(57)【要約】      （修正有）【課題】モータによって回転エネルギーを継続して供給する等の対策が不要な、高速回転を長時間にわたり維持できるフライホイールが必要。【解決手段】略一定方向の磁力線を有する第１の磁場を形成するように構成された複数の磁石ユニット１５ａを、円となるように、１つ手前の磁石ユニット１５ａの磁力線が次の磁石ユニット１５ａの方向に対し略一定の傾きを有するように、磁石ユニット１５ａ同士を順次連結して片面に設置した固定板１ａと、第１の磁場を形成する磁力線と略同一方向の磁力線を有する第２の磁場を形成するように構成された複数の磁石ユニット１５ｂを、円となるように、かつ１つ手前の磁石ユニット１５ｂの磁力線が次の磁石ユニット１５ｂの方向に向かって略一定の傾きを有するように、磁石ユニット１５ｂ同士を順次連結して片面に設置した回転板１ｂと、を備え、固定板１ａおよび回転板１ｂの磁石ユニット側の面同士を非接触状態で対向させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁力線の反発力を利用して回転エネルギーを保持するフライホイールにおいて、
略一定の方向の磁力線を有する第１の磁場を形成するように構成された複数の第１の磁石ユニットを、円形となるように、かつ１つの手前の第１の磁石ユニットの磁力線がその次の第１の磁石ユニットの方向に向かって略一定の傾きを有するように、第１の磁石ユニットどうしを順次連結して片面に設置した固定板と、
前記第１の磁場を形成する磁力線と略同一方向の磁力線を有する第２の磁場を形成するように構成された複数の第２の磁石ユニットを、円形となるように、かつ１つの手前の第１の磁石ユニットの磁力線がその次の第２の磁石ユニットの方向に向かって略一定の傾きを有するように、第２の磁石ユニットどうしを順次連結して片面に設置した回転板と、
を備え、
前記固定板および前記回転板の磁石ユニット側の面どうしを非接触状態で対向させる、
ことを特徴とするフライホイール。
【請求項２】
前記磁力線の傾きを０°（磁石設置面の垂直方向）〜４５°の範囲の略一定の角度とする、
ことを特徴とする請求項１に記載のフライホイール。
【請求項３】
前記第１の磁石ユニットの数と前記第２の磁石ユニットの数が異なる、
ことを特徴とする請求項１に記載のフライホイール。
【請求項４】
前記第１の磁石ユニットが、３つの棒磁石を門形に接続した形状の磁石である門形磁石と、板状の磁石である板状磁石と、第１の中心角を有する扇状の磁石である第１の扇状磁石を含み、
前記第２の磁石ユニットが、前記門形磁石と前記板状磁石と、第２の中心角を有する扇状の磁石である第２の扇状磁石を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載のフライホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率よく回転エネルギーを保持可能なフライホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、フライホイールの高いエネルギー伝達効率に着目し、たとえば、フライホイールを高速回転させることで回転エネルギーを保存し、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を供給する発電装置等の技術開発が進められている（下記特許文献１参照）。
【０００３】
下記特許文献１においては、モータによってフライホイールに回転エネルギーが与えられ、高速回転を継続するフライホイールと発電機を連結することにより、回転エネルギーを発電機に伝達し、発電機によって回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。このとき、フライホイールは、モータによる回転エネルギーの供給を停止した場合であっても、慣性力によって回転をある程度維持することができる。すなわち、この技術を用いれば、回転エネルギーの保存が可能となり、発電装置をエネルギー保存装置として活用することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９８２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来のフライホイールにおいては、回転を支える軸となるホイール軸受等の摩擦により、高速で回転するフライホイールの回転エネルギーの一部は熱等によって損失する。このため、高速で回転するフライホイールの状態を長時間にわたり維持するためには、モータによって回転エネルギーを継続して供給する等、対策が必要である。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部からのエネルギー供給をうけることなく高速回転を保持可能なフライホイールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のフライホイールは、略一定の方向の磁力線を有する第１の磁場を形成するように構成された複数の第１の磁石ユニットを、円形となるように、かつ１つの手前の第１の磁石ユニットの磁力線がその次の第１の磁石ユニットの方向に向かって略一定の傾きを有するように、第１の磁石ユニットどうしを順次連結して片面に配置した固定板と、前記第１の磁場を形成する磁力線と略同一方向の磁力線を有する第２の磁場を形成するように構成された複数の第２の磁石ユニットを、円形となるように、かつ１つの手前の第１の磁石ユニットの磁力線がその次の第２の磁石ユニットの方向に向かって略一定の傾きを有するように、第２の磁石ユニットどうしを順次連結して片面に配置した回転板と、を備え、前記固定板および前記回転板の磁石ユニット側の面どうしを非接触状態で対向させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかるフライホイールは、外部からのエネルギー供給をうけることなく、高速で回転する回転板の状態を長時間にわたり維持することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明にかかるフライホイールの固定板の一例を示す図である。
【図２】固定板の断面を示す図である。
【図３】本発明にかかるフライホイールの回転板の一例を示す図である。
【図４】回転板の断面を示す図である。
【図５】本発明にかかるフライホイールの主要部の断面を示す図である。
【図６】門形磁石の形状の一例を示す図である。
【図７】板状磁石の形状の一例を示す図である。
【図８】扇状磁石の形状の一例を示す図である。
【図９】磁石ユニットの構成の一例および磁石ユニットにより形成される磁場の一例を示す図である。
【図１０】磁石ユニットの接続の様子の一例を示す図である。
【図１１】磁石ユニットどうしの接続を上から見た場合を示す図である。
【図１２】本発明にかかるフライホイールの固定板の一例を示す図である。
【図１３】本発明にかかるフライホイールの回転板の一例を示す図である。
【図１４】固定板の断面を示す図である。
【図１５】回転板の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかるフライホイールの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明にかかるフライホイールの固定板１ａの一例を示す図である。本実施例の固定板１ａは、ベースプレート１１上に、配列板および磁石を円形に配置する構成とする。本実施例では、一例として、門形磁石１２，板状磁石１３，扇状磁石１４ａ（中心角α＝360/16＝22.5°）を用いて所定の方向の磁場を形成するよう磁石ユニット１５ａを構成し、１６個の磁石ユニット１５ａを配列板１６ａ上に円形に接続し、これをベースプレート１１に設置することで、固定板１ａを形成する。なお、本実施例では、一例として、磁石ユニット１５ａを１６個接続して円を形成することとした（極数Ｎ＝１６）が、これに限らず、極数Ｎの値は、扇状磁石１４ａの中心角（α＝３６０／Ｎ）を調整して、たとえば４〜３０とすることが可能である。
【００１２】
図２は、図１の固定板１ａのＡ−Ａ断面を示す図である。図示のように、磁石ユニット１５ａは、設置面の垂直方向に対して角度θ（０°≦θ≦４５°）の傾斜が保持される。本実施例では、１６個の磁石ユニット１５ａのすべてについて、傾斜角度θが保持される。また、各磁石ユニット１５ａでは、上記所定の方向の磁場として、後述するようにＦ方向の磁場が形成されている。なお、扇状磁石１４ａの下部には、ヨークおよびスペーサー（樹脂等）等により積層部１７ａが形成されている。
【００１３】
図３は、本発明にかかるフライホイールの回転板１ｂの一例を示す図である。本実施例の回転板１ｂは、固定板１ａと同様に、配列板および磁石を円形に配置する構成とする。本実施例では、一例として、門形磁石１２，板状磁石１３，扇状磁石１４ｂ（中心角β＝360/15＝24°）を用いて所定の方向の磁場を形成するよう磁石ユニット１５ｂを構成し、１５個の磁石ユニット１５ｂを配列板１６ｂ上に円形に接続することで、回転板１ｂを形成する。なお、本実施例では、一例として、磁石ユニット１５ｂを１５個接続して円を形成することとした（極数Ｍ＝１５）が、これに限らず、極数Ｍの値は、扇状磁石１４ｂの中心角（β＝３６０／Ｍ）を調整して、たとえば４〜３０（Ｍ≠Ｎ）とすることが可能である。
【００１４】
図４は、図３の回転板１ｂのＢ−Ｂ断面を示す図である。図示のように、磁石ユニット１５ｂは、設置面の垂直方向に対して角度θ（０°≦θ≦４５°）の傾斜が保持される。本実施例では、１５個の磁石ユニット１５ｂのすべてについて、傾斜角度θが保持される。また、各磁石ユニット１５ｂでは、上記所定の方向の磁場として、後述するようにＦ方向の磁場が形成されている。なお、扇状磁石１４ｂの下部には、ヨークおよびスペーサー（樹脂等）等により積層部１７ｂが形成されている。
【００１５】
図５は、本発明にかかるフライホイールの主要部の断面を示す図である。本実施例では、固定板１ａおよび回転板１ｂの磁石ユニット側の面どうしを非接触状態で対向させることによってフライホイール１を構成する。本実施例のフライホイール１は、対向する２つの磁場（磁力線）の方向Ｆの反発力により、回転板１ｂがＡの方向に回転駆動する。このとき、反発力の強さは、固定板１ａと回転板１ｂの距離Ｈにより決まる。
【００１６】
つづいて、本実施例の固定板１ａおよび回転板１ｂを構成する磁石ユニット１５（磁石ユニット１５ａ，１５ｂに相当）の構成、および磁石ユニット１５により形成される磁場について説明する。
【００１７】
図６は、門形磁石１２の形状の一例を示す図であり、図７は、板状磁石１３の形状の一例を示す図であり、図８は、扇状磁石１４（扇状磁石１４ａ，１４ｂに相当）の形状の一例を示す図である。また、図９は、磁石ユニット１５の構成の一例、および磁石ユニット１５により形成される磁場の一例を示す図である。
【００１８】
門形磁石１２は、３つの棒磁石を門形に接続した形状であり、たとえば、Ｎ→Ｓ→Ｎ→Ｓ→Ｎ→Ｓの順に磁極が構成される。板状磁石１３は、門形磁石１２との長さの関係において「Ｈ12＞Ｈ13」および「Ｗ12＞Ｗ13」の条件を満たす直方体の形状を有し、たとえば、図７に示すとおり、上部がＮ極であり、下部がＳ極である。なお、Ｈ12は門形磁石１２の高さ，Ｗ12は門形磁石１２の幅を示し、Ｈ13は板状磁石１３の高さ，Ｗ13は板状磁石１３の幅を示す。また、扇状磁石１４は、中心角θを有する扇形の形状で、かつその扇形の側面を門形磁石１２における門部分の内側に挿入可能な形状を有し、たとえば、図８に示すとおり、上部がＮ極であり、下部がＳ極である。
【００１９】
そして、本実施例の磁石ユニット１５は、門形磁石１２と板状磁石１３と扇状磁石１４を上記所定の方向の磁場を形成可能に組み合わせることによって構成される。本実施例では、図９に示すように、手前側から、門形磁石１２，板状磁石１３，扇状磁石１４の順に配置し、たとえば、門形磁石１２の裏面側と板状磁石１３の正面側とを鉄板を挟んで接続し、さらに、板状磁石１３の裏面の所定位置に扇状磁石１４を接続して、磁石ユニット１５を形成することによって、上記所定の方向の磁場、すなわち、板状磁石１３および扇状磁石１４のＮ極の面に対してほぼ垂直の方向に向かう磁力線（図９の上方向の矢印）を有する磁場を形成する。たとえば、本実施例の磁石ユニット１５においては、板状磁石１３のＮ極から（Ｓ極に向けて）放射状に広がる磁力線のうち、門形磁石１２方向へ傾いた磁力線を、その門形磁石１２に吸収させ（門形磁石１２内矢印参照）、他方、扇状磁石１４方向へ傾く磁力線を、扇状磁石１４のＮ極の面から出る磁力線により押し上げる。これにより、本実施例の磁石ユニット１５は、板状磁石１３および扇状磁石１４のＮ極の面に対してほぼ垂直方向に向かう磁力線を有する磁場を形成することが可能となる。このような磁場作用を、磁極連立磁場作用と呼ぶ。なお、扇状磁石１４と板状磁石１３とを接続する位置である上記所定位置とは、板状磁石１３のＮ極から放射状に広がる磁力線を扇状磁石１４から出る磁力線で押し上げることが可能な位置とする。
【００２０】
さらに、本実施例では、図１０に示すように、磁石ユニット１５の一方の接続端を構成する扇状磁石１４の側面側を隣の磁石ユニット１５の門形磁石１２における門部分の内側に挿入することで、順次隣どうしの磁石ユニット１５を接続する。図１０は、磁石ユニット１５の接続の様子の一例を示す図である。また、図１１は、磁石ユニット１５どうしの接続を上から見た場合を示す図である。本実施例では、扇状磁石１４の扇形の形状を利用して、たとえば、固定板１ａであれば１６個の磁石ユニット１５ａの接続で円を形成し、回転板１ｂであれば１５個の磁石ユニット１５ｂの接続で円を形成する。また、すべての磁石ユニット１５は、たとえば、図２，図４および図１０等に示すように、設置面の垂直方向に対して角度θ（０°≦θ≦４５°）の傾斜が保持される。これにより、本実施例では、すべての磁石ユニット１５によってそれぞれ形成されている磁場（図９，図１０参照）についても、その磁力線に角度θの傾斜がつくことになる。すなわち、図２、図４および図５に示すＦ方向の磁場が形成されることになる。
【００２１】
以上、本実施例では、上記図６〜図１１に示すように構成された磁石ユニット１５（１５ａ，１５ｂ）が円形に配置された固定板１ａおよび回転板１ｂを用いて、図５に示すように、フライホイール１を構成することとした。そして、固定板１ａに配置された１６個の磁石ユニット１５ａと回転板１ｂに配置された１５個の磁石ユニット１５ｂが、それぞれ対向する磁場（磁力線）により反発し、回転板１ｂが非接触状態を保持したまま自力で回転駆動を行うこととした。これにより、本実施例のフライホイール１は、モータにより回転エネルギーを継続して供給する等の対策をとることなく、高速で回転する回転板１ｂの状態を長時間にわたり維持することが可能となる。
【００２２】
なお、図１２は、本実施例の固定板１ａと勝手違いの構成を有する固定板１ｃの一例を示す図であり、図１３は、本実施例の回転板１ｂと勝手違いの構成を有する回転板１ｄの一例を示す図である。本実施例では、扇状磁石１４の扇形の形状を利用して、たとえば、固定板１ａであれば１６個の磁石ユニット１５ａの接続で円を形成し、回転板１ｂであれば１５個の磁石ユニット１５ｂの接続で円を形成する。また、図１４および図１５は、それぞれ、固定板１ｃのＣ−Ｃ断面、回転板１ｄのＤ−Ｄ断面、を示す図である。そして、固定板１ｃおよび回転板１ｄの磁石ユニット側の面どうしを非接触状態で対向させることによって、上記同様、フライホイール１を構成する。このフライホイール１は、上記磁極連立磁場作用、すなわち、対向する２つの磁場（磁力線）の方向の反発力により、回転板１ｄが上記回転板１ｂとは逆方向に回転駆動する。
【００２３】
また、図１４は、上記磁極連立磁場作用を説明するための図である。
【００２４】
なお、本実施例では、一例として、門形磁石１２と板状磁石１３と扇状磁石１４とを組み合わせた磁石ユニット１５により上記所定の方向の磁場を形成することとしたが、これに限らず、上記所定の方向の磁場を形成可能な構成であれば、磁石の形状および組み合わせ数に制限はない。
【符号の説明】
【００２５】
１  フライホイール
１ａ  固定板
１ｂ  回転板
１１  ベースプレート
１２  門形磁石
１３  板状磁石
１４，１４ａ，１４ｂ  扇状磁石
１５，１５ａ，１５ｂ  磁石ユニット
１６ａ，１６ｂ  配列板
１７ａ，１７ｂ  積層部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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