フライホイールとは何ですか？

フライホイールは、エネルギーを保存したり、何かを安定させるために使用される単純な回転ホイールです。 蓄積するエネルギーは、慣性モーメント（オブジェクトの質量に回転軸からの距離の2乗を乗じた物理用語）に角速度を2で割った値を2で割ったものに等しくなります。ピストンエンジンやピストンポンプなど、交互の圧力を受けるドライブシャフトを安定させます。 安定化効果は、フライホイールがその回転速度の変化に抵抗することに起因します。

フライホイールは、送電網から電力を除去すると許容できない電力スパイクが発生する高出力科学実験の蓄電デバイスとして使用されます。 このようなフライホイールバッテリーは、空気の摩擦によるエネルギー損失を防ぐために真空で動作する可能性があり、熱と振動によるエネルギー散逸によって失われる回転速度を補償するために定期的に再び高速化されます。 優れたフライホイール設計は、熱と振動をできるだけ少なくし、ターゲットアプリケーションのエネルギーを保持します。

フライホイールは、その質量と回転速度に応じて異なる量のエネルギーを保存します。 たとえば、自転車の車輪の質量は約1 kg（2.2 lb）、直径は約70 cm（28 in）、回転速度は約150 rpm（1分あたりの回転数）です。 これにより、合計で15 J（ジュール）のエネルギーが蓄積されます。 次に、時速60キロ（37 mph）で、942 kg（2,076 lb）の質量、1 m（3.3 ft）の直径、および318 rpmの回転速度で動いている列車の車輪を考えます。 このフライホイールの回転エネルギーは約64 kJ（キロジュール）で、自転車のホイールの約43,000倍です。

エネルギー貯蔵専用のフライホイールバッテリーは、主に極端な回転速度のため、これらの以前の例よりもはるかに大きなエネルギーを持っています。 オタワのフライホイール会社が作った一例は、100 kg（220 lb）の質量、60 cm（27 in）の直径、20,000 rpmの回転速度を誇っています。 このフライホイールバッテリは、約10 MJ（メガジュール）を保存でき、100ワットの電球を1,000秒間1,000秒間点灯するのに十分です。 このフライホイールバッテリーの設計は、冷蔵庫ほど大きくありません。 電力のバックアップとして使用されるタイプのさらに大きなフライホイールは、100 MJの電力を保持できます。 これらのタイプのフライホイールは、カジノ、病院、データセンター、または産業界で使用され、故障や入力の変動に備えて電力を維持します。