(57)【要約】【課題】  電動発電機のステータ巻線（コアレスコイル）の循環電流を抑制することなどが可能な電力貯蔵フライホイール装置を提供する。【解決手段】  電力貯蔵フライホイール装置の電動発電機に循環電流抑制手段を設ける。この循環電流抑制手段としては、例えば、コアレスコイル１を構成する複数のコイル導体１，２，３の巻回位置を、径方向の外側から内側にわたって分散させた構成とし、また、コアレスコイルが、複数のコイル導体を有してなる小コアレスコイルを周方向に複数配列し、且つ、各小コアレスコイルの各コイル導体同士を直列に接続してなるものである場合には、直列接続された各コイル導体の位置を、径方向の外側から内側にわたって分散させた構成とする。【選択図】        図３
2005117751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイル導体をコアレスで巻回してなるコアレスコイルを周方向に複数配設してなるステータ巻線を備えたステータと、前記コアレスコイルの径方向外側に位置する円筒部を有する外側ロータコアと前記コアレスコイルの径方向内側に位置する円筒部を有する内側ロータコアとを備えるとともに永久磁石を前記外側ロータコアと前記内側ロータコアの両方又は何れか一方に複数配設してなるロータとを有する電動発電機と、
前記外側ロータコアの外周に取り付けたフライホイールと、
を有してなる電力貯蔵フライホイール装置において、
前記電動発電機には、前記コアレスコイルを構成する前記複数のコイル導体間に循環電流が流れるのを抑制する循環電流抑制手段を備えたことを特徴とする電力貯蔵フライホイール装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記循環電流抑制手段は、前記コアレスコイルを構成する前記複数のコイル導体の巻回位置を、径方向の外側から内側にわたって分散させた構成を有することを特徴とする電力貯蔵フライホイール装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記コアレスコイルは、複数のコイル導体を有してなる小コアレスコイルを周方向に複数配列し、且つ、各小コアレスコイルの各コイル導体同士を直列に接続してなるものであり、
前記循環電流抑制手段は、直列接続された各コイル導体の位置を、径方向の外側から内側にわたって分散させた構成を有することを特徴とする電力貯蔵フライホイール装置。
【請求項４】
請求項１，２又は３に記載の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記循環電流抑制手段は、前記コアレスコイルのコイル導体の各Ｙ結線における中性点を分離した構成を有することを特徴とする電力貯蔵フライホイール装置。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４に記載の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記循環電流抑制手段は、前記コアレスコイルを構成する前記複数のコイル導体を、それぞれ個別の整流器に接続し、これらの整流器の出力側を並列接続した構成を有することを特徴とする電力貯蔵フライホイール装置。
【請求項６】
請求項１，２，３，４又は５に記載の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記循環電流抑制手段は、多数の細い線を束にし且つツイスト化してなる前記コイル導体を有することを特徴とする電力貯蔵フライホイール装置。
【請求項７】
請求項１，２，３，４，５又は６に記載の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記永久磁石は、前記外側ロータコアの円筒部の内周面にのみ配設したことを特徴とする電力貯蔵フライホイール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力貯蔵フライホイール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵フライホイール装置はフライホイールと電動発電機とを有し、電力（電気エネルギー）を前記電動発電機により機械エネルギー（前記フライホイールの回転エネルギー）に変換して貯蔵し、且つ、この貯蔵した前記フライホイールの回転エネルギーを必要に応じて前記電動発電機により電力（電気エネルギー）に変換して出力するものである。
【０００３】
かかる電力貯蔵フライホイール装置としては、従来、例えば複数のコイル導体をコアレスで巻回してなるコアレスコイルを周方向に複数配設してなるステータ巻線を備えたステータと、前記コアレスコイルの径方向外側に位置する円筒部を有する外側ロータコアと前記コアレスコイルの径方向内側に位置する円筒部を有する内側ロータコアとを備えるとともに永久磁石を前記外側ロータコアと前記内側ロータコアの両方に複数配設してなるロータとを有する電動発電機と、前記外側ロータコアの外周に取り付けたフライホイールとを有してなるものが知られている。
【０００４】
また、コアレスコイルを有する回転機（電動機又は発電機）の従来例としては、例えば図１３に示すような構成のものが知られている（特許文献１参照）。図１３は従来のコアレス回転機の断面図である。図１３に示すコアレス回転機１１は、コアレスコイル１２を周方向に配設した構成のステータ巻線１３を備えたステータ１４と、ステータ１４の径方向外側に位置する円筒状の外側ロータコア１５とステータ１４の径方向内側に位置する円筒状の内側ロータコア１６とを一体的に回転軸１７に設けるとともに永久磁石１８を外側ロータコア１５の内周面１５ａに周方向に配設し、且つ、永久磁石１９を内側ロータコア１６の外周面１６ａに周方向に配設してなるロータ２０と、を有してなるものである。
【０００５】
そして、電力貯蔵フライホイール装置の電動発電機など適用されるコアレスコイルの従来例としては、例えば図１４及び図１５に示すような構成のものが知られている。図１４（ａ）は従来のコアレスコイルの断面図、図１４（ｂ）は前記コアレスコイルの側面図、図１５は前記コアレスコイルの結線図である。図１４（ａ）に示すコアレスコイル２１は、コアレスで（鉄心を用いずに）巻回された３体のコイル導体（銅線）１，２，３を有してなるものである。コイル導体１はステータの径方向の外側に位置して４ターン巻回され、コイル導体２は前記径方向の中間（コイル導体１，３の間）に位置して４ターン巻回され、コイル導体３は前記径方向の内側に位置して４ターン巻回されている。図１４（ｂ）に示すようにコアレスコイル２１は、側面視が小判形状となるように各コイル導体１，２，３が巻回されている。
【０００６】
また、図１５に示すように、コアレスコイル２１は、三相交流の電力系統のＵＶＷ相に対し、３体のコアレスコイル２１（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）を１組として、それぞれのコアレスコイル２１（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）を構成する３体のコイル導体１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）、２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）、３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が並列接続されている。即ち、コアレスコイル２１Ａを構成する３体のコイル導体１Ａ，２Ａ，３ＡはＵ相に並列に接続され、コアレスコイル２１Ｂを構成する３体のコイル導体１Ｂ，２Ｂ，３ＢはＶ相に並列に接続され、コアレスコイル２１Ｃを構成する３体のコイル導体１Ｃ，２Ｃ，３ＣはＷ相に並列に接続されている。また、コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、それぞれＹ結線されており、これらのＹ結線の中性点ａ，ｂ，ｃは、接続導体４，５によって接続されている。
【０００７】
コアレスコイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃはコアレス構造であるため、鉄損がゼロになることから、電力貯蔵フライホイール装置（電動発電機）の充放電効率を向上させることができ、また、これらのコアレスコイルからなるステータ巻線のインダクタンスが小さくなってインピーダンスが小さくなることから、装置の大電流化、大出力化、小型化が可能となる。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１２６２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来のコアレスコイル２１では、コアレス構造であることから、各コイル導体１，２，３における磁束密度の分布にアンバランスが発生し、この磁束密度のアンバランスによって各コイル導体１，２，３に生じる誘導電圧に差が生じてしまう。その結果、並列接続されたコイル導体間に電位差が発生してしまう。例えば図１５に例示するように並列接続されたコイル導体１Ａ，２Ａ間やコイル導体２Ａ，３Ａ間などに循環電流Ｉが流れてしまう。図示は省略しているが、他のコイル導体間においても同様に循環電流Ｉが流れる。このため、コアレスコイル２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃにおいて電力損失が発生してしまう。更には、電力貯蔵フライホイール装置においては、待機中（無負荷時）にも循環電流Ｉが流れるため、循環電流Ｉによるコイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、３Ａ，３Ｂ，３Ｃの温度上昇によって、システムが成立しなくなるおそれもある。
【００１０】
また、図１３のコアレス回転機１１では内側ロータコア１６の外周面１６ａにも永久磁石１９を貼り付けているため、ロータ２０が高速回転すると遠心力によって永久磁石１９がはがれてしまうおそれがあるため、高速化を図ることができないという問題がある。永久磁石外周を保持リングにより補強し、高速化することも可能であるが、電磁気的ギャップが広がるため、出力が低下する。そこで、詳細は後述するが、かかる問題を解決するために外側ロータコアにのみ永久磁石を設けることを検討した。ところが、この場合には外側にだけ永久磁石があるため、コアレスコイル（各コイル導体）における磁束密度分布のアンバラスが更に顕著になってしまうという問題を招いてしまう。
【００１１】
従って本発明は上記の事情に鑑み、電動発電機のステータ巻線（コアレスコイル）の循環電流を抑制することができ、また、高速運転が可能な電動発電機を備えた電力貯蔵フライホイール装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する第１発明の電力貯蔵フライホイール装置は、複数のコイル導体をコアレスで巻回してなるコアレスコイルを周方向に複数配設してなるステータ巻線を備えたステータと、前記コアレスコイルの径方向外側に位置する円筒部を有する外側ロータコアと前記コアレスコイルの径方向内側に位置する円筒部を有する内側ロータコアとを備えるとともに永久磁石を前記外側ロータコアと前記内側ロータコアの両方又は何れか一方に複数配設してなるロータとを有する電動発電機と、
前記外側ロータコアの外周に取り付けたフライホイールと、
を有してなる電力貯蔵フライホイール装置において、
前記電動発電機には、前記コアレスコイルを構成する前記複数のコイル導体間に循環電流が流れるのを抑制する循環電流抑制手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、第２発明の電力貯蔵フライホイール装置は、第１発明の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記循環電流抑制手段は、前記コアレスコイルを構成する前記複数のコイル導体の巻回位置を、径方向の外側から内側にわたって分散させた構成を有することを特徴とする。
【００１４】
また、第３発明の電力貯蔵フライホイール装置は、第１発明の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記コアレスコイルは、複数のコイル導体を有してなる小コアレスコイルを周方向に複数配列し、且つ、各小コアレスコイルの各コイル導体同士を直列に接続してなるものであり、
前記循環電流抑制手段は、直列接続された各コイル導体の位置を、径方向の外側から内側にわたって分散させた構成を有することを特徴とする。
【００１５】
また、第４発明の電力貯蔵フライホイール装置は、第１，第２又は第３発明の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記循環電流抑制手段は、前記コアレスコイルのコイル導体の各Ｙ結線における中性点を分離した構成を有することを特徴とする。
【００１６】
また、第５発明の電力貯蔵フライホイール装置は、第１，２，３又は４発明の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記循環電流抑制手段は、前記コアレスコイルを構成する前記複数のコイル導体を、それぞれ個別の整流器に接続し、これらの整流器の出力側を並列接続した構成を有することを特徴とする。
【００１７】
また、第６発明の電力貯蔵フライホイール装置は、第１，第２，第３，第４又は第５発明の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記循環電流抑制手段は、多数の細い線を束にし且つツイスト化してなる前記コイル導体を有することを特徴とする。
【００１８】
また、第７発明の電力貯蔵フライホイール装置は、第１，第２，第３，第４，第５又は第６発明の電力貯蔵フライホイール装置において、
前記永久磁石は、前記外側ロータコアの円筒部の内周面にのみ配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１発明の電力貯蔵フライホイール装置によれば、循環電流抑制手段によってコイル導体間に循環電流が流れるのを抑制するため、ステータ巻線（コアレスコイル）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線（コアレスコイル）の温度上昇を抑制することができるため、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置の待機中（無負荷時）に循環電流が流れてステータ巻線（コアレスコイル）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００２０】
また、第２発明の電力貯蔵フライホイール装置によれば、コアレスコイルを構成する複数のコイル導体の巻回位置を、径方向の外側から内側にわたって分散させたことより、各コイル導体に生じる誘導電圧が略等しくすることができる。このため、コイル導体間に循環電流が流れるのを抑制することができる。従って、ステータ巻線（コアレスコイル）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線（コアレスコイル）の温度上昇を抑制することができるため、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置の待機中（無負荷時）に循環電流が流れてステータ巻線（コアレスコイル）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００２１】
また、第３発明の電力貯蔵フライホイール装置によれば、直列接続された各コイル導体の位置を、径方向の外側から内側にわたって分散したため、直列接続された各コイル導体に生じる誘導電圧を等しくすることができる。このため、コイル導体間に循環電流が流れるのを抑制することができる。従って、ステータ巻線（コアレスコイル）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線（コアレスコイル）の温度上昇を抑制することができることから、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置の待機中（無負荷）に循環電流が流れてステータ巻線（コアレスコイル）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００２２】
また、第４発明の電力貯蔵フライホイール装置によれば、コアレスコイルのコイル導体の各Ｙ結線における中性点を分離したことにより、磁束密度分布のアンバランスで各コイル導体の誘導電圧に差が生じて、各コイル導体間に電位差が生じても、各コイル導体間に循環電流が流れるのを抑制することができる。従って、ステータ巻線（コアレスコイル）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線（コアレスコイル）の温度上昇を抑制することができることから、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置の待機中（無負荷）に循環電流が流れてステータ巻線（コアレスコイル）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００２３】
また、第５発明の電力貯蔵フライホイール装置によれば、コアレスコイルを構成する複数のコイル導体を、それぞれ個別の整流器に接続し、これらの整流器の出力側を並列接続したため、並列のコイル導体間に循環電流がながれることはない。従って、ステータ巻線（コアレスコイル）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線（コアレスコイル）の温度上昇を抑制することができるため、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置の待機中（無負荷）に循環電流が流れてステータ巻線（コアレスコイル）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００２４】
また、第６発明の電力貯蔵フライホイール装置によれば、コイル導体が多数の細い線を束にし且つツイスト化してなるものであるため、コイル導体に生じる渦電流を低減することができ、且つ、ツイスト化したことにより、コイル導体における磁束密度分布のアンバランスを解消して循環電流の発生を抑制することもできる。
【００２５】
また、第７発明の電力貯蔵フライホイール装置によれば、永久磁石を外側ロータコアの円筒部の内周面にのみ配設しているため、即ち、内側ロータコアの円筒部の外周面には永久磁石を設けていないため、高速運転が可能であり、高出力化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づき詳細に説明する。
【００２７】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る電力貯蔵フライホイール装置の構成を示す断面図、図２は図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。なお、図２では回転軸部分は図示を省略している。また、図３は前記電力貯蔵フライホイール装置に備えた電動発電機のコアレスコイルの断面図、図４（ａ）及び図４（ｂ）は前記コアレスコイルを構成するコイル導体をリッツ線とした場合の断面図及び側面図、図５は前記コアレスコイルの結線図である。
【００２８】
まず、図１及び図２に基づき、電力貯蔵フライホイール装置の全体的な構成について説明する。電力貯蔵フライホイール装置３１は、ケース３２内に２体の電動発電機３３と、２体のフライホイール３４とを有し、電力（電気エネルギー）を電動発電機３３により機械エネルギー（フライホイール３４の回転エネルギー）に変換して貯蔵（充電）し、且つ、この貯蔵したフライホイール３４の回転エネルギーを必要に応じて電動発電機３３により電力（電気エネルギー）に変換して出力（放電）するものである。電力貯蔵フライホイール装置３１では、電動発電機３３とフライホイール３４を２組備えることによって、充放電量を高めている。
【００２９】
２体のフライホイール３４は同じ構造のものであり、ＦＲＰなどの樹脂によって円筒状に形成されている。２体の電動発電機３３は何れも回転軸（シャフト）３５を鉛直方向に沿って配置した立軸形のものであって、同様の構成のものであり、それぞれの回転軸（シャフト）３５が同軸となるようにボルトなどで一体的に結合されており、何れも同じ方向（矢印Ｃ方向）に回転する。
【００３０】
電動発電機３３は同期機であり、ステータ３７とロータ３８とを有している。ステータ３７は、非磁性体の材料（ＦＲＰなどの樹脂等）によって円筒状に形成されたコイル支持部材３９と、コイル支持部材３９の外周面３９ａに複数（図示例では１８体）のコアレスコイル４０を周方向に配設してなるステータ巻線３６とを備えたものである。コイル支持部材３９はケース３２の内面（上下面）３２ａにボルト４３などで固定された支持部材４２にボルト４４などで固定されている。
【００３１】
ロータ３８は、コアレスコイル４０の径方向（ラジアル方向）外側に位置する円筒部４５ａを有する外側ロータコア４５と、コアレスコイル４０の径方向内側に位置する円筒部４６ａを有する内側ロータコア４６とを有し、これらのコア４５，４６が、ボルト４７，４８などによって一体的に結合されて回転軸３５に取り付けられている。外側ロータコア４５及び内側ロータコア４６は鉄などの磁性体であり、磁束の通る磁路となる。
【００３２】
回転軸３５は、転がり軸受であるラジアル軸受４９を介して支持部材４２に回転自在に支持されている。また、下側の電動発電機３３には磁気反発型軸受であるスラスト軸受５０が設けられている。スラスト軸受（磁気反発型軸受）５０は複数対の永久磁石５２，５５を備えた構成となっている。即ち、下側の電動発電機３３では、磁石支持部材５１がボルト４７，４８などでコア４５，４６と回転軸３５のフランジ３５ａとに固定されており、この磁石支持部材５１の下面側にリング状の永久磁石５２が、接着などによって固定されている。また、支持部材４２には磁石支持部材５３がボルト５４で固定されており、この磁石支持部材５３の上面側に永久磁石５５が、接着などによって固定されている。そして、回転側の永久磁石５２と固定側の永久磁石５５とが、軸方向（スラスト方向）において同極（Ｎ極同士又はＳ極同士）が対向して互いに磁気的に反発するように設定されている。
【００３３】
電動発電機３３は立軸形であることから、ラジアル方向（水平方向）の荷重は非常に小さいため転がり軸受４９で支持する一方、大きなスラスト方向（鉛直方向）の荷重は機械的な摩擦の生じない磁気反発型軸５０によって支持することにより、軸受での摩擦抵抗による機械損がほとんど生じないようにしている。また、ケース３２内を真空にすることにより、ロータ３８が回転する際の空気抵抗による風損の低減も図っている。
【００３４】
そして、ロータ３８では、外側ロータコア４５の円筒部４５ａの内周面４５ｂにのみ、複数の永久磁石５６が接着剤で貼り付けられている。従って、ロータ３８の高速回転により永久磁石５６に大きな遠心力が作用しても、永久磁石５６は外側ロータコア４５によって容易且つ強固に支持される。なお、図示例では１６体の永久磁石５６を有しており、これらの永久磁石５６を、永久磁石５６のラジアル方向（径方向）の磁極がＮ，Ｓと交互になるようにして、外側ロータコア４５の周方向に配設することにより、１６極の構成となっている。また、永久磁石５６とコアレスコイル４０はラジアル方向（径方向）に僅かなギャップを隔てて対向し、コアレスコイル４０（コイル支持部材３９）と内側ロータコア４６もラジアル方向（径方向）に僅かなギャップを隔てて対向している。即ち、電動発電機３３はコアレスラジアルギャップ同期型である。
【００３５】
フライホイール３４は外側ロータコア４５の円筒部４５ａの外周面４５ｃに接着などにより固定されている。従って、電力系統からの給電により電動発電機３３が電動機として運転されたときには、フライホイール３４がロータ３８とともに回転することにより、電力がフライホイール３４の回転エネルギーとして貯蔵される（充電）。一方、電動発電機３３が発電機として運転されたときには、フライホイール３４によるロータ３８の回転駆動により、電動発電機３３が発電して電力を電力系統（負荷）に出力する（放電）。電動発電機３３は、外側ロータコア４５を有してロータ３８の径を大きくしており、この外側ロータコア４５の外周面４５ｃにフライホイール３４を取り付ける構造としているため、フライホイール３４の径を大きくしてイナーシャを大きくすることができて高出力化が可能となるものであり、電力貯蔵フライホイール装置用の電動発電機として適したものである。
【００３６】
そして、本電力貯蔵フライホイール装置３１では循環電流抑制手段として、コアレスコイル４０が図３〜図６に示すように構成されている。
【００３７】
詳述すると、図３に示すコアレスコイル４０は、鉄心を用いずに（コアレスで）巻回された３体のコイル導体１，２，３を有してなるものである。各コイル導体１，２，３は何れも４ターン巻回されている。なお、コイル支持部材３９の外周面３９ａには大小の突起部３９ｂ，３９ｃが突設されており、コアレスコイル４０はこれらの突起部３９ｂ，３９ｃ間に嵌合されて固定されている。コアレスコイル４０はコアレス構造であるため、鉄損がゼロになることから、電力貯蔵フライホイール装置３１（電動発電機３３）の充放電効率を向上させることができ、また、これらのコアレスコイルからなるステータ巻線３６のインダクタンスが小さくなってインピーダンスが小さくなることから、装置の大電流化、大出力化、小型化が可能となる。
【００３８】
そして更には循環電流を抑制するため、コアレスコイル４０の各コイル導体１，２，３の巻回位置（１ターンから４ターンまでの各ターンの巻回位置）は、ステータ３７（ロータ３８）の径方向の外側（永久磁石５６と対向する側）から内側（内側ロータコア４６と対向する側）にわたって分散されている。具体的には、図示例の場合、コイル導体１は１ターン目及び２ターン目の巻回位置が前記径方向の中間に位置し、３ターン目の巻回位置が前記径方向の外側に位置し、４ターン目の巻回位置が前記径方向の内側に位置している。コイル導体２は１ターン目の巻回位置が前記外側に位置し、２ターン目及び３ターン目の巻回位置が前記内側に位置し、４ターン目の巻回位置が前記外側に位置している。コイル導体３は１ターン目の巻回位置が前記内側に位置し、２ターン目の巻回位置が前記外側に位置し、３ターン目及び４ターン目の巻回位置が前記中間に位置している。なお、図示は省略するが、コアレスコイル４０の側面視は従来と同様に小判形状である（図１４（ｂ）参照）。
【００３９】
また、各コイル導体１，２，３にはリッツ線を用いることが望ましい。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、多数（例えば１００本以上）のエナメル線６１を束６２にしてツイスト化し、更に、この束６２を複数（例えば図示例のように７束）集めてツイスト化したものを、各コイル導体１，２，３として用いればよい。
【００４０】
図５に示すように、コアレスコイル４０は、三相交流の電力系統のＵＶＷ相に対し、３体のコアレスコイル４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）を１組として、それぞれのコアレスコイル４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）を構成する３体のコイル導体１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）、２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）、３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が並列接続されている。即ち、コアレスコイル４０Ａを構成する３体のコイル導体１Ａ，２Ａ，３ＡはＵ相に並列に接続され、コアレスコイル４０Ｂを構成する３体のコイル導体１Ｂ，２Ｂ，３ＢはＶ相に並列に接続され、コアレスコイル４０Ｃを構成する３体のコイル導体１Ｃ，２Ｃ，３ＣはＷ相に並列に接続されている。また、コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、それぞれＹ結線されており、これらのＹ結線の中性点ａ，ｂ，ｃは、接続導体４，５によって接続されている。即ち、ステータ巻線３６（コアレスコイル４０）の結線自体は従来と同様であるが（図１５参照）、本実施の形態１では、図５にも記載したようにコアレスコイル４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、３Ａ，３Ｂ，３Ｃの巻回位置（１ターンから４ターンまでの各ターンの巻回位置）が、前記径方向の外側から内側にわたって分散されている。
【００４１】
以上のように、本実施の形態１によれば、永久磁石５６を外側ロータコア４５の円筒部４５ａの内周面４５ｂにのみ配設しているため、即ち、内側ロータコア４６の円筒部４６ａの外周面には永久磁石を設けていないため、高速運転が可能であり、高出力化を図ることができる。
【００４２】
しかも、本実施の形態１では、コアレスコイル４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの巻回位置（１ターンから４ターンまでの各ターンの巻回位置）を、径方向の外側から内側にわたって分散したため、各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃに生じる誘導電圧が略等しくすることができる。
【００４３】
外側にだけ永久磁石５６を設けた場合、永久磁石５６から遠ざかるほど磁束が広がるため、外側の磁束密度は大きいが、中間の磁束密度は外側よりも小さくなり、内側の磁束密度は中間よりも更に小さくなる。このため、各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの巻回位置を図１４（ａ）に示す従来のコアレスコイル２１のようにした場合には、例えば電動発電機の回転速度１００００ｒｐｍにおける誘導電圧の計算値は、コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃが４８８Ｖ、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃが４４９Ｖ、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃが４２３Ｖとなり、コイル導体間の電位差は最大で６５Ｖにもなる。これに対して、各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの巻回位置を図３のようにした場合には、電動発電機の回転速度１００００ｒｐｍにおける誘導電圧の計算値は、コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃが４８３Ｖ、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃが４８０Ｖ、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃが４８４Ｖとなり、コイル導体間の電位差はほとんど発生せず、最大でも４Ｖである。このため、並列接続されたコイル導体１Ａ，２Ａ間やコイル導体２Ａ，３Ａ間などに循環電流が流れるのを抑制することができる。
【００４４】
従って、ステータ巻線３６（コアレスコイル４０）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線３６（コアレスコイル４０）の温度上昇を抑制することができるため、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置３１の待機中（無負荷時）に循環電流が流れてステータ巻線３６（コアレスコイル４０）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００４５】
また、各コイル導体１，２，３として、多数の細いエナメル線６１を束にし且つツイスト化してなるリッツ線を用いた場合には、各コイル導体１，２，３が多数の細いエナメル線６１に分割されたことにより、各コイル導体１，２，３に生じる渦電流を低減することができ、且つ、単に細いエナメル線に分割しただけでは各コイル導体１，２，３において磁束密度分布のアンバランスにより循環電流が発生するおそれがあるが、ツイスト化したことにより、磁束密度分布のアンバランスを解消して循環電流の発生を抑制することもできる。
【００４６】
＜実施の形態２＞
図６は本発明の実施の形態２に係る電力貯蔵フライホイール装置におけるコアレスコイルの構成を示す断面図である。また、図７は比較例として示すコアレスコイル構成の断面図、図８は前記比較例のコアレスコイルの側面図、図９は前記比較例のコアレスコイルの結線図である。なお、コアレスコイルの構成以外、本実施の形態２の電力貯蔵フライホイール装置の全体的な構成などについては上記実施の形態１と同様であるため（図１、図２参照）、ここでの詳細な説明及び図示は省略する。
【００４７】
まず、図７〜図９に基づき、比較例について説明する。コアレスコイル４０の構成としては、図３や図１４に示すように一体のコイルからなる場合の他、図７に示すように３体のコアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃ（以下、これらを小コアレスコイルと称する）を直列に接続してなる場合もある。
【００４８】
図７に示すように、コアレスコイル４０を構成する３体の小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃは何れも鉄心を用いずに（コアレスで）巻回された３体のコイル導体１，２，３を有し、各コイル導体１，２，３が何れも４ターン巻回されており、コイル導体１がステータ（ロータ）の径方向の外側（図１，図２，図３参照）に位置し、コイル導体２が前記径方向の中間に位置し、コイル導体３が前記径方向の内側に位置している。そして、これらの小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃはコイル導体１同士がコイル導体接続部１ａで直列に接続され、コイル導体２同士がコイル導体接続部２ａで直列に接続され、コイル導体３同士がコイル導体接続部３ａで直列に接続されている。例えば、図８に基づき、コイル導体１の場合を例に挙げて説明すると、小コアレスコイル４０ａのコイル導体１は左回り（反時計回り）に中から外へと４ターン巻回され、小コアレスコイル４０ｂのコイル導体１は右回り（時計回り）に中から外へと４ターン巻回され、小コアレスコイル４０ｃのコイル導体１は左回り（反時計回り）に中から外へと４ターン巻回されており、これらのコイル導体１がコイル導体接続部１ａで直列接続されている。図示は省略するが、他のコイル導体２，３についても、コイル導体１と同様に巻回されて直列に接続されている。
【００４９】
図９に示すように、このコアレスコイル４０の結線は、三相交流の電力系統のＵＶＷ相に対し、３体のコアレスコイル４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）を１組とし、それぞれのコアレスコイル４０（４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ）を構成する３体の小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃにおいてそれぞれ直列に接続された３体のコイル導体１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）、２（２Ａ，２Ｂ，２Ｃ）、３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）が、互いに並列に接続されている。
【００５０】
即ち、コアレスコイル４０Ａを構成する３体の小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃのコイル導体１Ａ，２Ａ，３Ａはそれぞれ直列接続され、これらの直列接続されたコイル導体１Ａ，１Ａ，１Ａと、直列接続されたコイル導体２Ａ，２Ａ，２Ａと、直列接続されたコイル導体３Ａ，３Ａ，３ＡとがＵ相に並列に接続されている。コアレスコイル４０Ｂを構成する３体の小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃのコイル導体１Ｂ，２Ｂ，３Ｂはそれぞれ直列接続され、これらの直列接続されたコイル導体１Ｂ，１Ｂ，１Ｂと、直列接続されたコイル導体２Ｂ，２Ｂ，２Ｂと、直列接続されたコイル導体３Ｂ，３Ｂ，３ＢとがＶ相に並列に接続されている。コアレスコイル４０Ｃを構成する３体の小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃのコイル導体１Ｃ，２０Ｃ，３Ｃはそれぞれ直列接続され、これらの直列接続されたコイル導体１Ｃ，１Ｃ，１Ｃと、直列接続されたコイル導体２Ｃ，２Ｃ，２Ｃと、直列接続されたコイル導体３Ｃ，３Ｃ，３ＣとがＷ相に並列に接続されている。また、コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃは、それぞれＹ結線されており、これらのＹ結線の中性点ａ，ｂ，ｃは、接続導体４，５によって接続されている。
【００５１】
ところが、この場合にも、図１５の場合と同様に磁束密度分布のアンバランスにより、各直列接続のコイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃにおいて生じる誘導電圧に差が生じるため、並列接続されたコイル導体間に電位差が発生して、例えば並列接続されたコイル導体１Ａ，２Ａ間やコイル導体２Ａ，３Ａ間などに循環電流が流れてしまう。
【００５２】
そこで、本実施の形態２の電力貯蔵フライホイール装置では循環電流抑制手段として、コアレスコイル４０が図６に示すように構成されている。
【００５３】
詳述すると、図６に示すコアレスコイル４０は、図７のコアレスコイル４０と同様に３体の小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃを有してなるものである。コアレスコイル４０を構成する３体の小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃは何れも鉄心を用いずに（コアレスで）巻回された３体のコイル導体１，２，３を有し、各コイル導体１，２，３が何れも４ターン巻回されている。
【００５４】
そして、本実施の形態２では循環電流を抑制するため、直列接続された各コイル導体１，２，３の位置を、各小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃごとにステータ（ロータ）の径方向の外側から内側（図１，図２，図３参照）にわたって分散させている。
【００５５】
具体的には、図６に示すように、小コアレスコイル４０ａでは、コイル導体１が前記径方向の外側に位置し、コイル導体２が前記径方向の中間に位置し、コイル導体３が前記径方向の内側に位置している。小コアレスコイル４０ｂでは、コイル導体１が前記中間に位置し、コイル導体２が前記内側に位置し、コイル導体３が前記外側に位置している。小コアレスコイル４０ｃでは、コイル導体１が前記内側に位置し、コイル導体２が前記外側に位置し、コイル導体３が前記外側に位置している。そして、小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃにおけるコイル導体１同士がコイル導体接続部１ａで直列に接続され、コイル導体２同士がコイル導体接続部２ａで直列に接続され、コイル導体３同士がコイル導体接続部３ａで直列に接続されている。
【００５６】
なお、本実施の形態２におけるコアレスコイル４０の側面視の形状や巻回の様子は図８と同様である。但し、図８中の括弧内に記載したように小コアレスコイル４０ａのコイル導体１は前記外側、小コアレスコイル４０ｂのコイル導体１は前記中間、小コアレスコイル４０ｃのコイル導体１は前記内側にそれぞれ位置している。また、本実施の形態２におけるコアレスコイル４０の結線も図９と同様である。但し、図９中の括弧内に記載したように各小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃにおける各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの位置は前記の外側、中間、内側に分散されている。
【００５７】
以上のように、本実施の形態２によれば、直列接続された各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの位置を、各小コアレスコイル４０ａ，４０ｂ，４０ｃごとに前記外側から前記内側にわたって分散したため、直列接続された各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃに生じる誘導電圧を等しくすることができる。例えば電動発電機の回転速度１００００ｒｐｍにおける誘導電圧の計算値は、図７に示すような構成の場合には直列接続された各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃが４８８Ｖ、直列接続された各コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃが４４９Ｖ、直列接続された各コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃが４２３Ｖとなり、コイル導体間の電位差は最大で６５Ｖにもなるのに対して、図６に示すような構成とした場合には直列接続された各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの何れも４５４Ｖとなり、電位差は０Ｖである。このため、並列接続されたコイル導体１Ａ，２Ａ間やコイル導体２Ａ，３Ａ間などに循環電流が流れるのを抑制することができる。
【００５８】
従って、ステータ巻線（コアレスコイル）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線（コアレスコイル）の温度上昇を抑制することができることから、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置の待機中（無負荷）に循環電流が流れてステータ巻線（コアレスコイル）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００５９】
＜実施の形態３＞
図１０は本発明の実施の形態３に係る電力貯蔵フライホイール装置におけるコアレスコイルの結線図である。なお、コアレスコイルの構成以外、本実施の形態３の電力貯蔵フライホイール装置の全体的な構成などについては上記実施の形態１と同様であるため（図１、図２参照）、ここでの詳細な説明及び図示は省略する。
【００６０】
図１０に示すように、本実施の形態３では循環電流抑制手段として、コアレスコイル４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃにおけるコイル導体１Ａ，１Ｂ，１ＣのＹ結線の中性点ａと、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２ＣのＹ結線の中性点ｂと、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３ＣのＹ結線の中性点ｃとを、接続導体によって接続せずに、分離している。なお、Ｙ結線の中性点ａ，ｂ，ｃを分離すること以外については、上記実施の形態１と同様の結線になっているため（図５参照）、ここでの詳細な説明は省略する。また、図示は省略するが、コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの巻回位置は、図１４と同様であり、図３のように分散はしていない。
【００６１】
以上のように、本実施の形態３によれば、コアレスコイル４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃのコイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃ、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各Ｙ結線における中性点ａ，ｂ，ｃを分離したことにより、磁束密度分布のアンバランスで各コイル導体の誘導電圧に差が生じて、コイル導体１Ａ，２Ａ間やコイル導体２Ａ，３Ａ間などの各コイル導体間において電位差が生じても、各コイル導体間に循環電流が流れるのを抑制することができる。従って、ステータ巻線（コアレスコイル）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線（コアレスコイル）の温度上昇を抑制することができることから、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置の待機中（無負荷）に循環電流が流れてステータ巻線（コアレスコイル）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００６２】
＜実施の形態４＞
図１１は本発明の実施の形態４に係る電力貯蔵フライホイール装置におけるコアレスコイルの結線図である。また、図１２は比較例として示すコアレスコイルの結線図である。なお、コアレスコイルの構成（整流器のと接続）以外、本実施の形態４の電力貯蔵フライホイール装置の全体的な構成などについては上記実施の形態１と同様であるため（図１、図２参照）、ここでの詳細な説明及び図示は省略する。
【００６３】
まず、図１２に基づき、比較例について説明する。電力貯蔵フライホイール装置を直流電源として使用する場合、図１２に示すように３体のコアレスコイル４０Ａ，４０Ｂ，４０ＣにおけるＹ結線されたコイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃとを一括して整流器７１に接続することが考えられる。しかし、この場合には磁束密度分布のアンバランスによる電位差の発生によって、並列のコイル導体間に循環電流が流れるおそれがある。
【００６４】
そこで、本実施の形態４では循環電流抑制手段として、電力貯蔵フライホイール装置を直流電源として使用する場合、図１１に示すように３体のコアレスコイル４０Ａ，４０Ｂ，４０ＣにおけるＹ結線されたコイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃとを、それぞれ個別の整流器７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃに接続している。そして、整流器７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの出力側（直流側）を、各整流器７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃにそれぞれ並列に設けたコンデンサ７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃを介して並列に接続することにより、各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃと、コイル導体２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、コイル導体３Ａ，３Ｂ，３Ｃの出力を合成している。
【００６５】
以上のように、本実施の形態４によれば、コアレスコイル４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃを構成する複数のコイル導体１Ａ，２Ａ，３Ａと１Ｂ，２Ｂ，３Ｂと１Ｃ，２Ｃ，３Ｃとを、各コイル導体１Ａ，１Ｂ，１Ｃと２Ａ，２Ｂ，２Ｃと３Ａ，３Ｂ，３Ｃごとに個別の整流器７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃに接続し、これらの整流器７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの出力側を並列接続したため、並列のコイル導体間に循環電流がながれることはない。従って、ステータ巻線（コアレスコイル）における電力損失が低減されて、充放電効率が向上するとともに、ステータ巻線（コアレスコイル）の温度上昇を抑制することができるため、より多くの出力を確保することができる。また、電力貯蔵フライホイール装置の待機中（無負荷）に循環電流が流れてステータ巻線（コアレスコイル）が温度上昇することによりシステムが成立しなくなる、というおそれもない。
【００６６】
なお、上記実施の形態１〜４の構成は、適宜組み合わせてもよい。例えば、コイル導体にリッツ線（図４参照）を用いることは、実施の形態１だけでなく、他の実施の形態２〜４にも適用することが望ましい。
【００６７】
また、本発明の循環電流抑制手段は外側ロータコにのみ永久磁石を配設した場合に特に有用であるが、必ずしもこれに限定するものではない。即ち、低速回転の場合には外側ロータコアと内側ロータコアの両方に永久磁石を設けることもできるが、この場合でも、磁束密度分布のアンバランスによるコイル導体間の電位差の発生によって循環電流が生じるため、本発明の循環電流抑制手段を適用することが有効である。
【００６８】
また、本発明は上記のような電力貯蔵フライホイール装置用の電動発電機に適用して特に有用なものであるが、必ずしもこれに限定するものではなく、他の電動発電機にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は電力貯蔵フライホイール装置に関するものであり、磁束密度分布のアンバランスによって並列のコイル導体間に循環電流が発生するのを抑制して、充放電効率の高い電力貯蔵フライホイール装置（電動発電機）を実現する場合に適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力貯蔵フライホイール装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図３】前記電力貯蔵フライホイール装置に備えた電動発電機のコアレスコイルの断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は前記コアレスコイルを構成するコイル導体をリッツ線とした場合の断面図及び側面図である。
【図５】前記コアレスコイルの結線図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る電力貯蔵フライホイール装置におけるコアレスコイルの構成を示す断面図である。
【図７】比較例として示すコアレスコイル構成の断面図である。
【図８】前記比較例のコアレスコイルの側面図、図９は前記比較例のコアレスコイルの結線図である。
【図９】前記比較例のコアレスコイルの結線図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る電力貯蔵フライホイール装置におけるコアレスコイルの結線図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る電力貯蔵フライホイール装置におけるコアレスコイルの結線図である。
【図１２】比較例として示すコアレスコイルの結線図である。
【図１３】従来のコアレス回転機の断面図である。
【図１４】（ａ）は従来のコアレスコイルの断面図、（ｂ）は前記コアレスコイルの側面図である。
【図１５】前記コアレスコイルの結線図である。
【符号の説明】
【００７１】
１，２，３  コイル導体
１ａ，２ａ，３ａ  コイル導体接続部
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  コイル導体
４，５  接続導体
３１  電力貯蔵フライホイール装置
３２  ケース
３２ａ  内面
３３  電動発電機
３４  フライホイール
３５  回転軸
３５ａ  フランジ
３６  ステータ巻線
３７  ステータ
３８  ロータ
３９  コイル支持部材
３９ａ  外周面
３９ｂ，３９ｃ  突起部
４０  コアレスコイル
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ  コアレスコイル
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ  小コアレスコイル
４２  支持部材
４３，４４  ボルト
４５  外側ロータコア
４５ａ  円筒部
４５ｂ  内周面
４５ｃ  外周面
４６  内側ロータコア
４６ａ  円筒部
４７，４８  ボルト
４９  ラジアル軸受
５０  スラスト軸受
５１  磁石支持部材
５２  永久磁石
５３  磁石支持部材
５４  ボルト
５５，５６  永久磁石
６１  エナメル線
６２  束
７１  整流器
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ  整流器
７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ  コンデンサ
ａ，ｂ，ｃ  中性点
【図１】
2005117751.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2005117751.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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