JP2602804B2 - フライホイールおよびフライホイールの運動エネルギーの制御方法 - Google Patents
フライホイールおよびフライホイールの運動エネルギーの制御方法Info
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- JP2602804B2 JP2602804B2 JP59077539A JP7753984A JP2602804B2 JP 2602804 B2 JP2602804 B2 JP 2602804B2 JP 59077539 A JP59077539 A JP 59077539A JP 7753984 A JP7753984 A JP 7753984A JP 2602804 B2 JP2602804 B2 JP 2602804B2
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- flywheel
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- rotation
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/30—Flywheels
- F16F15/31—Flywheels characterised by means for varying the moment of inertia
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、フライホイールに関し、特にその回転の
運動エネルギーの蓄積・放出の前後においても回転数が
一定であるように構成されているフライホイールおよび
フライホイールの運動エネルギーの制御方法に関するも
のである。
運動エネルギーの蓄積・放出の前後においても回転数が
一定であるように構成されているフライホイールおよび
フライホイールの運動エネルギーの制御方法に関するも
のである。
［従来技術］ 第１図は、フライホイールの原理図であって、回転軸
１から連結棒２を介して距離Ｒ（回転半径）だけはなれ
た重り３が、回転軸１を中心に角速度ωで回転している
時、フライホイールが有する回転の運動エネルギーＥ
（以下、エネルギーと略称する。）は、 Ｅ＝（1/2）ω2R2M ……（１） で表わされる。ただし、Ｍは重り３の質量。回転半径Ｒ
は一定。
１から連結棒２を介して距離Ｒ（回転半径）だけはなれ
た重り３が、回転軸１を中心に角速度ωで回転している
時、フライホイールが有する回転の運動エネルギーＥ
（以下、エネルギーと略称する。）は、 Ｅ＝（1/2）ω2R2M ……（１） で表わされる。ただし、Ｍは重り３の質量。回転半径Ｒ
は一定。
上の（１）式から解るようにフライホイールが有する
エネルギーＥは、重り３の角速度ωの二乗に比例し、エ
ネルギーＥと角速度ωとの関係は、第２図に示される。
つまり、重り３の角速度ωすなわち回転数を増加するこ
とにより、フライホイールにはエネルギーＥが蓄積され
る。
エネルギーＥは、重り３の角速度ωの二乗に比例し、エ
ネルギーＥと角速度ωとの関係は、第２図に示される。
つまり、重り３の角速度ωすなわち回転数を増加するこ
とにより、フライホイールにはエネルギーＥが蓄積され
る。
フライホイールは、単にエネルギーを蓄積する目的以
外に、例えば原動機の出力のムラおよび負荷の急激な変
動による原動機の回転数の変化を緩和させるものとし
て、知られている。例えば、急に負荷が軽くなり原動機
の回転数が増加しようとする場合原動機の軸にフライホ
イールが連結されている場合にはフライホイールが回転
数の二乗に比例してエネルギーを吸収するので回転数の
増加は緩和される。しかし、このフライホイールにおい
ては回転数の変動を緩和させることはできるものの変動
をゼロにすることはできず、したがって、回転数を常に
一定に維持したい場合には適用できない。
外に、例えば原動機の出力のムラおよび負荷の急激な変
動による原動機の回転数の変化を緩和させるものとし
て、知られている。例えば、急に負荷が軽くなり原動機
の回転数が増加しようとする場合原動機の軸にフライホ
イールが連結されている場合にはフライホイールが回転
数の二乗に比例してエネルギーを吸収するので回転数の
増加は緩和される。しかし、このフライホイールにおい
ては回転数の変動を緩和させることはできるものの変動
をゼロにすることはできず、したがって、回転数を常に
一定に維持したい場合には適用できない。
［発明の概要］ この発明は、上記の欠点を除去する目的で為されたも
ので、回転体（以下重りと呼ぶ）が遠心力で回転半径方
向に移動できるようにし、あわせて、回転体を回転軸の
回転中心に引寄せる力が回転体の回転中心から回転体ま
での距離に比例するように作用する連結体を設けること
により、回転数が一定のまま回転の運動エネルギーの蓄
積・放出が可能なフライホイールおよびフライホイール
の運動エネルギーの制御方法を提供するものである。
ので、回転体（以下重りと呼ぶ）が遠心力で回転半径方
向に移動できるようにし、あわせて、回転体を回転軸の
回転中心に引寄せる力が回転体の回転中心から回転体ま
での距離に比例するように作用する連結体を設けること
により、回転数が一定のまま回転の運動エネルギーの蓄
積・放出が可能なフライホイールおよびフライホイール
の運動エネルギーの制御方法を提供するものである。
［発明の実施例］ 以下、この発明のフライホイールの一実施例を第３図
ないし第７図を用いて説明する。第３図はこの発明の原
理図であって、第１図、第２図と同一または相当部分は
同一符号を付し、その説明は省略する。フライホイール
の回転軸１回転体すなわち重り３との間には、ばね４が
設けられている。この重り３が回転軸１を中心に角速度
ωで回転しているとき、重り３に作用する遠心力fcは、 fc＝ω2RM ……（２） で表わされる。また、重り３に作用するばね４の張力fs
と回転半径Ｒとの関係は、張力fsが、ばね定数Ｋが一定
でばね４の長さすなわちＲに正比例するとすれば、 fs＝KR ……（３） の関係式で表され、第４図のように原点を通る直線で描
かれる。
ないし第７図を用いて説明する。第３図はこの発明の原
理図であって、第１図、第２図と同一または相当部分は
同一符号を付し、その説明は省略する。フライホイール
の回転軸１回転体すなわち重り３との間には、ばね４が
設けられている。この重り３が回転軸１を中心に角速度
ωで回転しているとき、重り３に作用する遠心力fcは、 fc＝ω2RM ……（２） で表わされる。また、重り３に作用するばね４の張力fs
と回転半径Ｒとの関係は、張力fsが、ばね定数Ｋが一定
でばね４の長さすなわちＲに正比例するとすれば、 fs＝KR ……（３） の関係式で表され、第４図のように原点を通る直線で描
かれる。
重り３に作用する遠心力fcとばね４の張力fsとが釣り
合っている状態では fc＝fs ……（４） ω2RM＝KR ……（５） したがって、 となる。式（６）には回転半径Ｒが含まれておらず、し
たがって、角速度（回転数）ωは回転数半径Ｒに無関係
にＫとＭで決まる固有の角速度を有することになる。以
下ではこの角速度をωｃとする。
合っている状態では fc＝fs ……（４） ω2RM＝KR ……（５） したがって、 となる。式（６）には回転半径Ｒが含まれておらず、し
たがって、角速度（回転数）ωは回転数半径Ｒに無関係
にＫとＭで決まる固有の角速度を有することになる。以
下ではこの角速度をωｃとする。
固有角速度ωｃ、したがって、回転数が一定となるた
めの決め手は、式（６）の導出の過程からわかるように
式（３）、すなわち、重り３を回転中心に向って引張る
力が回転中心から重り３までの距離に比例することであ
る。
めの決め手は、式（６）の導出の過程からわかるように
式（３）、すなわち、重り３を回転中心に向って引張る
力が回転中心から重り３までの距離に比例することであ
る。
本発明の回転半径Ｒは可変であるが、その値は回転体
が有するエネルギーによって定まる。すなわち、式
（１）のωをωｃとして、式（１）から回転半径Ｒは、 で与えられる。即ち、回転半径ＲはエネルギーＥの平方
根に比例する。つまり、従来のフライホイールでは回転
半径Ｒが一定で角速度ωが変わることによってエネルギ
ーが蓄積あるいは放出するのに対して、本発明のフライ
ホイールは角速度が一定（ω＝ωｃ）で回転半径Ｒが変
わることによってエネルギーを蓄積あるいは放出するも
のである。
が有するエネルギーによって定まる。すなわち、式
（１）のωをωｃとして、式（１）から回転半径Ｒは、 で与えられる。即ち、回転半径ＲはエネルギーＥの平方
根に比例する。つまり、従来のフライホイールでは回転
半径Ｒが一定で角速度ωが変わることによってエネルギ
ーが蓄積あるいは放出するのに対して、本発明のフライ
ホイールは角速度が一定（ω＝ωｃ）で回転半径Ｒが変
わることによってエネルギーを蓄積あるいは放出するも
のである。
以上は本発明のフライホイールに対する静力学的な考
察である。本発明のフライホイールは角速度一定の条件
下で遠心力と中心に引寄せる力とが釣合っており、静力
学的にはエネルギーの蓄積、放出に伴い、重り３の位置
すなわち回転半径Ｒを増減する原因になるものが考えら
れない。
察である。本発明のフライホイールは角速度一定の条件
下で遠心力と中心に引寄せる力とが釣合っており、静力
学的にはエネルギーの蓄積、放出に伴い、重り３の位置
すなわち回転半径Ｒを増減する原因になるものが考えら
れない。
しかしながら、これに対しは、実際には過度的に次の
ような現象が起っていると考える。
ような現象が起っていると考える。
フライホイールがエネルギーを蓄積する場合を考え
る。この場合に回転軸１に加わるトルクが増加するが、
このトルクによる力は回転半径Ｒに対して直角方向であ
り、当然ながら角速度ωは大となる。このため遠心力が
増加し、この段階で遠心力と回転軸の回転中心への張力
の釣合が崩れて重り３は外に移動し回転半径Ｒが大とな
る。これによって回転モーメントが大となり、この段階
でトルクの増加による角速度の増加を打消すように作用
する。ただし、増加したトルクが存在し続ける限り元の
角速度ωｃまでは復帰せず、角速度ωｃより大きな値を
維持し、回転半径Ｒは引続き増加し、重り３（即ち、フ
ライホイール）はエネルギーを蓄積し続ける。
る。この場合に回転軸１に加わるトルクが増加するが、
このトルクによる力は回転半径Ｒに対して直角方向であ
り、当然ながら角速度ωは大となる。このため遠心力が
増加し、この段階で遠心力と回転軸の回転中心への張力
の釣合が崩れて重り３は外に移動し回転半径Ｒが大とな
る。これによって回転モーメントが大となり、この段階
でトルクの増加による角速度の増加を打消すように作用
する。ただし、増加したトルクが存在し続ける限り元の
角速度ωｃまでは復帰せず、角速度ωｃより大きな値を
維持し、回転半径Ｒは引続き増加し、重り３（即ち、フ
ライホイール）はエネルギーを蓄積し続ける。
増加したトルクが大きい程角速度ωｃからの差異は大
きく、重り３の回転半径Ｒの増加速度も大きいことにな
る。トルクの増加分がゼロに戻ると、重り３の半径方向
への移動は停止する、即ち、その回転半径Ｒで遠心力と
回転軸の回転中心への張力とが釣合い、角速度ωｃに復
帰する。
きく、重り３の回転半径Ｒの増加速度も大きいことにな
る。トルクの増加分がゼロに戻ると、重り３の半径方向
への移動は停止する、即ち、その回転半径Ｒで遠心力と
回転軸の回転中心への張力とが釣合い、角速度ωｃに復
帰する。
トルクが減少した場合には同様の考察から過渡的に角
速度ωは低下し、回転半径Ｒが小となり、トルクの減少
がなくなった時点で、角速度ωｃに復帰することにな
る。
速度ωは低下し、回転半径Ｒが小となり、トルクの減少
がなくなった時点で、角速度ωｃに復帰することにな
る。
以上から、トルクの変化で過渡的に角速度が変化し、
それにより遠心力が変化して重り３の移動が起こってい
ると考えられる。しかしながら、角速度が変化した場
合、即、遠心力が変化し、重り３の位置の移動に反映さ
れ、これが角速度の変化を阻止するように働くので、従
来のフライホイールと比較して角速度の変化は非常に小
さく、実用的には角速度が一定という結果になっている
と理解される。
それにより遠心力が変化して重り３の移動が起こってい
ると考えられる。しかしながら、角速度が変化した場
合、即、遠心力が変化し、重り３の位置の移動に反映さ
れ、これが角速度の変化を阻止するように働くので、従
来のフライホイールと比較して角速度の変化は非常に小
さく、実用的には角速度が一定という結果になっている
と理解される。
なお、張力が回転半径Ｒに正比例する関係にない場合
には角速度ωは初めの値の角速度ωｃには戻らない。例
えば原動機出力の増加があって回転半径Ｒが大となった
ときに、張力が正比例関係よりも大きめの値の場合に
は、それに釣合う角速度ωはより大であるから、初めの
角速度より大の値に収斂することになる。逆に、正比例
関係より小さめの値の場合には、より小さい角速度に収
斂することになる。
には角速度ωは初めの値の角速度ωｃには戻らない。例
えば原動機出力の増加があって回転半径Ｒが大となった
ときに、張力が正比例関係よりも大きめの値の場合に
は、それに釣合う角速度ωはより大であるから、初めの
角速度より大の値に収斂することになる。逆に、正比例
関係より小さめの値の場合には、より小さい角速度に収
斂することになる。
本発明のフライホイールは、原理的には回転半径Ｒは
原理的に０から∞までとれるが、実際のフライホイール
においては当然ながら、上限、下限ともに制限される。
上限をRmax、下限をRminとすると、回転数一定でフライ
ホイールの有するエネルギーＥの上限Emax、下限Eminは
それぞれ Emax＝（1/2）ωc2Rmax2M ……（８） Emin＝（1/2）ωc2Rmin2M ……（９） となる。すなわち、このEmaxとEminとの間においては、
回転数が一定の角速度ωｃで回転半径Ｒの大小によって
エネルギーＥが蓄積あるいは放出される。そして、Emax
以上では回転数は増加するし、Emin以下では回転数が低
下する。これらの関係は第５図に示す通りである。
原理的に０から∞までとれるが、実際のフライホイール
においては当然ながら、上限、下限ともに制限される。
上限をRmax、下限をRminとすると、回転数一定でフライ
ホイールの有するエネルギーＥの上限Emax、下限Eminは
それぞれ Emax＝（1/2）ωc2Rmax2M ……（８） Emin＝（1/2）ωc2Rmin2M ……（９） となる。すなわち、このEmaxとEminとの間においては、
回転数が一定の角速度ωｃで回転半径Ｒの大小によって
エネルギーＥが蓄積あるいは放出される。そして、Emax
以上では回転数は増加するし、Emin以下では回転数が低
下する。これらの関係は第５図に示す通りである。
第５図において、曲線はフライホイールの有するエ
ネルギーＥがEminより小さい場合であり、この領域にお
いては、回転半径ＲはRminで一定であり、半径Rminの従
来のフライホイールと同様の挙動を示す。さらに、エネ
ルギーＥが大きくなり、角速度がωｃになると、それ以
上のエネルギーＥの蓄積に対しては、角速度はωｃと一
定であり、回転半径Ｒが増加することによって、フライ
ホイールにエネルギーＥが蓄積される（図中の領
域）。エネルギーEmaxでは回転半径Ｒ＝Rmaxであり、回
転半径Ｒはこれ以上大きくならないので、それ以上のエ
ネルギーＥの増大に対しては回転数が増加することによ
って、フライホイールにエネルギーＥが蓄積されること
になる（図中の領域）。
ネルギーＥがEminより小さい場合であり、この領域にお
いては、回転半径ＲはRminで一定であり、半径Rminの従
来のフライホイールと同様の挙動を示す。さらに、エネ
ルギーＥが大きくなり、角速度がωｃになると、それ以
上のエネルギーＥの蓄積に対しては、角速度はωｃと一
定であり、回転半径Ｒが増加することによって、フライ
ホイールにエネルギーＥが蓄積される（図中の領
域）。エネルギーEmaxでは回転半径Ｒ＝Rmaxであり、回
転半径Ｒはこれ以上大きくならないので、それ以上のエ
ネルギーＥの増大に対しては回転数が増加することによ
って、フライホイールにエネルギーＥが蓄積されること
になる（図中の領域）。
この発明のフライホイールは、図中２の領域で使用す
ることによって回転数一定という特徴を発揮する。
ることによって回転数一定という特徴を発揮する。
厳密には回転数（角速度）は、前述のように回転半径
Ｒが増減する過程で過渡的にはωｃからずれるし、また
定常的には図中の領域が完全な正比例関係にない場合
には原動機系の出力増減の後で少し異なった角速度とな
る。しかし、エネルギーの蓄積、放出を原理的に角速度
の増減で行う従来のフライホイールと比べると、本発明
のフライホイールは目的に応じた適切な設計を行えば実
用上角速度は一定と見なし得るものを作ることができ
る。
Ｒが増減する過程で過渡的にはωｃからずれるし、また
定常的には図中の領域が完全な正比例関係にない場合
には原動機系の出力増減の後で少し異なった角速度とな
る。しかし、エネルギーの蓄積、放出を原理的に角速度
の増減で行う従来のフライホイールと比べると、本発明
のフライホイールは目的に応じた適切な設計を行えば実
用上角速度は一定と見なし得るものを作ることができ
る。
本発明のフライホイールの見かけの構造は、古くから
知られている調速機と同じである。違いは重りを中心に
引っ張る張力fsから重りの回転半径Ｒに正比例する点に
ある。この点について、文献「機構学および機械力学
第６版 光学図書株式会社」に「張力fsが回転半径Ｒに
正比例するような条件では重りの位置は無定位であり、
角速度に少しでも釣合状態からの増減があれば回転半径
Ｒは最大または最小の位置まで移動することになり、こ
のような無定位の特性をもつ調速機は実用に適さな
い。」との意味の記載がある。
知られている調速機と同じである。違いは重りを中心に
引っ張る張力fsから重りの回転半径Ｒに正比例する点に
ある。この点について、文献「機構学および機械力学
第６版 光学図書株式会社」に「張力fsが回転半径Ｒに
正比例するような条件では重りの位置は無定位であり、
角速度に少しでも釣合状態からの増減があれば回転半径
Ｒは最大または最小の位置まで移動することになり、こ
のような無定位の特性をもつ調速機は実用に適さな
い。」との意味の記載がある。
正に、調速機としてはこの条件を満たした回転体系は
指摘のとおり不適であるが、本フライホイールの場合は
挙動が異なり、回転半径Ｒが最小の位置を最大の位置と
の間で一定の角速度を維持する回転体系となる。その理
由は次のとおりであるが、まず調速機について述べる。
指摘のとおり不適であるが、本フライホイールの場合は
挙動が異なり、回転半径Ｒが最小の位置を最大の位置と
の間で一定の角速度を維持する回転体系となる。その理
由は次のとおりであるが、まず調速機について述べる。
調速機は原動機系の回転数（角速度）を一定に制御す
るための制御系における回転数検出のためのセンサーで
ある。調速機も回転体系であるから回転のエネルギーを
蓄積あるいは放出し得るが、センサーであるがゆえに、
原動機系の全体の回転エネルギーと比べると無視小であ
るように設計されている。したがって、不定位の特性を
持つ調速機の場合は、原動機の出力増加で角速度が増し
ωｃに達した時点から原動機の回転エネルギーを吸収す
るが調速機の吸収するエネルギーは無視小のため原動機
系の回転数に影響するほどのエネルギーは吸収できず、
したがって原動機の角速度は当然ωｃを越え、重りは不
連続的に最大位置まで移動する。原動機の出力が減少す
る場合にも同様の考察から、原動機の角速度は当然ωｃ
以下となり、重りは最小位置まで移動する。調速機が無
定位の条件にない場合は、固有の角速度ωｃは存在せ
ず、調速機は回転数に応じたエネルギー（もちろんこの
エネルギーは原動機系のエネルギーに比べ無視小）を吸
収し、重りの位置は連続的に変化する。
るための制御系における回転数検出のためのセンサーで
ある。調速機も回転体系であるから回転のエネルギーを
蓄積あるいは放出し得るが、センサーであるがゆえに、
原動機系の全体の回転エネルギーと比べると無視小であ
るように設計されている。したがって、不定位の特性を
持つ調速機の場合は、原動機の出力増加で角速度が増し
ωｃに達した時点から原動機の回転エネルギーを吸収す
るが調速機の吸収するエネルギーは無視小のため原動機
系の回転数に影響するほどのエネルギーは吸収できず、
したがって原動機の角速度は当然ωｃを越え、重りは不
連続的に最大位置まで移動する。原動機の出力が減少す
る場合にも同様の考察から、原動機の角速度は当然ωｃ
以下となり、重りは最小位置まで移動する。調速機が無
定位の条件にない場合は、固有の角速度ωｃは存在せ
ず、調速機は回転数に応じたエネルギー（もちろんこの
エネルギーは原動機系のエネルギーに比べ無視小）を吸
収し、重りの位置は連続的に変化する。
回転数制御のためには、回転数に応じた連続した回転
半径Ｒの変化が必要である。無定位の条件では、不連続
的となるため調速機としては不適なものとなる。
半径Ｒの変化が必要である。無定位の条件では、不連続
的となるため調速機としては不適なものとなる。
次に、フライホイールについて述べる。フライホイー
ルの基本的機能は、原動機系の回転数に影響するほどの
量のエネルギーの蓄積（吸収）あるいは放出を行い、原
動機系のか回転数の変動を制御することである。
ルの基本的機能は、原動機系の回転数に影響するほどの
量のエネルギーの蓄積（吸収）あるいは放出を行い、原
動機系のか回転数の変動を制御することである。
本発明のフライホイールは、重りの位置が回転半径Rm
inからRmaxの範囲、エネルギーとしてはEminからEmaxの
範囲で原動機系の出力の変動に対して原動機系のエネル
ギーを吸収あるいは原動機系にエネルギーを放出し、前
述のようにこの範囲では回転数は実用上一定に維持され
る。もちろん、この範囲を越える原動機系の出力変動が
ある場合には、前述の文献の指摘のように、重りは最大
位置Rmaxあるいは最小位置Rminに移動し回転数は上昇あ
るいは低下することになるが、このような事態を招かな
いような設計が必要である。
inからRmaxの範囲、エネルギーとしてはEminからEmaxの
範囲で原動機系の出力の変動に対して原動機系のエネル
ギーを吸収あるいは原動機系にエネルギーを放出し、前
述のようにこの範囲では回転数は実用上一定に維持され
る。もちろん、この範囲を越える原動機系の出力変動が
ある場合には、前述の文献の指摘のように、重りは最大
位置Rmaxあるいは最小位置Rminに移動し回転数は上昇あ
るいは低下することになるが、このような事態を招かな
いような設計が必要である。
以下に実施例を示すが、回転数を一定にするための基
本的なポイントは、繰り返しになるが、前述の第５図の
の領域を存在させることである。
本的なポイントは、繰り返しになるが、前述の第５図の
の領域を存在させることである。
即ち、ある範囲（Rmin〜Rmax）で重り３に対して張力
fsが回転中心から重り３までの距離Ｒに比例して働くよ
うな機構を持たせることである。しかし、実際には張力
fsと回転半径Ｒとの比例関係が数字でいう意味での完全
な正比例関係を維持するように構成することは困難であ
る。一方、実用的には、ある目的のために一定の回転数
（角速度）が必要であっても、その目的に応じた一定の
許容できる変動範囲は存在する。したがって、張力fsと
回転半径Ｒとの正比例関係かのずれは、角速度がこの許
容変動範囲に入る範囲で許されるわけである。また、前
述のようにトルクの変動に応じた角速度の過渡的な角速
度ωｃからのずれもあるわけで、張力fsと回転半径Ｒと
の比例関係は数学的な厳密性を追求する必要はない。実
際のフライホイールにおいては、実用上の角速度変動の
許容範囲に応じて張力fsと回転半径Ｒとの比例関係の厳
密性を決めればよい。
fsが回転中心から重り３までの距離Ｒに比例して働くよ
うな機構を持たせることである。しかし、実際には張力
fsと回転半径Ｒとの比例関係が数字でいう意味での完全
な正比例関係を維持するように構成することは困難であ
る。一方、実用的には、ある目的のために一定の回転数
（角速度）が必要であっても、その目的に応じた一定の
許容できる変動範囲は存在する。したがって、張力fsと
回転半径Ｒとの正比例関係かのずれは、角速度がこの許
容変動範囲に入る範囲で許されるわけである。また、前
述のようにトルクの変動に応じた角速度の過渡的な角速
度ωｃからのずれもあるわけで、張力fsと回転半径Ｒと
の比例関係は数学的な厳密性を追求する必要はない。実
際のフライホイールにおいては、実用上の角速度変動の
許容範囲に応じて張力fsと回転半径Ｒとの比例関係の厳
密性を決めればよい。
第６図はこの発明のフライホイールの一実施例を示す
要部断面図、第７図は第６図の平面図であって、原動機
（図示せず）に連結されている回転軸５の端部には、中
空部６が形成されている。この中空部６内にはコイルば
ね７がばね座８に挟まれて縮設されている。
要部断面図、第７図は第６図の平面図であって、原動機
（図示せず）に連結されている回転軸５の端部には、中
空部６が形成されている。この中空部６内にはコイルば
ね７がばね座８に挟まれて縮設されている。
回転軸５の先端には、Ｌ字状のレバー９が屈曲部10を
中心に揺動するように取り付けられている。このレバー
９は、コイルばね７とともに連結体を構成し、回転軸５
の周辺に４個等角度で設けられている。各レバー９の短
片部の先端は、ばね座８に押圧するようになっている。
各レバー９の長片部12の先端には、回転体としての重り
13が取り付けられている。なお、ばねの種類によっては
短片部11の先端を直接ばねに押圧してもよい。
中心に揺動するように取り付けられている。このレバー
９は、コイルばね７とともに連結体を構成し、回転軸５
の周辺に４個等角度で設けられている。各レバー９の短
片部の先端は、ばね座８に押圧するようになっている。
各レバー９の長片部12の先端には、回転体としての重り
13が取り付けられている。なお、ばねの種類によっては
短片部11の先端を直接ばねに押圧してもよい。
上記のように構成されているフライホイールにおい
て、回転軸５の軸心と重り13の重心との距離をＲ（回転
半径）とし、屈曲部10とばね座８との間の回転軸５の軸
心方向の距離をｒとするとＲとｒとは比例関係にある。
したがって、コイルばね７の弾発力をｒ＝０で零とし、
ｒに比例して大きくなるように設ければ、フライホイー
ルのエネルギーＥの授受に伴い、Ｒ、ｒが変化し、フラ
イホイール自体の回転数は変化しない。
て、回転軸５の軸心と重り13の重心との距離をＲ（回転
半径）とし、屈曲部10とばね座８との間の回転軸５の軸
心方向の距離をｒとするとＲとｒとは比例関係にある。
したがって、コイルばね７の弾発力をｒ＝０で零とし、
ｒに比例して大きくなるように設ければ、フライホイー
ルのエネルギーＥの授受に伴い、Ｒ、ｒが変化し、フラ
イホイール自体の回転数は変化しない。
第８図ないし第10図はこの発明の他の実施例を示す図
であって、原動機（図示せず）に連結されている回転軸
14の中空部16内には、連結体の一部を構成するコイルば
ね17が縮設されている。コイルばね17の先端には、ばね
座18が取り付けられている。回転軸14の先端部には、円
板15が形成されている。円板15の周縁部には、円周等分
４箇所にスリット21が半径方向に伸びて形成されてい
る。このそれぞれのスリット21には、回転体としての重
り22が半径方向に摺動自在に設けられている。重り22は
コイルばね17とともに連結体を構成するワイヤ23を介し
てばね座18に連結されている。なお、ばねの種類によっ
てはワイヤ23をばねに直接連結してもよい。
であって、原動機（図示せず）に連結されている回転軸
14の中空部16内には、連結体の一部を構成するコイルば
ね17が縮設されている。コイルばね17の先端には、ばね
座18が取り付けられている。回転軸14の先端部には、円
板15が形成されている。円板15の周縁部には、円周等分
４箇所にスリット21が半径方向に伸びて形成されてい
る。このそれぞれのスリット21には、回転体としての重
り22が半径方向に摺動自在に設けられている。重り22は
コイルばね17とともに連結体を構成するワイヤ23を介し
てばね座18に連結されている。なお、ばねの種類によっ
てはワイヤ23をばねに直接連結してもよい。
上記のように構成されているフライホイールは、回転
半径Ｒが大きくなると同じ値だけコイルばね17が押し縮
められる。そして、Ｒに比例してコイルばね17の弾発力
が増すようにコイルばね17が設定されている。
半径Ｒが大きくなると同じ値だけコイルばね17が押し縮
められる。そして、Ｒに比例してコイルばね17の弾発力
が増すようにコイルばね17が設定されている。
上記第１実施例および第２実施例とも原動機の出力の
ムラおよび負荷の急激な変動に対して、フライホイール
のエネルギーＥの蓄積・放出は回転半径Ｒの変動により
なされ、フライホイールの回転数は一定に維持される。
したがって、原動機に連結されている回転軸5,14の回転
数も一定に維持される。
ムラおよび負荷の急激な変動に対して、フライホイール
のエネルギーＥの蓄積・放出は回転半径Ｒの変動により
なされ、フライホイールの回転数は一定に維持される。
したがって、原動機に連結されている回転軸5,14の回転
数も一定に維持される。
このように、この発明のフライホイールは、原動機の
出力のムラおよび負荷の急激な変動に対して一定の回転
数を維持するものとして適用できる。例えば、波力発電
機ではタービンの出力が波の周期で変動するが、この発
電機にこの発明のフライホイールを適用すれば、波力発
電機の出力を一定に維持することができる。また、クラ
ッシャのような負荷変動の大きいものにこの発明のフラ
イホイールを適用しても上記と同様の効果を奏する。さ
らに、定速走行を浴する走行玩具、定速回転を欲するオ
ルゴール、コマ等にこの発明のフライホイールを用いて
も同様の効果を奏する。
出力のムラおよび負荷の急激な変動に対して一定の回転
数を維持するものとして適用できる。例えば、波力発電
機ではタービンの出力が波の周期で変動するが、この発
電機にこの発明のフライホイールを適用すれば、波力発
電機の出力を一定に維持することができる。また、クラ
ッシャのような負荷変動の大きいものにこの発明のフラ
イホイールを適用しても上記と同様の効果を奏する。さ
らに、定速走行を浴する走行玩具、定速回転を欲するオ
ルゴール、コマ等にこの発明のフライホイールを用いて
も同様の効果を奏する。
［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明のフライホイールおよび
フライホイールの運動エネルギーの制御方法によれば、
回転体（重り）は回転半径方向に移動でき、かつ回転軸
の回転中心から回転体までの距離（回転半径）に比例し
て回転中心方向に引張る力を回転体に作用するようにし
た連結体を設けることにより、回転の運動エネルギーの
蓄積・放出に対しては、回転半径が変動することによっ
て回転数を一定のままに維持することができ、したがっ
てこのものを例えば原動機に適用することによって、原
動機の出力のムラおよび負荷の急激な変動に対しても回
転軸の回転数を一定に維持し得るという効果がある。
フライホイールの運動エネルギーの制御方法によれば、
回転体（重り）は回転半径方向に移動でき、かつ回転軸
の回転中心から回転体までの距離（回転半径）に比例し
て回転中心方向に引張る力を回転体に作用するようにし
た連結体を設けることにより、回転の運動エネルギーの
蓄積・放出に対しては、回転半径が変動することによっ
て回転数を一定のままに維持することができ、したがっ
てこのものを例えば原動機に適用することによって、原
動機の出力のムラおよび負荷の急激な変動に対しても回
転軸の回転数を一定に維持し得るという効果がある。
第１図は従来のフライホイールの原理図、第２図は第１
図のフライホイールの回転数とエネルギーとの関係図、
第３図はこの発明のフライホイールの原理図、第４図は
第３図の構成部材である連結体の回転半径と連結体の張
力との関係図、第５図はこの発明のフライホイールの回
転数とエネルギーとの関係図、第６図はこの発明の一実
施例を示す要部断面図、第７図は第６図の平面図、第８
図はこの発明の他の実施例を示す要部断面図、第９図は
第８図の一部平面図、第10図は第８図のＡ−Ａ線に沿う
断面図である。 1.5.14……回転軸 3.13.22……重り（回転体） 7.17……コイルばね ９……レバー 23……ワイヤ なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図のフライホイールの回転数とエネルギーとの関係図、
第３図はこの発明のフライホイールの原理図、第４図は
第３図の構成部材である連結体の回転半径と連結体の張
力との関係図、第５図はこの発明のフライホイールの回
転数とエネルギーとの関係図、第６図はこの発明の一実
施例を示す要部断面図、第７図は第６図の平面図、第８
図はこの発明の他の実施例を示す要部断面図、第９図は
第８図の一部平面図、第10図は第８図のＡ−Ａ線に沿う
断面図である。 1.5.14……回転軸 3.13.22……重り（回転体） 7.17……コイルばね ９……レバー 23……ワイヤ なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−134648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−69349（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−196652（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−186653（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−101175（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】回転軸の周囲に回転軸とともに回転可能に
設けられている回転体と、この回転体と前記回転軸との
間に回転体が回転半径方向に移動できるように連結され
ている連結体とを備え、前記連結体は、前記回転軸の回
転中心から前記回転体までの距離に比例した回転中心に
引寄せる力を回転体に与えるように構成されていること
を特徴とするフライホイール。 - 【請求項２】連結体は、回転軸内に回転軸の軸の長さ方
向に圧縮可能に設けられているとともに、一端が回転軸
に当接しているばねと、一端に回転体が取り付けられて
いるＬ字状のレバーとにより構成され、前記レバーは、
前記回転軸の軸の中心を含む面内を回動し得るようにそ
のレバーの屈曲部を回転軸に軸支するとともに、そのレ
バーの他端が前記ばねの他端に押圧して前記回転軸の回
転中心から前記回転体までの距離に比例した回転中心に
引寄せる力を回転体に与えるように構成した特許請求の
範囲第１項記載のフライホイール。 - 【請求項３】連結体は、回転軸内に回転軸の軸の長さ方
向に圧縮可能に設けられているとともに、一端が回転軸
に当接しているばねと、一端が回転体に取り付けられ、
他端が前記ばねの他端に取り付けられているワイヤとに
より前記回転軸の回転中心から前記回転体までの距離に
比例した回転中心に引寄せる力を回転体に与えるように
構成されている特許請求の範囲第１項記載のフライホイ
ール。 - 【請求項４】回転軸と、この回転軸の周囲に回転軸とと
もに回転可能に設けられている回転体と、この回転体と
前記回転軸との間に回転体が回転半径方向に移動できる
ように連結されている連結体とを備えたフライホイール
の運動エネルギーの制御方法において、前記回転軸の回
転中心から前記回転体までの距離に比例した回転中心に
引寄せる力を回転体に与えるように前記連結体を構成
し、前記回転体の運動エネルギーの蓄積・放出の前後に
おいても回転数が一定になるようにしたフライホイール
の運動エネルギーの制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077539A JP2602804B2 (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | フライホイールおよびフライホイールの運動エネルギーの制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59077539A JP2602804B2 (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | フライホイールおよびフライホイールの運動エネルギーの制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60222634A JPS60222634A (ja) | 1985-11-07 |
| JP2602804B2 true JP2602804B2 (ja) | 1997-04-23 |
Family
ID=13636799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59077539A Expired - Lifetime JP2602804B2 (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | フライホイールおよびフライホイールの運動エネルギーの制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2602804B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9107451D0 (en) * | 1991-04-09 | 1991-05-22 | Yang Tai Her | The principle and structure of actively driving or centrifugal linear following dynamic flywheel effect |
| CH688582A5 (de) * | 1997-05-09 | 1997-11-28 | Werner Zwahlen | Verfahren und Einrichtung zur Speicherung kinetischer Energie in einer Schwungmasse. |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53101175U (ja) * | 1977-01-18 | 1978-08-15 | ||
| JPS5569349A (en) * | 1978-11-17 | 1980-05-24 | Hitachi Ltd | Flywheel |
-
1984
- 1984-04-19 JP JP59077539A patent/JP2602804B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60222634A (ja) | 1985-11-07 |
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