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遠心ガバナー

1788
  • James Watt
ビンテージ蒸気機関の遠心ガバナー機構、制御工学。.

(画像はイメージです)

遠心ガバナーは、 遠心力 エンジンの回転速度を調整する。エンジンの回転速度が上がると、回転する質量(フライボール)が遠心力によって外側へ移動する。この動きはスロットルバルブと連動しており、スロットルバルブは燃料または蒸気の供給量を減らすことでエンジンの回転速度を落とし、ほぼ一定の速度を維持する。

1788年にジェームズ・ワットが蒸気機関に改良・応用したことで有名な遠心ガバナーは、負帰還制御システムの典型的な例です。これは、エンジンの出力軸によって駆動される回転軸にヒンジで取り付けられたアームに取り付けられた、フライボールと呼ばれる2つ以上の質量体で構成されています。軸が回転すると、遠心力によってフライボールが外側と上方に移動します。このアームの上方移動は、作動流体(蒸気など)のエンジンへの流量を制御するスロットルバルブと機械的に連動しています。エンジンの回転速度が設定値を超えると、フライボールはさらに外側に移動し、連動機構によってスロットルが部分的に閉じられます。これにより入力電力が減少し、エンジンの回転速度が低下します。逆に、エンジンの回転速度が低下すると、フライボールは内側に移動し、スロットルが開いて出力が増加します。この連続的な調整により、負荷の変動に関わらず、エンジンは比較的一定の速度を維持することができます。これは産業革命にとって極めて重要な革新であり、工場での紡績や織物など、安定した速度を必要とする用途に蒸気機関を使用することを可能にした。

While Watt’s design is the most famous, the principle was used earlier in windmills to regulate the distance between millstones. Watt’s contribution was its adaptation and refinement for the steam engine, which became a cornerstone of automatic control theory. The mathematical analysis of the governor’s stability by James Clerk Maxwell in his 1868 paper “On Governors” is considered a foundational work in control theory, marking the shift from purely intuitive design to rigorous mathematical analysis of dynamic systems.

UNESCO Nomenclature: 3305
制御工学

タイプ

物理デバイス

混乱

実質的な

使用法

廃止

前駆物質

  • understanding of centrifugal force (Huygens, Newton)
  • 蒸気機関の開発(ニューコメン、ワット)
  • linkage mechanisms from clockmaking and automata
  • 風車における初期の制御装置

アプリケーション

  • 蒸気機関
  • 内燃機関(初期型)
  • ターンテーブル(レコードプレーヤー)
  • 水力タービン
  • 機械式時計

特許:

NA

潜在的なイノベーションのアイデア

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歴史的背景

遠心ガバナー

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1788
1834
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1700
1761
1807-01-01
1850
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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