RU218290U1 - Mechanical energy accumulator with elastic elements and flywheel - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения. Аккумулятор механической энергии с упругими элементами и маховиком содержит вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и установлен с помощью подшипников барабан с возможностью поворота вокруг вала. В полости барабана по дуге размещены накопители потенциальной энергии в виде пружин сжатия. Для управления включением и выключением аккумулятора предусмотрена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: полумуфты, жестко соединенной с валом, и полумуфты, жестко соединенной с барабаном. Аккумулятор оснащен накопителем кинетической энергии в виде маховика, жестко закрепленного на валу. Применение предлагаемого аккумулятора позволяет уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места и разгона транспортного средства.

The utility model relates to mechanical engineering and can be used in vehicle drives in order to reduce fuel consumption by recuperating braking energy. A mechanical energy accumulator with elastic elements and a flywheel contains a shaft on which a four-beam bracket is rigidly fixed and a drum is mounted with the help of bearings with the possibility of rotation around the shaft. Potential energy accumulators in the form of compression springs are placed along the arc in the cavity of the drum. To control the switching on and off of the battery, a two-way electromagnetic friction clutch is provided, consisting of a cage with contact areas and two coupling halves: a coupling half rigidly connected to the shaft, and a coupling half rigidly connected to the drum. The accumulator is equipped with a kinetic energy accumulator in the form of a flywheel rigidly fixed on the shaft. The use of the proposed battery makes it possible to reduce fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking with its subsequent use 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 аккумулятор механической энергии (патент РФ №2529922), содержащий, 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 кронштейна. 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 контакта с площадкой, а обойма соединена с валом отбора мощности. На другом конце вала установлена фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала.A mechanical energy accumulator is known (RF patent No. 2529922), containing a shaft on which a four-beam bracket is rigidly fixed and a drum is installed that can be rotated around the shaft and an overrunning clutch to ensure one-way rotation of the drum. Bracket stops are fixed at the ends of the four-beam bracket. In the cavity of the drum, compression springs are placed along an arc, the ends of which connect in pairs the stops of the bracket and the stops of the drum. 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 areas 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 contact with the site, and the holder is connected to the power take-off shaft. At the other end of the shaft, a friction clutch is installed to periodically stop the rotation of the shaft and compression springs, which ensure the neutral position of the shaft.

Недостатком данного аккумулятора является неспособность пружин развивать достаточную мощность на выходном валу для быстрого разгона транспортного средства.The disadvantage of this battery is the inability of the springs to develop enough power on the output shaft to quickly accelerate the vehicle.

Задачей полезной модели является уменьшение расхода топлива в двигателе транспортного средства за счет рекуперативного торможения и последующего трогания с места и разгона.The objective of the utility model is to reduce fuel consumption in the vehicle engine due to regenerative braking and subsequent starting and acceleration.

Техническим результатом является создание аккумулятора механической энергии, способного накапливать энергию при рекуперативном торможении транспортного средства, а также отдавать накопленную энергию с обеспечением высокой мощности на выходе.The technical result is the creation of a mechanical energy accumulator capable of accumulating energy during regenerative braking of the vehicle, as well as releasing the accumulated energy with high output power.

Технический результат достигается предлагаемым аккумулятором механической энергии с упругими элементами и маховиком (далее - аккумулятор), содержащим вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и установлен с помощью подшипников барабан с возможностью поворота вокруг вала. На концах четырехлучевого кронштейна закреплены упоры кронштейна, а в полости барабана закреплены упоры барабана. В полости барабана по дуге размещены пружины сжатия, концы которых соединяют попарно упоры кронштейна и упоры барабана. Вал установлен на опоре с возможностью вращения. Для управления включением и выключением аккумулятора предусмотрена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: полумуфты, жестко соединенной с валом, и полумуфты, жестко соединенной с барабаном. Рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки, позволяющие посредством магнитного поля перемещать обойму в осевом направлении. Обойма установлена с возможностью осевого перемещения на валу отбора мощности. Для возврата обоймы в среднее (нейтральное) положение на валу отбора мощности установлены пружины. Для передачи вращения с вала отбора мощности на аккумулятор и в обратном направлении обойма соединена с валом отбора мощности посредством шлицевого соединения. Аккумулятор оснащен накопителем кинетической энергии в виде маховика, жестко закрепленного на валу.The technical result is achieved by the proposed mechanical energy accumulator with elastic elements and a flywheel (hereinafter referred to as the accumulator) containing a shaft on which a four-beam bracket is rigidly fixed and a drum is mounted with the help of bearings with the possibility of rotation around the shaft. At the ends of the four-beam bracket, the bracket stops are fixed, and the drum stops are fixed in the cavity of the drum. In the cavity of the drum, compression springs are placed along an arc, the ends of which connect in pairs the stops of the bracket and the stops of the drum. The shaft is mounted on a support with the possibility of rotation. To control the switching on and off of the accumulator, a two-way electromagnetic friction clutch is provided, consisting of a cage with contact pads and two coupling halves: a coupling half rigidly connected to the shaft, and a coupling half rigidly connected to the drum. The working surfaces of the coupling halves contain electromagnetic coils, which allow moving the cage in the axial direction by means of a magnetic field. The holder is installed with the possibility of axial movement on the power take-off shaft. To return the clip to the middle (neutral) position, springs are installed on the power take-off shaft. To transfer rotation from the power take-off shaft to the battery and in the opposite direction, the clip is connected to the power take-off shaft by means of a spline connection. The accumulator is equipped with a kinetic energy accumulator in the form of a flywheel rigidly fixed on the shaft.

На фиг. 1 и 2 изображен аккумулятор и разрез в плоскости барабана для нейтрального положения. На фиг. 3 и 4 изображен аккумулятор и разрез в плоскости барабана для положения, соответствующего начальной фазе рекуперативного торможения (накоплению потенциальной энергии упругой деформации). На фиг. 5 и 6 изображен аккумулятор и разрез в плоскости барабана для положения, соответствующего конечной фазе рекуперативного торможения (переходу потенциальной энергии упругой деформации в кинетическую энергию вращения). На фиг. 7 и 8 изображен аккумулятор и разрез в плоскости барабана для положения, соответствующего троганию с места и разгону транспортного средства (отдаче накопленной энергии).In FIG. 1 and 2 shows the accumulator and a section in the plane of the drum for the neutral position. In FIG. 3 and 4 show an accumulator and a section in the plane of the drum for a position corresponding to the initial phase of regenerative braking (accumulation of potential energy of elastic deformation). In FIG. 5 and 6 show an accumulator and a section in the plane of the drum for the position corresponding to the final phase of regenerative braking (transition of the potential energy of elastic deformation into the kinetic energy of rotation). In FIG. 7 and 8 show the accumulator and a section in the plane of the drum for the position corresponding to starting off and accelerating the vehicle (delivery of the accumulated energy).

Аккумулятор содержит 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 кронштейна 5, а в полости 6 барабана 4 закреплены упоры барабана 7. В полости 6 барабана 4 по дуге размещены пружины сжатия 8, концы которых соединяют попарно упоры кронштейна 5 и упоры барабана 7. Вал 1 установлен на опоре 9 с возможностью вращения. Для управления включением и выключением аккумулятора предусмотрена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта 10, состоящая 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 обойму 11 в осевом направлении. Обойма 11 установлена с возможностью осевого перемещения на валу отбора мощности 17. Для возврата обоймы 11 в среднее (нейтральное) положение на валу отбора мощности 17 установлены пружины 18 и 19. Для передачи вращения с вала отбора мощности 17 на аккумулятор и в обратном направлении обойма 11 соединена с валом отбора мощности посредством шлицевого соединения 20. Аккумулятор оснащен накопителем кинетической энергии в виде маховика 21, жестко закрепленного на валу 1.The accumulator contains a shaft 1, on which a four-beam bracket 2 is rigidly fixed and a drum 4 is mounted with the help of bearings 3 with the possibility of rotation around the shaft 1. At the ends of the four-beam bracket 2, the stops of the bracket 5 are fixed, and the stops of the drum 7 are fixed in the cavity 6 of the drum 4. In the cavity 6 of the drum 4, compression springs 8 are placed in an arc, the ends of which connect in pairs the stops of the bracket 5 and the stops of the drum 7. The shaft 1 is mounted on the support 9 with the possibility of rotation. To control the switching on and off of the battery, a two-way electromagnetic friction clutch 10 is provided, consisting of a cage 11 with platforms for contact 12 and two coupling halves: a coupling half 13 rigidly connected to the shaft and a coupling half 14 rigidly connected to the drum 4. Working surfaces of the coupling halves 13 and 14 contain electromagnetic coils 15 and 16, allowing by means of a magnetic field to move the clip 11 in the axial direction. The holder 11 is installed with the possibility of axial movement on the power take-off shaft 17. To return the holder 11 to the middle (neutral) position, springs 18 and 19 are installed on the power take-off shaft 17. To transfer rotation from the power take-off shaft 17 to the battery and in the opposite direction, the holder 11 connected to the power take-off shaft through a spline connection 20. The battery is equipped with a kinetic energy storage device in the form of a flywheel 21, rigidly fixed to the shaft 1.

Аккумулятор работает следующим образом.The battery works as follows.

При движении транспортного средства аккумулятор находится в нейтральном положении (фиг. 1, 2): пружины 18 и 19 удерживают обойму 11 в среднем положении, двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта 10 разомкнута, вал отбора мощности 17 с обоймой 11 свободно вращается, а аккумулятор неподвижен.When the vehicle is moving, the battery is in a neutral position (Fig. 1, 2): the springs 18 and 19 hold the clip 11 in the middle position, the two-way electromagnetic friction clutch 10 is open, the power take-off shaft 17 with the clip 11 rotates freely, and the battery is stationary.

При рекуперативном торможении вращающий момент с вала отбора мощности 17 необходимо передать на аккумулятор (фиг. 3, 4). Для этого на катушку 15 подается напряжение, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, вращающаяся обойма 11 перемещается влево, прижимается левой площадкой контакта 12 к полумуфте 14 и приводит во вращение барабан 4. Барабан 4 совершает поворот и сжимает пружины сжатия 8, накапливая в них потенциальную энергию. Инерция маховика 21 препятствует повороту вала 1 до полного сжатия пружин сжатия 8, после чего вал 1 начинает вращаться вместе с маховиком 21, четырехлучевым кронштейном 2 и барабаном. При этом аккумулятор накапливает не только потенциальную энергию упругой деформации пружин сжатия 8, но и кинетическую энергию вращения маховика 21. Затем пружины сжатия 8 разжимаются, разгоняя четырехлучевой кронштейн 2 относительно барабана 4 и сообщая дополнительный импульс вращения валу 1 с маховиком 21 (фиг. 5, 6). Таким образом, потенциальная энергия упругой деформации пружин сжатия 8 переходит в дополнительную кинетическую энергию вращения маховика 21. В конце цикла торможения транспортного средства электромагнитная фрикционная муфта 10 выключается, под действием пружины 18 обойма 11 переходит в среднее положение, а барабан 4 с четырехлучевым кронштейном 2, валом 1 и маховиком 21 свободно вращаются.During regenerative braking, the torque from the power take-off shaft 17 must be transferred to the battery (Fig. 3, 4). To do this, voltage is applied to the coil 15, under the influence of a magnetic field excited in it, the rotating cage 11 moves to the left, is pressed by the left contact area 12 to the half-coupling 14 and sets the drum 4 in rotation. The drum 4 rotates and compresses the compression springs 8, accumulating in them potential energy. The inertia of the flywheel 21 prevents the shaft 1 from turning until the compression springs 8 are fully compressed, after which the shaft 1 begins to rotate together with the flywheel 21, the four-beam bracket 2 and the drum. In this case, the battery accumulates not only the potential energy of elastic deformation of the compression springs 8, but also the kinetic energy of rotation of the flywheel 21. Then the compression springs 8 are unclenched, accelerating the four-beam bracket 2 relative to the drum 4 and imparting an additional rotational impulse to the shaft 1 with the flywheel 21 (Fig. 5, 6). Thus, the potential energy of elastic deformation of the compression springs 8 is converted into additional kinetic energy of rotation of the flywheel 21. At the end of the vehicle braking cycle, the electromagnetic friction clutch 10 is turned off, under the action of the spring 18, the clip 11 moves to the middle position, and the drum 4 with a four-beam bracket 2, shaft 1 and flywheel 21 rotate freely.

Впоследствии, для трогания с места транспортного средства вращающий момент с аккумулятора необходимо передать обратно на вал отбора мощности 17 (фиг. 7, 8). Для этого подается напряжение на катушку 16, под действием магнитного поля, возбуждаемого в ней, обойма 11 перемещается право и прижимается правой площадкой контакта 12 к полумуфте 13, вращающейся вместе с валом 1. Вращающий момент с вала 1 передается через полумуфту 13, обойму 11 и шлицевое соединение 20 на вал отбора мощности 17. При этом суммарная кинетическая энергия вращения маховика 21, вала 1 с четырехлучевым кронштейном 2 и барабаном 4 обеспечивает высокую мощность на выходе аккумулятора. В конце цикла разгона транспортного средства напряжение в катушке 16 выключается, под действием пружины 19 обойма 11 перемещается в среднее положение, размыкая электромагнитную фрикционную муфту 10 и переводя аккумулятор в нейтральное положение.Subsequently, in order to start the vehicle, the torque from the battery must be transferred back to the power take-off shaft 17 (Fig. 7, 8). To do this, voltage is applied to the coil 16, under the influence of a magnetic field excited in it, the clip 11 moves to the right and is pressed by the right contact pad 12 to the half-coupling 13, which rotates together with the shaft 1. The torque from the shaft 1 is transmitted through the half-coupling 13, the clip 11 and spline connection 20 to the power take-off shaft 17. In this case, the total kinetic energy of rotation of the flywheel 21, shaft 1 with a four-beam bracket 2 and drum 4 provides high power at the output of the battery. At the end of the vehicle acceleration cycle, the voltage in the coil 16 is turned off, under the action of the spring 19, the clip 11 moves to the middle position, opening the electromagnetic friction clutch 10 and transferring the battery to the neutral position.

Таким образом, аккумулятор накапливает энергию при рекуперативном торможении, а затем отдает накопленную энергию, обеспечивая достаточную динамику разгона транспортного средства. Применение предлагаемого аккумулятора позволяет уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места и разгона транспортного средства.Thus, the battery accumulates energy during regenerative braking, and then releases the accumulated energy, providing sufficient vehicle acceleration dynamics. The use of the proposed battery makes it possible to reduce fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking with its subsequent use for starting and accelerating the vehicle.

Claims (1)

Аккумулятор механической энергии с упругими элементами и маховиком, содержащий вал, на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн и установлен с помощью подшипников барабан с возможностью поворота вокруг вала, на концах четырехлучевого кронштейна закреплены упоры кронштейна, а в полости барабана закреплены упоры барабана, в полости барабана по дуге размещены пружины сжатия, концы которых соединяют попарно упоры кронштейна и упоры барабана, отличающийся тем, что вал установлен на опоре с возможностью вращения, для управления включением и выключением аккумулятора предусмотрена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт, одна из которых жестко соединена с валом, а другая жестко соединена с барабаном, рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки, позволяющие посредством магнитного поля перемещать обойму в осевом направлении, обойма установлена с возможностью осевого перемещения на валу отбора мощности, а для возврата обоймы в среднее (нейтральное) положение на валу отбора мощности установлены пружины, для передачи вращения с вала отбора мощности на аккумулятор и в обратном направлении обойма соединена с валом отбора мощности посредством шлицевого соединения, а на валу жестко закреплен накопитель кинетической энергии в виде маховика.A mechanical energy accumulator with elastic elements and a flywheel, containing a shaft on which a four-beam bracket is rigidly fixed and a drum is mounted with the help of bearings with the possibility of rotation around the shaft, bracket stops are fixed at the ends of the four-beam bracket, and drum stops are fixed in the drum cavity, in the drum cavity along the arc contains compression springs, the ends of which connect in pairs the stops of the bracket and the stops of the drum, characterized in that the shaft is mounted on a support with the possibility of rotation; one of which is rigidly connected to the shaft, and the other is rigidly connected to the drum, the working surfaces of the coupling halves contain electromagnetic coils that allow the cage to be moved in the axial direction by means of a magnetic field, the cage is mounted with the possibility of axial movement on the power take-off shaft, and to return the cage to the average ( neutral) position, springs are installed on the power take-off shaft, to transfer rotation from the power take-off shaft to the accumulator and in the opposite direction, the cage is connected to the power take-off shaft by means of a spline connection, and the kinetic energy accumulator in the form of a flywheel is rigidly fixed to the shaft.

Images