本条目描述的是能量儲存元件。关于自行車中的元件，见後變速盤；关于变形金刚角色，见飛輪 (變形金剛)
一個工業飛輪
一個古老機械中使用的飛輪，位在德國的維滕。
**飞轮**（英語：）是在旋转运动中用于储存旋轉動能的一种机械装置。飞轮傾向於抵抗轉速的改變，当动力源对旋转轴作用有一个变动的力矩时（例如往複式發動機），或是應用在間歇性負載時（例如活塞或沖床），飞轮可以減小轉速的波動，使旋转运动更加平顺。

有些測試需要間歇性的高功率輸出，若此功率直接由電力系統提供，可能會造成不想要的電流突波。若配合飞轮使用，當輸入功較輸出功大時，飞轮會將多餘能量轉換為本身的動能，同時使飞轮加速；當輸入功較輸出功小時，飞轮會減速，釋放的動能即可成為功率的輸出。

飛輪通常由鋼製成，並在傳統的軸承上旋轉;旋轉速率一般僅限於幾千RPM。一些現代的飛輪是用碳纖維材料製成的，並採用磁性軸承，使它們的旋轉速度能夠高達60,000 RPM。

原理
--

旋轉中的飞轮
飞轮是一個延著固定軸旋轉的輪子或圓盤，能量以旋轉動能的方式儲存在轉子中：

{\displaystyle E\_{k}={\frac {1}{2}}\cdot I\cdot \omega ^{2}}
其中

{\displaystyle \omega }是角速度
{\displaystyle I}是質量相對軸心的轉動慣量，轉動慣量是物體抵抗力矩的能力，給予一定力矩，轉動慣量越大的物體轉速越低。
* 固體圓柱的轉動慣量為{\displaystyle I\_{z}={\frac {1}{2}}mr^{2}},
* 若是薄壁空心圓柱，轉動慣量為{\displaystyle I=mr^{2}\,},
* 若是厚壁空心圓柱，轉動慣量則為{\displaystyle I={\frac {1}{2}}m({r\_{1}}^{2}+{r\_{2}}^{2})}.

其中{\displaystyle m}表示質量，{\displaystyle r}表示半徑，{\displaystyle r\_{1}}、{\displaystyle r\_{2}}分別代表外圈與內圈半徑，在轉動慣量列表中可以找到更多的資訊。

在使用國際單位制計算時，質量、半徑及角速度的單位分別是公斤、公尺，弧度/秒，所得到的結果會是焦耳。

由於飞轮可儲存的能量是和轉動慣量成正比，因此在設計飞轮時，會盡量在不變動質量的條件下，去增加其轉動慣量，例如說將中間摟空，質量集中在飞轮的外圍等作法。

在利用飞轮儲存能量時，還需要考慮在轉子不變形或斷裂的前提下，飞轮可儲存的能量上限，主要需考量轉子的環應力（英语：）：

{\displaystyle \sigma \_{t}=\rho r^{2}\omega ^{2}\ }
其中

{\displaystyle \sigma \_{t}}是轉子外圈所受到的張應力
{\displaystyle \rho }是轉子的密度
{\displaystyle r}是轉子的半徑
{\displaystyle \omega }是轉子的角速度

飞轮儲存的能量
-------

### 範例

参见：轉動慣量列表
以下是一些「飞轮」的範例及其儲存的能量，*I* = *kmr*2。

| 物體 | k（隨形狀而變） | 質量 | 直徑 | 轉速 | 所儲存的能量（焦耳） | 所儲存的能量 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 自行車車輪（時速20公里） | 1 | 1公斤 | 70公分 | 150 rpm | 15 J | 4×10−3 Wh |
| 速度加倍的自行車車輪（時速40公里） | 1 | 1公斤 | 70公分 | 300 rpm | 60 J | 16×10−3 Wh |
| 質量加倍的自行車車輪（時速20公里） | 1 | 2公斤 | 70公分 | 150 rpm | 30 J | 8×10−3 Wh |
| 火車車輪（時速60公里） | 1/2 | 942公斤 | 1公尺 | 318 rpm | 65 kJ | 18 Wh |
| 大卡車車輪（時速30公里） | 1/2 | 1000公斤 | 2公尺 | 79 rpm | 17 kJ | 4.8 Wh |
| 小的飛輪電池 | 1/2 | 100公斤 | 60公分 | 20000 rpm | 9.8 MJ | 2.7 kWh |
| 火車再生制動用的飛輪 | 1/2 | 3000公斤 | 50公分 | 8000 rpm | 33 MJ | 9.1 kWh |
| 備用電源用的飛輪 | 1/2 | 600公斤 | 50公分 | 30000 rpm | 92 MJ | 26 kWh |
| 地球 | 2/5 | 5.97×1024公斤 | 12,725公里 | 大約每天一轉（696 µrpm） | 2.6×1029 J | 72 YWh（× 1024 Wh） |

### 飛輪能量和材料的關係

對於相同尺寸外形的飛輪，其動能和環應力及體積成正比：

{\displaystyle E\_{k}\varpropto \sigma \_{t}V}
若以質量來表示，則其動能和質量成正比，也和單位密度的環應力成正比：

{\displaystyle E\_{k}\varpropto {\frac {\sigma \_{t}}{\rho }}m}
{\displaystyle {\frac {\sigma \_{t}}{\rho }}}可以稱為比強度。若飛輪使用材質的比強度越高，其單位質量下的能量密度也就就越大。

歷史
--

一個White and Middleton 1898固定式發動機的圖，其飛輪是二個一組的
飞轮的概念很早就出現在人類的生活中，新石器時代的紡錘及陶輪都有類似飞轮的概念。

十一世紀時安達盧斯的農藝師Ibn Bassal在其著作《Kitab al-Filaha》中，描述飞轮應用在水力機械中的情形。

根據從事中世紀研究的學者Lynn White的資料，首次出現使用飞轮來作為穩定轉速的記載是在德國藝術家Theophilus Presbyter（約1070-1125）的著作《De diversibus artibus》（On various arts）中，他在他的許多機器中都使用到飞轮。

在工業革命時，詹姆斯·瓦特將飞轮應用在蒸氣機上，而詹姆斯·皮卡德（英语：）將飞轮和曲柄一起使用，將往復式運動變成旋轉運動。

應用
--

飛輪應用在車輛上時，需考慮進動的問題。若一個旋轉的飛輪受到其他會改變其旋轉軸力矩的影響，飛輪的旋轉軸也會會繞另一個軸旋轉，這個稱為進動。一部有垂直軸飛輪的車輛在通過山頂或谷底時，會受到一個橫向的動量，用二個旋轉方向相反的飛輪即可消除此問題。

在現代的應用中動量飛輪（英语：）是一個用在衛星定位用的飛輪，飛輪用來提供其他衛星設備一個正確及固定的方向，不需推力火箭的協助。

飛輪常運用在打洞機及鉚釘機中，平時儲存馬達提供的能量，在需要功率輸出時，即可釋放原先儲存的能量。

### 配合內燃機

在內燃機的應用上，飛輪是連結到曲軸上的大質量輪子，主要目的是維持曲軸上固定的角速度。

### 儲能裝置

密封於真空中的飛輪可以取代充電電池，非常適用於固定式裝置，具有壽命長、無記憶效益、數分鐘即可充飽、放電速度與電容相近、成本低等優點。

可以用來應付尖峰負載，也可以增加再生能源的穩定性。

參見
--

* 陀螺儀
* 飞轮能量储存
* 再生制動（Regenerative braking）

參考
--

1. ↑  邱映辉.. 北京: 清華大學出版社. 2004: 187  [2010-07-16]. 7302094020. （原始内容存档于2014-11-09）.
2. ↑   （页面存档备份，存于）; "Flywheels move from steam age technology to Formula 1"; Jon Stewart | 1 July 2012, retrieved 2012-07-03
3. ↑   （页面存档备份，存于）, "Breakthrough in Ricardo Kinergy ‘second generation’ high-speed flywheel technology"; Press release date: 22 August 2011. retrieved 2012-07-03
4. 1 2  
White, Jr. Lynn.. Technology and Culture. Spring 1964, **5** (2): 233.
5. ↑  Ahmad Y Hassan.. History of Science and Technology in Islam.  [2010-07-14]. （原始内容存档于2010-10-07）.
6. ↑  White, Jr. Lynn.. The Pacific Historical Review. Feb 1975, **44** (1): 6.

1. ↑  1/(60 \* 24)\*(366.26/365.26)

外部連結
----

|  |  |
| --- | --- |
|  | 维基共享资源上的相关多媒体资源：飛輪 |

* Interesting Thing of the Day article on the Flywheel （页面存档备份，存于）。作者：Joe Kissell
* 飛輪能量計算器 (英文) （页面存档备份，存于）
* Some Energy Buffer

|  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 

| * 
* 论
* 编
汽車發動機 |
| --- |
|  |
| 汽缸本體及旋轉組件 | 
* 平衡軸（英语：）
* 曲轴
* 曲軸連桿（英语：）
* 曲軸箱（英语：）
* 曲軸箱強制通風閥（英语：）
* 連桿軸頸（英语：）
* 主軸承（英语：）
* 引擎水塞（英语：）
* 引擎預熱器（英语：）
* 气缸（排列形式（英语：））
* 排气量
* 缸徑（英语：）
* 飛輪
* 點火順序
* 冲程
* 活塞
* 活塞环
* 飛輪齒圈（英语：）

 |
|  |
| 汽門及汽缸蓋 | 
* 側置氣門（SV）（英语：）
* 顶置氣門（OHV）（英语：）
* 顶置凸轮轴（OHC）
* 挺桿（英语：）
* 凸轮轴
* 閥箱（英语：）
* 燃燒室
* 壓縮比
* 汽缸床墊片（英语：）
* 搖臂軸（英语：）
* 同步带
* 提升阀
* 连控轨道阀
* 可变气门正时

 |
|  |
| 增压系統 | 
* 喷气阀门
* 增壓控制器（英语：）
* 中冷器
* 机械增压器
* 渦輪增壓器

 |
|  |
| 燃油系統 | 
* 柴油引擎
* 汽油引擎
* 化油器
* 燃油濾芯（英语：）
* 燃料噴射裝置
* 渦輪增壓燃油分層噴射
* 高压共轨
* 燃油泵（英语：）
* 油箱（英语：）

 |
|  |
| 點火系統 | 
* 磁電機點火
* 火花點火
* 壓縮點火
* 筆式點火（英语：）
* 分电器
* 預熱塞
* 火花塞
* 點火線圈（考耳）（英语：）
* 高壓線圈（英语：）

 |
|  |
| 引擎管理系统 | 
* 电子控制器
* 发动机控制器

 |
|  |
| 機電系统 | 
* 直流發電機（英语：）
* 交流發電機（英语：）
* 电池
* 啟動馬達（英语：）

 |
|  |
| 進氣系統 | 
* 集氣箱（英语：）
* 空气滤清器
* 怠速控制閥（英语：）
* 進氣歧管（英语：）
* 進氣歧管壓力感知器（英语：）
* 空氣流量計（英语：）
* 節流閥
* 節流閥開度感應器

 |
|  |
| 排气系统 | 
* 催化转换器
* 柴油碳微粒濾清器
* 排氣溫度計（英语：）
* 排氣歧管（英语：）
* 消音器
* 含氧感知器（英语：）

 |
|  |
| 冷卻系統（英语：） | 
* 風冷
* 水冷
* 风扇
* 風扇離合器（英语：）
* 傳動帶
* 散熱器（英语：）
* 自動調溫器
* 防凍劑

 |
|  |
| 潤滑系統 | 
* 機油
* 機油濾芯（英语：）
* 滑油泵（英语：）
* 油底殼（英语：）
	+ 濕式（英语：）
	+ 乾式（英语：）

 |
|  |
| 術語 | 
* 爆震
* 動力帶（英语：）
* 紅線轉速（英语：）
* 分層燃燒（英语：）
* 稀薄燃烧
* 止点

 |
|  |
| 
* 分类

 |

 |

|  |  |  |
| --- | --- | --- |
| 

|  |  |
| --- | --- |
| 规范控制 編輯維基數據鏈接 | 
* NDL: 00563053

 |

 |