特開 2025-4359 電力貯蔵装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025004359

(43)【公開日】2025-01-15

(54)【発明の名称】電力貯蔵装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/02 20060101AFI20250107BHJP

   H02K 7/08 20060101ALI20250107BHJP

   H02J 15/00 20060101ALI20250107BHJP

【ＦＩ】

H02K7/02

H02K7/08 A

H02J15/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023103994

(22)【出願日】2023-06-26

(71)【出願人】

【識別番号】522196803

【氏名又は名称】満森 一成

(74)【代理人】

【識別番号】110003225

【氏名又は名称】弁理士法人豊栖特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】満森 一成

【テーマコード（参考）】

5H607

【Ｆターム（参考）】

5H607AA12

5H607BB01

5H607BB02

5H607BB14

5H607CC05

5H607DD03

5H607EE42

5H607GG14

(57)【要約】

【課題】発熱による回転数の低下を抑制する。
【解決手段】電力貯蔵装置１００は、筐体１と、筐体１に収納された、モータ側回転軸１２と、モータ側端子１４を有するモータ１０と、筐体１に収納された、発電機側回転軸２２と、発電機側端子２４を有する発電機２０と、筐体１に収納された、モータ側回転軸１２と発電機側回転軸２２とを連結するトルクコンバータ３０とを備える。外部からモータ側端子１４に供給された電力でモータ側回転軸１２を回転させ、モータ側回転軸１２の回転をトルクコンバータ３０を介して発電機側回転軸２２を回転させ、発電機側回転軸２２の回転により発電機側端子２４に生じた電力の内、一部を、外部出力可能とし、他の一部を、モータ側端子１４に供給可能に構成している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

供給された電力を回転運動エネルギーとして貯蔵する電力貯蔵装置であって、
筐体と、
前記筐体に収納された、モータ側回転軸と、モータ側端子を有するモータと、
前記筐体に収納された、発電機側回転軸と、発電機側端子を有する発電機と、
前記筐体に収納された、前記モータ側回転軸と発電機側回転軸とを連結するトルクコンバータと、
を備え、
外部から前記モータ側端子に供給された電力で前記モータ側回転軸を回転させ、前記モータ側回転軸の回転を前記トルクコンバータを介して前記発電機側回転軸を回転させ、
前記発電機側回転軸の回転により前記発電機側端子に生じた電力の内、一部を、外部出力可能とし、他の一部を、前記モータ側端子に供給可能に構成してなる電力貯蔵装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力貯蔵装置であって、
前記筐体が、非磁性材料で、耐熱性の材質で構成されてなる電力貯蔵装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電力貯蔵装置であって、
前記筐体が、樹脂製である電力貯蔵装置。

【請求項4】

請求項３に記載の電力貯蔵装置であって、
前記筐体が、その一部に開口窓を一以上形成してなる電力貯蔵装置。

【請求項5】

請求項４に記載の電力貯蔵装置であって、
前記開口窓が、前記筐体の長手方向の中間に形成されてなる電力貯蔵装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電力貯蔵装置であって、
前記モータ及び発電機が、ネオジム磁石を用いてなる電力貯蔵装置。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載の電力貯蔵装置であって、
前記発電機は、前記発電機側回転軸の周囲に巻かれた、
第一巻き線と、
前記第一巻き線よりも太い第二巻き線を有しており、
前記発電機側回転軸の回転により、
前記第一巻き線に生じた起電力の少なくとも一部を、前記モータのモータ側端子に印加可能とし、
前記第二巻き線に生じた起電力を、前記発電機側端子から出力可能に構成してなる電力貯蔵装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電力貯蔵装置であって、
前記第一巻き線を、前記発電機側回転軸の周囲に配置された第一巻き線幅よりも、
前記第二巻き線を、前記発電機側回転軸の周囲に配置された第二巻き線幅を、広くしてなる電力貯蔵装置。

【請求項9】

請求項７に記載の電力貯蔵装置であって、
前記第一巻き線を、前記発電機側回転軸の周囲に配置された第一巻き線領域を、
前記第二巻き線を、前記発電機側回転軸の周囲に配置された第二巻き線領域よりも、前記モータに近接させてなる電力貯蔵装置。

【請求項10】

請求項９に記載の電力貯蔵装置であって、
前記発電機側端子が、前記発電機側回転軸の回転により前記発電機側端子に生じた電力を、
外部に出力するための外部出力端子と、
前記モータ側端子に供給するためのモータ用入力端子と
を備えており、
前記モータ側端子と前記外部出力端子との間に、前記モータ用入力端子を配置してなる電力貯蔵装置。

【請求項11】

請求項１～６のいずれか一項に記載の電力貯蔵装置であって、
前記筐体が据え置き型である電力貯蔵装置。

【請求項12】

請求項１～６のいずれか一項に記載の電力貯蔵装置であって、
前記発電機側回転軸の軸受に、エアベアリングを用いてなる電力貯蔵装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、外部から供給される電力を回転体の回転運動エネルギーに変換して貯蔵したり、回転体の回転運動エネルギーを電力に変換して外部へ出力する式電力貯蔵装置に関する。

【背景技術】

【0002】

フライホイール・バッテリー等の、電気が持つエネルギーを一時的に回転運動の物理的エネルギーに変換して保存し、電気が必要な時に回転運動から発電によって電気を得るフライホイール式電力貯蔵装置が知られている。このようなフライホイール式電力貯蔵装置の一例として、電気自動車等の移動体に搭載される電力貯蔵装置が知られている（特許文献１）。この電力貯蔵装置は、発電機として機能させることが可能なモータと、このモータの主軸（回転駆動軸）に取り付けられる回転体（フライホイール）とを備える。このモータは、永久磁石形同期電動機である。また、回転体は、主軸と直交する方向に広がる、慣性モーメントの大きな円板状の部材である。

【0003】

この電力貯蔵装置では、電力（電気エネルギー）が供給されたときには、モータが回転体の回転数を上げることによって供給された電力を回転体の回転運動エネルギーに変換した状態で貯蔵する。一方、貯蔵した電力を出力するときには、モータを発電機として機能させ、回転体の回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。このとき出力された電気エネルギーの量に応じて回転体の回転運動エネルギーが減少するため、その回転数が低下する。

【0004】

このような電力貯蔵装置では、慣性モーメントの大きな回転体を高速で回転させているため、例えば、当該電力貯蔵装置を搭載した移動体（例えば、電気自動車等）が急に移動方向を変えると、回転体の慣性モーメントによって生じる非常に大きな慣性力（歳差運動）が移動体に作用して移動体の挙動が不安定になる。

【0005】

そこで、特許文献２に記載の電力貯蔵装置が提案されている。この電力貯蔵装置は、図８及び図９に示されるように、発電機として機能させることが可能なモータ７０２、及びモータ７０２の主軸７０４に取り付けられた回転体７０６を有するフライホイール部７０８と、フライホイール部７０８を水平面上において互いに直交する二つの軸（図８におけるＸ軸及びＹ軸）周りに回転自在に支持するジンバル構造の支持部材７１０とを備える。

【0006】

この電力貯蔵装置７００では、ジンバル構造の支持部材７１０がフライホイール部７０８を支持することでフライホイール部７０８が移動体に対する姿勢を自由に変更できる。このため、当該電力貯蔵装置７００を搭載した移動体がその移動方向を急に変更したときに、フライホイール部７０８（高速で回転する回転体７０６）が移動体に対する姿勢を変更し、これにより、フライホイール部７０８（高速で回転する回転体７０６）の慣性モーメントに基づく慣性力（歳差運動）が移動体に作用することを防ぐことができる。

【0007】

しかしながら、上記のようなジンバル構造の支持部材７１０を備えた電力貯蔵装置７００では、複雑な支持構造の支持部材７１０が必要であり、また、この複雑な構造の支持部材７１０を設けることで電力貯蔵装置７００が大型化する。

【0008】

これに対して、回転体を備えたフライホイール式電力貯蔵装置であって、簡素な構造でありながら当該電力貯蔵装置を搭載した移動体に作用する回転体の回転に基づく慣性力を抑制することが可能なフライホイール式電力貯蔵装置が提案されている（特許文献３）。このフライホイール式電力貯蔵装置は、図１０に示すように、供給された電力を回転運動エネルギーとして貯蔵するフライホイール式電力貯蔵装置８１０であって、特定の方向に延びる主軸８１２と、主軸８１２に取り付けられ且つ当該主軸８１２周りに回転可能な一対の回転体８３０、８３０と、各回転体８３０を互いに逆方向に回転させつつ主軸８１２周りの回転周期を同期させる駆動部８４０とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０－２８５８３４号公報

【特許文献2】特開２００５－６５４１１号公報

【特許文献3】特許第５８５６０３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、このようなフライホイール式電力貯蔵装置では効率の点で改善の余地があった。

【0011】

本開示は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、効率良くエネルギーを蓄積可能とした電力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及び発明の効果】

【0012】

本開示の形態１に係る電力貯蔵装置は、供給された電力を回転運動エネルギーとして貯蔵する電力貯蔵装置であって、筐体と、前記筐体に収納された、モータ側回転軸と、モータ側端子を有するモータと、前記筐体に収納された、発電機側回転軸と、発電機側端子を有する発電機と、前記筐体に収納された、前記モータ側回転軸と発電機側回転軸とを連結するトルクコンバータと、を備え、外部から前記モータ側端子に供給された電力で前記モータ側回転軸を回転させ、前記モータ側回転軸の回転を前記トルクコンバータを介して前記発電機側回転軸を回転させ、前記発電機側回転軸の回転により前記発電機側端子に生じた電力の内、一部を、外部出力可能とし、他の一部を、前記モータ側端子に供給可能に構成している。上記構成により、モータの起動時には外部の電力を利用してモータ側回転軸をさせ、トルクコンバータを介して発電機側回転軸を回転させることでトルクを増幅させ、発電機側回転軸の回転が安定した状態で、発電機の発電の一部をモータ側に供給することで、モータの電力消費量を削減することが可能となる。

【0013】

また、形態２に係る電力貯蔵装置は、上記形態において、前記筐体が、非磁性材料で、耐熱性の材質で構成されている。上記構成により、筐体を金属製等の磁性材料でなく非磁性材料とすることで、モータの回転時に磁力が発生して、金属製の筐体との間で引力が働いて回転に対する抵抗となる事態を低減できる。

【0014】

さらに、形態３に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記筐体が、樹脂製である。上記構成により、筐体を金属製でなく樹脂製とすることで、モータの回転時に磁力が発生して、金属製の筐体との間で引力が働いて回転に対する抵抗となる事態を低減できる。

【0015】

さらにまた、形態４に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記筐体が、その一部に開口窓を一以上形成している。上記構成により、筐体に形成した開口窓を通じて冷却効果を高めることで、熱によって回転数が減少する事態を回避できる。

【0016】

さらにまた、形態５に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記開口窓が、前記筐体の長手方向の中間に形成されている。これにより、熱によって永久磁石の消磁が生じる事態を抑制できる。

【0017】

さらにまた、形態６に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記モータ及び発電機が、ネオジム磁石を用いている。上記構成により、ネオジム磁石が熱で磁力を低下させる事態を、筐体の冷却効果を高めることで回避できる。

【0018】

さらにまた、形態７に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記発電機は、前記発電機側回転軸の周囲に巻かれた、第一巻き線と、前記第一巻き線よりも太い第二巻き線を有しており、前記発電機側回転軸の回転により、前記第一巻き線に生じた起電力の少なくとも一部を、前記モータのモータ側端子に印加可能とし、前記第二巻き線に生じた起電力を、前記発電機側端子から出力可能に構成している。上記構成により、細い第一巻き線により、太い第二巻き線よりも早く起電力を生じさせることができ、モータ側への電力供給を速やかに開始することが可能となる。

【0019】

さらにまた、形態８に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記第一巻き線を、前記発電機側回転軸の周囲に配置された第一巻き線幅よりも、前記第二巻き線を、前記発電機側回転軸の周囲に配置された第二巻き線幅を、広くしている。上記構成により、発電機により発電された電気エネルギーの内、外部に供給する電気エネルギーを大きくし、モータ側に供給する電気エネルギーを小さくして、発電機から取り出せる出力を向上できる。

【0020】

さらにまた、形態９に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記第一巻き線を、前記発電機側回転軸の周囲に配置された第一巻き線領域を、前記第二巻き線を、前記発電機側回転軸の周囲に配置された第二巻き線領域よりも、前記モータに近接させている。上記構成により、モータ側に電力を供給する起電力を生成する第一巻き線領域を、モータ側に近接させて、モータ側に電力を供給する経路の抵抗を低減させ、より効率のより電力伝達が可能となる。

【0021】

さらにまた、形態１０に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記発電機側端子が、前記発電機側回転軸の回転により前記発電機側端子に生じた電力を、外部に出力するための外部出力端子と、前記モータ側端子に供給するためのモータ用入力端子とを備えており、前記モータ側端子と前記外部出力端子との間に、前記モータ用入力端子を配置している。上記構成により、モータ側に電力を供給するモータ用入力端子を、モータ側に近接させて、モータ側に効率よく電力を供給することが可能となる。

【0022】

さらにまた、形態１１に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記筐体が据え置き型である。

【0023】

さらにまた、形態１２に係る電力貯蔵装置は、上記いずれかの形態において、前記発電機側回転軸の軸受に、エアベアリングを用いている。これにより、発電機側回転軸の摩耗を回避して信頼性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態１に係る電力貯蔵装置を示す概略図である。

【図2】変形例に係る電力貯蔵装置を示す概略既ある。

【図3】実施形態２に係る電力貯蔵装置を示す概略図である。

【図4】実施形態３に係る電力貯蔵装置を示す概略図である。

【図5】実施形態４に係る電力貯蔵装置を示す概略図である。

【図6】発電機側回転軸に対する永久磁石の配置の一例を示す概略図である。

【図7】発電機側回転軸に対する永久磁石の配置の他の例を示す概略図である。

【図8】従来のフライホイール式電力貯蔵装置の概略構成を示す図である。

【図9】図８のＹ軸方向に沿ったフライホイール部の縦断面図である。

【図10】従来の他のフライホイール式電力貯蔵装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本開示の技術思想を具体化するための例示であって、本開示は電力貯蔵装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本開示の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本開示を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
［実施形態１］

【0026】

本開示の実施形態１に係る電力貯蔵装置１００を、図１の概略図に示す。この図に示す電力貯蔵装置１００は、筐体１と、モータ１０と、発電機２０と、トルクコンバータ３０を備える。筐体１は、モータ１０と、発電機２０と、トルクコンバータ３０を内部に収納する中空の部材である。筐体１の外形は、箱形としたり、円筒型とする等、任意の形状が利用できる。

【0027】

筐体１は、磁気を通さない非磁性材料で構成することが好ましい。このように筐体１を金属製等の磁性材料でなく非磁性材料とすることで、モータ１０の回転時に磁力が発生して、金属製の筐体１との間で引力が働いて回転に対する抵抗となる事態を低減できる。いわば、非磁性材料の筐体１を用いることで磁気ブレーキを回避できる。

【0028】

また筐体１は、耐熱性の材質で構成することが望ましい。耐熱性の材質で筐体１を構成することで、熱によって永久磁石の消磁が発生する事態を回避できる。例えば、耐熱温度を５００℃とする耐熱プラスチックで筐体１を構成する。
（モータ１０）

【0029】

モータ１０は、モータ側端子１４から外部の電力を供給を受けて、モータ側回転軸１２を回転させる。モータ側回転軸１２は、トルクコンバータ３０を介して発電機２０の発電機側回転軸２２と連結される。モータ１０には、回転子（界磁）に永久磁石を使用した永久磁石同期電動機（Permanent Magnet Synchronous Motor；ＰＭＳＭ）を利用できる。これにより構造を単純化してメンテナンスの手間を低減できる。永久磁石には、磁力の高い強磁性体、例えばネオジム磁石が利用できる。
（トルクコンバータ３０）

【0030】

トルクコンバータ３０は、流体の力学的作用を利用した変速機であり、入力側と出力側の回転差によりトルクの増幅作用を発生させる。粒体には油などが利用され、二軸間の速度比を無段階に変化させることができる。このようなトルクコンバータ３０は、ターボ型ポンプ羽根車、タービン羽根車、案内羽根等で構成される。このトルクコンバータ３０の入力側をモータ１０のモータ側回転軸１２に、出力側を発電機２０の発電機側回転軸２２に接続することで、モータ側回転軸１２のトルクを向上させ、モータ１０にかかる負荷を軽減して、モータ１０の寿命を延ばすことができる。
（発電機２０）

【0031】

発電機２０は、トルクコンバータ３０を介してモータ側回転軸１２と接続される。この発電機２０は、界磁に永久磁石を用いた永久磁石同期発電機が利用できる。この構成の電力貯蔵装置１００は、外部からモータ側端子１４に供給された電力でモータ１０のモータ側回転軸１２を回転させる。モータ側回転軸１２の回転は、トルクコンバータ３０を介して発電機２０の発電機側回転軸２２に伝達される。この状態で、モータ１０に供給された電気ネルギーは、モータ側回転軸１２からトルクコンバータ３０を介して発電機側回転軸２２に伝達されて、回転エネルギーとして維持される状態となる。

【0032】

モータ１０への電力供給が継続されて、発電機側回転軸２２の回転が安定してくると、当該回転によって起電力が生じる。この発電機側回転軸２２の回転により発電機側端子２４に生じた電力の内、一部は、外部出力可能としている。すなわち、発電機側端子２４に接続された他の電気機器などの負荷に対し、駆動電極を供給可能となる。すなわち、電力貯蔵装置１００に貯蔵された回転エネルギーの一部が、外部に電気エネルギーとして取り出される。

【0033】

その一方で、発電機側端子２４に生じた電力の内、他の一部を、モータ側端子１４に供給可能としている。これによってモータ１０の駆動電力の少なくとも一部が補填されて、モータ１０で消費される駆動電力を低減できる。いわば、少なくとも部分的なエネルギー循環が実現される。特にトルクコンバータ３０を介在させたことで、モータ側回転軸１２の回転トルクが増幅されて発電機側回転軸２２に伝達されることで、電気エネルギーから運動エネルギーに変換する変換ロスを低減できる。トルクコンバータ３０を用いることで、フライホイールを使用するよりも、より効率のよい電力の貯蔵と放出が可能となる。
（第一巻き線２７、第二巻き線２８）

【0034】

また発電機２０は、発電機側回転軸２２の周囲に巻かれた、第一巻き線２７と、第二巻き線２８を有している。第二巻き線２８は、第一巻き線２７よりも太くしている。換言すると、第一巻き線２７は、細線としている。そして、発電機側回転軸２２の回転により、第一巻き線２７に生じた起電力（第一出力）を、モータ１０のモータ側端子１４に印加可能とし、第二巻き線２８に生じた起電力（第二出力）を、発電機側端子２４から出力可能としている。このような構成とすることで、細い第一巻き線２７により、太い第二巻き線２８よりも早く起電力を生じさせることができる。同じ回転数では、細線の巻き線のコイルの方が早く起電力を生じるからである。この結果、モータ１０を外部電源で回転させた後、モータ１０側への電力供給を速やかに開始することが可能となり、低消費電力での駆動に資する。

【0035】

さらに第一巻き線２７を発電機側回転軸２２の周囲に配置された第一巻き線幅２７Ｗは、第二巻き線２８を発電機側回転軸２２の周囲に配置された第二巻き線幅２８Ｗよりも狭くしている。換言すると、図１に示すように第二巻き線幅２８Ｗを第一巻き線幅２７Ｗよりも広くしている。このように構成することで、発電機２０により発電された電気エネルギーの内、外部に供給する電気エネルギーである第二出力を大きくできる。一方でモータ１０側に供給する電気エネルギーである第一出力は、モータ１０の回転維持に必要な最低限に抑制して、外部に取り出されない電力消費量を抑制し、効率を高めることができる。

【0036】

さらにまた、第一巻き線２７を発電機側回転軸２２の周囲に配置された第一巻き線領域２７Ｒを、第二巻き線２８を発電機側回転軸２２の周囲に配置された第二巻き線領域２８Ｒよりも、モータ１０に近接させることが好ましい。図１の例では、第一巻き線領域２７Ｒが、モータ１０側に面する姿勢となるように、図において右側に第一巻き線領域２７Ｒを、左側に第二巻き線領域２８Ｒを配置している。このような構成とすることで、モータ１０側に電力を供給する起電力を生成する第一巻き線領域２７Ｒを、モータ１０側に近接させて、モータ１０側に電力を供給する経路の抵抗を低減させ、より効率のより電力伝達が可能となる。
（発電機側端子２４）

【0037】

発電機側端子２４は、外部出力端子２６と、モータ用入力端子２５を備える。外部出力端子２６は、発電機側回転軸２２の回転により発電機側端子２４に生じた電力を、外部に出力するための端子である。またモータ用入力端子２５は、発電機側回転軸２２の回転により発電機側端子２４に生じた電力を、モータ側端子１４に供給するための端子である。図１の例では、モータ側端子１４と外部出力端子２６との間に、モータ用入力端子２５を配置している。このよう配置することで、モータ側に電力を供給するモータ用入力端子２５を、モータ１０側に近接させて、モータ１０側に効率よく電力を供給することが可能となる。

【0038】

モータ１０や発電機２０には、ネオジム磁石を用いることが好ましい。これにより磁力を向上させ、回転力を上げることができる。一方でネオジム磁石は温度特性が低く、加熱すると熱減磁が発生する。このため電力貯蔵装置１００は、放熱機構を付加することが好ましい。
（放熱機構）

【0039】

放熱機構の具体例として、筐体１は、その一部に開口窓２を一以上形成することが好ましい。これにより、筐体１に形成した開口窓２を通じて冷却効果を高めることで、熱によって回転数が減少する事態を回避できる。

【0040】

開口窓２は複数箇所に設けることが好ましい。図１の例では、筐体１の長手方向の中間に複数箇所、開口窓２を開口して、筐体１内部で発生した熱を外部に放出して、内部に熱が籠もる事態を回避している。特に筐体１が細長い場合は、中間部分に熱が籠もり易くなるため、開口窓２を複数箇所に開口することで、温度上昇に起因して永久磁石の消磁が発生して回転数が低下する事態を抑制できる。また、冷却風を強制的に送風する送風ファンを設けることもできる。好ましくは、筐体１の長手方向の端部に、開口を形成して送風ファンを設置し、長手方向に沿って内部に冷却風を通すようにする。

【0041】

筐体１は、移動体に設置することもできるが、好ましくは据え置き型とする。また電力貯蔵装置１００を、停電時などの非常用電源や移動電源にも利用できる。電力貯蔵装置１００は、好ましくは筐体１を、床面から数メートル上の高所に設置する。これにより、洪水や浸水時でも利用可能とできる。特に非常用電源や補助電源等の用途に用いる場合は、有効となる。例えば、送電線の鉄塔等の既存の構造物を利用して、中間や上部等の高所に設置することが可能となる。

【0042】

筐体１の周囲には、図２に示すように、変形防止枠ＦＲを設けてもよい。これにより、樹脂製の筐体１を用いつつ、剛性を高めることができる。モータ１０をトルクコンバータ３０を介して発電機２０と直接直結する場合は、モータ１０自体の総重量が発電機２０に比べ軽いため、モータ１０を確実に固定しないと回転してしまう可能性がある。これを避けるため、図２の例では、コンクリート上にクッション材を配置し、その上に鉄板を乗せて、アンカーボルトで固定している。
［実施形態２］

【0043】

また発電機２０を、両軸発電機としてもよい。発電機側回転軸を両軸からそれぞれモータで回転させることによって、さらに回転力を増して発電量や蓄電量を増やすことができる。このような例を実施形態２に係る電力貯蔵装置２００として、図３に示す。この図において、上述した実施例１等と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。

【0044】

図３に示す電力貯蔵装置２００は、発電機を両軸発電機２０Ｂとし、図において両軸発電機２０Ｂの右側に配置したモータ１０Ａと、左側に配置したモータ１０Ｂを備える。両軸発電機２０Ｂの発電機側回転軸２２Ｂの右端に、モータ１０Ａのモータ側回転軸１２Ａを、トルクコンバータ３０Ａを介して接続する。また発電機側回転軸２２Ｂの左側にも、モータ１０Ｂのモータ側回転軸１２Ｂを、トルクコンバータ３０Ｂを介して接続する。さらに両軸発電機２０Ｂは、太線である第二巻き線２８Ｂの右端に細線である第一巻き線２７Ａを配置することに加えて、第二巻き線２８Ｂの左端にも同じく細線である第一巻き線２７Ｂを配置している。第一巻き線２７Ａにはモータ１０Ａに電力の一部を供給するモータ用入力端子２５Ａが、第一巻き線２７Ｂにはモータ１０Ｂに電力の一部を供給するモータ用入力端子２５Ｂが、それぞれ設けられる。このような構成とすることで、２つのモータで発電機側回転軸を両端から回転させて回転力を増し、両軸発電機２０Ｂの起動時には、２つのモータ１０Ａ、１０Ｂを回転させる分、より多くの電力消費量が必要となるものの、両軸発電機２０Ｂの回転が安定するとより発電量や蓄電量を高めることができる。
［実施形態３］

【0045】

さらに、モータ１０を両軸モータとすることもできる。このような例を実施形態３に係る電力貯蔵装置３００として、図４に示す。この図においても、上述した実施形態１等と同様の部材については、同じ符号を付して詳細説明を適宜省略する。図４に示す電力貯蔵装置３００は、モータを両軸モータ１０Ｃとし、両軸モータ１０Ｃのモータ側回転軸１２Ｃの左端には図１等と同様、トルクコンバータ３０を介して発電機２０の発電機側回転軸２２を接続している。一方、モータ側回転軸１２Ｃの右端には、フライホイールＦＷを接続している。このように他端にフライホイールＦＷを接続することで、弾み車としてのフライホイール効果によってモータ側回転軸１２Ｃの回転を安定させ、トルクコンバータ３０を介して発電機側回転軸２２に伝達される回転力を高めることができる。
［実施形態４］

【0046】

なお図１等の例では、一の筐体１にこれらモータ１０と発電機２０とトルクコンバータ３０を内部に収納する構成を説明した。ただ本開示はこのように共通の筐体にすべての部材を収納する構成に限られず、複数の筐体に分割して各部材を収納するよう構成してもよい。例えば図５に示す実施形態４に係る電力貯蔵装置２００は、モータ１０を収納する第一筐体１ａと、発電機２０を収納する第二筐体１ｂで構成される。この例ではトルクコンバータ３０は表出させているが、トルクコンバータを第一筐体、あるいは第二筐体に収納してもよいし、あるいは別途、第三筐体に収納するよう構成してもよい。

【0047】

発電機側回転軸２２やモータ側回転軸１２の軸受には、エアベアリングを用いてもよい。静圧空気軸受を用いることで非接触として機械的な摩擦や摩耗を発生させず、信頼性や効率に優れた回転が実現される。

【0048】

発電機２０を永久磁石同期発電機とする場合の永久磁石２９の配置例を図６に示す。この図に示すように、発電機側回転軸２２の軸方向に、複数の永久磁石２９を離間して配置する。図において、発電機側回転軸２２が回転してＮ極からＳ極に移動する際、１回転で自由電子が１つ飛び出す。電磁誘導による誘導電流でコイルに電子を移動させる。ここで電流の大きさは、コイルを構成する第一巻き線２７、第二巻き線２８の距離と太さで決まる。例えば、毎分３０００回転～５０００回転で電流を設定する。

【0049】

このように複数の永久磁石２９を配置することで、発電効率を高めることができる。ただ、複数の永久磁石２９の発電機側回転軸２２の軸方向に沿って複数並べる関係上、発電機２０のサイズが軸方向に長くなる。この結果、筐体１内で熱が籠もりやすくなる。そこで、上述の通り、中間などに開口窓２を開口して、放熱性を確保する。

【0050】

また本開示は、図６の構成に限らず、図７に示す発電機２０’のように発電機側回転軸２２に一の永久磁石２９のみを配置してもよい。これによって発電機２０のサイズを小型化して、筐体の内部に熱が籠もることを抑制できる。

【0051】

さらに、発電機を一のみとする構成に限らず、複数台としてもよい。例えば複数の発電機を多段に積層して、各発電機の発電機側回転軸にベルトを掛けて、モータのモータ側回転軸と連結する。
［実施例］

【0052】

実施例に係る電力貯蔵装置の使用を説明する。モータ１０は安川電機社製ＥＳＲ１を、発電機２０には安川電機社製中速（型番）を、トルクコンバータ３０はトヨタ自動車製クラウン（ガソリン車）用８速オートマチックトランスミッション（Ｕ８８０Ｅ）を、それぞれ用いる。モータ１０の定格入力は３０ｋＷ／ｈ、発電機２０の定格出力は２５０ｋＷ／ｈである。このように３０ｋＷのモータ１０で、トルクコンバータ３０を介して２５０ｋＷの発電機２０の発電機側回転軸２２（鉄心）を回転させる。電力貯蔵装置の起動時の出力は定格電圧１００～２４０Ｗ、周波数５０～６０Ｈｚ、三相又は単相で、いずれも変更可能とする。また電力貯蔵装置の起動時の入力、すなわちモータ１０を起動させる際の電力は、１０ｋＷ／ｈ～３０ｋＷ／ｈとする。熱回収温度は８５℃とする。

【0053】

効率は、総合効率９０％、発電効率１００～１０万％、熱回収率４５％とする。

【0054】

発電機２０の第一巻き線２７からの第一出力は３５ｋＷ、第二巻き線２８からの第二出力は２１５ｋＷである。ここでは外部負荷として投光器６台（合計約１３２０Ｗ）を外部出力端子２６に接続し、２４時間３０日間、点灯を継続させる。モータ１０側の消費電力は、３２００ｗである。

【0055】

また電気抵抗は０．２８ｗΩであり、０，１９４Ωから０，２０６Ωに対して、配線抵抗全体で１０％～１５％を削減できる。また抵抗損失は電流の二乗×抵抗で計算できるところ、抵抗損失を最大で２０％低減できる。
ｗ２＝３５２１５ｋ２ｗ１ｋ１＝２．３３
新しい抵抗値＝現在の抵抗値－（０．２×現在の抵抗値）
［比較例］

【0056】

一方で比較例に係る電力貯蔵装置を作成し、駆動実験を行った。モータは安川電機社製（ＥＳＲ１）を、発電機には安川電機社製中速（中型）を、それぞれ用いた。ここではトルクコンバータに代えて、クラウン （ガソリン車） ２５００ｃｃ 直列４気筒ターボエンジン（Ｕ８８０Ｅ型番）のフライホイールでモータ側回転軸と発電機側回転軸を連結した。モータの定格入力は３０ｋＷ、発電機の出力は１００ｋＪ／ｈであった。

【0057】

発電機の第一巻き線からの第一出力は３５ｋＷ、第二巻き線からの第二出力は２１５ｋＷであった。ここでは外部負荷として投光器６台（合計１３２０ｗ）を外部出力端子に接続し、２４時間３０日間、点灯を継続させた。モータ側の消費電力は、３２００ｗであった。

【0058】

また電気抵抗は０，２８Ωであり、０，１９４Ωから０，２０６Ωに対して、配線抵抗全体で１０％～１５％を削減できた。また試算によれば最大抵抗損失を２０％低減できる。（ｗ２回＝３５２１５回ｋ２回ｗ１回ｋ１回回＝３５２１５回×１１２×１回＝２．３３）

【産業上の利用可能性】

【0059】

本開示の電力貯蔵装置は、電気エネルギーを回転運動エネルギーとして貯蔵して、他の機器に電力供給可能なバックアップ電源等に好適に利用できる。

【0060】

またモータの駆動電力を抑制することで、エネルギー消費量を抑制できる。これにより、現在の発電に要している化石燃料の消費を抑制して、ＣＯ２排出量を抑制し環境負荷を低減できる結果、２０１５年９月の国連サミットで採択された国際目標ＳＤＧｓ（持続可能な開発目標）に掲げられた１７のゴール及び１６９のターゲットの内、
・「８．働きがいも経済成長も」、「８．４ ２０３０年までに、世界の消費と生産における資源効率を漸進的に改善させ、先進国主導の下、持続可能な消費と生産に関する１０年計画枠組みに従い、経済成長と環境悪化の分断を図る。」
・「９．産業と技術革新の基盤をつくろう」、「９．４ ２０３０年までに、資源利用効率の向上とクリーン技術及び環境に配慮した技術・産業プロセスの導入拡大を通じたインフラ改良や産業改善により、持続可能性を向上させる。全ての国々は各国の能力に応じた取組を行う。」、
・「１１．住み続けられるまちづくりを」、「１１．６ ２０３０年までに、大気の質及び一般並びにその他の廃棄物の管理に特別な注意を払うことによるものを含め、都市の一人当たりの環境上の悪影響を軽減する。」、
・「１２．つくる責任 つかう責任」、「１２．４ ２０２０年までに、合意された国際的な枠組みに従い、製品ライフサイクルを通じ、環境上適正な化学物質や全ての廃棄物の管理を実現し、人の健康や環境への悪影響を最小化するため、化学物質や廃棄物の大気、水、土壌への放出を大幅に削減する。」、「１２．５ ２０３０ 年までに、廃棄物の発生防止、削減、再生利用及び再利用により、廃棄物の発生を大幅に削減する。」などに資する技術である。

【符号の説明】

【0061】

１００、２００、３００、４００…電力貯蔵装置
１…筐体；１ａ…第一筐体；１ｂ…第二筐体
２…開口窓
１０、１０Ａ、１０Ｂ…モータ
１２、１２Ａ、１２Ｃ…モータ側回転軸
１４…モータ側端子
２０、２０’…発電機
２０Ｂ…両軸発電機
２２、２２Ｂ…発電機側回転軸
２４…発電機側端子
２５…モータ用入力端子
２６…外部出力端子
２７…第一巻き線；２７Ｗ…第一巻き線幅；２７Ｒ…第一巻き線領域
２８…第二巻き線；２８Ｗ…第二巻き線幅；２８Ｒ…第二巻き線領域
２９…永久磁石
３０、３０Ａ、３０Ｂ…トルクコンバータ
７００…電力貯蔵装置
７０２…モータ
７０４…主軸
７０６…回転体
７０８…フライホイール部
７１０…支持部材
８１０…フライホイール式電力貯蔵装置
８１２…主軸
８３０…回転体
８１２…主軸
８４０…駆動部
ＦＲ…変形防止枠
ＦＷ…フライホイール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】