Маховик переменного момента инерции



Маховик переменного момента инерции
Маховик переменного момента инерции
Маховик переменного момента инерции

 


Владельцы патента RU 2516883:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к машиностроению. Маховик переменного момента инерции содержит вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня. На концах кронштейна закреплены соосно маховичные секторы, позволяющие накапливать кинетическую энергию, и зубчатые секторы, жестко соединенные с маховичными секторами. Зубчатые секторы находятся в зубчатом зацеплении с центральной шестерней. Накопитель потенциальной энергии выполнен в виде пружины, навитой вокруг вала в полости, образованной валом и центральной шестерней. Концы пружины соединены с центральной шестерней и трехлучевым кронштейном. Достигается уменьшение расхода топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона автомобиля. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах различных машин (например, автомобилей) с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения и поддержания частоты вращения вала двигателя в заданном диапазоне.

В настоящее время большинство приводов машин (в том числе и автомобилей) оснащаются маховиками с постоянным моментом инерции /1/ (Передерий В.П. Устройство автомобиля. - Изд-во Форум, 2011. 288 с.). Их недостатком является невозможность регулировки момента инерции маховика, вследствие чего для накопления энергии, необходимой в начале движения автомобиля, требуется разгонять маховик с постоянным моментом инерции путем дополнительной подачи топлива в камеру сгорания, что приводит к повышенному расходу топлива. Также маховик с постоянным моментом инерции не позволяет поддерживать частоту вращения в заданном диапазоне без дополнительной подачи топлива.

Известен накопитель механической энергии /2/ (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. Однако такой накопитель обладает малой удельной энергоемкостью и его использование возможно только в приводах малой механизации или игрушках.

Известен маховик переменного момента инерции, взятый за прототип, содержащий поворотные рычаги с грузами, планетарный механизм, электрическую муфту и систему управления /3/ (Патент US 2007/0179012, Kimura). Удельная энергоемкость такого маховика несколько выше, что позволяет использовать его в приводах автомобилей, однако его функции ограничиваются обеспечением устойчивой работы двигателя на разных режимах. Для накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием при разгоне автомобиля энергоемкости такого маховика недостаточно. Кроме того, в его конструкции отсутствуют упругие элементы, способные накапливать потенциальную энергию их упругой деформации.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание маховика переменного момента инерции, способного накапливать в достаточном количестве кинетическую энергию вращающихся масс и потенциальную энергию упругодеформированных элементов.

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 автомобиля.

Техническая задача решается предлагаемым маховиком переменного момента инерции, содержащим вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала. На концах кронштейна с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральной шестерней. В полости, образованной валом и центральной шестерней, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины, навитой вокруг вала, концы которой соединены с центральной шестерней и трехлучевым кронштейном.

Применение предлагаемого маховика переменного момента инерции позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона автомобиля.

На фиг.1 изображен маховик переменного момента инерции в сложенном положении.

На фиг.2 изображен маховик переменного момента инерции в раскрытом положении.

На фиг.3 изображен разрез маховика переменного момента инерции в сложенном положении.

Маховик переменного момента инерции содержит вал 1, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах кронштейна 2 с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы 5 и зубчатые секторы 6, жестко соединенные друг с другом планками 7, причем зубчатые секторы 6 находятся в зацеплении с центральной шестерней 4. В полости, образованной валом 1 и центральной шестерней 4, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины 8, навитой вокруг вала 1, концы которой соединены с центральной шестерней 4 и трехлучевым кронштейном 2. Для периодического соединения и разъединения вала 1 маховика с коленчатым валом 9 двигателя используется электромагнитная муфта 10.

В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг.1, 3): маховичные секторы 5 прижаты к центру маховика усилием пружины 8 посредством зацепления зубчатых секторов 6 с центральной шестерней 4. При рекуперативном торможении включается электромагнитная муфта 10 и вал 1 маховика начинает вращаться. При увеличении частоты вращения вала 1 маховичные секторы 5 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг своих осей, преодолевая через зацепление зубчатых секторов 6 и шестерни 4 усилие пружины 8. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг.2), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении автомобиля и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся маховичных секторов 5, но и потенциальная энергия упругодеформированной пружины 8. В конце цикла торможения электромагнитная муфта 10 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.

Впоследствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона автомобиля. Для этого снова включается электромагнитная муфта 10, через которую вращение с вала 1 маховика передается на коленчатый вал 9 двигателя, причем, отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 5, и к их складыванию за счет действия пружины 8. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 5 и потенциальную энергию упругодеформированной пружины 8.

Кроме того, уменьшение момента инерции маховика не дает ему замедлиться до полного складывания маховичных секторов 5, что позволяет поддерживать частоту вращения маховика вместе с валом двигателя в диапазоне его устойчивой работы. При полном складывании маховичных секторов 5 к центру маховика электромагнитная муфта 10 выключается и маховик снова готов к работе.

Маховик переменного момента инерции, содержащий вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня, на концах кронштейна закреплены соосно маховичные секторы, позволяющие накапливать кинетическую энергию, и зубчатые секторы, жестко соединенные с маховичными секторами, причем зубчатые секторы состоят в зубчатом зацеплении с центральной шестерней, и накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины, навитой вокруг вала в полости, образованной валом и центральной шестерней, концы пружины соединены с центральной шестерней и трехлучевым кронштейном.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах различных машин, например автомобилей. Маховик переменного момента инерции содержит вал (1), на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн (2) и установлен барабан (4) с возможностью поворота вокруг вала.

Изобретение относится к накопителям энергии для транспортных электрифицированных систем, источников аварийного и бесперебойного питания для атомных, ветровых и солнечных электростанций.

Изобретение относится к машиностроению. Маховик содержит массивный обод, являющийся связующим звеном для полумуфт, размещенных на валах электродвигателя и начального звена механизма.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к маховикам коленчатого вала двигателя автомобиля. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности накопителям энергии для транспортных электрифицированных систем, источников аварийного и бесперебойного питания для атомных, ветровых и солнечных электростанций.

Изобретение относится к машиностроению. .

Маховик // 2439394
Изобретение относится к машиностроению и может использоваться в машинах, имеющих в приводе маховик. .

Изобретение относится к области энергетического машиностроения. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для развития перерабатывающих заводов сельского хозяйства, а также для собственных нужд железных дорог.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к гасителям крутильных колебаний жидкостного трения. .

Группа изобретений относится к динамическим гасителям крутильных колебаний и может быть использована в бурении нефтяных и газовых скважин. Динамический виброгаситель крутильных колебаний содержит корпус с расположенным внутри него маховиком, в теле которого закреплены грузы, маховик выполнен в виде системы двухзвенника. Согласно первому варианту амортизаторы с одного конца входят в массу-шарнир, с другого, посредством приваренного кронштейна и проушин, в грузы, выполненные в виде цилиндрических сегмент-планок. Согласно второму варианту внутри корпуса с одной стороны установлен шток с прижимными винтами и стопорным кольцом, с другой стороны - шток и подпирающая его пружина. Амортизаторы с одного конца входят в массу-шарнир, с другого, посредством поперечины, в грузы в виде цилиндрических сегмент-планок, в которых предусмотрены различной глубины выемки. В обоих вариантах между грузами вставлены эластичные элементы, на зазор Δ, совместно с грузами, отстоящие от шайбы с маховой массой в виде полого цилиндра. Достигается увеличение демпфирующих характеристик, снижение негативного влияния крутильных колебаний на бурильный инструмент в широком диапазоне изменения частоты его вращения, увеличение надежности и ресурса, снижение числа отказов оборудования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство содержит обод, связывающий полумуфты. Полумуфты размещены на валах электродвигателя и начального звена механизма. Обод содержит направляющие с профильным сечением, расположенные диаметрально противоположно относительно вала. Ползуны выполнены в виде плавающих грузов, перемещаемых перпендикулярно оси вращения. Электромеханические приводы перемещают плавающие грузы. Электромеханические приводы содержат шаговый электродвигатель и роликовинтовую пару. Достигается расширение арсенала технических средств. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Группа изобретений относится к электрическим транспортным средствам, характеризующимся заряжаемыми механическими аккумуляторами, например маховиками. Маховичный аккумулятор состоит из трех маховичных накопителей энергии идентичной конструкции. Маховичный накопитель состоит из кожуха, подшипников, вала, маховика и электрической машины. На валу закреплены маховик и ротор электической машины. Ротор каждого маховичного накопителя энергии выполнен с одинаковым суммарным моментом инерции относительно его оси вращения. В кожухе закреплены статор электрической машины и подшипники. Оси вращения ротора каждого маховичного накопителя пересекаются в одной точке и сдвинуты в пространстве на 120°, и накопители размещены на одинаковом расстоянии от точки пересечения их осей. По второму варианту маховичный аккумулятор состоит из четырех маховичных накопителей энергии. Оси вращения ротора каждого маховичного накопителя пересекаются в одной точке и сдвинуты в пространстве на угол (arcsin(1/3)+90°)=109,47° относительно друг друга, и накопители размещены на одинаковом расстоянии от точки пересечения их осей. Технический результат заключается в полной компенсации гироскопического момента, вредно воздействующего на транспортное средство, при использовании маховичного аккумулятора энергии. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх