Накопитель механической энергии
Владельцы патента RU 2523363:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)
Изобретение относится к накопителю механической энергии для использования в приводах транспортных средств.
Накопитель включает вал, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлены центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала и обгонная муфта для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни. На концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам. Вал установлен с возможностью осевого перемещения. На одном его конце установлена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: одна полумуфта жестко соединена с валом, а другая - с центральной шестерней. Рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки и установлены с возможностью контактирования с площадкой. Обойма соединена с валом отбора мощности. На другом конце вала установлена фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала. Достигается уменьшение расхода топлива транспортного средства. 6 ил.
Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известна рекуперативная механическая саморегулируемая бесступенчатая передача с маховичным накопителем энергии (патент РФ №2261385), в составе которой использован накопитель механической энергии в виде маховика. Однако устройство этой передачи имеет сложную конструкцию, а ее использование на низких оборотах (например, при движении в «пробках» с малой скоростью) неэффективно.
Известен накопитель механической энергии (АС 1786322), содержащий цилиндрический кожух, установленный с возможностью вращения на оси, и упругую ленту, размещенную между ними. В зависимости от частоты вращения накопителя лента разматывается или сматывается внутри кожуха, увеличивая или уменьшая момент инерции. Такой накопитель способен накапливать кинетическую вращающихся масс и потенциальную энергию упругодеформированных элементов, однако он обладает малой удельной энергоемкостью и его использование возможно только в приводах малой механизации или игрушках.
Задачей предлагаемого изобретения является создание накопителя механической энергии, способного работать на низких и сверхнизких оборотах, а также накапливать потенциальную энергию упругодеформированных элементов в количестве, достаточном для возможности его применения в транспортных средствах.
Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства.
Техническая задача решается предлагаемым накопителем механической энергии (в последствии - накопитель), включающим вал, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлены центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала и обгонная муфта для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни. На концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам. Вал установлен с возможностью осевого перемещения. На одном его конце установлена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: одна полумуфта жестко соединена с валом, а другая - с центральной шестерней. Рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки и установлены с возможностью контактирования с площадкой, а обойма соединена с валом отбора мощности. На другом конце вала установлена фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала.
Применение предлагаемого накопителя энергии позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места и разгона транспортного средства.
На фиг.1 и фиг.2 изображен накопитель механической энергии и его фронтальная проекция в нейтральном положении. На фиг.3 и фиг.4 изображен накопитель механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг.5 и фиг.6 изображен накопитель механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем разгону (отдаче накопленной энергии).
Накопитель включает вал 1, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах четырехлучевого водила 2 закреплены оси 5, на которых с помощью подшипников 6 установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты 7, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней 4. Шестерни-сателлиты 7 установлены на осях 5 с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения 8, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям 5 и шестерням-сателлитам 7. Вал 1 установлен на опоре 9 с возможностью вращения и осевого перемещения вдоль нее. Осевое перемещение вала 1 регулируется двухсторонней электромагнитной фрикционной муфтой 10, состоящей из обоймы 11 с площадками под контакт 12 и двух полумуфт: полумуфты 13, жестко соединенной с валом, и полумуфты 14, жестко соединенной с центральной шестерней 4. Рабочие поверхности полумуфт 13 и 14 содержат электромагнитные катушки 15 и 16, позволяющие посредством магнитного поля перемещать полумуфты 13 и 14 в осевом направлении и прижимать их к площадкам 12 обоймы 1 1. Для периодической остановки вращения вала 1 на другом его конце установлена фрикционная муфта 17, а для возврата вала в среднее (нейтральное) положение предусмотрены пружины сжатия 18. Для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни 4 на ее корпусе установлена обгонная муфта 19. Вращение передается с вала отбора мощности 20 на накопитель и в обратном направлении через обойму 11.
При движении транспортного средства накопитель находится в нейтральном положении (фиг.1 и 2): пружины сжатия 18 удерживают вал 1 в среднем положении, фрикционные муфты 10 и 17 разомкнуты, вал отбора мощности 20 с обоймой 11 свободно вращается, а накопитель неподвижен.
При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 20 необходимо передать на накопитель (фиг.3 и 4). Для этого на катушку 15 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 14 прижимается к левой площадке контакта 12 вращающейся обоймы 11 и приводит во вращение центральную шестерню 4. При этом вместе с полумуфтой 14 накопитель перемещается вдоль оси вправо, а фрикционная муфта 17 фиксирует вал 1 от вращения. При неподвижном вале 1 с водилом 2 вращающаяся центральная шестерня 4 приводит во вращение шестерни-сателлиты 7, которые закручивают пружины 8, накапливая в них потенциальную энергию.
Впоследствии, для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с накопителя необходимо передать обратно на вал отбора мощности 20 (фиг.5 и 6). Для этого с катушки 15 напряжение переключается на катушку 16, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 13 прижимается к правой площадке 12 обоймы 11. Накопитель перемещается вдоль оси влево, муфта 17 расцепляется, давая валу 1 возможность вращаться. При неподвижной центральной шестерне 4, зафиксированной от вращения в обратную сторону обгонной муфтой 19, скрученные пружины 8 приводят во вращение шестерни-сателлиты 7, которые обкатываются по шестерне 4, заставляя вращаться водило 2 с валом 1. При этом вращение с вала 1 передается на вал отбора мощности 20 посредством сцепления полумуфты 13 с обоймой 11.
Таким образом, накопитель отдает потенциальную энергию упруго-деформированных пружин 8, после чего напряжение в катушке 16 отключается, и под действием пружин сжатия 18 накопитель снова переходит в нейтральное положение.
Накопитель механической энергии, включающий вал, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлены центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала и обгонная муфта для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни, на концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней, при этом шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам, вал установлен с возможностью осевого перемещения, и на одном его конце установлена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт, одна жестко соединена с валом, а другая с центральной шестерней, при этом рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки и установлены с возможностью контактирования с площадками, а обойма соединена с валом отбора мощности, на другом конце вала установлена фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала.
