(57)【要約】  本発明の実施形態に係るエネルギー貯蔵装置は、電気発生部によって発生する電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵したり、貯蔵された回転運動エネルギーを電気発生部に提供し、回転軸を備える回転体と、回転軸を回転可能に支持するベアリングとを備えて、回転体の少なくとも一部分を支持したり覆うハウジングと、回転体に一部が結合し、ハウジングに他の一部が結合して回転体を浮揚させる力を発生させる浮揚ユニットとを含む。本発明の実施形態によれば、浮揚ユニットによって回転体が浮揚して回転するため、摩擦損失を最小限に抑えてエネルギー変換効率を向上させることができ、また、機械式ベアリングと超伝導体による浮揚を共に適用することで大容量にも適用可能であることは勿論のこと、コストアップを最小限に抑えることができる。
2016525179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気発生部によって発生する電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵したり、貯蔵された回転運動エネルギーを前記電気発生部に提供し、回転軸を備える回転体と、
前記回転軸を回転可能に支持するベアリングが装着され、前記回転体の少なくとも一部分を支持したり覆うハウジングと、
前記回転体に一部が結合し、前記ハウジングに他の一部が結合して前記回転体を浮揚させる力を発生させる浮揚ユニットと、
を含むエネルギー貯蔵装置。
【請求項２】
前記浮揚ユニットは、
前記ハウジング及び前記回転体のうちいずれか１つに装着される永久磁石と、
前記ハウジング及び前記回転体のうちの他の１つに装着される超伝導体とを含み、
前記永久磁石と前記超伝導体の相互作用によって前記回転体を浮揚させる請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、
前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、
前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームと、
を含み、
前記カバーフレーム又は前記支持フレームに前記永久磁石又は前記超伝導体のうちいずれか１つが取付けられ、前記回転体に前記永久磁石又は前記超伝導体のうちの他の１つが取付けられる請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項４】
前記永久磁石は前記回転体の下段部に取付けられ、前記超伝導体は前記永久磁石の下部に位置するように前記支持フレームの上段部に取付けられる請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項５】
前記回転体の下段部及び前記支持フレームの上段部は、相互対応する階段式に設けられ、
前記回転体の各階段の天井面及び側面には単位形態の永久磁石が取付けられ、
前記単位形態の永久磁石の配置に対応するように、前記支持フレームの各階段の底面及び側面には単位形態の超伝導体が取付けられる請求項４に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項６】
前記永久磁石は前記回転体の上段部に取付けられ、前記超伝導体は前記永久磁石の上部に位置するように前記カバーフレームの上部壁の内面に取付けられる請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項７】
前記浮揚ユニットは永久磁石及び超伝導体を含み、
前記ハウジングは、
前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、
前記支持フレーム及び前記回転体を覆うカバーフレームとを含み、
前記支持フレームの上段部に前記超伝導体が取付けられて、前記回転体の下段部に永久磁石が取付けられ、
前記回転体の上段部に前記永久磁石が取付けられて、前記カバーフレームの上部壁の内面に前記超伝導体が取付けられる請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項８】
前記超伝導体を冷却させるための冷却物質を提供する冷却部をさらに含む請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項９】
前記冷却部は、
前記超伝導体が装着された領域に前記冷却物質を提供した後に回収する循環ラインと、
前記循環ライン上に設けられて前記冷却物質を液化させる液化部材と、
前記循環ラインを介して前記冷却物質が移動できるように前記冷却物質をポンピングするポンピング部材を含む請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１０】
前記浮揚ユニットは、前記ハウジング又は前記回転体のうちいずれか１つ及び他の１つに相互対応するように装着される少なくとも一対の永久磁石を含み、
前記少なくとも一対の永久磁石は、互いに同じ極を有したり、互いに他の極を有する請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１１】
前記ハウジングは、
前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、
前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームと、
を含み、
互いに同じ極を有する一対の永久磁石のうちの１つは前記支持フレームの上段部に取付けられ、他の１つは前記回転体の下段部に取付けられる請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１２】
前記ハウジングは、
前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、
前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームと、
を含み、
互いに他の極を有する一対の永久磁石のうちの１つは前記回転体の上段部に取付けられ、他の１つは前記カバーフレームの上部壁の内面に取付けられる請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１３】
前記ハウジングは、
前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、
前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームと、
を含み、
互いに同じ極を有する一対の永久磁石のうちの１つは前記支持フレームの上段部に取付けられ、他の１つは前記回転体の下段部に取付けられ、
互いに他の極を有する一対の永久磁石のうちの１つは前記回転体の上段部に取付けられ、他の１つは前記カバーフレームの上部壁の内面に取付けられる請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１４】
前記ベアリングは、前記回転軸の上段部及び下段部にそれぞれ配置されて前記回転軸を回転可能に支持する一対のボールベアリングである請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１５】
電気発生部によって発生する電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵したり、貯蔵された回転運動エネルギーを前記電気発生部に提供し、回転軸を備える回転体と、
前記回転軸を回転可能に支持して、前記回転体の少なくとも一部分を覆うハウジングと、
前記回転体及び前記ハウジングのうちいずれか１つに装着される永久磁石と、
前記永久磁石と向かい合うように前記回転体及び前記ハウジングのうち他の１つに装着される超伝導体と、
前記超伝導体を冷却させるための冷却物質を提供する冷却部と、
を含むエネルギー貯蔵装置。
【請求項１６】
前記ハウジングは、
前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、
前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームと、
を含み、
前記カバーフレーム又は前記支持フレームに前記永久磁石又は前記超伝導体のうちいずれか１つが取付けられ、前記回転体に前記永久磁石又は前記超伝導体のうち他の１つが取付けられる請求項１５に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１７】
前記永久磁石は前記回転体の下段部に取付けられ、前記超伝導体は前記永久磁石の下部に位置するように前記支持フレームの上段部に取付けられる請求項１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１８】
前記永久磁石は前記回転体の上段部に取付けられ、前記超伝導体は前記永久磁石の上部に位置するように前記カバーフレームの上部壁の内面に取付けられる請求項１６に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項１９】
前記冷却部は、
前記超伝導体が装着された領域に前記冷却物質を提供した後に回収する循環ラインと、
前記循環ライン上に設けられて前記冷却物質を液化させる液化部材と、
前記循環ラインを介して前記冷却物質が移動できるように前記冷却物質をポンピングするポンピング部材を含む請求項１５に記載のエネルギー貯蔵装置。
【請求項２０】
前記ハウジングは、前記回転軸の上段部及び下段部にそれぞれ配置されて前記回転軸を回転可能に支持する一対のボールベアリングを含む請求項１５に記載のエネルギー貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
エネルギー貯蔵装置を開示する。より詳しくは、電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵して、必要時に回転運動によって発生した回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して用いることができ、また、費用節減及び優れた効率を実現することができるエネルギー貯蔵装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要が増加する中で昼夜に使用される電力量の差が大きくなり、近年、自然エネルギーの使用比率が持続的に増えて、発電量のサイズも次第に大型化されている。そして、そのための発電システムの容量が次第に増加するに伴い、電力系統の安定化における問題点があらわになっている。一般的な新再生エネルギー発電、太陽光や風力発電の場合、不規則な自然エネルギーのために発電量が安定しておらず、貯蔵装置の必要性が増大している。
【０００３】
このような問題点を解決するために様々な形態の貯蔵装置が考慮されているが、時間による新再生エネルギーの発電量や、鉄道車両の停止によって瞬間的に排出される莫大な電力量の貯蔵などを考慮して、高速充電及び放電に適合したエネルギー貯蔵装置の開発が進められている。
【０００４】
一般的な貯蔵装置の形態には、山間地域などに上部貯水池と下部貯水池を造り、電力費用の低い夜間に下部貯水池にある水を汲み上げ、昼間の電力費用の高い時に上部貯水池から下部貯水池へ水を通水することによって発電する揚水発電システムがある。また、夜間に相対的に安い電力を用いて水を凍らせ、昼間に扇風機をあててエアコンの代わりに冷房用として用いる氷蓄熱貯蔵、岩を穿孔して空気を圧縮して貯蔵してから、必要な時に圧縮された空気によってタービンを回転させて発電する圧縮空気貯蔵、あるいは化学反応を用いて貯蔵する化学電池式のＮａＳ電池、リチウムイオン電池などの方式などがある。さらに、特に高速充電及び放電に強い電気エネルギーをモータに用いて回転運動エネルギーとして貯蔵しておいてから、必要な時に発電機を用いて回転運動エネルギーから電気エネルギーに変換して使用するフライホイールエネルギー貯蔵装置などが開発されている。
【０００５】
このうち、フライホイールエネルギー貯蔵装置は、回転によってエネルギーを生成するため、回転損失を減らすためにベアリングを使用するが、ここで、ボールベアリングを使用すると、機械式フライホイールエネルギー貯蔵装置であり、電磁石ベアリングを使用すると、電磁石フライホイールエネルギー貯蔵装置であり、超伝導ベアリングを使用すると、超伝導フライホイールエネルギー貯蔵装置である。
【０００６】
機械式フライホイールエネルギー貯蔵装置の場合、機械式ボールを使用するため、摩擦損失が大きく、効率的なフライホイールシステムに使用することができず、電磁石ベアリングを使用する場合、電磁石を使用して回転体を浮揚させなければならないため、大容量のフライホイールシステムには適用が難しく、超伝導ベアリングを使用する場合、冷却装備及び超伝導体の費用が高いため、費用が増大する問題点がある。
【０００７】
したがって、摩擦損失を減らすことによって効率を高めながらも大容量にも適用が可能であり、さらに、コストアップを最小限に抑えることができるフライホイールエネルギー貯蔵装置の開発が要求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態に係る目的は、電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵し、必要時に回転運動によって発生した回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して使用することができ、また、費用節減及び優れた効率を実現できるエネルギー貯蔵装置を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る他の目的は、浮揚ユニットによって回転体が浮揚して回転するため、摩擦損失を最小限に抑えてエネルギー変換効率を向上させることができ、また、機械式ベアリングと超伝導体による浮揚を共に適用することで大容量にも適用可能であることは勿論のこと、コストアップを最小限に抑えることができるエネルギー貯蔵装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の実施形態に係る他の目的は、用途によって、例えば、鉄道の場合のように貯蔵されたエネルギーを迅速に使用する場合、病院や重要施設などで無停電電源装置に貯蔵しておいたエネルギーを長い間貯蔵しておいてから必要な時に使用できる場合などの様々な用途に適用でき、費用対比エネルギー貯蔵効率を高めることができるエネルギー貯蔵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】
本発明の実施形態に係るエネルギー貯蔵装置は、電気発生部によって発生する電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵したり、貯蔵された回転運動エネルギーを前記電気発生部に提供し、回転軸を備える回転体と、前記回転軸を回転可能に支持するベアリングを備えて、前記回転体の少なくとも一部分を支持したり覆うハウジングと、前記回転体に一部が結合し、前記ハウジングに他の一部が結合して前記回転体を浮揚させる力を発生させる浮揚ユニットとを含み、このような構成によって、浮揚ユニットによって回転体が浮揚して回転するため、摩擦損失を最小限に抑えてエネルギー変換効率を向上させることができ、また、機械式ベアリングと超伝導体による浮揚を共に適用することで大容量にも適用可能であることは勿論のこと、コストアップを最小限に抑えることができる。
【００１２】
一側面によれば、前記浮揚ユニットは、前記ハウジング又は前記回転体のうちいずれか１つに装着される永久磁石と、前記ハウジング又は前記回転体のうちの他の１つに装着される超伝導体を含み、前記永久磁石と前記超伝導体との相互作用によって前記回転体を浮揚させてもよい。
【００１３】
一側面によれば、前記ハウジングは、前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームとを含み、前記カバーフレーム又は前記支持フレームに前記永久磁石又は前記超伝導体のうちいずれか１つが取付けられ、前記回転体に前記永久磁石又は前記超伝導体のうちの他の１つが取付けられてもよい。
【００１４】
一側面によれば、前記永久磁石は前記回転体の下段部に取付けられ、前記超伝導体は前記永久磁石の下部に位置するように前記支持フレームの上段部に取付けられてもよい。
【００１５】
一側面によれば、前記回転体の下段部及び前記支持フレームの上段部は、相互対応する階段式に設けられ、前記回転体の各階段の天井面及びの側面には単位形態の永久磁石が取付けられ、前記単位形態の永久磁石の配置に対応するように、前記支持フレームの各階段の底面及びの側面には単位形態の超伝導体が取付けられてもよい。
【００１６】
一側面によれば、前記永久磁石は前記回転体の上段部に取付けられ、前記超伝導体は前記永久磁石の上部に位置するように前記カバーフレームの上部壁の内面に取付けられてもよい。
【００１７】
一側面によれば、前記浮揚ユニットは永久磁石及び超伝導体を含み、前記ハウジングは、前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、前記支持フレーム及び前記回転体を覆うカバーフレームを含み、前記支持フレームの上段部に前記超伝導体が取付けられて、前記回転体の下段部に永久磁石が取付けられ、前記回転体の上段部に前記永久磁石が取付けられて、前記カバーフレームの上部壁の内面に前記超伝導体が取付けられてもよい。
【００１８】
一側面によれば、前記超伝導体を冷却させるための冷却物質が循環する冷却循環部をさらに含んでもよい。
【００１９】
一側面によれば、前記冷却部は、前記超伝導体が装着された領域に前記冷却物質を提供した後に回収する循環ラインと、前記循環ライン上に設けられて前記冷却物質を液化させる液化部材と、前記循環ラインを介して前記冷却物質が移動できるように前記冷却物質をポンピングするポンピング部材を含む。
【００２０】
一側面によれば、前記浮揚ユニットは、前記ハウジング又は前記回転体のうちいずれか１つ及び他の１つに相互対応するように装着される少なくとも一対の永久磁石を含み、前記少なくとも一対の永久磁石は、互いに同じ極を有したり、互いに他の極を有してもよい。
【００２１】
一側面によれば、前記ハウジングは、前記回転軸の下段部が回転可能に支持され支持フレームと、前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームとを含み、互いに同じ極を有する一対の永久磁石のうちの１つは前記支持フレームの上段部に取付けられ、他の１つは前記回転体の下段部に取付けられてもよい。
【００２２】
一側面によれば、前記ハウジングは、前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームとを含み、互いに他の極を有する一対の永久磁石のうちの１つは前記回転体の上段部に取付けられ、他の１つは前記カバーフレームの上部壁の内面に取付けられてもよい。
【００２３】
一側面によれば、前記ハウジングは、前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームとを含み、互いに同じ極を有する一対の永久磁石のうちの１つは前記支持フレームの上段部に取付けられて、他の１つは前記回転体の下段部に取付けられ、互いに他の極を有する一対の永久磁石のうちの１つは前記回転体の上段部に取付けられて、他の１つは前記カバーフレームの上部壁の内面に取付けられてもよい。
【００２４】
一側面によれば、前記ベアリングは、前記回転軸の上段部及び下段部にそれぞれ配置されて前記回転軸を回転可能に支持する一対のボールベアリングであってもよい。
【００２５】
一方、本発明の実施形態によれば、電気発生部によって発生する電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵したり、貯蔵された回転運動エネルギーを前記電気発生部に提供し、回転軸を備える回転体と、前記回転軸を回転可能に支持して、前記回転体の少なくとも一部分を覆うハウジングと、前記回転体及び前記ハウジングのうちいずれか１つに装着される永久磁石と、前記永久磁石と向かい合うように前記回転体及び前記ハウジングのうち他の１つに装着される超伝導体と、前記超伝導体を冷却させるための冷却物質を提供する冷却部とを含み、前記冷却部の前記冷却物質によって前記超伝導体の温度を低くすることによって電気抵抗を低下させ、前記超伝導体に対して前記永久磁石を離隔させる原理によって前記回転体を浮揚させることができる。
【００２６】
一側面によれば、前記ハウジングは、前記回転軸の下段部が回転可能に支持される支持フレームと、前記支持フレーム及び前記回転体の少なくとも一部分を覆うカバーフレームとを含み、前記カバーフレーム又は前記支持フレームに前記永久磁石又は前記超伝導体のうちいずれか１つが取付けられ、前記回転体に前記永久磁石又は前記超伝導体中他の１つが取付けられてもよい。
【００２７】
一側面によれば、前記永久磁石は前記回転体の下段部に取付けられ、前記超伝導体は前記永久磁石の下部に位置するように前記支持フレームの上段部に取付けられてもよい。
【００２８】
一側面によれば、前記永久磁石は前記回転体の上段部に取付けられ、前記超伝導体は前記永久磁石の上部に位置するように前記カバーフレームの上部壁の内面に取付けられてもよい。
【００２９】
一側面によれば、前記冷却部は、前記超伝導体が装着された領域に前記冷却物質を提供した後に回収する循環ラインと、前記循環ライン上に設けられて前記冷却物質を液化させる液化部材と、前記循環ラインを介して前記冷却物質が移動できるように前記冷却物質をポンピングするポンピング部材を含んでもよい。
【００３０】
一側面によれば、前記ハウジングは前記回転軸の上段部及び下段部にそれぞれ配置されて前記回転軸を回転可能に支持する一対のボールベアリングを含んでもよい。
【００３１】
【発明の効果】
【００３２】
本発明の実施形態によれば、電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵して、必要時に回転運動によって発生した回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して使用することができ、また、費用節減及び優れた効率を実現することができる。
【００３３】
また、本発明の実施形態によれば、浮揚ユニットによって回転体が浮揚して回転するため、摩擦損失を最小限に抑えてエネルギー変換効率を向上させることができ、また、機械式ベアリングと超伝導体による浮揚を共に適用することで大容量にも適用可能であることは勿論のこと、コストアップを最小限に抑えることができる。
【００３４】
また、本発明の実施形態によれば、用途によって、例えば、鉄道の場合のように貯蔵されたエネルギーを迅速に使用する場合、病院や重要施設などの無停電電源装置に貯蔵しておいたエネルギーを長い間貯蔵しておいてから必要な時に使用する場合などの様々な用途に適用することができ、費用対比エネルギー貯蔵効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【図２】図１に示された超伝導体を冷却させるための冷却部を示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【図６】本発明の第５実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【図７】本発明の第６実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【図８】本発明の第８実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【図９】図８の様々な変形例を部分的に示した図である。
【図１０】図８の様々な変形例を部分的に示した図である。
【図１１】図８の様々な変形例を部分的に示した図である。
【図１２】図８の様々な変形例を部分的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態に係る構成及び適用に関して詳細に説明する。以下の説明は、特許請求可能な本発明の様々な態様（ａｓｐｅｃｔｓ）のうちの１つであり、下記の技術（ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）は、本発明に対する詳細な技術（ｄｅｔａｉｌｅｄ  ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）の一部を形成している。
【００３７】
ただし、本発明を説明するにあたって、公知された機能あるいは構成に関する具体的な説明は本発明の要旨を明瞭にするために省略することにする。
【００３８】
図１は、本発明の第１実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図であり、図２は、図１に示された超伝導体を冷却させるための冷却部を示した図である。
【００３９】
これらの図に示したように、本発明の第１実施形態に係るエネルギー貯蔵装置１００、すなわち本実施形態のフライホイールエネルギー貯蔵装置１００は、電気発生部１１０と、例えば電動機／発電機によって発生する電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵したり、貯蔵された回転運動エネルギーを電気発生部１１０に提供して回転軸１２１を有する回転体１２０と、回転軸１２１を回転可能に支持するベアリング１３７が装着されて回転体１２０を覆うハウジング１３０と、回転体１２０を浮揚させる浮揚ユニット１５０とを含む。
【００４０】
まず、電気エネルギーを発生させる電気発生部１１０は、電動機／発電機としてコイル１１１及び永久磁石１１２を備える。したがって、回転体１２０が回転するとき、コイル１１１及び永久磁石１１２の相互作用が成立して電気エネルギーを発生させることができる。そのため、生成された電気エネルギーを電気発生部１１０によって回転体１２０に回転運動エネルギー状態で貯蔵しておいてから必要時に電気エネルギーに変換して用いることができる。
【００４１】
それぞれの構成について説明すると、まず回転体１２０は、図１に示したように、円筒状に設けられた回転軸１２１を備えることによって回転軸１２１を基準に回転することができる。ただし、ここで回転による摩擦損失が発生し得るため、本実施形態の場合、回転体１２０の回転時に発生する摩擦損失を最小限に抑えるために浮揚ユニット１５０を備える。これについては後述することにする。
【００４２】
一方、ハウジング１３０は、回転体１２０をはじめとする複数の構成を保護したり、支持し、また、装着のための空間を提供する役割をする。このようなハウジング１３０は、図１に示したように、回転軸１２１の下段部が回転可能に支持される支持フレーム１３１と、支持フレーム１３１及び回転体１２０を覆うカバーフレーム１３３と、ベアリング１３７を保護する保護フレーム１３５とを含む。
【００４３】
敷衍すると、ハウジング１３０には回転体１２０を回転可能に支持するベアリング１３７が装着され得る。本実施形態の場合、ベアリング１３７は一対のボールベアリング（ｂａｌｌ  ｂｅａｒｉｎｇ）であり、図１に示したように、回転体１２０が結合される回転軸１２１の上段部に１つのボールベアリング１３７が装着され、回転体１２０と支持フレーム１３１との間の位置に他の１つのボールベアリング１３７が装着されてもよい。このようなボールベアリング１３７の構造は機械式であるため、回転体１２０の回転動作が堅固になるようにする。ただし、前述したようにボールベアリング１３７の場合、摩擦損失の発生量が相対的に大きいが、本実施形態の場合、回転体１２０が浮揚して回転するため、ボールベアリング１３７をベアリング１３７に適用しても摩擦損失の発生を最小限に抑えることができる。
【００４４】
本実施形態においては、ベアリング１３７をボールベアリング１３７と説明しているが、これに限定されるものではなく、超伝導体ベアリングなどの他の種類のベアリングが適用され得ることは当然である。
【００４５】
一方、本実施形態の浮揚ユニット１５０は、回転体１２０が浮揚した状態で回転できるようにすることによって摩擦損失を減らすことは勿論のこと、大容量にも本実施形態のエネルギー貯蔵装置１００が適用可能になるようにし、さらに、コストアップを最小限に抑えることができる。
【００４６】
このような、浮揚ユニット１５０は、図１に示したように、回転体の下段部に取付けられる永久磁石１５１と、永久磁石１５１の下部に位置するように支持フレーム１３１の上段部に取付けられる超伝導体１５５とを含んでもよい。
【００４７】
超伝導体１５５の温度を極低温に下げることによって電気抵抗が０に近づくようにし、これによって永久磁石１５１が超伝導体１５５から離隔される原理を利用して、支持フレーム１３１に対して回転体１２０を浮揚させることができる。したがって、回転体１２０が浮揚した状態で回転が可能になるため、摩擦損失を顕著に減少させることができる。
【００４８】
図２を参照すると、超伝導体１５５を冷却させるための冷却部１６０を備えてもよい。本実施形態の冷却部１６０は、超伝導体１５５が装着された領域に冷却物質、例えば液体窒素１６３を提供した後に回収する循環ライン１６１と、循環ライン１６１上に設けられて液体窒素１６３を液化させる液化部材１６５と、循環ライン１６１を介して液体窒素１６３が循環できるように液体窒素１６３をポンピングするポンピング部材１６７とを含む。また、循環ライン１６１は液体窒素１６３を供給する供給タンク１６８と接続される。
【００４９】
このような構成によって、超伝導体１５５の冷却程度を調節することができ、そのため、支持フレーム１３１に対する回転体１２０の浮揚程度を調節することができ、したがって浮揚した状態における回転体１２０の回転を可能にすることができる。
【００５０】
一方、他の種類の冷却方法が適用されてもよい。例えば、超伝導体１５５を銅（Ｃｕ）で巻回した後、伝導冷却によって超伝導体１５５の冷却を行ってもよい。このように、超伝導体１５５の冷却には多様な方法が適用され得ることは当然である。
【００５１】
このように、本発明の第１実施形態によれば、電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵し、必要時に回転運動によって発生した回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して使用することができ、費用節減及び優れた効率を実現することができ、さらに、浮揚ユニット１５０によって回転体１２０が浮揚して回転するため、摩擦損失を最小限に抑えてエネルギー変換効率を向上させることができ、また、機械式ベアリング１３７と超伝導体１５５による浮揚を共に適用することで大容量にも適用可能であることは勿論のこと、コストアップを最小限に抑えることができる長所がある。
【００５２】
また、用途に応じて、例えば鉄道のように貯蔵されたエネルギーを迅速に用いる場合、病院や重要施設などで無停電電源装置に貯蔵しておいたエネルギーを長い間貯蔵してから必要な時に使用する場合などの様々な用途に適用することができ、費用対比エネルギー貯蔵効率を高めることができる長所もある。
【００５３】
一方、以下においては、本発明の第２実施形態に係るエネルギー貯蔵装置について説明するが、前述した第１実施形態のエネルギー貯蔵装置と実質的に同一の部分に関してはその説明を省略することにする。
【００５４】
図３は、本発明の第２実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【００５５】
ここで、図に示したように、本実施形態におけるフライホイールエネルギー貯蔵装置２００は、浮揚ユニット１５０の装着位置において前述した第１実施形態のエネルギー貯蔵装置と違いがある。
【００５６】
本実施形態の浮揚装置１５０もまた、永久磁石２５１及び超伝導体２５５を含むが、永久磁石２５１は回転体２２０の上段部に取付けられ、超伝導体２５５はカバーフレーム２３３の上部壁の内面に取付けられてもよい。すなわち、永久磁石２５１の上部に超伝導体２５５が位置するように永久磁石２５１及び超伝導体２５５が回転体及びカバーフレームに装着されてもよい。
【００５７】
図示していないが、本実施形態の超伝導体２５５もまた、冷却部の影響を受けて温度が調節され得、これによって超伝導体２５５と永久磁石２５１との間の距離を調節することができ、回転体２２０が支持フレーム２３１に対して浮揚した状態で回転することができる。
【００５８】
したがって、浮揚ユニット２５０によって回転体２２０が浮揚して回転するため、摩擦損失を最小限に抑えてエネルギー変換効率を向上させることができ、また、機械式ベアリング２３７と超伝導体２５５による浮揚を共に適用することで大容量にも適用可能であることは勿論のこと、コストアップを最小限に抑えることができる。
【００５９】
一方、以下においては、本発明の第３実施形態に係るエネルギー貯蔵装置について説明するが、前述した実施形態のエネルギー貯蔵装置と実質的に同一の部分に関してはその説明を省略することにする。
【００６０】
図４は、本発明の第３実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【００６１】
ここで、図に示したように、本実施形態のエネルギー貯蔵装置３００は、浮揚ユニット３５０が回転体３２０を基準に上部及び下部にそれぞれ設けられ、これらの連動によって回転体３２０を浮揚させることができる。
【００６２】
まず、回転体３２０の下段部に永久磁石３５１ａが取付けられ、その下部に位置するように超伝導体３５５ａが支持フレーム３３１の上段部に取付けられ、回転体３２０の上段部に永久磁石３５１ｂが取付けられ、その上部に位置するように超伝導体３５５ｂがカバーフレーム３３３の上部壁の内面に取付けられてもよい。
【００６３】
このような構成の浮揚ユニット３５０の超伝導体３５５ａ，３５５ｂもまた、冷却部（図示せず）の影響を受けて温度が調節され得、これによって超伝導体３５５ａ，３５５ｂと永久磁石３５１ａ，３５１ｂとの間の距離を調節することができるため、回転体３２０が支持フレーム３３１に対して浮揚した状態で回転することができる。
【００６４】
したがって、浮揚ユニット３５０によって回転体３２０が浮揚して回転するため、摩擦損失を最小限に抑えてエネルギー変換効率を向上させることができ、また、機械式ベアリング３３７と超伝導体３５５ａ，３５５ｂによる浮揚を共に適用することで大容量にも適用可能であることは勿論のこと、コストアップを最小限に抑えることができる。
【００６５】
一方、以下においては、本発明の第４実施形態に係るエネルギー貯蔵装置について説明するが、前述した実施形態のエネルギー貯蔵装置と実質的に同一の部分に関してはその説明を省略することにする。
【００６６】
図５は、本発明の第４実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【００６７】
ここで、図に示したように、本実施形態のエネルギー貯蔵装置４００は、浮揚ユニット４５０を含み、これは相互の極が同一の一対の永久磁石４５１，４５５を含んでもよい。すなわち、永久磁石４５１，４５５間で発生する斥力を用いて回転体４２０を浮揚させることができる。
【００６８】
１つの永久磁石４５１は回転体４２０の下段部に取付けられ、他の１つの永久磁石４５５は支持フレーム４３１の上段部に取付けられてもよい。これらの間に発生する斥力によって、支持フレーム４３１に対して回転体４２０は浮揚することができ、これによって浮揚した状態で回転体４２０の回転が可能である。
【００６９】
したがって、浮揚ユニット４５０によって回転体４２０が浮揚して回転するため、摩擦損失を最小限に抑えてエネルギー変換効率を向上させることができ、また、機械式ベアリング４３７と永久磁石４５１，４５５による浮揚を共に適用することで大容量にも適用可能であることは勿論のこと、コストアップを最小限に抑えることができる。
【００７０】
一方、以下においては、本発明の第５実施形態に係るエネルギー貯蔵装置について説明するが、前述した実施形態のエネルギー貯蔵装置と実質的に同一の部分に関してはその説明を省略することにする。
【００７１】
図６は、本発明の第５実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【００７２】
ここで、図に示したように、本実施形態のエネルギー貯蔵装置５００の浮揚ユニット５５０は、前述した第３実施形態とは異なり相互の極が異なる一対の永久磁石５５１，５５５を含んでもよい。すなわち、永久磁石５５１，５５５間に発生する引力を用いて回転体５２０を浮揚させてもよい。
【００７３】
１つの永久磁石５５１は回転体５２０の上段部に取付けられ、他の１つの永久磁石５５５はカバーフレーム５３３の上部壁の内面に取付けられてもよい。これらの間に発生する引力によって、支持フレーム５３１に対して回転体５２０は浮揚することができ、これによって浮揚した状態で回転体５２０の回転が可能である。
【００７４】
一方、以下においては、本発明の第６実施形態に係るエネルギー貯蔵装置について説明するが、前述した実施形態のエネルギー貯蔵装置と実質的に同一の部分に関してはその説明を省略することにする。
【００７５】
図７は、本発明の第６実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【００７６】
ここで、図に示したように、本実施形態のエネルギー貯蔵装置６００の浮揚ユニット６５０は、二対の永久磁石６５１，６５５を含んでもよい。そのうち一対の永久磁石６５１は、回転体６２０を基準に下部に配置されて互いに同じ極を有し、他の一対の永久磁石６５５は回転体６２０を基準に上部に配置されて互いに他の極を有する。
【００７７】
したがって、回転体６２０を下方から押す力が発生し、同時に回転体６２０を上方に引き寄せる力が発生することによって回転体６２０が浮揚され得、これによって浮揚した状態で回転体６２０の回転が可能である。
【００７８】
一方、以下においては、本発明の第７実施形態に係るエネルギー貯蔵装置について説明するが、前述した実施形態のエネルギー貯蔵装置と実質的に同一の部分に関してはその説明を省略することにする。
【００７９】
図８は、本発明の第７実施形態に係るフライホイールエネルギー貯蔵装置の構成を概略的に示した図である。
【００８０】
図８を参照すると、本実施形態のエネルギー貯蔵装置７００の回転体７２０及び支持フレーム７３１は相互対応する階段式で設けられてもよく、浮揚ユニット７５０が取付けられてもよい。より詳しくは、図８に図に示したように、回転体７２０の下段部及びそれに対面する支持フレーム７３１の上段部は、相互対応する階段式で設けられ、回転体７２０の各階段の天井面及びの側面には単位形態の永久磁石７５１が取付けられ、ここで、対応するように、支持フレーム７３１の各階段の底面及びの側面には単位形態の超伝導体７５５が取付けられる。
【００８１】
このように、永久磁石７５１及び超伝導体７５５が複合構造を有することによって、支持フレーム７３１に対する回転体７２０の浮揚がより円滑に行われ得る。特に、支持フレーム７３１の上段部に沿って冷却部（図示せず）の循環ラインが形成されるようにすることによって超伝導体７５５の温度調節を行うことができ、そのため、支持フレーム７３１に対する回転体７２０の浮揚をより精密に制御することができる。
【００８２】
図９〜図１２は、図８の様々な変形例を部分的に示した図である。
【００８３】
図９に示された回転体７２０ａの天井面及びの側面には永久磁石７５１ａが取付けられてもよく、支持フレーム７３１ａの上面及びの側面には永久磁石７５１ａと一対一で対応する超伝導体７５５ａが取付けられてもよい。したがって、超伝導体７５５ａと永久磁石７５１ａとの間の相互作用によって回転体７２０ａは浮揚することができ、浮揚状態で回転を行うことができる。
【００８４】
一方、図１０に示された回転体７２０ｂの天井面及びの側面には永久磁石７５１ｂが取付けられてもよく、支持フレーム７３１ｂの上面及びの側面には永久磁石７５１ｂと一対一で対応して同じ極を有する永久磁石７５５ｂが取付けられてもよい。したがって、永久磁石７５１ｂ，７５５ｂ間に斥力が発生して、回転体７２０ｂは浮揚することができ、浮揚状態で回転体７２０ｂの回転を行うことができる。
【００８５】
一方、図１１に示された回転体７２０ｃの天井面及びの側面には永久磁石７５１ｃが取付けられてもよく、支持フレーム７３１ｃの上面には超伝導体７５５ｃが取付けられ、側面には永久磁石７５３ｃが取付けられてもよい。このような構成によって、回転体７２０ｃは浮揚することができ、浮揚状態で回転体７２０ｃの回転を行うことができる。
【００８６】
一方、図１２に示された回転体７２０ｄの天井面及びの側面には永久磁石７５１ｄが取付けられてもよく、支持フレーム７３１ｄの上面には永久磁石７５５ｄが取付けられ、側面には超伝導体７５３ｄが取付けられてもよい。このような構成によって、回転体７２０ｄは浮揚することができ、浮揚状態で回転体７２０ｄの回転を行うことができる。
【００８７】
このように、相互対応する位置に永久磁石７５１又は超伝導体７５５が相互作用できるように取付けられることによって、支持フレーム７３１に対する回転体７２０の浮揚が可能になり、したがって浮揚状態で回転体７２０の回転を行うことで摩擦損失を最小限に抑えることができる。
【００８８】
ただし、前述した実施形態においては、永久磁石と超伝導体、ボールベアリングで構成される場合について説明したが、構造がこれらに限定されるものではなく、回転軸の長さとシステムの形成によって３種類のベアリングの構造を多様に変化させてシステムを最適化することができる。
【００８９】
本発明は、記載された実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想及び範囲を逸脱せずに多様に修正及び変形できるということはこの技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。したがって、そのような修正例又は変形例は本発明の特許請求の範囲に属すると言わなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本文中に含まれる。
【図１】
2016525179.tif 000003
【図２】
2016525179.tif 000004
【図３】
2016525179.tif 000005
【図４】
2016525179.tif 000006
【図５】
2016525179.tif 000007
【図６】
2016525179.tif 000008
【図７】
2016525179.tif 000009
【図８】
2016525179.tif 000010
【図９】
2016525179.tif 000011
【図１０】
2016525179.tif 000012
【図１１】
2016525179.tif 000013
【図１２】
2016525179.tif 000014
【国際調査報告】
2016525179.tif 000015
2016525179.tif 000016
2016525179.tif 000017
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