RU2529922C1

RU2529922C1 - Mechanical energy accumulator

Info

Publication number: RU2529922C1
Application number: RU2013128334/11A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Война
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-10-10

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: mechanical energy accumulator includes shaft (1) on which four-rayed arm (2) is rigidly fixed and drum (4) and free-wheel clutch (19) are installed. On the ends of four-rayed arm (2) rests are fixed (5). In the interior of drum compression springs (7) are placed, the ends of which connect in pairs the rests (5) of the arm (2) and the rests (8) of drum (4). Shaft (1) is installed with possibility of axial movement. On one end of shaft there is two-way electromagnetic friction clutch (10) consisting of cartridge (11) and two half-clutches (13, 14). Half-clutch (13) is rigidly connected with shaft, and half-clutch (14) - with drum (4). Working surfaces of half-clutches contain electromagnetic coils (15, 16) and contact with pads (12) of cartridge. The cartridge is connected with power-take-off shaft (20). On the other end of shaft (1), friction clutch (17) and compression springs (18) are installed.

EFFECT: invention will permit to lower fuel consumption in engine due to energy accumulation during regenerative braking with subsequent energy use for vehicle breakaway.

6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.The present invention relates to mechanical engineering and can be used in vehicle drives in order to reduce fuel consumption due to the recovery of braking energy.

Известен механический аккумулятор (А.С. 912969), в котором для накопления и отдачи механической энергии используются плоские спиральные пружины. Однако спиральные пружины обладают низкой энергоемкостью, поэтому для накопления достаточного количества энергии необходимо большое количество таких пружин, что значительно увеличит габариты устройства. Кроме того, использование такого аккумулятора на малых оборотах (например, при движении в «пробках» с кратковременными разгонами и остановками) неэффективно.A mechanical battery is known (AS 912969), in which flat coil springs are used for the accumulation and return of mechanical energy. However, coil springs have low energy consumption, therefore, to accumulate a sufficient amount of energy, a large number of such springs are required, which will significantly increase the dimensions of the device. In addition, the use of such a battery at low speeds (for example, when driving in traffic jams with short-term accelerations and stops) is inefficient.

Известен аккумулятор механической энергии для машин с вращательным движением (А.С. 1693310), взятый за прототип, содержащий в качестве накопителей механической энергии пружины сжатия, обладающие большей удельной энергоемкостью, чем спиральные пружины. Однако устройство этого аккумулятора имеет сложную конструкцию.Known mechanical energy accumulator for machines with rotational motion (A.S. 1693310), taken as a prototype, containing as storage of mechanical energy compression springs having a higher specific energy consumption than spiral springs. However, the device of this battery has a complex structure.

Задачей предлагаемого изобретения является создание компактного и простого по конструкции аккумулятора механической энергии, способного работать на низких и сверхнизких оборотах, и накапливать механическую энергию упругодеформированных элементов в количестве, достаточном для возможности его применения в транспортных средствах.The objective of the invention is to create a compact and simple in design mechanical energy battery that can operate at low and ultra-low speeds, and accumulate the mechanical energy of elastically deformed elements in an amount sufficient for the possibility of its use in vehicles.

Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места транспортного средства.The technical result is to reduce fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking and the subsequent use of the accumulated energy to drive off the vehicle.

Техническая задача решается предлагаемым аккумулятором механической энергии (далее аккумулятор), включающим вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и установлены барабан с возможностью поворота вокруг вала и обгонная муфта для обеспечения одностороннего вращения барабана. На концах четырехлучевого кронштейна закреплены упоры. В полости барабана по дуге размещены пружины сжатия, концы которых соединяют попарно упоры кронштейна и упоры барабана. Вал установлен с возможностью вращения и осевого перемещения. На одном конце вала установлена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: одна полумуфта жестко соединена с валом, а другая - с барабаном. Рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки и установлены с возможностью контактирования с площадкой, а обойма соединена с валом отбора мощности. На другом конце вала установлены фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала.The technical problem is solved by the proposed mechanical energy accumulator (hereinafter referred to as the accumulator), including a shaft on which the four-beam bracket is rigidly fixed and a drum is mounted with the possibility of rotation around the shaft and an overrunning clutch to provide unilateral rotation of the drum. At the ends of the four-beam bracket fixed stops. Compression springs are placed in the cavity of the drum along the arc, the ends of which connect the bracket stops and the drum stops in pairs. The shaft is mounted for rotation and axial movement. A double-sided electromagnetic friction clutch is installed at one end of the shaft, consisting of a cage with contact pads and two coupling halves: one coupling half is rigidly connected to the shaft, and the other to the drum. The working surfaces of the coupling halves contain electromagnetic coils and are installed with the possibility of contacting with the platform, and the clip is connected to the power take-off shaft. A friction clutch is installed on the other end of the shaft to periodically stop the rotation of the shaft and compression springs, providing a neutral position of the shaft.

Применение предлагаемого аккумулятора позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места транспортного средства.The use of the proposed battery will reduce the fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking with its subsequent use for moving away from the vehicle.

На фиг.1 и 2 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в нейтральном положении. На фиг.3 и 4 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг.5 и 6 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем троганию с места (отдаче накопленной энергии).Figures 1 and 2 show a mechanical energy accumulator and its frontal projection in the neutral position. Figures 3 and 4 show a mechanical energy accumulator and its frontal projection in a position corresponding to regenerative braking (energy storage). Figures 5 and 6 show the accumulator of mechanical energy and its frontal projection in a position corresponding to pulling away (returning the stored energy).

Аккумулятор включает вал 1, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн 2 и установлен с помощью подшипников 3 барабан 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах четырехлучевого кронштейна 2 закреплены упоры 5. В полости 6 барабана 4 по дуге размещены пружины сжатия 7, концы которых соединяют попарно упоры 5 кронштейна и упоры 8 барабана. Вал 1 установлен на опоре 9 с возможностью вращения и осевого перемещения вдоль нее. Осевое перемещение вала 1 регулируется двухсторонней электромагнитной фрикционной муфтой 10, состоящей из обоймы 11 с площадками под контакт 12 и двух полумуфт: полумуфты 13, жестко соединенной с валом, и полумуфты 14, жестко соединенной с барабаном 4. Рабочие поверхности полумуфт 13 и 14 содержат электромагнитные катушки 15 и 16, позволяющие посредством магнитного поля перемещать полумуфты 13 и 14 в осевом направлении и прижимать их к площадкам 12 обоймы 11. Для периодической остановки вращения вала 1 на другом его конце установлена фрикционная муфта 17, а для возврата вала в среднее (нейтральное) положение предусмотрены пружины сжатия 18. Для обеспечения одностороннего вращения барабана 4 на его корпусе установлена обгонная муфта 19. Вращение передается с вала отбора мощности 20 на аккумулятор и в обратном направлении через обойму 11.The battery includes a shaft 1, on which a four-beam bracket 2 is rigidly fixed, and a drum 4 is mounted using bearings 3 and can be rotated around the shaft 1. At the ends of the four-beam bracket 2, stops 5 are fixed. Compression springs 7 are placed along the arc 6 of the drum 4, the ends of which connect the stops 5 of the bracket and the stops 8 of the drum in pairs. The shaft 1 is mounted on a support 9 with the possibility of rotation and axial movement along it. The axial movement of the shaft 1 is controlled by a double-sided electromagnetic friction clutch 10, consisting of a cage 11 with contact pads 12 and two half-couplings: half-couplings 13, rigidly connected to the shaft, and half-couplings 14, rigidly connected to the drum 4. The working surfaces of the half-couplings 13 and 14 contain electromagnetic coils 15 and 16, allowing by means of a magnetic field to move the coupling halves 13 and 14 in the axial direction and press them to the pads 12 of the holder 11. To periodically stop the rotation of the shaft 1, a friction clutch 17 is installed on its other end and to return the shaft to the middle (neutral) position, compression springs are provided 18. To provide one-sided rotation of the drum 4, an overrunning clutch 19 is installed on its body 19. The rotation is transmitted from the power take-off shaft 20 to the battery and in the opposite direction through the yoke 11.

При движении транспортного средства аккумулятор находится в нейтральном положении (фиг.1 и 2): пружины сжатия 18 удерживают вал 1 в среднем положении, фрикционные муфты 10 и 17 разомкнуты, вал отбора мощности 20 с обоймой 11 свободно вращается, а аккумулятор неподвижен.When the vehicle is moving, the battery is in the neutral position (Figs. 1 and 2): the compression springs 18 hold the shaft 1 in the middle position, the friction clutches 10 and 17 are open, the power take-off shaft 20 with the cage 11 rotates freely, and the battery is stationary.

При рекуперативном торможении вращающий момент с вала отбора мощности 20 необходимо передать на аккумулятор (фиг.3 и 4). Для этого на катушку 15 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 14 прижимается к левой площадке контакта 12 вращающейся обоймы 11 и приводит во вращение барабан 4. При этом вместе с полумуфтой 14 аккумулятор перемещается вдоль оси вправо, а фрикционная муфта 17 фиксирует вал 1 от вращения. При неподвижном вале 1 с кронштейном 2 барабан 4 совершает поворот и сжимает пружины 7, накапливая в них потенциальную энергию.When regenerative braking, the torque from the power take-off shaft 20 must be transmitted to the battery (Fig.3 and 4). To do this, a voltage is applied to the coil 15, under the influence of a magnetic field excited in it, the coupling half 14 is pressed against the left area of the contact 12 of the rotating cage 11 and drives the drum 4. In this case, together with the coupling half 14, the battery moves along the axis to the right, and the friction clutch 17 fixes the shaft 1 from rotation. When the shaft 1 is stationary with the bracket 2, the drum 4 rotates and compresses the springs 7, accumulating potential energy in them.

Впоследствии для трогания с места транспортного средства вращающий момент с аккумулятора необходимо передать обратно на вал отбора мощности 20 (фиг.5 и 6). Для этого с катушки 15 напряжение переключается на катушку 16, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, полумуфта 13 прижимается к правой площадке 12 обоймы 11. Аккумулятор перемещается вдоль оси влево, муфта 17 расцепляется, давая валу 1 возможность вращаться. При неподвижном барабане 4, зафиксированном от вращения в обратную сторону обгонной муфтой 19, сжатые пружины 7 разжимаются и приводят во вращение кронштейн 2 с валом 1. При этом вращающий момент с вала 1 передается на вал отбора мощности 20 посредством сцепления полумуфты 13 с правой площадкой 12 обоймы 11.Subsequently, to drive off the vehicle, the torque from the battery must be transferred back to the power take-off shaft 20 (FIGS. 5 and 6). To do this, the voltage is switched from the coil 15 to the coil 16, under the influence of the magnetic field excited in it, the coupling half 13 is pressed to the right platform 12 of the holder 11. The battery moves along the axis to the left, the coupling 17 disengages, allowing the shaft 1 to rotate. With a stationary drum 4, fixed from rotation in the opposite direction by overrunning clutch 19, the compressed springs 7 are unclenched and rotate the bracket 2 with the shaft 1. In this case, the torque from the shaft 1 is transmitted to the power take-off shaft 20 by coupling the coupling half 13 to the right platform 12 clips 11.

Таким образом, аккумулятор отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин 7, приводя в движение транспортное средство, после чего напряжение в катушке 16 отключается, и под действием пружин сжатия 18 аккумулятор снова переходит в нейтральное положение.Thus, the battery gives off the potential energy of the elastically deformed springs 7, driving the vehicle, after which the voltage in the coil 16 is turned off, and under the action of the compression springs 18, the battery returns to the neutral position.

Claims

A mechanical energy accumulator, including a shaft, on which a four-beam bracket is rigidly fixed and a drum is mounted that can be rotated around the shaft and an overrunning clutch to provide one-sided rotation of the drum, stops are fixed at the ends of the four-beam bracket, compression springs are placed in the cavity of the drum, the ends of which are connected in pairs bracket stops and drum stops, the shaft is mounted for rotation and axial movement, a double-sided electromagnetic friction is installed at one end of the shaft a coupling consisting of a cage with contact pads and two coupling halves, one coupling half is rigidly connected to the shaft, and the other to the drum, the working surfaces of the coupling halves contain electromagnetic coils and are installed with the possibility of contacting with the platform, and the cage is connected to the power take-off shaft, on a friction clutch is installed at the other end of the shaft to periodically stop the rotation of the shaft and compression springs, ensuring a neutral position of the shaft.