Маховик с переменным моментом инерции

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен маховик переменного момента инерции (патент №2509241), содержащий вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн, на концах которого с возможностью поворота закреплены маховичные секторы с тросовым механизмом разворота маховичных секторов. Маховик также содержит накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения.
Недостатком данного маховика является низкая энергоемкость единственной пружины кручения, не позволяющая накапливать достаточное количество потенциальной энергии упругой деформации.
Технической задачей полезной модели является создание маховика с переменным моментом инерции, способного накапливать в достаточном количестве кинетическую энергию вращающихся масс и потенциальную энергию упругодеформированных элементов.
Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе транспортного средства за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона.
Техническая задача решается предлагаемым маховиком с переменным моментом инерции (далее - маховик), содержащим вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников втулка с возможностью поворота вокруг вала. В полости, образованной валом и втулкой расположен первый накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения, навитой вокруг вала, концы которой соединены с валом и втулкой. На втулке посредством подшипников установлен барабан с возможностью поворота вокруг втулки. В полости, образованной втулкой и барабаном, расположен второй накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения, навитой вокруг втулки. Концы пружины кручения соединены с барабаном и втулкой. На концах трехлучевого кронштейна с возможностью поворота закреплены маховичные секторы, позволяющие накапливать кинетическую энергию, концы которых соединены тросами с барабаном.
На фиг. 1 изображен маховик в сложенном положении. На фиг. 2 изображен разрез маховика в сложенном положении. На фиг. 3 изображен маховик в раскрытом положении.
Маховик с переменным моментом инерции содержит вал 1, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн 2 и установлена с помощью подшипников 3 втулка 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. В полости, образованной валом 1 и втулкой 4 расположен первый накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения 5, навитой вокруг вала 1, концы которой соединены с валом 1 и втулкой 4. На втулке 4 посредством подшипников 6 установлен барабан 7 с возможностью поворота вокруг втулки 4. В полости, образованной втулкой 4 и барабаном 7, расположен второй накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения 8, навитой вокруг втулки 4. Концы пружины кручения 8 соединены с барабаном 7 и втулкой 4. На концах трехлучевого кронштейна 2 с возможностью поворота закреплены маховичные секторы 9, позволяющие накапливать кинетическую энергию, концы которых соединены тросами 10 с барабаном 7. Для периодического соединения и разъединения вала 1 маховика с валом отбора мощности 11 используется электромагнитная муфта 12.
В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг. 1, 2): маховичные секторы 9 прижаты к центру маховика усилием пружин кручения 5 и 8 посредством тросов 10 намотанных на барабан 7. При рекуперативном торможении включается муфта 12, и вращение с вала отбора мощности 11 передается вал 1 маховика. При увеличении частоты вращения вала 1 маховичные секторы 9 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг своих осей, преодолевая через тросы 10 усилие пружин кручения 5 и 8. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг. 3), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении транспортного средства и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся маховичных секторов 9, но и потенциальная энергия упруго деформированных пружин кручения 5 и 8. В конце цикла торможения муфта 12 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.
Впоследствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона транспортного средства. Для этого снова включается муфта 12, через которую вращение с вала 1 маховика передается на вал отбора мощности 11. Отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 9 и к их складыванию за счет действия пружин кручения 5 и 8 через тросы 10. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 9 и потенциальную энергию упругодеформированных пружин кручения 5 и 8. При полном складывании маховичных секторов 9 к центру маховика муфта 12 выключается и маховик снова готов к работе.