遠心調速機

遠心調速機は、燃料または作動流体の流れを調整してエンジンの速度を制御し、ほぼ一定の速度を維持するフィードバック システムを備えた特殊なタイプの調速機です。比例制御の原理を使用します。

遠心調速機は「遠心レギュレータ」や「フライボール調速機」としても知られ、クリスティアーン・ホイヘンスによって発明され、 17世紀に風車の石臼間の距離と圧力を調節するために使用されました。 ^{[1] [2]} 1788年にジェームズ・ワットは、シリンダーへの蒸気の流入を調節する遠心調速機を蒸気エンジンの制御に応用しました。^[3]この開発は非常に重要であることが証明されたため、ワットは発明者と呼ばれることもあります。遠心調速機が最も広く使用されたのは、 19世紀の蒸気時代の蒸気エンジンでした。遠心調速機は、固定式の内燃機関やさまざまな燃料のタービン、および現代のいくつかの鳴動時計にも見られます。

単純な調速機は、負荷が増加すると速度 (RPM) が低下するにつれて調速機がスロットルを開くため、正確な速度ではなく速度範囲を維持します。

図に示す装置は蒸気エンジンに取り付けられています。動力は、下部のベルトホイールに接続されたベルトまたはチェーンによってエンジンの出力軸から調速機に供給されます。調速機は、原動機に供給される作動流体(蒸気)の流れを調整するスロットルバルブに接続されています。原動機の速度が上昇すると、調速機の中央スピンドルの回転速度が上がり、ボールの運動エネルギーが増加します。これにより、レバーアームの 2 つの質量が重力に逆らって外側および上向きに動きます。動きが十分に大きくなると、この動きによってレバーアームがスラストベアリングを引き下げ、ビームリンクが動き、スロットルバルブの開度が小さくなります。こうして、シリンダーに入る作動流体の速度が減り、原動機の速度が制御されて、速度超過が防止されます。

右側の画像の質量の近くに見られるように、機械的なストップを使用してスロットルの動作範囲を制限することができます。

2 アーム 2 ボール調速機の制限は、重力に依存していることと、調速機が減速したときに重力によってボールを引っ込めるために、調速機が地球の表面に対して直立した状態を保たなければならないことです。

重力を利用しない調速機は、両端に重りが付いた 1 本の直線アーム、回転軸に取り付けられたセンター ピボット、および回転軸の中心に向かって重りを押し付けようとするスプリングを使用することで構築できます。ピボット アームの両端にある 2 つの重りは重力の影響を相殺しますが、両方の重りはスプリングに逆らって遠心力を利用し、回転軸に対して垂直な軸に向かってピボット アームを回転させようとします。

スプリング格納式非重力調速機は、単相交流 ( AC)誘導モーターで一般的に使用され、モーターの回転速度が十分に高いときに 始動フィールドコイルをオフにします。

これらは、スノーモービルや全地形対応車(ATV) の連続可変トランスミッション(CVT) でも一般的に使用されており、車両の動きを制御/解除するとともに、エンジンの回転数に応じてトランスミッションのプーリー直径比を変化させます。

遠心調速機はクリスティアーン・ホイヘンスによって発明され、 17世紀に風車の石臼間の距離と圧力を調節するために使用されました。 ^{[4] [5]}

ジェームズ・ワットは、ビジネスパートナーのマシュー・ボールトンの提案を受けて、1788年に最初の調速機を設計しました。これは円錐振り子調速機で、ワットが蒸気機関に採用した一連の最後の革新のうちの1つでした。ワットの調速機の巨大な像が、イギリスのウェスト・ミッドランズにあるスメスウィックに立っています。

遠心調速機は、 19 世紀の蒸気時代の蒸気機関で最も広く使用されました。また、固定式 の内燃機関やさまざまな燃料のタービン、そして現代の鐘つき時計にも使用されています。

現代の多くのリピーター時計では、リピーターが速く動きすぎないように、 打ち鳴らし列の速度を制限するために遠心調速機が使用されています。

別の種類の遠心調速機は、シリンダー内のスピンドルに一対の質量が取り付けられており、質量またはシリンダーはパッドでコーティングされており、遠心クラッチやドラムブレーキに似ています。これは、バネ仕掛けのレコードプレーヤーやバネ仕掛けの電話ダイヤルで速度を制限するために使用されます。

遠心調速機は、認知科学において、情報の表現とその表現に適用される操作とを明確に分離できない動的システムの例としてよく使用されます。また、調速機はサーボ機構であるため、動的システムにおけるその分析は簡単ではありません。1868年、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは、フィードバック制御理論の古典として広く考えられている有名な論文「調速機について」^[6]を執筆しました。マクスウェルは、減速機（遠心ブレーキ）と動力入力を制御する調速機を区別しています。彼は、ジェームズ・ワット、ジェームズ・トムソン教授、フリーミング・ジェンキン、ウィリアム・トムソン、レオン・フーコー、カール・ヴィルヘルム・シーメンス（液体調速機） による装置を検討しています。

ダーウィンが『種の起源』を出版するきっかけとなった、リンネ協会への1858年の有名な論文の中で、アルフレッド・ラッセル・ウォレスは進化の原理の比喩として統治者を用いている。

この原理の働きは、蒸気機関の遠心調速機の働きとまったく同じで、蒸気機関の遠心調速機は、不規則性が明らかになる前にそれをチェックし、修正します。同様に、動物界における不均衡な欠陥は、最初の段階でその存在を困難にし、すぐに絶滅が確実に起こるため、目立つ大きさに達することはありません。^[7]

サイバネティシャンで人類学者のグレゴリー・ベイトソンはウォレスのアナロジーを高く評価し、1979年の著書『心と自然：必要な統一』でこのテーマについて論じており、他の学者も自然選択とシステム理論の関係を探求し続けている。^[8]

遠心式調速機は、米国ニューハンプシャー州マンチェスター市の市章の一部であり、市旗にも使用されている。2017年にデザインを変更する試みは有権者によって拒否された。 ^[9]

様式化された遠心調速機は、スウェーデン労働環境庁の紋章の一部でもあります。

• カタラクト（ビームエンジン）
• 遠心スイッチ
• ヒットアンドミスエンジン

• ウィキメディア・コモンズの遠心調速機に関連するメディア