JPH07322533A - フライホイール電源装置 - Google Patents

フライホイール電源装置

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JPH07322533A
JPH07322533A JP13810694A JP13810694A JPH07322533A JP H07322533 A JPH07322533 A JP H07322533A JP 13810694 A JP13810694 A JP 13810694A JP 13810694 A JP13810694 A JP 13810694A JP H07322533 A JPH07322533 A JP H07322533A
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flywheel
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center
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Kazuhiko Tanaka
一彦 田中
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 厳密な水平出し作業が不要で、且つ、地震な
どの横揺れにも強いフライホイール電源装置を提供す
る。 【構成】 ケーシング1に設けた軸受にフライホイール
2の回転軸8を支承させ、該ケーシング1内でフライホ
イール2を回転させることにより電気エネルギを運動エ
ネルギに変換して蓄え、必要時にフライホイール2の運
動エネルギを電気エネルギに再変換するようにしたフラ
イホイール電源装置において、前記回転軸8下端の回転
支点5と重心Gの位置が一致するようにフライホイール
2のバランスを設定する。そうすることにより回転軸8
が鉛直線に対して傾いていてもフライホイール2の重心
Gの位置と回転支点5との水平距離の差が常に零である
からフライホイール2の歳差運動が起こらない。その結
果、前記電源装置は、設置時の水平出し作業が不要で、
しかも、地震などの横揺れにも強くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フライホイールを高速
回転させて運動エネルギーを蓄え、停電など必要時にフ
ライホイールの運動エネルギーを電気エネルギーに再変
換するようにしたフライホイール電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のフライホイール電源装置として、
例えば特開昭60−141144号がある。このフライ
ホイール電源装置を図3により説明する。フライホイー
ルAは独楽型の形態であって中心を上下に貫くように回
転軸Bを有し、該回転軸BがケーシングCに設けた上下
の軸受D,Eで回転自在に支承されている。フライホイ
ールAには下側に回転軸Bを中心とした円形凹部Fが形
成されていて、該円形凹部Fの内周面に永久磁石Rが配
設されている。一方、ケーシングCの底壁Hには、前記
フライホイールAの円形凹部F内に永久磁石Rと対向す
るように固定子Jが設置されている。この固定子Jは鉄
心KとコイルLの組み合わせ構造である。また、ケーシ
ングCの内部はゲッターMの作用で高真空に保たれてい
る。
【0003】而して、外部電源より固定子JのコイルL
に電圧が印加されると、電動機と同じ原理でフライホイ
ールAに回転力が発生して高速回転し、電気エネルギー
が運動エネルギーに変換されて蓄えられる。そして、停
電などでコイルLへの電力供給が途絶えると、発電機と
同じ原理によりフライホイールAの運動エネルギーが電
気エネルギーに再変換されて外部の負荷に供給される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】現在、落雷などに起因
する瞬停対策の主流は、バッテリータイプの電源装置で
ある。しかし、バッテリータイプの電源装置は、処分が
難しい有害物質を使用しているため、近い将来、環境汚
染が深刻な問題になる。これに対してフライホイール電
源装置は、金属部品を機械的に組み合わせた構造である
から、寿命が尽きれば各部品を溶かしてリサイクルする
ことが可能で、使用後の処分が極めて容易である。それ
故、バッテリータイプの電源装置に替わってフライホイ
ール電源装置が瞬停対策の主流になるものと期待されて
いた。
【0005】ところが、多くの期待に反し、フライホイ
ール電源装置の普及率が低迷している。その原因として
バッテリータイプに比べて割高であることがあるが、そ
れ以外にもフライホイール電源装置の設置条件の厳しさ
が考えられる。すなわち、設置場所が厳密に水平でない
と、独楽の原理でフライホイールが歳差運動(回転軸下
端の回転支点を中心として回転軸の上端が弧を描きなが
ら振れる運動)をおこし、回転抵抗が増加して著しい性
能低下をきたすのである。従って、設置するに際して綿
密な水平出し作業を行わなければならない煩わしさがあ
る。このような水平出し作業は、フライホイール電源装
置のメンテナンスや設置場所を移動する度に必ず行わな
ければならないから非常に厄介である。
【0006】また、上記に関連して従来のフライホイー
ル電源装置は、横揺れに弱く非常用の電源装置として致
命的な問題点もある。すなわち、前記のようにフライホ
イールの回転軸が傾くと歳差運動が起こるのであるか
ら、地震などの横揺れで回転軸が傾けばすぐさま性能低
下をおこし、実用レベルで使用不能に陥ってしまう。フ
ライホイール電源装置は、例えばエレベーターの非常用
補助電源としての用途も期待されているが、地震発生と
同時に使用不能になるのでは補助電源としての利用価値
がない。
【0007】本発明は、上記に鑑みなされたもので、厳
密な水平出し作業が不要で、且つ、地震などの横揺れに
も強いフライホイール電源装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、図1に示すように、ケーシングに設けた軸
受にフライホイールの回転軸を支承させ、該ケーシング
内でフライホイールを高速回転させることにより電気エ
ネルギーを運動エネルギーに変換して蓄え、必要時にフ
ライホイールの運動エネルギーを電気エネルギーに再変
換するようにしたフライホイール電源装置において、回
転軸下端の回転支点と重心位置が一致するようにフライ
ホイールのバランスを設定してなるフライホイール電源
装置を提供する。
【0009】
【作用】回転軸下端の回転支点と重心位置が一致するよ
うにフライホイールのバランスを設定すれば、回転軸が
鉛直線に対して傾いていてもフライホイールの重心位置
と回転支点との水平距離の差は常に零である。フライホ
イールの歳差運動は、回転軸が鉛直線に対して傾いてい
る状態で、フライホイールの重心位置と回転軸下端の回
転支点との水平距離の差によって発生するのであるか
ら、その水平距離が零であれば歳差運動は起こらない。
従って、フライホイール電源装置を設置するための水平
出し作業が不要になる。また、回転軸が傾いても歳差運
動が発生しないから、横揺れにも格段に強くなり、地震
などの緊急時にも確実に作動する。
【0010】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面を参照しつつ説
明する。なお、図1はフライホイール電源装置の縦断面
図、図2は上部のタッチダウン軸受を示す拡大断面図で
ある。
【0011】フライホイール電源装置は、密閉されたケ
ーシング1とフライホイール2の組み合わせ構造であ
る。ケーシング1には、底壁3上に固設した固定子4の
中心部にピボット軸受5を設け、天井部6の中心下面に
タッチダウン軸受7を設けてなる。一方、フライホイー
ル2は、中心に回転軸8を有すると共に下面に円形凹部
9を形成した独楽型の形態であって、前記ケーシング1
のピボット軸受5とタッチダウン軸受7で回転自在に支
承される。
【0012】前記ピボット軸受5は、フライホイール2
の回転支点となるもので、潤滑油で回転軸8下端を僅か
に浮上させるようにした公知のものである。また、タッ
チダウン軸受7は、図2に示したように、フライホイー
ル2の上部に凹状の受孔10を形成し、ケーシング1に
回転自在な短軸11を設け、該ケーシング1の短軸11
をフライホイール2の受孔10に遊嵌した所謂外転形で
あり、従来の内転形のタッチダウン軸受D(図3参照)
に対して軸と受孔の関係を逆転させてある。このように
タッチダウン軸受7を外転形にすることでフライホイー
ル2の回転抵抗を小さくすることができる。すなわち、
外転形のタッチダウン軸受7は、フライホイール2の上
部が振れて受孔10が短軸11に接触した場合、フライ
ホイール2に、受孔10が短軸11から離れる方向の力
が作用するため接触圧が小さくて済み、すぐさま正常の
無接触状態に復帰する。これに対して、従来の内転形の
タッチダウン軸受Dは、力の作用方向が外転形のタッチ
ダウン軸受7と反対になるから、フライホイールA側の
回転軸B(図3参照)がケーシングC側の受孔N(図3
参照)に接触するとそのままの状態を維持する力が作用
し、なかなか正常の無接触状態に復帰できず、それだけ
回転抵抗が大きくなるのである。
【0013】前記固定子4は、中央の基台部12の周り
に設けた鉄心13とコイル14の組み合わせ構造であ
り、前記ピボット軸受5が基台部12のほぼ中心部にあ
る。なお、基台部12の中央下端にはケーシング1内を
高真空に保持するためのゲッター15と、該ゲッター1
5を囲う半球状のカバー体16が設けられている。この
カバー体16は、内周面をメッキ処理して反射板として
機能させ、外部への熱の放射を防止するようにしてあ
る。こうすることにより、ゲッター15を約450℃に
保持することが容易になり、省エネ効果が高まる。ま
た、カバー体16の外に熱が放射されないため、ピボッ
ト軸受5の近くにゲッター15を配置しても潤滑油に悪
影響を与えるおそれがなく、従って、従来のようにゲッ
ター15を別室に設けるなど、フライホイール2とゲッ
ター15を離す必要がなくなるからフライホイール電源
装置をコンパクトにすることができる。
【0014】フライホイール2は、鉄心17をエンドリ
ング18,18で挟んだ構造体であるかご型回転子19
を円形凹部9の内周に設けてなる。このフライホイール
2は、かご型回転子19を設けた状態で重心Gが回転軸
8下端の回転支点(ピボット軸受5)に位置するように
バランスが設定されている。
【0015】フライホイール電源装置は以上のように構
成されているため、外部電源から固定子4のコイル14
に電圧が印加されると、電動機と同じ原理でかご型回転
子19に回転力が作用してフライホイール2が約10,
000rpmで高速回転し、電気エネルギーが運動エネ
ルギーに変換されて蓄えられる。そして、停電などでコ
イル14への電力供給が途絶えると、今度は発電機と同
じ原理によりフライホイール2の運動エネルギーが電気
エネルギーに再変換されて外部の負荷に供給される。な
お、外部電源から再び固定子4のコイル14に電圧が印
加されると、電動機の原理に戻ってフライホイール2が
前記高速回転状態に復帰する。
【0016】而して、本発明のフライホイール電源装置
は、回転軸8下端の回転支点(ピボット軸受5)上に重
心Gが位置するようにフライホイール2のバランスを設
定したものであって、もし設置状態で回転軸8が鉛直線
に対して傾いていても、フライホイール2の重心Gと回
転支点との水平距離の差は零である。フライホイール2
の歳差運動は、回転軸8が鉛直線に対して傾いている状
態で、フライホイール2の重心Gと回転軸8下端の回転
支点との水平距離の差によって発生するのであるから、
その水平距離の差が元々なければ歳差運動は起こらな
い。
【0017】その他、本発明のフライホイール電源装置
は、フライホイール2の振れ止めを目的としたダンパー
20がタッチダウン軸受7の周囲に設けられている。こ
のダンパー20は、ドーナツ板形状にしたフェライト磁
石21の内外周に銅リング22を嵌めた構造であって、
もしフライホイール2が重心Gを中心にして僅かながら
振動を始めたとすると、上部のフェライト磁石21から
出る磁力線が銅リング22と交差して該銅リング22に
渦電流を生ぜしめ、その渦電流により生ずる力がフライ
ホイール2の振動を抑制する向きに作用するのである。
【0018】
【発明の効果】以上のように本発明のフライホイール電
源装置は、回転軸下端の回転支点と重心位置が一致する
ようにフライホイールのバランスを設定したため、回転
軸が鉛直線に対して傾いていてもフライホイールの重心
位置と回転支点との水平距離の差が常に零であって、有
害なフライホイールの歳差運動が殆ど起こらない。従っ
て、フライホイール電源装置を設置するための水平出し
作業が不要になり、新規の設置や設備の移動が簡単に行
える。また、歳差運動が起こらないことで横揺れにも格
段に強くなり、地震などの緊急時にも確実に作動する、
などフライホイール電源装置の普及を促進させるに十分
な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 フライホイール電源装置の縦断面図である。
【図2】 上部のタッチダウン軸受を示す拡大断面図で
ある。
【図3】 従来技術を示すフライホイール電源装置の縦
断面図である。
【符号の説明】
1 …ケーシング 2 …フライホイール 8 …回転軸 5 …ピボット軸受(回転支点) G …重心
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02K 17/12 Z

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ケーシングに設けた軸受にフライホイー
    ルの回転軸を支承させ、該ケーシング内でフライホイー
    ルを高速回転させることにより電気エネルギーを運動エ
    ネルギーに変換して蓄え、必要時にフライホイールの運
    動エネルギーを電気エネルギーに再変換するようにした
    フライホイール電源装置において、 前記回転軸下端の回転支点と重心位置が一致するように
    フライホイールのバランスを設定してなることを特徴と
    するフライホイール電源装置。
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