Маховик с изменяемым 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 с изменяемым моментом инерции (Каргу Л.И. Системы угловой стабилизации космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1980. - С. 71), содержащий секторные элементы маховика, скрепленные шарнирными тягами, скользящую муфту и цилиндрическую пружину. Такой маховик предназначен для плавного регулирования частоты вращения вала асинхронного двигателя.
Недостатком данного маховика является низкая энергоемкость единственной пружины, что не позволяет накапливать достаточное количество потенциальной энергии упругой деформации.
Технической задачей полезной модели является создание маховика с изменяемым моментом инерции, способного эффективно накапливать потенциальную энергию упругодеформированных элементов и кинетическую энергию вращающихся масс.
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.
Техническая задача решается предлагаемым маховиком с изменяемым моментом инерции (далее - маховик), содержащим вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн с направляющими. На направляющих с возможностью радиального перемещения установлены четыре секторных элемента. Маховик содержит четыре накопителя потенциальной энергии в виде пружин растяжения, соединяющих своими концами секторные элементы друг с другом. На четырехлучевом кронштейне установлен механизм синхронного перемещения секторных элементов, состоящий из оси, на которой с возможностью осевого перемещения установлена втулка с четырьмя тягами. Концы каждой тяги соединены с секторным элементом и втулкой с возможностью поворота посредством шарниров. Для соединения вала маховика с валом отбора мощности предусмотрена фрикционная электромагнитная муфта.
Применение предлагаемого маховика позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства.
На фиг. 1 изображен маховик с изменяемым моментом инерции в сложенном положении. На фиг. 2 изображен маховик с изменяемым моментом инерции в раскрытом положении.
Маховик с изменяемым моментом инерции содержит вал 1, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн 2 с направляющими 3. На направляющих 3 с возможностью радиального перемещения установлены четыре секторных элемента 4. Маховик содержит четыре накопителя потенциальной энергии в виде пружин растяжения 5, соединяющих своими концами секторные элементы 4 друг с другом. На четырехлучевом кронштейне установлен механизм синхронного перемещения секторных элементов, состоящий из оси 6, на которой с возможностью осевого перемещения установлена втулка 7 с четырьмя тягами 8. Концы каждой тяги 8 соединены с секторным элементом 4 и втулкой 7 с возможностью поворота посредством шарниров 9 и 10. Для соединения вала маховика 1 с валом отбора мощности 11 предусмотрена фрикционная электромагнитная муфта 12.
Маховик работает следующим образом.
В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг. 1): секторные элементы 4 прижаты к центру маховика усилием пружин растяжения 5. При рекуперативном торможении включается фрикционная электромагнитная муфта 12, и вал 1 маховика начинает вращаться. При увеличении частоты вращения вала 1 секторные элементы 4 за счет действия на них центробежных сил перемещаются по направляющим 3 от центра вращения маховика, преодолевая усилие пружин растяжения 5. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг. 2), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в рекуперативном торможении и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся секторных элементов 4, но также потенциальная энергия упругодеформированных пружин растяжения 5. В конце цикла торможения электромагнитная 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 электромагнитная муфта 12, через которую вращение с вала 1 маховика передается на вал отбора мощности 11, причем, отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на секторные элементы 4 и к их складыванию за счет действия пружин растяжения 5. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся секторных элементов 4, а также потенциальную энергию упругодеформированных пружин растяжения 5. При полном складывании секторных элементов 4 к центру маховика электромагнитная муфта 12 выключается и маховик снова готов к работе.