Маховик с переменным моментом инерции

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах различных машин (например, автомобилей) с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен маховик переменного момента инерции (патент РФ №2509241), содержащий вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлен с помощью подшипников барабан с возможностью поворота вокруг вала. На концах кронштейна с возможностью поворота закреплены маховичные секторы, позволяющие накапливать кинетическую энергию. Концы маховичных секторов соединены тросами с барабаном. В полости, образованной валом и барабаном, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины, навитой вокруг вала, концы которой соединены с барабаном и трехлучевым кронштейном.
Недостатком данного маховика является жесткое закрепление тросов к маховичным секторам, что приводит к периодическим изгибным нагружениям тросов при развороте и складывании маховичных секторов. Это приводит к усталостному разрушению тросов в местах их крепления к маховичным секторам, что значительно снижает срок службы маховика и безопасность его эксплуатации.
Задачей полезной модели является создание маховика с переменным моментом инерции, имеющего более надежный способ соединения тросов с маховичными секторами.
Техническим результатом является увеличение срока службы и повышение безопасности использования маховика с переменным моментом инерции.
Технический результат достигается предлагаемым маховиком с переменным моментом инерции (далее маховик), содержащим вал маховика, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлен с помощью подшипников барабан с возможностью поворота вокруг вала маховика. На концах трехлучевого кронштейна с возможностью поворота закреплены маховичные секторы, позволяющие накапливать кинетическую энергию, концы которых соединены тросами с барабаном. В полости, образованной валом маховика и барабаном, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения, навитой вокруг вала маховика. Концы пружины кручения соединены с барабаном и валом маховика. Для периодического соединения и разъединения вала маховика с коленчатым валом двигателя используется дисковая фрикционная электромагнитная муфта. Концы тросов соединены с маховичными секторами посредством шарниров, образованных петлями и стержнями. Стержни установлены с возможностью поворота внутри петель и жестко соединены с тросами, а петли жестко соединены с маховичными секторами.
На фиг. 1 изображен маховик при сложенном положении маховичных секторов, а также шарнир, соединяющий трос с маховичным сектором. На фиг. 2 изображен разрез маховика при сложенном положении маховичных секторов. На фиг. 3 изображен маховик при раскрытом положении маховичных секторов.
Маховик содержит вал маховика 1, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн 2 и установлен с помощью подшипников 3 барабан 4 с возможностью поворота вокруг вала маховика 1. На концах трехлучевого кронштейна 2 с возможностью поворота закреплены маховичные секторы 5, позволяющие накапливать кинетическую энергию, концы которых соединены тросами 6 с барабаном 4. В полости, образованной валом маховика 1 и барабаном 4, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения 7, навитой вокруг вала маховика 1. Концы пружины кручения 7 соединены с барабаном 4 и валом маховика 1. Для периодического соединения и разъединения вала маховика 1 с коленчатым валом 8 двигателя используется дисковая фрикционная электромагнитная муфта 9. Концы тросов 6 соединены с маховичными секторами 5 посредством шарниров, образованных петлями 10 и стержнями 11. Стержни 11 установлены с возможностью поворота внутри петель 10 и жестко соединены с тросами 6, а петли 10 жестко соединены с маховичными секторами 5.
В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг. 1, 2): маховичные секторы 5 прижаты к центру маховика усилием пружины кручения 7 посредством тросов 6 намотанных на барабан 4. При рекуперативном торможении включается муфта 9, и вал маховика 1 начинает вращаться. При увеличении частоты вращения вала маховика 1 маховичные секторы 5 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг своих осей, преодолевая через тросы 6 усилие пружины кручения 7. При развороте маховичных секторов 5 стержни 11 поворачиваются внутри петель 10, не подвергая тросы 6 изгибным нагрузкам в местах их крепления к маховичным секторам 5. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг. 3), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении автомобиля и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся маховичных секторов 5, но и потенциальная энергия упругодеформированной пружины кручения 7. В конце цикла торможения муфта 9 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.
Впоследствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона автомобиля. Для этого снова включается муфта 9, через которую вращение с вала маховика 1 передается на коленчатый вал 8 двигателя, причем, отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 5 и к их складыванию за счет действия пружины кручения 7. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 5 и потенциальную энергию упругодеформированной пружины кручения 7. При складывании маховичных секторов 5 стержни 11 снова поворачиваются внутри петель 10, не подвергая тросы 6 изгибным нагрузкам в местах их крепления к маховичным секторам 5, после чего муфта 9 выключается и маховик снова готов к работе.