RU152458U1

RU152458U1 - Flywheel with a variable moment of inertia

Info

Publication number: RU152458U1
Application number: RU2014149952/11U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Война
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2015-05-27

Abstract

Маховик с переменным моментом инерции, содержащий вал, на котором жестко закреплен трёхлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала, на концах кронштейна с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральной шестерней, в полости, образованной валом и центральной шестерней, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины, навитой вокруг вала, концы которой соединены с центральной шестерней и трехлучевым кронштейном, отличающийся тем, что для соединения маховика с коленчатым валом двигателя предусмотрена фрикционная управляемая электромагнитная муфта, состоящая из двух полумуфт: одна полумуфта жестко закреплена на корпусе центральной шестерни, другая - на конце коленчатого вала двигателя с возможностью осевого перемещения для включения и выключения муфты, при этом вал маховика консольно установлен на двух радиально-упорных подшипниках качения.A flywheel with a variable moment of inertia, comprising a shaft on which the three-beam bracket is rigidly fixed and a central gear mounted with bearings rotatably around the shaft, coaxially flywheel sectors and gear sectors rigidly connected to each other are fixed at the ends of the bracket, gear sectors are meshed with the central gear, in the cavity formed by the shaft and the central gear, there is a potential energy storage device, made in the form of a spring, one around the shaft, the ends of which are connected to the central gear and the three-beam bracket, characterized in that for connecting the flywheel to the crankshaft of the engine, a friction controlled electromagnetic coupling is provided, consisting of two coupling halves: one coupling half is rigidly fixed to the central gear housing, the other at the end of the cranked the motor shaft with the possibility of axial movement to turn the coupling on and off, while the flywheel shaft is cantilevered on two angular contact rolling bearings.

Description

Предполагаемая полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в транспортных средствах, оснащенных двигателями внутреннего сгорания.The proposed utility model relates to mechanical engineering and can be used in vehicles equipped with internal combustion engines.

Известен маховик переменного момента инерции (Патент РФ №2516883), содержащий вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала. На концах кронштейна с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом планками, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральной шестерней. В полости, образованной валом и центральной шестерней, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины кручения, навитой вокруг вала, концы которой соединены с центральной шестерней и трехлучевым кронштейном. Для периодического соединения и разъединения вала маховика с коленчатым валом двигателя используется электромагнитная муфта.Known flywheel of variable moment of inertia (RF Patent No. 2516883), containing a shaft on which the three-beam bracket is rigidly fixed and the central gear is mounted with bearings with the possibility of rotation around the shaft. Coaxially flywheel sectors and gear sectors rigidly connected to each other by straps are fixed at the ends of the bracket with the possibility of rotation, and the gear sectors are meshed with the central gear. In the cavity formed by the shaft and the central gear, there is a potential energy storage device made in the form of a torsion spring wound around the shaft, the ends of which are connected to the central gear and a three-beam bracket. An electromagnetic clutch is used to periodically connect and disconnect the flywheel shaft with the engine crankshaft.

Недостатком данного маховика является то, что для раскрытия маховичных секторов маховик должен раскрутиться до большой частоты вращения, при которой центробежные силы заставят маховичные сектора преодолеть усилие пружины и развернуться от центра вращения. Это не позволяет эффективно использовать полезные свойства маховика с переменным моментом инерции при низких частотах вращения, имеющих место при движении транспортного средства в условиях плотного городского трафика.The disadvantage of this flywheel is that for the flywheel sectors to open, the flywheel must spin up to a high speed at which centrifugal forces will force the flywheel sectors to overcome the spring force and turn around from the center of rotation. This does not allow the effective use of the useful properties of a flywheel with a variable moment of inertia at low speeds that occur when the vehicle moves in dense urban traffic.

Задачей предполагаемой полезной модели является создание маховика с переменным моментом инерции, способного накапливать энергию при низких частотах вращения.The objective of the proposed utility model is to create a flywheel with a variable moment of inertia, capable of storing energy at low speeds.

Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в транспортных средствах, оснащенных двигателями внутреннего сгорания.The technical result is to reduce fuel consumption in vehicles equipped with internal combustion engines.

Технический результат достигается предлагаемым маховиком с переменным моментом инерции, содержащим вал, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала. На концах кронштейна с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жестко соединенные друг с другом, причем зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральной шестерней. В полости, образованной валом и центральной шестерней, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины, навитой вокруг вала, концы которой соединены с центральной шестерней и трехлучевым кронштейном. Для соединения маховика с коленчатым валом двигателя предусмотрена фрикционная управляемая электромагнитная муфта, состоящая из двух полумуфт: одна полумуфта жестко закреплена на корпусе центральной шестерни, другая - на конце коленчатого вала двигателя с возможностью осевого перемещения для включения и выключения муфты. При этом вал маховика установлен консольно на двух радиально-упорных роликовых подшипниках качения.The technical result is achieved by the proposed flywheel with a variable moment of inertia containing a shaft on which the three-beam bracket is rigidly fixed and the central gear is mounted using bearings with the possibility of rotation around the shaft. Coaxially flywheel sectors and gear sectors rigidly connected to each other are fixed at the ends of the bracket with the possibility of rotation, and the gear sectors are meshed with the central gear. In the cavity formed by the shaft and the central gear, there is a potential energy storage device made in the form of a spring wound around the shaft, the ends of which are connected to the central gear and the three-beam bracket. To connect the flywheel to the engine crankshaft, a friction controlled electromagnetic coupling is provided, consisting of two coupling halves: one coupling half is rigidly fixed to the central gear housing, the other at the end of the engine crankshaft with the possibility of axial movement to turn the coupling on and off. In this case, the flywheel shaft is mounted cantilever on two angular contact roller bearings.

Передача вращения с вала отбора мощности непосредственно на центральную шестерню позволяет раскрывать маховичные сектора вначале рекуперативного торможения. При этом маховик сразу переходит в состояние, обеспечивающее максимально эффективное накопление энергии даже при небольших частотах вращения.The transmission of rotation from the power take-off shaft directly to the central gear allows the flywheel sectors to be revealed at the beginning of regenerative braking. In this case, the flywheel immediately goes into a state that provides the most efficient energy storage even at low rotational speeds.

На фиг. 1 изображен маховик переменного момента инерции в сложенном положении. На фиг. 2 изображен маховик переменного момента инерции в раскрытом положении. На фиг. 3 изображен разрез маховика переменного момента инерции в сложенном положении.In FIG. 1 shows a flywheel of a variable moment of inertia in the folded position. In FIG. 2 shows a flywheel of a variable moment of inertia in the open position. In FIG. Figure 3 shows a flywheel section of a variable moment of inertia in the folded position.

Маховик с переменным моментом инерции содержит вал 1, на котором жестко закреплен трехлучевой кронштейн 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах кронштейна 2 с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы 5 и зубчатые секторы 6, жестко соединенные друг с другом планками 7, причем зубчатые секторы 6 находятся в зацеплении с центральной шестерней 4. В полости, образованной валом 1 и центральной шестерней 4, расположен накопитель потенциальной энергии, выполненный в виде пружины 8, навитой вокруг вала 1, концы которой соединены с центральной шестерней 4 и трехлучевым кронштейном 2. Для соединения маховика с коленчатым валом двигателя 9 предусмотрена фрикционная управляемая электромагнитная муфта 10, состоящая из двух полумуфт: одна полумуфта 11 жестко закреплена на корпусе центральной шестерни 4, другая 12 - на конце коленчатого вала двигателя 9 с возможностью осевого перемещения для включения и выключения муфты 10. При этом вал маховика консольно установлен на двух радиально-упорных роликовых подшипниках качения 13.A flywheel with a variable moment of inertia contains a shaft 1 on which a three-beam bracket 2 is rigidly fixed and a central gear 4 is mounted with bearings 3 and can be rotated around the shaft 1. At the ends of the bracket 2, coaxially flywheel sectors 5 and gear sectors 6 are rigidly fixed interconnected by straps 7, and the gear sectors 6 are engaged with the Central gear 4. In the cavity formed by the shaft 1 and the Central gear 4, there is a potential energy storage device, made in the form of a spring 8, wound around a shaft 1, the ends of which are connected to the central gear 4 and a three-beam bracket 2. To connect the flywheel to the crankshaft of the engine 9, a friction controlled electromagnetic clutch 10 is provided, consisting of two half-couplings: one half-coupling 11 is rigidly fixed to the housing the central gear 4, the other 12 - at the end of the crankshaft of the engine 9 with the possibility of axial movement to turn on and off the clutch 10. In this case, the flywheel shaft is cantilevered on two angular contact roller bearings ah Rolling 13.

Маховик с переменным моментом инерции работает следующим образом. В остановленном положении или при малой частоте вращения маховик находится в сложенном положении (фиг. 1, 3): маховичные секторы 5 прижаты к центру маховика усилием пружины 8 посредством зацепления зубчатых секторов 6 с центральной шестерней 4. При рекуперативном торможении включается электромагнитная муфта 10, полумуфта 12 сдвигается вдоль вала 9, прижимаясь к полумуфте 11, и вращение с вала 9 передается на шестерню 4. Шестерня 4, преодолевая усилие пружины 8, поворачивается относительно вала 1, разворачивая зубчатые секторы 6 вместе маховичными секторами 5 и одновременно приводя во вращение вал 1 маховика с трехлучевым кронштейном 2. При этом пружина 8 накапливает потенциальную энергию упругой деформации, а маховичные секторы 5 накапливают кинетическую энергию вращающихся масс. В конце цикла рекуперативного торможения электромагнитная муфта 10 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.A flywheel with a variable moment of inertia works as follows. In the stopped position or at a low speed, the flywheel is in the folded position (Fig. 1, 3): the flywheel sectors 5 are pressed to the center of the flywheel by the force of the spring 8 by engaging the gear sectors 6 with the central gear 4. During regenerative braking, the electromagnetic clutch 10, the half coupling 12 moves along the shaft 9, clinging to the coupling half 11, and the rotation from the shaft 9 is transmitted to the gear 4. The gear 4, overcoming the force of the spring 8, rotates relative to the shaft 1, turning the gear sectors 6 together with the flywheel with Ktorov 5 and simultaneously drives the shaft 1 with the three-beam flywheel bracket 2. Thus the spring 8 accumulates potential energy of the elastic deformation, and 5 sectors flywheel accumulating kinetic energy of the rotating masses. At the end of the regenerative braking cycle, the electromagnetic clutch 10 is turned off, and the flywheel continues to rotate freely in the open position.

В последствии, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона автомобиля. Для этого снова включается электромагнитная муфта 10, через которую вращение с вала 1 маховика передается на коленчатый вал двигателя 9, 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 8. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 5 и потенциальную энергию упругодеформированной пружины 8.Subsequently, when it is necessary to continue driving, the accumulated energy of the flywheel is used to pull off and accelerate the car. To do this, the electromagnetic clutch 10 is switched on again, through which the rotation from the flywheel shaft 1 is transmitted to the crankshaft of the engine 9, and, giving up energy, the flywheel tends to slow down, which leads to a decrease in the centrifugal forces acting on the flywheel sectors 5 and to their folding due to the action springs 8. At the same time, the flywheel gives up the accumulated kinetic energy of the rotating flywheel sectors 5 and the potential energy of the elastically deformed spring 8.

После полного складывания маховичных секторов 5 к центру маховика электромагнитная муфта 10 выключается и маховик снова готов к работе.After the folding of the handwheel sectors 5 to the center of the flywheel, the electromagnetic clutch 10 is turned off and the flywheel is again ready for operation.

Claims

A flywheel with a variable moment of inertia, comprising a shaft on which the three-beam bracket is rigidly fixed and a central gear mounted with bearings rotatably around the shaft, coaxially flywheel sectors and gear sectors rigidly connected to each other are fixed at the ends of the bracket, gear sectors are meshed with the central gear, in the cavity formed by the shaft and the central gear, there is a potential energy storage device, made in the form of a spring, one around the shaft, the ends of which are connected to the central gear and the three-beam bracket, characterized in that for connecting the flywheel to the crankshaft of the engine, a friction controlled electromagnetic coupling is provided, consisting of two coupling halves: one coupling half is rigidly fixed to the central gear housing, the other at the end of the cranked the motor shaft with the possibility of axial movement to turn the coupling on and off, while the flywheel shaft is cantilevered on two angular contact rolling bearings.