(57)【要約】【課題】モータロータとモータステータとが接触せず継続的にブレーキをかけることができ、短時間でフライホイールを停止させるフライホイール蓄電装置。【解決手段】モータステータ１０とモータステータ１０と離間しモータステータを覆うように配置されたモータロータ１３とからなるモータ／発電機と、モータロータに設けられ電気エネルギーを機械エネルギーとして蓄積する回転体を備えるフライホイール１４と、フライホイールの回転軸１２を支持する回転軸受１１と、フライホイールの異常時にモータステータとモータロータとの接触を回避する接触回避部材１５とを備える。【選択図】図１
2016012993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータステータと前記モータステータと離間し前記モータステータを覆うように配置されたモータロータとからなるモータ／発電機と、
前記モータロータに設けられ、電気エネルギーを機械エネルギーとして蓄積する回転体を備えるフライホイールと、
前記フライホイールの回転軸を支持する回転軸受と、
前記フライホイールの異常時に前記モータステータと前記モータロータとの接触を回避する接触回避部材と、
を備えることを特徴とするフライホイール蓄電装置。
【請求項２】
前記接触回避部材は、前記回転軸受の上部で且つ前記回転軸を覆うボールベアリングからなるガイドベアリングにより構成されることを特徴とする請求項１記載のフライホイール蓄電装置。
【請求項３】
前記フライホイールの振動を検出する振動センサと、
前記振動センサで検出された振動値が所定値を超えた場合に、前記フライホイールが異常であると判定する異常判定部と、
前記異常判定部により前記フライホイールが異常であると判定された場合に、前記モータ／発電機の回転速度を低下させ、前記モータ／発電機を介して前記フライホイールの前記機械エネルギーを前記電気エネルギーとして取り出すインバータと、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のフライホイール蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライホイールの回転によりエネルギーを蓄積するフライホイール蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フライホイール蓄電装置は、ロータに設けられたフライホイールと、ロータに取り付けられたモータ／発電機と、ロータを支持する軸受け部と、これらを収容する容器とを備える。蓄電する際は、モータインバータによりモータ／発電機を回転させることによって、電気エネルギーをフライホイールの回転する機械エネルギーに変換することで蓄電し、電力を取り出す際は、モータインバータによりモータ／発電機の回転を低下させることによって、機械エネルギーを電気エネルギーに変換することで電力を取り出す。従来のフライホイール蓄電装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
特許文献１には、フライホイールの回転が低下すると、下方側回転軸が引き上げられて軸受部から離間するとともに、可動アームが支持軸受に当接することにより、本体部を支持軸受によって確実に支持することが記載されている。
【０００４】
フライホイールを停止する時に回転軸が軸受部から離間し、可動アームが支持軸受に当接するので、フライホイールを安全に停止することができる。しかし、フライホイールの回転によって形状が変異する回転体が必要であった。
【０００５】
図７は、従来のフライホイール蓄電装置の構成を示す図である。図７に示すフライホイール蓄電装置は、モータステータ１０、ピボット軸受１１、ピボット軸１２、モータロータ１３、フライホイール１４を有している。モータロータ１３は、モータステータ１０と離間しモータステータ１０を覆うように配置されている。フライホイール１４は、モータロータ１３に設けられ、電気エネルギーを機械エネルギーとして蓄積する回転体を備える。モータステータ１０とモータロータ１３とでモータ／発電機を構成する。
【０００６】
ピボット軸１２（回転軸）には、モータロータ１３とフライホイール１４とが取り付けられている。ピボット軸１２は、図示しないモータの駆動力により回転し、モータロータ１３とフライホイール１４とを回転させる。フライホイール１４の回転によりエネルギーが蓄積される。ピボット軸受１１は、フライホイール１４のピボット軸１２を支持する。
【０００７】
次に、図８に示すように、ピボット軸１２やモータロータ１３に異常が発生すると、フライホイール１４が傾いて、ピボット軸受１１が削られる。その後、点線領域Ａで示すように、モータロータ１３とモータステータ１０とが接触して、モータロータ１３に蓄積されたエネルギーは、摩擦熱で消費され、モータロータ１３が安全に停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−４８８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、モータロータ１３が停止するまで、数十分〜数時間かかる。その間、フライホイール１４から音と振動が発生する。また、モータロータ１３とモータステータ１０とが接触することで摩擦熱によりモータロータ１３にブレーキがかかるが、モータとしての機能を失っているため、モータとインバータとでブレーキ（機械エネルギーを電気エネルギーに変換することにより回転数を低下させる機能）をかけることができなかった。
【００１０】
本発明の課題は、モータロータとモータステータとが接触することなく、継続的にブレーキをかけることができ、短時間でフライホイールを停止させることができるフライホイール蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のフライホイール蓄電装置は、モータステータと前記モータステータと離間し前記モータステータを覆うように配置されたモータロータとからなるモータ／発電機と、前記モータロータに設けられ、電気エネルギーを機械エネルギーとして蓄積する回転体を備えるフライホイールと、前記フライホイールの回転軸を支持する回転軸受と、前記フライホイールの異常時に前記モータステータと前記モータロータとの接触を回避する接触回避部材とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接触回避部材がフライホイールの異常時にモータステータとモータロータとの接触を回避するので、モータロータとモータステータとが接触することなく、インバータがモータステータとモータロータからなるモータ／発電機の回転速度を低下させることで継続的にブレーキをかけることができ、短時間でフライホイールを停止させることができるフライホイール蓄電装置を提供することができる。また、インバータがモータの回転速度を低下させるときに取り出される電気エネルギーは負荷装置へ供給することができ、さらに他の蓄電装置に蓄電しておくこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係るフライホイール蓄電装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係るフライホイール蓄電装置の異常時の動作を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例１に係るフライホイール蓄電装置の回路構成図である。
【図４】本発明の実施例１に係るフライホイール蓄電装置の具体的な構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例２のフライホイール蓄電装置の正常時の動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例２のフライホイール蓄電装置の異常時の動作を説明するための図である。
【図７】従来のフライホイール蓄電装置の構成を示す図である。
【図８】従来のフライホイール蓄電装置の異常時の動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態に係るフライホイール蓄電装置を図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係るフライホイール蓄電装置の構成を示す図である。図１に示す実施例１に係るフライホイール蓄電装置は、図７に示す従来のフライホイール蓄電装置に対して、ピボット軸受１１の上部で且つピボット軸１２を覆うボールベアリングからなるガイドベアリング１５を設けたことを特徴とする。ガイドベアリング１５は、フライホイール１４の異常時にモータステータ１０とモータロータ１３との接触を回避する本発明の接触回避部材に対応する。フライホイール１４の正常時には、ガイドベアリング１５は動作しない。
【００１６】
また、フライホイール蓄電装置は、図３に示すように、モータステータ１０、ピボット軸受１１、ピボット軸１２、モータロータ１３、フライホイール１４、モータインバータ１９によりフライホイール蓄電部１６を構成している。モータステータ１０とモータロータ１３とでモータ／発電機を構成する。
【００１７】
モータインバータ１９は、モータロータ１３に接続され、モータ／発電機がモータとして動作する場合には、電気エネルギーを機械エネルギーに変換してモータロータ１３及びフライホイール１４を回転させる。また、モータ／発電機が発電機として動作する場合には、機械エネルギーを電気エネルギーに変換してモータロータ１３及びフライホイール１４の回転を低下させる。
【００１８】
また、フライホイール蓄電装置は、フライホイール１４に取り付けられ、フライホイール１４の振動を検出する振動センサ１５と、振動センサ１５で検出された振動値が所定値を超えた場合に、フライホイール１４が異常であると判定する異常判定部１７とを備える。
【００１９】
モータインバータ１９は、異常判定部１７によりフライホイール１４が異常であると判定された場合に、モータインバータ１９は、モータの回転速度を低下させ、フライホイール１４の機械エネルギーを電気エネルギーに変換して負荷ＲＬに供給する。
【００２０】
次にこのように構成される実施例１のフライホイール蓄電装置の動作を説明する。まず、フライホイール１４が正常時には、図１に示すようにピボット軸１２は、ガイドベアリング１５に接触しない。
【００２１】
次に、フライホイール１４に異常が発生した時には、図２に示すように、ピボット軸１２は、ガイドベアリング１５に接触する。この場合には、モータロータ１３は、モータステータ１０に接触しないので、モータの機能は失われない。
【００２２】
ピボット軸１２がガイドベアリング１５に接触し、振動が大きくなると、ピボット軸受１１が削られる。
【００２３】
また、フライホイール１４が振動するため、振動センサ１７によりフライホイール１４の振動値を検出する。異常判定部１８は、振動センサ１７により検出されたフライホイール１４の振動値が所定値を超えた場合には、フライホイール１４の異常と判定し、異常判定信号をモータインバータ１９に出力する。
【００２４】
モータインバータ１９は、異常判定部１８からの異常判定信号によりモータ／発電機の回転速度を低下させ、モータ／発電機を介してフライホイール１４の機械エネルギーを電気エネルギーに変換されて、負荷ＲＬで消費される。あるいは、フライホイール１４の機械エネルギーは、電気エネルギーに変換されて、電力系統に出力されてもよい。これによって、従来フライホイール１４を停止させるため、機械エネルギーを熱エネルギーとして放出させていたが、本発明ではフライホイール１４を停止させる際の機械エネルギーを有効に利用できる。
【００２５】
即ち、ガイドベアリング１５によりモータロータ１３とモータステータ１０とが接触しないため、継続的にモータインバータからの制御でモータ／発電機の回転を低下させブレーキをかけることができ、フライホイール１４を短時間で停止させることができる。
【００２６】
なお、図４に本発明の実施例１に係るフライホイール蓄電装置の具体的な構成を示す。図４において、カバー２０は、モータステータ１０、モータロータ１３、図示しないフライホイール１４、ピボット軸１２、ピボット軸受１１、ガイドベアリング１５を覆っている。
【００２７】
これによって、従来フライホイール１４を停止させるため、機械エネルギーを熱エネルギーとして放出させていたが、本発明ではフライホイール１４を停止させる際の時間を短くできると同時に機械エネルギーを有効に利用できる。
【実施例２】
【００２８】
図５は、本発明の実施例２のフライホイール蓄電装置の正常時の動作を説明するための図である。図５に示す本発明の実施例２のフライホイール蓄電装置は、図１に示す実施例１のフライホイール蓄電装置におけるガイドベアリング１５に代えて、固定部材２２に固定されたロータ／ステータ接触回避部材２１を設けたことを特徴とする。ロータ／ステータ接触回避部材２１は、フライホイール１４の外側で且つフライホイール１４に近接して配置されている。ロータ／ステータ接触回避部材２１は、ベアリングであっても良い。
【００２９】
このように構成された実施例２のフライホイール蓄電装置によれば、フライホイール１４に異常が発生すると、図６に示すように、フライホイール１４がロータ／ステータ接触回避部材２１に接触する。この場合、モータロータ１３は、モータステータ１０に接触しないので、モータの機能は失われない。
【００３０】
また、フライホイール１４がロータ／ステータ接触回避部材２１に接触することでフライホイール１４が振動するため、振動センサ１７によりフライホイール１４の振動値を検出する。その後の処理は、実施例１で説明した動作と同じである。
【００３１】
このように構成された実施例２のフライホイール蓄電装置によっても、実施例１のフライホイール蓄電装置の効果と同様な効果が得られる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  モータステータ
１１  ピボット軸受
１２  ピボット軸
１３  モータロータ
１４  フライホイール
１５  ガイドベアリング
１６  フライホイール蓄電部
１７  振動センサ
１８  異常判定部
１９  モータ／インバータ
２０  カバー
２１  ロータ／ステータ接触回避部材
２２  固定部材
ＲＬ  負荷
【図１】
2016012993.tif 000003
【図２】
2016012993.tif 000004
【図３】
2016012993.tif 000005
【図４】
2016012993.tif 000006
【図５】
2016012993.tif 000007
【図６】
2016012993.tif 000008
【図７】
2016012993.tif 000009
【図８】
2016012993.tif 000010