RU2191920C2

RU2191920C2 - Multipurpose motor-wheel

Info

Publication number: RU2191920C2
Application number: RU2000119697/06A
Authority: RU
Inventors: А.А. Рыбаков
Original assignee: Рыбаков Анатолий Александрович
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: conversion of electric energy to energy of rotation of wheel. SUBSTANCE: multipurpose motor-wheel can also function as power drive, catch gear, gear shifting mechanism, brake system and recuperator of brake energy. Motor-wheel includes converter of electric energy to energy of rotation of wheel, control system, oscillator piezotransformers comprising oscillator with valves and piezoelements which spaces are hydraulically connected to spaces of pushers. Pushers accomplish plane-parallel sliding with reference to transmission washer in process of alternate transfer of liquid from spaces of one pushers into spaces of other pushers imparting by that energy of rotary motion to shaft of wheel via transmission washer and eccentric. EFFECT: integration of various functions of vehicle in single aggregate. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения. The invention relates to the field of power engineering.

Аналог заявленного изобретения - мотор-колесо - применяется на карьерных самосвалах. Мотор-колесо - комплексный агрегат, объединяющий электродвигатель, силовую передачу, собственно колесо и тормозное устройство. Питание энергией мотор-колесо получает от генератора, соединенного с двигателем внутреннего сгорания или от контактной сети (см. Политехнический словарь, Москва, "Советская энциклопедия", 1989, 3-е изд., с. 317). An analogue of the claimed invention - the motor wheel - is used on mining trucks. The motor wheel is a complex unit that combines an electric motor, a power transmission, the wheel itself and the brake device. The motor-wheel receives power from the generator connected to the internal combustion engine or from the contact network (see Polytechnical Dictionary, Moscow, "Soviet Encyclopedia", 1989, 3rd ed., P. 317).

Задача изобретения состоит в том, что при сохранении всех полезных свойств современных конструкций мотор-колеса обеспечить возможность оснащения им транспортных средств всех назначений путем рационального ограничения числа моделей и объединить в одном агрегате устройства функции силовой передачи, механизма перемены передач, тормозной системы и рекуперации энергии торможения. The objective of the invention is that, while maintaining all the useful properties of modern designs of the motor wheel, to ensure that it can equip vehicles of all purposes by rationally limiting the number of models and combine the functions of a power transmission, a gear change mechanism, a braking system and recovery of braking energy in one device unit .

Указанный технический результат достигается за счет того, что мотор-колесо, содержащее преобразователь электроэнергии в энергию вращения колеса, снабжено системой управления, осцилляторными пьезотрансформаторами, состоящими из осциллятора с клапанами и пьезоэлементами, полости которых гидравлически соединены с полостями толкателей, осуществляющих при попеременной перекачке жидкости из полостей одних толкателей в полости других толкателей плоскопараллельное скольжение относительно передаточной шайбы, сообщая тем самым через передаточную шайбу и эксцентрик энергию вращательного движения валу колеса. The specified technical result is achieved due to the fact that the motor-wheel, which contains the converter of electric energy into energy of rotation of the wheel, is equipped with a control system, oscillatory piezotransformers, consisting of an oscillator with valves and piezoelectric elements, the cavities of which are hydraulically connected to the cavities of the pushers, which carry out liquid transfer from cavities of one pusher in the cavity of other pushers plane-parallel sliding relative to the transfer washer, thereby communicating through the the washer and the eccentric rotational energy of the wheel shaft.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на чертеже изображена принципиальная схема мотор-колеса. The invention is illustrated by graphic material, where the drawing shows a schematic diagram of a motor wheel.

Мотор-колесо состоит из эксцентрика 1 (см. чертеж), соединенного с валом колеса 2, передаточной шайбы 3, толкателей 4-7, системы управления (не показана) и осцилляторных пьезотрансформаторов 8 и 9 (далее по тексту - пьезотрансформаторы). Каждый пьезотрансформатор содержит два пьезоэлемента и осциллятор с четырьмя клапанами. Так в пьезотрансформатор 8 входят пьезоэлементы 10, 11 и осциллятор с клапанами 12-15. The motor wheel consists of an eccentric 1 (see drawing) connected to the shaft of the wheel 2, a transfer washer 3, pushers 4-7, a control system (not shown) and oscillatory piezotransformers 8 and 9 (hereinafter referred to as piezotransformers). Each piezotransformer contains two piezoelectric elements and an oscillator with four valves. So in the piezotransformer 8 includes piezoelectric elements 10, 11 and an oscillator with valves 12-15.

Исходное положение деталей. Клапаны 12, 13 открыты, а 14, 15 - закрыты. Толкатели 4, 6 - в среднем положении, толкатель 5 - в дальней, а толкатель 7 - в ближней крайних точках. The starting position of the parts. Valves 12, 13 are open, and 14, 15 are closed. Pushers 4, 6 - in the middle position, the pusher 5 - in the far, and the pusher 7 - in the near extreme points.

Мотор-колесо работает следующим образом. The motor wheel operates as follows.

Система управления подает на активные грани пьезоэлементов 10, 11 электрические заряды и, в зависимости от знаков поданных зарядов, пьезоэлементы увеличиваются или уменьшаются в объеме. Так, если объем пьезоэлемента 10 увеличивается, то пьезоэлемент 11 уменьшается, в результате чего жидкость из полости пьезоэлемента 10 через клапан 12 вытесняется в полость толкателя 4. Перемещаясь под действием поступающей в его полость жидкости, толкатель 4 через передаточную шайбу 3 приводит в движение толкатель 6, из полости которого жидкость вытесняется в полость пьезоэлемента 11. Так как изменение объемов пьезоэлементов много меньше объемов толкателей, то жидкость продвигает толкатели лишь на части их полного хода. Для обеспечения непрерывного движения толкателей система управления, получив данные о достижении пьезоэлементами пределов рабочих деформаций, меняет знаки подаваемых на их активные грани электрических зарядов, закрывает клапаны 12, 13 и открывает клапаны 14, 15. Соответственно пьезоэлементы изменяют знаки деформаций и жидкость продолжает поступать в полость толкателя 4 и вытесняться из полости толкателя 6. Циклы измерения знаков зарядов на активных гранях пьезоэлементов и переключения клапанов непрерывно продолжаются до полного перемещения толкателей в крайние точки. The control system delivers electric charges to the active faces of the piezoelectric elements 10, 11 and, depending on the signs of the supplied charges, the piezoelectric elements increase or decrease in volume. So, if the volume of the piezoelectric element 10 increases, then the piezoelectric element 11 decreases, as a result of which the liquid from the cavity of the piezoelectric element 10 is displaced through the valve 12 into the cavity of the pusher 4. Moving under the action of the fluid entering its cavity, the pusher 4 through the transfer washer 3 drives the pusher 6 , from the cavity of which the liquid is displaced into the cavity of the piezoelectric element 11. Since the change in the volume of the piezoelectric elements is much smaller than the volumes of the pushers, the liquid advances the pushers only to a part of their full stroke. To ensure continuous movement of the pushers, the control system, having received data on the achievement of the working strain limits by the piezoelectric elements, changes the signs of the electric charges supplied to their active faces, closes the valves 12, 13 and opens the valves 14, 15. Accordingly, the piezoelectric elements change the signs of the deformations and the fluid continues to flow into the cavity of the pusher 4 and squeezed out of the cavity of the pusher 6. Cycles of measuring the signs of charges on the active faces of the piezoelectric elements and switching valves continuously continue until complete displacement pushers to extreme points.

Между головками толкателей и рабочими плоскостями передаточной шайбы происходит возвратно-поступательное плоскопараллельное скольжение, при котором все точки передаточной шайбы вращаются вокруг собственных центров вращения с радиусом, равным эксцентриситету эксцентрика, передавая тем самым вращение эксцентрику и соединенному с ним валу колеса. Одновременно аналогичные процессы протекают между пьезотрансформатором 9 и толкателями 5, 7, но со сдвигом фазы в 90^o. За пол-оборота вала каждая пара толкателей, гидравлически связанная с соответствующим пьезотрансформатором, совершает полный ход, после чего система управления последовательно меняет направление потока жидкости, а следовательно, и направление движения толкателей, и вал колеса продолжает вращение в прежнем направлении.A reciprocating plane-parallel sliding occurs between the heads of the pushers and the working planes of the transfer washer, in which all points of the transfer washer rotate around their own centers of rotation with a radius equal to the eccentricity of the eccentric, thereby transmitting rotation to the eccentric and the wheel shaft connected to it. Simultaneously, similar processes occur between the piezotransformer 9 and the pushers 5, 7, but with a phase shift of 90 ^o . For a half-turn of the shaft, each pair of pushers, hydraulically connected with the corresponding piezotransformer, makes a full stroke, after which the control system sequentially changes the direction of fluid flow, and therefore the direction of movement of the pushers, and the wheel shaft continues to rotate in the same direction.

Управление текущим моментом силы на валу колеса и его угловой скоростью осуществляется варьированием расхода и давления рабочей жидкости путем изменения частоты и величины подаваемых на активные грани пьезоэлектриков электрических зарядов. The current moment of force on the wheel shaft and its angular velocity are controlled by varying the flow rate and pressure of the working fluid by changing the frequency and magnitude of the electric charges supplied to the active faces of the piezoelectrics.

Реверсирование вращения вала колеса производится изменением последовательности срабатывания клапанов при прежней последовательности подачи зарядов на активные грани пьезоэлементов. The rotation of the rotation of the wheel shaft is carried out by changing the sequence of operation of the valves with the same sequence of supply of charges to the active faces of the piezoelectric elements.

При рекуперации энергии торможения транспортного средства вал колеса через эксцентрик передает вращение передаточной шайбе, в результате чего толкатели совершают возвратно-поступательное движение, при котором вытесняемая из полостей жидкость продавливается через пьезотрансформаторы. При этом система управления клапанами 12, 15 попеременно направляет жидкость в полости пьезоэлементов 20 и 11. В результате деформаций пьезоэлементов на их активных гранях выделяются электрические заряды. Генерируемая таким образом электроэнергия направляется в накопитель. When recovering the braking energy of a vehicle, the wheel shaft transmits rotation of the transfer washer through the eccentric, as a result of which the pushers perform a reciprocating motion, in which the liquid displaced from the cavities is forced through piezotransformers. In this case, the valve control system 12, 15 alternately directs the liquid into the cavities of the piezoelectric elements 20 and 11. As a result of deformations of the piezoelectric elements, electric charges are released on their active faces. Electricity generated in this way is sent to the storage device.

Стояночное торможение транспортного средства достигается переводом клапанов 12-15 в закрытое положение, жидкость в полостях толкателей запирается и передаточная шайба, не имея возможности вращаться, стопорит эксцентрик и соединенный с ним вал колеса. Для свободного вращения вала колеса клапаны 12-15 переводятся в открытое положение и жидкость при вращении вала колеса свободно перетекает из полости в полость оппозитно расположенных толкателей. Parking braking of the vehicle is achieved by moving the valves 12-15 to the closed position, the fluid in the pusher cavities is locked and the transfer washer, unable to rotate, stops the cam and the wheel shaft connected to it. For free rotation of the wheel shaft, the valves 12-15 are moved to the open position and when the wheel shaft rotates, the fluid freely flows from the cavity into the cavity of the opposed pushers.

Таким образом, мотор-колесо совмещает функции силовой передачи, сцепления, механизма перемены передач, тормозной системы и рекуператора энергии торможения. Тяговые характеристики мотор-колеса подобны характеристикам паровой машины - при постоянном расходе энергии выполняется обратная зависимость между скоростью вращения и моментом силы на валу. При возрастании сопротивления вращению вала колеса сверх энергетических возможностей пьезотрансформаторов, вплоть до остановки вращения, на валу, подобно механической пружине, сохраняется максимальный момент силы и при этом не требуется, как это происходит с электродвигателем, расхода энергии. Транспортное средство получает возможность двигаться с малыми сверхмалыми скоростями. Thus, the motor-wheel combines the functions of a power transmission, clutch, gear change mechanism, brake system and braking energy recuperator. The traction characteristics of the motor-wheel are similar to the characteristics of a steam engine - with a constant flow of energy, the inverse relationship between the rotation speed and the torque on the shaft is fulfilled. With increasing resistance to rotation of the wheel shaft over the energy capabilities of piezotransformers, up to a stop of rotation, the maximum moment of force is saved on the shaft, like a mechanical spring, and it does not require, as it happens with an electric motor, energy consumption. The vehicle is able to drive at low ultra-low speeds.

Claims

A motor wheel containing a converter of electric energy into energy of rotation of the wheel, characterized in that the motor wheel is equipped with a control system, oscillatory piezotransformers, consisting of an oscillator with valves and piezoelectric elements, the cavities of which are hydraulically connected to the cavities of the pushers, which carry out the fluid transfer from the cavities of one pushers in the cavity of other pushers, plane-parallel sliding relative to the transfer washer, thereby communicating through the transfer washer and eccentric rotational energy of the wheel shaft.