JP2000060032A - フライホイール式電力貯蔵装置 - Google Patents
フライホイール式電力貯蔵装置Info
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
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- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0489—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
- F16C32/0491—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing with electromagnets acting in axial and radial direction, e.g. with conical magnets
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
- F16C2361/55—Flywheel systems
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フライホイール式電力貯蔵装置の剛性の向
上、磁気軸受装置の消費電力の低減および電動機の大出
力化を図る。 【解決手段】 電力貯蔵装置は、軸状の支持部材2と、
その周囲に配置されたフライホイール7を有する円筒状
の回転体3と、回転体3を非接触支持する磁気軸受装置
4と、発電兼用電動機5とを備えている。磁気軸受装置
4が、回転体3の軸方向両端部をそれぞれ軸方向および
径方向に非接触支持する2組の磁気軸受8、9を備えて
いる。各磁気軸受8、9が4個の電磁石13、14を備えて
いる。各電磁石13、14が、回転体3の軸方向の外側から
回転体3の軸方向端面に対向して回転体3を軸方向に吸
引する軸方向磁極13a、14aと、回転体3の軸方向端部の
内側までのび回転体3の軸方向端部の内周面に対向して
回転体3を径方向に吸引する径方向磁極13b、14bとを有
する。
上、磁気軸受装置の消費電力の低減および電動機の大出
力化を図る。 【解決手段】 電力貯蔵装置は、軸状の支持部材2と、
その周囲に配置されたフライホイール7を有する円筒状
の回転体3と、回転体3を非接触支持する磁気軸受装置
4と、発電兼用電動機5とを備えている。磁気軸受装置
4が、回転体3の軸方向両端部をそれぞれ軸方向および
径方向に非接触支持する2組の磁気軸受8、9を備えて
いる。各磁気軸受8、9が4個の電磁石13、14を備えて
いる。各電磁石13、14が、回転体3の軸方向の外側から
回転体3の軸方向端面に対向して回転体3を軸方向に吸
引する軸方向磁極13a、14aと、回転体3の軸方向端部の
内側までのび回転体3の軸方向端部の内周面に対向して
回転体3を径方向に吸引する径方向磁極13b、14bとを有
する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、フライホイール
式電力貯蔵装置、さらに詳しくは、フライホイールを有
する円筒状の回転体が、固定部分側の軸状の支持部材の
周囲に磁気軸受装置によって非接触支持され、発電兼用
電動機により回転させられるようになったフライホイー
ル式電力貯蔵装置に関する。
式電力貯蔵装置、さらに詳しくは、フライホイールを有
する円筒状の回転体が、固定部分側の軸状の支持部材の
周囲に磁気軸受装置によって非接触支持され、発電兼用
電動機により回転させられるようになったフライホイー
ル式電力貯蔵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】フライホイール式電力貯蔵装置は余剰電
力をフライホイールの回転運動エネルギに変換して貯蔵
するものであり、フライホイールを有する円筒状の回転
体が固定部分側の軸状の支持部材の周囲に支持されて、
発電兼用電動機により高速回転させられるようになった
ものが知られている。回転体は、高速回転するため、磁
気軸受装置などの非接触型の軸受装置で支持されること
が多く、磁気軸受装置は、回転体を軸方向(アキシアル
方向)に非接触支持する1組のアキシアル磁気軸受と、
回転体を径方向(ラジアル方向)に非接触支持する2組
のラジアル磁気軸受とを備えている。通常、アキシアル
磁気軸受は、回転体の内向きフランジ部を軸方向の制御
軸方向の両側から挟むように配置された1対(2個)の
電磁石より構成され、各ラジアル磁気軸受は、支持部材
の周囲の互いに直交する2つの径方向の制御軸方向の対
称位置に配置された2対(4個)の電磁石を備えてお
り、磁気軸受装置全体で10個の電磁石が使用されてい
る。ラジアル磁気軸受の各電磁石は、支持部材側の2箇
所から径方向外側に向かってのび、回転体の内周面に対
向して回転体を径方向に吸引する1対の磁極を有する。
また、発電兼用電動機として、ビルトイン型のものが使
用され、支持部材の外周部にステータ部が、回転体の内
周部にロータ部がそれぞれ形成される。
力をフライホイールの回転運動エネルギに変換して貯蔵
するものであり、フライホイールを有する円筒状の回転
体が固定部分側の軸状の支持部材の周囲に支持されて、
発電兼用電動機により高速回転させられるようになった
ものが知られている。回転体は、高速回転するため、磁
気軸受装置などの非接触型の軸受装置で支持されること
が多く、磁気軸受装置は、回転体を軸方向(アキシアル
方向)に非接触支持する1組のアキシアル磁気軸受と、
回転体を径方向(ラジアル方向)に非接触支持する2組
のラジアル磁気軸受とを備えている。通常、アキシアル
磁気軸受は、回転体の内向きフランジ部を軸方向の制御
軸方向の両側から挟むように配置された1対(2個)の
電磁石より構成され、各ラジアル磁気軸受は、支持部材
の周囲の互いに直交する2つの径方向の制御軸方向の対
称位置に配置された2対(4個)の電磁石を備えてお
り、磁気軸受装置全体で10個の電磁石が使用されてい
る。ラジアル磁気軸受の各電磁石は、支持部材側の2箇
所から径方向外側に向かってのび、回転体の内周面に対
向して回転体を径方向に吸引する1対の磁極を有する。
また、発電兼用電動機として、ビルトイン型のものが使
用され、支持部材の外周部にステータ部が、回転体の内
周部にロータ部がそれぞれ形成される。
【0003】上記のような従来の磁気軸受型のフライホ
イール式電力貯蔵装置では、ラジアル磁気軸受の各電磁
石が支持部材側から径方向外側に向かってのびる磁極を
有するため、支持部材の外周と回転体の内周との間隔を
大きくとる必要があり、回転体の内径が一定であるとす
ると、支持部材の外径が小さくなり、支持部材の外周に
形成されている電動機のステータ部の外径も小さくな
る。また、回転体の内側に1組のアキシアル磁気軸受と
2組のラジアル磁気軸受が設けられるため、回転体の長
さが一定であるとすると、支持部材における電動機のス
テータ部のためのスペースが少なく、ステータ部の長さ
が短くなる。そして、支持部材の外径が小さくなること
により、剛性が低下し、電動機のステータ部の外径と長
さが小さくなることにより、電動機の出力が小さくな
る。
イール式電力貯蔵装置では、ラジアル磁気軸受の各電磁
石が支持部材側から径方向外側に向かってのびる磁極を
有するため、支持部材の外周と回転体の内周との間隔を
大きくとる必要があり、回転体の内径が一定であるとす
ると、支持部材の外径が小さくなり、支持部材の外周に
形成されている電動機のステータ部の外径も小さくな
る。また、回転体の内側に1組のアキシアル磁気軸受と
2組のラジアル磁気軸受が設けられるため、回転体の長
さが一定であるとすると、支持部材における電動機のス
テータ部のためのスペースが少なく、ステータ部の長さ
が短くなる。そして、支持部材の外径が小さくなること
により、剛性が低下し、電動機のステータ部の外径と長
さが小さくなることにより、電動機の出力が小さくな
る。
【0004】さらに、磁気軸受装置全体で10個の電磁
石が使用されるため、これらの消費電力が大きく、各電
磁石にそれぞれ電力増幅器が必要であるため、これらの
消費電力も大きい。したがって、磁気軸受装置全体の消
費電力が大きい。ラジアル磁気軸受には、3個の電磁石
より構成されるものもあるが、その場合でも、磁気軸受
装置全体で8個の電磁石が必要であり、やはり、上記の
ような問題がある。
石が使用されるため、これらの消費電力が大きく、各電
磁石にそれぞれ電力増幅器が必要であるため、これらの
消費電力も大きい。したがって、磁気軸受装置全体の消
費電力が大きい。ラジアル磁気軸受には、3個の電磁石
より構成されるものもあるが、その場合でも、磁気軸受
装置全体で8個の電磁石が必要であり、やはり、上記の
ような問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の問題を解決し、剛性の向上、磁気軸受装置の消費電
力の低減および電動機の大出力化が可能なフライホイー
ル式電力貯蔵装置を提供することにある。
記の問題を解決し、剛性の向上、磁気軸受装置の消費電
力の低減および電動機の大出力化が可能なフライホイー
ル式電力貯蔵装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明によるフライホイール式電力貯蔵装置は、固定部分に
固定状に設けられた軸状の支持部材と、前記支持部材の
周囲に同心状に配置されたフライホイールを有する円筒
状の回転体と、前記支持部材に対して前記回転体を非接
触支持するための磁気軸受装置と、電力貯蔵時に電動機
として電力取出し時に発電機として機能する発電兼用電
動機とを備えているフライホイール式電力貯蔵装置にお
いて、前記磁気軸受装置が前記回転体の軸方向両端部を
それぞれ軸方向および径方向に非接触支持する2組の磁
気軸受を備え、前記各磁気軸受が前記支持部材の周囲に
周方向に間隔をおいて配置された3個または4個の電磁
石を備え、前記各電磁石が、前記回転体の軸方向の外側
から前記回転体の軸方向端面に向かって軸方向にのびそ
の先端部が前記回転体の軸方向端面に対向して前記回転
体を軸方向に吸引する軸方向磁極と、前記回転体の軸方
向の外側であって前記軸方向磁極より径方向内側の部分
から前記回転体の軸方向端部の内側まで軸方向にのびそ
の先端部が前記回転体の軸方向端部の内周面に対向して
前記回転体を径方向に吸引する径方向磁極とを有するも
のであることを特徴とするものである。
明によるフライホイール式電力貯蔵装置は、固定部分に
固定状に設けられた軸状の支持部材と、前記支持部材の
周囲に同心状に配置されたフライホイールを有する円筒
状の回転体と、前記支持部材に対して前記回転体を非接
触支持するための磁気軸受装置と、電力貯蔵時に電動機
として電力取出し時に発電機として機能する発電兼用電
動機とを備えているフライホイール式電力貯蔵装置にお
いて、前記磁気軸受装置が前記回転体の軸方向両端部を
それぞれ軸方向および径方向に非接触支持する2組の磁
気軸受を備え、前記各磁気軸受が前記支持部材の周囲に
周方向に間隔をおいて配置された3個または4個の電磁
石を備え、前記各電磁石が、前記回転体の軸方向の外側
から前記回転体の軸方向端面に向かって軸方向にのびそ
の先端部が前記回転体の軸方向端面に対向して前記回転
体を軸方向に吸引する軸方向磁極と、前記回転体の軸方
向の外側であって前記軸方向磁極より径方向内側の部分
から前記回転体の軸方向端部の内側まで軸方向にのびそ
の先端部が前記回転体の軸方向端部の内周面に対向して
前記回転体を径方向に吸引する径方向磁極とを有するも
のであることを特徴とするものである。
【0007】磁気軸受の電磁石が、回転体を軸方向に吸
引する軸方向磁極と、回転体を径方向に吸引する径方向
磁極とを有するものであるから、1組の磁気軸受で回転
体を軸方向にも径方向にも吸引することができ、したが
って、2組の磁気軸受で回転体を非接触支持することが
できる。このため、磁気軸受装置全体で必要な磁気軸受
の数は、各磁気軸受が4個の電磁石を備えている場合は
8個、各磁気軸受が3個の電磁石を備えている場合は6
個であり、いずれの場合も、従来より2個少なくなる。
電磁石の数の減少に伴って電力増幅器の数も減少し、電
磁石および電力増幅機における消費電力が低減する。し
たがって、この発明によれば、従来に比べて、磁気軸受
装置全体の消費電力を低減することができる。
引する軸方向磁極と、回転体を径方向に吸引する径方向
磁極とを有するものであるから、1組の磁気軸受で回転
体を軸方向にも径方向にも吸引することができ、したが
って、2組の磁気軸受で回転体を非接触支持することが
できる。このため、磁気軸受装置全体で必要な磁気軸受
の数は、各磁気軸受が4個の電磁石を備えている場合は
8個、各磁気軸受が3個の電磁石を備えている場合は6
個であり、いずれの場合も、従来より2個少なくなる。
電磁石の数の減少に伴って電力増幅器の数も減少し、電
磁石および電力増幅機における消費電力が低減する。し
たがって、この発明によれば、従来に比べて、磁気軸受
装置全体の消費電力を低減することができる。
【0008】磁気軸受の各電磁石において、回転体の外
側から軸方向にのびる径方向磁極の先端部だけが回転体
の内側に入るので、支持部材の外周と回転体の内周との
間隔を小さくすることができ、したがって、回転体の内
径が一定であれば、従来のものに比べて、支持部材の外
径を大きくすることができる。このため、剛性が向上
し、電動機のステータ部の外径を大きくすることができ
るため、電動機の出力を大きくすることができる。ま
た、径方向磁極の先端部だけが回転体の内側に入り、回
転体の両端部を除く部分の内側には磁気軸受を配置する
必要がないため、回転体の両端部を除く支持部材の大き
なスペースを電動機のステータ部のために使用すること
ができ、ステータ部を長くして電動機の出力を大きくす
ることができる。したがって、この発明によれば、剛性
を向上させ、電動機の出力を大きくすることができる。
側から軸方向にのびる径方向磁極の先端部だけが回転体
の内側に入るので、支持部材の外周と回転体の内周との
間隔を小さくすることができ、したがって、回転体の内
径が一定であれば、従来のものに比べて、支持部材の外
径を大きくすることができる。このため、剛性が向上
し、電動機のステータ部の外径を大きくすることができ
るため、電動機の出力を大きくすることができる。ま
た、径方向磁極の先端部だけが回転体の内側に入り、回
転体の両端部を除く部分の内側には磁気軸受を配置する
必要がないため、回転体の両端部を除く支持部材の大き
なスペースを電動機のステータ部のために使用すること
ができ、ステータ部を長くして電動機の出力を大きくす
ることができる。したがって、この発明によれば、剛性
を向上させ、電動機の出力を大きくすることができる。
【0009】好ましくは、前記各磁気軸受において、前
記全電磁石の前記軸方向磁極が同一の磁性を有し、前記
径方向磁極がこれと逆の同一の極性を有する。
記全電磁石の前記軸方向磁極が同一の磁性を有し、前記
径方向磁極がこれと逆の同一の極性を有する。
【0010】このようにすれば、軸方向磁極に面する回
転体の周囲の磁束の変化が小さくなり、したがって、回
転により回転体の表面に生じる渦電流が小さくなり、回
転損失が小さくなる。径方向磁極の部分についても同様
であり、磁気軸受装置による回転損失が小さくなり、電
力貯蔵効率が高くなる。
転体の周囲の磁束の変化が小さくなり、したがって、回
転により回転体の表面に生じる渦電流が小さくなり、回
転損失が小さくなる。径方向磁極の部分についても同様
であり、磁気軸受装置による回転損失が小さくなり、電
力貯蔵効率が高くなる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。
の実施形態について説明する。
【0012】図面は、フライホイール式電力貯蔵装置の
主要部の構成を概略的に示している。
主要部の構成を概略的に示している。
【0013】電力貯蔵装置は、固定部分を構成するハウ
ジング(1)、ハウジング(1)内に設けられた鉛直軸状の支
持部材(2)、支持部材(2)の周囲に配置された鉛直円筒状
の回転体(3)、磁気軸受装置(4)およびビルトイン型の発
電兼用電動機(5)を備えている。
ジング(1)、ハウジング(1)内に設けられた鉛直軸状の支
持部材(2)、支持部材(2)の周囲に配置された鉛直円筒状
の回転体(3)、磁気軸受装置(4)およびビルトイン型の発
電兼用電動機(5)を備えている。
【0014】以下の説明において、回転体(3)の軸方向
の制御軸(鉛直軸)をZ軸、Z軸と直交するとともに互
いに直交する2つの径方向の制御軸(水平軸)をそれぞ
れX軸およびY軸とする。
の制御軸(鉛直軸)をZ軸、Z軸と直交するとともに互
いに直交する2つの径方向の制御軸(水平軸)をそれぞ
れX軸およびY軸とする。
【0015】図面にはハウジング(1)の一部だけが示さ
れているが、ハウジング(1)は複数の部品を結合するこ
とにより円筒状に形成されている。そして、ハウジング
(2)の内部は、風損を防ぐため、図示しない適当な手段
によりたとえば10-1〜10-3Torr程度の真空状態に保
持されるようになっている。
れているが、ハウジング(1)は複数の部品を結合するこ
とにより円筒状に形成されている。そして、ハウジング
(2)の内部は、風損を防ぐため、図示しない適当な手段
によりたとえば10-1〜10-3Torr程度の真空状態に保
持されるようになっている。
【0016】支持部材(2)は、ハウジング(1)内の中心に
固定状に設けられている。
固定状に設けられている。
【0017】回転体(3)は、内側の円筒状のハブ(6)と、
その外周に固定された円筒状のフライホイール(7)とか
ら構成されている。フライホイール(7)は、余剰電力を
回転運動エネルギとして貯えておくためのものである。
その外周に固定された円筒状のフライホイール(7)とか
ら構成されている。フライホイール(7)は、余剰電力を
回転運動エネルギとして貯えておくためのものである。
【0018】磁気軸受装置(4)は、回転体(3)の軸方向
(Z軸方向)および径方向(X軸およびY軸方向)の位
置を制御して回転体(3)を非接触状態に支持するための
ものであり、上下2組の磁気軸受(8)(9)、変位センサ(1
0)(11)(12)および図示しない磁気軸受制御装置を備えて
いる。
(Z軸方向)および径方向(X軸およびY軸方向)の位
置を制御して回転体(3)を非接触状態に支持するための
ものであり、上下2組の磁気軸受(8)(9)、変位センサ(1
0)(11)(12)および図示しない磁気軸受制御装置を備えて
いる。
【0019】磁気軸受(8)(9)は、ハウジング(1)内の上
下2箇所に設けられている。下部磁気軸受(9)は、回転
体(3)をZ軸方向の下側およびX軸方向の両側(内側)
に吸引する1対のX軸方向電磁石(13)と、回転体(3)を
Z軸方向の下側およびY軸方向の両側に吸引する1対の
Y軸方向電磁石(14)とを備えている。1対のX軸方向電
磁石(13)は、回転体(3)より下方に突出した支持部材(2)
の下端部の周囲のX軸方向の対称位置に配置され、回転
体(4)の下側にあるハウジング(1)の部分に固定されてい
る。1対のY軸方向電磁石(14)は、支持部材(2)の上記
下端部の周囲のY軸方向の対称位置に配置され、回転体
(4)の下側にあるハウジング(1)の部分に固定されてい
る。上部磁気軸受(8)は、回転体(3)をZ軸方向の上側お
よびX軸方向の両側に吸引する1対のX軸方向電磁石(1
5)と、回転体(3)をZ軸方向の上側およびY軸方向の両
側に吸引する1対のY軸方向電磁石(図示略)とを備え
ている。X軸方向電磁石(15)は、回転体(3)より上方に
突出した支持部材(2)の上端部の周囲のX軸方向の対称
位置に配置され、回転体(3)の上側にあるハウジング(1)
の部分に固定されている。Y軸方向電磁石は、支持部材
(2)の上記上端部の周囲のY軸方向の対称位置に配置さ
れ、回転体(3)の上側にあるハウジング(1)の部分に固定
されている。
下2箇所に設けられている。下部磁気軸受(9)は、回転
体(3)をZ軸方向の下側およびX軸方向の両側(内側)
に吸引する1対のX軸方向電磁石(13)と、回転体(3)を
Z軸方向の下側およびY軸方向の両側に吸引する1対の
Y軸方向電磁石(14)とを備えている。1対のX軸方向電
磁石(13)は、回転体(3)より下方に突出した支持部材(2)
の下端部の周囲のX軸方向の対称位置に配置され、回転
体(4)の下側にあるハウジング(1)の部分に固定されてい
る。1対のY軸方向電磁石(14)は、支持部材(2)の上記
下端部の周囲のY軸方向の対称位置に配置され、回転体
(4)の下側にあるハウジング(1)の部分に固定されてい
る。上部磁気軸受(8)は、回転体(3)をZ軸方向の上側お
よびX軸方向の両側に吸引する1対のX軸方向電磁石(1
5)と、回転体(3)をZ軸方向の上側およびY軸方向の両
側に吸引する1対のY軸方向電磁石(図示略)とを備え
ている。X軸方向電磁石(15)は、回転体(3)より上方に
突出した支持部材(2)の上端部の周囲のX軸方向の対称
位置に配置され、回転体(3)の上側にあるハウジング(1)
の部分に固定されている。Y軸方向電磁石は、支持部材
(2)の上記上端部の周囲のY軸方向の対称位置に配置さ
れ、回転体(3)の上側にあるハウジング(1)の部分に固定
されている。
【0020】下部磁気軸受(9)の各X軸方向電磁石(13)
は、回転体(3)の下側にあるハウジング(1)の部分の径方
向の2箇所から回転体(3)に向かって上側にのびた1対
の磁極(13a)(13b)を有する略馬蹄形をなし、これらの磁
極(13a)(13b)の下端部同志を連結する部分にコイル(13
c)が巻回されている。径方向外側の軸方向磁極(13a)の
先端部(上端部)は、回転体(3)のハブ(6)の部分の下端
面にわずかな空隙をあけて対向し、回転体(3)をZ軸方
向の下側に吸引する。径方向内側の径方向磁極(13b)は
軸方向磁極(13a)より上方にのび、その先端部が、回転
体(3)の下端部の内側に入って、その内周面にわずかな
空隙をあけて対向し、回転体(3)をX軸方向の内側に吸
引する。下部磁気軸受(9)の各Y軸方向電磁石(14)も、
X軸方向電磁石(13)と同じ構成を有し、Y軸方向に関し
て同様の働きをする。図2には、Y軸方向電磁石(14)の
軸方向磁極を符号(14a)で、径方向磁極を符号(14b)で、
コイルを符号(14c)で表わしている。下部磁気軸受(9)の
全電磁石(13)(14)の軸方向磁極(13a)(14a)は同一の極性
を有し、径方向磁極(13b)(14b)はそれと逆の同一の極性
を有する。
は、回転体(3)の下側にあるハウジング(1)の部分の径方
向の2箇所から回転体(3)に向かって上側にのびた1対
の磁極(13a)(13b)を有する略馬蹄形をなし、これらの磁
極(13a)(13b)の下端部同志を連結する部分にコイル(13
c)が巻回されている。径方向外側の軸方向磁極(13a)の
先端部(上端部)は、回転体(3)のハブ(6)の部分の下端
面にわずかな空隙をあけて対向し、回転体(3)をZ軸方
向の下側に吸引する。径方向内側の径方向磁極(13b)は
軸方向磁極(13a)より上方にのび、その先端部が、回転
体(3)の下端部の内側に入って、その内周面にわずかな
空隙をあけて対向し、回転体(3)をX軸方向の内側に吸
引する。下部磁気軸受(9)の各Y軸方向電磁石(14)も、
X軸方向電磁石(13)と同じ構成を有し、Y軸方向に関し
て同様の働きをする。図2には、Y軸方向電磁石(14)の
軸方向磁極を符号(14a)で、径方向磁極を符号(14b)で、
コイルを符号(14c)で表わしている。下部磁気軸受(9)の
全電磁石(13)(14)の軸方向磁極(13a)(14a)は同一の極性
を有し、径方向磁極(13b)(14b)はそれと逆の同一の極性
を有する。
【0021】上部磁気軸受(8)の各X軸方向電磁石(15)
は、回転体(3)の上側にあるハウジング(1)の部分の径方
向の2箇所から回転体(3)に向かって下側にのびた1対
の磁極(15a)(15b)を有する略馬蹄形をなし、これらの磁
極(15a)(15b)の上端部同志を連結する部分にコイル(15
c)が巻回されている。径方向外側の軸方向磁極(15a)の
先端部(下端部)は、回転体(3)のハブ(6)の部分の上端
面にわずかな空隙をあけて対向し、回転体(3)をZ軸方
向の上側に吸引する。径方向内側の径方向磁極(15b)は
軸方向磁極(15a)より下方にのび、その先端部が、回転
体(3)の上端部の内側に入って、その内周面にわずかな
空隙をあけて対向し、回転体(3)をX軸方向の内側に吸
引する。上部磁気軸受(8)の各Y軸方向電磁石も、X軸
方向電磁石(15)と同じ構成を有し、Y軸方向に関して同
様の働きをする。上部磁気軸受(8)の全電磁石(15)の軸
方向磁極(15a)は同一の極性を有し、径方向磁極(15b)は
それと逆の同一の極性を有する。
は、回転体(3)の上側にあるハウジング(1)の部分の径方
向の2箇所から回転体(3)に向かって下側にのびた1対
の磁極(15a)(15b)を有する略馬蹄形をなし、これらの磁
極(15a)(15b)の上端部同志を連結する部分にコイル(15
c)が巻回されている。径方向外側の軸方向磁極(15a)の
先端部(下端部)は、回転体(3)のハブ(6)の部分の上端
面にわずかな空隙をあけて対向し、回転体(3)をZ軸方
向の上側に吸引する。径方向内側の径方向磁極(15b)は
軸方向磁極(15a)より下方にのび、その先端部が、回転
体(3)の上端部の内側に入って、その内周面にわずかな
空隙をあけて対向し、回転体(3)をX軸方向の内側に吸
引する。上部磁気軸受(8)の各Y軸方向電磁石も、X軸
方向電磁石(15)と同じ構成を有し、Y軸方向に関して同
様の働きをする。上部磁気軸受(8)の全電磁石(15)の軸
方向磁極(15a)は同一の極性を有し、径方向磁極(15b)は
それと逆の同一の極性を有する。
【0022】ハウジング(1)の適当箇所、たとえば回転
体(3)の下側にある部分に、回転体(3)の下端面に対向し
て回転体(3)の軸方向の変位を検出するためのアキシア
ル変位センサ(10)が設けられている。上部磁気軸受(8)
の電磁石(15)の径方向磁極(15b)の下方の支持部材(2)の
周囲に、回転体(3)の内周面に対向して回転体(3)の上部
の径方向の変位を検出するための2対のラジアル変位セ
ンサ、すなわち、支持部材(2)の周囲のX軸方向の対称
位置に固定されて回転体(3)のX軸方向の変位を検出す
る1対のX軸方向変位センサ(11)と、支持部材(2)の周
囲のY軸方向の対称位置に固定されて回転体(3)のY軸
方向の変位を検出する1対のY軸方向変位センサ(図示
略)とが設けられている。下部磁気軸受(9)の電磁石(1
3)(14)の径方向磁極(13b)(14b)の上方の支持部材(2)の
周囲に、同様に、回転体(3)の下部の径方向の変位を検
出するための2対のラジアル変位センサ、すなわち、1
対のX軸方向変位センサ(12)と、1対のY軸方向変位セ
ンサ(図示略)とが設けられている。
体(3)の下側にある部分に、回転体(3)の下端面に対向し
て回転体(3)の軸方向の変位を検出するためのアキシア
ル変位センサ(10)が設けられている。上部磁気軸受(8)
の電磁石(15)の径方向磁極(15b)の下方の支持部材(2)の
周囲に、回転体(3)の内周面に対向して回転体(3)の上部
の径方向の変位を検出するための2対のラジアル変位セ
ンサ、すなわち、支持部材(2)の周囲のX軸方向の対称
位置に固定されて回転体(3)のX軸方向の変位を検出す
る1対のX軸方向変位センサ(11)と、支持部材(2)の周
囲のY軸方向の対称位置に固定されて回転体(3)のY軸
方向の変位を検出する1対のY軸方向変位センサ(図示
略)とが設けられている。下部磁気軸受(9)の電磁石(1
3)(14)の径方向磁極(13b)(14b)の上方の支持部材(2)の
周囲に、同様に、回転体(3)の下部の径方向の変位を検
出するための2対のラジアル変位センサ、すなわち、1
対のX軸方向変位センサ(12)と、1対のY軸方向変位セ
ンサ(図示略)とが設けられている。
【0023】各磁気軸受(8)(9)の各電磁石(13)(14)(15)
および各変位センサ(10)(11)(12)は磁気軸受制御装置に
接続されており、この制御装置から各電磁石(13)(14)(1
5)に励磁電流が供給される。励磁電流は、定常電流、軸
方向制御電流および径方向制御電流を合わせたものであ
る。定常電流の値は一定であり、変位センサ(10)(11)(1
2)の出力信号によって変化しない。そして、磁気軸受制
御装置がアキシアル変位センサ(10)の出力信号に基づい
て各磁気軸受(8)(9)の各電磁石(13)(14)(15)の軸方向制
御電流の大きさを制御することにより、回転体(3)の軸
方向の位置が制御され、ラジアル変位センサ(11)(12)の
出力信号に基づいて各磁気軸受(8)(9)の各電磁石(13)(1
4)(15)の径方向制御電流を制御することにより、回転体
(3)の径方向の位置が制御される。なお、回転体(3)は、
通常、支持部材(2)と同心の位置に非接触支持される。
および各変位センサ(10)(11)(12)は磁気軸受制御装置に
接続されており、この制御装置から各電磁石(13)(14)(1
5)に励磁電流が供給される。励磁電流は、定常電流、軸
方向制御電流および径方向制御電流を合わせたものであ
る。定常電流の値は一定であり、変位センサ(10)(11)(1
2)の出力信号によって変化しない。そして、磁気軸受制
御装置がアキシアル変位センサ(10)の出力信号に基づい
て各磁気軸受(8)(9)の各電磁石(13)(14)(15)の軸方向制
御電流の大きさを制御することにより、回転体(3)の軸
方向の位置が制御され、ラジアル変位センサ(11)(12)の
出力信号に基づいて各磁気軸受(8)(9)の各電磁石(13)(1
4)(15)の径方向制御電流を制御することにより、回転体
(3)の径方向の位置が制御される。なお、回転体(3)は、
通常、支持部材(2)と同心の位置に非接触支持される。
【0024】上側のラジアル変位センサ(11)の下側およ
び下側のラジアル変位センサ(12)の上側の支持部材(2)
の周囲に、磁気軸受(8)(9)による支持がなくなったとき
に回転体(3)を機械的に支持するためのタッチダウン軸
受(16)(17)が設けられている。
び下側のラジアル変位センサ(12)の上側の支持部材(2)
の周囲に、磁気軸受(8)(9)による支持がなくなったとき
に回転体(3)を機械的に支持するためのタッチダウン軸
受(16)(17)が設けられている。
【0025】電動機(5)は、電力貯蔵時に電動機として
電力取出し時に発電機として機能するものであり、上下
のタッチダウン軸受(16)(17)の間の部分に設けられてい
る。電動機(5)は、支持部材(2)の外周に形成されたステ
ータ部(18)と、その周囲の回転体(3)の内周に形成され
たロータ部(19)とから構成されている。電動機(5)のス
テータ部(18)は、図示しない電動機制御装置に接続され
ている。電動機制御装置には、電動機を駆動するための
電動機駆動手段としてのインバータ、回転体(3)の回転
運動エネルギを電気エネルギに変換して取出すための電
力変換手段としてのコンバータなどが設けられている。
電力取出し時に発電機として機能するものであり、上下
のタッチダウン軸受(16)(17)の間の部分に設けられてい
る。電動機(5)は、支持部材(2)の外周に形成されたステ
ータ部(18)と、その周囲の回転体(3)の内周に形成され
たロータ部(19)とから構成されている。電動機(5)のス
テータ部(18)は、図示しない電動機制御装置に接続され
ている。電動機制御装置には、電動機を駆動するための
電動機駆動手段としてのインバータ、回転体(3)の回転
運動エネルギを電気エネルギに変換して取出すための電
力変換手段としてのコンバータなどが設けられている。
【0026】上記の電力貯蔵装置は、たとえば、次のよ
うに作動させられる。
うに作動させられる。
【0027】電力貯蔵時には、外部からの余剰電力が電
力貯蔵装置の磁気軸受制御装置および電動機制御装置に
供給され、これにより、磁気軸受(8)(9)および電動機
(5)が駆動される。そして、回転体(3)は、磁気軸受(8)
(9)により軸方向および径方向に非接触支持されて、電
動機(5)により高速回転させられ、回転体(3)が高速回転
している間に、電気エネルギが回転運動エネルギに変換
されて回転体(3)に貯蔵される。
力貯蔵装置の磁気軸受制御装置および電動機制御装置に
供給され、これにより、磁気軸受(8)(9)および電動機
(5)が駆動される。そして、回転体(3)は、磁気軸受(8)
(9)により軸方向および径方向に非接触支持されて、電
動機(5)により高速回転させられ、回転体(3)が高速回転
している間に、電気エネルギが回転運動エネルギに変換
されて回転体(3)に貯蔵される。
【0028】電力取出し時には、電動機制御装置のイン
バータによる電動機(5)の駆動を停止する。そうする
と、電磁石(5)は発電機として機能し、回転体(3)に貯蔵
されていた回転運動エネルギがコンバータにより電気エ
ネルギに変換されて取出される。
バータによる電動機(5)の駆動を停止する。そうする
と、電磁石(5)は発電機として機能し、回転体(3)に貯蔵
されていた回転運動エネルギがコンバータにより電気エ
ネルギに変換されて取出される。
【0029】電力貯蔵時に停電が発生した場合、電動機
制御装置のインバータへの給電が停止するため、電動機
(5)の電動機としての機能は停止するが、フライホイー
ル(7)により、回転体(3)はわずかに減速するものの継続
して回転させられる。その結果、電動機(5)が発電機と
して作動し、回転体(3)に貯蔵されていた回転運動エネ
ルギがコンバータにより電気エネルギとして取出され
て、図示しない外部の電力消費財や磁気軸受制御装置に
供給され、電力消費財が作動を継続するとともに、回転
体(3)が、タッチダウン軸受(16)(17)で支持されるま
で、磁気軸受(8)(9)により非接触支持される。
制御装置のインバータへの給電が停止するため、電動機
(5)の電動機としての機能は停止するが、フライホイー
ル(7)により、回転体(3)はわずかに減速するものの継続
して回転させられる。その結果、電動機(5)が発電機と
して作動し、回転体(3)に貯蔵されていた回転運動エネ
ルギがコンバータにより電気エネルギとして取出され
て、図示しない外部の電力消費財や磁気軸受制御装置に
供給され、電力消費財が作動を継続するとともに、回転
体(3)が、タッチダウン軸受(16)(17)で支持されるま
で、磁気軸受(8)(9)により非接触支持される。
【0030】上記の電力貯蔵装置では、磁気軸受装置
(4)の磁気軸受(8)(9)が1組で回転体(3)を軸方向にも径
方向にも吸引できるものであるから、2組の磁気軸受
(8)(9)の合計8個の電磁石(13)(14)(15)で回転体(3)を
非接触支持することができ、従来の同種の磁気軸受装置
に比べ、電磁石の数が2個減少し、これに伴い、電磁石
を駆動するための電力増幅機の数も減少する。このた
め、磁気軸受装置(4)全体の消費電力が低減する。
(4)の磁気軸受(8)(9)が1組で回転体(3)を軸方向にも径
方向にも吸引できるものであるから、2組の磁気軸受
(8)(9)の合計8個の電磁石(13)(14)(15)で回転体(3)を
非接触支持することができ、従来の同種の磁気軸受装置
に比べ、電磁石の数が2個減少し、これに伴い、電磁石
を駆動するための電力増幅機の数も減少する。このた
め、磁気軸受装置(4)全体の消費電力が低減する。
【0031】また、磁気軸受(8)(9)の各電磁石(13)(14)
(15)において、回転体(3)の外側から軸方向にのびる径
方向磁極(13b)(14b)(15b)の先端部だけが回転体(3)の内
側に入るので、支持部材(2)の外周と回転体(3)の内周と
の間隔を小さくすることができ、したがって、回転体
(3)の内径が一定であれば、従来のものに比べて、支持
部材(2)の外径を大きくすることができる。このため、
剛性が向上し、電動機(5)のステータ部(18)の外径を大
きくすることができるため、電動機(5)の出力を大きく
することができる。また、径方向磁極(13b)(14b)(15b)
の先端部だけが回転体(3)の内側に入り、回転体(3)の両
端部を除く部分の内側には磁気軸受を配置する必要がな
いため、回転体(3)の両端部を除く支持部材(2)の大きな
スペースを電動機(5)のステータ部(18)のために使用す
ることができ、ステータ部(18)を長くして電動機(5)の
出力を大きくすることができる。
(15)において、回転体(3)の外側から軸方向にのびる径
方向磁極(13b)(14b)(15b)の先端部だけが回転体(3)の内
側に入るので、支持部材(2)の外周と回転体(3)の内周と
の間隔を小さくすることができ、したがって、回転体
(3)の内径が一定であれば、従来のものに比べて、支持
部材(2)の外径を大きくすることができる。このため、
剛性が向上し、電動機(5)のステータ部(18)の外径を大
きくすることができるため、電動機(5)の出力を大きく
することができる。また、径方向磁極(13b)(14b)(15b)
の先端部だけが回転体(3)の内側に入り、回転体(3)の両
端部を除く部分の内側には磁気軸受を配置する必要がな
いため、回転体(3)の両端部を除く支持部材(2)の大きな
スペースを電動機(5)のステータ部(18)のために使用す
ることができ、ステータ部(18)を長くして電動機(5)の
出力を大きくすることができる。
【0032】従来の磁気軸受装置のラジアル磁気軸受で
は、支持部材の周方向の2箇所から径方向の外側に突出
した1対の磁極を有する略馬蹄形の電磁石がよく用いら
れ、これが周方向に4個並べられる。その場合、各電磁
石の1対の磁極は互いに逆の極性を有し、回転体の回転
方向に逆の極性の磁極が4つずつ並ぶことになる。この
ため、回転により回転体の表面に渦電流が発生し、それ
による回転損失が大きい。これに対し、上記の電力貯蔵
装置では、各磁気軸受(8)(9)において、全電磁石(13)(1
4)(15)の軸方向磁極(13a)(14a)(15a)が同一の磁性を有
し、径方向磁極(13b)(14b)(15b)がこれと逆の同一の極
性を有するので、軸方向磁極(13a)(14a)(15a)に面する
回転体(3)の周囲の磁束の変化および径方向磁極(13b)(1
4b)(15b)に面する回転体(3)の周囲の磁束の変化がとも
に小さくなり、したがって、回転により回転体(3)の表
面に生じる渦電流が小さくなり、回転損失が小さくな
る。このため、電力貯蔵装置の電力貯蔵効率が高くな
る。
は、支持部材の周方向の2箇所から径方向の外側に突出
した1対の磁極を有する略馬蹄形の電磁石がよく用いら
れ、これが周方向に4個並べられる。その場合、各電磁
石の1対の磁極は互いに逆の極性を有し、回転体の回転
方向に逆の極性の磁極が4つずつ並ぶことになる。この
ため、回転により回転体の表面に渦電流が発生し、それ
による回転損失が大きい。これに対し、上記の電力貯蔵
装置では、各磁気軸受(8)(9)において、全電磁石(13)(1
4)(15)の軸方向磁極(13a)(14a)(15a)が同一の磁性を有
し、径方向磁極(13b)(14b)(15b)がこれと逆の同一の極
性を有するので、軸方向磁極(13a)(14a)(15a)に面する
回転体(3)の周囲の磁束の変化および径方向磁極(13b)(1
4b)(15b)に面する回転体(3)の周囲の磁束の変化がとも
に小さくなり、したがって、回転により回転体(3)の表
面に生じる渦電流が小さくなり、回転損失が小さくな
る。このため、電力貯蔵装置の電力貯蔵効率が高くな
る。
【0033】フライホイール式電力貯蔵装置の各部の構
成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能であ
る。
成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能であ
る。
【図1】図1は、この発明の実施形態を示すフライホイ
ール式電力貯蔵装置の主要部の縦断面図である。
ール式電力貯蔵装置の主要部の縦断面図である。
【図2】図2は、図1のII−II線の断面図である。
(1) ハウジング (2) 支持部材 (3) 回転体 (4) 磁気軸受装置 (5) 発電兼用電動機 (7) フライホイール (8)(9) 磁気軸受 (13)(14)(15) 電磁石 (13a)(14a)(15a) 軸方向磁極 (13b)(14b)(15b) 径方向磁極
Claims (2)
- 【請求項1】固定部分に固定状に設けられた軸状の支持
部材と、前記支持部材の周囲に同心状に配置されたフラ
イホイールを有する円筒状の回転体と、前記支持部材に
対して前記回転体を非接触支持するための磁気軸受装置
と、電力貯蔵時に電動機として電力取出し時に発電機と
して機能する発電兼用電動機とを備えているフライホイ
ール式電力貯蔵装置において、 前記磁気軸受装置が前記回転体の軸方向両端部をそれぞ
れ軸方向および径方向に非接触支持する2組の磁気軸受
を備え、前記各磁気軸受が前記支持部材の周囲に周方向
に間隔をおいて配置された3個または4個の電磁石を備
え、前記各電磁石が、前記回転体の軸方向の外側から前
記回転体の軸方向端面に向かって軸方向にのびその先端
部が前記回転体の軸方向端面に対向して前記回転体を軸
方向に吸引する軸方向磁極と、前記回転体の軸方向の外
側であって前記軸方向磁極より径方向内側の部分から前
記回転体の軸方向端部の内側まで軸方向にのびその先端
部が前記回転体の軸方向端部の内周面に対向して前記回
転体を径方向に吸引する径方向磁極とを有するものであ
ることを特徴とするフライホイール式電力貯蔵装置。 - 【請求項2】前記各磁気軸受において、前記全電磁石の
前記軸方向磁極が同一の磁性を有し、前記径方向磁極が
これと逆の同一の極性を有することを特徴とする請求項
1のフライホイール式電力貯蔵装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10221662A JP2000060032A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | フライホイール式電力貯蔵装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10221662A JP2000060032A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | フライホイール式電力貯蔵装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000060032A true JP2000060032A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16770303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10221662A Pending JP2000060032A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | フライホイール式電力貯蔵装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000060032A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024031990A1 (zh) * | 2022-08-08 | 2024-02-15 | 郭树雄 | 电动发电机 |
-
1998
- 1998-08-05 JP JP10221662A patent/JP2000060032A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024031990A1 (zh) * | 2022-08-08 | 2024-02-15 | 郭树雄 | 电动发电机 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061010 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070306 |