フライホイール

フライホイールとは、回転軸に取り付けられた重い円盤や車輪のことです。フライホイールは、運動エネルギーの貯蔵に使用されます。フライホイールの運動量は、それが簡単にその回転速度を変更しないようになります。このため、フライホイールは、同じ速度で回転するシャフトを維持するのに役立ちます。これは、シャフトに適用されるトルクが頻繁に変化するときに役立ちます。不均一なトルクは、回転速度を変えることができます。フライホイールは速度の変化に抵抗するため、不均一なトルクの影響を減少させます。パワーを供給するためにピストンを使用するエンジンは、通常、不均一なトルクを持っており、この問題を解決するためにフライホイールを使用しています。

車輪（どんな車輪でも）を回転させるにはエネルギーが必要です。摩擦が少なければ（良いベアリングがあれば）、長い間回転し続けることができます。エネルギーが必要なときには、再び車輪からエネルギーを取り出すことができます。つまり、エネルギーを蓄えるための単純な機械的手段なのです。蓄えられるエネルギーの量は、重量と回転速度の関数です。もう一つの要因は半径(大きさ)で、車輪の一部が軸から離れているほど、回転させるのに必要なエネルギーが多くなるからです。この３つの要素は、Ｍ（質量）で表すことができる。 $\omega$ (角速度)とR(半径)。次の２つの式を組み合わせると、ω {\displaystyle ｏｍｅｇａ }となる。 $\omega$ ²MR²/4です。フライホイールはただのホイールではなく、エネルギーを蓄えるために特別に設計されたものです。したがって、それは重いおよび/または高速回転する必要があります。例えば、いくつかのバスには、停車や発進のために使用されるフライホイールがあります。バスが停止するとき（例えば信号機のために）、フライホイールは車輪に接続されているので、回転エネルギーがそこに伝達されるので、フライホイールがスピードを上げている間にバスは減速します。そして、バスが再び走行を開始しなければならない時には、再び接続されており、エネルギーは再び転送されます。もちろん、重い車輪をバスに乗せて持ち歩きたくはないでしょうから、超高速回転に耐えられるように軽い素材で作られています。

動いているシンプルなフライホイール。レオナルド・ダ・ヴィンチの図面をもとに構築された

スポークフライホイール

フライホイールの数学

回転するフライホイールの運動エネルギーは

E = 1 2 I ω 2 {\displaystyle E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}}}I $E={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}$

ここで、中心質量の慣性モーメントは

I = 1 2 M R 2 {displaystyle I={\frac {1}{2}}MR^{2}}}} $I={\frac {1}{2}}MR^{2}$

ここで、I{{displaystyle I}は、回転中心に関する質量の慣性モーメントであり、ω{displaystyle ω}は $\omega$ ω）はラジアン単位の角速度です。

歴史

フライホイールは古代から使用されており、最も一般的な伝統的な例は轆轤（ろくろ）です。産業革命では、ジェームズ・ワットが蒸気機関のフライホイールの開発に貢献し、同時代のジェームズ・ピッカードがフライホイールを使用しました。

その他の意味

ベンチャーキャピタルの世界では、「フライホイール」という言葉が使われています。

質問と回答

Q:フライホイールとは何ですか?

A:フライホイールとは、回転軸に取り付けられた重い円盤または車輪のことです。運動エネルギーの貯蔵に使用され、不均一なトルクによる速度変化に抵抗して、シャフトを同じ速度で回転させるのに役立ちます。

Q:フライホイールはどのようにエネルギーを蓄積するのですか?

A:フライホイールは、回転するときにホイールからエネルギーを受け取り、エネルギーが必要なときに再び放出することでエネルギーを蓄積しています。蓄えられるエネルギー量は、質量、角速度、半径に依存します。

Q:フライホイールにはどのような用途があるのですか?

A:フライホイールは、ピストンを動力源とするエンジンにおいて、トルクの不均一性による回転速度の変化の問題を解決するために使用されています。また、バスの停止・発進の際、車輪の回転エネルギーをフライホイールに伝達し、減速と加速を行うために使用されています。

Q:フライホイールに蓄えられるエネルギーの大きさは、どのような要因で決まるのですか?

A:フライホイールに蓄えられるエネルギー量は、その質量、角速度、半径に依存します。重くて角速度が速い分銅は、軽くて角速度が遅い分銅より回転させるのに必要なエネルギーが大きくなります。

Q:すべてのホイールは "フライホイール "と見なされるのですか?

A:いいえ、すべてのホイールが "フライホイール "と見なされるわけではありません。フライホイールは運動エネルギーを蓄積するために特別に設計されたもので、これを効果的に行うためには重くなければならず、また高速で回転させなければなりません。

Q:バスはどのようにフライホイールを使うのですか?

A:バスは、停止時（信号待ちなど）にフライホイールを車輪に連結して使用します。これにより、車輪の回転エネルギーをフライホイールに伝達し、減速しつつ、後で再始動する際に再び速度を上げることができるのです。