JPS60222634A - フライホイ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、％＆Ｃその回転の
運動エネルギーの放蓄の前後においても回転数が一定の
フライホイール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り、回転＠ｌから
連結棒コを介して距離Ｒ（回転半径）離れた重りＪが角
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＝−ω”　ＲＪＭ　・・・・・・＜ｉ）コ　。

で表わされる。ただしＭは重り３の質量。上の（１）式
か−ら解るよう＆Ｃフライホイールが有するエネルギー
Ｅは重なりＪの角速度の２乗に比例し、Ｅとωとの関係
は第２図のように示される。つまり、重り３の回転数を
増加させることによりフライホイールにはエネルギーが
蓄勢されるようになっている。

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および負荷の変動を緩和させる
ものとして、知られている。例えば、原動機の軸忙フラ
イホイールが連結されている装置の場合、フライホイー
ルと原動機との間にはエネルギーの授受がなされ、それ
に伴ない第２図に示すようにフライホイールの回転数が
変化するようになっている。

上記のようにこのフライホイールは、原動機の出力の変
動および原動機に対する負荷変動を緩和させるにあたっ
て、フライホイール自身の回転数が変動し、それに伴な
い原動機の回転数も変化せざるを得なかった。その結果
、原動機の出力または負荷の変動に対しても一定回転数
を欲する原動機に、上記フライホイールは、適用できな
いという欠点があった。

〔発明の概要〕

この発明は上記の欠点を除去する目的でなされたもので
、回転軸と回転体との間に、回転体に作用する遠心力に
つり合う連結体を設けるという簡単な構成により、回転
数が一定のまま回転の運動エネルギーの放蓄が可能なフ
ライホイール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ｌと重り３との間にはばね亭が設けられている。

この重り３が角」速度ωで回転している時重り３に作用
する遠心力は、 ｆ　＝ω’ＲＭ　・・・・・・（，２）で表わされる。

また、重りＪに作用するばねダの張力は、はね定数Ｋが
一定であれば、第ダ図に示すようにＲとｆｓの関係は直
線で描かれ、九＝ＫＲ・旧・・（３） の関係式で表わされる。

重り３に作用する遠心力ｆ。とげねダの張力九とはつり
合い 、ｆ、　＝　ｆｓ　・・・・・・（ダ）ω’ＲＭ＝ＫＲ
・旧・・（！ｒ） となる。すなわち、回転半径Ｒに無関係に角速度（回転
数）ωは固有の角速度ω。を有することになる。

ところで、このフライホイールの有するエネルギーＥは
、通常のものと同様で式（１）で与えられる。

式（１）のωに式（６）す代入すると となる。ω。は−足であるからこの発明のフライホイー
ルのエネルギーＥは回転数一定で息り３の回転半径ＲＫ
二乗に比例することがわかる。すなわち、例えは原動機
の出力が一時的に増加すると、このフライホイールは、
回転数が一定で回転半径Ｒをひろけることによってエネ
ルギーＥを蓄積する。逆に出力が一時的に減少した場合
には、回転数が一定のまま回転半径Ｒを縮め、フライホ
イールの有し文いたエネルギーＥを放出することによっ
て原動機の一時的な出力減少を補なう。

ＲＦｉ原理的には０からωまでとれるが、実際のフライ
ホイールでは当然ながら、上限、下限ともに制限される
。上限をＲｆｎａＸ、下限なＲｍ、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Ｂ
ｍａｗ’下限Ｂ、ＩＩｉ、ｌはそれぞれＨｍａｘ　＝２
ωｃＲｍａｘＭ”’　”’　”となる。すなわち、この
”ｍａＸと”ｍｉ。との間で回転数一定でエネルギーＥ
を蓄積あるいは放出する。

”ｍａ工以上では回転数は増加するし、”ｍｉｎ以下で
は回転数が低下する。これらの関係は第Ｓ図に　飄 示す通りである。

第Ｓ図忙おいて曲線のはフライホイールの有ス。

るエネルギーが”ｍｉｎより小さい場合であり、ＲはＲ
ｍｉｎで一定であり、通常のフライホイールと同様にエ
ネルギーを蓄積するにともなって回転数が増加する。角
速度がω１．！になると、角速度は一定でＲを増加させ
ることによってエネルギーＥを蓄積する（図中の＠の領
域）。エネルギー”ｍａ工では””ＲｍａｘでありＲは
これ以上大きくならないので回転数を増すことによって
エネルギーＥを蓄積する（図中■の領域）。

この発明のフライホイールは図中＠の領域で使用するこ
と和よってその特徴を発揮する。

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
部断面図であり、第７図は第６図の平面酸されており、
この中空部６内には連結体を構成するコイルはね７が縮
設されている。コイルはね７０片端部にはばね座ｇが設
けられている。

回転軸Ｓの先端部には５字状をしたレバー９が支点ｔＯ
を中心に回動自在に設けられている。このレバーデは、
コイルばね７とともに連結体を構成し、回転軸Ｓの周辺
にｑ箇等間隔でａ′けられている。各レバーデの短片部
ｔｉの先端部位、ばね座ＳＫ、当接するようになってい
る。また、各レバー９の長片部ｌコの先端には回転体と
しての重り１３が取付けられている。なお、ばねの種類
によっては短片部ｉｉの先端部を直接はねに当接しても
ｊい。

上記のよ’５に構成されているフライホイールに間の距
離なｒとすると、Ｒとｒとは比例関係にある。したがっ
て、コイルはね７０発生する弾発力をｒ＝θで零とし、
ｒに比例して大きくなるよ５に設ければ、７ツイホイー
ルのエネルギーＥの授受に伴ない、Ｒが変化し、つまり
ｒが変化するだけで、フライホイール自体の回転数は変
化しない。

第３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）に連結された回転軸ｔ４
Ｉの中空部１６内には連結体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ｌ
ざが取付けられている。

回転軸ｌｌの先端部には円板１３が取付けられている。

円板ｌ！の周縁部にはその円周等分ｌ箇所にスリットコ
ｌが半径方向に延びて形成されている。このそれぞれの
スリットコｌには、回転体としての重りココが半径方向
に摺動自在に設けられている。この重りココはコイルは
ね１７とともに連結体を構成するワイヤコ３を介して前
記ばね座／Ｉと連結されている。なお、ばねの種類によ
ってはワイヤ、２Ｊを直接ばねに連結してもよい。

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はねｌりが押し縮
められるようになっ℃いる°。そして、Ｒに比例してコ
イルはね１７の弾発力が増すようにコイルはね１７を設
定しておくことにより、この発明の７ライホイールと同
一の機能を有することになる。

つまり、一定の回転数で回転している原動機の出力また
は負荷変動に対して、フライホイールの有するエネルギ
ーの放蓄がなされる。その時、エネルギーの放蓄は、フ
ライホイールの回転数を変動させることなく、１転半径
Ｒの距離の変動でなされることになる。

このように、この発明のフライホイールは、原動機の出
力または負荷の変動の大きい装置に適用して原動機が一
定回転を得るのに適している。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、これにこの発
明のフライホイールを適用すれば、波力発電機の出力を
一定化することができる。また、クラッシャのように負
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。さらにまた、定速走
行を欲する走行玩具、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によれば
、回転軸と回転体との間に、回転体に作用する遠心力と
つり合う連結体を設けるという簡単な構成により、回転
の運動エネルギーの放蓄忙対して回転数が変動せず、し
たがってこのものを例えば原動機に適用すること忙よっ
て、原動機の出力ま・たは負荷変動に対しても一定の回
転を得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のフライホイールの原理図、第一図はその
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、第ダ図はそのフライホイールの
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Ｓ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５図はこの
発明の他の笑施例を示す要部断面図、第７図は第１図の
一部平面図、第１θ図は第５図のＡ−Ａ線に渋う断面図
である。 ／、！；、／’Ｉ、／９・・回転軸、３．／３．ココ・
・重り（回転体）、？、／？・・コイルはね（連結体）
、？・・レバー（連結体）、コ３・・ワイヤ（連結体）
。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 Ｗ）１図 焔２図 Ｗ）３図 雉４図 ０挙４半＆Ｒ 光５図 角達度ω 手続補正書「自発」 特許庁長官殿 １゜事件の表示 昭和Ｉｆ年特許願第７７ｊＪｔ　号 ２、発明の名称 フライホイール ３、補正をする者 代表者　片山仁へ部　″ ４、代理人 住　所　東京都千代田区丸の内二丁目４番１号丸の内ビ
ルディング４階 ４　補正め内容 （１）　明細書全文を別紙の通り補正する。 （２）　図面第６図ないし第１Ｏ図を別紙の通り訂・正
する。 明　細　書 １、発明の名称 フライホイール ２、特許請求の範囲 （１）１回転軸と、この回転軸の周囲に回　Ｔｈ＆＆−
拍」Ｗ覧」Ｌ熊工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ロ　がｌ　口にていることを特
徴とするフライホイール。 （２）、連結体は、回転軸内に　の　心　ロに圧に　（
られでいるとともに、−がＵ 片Ｌ　（頴Ｚ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工１１ζ１１に立へ
１特許請求の範囲第１項記載の７ライホイール。 （３）、連結体は、回転軸内に口　の　心　向に圧ロ　
に　けられているとともに、一端が口四」１羞」２ユ詩
１邊−ばねと、一端が回転体に取り付はラレ・他端が剪
」改遵１１！と他」１拍工取り付けられているワイヤと
により構成されている特許請求の範囲第１項記載の７２
イホイール。 ３、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に関する
ものである。 【従米扶ｖ＃Ｊ 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）ω２　Ｒ，２Ｍ　・　・　・　・（１
）で表される。　ただし、Ｍは重り３の質量。 回転半径Ｒは一定。 上の（１）式か５ら解るように７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２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９３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ＥＩＪｔ′Ｍ
積される。　７フイホイールは、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０例えば、原動機の軸にフラ
イホイールｆｙｔ連結されでいる場合、フライホイール
と原動機との間にはエネルギーの授受がなされ、それに
伴い第２図に示すように７ライホイールの回転数が変化
するようになっている。 上記のようにこのフライホイールにおいては、原動機の
出力のムラおよび負荷の急激な変動による回転数の変動
を緩和させることはできるものの、回転数の前動を零に
することはできない。したがって、このフライホイール
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、回転数が変化しないことを欲する場合には適用でき
ないという欠点を有していた。 ［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、回転軸と回転体との闇に、回転体に作用する遠心力
に比例して回転体が回転半径方向に移動でき、かつその
状態で遠心力とつり合うように構成されている連結体を
設けることにより、回啄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を提供する
ものである。 ［発明の実施例１ 以下、この発明の７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、ｗＳ１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と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＝ω”ＲＭ　６６６６　（２） で表される。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の伸びの長さすなわちＲに正比例するとすれ
ば、第４図に示すよう、原点を通る直線で描かれ、 ｆｓ＝　Ｋ　Ｒ・・・・（３） の関係式で表される。 重り３に作用する遠心力ｒｅとばね４の張力ｆｓとはつ
り合い ｆｅ＝　ｆｓ　・・・◆（４） ω２ＲＭ＝ＫＲ・・・・（５） したがって、 “＝島−ωＣ・・・・（６） となる。すなわち、角速度（回転数）ωは回転半径Ｒに
無関係に固有の角速度ωＣを有することになる。 ところで、このフライホイールの有するエネルギーＥは
、通常のものと同様に式（１）で与えられる。 式（１）のりに式（６）を代入すると Ｅ　＝　（１／２）ω２Ｒ２Ｍ　・・・・（７）となる
。角速度ωＣは一定であるから、この発明のフライホイ
ールのエネルギーＥは、回転数一定で重９３の回転半径
Ｒの二乗に比例することが解る。 すなわち、例えば原動機の出力が一時的に増加すると、
このフライホイールは、回転数が一定で回転半径Ｒが大
きくなることによって、エネルギーＥが蓄積される。逆
に、出力が一時的に減少した場合には、回転数が一定の
まま回転半径Ｒが小さくなり、フライホイールの有して
いたエネルギーＥを放出することによって原動機の一時
的な出力減少を補う。　回転半径Ｒは原理的には０から
■までとれるが、実際の７？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Ｒｗａｘ
１下限をＲｗｉｎとすると、回転数一定で７？イホイー
ルの有するエネルギーＥの上限Ｅ　ｌｌｌａＸ％下限Ｅ
　ｅｌｉｎはそれぞれ Ｅｍａｘ＝（１／２）ａ＋　２Ｒ”＋＊ａｘＭ　＠　＊
　ｍ　４　（ｓ）Ｅｍｉｎ＝（１／２）ω２Ｒ”ｍｉｎ
Ｍ・　・　・　・（９）となる。すなわち、このＥ　Ｔ
ａａｘとＩＩ、＋ｉｎ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、ＥＩｌａｘ以上で
は回転数は増加するし、Ｅ　ｓｉｎ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７２゛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Ｒｍｉ、ｎで一定であり、前
述の従来の７ライホイールと同様に回転数の増加に伴い
エネルギーＥが蓄積される。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ωＣが一定で、図１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Ｅ　ｗ
＋ａｘ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されることによって、７
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７ライホイールは、図中■の領域で使用する
ことによってその特徴を発揮する。 ｔ８６図はこの発明の７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図あ平面図であって、原動ａ
（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に挾まれて縮設されている。 １【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、回軟体
としての重す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「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「＝０で零とし
、「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
Ｉ４の中空部Ｉ６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１フの先端に
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４１１所にスリ７）２１が半径方向に
延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。 ばねの種籾によってはワイヤ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が設定されでいる。 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
ラお上り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７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７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
終る。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７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、定速走行を欲する走行玩具、定速回転を欲する
オルゴール、コマ等にこの発明の７２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７ライホイールによれば
、回転軸と回転体との開に、回転体に作用する遠心力に
比例しで回転体が回転半径方向に移動で艶、かつその状
態で遠心力につり合うように構成されている連結体を設
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とシ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。 ４、図面の簡単な説明 １１４１図は従来の７ライホイールの原理図、第２図は
第１図の７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７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７フイホイール
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−又は相当部分を示す。 葛６圓 ん７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　回転軸と、この回転軸の周囲に設けられている
   回転体と、この回転体と前記回転軸との間に設けられて
   おり、回転体に作用する遠心力とつり合う連結体とを備
   え℃いることを特徴とするフライホイール。 （コ）連結体は、回転軸内に設けられているばねと、一
   端に回転体が取付けられ、他端がばねに直接または間接
   に当接し５るよ５に回転軸に回動口ψ 在に設けられている略り字状のレバと忙より構成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載のフライホイール。 （３）　連結体は、回転軸内に設けられているばねと、
   一端が回転体に取付けられ、他端がばねに直接または間
   接に取付けられているワイヤとにより構成されている特
   許請求の範囲第１ＩＪ記載の７ライホイール。