JP2014126143A

JP2014126143A - フライホイール

Info

Publication number: JP2014126143A
Application number: JP2012283558A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Shirakawa; 英観白川
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】回転速度によらず、慣性モーメントを変化させられるフライホイールを提供する。
【解決手段】回転軸と、錘と、バネ機構と、調整機構とを備え、前記錘が、前記回転軸に対して回転の半径方向に変位可能に設けられており、前記バネ機構が、前記錘を前記回転軸側に付勢するものであり、前記調整機構が、前記バネ機構のバネ定数を増減させるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、慣性モーメントが可変なフライホイールに関する。

フライホイールは、エンジンなどの回転する機構に取り付けることにより、回転系の慣性モーメントを大きくして、トルク変動による回転速度の変動を緩やかにするものである。しかし、慣性モーメントを大きくすると、変動の安定化効果は高くなるが、起動時の応答性は悪くなってしまう。また最近では、フライホイールは回転機構の安定化ばかりでなく、電気エネルギの貯蔵にも用いられているが、その場合においても、エネルギの貯蔵量を変化させられる機器が求められている。

そこで、特許文献１に示すフライホイールが提案されている。このフライホイールは、回転の半径方向にスライド自在な可動ウェイトを有し、可動ウェイトがバネにより中心側に押し付けられているものである。これによれば、起動時には、可動ウェイトが中心側に位置しているので慣性モーメントが小さく、応答性が良好である。そして、回転速度が上昇すると、可動ウェイトに遠心力が働き、バネの弾性力に抗して外周側へ変位するので、慣性モーメントが大きくなり、回転速度の変動の安定化効果が高くなる。また、慣性モーメントが小さければ、フライホイールが蓄えるエネルギも小さく、慣性モーメントが大きければ、フライホイールが蓄えるエネルギも大きい。

特開平１１−３０２９３号公報

しかしながら、特許文献１の発明は、バネのバネ定数が不変であるから、ある回転速度において、遠心力と弾性力は所定の位置で釣り合い、慣性モーメントも所定の値となる。よって、定常の回転速度が予め決まっている場合には、その回転速度において慣性モーメントが適切な値となるようにバネ定数を定めればよいが、種々の回転速度で動作する場合、目標の回転速度によっては慣性モーメントが必ずしも適切な値にならないという問題があった。

本発明は、上記事情を鑑みたものであり、回転速度によらず、慣性モーメントを変化させられるフライホイールを提供することを目的とする。

本発明のうち請求項１の発明は、回転軸と、錘と、バネ機構と、調整機構とを備え、前記錘が、前記回転軸に対して回転の半径方向に変位可能に設けられており、前記バネ機構が、前記錘を前記回転軸側に付勢するものであり、前記調整機構が、前記バネ機構のバネ定数を増減させるものであることを特徴とする。なお、錘が回転軸に対して回転の半径方向に変位可能とは、錘の移動方向が回転の半径方向に一致するもののみならず、錘が回転軸から遠ざかったり近づいたりするものをすべて含む。

本発明のうち請求項２の発明は、前記回転軸から回転の半径方向に向けて延びるレールを備え、前記錘が、前記レールにスライド自在に取り付けられており、前記バネ機構が、コイルバネであって、一端が前記回転軸に対して固定され、他端に前記錘が取り付けられており、前記調整機構が、前記コイルバネの一端側の一部を伸縮不能に固定するものであって、固定範囲を増減できるものであることを特徴とする。なお、コイルバネの一端が回転軸に対して固定されているとは、コイルバネが回転軸に直接固定されている場合のみならず、コイルバネが回転軸に別部材を介して固定されており、回転軸とコイルバネの一端の位置関係が変わらない場合も含む。

本発明のうち請求項３の発明は、前記バネ機構が、板バネであって、一端が前記回転軸に対して固定され、他端に前記錘が取り付けられており、前記調整機構が、前記板バネの一端側の前記回転軸に固定される長さ範囲を増減できるものであることを特徴とする。

本発明のうち請求項４の発明は、前記バネ機構が、ガススプリングであって、気体を充填したシリンダと、該シリンダから回転の半径方向に向けて出入りするロッドとを備え、ロッドの先端に前記錘が取り付けられており、前記調整機構が、前記シリンダ内に液体を注入するものであって、注入量を増減できるものであることを特徴とする。

本発明のうち請求項１の発明によれば、起動時には、錘がバネ機構に付勢されることで回転軸側（回転中心側）に位置しているので、慣性モーメントが小さく、応答性が良好である。そして、回転速度が上昇すると、錘に遠心力が働き、バネ機構の付勢力に抗して外周側へ変位するので、慣性モーメントが大きくなり、回転速度の変動の安定化効果が高くなる。また、慣性モーメントの変化に伴って、エネルギの貯蔵量も変化する（慣性モーメントが小さければエネルギの貯蔵量も小さく、慣性モーメントが大きければエネルギの貯蔵量も大きい）。そして、調整機構によりバネ機構のバネ定数を増減させることで、回転速度によらず（回転速度が一定のままで）慣性モーメントを変化させられる。すなわち、バネ定数を大きくすれば、付勢力が強くなり、錘はより回転軸側に変位するので、慣性モーメントは小さくなる。一方、バネ定数を小さくすれば、付勢力が弱くなり、錘はより外周側に変位するので、慣性モーメントは大きくなる。よって、目標とする種々の回転速度において、慣性モーメントを適切な値に調整することができる。

本発明のうち請求項２の発明によれば、調整機構によりコイルバネの一部を伸縮不能に固定することにより、コイルバネの他の部分のみがバネ機構として機能する。そして、この固定範囲を増減させることは、コイルバネの自然長を伸縮させることになり、すなわち、コイルバネのバネ定数を増減できるということになる。このようにコイルバネを用いることで、簡易な構成により、慣性モーメントを変化させられる。

本発明のうち請求項３の発明によれば、一端が固定されて片持ち支持された板バネがバネ機構として機能する。そして、調整機構により板バネの固定される長さ範囲を増減させることは、板バネの片持ち長さを伸縮させることになり、すなわち、板バネのバネ定数を増減できるということになる。このように板バネを用いることで、回転の半径方向にコンパクトな構成とすることができる。

本発明のうち請求項４の発明によれば、調整機構によりシリンダ内に液体を注入することで、シリンダ内の気体の体積が小さくなり、その分圧力が大きくなるので、バネ定数は大きくなる。よって、この液体の注入量を増減させることは、すなわち、ガススプリングのバネ定数を増減させることになる。このようにガススプリングを用いることにより、コイルバネを用いる場合と比べて、全体をコンパクトな構成とすることができる。

本発明のフライホイールの第一実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。第一実施形態の調整機構の説明図であり、（ａ）は調整機構部分の拡大図、（ｂ）は調整歯車の平面図である。第一実施形態の動作の説明図であり、（ａ）は停止時、（ｂ）は回転時である。回転速度（回転数）と錘の釣り合い半径位置の関係を示すグラフである。回転速度（回転数）とフライホイールに貯蔵されるエネルギの関係を示すグラフである。第二実施形態の調整機構の説明図である。第三実施形態の側面図である。第四実施形態の側面図である。

本発明のフライホイールの具体的な構成について、各図面に基づいて説明する。このフライホイールの第一実施形態は、図１に示すように、回転軸１の側面に４本の円筒形状のガイドシリンダ６が取り付けられている。ガイドシリンダ６は、９０度間隔で放射状に配置されており、各ガイドシリンダ６およびその内部の構造は全く同じである。

ガイドシリンダ６は、内部が中空であって、回転中心側は回転軸１により塞がれており、外周側は蓋板６１によって塞がれている。その内部には、丸棒からなるレール５が設けられている。レール５は、ガイドシリンダ６の全長にわたって延びている。そして、レール５には錘２がスライド自在に取り付けられている。錘２は、円柱形で、直径はガイドシリンダ６の内径よりわずかに小さく、中心に孔が形成されており、孔にレール５が通されている。また、レール５にはバネ機構３であるコイルバネ３ａが外挿されていて、コイルバネ３ａの一端は回転軸１に固定されており、他端は錘２に固定されている。コイルバネ３ａは、錘２が外周側へ変位することで引き伸ばされ、錘２を回転中心側へ付勢する。

さらに、このフライホイールには、コイルバネ３ａの自然長を伸縮させることで付勢力を増減させる調整機構４が取り付けられている。図１および図２に示すように、調整機構４は、駆動装置４１と、主歯車４２と、調整歯車４３とを備える。駆動装置４１は、一般的なモータからなるもので、回転軸１の先端に取り付けられており、その出力軸４１ａは回転軸１と同軸上に位置し、回転軸１の先端側に突出している。また、駆動装置４１に電力を供給する配線（図示省略）は、回転軸１の内部を通されている。主歯車４２は、かさ歯車であり、駆動装置４１の出力軸４１ａの先端に固定された円盤状の底面部４２ａと、底面部４２ａの周縁から回転軸１側に延びる側面部４２ｂとを有し、側面部４２ｂの先端に歯が形成されていて、回転軸１と同軸周りに回転する。調整歯車４３は、主歯車４２と噛み合うかさ歯車であり、各レール５の、回転軸１と錘２の間の部分に取り付けられており、レール５の長手方向軸周りに回転自在であって、レール５の長手方向には動かないように固定されている。なお、主歯車４２と調整歯車４３が噛み合う位置において、調整歯車４３が露出するように、ガイドシリンダ６に窓部６２が形成されている。そして、調整歯車４３には、回転軸１側から外周側へ貫通する貫通孔４３ａが形成されている。貫通孔４３ａは、コイルバネ３ａの素線を通すものであり、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、コイルバネ３ａの素線に沿うよう、円周方向に傾斜して形成されている。

次に、このように構成したフライホイールの動作について説明する。起動時においては、図３（ａ）に示すように、錘２が回転軸１側（回転中心側）に位置しているので、慣性モーメントが最も小さい状態であり、応答性（起動性）が良好である。回転速度が上昇すると、錘２に遠心力が働き、図３（ｂ）に示すように、コイルバネ３ａの付勢力に抗して外周側へ変位するので、慣性モーメントが大きくなり、回転速度の変動の安定化効果が高くなる。また、慣性モーメントの変化に伴って、エネルギの貯蔵量も変化する（慣性モーメントが小さければエネルギの貯蔵量も小さく、慣性モーメントが大きければエネルギの貯蔵量も大きい）。そして、さらに回転速度が上昇すると、錘２はさらに外周側へ変位し、ガイドシリンダ６の蓋板６１に当接する。すると、錘２はそれ以上外周側へ変位できなくなり、それ以上の回転速度においては、通常のフライホイールとして動作することになる。

さらに、調整機構４の動作を説明する。図２（ａ）に示すように、駆動装置４１によって、主歯車４２を図面左側から見て時計回りに回転させると、主歯車４２と噛み合った調整歯車４３が、図面上側から見て反時計回りに回転する。すると、調整歯車４３の貫通孔４３ａを通っているコイルバネ３ａの素線が、順次回転軸１側（図面下側）へ送り出される。調整歯車４３はレール５の長手方向には動かないので、回転軸１と調整歯車４３の間隔は不変であり、すなわち、回転軸１と調整歯車４３の間の部分のコイルバネ３ａは伸縮することなく、固定された状態となる。よって、バネ機構３として機能するのは、コイルバネ３ａの、調整歯車４３よりも外周側の部分のみとなるから、すなわち、調整歯車４３を回転させることにより、コイルバネ３ａの自然長が短くなることになる。これにより、コイルバネ３ａのバネ定数が大きくなり、錘２はより回転軸１側に変位するので、回転速度によらず、慣性モーメントは小さくなる。逆に、駆動装置４１によって、主歯車４２を図面左側から見て反時計回りに回転させると、主歯車４２と噛み合った調整歯車４３が、図面上側から見て時計回りに回転する。すると、調整歯車４３の貫通孔４３ａを通っているコイルバネ３ａの素線が、順次外周側（図面上側）へ送り出される。これにより、コイルバネ３ａの自然長が長くなり、コイルバネ３ａのバネ定数が小さくなって、錘２はより外周側に変位するので、回転速度によらず、慣性モーメントは大きくなる。このように、コイルバネ３ａを用いることで、全体が簡易な構成となっており、調整機構４によって、目標とする種々の回転速度において、慣性モーメントを適切な値に調整することができる。

また、複数本の各レール５に取り付けた調整歯車４３を、一つの主歯車４２によって回転させるので、各調整歯車４３は、必ず同時に同量だけ回転することになる。よって、各コイルバネ３ａの自然長も同時に同量だけ変化するので、フライホイールの重心が回転中心からずれることがない。

なお、調整機構について、目標とする回転速度が分かっている場合には、あらかじめ設定しておけばよい。また、目標の回転速度が変化する場合には、それをセンサで計測して常時調整機構を制御してもよいが、１時間おきなどの一定時間ごとに設定することにすれば、制御に必要な総エネルギ量が少なくなる。さらに、目標の回転速度が季節ごとに変化するような場合には、季節の変わり目にのみ調節することにしてもよい。

次に、このフライホイールの動作について、計算式に基づいてさらに説明する。回転軸１の直径Ｄ、錘２の質量ｍ、半径位置ｒ、回転角速度ω、コイルバネ３ａのバネ定数ｋ、自然長ｒ_０とし（図３）、Ｎ本のレール５を備え、それぞれに錘２とコイルバネ３ａが取り付けられているものとすると、錘２に働く遠心力とコイルバネ３ａの付勢力との釣り合いから、式（１）が成り立つ。
よって、錘２の半径位置ｒは、式（２）で表される。
そして、回転するフライホイールが蓄えるエネルギＥ_Ｒは、式（３）で表される。

ここで、コイルバネ３ａにおいて調整機構４により固定される部分の割合をｘとすると、バネ定数が変化し、錘２に働く遠心力とコイルバネ３ａの付勢力との釣り合いは、式（４）で表される。
よって、錘２の半径位置ｒは、式（５）で表される。
したがって、回転するフライホイールが蓄えるエネルギＥ_Ｒは、式（６）で表される。
この式より、フライホイールが蓄えるエネルギは、錘２の個数や質量に比例し、錘２の半径位置と回転角速度の二乗に比例することがわかる。よって、エネルギの変化を大きくするには、錘２の半径方向の移動距離を大きくすればよい。

ここで、コイルバネのバネ定数ｋは、横弾性係数Ｇ、素線の線径ｄ、巻径Ｄ_ｓ、巻数Ｎ_ａとして、式（７）で表される。
式（７）より、バネ定数は、巻数に反比例し、巻数を調整することで、バネ定数を変化させられることがわかる。そして、自然長のうち固定する割合を変化させることは、有効巻数が変化することと同じであり、固定割合がｘであれば、有効巻数はＮ_ａ×（１−ｘ）となる（これにより式（４）が求められる）。なお、コイルバネの代わりにねじりコイルバネを用いてもよく、その場合、バネ定数ｋは、縦弾性係数Ｅとして、式（８）で表される。
式（８）より、ねじりコイルバネにおいても、巻数を調整することで、バネ定数を変化させられることがわかる。

続いて、計算例として、回転軸の直径Ｄ＝４０［ｍｍ］、錘の質量ｍ＝１［ｋｇ］、個数Ｎ＝４［個］、最大半径位置（蓋板に当接した状態）ｒ_ｍａｘ＝５００［ｍｍ］、コイルバネのバネ定数ｋ＝２００［Ｎ／ｍｍ］、自然長ｒ_０＝３０［ｍｍ］として、式（５）および式（６）から、錘の回転速度（回転数）に対する、錘の半径位置およびフライホイールが蓄えるエネルギを求めた。この際、コイルバネの固定割合ｘを、０％から１００％まで、２０％ごとに変化させて、その結果を図４および図５のグラフに示した。これによれば、錘の半径位置は、回転による遠心力とコイルバネの付勢力が釣り合う位置となるが、回転速度が上昇していくと、ある領域において急激に半径位置が変化する。そして、コイルバネの固定割合が小さいほど、すなわちバネ定数が小さいほど、低回転速度で半径位置が変化する。そして、フライホイールが蓄えるエネルギも、バネ定数に応じて、ある回転速度領域において急激に変化している。このことは、フライホイールに入出力されるエネルギの変化に対して回転速度が変化しづらいことを意味しており、この領域においては、トルク変動によるフライホイールの回転速度の変動を軽減できる。よって、調整機構によりバネ定数を調整して、半径位置（エネルギ）が急激に変化する回転速度領域を、目的の回転速度に一致させることにより、その回転速度において、回転速度の変動を抑えることができる。

次に、フライホイールの第二実施形態について説明する。第二実施形態は、図６に示すように、第一実施形態と同様に、回転軸１に四本のガイドシリンダ６が取り付けられており、ガイドシリンダ６内に、レール５、錘２およびバネ機構３であるコイルバネ３ａが設けられているが、調整機構４の構成が異なり、駆動装置４１と、調整盤４４からなる。第二実施形態においては、レール５が長手方向軸周りに回転自在であり、回転中心側において、回転軸１の内部まで貫通していて、先端にかさ歯車５１が取り付けられている。また、回転軸１の内部に、一般的なモータからなる駆動装置４１が設けられている。駆動装置４１の出力軸４１ａは回転軸１と同軸上に位置し、その先端にもかさ歯車４１ｂが取り付けられていて、レール５のかさ歯車５１と噛み合っている。さらに、レール５の回転軸１と錘２の間の部分に、調整盤４４が取り付けられている。調整盤４４は、第一実施形態の調整歯車４３と同様、コイルバネ３ａの素線を通す貫通孔４４ａを有するが、歯車は形成されておらず、レール５に完全に固定されている。この第二実施形態においては、駆動装置４１を駆動することで各レール５が回転し、それに伴って調整盤４４も回転して、コイルバネ３ａの素線を順次送り出す。よって、第一実施形態と同様に、コイルバネ３ａの自然長を伸縮させて、バネ定数を増減させることができる。したがって、目標とする種々の回転速度において、慣性モーメントを適切な値に調整することができる。

次に、フライホイールの第三実施形態について説明する。第三実施形態は、図７に示すように、バネ機構３として、回転軸１の側面に板バネ３ｂが取り付けられている。板バネ３ｂは、四本が９０度間隔で配置されており、各板バネ３ｂは、一端が回転軸１の先端部分の側面にネジ止めされていて、回転軸１に沿って延びており、他端に錘２が取り付けられている。よって、板バネ３ｂは片持ち構造となっている。そして、調整機構４として、駆動装置４１と、長さ調整器４５とを備える。駆動装置４１は、一般的なモータからなるもので、回転軸１の先端部分に取り付けられている。その出力軸４１ａは回転軸１と同軸上に位置し、回転軸１の先端側に突出していて、側面にネジを切ってある。長さ調整器４５は、円盤状の底面部４５ａと、底面部４５ａの周縁から延びる側面部４５ｂとを有する。底面部４５ａの中心にネジ孔が形成されていて、駆動装置４１の出力軸４１ａと螺合しており、側面部４５ｂは回転軸１側に延びている。側面部４５ｂの内径は、回転軸１の直径に板バネ３ｂの厚さを加えた長さと略等しくなっており、長さ調整器４５に、板バネ３ｂを取り付けた回転軸１の先端部分が丁度嵌まっている。

このように構成した第三実施形態においては、起動時においては、板バネ３ｂが回転軸１の側面に沿った状態となっており、錘２も回転軸１に接しているから、慣性モーメントが最も小さい状態であり、応答性（起動性）が良好である。回転速度が上昇すると、錘２に遠心力が働き、板バネ３ｂの付勢力に抗して外周側へ変位するので（図７のように、板バネ３ｂが外周側にたわむ）、慣性モーメントが大きくなり、回転速度の変動の安定化効果が高くなる。また、慣性モーメントの変化に伴って、エネルギの貯蔵量も変化する（慣性モーメントが小さければエネルギの貯蔵量も小さく、慣性モーメントが大きければエネルギの貯蔵量も大きい）。そして、調整機構４については、駆動装置４１の出力軸４１ａが回転することにより、長さ調整器４５が回転軸方向に移動し、側面部４５ｂと回転軸１とで板バネ３ｂを挟み込んで、板バネ３ｂの回転軸１に固定される長さ範囲を増減する。すなわち、長さ調整器４５が回転軸１の先端側（図７の左側）に移動すると、板バネ３ｂが側面部４５ｂと回転軸１とで挟み込まれる範囲が小さくなり、板バネ３ｂの片持ち長さが長くなる。一方、長さ調整器４５が回転軸１の根本側（図７の右側）に移動すると、板バネ３ｂが側面部４５ｂと回転軸１とで挟み込まれる範囲が大きくなり、板バネ３ｂの片持ち長さが短くなる。そして、板バネ３ｂのバネ定数ｋは、断面二次モーメントＩ、片持ち長さＬとして、式（９）で表される。
式（９）より、片持ち長さが長くなれば、バネ定数は小さくなって、慣性モーメントは大きくなり、片持ち長さが短くなれば、バネ定数は大きくなって、慣性モーメントは小さくなることがわかる。よって、目標とする種々の回転速度において、慣性モーメントを適切な値に調整することができる。なお、起動時において、板バネ３ｂは回転軸１に沿った状態となり、錘２も回転軸１に接しているから、回転の半径方向にコンパクトな構成とすることができる。

次に、フライホイールの第四実施形態について説明する。第四実施形態は、図８に示すように、バネ機構３として、回転軸１の側面にガススプリング３ｃが取り付けられている。ガススプリング３ｃは、四本が９０度間隔で放射状に配置されており、各ガススプリング３ｃは、円筒形状のシリンダ３１と、シリンダ３１から回転の半径方向（外周側）に向けて出入りするロッド３２とを備え、ロッド３２のシリンダ３１内の端部（回転軸１側）にピストン３３が取り付けられていて、シリンダ３１外の端部（外周側）に錘２が取り付けられている。さらに、シリンダ３１内のピストン３３より外周側には、仕切板３４が取り付けられている。仕切板３４は、シリンダ３１内の空間を回転軸１側と外周側とに仕切るものであり、ロッド３２の長手方向に移動自在である。そして、シリンダ３１内の、ピストン３３と仕切板３４の間の空間には、圧縮された気体（窒素など）が充填されており、気体の圧力がピストン３３（錘２）を回転軸１側に付勢している。そして、調整機構４として、駆動装置４１と、液体室４６と、圧力調整用ピストン４７と、液体供給管４８とを備える。液体室４６は、回転軸１の先端部分の一部を中空にして形成されたものであり、非圧縮性の液体（オイルなど）が充填されている。駆動装置４１は、一般的なモータからなるもので、回転軸１の内部に取り付けられている。その出力軸４１ａは回転軸１と同軸上に位置し、液体室４６内に突出していて、側面にネジを切ってある。圧力調整用ピストン４７は、略円筒形状で液体室４６内を回転軸方向に移動するものであり、中心にネジ孔を有していて、駆動装置４１の出力軸４１ａと螺合している。液体供給管４８は、液体室４６と、各シリンダ３１内の仕切板３４より外周側部分とを連通している。なお、仕切板３４により、気体が液体供給管４８に流入することを防いでいる。

このように構成した第四実施形態においては、起動時においては、錘２が回転軸１側（回転中心側）に位置しているので、慣性モーメントが最も小さい状態であり、応答性（起動性）が良好である。回転速度が上昇すると、錘２に遠心力が働き、ガススプリング３ｃの付勢力に抗して外周側へ変位するので、慣性モーメントが大きくなり、回転速度の変動の安定化効果が高くなる。また、慣性モーメントの変化に伴って、エネルギの貯蔵量も変化する（慣性モーメントが小さければエネルギの貯蔵量も小さく、慣性モーメントが大きければエネルギの貯蔵量も大きい）。そして、調整機構４については、駆動装置４１の出力軸４１ａが回転することにより、圧力調整用ピストン４７が回転軸方向に移動し、シリンダ３１内への液体の注入量を増減する。すなわち、圧力調整用ピストン４７が回転軸１の先端側（図８の左側）に移動すると、液体が液体室４６から液体供給管４８を通ってシリンダ３１内に注入される。すると、シリンダ３１内の気体の体積が小さくなる分、圧力が大きくなるので、バネ定数も大きくなり、慣性モーメントは小さくなる。一方、圧力調整用ピストン４７が回転軸１の根本側（図８の右側）に移動すると、液体がシリンダ３１内から液体供給管４８を通って液体室４６に戻る。すると、シリンダ３１内の気体の体積が大きくなる分、圧力が小さくなるので、バネ定数も小さくなり、慣性モーメントは大きくなる。よって、目標とする種々の回転速度において、慣性モーメントを適切な値に調整することができる。なお、このようにガススプリングを用いることにより、コイルバネなどを用いる場合と比べて、全体をコンパクトな構成とすることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されない。たとえば、バネ機構は小型のものから大型のものまで制作可能であり、フライホイールを取り付ける対象物に応じて、種類やバネ定数を決定すればよい。そして、錘およびバネ機構の個数は限定されない。ただし、複数個を回転中心に対して対称になるように設けることが望ましい。また、錘およびバネ機構を、回転軸方向に複数並べて取り付けて、より慣性モーメントを大きくし、エネルギの貯蔵量を増やすこともできる。なお、回転軸を垂直向きにして、錘の移動方向が水平向きになるようにすれば、特に低回転速度時において、錘に対する重力の影響を軽減することができる。さらに、このフライホイールは、エンジンなどの装置に適用するほか、エネルギの貯蔵にも利用することができる。その場合、径の大きさや錘の重さおよび個数を変えることにより、大容量化することができる。また、放電時においてエネルギ変化が大きくても、略一定の回転速度で発電機を回すことができるので、周波数制御を行いやすい。さらに、このフライホイールを風車の翼内に設置することで、回転を安定化させることもできる。

１回転軸
２錘
３バネ機構
３ａコイルバネ
３ｂ板バネ
３ｃガススプリング
４調整機構
５レール
３１シリンダ
３２ロッド

Claims

回転軸と、錘と、バネ機構と、調整機構とを備え、
前記錘が、前記回転軸に対して回転の半径方向に変位可能に設けられており、
前記バネ機構が、前記錘を前記回転軸側に付勢するものであり、
前記調整機構が、前記バネ機構のバネ定数を増減させるものであることを特徴とするフライホイール。
前記回転軸から回転の半径方向に向けて延びるレールを備え、
前記錘が、前記レールにスライド自在に取り付けられており、
前記バネ機構が、コイルバネであって、一端が前記回転軸に対して固定され、他端に前記錘が取り付けられており、
前記調整機構が、前記コイルバネの一端側の一部を伸縮不能に固定するものであって、固定範囲を増減できるものであることを特徴とする請求項１記載のフライホイール。
前記バネ機構が、板バネであって、一端が前記回転軸に対して固定され、他端に前記錘が取り付けられており、
前記調整機構が、前記板バネの一端側の前記回転軸に固定される長さ範囲を増減できるものであることを特徴とする請求項１記載のフライホイール。
前記バネ機構が、ガススプリングであって、気体を充填したシリンダと、該シリンダから回転の半径方向に向けて出入りするロッドとを備え、ロッドの先端に前記錘が取り付けられており、
前記調整機構が、前記シリンダ内に液体を注入するものであって、注入量を増減できるものであることを特徴とする請求項１記載のフライホイール。