МАХОВИК С ПЕРЕМЕННЫМ МОМЕНТОМ ИНЕРЦИИ, ОСНАЩЕННЫЙ МЕХАНИЗМОМ С ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ

Предполагаемая 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 кручения, навитой вокруг вала, концы которой соединены с барабаном и трехлучевым кронштейном. Для периодического соединения и разъединения вала маховика с коленчатым валом двигателя используется дисковая электромагнитная фрикционная муфта.
Маховик предназначен для накопления энергии при рекуперативном торможении транспортного средства с последующим ее использованием при трогании с места и разгоне.
Однако для соединения вала маховика с коленчатым валом двигателя предлагается использовать дисковую электромагнитную фрикционную муфту, обладающую слабой нагрузочной способностью.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств для рекуперации механической энергии торможения транспортных средств.
Техническим результатом полезной модели является увеличение нагрузочной способности муфты, соединяющей вал маховика с коленчатым валом двигателя, и повышение эффективности рекуперативного торможения и разгона транспортного средства.
Технический результат достигается предлагаемым маховиком с переменным моментом инерции, оснащенным механизмом с гибкой связью (впоследствии - маховик), содержащим вал маховика, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлен с помощью подшипников барабан с возможностью поворота вокруг вала маховика. 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 валом маховика. Для периодического соединения и разъединения вала маховика с коленчатым валом двигателя используется конусная электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из двух полумуфт. Полумуфта маховика установлена на валу посредством шлицевого соединения с возможностью осевого перемещения вдоль вала. Для фиксации муфты в разомкнутом положении на конце вала маховика установлена пружина сжатия. Полумуфта коленчатого вала установлена на нем жестко посредством шлицевого соединения и содержит электромагнитную катушку для периодического замыкания муфты.
Применение в конструкции маховика конусной фрикционной электромагнитной муфты взамен дисковой позволит увеличить нагрузочную способность и повысить надежность соединения вала маховика с коленчатым валом двигателя.
На фиг. 1 изображен маховик с переменным моментом инерции в сложенном положении. На фиг. 2 изображен маховик с переменным моментом инерции в раскрытом положении. На фиг. 3 изображен разрез маховика с переменным моментом инерции в сложенном положении с разомкнутой конусной муфтой. На фиг. 4 изображен разрез маховика с переменным моментом инерции в сложенном положении с замкнутой конусной муфтой.
Маховик с переменным моментом инерции, оснащенный механизмом с гибкой связью, содержит вал маховика 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 кручения 7, навитой вокруг вала 1. Концы пружины 7 соединены с барабаном 4 и валом маховика 1. Для периодического соединения и разъединения вала маховика 1 с коленчатым валом 8 двигателя используется конусная электромагнитная фрикционная муфта 9, состоящая из двух полумуфт. Полумуфта маховика 10 установлена на валу маховика 1 посредством шлицевого соединения 11 с возможностью осевого перемещения вдоль него. Для фиксации муфты 9 в разомкнутом положении на конце вала 1 установлена пружина сжатия 12. Полумуфта 13 коленчатого вала 8 установлена на нем жестко посредством шлицевого соединения 14 и содержит электромагнитную катушку 15 для периодического замыкания муфты 9.
Маховик работает следующим образом.
В остановленном положении маховик находится в сложенном положении (фиг. 1, 3): маховичные секторы 5 прижаты к центру маховика усилием пружины кручения 7 посредством тросов 6, намотанных на барабан 4, а конусная электромагнитная фрикционная муфта 9 разомкнута. При рекуперативном торможении вращение с коленчатого вала 8 необходимо передать на вал 1 маховика. Для этого на электромагнитную катушку катушку 15 подается напряжение, под действием электромагнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 10 маховика, преодолевая усилие пружины сжатия 12, перемещается вдоль вала 1 и прижимается к полумуфте 13 коленчатого вала 8 (фиг. 4). Конусная электромагнитная фрикционная муфта 9 замыкается, и вал 1 маховика начинает вращаться вместе с коленчатым валом 8. 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 кручения 7. Маховик переходит в раскрытое положение (фиг. 2), 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 кручения 7. В конце цикла торможения напряжение в электромагнитной катушке 15 отключается, под действием пружины сжатия 12 полумуфта 10 возвращается в нейтральное положение, конусная электромагнитная фрикционная муфта 9 размыкается, 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 конусная электромагнитная фрикционная муфта 9, через которую вращение с вала 1 маховика 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.
Кроме того, уменьшение момента инерции маховика не дает ему замедлиться до полного складывания маховичных секторов 5, что позволяет поддерживать частоту вращения маховика вместе с коленчатым валом 8 двигателя в диапазоне его устойчивой работы. При полном складывании маховичных секторов 5 к центру маховика конусная электромагнитная фрикционная муфта 9 выключается и маховик снова готов к работе.