(57)【要約】【課題】シャフトに磁路形成用の積層鋼板を圧入して取り付けるとき、積層された鋼板同士で剥がれが生じるのを防止するようにしたフライホイール・バッテリを提供する。【解決手段】シャフトに固定されたフライホイールを備え、電気エネルギをその回転エネルギとして蓄積すると共に、蓄積された回転エネルギを発電電動機によって出力するフライホイール・バッテリにおいて、シャフト１４に、その長手方向に積層しつつ取り付けられる磁路形成用の積層鋼板２０の少なくとも先端側２０ａに位置規制部材（環状リング）２２を配置する。【選択図】図２
2005333712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに固定されたフライホイールを備え、電気エネルギを前記フライホイールの回転エネルギとして蓄積すると共に、前記蓄積された回転エネルギを発電電動機によって出力するフライホイール・バッテリにおいて、前記シャフトに、その長手方向に積層しつつ取り付けられる磁路形成用の積層鋼板の少なくとも先端側に位置規制部材を配置したことを特徴とするフライホイール・バッテリ。
【請求項２】
前記位置規制部材を、前記シャフトの長手方向において前記積層鋼板の後端側にも配置したことを特徴とする請求項１記載のフライホイール・バッテリ。
【請求項３】
前記位置規制部材は、前記シャフトの径方向における高さが、前記積層鋼板のそれよりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のフライホイール・バッテリ。
【請求項４】
前記位置規制部材の先端側の面がその角を切り落とされてなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフライホイール・バッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はフライホイール・バッテリに関する。
【背景技術】
【０００２】
シャフトに固定されたフライホイールを備え、電気エネルギを前記フライホイールの回転エネルギとして蓄積すると共に、前記蓄積された回転エネルギを発電電動機によって出力するフライホイール・バッテリは従来から知られおり、本出願人も例えば下記の特許文献１において同種の技術を提案している。
【特許文献１】特開２００３−２４４８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなフライホイール・バッテリにおいては、シャフトが発電電動機の磁路として利用されると共に、シャフトが磁気軸受などで支持されるときも同様にシャフトがその磁路として利用される。その場合、鉄損失低減などを意図して磁路は積層鋼板で製作されることが多い。即ち、薄板の鋼板を積層させたものをドーナツ状に裁断し、中央の孔にシャフトを通しつつ圧入または、焼きばめ、冷やしばめなどにより積層鋼板が突き当て部に当接する位置で固定している。
【０００４】
具体的には、シャフトを研削加工して小径の圧入面を形成し、そこに積層鋼板を圧入することになるが、圧入面の突き当て部（末端）に正確に積層鋼板の先端側を位置させるためには、突き当て部の角部を側面視において精度良く直角形状とする必要がある。従って、工具（バイトの刃先など）を逃がす逃げ溝を含めて圧入面を削り出す必要がある。しかしながら、その逃げ溝には圧入応力がかからないため、圧入部分と逃げ溝部分との境界付近で積層された鋼板同士の剥がれが生じる恐れがある。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解消することにあり、シャフトに磁路形成用の積層鋼板を圧入して取り付けるとき、積層された鋼板同士で剥がれが生じるのを防止するようにしたフライホイール・バッテリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、シャフトに固定されたフライホイールを備え、電気エネルギを前記フライホイールの回転エネルギとして蓄積すると共に、前記蓄積された回転エネルギを発電電動機によって出力するフライホイール・バッテリにおいて、前記シャフトに、その長手方向に積層しつつ取り付けられる磁路形成用の積層鋼板の少なくとも先端側に位置規制部材を配置する如く構成した。
【０００７】
請求項２に係るフライホイール・バッテリにあっては、前記位置規部材を、前記シャフトの長手方向において前記積層鋼板の後端側にも配置する如く構成した。
【０００８】
請求項３に係るフライホイール・バッテリにあっては、前記位置規制部材は、前記シャフトの径方向における高さが、前記積層鋼板のそれよりも小さい如く構成した。
【０００９】
請求項４に係るフライホイール・バッテリにあっては、前記位置規制部材の先端側の面がその角を切り落とされてなる如く構成した。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係るフライホイール・バッテリにおいては、シャフトに、その長手方向に積層しつつ取り付けられる磁路形成用の積層鋼板の少なくとも先端側に位置規制部材を配置する如く構成したので、積層鋼板をシャフトに圧入したとき、位置規制部材によって積層鋼板の先端側の一部が突き当て部の逃げ溝の上に位置するのが規制される。それによって積層鋼板にはその先端側の一部を含めて全て圧入応力を作用させることができ、積層された鋼板同士の剥がれが生じるのを効果的に防止することができる。
【００１１】
請求項２に係るフライホイール・バッテリにあっては、位置規制部材をシャフトの長手方向において積層鋼板の両側に配置する如く構成したので、前記した効果に加え、積層鋼板を所定位置に一層確実に保持することができる。
【００１２】
請求項３に係るフライホイール・バッテリにあっては、位置規制部材は、シャフトの径方向における高さが、積層鋼板のそれよりも小さい如く構成したので、シャフトの径方向において積層鋼板の上に、例えば永久磁石などを取り付けるときなどに支障となることがない。
【００１３】
請求項４に係るフライホイール・バッテリにあっては、位置規制部材の先端側の面がその角を切り落とされてなる如く構成したので、圧入面の突き当て部（末端）の加工誤差を位置規制部材で吸収することができる。その結果、突き当て部の角部を側面視において精度良く直角形状とする必要がなく、バイトの刃先などの工具を逃がすための逃げ溝の穿設作業が不要となるので、研削作業の能率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面に即してこの発明に係るフライホイール・バッテリを実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、この発明の第１実施例に係るフライホイール・バッテリを全体的に示す概略図である。
【００１６】
図１において、符号１０はそのフライホイール・バッテリを示し、フライホイール・バッテリ１０はフライホイール１２を備える。フライホイール１２は、断面円形の鉄材からなるシャフト１４に圧入されて固定される。具体的には、シャフト１４は中央付近で研削加工されて第１の圧入面１４ａが形成され、第１の突き当て部１４ｂが形成された後、フライホイール１２が図において下方側からシャフト１４に圧入され、その先端側が第１の突き当て部１４ｂに当接する図示の位置で第１の圧入面１４ａに固定される。
【００１７】
図示は省略するが、フライホイール１２は、図１で上面視において円形状を呈し、中央のボス（ハブ）１２ａと、円周側の環状のリム１２ｂと、ボス１２ａとリム１２ｂを接続する複数本のスポーク１２ｃとからなる。ボス１２ａ、リム１２ｂおよびスポーク１２ｃは、アルミニウム材から製作される。
【００１８】
リム１２ｂは比較的肉薄に形成され、そのさらに外周側には炭素繊維強化樹脂材からなるロータ１２ｄが圧入されて取り付けられる。具体的には、ロータ１２ｄは上面視でドーナツ状を呈し、それぞれ炭素繊維強化樹脂を積層してなる複数個のピース、例えば５個のピースからなる。各ピースは順次リム１２ｂの外周に圧入される。
【００１９】
フライホイール１２は、ハウジング１６の内部に回転自在に収容される。尚、図１において、フライホイール１２とシャフト１４を除く、ハウジング１６などの部材は模式的に示す。
【００２０】
シャフト１４は、図１の下方部分でさらに研削加工されて第２の圧入面１４ｃが形成され、第２の突き当て部１４ｄが形成された後、磁路形成用の積層鋼板２０が図において下方側からシャフト１４に圧入され、図示の位置に固定される。積層鋼板２０の（圧入方向における）先端側２０ａと第２の突き当て部１４ｄの間には環状リングからなる位置規制部材２２が配置される。
【００２１】
シャフト１４は、図１の上方部分でも研削加工されて第３の圧入面１４ｅが形成され、第３の突き当て部１４ｆが形成された後、同様に磁路形成用の積層鋼板２０が図において上方側からシャフト１４に圧入され、図示の位置に固定される。積層鋼板２０の（圧入方向における）先端側２０ａと第３の突き当て部１４ｆの間には上記した位置規制部材２２が配置される。
【００２２】
図２は、積層鋼板２０が配置された付近のシャフト１４の拡大部分半体断面図であり、図３はそのIII−III線断面図である。尚、図２においてシャフト１４は長手方向の半体のみ示す。
【００２３】
積層鋼板２０は、薄板の鋼板を積層させたものがドーナツ状に裁断されてなると共に、シャフト１４に、その長手方向に積層しつつ取り付けられ、上記した如く、その先端側２０ａには位置規制部材２２が配置される。位置規制部材２２は合成樹脂などの非磁性材から製作されると共に、シャフト１４の径方向における高さが、積層鋼板２０のそれよりも小さいように構成される。尚、図示は省略するが、図１の上方のシャフト１４の第３の圧入面１４ｅの側についても同様である。
【００２４】
図２に示す如く、シャフト１４の径方向において、積層鋼板２０の上部には永久磁石２４がフィラメントワインディング層２６（図１で図示省略）で巻き止められて固定され、発電電動機のロータ（回転子）３０が構成される。ロータ３０の周囲には、所定のギャップ（間隙）をおいてステータ（固定子巻線）３２が固定され、よってロータ３０とステータ３２とで発電電動機が構成される。
【００２５】
シャフト１４は、図１の上方の第３の圧入面１４ｅに配置された積層鋼板２０の付近で磁気軸受３４を介して支持されると共に、それに対向する図１において下方の付近でも磁気軸受（図示省略）を介して支持され、よってハウジング１６内に回転自在に収容される。ハウジング１６の内部は減圧装置（図示せず）に接続され、真空に保持されてフライホイール１２の回転時の空気抵抗を減少するように構成される。尚、ロータ３０、ステータ３２および磁気軸受３４の構造自体はこの発明の要旨と直接の関連を有しないことから、詳細な説明は省略する。
【００２６】
このように、フライホイール・バッテリ１０はロータ３０とステータ３２を電動機として動作させることで駆動されて回転を開始し、電気エネルギをフライホイール１２の回転エネルギとして蓄積すると共に、蓄積した回転エネルギを発電電動機（ロータ３０とステータ３２）によって出力する。出力は図示しない回路を介して取り出され、所望の用途に供される。即ち、フライホイール・バッテリ１０は、フライホイール１２の回転を蓄積エネルギとするフライホイール型蓄電装置として構成される。
【００２７】
ここで、この発明の課題について再説すると、フライホイール・バッテリ１０においてシャフト１４が発電電動機の磁路として利用されると共に、磁気軸受３４で支持されるときも同様にその磁路として利用されることから、鉄損失低減などを意図してシャフト１４に積層鋼板２０を圧入してロータ３０（ステータ３２）および磁気軸受３４の磁路として利用するようにした。
【００２８】
その場合、前記した如く、シャフト１４を研削加工して小径の第２、第３の圧入面１４ｃ，１４ｅを形成し、そこに積層鋼板２０をそれぞれ圧入することになるが、圧入面の突き当て部（末端）１４ｄ，１４ｆに正確に積層鋼板２０の先端側２０ａを位置させるためには、突き当て部１４ｄ，１４ｆの角部、より正確には角部を構成する壁面と圧入面を側面視において精度良く直角形状とする必要がある。従って、図２に示す如くバイトの刃先などの工具を逃がすための逃げ溝１００を含めて圧入面を削り出す必要がある。しかしながら、その逃げ溝１００には圧入応力がかからないため、圧入部分と逃げ溝部分との境界付近で積層された鋼板２０の一部に剥がれが生じる恐れがある。
【００２９】
従って、この実施例においては、シャフト１４に、その長手方向に積層しつつ取り付けられる磁路形成用の積層鋼板２０の少なくとも先端側２０ａに位置規制部材２２を配置する如く構成した。
【００３０】
これにより、積層鋼板２０をシャフト１４に圧入したとき、位置規制部材２２によって積層鋼板２０の先端側２０ａが第２、第３の突き当て部１４ｄ，１４ｆの逃げ溝１００の上に位置するのが規制される。それによって積層鋼板２０にはその先端側も含めて全て圧入応力を作用させることができ、積層された鋼板同士の剥がれが生じるのを効果的に防止することができる。
【００３１】
また、位置規制部材２２は、シャフト１４の径方向における高さが、積層鋼板２０のそれよりも小さいように構成したことから、シャフト１４の径方向において積層鋼板２０の上に永久磁石２４などを取り付けるときも支障となることがない。
【実施例２】
【００３２】
図４は、この発明の第２実施例に係るフライホイール・バッテリの、シャフトの拡大部分半体断面図である。
【００３３】
第２実施例に係るフライホイール・バッテリにあっては、位置規制部材２２を、シャフト１４の長手方向において積層鋼板２０の後端側２０ｂにも配置する如く構成した。また、磁気軸受３４の側の位置規制部材２２の図示は省略するが、同様である。尚、残余の構成は第１実施例と異ならない。
【００３４】
これにより、前記した効果に加え、シャフト１４の第２、第３の圧入面１４ｃ，１４ｅにおいて積層鋼板２０を所定位置に一層確実に保持することができる。
【実施例３】
【００３５】
図５は、この発明の第３実施例に係るフライホイール・バッテリの、シャフトの拡大部分半体断面図である。
【００３６】
第３実施例に係るフライホイール・バッテリにあっては、位置規制部材２２の先端側の面がその角２２ａを切り落とされてなる如く構成した。磁気軸受側の位置規制部材２０も図示は省略するが、同様である。尚、残余の構成は第１実施例と異ならない。想像線で示す如く、位置規制部材２２を積層鋼板２０の後端側２０ｂに設けて良いことも同様である。
【００３７】
第３実施例に係るフライホイール・バッテリにあっては、上記の如く構成したので、第２、第３の圧入面１４ｃ，１４ｅの突き当て部（末端）１４ｄ，１４ｆの加工誤差を位置規制部材２０で吸収することができる。即ち、突き当て部に突起１０２などが残っていても、角２２ａが切り落とされていることから、積層鋼板２０を突き当て部１４ｄ，１４ｆに精度良く当接させることができる。その意味で角２２ａの切り落としの深さは、通常の面取り以上とする。
【００３８】
その結果、突き当て部１４ｄ，１４ｆの角部を側面視において精度良く直角形状とする必要がなく、バイトの刃先などの工具との干渉がなく、それを逃がす逃げ溝１００の穿設作業が不要となるので、研削作業の能率を向上させることができる。
【００３９】
上記の如く、第１から第３実施例においては、シャフト１４に固定されたフライホイール１２を備え、電気エネルギを前記フライホイール１２の回転エネルギとして蓄積すると共に、前記蓄積された回転エネルギを発電電動機（ロータ３０、ステータ３２）によって出力するフライホイール・バッテリ１０において、前記シャフトに、その長手方向に積層しつつ取り付けられる磁路形成用の積層鋼板２０の少なくとも先端側２０ａに位置規制部材２２を配置する如く構成した。
【００４０】
また、位置規制部材２２を、シャフト１４の長手方向において積層鋼板２０の後端側２０ｂにも配置する如く構成した。
【００４１】
また、位置規制部材２２は、シャフト１４の径方向における高さが、積層鋼板２０のそれよりも小さい如く構成した。
【００４２】
また、位置規制部材２２の先端側の面がその角２２ａを切り落とされてなる如く構成した。
【００４３】
尚、上記において、位置規制部材２２を環状リングとしたが、それに限られるものではなく、積層鋼板２０の位置を規制できるものならば、どのようなものでも良い。例えば、円周方向に分割したリング片を、積層鋼板２０と第２の突き当て部１４ｄとの間に局部的に介挿するようにしても良い。
【００４４】
尚、この発明をフライホイール・バッテリとして説明してきたが、それに限られるものではなく、この発明は、通常の発電機（電動機）などシャフトに磁路が形成されるものならば、どのようなものにも妥当する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】この発明の第１実施例に係るフライホイール・バッテリの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す積層鋼板が取り付けられた付近のシャフトの拡大部分半体断面図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】この発明の第２実施例に係るフライホイール・バッテリの、シャフトの拡大部分半体断面図である。
【図５】この発明の第３実施例に係るフライホイール・バッテリの、シャフトの拡大部分半体断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０      フライホイール・バッテリ
１２      フライホイール
１４      シャフト
２０      積層鋼板
２０ａ    積層鋼板の先端側
２０ｂ    積層鋼板の後端側
２２      位置規制部材
２２ａ    位置規制部材の先端側の面の角
３０      ロータ（回転子）
３２      ステータ（固定子巻線）
３４      磁気軸受
【図１】
2005333712.tif 000003
【図２】
2005333712.tif 000004
【図３】
2005333712.tif 000005
【図４】
2005333712.tif 000006
【図５】
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