플라이휠

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 중세 시대
- 2.2. 산업 혁명 시대
3. 작동 원리
4. 응용 분야
- 4.1. 전통적인 활용
- 4.2. 현대적인 활용
5. 한국의 플라이휠 기술
- 5.1. 관련 연구 개발
- 5.2. 관련 기업
6. 기타
참조

1. 개요

플라이휠은 회전체의 운동 에너지를 이용하여 에너지를 저장하고 필요할 때 방출하는 장치이다. 플라이휠의 원리는 신석기 시대의 방적추와 물레에서 찾아볼 수 있으며, 산업 혁명 시대에 증기 기관의 발전에 기여했다. 플라이휠은 회전하는 물체의 관성 모멘트를 이용하여 작동하며, 에너지 저장, 방향 제어, 동력 안정화 등 다양한 분야에 활용된다. 플라이휠은 전통적인 기술과 현대적인 기술 모두에서 광범위하게 사용되며, 무정전 전원 장치, 운동 에너지 회수 시스템, 인공위성 자세 제어 등에 적용된다.

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플라이휠
개요
명칭	플라이휠, 탄성차, 팽이바퀴, 회전차
영어	flywheel
일본어	フライホイール
기타 명칭	彈み車(はじみぐるま), 勢車(はずみぐるま)
기본 정보
종류	기계 요소
기능	회전 에너지를 저장하는 기계 장치
작동 원리	관성 모멘트를 이용하여 회전 운동 에너지를 저장 및 방출
상세 정보
주요 용도	엔진의 회전 불균형 완화 자동차의 클러치 작동 보조 에너지 저장 장치 관성 항법 장치 전력 시스템의 안정화
재료	강철 주철 알루미늄 합금 복합 재료 (탄소 섬유)
설계 고려 사항	관성 모멘트 회전 속도 재료 강도 안전성 효율성
장점	높은 에너지 저장 밀도 긴 수명 친환경적 빠른 충전 및 방전 속도
단점	높은 초기 비용 안전 문제 (고속 회전 시 파손 위험) 유지 보수 필요
역사
초기 활용	수동 기계의 회전력 유지 (물레, 선반 등)
산업 혁명 시대	증기 기관의 운동 조절
현대	자동차, 항공기, 에너지 저장 시스템 등에 사용
기술 발전
고속 플라이휠	더 높은 에너지 저장 밀도 구현을 위해 회전 속도 증가
자기 베어링	마찰 손실 감소 및 내구성 향상
복합 재료 사용	강도와 경량화 동시 달성
관련 기술
관성 모멘트	회전체의 회전 운동에 대한 저항을 나타내는 물리량
회전 에너지	회전하는 물체가 갖는 에너지
자기 베어링	자기력을 이용하여 회전체를 지지하는 방식
참고 자료
외부 링크	플라이휠, 증기 시대 기술에서 포뮬러 1으로 리카르도 키너지 '2세대' 고속 플라이휠 기술의 획기적 발전

2. 역사

플라이휠의 원리는 신석기 시대의 방적추와 물레, 그리고 고대의 원형 연마석에서 찾아볼 수 있다.^[3] 11세기 초, 이븐 바살은 누리아와 사키야에 플라이휠을 사용하는 것을 개척했다.^[4] 미국 중세학자 린 화이트에 따르면, 회전 속도를 균일하게 하는 일반적인 기계 장치로서의 플라이휠 사용은 독일 장인 테오필루스 프레즈비테르(약 1070~1125년)의 ''De diversibus artibus''(다양한 기술에 관하여)에 기록되어 있으며, 그는 여러 기계에 이 장치를 적용한 것을 기록하고 있다.^[3]^[5]

산업 혁명에서 제임스 와트는 증기 기관에서 플라이휠 개발에 기여했으며, 그의 동시대 인물인 제임스 피커드는 크랭크와 결합된 플라이휠을 사용하여 왕복 운동을 회전 운동으로 변환했다.^[6]

2. 1. 중세 시대

플라이휠의 원리는 신석기 시대의 방적추와 물레, 그리고 고대의 원형 연마석에서 찾아볼 수 있다.^[3] 11세기 초, 이븐 바살은 누리아와 사키야에 플라이휠을 사용하는 것을 개척했다.^[4] 미국 중세학자 린 화이트에 따르면, 회전 속도를 균일하게 하는 일반적인 기계 장치로서의 플라이휠 사용은 독일 장인 테오필루스 프레즈비테르(약 1070~1125년)의 ''De diversibus artibus''(다양한 기술에 관하여)에 기록되어 있으며, 그는 여러 기계에 이 장치를 적용한 것을 기록하고 있다.^[3]^[5]

2. 2. 산업 혁명 시대

플라이휠의 원리는 신석기 시대의 방적추와 물레, 그리고 고대의 원형 연마석에서 찾아볼 수 있다.^[3] 11세기 초, 이븐 바살은 누리아와 사키야에 플라이휠을 사용하는 것을 개척했다.^[4] 미국 중세학자 린 화이트에 따르면, 회전 속도를 균일하게 하는 일반적인 기계 장치로서의 플라이휠 사용은 독일 장인 테오필루스 프레즈비테르(약 1070~1125년)의 ''De diversibus artibus''(다양한 기술에 관하여)에 기록되어 있으며, 그는 여러 기계에 이 장치를 적용한 것을 기록하고 있다.^[3]^[5]

산업 혁명에서 제임스 와트는 증기 기관에서 플라이휠 개발에 기여했으며, 그의 동시대 인물인 제임스 피커드는 크랭크와 결합된 플라이휠을 사용하여 왕복 운동을 회전 운동으로 변환했다.^[6]

3. 작동 원리

플라이휠의 회전자에 저장된 운동 에너지(회전 에너지)는

\frac{1}{2} I \omega^2

로 계산할 수 있다. 여기서 ω는 각속도이고,

I

는 플라이휠의 대칭축에 대한 관성 모멘트이다. 관성 모멘트는 회전하는 물체에 가해지는 토크에 대한 저항의 척도로, 관성 모멘트가 높을수록 주어진 토크가 가해질 때 가속도가 느려진다.^[7] 관성 모멘트는 질량(

m

)과 반지름(

r

)을 사용하여 원통형 모양에 대해 계산할 수 있는데, 고체 원통의 경우

\frac{1}{2} mr^2

, 얇은 벽의 빈 원통의 경우 약

m r^2

이다.^[7] 일정 밀도의 두꺼운 벽의 빈 원통의 경우

\frac{1}{2} m({r_\mathrm{external}}^2 + {r_\mathrm{internal}}^2)

이다.^[7]

주어진 플라이휠 설계에서 운동 에너지는 후프 응력과 재료 밀도의 비율과 질량에 비례한다. 플라이휠의 비인장 강도는

\frac{\sigma_t}{\rho}

로 정의할 수 있으며, 비인장 강도가 가장 높은 플라이휠 재료가 단위 질량당 가장 높은 에너지 저장량을 제공한다. 이것이 탄소 섬유가 관심 있는 재료인 이유 중 하나이다.

전기 모터로 구동되는 플라이휠은 일반적이다. 전기 모터의 출력은 플라이휠의 출력과 거의 같으며,

(V_i)(V_t)\left ( \frac{\sin(\delta)}{X_S}\right )

로 계산할 수 있다. 여기서

V_i

는 회전자 권선의 전압,

V_t

는 고정자 전압,

\delta

는 두 전압 사이의 각도이다. 회전자가 파손될 때까지 플라이휠에 점점 더 많은 회전 에너지를 저장할 수 있는데, 이는 회전자 내부의 후프 응력이 회전자 재료의 극한 인장 강도를 초과할 때 발생한다. 인장 응력은

\rho r^2 \omega^2

로 계산할 수 있다. 여기서

\rho

는 원통의 밀도,

r

은 원통의 반지름,

\omega

는 원통의 각속도이다.

플라이휠은 중심에 회전축이 지나는 관성체로, 관성모멘트의 크기는 장착되는 기계에 따라 설계된다.

기계의 회전 속도를 변화시킬 때, 그 회전계의 관성모멘트가 클수록 필요한 토크는 커지지만, 약간의 토크 변동으로 큰 각가속도가 발생하여 회전 속도가 단시간에 크게 변하는 회전계의 경우에도, 플라이휠에 의해 회전계의 관성모멘트를 증가시킴으로써 회전 속도의 변화를 방지하거나 완화한다. 크랭크와 커넥팅로드를 조합하여 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 기구에는 플라이휠이 조합되는 경우가 많다. 이 기구는 사점에서는 왕복 운동의 동력을 전달 할 수 없게 된다. 회전계의 관성 모멘트에 의하여 사점에서도 회전을 계속할수 있지만, 더욱 부드럽게 회전을 안정시키기 위해 플라이휠이 조합된다.

플라이휠을 회전시켜 운동에너지를 축적하고, 다른 기계 요소에 토크를 주는 에너지원으로 이용하는 구성도 있다.

기구의 회전을 안정화시키는 것 외에도 기능을 부여하는 경우가 있으며, 형태는 원판 또는 회전체를 기본으로 하여, 다른 부품을 고정하여 회전시키는 요소나 기어, 손으로 조작할 때 파지하기 위한 요소를 갖는 것도 있다.

3. 1. 에너지 저장

플라이휠의 회전자에 저장된 운동 에너지(회전 에너지)는

\frac{1}{2} I \omega^2

로 계산할 수 있다. 여기서 ω는 각속도이고,

I

는 플라이휠의 대칭축에 대한 관성 모멘트이다. 관성 모멘트는 회전하는 물체에 가해지는 토크에 대한 저항의 척도로, 관성 모멘트가 높을수록 주어진 토크가 가해질 때 가속도가 느려진다.^[7] 관성 모멘트는 질량(

m

)과 반지름(

r

)을 사용하여 원통형 모양에 대해 계산할 수 있는데, 고체 원통의 경우

\frac{1}{2} mr^2

, 얇은 벽의 빈 원통의 경우 약

m r^2

이다.^[7]

주어진 플라이휠 설계에서 운동 에너지는 후프 응력과 재료 밀도의 비율과 질량에 비례한다. 플라이휠의 비인장 강도는

\frac{\sigma_t}{\rho}

로 정의할 수 있으며, 비인장 강도가 가장 높은 플라이휠 재료가 단위 질량당 가장 높은 에너지 저장량을 제공한다.

전기 모터로 구동되는 플라이휠은 일반적이다. 전기 모터의 출력은 플라이휠의 출력과 거의 같으며,

(V_i)(V_t)\left ( \frac{\sin(\delta)}{X_S}\right )

로 계산할 수 있다. 여기서

V_i

는 회전자 권선의 전압,

V_t

는 고정자 전압,

\delta

는 두 전압 사이의 각도이다. 회전자가 파손될 때까지 플라이휠에 점점 더 많은 회전 에너지를 저장할 수 있는데, 이는 회전자 내부의 후프 응력이 회전자 재료의 극한 인장 강도를 초과할 때 발생한다. 인장 응력은

\rho r^2 \omega^2

로 계산할 수 있다. 여기서

\rho

는 원통의 밀도,

r

은 원통의 반지름,

\omega

는 원통의 각속도이다.

플라이휠은 관성모멘트의 크기는 장착되는 기계에 따라 설계된다. 기계의 회전 속도를 변화시킬 때, 회전계의 관성모멘트가 클수록 필요한 토크는 커진다. 크랭크와 커넥팅로드를 조합하여 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 기구에는 플라이휠이 조합되는 경우가 많다.

플라이휠을 회전시켜 운동에너지를 축적하고, 다른 기계 요소에 토크를 주는 에너지원으로 이용하는 구성도 있다.

3. 2. 관성 모멘트

플라이휠의 회전자에 저장된 운동 에너지(회전 에너지)는

\frac{1}{2} I \omega^2

로 계산할 수 있다. 여기서 ω는 각속도이고,

I

는 플라이휠의 대칭축에 대한 관성 모멘트이다. 관성 모멘트는 회전하는 물체에 가해지는 토크에 대한 저항의 척도이다(즉, 관성 모멘트가 높을수록 주어진 토크가 가해질 때 가속도가 느려진다).^[7]

관성 모멘트는 질량(

m

)과 반지름(

r

)을 사용하여 원통형 모양에 대해 계산할 수 있는데, 고체 원통의 경우

\frac{1}{2} mr^2

이고, 얇은 벽의 빈 원통의 경우 약

m r^2

이며, 일정 밀도의 두꺼운 벽의 빈 원통의 경우

\frac{1}{2} m({r_\mathrm{external}}^2 + {r_\mathrm{internal}}^2)

이다.^[7]

기계의 회전 속도를 변화시킬 때, 그 회전계의 관성모멘트가 클수록 필요한 토크는 커진다. 하지만, 약간의 토크 변동으로 큰 각가속도가 발생하여 회전 속도가 단시간에 크게 변하는 회전계의 경우에도, 플라이휠에 의해 회전계의 관성모멘트를 증가시킴으로써 회전 속도의 변화를 방지하거나 완화한다. 크랭크와 커넥팅로드를 조합하여 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 기구에는 플라이휠이 조합되는 경우가 많다.

3. 3. 재료 및 설계

테두리형 플라이휠은 테두리, 허브, 그리고 스포크로 구성된다.^[8] 플라이휠의 관성 모멘트 계산은 다양한 단순화를 적용하여 더 쉽게 분석할 수 있다. 스포크, 샤프트, 허브의 관성 모멘트를 0으로 가정하고, 플라이휠의 관성 모멘트는 테두리에서만 발생한다고 가정할수 있다. 혹은 스포크, 허브, 샤프트의 관성 모멘트를 테두리에 집중시키는 것이다. 이는 플라이휠의 관성 모멘트의 백분율로 추정될 수 있으며, 대부분은 테두리에서 발생한다.^[8] 예를 들어, 허브, 스포크, 샤프트의 관성 모멘트가 무시할 만하고, 테두리의 두께가 평균 반지름(

R

)에 비해 매우 작다면, 테두리의 회전 반지름은 평균 반지름과 같다.^[8]

샤프트리스 플라이휠은 환형 구멍, 샤프트 또는 허브를 제거한다. 기존 설계보다 에너지 밀도가 높지만^[9] 특수한 자기 베어링과 제어 시스템이 필요하다.^[10] 일반적인 플라이휠의 형상 계수는 0.3인 반면, 샤프트리스 플라이휠의 형상 계수는 약 1의 이론적 한계 중 0.6에 가깝다.^[11]

슈퍼 플라이휠은 고체 코어(허브)와 주위에 감긴 여러 개의 고강도 유연 재료(특수 강철, 탄소 섬유 복합재, 유리 섬유 또는 그래핀 등)의 얇은 층으로 구성된다.^[12] 기존 플라이휠과 비교하여 슈퍼 플라이휠은 더 많은 에너지를 저장할 수 있으며 작동이 더 안전하다.^[13] 고장이 발생하는 경우, 슈퍼 플라이휠은 일반 플라이휠처럼 폭발하거나 큰 파편으로 부서지지 않고, 대신 층으로 분리된다. 분리된 층은 외함의 내벽에 대해 미끄러짐으로써 슈퍼 플라이휠의 속도를 늦춰 추가적인 파손을 방지한다. 슈퍼 플라이휠의 에너지 밀도의 정확한 값은 사용되는 재료에 따라 달라진다.^[12] 최초의 슈퍼 플라이휠은 1964년 소련-러시아 과학자 누르베이 굴리아(Nurbei Guilia)에 의해 특허를 받았다.^[14]^[15]

플라이휠은 여러 가지 재료로 만들어지며 재료 선택은 용도에 따라 결정된다. 납으로 만들어진 작은 플라이휠은 어린이 장난감에서 볼 수 있다. 주철 플라이휠은 구형 증기 기관에 사용된다. 자동차 엔진에 사용되는 플라이휠은 주철, 구상흑연주철, 강철 또는 알루미늄으로 만들어진다.^[16] 고강도 강철이나 복합재료로 만들어진 플라이휠은 차량 에너지 저장 및 제동 시스템에 사용하기 위해 제안되었다.

플라이휠의 효율은 단위 무게당 저장할 수 있는 최대 에너지량에 따라 결정된다. 플라이휠의 회전 속도 또는 각속도가 증가함에 따라 저장된 에너지도 증가하지만 응력도 증가한다. 후프 응력이 재료의 인장 강도를 초과하면 플라이휠이 파손되기 때문에 인장 강도는 플라이휠이 저장할 수 있는 에너지의 양을 제한한다.

플라이휠은 중심에 회전축이 지나는 관성체로, 관성모멘트의 크기는 장착되는 기계에 따라 설계된다.

기계의 회전 속도를 변화시킬 때, 그 회전계의 관성모멘트가 클수록 필요한 토크는 커지지만, 약간의 토크 변동으로 큰 각가속도가 발생하여 회전 속도가 단시간에 크게 변하는 회전계의 경우에도, 플라이휠에 의해 회전계의 관성모멘트를 증가시킴으로써 회전 속도의 변화를 방지하거나 완화한다. 크랭크와 커넥팅로드를 조합하여 왕복 운동을 회전 운동으로 변환하는 기구에는 플라이휠이 조합되는 경우가 많다.

4. 응용 분야

플라이휠은 에너지원이 연속적이지 않은 시스템에서 연속적인 동력 출력을 제공하는 데 사용된다. 예를 들어 왕복 엔진의 크랭크축의 빠른 각속도 변동을 완화하는 데 사용되며, 마찰 모터를 사용하는 장난감 자동차와 같은 장치에도 동력을 공급한다. 또한 파워 해머와 리베팅 머신과 같이 에너지원의 능력을 초과하는 전력 레벨에서 간헐적인 에너지 펄스를 공급하는 데에도 사용된다.

플라이휠은 방향을 제어하고 원치 않는 움직임을 방지하는 데에도 사용될 수 있다. 여기에는 계측용 자이로스코프, 선박 안정성, 위성 안정화(반작용 휠), 장난감 회전 장치의 회전 유지(마찰 모터), 자기 부상 물체의 안정화(스핀 안정화 자기 부상) 등이 포함된다.

플라이휠은 또한 동기 보상기와 같이 무효 전력을 생성하거나 흡수할 수 있지만 실제 전력에는 영향을 미치지 않는 전기 보상기로 사용될 수 있다.

이외에도 플라이휠은 다양한 분야에서 활용된다.

축음기: 레코드판의 회전 속도를 안정화
오르골: 태엽 동력을 안정적인 회전으로 변환
발판식 재봉틀: 크랭크가 달린 풀리는 플라이휠의 기능을 가짐
레시프로 엔진: 토크 변동 흡수, 자동차나 오토바이 엔진의 경우 플라이휠의 질량에 따라 운전성, 연비 등에 영향
관성 시동기: 외부 동력 없이 엔진 시동 가능, 티거 전차 등 중전차 시동에도 사용
무정전 전원 장치: 정전 시 플라이휠에 축적된 에너지로 내연 기관 시동 및 발전
플라이휠 배터리: 전력 계통 안정화
마찰 완구: 바퀴의 회전 유지
운동 에너지 회수 시스템(KERS): 자동차 등에서 주행 중 발생한 여분의 에너지를 재이용
프레스 기계: 기계식 프레스 기계의 동력원으로 이용
철도 모형: 주행 시 움직임을 부드럽게 함
반작용 휠: 인공위성 등 우주선의 각운동량 변화
롤러코스터: 나가시마 스파랜드의 셔틀 루프 가속 장치에 사용

4. 1. 전통적인 활용

플라이휠은 에너지원이 연속적이지 않은 시스템에서 연속적인 동력 출력을 제공하는 데 사용된다. 예를 들어 왕복 엔진의 크랭크축의 빠른 각속도 변동을 완화하는 데 사용되며, 마찰 모터를 사용하는 장난감 자동차와 같은 장치에도 동력을 공급한다. 또한 파워 해머와 리베팅 머신과 같이 에너지원의 능력을 초과하는 전력 레벨에서 간헐적인 에너지 펄스를 공급하는 데에도 사용된다.

플라이휠은 방향을 제어하고 원치 않는 움직임을 방지하는 데에도 사용될 수 있다. 여기에는 계측용 자이로스코프, 선박 안정성, 위성 안정화(반작용 휠), 장난감 회전 장치의 회전 유지(마찰 모터), 자기 부상 물체의 안정화(스핀 안정화 자기 부상) 등이 포함된다.

플라이휠은 또한 동기 보상기와 같이 무효 전력을 생성하거나 흡수할 수 있지만 실제 전력에는 영향을 미치지 않는 전기 보상기로 사용될 수 있다.

이외에도 플라이휠은 다양한 분야에서 활용된다.

축음기: 레코드판의 회전 속도를 안정화
오르골: 태엽 동력을 안정적인 회전으로 변환
발판식 재봉틀: 크랭크가 달린 풀리는 플라이휠의 기능을 가짐
레시프로 엔진: 토크 변동 흡수, 자동차나 오토바이 엔진의 경우 플라이휠의 질량에 따라 운전성, 연비 등에 영향
관성 시동기: 외부 동력 없이 엔진 시동 가능, 티거 전차 등 중전차 시동에도 사용
무정전 전원 장치: 정전 시 플라이휠에 축적된 에너지로 내연 기관 시동 및 발전
플라이휠 배터리: 전력 계통 안정화
마찰 완구: 바퀴의 회전 유지
운동 에너지 회수 시스템(KERS): 자동차 등에서 주행 중 발생한 여분의 에너지를 재이용
프레스 기계: 기계식 프레스 기계의 동력원으로 이용
철도 모형: 주행 시 움직임을 부드럽게 함
반작용 휠: 인공위성 등 우주선의 각운동량 변화
롤러코스터: 나가시마 스파랜드의 셔틀 루프 가속 장치에 사용

4. 2. 현대적인 활용

플라이휠은 에너지원이 연속적이지 않을 때 연속적인 동력 출력을 제공하기 위해 사용된다. 예를 들어 왕복 엔진의 크랭크축의 급격한 각속도 변동을 완화하는 데 사용되는데, 이때 크랭크축 플라이휠은 점화된 피스톤으로부터 토크를 받을 때 에너지를 저장했다가 다시 피스톤으로 에너지를 돌려보내 혼합물을 압축한다. 마찰 모터는 장난감 자동차와 같은 장치에 동력을 공급하는 또 다른 예시이다. 비용 절감을 위해 플라이휠 질량 대부분은 바퀴 가장자리에 배치되는데, 질량을 회전축에서 멀리 이동시키면 주어진 총 질량에 대해 회전 관성이 증가한다.

플라이휠은 에너지원의 능력을 초과하는 전력 레벨에서 간헐적인 에너지 펄스를 공급하는 데에도 사용될 수 있다. 이는 에너지원과 호환되는 속도로 일정 기간 동안 플라이휠에 에너지를 축적한 다음, 필요할 때 훨씬 더 높은 속도로 에너지를 방출하는 방식으로 이루어진다. 파워 해머와 리베팅 머신이 이러한 예시에 해당한다.

플라이휠은 방향 제어 및 원치 않는 움직임 방지에도 사용된다. 자이로스코프, 선박 안정성, 위성 안정화(반작용 휠), 장난감 회전 장치의 회전 유지(마찰 모터), 자기 부상 물체의 안정화(스핀 안정화 자기 부상) 등 다양한 분야에서 활용된다.

또한 플라이휠은 동기 보상기와 같이 무효 전력을 생성하거나 흡수하지만 실제 전력에는 영향을 미치지 않는 전기 보상기로 사용될 수 있다. 이는 시스템의 역률을 개선하거나 계통 전압을 조정하기 위한 목적이다. 이 분야에서 사용되는 플라이휠은 동기 모터와 구조 및 설치가 유사하지만(이 경우 동기 보상기 또는 동기 콘덴서라고 함) 단상 유도 기계와 같은 플라이휠을 사용하는 다른 종류의 보상기도 있다. 플라이휠은 보상하려는 주파수로 정확하게 회전하도록 제어되며, 동기 보상기의 경우 로터와 스테이터의 전압 위상을 맞춰야 한다.

축음기의 턴테이블은 레코드판의 회전 속도를 안정시키기 위해 플라이휠 기능을 겸한다. 오르골에서는 태엽 동력을 안정적인 회전으로 변환하는 조속기로 플라이휠이 사용된다. 발판식 재봉틀에서는 흔들리는 페달의 왕복 운동을 전달하는 기구에 플라이휠 기능이 있는 풀리가 사용된다.

레시프로 엔진에는 작동 중 발생하는 토크 변동을 흡수하기 위해 플라이휠이 장착되는 것이 일반적이다. 특히 자동차나 오토바이 엔진에서는 플라이휠의 질량(관성 모멘트)에 따라 저속 운전성, 스로틀 반응, 연비 등의 특성에 영향이 나타난다. 자동차용으로는 주철이 주로 사용되지만, 크롬몰리브덴강이나 알루미늄 합금으로 관성 모멘트를 작게 하여 액셀 반응을 중시한 제품도 있다. 자동차용 플라이휠은 클러치 마찰면, 셀프 스타터의 큰 톱니바퀴, 발전기 로터 자석 등의 기능과 결합되는 경우가 많다.

관성 시동기는 항공기에서 대형화된 엔진 시동에 사용되며, 외부 동력 없이 엔진을 시동할 수 있게 한다. 1926년에 개발된 이 방식은 플라이휠과 유성 기어 기구를 사용하여 인력의 회전력을 증폭시켜 엔진을 시동한다. 인력 외에 전동화된 것이나 전동·수동 겸용도 사용되었으며, 티거 전차와 같이 당시 셀프 스타터로 시동이 어려운 중전차에도 사용되었다.

무정전 전원 장치는 전동기로 플라이휠을 회전시켜 전기에너지를 운동에너지로 변환하여 축적한다. 정전 시에는 플라이휠에 축적된 에너지로 내연 기관을 시동시켜 발전한다. 플라이휠 배터리는 전력 계통에 연결하여 전력을 일시적으로 회전 운동 에너지로 변환하여 축적함으로써 전력 계통 안정화에 기여한다.

마찰 완구는 바퀴를 이용한 장난감의 동력으로 플라이휠을 사용한다. 운동 에너지 회수 시스템(KERS)은 자동차 등에서 주행 중 발생한 여분의 에너지를 가속 시 엔진 출력을 보조하는 목적으로 재이용하는 장치 중 하나로, 플라이휠을 이용한 방식이 있다. 기계식 프레스 기계에서는 플라이휠에 모터로 회전을 주어 동력원으로 사용하며, 클러치를 통해 크랭크에 전달하여 왕복 운동으로 슬라이드를 상하로 움직인다. 철도 모형에서는 주행 시 움직임을 부드럽게 하기 위해 동력차 출력축에 플라이휠을 사용한 제품이 있다. 반작용 휠은 플라이휠의 일종으로, 인공위성 등 우주선의 각운동량을 변화시키는 데 사용된다. 롤러코스터 중 나가시마 스파랜드의 셔틀 루프 가속 장치에 플라이휠이 사용된다.

5. 한국의 플라이휠 기술

5. 1. 관련 연구 개발

5. 2. 관련 기업

6. 기타

참조

_[1] 웹사이트 Flywheels move from steam age technology to Formula 1 http://www.bbc.com/f[...] 2012-07-03
_[2] 웹사이트 Breakthrough in Ricardo Kinergy 'second generation' high-speed flywheel technology http://www.ricardo.c[...] 2012-07-03
_[3] 논문 Theophilus Redivivus 1964
_[4] 서적 Wind energy engineering: a handbook for onshore and offshore wind turbines Academic Press 2017
_[5] 논문 Medieval Engineering and the Sociology of Knowledge 1975
_[6] 서적 Iron, Steam & Money: The Making of the Industrial Revolution Random House 2013
_[7] 웹사이트 Tutorial – Moment of Inertia http://www.freestudy[...] 2011-12-01
_[8] 간행물 Flywheel Rotor And Containment Technology Development, FY83 Lawrence Livermore National Laboratory 1983
_[9] 논문 A Utility Scale Flywheel Energy Storage System with a Shaftless, Hubless, High Strength Steel Rotor https://www.research[...] 2018-08-14
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_[14] 서적 Proceedings of the 2020 USCToMM Symposium on Mechanical Systems and Robotics https://books.google[...] Springer Nature 2020-04-20
_[15] 특허 Маховик https://patents.goog[...] 1964-05-15
_[16] 웹사이트 Flywheels: Iron vs. Steel vs. Aluminum https://fidanza.com/[...] 2016-10-06
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_[19] 백과사전 日本大百科全書、ブリタニカ国際大百科事典小項目事典、百科事典マイペディア、世界大百科事典第2版 2023-02-25
_[20] 백과사전 精選版日本国語大辞典 2023-02-25

플라이휠

1. 개요

더 읽어볼만한 페이지

2. 역사

2. 1. 중세 시대

2. 2. 산업 혁명 시대

3. 작동 원리

3. 1. 에너지 저장

3. 2. 관성 모멘트

3. 3. 재료 및 설계

4. 응용 분야

4. 1. 전통적인 활용

4. 2. 현대적인 활용

5. 한국의 플라이휠 기술

5. 1. 관련 연구 개발

5. 2. 관련 기업

6. 기타

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