JPH1130293A - フライホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】始動時の慣性モーメントが小さく定常運転時に
大きくなるようなフライホイールを提供する。 【解決手段】フライホイール１の中心に設けたボス部１
０から遠心方向に向けて放射状にリブ１２が配設され、
これらのリブ１２には、リブ長手方向にスライド自在な
可動ウエイト１５と、可動ウエイト１５をボス部１０側
に押しつけるばね１４とが装着される。回転機の速度増
大に応じてウエイト１５が自身に働く遠心力によりばね
１４に抗して慣性モーメントが大きくなる方向に変位す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばエンジン発
電機等の回転機に使用されるフライホイールに係わり、
特にフライホイールの慣性モーメントの可変機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】エンジン発電機は非常用の予備電源に用
いられることが多く、始動に急を要する。一方、発電機
を駆動するエンジンは、回転脈動が避けられず、特に気
筒数の小さいエンジン程、その傾向が強い。この回転脈
動を平滑化するために、エンジンの回転軸に慣性モーメ
ントの大きなフライホイールを付設することが行われて
いる。

【０００３】一般にエンジン発電機のフライホイールは
一定の形状をしているため、その慣性モーメントは始動
から定常運転に至るまで常に一定である。このようにフ
ライホイールの慣性モーメントが一定である場合、慣性
モーメントを大きくして脈動の平滑効果を高めようとす
ると始動の負担が大きくなり且つ急速始動の実現を妨げ
る原因となり、逆に発電機の急速始動の要求に応えるた
めにフライホイールの慣性モーメントを小さくしようと
すれば、定常時の脈動の平滑効果が低下し、双方の要求
を満足させることが困難であった。

【０００４】なお、従来の回転機のフライホイールとし
ては、特開平８−１５４３５７号公報に記載のようにモ
ータ等を対象にしてフライホイールの慣性モーメントを
変化させる技術が提案されている。この従来例は、例え
ばフライホイールの回転中心部（ボス部）と外周慣性部
（外枠）とを弾性を有するアーム（リブ）を介して結合
し、回転速度が増大するほどアームが撓んで回転中心部
から外周慣性部までの距離（フライホイールの半径）ｒ
を短縮させるもので、その結果、始動時は慣性モーメン
トが大きく回転速度が上昇するにつれて慣性モーメント
が小さくなることを意図するものである（モータの速度
制御幅が大きい場合にその制御応答性を高めるため
等）。慣性モーメントＩは、フライホイールの半径ｒの
２乗と質量Ｍとの積（Ｉ＝ＭＲ²）として表わされる。

【０００５】このフライホイール技術は、エンジン発電
機が要求する慣性モーメント（すなわち、発電機の始動
時には負荷軽減及び急速始動のためにできるだけフライ
ホイールの慣性モーメントを小さくし、定常運転時には
エンジン脈動の平滑効果を高めるために慣性モーメント
を大きくしたいという要求）と逆の慣性モーメント制御
を行うものであり、エンジン発電機の始動特性，定常運
転の脈動平滑化の要求を満足させることはできない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、エン
ジン発電機等の回転機において始動時の負荷軽減を図
り、且つ定常運転時にはエンジン脈動の平滑効果を高め
ることができる今までにない慣性モーメント可変機構を
実現させることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基本的には、
次のように構成される。

【０００８】すなわち、回転機に使用されるフライホイ
ールにおいて、フライホイール中心に設けたボス部から
遠心方向に向けて放射状にリブが配設され、これらのリ
ブには、リブ長手方向にスライド自在な可動ウエイト
と、該可動ウエイトを前記ボス部側に押しつける付勢手
段（例えば、ばね）とが装着されていることを特徴とす
る。

【０００９】上記構成によれば、始動時の回転機の低速
状態では可動ウエイト（回転二次モーメント）に働く遠
心力が小さいため、遠心力に対抗する付勢手段の力によ
り可動ウエイトがフライホイールのボス部寄りに押さえ
られる。可動ウエイトの慣性モーメントＩは、フライホ
イールの回転中心（ボス部中心）から可動ウエイトまで
の距離ｒの２乗と可動ウエイトの質量Ｍとの積で表わさ
れるため（Ｉ＝Ｍ・ｒ²）、始動時の上記距離ｒが小さ
いため、慣性モーメントも小となる。したがって、始動
時の負荷を軽減させて、回転機（例えばエンジン発電
機）の発生するトルクはより多く加速に利用でき短い時
間で定常回転速度に到達し急速始動の要求に応えられ
る。

【００１０】また、回転機が定常運転速度に向かうにつ
れて（回転速度が増大するにつれて）、可動ウエイト自
身に働く遠心力が大きくなり、可動ウエイトは徐々にフ
ライホイール外周方向に変位し上記慣性モーメント要素
となる距離ｒが大きくなり、距離ｒは定常運転速度で最
大となる。その結果、慣性モーメントを定常運転速度で
最大にすることが可能になり、これにより、回転機の脈
動回転を抑制することができ、安定した回転を保証す
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図面を用いて
説明する。

【００１２】図１は本発明の適用対象となる回転機とし
てエンジン発電機を例示した概略構成図、図２，図３は
上記エンジン発電機に適用される本発明の第１実施例に
係るフライホイールの使用状態を示す正面図である。

【００１３】図１に示すようにエンジン発電機は、エン
ジン部２と発電機部３から構成される。これらエンジン
部２と発電機部３はカップリング４によって直結され、
その軸５上にフライホイール１を取り付ける。

【００１４】図２はエンジン始動時におけるフライホイ
ール１の状態を示し、フライホイール１は、その中心に
エンジン発電機のシャフト５に嵌合固着されるボス部１
０が形成され、このボス部１０より放射状に複数本（こ
こでは一例として８本）のリブ１２が延設され、これら
のリブ１２を介してボス部１０とフライホイール１の外
枠部（外輪部）１１とが結合されている。外枠部１１は
ボス部１０の外側にボス部１０と同心円をなすようにし
てウエイトの一部（固定ウエイト部）となる。

【００１５】各リブ１２には、可動ウエイト１５がリブ
１２上でスライド動作し得るようにして装着されてお
り、可動ウエイト１５と外枠部１１との間にコイルばね
１４が介在して、このコイルばね１４のばね圧により可
動ウエイト１５が常にフライホイール中心部（ボス部１
０）方向へ押し付け（付勢）されている。１３は外枠部
１１の内側に設けたばね受けである。

【００１６】各可動ウエイト１５は、ほぼ同じ形状、同
じ重量に設定されており、軸５の回りに対称に配置さ
れ、全てのばね１４も同じ強さのものが用いられて、バ
ランスがとれるようにしてある。また、本例では可動ウ
エイト１５をテーパ状に形成することで、図２に示すよ
うに可動ウエイト１５がボス部１０最寄りの位置に集中
した場合でも互いに干渉を避けつつ極力大きさ（質量）
を確保し得るように配慮してある。なお、リブ１２の本
数は上記本数に限定されるものではなく、適宜設定（例
えば４本，６本でもよい）すればよく、また、隣接する
可動ウエイト１５同士の間が充分余裕のある間隔を保て
る場合には、可動ウエイト１５はストレートな筒形状で
あってもよい。

【００１７】図２に示すように、エンジン始動時におい
ては、発電機が低速状態で可動ウエイト１５に働く遠心
力が小さく、この場合には、可動ウエイト１５は、ばね
１４のばね圧によりボス部１０に最寄りの位置にある。

【００１８】可動ウエイト１５の慣性モーメントＩは、
既述のようにフライホイールの回転中心（ボス部１０中
心）から可動ウエイト１５までの距離ｒと可動ウエイト
１５の質量Ｍとの関係でＩ＝Ｍ・ｒ²によって表される
から、始動時においては、慣性モーメント（回転二次モ
ーメント）は小さいため、エンジンの発生するトルクは
より多く加速に利用でき、短い時間で定常回転速度に到
達する。

【００１９】エンジン２（発電機３）の回転速度が上昇
するにつれて、可動ウエイト１５に作用する遠心力が大
きくなり、ウエイト１５は、ばね１４を圧縮しながら徐
々に外周方向に変位する。

【００２０】エンジンの回転速度が定常速度に達する
と、図３に示すように、可動ウエイト１５は、ばね１４
が最大圧縮する位置まで変位し、この位置に保持され、
フライホイール１の慣性モーメントは最大となり、エン
ジン２の回転脈動を平滑化する作用は大きくなる。

【００２１】エンジン２の運転を停止すれば、ウエイト
１５は、ばね１４で中央部へ戻され、図１の状態に戻
り、次の始動に備えられる。

【００２２】なお、図３の構成では、定常運転中、可動
ウエイト１５に働く遠心力は全てばね１４で受けられる
ことになるが、ばね１４に座屈の恐れがあるときには、
図４に示すようにリブ１２にストッパー１６を設けて、
可動ウエイト１５が遠心方向外側に最大位置まで変位す
ると、可動ウエイト１５をこのストッパー１６で受ける
ようにしてもよい。本例では、ストッパー１６としてス
リーブ状のものを用い、このスリーブ１６をリブ１２の
外枠部１１寄りの一端に嵌合固着しており、このスリー
ブ外径を可動ウエイト１５の内径よりも大きくすること
で可動ウエイト１５を受け止めるようにしてある。

【００２３】このようなスリーブ状のストッパ１６によ
れば、リブ１２への装着が容易であり、また、リブ１２
自身をストッパ形成のために加工する必要がなく、さら
に、リブ１２上のスラスト方向の受ける力が強く、可動
ウエイト１５の遠心力を簡易な構造で充分に受け止める
利点がある。なお、ストッパ１６は、上記形状に限定さ
れるものではなく、リブ１２上に段差や突起を形成して
も構成することができる。

【００２４】なお、上記図４は、第２実施例に係るもの
で、可動ウエイト１５が定常運転中に遠心方向の最大外
側位置まで変位した状態を示しており、エンジン始動時
には、可動ウエイト１５は図２と同様の位置に戻され
る。

【００２５】図５に本発明の第３実施例に係るフライホ
イールを示し、発電機のエンジン始動又は停止時の状態
を示している。本実施例において、第１，第２実施例と
異なる点は、外枠部１１´の形状であり、本例では、外
枠部１１´は複数のもので各リブ１２ごとに配設され、
また、外枠部１１´同士が同一円軌跡上に円弧形状を呈
して配列されている。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エンジン
発電機等の回転機において始動時の負荷軽減を図り、且
つ定常運転時にはエンジン脈動の平滑効果を高めること
ができる今までにない慣性モーメント可変機構を実現さ
せること。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用対象となるエンジン発電機にフラ
イホイールを取り付けた際の概略図。

【図２】本発明の第１実施例に係るフライホイールで、
エンジン始動時における状態説明図。

【図３】本発明の第１実施例に係るフライホイールで、
エンジン定常運転時における状態説明図。

【図４】本発明の第２実施例に係るフライホイールで、
エンジン定常運転時における状態説明図。

【図５】本発明の第１実施例に係るフライホイールで、
エンジン始動時における状態説明図。

【符号の説明】

１…フライホイール、２…エンジン部、３…発電機部、
５…軸、１０…ボス、１１…外枠部（外輪部）、１２…
リブ、１４…ばね（付勢手段）、１５…可動ウエイト。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転機に使用されるフライホイールにお
   いて、フライホイール中心に設けたボス部から遠心方向
   に向けて放射状にリブが配設され、これらのリブには、
   リブ長手方向にスライド自在な可動ウエイトと、該可動
   ウエイトを前記ボス部側に押しつける付勢手段とが装着
   されていることを特徴とするフライホイール。
2. 【請求項２】 回転機に使用されるフライホイールにお
   いて、回転機のシャフトに嵌合固着されるボス部と、前
   記ボス部の外側に配置されウエイトの一部となる外枠
   と、前記ボス部と前記外枠とを結合する複数のリブと、
   前記リブにリブ長手方向にスライド自在となるよう装着
   された可動ウエイトと、前記可動ウエイトを前記ボス部
   側に押しつける付勢手段とを備え、回転機の速度増大に
   応じて前記可動ウエイトが自身に働く遠心力により前記
   付勢手段に抗して慣性モーメントが大きくなる方向に変
   位するよう設定されていることを特徴とするフライホイ
   ール。
3. 【請求項３】 前記外枠は輪形状或いは同一円軌跡上に
   複数配列された円弧形状を呈し、前記付勢手段はばねで
   あり、このばねが前記外枠と前記可動ウエイトの間に介
   在するようにして前記リブに嵌装されている請求項２記
   載のフライホイール。
4. 【請求項４】 前記回転機はエンジン発電機であり、こ
   の発電機の定常回転時において前記可動ウエイトに働く
   遠心力により該可動ウエイトが前記リブ上のスライド範
   囲の最外側に変位し得るように前記ばねの強さを設定し
   ている請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のフ
   ライホイール。