JPS6237269B2 - - Google Patents
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- JPS6237269B2 JPS6237269B2 JP55043780A JP4378080A JPS6237269B2 JP S6237269 B2 JPS6237269 B2 JP S6237269B2 JP 55043780 A JP55043780 A JP 55043780A JP 4378080 A JP4378080 A JP 4378080A JP S6237269 B2 JPS6237269 B2 JP S6237269B2
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- Japan
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- flywheel
- electromagnet
- displacement
- attraction force
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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
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/30—Flywheels
- F16F15/315—Flywheels characterised by their supporting arrangement, e.g. mountings, cages, securing inertia member to shaft
- F16F15/3156—Arrangement of the bearings
-
- 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
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
- F16C32/0446—Determination of the actual position of the moving member, e.g. details of sensors
-
- 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
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- 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
- F16C32/0476—Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings
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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
- F16C39/00—Relieving load on bearings
- F16C39/06—Relieving load on bearings using magnetic means
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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
- F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
- F16C19/54—Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
-
- 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
-
- Y—GENERAL 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
- 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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- Electromagnetism (AREA)
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は立形回転機構造を有するフライホイ
ール装置のフライホイール支承用ころがり軸受の
摩擦損失低減手段に関するものである。
ール装置のフライホイール支承用ころがり軸受の
摩擦損失低減手段に関するものである。
フライホイール装置とは、一般に電気エネル
ギ、機械エネルギをフライホイールの回転慣性エ
ネルギとして貯蔵しておき、必要なときに、発電
機あるいは機械変換機により電気エネルギまたは
回転エネルギとして利用しうるようにしたもので
ある。従つて、フライホイール装置にあつては、
エネルギの貯蔵能力を向上させる手段としてはフ
ライホイール回転軸回りの慣性モーメントを大き
くするか、或いはフライホイールの運転速度を高
める等の方策があり、特に後者は有効である。そ
のためエネルギ貯蔵能力の極めて大きい装置にお
いては、上記の方策から大きい慣性効果を得るた
めにフライホイール自身の直径が増大し、これに
伴つてその重量も極めて大きくなり、数百トンに
達するものがある。そのためフライホイールの自
重による軸たわみによる回転軸の振動の増大を避
けるため、或いは立地面積の有効利用を図る観点
より、この種のフライホイール装置では立形回転
軸構造とすることが有利となる。またこの種の装
置では、貯蔵した回転慣性エネルギをできるだけ
有効に利用し、装置としてのエネルギ変動効率を
高めるためには、フライホイールを支承する軸受
での摩擦によるエネルギ損失を極力低減する必要
がある。そのため、フライホイールの重量が多大
なものにあつては、その重量の大部分をフライホ
イールに対向して設置される電磁石による磁気的
な吸引力でもたせ、支承軸受での摩擦トルクによ
るエネルギ損失の増大を抑えている。
ギ、機械エネルギをフライホイールの回転慣性エ
ネルギとして貯蔵しておき、必要なときに、発電
機あるいは機械変換機により電気エネルギまたは
回転エネルギとして利用しうるようにしたもので
ある。従つて、フライホイール装置にあつては、
エネルギの貯蔵能力を向上させる手段としてはフ
ライホイール回転軸回りの慣性モーメントを大き
くするか、或いはフライホイールの運転速度を高
める等の方策があり、特に後者は有効である。そ
のためエネルギ貯蔵能力の極めて大きい装置にお
いては、上記の方策から大きい慣性効果を得るた
めにフライホイール自身の直径が増大し、これに
伴つてその重量も極めて大きくなり、数百トンに
達するものがある。そのためフライホイールの自
重による軸たわみによる回転軸の振動の増大を避
けるため、或いは立地面積の有効利用を図る観点
より、この種のフライホイール装置では立形回転
軸構造とすることが有利となる。またこの種の装
置では、貯蔵した回転慣性エネルギをできるだけ
有効に利用し、装置としてのエネルギ変動効率を
高めるためには、フライホイールを支承する軸受
での摩擦によるエネルギ損失を極力低減する必要
がある。そのため、フライホイールの重量が多大
なものにあつては、その重量の大部分をフライホ
イールに対向して設置される電磁石による磁気的
な吸引力でもたせ、支承軸受での摩擦トルクによ
るエネルギ損失の増大を抑えている。
第１図は従来のこの種フライホイール装置の概
略構成を示す断面図である。第１図において、１
はフライホイール、２はこのフライホイール１の
上部軸、６は同じく下部軸、４は上部軸２を支承
するためのころがり軸受で、ハウジング５に固定
されている。６は下部軸３を支承するためのころ
がり軸受で、フレーム７に固着されている。フラ
イホイール１の上部には、僅少な空隙を介して電
磁石８ぎ上部ブラケツト９に配設されている。電
磁石８に供給される励磁電流は、上部ブラケツト
９に装着される単一の変位計１２によりフライホ
イール１のスラスト方向位置を検出してその変位
信号により制御し、フライホイール１と電磁石８
との空隙の変化にかかわらず一定の吸引力を発生
するように制御されるいわゆる一定吸引力制御方
式がとられている。このときの電磁石８の制御回
路構成を第２図に示す。変位計１２からのフライ
ホイール１の変位信号は、増幅器１３を通して制
御回路１４の入力となり、制御回路１４の出力信
号により励磁電源１５を駆動させ、電磁石コイル
１６への励磁電流が制御される。そして、フライ
ホイール１は上記ころがり軸受４，６により回自
在にハウジング５、上部ブラケツト９、フレーム
７、下部ブラケツト１０からなる容器内に収納さ
れる。上部軸２はカツプリング１１で発電電動機
等に連結される。
略構成を示す断面図である。第１図において、１
はフライホイール、２はこのフライホイール１の
上部軸、６は同じく下部軸、４は上部軸２を支承
するためのころがり軸受で、ハウジング５に固定
されている。６は下部軸３を支承するためのころ
がり軸受で、フレーム７に固着されている。フラ
イホイール１の上部には、僅少な空隙を介して電
磁石８ぎ上部ブラケツト９に配設されている。電
磁石８に供給される励磁電流は、上部ブラケツト
９に装着される単一の変位計１２によりフライホ
イール１のスラスト方向位置を検出してその変位
信号により制御し、フライホイール１と電磁石８
との空隙の変化にかかわらず一定の吸引力を発生
するように制御されるいわゆる一定吸引力制御方
式がとられている。このときの電磁石８の制御回
路構成を第２図に示す。変位計１２からのフライ
ホイール１の変位信号は、増幅器１３を通して制
御回路１４の入力となり、制御回路１４の出力信
号により励磁電源１５を駆動させ、電磁石コイル
１６への励磁電流が制御される。そして、フライ
ホイール１は上記ころがり軸受４，６により回自
在にハウジング５、上部ブラケツト９、フレーム
７、下部ブラケツト１０からなる容器内に収納さ
れる。上部軸２はカツプリング１１で発電電動機
等に連結される。
次にこのような構成の従来のフライホイール装
置の動作を説明する。エネルギの貯蔵はカツプリ
ング１１に連結される発電電機等によりフライホ
イール１を回転駆動させ、フライホイール１の回
転慣性エネルギに変換して貯蔵し、エネルギの放
勢はフライホイール１に貯蔵した回転慣性エネル
ギを発電電動機等により電気エネルギとして取出
し利用する。一方、電磁石８の磁気吸引力はフラ
イホイール１の全重量の大部分を負荷し、ころが
り軸受４，６へのスラスト負荷荷重を軽減するこ
とによつて、ころがり軸受４，６での摩擦損失の
低減を行なつている。しかしながら、電磁石８に
対向するフライホイール１の上面の回転軸中心に
対する直角度は、製作精度上ある程度の誤差はま
ぬがれず、直角に加工することは困難で、また、
貯蔵能力を高めるためにはフライホイール１を高
速で回転する必要があるが、この高速回転に伴つ
てフライホイール１は温度上昇の不均一を生じ、
また横振動危険速度近傍の運転速度においても、
第３図にその相対的変位の様相を示すように、フ
ライホイール１は回転軸中心に対して傾斜する。
その結果、電磁石８とフライホイール１の上面と
で形成される空隙は、円周上均一にならず、空隙
の変化分Δｇを生ずる。フライホイール１の傾き
に起因するこの空隙の変化分Δｇは、変位計１２
によりフライホイール１のスラスト位置の変化と
して検出される。電磁石８の磁気吸引力の大きさ
は、空隙の２乗に反比例する関係にある。従つ
て、このようにフライホイール１が回転軸中心に
対して傾いて回転することにより、電磁石８の磁
気吸引力にはΔｇの変化に応じたそのときの回転
数成分を有する変動磁気吸引力を生じる。この変
動磁気吸引力は第４図に示すように平均空隙に対
する磁気吸引力F0に、変動磁半吸引力ΔＦが重
畳するような特性を示す。このような変動磁気吸
引力の発生は、フライホイール１を支承するころ
がり軸受４，６に対して変動負荷荷重の外乱とし
て作用する。これは、ころがり軸受４，６の回転
性能、寿命の確保といつた面で好ましいものでは
なく、特に軸受の寿命の低下には著しく影響す
る。
置の動作を説明する。エネルギの貯蔵はカツプリ
ング１１に連結される発電電機等によりフライホ
イール１を回転駆動させ、フライホイール１の回
転慣性エネルギに変換して貯蔵し、エネルギの放
勢はフライホイール１に貯蔵した回転慣性エネル
ギを発電電動機等により電気エネルギとして取出
し利用する。一方、電磁石８の磁気吸引力はフラ
イホイール１の全重量の大部分を負荷し、ころが
り軸受４，６へのスラスト負荷荷重を軽減するこ
とによつて、ころがり軸受４，６での摩擦損失の
低減を行なつている。しかしながら、電磁石８に
対向するフライホイール１の上面の回転軸中心に
対する直角度は、製作精度上ある程度の誤差はま
ぬがれず、直角に加工することは困難で、また、
貯蔵能力を高めるためにはフライホイール１を高
速で回転する必要があるが、この高速回転に伴つ
てフライホイール１は温度上昇の不均一を生じ、
また横振動危険速度近傍の運転速度においても、
第３図にその相対的変位の様相を示すように、フ
ライホイール１は回転軸中心に対して傾斜する。
その結果、電磁石８とフライホイール１の上面と
で形成される空隙は、円周上均一にならず、空隙
の変化分Δｇを生ずる。フライホイール１の傾き
に起因するこの空隙の変化分Δｇは、変位計１２
によりフライホイール１のスラスト位置の変化と
して検出される。電磁石８の磁気吸引力の大きさ
は、空隙の２乗に反比例する関係にある。従つ
て、このようにフライホイール１が回転軸中心に
対して傾いて回転することにより、電磁石８の磁
気吸引力にはΔｇの変化に応じたそのときの回転
数成分を有する変動磁気吸引力を生じる。この変
動磁気吸引力は第４図に示すように平均空隙に対
する磁気吸引力F0に、変動磁半吸引力ΔＦが重
畳するような特性を示す。このような変動磁気吸
引力の発生は、フライホイール１を支承するころ
がり軸受４，６に対して変動負荷荷重の外乱とし
て作用する。これは、ころがり軸受４，６の回転
性能、寿命の確保といつた面で好ましいものでは
なく、特に軸受の寿命の低下には著しく影響す
る。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたものであり、フライホイー
ルのスラスト位置を検出する変位計を少くとも２
個以上配設し、フライホイールの傾きによる変動
磁気吸引力をなくしたフライホイール装置を提供
することを目的としている。第５図はこの発明の
一実施例を示す要部断面図、第６図は電磁石の制
御回路構成を示すブロツク図である。図において
１乃至１１は第１図のものと同様なので説明を省
略する。変位計１２はフライホイール１の円周上
対称の位置に２個設置される。夫々の変位計１２
からの変位信号を増幅器１３を介して、変位信号
の算術平均を行なう平均化回路１７に入力する。
この平均化した変位信号を制御回路１４を介して
励磁電源１５に加え、電磁石コイル１６への励磁
電流を制御する。
去するためになされたものであり、フライホイー
ルのスラスト位置を検出する変位計を少くとも２
個以上配設し、フライホイールの傾きによる変動
磁気吸引力をなくしたフライホイール装置を提供
することを目的としている。第５図はこの発明の
一実施例を示す要部断面図、第６図は電磁石の制
御回路構成を示すブロツク図である。図において
１乃至１１は第１図のものと同様なので説明を省
略する。変位計１２はフライホイール１の円周上
対称の位置に２個設置される。夫々の変位計１２
からの変位信号を増幅器１３を介して、変位信号
の算術平均を行なう平均化回路１７に入力する。
この平均化した変位信号を制御回路１４を介して
励磁電源１５に加え、電磁石コイル１６への励磁
電流を制御する。
フライホイール１が回転軸中心に対して傾いた
ときの変位計１２との相対位置関係を第５図に示
しているが、夫々の変位計１２部分での空隙をΔ
g1，Δg2とすると、Δg1，Δg2の差は、フライホ
イール１の傾き方向と変位計１２の配列方向と一
致したときに最大となり、この位置より90゜回転
した位置では零となる。しかしながら、Δg1，Δ
g2の差が最大となる位置においては、夫々の変位
計１２からの変位信号は平均化回路１７で平均化
され、励磁電源１５への駆動信号は（Δg1＋Δ
g2）／２に比例したものとなる。この平均化信号
（Δg1＋Δg2）／２に比例した励磁電流が電磁石コ
イル１６へ供給される。上記平均化信号は空隙の
平均値を表わすことから、電磁石８の磁気吸引力
の変動も有効に極めて小さくすることができる。
ときの変位計１２との相対位置関係を第５図に示
しているが、夫々の変位計１２部分での空隙をΔ
g1，Δg2とすると、Δg1，Δg2の差は、フライホ
イール１の傾き方向と変位計１２の配列方向と一
致したときに最大となり、この位置より90゜回転
した位置では零となる。しかしながら、Δg1，Δ
g2の差が最大となる位置においては、夫々の変位
計１２からの変位信号は平均化回路１７で平均化
され、励磁電源１５への駆動信号は（Δg1＋Δ
g2）／２に比例したものとなる。この平均化信号
（Δg1＋Δg2）／２に比例した励磁電流が電磁石コ
イル１６へ供給される。上記平均化信号は空隙の
平均値を表わすことから、電磁石８の磁気吸引力
の変動も有効に極めて小さくすることができる。
以上のようにこの発明によれば、フライホイー
ルのスラスト位置を検出する変位計を複数個配設
し、それらの変位信号を平均化した信号で電磁石
の磁気吸引力を制御することにより、フライホイ
ールの傾きによる磁気吸引力の変動を効果的に低
減しうると共に、フライホイールを支承する軸受
へのスラスト負荷荷重の変動を極めて小さくする
ことができ、軸受の寿命の確保に対して顕著な効
果があり、ひいてはフライホイール装置の安全
性、回転性能等の向上に著しい効果が得られる。
ルのスラスト位置を検出する変位計を複数個配設
し、それらの変位信号を平均化した信号で電磁石
の磁気吸引力を制御することにより、フライホイ
ールの傾きによる磁気吸引力の変動を効果的に低
減しうると共に、フライホイールを支承する軸受
へのスラスト負荷荷重の変動を極めて小さくする
ことができ、軸受の寿命の確保に対して顕著な効
果があり、ひいてはフライホイール装置の安全
性、回転性能等の向上に著しい効果が得られる。
第１図は従来のフライホイール装置を示す断面
図、第２図は従来の電磁石の制御系統を示すブロ
ツク図、第３図は従来装置のフライホイールの傾
きによる電磁石との相対位置関係を示す要部断面
図、第４図は第３図のものの磁気吸引力の変化の
様子を示す特性図、第５図はこの発明の一実施例
を示す要部断面図、第６図はこの発明のものの電
磁石の制御系統を示すブロツク図である。 図中、１はフライホイール、２は上部軸、３は
下部軸、４はころがり軸受、８は電磁石、１２は
変位計、１３は増幅器、１４は制御回路、１５は
励磁電源、１６は電磁石コイル、１７は平均化回
路である。尚図中同一符号は同一または相当する
部分を示す。
図、第２図は従来の電磁石の制御系統を示すブロ
ツク図、第３図は従来装置のフライホイールの傾
きによる電磁石との相対位置関係を示す要部断面
図、第４図は第３図のものの磁気吸引力の変化の
様子を示す特性図、第５図はこの発明の一実施例
を示す要部断面図、第６図はこの発明のものの電
磁石の制御系統を示すブロツク図である。 図中、１はフライホイール、２は上部軸、３は
下部軸、４はころがり軸受、８は電磁石、１２は
変位計、１３は増幅器、１４は制御回路、１５は
励磁電源、１６は電磁石コイル、１７は平均化回
路である。尚図中同一符号は同一または相当する
部分を示す。
Claims (1)
- １ 上部軸及び下部軸を有するフライホイール
と、上記上部軸を支承するころがり軸受と、上記
フライホイールを磁気的に吸引して上記ころがり
軸受に加わるスラスト荷重を軽減するために上記
フライホイールの上面と僅少な隙間を介して配設
される電磁石と、上記フライホイールのスラスト
方向変位を検出する少くとも２個の変位計を円周
上等ピツチに配設し、上記電磁石には、上記複数
個の変位計からの平均化した変位信号により制御
した励磁電流を供給するようにしたことを特徴と
するフライホイール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4378080A JPS56141441A (en) | 1980-04-02 | 1980-04-02 | Flywheel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4378080A JPS56141441A (en) | 1980-04-02 | 1980-04-02 | Flywheel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56141441A JPS56141441A (en) | 1981-11-05 |
| JPS6237269B2 true JPS6237269B2 (ja) | 1987-08-11 |
Family
ID=12673262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4378080A Granted JPS56141441A (en) | 1980-04-02 | 1980-04-02 | Flywheel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56141441A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62166321U (ja) * | 1986-04-10 | 1987-10-22 |
-
1980
- 1980-04-02 JP JP4378080A patent/JPS56141441A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56141441A (en) | 1981-11-05 |
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