RU209825U1

RU209825U1 - Flywheel with variable moment of inertia

Info

Publication number: RU209825U1
Application number: RU2021137505U
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Война; Владимир Владимирович Юнин
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-03-23

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счёт рекуперации энергии торможения. Техническая задача решается предлагаемым маховиком с переменным моментом инерции, содержащим вал, на котором жёстко закреплён трёхлучевой кронштейн и установлена с помощью подшипников центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала. На концах кронштейна жёстко закреплены оси кронштейна, на которых с возможностью поворота закреплены соосно маховичные секторы и зубчатые секторы, жёстко соединенные друг с другом. Зубчатые секторы находятся в зацеплении с центральной шестерней. Маховик оснащён накопителями потенциальной энергии в виде пружины, намотанной вокруг вала в полости центральной шестерни, а также трёх дополнительных пружин растяжения, концы которых соединяют трёхлучевой кронштейн и зубчатые секторы. Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счёт накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона автомобиля.The utility model relates to mechanical engineering and can be used in vehicle drives in order to reduce fuel consumption due to the recovery of braking energy. The technical problem is solved by the proposed flywheel with a variable moment of inertia, containing a shaft on which a three-beam bracket is rigidly fixed and a central gear is installed with the help of bearings with the possibility of rotation around the shaft. At the ends of the bracket, the axis of the bracket is rigidly fixed, on which flywheel sectors and gear sectors are fixed with the possibility of rotation, rigidly connected to each other. The gear sectors are engaged with the central gear. The flywheel is equipped with potential energy accumulators in the form of a spring wound around the shaft in the cavity of the central gear, as well as three additional extension springs, the ends of which connect the three-beam bracket and the gear sectors. The technical result is a reduction in fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking and the subsequent use of the accumulated energy for starting and accelerating the vehicle.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.The utility model relates to mechanical engineering and can be used in vehicle drives in order to reduce fuel consumption by recuperating braking energy.

Известен маховик переменного момента инерции (патент РФ №2516883), содержащий трехлучевой кронштейн, на концах которого 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.A flywheel with a variable moment of inertia is known (RF patent No. 2516883), containing a three-beam bracket, at the ends of which flywheel sectors and gear sectors rigidly connected to each other are fixed with the possibility of rotation, and the gear sectors are engaged with the central gear. In the cavity formed by the shaft and the central gear, there is a potential energy accumulator 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.

Недостатком данного маховика является низкая энергоемкость пружины, находящейся в полости центральной шестерни, что не позволяет накапливать потенциальную энергию упругой деформации в достаточном количестве.The disadvantage of this flywheel is the low energy consumption of the spring located in the cavity of the central gear, which does not allow to accumulate the potential energy of elastic deformation in sufficient quantities.

Технической задачей полезной модели является создание маховика с переменным моментом инерции, способного накапливать в большом объеме кинетическую энергию вращающихся масс и потенциальную энергию упругодеформированных элементов.The technical task of the utility model is to create a flywheel with a variable moment of inertia, capable of accumulating in a large volume the kinetic energy of rotating masses and the potential energy of elastically deformed elements.

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.EFFECT: reduced fuel consumption in the engine due to more efficient energy storage during regenerative braking and subsequent use of the stored energy for starting and accelerating the vehicle.

Техническая задача решается предлагаемым маховиком с переменным моментом инерции (далее - маховик), 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. Кроме этого, маховик имеет дополнительные накопители потенциальной энергии в виде трех пружин растяжения, каждая из которых соединена своими концами с кронштейном и зубчатым сектором.The technical problem is solved by the proposed flywheel with a variable moment of inertia (hereinafter referred to as the flywheel), containing a shaft on which a three-beam bracket is rigidly fixed and a central gear is mounted with the help of bearings with the possibility of rotation around the shaft. At the ends of the bracket, flywheel sectors and gear sectors are coaxially fixed with the possibility of rotation, rigidly connected to each other, and the gear sectors are engaged with the central gear. In the cavity formed by the shaft and the central gear, there is a potential energy accumulator 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. In addition, the flywheel has additional potential energy accumulators in the form of three extension springs, each of which is connected at its ends to a bracket and a toothed sector.

Применение предлагаемого маховика с переменным моментом инерции позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места и разгона транспортного средства.The use of the proposed flywheel with a variable moment of inertia will reduce the fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking and the subsequent use of the accumulated energy for starting and accelerating the vehicle.

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.In FIG. 1 shows a flywheel with a variable moment of inertia in the stowed position. In FIG. 2 shows a cross section of a flywheel with a variable moment of inertia in the stowed position. In FIG. 3 shows a flywheel with a variable moment of inertia in the open 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. Кроме этого, маховик имеет дополнительные накопители потенциальной энергии в виде трех пружин растяжения 9, каждая из которых соединена своими концами с кронштейном 2 и зубчатым сектором 6. Для периодического соединения и разъединения вала 1 маховика с коленчатым валом 10 двигателя используется электромагнитная муфта 11.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 the help of bearings 3 with the possibility of rotation around the shaft 1. connected to each other by strips 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 accumulator made in the form of a spring 8 wound around the shaft 1, the ends of which are connected to a central gear 4 and a three-beam bracket 2. In addition, the flywheel has additional potential energy storage devices in the form of three tension springs 9, each of which is connected at its ends to the bracket 2 and the toothed sector 6. For periodic connection and disconnection of the flywheel shaft 1 with the crankshaft 10 engine uses an electromagnetic clutch 11.

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 8 посредством зацепления зубчатых секторов 6 с центральной шестерней 4, а также сжатых пружин растяжения 9. При рекуперативном торможении включается электромагнитная муфта 11, 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 зацепление зубчатых секторов 6 и центральной шестерни 4 усилие пружины 8 и пружин растяжения 9. 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 8 и пружин растяжения 9. В конце цикла торможения электромагнитная муфта 11 выключается, а маховик продолжает свободно вращаться в раскрытом положении.In the stopped position or at a low speed, the flywheel is in the folded position (Fig. 1, 2): the flywheel sectors 5 are pressed to the center of the flywheel by the force of the spring 8 by engaging the toothed sectors 6 with the central gear 4, as well as the compressed tension springs 9. With regenerative braking, the electromagnetic clutch 11 is turned on, and the flywheel shaft 1 begins to rotate. With an increase in the frequency of rotation of the shaft 1, the flywheel sectors 5, due to the action of centrifugal forces on them, turn around their axes, overcoming the force of the spring 8 and the tension springs 9 through the meshing of the gear sectors 6 and the central gear 4. The flywheel moves to the open position (Fig. 3), its moment of inertia increases, while participating in the braking of the vehicle and accumulating energy. Moreover, not only the kinetic energy of the rotating flywheel sectors 5 is accumulated, but also the potential energy of the elastically deformed spring 8 and extension springs 9. At the end of the braking cycle, the electromagnetic clutch 11 is turned off, and the flywheel continues to rotate freely in the open position.

Впоследствие, когда необходимо продолжить движение, накопленная энергия маховика используется для трогания с места и разгона транспортного средства. Для этого снова включается электромагнитная муфта 11, через которую вращение с вала 1 маховика передается на коленчатый вал 10 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 8 и пружин растяжения 9. При этом маховик отдает накопленную кинетическую энергию вращающихся маховичных секторов 5 и потенциальную энергию упругодеформированной пружины 8 и пружин растяжения 9. При полном складывании маховичных секторов 5 к центру маховика электромагнитная муфта 11 выключается, и маховик снова готов к работе.Subsequently, when it is necessary to continue driving, the accumulated energy of the flywheel is used to start and accelerate the vehicle. To do this, the electromagnetic clutch 11 is turned on again, through which the rotation from the flywheel shaft 1 is transmitted to the crankshaft 10 of the engine, and, giving off 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 and extension springs 9. In this case, the flywheel gives off the accumulated kinetic energy of the rotating flywheel sectors 5 and the potential energy of the elastically deformed spring 8 and extension springs 9. When the flywheel sectors 5 are fully folded to the center of the flywheel, the electromagnetic clutch 11 is turned off, and the flywheel is again ready for operation.

Claims

A flywheel with a variable moment of inertia, containing a shaft on which a three-beam bracket is rigidly fixed and a central gear is installed with the help of bearings, at the ends of the three-beam bracket flywheel sectors are fixed coaxially, allowing the accumulation of kinetic energy, and gear sectors rigidly connected to the flywheel sectors, moreover, the gear sectors consist in gearing with the central gear, and the potential energy accumulator, made in the form of a spring wound around the shaft in the cavity formed by the shaft and the central gear, the ends of the spring are connected to the central gear and a three-beam bracket, characterized in that it has additional potential energy accumulators in in the form of three tension springs, each of which is connected at its ends to a three-beam bracket and a toothed sector.