JPH09303485A - フライホイール - Google Patents

フライホイール

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JPH09303485A
JPH09303485A JP11894396A JP11894396A JPH09303485A JP H09303485 A JPH09303485 A JP H09303485A JP 11894396 A JP11894396 A JP 11894396A JP 11894396 A JP11894396 A JP 11894396A JP H09303485 A JPH09303485 A JP H09303485A
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JP
Japan
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ring
hub
flywheel
peripheral side
outer peripheral
Prior art date
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Pending
Application number
JP11894396A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Nagaya
重夫 長屋
Masaharu Minami
正晴 南
Hisashi Sekimoto
恒 関本
Kazuyuki Sasaki
一之 佐々木
Yutaka Kawashima
裕 河島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chubu Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Chubu Electric Power Co Inc
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09303485A publication Critical patent/JPH09303485A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Landscapes

  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材、高強度プラスチック材(FRP材)
の何れからなるフライホイールであっても、高速回転が
達成でき、高い蓄積エネルギ密度を有し、かつ構造が簡
単で低コストのフライホイールを提供する。 【解決手段】 半径方向に多層に積層された外周側のリ
ングの内周と回転軸の外周に固着されたボスの外周とを
ハブにより結合してなるフライホイールにおいて、上記
リングは、最外周側のリングが最も高剛性を有し内周側
になるに従がい剛性が小さくなるように構成され、上記
ハブは、上記リングとの接合部近傍が屈曲された部分球
殻状に形成されてなり、高剛性リングのたが絞め作用に
よりリングの応力を低減するとともに、ハブを柔構造と
することにより、リングと確実に接合せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力貯蔵用、原動機
用等に使用されるフライホイールの構造、特に外周リン
グの構造及びこれとハブとの結合構造に関する。
【0002】
【従来の技術】発電用エネルギを大径のフライホイール
に回転エネルギとして蓄積し、電力多用時に同フライホ
イールに蓄積されたエネルギを取り出して電気エネルギ
として使用する、フライホイールによる電力貯蔵装置が
種々提案されている。
【0003】図6〜図8には電力貯蔵装置用フライホイ
ールの従来提案されたものの平面図が示されている。図
6及び図7に示されたフライホイールは、外周リングと
中心部のボスとの間に円環状のスポークを介装したもの
で、図6〜図7において、1は外周側のリング、12は
回転軸(図示せず)に嵌合固着される中心部のボスであ
り、同ボス12の外周とリング1の内周との間に円環状
のスポーク8あるいは9が円周方向等間隔に配設され、
同スポークの内周側をボス12に固着し、外周側をガラ
スクロステープ10を介してリング1に固着している。
【0004】上記フライホイールにおいて、図6に示さ
れるものは鋼材からなるスポーク8を用いたもので、こ
の場合はスポーク8はボス12と一体に構成してもよ
い。
【0005】また図7に示されるものは、スポーク9を
FRP材等の高強度プラスチック材で構成したもので、
この場合はスポーク9の内周側をボルト13によりボス
12に固定している。
【0006】図6〜図7に示される円環状スポーク8,
9を備えたフライホイールは、これの回転により外周の
リング1が半径方向に膨張すると、これに追随して円環
状のスポーク8,9が弾性変形するようになっている。
【0007】図8に示されるフライホイールは、外周の
リング1を多層に構成した多層リングとし、ボス12の
外周とリング1の内周との間をアルミニウム材からなる
スポーク11で結合したもので、フライホイールの回転
によりリング1の半径が増大すると、アルミニウム製の
スポーク11が伸長されるようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように構成され
たフライホイールにおいて、これが高速で回転すると、
回転数の上昇に伴ない外周のリング1が遠心力により膨
張する。このリング1の膨張により、同リング1の半径
が増大するので、中心側のボス12とリング1とを固定
型のハブで結合しているフライホイールにあっては、リ
ング1の半径方向に上記膨張に抵抗する引張応力が発生
し、殊に強度に限界があるFRP製リングを多層に設け
たものの場合は、比較的低回転数域で周方向に亀裂の発
生をみる。
【0009】このため、FRP製リングを備えたフライ
ホイールにあっては、使用回転数の上限が抑えられ、蓄
積エネルギ密度も大きくできないという問題点がある。
【0010】また、図6〜図8に示される従来のフライ
ホイールにあっては、ハブ即ちスポーク8,9,11が
円周方向において複数箇所でリング1を支持する構造で
あるため、高速回転時にリング1が軸対称に変形せず、
リング1とスポーク8,9,11との結合部に複雑な応
力が発生し、亀裂の発生を早めるという問題点も抱えて
いる。さらに、スポーク8,9,11からなるハブは、
構造が複雑で高コストとなる。
【0011】本発明の目的は、金属材、高強度プラスチ
ック材(FRP材)の何れからなるフライホイールであ
っても高速回転が達成でき、高い蓄積エネルギ密度を有
し、かつ構造が簡単で低コストのフライホイールを提供
することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するもので、その要旨とする手段は、半径方向に多層
に積層された外周側のリングの内周と回転軸の外周に固
着されたボスの外周とをハブにより結合してなるフライ
ホイールにおいて、上記リングは、最外周側のリングが
最も高剛性を有し内周側になるに従がい剛性が小さくな
るように構成され、上記ハブは、上記リングとの接合部
近傍が屈曲された部分球殻状に形成されてなることを特
徴とするフライホイールにある。
【0013】また、上記手段において、上記リングをF
RP材で構成するとともに、上記ハブを上記リングより
も柔構造の擬似等方積層板で構成すること、並びに、上
記ハブの外周側屈曲部の内部に周巻き繊維を積層せしめ
ることも本発明の好適な具体的手段である。
【0014】上記手段によれば、フライホイールの高速
回転時において、多層の外周リングが、最外層のリング
を高剛性とし、内周になる程剛性を小さく構成されてい
るので、高剛性の外層リングによるたが絞め作用により
リングの半径方向応力が従来のものに較べて大幅に低減
される。これにより、FRP材からなるフライホイール
の高速回転が可能となり、蓄積されるエネルギ密度を上
昇させることができる。
【0015】また、ハブの材料として擬似等方FRP積
層板を使用し、その形状を部分球殻状として、外周リン
グよりも柔構造としたので、フライホイールの回転時に
ハブが半径方向に伸び易く、ハブとリングの合せ面の接
着部に圧縮応力が作用する応力構造となり、接着部が離
隔することなく、確実に接着される。さらに上記ハブ
は、軸対称な略円板状であるので、リングおよびハブは
軸対称変形することとなり、フライホイール回転時のバ
ランスが崩れる恐れが無い。
【0016】
【発明の実施の形態】以下図1〜図5を参照して本発明
の実施形態を詳細に説明する。図1には本発明の実施形
態に係る電力貯蔵装置用フライホイールの回転軸心に沿
う断面図、図2には図1のA矢視平面図が示されてい
る。
【0017】図1〜図2において、4は回転軸(図示せ
ず)に嵌合、固定されたボス、1は外周のリング、2は
上記ボス4の外周とリング1の内周との間に介装された
ハブである。
【0018】上記リング1は高強度プラスチック材即ち
FRP材からなる多層リングであり、円周方向フイラメ
ントワインディングにより一体成形され、最外層の外層
リング1aが最も剛性(ばね定数)が高い材料、最内層
の内層リング1cが最も剛性が低い材料、そして、両者
の中間の中層リング1bが上記外、内層リング1a,1
cの中間の剛性を備えた材料からなる。
【0019】上記リング1を円周方向フィラメントワイ
ンディングにより一体成形するに際しては、円周方向に
フィラメントを巻き付けながら樹脂を充填し硬化させ
る。
【0020】尚、上記実施形態においてはリング1は3
層であるが、2層あるいは4層以上でもよく、この場合
にも最外層のリングから最内層のリングへと段階的に剛
性を低くして行った構成となる。
【0021】上記ハブ2は擬似等方FRP積層板からな
り、最内部が軸方向に最も突出した形の比較的薄肉の部
分球殻状に形成されている。そして同ハブ2の内周側
は、ボス4の外周のフランジ部4aに、円周方向等間隔
でボルト7,ワッシャ6及びパブ押えリング5によって
締付け固着され、外周側は、上記内層リング1cの内周
に接着剤により接着されている。
【0022】上記ハブ2を構成する擬似等方FRP積層
板は、一方向繊維配向のFRP薄板を0°,90°,+
45°,−45°に重ね合せて成形する。そしてこれを
上記のように、内層リング1cの内周に接着する際に
は、外周部を屈曲し、その合せ面即ち接着部3を接着す
る。
【0023】上記のように構成されたフライホイール
は、高速回転せしめられることにより電力使用の少ない
時間帯に回転エネルギを蓄積し、電力使用の多い時間帯
にこれを放出し発電機等を介して電力エネルギを供給す
る。
【0024】次に、図1〜図2及び図3〜図4を参照し
て、この実施形態に係るフライホイールの高速回転時に
おける応力発生状況を従来のものと比較して説明する。
【0025】フライホイールが高速回転せしめられる
と、外周側のリング1はその遠心力により半径方向に膨
張するが、同リング1は最外層の外層リング1aを高剛
性とし内周側になる程低剛性に構成されているので、外
周側の変形態が内周側のそれよりも小さいことによるた
が絞め作用により、各層の境界は圧縮応力領域となり、
遠心力による半径方向応力が、従来のものに較べて大幅
に低減される。
【0026】図3にはこの実施形態における3層のFR
P製のリング1を備えたフライホイールとFRP製単層
リングを備えた従来のフライホイールとの半径方向応力
(σ r )の比較が示されている。図から明らかなよう
に、本発明のものの応力(B)は、上記のような多層リ
ングのたが絞め作用により、従来のものの応力(A)に
較べて大幅に低減される。
【0027】また、フライホイールの高速回転によっ
て、外周側のリング1及びハブ2は遠心力により半径方
向に膨張するが、ハブ2は比較的薄肉の部分球殻状に構
成されているため、半径方向に伸び易く、従って外周側
のリング1よりもハブ2の半径方向の伸び量の方が大き
くなる。
【0028】このため、ハブ2は、その半径方向への伸
長をリング1により拘束されるが、柔構造のハブ2自体
の曲げ変形によりこの拘束力を吸収するとともに、ハブ
2の外周と内層リング1cの内周との間の接着部3には
圧縮応力が作用し、同接着部3が離脱することはない。
【0029】図4には、この実施形態のフライホイール
の回転時におけるリング1及びハブ2の変形状況Dと静
止時Cとの比較が示されているが、上記のように、柔構
造のハブ2の変形がこれよりも剛構造のリング1によっ
て拘束され、ハブ2の曲げによってこの拘束力を吸収し
ていることがこの図に明示されている。
【0030】図5には本発明の他の実施形態に係るフラ
イホイールが示されている。この実施形態においては、
ハブ2の外周のリング1への接着部3に近い屈曲部の擬
似等方積層板の中に周巻き繊維2′を一部積層させてい
る。これにより、ハブ2の外周部の周方向応力に対する
耐力が向上する。
【0031】尚、上記フライホイールは、FRP材に限
定されず、金属材でも構成することができる。
【0032】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、
本発明によれば、多層リングの最外層を高剛性とし内層
を低剛性としたので、最外層リングのたが絞め作用によ
り、リングの円周方向強度が増大するとともに、半径方
向が応力が低減されるため、高速回転が達成でき高エネ
ルギ密度のフライホイールを得ることができる。
【0033】また、ハブを、部分球殻状に形成し、擬似
等方FRP積層材(請求項2)としているため、フライ
ホイールの回転時に半径方向に容易に変形し、ハブの変
形がリングの変形よりも大きくなり、ハブとリングとの
接触部は圧縮応力が作用することとなり、ハブに発生す
る拘束力はハブの曲げにより吸収するので、接着部が離
れることが無く、フライホイールを安全に回転させるこ
とが可能となる。
【0034】また、請求項3のように、ハブ外周屈曲部
の擬似等方積層板の中に周巻き繊維を積層せしめると、
周方向耐力が向上し、より高速回転が可能となる。
【0035】さらに、多層リングと部分球殻状のハブと
により構成したので、構造が簡単かつ組立も容易であ
り、従来のものよりも低コストのフライホイールを得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るフライホイールの軸心
線に沿う断面図。
【図2】図1のA矢視図。
【図3】上記フライホイールの応力線図。
【図4】上記フライホイールの変形状況を示す線図。
【図5】本発明の他の実施形態を示す部分断面図。
【図6】従来のフライホイールの1例(その1)を示す
平面図。
【図7】従来のフライホイールの1例(その2)を示す
平面図。
【図8】従来のフライホイールの1例(その3)を示す
平面図。
【符号の説明】
1 リング 1a 外層リング 1b 中層リング 1c 内層リング 2 ハブ 3 接着部 4 ボス 2′ 周巻き繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 正晴 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 関本 恒 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 佐々木 一之 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 河島 裕 兵庫県高砂市荒井町新浜2丁目1番1号 三菱重工業株式会社高砂製作所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半径方向に多層に積層された外周側のリ
    ングの内周と回転軸の外周に固着されたボスの外周とを
    ハブにより結合してなるフライホイールにおいて、上記
    リングは、最外周側のリングが最も高剛性を有し内周側
    になるに従がい剛性が小さくなるように構成され、上記
    ハブは、上記リングとの接合部近傍が屈曲された部分球
    殻状に形成されてなることを特徴とするフライホイー
    ル。
  2. 【請求項2】 上記リングをFRP材で構成するととも
    に、上記ハブを上記リングよりも柔構造の擬似等方積層
    板で構成した請求項1記載のフライホイール。
  3. 【請求項3】 上記ハブの外周側屈曲部の内部に、周巻
    き繊維を積層せしめてなる請求項2記載のフライホイー
    ル。
JP11894396A 1996-05-14 1996-05-14 フライホイール Pending JPH09303485A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004072980A (ja) * 2002-08-09 2004-03-04 Denso Corp 車載用フライホイルバッテリ
KR20140107184A (ko) * 2011-10-25 2014-09-04 유러피언 에어로너틱 디펜스 앤드 스페이스 컴퍼니 이아드스 프랑스 저장용 관성휠 구조체
JP2016525335A (ja) * 2013-07-19 2016-08-22 ジーケーエヌ ハイブリッド パワー リミテッド エネルギー保存用フライホイールおよびその製造方法

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