(57)【要約】  本発明は、フライホイールユニット（１）を締め付けるための減衰装置（４）を備えたフライホイールユニット（１）と、フライホイールエネルギー貯蔵装置（１０）とに関する。フライホイールユニット（１）は、ロータ（２）と、ロータ（２）を封入し、下面（３１）を備えた機械ハウジング（３）と、機械ハウジング（３）の下面（３１）に締め付けられた、フライホイールユニット（１）を適切な基礎（１１）に締め付けるための減衰装置（４）とを備え、減衰装置（４）は、基礎（１１）に締め付けるための下側スタンドユニット（４１）と、機械ハウジング（３１）の下面（３１）に締め付けるための上側スタンドユニット（４３）と、下側スタンドユニット（４１）を上側スタンドユニット（４３）に連結する膜とを備え、上側および下側スタンドユニット（４１、４３）ならびに膜は、膜（４２）が上側スタンドユニットと下側スタンドユニット（４１、４３）との間に柔軟な自立式連結部（４３ｆ）を確立できるように構成される。【選択図】図１
2018533686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイールエネルギー貯蔵装置（１０）用のフライホイールユニット（１）であって、ロータ（２）と、前記ロータ（２）を封入し、下面（３１）を備えた機械ハウジング（３）と、前記機械ハウジング（３）の前記下面（３１）に締め付けられた、前記フライホイールユニット（１）を適切な基礎（１１）上に締め付けるための減衰装置（４）とを備え、前記減衰装置（４）は、前記基礎（１１）上に締め付けるための下側スタンドユニット（４１）と、前記機械ハウジング（３１）の前記下面（３１）に締め付けるための上側スタンドユニット（４３）と、前記下側スタンドユニット（４１）を前記上側スタンドユニット（４３）に連結する膜とを備え、前記上側スタンドユニットおよび前記下側スタンドユニット（４１、４３）ならびに前記膜は、前記膜（４２）が前記上側スタンドユニットと前記下側スタンドユニット（４１、４３）との間に自立式の柔軟な連結部（４２ｆ）を確立できるように構成される、フライホイールユニット。
【請求項２】
前記下側スタンドユニット（４１）は、第１の底部ベース高さ（ＢＨ）を有する、互いに分離された少なくとも３つの底部ベース（４１Ｂ）であって、前記膜（４２）がその上にクランプされる、底部ベースを備え、前記底部ベース（４１Ｂ）は、前記下面（３１）の中心点Ｍの投影が、前記別個の底部ベース（４１Ｂ）が渡す支持面（ＳＦ）内に前記ロータ（２）の回転軸（２１）に沿って位置するように互いに対して配置されることを特徴とする、請求項１に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項３】
前記下側スタンドユニット（４１）の前記別個の底部ベース（４１Ｂ）は、互いに対称的に、前記ベース領域（３１）に対して平行な平面内に、前記ロータ（２）の回転軸（２１）周りに配置されることを特徴とする、請求項２に記載のフライホイールユニット。
【請求項４】
前記上側スタンドユニット（４３）は、機械ベース高さ（ＭＨ）を有するいくつかの機械ベース（４３Ｍ）を備え、前記機械ベースは、前記膜（４２）と、それぞれの機械ベース位置にある前記膜（４２）の前記自立式領域（４２ｆ）上の、前記機械ハウジング（３）の前記ベース領域（３１）との間の前記膜（４２）に連結されることを特徴とする、請求項２または３に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項５】
前記機械ベース位置は、２つの隣接する底部ベース（４１Ｂ）と前記ロータ（２）の前記回転軸（２１）との間に広がる前記膜セグメント内にそれぞれ位置することを特徴とする、請求項４に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項６】
前記機械ベース（４３Ｍ）の数は、底部ベース（４１Ｂ）の数に等しく、前記膜平面内の前記機械ベース位置それぞれは、前記それぞれ隣接する底部ベース（４１Ｂ）まで同じ距離（Ｄ）を有することを特徴とする、請求項５に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項７】
前記下側スタンドユニット（４１）は、前記機械ベース位置の下方に配置され、前記膜（４２）を前記基礎（１１）に対して弾性的に支持する１つまたは複数の減衰要素（４１Ｄ）をさらに備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項８】
前記膜（４２）は、中央開口部（４２１）と、前記開口部の周りに円周方向に延び、前記下側スタンドユニット（４１）上に締め付けられた連続面（４２２）とを備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項９】
前記膜（４２）の形状は、前記膜が、前記回転軸に対して垂直に、前記下面を越えて横方向に突出しないように、前記下面（３１）の形状に適合されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項１０】
前記下面（３１）は、円周方向の縁面（３１ｒ）と、前記縁面（３１ｒ）内に位置する底面（３１ｂ）とを備え、前記回転軸（２１）に対して平行な前記縁面（３１ｒ）の投影としての前記膜の形状は、前記縁面（３１ｒ）と同じ形状を有することを特徴とする、請求項９に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項１１】
前記縁面（３１ｒ）はリング形状であり、前記膜（４２）はそれにしたがってリング形状であることを特徴とする、請求項１０に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項１２】
前記膜（４２）は、一方が他方の上に配置された複数の材料層（４２１，４２２，４２３，４２４）の膜パッケージ（４２Ｐ）を備えることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項１３】
前記膜パッケージ（４２Ｐ）は、少なくとも部分的に交互に配置された減衰材料層および支持材料層（４２１，４２２，４２３，４２４）を備えることを特徴とする、請求項１２に記載のフライホイールユニット（１）。
【請求項１４】
請求項１に記載の複数のフライホイールユニット（１）を備える、フライホイールエネルギー貯蔵装置であって、前記フライホイールユニット（１）は、前記フライホイールエネルギー貯蔵装置（１０）の基礎（１１）に固定式に連結される、フライホイールエネルギー貯蔵装置（１０）。
【請求項１５】
前記フライホイールエネルギー貯蔵装置（１０）における、隣接するフライホイールユニット（１）の、その回転軸（２１）に対して垂直な距離（Ａ）は、５０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１４に記載のフライホイールエネルギー貯蔵装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライホイールユニットをフライホイールエネルギー貯蔵装置内に締め付けるための減衰装置を備えたフライホイールユニット、およびそのようなフライホイールユニットを有するフライホイールエネルギー貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、再生可能エネルギー源が、正確には従来のエネルギー発生装置と比較してより良い環境適合性により、ますます設置されている。これらの再生可能エネルギー源は、通常、エネルギーを連続的に供給しないため、エネルギー貯蔵装置の需要が高い。フライホイールは、回転エネルギーの形でエネルギーを貯蔵するために使用される。適切なデカップリング手段を介して、電気エネルギーを回転エネルギーの形態でこれらのエネルギー貯蔵装置に貯蔵することができ、必要であれば、電気エネルギーに再変換して戻し、消費者に出力することができる。そのようなフライホイールエネルギー貯蔵装置は、高い貯蔵容量を有していなければならず、この理由のため、これらには、互いに隣接して配置された複数のフライホイールユニットが装備され、その貯蔵容量を合計して総エネルギー貯蔵容量となる。フライホイールユニットは、たいてい、その回転速度および質量に応じて特定量のエネルギーを貯蔵するロータとして中空シリンダを有する。そのようなフライホイールユニットの可能な限り大きな貯蔵容量を提供するために、ロータは５０，０００ｒｐｍ以上の回転速度で作動される。ロータは、ロータの落下から周囲を保護するために、カプセル化されたハウジング（フライホイールユニットの機械ハウジング）内で作動される。
【０００３】
そのような高い回転速度で回転するロータの落下、いわゆるクラッシュの場合、ロータと機械ハウジングとの間の相互作用により、非常に大きい力が、フライホイールエネルギー貯蔵装置内の機械ハウジングの固定に対して短時間生じる。機械ハウジングがフライホイールエネルギー貯蔵装置のベース内、たとえばそのコンクリート基礎内に非常にしっかりと固定されている場合、落下によって引き起こされる機械ハウジングの振動は、隣り合うフライホイールユニットに伝達され、それによってこれらのフライホイールユニットは妨害され、場合によっては落下を経験する可能性もある。そのような連鎖反応の結果、フライホイールエネルギー貯蔵装置全体の破壊を生じさせる恐れがあり、これは回避されるべきである。
【０００４】
商業的に入手可能なばね減衰装置によって、機械ハウジングの振動または揺れを落下の場合に減衰させることができる。これらの回転速度で生じる高い負荷のために、これらの減衰要素は、落下モーメントを十分に低減するために非常に大きく構成される必要がある。機械関連の理由から、フライホイールエネルギー貯蔵装置は、これとは対照的に、一方では個々のエネルギー貯蔵装置の効果的な作動を可能にするために、他方では、複数のフライホイールエネルギー貯蔵装置のモジュラータイプのプラントが、小スペースしか必要としないようにコンパクトな設計を有する。機械ハウジングの下方のフライホイールエネルギー貯蔵装置内部の限られた構造スペースのために、これに適した市販のばね減衰手段は、落下の場合に力を吸収し、これらを十分に減衰して、隣接するフライホイールユニットにこれらの力を伝達できないようにするには不十分である。特に、落下時の高いねじり荷重は、利用可能な振動減衰手段の故障につながる。しかし、基本的には、単一のロータの落下の場合、基礎の破壊または損傷を防止すべきである。
【０００５】
したがって、フライホイールエネルギー貯蔵装置内の（高速回転速度で回転する）高速ロータの落下時の力を、隣接するフライホイールユニットの損傷を排除できるように減衰させることができる減衰装置が利用可能であることが望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、フライホイールユニットであって、フライホイールエネルギー貯蔵装置内の高速ロータの落下時に解放された力を、複数のフライホイールユニットを備えたコンパクトなフライホイールエネルギー貯蔵装置内の隣接するフライホイールユニットの損傷を排除できるように受けることができるように構成された、フライホイールユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、フライホイールエネルギー貯蔵装置用のフライホイールユニットであって、ロータと、このロータを封入し、下面を備えた機械ハウジングと、機械ハウジングの下面に締め付けられた、フライホイールユニットを適切な基礎上に締め付けるための減衰装置とを備え、減衰装置は、基礎に締め付けるための下側スタンドユニットと、機械ハウジングの下面に締め付けるための上側スタンドユニットと、下側スタンドユニットと上側スタンドユニットとの間を連結する膜とを備え、上側スタンドユニットおよび下側スタンドユニット、ならびに膜は、膜が上側スタンドユニットと下側スタンドユニットとの間に自立式の柔軟な連結部を確立できるように構成される、フライホイールユニットによって達成される。
【０００８】
本発明に係るフライホイールユニットでは、高速の落下の場合に解放された力は、機械ハウジングの下方に位置し、これに締め付けられた膜を介して、複数のフライホイールユニットを有するコンパクトなフライホイールエネルギー貯蔵装置内の隣接するフライホイールユニットの損傷を排除できるように受けられる。この場合、機械ハウジングと上部スタンドユニットおよび下部スタンドユニットの基礎との間の自立式連結部を覆う膜によって実装される固定は、軸方向で柔軟であるように構成され、この固定における回転軸は、下側スタンドユニット上に確立された回転軸の方向の膜の可動性の制限により、堅固なやり方で依然として案内される。「上側スタンドユニット」および「下側スタンドユニット」という用語は、機械ハウジングの下面により近い（上側スタンドユニット）、または上側スタンドユニットよりも下面からさらに離れた（すなわち、下側スタンドユニット）のそれぞれのスタンドユニットの配置を指す。ここで柔軟性と称されるものは、２５Ｈｚより小さい第１の固有曲げ周波数、１００Ｈｚより小さい第１の固有軸方向周波数、および３００Ｈｚより小さい第１の固有ねじり周波数を有するシステムまたは連結部である。上記周波数を決定するための基本的な測定方法は、当業者に知られている。これらの特性は、一方では膜の材料に影響され、他方ではその厚さ、ならびにシステム全体または連結部の質量によって影響される。この場合、未変化の材料の膜は、製造されるものが厚くなるにつれてますます硬くなる。一定の厚さでは、膜は、膜の材料が柔らかいほどますます可撓性（柔軟性）になる。この膜は、機械、特に機械ハウジングが回転軸の方向に移動することができ、その周りを転動することができるようにし、減衰装置を介した落下モーメントの消散は、回転軸の固定されたクランプによって達成される。一方向の軟質リンケージと他方の方向の剛性リンケージとの好ましい組み合わせによるこのような減衰効果は、従来の減衰構成要素を使用して実装することはできず、または大きな構築スペースを犠牲にしてしか実装することができず、それによってフライホイールエネルギー貯蔵装置のコンパクトな設計を妨げる。さらに、従来の減衰構成要素では、落下の場合の高いねじり負荷は、振動減衰装置の故障につながる。本発明に係る減衰装置を有するフライホイールユニットの利点は、構築スペース、減衰装置の簡単でコスト効果の良いセットアップ、簡単な組み立ておよび組み立て後のすべての機械ポートの良好なアクセス性に関連する要求事項が少ないことである。
【０００９】
ここで、減衰装置は、機械ハウジングおよびロータの重量を支承することができるように構成される。この目的のために、上側スタンドユニットおよび下側スタンドユニットは、金属、特にたとえば鋼で形成され、機械ハウジングおよびロータの重量に適合した壁厚を有する。下側スタンドユニットは、凹部と、これらの間に膜の方向に配置された隆起部とを備えた円筒形リングとして構成することができる。次いで、隆起部は、膜のための支承面を形成する。これの代替策として、複数のベースを幾何学的配置で、たとえば下敷き上にリング形状で、互いに隣り合わせに下側スタンドユニットとして配置することができ、この場合、ベースの上側は、膜のための共通の支承面を形成し、この支承面はベース間に割り込まれる。あるいは、この幾何学的配置は、互いに対して異なる幾何学的形状を有するように構成することもできる。
【００１０】
膜とは、上側スタンドユニットおよび下側スタンドユニットの高さに対して見たときに薄く、変形により、機械ハウジングのロータの回転軸周りの転動運動を可能にする材料からなるディスクを指す。適切な膜は、例えば、重量、および落下の場合に生じるねじり力に適合した厚さ、たとえば、軸方向の慣性モーメントが１．２ｋｇ／ｍ２、ハウジング質量が７８５ｋｇ、回転速度が７５０Ｈｚのロータの場合は１５ｍｍである厚さを有する鋼シートである。これらの目的のために、鋼は、柔軟性をもたらすように十分な可撓性を有する高い応力耐性を有する。膜の変形は、機械ハウジングの運動を基礎から少なくとも部分的に切り離すことにつながる。好ましくは、膜の材料は、その端まで２５０ＭＰａを超える剛性を有する。膜に適した材料は、例えば、金属（例えば、鋼）またはいわゆるＣＦＫ複合材料である。この場合、膜は、下側スタンドユニットの支承面に固定式にクランプされる。この目的のために、膜を、たとえば、ねじ連結によって、および／または装着リングまたはクランプリングによって、支承面に締め付けることができる。本明細書での自立式連結部とは、機械ハウジングの重量に対して下側スタンドユニットによって下から（機械ハウジングから外方を向く膜の側から）支持されていない膜の領域を指す。膜への機械ハウジングの締め付けは、機械ハウジングと膜との間に配置された上側スタンドユニットによって間接的に行われる。この場合、上側スタンドユニットは、下側スタンドユニットのように、たとえばこれもまた、凹部と、それらの間に膜の方向に配置された隆起部とを有する円筒形リングのように構成することができる。次いで、隆起部は、膜上の上側スタンドユニットの支承面を形成する。これの代替策として、複数の機械ベースを幾何学的配置で、たとえば下敷き上の環状形状で上側スタンドユニットとして互いに対して配置することができ、ベースの下面は、膜上の共通支承面を形成し、この支承面は、ベース間に割り込まれる。あるいは、この幾何学的配置は、互いに対して異なる幾何学的形状を有するように構成することもできる。
【００１１】
１つの実施形態では、膜は、一方が他方の上に配置された複数の材料層の膜パッケージを含む。１つの実施形態では、材料層は、装着点で互いに固定式に連結されるだけである。他の実施形態では、材料層を、異なるやり方で互いに連結することもでき、または互いに直接的もしくは間接的に接触することもできる。好ましくは、膜は、このような膜パッケージから完全に形成される。移動する機械ハウジングにおいて、隣接する材料層は相互に摩擦しあうので、コンパクトな一体材料の膜よりも多くのエネルギーを吸収するか、またはそれぞれ機械ハウジングの移動をさらにより効果的に減衰させる。好ましい実施形態では、膜パッケージは、減衰および支持し、少なくとも部分的に交互に配置された材料層を含む。金属層（鋼層または鋼プレートなど）を、たとえば支持材料層として使用することができ、ＣＦＫ複合材料の層を減衰材料層として使用することができる。
【００１２】
ここで以下では、「ロータ」という用語は、回転するように誘導される部品の全体を指す。ロータは、異なる形状のものとすることができる。本発明では、ロータは、円筒形状の回転体（シリンダ）を有する。回転体とは、主に運動エネルギーの形態でエネルギーを貯蔵する構成要素である。残りの構成要素は、回転体を駆動装置またはロータの装着体に連結して、回転体を可能な限り無損失で回転させる。ロータは、例えば、少なくとも２つのハブを介してそれぞれのベアリング（第１のハブ用の第１のベアリングおよび第２のハブ用の第２のベアリング）に連結された、両側（両端）において開いた、または閉じたシリンダとすることができる。ここで、この連結部は、ハブによって直接確立されるのではなく、それぞれのハブ内に締め付けられたピンによって確立される。別の実施形態では、ロータは、ハブがその上に配置された連続ダクトを備えることができる。ダクトの端部はここではピンと称される。シリンダ内の配置に応じて、ハブは、その端部に向かって少なくとも部分的にシリンダを閉じることができる。ここで、ハブは、同じ配向または位置合わせで回転体内に配置され得る。ハブは、任意の適切な位置で回転体内に配置され得る。ここで、ハブは、回転体の内部で前記回転体と連結することができる。１つの実施形態では、ハブは、開放端の領域において回転体内に配置される。「領域内」という用語は、回転体のそばの開放端部から、ピニオン付きのハブがピニオンと共に回転体の開放端部を越えて真っ直ぐに突出する位置まで延びる回転体の領域を指す。ここで、回転体との連結は、圧縮／加圧また接着または他の適切な技術によって形成することができる。回転体および／またはハブは、ここでは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＫラミネート）で作製することができる。
【００１３】
このフライホイールユニットの可能な限り高い貯蔵容量を提供するために、ロータは、５，０００ｒｐｍ以上の回転速度で作動される。ロータを可能な限り小さな損失で回転させるために、ロータは真空中で作動される。この目的のために、ロータは、機械ハウジングによって真空密封されるようにカプセル化される必要がある。それと同時に、機械ハウジングは、ロータの落下に対して環境を保護する役割を果たし、したがって、通常、金属、特に鋼で作製され、その厚さ、たとえば、軸方向の質量慣性モーメントが１．２ｋｇ／ｍ２、ハウジング質量が７８５ｋｇ、回転速度が７５０Ｈｚのロータの場合は２５ｍｍである厚さに関して落下した場合に解放されると予想される力に適合される。好ましくは、機械ハウジングの形状は、ここではロータの形状に適合される。たとえば、機械ハウジングは、蓋、および本発明では下面と称する底部を有する円筒形状を有する。ここで、下面とは、地面に対して垂直に配置された回転軸の場合、地面に面する側を指す。したがって、蓋は反対側、例えば、フライホイールエネルギー貯蔵装置の屋根を向く。
【００１４】
１つの実施形態では、下側スタンドユニットは、第１の底部ベース高さを有する、互いに対して分離された少なくとも３つの底部ベースであって、その上に膜がクランプされる、底部ベースを備え、底部ベースは、ロータの回転軸に沿った下面の中心点の投影が、２つの底部ベースが渡す支持面内に位置するように互いに対して配置される。ここで、底部ベースの支承面は、支持面のコーナ点を画定する。機械ハウジングは、通常、ロータを対称的に封入しているので、ロータを有する機械ハウジングの重心は、通常、中心点上方の回転軸上に位置しているか、またはそこから、回転軸に対して垂直な横方向位置にわずかだけずれる。この配置では、底部ベース上に広がる膜は、その上に装着された機械ハウジングの安定した支持をもたらし、この支持は、底部ベースによって、横方向傾斜に対して十分に支持される。底部ベースの使用により、機械ハウジングの下方の装着が簡単かつ迅速である減衰装置が可能になる。３つ以上の底部ベースを有する場合、減衰装置は、さらに、落下荷重を補償するよう十分に安定する。別の実施形態では、下側スタンドユニットの別々の底部ベースは、この場合、互いに対称的に、ロータの回転軸の周りに、ベース領域に平行な平面内に配置される。
【００１５】
好ましい実施形態では、下側スタンドユニットは、最大で６つの別個の底部ベースを備える。この最大数の底部ベースにより、膜によって確立された十分な大きさの自立式連結部が底部ベースの間にもたらされ、その可撓性および柔軟性は、落下荷重を吸収し、減衰させるのに十分である。底部ベースの数および配置により、膜の自立式連結部の剛性比（柔軟性の程度）は、必要に応じて影響され得る。
【００１６】
別の実施形態では、上側スタンドユニットは、機械ベース高さを有するいくつかの機械ベースを備え、このベースは、膜と、それぞれの機械ベース位置にある膜の自立式領域上の、機械ハウジングのベース領域との間の膜に連結される。機械ベースによって、機械ハウジングの下面は直接的ではなく、機械ベースを介して間接的に膜に連結される。これにより、機械ハウジングが底部ベース間の膜の自立式連結部に限定して締め付けられことが確実にされる。したがって、落下荷重を特によく吸収し、減衰させることができる。
【００１７】
好ましい実施形態では、機械ベース位置は、２つの隣接する底部ベースとロータの回転軸との間に広がる膜セグメント内にそれぞれ位置する。これは、柔軟な膜の減衰効果を特に良好に利用する。好ましい実施形態では、機械ベースの数は、底部ベースの数に等しく、膜平面内の機械ベース位置それぞれは、それぞれの隣接する底部ベースまで同じ距離を有する。したがって、機械ベースは、機械ベースから隣接する底部ベースへの柔軟な連結部が最も長くなるように、底部ベースの中間に位置する。これは、使用されるそれぞれの膜に対する柔軟な膜の減衰効果を最大にする。
【００１８】
別の実施形態では、下側スタンドユニットは、機械ベース位置の下方に配置され、膜を基礎に対して弾性的に支持する１つまたは複数の減衰要素をさらに備える。これにより、減衰ユニットを、同一の減衰特性を有し、他の重量を有する他のフライホイールユニットに使用することが可能になる。減衰要素の減衰効果は、減衰要素の適切な材料選択によって所望に応じて調整することができる。減衰要素は、たとえば、底部ベースの高さに等しい高さを有するゴム緩衝材として構成することができる。さらに、減衰要素が底部ベースの間の膜をさらに支持するので、ロータを有するハウジングの重量に対して不十分な安定性を有する材料の膜を使用することもできる。
【００１９】
別の実施形態では、膜は、中央開口部と、開口部の周りに円周方向に延び、底部ベースに締め付けられた連続面とを含む。連続面は、機械ハウジングまたは機械ベースをその上に位置決めするのに十分な大きさの支承面を有する２つの隣接する底部ベース間に自立式連結部を確立する。支持面のサイズおよび形状は、中央開口部の領域は閉じた状態であっても、支持には寄与しないか、またはわずかに寄与するだけあるため中央開口部によって変化されず、機械ハウジングまたは機械ベースが載置する外側領域のみによって変更される。それにもかかわらず、自立式連結部は、開口部が存在する場合により柔軟性があり、落下荷重によってより容易に変形することができ、それによって、落下の場合にエネルギー吸収および減衰をより効果的にもたらす。円周方向の連続面の形状により、膜の自立式連結部の剛性比は、所望されるように影響され得る。
【００２０】
１つの実施形態では、膜の形状は、膜が回転軸に対して垂直に下面を越えて突出しないように、下面の形状に適合される。下側スタンドユニットおよび上側スタンドユニットの対応する配置により、機械ハウジングの荷重は、したがって、基礎に対して垂直方向に下方向に消散される。これらの構成により、減衰装置には、減衰装置を実装するために最小限に構成される、回転軸に対して垂直な所要の構造空間を設けることができる。そのような減衰装置では、特にコンパクトなフライホイールエネルギー貯蔵装置に、特に良好な減衰特性を依然として有しながら、フライホイールエネルギー貯蔵装置の最小限の底部領域を有する複数のフライホイールユニットを設けることができる。本発明の好ましい実施形態では、下面は、周縁面と、前記縁面内に位置する底面とを備え、回転軸に対して平行な縁面の投影としての膜の形状は、縁面と同じ形状を有する。したがって、ロータの回転軸に対して径方向に減衰装置に必要とされる構築スペースは、さらに少なくて済む。この場合、縁面および膜は、それに応じてリング形状とすることができる。これは、膜のいわゆるクリッカ効果を防止する。
【００２１】
１つの実施形態では、縁面は、上側スタンド要素を介して膜に締め付けられたフランジとして形成される。これにより、機械ハウジングと膜との迅速かつ簡単な連結が可能になる。
【００２２】
１つの実施形態では、フライホイールユニットは、装着板を備え、この上に、下側スタンドユニットが締め付けられ、その後基礎に連結される。これにより、フライホイールユニットをフライホイールエネルギー貯蔵装置の底部または基礎にそれぞれ締め付けられることが可能になる。
【００２３】
本発明は、さらに、本発明に係る多数のフライホイールユニットを備えたフライホイールエネルギー貯蔵装置に関し、フライホイールユニットは、たとえば下側スタンド要素を介して直接的に、または下側スタンド要素が締め付けられる装着板を介して間接的に、フライホイールエネルギー貯蔵装置の基礎に固定式に取り付けられる。この場合、フライホイールユニットは、好ましくは、フライホイールエネルギー貯蔵装置の底部に対して垂直なそれぞれの回転軸を有するロータを有する。たとえば、フライホイールエネルギー貯蔵装置は、フライホイールユニットの作動に必要とされるそれぞれのフライホイールユニット内に最少の真空を生成するための真空モジュールと、１つまたは複数の送電網連結点と、モジュラー制御システムであって、少なくともフライホイールユニットおよび真空モジュールの適切な制御、および外部制御命令を実行するためのデータインターフェースを介したデータ通信に合わせて構成される、モジュラー制御システムとをさらに備えることができ、１つまたは複数のネットワークインターフェースは、少なくとも、ローカル送電網（企業送電網、地域送電網および都市送電網）および／または非ローカル送電網（公共配電網などの送信または分配ネットワーク）との接続のために設けられる。この場合、フライホイールエネルギー貯蔵装置は、その中に位置する構成要素の安全な輸送を保証し、作動時のフライホイールユニットの静的または動的負荷を吸収するのに適するように構成されたモジュールハウジングを備えることができる。ロバストなモジュールハウジングの場合、これは、たとえば、少なくとも大部分はコンクリート、金属または鋼から作製することができ、好ましくは鋼から完全に製造される。
【００２４】
１つの実施形態では、フライホイールエネルギー貯蔵装置における、隣接するフライホイールユニットの、その回転軸に対して垂直な距離は、５０ｍｍ以下である。
【００２５】
１つの実施形態では、フライホイールエネルギー貯蔵装置は、フライホイールユニットの作動中に少なくとも内部熱負荷を除去するため、またはフライホイールユニットの作動中の空調のため、好ましくはさらに最低温度を維持するための冷却および／または加熱モジュールを備える。冷却モジュールは、この場合、設備を冷却するための装置を指し、これにより、たとえば、フライホイールユニットの作動中の内部熱負荷、電気損失、摩擦熱、および真空モジュールなどのモジュールの廃熱を消散することができる。モジュールハウジングの内部温度が高すぎると、その中に位置する電子装置、特にパワー電子装置の故障の危険性が高くなる。通常、モジュールハウジング内では、最高温度４５℃が許容される。対照的に、加熱モジュールは、結露水の形成を防ぐために、モジュールハウジングの内部では、最大負温度が１０℃以下に低下しないことを確実にする。この場合、−２０℃〜５０℃の外部温度範囲が通常であり、極端な場合には、最低温度−３０℃および高温度６０℃が許容される。損失が許す限り、モジュールハウジングの天井にあるプレート熱交換器などの受動的な加熱／冷却装置は、施設の全体的な有効性にあまり悪影響を与えないので、対流による冷却剤の循環および熱交換を受動的に可能にする加熱および冷却モジュールとして好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
本発明のこれらおよび他の態様は、以下の図面に詳細に示される。
【００２７】
【図１】減衰装置を備えた本発明に係るフライホイールユニットの例示的な実施形態を示す斜視側面図である。
【図２】上側スタンド要素無しのより良好な概観のために、本発明に係る減衰装置の例示的な実施形態を示す膜の上面図である。
【図３】本発明に係る減衰装置の別の例示的な実施形態の横断面図である。
【図４】本発明に係る減衰装置の例示的な実施形態の横断面図である。
【図５】本発明に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の例示的な実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１は、減衰装置４を備えた本発明に係るフライホイールユニット１の例示的な実施形態を斜視側面図で示す。この場合、点線で示すロータ２を備えたフライホイールユニット１が示されており、このロータは、ロータに対する周囲の保護のために機械ハウジング３によって封入されている。機械ハウジング３は、フライホイールユニット１を基礎１１または装着板５に締め付けるための減衰装置４が締め付けられる下面３１を備える。減衰装置４は、この例示的な実施形態では、第１の底部ベース高さＢＨを有する４つの別個の底部ベース４１Ｂによって形成された、下面３１の下方の円周方向の下側スタンドユニット４１を備え、その底部ベース４１Ｂは、下面３１に対して平行な平面内に、互いに対称的に、ロータ２の回転軸２１の周りに正方形で配置されている。この斜視図では、後部底部ベースは、減衰装置４の他の構成要素によって覆い隠されている。この場合、下側スタンドユニット４１は、下面３１の下方の底部ベース４１Ｂ間において中空である。この実施形態では、機械ハウジング３の下面３１は、機械ベース高さＭＨを有するいくつかの機械ベース４３を備える、上側スタンド要素４３によって膜４２上に間接的に締め付けられ、このベースは、膜４２と、それぞれの機械ベース位置上の膜４２の自立式領域４２ｆ上の、機械ハウジング３のベース領域３１との間の膜４２に連結されている。この場合、機械ベース４３の数（４つ）は、底部ベース４１２の数（４つ）に等しい。この斜視図により、２つの機械ベース４３が機械ハウジング３の下面３１によって覆い隠されている。機械ベース位置は、この場合、２つの隣接する底部ベース４１２とロータ２の回転軸２１との間に広がる自立式膜セグメント内にそれぞれ配置され、膜の平面内の機械ベース位置は、いずれの場合も、それぞれの隣接する底部ベース４１２まで同じ距離Ｄを有する。
別の実施形態では、３つの底部ベース４１Ｂおよび３つの機械ベース４３Ｍだけを使用することも可能であり、これらは、支持面ＳＦを渡すように、互いに対称的に二等辺三角形の形態で配置される。
【００２９】
図２は、上側スタンド要素４３無しのより良好な概観のために、本発明に係る減衰装置４の例示的な実施形態を膜４２上の上面図で示す。機械ハウジング３を支承する膜４２は、底部ベース４１Ｂの上側に締め付けられており、この場合、下側スタンド要素４１を覆って完全に広がっている。ここで以下では、「覆って広がる」という用語は、基本的には、この場合、完全または部分的に覆って広がることを含み、この場合、覆って広がることは、下面３１の中心点Ｍの投影が、膜４によって別個の底部ベース４１Ｂが渡す支持面ＳＦ内にロータ２の回転軸２１に沿って位置するように構成される。この場合、膜４２は、支承面４１１を形成する４つの底部ベース４１Ｂの上面上すべてに広がっている。底部ベース４１Ｂの配置により、基本ベース３１は、膜４２が、機械ハウジング３と、下側スタンド要素４１とする隣接する底部ベース４１２との間に自立式連結部４２ｆを確立するように構成される。この例示的な実施形態では、膜４２は、中央開口部４２１と、開口部の周りに円周方向に延び、底部ベース４１Ｂ上に締め付けられた連続面４２２とを含む。膜４２は、有利には、下面３１の形状に適合された環状形状を有することができ、それにより、膜４２に連結された底部ベース４１Ｂおよび（ここでは明確にするために明示的には示さない）機械ベース４３Ｍは、機械ハウジング３の下面３１を超えて径方向に突出しない。
【００３０】
図３は、本発明に係る減衰装置４の別の例示的な実施形態を横断面図で示す。この場合、図２と同様に、４つの底部ベース４１Ｂが互いに対称的に配置され、一方の底部ベース４１Ｂ（後部中央）は中央の底部ベース４１Ｂ（中央前方）によって覆い隠される。４つの機械ベース４３Ｍも同様に、下側スタンドユニット４１とする底部ベース４１Ｂ上に締め付けられた膜４２上に配置され、このベースは、底部ベース４１Ｂに対して４５°回転される配置で、膜４２上に配置され、２つの後部機械ベース４３Ｍは、２つの前部機械ベース４３Ｍによって覆い隠されている。上側スタンドユニット４３とする機械ベース４３Ｍ。この例示的な実施形態では、下側スタンドユニット４１は、機械ベース４３Ｍの下方の機械ベース位置にそれぞれ配置され、膜４２を基礎（ここでは図示せず）に対して弾性的に支持する、（灰色で示す）４つの減衰要素４１Ｄをさらに備える。これにより、機械ハウジング３およびロータ２の異なる質量に対して同じ減衰ユニット４を使用することができる。明確にするために、機械ハウジング３のみが、示されている。この場合、膜４２の形状は、膜が、回転軸に対して垂直に、下面３１を超えて突出しないように、下面３１の形状に適合される。この場合、下面３１は、周縁面３１ｒと、周縁面３１ｒ内に位置する底面３１ｂとを備え、回転軸２１に対して平行な、縁面３１ｒの投影としての膜４２の形状は、縁面３１ｒと同じ形状を有することができる。縁面３１ｒがリング形状である限り、膜４１もそれにしたがって、同様にリング形状の設計のものである。
【００３１】
図４は、本発明に係る膜４２の例示的な実施形態を横断面図で示している。この場合、膜４２は、一方が他方の上に配置された４つの金属層４２１，４２２，４２３，４２４からなる膜パッケージ４２Ｐから成り、これら金属層は、取付け点４４上でのみ、互いに、および地面におよびまたは底部ベース４１、４１２に固定式に連結される。ロータ２の落下時に、金属層４２１，４２２，４２３，４２４は、落下中に解放されたエネルギーを受け取ると変形して互いに擦れ、それによってさらに落下荷重を吸収し、さらに機械ハウジング３の運動を減衰させる。ここで、材料層４２１，４２２，４２３，４２４は、（例えば、金属層とする）支持材料層４２２，４２４として、および（たとえばＣＦＶＫ複合材料または別の材料、たとえばプラスチック材料からの）減衰材料層４２１，４２３として交互に構成することができる。
【００３２】
図５は、いずれの場合も５つのフライホイールユニット１の列に配置された複数のフライホイールユニット１を備える、本発明に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置１０の例示的な実施形態を示し、フライホイールエネルギー貯蔵装置１０の底部１１に固定式に連結されたフライホイールユニット１は、減衰装置４と底部１１との間に装着板５をそれぞれ介している。フライホイールエネルギー貯蔵装置１０における、隣接するフライホイールユニット１の、その回転軸２１に対して垂直な距離Ａは、本発明に係る減衰装置４を使用することにより５０ｍｍ以下になるように選択することができ、それによって、所定量のフライホイールエネルギー貯蔵装置１０内に特に多数のフライホイールユニット１を有する、特にコンパクトなフライホイールエネルギー貯蔵装置１０が、提供される。
【００３３】
たとえば、フライホイールエネルギー貯蔵装置１０の内部に２８のフライホイールユニット１を配置することができ、フライホイールユニットは、共通の貯蔵容量および出力を提供するための電気中間回路を介して接続される。フライホイールユニット１の数は、フライホイールエネルギー貯蔵装置１０が、このように提供された総容量および出力によって、接続された送電網５に３０秒以上の時間にわたって電力を供給することができるという事実に適合される。ここで、個々のフライホイールユニット１は、平均２０ｋＷの電力を伝達することができる。したがって、このフライホイールエネルギー貯蔵装置１０は、５６０ｋＷの総容量を有する。フライホイールエネルギー貯蔵装置１０内のフライホイールユニット１の数は、それぞれのフライホイールエネルギー貯蔵装置に応じて変化し得る。
【００３４】
本明細書に示す例示的な実施形態は、本発明の例を構成するに過ぎず、したがって、限定するものとして解釈されるべきではない。当業者によって考慮される代替の実施形態も同様に、本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１  フライホイールユニット
２  ロータ
２１  ロータの回転軸
３  機械ハウジング
３１  機械ハウジングの下面
３１ｒ  下面の縁面
３１ｂ  下面の底面
３２  フランジ
３３  機械ハウジングの上側
４  減衰装置
４１  下側スタンドユニット
４１Ｂ  底部ベース
４１Ｄ  （下側スタンドユニット内の）減衰装置
４２  膜
４２１  膜内の中央開口部
４２２  開口部の周りに円周方向に延びる連続面
４２ｆ  自立式連結部
４２Ｐ  膜パッケージ
４２１〜４２４  膜パッケージ内の材料層
４３  上側スタンドユニット
４３Ｍ  機械ベース
４４  装着点
５  装着板
１０  フライホイールエネルギー貯蔵装置
１１  フライホイールエネルギー貯蔵装置の基礎（底部）
Ａ  フライホイールエネルギー貯蔵装置内の隣接するフライホイールユニットの距離
ＢＨ  底部ベース（底部ベースの）の高さ
Ｄ  機械ベース位置から隣接する底部ベースまでの距離
Ｍ  下面の中心点
ＭＨ  機械ベース（機械ベースの）の高さ
ＳＦ  支持面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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