СРЕДСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ-МАХОВИКА Российский патент 2002 года по МПК F03G3/08 F03G7/08 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности двигателестроения, и может быть использовано на транспорте.

Известны двигатели внутреннего сгорания с вращающимися корпусами, которые в силу присущих им больших вращающихся масс одновременно выполняют функции маховиков. К числу их относится, в частности, двигатель по патенту США 33516392, кл. F 02 B 57/00, публикация 1970 г.

Указанный двигатель принят здесь за прототип.

Недостатком его является малая эффективность как маховика-накопителя энергии при торможении и в других режимах работы.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение кинетической энергии, запасаемой устройством для использования его как эффективного маховика, аккумулирующего энергию при торможении и отдающего ее при ускорении. В качестве двигательного устройства используется либо паровая машина, либо ДВС, либо электродвигатель, которые не создают динамических нагрузок при вращении как их подвижных частей, так и корпусов.

Для решения указанной задачи средство для создания двигателя-маховика, состоящее из неподвижного основания и двигательного устройства, выполнено таким образом, что корпус, закрепленный на полой оси, и подвижные части внутри корпуса при вращении не создают динамических нагрузок, вращение подвижных частей организовано таким образом, что момент вращения корпуса равен нулю, два подвижных вала вращаются вокруг оси устройства так, что их моменты вращения взаимно уравновешиваются и передаются на ось устройства, а передаточные числа подбираются таким образом, что угловая скорость вращения оси устройства больше угловой скорости подвижных валов. При этом возможны варианты, при которых вращение с обоих подвижных валов передается на ось устройства через шестерни основания, вращение одного вала через шестерни основания передается на ось устройства, а вращение другого вала передается на ось устройства с использованием дифференциала, вращение с одного подвижного вала передается на входной вал преобразователя, установленного на неподвижном основании и изменяющего угловую скорость вращения, а с выходного вала этого преобразователя вращение передается на ось устройства.

На фиг.1 представлена схема работы двигательного устройства на выходной вал; на фиг.2, 3, 4 - схемы компоновки устройства.

На фиг.2 показана схема, в которой вращение передается на ось устройства с правого вала 2 через шестеренку 12, а с левого вала - через дифференциал 10. При такой организации вращения угловая скорость вала 2 будет складываться из угловой скорости корпуса и угловой скорости вала 2 относительно корпуса, а передаточное число подобрано таким образом, что скорость вращения корпуса будет больше скорости вращения вала относительно корпуса. Для правой шестеренки 12, связанной с валом, угловая скорость которого совпадает с угловой скоростью корпуса, передаточное число от вала 2 к оси устройства меньше 1. Угловая скорость вращения устройства равна угловой скорости вращения вала 2 по отношению к корпусу, умноженной на передаточное число правой шестеренки 12, деленному на выражение, равное единице минус передаточное число. Из формулы видно, что при стремлении передаточного числа, которое всегда меньше единицы, к единице скорость вращения двигателя стремится к бесконечности. Так, при значении передаточного числа, равном 0,8, угловая скорость двигателя равна 4 угловым скоростям вала 2, а при передаточном числе, равном 0,9, равна 9 угловым скоростям вала 9.

На фиг. 3 показана схема, в которой вращение с левого вала 2 через шестеренку 9 передается на ось устройства. Передаточное число левой шестеренки равно передаточному числу правой шестеренки, деленному на выражение, равное двум передаточным числам правой шестеренки минус единица. По этой схеме устройство может работать при условии, что передаточное число правой шестеренки больше 0,5.

Угловая скорость вращения устройства пропорциональна передаточному числу, а путем его изменения можно изменять угловую скорость. На фиг. 4 представлена схема, на которой вращение с правого вала 2 передается на вал преобразователя передаточного числа 13, обеспечивающего плавное его изменение, а с преобразователя - через вал 14 на ось устройства.

Работа устройства возможна в следующих режимах: режим работы двигательного устройства на выходной вал, режим разгона, режим разгрузки, холостой ход.

В режиме работы двигательного устройства на выходной вал подвижные шестерни 15 и 16 выведены из сцепления с осью и устройство работает на выходной вал по схеме, изображенной на фиг. 1, наличие в цепи дифференциала 17 обеспечивает согласование угловых скоростей на шестеренках выходного вала и позволяет устройству свободно вращаться на оси 5.

Режим разгона устройства предусматривает постепенное увеличение угловой скорости устройства при отсутствии нагрузки на выходной вал. Энергия, запасаемая устройством, пропорциональна квадрату угловой скорости, тогда как ее приращение прямо пропорционально угловой скорости. В режиме разгона вращение валов 2 передается на ось устройства через сцепленные шестеренки основания и оси корпуса. Шестеренки оси, отталкиваясь от шестеренок основания, передают вращение устройству. Такое вращение не приводит к дополнительному изменению относительного положения корпуса подвижных частей, а это значит, что поворачивается устройство относительно основания. Сила, вызывающая вращение валов 2, приводит к возникновению ускорения их вращения относительно оси устройства, а следовательно, вызовет ускорение корпуса относительно основания, так как из формулы расчета угловой скорости устройства видно, что увеличение угловой скорости вала 2 приводит к увеличению скорости вращения корпуса. Это ускорение определяет время, необходимое для достижения максимальной угловой скорости устройства. Это время разгона пропорционально передаточному числу, мощности устройства, обратно пропорционально моменту его инерции, а работа двигателя за этот период времени преобразуется в кинетическую энергию устройства. Для изменения угловой скорости используется преобразователь. Для паровой машины угловая скорость вращения валов 2 может плавно меняться от нуля до максимального значения, которое зависит от физических характеристик машины и в преобразователе нет необходимости. Для ДВС и электродвигателя на схемах 2 и 3 предполагается наличие преобразователя угловой скорости, с которого вращение передается на валы 2. На фиг. 4 преобразователь установлен на неподвижном основании и с его выходного вала 14 вращение передается на ось устройства 5. Возможен разгон устройства при наличии избыточной энергии у выходного вала, подсоединяемого через шестеренку 11. Повышающая передача на шестеренку 11 приводит к тому, что на ось двигателя будет подаваться более высокая скорость, создающая раскручивающую силу. Это оказывает тормозящее действие. Такой режим экономит энергию при торможении, чтобы использовать ее при ускорении.

В режиме разгрузки шестеренки основания выведены из сцепления с шестеренками оси. Вращение устройства передается на выходной вал через шестеренку 11.

В режиме холостого хода все шестеренки оси выведены из сцепления с шестеренками основания.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателестроению, и позволяет повысить кинетическую энергию, запасаемую устройством для его использования в качестве эффективного маховика. Средство состоит из неподвижного основания и двигательного устройства и выполнено таким образом, что корпус, закрепленный на полой оси, и подвижные части внутри корпуса при вращении не создают динамических нагрузок, вращение подвижных частей организовано таким образом, что момент вращения корпуса равен нулю, два подвижных вала вращаются вокруг оси устройства так, что их моменты вращения взаимно уравновешиваются, а передаточные числа подбираются таким образом, что угловая скорость вращения оси устройства больше угловой скорости подвижных валов. При этом возможны варианты, при которых вращение с обоих подвижных валов передается на ось устройства через шестерни основания, вращение одного вала через шестерни основания передается на ось устройства, а вращение другого вала передается на ось устройства с использованием дифференциала, вращение с одного подвижного вала передается на входной вал преобразователя, установленного на неподвижном основании и изменяющего угловую скорость вращения, а с выходного вала этого преобразователя вращение передается на ось устройства. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Средство для создания двигателя-маховика, состоящее из неподвижного основания и двигательного устройства, выполненного таким образом, что корпус, закрепленный на полой оси, и подвижные части внутри корпуса при вращении не создают динамических нагрузок, отличающееся тем, что вращение подвижных частей организовано таким образом, что момент вращения корпуса равен нулю, два подвижных вала вращаются вокруг оси устройства так, что их моменты вращения взаимно уравновешиваются и передаются на ось устройства, а передаточные числа подбираются таким образом, что угловая скорость вращения оси устройства больше угловой скорости подвижных валов. 2. Средство по п. 1, отличающееся тем, что вращение с обоих подвижных валов передается на ось устройства через шестерни основания. 3. Средство по п. 1, отличающееся тем, что вращение одного вала через шестерни основания передается на ось устройства, а вращение другого вала передается на ось устройства с использованием дифференциала. 4. Средство по п. 1, отличающееся тем, что вращение с одного подвижного вала передается на входной вал преобразователя, установленного на неподвижном основании и изменяющего угловую скорость вращения, а с выходного вала этого преобразователя вращение передается на ось устройства.