RU2523363C1

RU2523363C1 - Mechanical energy accumulator

Info

Publication number: RU2523363C1
Application number: RU2013116028/11A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Война; Сергей Борисович Бережной
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-07-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: accumulator includes shaft on which four-rayed carrier is fixed and sun gear capable to rotate around shaft and free-wheel clutch providing unidirectional rotation of sun gear are installed. At the ends of four-rayed carrier axes are fixed on which rotatable satellite gears are installed. The satellite gears are engaged with sun gear. The satellite gears are mounted on axes with formation of cavities in which potential energy accumulators are accommodated. These accumulators are made in the form of springs wound around axes and attached by their ends to axes and satellite gears. Shaft is installed with possibility of axial rotation. At one its end, double-sided electromagnetic friction clutch consisting of cartridge with pads for contact and two half-couplings is installed: one half-coupling is rigidly connected with shaft, and the other one - with sun gear. Working surfaces of half-couplings contain electromagnetic coils and are installed with possibility of contacting with pad. The cartridge is connected with power-takeoff shaft. At the other end of shaft, friction clutch for periodical stopping shaft rotation and compression springs providing neutral shaft position are installed.

EFFECT: decrease in vehicle fuel consumption.

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.

Известна рекуперативная механическая саморегулируемая бесступенчатая передача с маховичным накопителем энергии (патент РФ №2261385), в составе которой использован накопитель механической энергии в виде маховика. Однако устройство этой передачи имеет сложную конструкцию, а ее использование на низких оборотах (например, при движении в «пробках» с малой скоростью) неэффективно.A recuperative mechanical self-regulating stepless transmission with a flywheel energy storage device is known (RF patent No. 2261385), which uses a mechanical energy storage device in the form of a flywheel. However, the device of this transmission has a complex structure, and its use at low speeds (for example, when driving in traffic jams at a low speed) is inefficient.

Известен накопитель механической энергии (АС 1786322), содержащий цилиндрический кожух, установленный с возможностью вращения на оси, и упругую ленту, размещенную между ними. В зависимости от частоты вращения накопителя лента разматывается или сматывается внутри кожуха, увеличивая или уменьшая момент инерции. Такой накопитель способен накапливать кинетическую вращающихся масс и потенциальную энергию упругодеформированных элементов, однако он обладает малой удельной энергоемкостью и его использование возможно только в приводах малой механизации или игрушках.Known drive mechanical energy (AC 1786322), containing a cylindrical casing mounted with the possibility of rotation on the axis, and an elastic tape placed between them. Depending on the speed of the drive, the tape is unwound or wound inside the casing, increasing or decreasing the moment of inertia. Such a drive is capable of accumulating the kinetic of rotating masses and the potential energy of elastically deformed elements, however, it has a low specific energy consumption and its use is possible only in drives of small mechanization or toys.

Задачей предлагаемого изобретения является создание накопителя механической энергии, способного работать на низких и сверхнизких оборотах, а также накапливать потенциальную энергию упругодеформированных элементов в количестве, достаточном для возможности его применения в транспортных средствах.The objective of the invention is to provide a mechanical energy storage device capable of operating at low and ultra-low speeds, as well as accumulate the potential 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 и разгона 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 for starting and accelerating the vehicle.

Техническая задача решается предлагаемым накопителем механической энергии (в последствии - накопитель), включающим вал, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлены центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала и обгонная муфта для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни. На концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней. Шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам. Вал установлен с возможностью осевого перемещения. На одном его конце установлена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт: одна полумуфта жестко соединена с валом, а другая - с центральной шестерней. Рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки и установлены с возможностью контактирования 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.The technical problem is solved by the proposed mechanical energy storage device (subsequently the storage device), including a shaft on which the four-beam carrier is rigidly fixed and a central gear is mounted with the possibility of rotation around the shaft and an overrunning clutch to provide one-way rotation of the central gear. At the ends of the four-beam carrier, axles are fixed on which gears-satellites are mounted that can be rotated and engaged with the central gear. Satellite gears are mounted on the axes with the formation of cavities in which potential energy storage devices are placed, made in the form of torsion springs wound around the axles and attached at their ends to the satellite axles and gears. The shaft is mounted with the possibility of axial movement. A double-sided electromagnetic friction clutch is installed at one end of the clutch. 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 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.

Применение предлагаемого накопителя энергии позволит 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 use of the proposed energy storage device will reduce the fuel consumption in the engine due to the accumulation of energy during regenerative braking, followed by its use for starting and accelerating the vehicle.

На фиг.1 и фиг.2 изображен накопитель механической энергии и его фронтальная проекция в нейтральном положении. На фиг.3 и фиг.4 изображен накопитель механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг.5 и фиг.6 изображен накопитель механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем разгону (отдаче накопленной энергии).Figure 1 and figure 2 shows the storage of mechanical energy and its frontal projection in the neutral position. Figure 3 and figure 4 shows the storage of mechanical energy and its frontal projection in the position corresponding to regenerative braking (energy storage). Figure 5 and figure 6 shows the storage of mechanical energy and its frontal projection in a position corresponding to acceleration (return of stored energy).

Накопитель включает вал 1, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило 2 и установлена с помощью подшипников 3 центральная шестерня 4 с возможностью поворота вокруг вала 1. На концах четырехлучевого водила 2 закреплены оси 5, на которых с помощью подшипников 6 установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты 7, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней 4. Шестерни-сателлиты 7 установлены на осях 5 с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения 8, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям 5 и шестерням-сателлитам 7. 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 центральной шестерней 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 1 1. 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 центральной шестерни 4 на ее корпусе установлена обгонная муфта 19. Вращение передается с вала отбора мощности 20 на накопитель и в обратном направлении через обойму 11.The drive includes a shaft 1, on which the four-beam carrier 2 is rigidly fixed and the central gear 4 is mounted with bearings 3 and can be rotated around the shaft 1. At the ends of the four-beam carrier 2, axles 5 are mounted, on which the gears of the satellite are mounted with bearings 6 for rotation 7, meshing with the central gear 4. The gears-satellites 7 are mounted on the axles 5 with the formation of cavities in which potential energy storage devices are made, made in the form of torsion springs 8, wound woks a circle of axes and attached with their ends to the axles 5 and the pinion gears 7. 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 central gear 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 cage 1 1. To periodically stop the rotation of the shaft 1, a friction clutch 17, and for returning the shaft to the middle (neutral) position, compression springs are provided 18. To ensure one-sided rotation of the central gear 4, an overrunning clutch 19 is installed on its housing. Rotation is transmitted from the power take-off shaft 20 to the drive and in the opposite direction through the yoke 11 .

При движении транспортного средства накопитель 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 накопитель неподвижен.When the vehicle is moving, the drive 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 yoke 11 rotates freely, and the drive is stationary.

При рекуперативном торможении вращение с вала отбора мощности 20 необходимо передать на накопитель (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 центральную шестерню 4. При этом вместе с полумуфтой 14 накопитель перемещается вдоль оси вправо, а фрикционная муфта 17 фиксирует вал 1 от вращения. При неподвижном вале 1 с водилом 2 вращающаяся центральная шестерня 4 приводит во вращение шестерни-сателлиты 7, которые закручивают пружины 8, накапливая в них потенциальную энергию.When regenerative braking rotation from the power take-off shaft 20 must be transferred to the drive (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 central gear 4. In this case, together with the coupling half 14, the drive moves along the axis to the right, and the friction the clutch 17 fixes the shaft 1 from rotation. When the shaft 1 is stationary with carrier 2, the rotating central gear 4 drives the pinion gears 7, which twist the springs 8, accumulating potential energy in them.

Впоследствии, для трогания с места и разгона транспортного средства вращение с накопителя 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. Накопитель перемещается вдоль оси влево, муфта 17 расцепляется, давая валу 1 возможность вращаться. При неподвижной центральной шестерне 4, зафиксированной от вращения в обратную сторону обгонной муфтой 19, скрученные пружины 8 приводят во вращение шестерни-сателлиты 7, которые обкатываются по шестерне 4, заставляя вращаться водило 2 с валом 1. При этом вращение с вала 1 передается на вал отбора мощности 20 посредством сцепления полумуфты 13 с обоймой 11.Subsequently, for starting and accelerating the vehicle, rotation from the drive 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 drive moves along the axis to the left, the coupling 17 disengages, allowing the shaft 1 to rotate. When the fixed central gear 4, fixed from rotation in the opposite direction by the freewheel clutch 19, the twisted springs 8 cause the gears-satellites 7 to rotate, which are rolled around gear 4, forcing the carrier 2 to rotate with shaft 1. In this case, the rotation from shaft 1 is transmitted to the shaft power take-off 20 by coupling the coupling half 13 with the clip 11.

Таким образом, накопитель отдает потенциальную энергию упруго-деформированных пружин 8, после чего напряжение в катушке 16 отключается, и под действием пружин сжатия 18 накопитель снова переходит в нейтральное положение.Thus, the drive gives up the potential energy of the elastically deformed springs 8, after which the voltage in the coil 16 is turned off, and under the action of the compression springs 18, the drive again goes into the neutral position.

Claims

Накопитель механической энергии, включающий вал, на котором жестко закреплено четырехлучевое водило и установлены центральная шестерня с возможностью поворота вокруг вала и обгонная муфта для обеспечения одностороннего вращения центральной шестерни, на концах четырехлучевого водила закреплены оси, на которых установлены с возможностью вращения шестерни-сателлиты, находящиеся в зацеплении с центральной шестерней, при этом шестерни-сателлиты установлены на осях с образованием полостей, в которых размещены накопители потенциальной энергии, выполненные в виде пружин кручения, навитых вокруг осей и прикрепленных своими концами к осям и шестерням-сателлитам, вал установлен с возможностью осевого перемещения, и на одном его конце установлена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта, состоящая из обоймы с площадками под контакт и двух полумуфт, одна жестко соединена с валом, а другая с центральной шестерней, при этом рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки и установлены с возможностью контактирования с площадками, 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 storage device including a shaft on which the four-beam carrier is rigidly fixed and a central gear mounted rotatably around the shaft and an overrunning clutch to provide one-sided rotation of the central gear, axles are fixed at the ends of the four-beam carrier on which the satellite gears are mounted for rotation meshing with the central gear, while the pinion gears are mounted on the axes with the formation of cavities in which the potential e The arms are made in the form of torsion springs, wound around the axles and fastened at their ends to the axles and pinion gears, the shaft is mounted with the possibility of axial movement, and at one end there is a double-sided electromagnetic friction clutch consisting of a cage with contact pads and two coupling halves , one is rigidly connected to the shaft and the other to the central gear, while the working surfaces of the coupling halves contain electromagnetic coils and are installed with the possibility of contacting with the platforms, and the cage is connected to the shaft th power takeoff at the other end of the shaft mounted clutch for periodically stopping rotation of the shaft and a compression spring ensuring a neutral position of the shaft.