(57)【要約】【課題】フライホイール式蓄電装置のフライホイールを短時間で停止することが出来ると共に自己の規模がフライホイール式蓄電装置の規模に依存しないフライホイール緊急停止装置を提供することを目的とする。【解決手段】フライホイール緊急停止装置が、フライホイール式蓄電装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電力を供給する系統負荷より負荷の大きい負荷装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電気的に接続する接続先を切り替える接続先切替手段と、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記フライホイール式蓄電装置と前記負荷装置とを前記接続先切替手段に接続させ、前記フライホイール式蓄電装置に前記負荷装置へ対して電力を供給させる制御手段とを具備する。【選択図】図２
2010041776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイール式蓄電装置と、
前記フライホイール式蓄電装置が電力を供給する系統負荷より負荷の大きい負荷装置と、
前記フライホイール式蓄電装置が電気的に接続する接続先を切り替える接続先切替手段と、
フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記フライホイール式蓄電装置と前記負荷装置とを前記接続先切替手段に接続させ、前記フライホイール式蓄電装置に前記負荷装置へ対して電力を供給させる制御手段と
を具備することを特徴とするフライホイール緊急停止装置。
【請求項２】
前記負荷装置は、前記フライホイール式蓄電装置の外壁に密着するように設けられた冷却水配管内の冷却水を循環させる冷却水循環ポンプと、冷却水循環ポンプに送風する冷却ファンとから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフライホイール緊急停止装置。
【請求項３】
前記制御手段は、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記冷却ポンプ及び前記冷却ファンを同時に起動させることを特徴とする請求項２に記載のフライホイール緊急停止装置。
【請求項４】
前記制御手段は、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、まず前記冷却ポンプのみを起動させ、前記フライホイール式蓄電装置が蓄電する電力量に応じて前記冷却ファンを起動させることを特徴とする請求項２に記載のフライホイール緊急停止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライホイール緊急停止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライホイールを使用して電力の蓄電を行うフライホイール式蓄電装置は、フライホイール、容器、モータ／発電機及び軸受部から構成されている。フライホイール式蓄電装置は、電力をフライホイールの回転エネルギーに変換することによって蓄電するようにしたものである。このフライホイール式蓄電装置では、蓄電時のフライホイール及びモータ／発電機の回転を阻害する空気抵抗及び軸受の摩擦をできるだけ低減する必要がある為、モータ／発電機及びフライホイールは真空中で作動させられ、またモータ／発電機を支持する軸受には、磁気軸受等を採用することによって軸受における摩擦をなくしている。そして、このようなフライホイール式蓄電装置では、不測の事態に備えて、回転するフライホイールを停止させる機能が搭載されている。そのフライホイールを停止させる方法として、フライホイールをフリーランさせる方法と、フライホイールの回転によって発生する電力をフライホイール式蓄電装置の制御機構によって消費する方法と、回転するフライホイールに大きな制動力を強制的に付加する方法とが存在する。
【０００３】
例えば、大きな制動力を強制的に付加することによって回転するフライホイールを停止させる技術として、下記特許文献１には、フライホイール緊急停止装置が、発電電動機と同軸に設けられた主軸に複数段にわたって装着されたフライホイールを個々に収容するケーシングの内部に、フライホイールとの摩擦力を高めると共に摩擦力によって発生する熱を効果的に除去することが出来る高比熱、高蒸発潜熱の液体を注入することが開示されている。また、下記特許文献２には、フライホイールに装着された回転軸の端部に、永久磁石を備えた被制動筒を固定し、強磁性体を備えた制動筒を被制動筒と同心に配置し、緊急時にこの制動筒を被制動筒に対向させことによって制動筒に渦電流が惹起されて、回転軸に制動力が加わる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平０８−２４７１８３号公報
【特許文献２】特開平０９−２３３８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来技術では、フライホイールをフリーランさせる方法、またはフライホイールの回転によって発生する電力をフライホイール式蓄電装置の制御機構によって消費する方法によって、フライホイールの回転を停止させているが、このような方法では、安全にフライホイールを停止させることができるが、フライホイールが完全に停止するまでに長い時間を必要としてしまう。その為、緊急にフライホイールを停止させなければならない場合に、このような方法を採用することは適切ではない。
【０００５】
また、フライホイールに大きな制動力を強制的に付加することによってフライホイールの回転を停止させる方法では、フライホイールに強制的に制動力を付加する為にフライホイール式蓄電装置と同程度の大きさのフライホイール緊急停止装置が必要となってしまう。フライホイール式蓄電装置には、家庭に設置されて余剰電力を蓄電するような小型のものも存在するが、フライホイールの直径が数ｍになる巨大なフライホイール式蓄電装置も存在する。このような巨大なフライホイール式蓄電装置のフライホイールを停止させる場合には、そのフライホイール式蓄電装置の規模に比例してフライホイール緊急停止装置の規模も巨大になってしまう。そして、このような巨大なフライホイール緊急停止装置を設置する為には、多くの費用及び広い敷地が必要となってしまう。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、フライホイール式蓄電装置のフライホイールを短時間で停止することが出来ると共に自己の規模がフライホイール式蓄電装置の規模に依存しないフライホイール緊急停止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第１の解決手段として、フライホイール式蓄電装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電力を供給する系統負荷より負荷の大きい負荷装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電気的に接続する接続先を切り替える接続先切替手段と、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記フライホイール式蓄電装置と前記負荷装置とを前記接続先切替手段に接続させ、前記フライホイール式蓄電装置に前記負荷装置へ対して電力を供給させる制御手段とを具備するという手段を採用する。
【０００８】
本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記負荷装置は、前記フライホイール式蓄電装置を冷却する冷却装置であるという手段を採用する。
【０００９】
本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記負荷装置は、前記フライホイール式蓄電装置の外壁に密着するように設けられた冷却水配管内の冷却水を循環させる冷却水循環ポンプと、冷却水循環ポンプに送風する冷却ファンとから構成されているという手段を採用する。
【００１０】
本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第４の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記制御手段は、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記冷却ポンプ及び前記冷却ファンを同時に起動させるという手段を採用する。
【００１１】
本発明では、フライホイール緊急停止装置に係る第４の解決手段として、上記第２の解決手段において、前記制御手段は、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、まず前記冷却ポンプのみを起動させ、前記フライホイール式蓄電装置が蓄電する電力量に応じて前記冷却ファンを起動させるという手段を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、フライホイール緊急停止装置が、フライホイール式蓄電装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電力を供給する系統負荷より負荷の大きい負荷装置と、前記フライホイール式蓄電装置が電気的に接続する接続先を切り替える接続先切替手段と、フライホイール緊急停止指示を受け付けると、前記フライホイール式蓄電装置と前記負荷装置とを前記接続先切替手段に接続させ、前記フライホイール式蓄電装置に前記負荷装置へ対して電力を供給させる制御手段とを具備することによって、フライホイール式蓄電装置のフライホイールの回転を短時間で停止することが出来る。また、このフライホイール緊急停止装置では、フライホイール式蓄電装置に蓄電された電力を負荷装置に消費させる方法によってフライホイールの回転を停止させる為、フライホイール緊急停止装置の規模をフライホイール式蓄電装置の規模に比例させて大きくする必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本発明のフライホイール緊急停止装置に関する。図１は本実施形態に係るフライホイール緊急停止装置Ａの外観における概要を示す模式図である。図１に示すように、フライホイール緊急停止装置Ａでは、フライホイール式蓄電装置１の周囲に冷却器２び冷却ファン３が取り付けられている。
【００１４】
フライホイール式蓄電装置１は、フライホイールチャンバ１ａによって、フライホイール、モータ／発電機等の各種内部機構が収容されており、外部から供給される電力をフライホイールの回転エネルギーに変換して保存するものである。なお、フライホイール及びモータ／発電機等の詳細については、後述する。冷却器２は、冷却水配管２ａ及び冷却水循環ポンプ２ｂから構成されおり、冷却水の循環によってフライホイール式蓄電装置を冷却するものである。
【００１５】
上記冷却水配管２ａは、フライホイールチャンバ１ａの外壁へ密接して設けられたループ状の配管であり、内部に冷却媒体としての冷却水を収容する。この冷却水配管２ａに収容されている冷却水と、フライホイール式蓄電装置１から発生する熱との熱交換によってフライホイール式蓄電装置１は、冷却される。そして、この冷却水配管２ａは、その途中部位に冷却循環ポンプが２ｂが設けられている。冷却水循環ポンプ２ｂは、一定の流量によって冷却水を冷却水配管２ａ内を循環させるポンプである。そして、冷却ファン３は、冷却水循環ポンプ２ｂを冷却する為の風を供給するものであり、冷却水循環ポンプ２ｂに送風できる位置に複数台設けられている。
【００１６】
次に、フライホイール緊急停止装置Ａの機能構成について、図２を参照して、説明する。図２は、実施形態に係るフライホイール緊急停止装置Ａの機能ブロック図である。なお、図２における実線矢印は電力の流れを示し、点線矢印は制御信号の流れを示す。フライホイール緊急停止装置Ａは、図２に示すように、フライホイール式蓄電装置１、冷却水循環ポンプ２ｂ、冷却ファン３、操作部４、接続先切替スイッチ５、コンバータ６及び第１インバータ７から構成されている。
【００１７】
そして、上記フライホイール式蓄電装置１は、フライホイール１ｂ、モータ／発電機１ｃ及びインバータ／コンバータ１ｄ、換気ファン１ｅ、制御部１ｆ及び第２インバータ１ｇから構成されている。このフライホイール式蓄電装置１は、各種設備及び機器等から構成されるＡＣ負荷の二次電源として活用されるものである。通常時、ＡＣ負荷（例えばＡＣ４４０Ｖ）には、ＡＣ系統（例えばＡＣ４４０Ｖ）からＡＣ直送経路を介して電力が供給されるが、ＡＣ負荷へ供給する電力に電力不足等の問題が発生した場合に、フライホイール式蓄電装置１が、ＡＣ負荷へ電力をＡＣ系統からの代わりに供給する。
【００１８】
フライホイール１ｂは、モータ／発電機１ｃの回転軸と同心に誘導回転している円盤である。このフライホイール１ｂは、モータ／発電機１ｃの回転駆動によって回転し、モータ／発電機１ｃによる回転駆動が停止しても慣性によって回転し続ける。
モータ／発電機１ｃは、慣性によって回転するフライホイール１ｂの回転速度を減速させることにより回転エネルギーが回生エネルギーに変換されることによって発電機として交流電力を発生させるものであり、当該交流電力をインバータ／コンバータ１ｄに出力する。また、このモータ／発電機１ｃは、モータとしてインバータ／コンバータ１ｄから供給される交流の駆動電力によって、フライホイール１ｂを駆動する。なお、フライホイール式蓄電装置１では、フライホイール１ｂ及びモータ／発電機１ｃの動作を妨げる空気抵抗を低減する為に、フライホイール１ｂ及びモータ／発電機１ｃは、真空にされた容器に収容されている。
【００１９】
インバータ／コンバータ１ｄは、制御部１ｆによる制御の下、インバータとしてコンバータ６から供給されるＤＣ中間電圧（例えば、６００Ｖ）の直流の駆動電力を交流の駆動電力に変換し、当該駆動電力によってモータ／発電機１ｃをモータとして駆動する。また、インバータ／コンバータ１ｄは、制御部１ｆによる制御の下、コンバータとしてモータ／発電機１ｃから供給される交流電力をＤＣ中間電圧の直流電力に変換して、この直流電力を第１インバータ７及び第２インバータ１ｇに出力する。そして、第１インバータ７は、直流電流を交流電流に変換して、この交流電力をＡＣ負荷または冷却水循環ポンプ２ｂと冷却ファン３に供給する。また、第２インバータ１ｇは、直流電流を交流電流に変換して、この交流電力を換気ファン１ｅ及び制御部１ｆに供給する。
【００２０】
換気ファン１ｅは、制御部１ｆの制御の下、第２インバータ１ｇから供給される電力によって動作し、制御部１ｆから発生する熱を外部に放出するファンである。
制御部１ｆは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）から構成される内部メモリ並びに上記換気ファン１ｅ及びインバータ／コンバータ１ｄと信号の入出力をそれぞれ行うインタフェース回路等から構成されており、上記ＲＯＭに記憶された制御プログラム、操作部４が受け付ける操作指示に基づいてフライホイール緊急停止装置Ａの全体動作を制御する。
第２インバータ１ｇは、コンバータ６またはインバータ／コンバータ１ｄから供給されるＤＣ中間電圧の直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を換気ファン１ｅ及び制御部１ｆに供給する。
【００２１】
冷却水循環ポンプ２ｂは、接続先切替スイッチ５による接続先の切替によってフライホイール式蓄電装置１から第１インバータ７を介して電力が供給され、操作部４がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部１ｆの制御の下、冷却水配管２ａ内の冷却水の循環を開始する。
冷却ファン３は、接続先切替スイッチ５による接続先の切り替えによってフライホイール式蓄電装置１から第１インバータ７を介して電力が供給され、操作部４がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部１ｆの制御の下、冷却水循環ポンプ２ｂに対する送風を開始する。
【００２２】
操作部４は、ユーザによる操作キーの操作によってフライホイール緊急停止指示を受け付けて制御部１ｆに出力する。
接続先切替スイッチ５は、操作部４が受け付けたフライホイール緊急停止指示に基づいて、第１インバータ７の電気的な接続先を冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３へ切り替える、すなわちフライホイール式蓄電装置１の電力供給先を切り替えるスイッチである。
コンバータ６は、ＡＣ系統から供給される交流の電力をＤＣ中間電圧の直流電力に変換し、この著旧電力を第１インバータ７、インバータ／コンバータ１ｄ及び第２インバータ１ｇに供給する。
第１インバータ７は、コンバータ６及びインバータ／コンバータ１ｄから供給されるＤＣ中間電圧の直流電力を交流電力に変換し、この交流電力をＡＣ負荷または冷却水循環ポンプ２ｂと冷却ファン３に供給する。
【００２３】
次に、このように構成されたフライホイール緊急停止装置Ａの動作について詳しく説明する。
まず、制御部１ｆは、フライホイール式蓄電装置１へコンバータ６から直流の駆動電流が供給される場合に、インバータ／コンバータ１ｄをインバータとして作動させて、モータ／発電機１ｃにフライホイール１ｂを回転駆動させる。そして、制御部１ｆは、モータ／発電機１ｃによる駆動によって、５分〜１５分をかけてフライホイール１ｂを１２０００ｒｐｍ（revolutions per minute：毎分回転数）まで加速させる。そして、制御部１ｆは、フライホイール１ｂが、１２０００ｒｐｍまで加速すると、フライホイール１ｂの回転を維持させる最低源の電力のみをモータ／発電機１ｃへインバータ／コンバータ１ｄに供給させて、フライホイール１ｂの１２０００ｒｐｍの回転状態を維持する。
【００２４】
そして、操作部４がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部１ｆは、インバータ／コンバータ１ｄをコンバータとして作動させることによって、モータ／発電機１ｃが出力する交流電流を直流電流に変換して、インバータ／コンバータ１ｄにこの直流電流を出力させる。さらに、制御部１ｆは、インバータ／コンバータ１ｄから第２インバータ１ｇを介して供給される交流電流によって換気ファン１ｅを作動させる。
【００２５】
接続先切替スイッチ５では、操作部４がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部１ｆの制御の下、第１インバータ７をＡＣ負荷へ接続または何にも接続していない状態から冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３へ電気的に接続させる。そして、このことによって、第１インバータ７が、フライホイール式蓄電装置１からの直流電流を変換した交流電力を冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３へ供給する。
【００２６】
また、冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３は、操作部４がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、制御部１ｆの制御の下、第１インバータ７から供給される電力によって作動する。そして、換気ファン１ｅ、冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３の作動によって、フライホイール式蓄電装置１の熱を冷却する。そして、フライホイール式蓄電装置１が全ての電力を放電すると、フライホイール１ｂの回転が停止する。そして、フライホイール式蓄電装置１が全ての電力を放電することによって電力の供給が停止すると、冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３は、停止する。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係るフライホイール緊急停止装置Ａでは、操作部４がフライホイール緊急停止指示を受け付けると、フライホイール式蓄電装置１において制御部１ｆが、コンバータとしてインバータ／コンバータ１ｄに作動させることによって直流電力を出力させると共に接続先切替スイッチ５が第１インバータ７と冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３とを接続することによって、冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３がフライホイール式蓄電装置１に蓄電されている電力を消費する為、フライホイール式蓄電装置１に蓄電される電力を短時間で放電することが出来る。その為、フライホイール１ｂの回転を短時間で停止させることが出来る。さらに、フライホイール式蓄電装置１において制御部１ｆが、換気ファン１ｅを作動させることによって電力を消費させている為、フライホイール１ｂの回転を短時間で停止させていることが出来る。
【００２８】
また、このフライホイール緊急停止装置Ａでは、フライホイール式蓄電装置１に蓄電されている電力を消費することによってフライホイール１ｂの回転を停止させている為、フライホイール式蓄電装置１の規模に比例させて自身の規模を拡大する必要がない。また、フライホイール式蓄電装置１では、電力の出力に伴って熱が発生してしまうが、冷却器２及び冷却ファン３の作動によって、温度の上昇を抑えることが出来る。さらに、制御部１ｆが、換気ファン１ｅを作動させることによって、制御部１ｆから発生する熱をフライホイール式蓄電装置１の外部に放出する為、フライホイール式蓄電装置１の温度の上昇を抑えることが出来る。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形が考えられる。
（１）上記実施形態では、フライホイール式蓄電装置１のフライホイール１ｂの回転を停止させる為に、冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３を同時に起動させたが、本発明はこれに限定されない。
例えば、まず冷却水循環ポンプ２ｂのみを起動させ、フライホイール式蓄電装置１が蓄積する電力量に応じて冷却ファン３を起動させるようにしてもよい。
【００３０】
（２）上記実施形態では、フライホイール式蓄電装置１のフライホイールの回転を停止させる為に、フライホイール式蓄電装置１に蓄電される電力を短時間で消費する負荷として冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３を採用したが、電力を短時間で消費することが出来る負荷であれば、冷却水循環ポンプ２ｂ及び冷却ファン３以外であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るフライホイール緊急停止装置Ａの外観における概要を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るフライホイール緊急停止装置Ａの機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
Ａ…フライホイール緊急停止装置、１…フライホイール式蓄電装置、１ａ…フライホイールチャンバ、１ｂ…フライホイール、１ｃ…モータ／発電機、１ｄ…インバータ／コンバータ、１ｅ…換気ファン、１ｆ…制御部、１ｇ…第２インバータ、２…冷却器、２ａ…冷却水配管、２ｂ…冷却水循環ポンプ、３…冷却ファン、４…操作部、５…接続先切替スイッチ、６…コンバータ、７…第１インバータ
【図１】
2010041776.tif 000003
【図２】
2010041776.tif 000004