Ett svänghjul är ett enkelt roterande hjul som används för att lagra energi eller stabilisera något. Energin den lagrar är lika med dess tröghetsmoment – en fysikterm som i grunden betyder objektets massa gånger kvadraten på dess avstånd från rotationsaxeln – gånger kvadraten på dess vinkelhastighet dividerat med 2. Svänghjul hjälper till att stabilisera drivningen axlar som utsätts för växlande tryck, såsom kolvmotorer eller kolvpumpar. Den stabiliserande effekten kommer av att svänghjulet motstår förändringar i dess rotationshastighet.
Svänghjul används som kraftlagringsenheter för vetenskapliga experiment med hög effekt som skulle ge en oacceptabel kraftspets om man tar bort ström från elnätet. Sådana svänghjulsbatterier kan fungera i vakuum för att förhindra energiförlust på grund av luftfriktion, och kommer periodvis att påskyndas igen för att kompensera för förlorad rotationshastighet på grund av energiförlust från värme och vibrationer. Bra svänghjulskonstruktioner avleder så lite värme och vibrationer som möjligt och behåller energin för målapplikationen.
Ett svänghjul lagrar olika mängder energi beroende på dess massa och rotationshastighet. Till exempel har ett cykelhjul en massa på cirka 1 kg (2.2 lb), diameter på cirka 70 cm (28 tum) och en rotationshastighet på cirka 150 rpm (rotationer per minut). Detta summerar till en lagrad energi på 15 J (joule). Tänk sedan på ett hjul på ett tåg som rör sig i 60 km/h (37 mph), med en massa på 942 kg (2,076 1 lb), diameter på 3.3 m (318 fot) och en rotationshastighet på 64 rpm. Detta svänghjul skulle ha en rotationsenergi på cirka 43,000 kJ (kilojoule), ungefär XNUMX XNUMX gånger större än cykelhjulet.
Svänghjulsbatterier dedikerade till energilagring har energier som är mycket större än båda dessa tidigare exempel, främst på grund av extrema rotationshastigheter. Ett exempel tillverkat av ett svänghjulsföretag i Ottawa har en massa på 100 kg (220 lb), en diameter på 60 cm (27 tum) och en rotationshastighet på 20,000 10 rpm. Detta svänghjulsbatteri kan lagra cirka 100 MJ (megajoule), tillräckligt för att tända 100 1,000-watts glödlampor i 100 XNUMX sekunder. Denna svänghjulsbatteridesign är inte mycket större än ett kylskåp. Ett ännu större svänghjul, av den typ som används som elkraftbackup, kan hålla XNUMX MJ kraft. Dessa typer av svänghjul kan användas av kasinon, sjukhus, datacenter eller i industrin för att upprätthålla strömmen i händelse av ett fel eller fluktuationer i input.