устройство для аккумулирования и передачи энергии

Формула изобретения

Устройство для аккумулирования и передачи энергии, содержащее ведущий вал, ведомый вал, соединенный с нагрузкой, и маховик, жестко связанный с ведущим валом, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные источник механической энергии и обгонная муфта, соединенная с ведущим валом, последовательно соединенные накопитель механической энергии, выполненный в виде входного и выходного валов, соединенных между собой плоской многовитковой спиральной пружиной, и храповая муфта, состоящая из двух полумуфт, одна из которых жестко соединена с выходным валом накопителя механической энергии, а другая полумуфта подвижно соединена с ведомым валом, причем входной вал накопителя механической энергии жестко соединен с маховиком, а также введены блок управления, первый и второй выходы которого соединены с источником механической энергии и храповой муфтой через соответствующие первый и второй сервоприводы, первый и второй датчики числа оборотов, входы которых подключены соответственно к входному валу накопителя механической энергии и ведомому валу, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, к третьему входу которого подключен задатчик числа оборотов ведомого вала.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в транспортных средствах.

Известно устройство для аккумулирования и передачи энергии, которое содержит электромашину и маховик с размещенными в его кольцевой полости аккумуляторными батареями. Маховик кинематически связан через вариаторный трансформатор момента с движителями и выполнен в виде двух установленных с возможностью противоположно направленного вращения роторов, по периметру одного из которых смонтирована обмотка якоря электромашины, обмотка статора которой закреплена в корпусе транспортного средства. Аккумуляторная батарея выполнена в виде кольцевых электролитических конденсаторов, размещенных в кольцевых полостях роторов (патент РФ 1797578, МКИ В 60 К 17/12, 1993 г.).

Недостатком известного устройства для аккумулирования и передачи энергии является низкий уровень удельной энергоемкости электролитических конденсаторов.

Известно устройство для аккумулирования и передачи энергии, которое содержит вал для связи с источником механической энергии и плоскую многовитковую спиральную пружину, выполненную в виде многослойной резинометаллической ленты. Пружина размещена в барабане, причем узкий конец пружины связан с валом, а широкий конец закреплен на корпусе барабана (патент РФ 2046226, МКИ F 16 H 33/06, 1995 г.).

Недостатком известного устройства для аккумулирования и передачи энергии является его низкая эффективность, так как количество потенциальной энергии, накапливаемой при закручивании пружины, недостаточно.

Известно устройство для аккумулирования и передачи энергии, которое содержит ведущий и ведомый валы, водило с сателлитами, центральное колесо и маховик, причем маховик жестко связан с водилом и ведущим валом (патент РФ 2017040, МКИ F 16 H 33/14, 1994 г.).

Вышеописанное техническое решение по общности решаемых задач наиболее близко к изобретению и выбрано в качестве прототипа.

Однако известное устройство для аккумулирования и передачи энергии неэффективно, так как перед началом режима разгона в маховике накапливается малое количество кинетической энергии вследствие его низкой начальной скорости вращения.

Техническим результатом изобретения является создание устройства для аккумулирования и передачи энергии, которое позволяет накапливать и быстро высвобождать большое количество кинетической энергии при высокой удельной мощности устройства, что одновременно с уменьшением номинальной мощности и веса двигателя позволяет улучшить динамические свойства автомобиля.

Сущность изобретения заключается в том, что известное устройство для аккумулирования и передачи энергии содержит ведущий вал, ведомый вал, соединенный с нагрузкой, и маховик, жестко связанный с ведущим валом.

Отличительными признаками изобретения является введение в известное устройство для аккумулирования и передачи энергии последовательно соединенных источника механической энергии и обгонной муфты, соединенной с ведущим валом, последовательно соединенных накопителя механической энергии, выполненного в виде входного и выходного валов, соединенных между собой плоской многовитковой спиральной пружиной, и храповой муфты, состоящей из двух полумуфт, одна из которых жестко соединена с выходным валом накопителя механической энергии, а другая полумуфта подвижно соединена с ведомым валом, причем входной вал накопителя механической энергии жестко соединен с маховиком. Кроме того, в устройство введены блок управления, первый и второй выходы которого соединены с источником механической энергии и храповой муфтой через соответствующие первый и второй сервоприводы, первый и второй датчики числа оборотов, входы которых подключены соответственно к входному валу накопителя механической энергии и ведомому валу, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления, к третьему входу которого подключен задатчик числа оборотов ведомого вала.

На фиг. 1 изображена функционально-структурная схема устройства для аккумулирования и передачи энергии.

На фиг. 2 - алгоритм работы устройства.

На фиг. 1 обозначены: ведущий вал 1, ведомый вал 2, нагрузка 3, маховик 4, источник 5 механической энергии, обгонная муфта 6, накопитель 7 механической энергии, храповая муфта 8, блок 9 управления, первый и второй сервоприводы 10 и 11, первый и второй датчики 12 и 13 числа оборотов, задатчик 14 числа оборотов ведомого вала.

В устройстве для аккумулирования и передачи энергии (фиг. 1) источник 5 механической энергии соединен через обгонную муфту 6 с ведущим валом 1. Накопитель 7 механической энергии выполнен в виде входного и выходного валов, соединенных между собой плоской многовитковой спиральной пружиной, причем входной вал накопителя 7 механической энергии жестко соединен с маховиком 4. Храповая муфта 8 состоит из двух полумуфт, одна из которых жестко соединена с выходным валом накопителя 7 механической энергии, а другая полумуфта подвижно соединена с ведомым валом 2, соединенным с нагрузкой 3.

Первый и второй выходы блока 9 управления соединены с источником 5 механической энергии и храповой муфтой 8 через соответствующие первый и второй сервоприводы 10 и 11. Входы первого и второго датчиков 12 и 13 числа оборотов подключены соответственно к входному валу накопителя 7 механической энергии и ведомому валу 2, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока 9 управления, к третьему входу которого подключен задатчик 14 числа оборотов ведомого вала.

Устройство для аккумулирования и передачи энергии работает следующим образом.

С выхода задатчика 14 числа оборотов ведомого вала поступает сигнал на вход блока 9 управления, в котором в зависимости от значений сигналов, поступающих с выходов датчиков 12 и 13 числа оборотов, вырабатываются сигналы управления сервоприводами 10 и 11, посредством которых осуществляется управление источником 5 механической энергии и храповой муфтой 8.

Источником 5 механической энергии поддерживается определенный уровень кинетической энергии в маховике 4, при этом обгонная муфта 6 позволяет в процессе работы отключать источник 5 механической энергии от маховика 4. При необходимости передать некоторую часть кинетической энергии, запасенной в маховике 4, в нагрузку 3 соединяют между собой полумуфты храповой муфты 8.

Если обороты ведущего вала 1 выше оборотов ведомого вала 2 в момент включения храповой муфты 8, то в накопителе 7 механической энергии за счет закручивания пружины аккумулируется энергия, которая передается в нагрузку 3 при выравнивании оборотов ведущего вала 1 и ведомого вала 2.

Вышеуказанное проиллюстрировано приведенном на фиг. 2 алгоритмом работы устройства для аккумулирования и передачи энергии.

Устройство для аккумулирования и передачи энергии согласно изобретению позволяет накапливать и быстро высвобождать большое количество кинетической энергии при высокой удельной мощности устройства, что обеспечивает существенное улучшение потребительских свойств автомобиля, таких как значительное снижение расхода топлива при езде в городских условиях, снижение выбросов выхлопных газов, а следовательно, повышение экологичности автомобиля.

Кроме того, устройство для аккумулирования и передачи энергии позволяет сократить время набора скорости, а также обеспечивает возможность преодолевать на прямой передаче крутые подъемы большой протяженности.

Вышеуказанное обеспечивает изобретению большое практическое применение и позволяет создать новый вид устройств для аккумулирования и передачи энергии.