Svinghjul

Et større svinghjul.

Et NASA G2 svinghjulsbatteri (Flywheel Energy Storage (FES)). Kan fungere i 15 år pga. friktionsløse magnetiske lejer som aldrig skal smøres. Kan oplades og aflades 100.000 gange. Ca. 85-95% oplade/aflade effektivitet. Ladningsgraden er let at bestemme, da den kan bestemmes af omdrejningshastigheden.

Tværsnit af et NASA G2 svinghjulsbatteri.

Et svinghjul er en klassisk mekanisk indretning, som kan bevare kinetisk energi i rotation over kortere eller længere tid.

Et andet formål med svinghjul kan være gyroskopeffekten, at det kræver stor kraft at ændre et roterende legemes retning. Anvendes f.eks. i gyrostabiliserede kameraer og skibe.

Virkemåde

Et svinghjul bygger på eller virker pga. fænomenet inertimoment, der viser sig som en træghed.

Trægheden er det at det kræver kraft x vej (integreret over tid) for hver enkelt massedel af det faste legeme – og dermed energiudveksling – at forøge eller mindske rotationen. Eksempler: karrusel, cykelhjul, boremaskine og havelåge (asymmetrisk massefordeling om rotationscenter).

Svinghjulsanvendelser

Eksempler på svinghjulsanvendelser:

• Spolebåndoptager eller kassettebåndoptager kapstanssvinghjul
• Grammofon pladetallerken
• DVD/CD-afspillerens DVD/CD-plade
• Generator-/dynamo-/motor-svinghjul (anvendes til at udjævne belastninger og holde motoren i gang)
  • Bilmotor
  • Fiskekuttermotor
• Energilagring

Svinghjulets kinetiske energi bundet i rotationen kaldet E og kan beregnes via følgende formel:

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

hvor

• E er rotationsenergien i joule.
• I er inertimomentet i kg·m².
• ω er vinkelfrekvensen, dvs. (antal omdrejninger per sekund) · 2 · π.

Eksempel på inertimoment for et homogent legeme

I følgende eksempel findes en formel, som gælder for et legeme med ensartet massefordeling (dvs. massefylden er konstant overalt i legemet) og med en bestemt udformning og rotationsaksel:

Formler for inertimomentet I for et homogent legemer med masse m

(c) Peo at the Danish language Wikipedia, CC BY-SA 3.0

En cylinder, enten massiv eller hul som et rør, er monteret, så den kan dreje omkring sin egen længdeakse. Hvis den ydre radius er R, og en eventuel cylindrisk hulhed har den indvendige radius r, er intertimomentet I givet ved: ${\displaystyle I={\frac {1}{2}}\cdot m\cdot (R^{2}+r^{2})}$ Heraf følger, at hvis cylinderen er massiv (r = 0), bliver inertimomentet: ${\displaystyle I={\frac {1}{2}}\cdot m\cdot R^{2}}$, og for en hul cylinder med ubetydelig "vægtykkelse" (r ≈ R) fås: ${\displaystyle I=m\cdot R^{2}}$

Det ses af formlerne, at en tyndvægget cylinder giver det størst mulige inertimoment I for en given mængde "byggemateriale" (massen m): Dette forklarer hvorfor svinghjul på f.eks. dampmaskiner udformes med en kraftig (dvs. tung) og udpræget bred "fælg".

Se også

• Gyroskop
• Præcession

Eksterne henvisninger

• Wikimedia Commons har flere filer relateret til Svinghjul
• Experimentarium: Svinghjul er svære at løbe om hjørner med Arkiveret 9. oktober 2004 hos Wayback Machine
• Google: Flywheel Arkiveret 11. oktober 2004 hos Wayback Machine
• 2003-11-14, Science Daily: University Of Texas At Austin Flywheel Spins To A Milestone Speed Record Citat: "...charged and discharged a flywheel 110,000 times with no change in performance...it wastes less than 5-10 percent of the energy stored as it is charged and discharged..."
• https://web.archive.org/web/20100516115358/http://www.upei.ca/~physics/p261/projects/flywheel2/flywheel2.htm
• RPM's No-Loss Power Storage/Regeneration System Arkiveret 18. oktober 2004 hos Wayback Machine
• NASA: flywheel Arkiveret 11. oktober 2004 hos Wayback Machine, Papers & Presentations Arkiveret 16. oktober 2004 hos Wayback Machine
• RPM's Power Storage/Regeneration Arkiveret 26. september 2004 hos Wayback Machine
• Power Electronics in Flywheel Storage Systems
• Producent af svinghjul med forklaringer Arkiveret 8. december 2004 hos Wayback Machine