УСТРОЙСТВО РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ МАШИНЫ
VEHICLE BRAKING POWER RECUPERATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области рекуперации и сохранения энергии торможения транспортной машины, а также осуществления указанной технологии.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно устройство рекуперации энергии торможения транспортной машины в маховик с помощью вариатора скоростей, соединяющего маховик с трансмиссией (из книги Н.В.Гулиа «Инерция» - М.: Наука, 1982. - 152 с.).
На фиг.1 изображена схема аналога, в качестве которого выбрано известное устройство рекуперации энергии торможения транспортной машины фирмы «Garrett Corporation» US 4233858A и US 4423794A. Схема известного устройства электромобиля фирмы «Garrett» (США) включает тяговый электрический двигатель 13 (фиг.1) и обратимую электрическую машину 7, которая управляет разгоном и торможением, так как может работать в качестве электродвигателя или электрогенератора, а также дифференциал (дифференциальный планетарный механизм), состоящий из звеньев: 1 - солнечная шестерня (колесо); 2 - сателлит; 3 - коронное колесо; 4 - водило.
Следует обратить внимание на соединение звеньев дифференциала (фиг.1) электромобиля фирмы «Garrett»: водило 4 дифференциала соединено зубчатой передачей 14 с трансмиссией 11, коронное колесо его 3 соединено с обратимой электрической машиной 7, а солнечная шестерня 1 его соединена с маховиком 6. Управление потоком энергии в маховик и обратно осуществляется дифференциалом, коронное колесо 3 которого соединено зубчатой передачей 5 с электрическим генератором (обратимая электрическая машина 7), включенным в электрическую цепь тягового электрического двигателя (обратимая электрическая машина 13) через управляющее устройство 9. Мощный электрический аккумулятор 8 служит для аккумулирования электроэнергии при торможении машины и для питания тягового электрического двигателя (обратимая электрическая машина 13) в режимах разгона и установившегося движения. Причем в маховике 6 запасается большая часть энергии торможения, а энергия из электрического аккумулятора расходуется как на преодоление сопротивления движения, так и на управление дифференциалом.
Примечание: В режиме разгона обратимая электрическая машина 13 работает как тяговый двигатель, а обратимая электрическая машина 7 работает как электрический генератор. И наоборот, в режиме торможения обратимая электрическая машина 13 работает как электрический генератор, а обратимая электрическая машина 7 работает как электрический двигатель. В этом заключается один из недостатков устройства рекуперации энергии торможения транспортной машины фирмы «Garrett Corporation», так как в электрической управляющей цепи появляется циркулирующая излишняя мощность, снижающая КПД рекуперации энергии торможения.
Валы обратимой электрической машины 7 и тягового электродвигателя (обратимая электрическая машина 13), которые механически связаны дифференциалом и зубчатыми передачами 5 и 14 с трансмиссией 11, действуют совместно как бесступенчатая электромеханическая передача с переменным передаточным отношением подобно механическому вариатору скоростей.
Известное устройство фирмы «Garrett» (фиг.1) принципиально не реализует поддержания постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика 6 и трансмиссии машины 11, так как в нем происходит преобразование части механической энергии в электрическую и передача ее в электрический аккумулятор 8.
Другим недостатком известного устройства фирмы «Garrett» является то, что для работы его необходима мощная аккумуляторная батарея, которая служит для аккумулирования электроэнергии при торможении машины и для питания тягового электрического двигателя (обратимая электрическая машина 13) в режимах разгона и установившегося движения.
Валы электрического генератора и тягового электрического двигателя механически связаны дифференциальной планетарной передачей (дифференциалом) с числом степеней свободы W=2 с трансмиссией электромобиля и действуют совместно как бесступенчатая электромеханическая передача в известном и предлагаемом устройствах. Однако связь маховика с солнечной шестерней дифференциала в известном устройстве, а не с коронным колесом как в предлагаемом устройстве, не позволяет обеспечить направление его (маховика) вращения в обратную сторону вращения трансмиссии, связанной в обоих устройствах с водилом дифференциала, что приводит к невозможности автоматического поддержания постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины за счет эффекта самовыравнивания. Это является еще одним недостатком известного устройства фирмы «Garrett». Эффект самовыравнивания широко используется в системах автоматического управления ДВС и позволяет обойтись без применения регулятора в бензиновых двигателях внутреннего сгорания с количественным регулированием.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание такого устройства рекуперации энергии торможения транспортной машины, которые обеспечили бы повышение эффективности рекуперации энергии торможения и обеспечение автоматической работы на любых режимах движения машины.
Известное устройство электромеханической передачи фирмы «Garrett» (фиг.1), включающее корпус, маховик, валы, тяговый двигатель, обратимую электрическую машину, управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их, трансмиссию и дифференциал, состоящий из корпуса и валов, на которых расположены солнечная шестерня, сателлиты, водило и коронное колесо, причем вал обратимой электрической машины соединен с коронным колесом, маховик соединен валом с солнечной шестерни, а трансмиссия соединена с водилом и тяговым электрическим двигателем, было установлено на электромобиле и показало принципиальную возможность рекуперации энергии торможения, но не нашло широкого применения из-за необходимости мощной электрической аккумуляторной батареи и сложности системы управления рекуперацией энергии.
Недостатком известного устройства фирмы «Garrett» (фиг.1) является сложность и неэффективность системы управления, заключающаяся в том, что при разгоне электрическая энергия расходуется тяговым электродвигателем и одновременно вырабатывается электрогенератором, что увеличивает потери энергии в дополнительном контуре двигатель-генератор, а также то, что известное устройство может применяться только в электромобилях и для работы известного устройства необходима мощная аккумуляторная батарея, что делает невозможным работу устройства с приводом трансмиссии машины от ДВС.
Общим признаком известного и предлагаемого устройств рекуперации энергии торможения машины является наличие трансмиссии, дифференциала, одной обратимой электрической машины, вал которой соединен со звеном дифференциала, маховиком, который соединен с другим звеном дифференциала, и трансмиссии, соединенной с другим звеном дифференциала.
Однако эти общие признаки присущи большинству транспортных машин, а именно наличие трансмиссии и т.п.
Новые и полезные свойства устройств, позволяющие производить рекуперацию энергии торможения машин, появляются в результате их соединений с различными звеньями дифференциала. Соединение звеньев дифференциала с элементами трансмиссии фирмы Garrette (маховик соединен с солнечной шестерней, обратимая электрическая машина соединена с коронным колесом) не позволяет поддерживать постоянное значение кинетической энергии машины с маховиком и исключить потери энергии при торможении. Поэтому в предлагаемом устройстве выбрано другое соединение звеньев дифференциала с элементами трансмиссии (солнечная шестерня соединена с обратимой электрической машиной), маховик соединен с коронным колесом, которое позволяет поддерживать постоянное значение кинетической энергии машины с маховиком за счет самовыравнивания скоростей звеньев дифференциала, когда рост скоростей одних звеньев сопровождается снижением скоростей других звеньев.
Поэтому существенным отличием известного и предлагаемого устройств является различное соединение звеньев дифференциала - солнечной шестерни и коронного колеса с элементами трансмиссии.
Существенные совпадающие признаки известного и предлагаемого устройств рекуперации энергии торможения машины заключаются в наличии одинаковых функциональных звеньев: корпус, маховик, валы, тяговый электрический двигатель, обратимая электрическая машина (электрический генератор), управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их, трансмиссия и дифференциал, состоящий из корпуса и валов, на которых расположены солнечная шестерня, сателлиты, водило и коронное колесо.
Однако соединение этих звеньев выполнено различным образом у известного и предлагаемого устройств. В известном устройстве вал обратимой электрической машины соединен с коронным колесом, маховик соединен валом с солнечной шестерни, а трансмиссия соединена с водилом и тяговым электрическим двигателем. Такое соединение звеньев в известном устройстве фирмы «Garrett» снижает эффективность рекуперации энергии и не позволяет реализовать поддержания постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины, так как происходит одновременное увеличение кинетической энергии всех звеньев дифференциала, маховика и трансмиссии при разгоне и одновременное снижение их кинетической энергии при торможении.
Существенное отличие предлагаемого устройства заключается том, что в него дополнительно включена обратимая электрическая машина, вал которой соединен с солнечной шестерней, вал другой обратимой электрической машины соединен с водилом и трансмиссией, которая соединена с валом тягового двигателя (любого типа, например ДВС), причем маховик соединен с коронным колесом дифференциала. Наличие дополнительной второй обратимой электрической машины позволяет реализовать принцип предлагаемого способа поддержания постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины за счет того, что электрические цепи двух обратимых электрических машин соединены между собой через управляющее устройство и попеременно при разгоне и торможении одна из двух обратимых электрических машин работает в режиме двигателя, другая в режиме электрического генератора, питая электроэнергией друг друга и не требуя наличия мощных электрических аккумуляторов для их питания.
В предлагаемом устройстве не происходит одновременного увеличения механической кинетической энергии всех звеньев дифференциала, маховика и трансмиссии при разгоне или одновременного снижения их механической кинетической энергии при торможении, так как с помощью дополнительной обратимой электрической машины, соединенной электрической цепью с системой управления, осуществляется перераспределение механической кинетической энергии между звеньями, вращающимися в разные стороны, причем увеличение скорости и кинетической энергии одного звена сопровождается снижением скорости и кинетической энергии другого звена. Очевидно, что поддержание постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины возможно только при наличии дополнительной обратимой электрической машины, а электрические цепи двух обратимых электрических машин соединены между собой через управляющее устройство, и попеременно при разгоне и торможении одна из двух обратимых электрических машин работает в режиме двигателя, другая в режиме электрического генератора.
Дополнительное существенное отличие предлагаемого устройства состоит в том, что число степеней свободы дифференциала, равное двум, реализуется через две соединенные электрической цепью обратимые электрические машины, одна из которых вводится дополнительно. Причем дополнительная степень свободы дифференциала используется для соединения устройства (передаточного механизма) изменения передаточного отношения (вариатора) с управляющим устройством через дополнительную обратимую электрическую машину.
Существенное отличие предлагаемого устройство рекуперации энергии торможения транспортной машины заключается в том, что поддержание постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и трансмиссии машины осуществляют путем механического соединения трансмиссии машины с одним из звеньев дифференциала и соединения маховика с другим звеном дифференциала, вращающимся в обратную сторону таким образом, что увеличение скорости вращения одного звена дифференциала с числом степеней свободы, равным двум W=2, приводит к снижению скорости вращения другого звена, связанного с обратимой электрической машиной.
Дополнительное существенное отличие от известного устройства состоит в том, что наряду с механической передачей энергии вариатором от тягового двигателя осуществляют дополнительное электромеханическое преобразование энергии, которое осуществляют путем преобразования электрической энергии в механическую с помощью дополнительной обратимой электрической машины, причем из двух соединенных электрической цепью обратимых электрических машин одна работает в режиме двигателя, другая в режиме электрогенератора, которые при переходе от разгона к торможению или наоборот меняют свои функции на обратные.
Устройство рекуперации энергии торможения машины, включающее корпус, маховик, валы, тяговый двигатель, обратимую электрическую машину (электрический генератор), управляющее устройство, электрический аккумулятор и электрические цепи, соединяющие их, трансмиссию и дифференциал, состоящий из корпуса и валов, на которых расположены солнечная шестерня, сателлиты, водило и коронное колесо, причем трансмиссия соединена с водилом дифференциала и тяговым двигателем, отличающееся тем, что в него дополнительно включена обратимая электрическая машина, вал одной обратимой электрической машины соединен с солнечной шестерней, вал другой обратимой электрической машины соединен с водилом и трансмиссией, которая соединена с валом тягового двигателя (не обязательно электрического двигателя), причем маховик соединен с коронным колесом дифференциала.
Лучший вариант предлагаемого устройства включает дополнительно муфту обратного хода, соединяющую маховик с коронным колесом дифференциала и корпусом. Муфта обратного хода исключает возможность изменения направления скорости вращения маховика после его остановки и нового пуска, что необходимо для того, чтобы не происходило одновременного увеличения механической кинетической энергии всех звеньев дифференциала, маховика и трансмиссии при разгоне и одновременного снижения их кинетической энергии при торможении. Лучший вариант предлагаемого устройства включает дополнительно коробку передач и сцепление, соединяющее тяговый двигатель (не обязательно электрический двигатель, а, например, ДВС) с трансмиссией.
Дополнительное отличие известного и предлагаемого устройств заключается в том, что предлагаемое устройство включает дополнительно муфту обратного хода, соединяющую маховик с коронным колесом дифференциала и корпусом.
Предлагаемое устройство отличается тем, что включает дополнительно коробку передач и сцепление, соединяющее тяговый двигатель (не обязательно электрический двигатель, а, например, ДВС) с трансмиссией.
Таким образом, предлагаемое устройство отличается тем, что имеет две обратимые электрические машины вместо одной в известном устройстве, а электрические цепи двух обратимых электрических машин соединены между собой через управляющее устройство, и попеременно при разгоне и торможении одна из двух обратимых электрических машин работает в режиме двигателя, другая в режиме электрического генератора электрической энергии.
Таким образом, две обратимые электрические машины, электрические цепи которых соединены между собой управляющим устройством, и имеющие возможность выполнять функции как электродвигателя, так и электрического генератора энергии, позволяют плавно менять передаточное отношение между трансмиссией и маховиком, обеспечивая постоянное значение суммарного запаса энергии маховика и трансмиссии на любом из скоростных режимов машины.
Описание планетарного дифференциала, тягового двигателя, снабженного сцеплением, маховика и самотормозящей муфтой обратного хода не приводится по причине их общеизвестности. Все они, кроме тягового двигателя, образуют отдельный маховичный блок аккумулирования механической энергии. Этим маховичным блоком может быть снабжена любая транспортная машина с приводом от двигателя любого рода с целью повышения экономичности путем рекуперации энергии торможения машины.
Основная совокупность существенных признаков заявляемого устройства заключается в том, что в него дополнительно включена обратимая электрическая машины, вал которой соединен с солнечной шестерней, вал другой обратимой электромашины соединен с водилом и трансмиссией, которая соединена с валом тягового двигателя, причем маховик соединен с коронным колесом дифференциала, а также тем, что электрические цепи двух обратимых электрических машин соединены между собой через управляющее устройство и попеременно при разгоне и торможении одна из двух обратимых электрических машин работает в режиме двигателя, другая в режиме электрогенератора электрической энергии, позволяет реализовать достижение заявленного технического результата.
При сравнении свойств заявляемого и известного решений было установлено, что у заявляемого решения появляются свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и что заявляемое решение обладает существенными отличиями.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.2 изображен общий вид предлагаемого устройства рекуперации энергии торможения машины.
Основу составляет дифференциал с числом степеней свободы, равным 2. Дифференциал включает механически связанные между собой кинематическими парами общеизвестные элементы: 1 - солнечная шестерня (зубчатое колесо с внешним зубом); 2 - сателлит; 3 - коронное зубчатое колесо (с внутренним зубом); 4 - водило, на котором располагается сателлит 2. Солнечная шестерня 1 соединена жестко с обратимой электрической машиной 10, водило 4 соединено жестко с трансмиссией 11 и с обратимой электромашиной 7. Сателлит 2, расположенный на водиле 4, соединяет коронное колесо 3 с солнечной шестерней 1. Электрические цепи обратимых электрических машин 7 и 10 соединены с управляющим устройством - электронным регулятором 9 и электрическим аккумулятором 8 небольшой емкости для питания электронного регулятора 9. Зубчатая передача 5 соединяет коронное колесо 3 дифференциала с маховиком 6. Тяговый двигатель, связанный с трансмиссией, не показан на схеме фиг.2, а показан на развитии схемы в лучший вариант на фиг.4.
РАБОТА ПРЕДЛАГАЕМОГО УСТРОЙСТВА
На фиг.3 изображена общеизвестная кинематическая схема дифференциала с числом степеней свободы, равным 2, и планы скоростей его звеньев: 1 - солнечная шестерня; 2 - сателлит; 3 - коронное колесо; 4 - водило. Водило 4 (связанное на фиг.2 с трансмиссией и колесами транспортной машины) вращается вокруг неподвижного
1
2
О2
3
1
1
О2
центра О, центр сателлита О имеет линейную скорость V. В точках контакта сателлита 2 с солнечной шестерней 1 и коронным колесом 3 скорости их V и V равны скоростям сателлита 2. Линейные скорости солнечного колеса V и центра сателлита V определяют закон распределения скоростей сателлита 2 в дифференциальном механизме с числом степеней свободы, равным 2.
1
3
О2
Изменение скорости V с помощью обратимой электромашины 10, связанной с электронным регулятором 9, показанным на фиг.2, вызывает изменение скорости V и скорости вращения маховика 6. Изменение скорости движения машины и скорости вращения трансмиссии 11 также вызывает изменение скорости вращения водила 4 и скорости V.
О2
1
3
О2
3
О2
3
О2
3
Воздействия скорости движения машины и скорости вращения солнечной шестерни на скорость коронного колеса 3 являются противоположными. Из плана скоростей фиг.3 следует, что увеличение скорости движения машины и V при неизменной скорости V вызывает снижение скорости V и скорости вращения маховика 6 (фиг.2). Увеличение скорости вращения солнечной шестерни 1 при неизменной скорости машины и V вызывает рост скорости коронного колеса V и скорости вращения маховика 6. Поскольку скорость вращения солнечной шестерни 1 определяется обратимой электрической машиной 10, связанной с управляющим устройством 9, показанным на фиг.2, то разгон или торможение машины определяется управляющим устройством 9 через изменение скорости вращения солнечной шестерни 1 обратимой электрической машиной 10, связанной с управляющим устройством 9. Поддержание постоянного суммарного значения кинетической энергии маховика и машины осуществляется за счет характеристики дифференциала фиг.3, при которой увеличение скорости движения машины и V вызывает снижение скорости вращения коронного колеса V и пропорциональной ей скорости вращения маховика 6 (фиг.2) при постоянной скорости вращения солнечной шестерни 1, управляемой обратимой электрической машиной 10. При торможении наблюдается обратный эффект, при котором снижение скорости движения машины и V вызывает рост скорости V и скорости вращения маховика 6 (фиг.2) даже при постоянной скорости вращения солнечной шестерни 1, что поддерживает постоянное суммарное значение кинетической энергии маховика и машины за счет самовыравнивания и исключает потери энергии при торможении обратимой электромашиной и тяговым двигателем любого типа (не показанным на фиг.2), связанным с трансмиссией 11.
Изменение соединений валов и колес дифференциала заявляемого и известного устройств позволяет использовать свойство саморегулирования скоростей дифференциала при изменении скорости движения машины и тягового двигателя, которое было невозможно при использовании известного устройства, что является принципиальным отличием для повышения эффективности работы системы управления машины. Это свойство саморегулирования кинетической энергии следует из анализа планов скоростей, представленных на фиг.3. Например, увеличение скорости трансмиссии машины (11 на фиг.2) приводит к снижению скорости маховика 6 таким образом, что общий запас кинетической энергии машины и маховика остается постоянным. Из рассмотрения фиг.3 следует, что запас кинетической энергии маховика при снижении его скорости автоматически передается в трансмиссию машины и приводит к увеличению скорости трансмиссии и машины при ее разгоне. И, наоборот, запас кинетической энергии маховика автоматически увеличивается при снижении скорости трансмиссии при торможении машины и неизменной скорости обратимой электрической машины 10 (фиг.2), связанной с солнечной шестерней. Управляя скоростью обратимой электрической машины 10 (фиг.2), тем самым можно менять процесс обмена кинетической энергии между маховиком 6 и трансмиссией 11 машины. Таким образом процесс перекачки энергии из маховика 6 в трансмиссию 11 или в обратном направлении управляется автоматически за счет саморегулирующей характеристики дифференциала путем настройки скорости обратимой электрической машины 10 при любом изменении скоростного режима работы машины путем поддержания постоянного запаса кинетической энергии подвижных частей машины с помощью дифференциала с числом степеней свободы, равным двум, который соединяет трансмиссию движущейся машины и маховик. Важно отметить, что в качестве двигателя может быть использован не только тяговый электрический двигатель, но и ДВС, так как питание одной обратимой электрической машины осуществляется от другой обратимой электрической машины, связанной с трансмиссией и маховиком, что не требует специального отдельного аккумулятора или значительно уменьшает его потребную емкость.
1
4
4
Устройство начинает работать после запуска тягового двигателя (не показанного на фиг.2) и начала движения машины, приводящей к увеличению скорости трансмиссии 11 и водила 4. Чтобы маховик не начал вращение в обратную сторону, в лучшем варианте предлагаемого устройства (фиг.4) предусмотрена муфта обратного хода 16, разрешающая его вращение в расчетную сторону (например, ω и ω по часовой стрелке на фиг.3) и приводящая к его самоторможению, если машина дает задний ход и меняется направление ω. Самотормозящая муфта 6 обратного хода служит для того, чтобы маховик не раскручивался в обратную сторону.
Конструкция и расчет дифференциального планетарного механизма и муфты свободного хода общеизвестны и приведены в учебнике «Теория механизмов и машин»: Учебник для втузов / К.В.Фролов, А.К.Мусатов, С.А.Попов и др. - М.: Высшая школа, 2001 - 496 с. Поэтому описание принципа работы дифференциала с двумя степенями свободы и метода построения плана скоростей не приводится.
После набора скорости машиной и начала первого торможения кинетическая энергия ее передается в маховик следующим образом. При неизменной скорости управляющей обратимой электрической машины 10, связанной с солнечной шестерней 1 дифференциала, снижение скорости машины и трансмиссии 11 автоматически приводит к увеличению скорости маховика 6, соединенного с коронным колесом 3, т.о. происходит увеличение запаса кинетической энергии маховика. Управление скорости управляющей обратимой электрической машины 10, связанной с солнечной шестерней 1 дифференциала, позволяет регулировать скорость и изменение кинетической энергии маховика 6 и процесса торможения или разгона машины.
Торможение машины осуществляется снижением скорости и мощности тягового двигателя 13 (см. фиг.3, он не показан на схеме фиг.2), соединенного с трансмиссией 11, или возможно управлением скорости управляющей обратимой электрической машины 10, связанной с солнечной шестерней 1 (колеса) дифференциала. При торможении машины скорость вращения трансмиссии машины снижается, что вызывает рост скорости вращения маховика 6 и запаса его кинетической энергии. Кинетическая энергия машины и трансмиссии 11 при остановке ее целиком перекачивается в маховик 6, что обеспечивает постоянное значение кинетической энергии работающей и неподвижной машины. При нулевой скорости машины значения скорости вращения маховика и запаса его кинетической энергии становятся максимальными. После этого механическая система готова к новому разгону.
При разгоне машины включается передача в коробке скоростей 15 (последняя не показана на фиг.2, но показана на фиг.4), так как конструкция ее не принципиальна. Разгон машины начинается увеличением скорости и мощности тягового двигателя 13, в качестве которого может быть ДВС. Возможно управление разгоном скоростью управляющей обратимой электрической машины 10, связанной с солнечной шестерней 1 (колеса) дифференциала. Это сопровождается одновременным автоматическим обеспечением подачи механической энергии от маховика при снижении его скорости вращения трансмиссии 11 (фиг.2). Маховик 6, соединенный с коронным колесом 3, снижает скорость вращения при увеличении скорости трансмиссии 11 и машины, пропорциональной скорости коронного колеса 3 (фиг.3). При достижении номинальных скоростей движения машины в соответствии с планом скоростей (фиг.3) маховик 6 снижает скорость до минимального значения, регулируемого устройством управления с помощью двух обратимых электрических машин. Изменение направления вращения маховика 6 исключается муфтой обратного хода 16.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Лучший вариант устройства показан на фиг.4. Оно особенно удобно при использовании отдельного маховичного блока аккумулирования механической энергии при приводе машины от ДВС, так как работа маховичного блока при соответствующем расчете его характеристик происходит непрерывно автоматически, не требуя преобразования кинетической энергии маховика в электрическую энергию. Использование маховичного блока аккумулирования механической энергии в составе машинного агрегата позволяет снизить расход энергии при работе на неустановившихся режимах работы, сопровождаемых потерями энергии при торможении. Кинематическая схема устройства рекуперации энергии торможения включает следующие элементы:
1 - солнечная шестерня (зубчатое колесо с внешним зубом); 2 - сателлит; 3 - коронное колесо (с внутренним зубом); 4 - водило; 5 - зубчатая передача; 6 - маховик; 7, 10 - обратимые электрические машины; 8 - электрический аккумулятор; 9 - управляющее устройство; 11 - трансмиссия; 12 - сцепление; 13 - тяговый двигатель; 15 - коробка передач; 7 - муфта обратного хода.
Принцип работы устройств на фиг.2 и фиг.4 совпадают, характеристики их показаны на фиг.3.
1
Из плана скоростей на фиг.3 следует, что водило 4, связанное с трансмиссией 11, и коронное колесо 3, соединенное с маховиком 6, вращаются в противоположные стороны таким образом, что рост скорости движения машины вызывает снижение скорости вращения маховика, что поддерживает постоянное значение общего запаса кинетической энергии маховика и машины. Запуск тягового двигателя 13 (фиг.4), связанного с трансмиссией 11 машины через сцепление 12 и коробку передач 15, сопровождается ростом скорости машины и частоты вращения водила 4, связанного с трансмиссией 11. Чтобы при этом маховик 6 не начал вращаться в обратную сторону, обеспечивая необходимую для поддержания постоянного значения общего запаса кинетической энергии частоту вращения маховика 6, на валу маховика 6, связанного с коронным колесом 3 зубчатой передачей 5 (фиг.4), расположена муфта обратного хода 16, исключающая вращение маховика 6 в непредусмотренную сторону. Таким образом после запуска основного двигателя 13 происходит разгон машины. Даже при минимальном запасе кинетической энергии маховика 6 после запуска тягового двигателя 13 кинетическая энергия маховика 6 пополняется при первом же торможении машины. При дальнейшей работе в цикле «разгон - торможение» машины наступает баланс и поддерживается постоянное значение общего запаса кинетической энергии маховика и машины. При выключении основного тягового двигателя 13 падает скорость V и частота вращения солнечной шестерни 1 дифференциала (фиг.4) снижается, что вызывает снижение частоты вращения маховика 6 (фиг.3). Процесс при запуске основного тягового двигателя был рассмотрен ранее.