(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内に設けた軸受にフライホイールの回転軸を支承させたフライホイール電力貯蔵装置であって、前記ケーシングに開閉手段を介して接続された制動材を充填した容器を備え、異常検知した場合に、開閉手段を開いてケーシング内に制動材を導入し、
前記容器はケーシングと同心の円筒状であって、前記ケーシングの外側に配置されたことを特徴とするフライホイール電力貯蔵装置。
【請求項２】
請求項１に記載のフライホイール電力貯蔵装置において、前記容器は吸気口と該吸気口を開閉する開閉手段を備えたことを特徴とするフライホイール電力貯蔵装置。
【請求項３】
請求項１または２の何れか１に記載のフライホイール電力貯蔵装置において、前記制動材は添加剤を混合したことを特徴とするフライホイール電力貯蔵装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１に記載のフライホイール電力貯蔵装置において、前記制動材は、流体と固体とから構成されたことを特徴とするフライホイール電力貯蔵装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１に記載のフライホイール電力貯蔵装置において、前記制動材は複数の液体から構成され、緊急時にケーシング内部で該液体が混合され、その性状が化学反応により変化する構成としたことを特徴とするフライホイール電力貯蔵装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１に記載のフライホイール電力貯蔵装置において、前記制動材を冷媒としてケーシング内部または、周辺を循環させる構成としたことを特徴とするフライホイール電力貯蔵装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１に記載のフライホイール電力貯蔵装置において、前記軸受と同軸に摩擦制動機構を配置したことを特徴とするフライホイール電力貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力エナルギーをフライホイールの運動エネルギーとして蓄えるフライホイール電力貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フライホイール電力貯蔵装置は、図８に示すようにケーシング１の中にフライホイール２が主軸３の両端、或いは下端が軸受４により高速回転可能に支持されている。ここでは、フライホイール２は、重力に対して鉛直に配置されているが、横向きに配置されることもある。
このような構成のフライホイール電力貯蔵装置において、軸受の損傷、潤滑油切れ等により、フライホイール２の支持が破綻した場合、速やかにフライホイール２を停止させる必要があった。例えば、直径４００ｍｍ、高さ２００ｍｍ程度のフライホイールを１００００回転で回転させた時のエネルギーは、約２ＭＪであり、これは、重さ２tonの乗用車が時速１７０Kmで走行しているのと同じエネルギーである。
そこで、従来より、このフライホイールの緊急停止について種々の手段が提案されている。
【０００３】
例えば、第１の手段として、ケーシング１内に高圧流体を供給して、フライホイール２の回転を停止させるものがある。
また、第２の手段として、ケーシング１の内周面にフライホイール２と同軸状に摩擦材料からなるプロテクトリングを配置し、フライホイールの外周面をこのプロテクトリングに接触させて運動エネルギーの消費を図るものである。
第３の手段は、フライホイール２が外部に飛び出さないように、強固なケーシングを形成するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の第１の手段では、ケーシングに注入する高圧流体によりフライホイールの風損を上昇させることができるが、高圧ガス容器が別途必要となり、この安全性が問題となる。また、風損によっては、直ちにフライホイールの回転を停止させることはできない。
従来の第２の手段では、ケーシング内部にプロテクトリングを付けるために、フライホイール外周面とリングとの間の距離が小さくならざるを得ず、通常運転時の風損が著しく増大する。また、異常時に必ずしもこのリングとフライホイールが接触して、停止作用が有効に機能する保証がなかった。
従来の第３の手段では、フライホイールの暴走に耐える様なケーシングを作るとすると、重量が重くなると共にケーシングの寸法が大型になるとい云う欠点が存在した。
【０００５】
上記問題点を解決するため、本発明は装置の振動や軸受の温度を測定し、所定の閾値を越えた場合に、ケーシング内に制動材を供給して攪拌により生じる摩擦抵抗でエネルギーを吸収するフライホイール電力貯蔵装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ケーシング内に設けた軸受にフライホイールの回転軸を支承させ、該ケーシング内でフライホイールを高速回転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蓄え、必要時にその運動エネルギーを電気エネルギーに再変換して取り出すフライホイール電力貯蔵装置であって、前記ケーシングに開閉手段を介して接続された制動材を充填した容器を備え、例えば、前記ケーシングの振動を検出する振動検出手段と、前記軸受の温度を検出する温度検出手段との何れかが所定値を超えた信号を発した場合などの異常が検知された場合に、前記開閉手段を開いてケーシング内に制動材を導入し、前記容器はケーシングと同心の円筒状であって、前記ケーシングの外側に配置されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のフライホイール電力貯蔵装置において、前記容器は吸気口と該吸気口を開閉する開閉手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１〜２の何れか１に記載の発明のフライホイール電力貯蔵装置であって、前記制動材は添加剤を混合したことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１に記載の発明のフライホイール電力貯蔵装置であって、前記制動材は、流体と固体とから構成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４の何れか１に記載の発明のフライホイール電力貯蔵装置であって、前記制動材は複数の液体から構成され、緊急時にケーシング内部で該液体が混合され、その性状が化学反応により変化する構成としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか１に記載の発明のフライホイール電力貯蔵装置であって、前記制動材を冷媒としてケーシング内部または、周辺を循環させる構成としたことを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１〜６の何れか１に記載の発明のフライホイール電力貯蔵装置であって、前記軸受と同軸に摩擦制動機構を配置したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の一実施例について説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すフライホイール電力貯蔵装置の説明図である。ここで、フライホイール電力貯蔵装置１０は、ケーシング１１内に設けた軸受１２にフライホイール１３の回転軸１４を支承させ、該ケーシング１１内でフライホイール１３を高速回転させることにより電気エネルギーを運動エネルギーに変換して蓄え、必要時にその運動エネルギーを電気エネルギーに再変換して取り出すものであって、前記ケーシング１１の振動を検出する振動検出手段１５と、前記軸受１２の温度を検出する温度検出手段１６と、前記ケーシング１１に弁体１７を介して接続された制動材１８を充填した容器１９とを備えている。
【００１７】
温度検出手段１６は、軸受１２に取り付けられており、軸受温度または、軸受潤滑油温度を検出するための熱電対から構成されている。また、振動検出手段１５は、フライホイール１３の異常振動を検出するための位置センサ、或いは加速度センサから構成されている。
【００１８】
容器１９は、ケーシング１１の上に配置されており、弁体１７を介して接続されている。弁体１７は、例えば、電磁弁であり外部からの制御信号により開閉することができる。また、容器１９の上端には、外気に開口した吸気口２０とこの吸気口２０を開閉する弁体２１を備えている。弁体１７を開く際に、弁体２１も同時に開けば、容器１９内の制動材１８のケーシング１１内への導入を迅速にすることができる。なお、吸気口２０は、ケーシング１１に接続されていてもよい。
【００１９】
容器１９内には、ケーシング１１内のフライホイール１３の外径部分に接触させるに充分な量の制動材１８が充填されている。制動材１８は、摩擦を発揮する液体、、ジェル状の流体、あるいは引火点が比較的高い有機溶剤であり、例えば、水、水銀、油、シリコン、グリセリン、エポキシ樹脂、アルコール、ベンゼン、灯油、重油等である。 前記制動材１８の役割は、フライホイールの運動エネルギーを奪い、吸収することにある。またフライホイール１８の運動が危険値と判断された場合、制動材１８はタンク１９から容器内部に導入され、制動材がフライホイールの運動エネルギーを奪って熱エネルギーに変換し、また、制動材の攪拌によって生じる抵抗や摩擦によってもフライホイールの運動エネルギーが吸収される。
【００２０】
また、制動材１８には添加剤を添加、溶解することにより、高い制動力を効果的に発揮させることができる。例えば、ａ）砂糖、食塩等の、溶解することで比重を高めるような種々の水溶性材料、また、ｂ）ゴム、シリコンゲルなどの柔軟材料を適度に破砕した物、ｃ）吸水性合成樹脂片などの、吸水することで膨張する材料、ｄ）黄銅、アルミニウム、鉄、石綿、シリカなどの金属、無機材料からなる粉末、粒子、ｅ）カーボン、ガラス、アラミッドなどからなる繊維片、ｆ）石鹸、適度な大きさに破砕した粘土など、徐々に溶解し粘度を上昇させる材料、ｇ）熱硬化性エポキシ樹脂など、熱によって粘度が上昇する材料等である。
【００２１】
上記したような混合物、溶解物を用いて制動材１８の比重を高めれば、フライホイール１３の回転エネルギーを流体の運動エネルギーとして効果的に奪うことができる。また、重力落下による充填完了時間を短縮できる。
また、上記したように混合物、溶解物を用いて制動材の比熱を高めるようにすれば、流体の摩擦による温度上昇を抑制でき、制動材の蒸発を防ぐことができ、より長時間制動材が機能する。
また、上記したように混合物、溶解物を用いて制動材の粘度を高めるようにすれば、流体との接触摩擦を増やすことができ、制動力を強めることができる。
また、上記したように混合物を用いて制動材の攪拌損失を高めるようにすれば、流体の変型による摩擦を増やすことができ、制動力を強めることができる。
また、上記したように混合物を用いて制動材の粘度を徐々に高めるようにすれば、フライホイールの回転速度に対応して、制動力を効果的に発揮させることができる。
【００２２】
以上のように構成されたフライホイール電力貯蔵装置１０は、温度検出手段１６または振動検出手段１５の何れかが異常値を検出した場合、弁体１７と２１が解放され、容器１９内の制動材１８がケーシング１１内に導入される。制動材１８は、ケーシングに充填した際に少なくともフライホイール１３の外周部が埋没する量が確保されている。この制動材との摩擦によりフライホイール１３の回転エネルギーが急速に奪われて装置が停止する。
尚、ケーシング１１内が負圧の場合、制動材１８はタンク１９内に容易に導入されるので、吸気口２０及び弁体２１は、なくてもよい。
【００２３】
また、上記添加剤は、最初から流体に混合しておく必要はない。ケーシング内壁面や底面部に接着材料、粘着材料なとのバインダーと混合し、溶解容易な状態で固めて置いたり、固体の状態で機械的に固定しておく等、充填後に添加剤と混合されて、高い制動力を発揮するように構成してもよい。これは、粘度を高めるための制動材とその溶剤とを分離し、充填速度を短縮するためであって、最初から制動材を混ぜておくよりも、分離しておいた方が流体を速く充填することができるからである。更に、添加剤は、直ちに全部溶けてしまうものではなく、徐々に混合物の濃度が上昇するよう、溶解速度を調整することも容易である。例えば、高速回転時には、粘度を低くしてフライホイールとの馴染みを良くし、回転が落ちるに従い次第に粘度を高めて制動力を強めるという、より効果的な制動を発揮させることができる。また、添加剤を液体とし、２液混合による化学反応で粘度を高めたり、発泡するようにしてもよい。その場合、何れか一方の液体を始めからケーシング内に入れて置いてもよく、添加剤専用の容器を別途設置してもよい。また、流通路を設ければ、弁体３０を省略することができる。
【００２４】
図２は、本発明のフライホイール電力貯蔵装置の第２の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、容器２２はケーシング１１と同心の円筒状に形成されている。また、容器２２の中には、制動材１８が充填されている。更に、容器２２は、電磁弁２３によってケーシング１１と連通可能に構成されている。したがって、電磁弁２３を開くことにより、ケーシング１１内に制動材１８を導入することができる。他の構成要素については、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。更に、ケーシング１１と容器２２の間に、縦リブ或いは穴あきの横リブを制動材１８の抵抗にならない形状で入れて補強してもよい。
【００２５】
以上のように構成した場合、ケーシング１１の外壁が補強されて安全性が向上する。更に、万一フライホイール１３の一部が破損したり、軸受支持が破綻してもケーシング１１の側壁を破れば直ちに、制動材１８が流入するので、制御効果が発揮される。
【００２６】
図３は、本発明のフライホイール電力貯蔵装置の第３の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態では、容器２４はケーシング１１の内部に任意の形状で配置されており、ケーシング１１の天井部及び側壁上端に配置されている。また、容器２４の下端には弁体２５が取り付けられており、この弁体２５を開くことにより、制動材１８を導入することができる。
【００２７】
図４は、本発明のフライホイール電力貯蔵装置の第４の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、容器２６は、ケーシング１１の天井部に配置され、フライホイール１３の上軸受１２の周囲を囲むように凹部２６ａが形成されている。
【００２８】
以上のように構成した場合、ケーシング１１内に制動材１８を重力により容易に導入することができる。
【００２９】
図５は、本発明のフライホイール電力貯蔵装置の第５の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、容器２２内に充填された制動材１８はポンプ２８によってラジエータ２９との間の管路を循環され、冷媒としてケーシング１１内部または、ケーシング周辺を冷却する。管路は、弁体３０によって外気に解放可能となっている。また、弁体３１によって、制動材１８をケーシング１１内へ導入することができる。なお、緊急時には弁体３０が開くようになっている。
【００３０】
以上のように構成された、本実施形態のフライホイール電力貯蔵装置は、緊急時の制動能力の向上による安全停止と通常時の冷却機構とを兼用することができる。
【００３１】
図６は、本発明のフライホイール電力貯蔵装置の第６の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、軸受１２と同軸にブレーキリング３２が配置されており、このブレーキリング３２に、ブレーキパッド３３がバネ３４によって適度な接触圧をもって嵌合されている。ブレーキパッド３３は、一般のブレーキパッド材料の他に次のような摩擦材料、例えば、黄銅などの金属材料、耐熱樹脂、ガラス繊維、カーボン繊維、断熱材等の摩擦を発揮する材料であればよい。本実施の形態において、アキシャル方向のブレーキパッド３３を押さえるバネ３４は、必ずしも必要なく、ブレーキリング３２と締まりばめに嵌合しても、同等の効果を得ることができる。
【００３２】
以上のように構成した場合、フライホイール１３の通常回転時は、ブレーキパッド３３の摩擦力が非常に大きいために、ブレーキリング３２が回転することはないが、軸受１２が焼き付いた場合、ブレーキリング３２が回転し、ブレーキパッド３３によって摩擦を生じ、これが制動力として作用する。したがって、軸受１２が焼き付いた際に効果的である。
【００３３】
図７は、本発明のフライホイール電力貯蔵装置の第７の実施の形態を示す説明図である。本実施の形態において、制動材１８をオイルとした場合であって、給油ポンプ３５で上下の軸受１２に潤滑剤として供給される。また軸受に給油された油が底部に溜まるが、溜まった油を回収ポンプ３６により回収して、ふたたびタンク１８へ戻すことができる。
【００３４】
以上のように構成した場合、フライホイール１３の軸受１２を常に潤滑するので高速回転による焼き付きを防止することができる。また、異常時には、制動材として作用し、フライホイールを緊急停止することができる。
【００３５】
尚、本発明は以上の実施の形態に限ることなく本発明の技術思想に基づいて種々の設計変更が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載したフライホイール電力貯蔵装置は、前記ケーシングの振動を検出する振動検出手段と、前記軸受の温度を検出する温度検出手段と、前記ケーシングに開閉手段を介して接続された制動材を充填した容器とを備え、前記振動検出手段または温度検出手段の何れかが所定値を超えた信号を発した場合に、前記開閉手段を開いてケーシング内に制動材を導入し、前記容器はケーシングと同心の円筒状であって、前記ケーシングの外側に配置されたので、フライホイールと制動材との摩擦により回転エネルギーが急速に奪われて装置が停止する。また、容器はケーシングと同心の円筒状に配置されたので、ケーシング外壁の強度を増すことができ、安全性を向上できる。また、フライホイールの一部が破損したり、軸受支持が破綻しても、ケーシング壁面を破れば、直ちに制動材が流入して制動効果が発揮される。
【００４０】
また、請求項２に係る発明によれば、前記容器は吸気口と該吸気口を開閉する弁体を備えたので、緊急時にこの弁体を開くことにより制動材がケーシング内に導入するのを容易にできる。
【００４１】
また、請求項３に係る発明によれば、前記制動材は添加剤を混合したので、より高い制動効果を得ることができる。
【００４２】
また、請求項４に係る発明によれば、前記制動材は、流体と固体とから構成されたので、制動材の比重、比熱を高めることができ、より高い制動力を効果的に発揮することができる。
【００４３】
また、請求項５に係る発明によれば、前記制動材は複数の液体から構成され、緊急時にケーシング内部で該液体が混合され、化学反応によりその性状を変化する構成としたので、化学反応により制動材の比重、比熱、粘度、攪拌損失等を高めれば制動力をより強めることができる。また、制動材の粘度を徐々に高めるように構成すれば、フライホイールの回転速度に応じて制動力を効果的に発揮させることができる。
【００４４】
また、請求項６に係る発明によれば、前記制動材を冷媒としてケーシング内部または、周辺を循環させる構成としたので、通常運転時には装置の冷却媒体として利用できると共に、異常時には、フライホイールの制動力を高めることができる。
【００４５】
また、請求項７に係る発明によれば、前記軸受と同軸に摩擦制動機構を配置したので、軸受が焼き付いた場合でも、制動力を持続させて速やかに停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示すフライホイール電力貯蔵装置の説明図である。
【図２】  同フライホイール電力貯蔵装置の第２の実施の形態を示す説明図である。
【図３】  同フライホイール電力貯蔵装置の第３の実施の形態を示す説明図である。
【図４】  同フライホイール電力貯蔵装置の第４の実施の形態を示す説明図である。
【図５】  同フライホイール電力貯蔵装置の第５の実施の形態を示す説明図である。
【図６】  同フライホイール電力貯蔵装置の第６の実施の形態を示す説明図である。
【図７】  同フライホイール電力貯蔵装置の第７の実施の形態を示す説明図である。
【図８】  従来のフライホイール電力貯蔵装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０      フライホイール電力貯蔵装置
１１      ケーシング
１２      軸受
１３      フライホイール
１４      回転軸
１５      振動検出手段
１６      温度検出手段
１７      弁体
１８      制動材
１９      容器
２０      吸気口
２１      弁体
【図１】
0003860005.tif 000002
【図２】
0003860005.tif 000003
【図３】
0003860005.tif 000004
【図４】
0003860005.tif 000005
【図５】
0003860005.tif 000006
【図６】
0003860005.tif 000007
【図７】
0003860005.tif 000008
【図８】
0003860005.tif 000009