(57)【要約】【課題】 フライホイールの軸受部における潤滑状態を良好に維持させ、メンテナンス性に優れると共に、軸受部分の負荷抵抗によるエネルギーロスや、フライホイールの歳差運動に伴う騒音発生などの障害を効果的に防止することができるフライホイール電源装置を提供する。【解決手段】フライホイール電源装置１０は、電力の供給を受けて回転駆動して保持する運動エネルギーを電力供給停止時に電気エネルギーに変換して放出するフライホイール１１と、フライホイール１１の下側に突出して設けられた回転軸１１ｂを支持する本体ケーシング１２に固定された下部軸受部１３と、フライホイール１１の上表面に形成された軸受孔１１ｃにその下方に突出した固定軸１４ａが嵌合してフライホイール上部を回転自在に支持する本体ケーシング１２に固定された上部軸受部１４と、フライホイール１１の軸受孔１１ｃ周囲に設けられた潤滑油貯留部１５と、を有することを特徴とする。【選択図】 図１
0003149856.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
電力の供給を受けて回転駆動して保持する運動エネルギーを電力供給停止時に電気エネルギーに変換して放出するフライホイールと、
フライホイールの下側に突出して設けられた回転軸を支持する本体ケーシングに固定された下部軸受部と、
フライホイールの上表面に形成された軸受孔にその下方に突出した固定軸が嵌合してフライホイール上部を回転自在に支持する本体ケーシングに固定された上部軸受部と、
フライホイールの軸受孔周囲に設けられた潤滑油貯留部と、
を有するフライホイール電源装置であって、
前記上部軸受部の前記固定軸には、
前記潤滑油貯留部に貯留された潤滑油をその上部側周囲壁に設けられた周壁取入口から取り込んでその下端吐出口から吐出させる油循環路が設けられており、
前記固定軸には、前記潤滑油貯留部の油留め部に貯留された潤滑油Ａを、その上部側周囲壁に設けられた周壁取入口から取り込んで、その下端吐出口から吐出させて、潤滑油を固定軸と軸受孔との間隙に供給するための略Ｔ字型の油循環路を設け、潤滑油を固定軸の先端部分に供給して固定軸周りの潤滑状態を良好に維持させるようにしたことを特徴とするフライホイール電源装置。
【請求項２】
前記上部軸受部の前記固定軸にはその側壁面にリング状や傘状に突出して形成された潤滑油流規制部が設けられていることを特徴とする請求項１のフライホイール電源装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、フライホイールを回転させることでその回転運動エネルギーを蓄積して保持し、停電時にこの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、装置に安定した電力を供給できるようにしたバックアップ電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライホイール電源装置は、フライホイールを電気エネルギーで回転させることにより回転運動エネルギーとして蓄え、停電などによる電力供給が停止された時にこの回転運動エネルギーを電気エネルギーに再変換して、装置に安定した電力を供給できるようにしたバックアップ電源装置である。
このような従来のフライホイール電源装置に関連して、例えば特許文献１には、ケーシングに設けた軸受にフライホイールの回転軸を支承させ、フライホイールを回転軸の下端のみが回転支点で支持されその上端が無接触のいわゆる独楽状態に高速回転させるようにした電源装置が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、フライホイールの回転軸心の上下を支持してフライホイールを回転させ、そのフライホイールに作用する磁気吸引力の合力作用線上に、フライホイール回転軸下端の回転支点と、フライホイールの重心とを設けるようにしたフライホイール電源装置が記載されている。このようなフライホイール電源装置は、回転するフライホイールに内側に形成された円形凹部の内周面には永久磁石が配設され、ケーシングの底部には、永久磁石と対向するような鉄心とコイルの組み合わせ構造からなる固定子が設置されている。こうして、固定子のコイルに電圧が印加されると、電動機と同じ原理でフライホイールが回転して運動エネルギーとして蓄えられ、停電などでコイルへの電力供給が途絶えると、発電機と同じ原理によりフライホイールの運動エネルギーが電気エネルギーに変換されて外部に供給されるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３１８８５９１号公報
【特許文献２】特開平１０−２８５８３５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
フライホイール電源装置は、バッテリータイプのバックアップ電源装置に比べて、鉛などの有害物質を使用していないためリサイクルが容易である。このため、バッテリータイプの電源装置に代わるバックアップ電源装置として、フライホイール電源装置が瞬断対策の主流になるものと期待されている。
ところが、特許文献１に示されるような従来のフライホイール電源装置は、回転体であるフライホイール下端部のみが回転支点で上端が無接触のいわゆる独楽状態で回転する構造であるので、フライホイールの回転軸下端の回転支点を中心として回転軸の上端が弧を描きながら振れる歳差運動を起こしフライホイールの回転が安定しないという問題があった。また、フライホイールの上端を無接触としているので、地震などの大きな振動に対してフライホイールがケースから放出されるのではないかという重要な問題点が指摘されている。
さらに、特許文献１や特許文献２のフライホイール電源装置では、フライホイールの軸受部における潤滑状態を良好に維持する構造となっていないため、電力供給時において作動不良を生じるおそれがあるためメンテナンスが欠かせないという問題があった。
特に特許文献２のものにおいては、フライホイールの回転軸上部に設けられているタッチダウン軸受は、ケーシングと一体の固定的な短軸にボールベアリングを取り付け、そのボールベアリングをフライホイールの円形凹部に遊嵌させたいわゆる外転形構造としているので、上下方向の振動に対しては、フライホイールの安定性が図れないという問題がある。
【０００６】
本考案は、前記課題を解決するためになされたもので、フライホイールの軸受部における潤滑状態を良好に維持させることができ、メンテナンス性に優れるとともに、軸受部分の負荷抵抗によるエネルギーロスや、フライホイールの歳差運動に伴う騒音発生などの障害を効果的に防止することができるフライホイール電源装置を提供することを目的とする。
また、１００ｋｇ以上もあるフライホイールを高速で安定して回転させることが可能なフライホイール電源装置を提供することを目的とする。
さらに、地震などの強い振動に対してもフライホイールのケース内への固定を強固にできるバックアップ電源装置としてのフライホイール電源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】
本考案のフライホイール電源装置は、電力の供給を受けて回転駆動して保持する運動エネルギーを電力供給停止時に電気エネルギーに変換して放出するフライホイールと、
フライホイールの下側に突出して設けられた回転軸を支持する本体ケーシングに固定された下部軸受部と、
フライホイールの上表面に形成された軸受孔にその下方に突出した固定軸が嵌合してフライホイール上部を回転自在に支持する本体ケーシングに固定された上部軸受部と、
フライホイールの軸受孔周囲に設けられた潤滑油貯留部と、
を有するフライホイール電源装置であって、
前記上部軸受部の前記固定軸には、前記潤滑油貯留部に貯留された潤滑油をその上部側周囲壁に設けられた周壁取入口から取り込んでその下端吐出口から吐出させる油循環路が設けられており、
前記固定軸には、前記潤滑油貯留部の油留め部に貯留された潤滑油Ａを、その上部側周囲壁に設けられた周壁取入口から取り込んで、その下端吐出口から吐出させて、潤滑油を固定軸と軸受孔との間隙に供給するための略Ｔ字型の油循環路を設け、潤滑油を固定軸の先端部分に供給して固定軸周りの潤滑状態を良好に維持させるようにしたことを特徴とする。
請求項２に記載のフライホイール電源装置は、請求項１において、前記上部軸受部の前記固定軸にはその側壁面にリング状や傘状に突出して形成された潤滑油流規制部が設けられていることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１のフライホイール電源装置の断面図である。
【図２】実施の形態１のフライホイール電源装置のフライホイール軸受構造の部分拡大図である。
【図３】実施の形態２に係るフライホイール電源装置の軸受構造の部分拡大図である。
【図４】他の実施の形態に係るフライホイール電源装置の軸受構造の部分拡大図である。
【考案を実施するための形態】
【０００９】
本考案において、フライホイールは、その下方に突出した回転軸と、その上部に凹部状に形成された軸受孔とを備えて回転可能に本体ケーシングの中に配置されている。
フライホイールの円筒状の内部には、誘導起電力を発生させるための永久磁石部材及び所定の慣性モーメントを保持させるための重金属からなるウェイト部材が備えられている。
また、本体ケーシングの中心底部には、フライホイールの内部に設置された回転する永久磁石に対向して、鉄心及びコイルからなる固定子が放射状に複数設置され、永久磁石の回転に伴ってコイルに誘導起電力を発生させたり、逆にコイルに電流を流すことで永久磁石を内蔵したフライホイールに回転力を付加したりすることができるようになっている。
【００１０】
下部軸受部として、本体ケーシングの中心底部に固定された凹状部分が形成されており、その素材としては、耐摩耗性の金属やセラミックなどが挙げられる。
なお、フライホイールの回転軸と接触する部分には、必要に応じて潤滑油がプール状に常時貯留するように油保留部を設けることができる。
【００１１】
上部軸受部の固定軸として、本体ケーシング内側中心を下方に突出させその先端をピボット状や球状に形成した部分が形成されており、その素材として、ステンレススチールやスチールなどの他に、例えば、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗの炭化物または窒化物や、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの金属の組合せからなる超硬合金や、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素などのセラミックなどが挙げられる。
【００１２】
潤滑油貯留部として、フライホイール回転中心上部の軸受孔周囲に、上部軸受部の固定軸が挿入される凹部状部分が形成されており、
その開口上部には円盤状の蓋部が覆設され、内部に貯留された潤滑油が遠心力で周囲に飛散されないような構造になっている。
【００１３】
また、油循環路として、円柱状の固定軸に貫通して設けられた潤滑油の流路が形成されており、固定軸に複数設けられた周壁取入口から取り込まれた潤滑油が水平流路を通って固定軸の軸心方向に流れ込み、軸心に沿って設けられた垂直流路を流下して固定軸の下端吐出口から吐出されるようになっている。
【００１４】
潤滑油流規制部として、リング状や傘状などの突出部が固定軸の側壁面に形成されており、その素材としてはプラスチックや金属などが挙げられる。
潤滑油流規制部によって、回転する軸受孔周囲に保持された固定軸周りの潤滑油の流れを規制することができるようになっている。
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本考案の実施の形態１に係るフライホイール電源装置について、図面を参照しながらさらに具体的に説明する。
図１は実施の形態１のフライホイール電源装置の断面図であり、図２はフライホイール軸受構造の部分拡大図である。
図１及び図２に示すように、実施の形態１のフライホイール電源装置１０は、本体ケーシング１２の内部に、フライホイール１１の回転軸の上部及び下部を支持してフライホイール１１を回転自在に保持している。
フライホイール１１は、永久磁石１１ａを介して電力を供給されて水平面において回転駆動するよう設置されている。
また、本体ケーシング１２は、上下方向に分割可能であり、その内部には中心部回りにコイル１２ａ及び鉄心１２ｂからなる固定子を保持している。
また、本体ケーシング１２の内部の中心底部には、下部軸受部１３が配置され、
フライホイール１１の下側に突出して設けられた回転軸１１ｂの先端を支持している。
さらに、本体ケーシング１２の内部の上部には、上部軸受部１４が配置され、
フライホイール１１の上表面に形成された軸受孔１１ｃに、下方に突出した固定軸１４ａを嵌合してフライホイール１１の上部を回転自在に支持している。
そして、フライホイール１１の軸受孔１１ｃの周囲には潤滑油貯留部１５が設けられている。
【００１６】
フライホイール電源装置１０は、無停電電源装置（UPS：Uninterruptible Power System）として、例えば、医療機器やコンピュータなどの装置の非常電源として用いられ、供給される電気エネルギーを回転体（フライホイール）の運動エネルギーとして貯蔵し、停電時には回転体に蓄積された運動エネルギーを放出して電気エネルギーに変換して医療機器やコンピュータなどの装置に電力を供給することで安定的な運転を維持することができる。
なお、フライホイール電源装置１０を、従来のコンデンサ方式やバッテリ方式の電源装置と併用して、地震などの災害時における動作確実性をさらに高めることもできる。
本体ケーシング１２の外形としては、例えば、外径約６００ｍｍ、高さ約２００ｍｍの円盤状にすることが好適であり、下部ケーシング１２ｃと上部ケーシング１２ｄとに、ボルトなどを介して分割可能に構成される。下部ケーシング１２ｃの底部には下部軸受部１３が配置され、この下部軸受部１３の回りに、コイル１２ａ及び鉄心１２ｂからなる固定子が設けられている。上部ケーシング１２ｄの中央内側には、フライホイール１１の軸受孔１１ｃに挿入される固定軸１４ａを有した上部軸受部１４が固定される。
【００１７】
フライホイール１１の外形としては、例えば、全体が略円筒状に形成されており、その円周内側に永久磁石１１ａを保持するとともに、回転軸心の下部及び上部が、それぞれ下部軸受部１３及び上部軸受部１４を介して水平面で回転できるように上下でしっかりと固定支持されている。
下部ケーシング１２ｃの底中央部には、フライホイール１１の永久磁石１１ａの回転により誘導起電力を発生させるコイル１２ａを鉄心１２ｂに巻き付けた構造の固定子が、配置されている。
フライホイール電源装置１０は、外部電源から固定子のコイル１２ａに電力を供給し永久磁石１１ａとの間でフライホイール１１に回転力を発生させ、例えば１０００〜１００００ｒｐｍの回転速度で回転させることにより、供給される電気エネルギーをフライホイール１１の回転運動エネルギーとして蓄える。
そして、停電などが原因でコンピュータ装置などへの電力供給が途絶えると、フライホイール１１の運動エネルギーを電気エネルギーに再変換してコンピュータ装置などへ供給する。
さらに、電力供給が再開され外部電源からコイル１２ａに電力が再度供給されると、フライホイール１１は再び電気エネルギーを運動エネルギーとして蓄える回転状態に復帰する。
なお、フライホイール電源装置１０は、フライホイール回転軸の上下をそれぞれの軸受部で強固に固定支持しており、フライホイールが振動したりフライホイール回転軸が傾いたりしても、フライホイール１１を上下の軸受部で強固に規制することができる。
しかも、上部軸受部１４に潤滑油貯留部１５を設けた構造をしているので、上部軸受部１４の摩擦抵抗や振動が最小限度になるようにすることができる。
【００１８】
下部軸受部１３は、その先端が球状又はピボット状に形成にされたフライホイール１１の回転軸１１ｂを支持して、フライホイール１１の回転支点となる。
そして、下部軸受部１３は、回転するフライホイールとの接触部分に潤滑油Ａを貯留するための空洞部１３ａを有している。
なお、フライホイール１１の回転軸１１ｂの先端及び／又は下部軸受部１３における回転軸１１ｂとの接触受部材１３ｂに、螺旋状の溝を設けることにより、回転軸１１ｂの高速回転時にこの間隙に潤滑油を導入して、潤滑油の被膜層を効果的に形成させ、回転軸１１ｂを浮上させて回転させることができる。
【００１９】
図２の拡大図に示すように、上部軸受部１４は、上部ケーシング１２ｄの内側中央に配置されており、その先端が略球状に形成された固定軸１４ａを備え、固定軸１４ａ先端周囲に潤滑油貯留部１５が配置されている。
【００２０】
潤滑油貯留部１５は、固定軸１４ａが挿入されるフライホイール１１の軸受孔１１ｃの周囲に設けられており、フライホイール１１上面に凹部状に形成された油溜め部１５ａとその開口部とを覆うための蓋部１５ｂとを備えており、潤滑油貯留部１５に所定量の潤滑油が保持されるような構造となっている。
【００２１】
なお、固定軸１４ａの先端球状部には、フライホイール１１の回転軸１１ｂの先端と同様の螺旋状の溝を設けることもできる。
【００２２】
また、図示するように、固定軸１４ａには、潤滑油貯留部１５の油溜め部１５ａに貯留された潤滑油Ａを、その上部側周囲壁に設けられた周壁取入口１４ｂから取り込んで、その下端吐出口１４ｃから吐出させて、潤滑油を固定軸１４ａと軸受孔１１ｃとの間隙に供給するための略Ｔ字型の油循環路を設け、潤滑油を固定軸１４ａの先端部分に供給して固定軸１４ａ周りの潤滑状態を良好に維持させるようにすることもできる。
【００２３】
潤滑油貯留部１５に保持される潤滑油としては、例えば、鉱油に代表される炭化水素基油や、極性化合物であるエステルを用いたエステル系鉱油、蒸発性が低く耐熱性に優れるポリオレフィンを基油としたものなどの公知の潤滑剤を適用することができる。
【００２４】
実施の形態１のフライホイール電源装置１０は以上のように構成されているので、
フライホイールの回転軸がその上下方向で強固に固定支持され、高速で安定して回転させることができる。
また、フライホイール１１の上部軸受部１４における潤滑状態を常時良好に維持させることができ、フライホイール１１の軸受部分の負荷抵抗によるエネルギーロスや、フライホイール１１の歳差運動に伴う騒音発生などの障害を効果的に防止することもでき、動作信頼性に優れたフライホイール電源装置を提供することができる。
さらに、ベアリング軸受構造を有しないのでベアリング交換などの必要がなく、メンテナンス性に優れているとともに、地震災害時などにおける安定性や信頼性にも優れている。
【００２５】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２のフライホイール電源装置におけるフライホイール軸受構造を示す部分拡大図である。
図３において、２０は実施の形態２のフライホイール電源装置であり、
上部軸受部２１と、フライホイール１１の上表面に形成された軸受孔１１ｃに嵌合するように設けられた上部軸受部２１の固定軸２２と、上部軸受部２１の固定軸２２の側壁面にリング状や傘状に突出して形成された潤滑油流規制部２３と、フライホイール１１の回転軸１１ｂの先端に形成された潤滑油の流動を促すための螺旋溝２４とを備えている。
なお、実施の形態２のフライホイール電源装置２０において、前記実施の形態１のフライホイール電源装置１０と同様の機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略している。
【００２６】
潤滑油流規制部２３を形成する素材としては、ゴムやプラスチックなどが挙げられ、その構造としては、例えば、外径３０ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚み１ｍｍのリング状部材を上部軸受部２１の固定軸２２の上部に装着固定して形成されている。
このような潤滑油流規制部２３によって、フライホイール１１の軸受孔１１ｃに滞留する潤滑油Ａが遠心力によって飛散される動きを規制して、潤滑状態を安定に維持させることができるようにしている。
なお、潤滑油流規制部２３を、プロペラ状や風車状又は円盤上に設けたフィン状などに形成して、その潤滑油攪拌効果がさらに高められるようにすることもできる。
【００２７】
また、フライホイール電源装置２０の下部軸受部１３におけるフライホイール１１の回転軸１１ｂの先端には、螺旋溝２４が形成されており、回転軸１１ｂの高速回転に伴って、接触受部材１３ｂと回転軸１１ｂとの間隙に効果的に潤滑油Ａを導入することができるような構造とすることもできる。
このような螺旋溝を上部軸受部２１の固定軸２２先端に同様に形成するようにしてもよい。
【００２８】
実施の形態２のフライホイール電源装置２０は以上のように構成されているので、フライホイール１１の上部軸受部１４における潤滑状態を良好に維持させることができる。また、潤滑油貯留部１５に配置される潤滑油流規制部２３により、潤滑油貯留部１５内部の潤滑油を固定軸２２回りに規制して効果的に攪拌させることができるので、固定軸２２と軸受孔１１ｃ間の潤滑油量を増大させて、その潤滑効果や軸受回りの冷却効果を高めることができる。これによって、フライホイール電源装置の作動を安定化することができ、地震などの緊急時にも確実に作動させることができる。
【００２９】
なお、本考案の技術思想は実施の形態１、２のものに限定されるものではない。例えば、本実施の形態ではフライホイールの上部軸受構造をその先端が球体となるピボット状構造のものとしたが、ここにベアリング軸受けなどを適用してそのフライフライホイール側に潤滑油貯留部を設けることもできる。
また、潤滑油流規制部は適宜その接合位置や大きさ、形状を設定することができる。
上部軸受部の固定軸に形成される油循環路の孔径や水平通路の数についても、前述したものに限定されるものではなく、その潤滑油の種類や、フライホイールの回転数などの使用形態により適宜決定されるものである。
【００３０】
さらに、図４に示すように、固定軸２２の上部と蓋部１５ｂとの間に、ドーナツ形状のシールリング２３ａを介在させて、潤滑油Ａを油溜め部１５ａ内に封入することもできる。すなわち、この場合は、シールリング２３ａが固定軸２２の側壁面にリング状に突出して形成された潤滑油流規制部となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本考案のフライホイール電源装置は、フライホイールの回転軸の上下を本体ケーシングでしっかりと固定する構造となっているので、振動などに対してフライホイールの回転が安定しているバックアップ電源装置として産業上利用可能である。
また、本考案のフライホイール電源装置は、フライホイールの軸受孔周囲に潤滑油貯留部が配置されているので、下部軸受部でその回転軸が支持されて回転するフライホイールの上部の軸受孔における潤滑状態が常時良好に維持され、軸受部分の負荷抵抗によるエネルギーロスや、フライホイールの歳差運動に伴う騒音発生などの障害を効果的に防止することができる。
また本考案のフライホイール電源装置においては、上部軸受部の固定軸には潤滑油貯留部に貯留された潤滑油を周壁取入口から取り込んでその下端吐出口から吐出させる油循環路を設けることもでき、この場合には固定軸を中心とする潤滑油の循環流路が形成されて固定軸周りの潤滑状態を常時良好に維持することが可能になる。
さらに本考案のフライホイール電源装置においては、上部軸受部の固定軸に、リング状や傘状に突出して形成された潤滑油流規制部を設けることもでき、この場合には回転する軸受孔周囲に保持された固定軸周りの潤滑油の流れを適正に規制できるので、その潤滑状態を適正に保持してメンテナンス性を高めるような効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０；実施の形態１のフライホイール電源装置
１１；フライホイール
１１ａ；永久磁石
１１ｂ；転軸
１１ｃ；軸受孔
１２；本体ケーシング
１２ａ；コイル
１２ｂ；鉄心
１２ｃ；下部ケーシング
１２ｄ；上部ケーシング
１３；下部軸受部
１３ａ；空洞部
１３ｂ；接触受部材
１４；上部軸受部
１４ａ；固定軸
１４ｂ；周壁取入口
１４ｃ；下端吐出口
１５；潤滑油貯留部
１５ａ；油溜め部
１５ｂ；蓋部
２０；実施の形態２のフライホイール電源装置
２１；上部軸受部
２２；固定軸
２３；潤滑油流規制部
２３ａ；シールリング
２４；螺旋溝
Ａ；潤滑油
【図１】
0003149856.tif 000003
【図２】
0003149856.tif 000004
【図３】
0003149856.tif 000005
【図４】
0003149856.tif 000006