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JP2003244891A - Flywheel battery - Google Patents

Flywheel battery

Info

Publication number
JP2003244891A
JP2003244891A JP2002042778A JP2002042778A JP2003244891A JP 2003244891 A JP2003244891 A JP 2003244891A JP 2002042778 A JP2002042778 A JP 2002042778A JP 2002042778 A JP2002042778 A JP 2002042778A JP 2003244891 A JP2003244891 A JP 2003244891A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotating body
flywheel
ratio
displacement
rotation speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2002042778A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshihiro Sunaga
義弘 須永
Shoei Abe
昇栄 阿部
Koichi Ono
浩一 小野
Yukihiko Itai
幸彦 板井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2002042778A priority Critical patent/JP2003244891A/en
Publication of JP2003244891A publication Critical patent/JP2003244891A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/55Flywheel systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flywheel battery that enables a rotating body to be stabilized at high revolution by using a non-contact bearing, such as a magnetic bearing. <P>SOLUTION: The flywheel battery is provided with a shaft, with its both ends being supported by the non-contact bearing and the rotating body comprising a flywheel fixed to the shaft. The shape of the rotating body is determined such that a ratio Ip/Id between moment of inertia Ip around the rotating shaft of the rotating body and moment of inertia Id about a shaft that is orthogonal to the rotating shaft and pass through the center of gravity of the rotating body is less than 1, and preferably 0.7 or in the vicinity thereof. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明はフライホイール・
バッテリに関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a flywheel
Regarding the battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】軸方向の複数個所において非接触式の軸
受けで支持された回転体、より具体的には両端が非接触
式の軸受けで支持されたシャフトと、それに固定された
フライホイールとからなる回転体を備え、電気エネルギ
を前記回転体の回転エネルギとして蓄積するフライホイ
ール・バッテリは、例えば特開2000−253599
号公報などで提案されている。この従来技術にあって
は、非接触式の軸受けとして超電導磁気軸受けを用い、
いわゆる超電導フライホイールを構成している。
2. Description of the Related Art A rotating body supported by non-contact bearings at a plurality of axial positions, more specifically, a shaft having both ends supported by non-contact bearings, and a flywheel fixed to the shaft. A flywheel battery that includes a rotating body and stores electric energy as the rotating energy of the rotating body is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-253599.
It is proposed in the official gazette. In this conventional technique, a superconducting magnetic bearing is used as a non-contact type bearing,
It constitutes a so-called superconducting flywheel.

【0003】この種のフライホイール・バッテリにおい
て、現実の回転体は、精密に加工して製作しても、幾何
学中心と回転体の重心の間には僅かなずれ(偏芯)が残
るため、その偏芯による遠心力が回転振動を励起する。
上記した従来技術に係る超電導軸受け構造では回転体を
傾けようとするモーメントに対する軸受け支持剛性が低
いことから、偏芯による遠心力が回転体を傾けようとす
るモーメントとして作用しないようにする必要がある。
In a flywheel battery of this type, even if an actual rotating body is manufactured by precision processing, a slight deviation (eccentricity) remains between the geometric center and the center of gravity of the rotating body. The centrifugal force due to the eccentricity excites rotational vibration.
In the superconducting bearing structure according to the related art described above, since the bearing support rigidity with respect to the moment to tilt the rotating body is low, it is necessary to prevent the centrifugal force due to eccentricity from acting as a moment to tilt the rotating body. .

【0004】そのため、上記した従来技術においては、
フライホイールを含む回転体のシャフト方向の長さが回
転体の最外直径より小さい、あるいは、回転体の回転対
称軸回りの慣性モーメントを、それに直交すると共に、
回転体の重心を通る軸回りの慣性モーメントより大きく
する、換言すれば回転体の回転軸回りの慣性モーメント
Ipと、回転軸に直交すると共に、回転体の重心を通る
軸回りの慣性モーメントId(この従来技術ではIrで
示される)の比Ip/Idが1を超えるように構成して
いる。
Therefore, in the above-mentioned prior art,
The length of the rotating body including the flywheel in the shaft direction is smaller than the outermost diameter of the rotating body, or the moment of inertia about the rotational symmetry axis of the rotating body is orthogonal to it.
It is made larger than the moment of inertia about the axis passing through the center of gravity of the rotor, in other words, the moment of inertia Ip about the axis of rotation of the rotor and the moment of inertia Id about the axis orthogonal to the axis of rotation and passing through the center of gravity of the rotor. In this prior art, the ratio Ip / Id of (shown by Ir) is configured to exceed 1.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このように、上記した
従来技術では、慣性モーメント比Ip/Idを1より大
きくすることで偏芯に起因した遠心力による回転体を傾
けようとするモーメントを小さくすることが提案されて
いるが、磁気軸受けなどの非接触式の軸受けを用いる限
り、その支持特性によって生じる剛体共振(コニカルモ
ード)に対する減衰比がジャイロ効果の影響により回転
上昇に伴って減少する方向に変化(不安定化)するた
め、回転体の高回転時の安定化が困難となる。
As described above, in the above-described conventional technique, the inertia moment ratio Ip / Id is made larger than 1 to reduce the moment for inclining the rotating body due to the centrifugal force caused by the eccentricity. However, as long as a non-contact type bearing such as a magnetic bearing is used, the damping ratio for rigid body resonance (conical mode) caused by its supporting characteristics decreases with increasing rotation due to the effect of the gyro effect. It becomes difficult to stabilize the rotating body at a high rotation because it changes (is unstable).

【0006】回転数に対する減衰比の低下度合いは慣性
モーメント比に依存し、慣性モーメント比がより大きい
ほど減衰比の低下度合いは大きくなる。従って、上記し
た従来技術で提案されるように、慣性モーメント比Ip
/Idが1を超えるような回転体では高回転化が不可能
となる。
The degree of decrease of the damping ratio with respect to the rotational speed depends on the moment of inertia ratio, and the larger the ratio of inertia moment is, the greater the degree of decrease of the damping ratio becomes. Therefore, as proposed in the above-mentioned prior art, the moment of inertia ratio Ip
It is impossible to achieve high rotation with a rotating body having an / Id of more than 1.

【0007】従って、この発明の目的は上記した課題を
解消することにあり、磁気軸受けなどの非接触式の軸受
けを用いつつ、回転体の高回転時の安定化を可能とした
フライホイール・バッテリを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and a flywheel battery capable of stabilizing a rotating body at a high rotation speed while using a non-contact type bearing such as a magnetic bearing. To provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1項にあっては、軸方向の複数個所におい
て非接触式の軸受けで支持されたフライホイールからな
る回転体を備え、電気エネルギを前記回転体の回転エネ
ルギとして蓄積し、蓄積した回転エネルギを発電電動機
を介して出力するフライホイール・バッテリにおいて、
前記回転体の形状を、前記回転体の回転軸回りの慣性モ
ーメントIpと、前記回転軸に直交すると共に、前記回
転体の重心を通る軸回りの慣性モーメントIdの比Ip
/Idが1未満となるように、決定する如く構成した。
In order to achieve the above-mentioned object, in a first aspect of the present invention, there is provided a rotating body consisting of a flywheel supported by non-contact type bearings at a plurality of axial positions. In a flywheel battery that stores electric energy as rotation energy of the rotating body and outputs the accumulated rotation energy via a generator motor,
The shape of the rotating body is defined by a ratio Ip of an inertia moment Ip about the rotation axis of the rotating body and an inertia moment Id about the axis which is orthogonal to the rotation axis and passes through the center of gravity of the rotating body.
/ Id is set to be less than 1.

【0009】回転体の形状を、その回転軸回りの慣性モ
ーメントIpと、その回転軸に直交すると共に、回転体
の重心を通る軸回りの慣性モーメントIdの比Ip/I
dが1未満となるように決定するように構成したので、
回転の上昇に伴って共振周波数が大きく分岐するコニカ
ルモードに対する減衰比の低下度合いを緩やかにするこ
とができ、磁気軸受けなどの非接触式の軸受けを用いる
ときも、回転体の高回転時の安定化を実現することがで
き、よってバッテリとしてのエネルギ密度を上げること
ができる。
The shape of the rotating body has an inertia moment Ip about its rotation axis and a ratio Ip / I of an inertial moment Id about the axis which is orthogonal to the rotation axis and passes through the center of gravity of the rotating body.
Since d is determined to be less than 1,
It is possible to moderate the degree of decrease in the damping ratio for the conical mode in which the resonance frequency branches greatly as the rotation increases, and even when using non-contact type bearings such as magnetic bearings, stability at high rotation of the rotating body The energy density of the battery can be increased.

【0010】請求項2項にあっては、前記回転体の形状
を前記慣性モーメントの比Ip/Idが0.7あるいは
その近傍となるように決定する如く構成した。
According to a second aspect of the present invention, the shape of the rotating body is determined so that the ratio of inertia moments Ip / Id is 0.7 or in the vicinity thereof.

【0011】慣性モーメント比をより小さくするほど減
衰比の低下度合いを小さくすることができるが、他方、
慣性モーメント比を小さくすることは、シャフトを長く
することにつながり、曲げ共振周波数低下、あるいはフ
ライホイール・バッテリ本体の重量の増加を招くことに
なる。従って、そのような相反する事象を比較考量し、
前記慣性モーメント比Ip/Idが0.7あるいはその
近傍となるように回転体の形状を決定する如く構成し
た。これによって磁気軸受けなどの非接触式の軸受けを
用いるときも、回転体の高回転時の一層の安定化を実現
することができる。
The smaller the moment of inertia ratio, the smaller the degree of decrease in the damping ratio, but on the other hand,
Reducing the inertia moment ratio leads to lengthening of the shaft, which results in lowering the bending resonance frequency or increasing the weight of the flywheel battery body. Therefore, weigh such conflicting events,
The shape of the rotating body is determined so that the inertia moment ratio Ip / Id is 0.7 or in the vicinity thereof. As a result, even when a non-contact type bearing such as a magnetic bearing is used, it is possible to further stabilize the rotating body at a high rotation speed.

【0012】請求項3項にあっては、さらに、少なくと
も前記磁気軸受けに対する前記回転体の変位、より具体
的には前記磁気軸受けに対する前記回転体の変位および
変位速度を検出する変位検出手段、前記回転体の回転数
を検出する回転数検出手段、および前記検出された変位
が目標値となるように、所定のフィードバック制御則に
基づき、前記回転数に応じて求められるフィードバック
ゲインを用いて前記磁気軸受けに供給すべき操作量を算
出するフィードバック制御手段を備える如く構成した。
According to another aspect of the present invention, the displacement detecting means for detecting at least the displacement of the rotating body with respect to the magnetic bearing, more specifically, the displacement and the displacement speed of the rotating body with respect to the magnetic bearing, Rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the rotating body, and the magnetic field using a feedback gain obtained according to the rotation speed based on a predetermined feedback control rule so that the detected displacement becomes a target value. The feedback control means for calculating the operation amount to be supplied to the bearing is provided.

【0013】検出された変位が目標値となるように、所
定のフィードバック制御則に基づき、前記回転数に応じ
て求められるフィードバックゲインを用いて磁気軸受け
に供給すべき操作量、より具体的には磁気軸受けのステ
ータに配置された電磁石の励磁コイルに供給すべき通電
指令値を算出するフィードバック制御手段を備える如く
構成したので、換言すれば、機械系で言えばバネ・ダン
パ系に相当する変位フィードバック、より具体的には、
バネに相当する変位フィードバックおよびダンパに相当
する変位速度フィードバックを、回転数に応じて調整し
たゲインを用いつつ、磁気軸受けについて行うように構
成したので、前記した効果に加え、フィードバックゲイ
ンを介してバネ(支持剛性)とダンパ(減衰比)を比較
的容易に調整することができると共に、回転数に対して
所望のフィードバック則の調整が可能となり、減衰比の
低下に対する補正が可能となって減衰比の低下度合いを
一層緩やかにすることができ、回転体の高回転時の安定
化を一層良く実現することができる。
The operation amount to be supplied to the magnetic bearing, more specifically, by using the feedback gain obtained according to the rotation speed based on a predetermined feedback control law so that the detected displacement becomes a target value, more specifically, Since the feedback control means for calculating the energization command value to be supplied to the exciting coil of the electromagnet arranged in the stator of the magnetic bearing is provided, in other words, the displacement feedback corresponding to a spring / damper system in a mechanical system is provided. , More specifically,
Since the displacement feedback corresponding to the spring and the displacement speed feedback corresponding to the damper are configured to be performed for the magnetic bearing while using the gain adjusted according to the rotation speed, in addition to the effects described above, the spring is provided via the feedback gain. (Supporting rigidity) and damper (damping ratio) can be adjusted relatively easily, and a desired feedback law can be adjusted with respect to the rotational speed, and correction for a decrease in the damping ratio becomes possible. It is possible to further reduce the degree of decrease in the rotation speed, and it is possible to achieve better stabilization during high rotation of the rotating body.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、添付図面に即し、この発明
の一つの実施の形態に係るフライホイール・バッテリを
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A flywheel battery according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0015】図1はそのフライホイール・バッテリを全
体的に示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the flywheel battery as a whole.

【0016】図1において、符号10はそのフライホイ
ール・バッテリを示し、フライホイール・バッテリ10
はハウジング12を備える。ハウジング12の内部には
シャフト14と、シャフト14にボルト16をボルト挿
通孔16aに挿通して固定(締結)されてなるフライホ
イール20が、回転自在に収容される。このように、フ
ライホイール・バッテリ10は、フライホイール20の
回転を蓄積エネルギとするフライホイール型蓄電装置と
して構成される。
In FIG. 1, reference numeral 10 indicates the flywheel battery, and the flywheel battery 10
Comprises a housing 12. Inside the housing 12, a shaft 14 and a flywheel 20 formed by fixing (fastening) a bolt 16 to the shaft 14 by inserting a bolt 16 into a bolt insertion hole 16a are rotatably accommodated. In this way, the flywheel battery 10 is configured as a flywheel power storage device that uses the rotation of the flywheel 20 as stored energy.

【0017】シャフト14は鉄材からなり、図示の如
く、シャフト半部14a,14bからなる。シャフト半
部14a,14bは共に、先端側からフライホイール2
0に向けて径大に構成される。
The shaft 14 is made of an iron material and, as shown in the figure, is made up of shaft halves 14a and 14b. Both the shaft half portions 14a and 14b are the flywheel 2 from the tip end side.
The diameter is increased toward 0.

【0018】図2は、フライホイール20の上面図であ
る。
FIG. 2 is a top view of the flywheel 20.

【0019】フライホイール20は、図2から明らかな
如く、上面視でホイール状を呈し、中央位置のボス(ハ
ブ)20a(図2で見えず)の両側でシャフト半部14
a,14bにボルト16で固定(締結)され、よってシ
ャフト14を介して回転自在に構成される。
As is apparent from FIG. 2, the flywheel 20 has a wheel shape in a top view, and the shaft halves 14 are provided on both sides of the central boss (hub) 20a (not visible in FIG. 2).
It is fixed (fastened) to a and 14b with bolts 16, and is thus configured to be rotatable via the shaft 14.

【0020】フライホイール20のボス20aと円周側
の環状のリム20bの間は、所定の間隔(90度)をお
いてボス20aからリム20bに向けて延ばされた複数
本(4本)のスポーク(アーム)20cで一体的に接続
される。ボス20a、リム20bおよびスポーク20c
は、アルミニウム材から製作される。また、リム20b
は比較的肉薄に形成され、そのさらに円周側には炭素繊
維強化樹脂材からなるロータ20dが圧入されて取り付
けられる。
Between the boss 20a of the flywheel 20 and the annular rim 20b on the circumferential side, a plurality of (4) extending from the boss 20a toward the rim 20b with a predetermined space (90 degrees). The spokes (arms) 20c are integrally connected. Boss 20a, rim 20b and spokes 20c
Is made of aluminum material. Also, the rim 20b
Is relatively thin, and a rotor 20d made of a carbon fiber reinforced resin material is press-fitted and attached to the circumferential side thereof.

【0021】図示の如く、ロータ20dは上面視でドー
ナツ状を呈し、それぞれ炭素繊維強化樹脂を積層してな
る複数個のピース、例えば5個のピースからなる。各ピ
ースは順次リム20bの外周に圧入される。
As shown in the figure, the rotor 20d has a donut shape in a top view, and is composed of a plurality of pieces, for example, five pieces, each of which is formed by laminating carbon fiber reinforced resin. Each piece is sequentially pressed into the outer periphery of the rim 20b.

【0022】このように、ロータ20dを炭素繊維強化
樹脂から製作したことで、軽量でありながら、回転強度
の高いものとすることができる。即ち、エネルギEは、 E=(1/2)(Ip×ω2 )〔J〕 で導かれるが、回転強度を上げたことで回転角速度ωを
大きく、換言すれば高速回転させることができる(この
回転は高速であって数万rpmにも達する)。これによ
ってエネルギ密度の高いフライホイール・バッテリを実
現することができる。
As described above, since the rotor 20d is made of the carbon fiber reinforced resin, the rotor 20d can be lightweight and have high rotational strength. That is, the energy E is guided by E = (1/2) (Ip × ω 2 ) [J], but the rotation angular velocity ω is increased by increasing the rotation strength, in other words, high-speed rotation is possible ( This rotation is fast and reaches tens of thousands of rpm). This makes it possible to realize a flywheel battery with high energy density.

【0023】図1の説明に戻ると、シャフト14の半部
14bの外周には永久磁石22が配置され、永久磁石2
2をフィラメントワインディング層24でシャフト14
上に巻き止め、発電電動機のロータ(回転子)26が構
成される。他方、ハウジング12には、ロータ26と所
定のギャップ(間隙)をおいてステータ(固定子巻線)
30が固定される。ロータ26とステータ30で発電電
動機が構成される。
Returning to the explanation of FIG. 1, a permanent magnet 22 is arranged on the outer periphery of the half portion 14b of the shaft 14, and the permanent magnet 2
2 to the shaft 14 with the filament winding layer 24
The rotor (rotor) 26 of the generator motor is wound on the upper side. On the other hand, a stator (stator winding) is provided in the housing 12 with a predetermined gap from the rotor 26.
30 is fixed. The rotor 26 and the stator 30 constitute a generator motor.

【0024】シャフト14(より詳しくはシャフト半部
14a,14b)は、その両端において軸受け32を介
してハウジング12内に回転自在に収容される。軸受け
32は非接触式の軸受け、具体的には磁気軸受け32か
らなる。
The shaft 14 (more specifically, the shaft halves 14a and 14b) is rotatably accommodated in the housing 12 via bearings 32 at both ends thereof. The bearing 32 is a non-contact type bearing, specifically, a magnetic bearing 32.

【0025】磁気軸受け32は、シャフト14に固定さ
れた円筒形のロータ鉄芯(図示せず)と、ハウジング1
2に固定された複数個のステータおよびそこに配置され
た電磁石(共に図示せず)とからなり、ロータ鉄芯をス
テータ側の電磁石で放射状に引き合うことで回転体10
0を非接触に支持する。ステータなどの付近にはステー
タに対するロータ鉄芯の変位(位置)、より一般的には
磁気軸受け32に対するシャフト14あるいは回転体1
00の変位を示す信号を出力する変位センサ(変位検出
手段)34と、回転体100の回転数を示す回転数セン
サ36が配置される。
The magnetic bearing 32 includes a cylindrical rotor iron core (not shown) fixed to the shaft 14 and the housing 1.
2 includes a plurality of stators fixed to 2 and electromagnets (both not shown) arranged therein, and the rotor core is attracted radially by the electromagnets on the stator side to rotate the rotor 10
0 is supported in a non-contact manner. Displacement (position) of the rotor iron core with respect to the stator in the vicinity of the stator or the like, more generally, the shaft 14 or the rotating body 1 with respect to the magnetic bearing 32.
A displacement sensor (displacement detecting means) 34 that outputs a signal indicating the displacement of 00 and a rotation speed sensor 36 that indicates the rotation speed of the rotating body 100 are arranged.

【0026】変位センサ34および回転数センサ36の
出力は、マイクロコンピュータからなるコントローラ4
0に送られる。コントローラ40は、変位センサ34の
出力から上記したステータに対するロータ鉄芯の変位
(位置)Pを検出すると共に、その出力の微分値(ある
いは差分値)を求めて変位速度(ステータに対するロー
タ鉄芯、より一般的には磁気軸受け32に対するシャフ
ト14あるいは回転体100の変位速度)Vを検出す
る。また、回転数センサ36の出力から回転体100の
回転数Nを検出する。
The outputs of the displacement sensor 34 and the rotation speed sensor 36 are output from the controller 4 which is a microcomputer.
Sent to 0. The controller 40 detects the displacement (position) P of the rotor core with respect to the stator from the output of the displacement sensor 34, and obtains the differential value (or difference value) of the output to determine the displacement speed (the rotor core with respect to the stator, More generally, the displacement velocity V of the shaft 14 or the rotating body 100 with respect to the magnetic bearing 32 is detected. Further, the rotation speed N of the rotating body 100 is detected from the output of the rotation speed sensor 36.

【0027】図3に示す如く、コントローラ40は、検
出された変位Pが目標値に一致するように、フィードバ
ック制御則(PD制御則など)に基づき、回転数Nに応
じて求められる変位Pおよび変位速度Vについての適宜
な比例(P)ゲインおよび微分(D)ゲインを用いて磁
気軸受け32のステータに配置された電磁石の励磁コイ
ルに供給すべき操作量(通電指令値)を算出し、駆動部
32aを介して出力する。
As shown in FIG. 3, the controller 40 determines the displacement P and the displacement P determined according to the rotation speed N based on the feedback control law (PD control law, etc.) so that the detected displacement P matches the target value. Using an appropriate proportional (P) gain and derivative (D) gain with respect to the displacement speed V, an operation amount (energization command value) to be supplied to the exciting coil of the electromagnet arranged in the stator of the magnetic bearing 32 is calculated and driven. It is output via the unit 32a.

【0028】ハウジング12の内部は減圧装置(図示せ
ず)に接続され、真空に保持されてフライホイール20
の回転時の空気抵抗を減少するように構成される。尚、
図示の構成にあっては、シャフト14とフライホイール
20とで回転体100が構成される。
The inside of the housing 12 is connected to a decompression device (not shown) and is held in a vacuum so that the flywheel 20 can be maintained.
Is configured to reduce air resistance when rotating. still,
In the illustrated configuration, the shaft 14 and the flywheel 20 form the rotating body 100.

【0029】このように、フライホイール・バッテリ1
0は、軸方向の複数個所、具体的には両端の2個所で支
持されたフライホイール20(およびシャフト14)か
らなる回転体100を備え、ロータ26とステータ30
を電動機として動作させることで駆動されて回転を開始
し、電気エネルギを回転体100の回転エネルギとして
蓄積し、蓄積した回転エネルギを発電電動機(ロータ2
6とステータ30)を介して出力する。出力は図示しな
い回路を介して取り出され、所望の用途に供される。
Thus, the flywheel battery 1
Reference numeral 0 denotes a rotor 100 composed of a flywheel 20 (and shaft 14) supported at a plurality of positions in the axial direction, specifically at two positions at both ends, and a rotor 26 and a stator 30.
Driven to operate as an electric motor to start rotation, electric energy is accumulated as rotational energy of the rotating body 100, and the accumulated rotational energy is used as a generator motor (rotor 2
6 and the stator 30). The output is taken out through a circuit (not shown) and provided for a desired application.

【0030】この発明の課題は、かかる非接触式の軸受
けを用いつつ、回転体100が高回転にあっても安定し
て回転するようにしたフライホイール・バッテリを提供
することにあるので、以下、それについて詳説する。
An object of the present invention is to provide a flywheel battery in which the non-contact type bearing is used, and the rotary body 100 can rotate stably even at high rotation speed. , I will explain it in detail.

【0031】図4は、回転体100を簡略化のため、機
械軸受けなどの固定部を持つ軸受けで単純支持した場合
の、回転数に対する共振周波数分岐特性を示す説明図で
ある。尚、同図(a)は慣性モーメント比Ip/Id>
1とした場合、同図(b)は慣性モーメント比Ip/I
d<1とした場合を示す。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the resonance frequency branching characteristic with respect to the rotation speed when the rotating body 100 is simply supported by a bearing having a fixed portion such as a mechanical bearing for simplification. It should be noted that the figure (a) shows the moment of inertia ratio Ip / Id>
If the value is 1, the figure (b) shows the moment of inertia ratio Ip / I.
The case where d <1 is shown.

【0032】回転体100は、ジャイロ効果により、同
図に示す如く、それ自身が持つn次の曲げ共振周波数
が、回転の上昇に伴ってそれぞれ高い周波数(前回りモ
ード周波数。章動(実線))と低い周波数(後回りモー
ド周波数。歳差(破線))に分岐する特性を持つ。
Due to the gyro effect, the rotating body 100 has its own n-th-order bending resonance frequency which is higher with the increase in rotation (forward rotation mode frequency. Nutation (solid line)). ) And a low frequency (backward mode frequency. Precession (dashed line)).

【0033】一般に、図示のような回転体100では、
ジャイロ効果による共振周波数の分岐度合いは、回転体
100の回転軸回りの慣性モーメントIpと、その回転
軸に直交すると共に、回転体100の重心を通る軸回り
の慣性モーメントId(図5に示す)の比Ip/Idに
よって決まる。図3(a)と(b)を対比すれば明らか
なように、この慣性モーメント比Ip/Idが大きいほ
ど、回転の上昇に伴う共振周波数の分岐が大きくなる。
Generally, in the rotating body 100 as shown,
The degree of branching of the resonance frequency due to the gyro effect is the inertia moment Ip about the rotation axis of the rotating body 100 and the inertia moment Id about the axis that is orthogonal to the rotation axis and passes through the center of gravity of the rotating body 100 (shown in FIG. 5). Is determined by the ratio Ip / Id. As is clear from comparison between FIGS. 3A and 3B, the larger the inertia moment ratio Ip / Id, the larger the branching of the resonance frequency due to the increase in rotation.

【0034】ジャイロ効果は回転体の傾き運動に対して
現れる効果であるので、図4(a)(b)に示す通り、
フライホイール20がより傾く曲げ2次共振周波数が特
にジャイロ効果の影響を大きく受け、その前回りモード
周波数は(Ip/Id)・ωに漸近する特徴がある
(ω:運搬線(前記した回転角速度に同じ))。
Since the gyro effect is an effect that appears with respect to the tilting motion of the rotating body, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b),
The bending secondary resonance frequency at which the flywheel 20 is more inclined is greatly affected by the gyro effect, and its forward rotation mode frequency is asymptotic to (Ip / Id) · ω (ω: transport line (rotational angular velocity described above. Same as)).

【0035】先に述べたように、回転体100の幾何学
中心と重心との間には、現実には僅かな偏芯(不釣り合
い)が存在するため、この偏芯による遠心力が回転振動
を惹起する。偏芯による遠心力は回転1次の加振力とし
て回転体100に作用するため、これら共振周波数と運
搬線ωの交点が、いわゆる曲げ危険速度と呼ばれる。図
示は省略するが、慣性モーメント比Ip/Id=1では
前記した漸近線が運搬線に一致するので、高回転では常
に危険速度状態となる。
As described above, since a slight eccentricity (unbalance) actually exists between the geometric center and the center of gravity of the rotating body 100, the centrifugal force due to this eccentricity causes rotational vibration. Cause. Since the centrifugal force due to the eccentricity acts on the rotating body 100 as a first-order rotation exciting force, the intersection of these resonance frequencies and the carrying line ω is called a bending critical speed. Although illustration is omitted, at the inertia moment ratio Ip / Id = 1, the asymptotic line described above coincides with the transportation line, and therefore at a high rotation speed, the critical speed state is always obtained.

【0036】図示のフライホイール・バッテリのような
高速回転体では、この危険速度の克服が課題となる。曲
げ危険速度を回避するためには、最高回転数内にこの危
険速度が存在しないように、回転体100自体の剛性を
上げる、即ち、回転体曲げ共振周波数を高くすることが
有効である。そのためにはシャフト14を太く・短くす
るのが有効であるが、同時に慣性モーメント比Ip/I
dが大きくなる。
In a high-speed rotating body such as the illustrated flywheel battery, overcoming this critical speed is a problem. In order to avoid the critical bending speed, it is effective to increase the rigidity of the rotating body 100 itself, that is, increase the rotating body bending resonance frequency so that the critical speed does not exist within the maximum rotation speed. For that purpose, it is effective to make the shaft 14 thicker and shorter, but at the same time, the moment of inertia ratio Ip / I
d becomes large.

【0037】続いて、磁気軸受け32で支持された場合
について考える。
Next, consider the case of being supported by the magnetic bearing 32.

【0038】磁気軸受け32などの非接触式の軸受け
は、機械式の軸受けと比較すると、その支持剛性が低い
ことから、回転体100には、曲げ共振の他に、それよ
りも低い周波数において、図6に示すようなパラレル
(並進)モードとコニカル(傾斜)モードからなる2種
の剛体共振が存在する。
Since the non-contact type bearing such as the magnetic bearing 32 has a lower supporting rigidity as compared with the mechanical type bearing, the rotating body 100 has a bending resonance and a lower frequency than that of the mechanical resonance. There are two types of rigid body resonances including a parallel (translational) mode and a conical (tilt) mode as shown in FIG.

【0039】図7から図9は、回転体100を簡略化の
ために剛体として扱うと共に、回転体100の形状を慣
性モーメント比Ip/Id>1、Ip/Id=1、Ip
/Id<1とした場合の、回転数Nに対するパラレルモ
ードとコニカルモードの共振周波数およびダンパ特性
(減衰比)の変化を示すシミュレーションデータ図であ
る。
7 to 9, the rotating body 100 is treated as a rigid body for simplification, and the shape of the rotating body 100 has inertia moment ratios Ip / Id> 1, Ip / Id = 1, Ip.
FIG. 9 is a simulation data diagram showing changes in the resonance frequency and the damper characteristic (attenuation ratio) of the parallel mode and the conical mode with respect to the rotation speed N when / Id <1.

【0040】先に図4に示した単純支持の曲げ共振の場
合と同様に、磁気軸受け支持で現れる剛体共振もジャイ
ロ効果の影響を受け、図7などに示す如く、共振周波数
が分岐する特性を持つ。図4で見られたような回転数の
上昇と共に大きく分岐する曲げ2次共振に関しては、磁
気軸受け支持ではコニカル共振がそれに対応し、曲げ2
次前回り共振周波数に代わってコニカル前回り共振周波
数(1点鎖線で示す)が(Ip/Id)・ωに漸近す
る。
As in the case of the simply supported bending resonance shown in FIG. 4, the rigid resonance appearing in the magnetic bearing support is also affected by the gyro effect, and as shown in FIG. To have. Concerning the bending secondary resonance, which largely diverges with the increase of the rotational speed as seen in FIG. 4, the conical resonance corresponds to this in the magnetic bearing support, and the bending 2
The conical forward resonance frequency (indicated by a one-dot chain line) instead of the next forward resonance frequency gradually approaches (Ip / Id) · ω.

【0041】図7などから明らかなように、共振周波数
変化の大きいコニカル前回りモードに対するダンパ特性
(減衰比)の低下が大きい。これは、回転数の上昇に伴
ってコニカル前回りモード(剛体共振)が不安定方向に
変化することを意味している。
As is clear from FIG. 7 and the like, the damper characteristic (attenuation ratio) is largely reduced for the conical forward rotation mode in which the resonance frequency changes greatly. This means that the conical forward rotation mode (rigid body resonance) changes in an unstable direction as the rotation speed increases.

【0042】特に、図7に示すように、回転体100の
慣性モーメント比Ip/Id>1、より詳しくは1.3
程度とした場合、ダンパ特性(減衰比)の低下度合いが
著しく、高回転化は不可能である。図8に示す、回転体
100の慣性モーメント比Ip/Id=1としたとき
は、図7に示す場合に比較すれば、減衰比の低下度合い
はやや改善されるものの、曲げ2次共振の前回りモード
と同様、共振周波数の漸近線がωとなるため、やはり回
転数の増加には限界がある。
In particular, as shown in FIG. 7, the inertia moment ratio Ip / Id> 1 of the rotating body 100, more specifically 1.3.
If it is set to a degree, the degree of deterioration of the damper characteristic (damping ratio) is remarkable, and high rotation cannot be achieved. When the inertia moment ratio Ip / Id of the rotating body 100 shown in FIG. 8 is set, the degree of decrease in the damping ratio is slightly improved as compared with the case shown in FIG. 7, but before the bending secondary resonance. As with the rotating mode, the asymptote of the resonance frequency is ω, so there is also a limit to the increase in rotation speed.

【0043】それに対し、図9に示す、回転体100の
慣性モーメント比Ip/Id<1、より詳しくは0.6
程度とした場合、減衰比の低下度合いは緩やかになり、
高回転での安定性を確保することができる。尚、図9に
示す場合、符号a,bに示すようなコニカル危険速度N
a,Nbが存在することになるが、危険速度Na,Nb
付近での減衰比が大きいことから、危険速度の通過は容
易である。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the inertia moment ratio Ip / Id <1 of the rotating body 100, more specifically 0.6.
If it is set to a degree, the degree of decrease of the damping ratio will be gradual,
It is possible to ensure stability at high rotation speeds. Incidentally, in the case shown in FIG. 9, the conical critical speed N as indicated by reference signs a and b is shown.
a and Nb are present, but critical speeds Na and Nb
Since the damping ratio in the vicinity is large, it is easy to pass the critical speed.

【0044】この慣性モーメント比Ip/Idをより小
さくするほど減衰比の低下度合いを小さくすることがで
きるが、他方、慣性モーメント比を小さくすることは、
シャフト14の軸方向長さを長くすることにつながり、
曲げ共振周波数低下、あるいはフライホイール・バッテ
リ10全体の重量の増加を招くことになる。
As the inertia moment ratio Ip / Id becomes smaller, the degree of decrease in the damping ratio can be made smaller. On the other hand, making the inertia moment ratio smaller makes
Leading to a longer axial length of the shaft 14,
The bending resonance frequency is lowered, or the weight of the flywheel battery 10 as a whole is increased.

【0045】発明者達は、そのような相反する事象を比
較考量した結果、慣性モーメント比Ip/Idが0.7
あるいはその近傍となるように、回転体100の形状を
決定するのが望ましいとの結論に達した。それによっ
て、磁気軸受けなどの非接触式の軸受けを用いるとき
も、回転体の高回転時の一層の安定化を実現することが
できる。
As a result of comparatively weighing such contradictory events, the inventors have found that the inertia moment ratio Ip / Id is 0.7.
Alternatively, it has been concluded that it is desirable to determine the shape of the rotating body 100 so as to be in the vicinity thereof. Thereby, even when a non-contact type bearing such as a magnetic bearing is used, it is possible to further stabilize the rotating body at a high rotation speed.

【0046】以上の如く、この実施の形態に係るフライ
ホイール・バッテリにおいては、磁気軸受け32などの
非接触式の軸受けを用いると共に、回転体100の形状
を、慣性モーメント比Ip/Idが1未満、望ましくは
0.7あるいはその近傍とする如く構成したので、フラ
イホイール・バッテリの高回転時の安定化が可能とな
り、よって一層エネルギ密度の高いフライホイール・バ
ッテリを実現することができる。
As described above, in the flywheel battery according to this embodiment, a non-contact type bearing such as the magnetic bearing 32 is used, and the shape of the rotating body 100 is set so that the inertia moment ratio Ip / Id is less than 1. Since it is preferably set to 0.7 or in the vicinity thereof, it is possible to stabilize the flywheel battery at the time of high rotation, and thus it is possible to realize a flywheel battery having a higher energy density.

【0047】尚、ここで、慣性モーメント比が1未満な
どになるように、回転体100の形状を決定するとは、
具体的には、シャフト14およびフライホイール20
(例えばそのロータ20d)の形状を決定することのみ
ならず、その材質を変えて比重を調節するなども含む意
味である。
Here, to determine the shape of the rotating body 100 so that the moment of inertia ratio is less than 1 or the like,
Specifically, the shaft 14 and the flywheel 20
This means not only determining the shape of the rotor 20d, for example, but also adjusting the specific gravity by changing the material.

【0048】さらに、磁気軸受け32について回転数N
などからフィードバック制御を行うように構成したの
で、減衰比の低下に対して補正することも可能となる。
即ち、ステータに対するロータ鉄芯の変位Pが目標値に
一致するように磁気軸受け32のステータの電磁石の励
磁コイルへの通電指令値をPD制御する、図3に示すよ
うなフィードバック制御を行うとすると、機械系で言え
ば変位フィードバックがバネ、変位速度フィードバック
がダンパに相当するが、課題としているジャイロ効果は
回転体100の回転数Nの関数であることから、この実
施の形態においては、回転数Nに応じて変位Pおよび変
位速度Vのフィードバックゲインを調整するようにし
た。尚、フィードバックゲインは、回転数Nに応じて予
め設定しておいても良く、あるいは実時間で算出しても
良い。
Further, the rotational speed N of the magnetic bearing 32 is
Since the feedback control is performed based on the above, it is possible to correct the decrease in the damping ratio.
That is, if feedback control as shown in FIG. 3 is performed, PD control is performed on the energization command value to the exciting coil of the electromagnet of the stator of the magnetic bearing 32 so that the displacement P of the rotor core with respect to the stator matches the target value. In the mechanical system, the displacement feedback corresponds to the spring and the displacement velocity feedback corresponds to the damper. However, since the gyro effect to be solved is a function of the rotation speed N of the rotating body 100, the rotation speed is set in this embodiment. The feedback gains of the displacement P and the displacement speed V are adjusted according to N. The feedback gain may be set in advance according to the rotation speed N, or may be calculated in real time.

【0049】図10は、回転数Nに対する減衰比の変化
を一般的に示すグラフであるが、この実施の形態のよう
に回転数と変位でフィードバック制御を行うと、例え
ば、同図に「無対策」と破線で示す場合に比し、同図に
実線で示すように、減衰比の低下を矢印で示す如く鈍化
させ、緩やかにすることができる。また、フィードバッ
クゲインを介してバネ(支持剛性)およびダンパ(減衰
比)も比較的容易に調整することができる。
FIG. 10 is a graph generally showing the change of the damping ratio with respect to the rotation speed N. If feedback control is performed by the rotation speed and the displacement as in this embodiment, for example, in FIG. As shown by the solid line in the figure, the decrease in the damping ratio can be slowed down and moderated as shown by the arrow, as compared with the case of "countermeasure" indicated by the broken line. Further, the spring (supporting rigidity) and the damper (damping ratio) can be adjusted relatively easily via the feedback gain.

【0050】尚、図7から図9において簡略化のために
回転体100を剛体として扱ったが、弾性体として扱っ
ても、漸近線などに若干の相違が生じるのみで、上記し
た傾向に大きな差異が生じることはない。
Although the rotating body 100 is treated as a rigid body for simplification in FIGS. 7 to 9, even if it is treated as an elastic body, only a slight difference occurs in the asymptote or the like, and the above tendency is large. There is no difference.

【0051】この実施の形態は、上記の如く、軸方向の
複数個所において非接触式の軸受け(磁気軸受け32)
で支持された(シャフト14と、シャフト14に固定さ
れた)フライホイール20からなる回転体100を備
え、電気エネルギを前記回転体の回転エネルギとして蓄
積し、蓄積した回転エネルギを発電電動機(ステータ2
6、ロータ30)を介して出力するフライホイール・バ
ッテリ10において、前記回転体100の形状を、前記
回転体の回転軸回りの慣性モーメントIpと、前記回転
軸に直交すると共に、前記回転体の重心を通る軸回りの
慣性モーメントIdの比Ip/Idが1未満となるよう
に、決定する如く構成した。
In this embodiment, as described above, a non-contact type bearing (magnetic bearing 32) is provided at a plurality of positions in the axial direction.
A rotary body 100 including a flywheel 20 (which is fixed to the shaft 14 and a shaft 14) supported by the rotary body 100 is stored, electric energy is accumulated as the rotary energy of the rotary body, and the accumulated rotary energy is used as a generator motor (stator 2).
6. In the flywheel battery 10 that outputs through the rotor 30), the shape of the rotating body 100 is orthogonal to the rotating shaft and the inertia moment Ip about the rotating shaft of the rotating body, and The ratio Ip / Id of the inertia moment Id about the axis passing through the center of gravity is set to be less than 1.

【0052】また、前記回転体100の形状を前記慣性
モーメントの比Ip/Idが0.7あるいはその近傍と
なるように決定する如く構成した。
Further, the shape of the rotating body 100 is determined so that the ratio Ip / Id of the inertia moment is 0.7 or in the vicinity thereof.

【0053】さらに、少なくとも前記磁気軸受け32に
対する前記回転体100(シャフト14)の変位P、具
体的には変位Pおよび変位速度V、より具体的には磁気
軸受け32のステータに対するロータ鉄芯の変位Pおよ
び変位速度Vを検出する変位検出手段、前記回転体の回
転数を検出する回転数検出手段(変位センサ34、コン
トローラ40)、前記回転体100の回転数を検出する
回転数検出手段(回転数センサ36、コントローラ4
0)、および前記検出された変位が目標値となるよう
に、所定のフィードバック制御則に基づき、前記回転数
に応じて求められるフィードバックゲインを用いて前記
磁気軸受けに供給すべき操作量を算出するフィードバッ
ク制御手段(コントローラ40)を備える如く構成し
た。
Further, at least the displacement P of the rotating body 100 (shaft 14) with respect to the magnetic bearing 32, specifically the displacement P and the displacement speed V, more specifically, the displacement of the rotor core with respect to the stator of the magnetic bearing 32. Displacement detecting means for detecting P and displacement speed V, rotating speed detecting means for detecting the rotating speed of the rotating body (displacement sensor 34, controller 40), rotating speed detecting means for detecting the rotating speed of the rotating body 100 (rotating body). Number sensor 36, controller 4
0), and the operation amount to be supplied to the magnetic bearing is calculated using a feedback gain obtained according to the rotation speed based on a predetermined feedback control law so that the detected displacement becomes a target value. The feedback control means (controller 40) is provided.

【0054】尚、上記において非接触式の軸受けの例と
して磁気軸受けを示したが、それに限られるものではな
く、空気などの流体を媒体として用いる軸受けなどであ
っても良い。
Although a magnetic bearing is shown as an example of the non-contact type bearing in the above, the bearing is not limited to this, and a bearing using a fluid such as air as a medium may be used.

【0055】また、上記においてフライホイール・バッ
テリとして、ハウジング12に固定された発電電動機の
ステータ30および磁気軸受け32のステータの径方向
内側にロータ26およびロータ鉄心をそれぞれ配置した
インナーロータ型を示したが、ハウジング12に固定さ
れた発電電動機のステータ30および磁気軸受け32の
ステータの径方向外側にロータ26およびロータ鉄心を
それぞれ配置したアウターロータ型であっても良く、さ
らには、それらの一方がインナーロータ型、他方がアウ
ターロータ型の複合型であっても良い。
Further, in the above description, as the flywheel battery, the inner rotor type in which the rotor 26 and the rotor core are arranged inside the stator 30 of the generator motor fixed to the housing 12 and the stator of the magnetic bearing 32 in the radial direction is shown. May be an outer rotor type in which a rotor 26 and a rotor iron core are arranged radially outside the stator 30 of the generator motor fixed to the housing 12 and the stator of the magnetic bearing 32, and one of them is an inner rotor. A composite type of a rotor type and an outer rotor type may be used.

【0056】[0056]

【発明の効果】請求項1項にあっては、回転体の形状
を、その回転軸回りの慣性モーメントIpと、その回転
軸に直交すると共に、回転体の重心を通る軸回りの慣性
モーメントIdの比Ip/Idが1未満となるように決
定するように構成したので、回転の上昇に伴って共振周
波数が大きく分岐するコニカルモードに対する減衰比の
低下度合いを緩やかにすることができ、磁気軸受けなど
の非接触式の軸受けを用いるときも、回転体の高回転時
の安定化を実現することができ、よってバッテリとして
のエネルギ密度を上げることができる。
According to the first aspect of the present invention, the shape of the rotating body has an inertia moment Ip about its rotation axis and an inertial moment Id about the axis orthogonal to the rotation axis and passing through the center of gravity of the rotation body. Since the ratio Ip / Id is determined to be less than 1, it is possible to moderate the degree of decrease in the damping ratio with respect to the conical mode in which the resonance frequency branches greatly as the rotation increases, and the magnetic bearing Even when a non-contact type bearing such as the above is used, stabilization of the rotating body at high rotation speed can be realized, and thus the energy density of the battery can be increased.

【0057】請求項2項にあっては、慣性モーメント比
を小さくするほど減衰比の低下度合いを小さくすること
ができるが、他方、慣性モーメント比を小さくすること
は、シャフトを長くすることにつながり、曲げ共振周波
数低下、あるいはフライホイール・バッテリ本体の重量
の増加を招くことになる。従って、そのような相反する
事象を比較考量し、前記慣性モーメント比Ip/Idが
0.7あるいはその近傍となるように回転体の形状を決
定する如く構成した。これによって磁気軸受けなどの非
接触式の軸受けを用いるときも、回転体の高回転時の一
層の安定化を実現することができる。
According to the second aspect, the degree of decrease in the damping ratio can be made smaller as the inertia moment ratio is made smaller. On the other hand, making the inertia moment ratio smaller leads to lengthening of the shaft. The bending resonance frequency is lowered, or the weight of the flywheel battery body is increased. Therefore, such a contradictory phenomenon is comparatively weighed, and the shape of the rotating body is determined so that the inertia moment ratio Ip / Id becomes 0.7 or in the vicinity thereof. As a result, even when a non-contact type bearing such as a magnetic bearing is used, it is possible to further stabilize the rotating body at a high rotation speed.

【0058】請求項3項にあっては、検出された変位が
目標値となるように、所定のフィードバック制御則に基
づき、前記回転数に応じて求められるフィードバックゲ
インを用いて磁気軸受けに供給すべき操作量、より具体
的には磁気軸受けのステータに配置された電磁石の励磁
コイルに供給すべき通電指令値を算出するフィードバッ
ク制御手段を備える如く構成したので、換言すれば、機
械系で言えばバネ・ダンパ系に相当する変位フィードバ
ック、より具体的には、バネに相当する変位フィードバ
ックおよびダンパに相当する変位速度フィードバック
を、回転数に応じて調整したゲインを用いつつ、磁気軸
受けについて行うように構成したので、前記した効果に
加え、フィードバックゲインを介してバネ(支持剛性)
とダンパ(減衰比)を比較的容易に調整することができ
ると共に、回転数に対して所望のフィードバック則の調
整が可能となり、減衰比の低下に対する補正が可能とな
って減衰比の低下度合いを一層緩やかにすることがで
き、回転体の高回転時の安定化を一層良く実現すること
ができる。
According to the third aspect of the present invention, the detected displacement is supplied to the magnetic bearing by using a feedback gain obtained according to the rotational speed based on a predetermined feedback control law so that the detected displacement becomes a target value. Since it is configured so as to have a feedback control means for calculating an energization amount, more specifically, an energization command value to be supplied to the exciting coil of the electromagnet arranged in the stator of the magnetic bearing, in other words, in the mechanical system. Displacement feedback corresponding to a spring / damper system, more specifically, displacement feedback corresponding to a spring and displacement velocity feedback corresponding to a damper are performed for a magnetic bearing while using a gain adjusted according to the number of revolutions. Since it is configured, in addition to the effects described above, a spring (supporting rigidity) is provided via feedback gain.
And the damper (damping ratio) can be adjusted relatively easily, and the desired feedback law can be adjusted with respect to the number of revolutions, and the decrease in the damping ratio can be corrected and the degree of decrease in the damping ratio can be adjusted. It can be made more gradual, and the stabilization of the rotating body at high rotation speed can be further realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一つの実施の形態に係る、フライホ
イールなどからなる回転体を備えたフライホイール・バ
ッテリを全体的に示す概略図である。
FIG. 1 is an overall schematic view of a flywheel battery including a rotating body such as a flywheel according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すフライホイールの上面図である。FIG. 2 is a top view of the flywheel shown in FIG.

【図3】図1に示す磁気軸受けのフィードバック制御を
示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing feedback control of the magnetic bearing shown in FIG.

【図4】図1に示す回転体を簡略化のために機械軸受け
などの固定部を持つ軸受けで単純支持した場合の、回転
数に対する共振周波数分岐特性を慣性モーメント比別に
示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing resonance frequency branching characteristics with respect to rotation speed for each inertia moment ratio when the rotating body shown in FIG. 1 is simply supported by a bearing having a fixed portion such as a mechanical bearing for simplification.

【図5】図4などで用いる慣性モーメント比を示す説明
図である。
5 is an explanatory diagram showing an inertia moment ratio used in FIG. 4 and the like.

【図6】図1に示す回転体に作用する剛体共振を説明す
る説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating rigid body resonance that acts on the rotating body illustrated in FIG. 1.

【図7】図1に示す回転体を簡略化のため剛体として扱
うと共に、その形状を慣性モーメント比Ip/Id>1
とした場合の、パラレルモードとコニカルモードの共振
周波数および減衰比の変化を示すシミュレーションデー
タ図である。
FIG. 7 treats the rotating body shown in FIG. 1 as a rigid body for the sake of simplification, and changes its shape into a moment of inertia ratio Ip / Id> 1.
FIG. 6 is a simulation data diagram showing changes in the resonance frequency and the damping ratio of the parallel mode and the conical mode in the case of.

【図8】慣性モーメント比Ip/Id=1とした場合
の、図7と同様のシミュレーションデータ図である。
FIG. 8 is a simulation data diagram similar to FIG. 7 when the inertia moment ratio Ip / Id = 1.

【図9】慣性モーメント比Ip/Id<1とした場合
の、図7と同様のシミュレーションデータ図である。
9 is a simulation data diagram similar to FIG. 7 when the moment of inertia ratio Ip / Id <1.

【図10】図3に示すフィードバック制御の効果を説明
するための、回転数に対する減衰比の変化を一般的に示
すグラフである。
FIG. 10 is a graph generally showing a change of a damping ratio with respect to a rotation speed for explaining an effect of the feedback control shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 フライホイール・バッテリ 14 シャフト 20 フライホイール 22 永久磁石 26 (発電電動機の)ロータ 30 (発電電動機の)ステータ 32 磁気軸受け 34 変位センサ(変位検出手段) 36 回転数センサ(回転数検出手段) 40 コントローラ(変位および回転数検出手段お
よびフィードバック制御手段) 100 回転体
10 Flywheel / Battery 14 Shaft 20 Flywheel 22 Permanent magnet 26 Rotor 30 (of generator motor) Stator 32 (of generator motor) Magnetic bearing 34 Displacement sensor (displacement detection means) 36 Rotation speed sensor (rotation speed detection means) 40 Controller (Displacement and Rotation Speed Detection Means and Feedback Control Means) 100 Rotating Body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 浩一 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 板井 幸彦 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 3J102 AA01 BA03 BA17 CA02 CA22 DA03 DA09 DA18 DB05 DB06 DB08 DB37 GA09 5H607 AA04 AA14 BB02 BB07 BB14 BB25 CC09 DD02 DD16 EE42 GG17 GG29 HH01 HH03    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Koichi Ono             1-4-1 Chuo Stock Market, Wako City, Saitama Prefecture             Inside Honda Research Laboratory (72) Inventor Yukihiko Itai             1-4-1 Chuo Stock Market, Wako City, Saitama Prefecture             Inside Honda Research Laboratory F term (reference) 3J102 AA01 BA03 BA17 CA02 CA22                       DA03 DA09 DA18 DB05 DB06                       DB08 DB37 GA09                 5H607 AA04 AA14 BB02 BB07 BB14                       BB25 CC09 DD02 DD16 EE42                       GG17 GG29 HH01 HH03

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 軸方向の複数個所において非接触式の軸
受けで支持されたフライホイールからなる回転体を備
え、電気エネルギを前記回転体の回転エネルギとして蓄
積し、蓄積した回転エネルギを発電電動機を介して出力
するフライホイール・バッテリにおいて、前記回転体の
形状を、前記回転体の回転軸回りの慣性モーメントIp
と、前記回転軸に直交すると共に、前記回転体の重心を
通る軸回りの慣性モーメントIdの比Ip/Idが1未
満となるように、決定することを特徴とするフライホイ
ール・バッテリ。
1. A rotary body comprising a flywheel supported by non-contact bearings at a plurality of axial positions, the electric energy is accumulated as the rotary energy of the rotary body, and the accumulated rotary energy is used as a generator motor. In the flywheel battery output via the above, the shape of the rotating body is set to the inertia moment Ip about the rotation axis of the rotating body.
And a flywheel battery which is determined so that a ratio Ip / Id of an inertia moment Id about an axis passing through the center of gravity of the rotating body while being orthogonal to the rotation axis is less than 1.
【請求項2】 前記回転体の形状を前記慣性モーメント
の比Ip/Idが0.7あるいはその近傍となるように
決定することを特徴とする請求項1項記載のフライホイ
ール・バッテリ。
2. The flywheel battery according to claim 1, wherein the shape of the rotating body is determined so that the ratio of inertia moments Ip / Id is 0.7 or in the vicinity thereof.
【請求項3】 さらに、 a.少なくとも前記磁気軸受けに対する前記回転体の変
位を検出する変位検出手段、 b.前記回転体の回転数を検出する回転数検出手段、 および c.前記検出された変位が目標値となるように、所定の
フィードバック制御則に基づき、前記回転数に応じて求
められるフィードバックゲインを用いて前記磁気軸受け
に供給すべき操作量を算出するフィードバック制御手
段、を備えたことを特徴とする請求項1項または2項記
載のフライホイール・バッテリ。
3. Further comprising: a. Displacement detecting means for detecting at least displacement of the rotating body with respect to the magnetic bearing, b. Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the rotating body, and c. Feedback control means for calculating an operation amount to be supplied to the magnetic bearing by using a feedback gain obtained according to the rotation speed based on a predetermined feedback control law so that the detected displacement becomes a target value, The flywheel battery according to claim 1 or 2, further comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114026333A (en) * 2019-07-12 2022-02-08 埃地沃兹日本有限公司 Vacuum pump, rotor and gasket
WO2022073152A1 (en) * 2020-10-06 2022-04-14 大连理工大学 Method for designing inerter capable of adaptively adjusting inertia ratio

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114026333A (en) * 2019-07-12 2022-02-08 埃地沃兹日本有限公司 Vacuum pump, rotor and gasket
US11946482B2 (en) 2019-07-12 2024-04-02 Edwards Japan Limited Vacuum pump, rotor, and washer
WO2022073152A1 (en) * 2020-10-06 2022-04-14 大连理工大学 Method for designing inerter capable of adaptively adjusting inertia ratio
US11965578B2 (en) 2020-10-06 2024-04-23 Dalian University Of Technology Method for inerter with adaptively adjusted inertia ratio

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