(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイール蓄電システムのフライホイールであって、
相対的に平均密度が低い低密度円盤部と、該低密度円盤部の外周に設けられ、該低密度円盤部より平均密度が高い高密度外縁部とからなり、
前記高密度外縁部は、重金属を埋設した炭素繊維プラスチック、又は、重金属を埋設した炭化ケイ素繊維強化プラスチックにより形成され、
前記重金属は、超高強度鋼、又は、高融点金属、又は、高融点金属合金であり、
前記炭素繊維プラスチックに埋設する重金属、或いは、前記炭化ケイ素繊維強化プラスチックに埋設する重金属は、超高強度鋼、又は、高融点金属、又は、高融点金属合金であって、更に、粉体、又は、ワイヤー、又は、周回等角対称に配置された素片であることを特徴とするフライホイール。
【請求項２】
請求項１記載のフライホイールにおいて、
前記低密度円盤部の平均密度をρｉ、半径をＲｉ、前記高密度外縁部の平均密度をρｏ、半径をＲｏとするとき、Ｒｉ／Ｒｏは０．４以上１未満、かつ、ρｉ／ρｏは０．６以下であることを特徴とするフライホイール。
【請求項３】
請求項１記載のフライホイールにおいて、
前記低密度円盤部の平均密度をρｉ、半径をＲｉ、前記高密度外縁部の平均密度をρｏ、半径をＲｏとするとき、Ｒｉ／Ｒｏは０．８以上１未満、かつ、ρｉ／ρｏは０．１以下であることを特徴とするフライホイール。
【請求項４】
相対的に平均密度が低い低密度円盤部と、該低密度円盤部の外周に設けられ、該低密度円盤部より平均密度が高い高密度外縁部とからなる、フライホイール蓄電システム用フライホイールを設計するための設計方法であって、
前記低密度円盤部の平均密度をρｉ、半径をＲｉ、前記高密度外縁部の平均密度をρｏ、半径をＲｏとするとき、下記式（１）で定義された値Ｚを増大させるように、Ｒｉ／Ｒｏとρｉ／ρｏとを適正化することを特徴とするフライホイールの設計方法。
【数１】
0006963716.tif 000009
【請求項５】
請求項４記載のフライホイールの設計方法において、
前記値Ｚを最大化させるように前記Ｒｉ／Ｒｏと前記ρｉ／ρｏとを決定することを特徴とするフライホイールの設計方法。
【請求項６】
請求項４記載のフライホイールの設計方法において、
変数Ｒｉ／Ｒｏと変数ρｉ／ρｏとの交点に前記値Ｚが記録されたマトリクス表を用いて、前記値Ｚの増大領域を視覚的に探索することを特徴とするフライホイールの設計方法。
【請求項７】
請求項１記載のフライホイールにおいて、
前記低密度円盤部は、炭素繊維プラスチック、炭化ケイ素繊維強化プラスチック、及び、軽金属のうちの何れか１つの材料により形成され、又は、複数の前記材料を選択的に組み合わせて形成されていることを特徴とするフライホイール。
【請求項８】
請求項１記載のフライホイールにおいて、
前記周回等角対称に配置された重金属の素片は、前記高密度外縁部の回転軸線に向かって突出する形状であることを特徴とするフライホイール。
【請求項９】
発電電動機と、該発電電動機が備える入出力軸と同軸に設けられた回転軸と、該回転軸に設けられたフライホイールとを備えるフライホイール蓄電システムであって、
前記フライホイールは、相対的に平均密度が低い低密度円盤部と、該低密度円盤部の外周に密着外接され、該低密度円盤部より平均密度が相対的に高い高密度外縁部とからなり、
前記高密度外縁部は、重金属を埋設した炭素繊維プラスチック、又は、重金属を埋設した炭化ケイ素繊維強化プラスチックにより形成され、
前記重金属は、超高強度鋼、又は、高融点金属、又は、高融点金属合金であり、
前記炭素繊維プラスチックに埋設する重金属、或いは、前記炭化ケイ素繊維強化プラスチックに埋設する重金属は、超高強度鋼、又は、高融点金属、又は、高融点金属合金であって、更に、粉体、又は、ワイヤー、又は、周回等角対称に配置された素片であることを特徴とするフライホイール蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フライホイール、フライホイールの設計方法、及び、フライホイール蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、フライホイールを回転動作させることにより、電気エネルギーを運動エネルギーとして貯蔵するフライホイール蓄電システムが知られている（例えば、下記特許文献１参照）。【０００３】
フライホイール蓄電システムのフライホイールとして一般的には、下記特許文献１のように一種類の材料で全体が均一な密度に形成された円盤によるもの、或いは、円盤の外周縁部に当該円盤よりも低密度の材料で形成した外縁部を設けたものが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許６３２３６４１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、上記従来の構成では、同じ体格（体積）のフライホイールを同じ回転角速度で回転させようとしたとき、十分な質量エネルギー密度が得られないという問題がある。【０００６】
上記の点に鑑み、本発明は、高いエネルギー密度を有するフライホイール、そのフライホイールの設計を容易とする設計方法、及び、そのフライホイールを採用して蓄電エネルギーの増大と軽量化を両立させることができる蓄電システム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】
本発明は、フライホイール蓄電システムのフライホイールであって、相対的に平均密度が低い低密度円盤部と、該低密度円盤部の外周に設けられ、該低密度円盤部より平均密度が高い高密度外縁部とからなり、前記高密度外縁部は、重金属を埋設した炭素繊維プラスチック、又は、重金属を埋設した炭化ケイ素繊維強化プラスチックにより形成され、前記重金属は、超高強度鋼、又は、高融点金属、又は、高融点金属合金であり、前記炭素繊維プラスチックに埋設する重金属、或いは、前記炭化ケイ素繊維強化プラスチックに埋設する重金属は、超高強度鋼、又は、高融点金属、又は、高融点金属合金であって、更に、粉体、又は、ワイヤー、又は、周回等角対称に配置された素片であることを特徴とする。
【０００８】
本発明のフライホイールは、低密度円盤部と高密度外縁部とで構成されていることにより、同じ体積として同じ角速度で回転するとき、従来のフライホイール（一種類の材料で全体が均一な密度に形成された円盤によるもの、或いは、円盤の外周縁部に当該円盤よりも低密度の材料で形成した外縁部を設けたもの）に比べて、高い質量エネルギー密度を達成することができる。【０００９】
また、本発明のフライホイールにおいては、一種類の材料で全体が均一な密度に形成された円盤による従来のフライホイールよりも１０％以上の質量エネルギー密度の改善を得る場合には、前記低密度円盤部の平均密度をρｉ、半径をＲｉ、前記高密度外縁部の平均密度をρｏ、半径をＲｏとするとき、Ｒｉ／Ｒｏは０．４以上１未満、かつ、ρｉ／ρｏは０．６以下とすればよい。【００１０】
また、本発明のフライホイールにおいては、一種類の材料で全体が均一な密度に形成された円盤による従来のフライホイールよりも５０％以上の質量エネルギー密度の改善を得る場合には、前記低密度円盤部の平均密度をρｉ、半径をＲｉ、前記高密度外縁部の平均密度をρｏ、半径をＲｏとするとき、Ｒｉ／Ｒｏは０．８以上１未満、かつ、ρｉ／ρｏは０．１以下とすればよい。【００１１】
また、本発明は、前記フライホイールを設計するための、フライホイールの設計方法であって、前記低密度円盤部の平均密度をρｉ、半径をＲｉ、前記高密度外縁部の平均密度をρｏ、半径をＲｏとするとき、下記式（１）で定義された値Ｚを増大させるように、Ｒｉ／Ｒｏとρｉ／ρｏとを適正化することを特徴とする。【００１２】
【数１】
0006963716.tif 000002
【００１３】
式（１）は、本発明フライホイールと一種類の材料で全体が均一な密度に形成された円盤による従来のフライホイール（以下、単に従来のフライホイールという）とのエネルギー密度比である。【００１４】
即ち、式（１）は、次のようにして求められる。従来のフライホイールの質量Ｍと、慣性モーメントＪと、エネルギＥとの関係から、従来のフライホイールのエネルギー密度は、式（２）となる。【００１５】
【数２】
0006963716.tif 000003
【００１６】
一方、本発明のフライホイールの前記低密度円盤部の質量Ｍｉ、慣性モーメントをＪｉ、エネルギをＥｉとの関係と、【００１７】
【数３】
0006963716.tif 000004
【００１８】
及び、本発明のフライホイールの前記低密度円盤部の質量Ｍｏ、慣性モーメントをＪｏ、エネルギをＥｏとの関係と、【００１９】
【数４】
0006963716.tif 000005
により、本発明のフライホイールのエネルギー密度は、式（３）となる。【００２０】
【数５】
0006963716.tif 000006
【００２１】
そして、式（２）と式（３）とから、本発明フライホイールと従来のフライホイールとのエネルギー密度比を示す式（４）を得ることができる。なお、式（４）により、エネルギー密度比はＲｉ／Ｒｏとρｉ／ρｏにのみ依存しており、回転角速度ωは無関係となることが明らかである。【００２２】
【数６】
0006963716.tif 000007
【００２３】
式（１）は、式（４）に基づくものである。よって式（１）からエネルギー密度比の値Ｚを求めることができる。このように、式（１）を用いることにより、所望のエネルギー密度比を容易に算出することができる。【００２４】
このことから明らかなように、本発明のフライホイールの設計方法においては、前記値Ｚを最大化させるように前記Ｒｉ／Ｒｏと前記ρｉ／ρｏとを決定することが好ましい。【００２５】
更に、本発明のフライホイールの設計方法においては、変数Ｒｉ／Ｒｏと変数ρｉ／ρｏとの交点に前記値Ｚが記録されたマトリクス表を用いて、前記値Ｚの増大領域を視覚的に探索することが好ましい。前記マトリクス表は、例えば、図１２に示すように、横方向にＲｉ／Ｒｏの値を配し、縦方向にρｉ／ρｏの値を配し、Ｒｉ／Ｒｏの値とρｉ／ρｏの値との交差位置に式（１）によって算出したエネルギー密度比の値Ｚを記録したものが挙げられる。【００２６】
前記マトリクス表を用いることにより、目標とするエネルギー密度比（改善比）を達成するＲｉ／Ｒｏとρｉ／ρｏの組み合わせ候補を複数提示することができる。よって、極めて容易且つ迅速に前記Ｒｉ／Ｒｏと前記ρｉ／ρｏとを決定することができる。【００２７】
即ち、従来のフライホイールよりも１０％以上の質量エネルギー密度の改善を得る場合、図１２に示すマトリクス表を用いれば、Ｒｉ／Ｒｏは０．４以上１未満、かつ、ρｉ／ρｏは０．６以下とすればよいことが容易に決定でき、従来のフライホイールよりも５０％以上の質量エネルギー密度の改善を得る場合、前記マトリクス表を用いれば、Ｒｉ／Ｒｏは０．８以上１未満、かつ、ρｉ／ρｏは０．１以下とすればよいことが容易に決定できる。【００２８】
また、本発明のフライホイールにおいて、前記低密度円盤部は、炭素繊維プラスチック、炭化ケイ素繊維強化プラスチック、及び、軽金属のうちの何れか１つの材料により形成され、又は、複数の前記材料を選択的に組み合わせて形成されていることが好ましい。【００３１】
このうち、前記周回等角対称に配置された重金属の素片は、前記高密度外縁部の回転軸線に向かって突出する形状であることが好ましい。【００３２】
また、本発明は、発電電動機と、該発電電動機が備える入出力軸と同軸に設けられた回転軸と、該回転軸に設けられたフライホイールとを備えるフライホイール蓄電システムであって、前記フライホイールは、相対的に平均密度が低い低密度円盤部と、該低密度円盤部の外周に密着外接され、該低密度円盤部より平均密度が相対的に高い高密度外縁部とからなり、前記高密度外縁部は、重金属を埋設した炭素繊維プラスチック、又は、重金属を埋設した炭化ケイ素繊維強化プラスチックにより形成され、前記重金属は、超高強度鋼、又は、高融点金属、又は、高融点金属合金であり、前記炭素繊維プラスチックに埋設する重金属、或いは、前記炭化ケイ素繊維強化プラスチックに埋設する重金属は、超高強度鋼、又は、高融点金属、又は、高融点金属合金であって、更に、粉体、又は、ワイヤー、又は、周回等角対称に配置された素片であることを特徴とする。
【００３３】
本発明のフライホイール蓄電システムは、質量エネルギー密度の高いフライホイールを備えている。従って、軽量化されたフライホイールを用いて、フライホイール蓄電システム全体の軽量化を図ることができ、高効率のフライホイール蓄電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１及び第２実施形態のフライホイールを示す斜視図。
【図２】第３実施形態のフライホイールを示す斜視図。
【図３】第３実施形態のフライホイールの説明的断面図。
【図４】第４実施形態のフライホイールの説明的断面図。
【図５】第５実施形態のフライホイールの説明的断面図。
【図６】第６、第７及び第８実施形態のフライホイールの説明的断面図。
【図７】第９実施形態のフライホイールの説明的断面図。
【図８】第９実施形態のフライホイールの高密度外縁部の構成を模式的に示す図。
【図９】第９実施形態のフライホイールにおける金属素片の形状を示す図。
【図１０】第９実施形態のフライホイールの一部の変形例を示す説明的断面図。
【図１１】フライホイール蓄電システムの構成を示す説明的断面図。
【図１２】マトリクス表の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の設計方向に基づく実施形態を図面に基づいて説明する。図１を参照して第１及び第２実施形態のフライホイールＡ，Ｂについて説明する。第１実施形態のフライホイールＡは、円柱状の低密度円盤部１０と、円筒状の高密度外縁部１１とを備えている。
【００３６】
低密度円盤部１０と高密度外縁部１１とは同じ厚み寸法ｔｏに形成され、高密度外縁部１１は、低密度円盤部１０の外周に一体に設けらている。高密度外縁部１１と低密度円盤部１０とは中心である回転軸線ｘが一致している。
【００３７】
第１実施形態のフライホイールＡにおいては、低密度円盤部１０は、半径Ｒｉが１２ｃｍ、平均質量密度ρｉが１．６ｇ／ｃｍ３である炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を材料として形成され、高密度外縁部１１は、半径Ｒｏが１５ｃｍ、平均質量密度ρｏが１９．２５ｇ／ｃｍ３である高融点金属、例えばタングステンを材料として形成されている。厚み寸法ｔｏは２０ｃｍで形成されている。
【００３８】
なお、低密度円盤部１０は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）以外に、炭化ケイ素繊維強化プラスチック（ＳｉＣＦＲＰ）を材料として形成してもよい。
【００３９】
第１実施形態のフライホイールＡによれば、下記式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．５１となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて５１％向上する。
【００４０】
【数７】
0006963716.tif 000008
【００４１】
第２実施形態のフライホイールＢは、第１実施形態のフライホイールＡと同様に、円柱状の低密度円盤部２０と、円筒状の高密度外縁部２１とを備えている。
【００４２】
低密度円盤部２０は、半径Ｒｉが１３ｃｍ、平均質量密度ρｉが１．６ｇ／ｃｍ３である炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を材料として形成され、高密度外縁部２１は、半径Ｒｏが１５ｃｍ、平均質量密度ρｏが１４．２ｇ／ｃｍ３である高硬度鋼、例えばＷＣ−Ｃｏサーメット合金を材料として形成されている。厚み寸法ｔｏは２０ｃｍである。
【００４３】
第２実施形態のフライホイールＢによれば、式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．４９となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて４９％向上する。
【００４４】
次に、第３実施形態のフライホイールＣについて説明する。第３実施形態のフライホイールＣは、図２及び図３に示すように、円盤状の低密度円盤部３０と、円筒状の高密度外縁部３１とを備えている。低密度円盤部３０の厚み寸法ｔｉは、高密度外縁部３１の厚み寸法ｔｏよりも小さい。
【００４５】
低密度円盤部３０は、厚み寸法ｔｉが３ｃｍ、半径Ｒｉが１３．５ｃｍ、平均質量密度ρｉが４．５ｇ／ｃｍ３であるチタンを材料として形成され、高密度外縁部３１は、厚み寸法ｔｏが２０ｃｍ、半径Ｒｏが１５ｃｍ、平均質量密度ρｏが１９．２５ｇ／ｃｍ３である高融点金属、例えばタングステンを材料として形成されている。
【００４６】
第３実施形態のフライホイールＣによれば、式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．６８となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて６８％向上する。
【００４７】
次に、第４実施形態のフライホイールＤについて説明する。第４実施形態のフライホイールＤは、図４に示すように、円盤状の低密度円盤部４０と、円筒状の高密度外縁部４１とを備えている。低密度円盤部４０は、チタン円盤４０１と、このチタン円盤４０１を挟む一対の炭素繊維強化プラスチック円盤４０２とで構成されている。高密度外縁部４１は低密度円盤部４０の外周に設けられている。
【００４８】
チタン円盤４０１は、厚み寸法ｔｉ１が３ｃｍ、半径Ｒｉが１３ｃｍ、平均質量密度ρｉ１が４．５ｇ／ｃｍ３であり、炭素繊維強化プラスチック円盤４０２は、夫々、厚み寸法ｔｉ２が８．５ｃｍ、半径Ｒｉが１３ｃｍ、平均質量密度ρｉ２が１．６ｇ／ｃｍ３である。
【００４９】
チタン円盤４０１と一対の炭素繊維強化プラスチック円盤４０２とからなる低密度円盤部４０の平均質量密度ρｉは、４．５×（３／２０）＋１．６×（１７／２０）＝１．６ｇ／ｃｍ３である。
【００５０】
高密度外縁部４１は、厚み寸法ｔｏが２０ｃｍ、半径Ｒｏが１５ｃｍ、平均質量密度ρｏが１９．２５ｇ／ｃｍ３である高融点金属、例えばタングステンを材料として形成されている。
【００５１】
第４実施形態のフライホイールＤによれば、式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．５１となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて５１％向上する。
【００５２】
次に、第５実施形態のフライホイールＥについて説明する。第５実施形態のフライホイールＥは、図５に示すように、第１実施形態のフライホイールＡと同様に、円柱状の低密度円盤部５０と、円筒状の高密度外縁部５１とを備えている。低密度円盤部５０と高密度外縁部５１とは同じ厚みでその寸法ｔｏは２０ｃｍである。
【００５３】
低密度円盤部５０は、半径Ｒｉが１３ｃｍ、平均質量密度ρｉが１．６ｇ／ｃｍ３の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を材料として形成されており、高密度外縁部５１は、半径Ｒｏが１５ｃｍ、平均質量密度ρｏが１３．８２ｇ／ｃｍ３である金属繊維強化プラスチック（ＭＦＲＰ）を材料として形成されている。金属繊維強化プラスチック（ＭＦＲＰ）は、直径５μｍのＷ微細線バンドルを円周方向に巻いて強化したものが採用されている。
【００５４】
第５実施形態のフライホイールＥによれば、式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．４９となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて４９％向上する。
【００５５】
次に、図６を参照して第６、第７及び第８実施形態のフライホイールＦ，Ｇ，Ｈについて説明する。
【００５６】
第６実施形態のフライホイールＦは、中空の低密度円盤部６０と、円筒状の高密度外縁部６１とを備えている。
【００５７】
低密度円盤部６０は、空隙６０２を存して軸線方向に互いに対向する２つの円盤６０１によって構成されている。低密度円盤部６０を構成する円盤６０１は、夫々、厚み寸法ｔｉが２ｃｍ、半径Ｒｉが１３．５ｃｍ、平均質量密度ρｉ２が１．６ｇ／ｃｍ３の炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を材料として形成されている。
【００５８】
２つの円盤６０２による低密度円盤部６０の平均質量密度ρｉは、１．６×（（２＋２）／２０）＝０．３２ｇ／ｃｍ３である。
【００５９】
高密度外縁部６１は、半径Ｒｏが１５ｃｍ、平均質量密度ρｏが５．８４ｇ／ｃｍ３の超硬金属微細繊維強化プラスチック（ＭＦＲＰ）により形成されている。厚み寸法ｔｏは２０ｃｍである。超硬金属微細繊維強化プラスチック（ＭＦＲＰ）は、直径１０μｍのピアノ微細線バンドルを円周方向に巻いて強化したものが採用されている。
【００６０】
第６実施形態のフライホイールＦによれば、式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．６２となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて６２％向上する。
【００６１】
なお、第６実施形態のフライホイールＦにおける低密度円盤部６０の両円盤６０１の位置は、高密度外縁部６１の内部に収容された状態であれば、図６に示す位置に限定されない。例えば、図示しないが、両円盤６０１間が図６に示したものより近接していてもよい。また、第６実施形態では厚み寸法ｔｉが２ｃｍの円盤６０２を２つ用いた例を示したが、それ以外に、厚み寸法ｔｉの小さい円盤を３つ以上用いて低密度円盤部６０を形成してもよい。
【００６２】
第７実施形態のフライホイールＧは、第６実施形態と同じ材料で同じ構造の低密度円盤部７０と、第６実施形態と同じ形状で同じ寸法であって材料が異なる高密度外縁部７１とで構成されている。
【００６３】
低密度円盤部７０については第６実施形態の低密度円盤部６０と同じであるため、その平均質量密度ρｉは、１．６×（（２＋２）／２０）＝０．３２ｇ／ｃｍ３である。
【００６４】
第７実施形態の高密度外縁部７１は、炭素繊維（ＣＦ）と超硬金属微細繊維（ＭＦ）とで強化したプラスチック（ＣＭＦＲＰ樹脂）で構成されている。高密度外縁部７１に採用したＣＭＦＲＰ樹脂は、Ｗ微細線（ワイヤー）と炭素繊維線（共に直径約５〜１０μｍ）からなる複合バンドルを円周方向に巻いて強化したものであり、その平均質量密度ρｏは６．８４ｇ／ｃｍ３である。
【００６５】
第７実施形態のフライホイールＧによれば、式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．６４となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて６４％向上する。なお、高密度外縁部７１に採用するＣＭＦＲＰ樹脂としては、Ｗ微細線に替えてピアノ線のような超硬金属微細線を用いてもよい。
【００６６】
第８実施形態のフライホイールＨは、第６実施形態と同じ材料で同じ構造の低密度円盤部８０と、第６実施形態と同じ形状で同じ寸法であるあって材料が異なる高密度外縁部８１とで構成されている。
【００６７】
低密度円盤部８０については第６実施形態の低密度円盤部６０と同じであるため、その平均質量密度ρｉは、１．６×（（２＋２）／２０）＝０．３２ｇ／ｃｍ３である。
【００６８】
第８実施形態の高密度外縁部８１は、超硬金属Ｍ粉末を分散させたプラスチック（エポキシ樹脂）を炭素繊維（ＣＦ）で強化した固体であるＣＦＲＰ：Ｍ材料によって形成されている。
【００６９】
超硬金属Ｍ粉末は、Ｗ粉末（密度ρｏ２＝１９．２５ｇ／ｃｍ３、粒径０．７μｍ、充填率Ｖｆ２＝０．２５）である。プラスチックは、エポキシ樹脂（密度ρｏ３＝１．１５ｇ／ｃｍ３）である。炭素繊維は、密度ρｏ１＝１．８０ｇ／ｃｍ３、線径５〜１０μｍ、充填率Ｖｆ１＝０．４５であり、炭素繊維束を円周方向に巻くことにより強化されている。この構成において、高密度外縁部８１の平均質量密度ρｏは６．８４ｇ／ｃｍ３となる。
【００７０】
第８実施形態のフライホイールＨによれば、式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．６２となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて６２％向上する。なお、高密度外縁部８１に採用するＣＦＲＰ：Ｍ材料では、Ｗ粉末に替えて他の金属の微細粉末を用いてもよい。
【００７１】
次に、第９実施形態のフライホイールＩについて説明する。図７及び図８に示すように、第９実施形態のフライホイールＩは、第６実施形態と同じ材料で同じ構造の低密度円盤部９０と、第６実施形態と同じ形状で同じ寸法の高密度外縁部９１とで構成されている。
【００７２】
低密度円盤部９０については第６実施形態の低密度円盤部６０と同じであるため、その平均質量密度ρｉは、１．６×（（２＋２）／２０）＝０．３２ｇ／ｃｍ３である。
【００７３】
第９実施形態のフライホイールＩにおける高密度外縁部９１は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって円筒状に形成されているが、その内部には、周方向に互いに所定間隔を存して周回等角対称に配置された複数の金属素片９１１が埋設されている。
【００７４】
各金属素片９１１は、全て同一形状であり、重金属で形成され、回転軸線に向かって突出するように、突出形状の先端を回転軸線に向けた姿勢で設けられている。
【００７５】
金属素片９１１は、超硬合金の平均質量密度ρｏ１が１４．２ｇ／ｃｍ３であり、充填率Ｖｆ１が０．２５であり、プラスチックであるエポキシ樹脂の平均質量密度ρｏ２が１．１５ｇ／ｃｍ３である。よって、この構成による高密度外縁部９１の平均質量密度ρｏは４．４１ｇ／ｃｍ３となる。
【００７６】
第９実施形態のフライホイールＩによれば、式（１）によって求められたエネルギー密度比の値Ｚが１．５７となり、エネルギー密度が従来のフライホイールに比べて５７％向上する。
【００７７】
なお、金属素片９１１は、図９に示すように、各種形状（図９において金属素片９１１、９１１ａ〜９１１ｆ）のものを選択的に用いることができる。このとき、高密度外縁部９１には、同じ形状の金属素片を用い、金属素片９１１、９１１ａ〜９１１ｆの何れの形状を採用した場合であってもその突出形状の先端（図において上方に示した側の端）を回転軸線に向ける。
【００７８】
また、金属素片９１１は、図７に示すように、回転軸線に沿って長さを有する形状とする以外に、図１０に示すように、短い長さ寸法の金属素片９１１を回転軸線に沿った方向に間隔を存して複数配列して設けてもよい。
【００７９】
上記各実施形態で示したフライホイールは、フライホイール蓄電システムに好適に採用することができる。即ち、図１１に示すように、フライホイール蓄電システム１００は、発電電動機部１０１と、フライホイール部１０２とを備えている。
【００８０】
フライホイール部１０２は、フライホイール１０２ａと、このフライホイール１０２ａを収容する筐体１０２ｂとを備えている。フライホイール１０２ａは回転軸１０２ｃに設けられて回転軸１０２ｃと一体に回転する。
【００８１】
回転軸１０２ｃは、発電電動機部１０１の入出力軸１０１ａに連結されている。フライホイール１０２の回転軸１０２ｃは、筐体１０２ｂに設けられた一対の軸受け１０２ｄに回転自在に支持されている。
【００８２】
フライホイール１０２ａは、上述した各実施形態で示した構成のもの（フライホイールＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉの何れか）が採用される。蓄電エネルギーの増大はフライホイール１０２ａの厚み寸法や直径を増加させることで容易に達成することができる。
【００８３】
フライホイール１０２ａが上述した各実施形態で示した構成であることにより、エネルギー密度が高く、従来のフライホイールと比べて軽量となる。よって、フライホイール蓄電システム１００を軽量に構成することができる。
【００８４】
また、フライホイール１０２ａの軽量化により、従来のフライホイール蓄電システムに比べてシステムレベルでのエネルギー密度を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、高い質量エネルギー密度が得られるフライホイール、及び、このフライホイールを回転動作させることにより、電気エネルギーを運動エネルギーとして貯蔵するフライホイール蓄電システムが得られ、余剰電力の貯蔵及び利用のために好適な装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１００…フライホイール蓄電システム
１０１…発電電動機
１０１ａ…入出力軸
１０２ｃ…回転軸
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，１０２ａ…フライホイール
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０…低密度円盤部
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１…高密度外縁部
９１１，９１１ａ，９１１ｂ，９１１ｃ，９１１ｄ，９１１ｅ，９１１ｆ…素片
【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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