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.
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 накапливать потенциальную энергию упругой деформации в достаточном количестве.
Технической задачей полезной модели является создание маховика с переменным моментом инерции, способного накапливать кинетическую энергию вращающихся масс, а также потенциальную энергию упругодеформированных элементов в большем объеме.
Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счет более эффективного 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 (далее - маховик), содержащим 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. Маховик также содержит дополнительные накопители потенциальной энергии в виде трех пружин растяжения, каждая из которых соединена своими концами с кронштейном и маховичным сектором. Для периодического соединения и разъединения вала маховика с коленчатым валом двигателя используется электромагнитная муфта.
На фиг. 1 изображен маховик с переменным моментом инерции в сложенном положении. На фиг. 2 изображен разрез маховика с переменным моментом инерции в сложенном положении. На фиг. 3 изображен маховик с переменным моментом инерции 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 с возможностью поворота закреплены маховичные секторы 5, позволяющие накапливать кинетическую энергию, концы которых соединены тросами 6 с барабаном 4. В полости, образованной валом 1 и барабаном 4, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины 7, навитой вокруг вала 1. Концы пружины 7 соединены с барабаном 4 и трехлучевым кронштейном 2. Маховик также содержит дополнительные накопители потенциальной энергии в виде трех пружин растяжения 8, каждая из которых соединена своими концами с трехлучевым кронштейном 2 и маховичным сектором 5. Для периодического соединения и разъединения вала 1 маховика с коленчатым валом 9 двигателя используется электромагнитная муфта 10.
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 7 посредством тросов 6, намотанных на барабан 4, и пружин растяжения 8. При рекуперативном торможении включается электромагнитная муфта 10, и вал 1 маховика начинает вращаться. При увеличении частоты вращения вала 1 маховичные секторы 5 за счет действия на них центробежных сил разворачиваются вокруг своих осей, преодолевая через тросы 6 усилие пружины 7 и пружин растяжения 8. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг. 3), его момент инерции увеличивается, участвуя при этом в торможении транспортного средства и накапливая энергию. Причем накапливается не только кинетическая энергия вращающихся маховичных секторов 5, но и потенциальная энергия упругодеформированной пружины 7 и пружин растяжения 8. В конце цикла торможения электромагнитная муфта 10 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 10, посредством которой вращение с вала 1 маховика передается на коленчатый вал 9 двигателя. Отдавая энергию, маховик стремится замедлиться, что приводит к уменьшению центробежных сил, действующих на маховичные секторы 5, и к их складыванию за счет действия пружины 7 и пружин растяжения 8. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 5 и потенциальную энергию упругодеформированной пружины 7 и пружин растяжения 8. При полном складывании маховичных секторов 5 к центру маховика электромагнитная муфта 10 выключается, и маховик снова готов к работе.