TransportationEdit
AutomotiveEdit
På 1950-talet användes svänghjulsdrivna bussar, så kallade gyrobussar, i Yverdon (Schweiz) och Ghent (Belgien) och det pågår forskning för att göra svänghjulsystem som är mindre, lättare, billigare och har större kapacitet. Förhoppningen är att svänghjulsystem ska kunna ersätta konventionella kemiska batterier för mobila tillämpningar, t.ex. för elbilar. De föreslagna svänghjulssystemen skulle eliminera många av nackdelarna med befintliga batterisystem, t.ex. låg kapacitet, långa laddningstider, hög vikt och kort användbar livslängd. Svänghjul kan ha använts i den experimentella Chrysler Patriot, även om detta har ifrågasatts.
Svänghjul har också föreslagits för användning i kontinuerligt variabla växellådor. Punch Powertrain arbetar för närvarande på en sådan anordning.
Under 1990-talet utvecklade Rosen Motors en gasturbindriven seriehybriddrift för bilar med hjälp av ett svänghjul med 55 000 varv per minut för att ge accelerationsstötar som den lilla gasturbinmotorn inte kunde ge. Svänghjulet lagrade också energi genom regenerativ bromsning. Svänghjulet bestod av ett titannav med en kolfibercylinder och var kardaniskt monterat för att minimera negativa gyroskopiska effekter på fordonets hantering. Prototypfordonet testades framgångsrikt på väg 1997 men tillverkades aldrig i serie.
2013 tillkännagav Volvo ett svänghjulsystem som monterades på bakaxeln på sin S60 sedan. Vid en bromsning snurrar svänghjulet vid upp till 60 000 varv per minut och stoppar den frontmonterade motorn. Svänghjulets energi används via en särskild växellåda för att delvis eller helt driva fordonet. Det 20 centimeter långa och 6 kg tunga svänghjulet i kolfiber snurrar i vakuum för att eliminera friktion. När det kombineras med en fyrcylindrig motor ger det upp till 25 procent lägre bränsleförbrukning jämfört med en jämförbar sexcylindrig turbomotor, vilket ger en ökning på 80 hästkrafter (60 kW) och gör det möjligt att nå 100 kilometer i timmen (62 mph) på 5,5 sekunder. Företaget tillkännagav inga specifika planer på att inkludera tekniken i sitt produktsortiment.
I juli 2014 förvärvade GKN Williams Hybrid Power (WHP) divisionen och avser att leverera 500 kolfiber Gyrodrive elektriska svänghjulsystem i kolfiber till stadsbussoperatörer under de kommande två åren Som det tidigare utvecklarnamnet antyder var dessa ursprungligen utformade för Formel 1-motorsporttillämpningar. I september 2014 meddelade Oxford Bus Company att man inför 14 Gyrodrive-hybridbussar från Alexander Dennis i sin Brookes Bus-verksamhet.
JärnvägsfordonRedigera
Svävhjulssystem har använts experimentellt i små elektriska lokomotiv för rangering eller omkoppling, t.ex. i Sentinel-Oerlikon Gyro Locomotive. Större ellok, t.ex. British Rail Class 70, har ibland utrustats med svänghjulsförstärkare för att kunna ta sig över luckor i den tredje rälsen. Avancerade svänghjul, t.ex. 133 kWh-paketet från University of Texas i Austin, kan ta ett tåg från stående start till marschfart.
Parry People Mover är en rälsbuss som drivs av ett svänghjul. Den testades på söndagar under 12 månader på Stourbridge Town Branch Line i West Midlands, England, under 2006 och 2007 och var tänkt att införas som en fullständig tjänst av tågoperatören London Midland i december 2008 när två enheter hade beställts. I januari 2010 var båda enheterna i drift.
JärnvägselektrifieringRedigera
FES kan användas vid linjen av elektrifierade järnvägar för att hjälpa till att reglera linjespänningen och på så sätt förbättra accelerationen för omodifierade elektriska tåg och mängden energi som återvinns till linjen vid regenerativ bromsning, vilket sänker energiräkningarna. Försök har genomförts i London, New York, Lyon och Tokyo, och New York MTA:s Long Island Rail Road investerar nu 5,2 miljoner dollar i ett pilotprojekt på LIRR:s linje West Hempstead Branch.Dessa försök och system lagrar rörelseenergi i rotorer som består av en cylinder av kol-glaskomposit som är packad med neodym-järn-bor-pulver som bildar en permanentmagnet. Dessa snurrar med upp till 37800 varv/min, och varje 100 kW-enhet kan lagra 11 megajoule (3,1 kWh) återanvändbar energi, vilket är ungefär tillräckligt för att accelerera en vikt på 200 ton från noll till 38 km/tim.
Avbrottsfri strömförsörjningRedigera
System för lagring av energi med svänghjul som är i produktion från och med 2001 har en lagringskapacitet som är jämförbar med batterier och snabbare urladdningshastighet. De används främst för att ge lastutjämning för stora batterisystem, t.ex. en avbrottsfri strömförsörjning för datacenter, eftersom de sparar en avsevärd mängd utrymme jämfört med batterisystem.
Flywheel-underhållet i allmänhet löper ungefär halva kostnaden för traditionella UPS-system med batterier. Det enda underhållet är en grundläggande årlig förebyggande underhållsrutin och byte av lagren vart femte till tionde år, vilket tar ungefär fyra timmar. Nyare svänghjulsystem låter den snurrande massan sväva helt och hållet med hjälp av underhållsfria magnetlager, vilket eliminerar mekaniskt lagerunderhåll och fel.
Kostnaderna för ett fullt installerat UPS-system med svänghjul (inklusive kraftkonditionering) är (år 2009) cirka 330 dollar per kilowatt (för 15 sekunders fulllastkapacitet).
TestlaboratorierEdit
En långvarig nischmarknad för svänghjulskraftsystem är anläggningar där brytare och liknande anordningar testas: även en liten hushållsbrytare kan vara dimensionerad för att avbryta en ström på 10 000 eller fler ampere, och större enheter kan ha avbrottsvärden på 100 000 eller 1000000 ampere. De enorma transienta belastningar som uppstår när man avsiktligt tvingar sådana anordningar att visa sin förmåga att avbryta simulerade kortslutningar skulle få oacceptabla effekter på det lokala nätet om dessa tester gjordes direkt från byggnadens strömförsörjning. Typiskt för ett sådant laboratorium är att det finns flera stora motor-generatoraggregat, som kan snurras upp till hög hastighet under flera minuter; sedan kopplas motorn bort innan en strömbrytare testas.
FysiklaboratorierRedigera
Tokamak-fusionsexperiment behöver mycket höga strömmar under korta intervaller (främst för att driva stora elektromagneter under några sekunder).
- JET (Joint European Torus) har två svänghjul på 775 ton (installerade 1981) som snurrar upp till 225 varv per minut. Varje svänghjul lagrar 3,75 GJ och kan leverera upp till 400 MW.
- The Helically Symmetric Experiment vid University of Wisconsin-Madison har 18 svänghjul på ett ton som snurrar till 10 000 varv per minut med hjälp av återanvända elektriska tågmotorer.
- ASDEX har tre svänghjulsgeneratorer.
- DIII-D (tokamak) vid General Atomics
- Princeton Large Torus (PLT) vid Princeton Plasma Physics Laboratory
Också den icke-tokamak: Nimrod synkrotron vid Rutherford Appleton Laboratory hade två svänghjul på 30 ton.
FlygplansskjutsystemRedigera
Flygplanet av Gerald R. Ford-klassen kommer att använda svänghjul för att ackumulera energi från fartygets strömförsörjning, för att snabbt frigöras i det elektromagnetiska flygplansskjutsystemet. Fartygets elsystem kan inte på egen hand leverera de höga effektövergångar som krävs för att starta upp flygplan. Var och en av de fyra rotorerna kommer att lagra 121 MJ (34 kWh) vid 6400 varv per minut. De kan lagra 122 MJ (34 kWh) på 45 sekunder och avge den på 2-3 sekunder. Svänghjulets energitäthet är 28 kJ/kg (8 W-h/kg); inklusive statorerna och höljet kommer detta ner till 18,1 kJ/kg (5 W-h/kg), exklusive vridmomentramen.
NASA G2 svänghjul för energilagring av rymdfarkosterRedigera
Detta var en konstruktion som finansierades av NASA:s Glenn Research Center och som var avsedd för komponentprovning i en laboratoriemiljö. Den använde en kolfiberfälg med ett titannav som är konstruerat för att snurra vid 60 000 varv per minut, monterat på magnetiska lager. Vikten var begränsad till 250 pund. Lagringen var 525 W-hr (1,89 MJ) och kunde laddas eller laddas ur med 1 kW. Den fungerande modellen som visas på fotografiet högst upp på sidan körde med 41 000 rpm den 2 september 2004.
NöjesattraktionerRedigera
Rullbanan Montezooma’s Revenge på Knott’s Berry Farm var den första svänghjulslanserade berg- och dalbanan i världen och är den sista åkattraktionen av sitt slag som fortfarande är i drift i USA. Åkturen använder ett svänghjul på 7,6 ton för att accelerera tåget till 89 km/h (55 miles per timme) på 4,5 sekunder.
Rullbanan Incredible Hulk på Universal’s Islands of Adventure har en snabbt accelererande start i uppförsbacke i motsats till det typiska gravitationsfallet. Detta uppnås genom kraftfulla dragmotorer som kastar bilen uppåt på banan. För att uppnå den korta mycket höga ström som krävs för att accelerera ett helt berg- och dalbanetåg till full fart i uppförsbacke använder parken flera motorgeneratoraggregat med stora svänghjul. Utan dessa lagrade energienheter skulle parken vara tvungen att investera i en ny transformatorstation eller riskera att det lokala energinätet blir strömlöst varje gång åkattraktionen startar.
PulsenergiRedigera
Svunghjulsenergilagringssystem (FESS) används i en mängd olika tillämpningar som sträcker sig från nätansluten energihantering till avbrottsfri strömförsörjning. I takt med den tekniska utvecklingen sker en snabb renovering av FESS-tillämpningar. Som exempel kan nämnas hög effektvapen, flygplansdrivlinor och kraftsystem ombord på fartyg, där systemet kräver mycket hög effekt under en kort period på några sekunder eller till och med millisekunder.Kompenserad pulsad generator (kompulsator) är ett av de mest populära valen av pulsade strömförsörjningar för fusionsreaktorer, pulsade lasrar med hög effekt och elektromagnetiska hyperhastighetsskjutare på grund av dess höga energitäthet och effekttäthet, som i allmänhet är utformad för FESS. kompulsatorer (låginduktiva växelströmgeneratorer) fungerar som kondensatorer, de kan snurras upp för att ge pulsad kraft till railguns och lasrar. I stället för att ha ett separat svänghjul och en separat generator är det bara generatorns stora rotor som lagrar energi. Se även Homopolär generator.
MotorsportRedigera
Med hjälp av en steglöst variabel växellåda (CVT) återvinns energin från drivlinan vid inbromsning och lagras i ett svänghjul. Denna lagrade energi används sedan vid acceleration genom att ändra förhållandet i CVT. I motorsportstillämpningar används denna energi för att förbättra accelerationen snarare än att minska koldioxidutsläppen – även om samma teknik kan tillämpas på landsvägsbilar för att förbättra bränsleeffektiviteten.
Automobile Club de l’Ouest, arrangören bakom det årliga evenemanget 24 timmar av Le Mans och Le Mans Series, håller för närvarande på att ”studera specifika regler för LMP1 som kommer att utrustas med ett system för återvinning av kinetisk energi.”
Williams Hybrid Power, ett dotterbolag till Williams F1 Racing-teamet, har levererat svänghjulsbaserat hybridsystem till Porsche 911 GT3 R Hybrid och Audi R18 e-Tron Quattro. Audis seger i 2012 års 24-timmarslopp i Le Mans är den första för ett hybridfordon (diesel-elektriskt).
Lagring av energi i elnätetRedigera
Flywheels används ibland som kortsiktig snurrande reserv för momentan reglering av nätfrekvensen och för att balansera plötsliga förändringar mellan utbud och förbrukning. Inga koldioxidutsläpp, snabbare svarstider och möjlighet att köpa el under lågtrafik är några av fördelarna med att använda svänghjul istället för traditionella energikällor som naturgasturbiner. Driften är mycket lik batterier i samma tillämpning, skillnaderna är främst ekonomiska.
Beacon Power öppnade 2011 en energilagringsanläggning med svänghjul på 5 MWh (20 MW under 15 minuter) i Stephentown, New York, med 200 svänghjul, och ett liknande system på 20 MW i Hazle Township, Pennsylvania 2014.
En anläggning för lagring av energi i form av svänghjul på 2 MW (under 15 minuter) i Minto, Ontario, Kanada, öppnades 2014. Svänghjulssystemet (utvecklat av NRStor) använder 10 snurrande stålsvänghjul på magnetlager.
Amber Kinetics, Inc. har ett avtal med Pacific Gas and Electric (PG&E) om en energilagringsanläggning med svänghjul på 20 MW/80 MWh i Fresno, Kalifornien, med en urladdningstid på fyra timmar.
VindkraftverkRedigera
Svävhjul kan användas för att lagra energi som genereras av vindkraftverk under perioder utan toppar eller vid höga vindhastigheter.
Under 2010 påbörjade Beacon Power testning av sitt energilagringssystem med svänghjul Smart Energy 25 (Gen 4) vid en vindkraftspark i Tehachapi, Kalifornien. Systemet ingick i ett demonstrationsprojekt för vindkraft/flyghjul som genomfördes för California Energy Commission.
LeksakerEdit
Friktionsmotorer som används för att driva många leksaksbilar, lastbilar, tåg, actionleksaker och liknande är enkla flyghjulsmotorer.
VäxeltryckpressarEdit
Inom industrin är växeltryckpressar fortfarande populära. Det vanliga arrangemanget innebär en mycket stark vevaxel och en kraftig kopplingsstång som driver pressen. Stora och tunga svänghjul drivs av elmotorer, men svänghjulen vrider vevaxeln endast när kopplingar aktiveras.