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ガバナー、または速度制限装置もしくは制御装置とは、エンジンなどの機械の速度を測定し、調整するために使用される装置である。
典型的な例としては、往復式蒸気機関に搭載されている遠心ガバナー（ワットガバナーまたはフライボールガバナーとも呼ばれる）が挙げられる。これは、機械の出力軸によって駆動される回転する重りに作用する慣性力を利用して、蒸気の流入量を変化させることで速度を制御する。
遠心式調速機は、 17世紀以来、風車の石臼間の距離と圧力を調整するために使用されてきた。初期の蒸気機関は純粋な往復運動を利用しており、水の汲み上げに用いられた。この用途では、動作速度の変動を許容することができた。
スコットランドの技術者ジェームズ・ワットが工場機械の駆動用に回転式蒸気機関を導入するまで、一定の運転速度は必要とされなかった。1775年から1800年の間に、ワットは実業家のマシュー・ボールトンと共同で約500台の回転ビーム機関を製造した。これらの機関の中核を成すのは、ワット自身が設計した「円錐振り子」調速機である。これは、リンクアームで垂直軸に取り付けられた一連の回転する鋼球で構成され、制御力は鋼球の重量によって決まる。
調速機の動作原理は、 1868年にジェームズ・クラーク・マクスウェルが発表した画期的な論文「調速機について」で説明されている。[ 1 ]
ワットの設計を基に、アメリカのエンジニアであるウィラード・ギブスは、1872年にワットの円錐振り子調速機を数学的なエネルギーバランスの観点から理論的に分析した。イェール大学の大学院生時代、ギブスは、この装置を実際に使用すると、動作が鈍く、制御すべき速度の変化に対して過剰に補正する傾向があるという欠点があることに気づいた。[ 2 ]
ギブスは、単純なワット調速機の平衡（これは「ボール」の重さによるトルクと回転によるトルクという2つのトルクのバランスに依存する）と同様に、仕事を生み出すあらゆる熱力学系の熱力学的平衡は、2つの要素のバランスに依存すると理論づけた。1つ目は中間物質に供給される熱エネルギーであり、2つ目は中間物質によって行われる仕事エネルギーである。この場合、中間物質は蒸気である。
こうした理論的研究は、1876年にギブスの有名な著作『異種物質の平衡について』が出版され、ギブスのガバナーが構築されたことで頂点に達した。これらの定式化は、今日では自然科学において、化学反応の平衡を決定するために使用されるギブスの自由エネルギー方程式の形で広く用いられており、ギブスの平衡とも呼ばれている。[ 3 ]
ガバナーは、初期の自動車（1900年のウィルソン・ピルチャーなど）にも搭載されており、手動スロットルの代替として用いられていました。ガバナーは必要なエンジン回転数を設定するために使用され、現代のクルーズコントロールと同様に、車両のスロットルと点火タイミングを調整して速度を一定に保ちました。また、ガバナーは、ウインチや油圧ポンプなどのエンジン駆動式アクセサリーを備えたユーティリティ車両（ランドローバーなど）にもオプションで用意されており、走行負荷の変動に関わらずエンジンの回転数を一定に保つ役割を果たしていました。
ガバナーは車両の最高速度を制限するために使用でき、一部の車種では法律で義務付けられています。より一般的には、内燃機関の回転速度を制限したり、過剰な回転速度によるエンジンの損傷を防ぐために使用されます。
現在、BMW、アウディ、フォルクスワーゲン、メルセデス・ベンツは、市販車の最高速度を250km /h（155mph ）に制限している。アウディ・スポーツGmbHやAMGの一部の車種、そしてメルセデス・ベンツ/マクラーレンSLRは例外である。BMWロールス・ロイスは240km /h（149mph ）に制限されている。イギリスのジャガーも、必要に応じてスウェーデンのサーブやボルボと同様に、最高速度リミッターを搭載している。
ドイツの自動車メーカーは当初、「紳士協定」を開始し、電子的に車両の最高速度を250 km/h (155 mph)に制限した。[ 4 ] [ 5 ]これは、アウトバーンではそのような高速走行が起こりやすいためである。これは、法的な速度制限を導入しようとする政治的な欲求を抑えるために行われた。
ヨーロッパ市場では、ゼネラルモーターズヨーロッパは時折この協定を割引することを選択するため、特定の高出力オペル車やボクスホール車は250 km/h (155 mph)を超えることができるが、キャデラックはそうではない。 フェラーリ、ランボルギーニ、マセラティ、ポルシェ、アストンマーティン、ベントレーも、少なくとも250 km/h (155 mph)に制限されていない。クライスラー300C SRT8は270 km/h (168 mph)に制限されている。日本の国内市場向け車両のほとんどは、180 km/h (112 mph)または190 km/h (118 mph)に制限されている。[ 6 ] 最高速度は強力な販売上の論拠だが、約300 km/h (190 mph)を超える速度は公道では達成できない可能性が高い。
高性能車の中には、車両の保険料を抑えるため、タイヤの故障リスクを減らすため、また、特定の地域でモデルを販売したい場合にその地域の法律を遵守するためなどの理由で、時速250 km ( 155 mph) に制限されているものもあります [ 7 ] 。
英国では、 1977年以来、モペッドには時速30マイル（48km /h）の速度制限装置が義務付けられている。 [ 8 ]他のほとんどのヨーロッパ諸国でも同様の規則がある（メイン記事を参照）。
公共交通機関の車両には、法律で定められた最高速度が設定されていることが多い。イギリスの定期バス（および路線バス）は、時速65マイル（105km /h）に制限されている。[ 9 ]
都市部の公共バスには速度制限装置が装備されていることが多く、通常は時速65 km (40 mph)から時速100 km (62 mph)の間に設定されています。
ヨーロッパとニュージーランドでは、すべての大型車両に、速度を時速90km （56マイル）または時速100km （62マイル）に制限する法律／条例に基づく速度制限装置が装備されています。消防車やその他の緊急車両はこの要件の対象外です。
航空機のプロペラもその応用例の一つです。ガバナーはシャフトの回転数を感知し、ブレードの角度を調整または制御することで、エンジンにかかるトルク負荷を変化させます。そのため、航空機が加速（急降下時など）したり減速（上昇時など）したりしても、回転数は一定に保たれます。
芝刈り機、携帯型発電機、芝刈り機や園芸用トラクターなどに使われる小型エンジンには、無負荷時にはエンジンへの燃料供給を安全な最大回転数に制限し、負荷の変化に関わらず比較的一定の回転数を維持するためのガバナーが装備されています。発電機用途の場合、発電機の出力周波数が一定に保たれるよう、エンジンの回転数を厳密に制御する必要があります。
小型エンジンのガバナーは、通常、次の 3 つのタイプのいずれかです。[ 10 ]
蒸気タービンにおいて、蒸気タービン制御とは、タービンの回転速度を一定に保つことを目的として、タービンへの蒸気の流量を監視および制御する手順である。蒸気の流量は、ボイラーとタービンの間に介在する弁によって監視および制御される。[ 11 ]
水力タービンでは、19世紀半ばから速度制御のために調速機が使用されてきました。典型的なシステムでは、タービンの入力弁またはガイドゲートに直接作用するフライボール調速機を使用して、タービンに入る水の量を制御します。1930年までに、機械式調速機はより精密な制御のためにPIDコントローラを使用するようになりました。20世紀後半には、電子調速機とデジタルシステムが機械式調速機に取って代わり始めました。[ 12 ]
同期電力系統における発電では、原動機が発電機を駆動し、発電機は系統上の他の発電機と電気的に結合されます。ドループ速度制御では、系統全体の周波数によって各発電機への燃料供給量が決まるため、系統の周波数が速くなると、各発電機のガバナーによって燃料供給量が削減され、速度が制限されます。
ガバナーはエレベーターに使用されます。エレベーターがトリップ速度（通常はエレベーターの最高速度の係数で、国際的なエレベーター安全ガイドラインに従って製造元によってプリセットされています）を超えて走行した場合に停止させる機構として機能します。この装置は、トラクション式エレベーターとロープ式油圧エレベーターの両方に設置する必要があります。
ガバナーは、ゼンマイの張力が低下していく間も音楽をほぼ一定の速度で再生し続けるために、一部のゼンマイ式オルゴールで使用されている。