АККУМУЛЯТОР МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
MECHANICAL ENERGY ACCUMULATOR

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен механический аккумулятор (А.С. 912969), в котором для накопления и отдачи механической энергии используются плоские спиральные пружины. Однако спиральные пружины обладают низкой энергоемкостью, поэтому для накопления достаточного количества энергии необходимо большое количество таких пружин, что значительно увеличит габариты устройства. Кроме того, использование такого аккумулятора на малых оборотах (например, при движении в «пробках» с кратковременными разгонами и остановками) неэффективно.
Известен аккумулятор механической энергии для машин с вращательным движением (А.С. 1693310), взятый за прототип, содержащий в качестве накопителей механической энергии пружины сжатия, обладающие большей удельной энергоемкостью, чем спиральные пружины. Однако устройство этого аккумулятора имеет сложную конструкцию.
Задачей предлагаемого изобретения является создание компактного и простого по конструкции аккумулятора механической энергии, способного работать на низких и сверхнизких оборотах, и накапливать механическую 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 транспортного средства.
Техническая задача решается предлагаемым аккумулятором механической энергии (далее аккумулятор), включающим вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и установлены барабан с возможностью поворота вокруг вала и обгонная муфта для обеспечения одностороннего вращения барабана. На концах четырехлучевого кронштейна закреплены упоры. В полости барабана по дуге размещены пружины сжатия, концы которых соединяют попарно упоры кронштейна и упоры барабана. Вал установлен с возможностью вращения и осевого перемещения. На одном конце вала установлена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: одна полумуфта жестко соединена с валом, а другая - с барабаном. Рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки и установлены с возможностью контактирования с площадкой, а обойма соединена с валом отбора мощности. На другом конце вала установлены фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала.
Применение предлагаемого аккумулятора позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места транспортного средства.
На фиг.1 и 2 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в нейтральном положении. На фиг.3 и 4 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг.5 и 6 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем троганию с места (отдаче накопленной энергии).
Аккумулятор включает вал 1, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн 2 и установлен с помощью подшипников 3 барабан 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах четырехлучевого кронштейна 2 закреплены упоры 5. В полости 6 барабана 4 по дуге размещены пружины сжатия 7, концы которых соединяют попарно упоры 5 кронштейна и упоры 8 барабана. 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 барабаном 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 11. 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 барабана 4 на его корпусе установлена обгонная муфта 19. Вращение передается с вала отбора мощности 20 на аккумулятор и в обратном направлении через обойму 11.
При движении транспортного средства аккумулятор 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 аккумулятор неподвижен.
При рекуперативном торможении вращающий момент с вала отбора мощности 20 необходимо передать на аккумулятор (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 барабан 4. При этом вместе с полумуфтой 14 аккумулятор перемещается вдоль оси вправо, а фрикционная муфта 17 фиксирует вал 1 от вращения. При неподвижном вале 1 с кронштейном 2 барабан 4 совершает поворот и сжимает пружины 7, накапливая в них потенциальную энергию.
Впоследствии для трогания с места транспортного средства вращающий момент с аккумулятора 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. Аккумулятор перемещается вдоль оси влево, муфта 17 расцепляется, давая валу 1 возможность вращаться. При неподвижном барабане 4, зафиксированном от вращения в обратную сторону обгонной муфтой 19, сжатые пружины 7 разжимаются и приводят во вращение кронштейн 2 с валом 1. При этом вращающий момент с вала 1 передается на вал отбора мощности 20 посредством сцепления полумуфты 13 с правой площадкой 12 обоймы 11.
Таким образом, аккумулятор отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин 7, приводя в движение транспортное средство, после чего напряжение в катушке 16 отключается, и под действием пружин сжатия 18 аккумулятор снова переходит в нейтральное положение.