НАКОПИТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Предполагаемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен накопитель механической энергии (патент РФ №2523363), 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. 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 полу муфта 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.
Недостатком данного накопителя является отсутствие упругого элемента в полости центральной шестерни, что уменьшает его энергоемкость. Кроме того, в его конструкции накопителя использована однодисковая плоская муфта, обладающая низкой нагрузочной способностью, что не позволяет обеспечить достаточную динамику разгона транспортного средства.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание накопителя механической энергии, способного накапливать потенциальную энергию упругодеформированных элементов в количестве, достаточном для динамичного разгона транспортного средства.
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.
Технический результат достигается предлагаемым накопителем механической энергии, 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 конусная 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 конусная фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала. В полости, образованной валом и центральной шестерней установлен дополнительный накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения, прикрепленной своими концами к валу и центральной шестерне. Причем площадки под контакт обоймы, а также рабочие поверхности полумуфт и имеют конические поверхности.
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 конусной 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 11. Для периодической остановки вращения вала 1 на другом его конце установлена конусная 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. В полости, образованной валом 1 и центральной шестерней 4 установлен дополнительный накопитель потенциальной энергии 21, выполненный в виде пружины кручения, прикрепленной своими концами к валу 1 и центральной шестерне 4. Причем площадки под контакт 12 обоймы 11, а также рабочие поверхности полумуфт 13 и 14 имеют конические поверхности.
Накопитель механической энергии работает следующим образом. 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 и 21, накапливая в них потенциальную энергию.
В последствии, 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, а пружина 21 приводит во вращение вал 1, заставляя вращаться водило 2 вместе 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 упругодеформированных пружин 8 и 21, после чего напряжение в катушке 16 отключается, и под действием пружин сжатия 18 накопитель снова переходит в нейтральное положение.