전기와 같이, 운동 에너지를 전력으로 변환시키기 위한 수단을 이용한다. 모터-발전기(220)가 도시되어 있다. 상기 모터-발전기는 회전자(114)와 고정자(120)를 포함하고, 상기 회전 조립체(110)를 회전구동시키고, 그리고 상기 회전 조립체에 의해서 회전구동되기 위한 수단을 제공한다. 다양한 실시 예에서, 전력 전자장치(216)는 모터-발전기 및/또는 전력 네트워크(108)로부터 나오는 전기 파형의 조작을 가능하게 한다. 예를 들면, 다양한 실시 예에서, 전력 전자장치는 중간 DC 버스를 갖는 AC-AC 변환기내에서 주파수 변환을 제공하고, 그리고 전력 전자장치는 플라이휠 회전자의 회전 속도를 가속시키는 것과 같은 변속 드라이브 기능들을 제공한다

다양한 실시 예들에서, 보조 지지대 기능(208)들이 이하에서 보다 완전하게 설명되어지는 보조 지지대 장치에 의해서 실행된다. 보조 지지대 기능은 하우징(240), 안전(242), 진공(244), 냉각(248), 및 인간-장치 인터페이스(246)를 포함한다.

제어 기능(205)은 모니터링, 평가, 명령, 및 다른 전자 기계식 플라이휠 기능의 제어 중 하나 이상을 제공한다. 특히, 상기 제어 기능은, 감독 및/또는 하나 또는 그 이상의 에너지 저장기(202), 에너지 변환기(204), 에너지 전달기(206), 및 보조 지지대 기능(208)들의 제어를 통해서 전자 기계식 플라이휠 작동을 가능하게 한다.

도 3A는 제1 전자 기계식 플라이휠 부(300A)를 도시한다. 에너지 교환 블록(302)이 내부 하우징(328)에 의해서 둘러싸여 있고, 차례로 선택적인 외부 하우징(338)에 의해서 둘러싸인다.

상기 에너지 교환 블록(302)은 회전 조립체(310)와 코어 조립체(312)를 포함한다. 상기 회전 조립체에 포함된 것은, 모터-발전기 회전자(314)와 상기 회전자(316)를 에워싸고, 결합된 플라이휠 질량 및 상기 플라이휠 질량에 결합된 허브(318) 및 이동식 서스펜션 요소(344)들이다. 몇몇 실시 예에서, 비자성 슬리브와 같은 슬리브가 상기 회전자와 플라이휠 질량 사이에 개재되어 특히, 회전자를 지탱하고, 그리고 회전자에 대한 지지를 제공한다. 상기 회전자, 플라이휠 질량, 허브, 이동식 서스펜션 요소들은 축 x-x 을 중심으로 동기적(synchrony)으로 회전하기 위한 것이며, 그리고 다양한 실시 예에서, 상기 허브는 상기 회전자(350)와 플라이휠 질량(352)의 한쪽 또는 양쪽에 부착되어 있다. 상기 이동식 서스펜션 요소의 반대측에는, 고정식 서스펜션 요소(346)이며, 상기 내부 하우징(332)의 제1 벽을 통해서 지지된다. 상기 코어 조립체(312)에 포함되어 있는 것은, 고정자(320) 및 고정자 지지대(322)이다. 몇몇 실시 예에서, 상기 고정자 지지대는 내부 하우징(334)의 제2 벽과 같은 내부 하우징의 벽에 결합된다.

상기 모터-발전기 고정자(320)를 둘러싸는 것은 모터-발전기 회전자(314)이다. 다양한 실시 예에서, 상기 회전자(314)는 자성체(354)와 비자성체(356) 부분들을 포함하며, 몇몇 실시 예에서, 상기 비자성체 부분은 상기 자성체 부분을 차단하거나 또는 지지하는 매트릭스 재료를 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 자성 회전자 부분들은 적층 구조체이다.

다양한 실시 예들에서, 상기 고정자(320)는 자성 구조체를 포함하며, 가변 전류를 이송시킬 수 있는 도전성 권선들을 갖는 하나 이상의 상호 결합 코일들을 구비함으로써, 자성 구조체의 자속을 변화시킨다. 몇몇 실시 예에서, 제1 고정자 코일(364)은 대략 상기 x-x 축에 수직인 가상적인 y-y 축을 에워싼다. 그리고, 몇몇 실시 예에서, 제2 고정자 코일(368)은 x-x 축을 둘러싼다. 일 실시 예에서, 다수의 제1 고정자 코일들은 각각의 가상적인 y-y 축을 둘러싸고, 하나 이상의 제2 고정자 코일은 x-x 축을 둘러싸며, 상기 제1 고정자 코일은 전기자 코일이고, 그리고 상기 제2 고정자 코일은 계자 코일들이다.

그리고, 일 실시 예에서, 상기 모터-발전기(360)는 도시된 인사이드-아웃 배치(회전자가 고정자를 둘러쌈)를 갖는 동극 전자 장치이고, 여기서 a) 회전자(314)에 유사한 회전가능한 회전자는 코일-없음(coil-less)의 적층 자성 구조체를 포함하고, b) 고정자(320)와 유사한 고정식 중앙 고정자는 상기 자성 구조체에 자속을 생성하기 위한 코일을 갖는 적층 자성 구조체를 포함하며, c) 상기 회전자는 상기 고정자를 둘러싼다.

도 3B는 도 1의 전자 기계식 플라이휠(300B)에 사용되기 위한 회전 조립체를 도시한다. 회전 조립체 부품들은, 플라이휠 질량(357), 모터-발전기 회전자(352)와 허브(358)를 포함한다. 다양한 실시 예에서, 상기 플라이휠 질량은 하나 이상의 층들을 포함하고, 각각의 층들은 하나 이상의 재료로 만들어진다. 재료들은 회전자 속도, 온도, 수명, 강도, 내구성, 신뢰성, 제한된 가스 발생을 포함하는 환경, 및 조작성, 신뢰성 및 비용등에 관한 다른 기준들 중 하나 이상에 적합한 재료 특성을 제공하도록 선택된다. 일반적으로, 적합한 재료들은, 섬유강화 중합체들, 예를 들면, 유리섬유와, 하나 이상의 타입 또는 등급의 탄소 강화 에폭시 등을 포함하는 유리섬유와, 탄소 강화 중합체와 같은 강력한 합성물들을 포함한다. "HUB AND CYLINDER DES1GN FOR FLYWHEEL SYSTEM FOR MOBILE ENERGY STORAGE"로 명칭이 부여된 미국 특허 제6,175,172호는 여기에서 모든 목적을 위해서 참고로 그 전체가 포함되어 있으며, 플라이휠 질량 구성 기술 및 재료에 관련 설명들을 포함하고 있다.

당업자들은 플라이휠 질량의 파단이, 안전과 관련된 위험을 발생시킬 것이라는 점을 잘 이해할 것이다. 특히, 모터-발전기 회전자 속도가 비정상적인 상황에서는, 플라이휠 질량 응력, 예를 들면 후프 응력을 발생시키고, 이는 플라이휠 질량이 파단하도록 한다. 이러한 파단시에 방출된 에너지는 소실되어야만 하고, 파단으로 인한 부산물은 억제되어야만 한다.

에너지 소실 수단은 특정 기간에 걸쳐서 방출된 에너지의 특정 양을 소멸시키도록 설계될 수 있다. 에너지 소실 수단의 정격 전력은 단위 시간당 방출된 파단 에너지를 감소시킴으로써 감소될 수 있고, 그리고 에너지 소실 수단의 전력 성능 용량은 전체 파단 에너지 방출을 감소시킴으로써 감소될 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 파단 에너지의 양 및 방출된 파단 에너지의 비율은 적어도 제1 및 제2 부분들을 갖는 플라이휠 질량의 사용을 통하여 감소될 수 있으며, 여기서, 제1 부분은 과속 시와 같은 파단시에, 제2 부분이 파단하기 이전에 파단할 수 있도록 설계되어 있다. 플라이휠 질량의 파단은 플라이휠 질량의 물성 값을 초과하는 조건으로 인하거나, 또는 내부적으로 취약한 플라이휠 질량 부와 같은 파단 메카니즘, 및/또는 폭발물의 사용, 가열, 절단, 충격 등과 같은 예외적인 힘의 적용등에 의해서 개시될 수 있다.

몇몇 실시 예에서, 플라이휠 질량 부분들은 플라이휠 질량 층들이다. 예를 들면, 제1 층으로서 제1 부분과, 제2 층으로서 제2 부분을 갖는 2 부분의 플라이휠 질량이 사용될 수 있다.

도 3B 및 도 3C에 도시된 바와 같이, 상기 플라이휠 질량은 2개의 층, 모터-발전기 회전자에 인접한 내부 층(354) 및 외부 층(356)을 포함한다. 과속 파단 시나리오에서, 외부 층의 파단은 내부 층의 파단 이전에 발생하도록 설계된다. 상기 외부 층의 우선적인 파단은 다양한 실시 예에서, 다음 것들의 적절한 사용을 통해서 구현되며: 섬유와 매트릭스 재료들을 포함하는 재료, 층 두께, 제조 방법, 제1 및 제2 층 사이의 계면 재료, 충격 장치, 폭발 장치(들) 및 진공 인클로저 가압등이다.

상기 외부 층이 파단하면, 팁 속도(팁 속도 = 반경 x 각속도, 또는 팁 속도 = r x ω)는 초기에 감소하는데, 그 이유는 외부 층, 즉 상기 플라이휠 질량의 가장 큰 직경부분이 손실되기 때문이다. 상기 팁 속도는, 추가적으로 그 후에, 상기 플라이휠 질량을 느리게 하는 경향이 있는 편류(windage)와 같은 마찰 공정을 포함하는 에너지 소실 과정에 의해서 감소된다. 다양한 실시 예에서, 플라이휠의 과속 파단은 전자 기계식 플라이휠 모터-발전기로 향한, 그리고 플라이휠 질량 파단 후, 플라이휠 질량 속도를 증가시키거나, 유지시키는 수단으로 향한 전력의 공급을 차단시킨다.

상기 플라이휠 질량의 내부 부분의 보존은, 과속 도중에 상기 플라이휠 질량의 외부 부분을 희생하지만, 플라이휠 질량이 과속으로 인해 파단 할 때, 방출되는 전체 에너지를 감소시킨다. 또한, 그것은 플라이휠 질량의 파단 도중에, 에너지가 방출되는 비율도 감소시킨다. 결과적으로, 플라이휠 파단 에너지 방출을 소실시키도록 설계된 안전 장치의 등급도 낮아질 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 플라이휠 질량 내부 및 외부 층(354, 356)들은 운동 에너지의 동일 비율(50/50), 또는 운동 에너지의 거의 동일한 비율((50/50)+/-20%)을 저장하도록 설계된다. 이 실시 예에서, 에너지 소실의 정격 전력은, 다른 방식을 통해서 필요한 것의 대략 절반으로 감소될 수 있다.

일 실시 예에서, 플라이휠 질량 내부 층(354)은 강도의 S1를 갖는 재료로 제조되지만, 플라이휠 질량 외부 층(356)은 강도 S2를 갖는 재료로 제작된다. S1 및 S2는, 상기 외부 층이 제1 모터-발전기 과속에서 파단이 발생하도록, 그리고 상기 내부 층은 제2 보다 높은 모터-발전기 과속에서 파단하도록 설계된다. 아래의 표는 예시적인 재료 선택을 도시한다:

	S1/내부 층 재료	S2/외부 층 재료
재료 조합 1	유리섬유 합성물	탄소섬유 합성물
재료 조합 2	탄소섬유 합성물	탄소섬유 합성물
재료 조합 3	고강도 탄소섬유 합성물	저강도 탄소섬유 합성물
재료 조합 4	혼합된 유리섬유 및 탄소섬유 합성물 또는 탄소섬유 합성물	혼합된 유리섬유 및 탄소섬유 합성물 또는 탄소섬유 합성물
재료 조합 5	상기 조합 1-4에서 열거된 것들로부터 선택된 재료 또는 재료들의 조합	외부 층 없음

0도에서 S1 단위(MPa)에서 나타내어지는 궁극적인 강도는, 300-400 범위의 유리섬유 재료, 1000-1300 범위의 저강도 탄소섬유 재료, 및 1300-1600 범위의 고강도 탄소섬유 재료를 포함한다.

일 실시 예에서, 중간 및 외부 층들은 탄소섬유 재료를 포함하고, 상기 내부 층은 유리섬유를 포함한다. 다른 실시 예에서, 모든 3개의 층들은 실질적으로, 탄소섬유 재료로부터 만들어진다. 다양한 실시 예에서, 하나 이상의 층들은 실질적으로 원통형 쉘(들)를 형성하도록, 긴장하에서 섬유를 감는 것과 같은 작업으로서 고유한 압축 응력을 갖도록 사전 응력이 부여된다.

도 4는 제2 전자 기계식 플라이휠 부(400)를 도시한다. 에너지 교환 블록(402)은 몇몇 실시 예에서, 외부 하우징(미도시)에 의해서 밀폐되고, 또는 부분적으로 밀폐되고, 내부 하우징(428)에 의해서 둘러싸여 있다.

상기 에너지 교환 블록(402)은 회전 조립체(410)와 코어 조립체(412)를 포함한다. 상기 회전 조립체에 포함된 것은 모터-발전기 회전자(414), 상기 회전자(416)를 에워싸고 결합된 플라이휠 질량, 상기 플라이휠 질량(418)에 결합된 허브, 상기 허브(496)를 지지하기 위한 지지 핀, 및 상기 허브(492)를 지지하기 위한 이동식 서스펜션 조립체를 포함한다. 몇몇 실시 예는, 상기 회전자와 플라이휠 질량 사이에서 비-자성 슬리브와 같은 슬리브를 포함한다.

다양한 실시 예들에서, 상기 플라이휠 질량(416)은, 예를 들면 하나 이상의 타입 또는 등급의 유리섬유와, 하나 이상의 타입 또는 등급과 탄소섬유 등과 같은 다른 재료의 층들을 포함한다. "HUB AND CYLINDER DESIGN FOR FLYWHEEL SYSTEM FOR MOBILE ENERGY STORAGE"로 명칭이 부여된 미국 특허 제6,175,172호는 여기에서 모든 목적을 위해서 참고로 그 전체가 포함되어 있으며, 플라이휠 질량 구성 기술 및 재료 관련 설명들을 포함하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 플라이휠 질량은 상기 회전자에 인접한 제1 층(417), 중간층(419), 및 외부 층(421)을 갖는 3개의 층들을 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 중간 및 외부 층들은 탄소섬유 재료들을 포함하고, 그리고 내부 층은 유리섬유를 포함한다. 다른 실시 예에서, 모든 3개의 층들은 실질적으로 탄소섬유 재료로 만들어진다. 다양한 실시 예에서, 하나 이상의 층들은 장력하에서 섬유들을 감는 것과 같은 사전-압축이 이루어져서, 고유의 압축 응력을 갖는 대략 원통형 쉘(들)를 형성한다.

상기 지지 핀, 이동식 서스펜션 조립체 및 허브들은 동심으로 배치되고, 축 x-x을 중심으로 동기적으로 회전된다. 도시된 바와 같이, 상기 지지 핀(496)은 상부 및 하부 베어링 캐리어(490, 494) 사이의 간극(491)에 위치된다. 상기 고정자 지지대(422)로부터 연장된 것은 상부 베어링 캐리어이고, 상기 하우징(432)의 제1 벽으로부터 지지된 것은 하부 베어링 캐리어이다. 일 실시 예에서, x-x 축(493)을 따른 상부 베어링 캐리어의 신장 부분은, 상부 및 하부 베어링 캐리어 사이에서 상기 지지 핀을 회전가능하게 억제하는 역할을 한다. 이러한 의미에서, 상기 상부 및 하부 베어링 캐리어들은 상기 지지 핀을 통해서 회전 조립체(410)를 "포획"할 수 있는 수단을 제공하고, 수동 셧다운을 포함하는 기능등에서 유용하다. 다양한 실시 예에서, 상기 하부 베어링 캐리어 및 이동식 서스펜션 조립체는 제1 전자기 베어링을 수용한다.

제2 전자기 베어링(451)은 상부 및 하부 베어링 캐리어(490, 494)로부터 이격되어 있다. 상기 제2 전자기 베어링은 고정자 지지대(422)에 의해서 지지되는 고정된 베어링 고정자(454), 상기 고정자를 자화시키기 위한 전기적 권선(452), 및 상기 회전자에 결합된 기하학적으로 대향 배치된 회전자(456)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전자석(498, 499)의 결합면들은 x-x 축에 평행하여 전자기 베어링 력은 상기 x-x 축에 수직을 이룬다. 다른 실시 예에서, 이후에 설명되는 바와 같이 각진(angled) 전자기 베어링 면들은 상기 x-x 축에 평행한 축과, x-x 축에 수직인 축을 따르는 전자기 베어링 력 성분들을 제공한다.

상기 코어 조립체(412)에 포함된 것은, 고정자(420) 및 내부 하우징(434)의 제2 벽에 결합된 고정자 지지대(422)이다. 상기 모터-발전기 고정자를 포위하는 것은 모터-발전기 회전자(414)이다. 다양한 실시 예에서, 상기 회전자는 자성체와 비자성체 부분(예를 들면, 도 3의 354, 356을 참조)을 포함하고, 몇몇 실시 예에서, 비자성체 부분은 자성체 부분을 차단 또는 지지하는 매트릭스 재료이거나, 이를 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 자성 회전자 부분들은 적층 구조체이다.

다양한 실시 예들에서, 상기 고정자(420)는 자성 구조체를 포함하며, 가변 전류를 이송시킬 수 있는 도전성 권선들을 갖는 하나 이상의 상호 결합된 코일들을 구비함으로써, 자성 구조체의 자속을 변화시킨다.

전형적인 동극 고정자는, 적어도 2개의 주변부 림(rim)들과, 하나의 보다 작은 중간 림을 포함한다. 상기 림들은 철과 같은 자성 재료를 포함하고, 다양한 실시 예에서, 상기 림들은 적층 구조체이며, 각각의 층은 실질적으로 환형 형상을 갖는다.

도시된 바와 같이, 상기 고정자(420)는 3개의 큰 직경의 림(464, 466, 470) 들과, 2개의 작은 직경의 림(484,488)들을 포함하여, 실질적으로 환형 또는 다소 도넛 모양의 포켓(481)들이 큰 직경과 작은 직경의 림들 사이에서 형성된다. 이러한 포켓들내에는, 회전축 x-x를 둘러싸는 코일들이 배치되어 계자 권선(482, 486)을 형성한다. 상기 계자 코일(들)에 더하여, 상기 고정자는 또한, 전기자 코일들을 포함한다.

전기자 코일(450)들은 상기 큰 림(464, 466, 470)들의 주변에 있는 슬롯(483)들과 상호 결합되어, 각각의 전기자 코일은 실질적으로 회전축 x-x에 수직하는 가상축 y-y를 에워쌀 것이다(도 3 참조).

각각의 고정자 림에 대하여, 다수의 결합용 회전자 극들이 있다. 도시된 바와 같이, 주변의 고정자 림(464, 470)들은 축 방향으로 이격된(x-x) 결합용 회전자 극(462, 468)(실선으로 도시)들을 갖고, 그리고 중앙의 고정자 림(466)은 축 방향으로 인접한 결합용 회전자 극(463, 469)(점선으로 도시)들을 갖는다. 인접한 림(예를 들면, 462, 463)들에 대한 회전자 극들은 축 방향(x-x)으로 이격되어 있을 뿐만 아니라, 반경 방향으로도 이격되어 있어서, 하나의 림에 대한 회전자 극은 인접한 림과 결합하는 가장 가까운 회전자 극으로부터, 반경 방향으로 90 전기 각도 만큼 이격되어 있다.

다양한 실시 예에서, 분자 드래그(drag) 펌프와 같은 내부 진공 펌프들이 플라이휠 질량(416)으로부터 분자들을 멀리 이동시키도록 제공되고, 특히 가장 높은 속도가 달성되는 플라이휠 질량의 주변로부터 멀어지도록 한다. 미국 특허 제US 5,462,402호의 "FLYWHEEL WITH MOLECULAR PUMP"는 여기에서 모든 목적을 위해 그 전체가 참고로 인용되며, 이것은 분자 드래그 펌프와, 플라이휠 시스템내에서 그것의 사용에 관한 설명을 포함한다.

일 실시 예에서, 제1 진공 펌프는 플라이휠 질량(459)의 진공 펌프 표면에 대해 인접 위치된 하우징 벽(434)으로부터 지지되는 링(458)과 같은 고정식 미로(labyrinth)에 의해서 형성된다. 다양한 실시 예에서, 상기 미로 링내의 홈들은 이동하는 플라이휠 표면과 일치하는 펌핑 작용을 제공한다. 몇몇 실시 예에서, 상기 홈은 일반적으로 전방 흐름 경로를 따라서 감소하는 단면적을 갖는 나선형이다. 그리고, 몇몇 실시 예에서, 제2 진공 펌프는 위에서 설명된 것과 유사하고, 주변 고정자 부분들(예를 들면, 큰 직경 고정자 링(454, 464, 466, 470), 명확성을 위해 미도시)에 고정되거나, 또는 기하학적 반대의 회전자 극(456, 462, 463, 469, 468)에 고정된 미로에 의해서 형성된다.

일 실시 예에서, 공급 영역 및 배출 영역이 진공가능한 하우징 내에 포함되어 있다. 상기 공급 영역은 하우징(428)의 부분, 허브 외부 표면(417) 및 플라이휠 질량 주변부(413)에 의해서 적어도 부분적으로 정의된 경계를 갖는다. 상기 배출 영역은 진공 장벽 하우징의 부분과, 코어 조립체(412)에 의해서 적어도 부분적으로 정의된 경계를 갖는다. 제1 드래그 펌프는 플라이휠 질량 표면(459) 및 상기 진공 장벽 하우징 벽(434) 사이에 배치되고, 그리고 제2 드래그 펌프는 적어도 하나의 고정자 링(466)과 회전자(414) 사이에 개재된다.

도 5A는 2+2 극 단일 단 동극 장치(500A)에 대한 인접 극 평면내에서, 회전자 극들의 반경 방향으로 엇갈린 배열을 도시한다. 회전자 단면(502)과 회전자(514)에 관련하여, 제1 극(462)이 제1 극 평면(Y1) 내에 위치되고, 대향 극(463)이 동일 평면내에 위치된다. 유사하게 꾸며진 인접 극 평면(Y2) 내에, 인접 평면 극(465)이 상기 Y1 평면 극들 사이에 위치된다. 이 단면도에서 표시되지 않은 것은 Y2 평면(464) 내의 제2 극이다.

상기 극 평면(Y1,Y2)들의 평면도(504,506)들은 각각의 극 평면(462, 463, 464 및 465)들의 극들을 보여주며, 이것들은 90°의 기하학적 각도만큼 분리되어 있다. 본 4 극 실시 예에서, 상기 극들은 유사하게 90 전기 각도 만큼 분리되어 있다.

다양한 실시 예에서, 자성 경로가 인접하여 엇갈린 극들 사이에서 연장된다. 예를 들면, 자극 조립체(508, 510)에 도시된 바와 같이, 자성 경로 부(466, 468)는 극 쌍(462, 463) 및(463, 464)들 사이에서 연장된다. 여기에서 도시된 바와 같이, 2개의 연속적인 자성 경로들이 4극 장치 회전자 내에서 자성 경로 부품(462-466-465) 및(463-468-464)들에 의해서 형성된다. 몇몇 실시 예에서, 각각의 자성 경로 부 조립체(462-466-465) 및(463-468-464)들은, 실질적으로 직각에서 인접한 부재(462, 465) 및(463, 464)들과 만나는 중앙 부재(466, 468)들을 갖는 "Z" 형상이다. 다른 것들보다도, 이 구조는 자성 경로의 성능을 보존한다.

도 5B는 3단 장치에 대한 회전자와 고정자를 도시하며, 각각의 단은 4개의 극(500B)들을 갖는다. 여기에서, 회전자 자성 경로 부 조립체(560)의 도시는, 마치 일반적으로 원통형인 회전자 구조가 "풀린(unrolled)" 것처럼 도시되어 있어서, 평편 표면이 도시되어 있다. 상기 자성 경로 부 조립체(520, 522, 523, 521)들은 부품(519)들 사이의 공간들로 격자(569)를 생성하도록 배열되고, 상기 공간은 다양한 실시 예에서, 비자성 재료(들)로 채워진다.

상기 격자(569)는, 복수의 단(A, B, C)들이 형성되고, 각각의 단이 4 극들을 갖도록 구축된다. 예를 들면, 단(A)은 제1의 전체 극(557)과, 두개의 절반 극(553, 555)들로 이루어진 제2 극을 갖는 북쪽 평면을 갖는다. 또한 단(A)는 2개의 전체 극(559, 561)들을 갖는 남쪽 평면을 갖는다. 따라서, 상기 단(A)의 북쪽과 남쪽 평면들은 총 4개의 완전한 극들을 갖는다.

각각의 단들은 4개의 자성 경로 부 조립체들 또는 회전자 격자 부분들을 포함한다. 예를 들면, 단(A)는 자성 경로 부 조립체(520, 522, 520, 및 522)들을 포함하고; 단(B)는 자성 경로 부 조립체(523, 521, 523, 및 521)를 포함하며; 그리고, 단(C)는, 단(A)처럼 자성 경로 부 조립체(520, 522, 520 및 522)들을 포함한다. 다양한 실시 예에서, 상기 경로 부 조립체는 그들의 배치방향(orientation)에서 다르다; 예를 들면, 조립체(520)는 x-x 축에 평행한 축을 중심으로 180°회전만큼 조립체(522)와 다르고, 조립체(520)는 x-x 축에 수직한 축을 중심으로 180°회전만큼 조립체(523)와 다르며, 그리고 조립체(522)는 x-x 축에 수직한 축을 중심으로 180°회전만큼 조립체(521)과 다르다.

도시된 것은 고정자(562)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 고정자는 x-x 축상에 중심을 형성한 큰 직경의 림(534, 536, 538, 540), 및 작은 직경의 림(544, 546, 548)들을 갖는다. 제1 및 제2 큰 직경의 중간 림(536, 538)들은 큰 직경의 테두리 림(534, 540)들 사이에 배치된다. 하나의 작은 직경 림이 큰 직경의 림의 각각의 쌍 사이에 배치되어 상기 림들은 림(534, 544, 536, 546, 538, 548 및 540)들의 순서로 적층된다. 상기 림들은 벽(530)를 통해서 지지되는 결합된 고정자 지지대(532)에 의해서 지지된다.

다수의 전기자 권선(571, 572)들은, 슬롯들 또는 그와 유사한 특징을 통해서 다수의 큰 직경 림 주변(574)에 상호 결합된다. 계자 권선(535, 537, 539)들은 하나의 계자 권선이 각각의 작은 직경의 림들을 에워싸도록 고정자 회전 x-x 축을 에워쌈으로써 각각의 계자 권선이 큰 직경의 림들의 쌍 사이에 위치된다.

도시된 바와 같이, 상기 회전자(569)의 격자 구조는 상기 고정자(534)의 제1 림이 단(A)의 북쪽 극들에 대응하고; 상기 고정자(536)의 제3 림은 단(A)의 남쪽 극들과 단(B)의 남쪽 극들에 대응하며; 상기 고정자의 제5 림은 단(B)의 북쪽 극들과, 단(C)의 북쪽 극들에 대응하고; 그리고, 상기 고정자의 제7 림은 단(C)의 남쪽 극들에 대응하도록 배치된다.

다양한 실시 예들에서, 베어링들이 회전 조립체 및 포함된 플라이휠 질량(116, 316, 416)을 지지하기 위해 사용된다. 상기 회전 조립체를 지지하기에 충분한 여기에 기재된 임의의 베어링들의 조합이 사용될 수 있다.

도 6은 하부 베어링 캐리어와 일부 관련 부품(600)들을 도시한다. 도면의 상부 반쪽부에 도시된 바와 같이, 플라이휠 질량에 결합하기 위한 허브(618), 상기 허브(618)를 지지하기 위한 지지 핀(696), 상기 허브(692)를 지지하기 위한 이동식 서스펜션 조립체 및 하부 베어링 캐리어(694)들이 구비되어 있다. 상기 허브, 지지 핀, 및 이동식 서스펜션 조립체들은 서로 고정식으로 결합되어 있다(명확성을 위해 분해 다이어그램 형식으로 도 6에 도시됨).

다양한 실시 예에서, 상기 이동식 서스펜션 조립체(692)는 이동식 서스펜션 조립체 전자기 베어링 회전자(602)를 포함한다. 일부 실시 예에서, 상기 베어링 회전자는 적층 구조이다(도시됨). 몇몇 실시 예에서, 상기 베어링은 각도 θ1 = 0°로 배치된 이동식 서스펜션 조립체의 전자기 베어링 면(603)을 구비하는데, 여기에서 상기 각도는 상기 면과, x-x 축에 평행한 축 x1-x1 에 의해서 정의된다. 그리고, 몇몇 실시 예에서, 상기 베어링은 각도 0 < θ1 < 90°("각진 면")(도시됨)로 배치된 면(603)을 구비하며, 상기 x-x 축에 평행하고, 상기 x-x 축에 수직한 축에 대해서 평행한 전자기 베어링 력 성분들을 제공한다.

다양한 실시 예에서, 상기 이동식 서스펜션 조립체(692)는 이동식 서스펜션 조립체 영구 자석(604)을 포함하고, 몇몇 실시 예에서, 상기 영구 자석은 전자기 베어링 회전자(602)에 추가된다. 그리고, 몇몇 실시 예에서, 이동식 서스펜션 조립체 자석 홀더(606)는 이동식 서스펜션 조립체 전자기 베어링 회전자 및 이동식 서스펜션 조립체 영구 자석의 각각 또는 모두를 위한 홀더를 제공한다.

상기 이동식 서스펜션 조립체가 전자기 베어링 회전자(602)를 포함하는 경우, 상기 하부 베어링 캐리어(694)는 상응하는 하부 베어링 캐리어 전자기 베어링 고정자(614)와, 상기 고정자의 자화를 위한 하부 베어링 캐리어 고정자 전기 코일(616)을 포함한다. 상기 고정자는 하부 베어링 캐리어 프레임(612)에 의해서 지지되고, 차례로 하우징 벽(632)에 의해서 지지된다.

몇몇 실시 예에서, 상기 베어링 고정자는 적층 구조이다(도시됨). 몇몇 실시 예에서, 상기 베어링은 각도 θ2 = 0°로 배치된 하부 베어링 캐리어의 전자기 베어링 면(615)을 구비하는데, 여기에서 상기 각도는 상기 면과, x-x 축에 평행한 축 x2-x2 에 의해서 정의된다. 그리고, 몇몇 실시 예에서, 상기 베어링은 각도 0 < θ2 < 90°("각진 면")(도시됨)로 배치된 면(615)을 구비하며, 상기 x-x 축에 평행하고, 상기 x-x 축에 수직한 축에 대해서 평행한 전자기 베어링 자기력 성분들을 제공한다. 당업자들이 잘 알수 있는 바와 같이, 상기 베어링 면(603, 615)들은 상호 작용하여 직선 회전자 면이 직선 고정자 면에 일치되고, 각진(angled) 회전자 면은 각진 회전자 면에 일치된다.

이동식 서스펜션 조립체 영구 자석(604)이 사용되는 경우, 하부 베어링 캐리어는 기하학적으로 대향된 영구 자석(620)을 포함한다. 몇몇 실시 예에서, 하부 베어링 캐리어 영구 자석 홀더(619)는 하부 베어링 캐리어 프레임(612)으로부터 지지되고, 영구 자석을 지지한다.

다양한 실시 예들에서, 하부 베어링 캐리어(694)는 내마모 베어링(622)과 같은 하부 베어링 캐리어 랜딩 베어링을 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 랜딩 베어링은 하부 베어링 캐리어 프레임(612)으로부터 지지된다. 몇몇 실시 예에서, 완충 재료(624)는 랜딩 베어링을 위한 안착 재료를 제공한다.

도 7은 상부 베어링 캐리어 및 몇몇 관련 부품(700)들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상부 베어링 캐리어(790)는 고정식 판(702) 및 이동 판(704)을 포함한다.

상기 고정식 판(702)은 상기 이동 판(730)에 대향하는 고정식 판 측면에 있는 요홈 형태의 코일 공간(706)을 포함한다. 코일(707)에 의해서 둘러싸인 자성 재료를 자화시키기 위한 전기 코일(722)이 포함된다.

상기 이동 판(704)은 스프링 공간(708) 및 기계적 베어링 공간(710)을 포함한다. 상기 스프링 공간(708)은 상기 이동 판의 감소된 직경 부분이 상기 고정식 판(732)에 마주하는 상기 판의 측면으로 확장하는 곳에 형성되며, 그리고 코일 스프링(720)과 같은 스프링이 이러한 공간을 점유한다. 상기 베어링 공간(710)은 상기 고정식 판(732)에 대향하는 이동 판 표면의 반대측에 위치된 이동 판 표면(734) 내의 중심 공동이다. 도시된 바와 같이, 이 전자석의 작동은 스프링을 압축시키고, 상기 판들을 한데 모으는 경향이 있다.

다양한 실시 예들에서, 상부 베어링 캐리어(790)는 내마모 베어링(716)과 같은 상부 베어링 캐리어 랜딩 베어링을 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 랜딩 베어링은 이동 판 공동(710) 내에 배치된다. 몇몇 실시 예에서, 완충 재료(718)는 랜딩 베어링을 위한 안착 재료를 제공한다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 지지 핀(696)은 상부 베어링 캐리어(790) 및 하부 베어링 캐리어(694) 사이에서 연장된다. 또한, 각각의 상부 베어링 캐리어 랜딩 베어링(716)과 지지 핀(696), 이동식 서스펜션 조립체(692), 하부 전자기 베어링 고정자(614), 하부 베어링 캐리어 영구 자석(620), 및 하부 베어링 캐리어 랜딩 베어링(622)들은 x-x 축상에 중심이 형성되어, 상기 이동 판(704)이 하부 베어링 캐리어(793)로 향하여 이동할 때, 상기 지지 핀 상단 및 하단(728, 628)들은 각각의 상부 및 하부 랜딩 베어링(716, 622) 및 각각의 랜딩 베어링(726, 626)의 중앙 구멍에 결합된다.

도 8은 전자 기계식 플라이휠(800)의 다른 실시 예를 도시한다. 플라이휠 질량(831)은 금속 라이너(830)를 포함하는 동극 모터-발전기 회전자를 에워싸고, 결합된다. 도시된 바와 같이, 상기 회전자는 회전자 북쪽 회전자 극(824, 832)들을 포함한다. 미 도시된 것은 남쪽의 회전자 극들이며; 남쪽 회전자 극들을 위치시키는 유사한 배열을 위하여 도 5B의 단(A)와 단(B)들을 참조하기 바람.

고정자 지지대(811)는 모터-발전기 고정자(828) 및 각각의 계자 권선(826)들에 결합되고, 그리고 전기자 권선(820)들은 전술한 것과 유사한 방식으로 상기 고정자와 상호 결합된다.

상기 회전자(830)와 플라이휠 질량(831)들을 지지하는 것은 허브(846)이고, 이는 차례로 상부 및 하부 베어링 캐리어(860, 862) 사이를 결합시키고, 및/또는 위치되는 지지 핀(864)에 의해서 지지된다. 유사한 베어링 캐리어들의 자세한 내용은 도 6과 도 7을 참조하기 바람. 제1 전자기 베어링(866)은 하부 베어링 캐리어 내에 위치된다. 제2 전자기 베어링(870)은 제1 및 제2 베어링 캐리어로부터 이격되고, 베어링 고정자(818), 베어링 회전자(818)와, 상기 고정자를 자화시키기 위한 고정자 코일(814)들을 포함한다.

전자 기계식 플라이휠 하우징은 내부 진공 장벽(812)을 포함한다. 몇몇 실시 예에서, 외부 하우징(807)은 진공 장벽을 지지한다. 적당한 진공 장벽 재료들은 스테인리스 스틸과, 이러한 목적에 적합하도록 당업자들에게 알려진 다른 재료들을 포함한다.

다양한 실시 예에서, 상기 고정자 지지대(811)는 튜브형 구조를 갖고, 동축 튜브(801)가 그 내부에 위치되어 있다. 도시된 바와 같이, 상기 동축 튜브는 상기 고정자 지지대(802)로 유입하는 액체 냉각제 흐름을 에워싸고, 그리고 상기 지지대 구조체 내경과, 상기 동축 튜브 외경(815) 사이의 환형 공간은 상기 고정자 지지대(802)를 나가는 냉각제 흐름 경로를 제공한다. 상기 환형 공간을 통하여 이동하는 냉각제는 고정자(828)로부터 열을 흡수하고, 그리고 다양한 실시 예에서, 그것이 흐름 입구(802) 내로 펌핑 복귀되기 전에(도시되지 않음), 냉각기(미 도시) 내에서 냉각된다.

히트 파이프(808)는 몇몇 실시 예에서, 고정자의 냉각을 제공한다. 도시된 바와 같이, 다수의 히트 파이프 각각은, 고정자 전기자 권선 슬롯(872)(도시됨)과 같이, 상기 고정자 근처에 위치된 흡열 제1 단부를 갖는다. 상기 히트 파이프의 방열 단부는, 진공 장벽(874)(도시됨)에 접촉하는 것과 같이, 진공 장벽에 인접위치되거나, 또는 다른 실시 예에서 상기 언급된 액체 냉각제 흐름에 의해서 냉각된다.

상기에서 알수 있는 바와 같이, 전자 기계식 플라이휠(100) 시스템, 및 이러한 냉각 시스템(248)과, 고정자 지지대(122)와 같은 구조체들은 상호 연관된 설계를 가질 수 있다.

밀폐 시스템(101)은 상호 연관된 설계의 추가적인 예제를 제공한다. 다양한 밀폐 시스템 실시 예에서, 다수의 상호 연관된 구조체들은 하나 이상의 구조적 지지대, 진공 장벽, 1차 압력 벽, 유체 냉각제 통로, 및 열 전달 경로를 제공한다. 당업자들에 의해서 도시된 바와 같이, 1차 압력 인클로저의 1차 압력 벽은, 다른 것들 중에서도, 플라이휠 질량의 파단 도중에 도달된 압력과, 방출된 재료를 억제시키도록 작동한다.

도 9A는 다용도 밀폐 시스템(900A)의 분해 단면도이다. 상기 다용도 밀폐 시스템은 진공 장벽을 제공하는 내부 인클로저(906), 1차 압력 벽을 제공하는 중간 인클로저(904) 및 액체 냉각제 통로를 제공하는 외부 인클로저(902)를 포함한다. 다수의 인클로저들의 이들 및 다른 특징들은 아래에서 보다 상세히 설명된다. 당업자들에 의해서 도시된 바와 같이, 1차 압력 벽 두께는 전형적으로 플라이휠 질량 파단 도중에, 도달된 압력과 방출된 재료를 포함하는 데 필요한 강도에 따라서 결정될 것이다. 따라서, 1차 압력 벽의 두께는, 벽 재료와, 저항하여야 하는 압력과 힘들을 포함하는 조건들에 의존할 것이다. 상기 진공 장벽이 1차 압력 벽에 의해서 지지되는 곳에서, 그것은 전형적으로, 상기 1차 압력 벽에 비하여 얇은 두께일 수 있다. 예를 들면, 다양한 실시 예에서, 2-20 범위의 알루미늄 진공 장벽에 대한 철제 제1차 압력 벽의 두께 비율이 기대될 수 있다.

내부 인클로저(906)는 내부 원통형 벽(936)을 포함한다. 내부 뚜껑(916)이 실린더 플랜지(946)를 통해서 상기 실린더의 한쪽 끝단을 닫도록 작동 가능하고, 내부 바닥(926)은 실린더의 반대측 단부를 닫는다. 본 실시 예에서 도시된 바와 같이, 고정자 지지대(987)는 상기 내부 뚜껑의 중앙 부분으로부터 매달린다. 상기 내부 인클로저는, 예를 들면 알루미늄 및/또는 스테인레스 스틸과 같은 금속의 적절한 진공 밀봉 재료로 만들어진다. 알루미늄 및 스테인레스 스틸은 또한 깨끗한 진공 환경을 촉진하는데, 그 이유는 그것들이 산화와 미립자 오염 형성에 저항하기 때문이다. 다양한 실시 예에서, 깨끗한 진공 환경은 드래그 펌프를 포함하는 진공 펌프의 작동을 촉진하고, 적합한 진공 압력의 유지를 촉진한다.

중간 인클로저(904)는 상기 내부 인클로저(906)를 에워싼다. 상기 중간 인클로저는 내부 원통형 벽(934)을 포함한다. 중간 뚜껑(914)는 상기 실린더의 일단을 닫도록 작동가능하여, 상기 내부 인클로저(916)의 뚜껑은 중간 인클로저(944)의 단부 면과 중간 뚜껑 사이에서 밀봉된다. 중간 바닥(924)은 실린더의 반대쪽 끝단을 닫는다. 상기 중간 인클로저는, 예를 들면 철 및/또는 강철 합금과 같은 금속의 적절한 압력 용기 재료로 만들어진다. 적절한 재료의 두께가 선택된 설계의 파단 시나리오(들) 도중에 사용되는 재료와, 흡수해야 하는 에너지를 고려하여 선택된다. 특히, 상기 벽 두께 및/또는 압력 용기의 강도는, 다양한 실시 예에서, 에너지 소실 요구 조건을 제한함으로써 감소될 수 있으며; 예를 들면, 플라이휠 파단 에너지 방출을 느리게 하거나, 감소시키는 플라이휠 질량 특징들이다.

틈새가 내부 및 중간 인클로저(906, 904) 사이에 도시되어 있지만(명확성을 위해), 그 사이에 계면 장착물 및/또는 열전달 화합물들을 구비한 실시 예들은, 하나의 벽으로부터 다른 하나로 열 전달을 가능하게 할 수 있다. 예를 들면, 고정자(예를 들면, 도 8, 부호(828) 참조)로부터 방사된 열은, 내부 인클로저(936)의 벽으로 전달되고, 간격이 없으면, 전도작용을 통하여, 상기 중간 인클로저(934)의 벽으로 전달된다.

외부 인클로저(902)는 중간 인클로저(904)를 감싼다. 상기 외부 인클로저는 외부 실린더 벽(932)을 포함한다. 외부 뚜껑(912)는 실린더 플랜지(942)를 통해서 실린더의 한쪽 끝단을 닫도록 작동하고, 외부 바닥(922)은 반대쪽 끝단을 닫는다. 상기 외부 인클로저는, 예를 들면 철 및/또는 강철 합금과 같은 금속의 적절한 냉각제 통로 재료로 만들어진다.

흐름 분할 덮개(908)는 내부 및 외부 환형 공간(951, 953)으로, 중간 벽(934)과 외부 벽(932) 사이의 환형 공간을 분할시키는 원통형 덮개 벽(938)을 포함한다. 상기 원통형 덮개 벽의 일단은, 상기 원통형 덮개 벽과, 중간 원통 벽(934), 내부 뚜껑(916) 및/또는 중간 뚜껑(914)과 같은 인접 구조물 사이를 밀봉시키기 위한 내향의 밀봉 링(948)을 포함한다. 하나 이상의(2개가 도시됨) 유체 냉각제 배출 관(958)은 상기 밀봉 링을 관통하고, 상기 내부 환형 공간(951)과 유체 교환을 위한 수단을 제공한다. 상기 덮개는 금속 및 플라스틱과 같은 적절한 냉각제 통로 재료로 만들어진다. 일 실시 예에서, 상기 덮개는 고농도 폴리에틸렌 플라스틱이나, 폴리염화비닐 플라스틱과 같은 플라스틱으로 제작된다.

도 9B는 도 9A의 밀폐 시스템의 간략화된 단면(900B)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 내부 벽(936)은 상기 중간 벽(934)에 의해서 둘러싸여 있고, 그리고 상기 중간 벽은 외부 벽(932)에 의해서 둘러싸여 있다. 상기 외부 벽은 덮개 벽(938)을 둘러싸고, 상기 덮개 벽은 중간 벽(934)을 둘러싸서, 상기 중간 및 외부 벽 사이의 환형 공간은 내부 및 외부 환상 환형 공간(951, 953)들로 나누어진다.

도 9C는 그 조립 후의 도 9A의 밀폐 시스템(900C)을 도시한다. 명확화를 위해서, 고정자(120), 회전자(114) 및 플라이휠 질량을 포함하는 플라이휠의 내부 구조는 도시되지 않았다. 도 8의 예시적인 플라이휠 내부 구조를 참조 바람.

플라이휠 작동 동안, 열은 내부 인클로저 플라이휠 공간(981) 내에서 방출된다. 다양한 실시 예에서, 이 열은 액체 냉각제(유동 화살표로 나타냄)의 하나 또는 둘과 주위(983)에 전달된다. 상기 액체 냉각제가 상기 흐름 통로 및 상기 냉각 시스템내의 그 밖의 부분으로 이동하면, 열은 액체 냉각제에 의해서 교대로 흡수되고, 방출된다.

냉각제 흐름은 고정자 지지대의 환상 흐름 공간(992)을 정의하는 고정자 지지대 중앙 공동(991)에 삽입되어 있는 냉각제 유입 관(988)를 통해서 밀폐 시스템(960)으로 유입된다. 상기 유입 관(962)으로부터의 흐름은 상기 환상 흐름 공간(964)내로 비워지고, 여기서 고정자 지지대 벽(993)으로 수송되는 열을 흡수한다. 고정자 지지대 환형 공간(966)으로부터의 흐름은 외부 뚜껑(912)과, 중간 뚜껑(914) 사이의 유체 플리넘(plenum)(968)으로 반송된다. 상기 플리넘(970)을 떠난 흐름은, 외부 환형 공간(953)으로 이동된다. 다양한 실시 예에서, 상기 냉각제는 외부 인클로저 벽(932)을 가로지르는 열 전달을 통해서 주위(983)에 열을 방출한다. 상기 외부 환형 공간(953)으로부터 흐름(972)은, 내부 환형 공간(974)으로 이동된다. 다양한 실시 예에서, 상기 냉각제는 중간 및 내부 인클로저 벽(934, 936)들을 가로지르는 열 전달을 통해서 열을 흡수한다. 상기 내부 환형 공간(951)으로부터의 흐름(976)은, 유체 냉각제 배출 관(들)(978)로 이동된다.

몇몇 실시 예에서, 밀폐 시스템 성능은, 예컨대 오버코트(overcoat) 또는 오버랩(overwrap) 같은 외부 구조물에 의해서 강화된, 비교적 얇은 벽의 인클로저(들)와 같은 하이브리드 밀폐 구조체의 사용을 통해서 향상된다. 전형적인 오버랩은 고분자 매트릭스내의 유리섬유 및/또는 탄소섬유들을 포함한다. 성능 향상은 하나 또는 그 이상의 강도 증가, 경량의 무게, 부품 수의 감소들을 포함한다.

도 9D는 하이브리드 1차 압력 인클로저(900D)를 활용하는 밀폐 시스템의 단순화된 단면을 도시한다. 상기 하이브리드 1차 압력 인클로저(917)는 중간 쉘(911) 및 외부 오버랩(913)을 포함한다. 상기 설명된 진공 장벽과 유사한 내부 인클로저(909)는 플랜지(915)를 갖는다. 상기 플랜지는 일측의 하이브리드 1차 압력 인클로저, 및 반대측의 내부 및 중간 뚜껑(907, 905)사이에 배치된다.

다양한 실시 예에서, 중간 셸(t12)의 두께와 함께 오버랩(t14)의 두께는 하이브리드 1차 압력 인클로저 측벽 두께(t15)를 정의한다. 상기 쉘 바닥은 두께(t10)을 가지고 있으며, 몇몇 실시 예에서 t10 > t12인데, 그 이유는 상기 바닥은 오버랩되지 않았기 때문이다(도시됨). 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 재료의 두께는 재료의 종류, 사용 환경, 및 예상 부하 들을 포함하는 여러 요인에 따라서 선택된다.

그리고, 다양한 실시 예에서, 상기 하이브리드 1차 압력 인클로저는 중간 셸(911) 및 외부 오버랩(913) 사이의 x-x 축 하중의 전달을 제공한다. 예를 들면, 상기 중간 쉘과 오버랩(921) 및/또는 상기 중간 쉘(923)의 거친 외면과 같은 표면 특징 사이의 계면에 도포되는 접착제는 축방향으로의 상대 운동을 제한한다.

폐쇄 특징은, 하이브리드 1차 압력 인클로저(917)에 뚜껑(905, 907)들을 부착하는 것을 제공한다. 제1 예에서, 머리부를 갖는 폐쇄(901) 볼트들이 상기 뚜껑들을 연결하는 데 사용된다. 여기서, 압력 인클로저(925)의 상부 면에 형성된 나사 구멍(994)들과, 플랜지(949), 내부 뚜껑(947), 및 중간 뚜껑(945)들을 관통하여 형성된 결합 구멍들은 나사 볼트(961)의 사용을 위해서 제공된다. 제2 예(903)에서, 압력 인클로저의 상부 면에 형성된 나사 구멍(967)들과, 상기 플랜지 및 뚜껑들을 관통하여 형성된 결합 구멍들은 인클로저를 완성시키기 위하여 장착되는 너트들 상에 나사 스터드(965)의 삽입을 제공한다. 다양한 실시 예에서, 오버랩 내에 위치된 나사 삽입물은 쉘내에 형성된 나사 구멍(미도시)보다는 볼트식 연결을 제공한다.

도 9E는 하이브리드 내부 인클로저(900E)를 활용하는 밀폐 시스템의 단순화된 단면을 도시한다. 여기서, 상기 하이브리드 내부 인클로저(971)는 상기 내부 인클로저 및 상기 1차 압력 인클로저 모두의 기능을 제공한다. 상기 하이브리드 내부 인클로저는 내부 쉘(937) 및 외부 오버랩(939)을 포함한다. 상기 내부 쉘은, 상기에서 설명한 진공 장벽과 유사하며, 플랜지(915)를 갖는다. 상기 플랜지는 일측에서 상기 하이브리드 내부 인클로저와, 타측에서 내부 및 중간 뚜껑(933, 931)들 사이에 배치된다.

다양한 실시 예에서, 상기 오버랩의(t24)의 두께는 상기 내부 쉘(t22)의 두께와 함께 하이브리드 내부 인클로저 벽 두께(t25)를 정의한다. 당업자들은 잘 이해할 수 있는 바와 같이, 재료의 두께는 재료의 종류, 사용 환경, 예상 부하 등의 요인에 따라서 선택된다.

그리고, 다양한 실시 예에서, 상기 하이브리드 1차 압력 인클로저는 상기 내부 쉘(937) 및 외부 오버랩(939) 사이에서 x-x 축 방향 하중의 전달을 제공한다. 예를 들면, 상기 내부 쉘과 오버랩(973) 및/또는 상기 내부 쉘(975)의 거친 외면과 같은 표면 특징사이의 계면에 도포되는 접착제는 축방향으로의 상대 운동을 제한한다. 폐쇄 특징은 상기 설명한 것과 같은 것 및 당업자에게 공지된 다른 것들을 포함한다.

작동에 있어서, 상기 전자 기계식 플라이휠의 플라이휠 질량은, 플라이휠 충전 도중에 모터-발전기에 의해서 가속된다. 충전하는 동안, 에너지는 상기 모터-발전기에 전달된다. 방전 도중에, 상기 플라이휠 질량이 감속되는 경우, 상기 모터-발전기는 플라이휠의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 전력 전자장치는 상기 모터-발전기 및 기계적으로 결합된 플라이휠 질량을 구동시키기 위해 네트워크 전력의 변환을 제공한다. 또한, 전력 전자장치는 전력이 전송되어지는 전력 네트워크에 의해서 사용되기에 적합한 파형으로 모터-발전기의 생성 전력의 변환을 제공한다.

작동시, 밀폐 시스템은 1차 압력 벽을 제공한다. 예를 들면, 도 9C에 도시된 바와 같이, 밀폐 시스템(900C)은 플라이휠 파단과 같은 파단이 발생한 경우에는, 1차 압력 벽(906)을 제공한다. 다양한 실시 예에서: 진공 장벽이 내부 인클로저(902)에 의해서 제공되며, 이는 플라이휠 공간(981)의 진공 유지를 가능하게 하고; 냉각제 흐름 공간은 외부 인클로저(902)에 의해서 제공되며; 그리고, 상기 냉각제 흐름 공간은, 흐름 분할 판(908)에 의해서 내부 및 외부 환형 흐름 통로(951, 953)로 분할된다. 상기 고정자 지지대(987) 내에서 흐르는 냉각제에 의해서 흡수된 열, 및 상기 내부 환형 흐름 통로내에서 흐르는 냉각제에 의해서 흡수된 열은, 상기 외부 인클로저 벽(932)을 통한 주위(983)로의 열전달, 그리고 상기 유체로부터 핀-팬 냉각기(미도시)와 같은 것을 경유하여 상기 밀폐 시스템 외부로의 열전달 중 하나 또는 두가지 모두를 통해서 방출된다.

다수의 인클로저들의 다른 용도는, 인클로저들 사이에서 움직임 전달을 제한하는 것과 같은 중첩된 인클로저들의 기계적 분리를 포함한다.

도 10A-D는 도 8에 도시된 것과 유사한 전자 기계식 플라이휠과 같은 전자 기계식 플라이휠용 기계적 분리 시스템(1000A-D)을 도시한다. 도 10A에 도시된 것은 외부 조립체(1003)와 내부 조립체(1001)이다.

외부 조립체 부품들은, 외부 인클로저(1002) 외부 인클로저 뚜껑(1012), 내부 인클로저(1006), 내부 인클로저 뚜껑(1016)과 고정자 지지대(1018)들을 포함한다. 내부 조립체 부품들은, 중간 인클로저(1044), 고정자 지지대(1018), 내부 뚜껑(1016), 중간 뚜껑(1014)들을 포함한다. 상기에서 설명된 고정자, 회전자, 베어링, 그리고 다른 부분들이 명확성을 위해서, 도 1OA-C에는 표시되지 않았음을 주목해야 한다. 이러한 항목들의 예는 상기에서 설명된 도면과 설명을 참조하기 바람.

상기 내부 및 외부 조립체(1001, 1003)들은 기계적으로 분리되며, 적어도 부분적으로는, 조립체들 사이에서 움직임의 전달을 제한/완화시키는, 스프링과 같은, 댐퍼와 같은, 및/또는 피봇과 같은 작동을 제공하는 재료 및/또는 장치를 구비한다. 다양한 실시 예들에서, 상기 조립체들은 상기 조립체들의 중심선이 발산되도록 하는 방사상(조립체 중심선들) 오프셋과, 조립체 축 간격이 변화되도록 하는 축 방향 오프셋을 허용함으로써, 그리고 이러한 부정합의 조합에 의하여 격리될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 내부 조립체(1001)는 하부 피봇 타입 지지대(1030) 및 하나 이상의 상부 탄성 지지대(1020-1023)들에 의해서 지지된다. 도시된 바와 같이, 상기 하부 피봇 지지대는 암 피봇 구조체(1032)에 결합된 숫 피봇 구조체(1034)를 갖는다. 상기 피봇이 실질적으로 뾰쪽한지(도시됨), 또는 예를 들면 볼과 소켓을 구비하여 둥근지, 또는 당업자에 알려진 다른 형태를 취하는 지의 여부는 재료, 부하, 속도 및 제조 및 조립체 고려사항 중 하나 이상의 선택과 같은 변수들에 의해서 영향을 받는다. 그리고, 상기 암수 부착물들이 외부 인클로저 바닥(1042) 및 중간 인클로저 저부(1040)에 도시된 바와 같이 결합되는지, 또는 그 반대인지의 여부는, 예컨대 제조 및 조립체 고려 사항과 같은 변수들에 의해서 영향을 받는다.

상기 내부 및 외부 조립체(1001, 1003)들이 함께 장착될 때, 상기 외부 인클로저(1002)는 내부 조립체(1001)에 대한 지지를 제공한다.

상기 반경 및 축 방향 모두의 지지대는, 숫 피봇 돌기(1035)를 수용하는 암 피봇 소켓(1033)을 통해서 피봇 지지대(1030)에 의하여 제공되고, 상기 중간 인클로저(1004)는 외부 인클로저의 바닥(1042)으로부터 하부가 지지(1040) 된다.

반경 방향에서 주된 지지는, 내부 및 외부 인클로저(1005)들 사이의 환형 공간에 위치하는 탄성 지지대(들)(1020-1023)에 의해서 제공된다. 도 10A에 도시된 바와 같이, 탄성 지지대(1020, 1022)들은 중간 인클로저(1044)의 외면, 및 외부 인클로저(1046)의 내면 사이에서 연장(1051, 1052)된다. 다양한 실시 예에서, 상기 탄성 지지대들은 당업자들에게 알려진 접착제, 고정구, 또는 다른 수단들을 통해서 외부 및 중간 인클로저 중 하나 또는 모두에 결합된다.

탄성 지지대들은, 기계식 스프링 댐퍼 장치와 같은 기계 장치, 그리고 압축성, 감쇠 특성, 스프링 특성 및 작동 온도 등 원하는 특성을 갖는 벌크(bulk) 재료로부터 형성된 지지대 등을 포함한다. 적절한 벌크 재료는, 예상된 부하와, 원하는 작동 조건에 대응하도록 선택된다. 전형적인 일반 재료는, 천연 고무, 부틸 고무를 포함하는 합성 고무, 및 폴리우레탄 등의 다양한 중합체를 포함한다. 전형적인 특수 제품은 BASF Cellasto® 재료와, 듀폰 Vamac® 재료들을 포함한다.

도 10D는 벌크 재료(1000D)로 만든 탄성지지 블록을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 블록은 폭(w1) 및 높이(h1)으로 설명되는 단면적을 갖는다. 상기 블록은 길이(l1)을 가지며, 이는 선택된 재료로 제조될 때, 적절한 지지대를 제공하기 위해 그것의 단면적과 함께 선택된 것이다. 상기 블록은 상기 중간 인클로저(1004)의 외부 표면(1044)과, 결합하기 위한 제1 면(1076)을 갖는다. 제1 단부에서 상기 제1 면에 대향하는 것은 상기 외부 인클로저(1002)의 내경(1046)과 결합을 위한 제2 단부에서 제2 면이다. 도시된 바와 같이, 상기 제2 면은 실질적으로 상기 제2 단부로부터 절단되는 "V" 형상 부분(1073)으로 생성된 2 부분(1072, 1074)이다. 재료의 선택과 함께 상기 블록의 형상을 변화시키는 것은, 상기 블록들이 광범위한 설계 기준에 적합하도록 적응되는 것을 가능하게 하며, 이는 당업자들에 의해서 잘 이해될 수 있을 것이다.

도 10B에서, 상기 내부 인클로저의 중심축 "t1" 및 상기 외부 인클로저의 중심축 "t2"들은, 상기 조립체(1001, 1003)들이 움직임, 예를 들면 수직 축 "v"으로부터 멀어지는 지지 바닥(1029)의 갑작스런 경사를 경험한 후, 서로 일치하지는 않는다. 상기 움직임으로 인해 발생하는 관성력에 대응하여, 상기 중심축은 수직축으로부터 멀어지고, 상기 수직축에 대해서 θ1, θ2의 각도를 형성한다. 도시된 바와 같이, 상기 환형 공간의 양측면에 위치된 탄성 지지대들은 변경된 환형 공간에 일치한다.

특히, 단축된 탄성 지지대(1020)는 감소된 간극(g0)에 일치하고, 신장된 탄성 지지대(1023)는 확대된 간극(g3)에 일치한다. 다양한 실시 예에서, 상기 탄성 지지대들은 균일한 환형 공간내에 설치될 경우, 압축되고, 다양한 실시 예에서, 상기 탄성 지지대들은 균일한 환형 공간내에 설치될 경우, 신장된다.

도시된 바와 같이, 상기 탄성 지지대들은 상기 내부 인클로저의 움직임을 제한하는 피봇 지지대와 함께 작동한다. 이 예는 상기 조립체(1001, 1003)가 각도 θ1으로 향한 내부 인클로저의 경사(tilting)보다, 큰 각도 θ2로의 상기 외부 인클로저의 경사를 갖는 움직임에 반응하는 것을 도시한다(θ2 > θ1). 당업자에 의해서 잘 알 수 있는 바와 같이, 상기 내부 인클로저의 움직임을 제한하는 것은, 전자기 베어링(예를 들면, 451, 692, 694)들이 자기 부양 회전 조립체(예를 들면, 310, 410)들이 고정자(예를 들면, 422)에 대하여 위치 고정되어야 하는 것을 보장하기 위하여 반드시 적용해야 하는 힘들을 감소시킨다.

몇몇의 경우에, 전자기 베어링(예를 들면, 451, 692, 694)들은 고정자(예를 들면, 422)에 대하여 상기 회전 조립체(예를 들면, 310, 410)를 고정 유지할 수 없고, 플라이휠 질량의 파단이 발생한다. 상기에서 도 3A-C와 관련하여 설명된 바와 같이, 플라이휠 질량 파단은 플라이휠에 저장된 에너지를 소멸시킨다. 당업자들에 의해서 잘알 수 있는 바와 같이, 플라이휠 질량의 파단 도중에 방출된 에너지를 소멸시키는 안전한 수단이 필요하다.

도 11A는 에너지 소멸 특징을 갖는 전자 기계식 플라이휠(1100A)을 도시한다. 외부 조립체(1003)는 회전 조립체(310)와 코어 조립체(312)를 둘러싸는 내부 조립체(1001)를 에워싼다. 상기 내부 조립체는 상기 내부와 외부 조립체들 사이에 배치된 하부 피봇 지지대(1030)에 의해서 하부 지지된다. 상기 내부 및 외부 조립체들 사이의 환형 공간(1021)에 위치한 상부 탄성 지지대(들)(1020, 1022)은 상기 내부 조립체에 측면 지지대를 제공한다.

다른 것들 중에서도, 플라이휠 질량 파단은, 파단된 플라이휠 질량(1172)의 부분들 및/또는 입자들이 상기 내부 인클로저(1006)에 충돌 할 때, 상기 내부 조립체(1001)로 각도 운동량(angular momentum)을 전달하는 경향이 있다. 상기 내부 조립체가 회전하는 정도까지, 상기 각도 운동량은 상기 피봇 지지대(1130)에서의 마찰력에 의해서, 및/또는 상기 환형 공간(1021) 내에 위치한 유체(1170)에 의해서 인가되는 점성력에 의해서 소멸될 수 있다. 그러나 고정자 코일들로부터의 고정자 리드들은 이러한 상대 회전을 방해한다. 예를 들면, 상기 고정자(320)로부터 상기 외부 조립체(1074)의 외측 위치로 연장하는 고정자 리드(1160)(명료성을 위해서 하나만 도시)들은 상기 내부 조립체가 상기 피봇 지지대(1030) 상에서 자유롭게 회전하는 것을 방지한다. 본 실시 예에서 도시된 바와 같이, 고정자 리드 경로는 내부 인클로저 뚜껑 피드 스루(1162), 중간 인클로저 뚜껑 피드 스루(1164), 및 외부 인클로저 뚜껑 피드 스루(1166)들을 통과한다. 따라서, 상기 외부 조립체에 대하여 상기 내부 조립체를 자유롭게 회전시키는 것은 고정자 리드의 분리를 필요로 한다. 고정자 리드 분리 장치(1103)들이 이하에 설명되어 있다.

도 11B는 고정자 리드 커플링(1100B)의 사시도를 도시하고, 그리고 도 11C는 고정자 리드 커플링(1100C)의 측면도를 도시한다. 도면에서, 상기 고정자 리드 커플링(1103)은 중간 인클로저 뚜껑(1014) 및 외부 인클로저 뚜껑(1012) 사이에 위치되고, x-x 축은 뚜껑(1012, 1014, 1016)들의 중심을 통과한다. 다양한 실시 예에서, 상기 고정자 리드 커플링은 임의의 파쇄가능한 연결, 폭발적인 커플링, 탄성 커플링, 스프링 장착식 커플링, 플러그와 소켓 연결, 이동 부품들 사이에서 도전성 재료를 사용하는 커플링 및 그와 유사한 것들이다.

일 실시 예에서, 상기 고정자 리드 커플링은 플러그(1104) 및 소켓(1102)을 포함한다. 여기서, 상기 고정자 리드(1160)는 내부 인클로저 피드 스루(1162)(도 11A 및 도 11C 참조), 중간 인클로저 피드 스루(1164)를 통과하고, 상기 커플링 플러그(1104)에 도전성으로 고정된다. 특히, 하나 이상의 고정자 리드들은 하나의 플러그에, 예를 들면 고정자 위상이 다수의 권선들을 가지는 경우(하나의 고정자 리드가 표시됨), 고정될 수 있다. 상기 고정자 리드 커플링이 조립될 때, 상기 커플링 플러그는 커플링 소켓(1102) 내로 삽입되고; 상기 외부 조립체(1074)의 외측 위치로부터 연장하는 커플링 리드(1168)는 상기 커플링 소켓(1102)에 도전성으로 고정된다. 상기 고정자 리드 커플링을 분리시키려는 힘은, 상기 상부(1166) 및 하부(1162, 1164) 피드 스루의 상대 회전이 상기 고정자 리드 커플링을 긴장 상태에 있도록 할 때, 인가된다. 이하에서 잘 알 수 있는 바와 같이, 상기 고정자 리드 커플링은, 충분한 힘이 상기 소켓으로부터 플러그를 뽑도록 가해질 때, 분리된다.

몇몇 실시 예에서, 상기 상부(1166) 및 하부(1162, 1164) 피드 스루들은 각도 β > 0 만큼 오프셋되어 있어서, 상기 고정자 리드(1160), 고정자 리드 커플링(1103), 및 커플링 리드(1168)들은 실질적으로 x-x 축에 평행한 선 x1-x1에 대하여 각도(φ)를 이루는 선(1180)을 따라서 놓인다. 도시된 바와 같이, 상기 고정자 리드 커플링은, 상기 외부 인클로저 뚜껑(1012)이 중간(1014) 및 내부(1016) 인클로저 뚜껑들에 대하여 반시계 방향으로 회전할 때, 인장된다. 그리고, 당업자들이 알수 있는 바와 같이, 각진 배치 β > 0, φ > 0(β = 0,φ = 0인 배치에 비교하면)들은, 상기 내부 및 중간 인클로저 뚜껑(1014,1016)들에 대한 외부 인클로저 뚜껑(1012)의 작은 상대적인 회전에 의해서, 상기 커플링을 분리시키려는 경향이 있다.

몇몇 실시 예에서, 복수의 고정자 리드 커플링들은 상기 내부 및 중간 인클로저 뚜껑(1014, 1016)들에 대하여 상기 외부 인클로저 뚜껑(1012)의 상대 회전이 있을 때, 엇갈린 분리를 위해서 설계된다. 예를 들면, 일 실시 예는 각각의 고정자 리드(116)들과, 커플링 리드(1168)들을 갖는 리드 복수의 고정자 리드 커플링(1103)들을 포함한다. 각각의 고정자 리드들은 상기 내부 및 중간 인클로저 뚜껑(1016, 1014) 내의 동일한 피드 스루(1162, 1164)를 통과하고, 각각의 커플링 리드는 상기 외부 인클로저 뚜껑(1012) 내의 동일한 피드 스루(1166)를 통과한다. 또한, 각각의 고정자 리드와 커플링 리드 조합은 다른 고정자 리드와 커플링 리드 조합과는 다른 길이를 갖는다. 당업자들에 의해서 알 수 있는 바와 같이, 상기 고정자 리드와 커플링 리드 조합의 상이한 길이는, 상기 인클로저 뚜껑들의 상대 회전에 대응하여 고정자 리드 커플링 분리의 엇갈린 시퀀스를 제공하도록 사용될 수 있다.

도 11D는 플러그와 소켓 고정자 리드 커플링(110OD)의 실시 예를 도시한다. 고정자 리드(1160)는 커플링 플러그(1104)에 도전성으로 부착되고, 커플링 리드(1168)는 커플링 소켓(1102)에 도전성으로 결합된다. 상기 플러그와 소켓의 연결은 도체(1160, 1168)들 사이에서 전류 경로를 제공한다. 플러그와 소켓의 배열은 스프링, 탄성 부품, 및 중력을 사용하는 것들을 포함한다.

일 실시 예에서, 도 11D에 도시된 플러그와 소켓은 전기 접촉을 이루고, 유지시키기 위해 억지 끼워 맞춤(들)에 의존한다. 예를 들면, wp > ws, 및/또는 hp > hs는 억지 끼워 맞춤을 제공한다. 다른 억지 끼워 맞춤 배열도, 또한 돌출부와 홈 맞춤, 원추형 맞춤, 및 그와 유사한 것들이 플러그와 소켓 결합을 위해서 제공된다.

당업자들은 잘 알 수 있는 바와 같이, 플러그와 소켓 설계는 구리, 알루미늄, 은, 금, 이들 재료의 합금 등과 같은 도전성 재료를 플러그와 소켓을 위해서 활용한다. 다양한 실시 예에서, 도전성 물질은 플러그와 소켓 사이 공간을 채우거나, 및/또는 조립 전에 하나 또는 두가지 부품들을 코팅하도록 사용된다. 도전성 재료들은 도전성 윤활제와, 실란트 그리스를 포함하며, 예를 들면 라멜라 흑연, 금, 코발트 또는 니켈(<1 중량 %, 즉 "경질 금")의 얇은 층(대략, 0.1 마이크로 미터)으로 용착된 금 합금, 팔라듐-니켈 및 팔라듐-코발트, 폴리페닐 에테르(PPEs), 미세하게 분할된 아연 또는 은 등을 함유하는 전력 연결 그리스등을 포함한다.

본 실시 예에 도시된 바와 같이, 고정자 리드 경로는 내부 인클로저 뚜껑 피드 스루(1162), 중간 인클로저 뚜껑 피드 스루(1164), 및 외부 인클로저 뚜껑 피드 스루(1166)들을 통과한다. 따라서, 상기 외부 조립체에 대하여 상기 내부 조립체를 자유롭게 회전시키는 것은 고정자 리드의 분리를 필요로 한다. 고정자 리드 분리 장치(1103)들이 이하에서 설명된다.

도 12A-E는 상기 외부 조립체에 대한 내부 조립체의 자유로운 회전을 위한 다른 방법을 예시한다. 여기서, 절단 메카니즘은 상부 및 하부 고정자 리드 세그먼트(1168, 1160) 등의 별도의 세그먼트들로 고정자 리드를 분리시킨다.

도 12A는 슬롯 원추형 커터(1200A) 형태의 제1 커터기구를 도시한다. 일반적으로 원추형 또는 절두 원추형 본체(1202)는 커터 단부(1203) 및 비-커터 단부(1205)를 갖는다. 상기 본체는 상기 원뿔의 축 x-x에 대략 수직한 평면내에서, 각각 커터 턱(1206, 1208)들을 갖는 제1 및 제2 본체 반쪽(1226, 1228)을 형성하도록 그 길이의 일부분을 따라서 배치된 대향 슬롯(1240)들을 포함한다. 상기 턱들은, 상기 턱을 닫을 때 고정자 리드가 절단되는 커터 노치(1216, 1218)와 같은 대향된 커터면들을 각각 갖는다.

도 12B는 도 12A의 커터기구(1200B)에 삽입되는 고정자 리드를 도시한다. 특히, 고정자 리드(1230)는 원추형 커터 바디를 통과하고, 부호(1204)로 도시된 원통형 구조체와 같은 커터 리시버를 통과한다. 특히, 상기 원통형 구조체는, 다양한 실시 예에서, 중간 인클로저 뚜껑 피드 스루(1164), 및 외부 인클로저 뚜껑 피드 스루(1166)들과 같은 어떤 적절한 치수의 구조체를 나타낸다. 몇몇 실시 예에서, 피드 스루는 별도의 커터 리시버를 위한 시트를 제공한다.

실시 예들은 고정자 리드 및 원추형 커터 사이에서 커플링을 제공하여, 상기 고정자 리드가 이동할 때, 상기 원추형 커터도 이동한다. 예를 들면, 상기 고정자 리드에 부착된 블록(1232)은 이러한 커플링을 제공하게 되는데, 이는 상기 블록이 너무 커서 상기 커터의 비 커터 단부(1205)를 통과시키지 못하는 경우이다. 그 결과는, 커터/블록의 간섭이 상기 커터로 하여금 고정자 리드와 함께 이동하도록 한다. 도 12B에서 도시된 바와 같이, 상기 커터 리시버(1204)를 통해서 고정자 리드를 당기는 경향이 있는 고정자 리드 움직임(1209)은, 원추형 커터가 커터 리시버내로 유입되도록 할 것이다. 상기 커터와 리시버(dz2 < dz1) 사이의 간섭은, 상기 커터 턱(1206, 1208)들이 상기 고정자 리드를 닫고 절단시키도록 할 것이다.

도 12C,D는 원뿔형 커터와, 턱(1200C,D)들의 세부 정보를 표시한다. 도 12C는 각각의 원뿔형 커터 턱(1206)(1208)들을 도시하지만, 도 12D는 개방된 턱(1242)들의 평면도, 턱(1244)들의 측면도, 및 폐쇄되는 턱(1246)들의 평면도를 도시한다. 특히, 턱(1244)의 측면도는 턱 닫침을 용이하게 하는 턱들의 겹치는 구성을 도시한다. 당업자들은 잘 이해할 수 있는 바와 같이, 개시된 것과 유사한 다수의 원추형 커터 배열들이 고정자 리드 커터를 제공하도록 사용될 수 있다.

도 12E는 고정된 턱 고정자 리드 커터(1200E)를 도시한다. 여기에서, 겹치는 턱(1256, 1258)들은 일측(1280)에서 피봇되어 다른 턱에 대한 하나의 턱의 상대 운동을 제공한다. 통상적인 개방 위치(1252)에서, 상기 턱들은 고정자 리드(미도시)가 통과하는 통로(1272)를 둘러싼다. 절단 위치(1254)에서, 상기 턱들은 피봇되어 상기 통로(1274)를 폐쇄시키는 것을 시작한다. 완전 닫침 위치(1256)에서, 통로는 완전히 닫침(1257) 상태이고, 상기 고정자 리드는 완전히 절단된다.

고정된 턱 커터(1200E)의 작동은, 상기에서 설명된 방법 중 어느 것이라도 사용할 수 있으며, 도 12B의 것과 유사한 원뿔형 작동 배열을 포함한다. 다른 수단들도, 또한 고정자 리드 절단 턱들의 작동을 위해서 사용될 수 있다. 예를 들면, 자력(예, 모터 또는 솔레노이드), 공압(예, 공기 작동식 모터 또는 플런저), 폭팔력 및 운동량 적용 장치들이 상기 커터를 작동하는 데에 사용될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 상기 고정자 리드의 움직임은, 상기 리드가 하나 이상의 커터 턱들과 접촉하는 동안, 상기 고정자 리드와 턱(들)에 결합되도록 하여, 고정자 리드 절단 작동이 개별적으로 턱들을 작동시킬 필요없이 수행되도록 할 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 다양한 실시 예들이 설명되었지만, 그것들은 단지 예시적으로 제시된 것이며, 한정적으로 이해되어서는 안된다. 당업자들은 이러한 형태와 세부 사항에서 다양한 변경들이, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서도 이루어질 수 있음을 명백하게 알 수 있을 것이다. 이와 같이, 본 발명의 적용 폭 및 범위는, 상술된 예시적인 실시 예들에 의해서 제한되어서는 않되며, 단지 이하에 기재된 특허 청구 범위 및 그 균등물에 따라서 정의되어야만 한다.

Claims (22)

1. 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템에 있어서,
   내부 및 외부 인클로저들;
   플라이휠 질량;
   상기 플라이휠 질량을 에워싸는 내부 인클로저;
   상기 내부 인클로저를 에워싸는 외부 인클로저;
   제1 플라이휠 질량 회전 속도에서 파단하도록 설계된 상기 플라이휠 질량의 적어도 제1 부분;
   제2 플라이휠 질량 회전 속도에서 파단하도록 설계된 상기 플라이휠 질량의 적어도 제2 부분; 그리고,
   상기 제1 플라이휠 질량 회전 속도는 상기 제2 플라이휠 질량 회전 속도보다 느려서, 플라이휠 질량의 과속 파단시에, 상기 플라이휠 질량의 제1 부분은 상기 플라이휠 질량의 제2 부분이 파단하기 이전에 파단하도록 구성된 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플라이휠 질량의 제1 부분의 파단으로 인한 파괴에 저항하도록 작동하는 내부 인클로저 설계는, 그 후 상기 플라이휠 질량의 제2 부분의 파단시의 파괴에도 저항하도록 작동되는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
3. 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템에 있어서,
   내부 및 외부 인클로저들;
   플라이휠 질량;
   상기 플라이휠 질량을 에워싸는 내부 인클로저;
   상기 내부 인클로저를 에워싸는 외부 인클로저;
   외부 층 아래에 내부 층을 포함하는 플라이휠 질량으로서, 상기 내부 및 외부 층은 플라이휠 질량 회전축을 둘러싸고 있고;
   제1 플라이휠 질량 회전 속도에서 파단하도록 설계된 외부 층과 제2 플라이휠 질량 회전 속도에서 파단하도록 설계된 내부 층; 그리고,
   상기 제1 플라이휠 질량 회전 속도는 상기 제2 플라이휠 질량 회전 속도보다 느려서, 플라이휠 질량의 과속 파단시에, 상기 외부 층은 상기 내부 층이 파단하기 이전에 파단하도록 구성된 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 플라이휠 질량의 제2 부분은, 상기 플라이휠 질량 내부 충은 상기 외부 층에 의해서 저장된 운동 에너지의 양에 실질적으로 동일한 운동 에너지의 양을 저장하도록 설계된 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 내부 층은 상기 외부 층에 의해서 원주 방향으로 둘러싸여 있는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
6. 제3항에 있어서,
   상기 내부 및 외부 인클로저 사이에 배치된 피봇 타입 베어링; 그리고,
   상기 피봇 베어링을 통과하는 상기 플라이휠 질량의 회전 중심선;을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 내부 및 외부 인클로저 의해서 정의된 환형 공간내에 배치된 하나 이상의 탄성 베어링들;
   상기 탄성 베어링들은 상기 피봇 베어링으로부터 이격 배치됨; 그리고,
   상기 베어링들은 제1 및 제2 인클로저들 사이의 움직임 이동을 제한하도록 선택됨;들을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 베어링 중 적어도 하나는 점탄성 재료를 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
9. 제7항에 있어서,
   상기 내부 인클로저 내의 진공 인클로저;
   상기 내부 인클로저는 플라이휠 질량 과속 파단의 부산물을 억제하도록 설계된 금속 1차 압력 인클로저임; 그리고,
   상기 진공 인클로저는 금속 인클로저이고, 그리고 1차 압력 인클로저 측벽의 두께에 비해 상대적으로 얇은 측벽을 갖는 것임;들을 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
10. 제7항에 있어서,
    상기 내부 인클로저 내의 금속 진공 인클로저; 그리고,
    상기 내부 인클로저는 상기 진공 인클로저를 둘러싸는 탄소섬유 합성 측벽을 구비함;들을 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
11. 제7항에 있어서,
    상기 내부 인클로저 내의 금속 진공 인클로저;
    에너지 교환 블록, 이는
    다수의 고정자 전기 리드들을 가지는 모터-발전기 고정자와, 고정자 지지대를 갖는 코어 조립체, 그리고
    모터-발전기 회전자와 상기 플라이휠 질량을 갖는 회전 조립체를 포함함; 그리고,
    상기 모터-발전기 회전자는 상기 모터-발전기 고정자를 둘러쌈;들을 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 및 외부 인클로저들를 위하여 각각 이격 위치된 뚜껑들;
    상기 내부 인클로저 뚜껑 내의 제1 피드 스루와, 상기 외부 인클로저 뚜껑 내의 제2 피드 스루;
    상기 인클로저 뚜껑들 사이에 위치된 분리가능한 고정자 리드 커플링;
    상기 고정자 리드 커플링은 고정자 전기 리드와 커플링 리드 사이에서 전류 경로를 제공;
    상기 고정자 리드는 고정자 권선과 상기 고정자 리드 커플링 사이에서 연장됨;
    상기 고정자 리드는 상기 제1 피드 스루를 통과함;
    상기 커플링 리드는 상기 고정자 리드 커플링과, 상기 외부 인클로저 외측 위치 사이에서 연장됨;
    상기 커플링 리드는 상기 제2 피드 스루를 통과함; 그리고,
    상기 내부 및 외부 뚜껑들의 상대 회전은 상기 분리가능한 고정자 리드 커플링을 분리시키도록 작동함;들을 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 인클로저 뚜껑들의 중심을 통과하는 뚜껑 중심선;
    상기 제1 및 제2 피드 스루들 사이의 각도 오프셋;
    상기 오프셋은 상기 제1 및 제2 피드 스루들 사이의 거리를 연장시키도록 작동함;
    상기 오프셋은 상기 고정자 리드 커플링과, 상기 고정자 리드와 커플링 리드의 인접 부분들을 상기 뚜껑 중심선에 평행한 선에 대하여 일정 각도로서 위치시키도록 작동됨; 그리고
    아무런 각도 오프셋이 없는 것과 비교하면, 상기 오프셋은 상기 분리가능한 고정자 리드 커플링을 분리시키는 데에 필요한 상기 내부 및 외부 인클로저들의 상대 회전을 감소시키도록 작동함;들을 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
14. 제12항에 있어서,
    다수의 고정자 리드 커플링 및 각각의 고정자 리드들과, 커플링 리드들;
    상기 각각의 고정자 리드들은 상기 제1 피드 스루를 통과함;
    상기 각각의 커플링 리드들은 상기 제2 피드 스루를 통과함;
    각각의 고정자 리드와 커플링 리드의 조합은 다른 하나 이상의 고정자 리드와 커플링 리드의 조합과는 다른 길이를 가짐; 그리고
    상기 다른 길이들은 상기 내부 및 외부 뚜껑들의 상대 회전에 대응하여 고정자 리드 커플링 분리의 엇갈린 시퀀스를 제공하도록 작동됨;들을 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
15. 제11항에 있어서,
    상기 내부 및 외부 인클로저들의 각각 이격된 뚜껑들;
    상기 내부 인클로저 뚜껑 내의 제1 피드 스루와, 상기 외부 인클로저 뚜껑 내의 제2 피드 스루;
    상기 제1 및 제2 피드 스루들을 관통하여 연장하는 고정자 리드; 그리고,
    상기 고정자 리드가, 플라이휠 파단 도중에 인클로저 뚜껑에 대하여 이동할 때, 상기 고정자 리드를 절단하도록 구성된 커터;들을 추가적으로 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 고정자 리드를 절단하기 위한 커터 턱을 작동시키는 별도 메카니즘을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 별도된 메카니즘은 원뿔형 바디 측벽 슬릿(slit)을 가진 원뿔형 바디를 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
18. 제16항에 있어서,
    플라이휠 파단 발생 동안에 별도 커터 작동 메커니즘의 사용 없이 인클로저 뚜껑에 대하여 움직이는 고정자 리드를 절단하도록 구성된 커터 턱을 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
19. 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템에 있어서,
    제1, 제2 및 제3 중첩 인클로저들;
    모터-발전기 고정자와 고정자 지지대를 포함하는 코어 조립체, 및 모터-발전기 회전자와 플라이휠 질량을 포함하는 회전 조립체를 포함한 에너지 교환 블록;
    상기 모터-발전기 회전자는 상기 모터-발전기 고정자를 둘러쌈;
    상기 제3 인클로저는 상기 에너지 교환 블록을 에워싸고, 상기 제2 인클로저는 상기 제3 인클로저를 에워싸며, 그리고 상기 제1 인클로저는 상기 제2 인클로저를 에워쌈;
    피봇 타입 베어링이 상기 제1 및 제2 인클로저들 사이에 배치되고, 상기 회전 조립체의 회전 중심은 상기 피봇 베어링의 이동 접점을 통과함;
    상기 제1 및 제2 인클로저에 의해서 정의된 환형 공간내에 하나 이상의 탄성 베어링이 위치되고, 상기 탄성 베어링들은 상기 피봇 베어링으로부터 이격됨; 그리고,
    상기 베어링들은 제1 및 제2 인클로저들 사이에서 움직임 이동을 제한하기 위해 선택되는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 하나 이상의 탄성 베어링들이 점탄성 물질을 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 시스템.
21. 전자 기계식 플라이휠 안전 방법에 있어서,
    전자기 베어링들에 의한 자기 부양을 위하여 모터-발전기 회전자를 제공함으로써 부양된 모터-발전기 회전자를 제자리에 유지시키는 데에 필요한 전자기 베어링 힘을 감소시키고, 상기 회전자를 감싸는 제2 인클로저를 에워싸도록 된 제1 인클로저를 제공하며, 상기 인클로저들 사이에 위치한 피봇 베어링으로서 상기 제2 인클로저의 무게를 지지하고, 그리고 상기 인클로저들 사이의 환형 공간 내에 위치된 점탄성 베어링들을 사용하여 상기 인클로저들 사이의 움직임 이동을 제한하며, 상기 베어링들은 상기 피봇 베어링으로부터 이격된 것들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 방법.
22. 전자 기계식 플라이휠 안전 방법에 있어서,
    플라이휠 질량 회전 속도에 의해 결정되는 단에서 구조적 파단을 받도록 상기 플라이휠 질량을 설계함으로써 플라이휠 질량의 파단에 연관된 힘을 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 기계식 플라이휠 안전 방법.
    
    
    
    

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