JPH10144517A - エネルギ貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】支持台が揺動したときでも慣性回転体を常に良
好な位置に保つことができるようにする。 【解決手段】真空容器１と、この真空容器１内に回転自
在に支持させて設けられた慣性回転体２と、この慣性回
転体２近傍の真空容器１の内壁面に配置され、慣性回転
体２に回転力を与えると共に、その回転力から電力を取
出す入出力装置５と、真空容器１を可動支持装置７を介
して宙吊り状態にして支持する支持台６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力を回転エネル
ギに変換して貯蔵し、この回転エネルギを必要に応じて
電気エネルギに逆変換するエネルギ貯蔵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のエネルギ貯蔵装置として、発電所
における夜間の余剰電力エネルギ、あるいは車両におけ
る走行時や減速時の運動エネルギ等を回転エネルギとし
て一時的に保存又は貯蔵しておき、必要時にその回転エ
ネルギを取出して各種エネルギに変換するようにしたも
のがある。

【０００３】かかるエネルギ貯蔵装置は、円盤または円
環状の慣性回転体を真空中で回転させ、電力を回転エネ
ルギに変換してエネルギを貯蔵するものである。また、
自動車や鉄道等の車両において、走行時や減速時の運動
エネルギを一時的に保存または貯蔵し、加速時の駆動力
として用いる蓄電池も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
エネルギ貯蔵装置においては、地震等の際の異常振動に
よって装置に加振力が加えられた場合、回転むらが生じ
たり、バランスを崩して慣性回転体が磁力装置に対向す
る所定の回転位置を逸脱してしまう恐れがあるため、横
方向の案内力を案内装置によって補う必要がある。

【０００５】また、上述した慣性回転体を用いたエネル
ギ貯蔵装置を車両を始めとする移動体におけるエネルギ
貯蔵用に用いる場合、移動方向の慣性によって慣性回転
体が磁力装置に対向する位置を逸脱してしまう恐れがあ
り、横方向の案内力を案内装置によって補う必要があ
る。

【０００６】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためなされたもので、慣性回転体を常に良好な位置に保
つことができるエネルギ貯蔵装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段によりエネルギ貯蔵装置を
構成するものである。請求項１に対応する発明は、真空
容器と、この真空容器内に回転自在に支持させて設けら
れた慣性回転体と、この慣性回転体近傍の前記真空容器
の内壁面に配置され、前記慣性回転体に回転力を与える
と共に、その回転力から電力を取出す入出力装置と、前
記真空容器を可動支持装置を介して宙吊り状態にして支
持する支持台とを備えたものである。

【０００８】請求項２に対応する発明は、断熱真空容器
と、この断熱真空容器内に電磁力の作用により浮上させ
て設けられ、永久磁石にて構成された磁石面を持つ慣性
回転体と、ピン止め力を有する超電導体にて構成され、
且つ前記断熱真空容器内に前記超電導体面が前記慣性回
転体の磁石面に対向させて設けられた磁力装置と、前記
断熱真空容器内の前記慣性回転体近傍に配置され、前記
慣性回転体に回転力を与えると共に、その回転力から電
力を取出す入出力装置と、前記磁力装置の超電導体を冷
却する冷却装置と、前記断熱真空容器を可動支持装置を
介して宙吊り状態にして支持する支持台とを備えたもの
である。

【０００９】請求項３に対応する発明は、非磁性材によ
って構成された真空容器と、この真空容器内に電磁力の
作用により浮上させて設けられ、永久磁石にて構成され
た磁石面を持つ慣性回転体と、ピン止め力を有する超電
導体にて構成され、且つ前記断熱真空容器内に前記超電
導体面が前記慣性回転体の磁石面に対向させて設けられ
た磁力装置と、前記磁力装置の超電導体を冷却する冷却
装置と、前記断熱真空容器を可動支持装置を介して宙吊
り状態にして支持する支持台と、前記真空容器内の慣性
回転体と同軸上になるように前記支持台に設けられた回
転伝達軸を有する慣性回転体と、この回転伝達軸を有す
る慣性回転体近傍に配置され、該慣性回転体に回転力を
与えると共に、その回転力から電力を取出す入出力装置
と、前記回転伝達軸と前記真空容器内の慣性回転体とを
前記真空容器の壁面を介して磁気的に結合して回転力を
伝達する電磁クラッチとを備えたものである。

【００１０】請求項４に対応する発明は、請求項２又は
請求項３に対応する発明において、支持台側に冷却液体
タンクを設け、この冷却液体タンクから前記真空容器内
の冷却装置に冷却液体を補給する管または冷却装置から
発生する冷却液体の気体や余分な冷却液体を放出するた
めの放出口を支持台側に設け、この管または放出口と前
記真空容器とを結合する間をフレキキシブルな管で接続
するものである。

【００１１】従って、上記請求項１乃至請求項４に対応
する発明のエネルギ貯蔵装置にあっては、慣性回転体が
収容された真空容器の上部を支持台に可動支持装置を介
して宙吊り状態で支持しているので、地震あるいは移動
に伴って支持台に加速度が働く場合には慣性体に働く慣
性力と同方向の慣性力が宙吊りされた真空容器にも働く
ため、慣性回転体が定常位置に対して横方向にずれよう
とする力は真空容器と支持台とが一体に構成されている
場合に比べて小さくなり、慣性回転体を安定した状態で
回転させることができる。

【００１２】また、請求項２に対応する発明のエネルギ
貯蔵装置にあっては、磁力装置として慣性回転体の磁石
面に対向した磁界発生面に酸化物超電導体のようにピン
止め力を有する超電導体で構成された磁力装置を用いて
いるので、ピン止め力によって高真空中の真空容器内で
空中に浮上させることができ、また超電導体のピン止め
力によって各ピン止め中心に拘束された状態で底を貫通
する磁石の各磁力線の磁界分布が同心円状になってお
り、慣性回転体が中心位置に中心として回転しても超電
導体に対し磁界の変化が生じないので、その慣性回転体
が浮上したまま中心位置を回転中心として自由に安定し
て回転することができる。

【００１３】さらに、請求項３に対応する発明のエネル
ギ貯蔵装置にあっては、慣性回転体に同期して回転し、
入出力装置から回転力が与えられると共に、その回転力
を電力として入出力装置に与える回転力伝達軸を有する
慣性回転体が真空容器内の慣性回転体と同軸上に配設さ
れ、回転伝達軸を真空容器内の慣性回転体とを電磁クラ
ッチにより結合しているので、密閉された真空容器内の
慣性回転体の回転力を入出力装置に対向する回転軸に非
接触状態で伝達することができる。

【００１４】また、請求項４に対応する発明のエネルギ
貯蔵装置にあっては、支持台側の冷却液体タンクから可
動状態の真空容器内の冷却装置に冷却液体を補給する管
及び冷却液体から発生する気体や余分な冷却液体を放出
するための支持台側の放出口と真空容器とを結合する管
をフレキシブル管で構成することにより、これらの管に
よって真空容器の支持台に対する運動を阻害することな
く、冷却液体及び放出気体の授受を行い、真空容器の変
位時の管の破損を防止し、良好に超電導体の冷却を行う
ことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明によるエネルギ貯蔵装
置の第１の実施の形態の断面図を示すものである。図１
において、１は非磁性材によって構成された断熱真空容
器で、この断熱真空容器１内には慣性回転体２がその軸
部を垂直にして設けられると共に、断熱真空容器１の上
下面の中央部に有する溝に軸受３を介して回転自在に支
持される。

【００１６】この慣性回転体２の外周面にはＮ極とＳ極
とが交互になるように複数個の永久磁石４が固着されて
いる。また、この永久磁石４と対向する断熱真空容器１
内の側壁面に有する溝にコイル等の入出力装置５が近接
配置されて取付けられている。この入出力装置５は、慣
性回転体２に回転力を与えると共に、その回転力から電
力を取出すためのものである。

【００１７】さらに、この断熱真空容器１は上、下部フ
レーム及びその両端部間に存する側部フレームから構成
された支持台６の上部フレームの中央部に可動支持装置
７により宙吊り状態にして支持されている。この場合、
可動支持装置７は断熱真空容器１を支持台６の支持点を
中心にしてある見込み角の範囲内において自由に運動で
きる状態で吊下げられている。

【００１８】このような構成のエネルギ貯蔵装置におい
て、慣性回転体２の浮上中に地震あるいは支持台６の移
動等により、支持台６に横方向の加速度が働くと、宙吊
り状態にある慣性回転体２には支持台６側を基準にする
と横方向の慣性力が働く。

【００１９】ここで、断熱真空容器１が支持台６と一体
的に構成されている場合は、この慣性力は慣性回転体２
と断熱真空容器１の相対位置を定常位置から逸脱させる
作用があるが、前述したように断熱真空容器１が可動支
持装置７によって宙吊りになっているため、断熱真空容
器１にも慣性回転体２と同じ方向の慣性力が働く。

【００２０】したがって、慣性回転体２が定常位置に対
して横方向にずれようとする力は、断熱真空容器１が支
持台６と一体的に構成されている場合に比べて小さくな
るので、慣性回転体２は安定した状態で回転できる。

【００２１】図２は本発明によるエネルギ貯蔵装置の第
２の実施の形態の断面図を示すものである。図２（ａ）
において、１１は断熱真空容器で、この断熱真空容器１
１の底面部に設けられた凹部に磁力装置１２が収納され
ている。この磁力装置１２は図２（ｂ）に示すように容
器１２ａ内に磁界発生面に酸化物超電導体のようにピン
止め力を有する超電導体１２ｂを支持体１２ｃにより支
持すると共に、液体窒素、液体ヘリウム等の冷却液体を
収容し、さらに容器１２ａの開口面に蓋体１２ｄを設け
てなる冷却装置を兼ねたものであり、超電導体１２ｂを
冷却液体により冷却して超電導状態に保たれた永久磁石
として用いられる。

【００２２】上記断熱真空容器１１内には慣性回転体１
３が磁力装置１２との電磁力の作用により浮上させて設
けられる。この慣性回転体１３は、図３に示すように上
記磁力装置１２と対向する面側に複数個の永久磁石１４
が全て同一極性の磁極面１４ａとなるようにリング状に
埋設し、且つ外周面にはＮ極とＳ極とが交互になるよう
に複数個の永久磁石１５を固着したものである。

【００２３】また、この永久磁石１５と対向する断熱真
空容器１１内の側壁面に有する溝にコイル等の入出力装
置１６が近接配置されて取付けられている。この入出力
装置１６は、慣性回転体１３に回転力を与えると共に、
その回転力から電力を取出すためのものである。

【００２４】さらに、この断熱真空容器１１は上、下部
フレーム及びその両端部間に存する側部フレームから構
成された支持台１７の上部フレームの中央部に可動支持
装置１８により宙吊り状態にして支持されている。この
場合、可動支持装置１８は断熱真空容器１１を支持台１
７の支持点を中心にしてある見込み角の範囲内において
自由に運動できる状態で吊下げられている。

【００２５】一方、１９は液体窒素、液体ヘリウム等の
冷却液体が収容された冷却液体タンクで、この冷却液体
タンク１９に支持台１７の下部フレームを貫通させて設
けられた管路の一端部を接続し、この管路の他端部と断
熱真空容器１１の底部より磁力装置１２に抜ける貫通孔
に設けられた管路との間をフレキシブル性を有する注入
管２０により接続して冷却液体を補給し、磁力装置１２
の超電導体を冷却して超電導状態に保つようにしてあ
る。

【００２６】また、断熱真空容器１１の底部を貫通させ
て設けられた管路の一端部を図２（ｂ）に示すように磁
力装置１２の容器１２ａ内の上部に臨ませ、該管路の他
端部と支持台１７の側部フレームを貫通させて設けられ
た管路の一端部との間をフレキシブル性を有する放出管
２１により接続して磁力装置１２の冷却液体から発生す
る気体または余分な冷却液体を放出口２１ａより支持台
１７の外部に放出できるようにしてある。

【００２７】なお、慣性回転体１３、磁力装置１２はそ
れ自体がそれぞれ永久磁石、超電導体であっても良い
が、慣性回転体１３の下面及び磁力装置１２の上面にそ
れぞれ永久磁石及び超電導体が中心に対して対称に配置
され、且つこの永久磁石と超電導体の少なくとも一方が
中心を囲んで連続的に配設されるようにすればよい。

【００２８】このような構成のエネルギ貯蔵装置におい
て、慣性回転体１３の磁極面１４ａに対向した磁界発生
面に酸化物超電導体のようにピン止め力を有する超電導
体で構成した磁力装置１２により、磁束が超電導体中の
ピン止め点に固定されて自由に動けなくなる現象、即ち
ピン止め効果（ピンニング力）が得られ、このピン止め
効果による引付け力と完全反磁性によって表面遮蔽電流
によるローレンツ力（反発力）が生じるというマイスナ
ー効果による浮上力の複合効果により、慣性回転体１３
は高真空中の断熱真空容器１１内の空中に安定して浮上
する。

【００２９】この場合、磁力装置１２の磁極面と対向す
る慣性回転体１３に埋設された永久磁石１４の磁極面１
４ａは、その極性が全て同じにしてあるので、ピン止め
効果による引付け力の方向が同一になり、安定した慣性
回転体１３の回転が可能となる。

【００３０】この慣性回転体１３の浮上中に地震、ある
いは支持台１７の移動等により、支持台１７に横方向の
加速度が働くと、可動支持装置１８を中心として断熱真
空容器１１内の空中に浮上した慣性回転体１３と同じ方
向に慣性力が働く。このため、ピン止め力の不足によっ
て横方向にずれようとする力は、断熱真空容器１１が支
持台１７と一体に構成されている場合に比べて小さくな
り、慣性回転体１３は安定した状態で回転する。

【００３１】また、支持台１７側の冷却液体タンク１８
から可動状態になっている断熱真空容器１１内の磁力装
置１２に冷却液体を補給する注入管２０及び冷却液体か
ら発生する気体や磁力装置の１２の容器１２ａ上部に溢
れる冷却液体を支持台１７の外部に放出する放出管２１
をフレキシブルな管で構成しているので、これらの管に
よって断熱真空容器１１の支持台１７に対する運動を阻
害することなく、冷却液体の補給及び余分な冷却液体や
気化した冷却液体の放出が行なわれる。これにより、断
熱真空容器１１の変位時の管の破損を防止し、良好に磁
力装置１２の冷却を行うことができる。

【００３２】図４は本発明によるエネルギ貯蔵装置の第
３の実施の形態の断面図を示すものである。図４におい
て、３１は断熱真空容器で、この断熱真空容器３１の底
面部に設けられた凹部に磁力装置３２が収納されてい
る。この磁力装置３２は図２（ｂ）と同様の構成のもの
であり、超電導体を冷却液体により冷却して超電導状態
に保たれた永久磁石として用いられる。

【００３３】上記断熱真空容器３１内には、慣性回転体
３３が磁力装置３２との電磁力の作用により浮上させて
設けられる。この慣性回転体３３は、その上面中央より
上方に垂直に伸びる回転軸３３ａを有し、この回転軸３
３ａの上端に電磁クラッチ部３４ａを設け、また上記磁
力装置３２と対向する面側には図３と同様に複数個の永
久磁石３５が全て同一極性の磁極面となるようにリング
状に埋設したものである。

【００３４】また、この断熱真空容器３１はその上面の
慣性回転体３３の回転軸３３ａを中心とした円周上の少
なくとも３か所に取付けられた支持ロッド３６を介して
上、下部フレーム及びその両端部間に存する側部フレー
ムから構成された支持台３７の上部フレームに可動支持
装置３８により宙吊り状態にして支持されている。この
場合、可動支持装置３８は断熱真空容器３１を支持台３
７の支持点を中心にしてある見込み角の範囲内において
自由に運動できる状態で吊下げられている。

【００３５】さらに、支持台３７の上部フレームのほぼ
中央部下面に回転体収納部３７ａが形成され、この回転
体収納部３７ａに電磁力の作用により回転伝達用の慣性
回転体３９が設けられる。この慣性回転体３９は、その
外周面にＮ極とＳ極とが交互になるように複数個の永久
磁石４０を固着したもので、その中心部より垂下する回
転力伝達軸４０ａの端部には、前述した慣性回転体３３
の回転軸３３ａの端部に設けられた電磁クラッチ部３４
ａと対向する電磁クラッチ部３４ｂが同軸的に設けられ
ている。

【００３６】また、永久磁石４０と対向する回転体収納
部３７ａ内の側壁面に有する溝にコイル等の入出力装置
４１が近接配置されて取付けられている。この入出力装
置４１は、慣性回転体３９に回転力を与えると共に、そ
の回転力から電力を取出すためのものである。

【００３７】一方、４２は液体窒素、液体ヘリウム等の
冷却液体が収容された冷却液体タンクで、この冷却液体
タンク４２に支持台３７の下部フレームを貫通させて設
けられた管路の一端部を接続し、この管路の他端部と断
熱真空容器３１の底部より冷却装置を兼ねた磁力装置３
２に抜ける貫通孔に設けられた管路との間をフレキシブ
ル性を有する注入管４３により接続して冷却液体を補給
し、磁力装置３２の超電導体を冷却して超電導状態に保
つようにしてある。

【００３８】また、断熱真空容器３１の底部を貫通させ
て設けられた管路の一端部を図２（ｂ）と同様に磁力装
置３２の容器内の上部に臨ませ、該管路の他端部と支持
台３７の側部フレームを貫通させて設けられた管路の一
端部との間をフレキシブル性を有する放出管４４により
接続して磁力装置３２の冷却液体から発生する気体また
は余分な冷却液体を放出口４４ａより支持台３７の外部
に放出できるようにしてある。

【００３９】このような構成のエネルギ貯蔵装置におい
て、慣性回転体３３は断熱真空容器３１の外側に存する
支持台３７の上部フレームに形成された回転収納部３７
ａ内の慣性回転体３９と電磁クラッチ部３４ａ，３４ｂ
によって磁気的に結合可能な状態になっている。

【００４０】従って、電気エネルギを回転エネルギとし
て慣性回転体３３に与えるとき、及び慣性回転体３３の
回転エネルギを電気エネルギとして入出力装置４１から
取出すとき電磁クラッチ３４を励磁して電磁クラッチ部
３４ａ，３４ｂにより、慣性回転体３３の回転軸３３ａ
と慣性回転体３９の回転伝達軸４０ａとを結合し、慣性
回転体３３，３９相互間で回転力の伝達が行われる。

【００４１】ここで、慣性回転体３３の浮上中に地震、
あるいは支持台３７の移動等により、支持台３７に横方
向の加速度が働くと、可動支持装置３８を中心として断
熱真空容器３１内の空中に浮上した慣性回転体３３と同
じ方向に慣性力が働く。このため、ピン止め力の不足に
よって横方向にずれようとする力は、断熱真空容器３１
が支持台３７と一体に構成されている場合に比べて小さ
くなり、慣性回転体３３は安定した状態で回転する。

【００４２】また、支持台３７側の冷却液体タンク３８
から可動状態になっている断熱真空容器３１内の冷却装
置を兼ねた磁力装置３２に冷却液体を補給する注入管４
３及び冷却液体から発生する気体や磁力装置３２の容器
上部に溢れる冷却液体を支持台３７の外部に放出する放
出管４４をフレキシブルな管で構成しているので、これ
らの管によって断熱真空容器３１の支持台３７に対する
運動を阻害することなく、冷却液体の補給及び余分な冷
却液体や気化した冷却液体の放出が行なわれる。これに
より、断熱真空容器３１の変位時の管の破損を防止し、
良好に磁力装置３２の冷却を行うことができる。

【００４３】さらに、入出力装置４１が断熱真空容器３
１の内部ではなく、支持台３７の上部フレームに形成さ
れた回転体収納部３７ａ内に設けられているので、入出
力装置４１が断熱真空容器３１内に設けられている場合
に比べて、可動指示装置３８に働く重力を小さくするこ
とができ、可動支持装置３８の可動性と耐久性を良好に
保つことができる。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、慣性
回転体と磁力装置を含む真空容器を支持台から可動支持
装置を介して宙吊り状態で支持するようにしているの
で、支持台が揺動したときでも慣性回転体を常に良好な
位置に保つことができるエネルギ貯蔵装置を提供する

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエネルギ貯蔵装置の第１の実施の
形態を示す断面図。

【図２】本発明によるエネルギ貯蔵装置の第２の実施の
形態を示すもので、（ａ）は全体の断面図、（ｂ）は磁
力装置の詳細を示す断面図。

【図３】第２の実施の形態における慣性回転子の構成
図。

【図４】本発明によるエネルギ貯蔵装置の第４の実施の
形態を示す断面図。

【符号の説明】

１，１１，３１……断熱真空容器 ２，１３，３３，３９……慣性回転体 ３……軸受 ４，１４，１５，４０……永久磁石 ５，１６，４１……入出力装置 ６，１７，３７……支持台 ７，１８，３８……可動支持装置 １２，３２……磁力装置 １９，４２……冷却液体タンク ２０，４３……注入管 ２１，４４……放出管 ３４ａ，３４ｂ……電磁クラッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、この真空容器内に回転自在
   に支持させて設けられた慣性回転体と、この慣性回転体
   近傍の前記真空容器の内壁面に配置され、前記慣性回転
   体に回転力を与えると共に、その回転力から電力を取出
   す入出力装置と、前記真空容器を可動支持装置を介して
   宙吊り状態にして支持する支持台とを備えたことを特徴
   とするエネルギ貯蔵装置。
2. 【請求項２】 断熱真空容器と、この断熱真空容器内に
   電磁力の作用により浮上させて設けられ、永久磁石にて
   構成された磁石面を持つ慣性回転体と、ピン止め力を有
   する超電導体にて構成され、且つ前記断熱真空容器内に
   前記超電導体面が前記慣性回転体の磁石面に対向させて
   設けられた磁力装置と、前記断熱真空容器内の前記慣性
   回転体近傍に配置され、前記慣性回転体に回転力を与え
   ると共に、その回転力から電力を取出す入出力装置と、
   前記磁力装置の超電導体を冷却する冷却装置と、前記断
   熱真空容器を可動支持装置を介して宙吊り状態にして支
   持する支持台とを備えたことを特徴とするエネルギ貯蔵
   装置。
3. 【請求項３】 非磁性材によって構成された真空容器
   と、この真空容器内に電磁力の作用により浮上させて設
   けられ、永久磁石にて構成された磁石面を持つ慣性回転
   体と、ピン止め力を有する超電導体にて構成され、且つ
   前記断熱真空容器内に前記超電導体面が前記慣性回転体
   の磁石面に対向させて設けられた磁力装置と、前記磁力
   装置の超電導体を冷却する冷却装置と、前記断熱真空容
   器を可動支持装置を介して宙吊り状態にして支持する支
   持台と、前記真空容器内の慣性回転体と同軸上になるよ
   うに前記支持台に設けられた回転伝達軸を有する慣性回
   転体と、この回転伝達軸を有する慣性回転体近傍に配置
   され、該慣性回転体に回転力を与えると共に、その回転
   力から電力を取出す入出力装置と、前記回転伝達軸と前
   記真空容器内の慣性回転体とを前記真空容器の壁面を介
   して磁気的に結合して回転力を伝達する電磁クラッチと
   を備えたことを特徴とするエネルギ貯蔵装置。
4. 【請求項４】 支持台側に冷却液体タンクを設け、この
   冷却液体タンクから前記真空容器内の冷却装置に冷却液
   体を補給する管または冷却装置から発生する冷却液体の
   気体や余分な冷却液体を放出するための放出口を支持台
   側に設け、この管または放出口と前記真空容器とを結合
   する間をフレキキシブルな管で接続したことを特徴とす
   る請求項２又は請求項３に記載のエネルギ貯蔵装置。