(57)【要約】磁気軸受（１９，２０）、高速永久磁石電動機／発電機、およびフライホイール部材（１８）とを利用したフライホイールエネルギー貯蔵システム。このフライホイールシステムは、運動エネルギーを貯蔵するための高強度スチールホイール（１８）、デュアルスラスト永久磁石組み合わせ軸受（１９，２０）で構成される高効率磁気軸受（１９，２０）、および高効率永久磁石電動機／発電機とを用いて構成される。
2006513687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー貯蔵回転フライホイールを有する電動機／発電機システムであって、
前記フライホイールが、
静止部材に関して末端部材を支持する第１磁気軸受と、
透磁率が高い第１弓形部材および第２弓形部材と、前記第１弓形部材および前記第２弓形部材の周囲に位置決めされ前記末端部材からラジアル方向に間隔を空けて設けられた単一の制御可能電磁コイルとを備える、前記末端部材と前記静止部材との間の第１空隙および第２空隙を通じて磁気的に接続された、アキシアル方向に分極された磁界を生成する第１磁界生成手段と、
ラジアル方向に分極された磁界を生成し、スラストディスクとラジアルポール組立品との間の空隙を通じて前記回転可能部材に磁気的に接続されて、前記末端部材を前記静止部材に連結するラジアル磁束を提供する第２磁界生成手段と
を備える前記末端部材を含んでいる、電動機／発電機システム。
【請求項２】
前記ラジアル方向に分極された磁界が第１アキシアルポールおよび第２アキシアルポールを流れる、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記フライホイールがスチール製である、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
エネルギー貯蔵回転フライホイールを有する電動機／発電機システムであって、
前記フライホイールが、
静止部材に関して末端部材を支持する第１磁気軸受と、
透磁率が高い第１弓形部材および第２弓形部材を備える、前記末端部材と前記静止部材との間の第１空隙および第２空隙を通じて磁気的に接続された、アキシアル方向に分極された磁界を生成する第１磁界生成手段と、ラジアル方向に分極された磁界を生成し、スラストディスクとラジアルポール組立品との間の空隙を通じて前記末端部材に磁気的に接続されて、前記回転可能部材を前記静止部材に連結するラジアル磁束を提供する第２磁界生成手段と
を備える前記末端部材を含んでいる、電動機／発電機システム。
【請求項５】
前記アキシアル方向に分極された磁界が第１アキシアルポールおよび第２アキシアルポールを流れる、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記フライホイールがスチール製である、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
エネルギー貯蔵回転フライホイールを有する電動機／発電機システムであって、
前記フライホイールが、
静止部材に関して末端部材を支持する第１磁気軸受と、
透磁率が高い第１弓形部材および第２弓形部材を備える、前記末端部材と前記静止部材との間の第１空隙および第２空隙を通じて磁気的に接続された、アキシアル方向に分極された磁界を生成する第１磁界生成手段であって、前記アキシアル方向に分極された磁界が前記第１アキシアルポールおよび前記第２アキシアルポールを流れる、前記第１磁界生成手段と、
前記第１弓形部材および前記第２弓形部材の周囲に位置決めされ前記末端部材からラジアル方向に間隔を空けて設けられた単一の制御可能電磁コイルと
を備える前記末端部材を含んでいる、電動機／発電機システム。
【請求項８】
前記フライホイールがスチール製である、請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記フライホイールが前記第１磁気軸受と第２磁気軸受との間に位置決めされている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記フライホイールが前記第１磁気軸受と第２磁気軸受との間に位置決めされている、請求項４に記載のシステム。
【請求項１１】
前記フライホイールが前記第１磁気軸受と第２磁気軸受との間に位置決めされている、請求項7に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー貯蔵装置の分野、特に、運動エネルギーの貯蔵および放出を制御することによる完全な電気エネルギー貯蔵・回収システムに関する。
【従来技術の説明】
【０００２】
１９９７年３月２５日にＪａｃｋ  Ｇ．  Ｂｉｔｔｅｒｌｙ等に対して発行された米国特許第５，６１４，７７７号において、一体型電動機／発電機、高速フライホイール、および磁気軸受を用いたフライホイールエネルギー貯蔵システムが開示・請求されている。米国特許第５，６１４，７７７号において開示されたシステムは、回転子の材料が複合材料でなければならないため高価であり、最小電力を許容できない。また、このシステムでは、アクティブアキシアル位置制御のために回転子を浮上させ、かつ浮上を維持するための必要な力をアクティブスラスト軸受が供給しなければならない。さらに、このシステムでは、電動機／発電機が軸受の外部に位置決めされるという構造上の特性が原因で、サイズを大きくすると回転子の動作に大きな問題が生じるため、大型の電動機／発電機で短期間に高出力放電を行うことができない。基本的に、米国特許第５，６１４，７７７号において開示されたシステムは従来技術の設計よりも有利であるが、高いコストがかかるため商業化が困難である。
【０００３】
したがって、支持力を最小限に抑えながら垂直システムにおける回転子質量のパッシブアクティブ浮上が可能であり、その結果システム効率を最大限に高めることができる、磁気軸受を用いた、高出力放電または低出力放電に適した低コストシステムを提供することが望まれている。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、磁気軸受、高速永久磁石電動機／発電機、および高強度フライホイールシステムを利用した、最適化されたフライホイールエネルギー貯蔵システムを提供するものである。このフライホイールシステムは、運動エネルギーを貯蔵するための高強度スチールホイール、デュアルスラスト・ラジアル永久磁石組み合わせアクティブ磁気軸受として構成された高効率磁気軸受、および高効率永久磁石電動機／発電機とを用いて構成することが好ましい。複合材料を用いた場合は、システムにおけるエネルギー貯蔵密度が向上する一方でシステムコストがかさむが、スチールホイールを用いれば、高速なエネルギー貯蔵回転子をコスト効率よく構成できる。
【０００５】
２つの永久磁石組み合わせ磁気軸受が使用されるが、第１の組み合わせ磁気軸受は、２００２年２月２０日に出願され、本発明の譲受人に譲渡された同時係属出願第１０／０７８５７２号に記載されているように、永久磁石バイアスを有する従来のフルアクティブ３軸磁気軸受として構成される。この単極構成により、磁界変化による回転子の損失が最小化され、回転子の温度上昇が最小限に抑えられる。このように温度上昇を最小限に抑えることは、フライホイールにとって欠かせない。なぜならば、回転子と固定子とが物理的に接触しないので、回転子を冷却する唯一の方法は、回転子から固定子への熱の放出のみであるからである。単極組み合わせ軸受は、シャフト（Ｘ１，Ｙ１）の一方の端部上の２つのラジアル軸に対するアクティブラジアル位置制御を可能にし、また回転子のアキシアル位置（軸線方向位置）を浮上させ維持するためのアクティブアキシアル荷重を提供する。これは重力に対して垂直方向の構成であるため、ラジアル荷重と入力電力の必要性が最小限に抑えられる。
【０００６】
第２の組み合わせ軸受は、２つのアクティブラジアル軸と１つのパッシブアキシアル軸とで構成される。これはフルアクティブ組み合わせ軸受に似ているが、アクティブアキシアル制御コイルとスラストポールの一つがないという違いがある。２つの対向するアキシアルポール間で分離するのではなく、永久磁石バイアス経路が残りの１つのスラストポールの方向に向けられているため、一方向におけるパッシブ力が得られる。この力の構成と大きさは、回転子自体の静的重量とほぼ同等の力をもたらすようになっている。これにより、フルアクティブアキシアル組み合わせ軸受により浮上させられると、他方の軸受のアクティブアキシアル軸への正味電力をほぼゼロにすることができる。この変更された組み合わせ軸受のラジアル軸は、２つのラジアル軸（Ｘ２，Ｙ２）を制御する３アクティブ軸軸受と同様に機能する。磁気軸受において浮上させられた、このシステムの好適な構成である垂直モードにおいては、軸受が静的な浮上・位置力を提供するために必要な正味電力はほぼゼロである。変更された組み合わせ軸受のアキシアル軸においてそうであるように、静的荷重がすべてのラジアル軸になく、他方の組み合わせ軸受のアクティブアキシアル軸では、シャフトを中心に保つために電力を供給する必要がない。理論的には静止電力をゼロにすることができるが、設置時の機械的許容誤差とシステム傾斜が原因で生じる中心を外れた場合の作動のために最低レベルの電力が存在する。
【０００７】
磁気軸受は、回転子の損失が最小限に抑えられ、寿命が長く、潤滑が不要であるため、あまり保守作業を行わずに長期間運転する場合に不可欠である。これらの軸受のサイズは、アキシアル軸に対しては、回転子の重量によって決まり、ラジアル軸に対しては、設置時に許容されるシステムの傾斜によって決まる。アクティブアキシアル磁気軸受と玉軸受を組み合わせて使用すれば、玉軸受にかかるアキシアル荷重を最小限に抑えられるが、設置時の傾斜が１〜２度あるだけで、軸受にかかる荷重が増えて寿命が半減することがある。これに比べ、磁気軸受の寿命は荷重によって制限されることはない。磁気軸受は、寿命に全く影響することなく最大荷重範囲内で運転することができる。このため、地面が動いた場合にシステムが５〜１０度傾くことがある地面設置において磁気軸受は大いに有利であり、長期間地面設置を続けることができる。このシステムでは、イニシャルコストを最小限に抑える必要がある短寿命のシステムのラジアル支持に玉軸受を使用することができる。
【０００８】
ＰＭ電動機／発電機も、この種のシステムにとって重要な構成要素である。この電動機／発電機は２つの軸受の間に位置決めされるため（片持ち方式ではなく）、堅牢な回転子力学システムが提供され、大型の電力システムに容易に適合させることができる。良好なシステムにとって回転子の損失は重大なので、電動機／発電機ではこの損失を最小限にとどめなければならない。動作速度に応じて２つまたはそれ以上の磁極回転子における永久磁石構成が、高速運転を実現し回転子の損失を最小限に抑え高効率を達成するのに最適である。高効率は、長期間に渡ってパワーを保持するために、かかるエネルギー貯蔵装置の待機モードにおいて不可欠である。パワーエレクトロニクスが電動機／発電機と連携して、フライホイールにエネルギーを付加し、フライホイールからエネルギーを放出して出力を提供する。このエレクトロニクスがパワーバスとフライホイール速度を監視し、状況に応じて入力と出力を切り替える。バッテリー交換などほとんどの用途で、ＤＣバスまたはＡＣバス用にこれらの構成が可能である。
【０００９】
永久磁石により提供される力には電力源が不要であるため、コネクタと電流ドライバを減らすことができるだけでなく、信頼性も向上する。さらに、スチールフライホイールを利用することで、コストを低減できるだけでなく、フライホイールの高出力密度を実現することもできる。この出力密度は複合材料を用いた場合に実現されるものより低いとはいえ、複合技術を用いたシステムが満たすことができない特性、すなわち、許容できるコストで商用の性能要件を満たせるようにバランスの取れた密度である。
【００１０】
スチールフライホイール部は、有効なエネルギー貯蔵に必要な質量を有している。高強度スチール（ＡＮＳＩ  ４３４０など）を用いて、高速作動ハブ表面速度を実現できる。これらの高い表面速度により、必要とされるホイールの質量が低減され、磁気軸受と電動機／発電機の損失が低くなるため、極めて小型のエネルギー貯蔵システムに必要な高速を容易に達成できる。完全な回転部品群が、ハブ、電動機／発電機回転子、および軸受支持システムを介して機械的に連結されており、剛性の高い回転子構成が実現される。静止軸受と電動機／発電機組立品がハウジングを介して機械的に接続・配列され、ボルトで互いに固定されている。ハウジングでは、回転部材の風損をなくすために真空を効果的に維持するシールが利用されており、シールド電気コネクタにより、フライホイールへの軸受センサシグナルと入力電力が可能になっている。システムの電気エネルギーを貯蔵・放出するための電動機／発電機の入力電力と出力電力には、個別のシールドコネクタセットが用いられる。軸受電子部品をフライホイールハウジングに内蔵することで、コネクタの数を減らすことができる。必要なのは、入力電力とデータシグナルの出力だけである。
【００１１】
この基本的な構成は、短期間に高出力が求められるシステムと、長期間に渡って低出力が求められるシステムに適用可能である。適用するには、エネルギー容量を増減させるためのフライホイールハブの変更に伴う、電動機／発電機のサイズ／定格の変更を行うだけでよい。ただし、軸受の大きさを変更しなければならない場合がある。これはシステムの動的構成により制限されるが、最低コストのシステム向けにこれらの条件を最適化するために、速度とサイズに関して構成全体を変更することができる。
【００１２】
本発明とその他の目的およびそのさらなる特徴をより深く理解するために、添付図面と合わせた以下の説明を参照されたい。
【発明の説明】
【００１３】
図１は、本発明のシステム１０のブロック図である。フライホイールモジュール１２が、電動機／発電機パワーエレクトロニクス１４ａ、磁気軸受コントローラ１４ｂ、および主コントローラ１４ｃとを含む制御システム１４に接続されている。これらの構成要素の働きにより、電力リンク１３からフライホイールモジュール１２への電気エネルギーの入力、またはフライホイールモジュール１２から電力リンク１３への電気エネルギーの出力が可能になる。フライホイール１２は、入力電力の電気エネルギーを機械的位置エネルギーに変換する。出力時、フライホイール１２は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換して制御システム１４に供給する。電動機／発電機パワーエレクトロニクス１４ａは、電力リンク１３に適合するように入力電力と出力電力を調整し、フライホイールの電圧を電力リンク１３の電圧と一致させるようにＡＣからＤＣまたはＤＣからＡＣへの変換を行う。磁気軸受コントローラ１４ｂはシャフト位置を監視し、動作中に電動機／発電機のシャフトを望ましい中心位置に保持するために磁気軸受を用いて調節を行う。主コントローラ１４ｃはパワーエレクトロニクス１４ａの動作を監視し、磁気軸受コントローラ１４ｂは電力リンク１３の動作を監視してフライホイール１２へのエネルギー入力またはフライホイール１２からのエネルギー出力を指示し、外部システムと連携してフライホイール１２の動作を報告し指示を受け取る。
【００１４】
図２〜図４に示したように、フライホイールモジュール１２は回転部材１５と静止部材２６とを備えている。回転部材１５は、電動機／発電機回転子１７、フライホイールハブ部１８、３軸アクティブ組み合わせ磁気軸受ターゲット１９、２アクティブ・１パッシブ軸組み合わせ軸受ターゲット２０、ラジアル位置センサターゲット２１および２２、アキシアル位置センサターゲット２３、並びにタッチダウン玉軸受ターゲットスリーブ２４および２５とを備えている。フライホイールハブ１８はシステムのエネルギー貯蔵部分を形成し、その回転速度を上げるためにエネルギーを必要とし、出力が求められたときに発電機を駆動するために必要なエネルギーを提供する。電動機／発電機回転子１７は、永久磁石１７ａと高強度止め輪１７ｂとを備えている。回転子１７は、電動機／発電機固定子２８（図３）のターゲットとして機能する。フライホイールハブ部１８とラジアル軸受エンドスタブシャフト２９が永久磁石１７ａに対向しており、止め輪１７ｂがこれら３つの構成要素すべてをぴったりと覆って、本実施形態におけるしっかりとした接続を形成している。代替の電動機／発電機構成においては、永久磁石が取り付けられている回転子ハブ１８の一部であるか、あるいは回転子ハブ１８にしっかりと取り付けられている金属ハブが用いられる。高強度スリーブ、好ましくはグラファイトを用いて、回転中の磁石を収容する。別の実施形態においては、フライホイールハブ１８に取り付けられる別個の下位組立品の一部として、永久磁石１７ａと止め輪１７ｂとを収容する電動機／発電機回転子組立品を利用する。
【００１５】
磁気軸受回転子ターゲット１９および２０は、回転子部１８および２９にそれぞれ締り嵌めされて取り付けられ、両構成要素間の機械的接続をもたらす。このことは、軸受センサターゲット２１および２２と各回転子ハブ１８および２９との関係にも当てはまる。組み立て後、軸受が残りの回転子組立品の中心と一致して回転するように、これらのターゲット表面が回転子１５を中心にして研磨される。この研磨工程の後、荷重の不平衡を最小限に抑えるために回転子のバランス取りが行われる。
【００１６】
高速回転する回転子は、最小限のサイズで最大限のエネルギー密度を実現できるように設計される。本発明による永久磁石電動機／発電機の構成により、回転子の損失を最小限に抑えながら、高速かつ高効率のシステムが提供される。非接触磁気軸受により、動作損失が最小限に抑えられて最大限のシステム効率が実現する。これらは、システム効率を最大限に高め回転子の温度上昇を最小限に抑えるために不可欠である。このシステムは真空中で動作するため、回転子の熱を放散する唯一の方法は、放出された熱を回転子から固定子へ伝達することである。したがって、回転子の損失が最小限であれば、回転子の温度が過度に上昇することがなく、動作温度が最低限に保たれる。
【００１７】
図３は、フライホイールの静止部材、すなわち固定子組立品２６を示している。固定子２６は、電動機／発電機固定子組立品２８、電動機／発電機結合ハウジング３０（固定子２８がハウジング４６と直接結合できる十分な大きさである場合は任意選択）、３軸アクティブ組み合わせ磁気軸受固定子３２（この軸受構成は２００２年２月２０日出願の同時係属出願第１０／０７８５７２号の図１および図２に記述されているが、本発明を理解するために必要な、この出願の一部を参照としてここに組み込む。）、２アクティブ・１パッシブ軸組み合わせ軸受固定子３４、ラジアル位置センサ組立品３６および３８、アキシアル位置センサ組立品４０、並びにタッチダウン玉軸受組立品４２および４４とを備えている。これらの構成要素は、電動機／発電機１４ａと軸受システムとの間の構造的接続を可能にするハウジング４６内に収容されている。また、ハウジング４６は、底板５０に設置される際の地面への機械的接続も可能にする。ハウジング４６が底板５０およびカバー５２と共に、空気が入らないようにシステムを密閉するため、システムが真空中で動作でき、風損が低減され、その結果システム効率が向上する。磁気軸受固定子３２および３４、ラジアルセンサ組立品３６および３８、並びにタッチダウン軸受４２および４４が、ハウジング４６内にしっかりと取り付けられているハウジング５６および５８内に取り付けられ支持されている。
【００１８】
シールドコネクタ６０および６２は、磁気軸受３２および３４、アクティブ制御コイル、並びにセンサ組立品３６、３８、および４０の配線接続を可能にする。センサレス電動機／発電機制御電子部品１４ａを利用することで電動機センサが不要になり、位置情報の取得には電動機／発電機自体に頼ることになる。固定子に対する電動機電力の入出力は、目盛り付の電源コネクタ６３を介して行われる。
【００１９】
図４は、固定子組立品２６内で回転子１５を含んで組み立てられているフライホイールシステム１０を示している。磁気軸受３２および３４が、回転する回転子１５をラジアル方向とアキシアル方向に物理的に接触することなく支持するため、回転子誘導損失が最小限に抑えられる。磁気軸受コントローラ１４ｂが、センサ３６、３８、および４０を用いて回転子位置を検出し、回転子ターゲット１９および２０に作用する力に変換される電流を磁気軸受３２および３４に送ることを指示する。この力は、動作中の回転子シャフトを、固定子２６のどの部分にも接触しないように望ましい位置に保つこように指示される。センサ３６、３８、および４０は、対応するそれぞれの回転ターゲット２１、２２、および２３との間隔が、回転子１５から補助軸受４２および４４までの間隔よりも大きくなるように保つ非接触センサである。このことは、軸受３２および３４とそれらに対応する各ターゲット１９および２０との関係にも当てはまる。この特性により、故障または過負荷状態が生じた場合に、回転する回転子１５が補助軸受４２および４４だけに接触し、他の固定子部品には接触しないため、システムの損傷を防止することができる。
【００２０】
構成要素２０および３４を備え、フライホイール１２の先端に位置決めされているパッシブ組み合わせ軸受は、シャフト位置のアクティブラジアル制御を可能にし、回転子１５の上方にアキシアル方向にかかる一定の力を提供する。この軸受は同時係属出願第１０／０７８５７２号の図５および図６に示されているが、本発明を理解するために必要な、この出願の一部を参照としてここに組み込む。磁気軸受３２および３４の動作を具体的に説明するために、同時係属出願第１０／０７８５７２号に記述されている装置の説明の一部をここでも述べる。特に、同時係属出願第１０／０７８５７２号の図１および図２（磁気軸受３２に対応）を参照すればわかるように、ターゲット組立品１はシャフト１４に取り付けられており、１組のラジアルポール１６と単一のアキシアル鉄ポール１８の作用を受ける。４つのコイル２６がラジアル制御磁束を提供する。対向する２つの各ラジアルコイルが共に作用して、ターゲット組立品に対してラジアル方向に加えられる正味の力を生み出す。アキシアル方向に磁化された２つの永久磁石部材２８および３０が、コアアキシアル永久磁石部分２８および３０を利用する、すべてのアキシアル軸およびラジアル軸のバイアス磁束を生み出す。この構成は、アキシアル荷重がほぼ一定である場合に有用であり、アキシアル制御コイルなしで、アクティブなラジアル位置制御とパッシブな一方向アキシアル力を提供する。軸受３４に対応する同時係属出願第１０／０７８５７２号の図６を参照すればわかるように、永久磁石バイアス経路１２０はアキシアル固定子ポール２０から、空隙１２１を通って回転子ターゲット１に達し、ラジアル方向の空隙１２２を通ってラジアル固定子ポール１６に達した後、磁石２８および３０に戻る。１つのアキシアル固定子ポール２０により永久磁石バイアス場１２０が与えられ、回転子ディスク１に対する強いアキシアル力が生み出される。この力は一方向において一定であり、増減することがない。ラジアル軸を制御するために２つの軸コントローラが必要である。この独自の構成により、設計が適正であれば、回転子１５の重量を上方のパッシブ軸受３４で支えることができる。下方のアクティブ軸受３２は、アキシアル方向における回転子の安定性をもたらし、アキシアル方向に存在することがある力学的力または振動力を調節し、回転子１５の重量と上方のアキシアル軸受３４のパッシブ力との間のオフセットまたは力の差の原因となっている（上方の軸受３４はアクティブ・ラジアルパッシブアキシアル組み合わせ構成であり、下方の軸受３２はアクティブラジアル・アクティブアキシアル組み合わせである。「下方の」という言葉は、軸受（３２）が大きいフライホイールハブに最も近いことを意味し、「上方の」という言葉は、軸受（３４）が電動機／発電機に最も近いことを意味している）。軸受３２および３４のラジアル軸は、システムが重力により軸がずれて取り付けられることによって生じる傾斜力に対するためであり、回転子１５の浮上におけるラジアル方向の安定性をもたらし、ラジアル方向に存在する可能性がある力学的力または振動力に対応するものである。ラジアル軸受システムにより、必要とされる電力を最小限に抑えるために、回転子１５はその重心を中心として回転することができる。この機能は、磁気軸受コントローラ１４ｂにプログラミングされる。
【００２１】
このシステムは、高出力の電動機／発電機１７および２８を用いたフライホイールモジュール１２で具体化されるような、短期高出力放電システムに利用したり、長期低出力放電システムに適合させることができる。例えば、異なる用途で利用するために、同じシステム１０に小型の電動機／発電機１７および２８を備えて、１０倍長い期間、１０分の１の電力を出力できるようにすることができる。また、フライホイールハブ部１８のアキシアル方向の長さを伸ばしてエネルギー貯蔵容量を増やせば、既存の電動機／発電機１７および２８を使用して出力期間を延長したり、大型の電動機／発電機を使用して、出力期間は元のままで出力を高めることができる。このように本発明は、広範な用途で利用できるように、エネルギー貯蔵レベルと放電率の面で真に拡張可能なフライホイールシステムを提供するものである。スチールフライホイールハブ部１８、各磁気軸受３２および３４用の共通な軸受構成要素、並びに比較的単純な電動機／発電機１７および２８構成を利用するという構成により、このシステムと、出力およびエネルギーの面で様々な変形形態を、極めてコスト効率よく製造することができる。これらのシステム用の軸受３２および３４の構成は同じままであるが、フライホイールハブ部１８の重量が増えればアキシアル荷重容量を増加させる。パッシブ浮上力を得るために、フライホイールハブ部１８に作用するつり上げ永久磁石と共に、より小型のラジアル／スラスト軸受システムを用いることもできる。パッシブ浮上力をもたらすこれらの永久磁石は、均一な輪という形で静止ハウジングに据え付けられ、磁束経路としてハブを使用する。
【００２２】
電力損失が低いことを十分に活用するための電動機／発電機の変形形態では、用途やサイズの変更に合わせて代替の回転子が適合される。図５は、２つまたはそれ以上の一体型磁極回転子を示している。この回転子７３は、一体の材料から、あるいは複数の部分を事実上一体に合わせて構成される。磁石７０がシャフト７２に取り付けられており、この磁石を収容する黒鉛または格納スリーブ７１が取り付けられている。回転子の構造強度は、シャフト７２とその均一な構造により与えられる。
【００２３】
図６は、システム１０で使用される電動機／発電機の別の代替構成を示している。この回転子組立品８３では、永久磁石７５、スチールハブ７９、エンドプレート７７、および格納スリーブ７６とを備える電動機／発電機８２が使用される。２つまたはそれ以上の磁極回転子８２を一体として組み立ててから、均一なシャフト８１に取り付けることができるため、組み立てに手間がかからない。
【００２４】
このように本発明は、支持力全体を最小限に抑えながらシステム効率を最大限に高める２つの浮上軸受を備える。
【００２５】
好適な実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、本発明の真の精神と範囲から外れることなく、様々な変更を行ったり、本発明の要素に代えて同等のものを使用できることは、当業者にとって明白であろう。また、本発明の内容から外れることなく、特定の状況または材料を本発明の内容に適合するように多くの修正を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のフライホイールシステムのブロック図である。
【図２】フライホイールシステムの回転子の部分断面斜視図である。
【図３】フライホイールシステムの固定子の断面図である。
【図４】本発明の磁気軸受を具体化する組み立てられたフライホイールシステムの断面図である。
【図５】フライホイールシステムの回転子設計の第２実施形態を示している。
【図６】フライホイールシステムの回転子設計の第３実施形態を示している。
【図１】
2006513687.tif 000003
【図２】
2006513687.tif 000004
【図３】
2006513687.tif 000005
【図４】
2006513687.tif 000006
【図５】
2006513687.tif 000007
【図６】
2006513687.tif 000008
【国際調査報告】
2006513687.tif 000009
2006513687.tif 000010