フライホイール

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フライホイール(4G63エンジン用)

フライホイール: flywheel)は、回転系の慣性モーメントを利用した機構に用いられる機械要素のひとつである。日本語では弾み車勢車(いずれもよみは「はずみぐるま」)という。回転機構の回転速度を安定化させる用途や、回転の運動エネルギーを利用する用途、角加速度を与えた際の反力を利用する用途に用いられる。

概要[編集]

フライホイールは重心に回転軸が通った慣性体で、慣性モーメントの大きさは組み込まれる機械に応じて設計される。

機械の回転速度を変化させる際、その回転系の慣性モーメントが大きいほど必要なトルクは大きくなるが、わずかなトルクの変動で大きな角加速度が発生して、回転速度が短時間に大きく変化する回転系の場合でも、フライホイールによって回転系の慣性モーメントを増やすことで回転速度の変化を緩やかにする。クランクコネクティングロッドを組み合わせて往復運動を回転運動に変換する機構においてはフライホイールが組み合わされる例が多い。この機構はクランクとコネクティングロッドが平行になる位相、すなわち死点では往復運動の動力が伝達できなくなる。回転系の慣性モーメントによって死点においても回転を続けられるが、より滑らかに回転を安定させるためフライホイールが組み合わされる。

あるいはフライホイールを回転させることで運動エネルギーを蓄えて、別の機械要素にトルクを与えるエネルギー源として利用する構成もある。

機構の回転を安定化させるほかにも機能を持たせる場合があり、形状は円盤ないし回転体を基本として、他の部品を固定して回転させる要素や歯車、手で操作する際に把持するための要素を持つものがある。

主な応用例[編集]

レコードプレーヤー
レコードプレーヤーはレコード盤の回転速度を安定させるため、ターンテーブルはフライホイールの機能を持つ。
足踏み式ミシン
足踏み式ミシンは揺動するペダルの往復運動をコネクティングロッドとクランクで伝達する機構のひとつで、クランク付きプーリーはフライホイールの機能を持つ。
エンジン
エンジンには動作行程で生じるトルク変動を吸収するために、フライホイールが取り付けられるのが通常である。特に自動車やオートバイのように、エンジンの回転速度の変化が大きい機械のエンジンでは、フライホイールの慣性モーメントによってアクセルレスポンスや燃費といった特性に影響が現れやすい。自動車用は材質に鋳鉄が用いられる場合が多いが、クロームモリブデン鋼製やアルミニウム合金製として慣性モーメントを小さくし、アクセルレスポンスを重視した製品もある。また、自動車用の場合、クラッチの摩擦面やスターターの歯車、発電機のローターマグネットなどの機能と組み合わされる場合が多い。
無停電電源装置
電動機によってフライホイールを回転させることで、電気エネルギーを運動エネルギーに変換して蓄える装置で、停電時にはフライホイールの回転を利用して発電し、電源を供給する。
フライホイール・バッテリー
フライホイール蓄電装置などとも呼ばれる。電力系統に接続して、電力を一時的に回転運動エネルギーに変換して蓄積することで、電力系統の安定化を図る。
フリクション玩具
車輪で自走する玩具の動力としてフライホイールが利用される。床などに押しつけながら玩具を動かすことで車輪に連結されたフライホイールが回転し、フライホイールの慣性モーメントによって車輪の回転を維持する。
運動エネルギー回収システム(KERS)
自動車などで走行中に生じた余剰エネルギーを加速時などにエンジンの出力を補助する目的で再利用する装置のひとつとして、フライホイールを用いた方式がある。
プレス機械
機械式のプレス機械においては、フライホイールにモーターで回転を与えて動力源として利用される。フライホイールの回転はクラッチを介してクランクに伝達され、コネクティングロッドで往復運動にしてスライドを上下させる。
鉄道模型
走行時の動きが滑らかにするために、動力車の出力軸にフライホイールが組み込まれた製品もある。
リアクションホイール
フライホイールの一種で、人工衛星など宇宙機の角運動量を変化させるのに用いられる。