РЕКУПЕРАТОР ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1998 года по МПК F16H33/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях автомобилей, электромобилей, роботизированных транспортных средств и прочих средств передвижения.

Известны различные виды накопителей энергии транспортных средств, среди которых наиболее известны маховичные аккумуляторы механической энергии [1], с помощью которых аккумулируется кинетическая энергия движения транспортных средств при торможении.

Несмотря на большое количество опубликованных изобретений такого типа устройств, они практически не нашли применения на практике из-за целого ряда недостатков. Наиболее существенным из них является низкая надежность ввиду сложности конструкции маховика и передаточного механизма, который должен обеспечить плавность разгона транспортного средства при присоединении его к маховику, вращающемуся с огромной скоростью.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является рекуператор энергии транспортного средства [2], содержащий маховик, кинематическая связь которого с выходным валом включает муфту свободного хода и две управляемые муфты, одна из которых связана с выходным валом через упругий элемент, устройство управления муфтами выполнено в виде двух кулачков, жестко связанных с выходным валом, и, кроме того, рекуператор включает также упругий элемент для торможения и упругий элемент, оснащенный специальным приводом для раскрутки маховика. Конструкция рекуператора энергии транспортного средства включает также дополнительные зубчатые передачи для осуществления заднего хода и ряд дополнительных устройств. Необходимо отметить низкую надежность этого устройства по причине большого количества упругих элементов и передаточных механизмов и, кроме того, возможность полной потери накопленной энергии маховика при длительных остановках.

Изобретение направлено на повышение надежности рекуператора транспортного средства за счет уменьшения количества упругих элементов и других звеньев и исключения из конструкции рекуператора транспортного средства маховика.

Это достигается тем, что рекуператор транспортного средства содержит два параллельных вала, механическую передачу, состоящую из трех последовательно зацепляющихся зубчатых колес, упругий элемент, две управляемые муфты, управляемый тормоз, укрепленные на валах две обгонные муфты с взаимно противоположным направлением свободного хода и закрепленными на их обоймах зацепляющимися между собой зубчатыми колесами, опоры упругого элемента, размещенные на обоймах обгонных муфт, а звездочки обгонных муфт укреплены на валах с возможностью вращения.

Такая компоновка позволяет при торможении накапливать энергию включением тормоза независимо от направления движения (вперед или назад) транспортного средства, исключает необходимость каких-либо дополнительных управляющих действий и возможность движения в обратном направлении после окончания торможения. Направление разгона транспортного средства не зависит от направления движения, при котором была накоплена потенциальная энергия в упругом элементе рекуператора. При необходимости прекращения разгона транспортного средства и его торможения выполняется только одна операция - выключается управляемая муфта. Для прекращения торможения на любом этапе необходимо только выключить тормоз. Накопление и высвобождение энергии может осуществляться как частями так и в полном объеме за один цикл.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема рекуператора транспортного средства, на фиг.2 - вариант исполнения упругого элемента.

Рекуператор транспортного средства содержит установленные в корпусе (на фиг. не показан) валы 1 и 2, соединенные с помощью зубчатых колес 3, 4, 5. На валах 1 и 2 установлены обгонные муфты 6 и 7, звездочки которых присоединяются к валу с помощью управляемых муфт 8 и 9. На обоймах муфт 6 и 7 укреплены зацепляющиеся зубчатые колеса 10, 11 и барабаны 12, 13, к которым прикреплен упругий элемент 14. На валу 1 закреплено зубчатое колесо 15, зацепляющееся с шестерней 16, установленной с возможностью вращения на валу 17 ходового колеса 18 и присоединяемой к валу 17 с помощью управляемого тормоза 19.

Рекуператор транспортного средства работает следующим образом.

В исходном состоянии упругий элемент 14 не заведен, управляемые муфты 8 и 9 присоединяют звездочки обгонных муфт 6 и 7 к валам 1 и 2, а шестерня 16 не соединена с валом 17.

При движении транспортного средства с помощью своего двигателя рекуператор не препятствует этому, т. к. тормоз 19 не включен и шестерня 16 не соединена с валом 17. Для остановки транспортного средства включается тормоз 19 и шестерня 16 начинает вращаться вместе с колесом 18. Вращение от шестерни 16 передается зубчатому колесу 15, валу 1 и через зубчатые колеса 3, 4, 5 валу 2. Вместе с валами 1 и 2 в одном направлении вращаются звездочки обгонных муфт 6 и 7, а их обоймы с барабанами 12, 13 с помощью зубчатых колес 10, 11, благодаря взаимно противоположному направлению свободного хода, вращаются во взаимно противоположных направлениях, закручивая при этом упругий элемент 14. Кинетическая энергия транспортного средства переходит при торможении в потенциальную энергию упругого элемента 14. Закручивание упругого элемента будет происходить до остановки транспортного средства. После остановки транспортного средства упругий элемент 14 через барабаны 12 и 13, зубчатые колеса 10 и 11, муфты 6, 7, 8 и 9 стремится повернуть валы 1 и 2 во взаимно противоположных направлениях, но зубчатое зацепление 3, 4, 5 препятствует этому повороту.

Направление движения транспортного средства перед торможением не имеет значения, т.к. вращение валов 1, 2 в любом направлении приведет к закручиванию упругого элемента, что обеспечивается за счет взаимно противоположного направления свободного хода обгонных муфт. При вращении валов по часовой стрелке звездочка и обойма обгонной муфты 7 поворачиваются как одно целое, а в муфте 6 звездочка и обойма поворачиваются во взаимно противоположных направлениях. При вращении валов 1 и 2 против часовой стрелки муфта 6 поворачивается как одно целое, а звездочка и обойма муфты во взаимно противоположных направлениях.

Торможение может быть прекращено отключением тормоза.

Если перед торможением запас кинетической энергии транспортного средства был больше энергии, которую может накопить упругий элемент, то после заведения упругого элемента торможение происходит при проскальзывании диска тормоза 19. Таким образом, тормоз выполняет две функции: торможения и предохранения упругого элемента 14 от перекручивания.

Упругий элемент 14 можно завести также и при монтаже рекуператора. В этом случае транспортное средство можно разгонять при выполнении первого движения.

Для выполнения следующего движения в зависимости от его направления путем включения одной из управляемых муфт 8 или 9 при включенном тормозе 19 от вала 1 или вала 2 отсоединяется звездочка одной из обгонных муфт 6, 7. При включении управляемой муфты 9 звездочка обгонной муфты 7 отсоединится от вала 2 и упругий элемент 14 начнет поворачивать барабан 13 против часовой стрелки, а барабан 12 по часовой стрелке. Вместе с барабаном 12 по часовой стрелке будут поворачиваться муфта 6, валы 1 и 2, а обгонная муфта 7 вращается вместе с барабаном 13 против часовой стрелки. Т.к. звездочка обгонной муфты 7 может свободно вращаться на валу 2, то она не препятствует этому валу вращаться в противоположном ей направлении. Момент, создаваемый упругим элементом 14 на барабане 13, через зубчатое зацепление 11, 10 передается на обгонную муфту 6, суммируется с моментом на барабане 12, вращает вал 1 и через зубчатую передачу 15, 16 вращает ходовое колесо 18 транспортного средства. Разгон можно продолжать до окончательного раскручивания пружины, после которого барабан 12, 13 будут неподвижными, а для продолжения движения транспортного средства не требуется выполнения каких-либо операций управления, относящихся к рекуператору.

Вращению валов 1, 2 в направлении по часовой стрелке при неподвижных барабанах 12, 13 обгонная муфта 6 не препятствует, т.к. это направление совпадает с направлением ее свободного хода. Также не препятствует вращению валов и муфта 7, т.к. ее звездочка отсоединена от вала.

Разгон в противоположном рассмотренному случаю направлении осуществляется включением управляемой муфты 8, когда звездочка обгонной муфты 6 отсоединится от вала 1 и упругий элемент 14 через барабаны 13 и 12 будет вращать вал 2 против часовой стрелки. Вращение через зубчатую передачу 5, 4, 3, 15, 16 передается на ходовое колесо 18.

Конструкция рекуператора позволяет частичное использование энергии пружины при разгоне. Для прекращения разгона необходимо одновременно выключить сцепную муфту 8 и тормоз 19.

Если необходимо прервать разгон транспортного средства и затормозить его, то управляемая муфта включается и начнется торможение (закручивание упругого элемента 14).

Энергию упругого элемента можно использовать для ускорения транспортного средства при обгоне.

В данной конструкции в отличие от маховичных устройств при длительных остановках количество энергии в рекуператоре не уменьшается.

Источники информации:
1. Гулиа Н.В. Накопители энергии. М.: Наука, 1980, 151 с.

2. А. с. 921892 СССР, F 16 H 33/02, В.И.Игнаткин. Рекуператор энергии транспортного средства. 23.04.82. Бюл. N 15.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях транспортных средств. Рекуператор транспортного средства содержит два параллельных вала, соединенных с помощью механической передачи, состоящей из трех последовательно зацепляющихся зубчатых колес, упругий элемент, две управляемые муфты и управляемый тормоз. На каждом валу укреплено по одной обгонной муфте с взаимно-противоположным направлением свободного хода. На обоймах этих муфт закреплены с возможностью зацепления между собой зубчатые колеса. Опоры упругого элемента размещены на обоймах обгонных муфт. Звездочки обгонных муфт укреплены на валах с возможностью вращения и взаимодействия с управляемыми муфтами. Повышение надежности рекуператора осуществляется за счет уменьшения количества упругих элементов и других звеньев и исключения из конструкции рекуператора транспортного средства маховика. 2 ил.

Рекуператор транспортного средства, содержащий два параллельных вала, соединенных с помощью механической передачи, состоящий из трех последовательно зацепляющихся зубчатых колес, упругий элемент, две управляемые муфты и управляемый тормоз, отличающийся тем, что на каждом валу укреплено по одной обгонной муфте с взаимно противоположным направлением свободного хода, на обоймах этих муфт закреплены с возможностью зацепления между собой зубчатые колеса, опоры упругого элемента размещены на обоймах обгонных муфт, а звездочки обгонных муфт укреплены на валах с возможностью вращения и взаимодействия с управляемыми муфтами.