JPH08200470A - フライホイール装置 - Google Patents
フライホイール装置Info
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- JPH08200470A JPH08200470A JP7011212A JP1121295A JPH08200470A JP H08200470 A JPH08200470 A JP H08200470A JP 7011212 A JP7011212 A JP 7011212A JP 1121295 A JP1121295 A JP 1121295A JP H08200470 A JPH08200470 A JP H08200470A
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- permanent magnet
- rotating
- rotating shaft
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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
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0493—Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/0436—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
- F16C32/0438—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part with a superconducting body, e.g. a body made of high temperature superconducting material such as YBaCuO
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/08—Structural association with bearings
- H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- 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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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2205/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to casings, enclosures, supports
- H02K2205/03—Machines characterised by thrust bearings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/02—Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 回転軸の固有振動数を高くして、回転軸を高
速回転させることができるフライホイール装置を提供す
る。 【構成】 フライホイール装置は、垂直軸を中心に回転
する回転軸１、回転軸１に固定状に設けられたフライホ
イール２、回転軸１をラジアル方向に非接触支持する上
下２組の４軸制御型ラジアル磁気軸受３、４、および回
転軸１をアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支
持する超伝導軸受５を備えている。ラジアル磁気軸受
３、４の少なくとも１組が、回転軸１を回転駆動する電
動駆動機能を有する。
速回転させることができるフライホイール装置を提供す
る。 【構成】 フライホイール装置は、垂直軸を中心に回転
する回転軸１、回転軸１に固定状に設けられたフライホ
イール２、回転軸１をラジアル方向に非接触支持する上
下２組の４軸制御型ラジアル磁気軸受３、４、および回
転軸１をアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支
持する超伝導軸受５を備えている。ラジアル磁気軸受
３、４の少なくとも１組が、回転軸１を回転駆動する電
動駆動機能を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、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電力貯蔵
装置などに使用されるフライホイール装置に関する。
イールの回転運動エネルギに変換して貯蔵する電力貯蔵
装置などに使用されるフライホイール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のフライホイール装置として、従
来、垂直軸を中心に回転する回転軸、回転軸に固定状に
設けられたフライホイール、回転軸をラジアル方向に非
接触支持する上下２組の４軸制御型ラジアル磁気軸受、
回転軸をラジアル方向およびアキシアル方向に非接触支
持する１組あるいは複数組の超伝導軸受、ならびに回転
軸を回転駆動する発電電動機を備えたものが知られてい
る。超伝導軸受は、たとえば、フライホイールの上向き
あるいは下向きの端面に、複数の環状の永久磁石が、磁
束分布が回転軸心に対して対称になり、かつ回転軸心の
まわりの磁束分布が回転によって変化しないように、同
心状に配置され、固定部分に、超伝導体が、永久磁石の
磁束が所定量侵入する離隔位置であってかつ回転体の回
転によって侵入磁束の分布が変化しない位置に、永久磁
石と回転軸心方向に対向するように配置されているもの
である。そして、永久磁石から発生する磁束を超伝導体
の内部に侵入させて拘束し、その結果、いわゆるピン止
め力により、固定部分に対して回転体をラジアル方向お
よびアキシアル方向に非接触状態で支持するようになっ
ている。
来、垂直軸を中心に回転する回転軸、回転軸に固定状に
設けられたフライホイール、回転軸をラジアル方向に非
接触支持する上下２組の４軸制御型ラジアル磁気軸受、
回転軸をラジアル方向およびアキシアル方向に非接触支
持する１組あるいは複数組の超伝導軸受、ならびに回転
軸を回転駆動する発電電動機を備えたものが知られてい
る。超伝導軸受は、たとえば、フライホイールの上向き
あるいは下向きの端面に、複数の環状の永久磁石が、磁
束分布が回転軸心に対して対称になり、かつ回転軸心の
まわりの磁束分布が回転によって変化しないように、同
心状に配置され、固定部分に、超伝導体が、永久磁石の
磁束が所定量侵入する離隔位置であってかつ回転体の回
転によって侵入磁束の分布が変化しない位置に、永久磁
石と回転軸心方向に対向するように配置されているもの
である。そして、永久磁石から発生する磁束を超伝導体
の内部に侵入させて拘束し、その結果、いわゆるピン止
め力により、固定部分に対して回転体をラジアル方向お
よびアキシアル方向に非接触状態で支持するようになっ
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記のフライホイール
装置では、回転軸のまわりに、２組のラジアル磁気軸受
および超伝導軸受の他に、発電電動機を配置する必要が
あり、その分だけ回転軸が長くなるため、回転軸の固有
振動数が低下し、回転軸を高速回転させることが困難で
あるという問題がある。
装置では、回転軸のまわりに、２組のラジアル磁気軸受
および超伝導軸受の他に、発電電動機を配置する必要が
あり、その分だけ回転軸が長くなるため、回転軸の固有
振動数が低下し、回転軸を高速回転させることが困難で
あるという問題がある。
【０００４】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
回転軸の固有振動数を高くして、回転軸を高速回転させ
ることができるフライホイール装置を提供することにあ
る。
回転軸の固有振動数を高くして、回転軸を高速回転させ
ることができるフライホイール装置を提供することにあ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明によるフライホ
イール装置は、垂直軸を中心に回転する回転軸、上記回
転軸に固定状に設けられたフライホイール、上記回転軸
をラジアル方向に非接触支持する上下２組の４軸制御型
ラジアル磁気軸受、および上記回転軸をアキシアル方向
に非接触支持する非接触アキシアル軸受を備えており、
上記ラジアル磁気軸受の少なくとも１組が、上記回転軸
を回転駆動する電動駆動機能を有することを特徴とする
ものである。
イール装置は、垂直軸を中心に回転する回転軸、上記回
転軸に固定状に設けられたフライホイール、上記回転軸
をラジアル方向に非接触支持する上下２組の４軸制御型
ラジアル磁気軸受、および上記回転軸をアキシアル方向
に非接触支持する非接触アキシアル軸受を備えており、
上記ラジアル磁気軸受の少なくとも１組が、上記回転軸
を回転駆動する電動駆動機能を有することを特徴とする
ものである。
【０００６】たとえば、上記非接触アキシアル軸受が、
上記回転軸に設けられた回転永久磁石および固定部分に
設けられた超伝導体を備えた超伝導軸受であり、上記回
転永久磁石が、磁束分布が上記回転軸の回転軸心に対し
て対称になり、かつ上記回転軸心のまわりの磁束分布が
回転によって変化しないように上記回転軸またはこれと
一体に回転する部分に配置され、上記超伝導体が、回転
永久磁石の磁束が所定量侵入する離隔位置であってかつ
回転体の回転によって侵入磁束の分布が変化しない位置
に、回転永久磁石と対向するように配置されている。
上記回転軸に設けられた回転永久磁石および固定部分に
設けられた超伝導体を備えた超伝導軸受であり、上記回
転永久磁石が、磁束分布が上記回転軸の回転軸心に対し
て対称になり、かつ上記回転軸心のまわりの磁束分布が
回転によって変化しないように上記回転軸またはこれと
一体に回転する部分に配置され、上記超伝導体が、回転
永久磁石の磁束が所定量侵入する離隔位置であってかつ
回転体の回転によって侵入磁束の分布が変化しない位置
に、回転永久磁石と対向するように配置されている。
【０００７】
【作用】ラジアル磁気軸受の少なくとも１組が回転軸を
回転駆動する伝動駆動機能を有するものであるから、電
動機を別に設ける必要がなく、その分だけ回転軸を短く
することができる。そして、回転軸を短くすることによ
り、回転軸の固有振動数が高くなり、高速回転が可能で
ある。
回転駆動する伝動駆動機能を有するものであるから、電
動機を別に設ける必要がなく、その分だけ回転軸を短く
することができる。そして、回転軸を短くすることによ
り、回転軸の固有振動数が高くなり、高速回転が可能で
ある。
【０００８】非接触アキシアル軸受が超伝導軸受である
場合、回転軸の定常回転時に、ラジアル磁気軸受による
回転軸のラジアル方向の支持を行わずに、超伝導軸受だ
けで回転軸をラジアル方向およびアキシアル方向に支持
することができる。
場合、回転軸の定常回転時に、ラジアル磁気軸受による
回転軸のラジアル方向の支持を行わずに、超伝導軸受だ
けで回転軸をラジアル方向およびアキシアル方向に支持
することができる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明を電力貯蔵
装置におけるフライホイール装置に適用した実施例につ
いて説明する。
装置におけるフライホイール装置に適用した実施例につ
いて説明する。
【００１０】図１はフライホイール装置の全体構成を概
略的に示し、図２はその一部を拡大して詳細に示してい
る。
略的に示し、図２はその一部を拡大して詳細に示してい
る。
【００１１】フライホイール装置は、垂直な回転軸(1)
、回転軸(1) に固定されたフライホイール(2) 、回転
軸(1) をラジアル方向に非接触支持する上下２組の４軸
制御型ラジアル磁気軸受(3)(4)、回転軸(1) をアキシア
ル方向（上下方向）およびラジアル方向に非接触支持す
る超伝導軸受（非接触アキシアル軸受）(5) 、ならびに
起動時に回転軸(1) の位置決めを行うための初期位置決
め装置(6) を備えており、これらが複数の部材よりなる
ハウジング（固定部分）(7) で囲まれた真空チャンバ
(8) 内に配置されている。
、回転軸(1) に固定されたフライホイール(2) 、回転
軸(1) をラジアル方向に非接触支持する上下２組の４軸
制御型ラジアル磁気軸受(3)(4)、回転軸(1) をアキシア
ル方向（上下方向）およびラジアル方向に非接触支持す
る超伝導軸受（非接触アキシアル軸受）(5) 、ならびに
起動時に回転軸(1) の位置決めを行うための初期位置決
め装置(6) を備えており、これらが複数の部材よりなる
ハウジング（固定部分）(7) で囲まれた真空チャンバ
(8) 内に配置されている。
【００１２】フライホイール(2) はたとえばアルミニウ
ム合金などの非磁性体により円板状に形成されており、
その外周にＣＦＲＰ（複合繊維強化プラスチック）製の
環状の補強部材(9) が一体状に固定されている。フライ
ホイール(2) は回転軸(1) の上端寄りの部分に同心状に
固定されており、回転軸(1) はハウジング(7) 内の中心
に若干の上下動（アキシアル方向の移動）およびラジア
ル方向の移動ができるように配置されている。
ム合金などの非磁性体により円板状に形成されており、
その外周にＣＦＲＰ（複合繊維強化プラスチック）製の
環状の補強部材(9) が一体状に固定されている。フライ
ホイール(2) は回転軸(1) の上端寄りの部分に同心状に
固定されており、回転軸(1) はハウジング(7) 内の中心
に若干の上下動（アキシアル方向の移動）およびラジア
ル方向の移動ができるように配置されている。
【００１３】超伝導軸受(5) の詳細が図２に示されてい
る。
る。
【００１４】超伝導軸受(5) は、回転軸(1) 側に同心状
に設けられた複数の環状の回転永久磁石(10)、およびこ
れに対向するようにハウジング(7) 側に設けられた環状
の超伝導体(11)を備えている。
に設けられた複数の環状の回転永久磁石(10)、およびこ
れに対向するようにハウジング(7) 側に設けられた環状
の超伝導体(11)を備えている。
【００１５】円板状の非磁性体製回転部材(12)が、フラ
イホイール(2) の下面に密着するように回転軸(1) に固
定されている。回転部材(12)はたとえばアルミニウム合
金、非磁性ステンレス鋼などの非磁性体で円板状に形成
され、その外周に環状のＣＦＲＰ製補強部材(13)が一体
状に固定されている。なお、回転部材(12)そのものをＣ
ＦＲＰ製としてもよい。回転部材(12)の下端面に円形の
仕切り壁(14)で仕切られた複数の環状凹みぞ(15)が同心
状に形成され、各凹みぞ(15)内に回転永久磁石(10)が１
つずつはめられて固定されている。永久磁石(10)の外周
部分は、凹みぞ(15)の外周側の壁あるいは仕切り壁(14)
の内周部分に圧入されている。永久磁石(10)の内周部分
は仕切り壁(14)あるいは凹みぞ(15)の内周側の壁の外周
部分にゆるくはめ合わされ、これらの間にはほとんど隙
間がないかあるいはわずかな隙間があけられている。永
久磁石(10)は軸方向の両端に磁極を有し、各永久磁石(1
0)の同一端の磁極が互いに同じ極性を有するように配置
されている。すなわち、この実施例では、各永久磁石(1
0)の下端側がＮ極で上端側がＳ極となっている。永久磁
石(10)は環状をなし、回転軸(1) の回転軸心に対して同
心状に配置されているので、永久磁石(10)の磁束分布が
回転軸心に対して対称になり、かつ回転軸心の周囲の磁
束分布が回転によって変化しないようになっている。
イホイール(2) の下面に密着するように回転軸(1) に固
定されている。回転部材(12)はたとえばアルミニウム合
金、非磁性ステンレス鋼などの非磁性体で円板状に形成
され、その外周に環状のＣＦＲＰ製補強部材(13)が一体
状に固定されている。なお、回転部材(12)そのものをＣ
ＦＲＰ製としてもよい。回転部材(12)の下端面に円形の
仕切り壁(14)で仕切られた複数の環状凹みぞ(15)が同心
状に形成され、各凹みぞ(15)内に回転永久磁石(10)が１
つずつはめられて固定されている。永久磁石(10)の外周
部分は、凹みぞ(15)の外周側の壁あるいは仕切り壁(14)
の内周部分に圧入されている。永久磁石(10)の内周部分
は仕切り壁(14)あるいは凹みぞ(15)の内周側の壁の外周
部分にゆるくはめ合わされ、これらの間にはほとんど隙
間がないかあるいはわずかな隙間があけられている。永
久磁石(10)は軸方向の両端に磁極を有し、各永久磁石(1
0)の同一端の磁極が互いに同じ極性を有するように配置
されている。すなわち、この実施例では、各永久磁石(1
0)の下端側がＮ極で上端側がＳ極となっている。永久磁
石(10)は環状をなし、回転軸(1) の回転軸心に対して同
心状に配置されているので、永久磁石(10)の磁束分布が
回転軸心に対して対称になり、かつ回転軸心の周囲の磁
束分布が回転によって変化しないようになっている。
【００１６】環状の冷却ケース(16)が、回転部材(12)の
下面に所定の間隔をおいて対向するようにハウジング
(7) に固定されている。冷却ケース(16)はたとえば銅合
金、非磁性ステンレス鋼などの非磁性体からなり、その
中の空間に環状の超伝導体(11)が固定状に配置されてい
る。図示は省略したが、冷却ケース(16)内の空間は冷却
流体供給管および同排出管を介して冷却装置に接続され
ており、この冷却装置により、たとえば液体窒素などの
冷却流体が供給管、冷却ケース(16)内の空間および排出
管を介して循環させられ、これによって超伝導体(11)が
冷却されるようになっている。超伝導体(11)は第２種超
伝導体であり、イットリウム系高温超伝導体、たとえば
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ7-x からなるバルクの内部に常伝導体
（Ｙ２Ｂａ１Ｃｕ１）を均一に混在させたものからな
り、第２種超伝導状態が出現する温度環境下において、
永久磁石(10)から発せられる磁束を内部に拘束する性質
を持つものである。そして、超伝導体(11)は、永久磁石
(10)の磁束が所定量侵入する離隔位置であってかつ回転
軸(1) の回転によって侵入磁束の分布が変化しない位置
に、永久磁石(10)と対向するように配置されている。
下面に所定の間隔をおいて対向するようにハウジング
(7) に固定されている。冷却ケース(16)はたとえば銅合
金、非磁性ステンレス鋼などの非磁性体からなり、その
中の空間に環状の超伝導体(11)が固定状に配置されてい
る。図示は省略したが、冷却ケース(16)内の空間は冷却
流体供給管および同排出管を介して冷却装置に接続され
ており、この冷却装置により、たとえば液体窒素などの
冷却流体が供給管、冷却ケース(16)内の空間および排出
管を介して循環させられ、これによって超伝導体(11)が
冷却されるようになっている。超伝導体(11)は第２種超
伝導体であり、イットリウム系高温超伝導体、たとえば
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ7-x からなるバルクの内部に常伝導体
（Ｙ２Ｂａ１Ｃｕ１）を均一に混在させたものからな
り、第２種超伝導状態が出現する温度環境下において、
永久磁石(10)から発せられる磁束を内部に拘束する性質
を持つものである。そして、超伝導体(11)は、永久磁石
(10)の磁束が所定量侵入する離隔位置であってかつ回転
軸(1) の回転によって侵入磁束の分布が変化しない位置
に、永久磁石(10)と対向するように配置されている。
【００１７】各ラジアル磁気軸受(3)(4)は、詳細な図示
は省略したが、回転軸(1) を互いに直交する２つのラジ
アル方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）の両側から吸引して同
方向の回転軸(1) の位置を制御するための電磁石、なら
びに回転軸(1) のＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する
ための変位センサを備えており、これらが図示しない磁
気軸受制御装置に接続されている。そして、磁気軸受制
御装置により、変位センサの出力に基づいて電磁石の電
流値すなわち吸引力が制御され、その結果、回転軸(1)
のラジアル方向の位置が制御されるようになっている。
なお、ラジアル磁気軸受装置およびその制御装置自体は
公知のものであるから、詳細な説明は省略する。ラジア
ル磁気軸受(3)(4)の少なくとも１組は、上記の回転軸
(1) の位置制御機能の他に、回転軸(1) を回転駆動する
電動駆動機能を有するものである。この実施例では、下
部ラジアル磁気軸受(4) が電動駆動機能を有するものと
なっている。電動駆動機能を有する４軸制御型ラジアル
磁気軸受は、浮上回転モータあるいはベアリングレス・
モータなどとして公知のものであるから、詳細な説明は
省略する。
は省略したが、回転軸(1) を互いに直交する２つのラジ
アル方向（Ｘ軸およびＹ軸方向）の両側から吸引して同
方向の回転軸(1) の位置を制御するための電磁石、なら
びに回転軸(1) のＸ軸およびＹ軸方向の変位を検出する
ための変位センサを備えており、これらが図示しない磁
気軸受制御装置に接続されている。そして、磁気軸受制
御装置により、変位センサの出力に基づいて電磁石の電
流値すなわち吸引力が制御され、その結果、回転軸(1)
のラジアル方向の位置が制御されるようになっている。
なお、ラジアル磁気軸受装置およびその制御装置自体は
公知のものであるから、詳細な説明は省略する。ラジア
ル磁気軸受(3)(4)の少なくとも１組は、上記の回転軸
(1) の位置制御機能の他に、回転軸(1) を回転駆動する
電動駆動機能を有するものである。この実施例では、下
部ラジアル磁気軸受(4) が電動駆動機能を有するものと
なっている。電動駆動機能を有する４軸制御型ラジアル
磁気軸受は、浮上回転モータあるいはベアリングレス・
モータなどとして公知のものであるから、詳細な説明は
省略する。
【００１８】初期位置決め装置(6) は、詳細な図示は省
略したが、回転軸(1) の下方のハウジング(7) の部分を
昇降する昇降体を備え、回転軸(1) を所定の位置まで持
上げるようになっている。
略したが、回転軸(1) の下方のハウジング(7) の部分を
昇降する昇降体を備え、回転軸(1) を所定の位置まで持
上げるようになっている。
【００１９】ハウジング(7) の上部および下部に、非常
時に回転軸(1) の上下両端寄りの部分を支持する転がり
軸受からなるタッチダウン軸受(17)(18)が設けられてい
る。
時に回転軸(1) の上下両端寄りの部分を支持する転がり
軸受からなるタッチダウン軸受(17)(18)が設けられてい
る。
【００２０】回転軸(1) の回転を開始する際には、ま
ず、真空チャンバ(8) 内を真空状態にし、初期位置決め
装置(6) により、停止状態の回転軸(1) を所定の位置ま
で持上げて、回転軸(1) のアキシアル方向の初期位置決
めを行う。また、下部磁気軸受(4) の電動駆動機能は停
止させた状態で、上下の磁気軸受(3)(4)の位置制御機能
だけを作動させて、回転軸(1) のラジアル方向の初期位
置決めを行う。そして、冷却装置により超伝導軸受(5)
の冷却ケース(16)内に冷却流体を循環させ、超伝導体(1
1)を冷却して第２種超伝導状態に保持する。すると、永
久磁石(10)から発せられる磁束の多くが超伝導体(11)の
内部に侵入して拘束されることになる（ピンニング現
象）。ここで、超伝導体(11)はその内部に常伝導体粒子
が均一に混在されているため、超伝導体(11)内部への侵
入磁束の分布が一定となり、そのため、超伝導体(11)に
対して永久磁石(10)とともに回転軸(1) が拘束される。
したがって、回転軸(1) は、きわめて安定した状態で、
アキシアル方向およびラジアル方向に支持されることに
なる。このとき、超伝導体(11)に侵入した磁束は、磁束
分布が回転軸心に対して均一で不変である限り、回転を
妨げる抵抗とはならない。このように超伝導軸受(5) お
よび磁気軸受(3)(4)によって回転軸(1) が支持されたな
らば、初期位置決め装置(6) による回転軸(1) の支持を
なくす。初期位置決め装置(6) による支持がなくなる
と、回転軸(1) は自重により若干下降するが、自重によ
る下向きの力と超伝導軸受(5) のアキシアル方向の支持
力とが釣合う位置に停止する。これにより、回転軸(1)
は、超伝導軸受(5) と磁気軸受(3)(4)とで非接触支持さ
れたことになる。回転軸(1) が非接触支持されたなら
ば、下部ラジアル磁気軸受(4) の電動駆動機能を作動さ
せて、回転軸(1) を回転させ、運転回転領域まで加速す
る。回転軸(1) が運転回転領域に達するまでの間に共振
が発生しても、磁気軸受(3)(4)によりふれの発生が防止
される。回転軸(1) が運転回転領域に達したならば、所
定の回転数に保持され、磁気軸受(3)(4)の位置制御機能
が停止させられて、磁気軸受(3)(4)によるラジアル方向
の支持がなくなる。磁気軸受(3)(4)によるラジアル方向
の支持がなくなっても、回転軸(1) は、超伝導軸受(5)
の超伝導体(11)に侵入した磁束のピン止め力によってア
キシアル方向およびラジアル方向に支持され、安定した
回転を継続する。そして、回転軸(1)が運転回転領域で
回転している間に、電気エネルギが回転運動エネルギに
変換されてフライホイール(2) に貯蔵される。
ず、真空チャンバ(8) 内を真空状態にし、初期位置決め
装置(6) により、停止状態の回転軸(1) を所定の位置ま
で持上げて、回転軸(1) のアキシアル方向の初期位置決
めを行う。また、下部磁気軸受(4) の電動駆動機能は停
止させた状態で、上下の磁気軸受(3)(4)の位置制御機能
だけを作動させて、回転軸(1) のラジアル方向の初期位
置決めを行う。そして、冷却装置により超伝導軸受(5)
の冷却ケース(16)内に冷却流体を循環させ、超伝導体(1
1)を冷却して第２種超伝導状態に保持する。すると、永
久磁石(10)から発せられる磁束の多くが超伝導体(11)の
内部に侵入して拘束されることになる（ピンニング現
象）。ここで、超伝導体(11)はその内部に常伝導体粒子
が均一に混在されているため、超伝導体(11)内部への侵
入磁束の分布が一定となり、そのため、超伝導体(11)に
対して永久磁石(10)とともに回転軸(1) が拘束される。
したがって、回転軸(1) は、きわめて安定した状態で、
アキシアル方向およびラジアル方向に支持されることに
なる。このとき、超伝導体(11)に侵入した磁束は、磁束
分布が回転軸心に対して均一で不変である限り、回転を
妨げる抵抗とはならない。このように超伝導軸受(5) お
よび磁気軸受(3)(4)によって回転軸(1) が支持されたな
らば、初期位置決め装置(6) による回転軸(1) の支持を
なくす。初期位置決め装置(6) による支持がなくなる
と、回転軸(1) は自重により若干下降するが、自重によ
る下向きの力と超伝導軸受(5) のアキシアル方向の支持
力とが釣合う位置に停止する。これにより、回転軸(1)
は、超伝導軸受(5) と磁気軸受(3)(4)とで非接触支持さ
れたことになる。回転軸(1) が非接触支持されたなら
ば、下部ラジアル磁気軸受(4) の電動駆動機能を作動さ
せて、回転軸(1) を回転させ、運転回転領域まで加速す
る。回転軸(1) が運転回転領域に達するまでの間に共振
が発生しても、磁気軸受(3)(4)によりふれの発生が防止
される。回転軸(1) が運転回転領域に達したならば、所
定の回転数に保持され、磁気軸受(3)(4)の位置制御機能
が停止させられて、磁気軸受(3)(4)によるラジアル方向
の支持がなくなる。磁気軸受(3)(4)によるラジアル方向
の支持がなくなっても、回転軸(1) は、超伝導軸受(5)
の超伝導体(11)に侵入した磁束のピン止め力によってア
キシアル方向およびラジアル方向に支持され、安定した
回転を継続する。そして、回転軸(1)が運転回転領域で
回転している間に、電気エネルギが回転運動エネルギに
変換されてフライホイール(2) に貯蔵される。
【００２１】回転軸(1) が運転回転領域で回転している
ときに停電が発生した場合、下部磁気軸受(4) の電動駆
動機能は停止するが、フライホイール(2) により、回転
軸(1) 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、下部磁気軸受(4) が発電機として作動
し、フライホイール(2) に貯蔵されていた回転運動エネ
ルギが電気エネルギとして取出され、図示しない蓄電池
に蓄えられる。蓄電池に蓄えられた電力は、図示しない
外部の電力消費財および超伝導軸受(5) の冷却装置に送
られ、電力消費財および超伝導軸受(5) が作動を継続す
る。蓄電池に蓄えられた電力の一部は磁気軸受制御装置
に送られ、これにより磁気軸受装置(3)(4)の位置制御機
能が作動させられる。そして、フライホイール(2) に蓄
えられていた回転運動エネルギが減少して回転軸(1) が
停止するまでの間、回転軸(1) は超伝導軸受(5) および
磁気軸受(3)(4)によって非接触状態で支持され、共振点
で生じる回転軸(1) のふれは、上記の起動時と同様に、
磁気軸受(3)(4)によって減少させられる。
ときに停電が発生した場合、下部磁気軸受(4) の電動駆
動機能は停止するが、フライホイール(2) により、回転
軸(1) 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、下部磁気軸受(4) が発電機として作動
し、フライホイール(2) に貯蔵されていた回転運動エネ
ルギが電気エネルギとして取出され、図示しない蓄電池
に蓄えられる。蓄電池に蓄えられた電力は、図示しない
外部の電力消費財および超伝導軸受(5) の冷却装置に送
られ、電力消費財および超伝導軸受(5) が作動を継続す
る。蓄電池に蓄えられた電力の一部は磁気軸受制御装置
に送られ、これにより磁気軸受装置(3)(4)の位置制御機
能が作動させられる。そして、フライホイール(2) に蓄
えられていた回転運動エネルギが減少して回転軸(1) が
停止するまでの間、回転軸(1) は超伝導軸受(5) および
磁気軸受(3)(4)によって非接触状態で支持され、共振点
で生じる回転軸(1) のふれは、上記の起動時と同様に、
磁気軸受(3)(4)によって減少させられる。
【００２２】停電時以外でも、下部磁気軸受(4) の電動
駆動機能を停止させると、停電の場合と同様に、フライ
ホイール(2) に貯蔵されていた回転運動エネルギを電気
エネルギとして取出すことができる。
駆動機能を停止させると、停電の場合と同様に、フライ
ホイール(2) に貯蔵されていた回転運動エネルギを電気
エネルギとして取出すことができる。
【００２３】上記のフライホイール装置において、フラ
イホイール(2) の外周に固定されている補強部材(9) を
構成するＣＦＲＰは、軽量でヤング率が大きい。そし
て、軽量であることより、高速回転時に補強部材(9) に
作用する遠心力が小さく、しかもヤング率が大きいこと
より、遠心力による補強部材(9) の変形（遠心膨張）も
小さい。このため、補強部材(9) の内側にはめられてい
るフライホイール(2) の遠心膨張も小さく抑えられ、フ
ライホイール(2) の遠心破壊が防止される。超伝導軸受
(5) の回転部材(12)についても同様である。そして、回
転部材(12)の環状凹みぞ(15)に永久磁石(10)が１つずつ
組込まれて、各永久磁石(10)が遠心膨張の小さい回転部
材(12)の壁あるいは仕切り壁(14)の内周部分にそれぞれ
圧入されているので、しめ代を小さくすることができ
て、永久磁石(10)の寸法管理および組立が容易であり、
しかも永久磁石(10)の遠心膨張が小さく抑えられて、永
久磁石(10)の遠心破壊が防止される。
イホイール(2) の外周に固定されている補強部材(9) を
構成するＣＦＲＰは、軽量でヤング率が大きい。そし
て、軽量であることより、高速回転時に補強部材(9) に
作用する遠心力が小さく、しかもヤング率が大きいこと
より、遠心力による補強部材(9) の変形（遠心膨張）も
小さい。このため、補強部材(9) の内側にはめられてい
るフライホイール(2) の遠心膨張も小さく抑えられ、フ
ライホイール(2) の遠心破壊が防止される。超伝導軸受
(5) の回転部材(12)についても同様である。そして、回
転部材(12)の環状凹みぞ(15)に永久磁石(10)が１つずつ
組込まれて、各永久磁石(10)が遠心膨張の小さい回転部
材(12)の壁あるいは仕切り壁(14)の内周部分にそれぞれ
圧入されているので、しめ代を小さくすることができ
て、永久磁石(10)の寸法管理および組立が容易であり、
しかも永久磁石(10)の遠心膨張が小さく抑えられて、永
久磁石(10)の遠心破壊が防止される。
【００２４】回転軸(1) をアキシアル方向に非接触支持
する非接触アキシアル軸受として、上記実施例では超伝
導軸受(5) が使用されているが、回転軸(1) 側とハウジ
ング(7) 側に設けられた永久磁石の磁気反発力によって
回転軸(1) をアキシアル方向に非接触支持する永久磁石
軸受など、他の形式の軸受が使用されてもよい。
する非接触アキシアル軸受として、上記実施例では超伝
導軸受(5) が使用されているが、回転軸(1) 側とハウジ
ング(7) 側に設けられた永久磁石の磁気反発力によって
回転軸(1) をアキシアル方向に非接触支持する永久磁石
軸受など、他の形式の軸受が使用されてもよい。
【００２５】
【発明の効果】この発明のフライホイール装置によれ
ば、上述のように、回転軸を短くして、回転軸の固有振
動数を高くすることができ、したがって、高速回転が可
能になる。
ば、上述のように、回転軸を短くして、回転軸の固有振
動数を高くすることができ、したがって、高速回転が可
能になる。
【００２６】非接触アキシアル軸受が超伝導軸受である
ことにより、回転軸の定常回転時に、ラジアル磁気軸受
による回転軸のラジアル方向の支持を行わずに、超伝導
軸受だけで回転軸をラジアル方向およびアキシアル方向
に支持することができる。
ことにより、回転軸の定常回転時に、ラジアル磁気軸受
による回転軸のラジアル方向の支持を行わずに、超伝導
軸受だけで回転軸をラジアル方向およびアキシアル方向
に支持することができる。
【図１】この発明の実施例を示すフライホイール装置の
概略縦断面図である。
概略縦断面図である。
【図２】図１の超伝導軸受の部分の拡大縦断面図であ
る。
る。
(1) 回転軸 (2) フライホイール (3)(4) ４軸制御型ラジアル磁気軸受 (5) 超伝導軸受（非接触アキシアル軸
受） (7) ハウジング（固定部分） (10) 回転永久磁石 (11) 超伝導体
受） (7) ハウジング（固定部分） (10) 回転永久磁石 (11) 超伝導体
Claims (2)
- 【請求項１】垂直軸を中心に回転する回転軸、上記回転
軸に固定状に設けられたフライホイール、上記回転軸を
ラジアル方向に非接触支持する上下２組の４軸制御型ラ
ジアル磁気軸受、および上記回転軸をアキシアル方向に
非接触支持する非接触アキシアル軸受を備えており、上
記ラジアル磁気軸受の少なくとも１組が、上記回転軸を
回転駆動する電動駆動機能を有することを特徴とするフ
ライホイール装置。 - 【請求項２】上記非接触アキシアル軸受が、上記回転軸
に設けられた回転永久磁石および固定部分に設けられた
超伝導体を備えた超伝導軸受であり、上記回転永久磁石
が、磁束分布が上記回転軸の回転軸心に対して対称にな
り、かつ上記回転軸心のまわりの磁束分布が回転によっ
て変化しないように上記回転軸またはこれと一体に回転
する部分に配置され、上記超伝導体が、回転永久磁石の
磁束が所定量侵入する離隔位置であってかつ回転体の回
転によって侵入磁束の分布が変化しない位置に、回転永
久磁石と対向するように配置されていることを特徴とす
る請求項１のフライホイール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01121295A JP3577559B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | フライホイール装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01121295A JP3577559B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | フライホイール装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08200470A true JPH08200470A (ja) | 1996-08-06 |
| JP3577559B2 JP3577559B2 (ja) | 2004-10-13 |
Family
ID=11771691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01121295A Expired - Fee Related JP3577559B2 (ja) | 1995-01-27 | 1995-01-27 | フライホイール装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3577559B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006028065A1 (ja) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Six One Kaihatukikou Co., Ltd. | エネルギー貯蔵装置に使用する回転体、回転体の製造方法及びエネルギー貯蔵装置 |
| CN106838003A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-13 | 东南大学 | 一种带摆式油膜阻尼器的永磁轴承 |
| JP2020034161A (ja) * | 2019-11-06 | 2020-03-05 | 株式会社 エマージー | 回転体の軸部接続構造及び回転装置 |
| US12098748B2 (en) | 2018-10-22 | 2024-09-24 | Wattsup Power A/S | Magnetic bearings for flywheel rotor levitation with radial stabilization |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9515531B2 (en) * | 2011-12-23 | 2016-12-06 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of National Aeronautics And Space Administration | Bearingless flywheel systems, winding and control schemes, and sensorless control |
-
1995
- 1995-01-27 JP JP01121295A patent/JP3577559B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006028065A1 (ja) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Six One Kaihatukikou Co., Ltd. | エネルギー貯蔵装置に使用する回転体、回転体の製造方法及びエネルギー貯蔵装置 |
| US7977837B2 (en) | 2004-09-06 | 2011-07-12 | Six One Kaihatsukikou Co., Ltd. | Rotary body used for energy storage apparatus, method of manufacturing rotary body, and energy storage apparatus |
| CN106838003A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-06-13 | 东南大学 | 一种带摆式油膜阻尼器的永磁轴承 |
| US12098748B2 (en) | 2018-10-22 | 2024-09-24 | Wattsup Power A/S | Magnetic bearings for flywheel rotor levitation with radial stabilization |
| JP2020034161A (ja) * | 2019-11-06 | 2020-03-05 | 株式会社 エマージー | 回転体の軸部接続構造及び回転装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3577559B2 (ja) | 2004-10-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A521 | Written amendment |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040302 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040427 |
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