Аккумулятор механической энергии с упругими элементами

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.
Известен аккумулятор механической энергии (патент РФ №164861), содержащий вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и барабан с упругими элементами в виде пружин сжатия. Аккумулятор позволяет рекуперировать энергию торможения транспортного средства, однако зубчатый механизм передачи вращения между валом отбора мощности и аккумулятором имеет передаточное число, равное единице, что значительно ограничивает дистанцию рекуперативного торможения и разгона транспортного средства.
Задачей полезной модели является создание аккумулятора механической энергии, способного накапливать и отдавать потенциальную энергию упругодеформированных элементов на более длинной дистанции рекуперативного торможения и разгона.
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.
Технический результат достигается предлагаемым аккумулятором механической энергии с упругими элементами (далее - аккумулятор), содержащим вал аккумулятора, установленный на подшипниках с возможностью вращения. На валу аккумулятора жестко закреплен барабан, в полостях которого по дуге размещены пружины сжатия. Аккумулятор содержит также планетарный механизм, состоящий из солнечного колеса с внутренними зубьями и центральной шестерни, установленных на валу аккумулятора с возможностью вращения посредством подшипников и сателлитов, установленных на осях с возможностью вращения посредством подшипников. Причем оси сателлитов жестко закреплены на барабане, выполняющем в планетарном механизме функцию водила. Сателлиты одновременно находятся в зацеплении с центральной шестерней и солнечным колесом. Концы пружин сжатия соединяют попарно упоры барабана, жестко закрепленные на корпусе барабана, и упоры солнечного колеса, жестко закрепленные на солнечном колесе. На корпусе солнечного колеса установлен фиксатор солнечного колеса, состоящий из полумуфты с электромагнитной катушкой, пружины и неподвижной площадки под контакт. Полумуфта установлена на корпусе солнечного колеса с возможностью осевого перемещения и передачи момента посредством шлицевого соединения. На валу аккумулятора установлен фиксатор барабана, состоящий из полумуфты с электромагнитной катушкой, пружины и неподвижной площадки под контакт. Полумуфта установлена на валу аккумулятора с возможностью осевого перемещения и передачи момента посредством шлицевого соединения. На корпусе центральной шестерни жестко закреплена коническая шестерня аккумулятора, одновременно находящаяся в зацеплении с входной конической шестерней и выходной конической шестерней, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности посредством подшипников. Корпус входной конической шестерни имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной и электромагнитной катушкой образует входную электромагнитную фрикционную муфту. Корпус выходной конической шестерни также имеет площадку под контакт, которая вместе с полумуфтой, пружиной и электромагнитной катушкой образует выходную электромагнитную фрикционную муфту. Полумуфты способны перемещаться вдоль вала отбора мощности и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений. Вал отбора мощности установлен с возможностью вращения на подшипниках.
Применение предлагаемого аккумулятора позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении на более длинной дистанции с последующим использованием накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства.
На фиг. 1 изображен аккумулятор в нейтральном положении. На фиг. 2 изображен аккумулятор в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг. 3 изображен аккумулятор в положении, соответствующем троганию с места и разгону (отдаче накопленной энергии).
Аккумулятор содержит вал аккумулятора 1, установленный на подшипниках 2, 3 и 4 с возможностью вращения. На валу аккумулятора 1 жестко закреплен барабан 5, в полостях которого по дуге размещены пружины сжатия 6. Аккумулятор содержит также планетарный механизм, состоящий из солнечного колеса 7 с внутренними зубьями и центральной шестерни 8, установленных на валу аккумулятора 1 с возможностью вращения посредством подшипников 9, 10 и сателлитов 11, установленных на осях 12 с возможностью вращения посредством подшипников 13. Причем оси сателлитов 11 жестко закреплены на барабане 5, выполняющем в планетарном механизме функцию водила. Сателлиты 11 одновременно находятся в зацеплении с центральной шестерней 8 и солнечным колесом 7. Концы пружин сжатия 6 соединяют попарно упоры барабана 14, жестко закрепленные на корпусе барабана 5, и упоры солнечного колеса 15, жестко закрепленные на солнечном колесе 7. На корпусе солнечного колеса 7 установлен фиксатор солнечного колеса 16, состоящий из полумуфты 17 с электромагнитной катушкой 18, пружины 19 и неподвижной площадки под контакт 20. Полумуфта 17 установлена на корпусе солнечного колеса 7 с возможностью осевого перемещения и передачи момента посредством шлицевого соединения 21. На валу аккумулятора 1 установлен фиксатор барабана 22, состоящий из полумуфты 23 с электромагнитной катушкой 24, пружины 25 и неподвижной площадки под контакт 26. Полумуфта 23 установлена на валу аккумулятора 1 с возможностью осевого перемещения и передачи момента посредством шлицевого соединения 27. На корпусе центральной шестерни 8 жестко закреплена коническая шестерня аккумулятора 28, одновременно находящаяся в зацеплении с входной конической шестерней 29 и выходной конической шестерней 30, установленными с возможностью вращения относительно вала отбора мощности 31 посредством подшипников, соответственно, 32 и 33. Корпус входной конической шестерни 29 имеет площадку под контакт 34, которая вместе с полумуфтой 35, пружиной 36 и электромагнитной катушкой 37 образует входную электромагнитную фрикционную муфту 38. Корпус выходной конической шестерни 30 также имеет площадку под контакт 39, которая вместе с полумуфтой 40, пружиной 41 и электромагнитной катушкой 42 образует выходную электромагнитную фрикционную муфту 43. Полумуфты 35 и 40 способны перемещаться вдоль вала отбора мощности 31 и при включении муфт передавать вращение посредством шлицевых соединений, соответственно, 44 и 45. Вал отбора мощности 31 установлен с возможностью вращения на подшипниках 46. Аккумулятор работает следующим образом.
При движении транспортного средства аккумулятор находится в нейтральном положении (фиг. 1): электромагнитные фрикционные муфты 38 и 43 разомкнуты, вал отбора мощности 31 с полумуфтами 35 и 40 свободно вращается, а аккумулятор неподвижен.
При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 31 необходимо передать на аккумулятор (фиг. 2). Для этого подается напряжение на электромагнитные катушки 18 и 37. Под действием магнитного поля, возбуждаемого в электромагнитной катушке 18, полумуфта 17 прижимается к неподвижной площадке контакта 20 и фиксирует солнечное колесо 7 посредством шлицевого соединения 21. Одновременно с этим под действием магнитного поля, возбуждаемого в электромагнитной катушке 37, полумуфта 35, вращающаяся вместе с валом отбора мощности 31, прижимается к площадке контакта 34 и приводит во вращение входную коническую шестерню 29. Вращение с входной конической шестерни 29 посредством зубчатого зацепления передается на коническую шестерню аккумулятора 28, которая начинает вращаться вместе с центральной шестерней 8. Центральная шестерня 8 приводит во вращение сателлиты 11, которые, обкатываясь по неподвижному солнечному колесу 7, приводят во вращение барабан 5. Барабан 5 совершает поворот и сжимает пружины сжатия 6, накапливая в них потенциальную энергию. Причем планетарный механизм обеспечивает передачу вращения от вала отбора мощности 31 к барабану 5 с передаточным числом, равным четырем, что значительно увеличивает дистанцию рекуперативного торможения.
Впоследствие, для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с аккумулятора необходимо передать обратно на вал отбора мощности 31 (фиг. 3). Для этого с электромагнитных катушек 18 и 37 напряжение переключается на электромагнитные катушки 24 и 42. Под действием магнитного поля, возбуждаемого в электромагнитной катушке 24, полумуфта 23 прижимается к неподвижной площадке контакта 26 и фиксирует вал аккумулятора 1 вместе с барабаном 5 посредством шлицевого соединения 27. При выключении фиксатора солнечного колеса 16 солнечное колесо 7 начинает вращаться под действием разжимающихся пружин сжатия 6, действующих на упоры солнечного колеса 15. Вращаясь, солнечное колесо 7 приводит во вращение сателлиты 11, которые передают вращение на центральную шестерню 8. Центральная шестерня 8 вращается вместе с конической шестерней аккумулятора 28, с которой посредством зубчатого зацепления вращение передается на выходную коническую шестерню 30. Одновременно с этим под действием магнитного поля, возбуждаемого в электромагнитной катушке 42, полумуфта 40 прижимается к площадке контакта 39. При этом входная электромагнитная фрикционная муфта 38 размыкается под действием пружины сжатия 36, а выходная электромагнитная фрикционная муфта 43 наоборот замыкается. Посредством включенной выходной электромагнитной фрикционной муфты 43 и шлицевого соединения 45 вращение передается на вал отбора мощности 31. Причем на этапе отдачи накопленной энергии планетарный механизм работает в режиме мультипликатора, что обеспечивает передачу вращения от солнечного колеса 7 к валу отбора мощности с передаточным числом 0, 3, что значительно увеличивает дистанцию разгона.
Таким образом, аккумулятор отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин 6, после чего выходная электромагнитная фрикционная муфта 43 и фиксатор вала аккумулятора 22 выключаются и аккумулятор снова переходит в нейтральное положение.