Маховик с переменным 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 и поддержания частоты вращения вала двигателя в заданном диапазоне.
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 низкая энергоемкость пружины, находящейся в полости центральной шестерни, что не позволяет эффективно накапливать потенциальную энергию упругой деформации в достаточном количестве.
Технической задачей полезной модели является создание маховика с переменным моментом инерции, способного накапливать в достаточном количестве кинетическую энергию вращающихся масс и потенциальную энергию упругодеформированных элементов.
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 переменным моментом инерции, содержащим вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлен с помощью подшипников барабан с возможностью поворота вокруг вала. На концах трехлучевого кронштейна жестко закреплены оси кронштейна, на которых посредством подшипников установлены маховичные секторы с возможностью поворота вокруг осей кронштейна. 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 пружины соединены с барабаном и валом. В полостях, образованных маховичными секторами и осями кронштейна размещены дополнительные накопители потенциальной энергии в виде дополнительных пружин, навитых вокруг осей кронштейна. Концы дополнительных пружин соединены с маховичными секторами и осями кронштейна. Для периодического соединения и разъединения вала маховика с коленчатым валом двигателя предусмотрена электромагнитная муфта.
На фиг. 1 изображен маховик в сложенном положении. На фиг. 2 изображен разрез маховика в сложенном положении. На фиг. 3 изображен маховик в раскрытом положении.
Маховик с переменным моментом инерции содержит вал 1, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн 2 и установлен с помощью подшипников 3 барабан 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах трехлучевого кронштейна 2 жестко закреплены оси кронштейна 5, на которых посредством подшипников 6 установлены маховичные секторы 7 с возможностью поворота вокруг осей кронштейна 5. Концы маховичных секторов 7 соединены тросами 8 с барабаном 4. В полости, образованной валом 1 и барабаном 4, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины 9, навитой вокруг вала 1. Концы пружины 9 соединены с барабаном 4 и валом 1. В полостях, образованных маховичными секторами 7 и осями кронштейна 5 размещены дополнительные накопители потенциальной энергии в виде дополнительных пружин 10, навитых вокруг осей кронштейна 5. Концы дополнительных пружин 10 соединены с маховичными секторами 7 и осями кронштейна 5. Для периодического соединения и разъединения вала 1 маховика с коленчатым валом 11 двигателя предусмотрена электромагнитная муфта 12.
Маховик работает следующим образом.
В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг. 1, 2): маховичные секторы 7 прижаты к центру маховика усилием пружины 9 посредством тросов 6 намотанных на барабан 4 и дополнительных пружин 10. При рекуперативном торможении включается муфта 12, и вал 1 маховика начинает вращаться. При увеличении частоты вращения вала 1 маховичные секторы 7 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг осей кронштейна 5, преодолевая через тросы 8 усилие пружины 9, а также усилие дополнительных пружин 10. 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 7, но также потенциальная энергия упругодеформированной пружины 9 и дополнительных пружин 10. В конце цикла торможения муфта 12 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.
Впоследствие, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона автомобиля. Для этого снова включается муфта 12, через которую вращение с вала 1 маховика передается на коленчатый вал 11 двигателя, причем, отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 7 и к их складыванию за счет действия пружины 9 и дополнительных пружин 10. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 7, а также потенциальную энергию упругодеформированной пружины 9 и дополнительных пружин 10.
Кроме того, уменьшение момента инерции маховика не дает ему замедлиться до полного складывания маховичных секторов 7, что позволяет поддерживать частоту вращения маховика вместе с коленчатым валом 11 двигателя в диапазоне его устойчивой работы. При полном складывании маховичных секторов 7 к центру маховика муфта 12 выключается и маховик снова готов к работе.