(57)【要約】【課題】磁気軸受部分をフライホイールの上下に配置して安定性を確保するとともに、フライホイール部分と極低温用の真空容器を分離して効率の向上を図ることができる電力貯蔵用超電導フライホイール装置を提供する。【解決手段】超電導コイルと超電導バルク体から構成される磁気軸受でフライホイールを取り付けた回転軸を支持し、電動・発電機を有する電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、フライホイール１３を入れる風損抑制用低真空容器１１を具備し、フライホイール１３の回転軸８をフライホイール１３を挟んで上下に配置される極低温用真空容器７, ７′内にそれぞれ１組ずつ配置した超電導コイル４, ４′と超電導バルク体９, ９′から構成される磁気軸受で支持し、各々の真空容器の接続部を回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする磁気シールユニットでシールするとともに、前記回転軸８の上部の電動・発電機を冷却する冷却室１５を具備する。【選択図】図１
2008086095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイールの回転軸を磁気軸受部で支持し、前記回転軸の上部に電動・発電機を有する電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、
（ａ）風損抑制用低真空容器内に配置されるフライホイールと、
（ｂ）該フライホイールを挟んで上下に配置される極低温用真空容器内に１組の超電導コイルと超電導バルク体から構成される磁気軸受部分を具備することを特徴とする電力貯蔵用超電導フライホイール装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、前記極低温用真空容器とフライホイールの風損抑制用低真空容器との間に回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする磁気シールユニットを配置することを特徴とする電力貯蔵用超電導フライホイール装置。
【請求項３】
請求項１記載の電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、電動・発電機部分を容器で覆い、冷却室として低温のガスを循環させて冷却することを特徴とする電力貯蔵用超電導フライホイール装置。
【請求項４】
請求項１記載の電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、前記極低温用真空容器と電動・発電機の冷却室との間に回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする磁気シールユニットを配置することを特徴とする電力貯蔵用超電導フライホイール装置。
【請求項５】
請求項２又は３記載の電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、前記の回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする磁気シールユニットの外周部にベローズを配置することを特徴とする電力貯蔵用超電導フライホイール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰電力をフライホイールの運動エネルギーに変換して貯蔵するとともに、必要に応じて前記フライホイールに貯蔵されている運動エネルギーを電気エネルギーに変換して取り出すようにした、電力貯蔵用超電導フライホイール装置に係り、その超電導磁気軸受けの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した超電導フライホイール電力貯蔵装置としては、例えば、下記特許文献１に開示されるようなものがあった。
【０００３】
図３はかかる従来の超電導フライホイール電力貯蔵装置の模式図である。
【０００４】
この図に示すように、固定状態で配置される超電導コイル１０３と、これに対向させて浮上状態に配置される超電導バルク体１０４と、該超電導バルク体１０４と一体的に回転するフライホイール１０５とを収納した低温容器１０１を有し、かつ低温容器１０１内を真空排気するための排気装置１０９と、超電導コイル１０３をその臨界温度以下に冷却するための熱伝導型の冷却装置１１１と、フライホイール１０５に固設された回転軸１０６と発電・電動機１１２との接続・遮断を行うためのクラッチ装置１１３とを備えるようにしている。なお、図３において、１０２は冷却板、１０７は案内用超電導コイル、１０８は案内用超電導バルク体、１１０はＨｅ圧縮機である。
【０００５】
上記したように、従来の永久磁石を超電導コイル１０３に置き換えたことにより、超電導コイル１０３と超電導バルク体１０４との間により大きな電磁力を発生させることができる。つまり、電磁力は磁場の自乗に比例して増大するため、超電導コイル１０３により大きな磁場を生成することが、より大きな電磁力を発生させ、フライホイール１０５に対して強力な浮上力を得ることにつながる。
【０００６】
また、均一磁場を大空間に実現することができる。
【０００７】
さらに、軸受の空隙（エアギャップ）を増大させることができる。
【特許文献１】特開２００３−２１９５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記した超電導フライホイール電力貯蔵装置によれば、ラジアルベアリングをフライホイールの下側にしか配置していないため、回転軸の上端が自由端となり軸振れが生じやすい。下側のラジアルベアリングを強固にしたとしても、剛体モードでの回転軸の倒れは抑えがたく、安定して回転させるのは容易ではない。さらに、極低温の冷却領域が広くなり、冷却のための大きなエネルギーを消費すことになり、効率が低下するなどという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記状況に鑑みて、磁気軸受部分をフライホイールの上下に配置して安定性を確保するとともに、フライホイール部分と極低温用の真空容器を分離して効率の向上を図ることができる電力貯蔵用超電導フライホイール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】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕フライホイールの回転軸を磁気軸受部で支持し、前記回転軸の上部に電動・発電機を有する電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、風損抑制用低真空容器内に配置されるフライホイールと、このフライホイールを挟んで上下に配置される極低温用真空容器内に１組の超電導コイルと超電導バルク体から構成される磁気軸受部分を具備することを特徴とする。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載の電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、前記極低温用真空容器とフライホイールの風損抑制用低真空容器との間に回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする磁気シールユニットを配置することを特徴とする。
【００１２】
〔３〕上記〔１〕記載の電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、電動・発電機部分を容器で覆い、冷却室として低温のガスを循環させて冷却することを特徴とする。
【００１３】
〔４〕上記〔１〕記載の電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、前記極低温用真空容器と電動・発電機の冷却室との間に回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする磁気シールユニットを配置することを特徴とする。
【００１４】
〔５〕上記〔２〕又は〔３〕記載の電力貯蔵用超電導フライホイール装置において、前記の回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする磁気シールユニットの外周部にベローズを配置することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００１６】
（１）磁気軸受をフライホイールの上下に配置するようにしたので、回転軸の回転安定性を確保することができる。
【００１７】
（２）フライホイールと極低温用真空容器を分離して配置するようにしたので、極低温化のための領域をより限定することができ、冷却のための消費エネルギーの低減を図ることができ、電力貯蔵用超電導フライホイール装置の効率の向上を図ることができる。
【００１８】
（３）回転軸の上端部に配置される電動・発電機の冷却室で温度上昇を抑制することができる。
【００１９】
（４）磁気シールは通常、回転軸と磁性流体との密着性を高めるために、回転軸と磁気シール用磁石とのギャップに高度な隙間管理が要求される。そのため、通常は回転軸と磁気シールのユニットとのはめあいはユニット部に設けたボールベアリングによって管理される。
【００２０】
このようなシールユニットを複数個直列に配置すると、回転軸が複数箇所で支持され、不静定となる。このため組立て、調整に大きな労力を要する。さらにラジアル方向に回転抵抗が生じて効率が低下する。この問題に対して、磁気シールユニットの外周にベローズを配置したことで、磁気シールユニット部分での軸の拘束力は発生せず、よって回転抵抗もほとんど生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の電力貯蔵用超電導フライホイール装置は、風損抑制用低真空容器内に配置されるフライホイールと、このフライホイールを挟んで上下に配置される極低温用容器内に１組の超電導コイルと超電導バルク体から構成される磁気軸受部分を具備し、電動・発電機を冷却室に入れる。
【実施例】
【００２２】
図１は本発明の第１実施例を示す電力貯蔵用超電導フライホイール装置の断面模式図である。
【００２３】
この図において、１は架台、２, ２′は高真空状態の空間、３，３′は断熱荷重支持材、４，４′は超電導コイル、５，５′は冷凍機、６，６′は断熱シールド、７，７′は極低温用真空容器、８は回転軸、９，９′は超電導バルク体、１０，１０′，１０″は回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする磁気シールユニット、１１は風損抑制用低真空容器、１２，１２′は低真空容器シール用Ｏリング、１３はフライホイール、１４は電動・発電機で回転軸８の上端部に回転子１４Ａを直接取り付けるとともに、電機子１４Ｂが配置される。１５は電動・発電機の冷却室である。
【００２４】
上記したように、磁気軸受１０，１０′をフライホイール１３の上下に配置する。また、フライホイール１３用の風損抑制用低真空容器１１と極低温用真空容器７，７′を分離して配置するようにしている。
【００２５】
したがって、磁気軸受１０，１０′をフライホイール１３の上下に配置するようにしたので、回転軸８の回転安定性を確保することができる。
【００２６】
また、フライホイール１３と極低温用真空容器７，７′を分離して配置するようにしたので、極低温化のための領域をより限定することができ、冷却のための消費エネルギーの低減を図ることができ、電力貯蔵用超電導フライホイール装置の効率の向上を図ることができる。
【００２７】
また、回転軸８の上端部に配置される電動・発電機１４（回転子１４Ａ・電機子１４Ｂ）を冷却室１５で覆い、ここに冷却用の低温ガスを循環させることで電動・発電機１４の温度上昇を抑制することができる。
【００２８】
図２は本発明の第２実施例を示す電力貯蔵用超電導フライホイール装置の断面模式図である。
【００２９】
この実施例では、第１実施例に示した磁気シールユニット（磁気軸受）１０，１０′，１０″の外周部にベローズ（可撓継手）２１を付加して、フライホイール１３の風損抑制用低真空容器１１と磁気軸受１０，１０′，１０″の極低温用真空容器７，７′との間、磁気軸受１０，１０′，１０″の極低温用真空容器７と架台１との間を接続するようにしている。これによって回転軸８の駆動に対して磁気シールユニットが抵抗となることはない。なお、各真空容器の回転軸貫通部分は回転軸の周上を磁性流体のＯリングでシールする。
【００３０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の電力貯蔵用超電導フライホイール装置は、安定性と効率を向上させる超電導フライホイール電力貯蔵装置として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例を示す電力貯蔵用超電導フライホイール装置の断面模式図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す電力貯蔵用超電導フライホイール装置の断面模式図である。
【図３】従来の超電導フライホイール電力貯蔵装置の断面模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    架台
２，２′    高真空状態の空間
３，３′    断熱荷重支持材
４，４′    超電導コイル
５，５′    冷凍機
６，６′    断熱シールド
７，７′    極低温用真空容器
８    回転軸
９，９′    超電導バルク体
１０，１０′，１０″    磁気シールユニット（磁気軸受）
１１    風損抑制用低真空容器
１２，１２′    低真空容器シール用Ｏリング
１３    フライホイール
１４    電動・発電機
１４Ａ    回転子
１４Ｂ    電機子
１５    電動・発電機の冷却室
２１    ベローズ（可撓継手）
【図１】
2008086095.tif 000003
【図２】
2008086095.tif 000004
【図３】
2008086095.tif 000005