ТОРМОЗ-ГЕНЕРАТОР-МОТОР
BRAKE-GENERATOR-MOTOR

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для торможения транспортного средства, превращения энергии колеса в электрическую энергию сжатого воздуха и наоборот, для превращения электрической энергии и энергии сжатого воздуха в энергию вращения колеса.
Известно универсальное устройство для этих целей, содержащее преобразователь электроэнергии в энергию вращения колеса и наоборот, содержащий эксцентрик, соединенный с валом, толкатели с механихмом взаимодействия между ними, линейный обратимый генератор, клапанную систему управления. (Журнал "Изобретатель и рационализатор", №6, 2008 год, страница 8. Взято за прототип.)
Недостатком этого устройства является то, что механизм взаимодействия между толкателями и эксцентриком осуществляется с помощью передаточной шайбы при наличии трения между передаточной шайбой, эксцентриком и толкателями, что вызывает износ этой связки, потерю энергии на трение. Причем потери на трение, на проталкивание рабочего тела (жидкости), износ связки происходит и тогда, когда для использования устройства нет необходимости. При этом торможение блокированием колес может вызвать резкие ударные нагрузки на вал и всю систему, привести к поломке их.
Цель изобретения - уменьшить потери на трение, повысить надежность в работе, расширить функциональные возможности устройства.
Поставленная цель достигается в устройстве, содержащем преобразователь электрической энергии в энергию вращения колес и наоборот, представляющий эксцентрик, соединенный с валом и взаимодействующий с толкателем, линейный обратимый генератор, клапанную систему управления, тем, что толкатель выполнен в виде поршня, снабженного одним или несколькими якорями с одной стороны, а с другой стороны выполнен в виде сегмента окружности с обечайкой по наружной стороне, изолированной от поршня, снабженной контактом для получения потенциала высокого напряжения, что эксцентрик снабжен поверхностью, изолированной от самого эксцентрика, что толкатель-поршень соединен штоком с другим поршнем-якорем, что цилиндры снабжены клапанами для впуска и выпуска воздуха, что устройство снабжено пневмоаккумулятором, блоком высокого напряжения.
На фиг.1 изображен общий вид устройства.
На фиг.2 - схема эксцентрика, толкателя-поршня с блоком высокого напряжения.
Описание устройства, работы даны при работе с одним толкателем-поршнем. Работа с другими толкателями-поршнями одинакова.
Устройство состоит из поршня 1, размещенного в цилиндре 2, соединенного штоком 3 с якорем 4, размещенным в цилиндре 5. Цилиндр 5 в нижней части соединен с цилиндром 2, снабжен окнами для впуска и выпуска воздуха (не показаны), чтобы не препятствовать движению поршней, стопором 6, электромагнитными клапанами 7 и 8 для впуска и выпуска воздуха, статорной обмоткой 9 (статорный магнит не показан). Поршень 1 снабжен одним или несколькими якорями 10, отделенных изоляционными промежутками. В цилиндре 2 размещен клапан 11 для впуска воздуха. Нижняя часть 12 поршня 1 выполнена в виде сегмента окружности и снабжена по краю обечайкой 13, выполненной, например, из стали, изолированной от поршня 1. На боковой части цилиндра 2 размещена статорная обмотка 14 (статорный магнит не показан). Радиус обечайки 13 выполнен в соответствии с поверхностью 15 эксцентрика 16, сидящего на валу 17. Поверхность 15 изолирована от эксцентрика 16. С верхней части цилиндра 2 через трубопровод 18, клапанную коробку 19, трубопровод 20 соединен пневмоаккумулятор 21. Клапанная коробка 19 снабжена патрубком 22 для выхода воздуха в атмосферу. Устройство снабжено контактами 23 для съема и подачи потенциала высокого напряжения, контактами 1-2 реле Р1 и Р2 для подачи и снятия потенциала с обечайки 13 и поверхности 15, блоком высокого напряжения 24. Контакты 1-2 Р2 соединены с землей 25.
Работает устройство следующим образом. Перед включением в работу открывают электромагнитный клапан 8, подают под давлением воздух от пневмоаккумулятора в пространство над якорем 4. Последний прижимает обечайку 13 поршня 1 к поверхности 15 эксцентрика 16. Одновременно потенциал высокого напряжения, например 20 кВ (фиг.2), через контакт 23, контакты 1-2 Р1 с блока высокого напряжения 24 подается на контактирующие поверхности обечайки 13 и поверхности 15, которые заряжаются одноименным зарядом и мощными кулоновскими силами отталкиваются друг от друга. При этом поршень 1 уходит от эксцентрика 16 и в дальнейшем контактирует с ним дистанционно.
Рассмотрим работу устройства в режиме тормоз-генератор. При торможении эксцентрик 16, сидящий на валу 17, воздействует на поршень 1 кулоновскими силами, приближаясь к поршню 1. Поршень 1 и соединенный с ним якорь 4 препятствуют движению эксцентрика 16, так как им приходится сжимать воздух в цилиндрах 2 и 5 и их движению препятствует наведение электромагнитного импульса в катушках 9 и 14 от движения якоря 4 и якоря поршня 1, при возникновении в них разноименных полюсов, препятствующих их движению. Поршень 1 при этом выжимает воздух из цилиндра 2, через трубопровод 18, клапанную коробку 19, трубопровод 20, в пневмоаккумулятор 21. Сжатый воздух над якорем 4 в дальнейшем обеспечивает движение поршня 1 к эксцентрику 16. Кулоновские силы отталкивания велики и прямого ударного контакта эксцентрика 16 с поршнем 1 не происходит. Тормозной момент на вал 17 задается изменением давления в полости над якорем 4 с помощью электромагнитных клапанов 8 (увеличивает) и 7 (уменьшает), а также клапаном, при необходимости, клапанной коробки 19 путем уменьшения или увеличивания проходного сечения для воздуха. При обратном ходе поршня 1 вниз проходное сечение в пневмоаккумуляторе 21 перекрывается в клапанной коробке и открывается клапан 11 и воздух из атмосферы засасывается в цилиндр 2. В режиме стояночного торможения с помощью контакта 23 с поверхности 13 обечайки 12 и контактов 1-2 Р2 снимается заряд, а при ее контакте с поверхностью 15 снимается заряд и с поверхности 15. Контакт обеспечивается давлением в полости над якорем 4 с помощью электромагнитного клапана 8. Сам якорь 4 при этом фиксируется стопором 6, выдвигаемым из цилиндра 5 над верхней частью якоря 4.
В режиме мотора на обмотки 14 и 9 подается импульс напряжения. На торцах якорей создаются магнитные полюса, выталкивающие якоря в сторону эксцентрика 16. Кулоновскими силами эксцентрик 16 поворачивается вокруг вала 17.
Непрерывность вращения обеспечивается четырьмя поршнями, действующими на эксцентрик со сдвигом по фазе в 90 градусов, и еще одним эксцентриком с четырьмя поршнями, действующими на вал 17 в противофазе описанным выше поршнем и эксцентриком с целью компенсации инерционных сил и вибрации.
Дополнительное усилие для вращения вала 17 может обеспечиваться воздухом из пневмоаккумулятора 21 с помощью клапанной коробки 19. При этом воздух пневмоаккумулятора 21 поступает через трубопровод 20, клапанную коробку 19, трубопровод 18 в полость цилиндра 2 и обеспечивает его движение в сторону эксцентрика 16, способствуя вращению валв 17. В конце движения поршня 1 к эксцентрику 16 производится переключение клапанов в клапанной коробке. При этом пневмоаккумулятор 21 отсоединяется от цилиндра 2, а сам цилиндр соединяется с атмосферой через патрубок 22. Далее процесс повторяется. Дополнительное использование воздуха из пневмоаккумулятора может быть применено при запуске двигателя, например ДВС автомобиля, и на режимах его максимальной мощности. Электрическая энергия с обмоток 9, 14 при торможении аккумулируется в химическом источнике тока или на суперконденсаторах. В обычном режиме работы транспортного средства поршень 1 и якорь 4, когда нет необходимости в воздухе, электрической энергии, фиксируются в верхнем положении с помощью стопора 6. Последний выдвигается в цилиндр 5 под якорь 4. После этого поршни не взаимодействуют с эксцентриком 16 и валом 17, не мешают их вращению.
Устройство может использоваться в постоянном режиме как генератор электрической энергии и сжатого воздуха, во временном режиме как тормоз и как дополнительный двигатель для запуска основного двигателя и оказания ему помощи на режимах максимальной мощности. При этом можно снизить мощность основного двигателя изначально при установке его на транспортное средство. В устройстве осуществлено бесконтактное воздействие поршней на вал и наоборот, что уменьшает потери на трение. Этот привод и способ могут быть использованы для преобразования поступательного движения поршней во вращательное в ДВС, компрессорах и других устройствах.