JP2022509446A - 半径方向の安定化を図るフライホイールの回転子を浮上させるための磁気軸受 - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、当該磁気浮上軸受は、フライホイールシステムのエネルギー効率を改善されることが可能である。
実施例I:300キログラムの回転子の安定化
実施例II:1500キログラムの回転子の安定化
特徴の組み合わせ
Claims (27)
- 底部支持部を有する固定子と、
重力荷重として機能し、前記底部支持部の上方において回転軸心の周りを回転するように構成された回転子と、
底部磁気浮上軸受を備え、
前記底部磁気浮上軸受は、
前記回転子の底端部に機械的に連結された第1の磁石のリングと、
前記第1の磁石のリングの下方において、前記底部支持部に機械的に連結された第2の磁石のリングと、
前記底端部に機械的に連結された第3の磁石のリングと、
前記第3の磁石のリングから半径方向外側に向かって、前記底部支持部に機械的に連結された第4の磁石のリングを備えており、
前記第2の磁石は、前記第1の磁石に反発して、前記底部支持部の上方の前記重力荷重の少なくとも一部を磁気的に支持しており、
前記第4の磁石は、前記第3の磁石に反発して、少なくとも前記固定子に対する前記回転子の半径方向の偏心を軽減する、フライホイールシステム。 - 前記第1の磁石のそれぞれ、前記第2の磁石のそれぞれ、前記第3の磁石のそれぞれ、および前記第4の磁石のそれぞれは、永久磁石である、請求項1に記載のフライホイール。
- 前記第1の磁石および前記第2の磁石のそれぞれの磁場は、前記回転軸心と平行である、請求項1に記載のフライホイールシステム。
- 前記第3の磁石および前記第4の磁石のそれぞれの磁場は、前記回転軸心に対して直交している、請求項3に記載のフライホイールシステム。
- 前記第1の磁石、前記第2の磁石、前記第3の磁石、および前記第4の磁石は、前記底部支持部の上方において、それぞれ第1の高さ、第2の高さ、第3の高さ、および第4の高さに配置されており、前記第1の高さは前記第2の高さよりも高く、前記第3の高さは前記第4の高さよりも高い、請求項1に記載のフライホイールシステム。
- 前記3の磁石と前記第4の磁石との間の磁気結合は、前記重力荷重の少なくとも一部を支持することにさらに寄与している、請求項5に記載のフライホイールシステム。
- 前記第1の磁石、前記第2の磁石、前記第3の磁石、および前記第4の磁石は、前記回転軸心を中心として、それぞれ第1の直径、第2の直径、第3の直径、および第4の直径を有するように配置されており、前記第3の直径は前記第1の直径および前記第2の直径よりも大きく、前記第4の直径は前記第3の直径よりも大きい、請求項5に記載のフライホイールシステム。
- 前記第1の直径および前記第2の直径は同一である、請求項7に記載のフライホイールシステム。
- 前記第3の高さは前記第1の高さよりも高い、請求項7に記載のフライホイールシステム。
- 前記第1の磁石の磁場は、前記回転軸心と平行であり、前記第3の磁石の磁場は、前記回転軸心に対して直交しており、前記第1の磁石のそれぞれは上極と下極を有しており、前記第3の磁石のそれぞれは内極と外極を有しており、前記第1の磁石の1つと前記第3の磁石の1つの最も近接している対のそれぞれにおいて、(a)前記内極は前記下極よりも前記上極に近く、(b)前記上極は前記外極よりも前記内極に近く、前記内極および前記下極のそれぞれは、N極およびS極のどちらか一方であり、前記外極および前記上極のそれぞれは、前記N極および前記S極のうちの他方である、請求項9に記載のフライホイールシステム。
- 前記最も近接している対のそれぞれにおいて、前記第1の磁石の磁場と前記第3の磁石の磁場は、互いに結合されている、請求項10に記載のフライホイールシステム。
- 前記第1の磁石、前記第2の磁石、前記第3の磁石、および前記第4の磁石は、前記回転軸心を中心として、それぞれ前記第1の直径、前記第2の直径、前記第3の直径、および前記第4の直径を有するように配置されており、前記第4の直径は前記第1の直径および前記第2の直径よりも小さく、前記第3の直径は前記第4の直径よりも小さい、請求項5に記載のフライホイールシステム。
- 前記第1の直径および前記第2の直径は同一である、請求項12に記載のフライホイールシステム。
- 前記第2の高さは前記第4の高さよりも高い、請求項12に記載のフライホイールシステム。
- 前記第2の磁石の磁場は前記回転軸心と平行であり、前記第4の磁石の磁場は前記回転軸心に対して直交しており、前記第2の磁石のそれぞれは上極と下極を有しており、前記第4の磁石のそれぞれは内極と外極を有しており、前記第2の磁石の1つと前記第4の磁石の1つの最も近接している対のそれぞれにおいて、(a)前記内極は前記下極よりも前記上極に近く、(b)前記上極は前記外極よりも前記内極に近く、前記内極および前記下極のそれぞれは、N極およびS極のどちらか一方であり、前記外極および前記上極のそれぞれは、前記N極と前記S極のうちの他方である、請求項14に記載のフライホイールシステム。
- 前記最も近接している対のそれぞれにおいて、前記第2の磁石と前記第4の磁石とが互いに磁気的に連結されている、請求項15に記載のフライホイールシステム。
- 前記フライホイールシステムは、
前記固定子に実装された頂部支持部と、
頂部磁気浮上軸受をさらに備え、
前記頂部磁気浮上軸受は、
前記回転子の上端に機械的に連結された第5の磁石のリングと、
前記第5磁石のリングの上方において、前記頂部支持部に機械的に連結された第6磁石のリングと、
前記上端に機械的に連結された第7の磁石のリングと、
前記第7の磁石のリングから半径方向外側に向かって、前記頂部支持部に機械的に連結された第8の磁石のリングを備えており、
前記第6磁石は、前記第5磁石に反発して、前記底部支持部の上方の前記回転子の上向きの動きを制限し、
前記第8の磁石は、前記第7の磁石に反発して、前記第7の磁石と前記第8の磁石との間の磁気結合は、前記第3の磁石と前記第4の磁石との間の磁気結合とともに、少なくとも前記回転子の半径方向の偏心を軽減する、請求項1に記載のフライホイールシステム。 - 前記第5の磁石、前記第6の磁石、前記第7の磁石、および前記第8の磁石は、前記底部支持部の上方において、それぞれ第5の高さ、第6の高さ、第7の高さ、および第8の高さに配置されており、前記第6の高さは前記第5の高さよりも高く、前記第8の高さは前記第7の高さよりも高い、請求項17に記載のフライホイールシステム。
- 前記第7の磁石と前記第8の磁石と間の磁気結合は、前記回転子の前記上向きの動きを制限することにさらに寄与している、請求項18に記載のフライホイールシステム。
- 前記フライホイールシステムは、
発電機と、
能動型磁気軸受と、
受動型予備磁気軸受をさらに備え、
前記発電機は、
前記回転子に機械的に連結された複数の第1の永久磁石と、
前記固定子に機械的に連結された発電機固定子を備えており、
前記発電機固定子は、前記第1の永久磁石との相互作用によって、前記回転子の回転エネルギーと前記発電機固定子の巻線の電流とを変換するように構成されており、
前記能動型磁気軸受は、
前記回転子に機械的に連結された複数の磁化可能な要素と、
前記固定子に機械的に連結され、前記複数の磁化可能な要素に磁気的に連結して、前記固定子に対して前記回転子を能動的に安定化するように構成された複数の電磁石を備え、
前記受動型予備磁気軸受は、
前記回転子に機械的に連結された複数の第2の永久磁石と、
前記固定子に機械的に連結され、前記第2の永久磁石に磁気的に連結して、前記能動型磁気軸受が故障した場合に、予備として、前記固定子に対して前記回転子を安定化させるように構成された複数の第3の永久磁石を備えている、請求項1に記載のフライホイールシステム。 - 前記受動型予備磁気軸受は、前記底部磁気浮上軸受よりも半径方向内側にあり、前記底部磁気浮上軸受は、前記受動型予備磁気軸受よりも前記発電機から離れている、請求項20に記載のフライホイールシステム。
- 前記回転子には、開口部が形成されており、前記固定子は、前記開口部を通過し、前記頂部支持部を前記底部支持部に接続する軸をさらに備えており、前記回転子は、前記軸の周りを回転するように構成されており、前記発電機および前記能動型磁気軸受のそれぞれは、前記軸に実装されており、前記能動型磁気軸受は、前記発電機よりも前記底部支持部に近接しており、前記受動型予備磁気軸受は、前記能動型磁気軸受よりも前記底部支持部に近接している、請求項21に記載のフライホイールシステム。
- フライホイールシステムの回転子を浮上させ、かつ前記回転子を半径方向において安定化させるための方法であって、
前記回転子に機械的に連結された複数の第1の磁石に、受動的に上向きの磁力を加えて、前記回転子の重力荷重の少なくとも一部を支える工程と、
前記回転子に機械的に連結された複数の第2の磁石に、受動的に半径方向内向きの力を加えて、少なくとも前記回転子の半径方向の偏心を軽減する工程を含む、方法。 - 前記第2の磁石に、受動的に第2の上向きの磁力を加える工程をさらに含む、請求項23に記載の方法。
- 前記回転子の下方において、支持部に機械的に連結された永久磁石組立体と、前記第1の磁石および前記第2の磁石との間の磁気結合の少なくとも一部によって、前記鉛直方向上向きの磁力および前記半径方向内向きの磁力を生成する工程を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記回転子に機械的に連結された複数の第3の磁石に、受動的に下向きの磁力を加えて、前記回転子の上方への動きを制限する工程と、
前記回転子に機械的に連結された複数の第4の磁石に、受動的に半径方向内向きの力を加えて、前記回転子の半径方向の偏心の軽減に寄与する工程をさらに含む、請求項23に記載の方法。 - 前記第4の磁石に、受動的に第2の下向きの磁力を加える工程をさらに含む、請求項26に記載の方法。
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