JP5992403B2 - フライホイールエネルギーシステム - Google Patents
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Description
a)端面を有する第1ハウジングと、
b)駆動軸と、上記駆動軸と共に回転可能であると共に強磁性特性を有するローターとを有すると共に、上記駆動軸が、上記ローターが上記第1ハウジング内での回転のために取り付けられた略垂直な軸である少なくとも1つのフライホイールと、
c)上記端面と上記ローターとの間に並べて配置された磁気軸受組立体と
を備え、
上記磁気軸受組立体は、上記第1ハウジングおよび上記ローターの一方に取り付けられた少なくとも1つの永久磁石を有し、上記ローターを上記端面に向かって軸方向に上側に引き付け、上記フライホイールの重量を少なくとも部分的に支持し、
d)上記ローターの半径方向の位置決めをすると共に、最小クリアランスギャップが上記端面と上記ローターとの間に形成されるように上記端面との関係で少なくとも上方への上記ローターの軸方向の移動を制限するように上記第1ハウジングと上記ローターとの間で作用する第1機械軸受組立体と、
e)上記駆動軸に沿って上記第1軸受組立体から間隔をおいて配置されると共に、上記ローターの半径方向の位置決めをするために上記第1ハウジングと上記ローターとの間で作用する第2機械軸受組立体と
を備え、
上記第2機械軸受組立体は、上記軸と上記ハウジングとの間の相対的な軸方向の移動を許容している。
本発明のさらなる局面によれば、以下の与えられたエネルギー貯蔵システムがある。
a)端面を有する第1ハウジングと、
b)駆動軸と、上記駆動軸と共に回転可能であると共に強磁性特性を有するローターとを有すると共に、上記駆動軸が、上記ローターが上記第1ハウジング内での回転のために取り付けられた略垂直な軸である少なくとも1つのフライホイールと、
c)上記端面と上記ローターとの間に並べて配置された磁気軸受組立体と
を備え、
上記磁気軸受組立体は、上記第1ハウジングおよび上記ローターの一方に取り付けられた少なくとも1つの永久磁石を有し、上記ローターを上記端面に向かって軸方向に上側に引き付け、上記フライホイールの重量を少なくとも部分的に支持し、
d)上記ローターの半径方向の位置決めをすると共に、最小クリアランスギャップが上記端面と上記ローターとの間に形成されるように下面との関係で少なくとも軸方向の上方への上記ローターの移動を制限するように、上記第1ハウジング内で上記駆動軸の周りに取り付けられた少なくとも1つの機械軸受組立体と
を備え、
上記端面と上記ローターとが、上記永久磁石を越えて半径方向に延在し、上記ハウジングと上記ローターとの間に磁路を設けているエネルギー貯蔵システム。
エネルギー消費を最小化するために、真空ポンプ91は、一部の減圧が逆止弁92で行われたとき、スイッチを切るように制御されて、ハウジング20内への漏出を防ぐようになっていてもよい。
Claims (46)
- 端面を有する第1ハウジングと、
少なくとも1つのフライホイールと
を備え、
上記フライホイールは、
ローターと、
上記ローターが上記第1ハウジング内での回転のために取り付けられた略垂直な軸である駆動軸と、
上記端面と上記ローターとの間に配置され、上記第1ハウジングに取り付けられて上記ローターを上記端面に向かって引き付ける少なくとも1つの永久磁石を有する永久磁石軸受組立体と、
上記ローターの半径方向の位置決めをすると共に、上記端面との関係で上記ローターの軸方向の上方への移動を制限するように上記第1ハウジングと上記ローターとの間で作用する第1機械軸受組立体を有し、上記ローターは、隙間ギャップによって上記端面から間隔をおいて配置され、
上記駆動軸に沿って上記第1機械軸受組立体から間隔をおいて配置されると共に、上記ローターの半径方向の位置決めをするために上記第1ハウジングと上記ローターとの間で作用する第2機械軸受組立体と
を有し、
上記第2機械軸受組立体は、上記駆動軸と上記第1ハウジングとの間の相対的な軸方向の移動を許容していることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第1機械軸受組立体は、上記隙間ギャップの大きさを制限して、上記端面との関係で上記ローターの軸方向の下方への移動を制限していることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石は、上記端面に取り付けられていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項3に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第1ハウジングの上記端面は、上記永久磁石を越えて半径方向に延在し、上記ローターを覆っていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項4に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記隙間ギャップは、上記永久磁石を越えて維持されるように構成されていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項4に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石と上記端面との間の非磁性バリアを、さらに備えることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項3に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石軸受組立体は、強磁性金属からなる環状バッキングプレートをさらに含み、このバッキングプレートは、第1ハウジングの最上部の壁面に、上記垂直軸の周りに中心を合わせて固定した関係で取り付けられ、上記バッキングプレートは、上記ローターの半径以上の半径を有し、上記永久磁石が上記バッキングプレートの下面に取り付けられていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 端面を有する第1ハウジングと、
フライホイールと
を備え、
上記フライホイールは、
ローターと、
上記ローターが上記第1ハウジング内での回転のために取り付けられた略垂直な軸である駆動軸と、
上記端面と上記ローターとの間に配置された永久磁石軸受組立体と
を有し、
上記永久磁石軸受組立体は、上記第1ハウジングに取り付けられて、上記ローターは、強磁性特性を有し、上記ローターを上記端面に向かって引き付ける永久磁石を有し、
上記ローターの半径方向の位置決めをすると共に、上記端面との関係で上記ローターの軸方向の上方への移動を制限するように上記第1ハウジングと上記ローターとの間で作用する第1機械軸受組立体を有し、上記ローターは、隙間ギャップによって上記端面から間隔をおいて配置され、
上記駆動軸に沿って上記第1機械軸受組立体から間隔をおいて配置されると共に、上記ローターの半径方向の位置決めをするために上記第1ハウジングと上記ローターとの間で作用する第2機械軸受組立体と
を有し、
上記第2機械軸受組立体は、上記駆動軸と上記第1ハウジングとの間の相対的な軸方向の移動を許容し、
上記永久磁石軸受組立体は、強磁性金属からなる環状のバッキングプレートをさらに含み、このバッキングプレートは、第1ハウジングの最上部の壁面に、上記垂直な軸の周りに中心を合わせて固定した関係で取り付けられ、上記バッキングプレートは、上記ローターの半径以上の半径を有し、上記永久磁石が上記バッキングプレートの下面に取り付けられ、
上記バッキングプレートは、上記永久磁石の半径方向外側の縁を越えて半径方向に延在し、下方に突出する周囲スカート部を形成し、上記周囲スカート部は、上記ローターの半径以上の外径を有し、上記周囲スカート部は、上記永久磁石の下面と軸方向に同一の端面である下面を有し、上記ローターと上記周囲スカート部との間の上記隙間ギャップを維持していることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項8に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石軸受組立体は、さらに、上記永久磁石の半径方向の外縁と上記周囲スカート部の半径方向の内縁との間の非磁性スペーサーリングを含むことを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石は、上記垂直軸と平行に磁化されていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石は、磁化材料の層を含むことを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石は、垂直方向に積層された複数の層の磁化材料を含み、各層は、垂直方向に積層された複数の層の隣接する層と同じ磁気方向に整列された磁極を有していることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項12に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記層は、複数の磁化材料からなる細長いストリップで形成され、隣り合って接触する関係でお互いに平行に延在していることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項12に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記層は、上記垂直な軸の周りを囲んで放射状に拡大する態様で半径を大きくする一連の同心円の形で形成され、希土類磁粉およびポリマー接着剤からなる磁化材料で形成されていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項7に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石は、上記バッキングプレートに、および、隣接する磁化材料の層に、磁力によって取り付けられていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項15に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石は、さらに、上記バッキングプレートに、および、上記隣接する層に、接着剤によって取り付けられていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石軸受組立体は、上記フライホイールの重量の少なくとも90%を支持していることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石軸受組立体は、上記フライホイールの重量の少なくとも95%を支持していることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石軸受組立体は、上記フライホイールの重量の95%から100%を支持していることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第1および第2機械軸受組立体は、軸受カートリッジの上記第1ハウジング内および/または第2ハウジング内にそれぞれ取り付けられ、上記軸受カートリッジは、取り外し可能に構成されていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第1機械軸受組立体は、転がり軸受と、この軸受を予圧する調節機構とを含むことを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第1ハウジングは、大気に対してシールされ、真空源が動作可能に上記第1ハウジングに接続され、上記第1ハウジング内の少なくとも一部の減圧を行うことを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
さらに、上記第1ハウジングに解放可能に取り付けられた第2ハウジングと、
上記第2ハウジング内で接続のために上記駆動軸に取り付けられるモータ/発電機と
をさらに備えることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項23に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第1ハウジングは、非強磁性材料を備えることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項24に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記非強磁性材料は、ステンレス鋼、アルミニウム、プラスチック、繊維ガラス、セメント、コンクリート、およびこれらの組み合わせで構成されるグループから選択されることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項23に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
真空源は、上記第2ハウジングに、上記第1ハウジングと第2ハウジングとの間の真空通路によって動作可能に接続されていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項23に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記モータ/発電機は、上記駆動軸との結合のために上記モータ/発電機から突出しているカップリング軸によって、上記駆動軸に解放可能に結合されていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項23に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記モータ/発電機は、誘導モータ/発電機であることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項28に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記モータ/発電機は、三相誘導タイプのモータ/発電機であることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項23に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
さらに、上記第2ハウジングから廃熱を取り出す冷却システムを備えることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項30に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
さらに、上記冷却システムは、上記第2ハウジングの壁の内側の少なくとも1つの冷却チャネルを備えていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項31に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記ローターの回転速度は、10,000RPMから20,000RPMまでであることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項32に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記ローターの質量は、1,000kgから5,000kgまでであることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項1に記載の複数のエネルギー貯蔵システムを備えるエネルギー貯蔵システムアレイ。
- 請求項34に記載のエネルギー貯蔵システムアレイにおいて、
さらに、集合第1ハウジングを備え、
この集合第1ハウジング内は、複数の上記エネルギー貯蔵システムが収容されていることを特徴とする集合エネルギー貯蔵システムアレイ。 - 請求項34に記載のエネルギー貯蔵システムアレイにおいて、
さらに、共通制御ユニットを備え、
この共通制御ユニットは、複数の上記エネルギー貯蔵システムのそれぞれからの電気エネルギーの引き出しおよび放出を制御していることを特徴とする集合エネルギー貯蔵システム。 - 請求項34に記載のエネルギー貯蔵システムアレイにおいて、
上記エネルギー貯蔵システムアレイは、少なくとも500kWhの集合エネルギー出力を有していることを特徴とする集合エネルギー貯蔵システム。 - 端面を有する第1ハウジングと、
少なくとも1つのフライホイールと
を備え、
上記フライホイールは、
ローターと、
上記ローターが上記第1ハウジング内での回転のために取り付けられた略垂直な軸である駆動軸と、
上記端面と上記ローターとの間に配置され、上記第1ハウジングに取り付けられて上記ローターを上記端面に向かって引き付ける少なくとも1つの環状の永久磁石を有する永久磁石軸受組立体と、
上記ローターの半径方向の位置決めをすると共に、上記端面との関係で少なくとも軸方向の上方への上記ローターの移動を制限し、上記端面と上記ローターとの間の最小隙間ギャップを形成し、上記第1ハウジング内で上記駆動軸の周りに取り付けられた少なくとも1つの機械軸受組立体と
を有し、
上記端面と上記ローターとが、上記永久磁石を越えて半径方向に延在し、上記第1のハウジングと上記ローターとの間に磁路を設けていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項38に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記永久磁石は、上記端面に取り付けられていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項39に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第1ハウジングの上記端面は、上記永久磁石から半径方向外側に延在し、上記ローターを覆うと共に、上記第1ハウジングと上記ローターとの間に磁路を設けていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項40に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記最小隙間ギャップは、上記永久磁石を越えて維持されていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項40に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
さらに、上記永久磁石と上記端面との間の非磁性バリアを備えていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 端面を含むハウジングと、
フライホイールと
を備え、
上記フライホイールは、
ローターと、
第1と第2の端部を含むと共に上記ローターが上記ハウジング内での回転のために取り付けられた略垂直な軸である駆動軸と、
上記フライホイールの重量を少なくとも部分的に支持する永久磁石軸受組立体と
を含み、
上記永久磁石軸受組立体は、上記垂直な軸の周りに中心を合わせて固定した関係で、上記ハウジングの最上部の壁面に取り付けられ、強磁性金属からなる環状のバッキングプレートを含み、このバッキングプレートは、上記ローターの半径以上の半径を有し、上記永久磁石が上記バッキングプレートの下面および磁化材料の隣接する層に磁気的に取り付けられ、
上記駆動軸の上記第1の端部の軸方向の位置決めをして、上記ローターと上記端面との間の隙間ギャップを維持する第1機械軸受組立体と、
上記駆動軸の上記第2の端部と上記ハウジングとの間の相対的な軸方向の動きを許容する第2機械軸受組立体と
を含むことを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項23に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第2のハウジングは、上記第1のハウジングの上に取り外し可能に取り付けられていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項23に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
上記第2のハウジングは、上記第1のハウジングの下に取り外し可能に取り付けられていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。 - 請求項7に記載のエネルギー貯蔵システムにおいて、
磁路は、上記バッキングプレートと上記ローターとの間に設けられていることを特徴とするエネルギー貯蔵システム。
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