УНИВЕРСАЛЬНОЕ МОТОР-КОЛЕСО Российский патент 2002 года по МПК F03G7/00 B60K7/00 

Изобретение относится к области энергомашиностроения.

Аналог заявленного изобретения - мотор-колесо - применяется на карьерных самосвалах. Мотор-колесо - комплексный агрегат, объединяющий электродвигатель, силовую передачу, собственно колесо и тормозное устройство. Питание энергией мотор-колесо получает от генератора, соединенного с двигателем внутреннего сгорания или от контактной сети (см. Политехнический словарь, Москва, "Советская энциклопедия", 1989, 3-е изд., с. 317).

Задача изобретения состоит в том, что при сохранении всех полезных свойств современных конструкций мотор-колеса обеспечить возможность оснащения им транспортных средств всех назначений путем рационального ограничения числа моделей и объединить в одном агрегате устройства функции силовой передачи, механизма перемены передач, тормозной системы и рекуперации энергии торможения.

Указанный технический результат достигается за счет того, что мотор-колесо, содержащее преобразователь электроэнергии в энергию вращения колеса, снабжено системой управления, осцилляторными пьезотрансформаторами, состоящими из осциллятора с клапанами и пьезоэлементами, полости которых гидравлически соединены с полостями толкателей, осуществляющих при попеременной перекачке жидкости из полостей одних толкателей в полости других толкателей плоскопараллельное скольжение относительно передаточной шайбы, сообщая тем самым через передаточную шайбу и эксцентрик энергию вращательного движения валу колеса.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на чертеже изображена принципиальная схема мотор-колеса.

Мотор-колесо состоит из эксцентрика 1 (см. чертеж), соединенного с валом колеса 2, передаточной шайбы 3, толкателей 4-7, системы управления (не показана) и осцилляторных пьезотрансформаторов 8 и 9 (далее по тексту - пьезотрансформаторы). Каждый пьезотрансформатор содержит два пьезоэлемента и осциллятор с четырьмя клапанами. Так в пьезотрансформатор 8 входят пьезоэлементы 10, 11 и осциллятор с клапанами 12-15.

Исходное положение деталей. Клапаны 12, 13 открыты, а 14, 15 - закрыты. Толкатели 4, 6 - в среднем положении, толкатель 5 - в дальней, а толкатель 7 - в ближней крайних точках.

Мотор-колесо работает следующим образом.

Система управления подает на активные грани пьезоэлементов 10, 11 электрические заряды и, в зависимости от знаков поданных зарядов, пьезоэлементы увеличиваются или уменьшаются в объеме. Так, если объем пьезоэлемента 10 увеличивается, то пьезоэлемент 11 уменьшается, в результате чего жидкость из полости пьезоэлемента 10 через клапан 12 вытесняется в полость толкателя 4. Перемещаясь под действием поступающей в его полость жидкости, толкатель 4 через передаточную шайбу 3 приводит в движение толкатель 6, из полости которого жидкость вытесняется в полость пьезоэлемента 11. Так как изменение объемов пьезоэлементов много меньше объемов толкателей, то жидкость продвигает толкатели лишь на части их полного хода. Для обеспечения непрерывного движения толкателей система управления, получив данные о достижении пьезоэлементами пределов рабочих деформаций, меняет знаки подаваемых на их активные грани электрических зарядов, закрывает клапаны 12, 13 и открывает клапаны 14, 15. Соответственно пьезоэлементы изменяют знаки деформаций и жидкость продолжает поступать в полость толкателя 4 и вытесняться из полости толкателя 6. Циклы измерения знаков зарядов на активных гранях пьезоэлементов и переключения клапанов непрерывно продолжаются до полного перемещения толкателей в крайние точки.

Между головками толкателей и рабочими плоскостями передаточной шайбы происходит возвратно-поступательное плоскопараллельное скольжение, при котором все точки передаточной шайбы вращаются вокруг собственных центров вращения с радиусом, равным эксцентриситету эксцентрика, передавая тем самым вращение эксцентрику и соединенному с ним валу колеса. Одновременно аналогичные процессы протекают между пьезотрансформатором 9 и толкателями 5, 7, но со сдвигом фазы в 90^o. За пол-оборота вала каждая пара толкателей, гидравлически связанная с соответствующим пьезотрансформатором, совершает полный ход, после чего система управления последовательно меняет направление потока жидкости, а следовательно, и направление движения толкателей, и вал колеса продолжает вращение в прежнем направлении.

Управление текущим моментом силы на валу колеса и его угловой скоростью осуществляется варьированием расхода и давления рабочей жидкости путем изменения частоты и величины подаваемых на активные грани пьезоэлектриков электрических зарядов.

Реверсирование вращения вала колеса производится изменением последовательности срабатывания клапанов при прежней последовательности подачи зарядов на активные грани пьезоэлементов.

При рекуперации энергии торможения транспортного средства вал колеса через эксцентрик передает вращение передаточной шайбе, в результате чего толкатели совершают возвратно-поступательное движение, при котором вытесняемая из полостей жидкость продавливается через пьезотрансформаторы. При этом система управления клапанами 12, 15 попеременно направляет жидкость в полости пьезоэлементов 20 и 11. В результате деформаций пьезоэлементов на их активных гранях выделяются электрические заряды. Генерируемая таким образом электроэнергия направляется в накопитель.

Стояночное торможение транспортного средства достигается переводом клапанов 12-15 в закрытое положение, жидкость в полостях толкателей запирается и передаточная шайба, не имея возможности вращаться, стопорит эксцентрик и соединенный с ним вал колеса. Для свободного вращения вала колеса клапаны 12-15 переводятся в открытое положение и жидкость при вращении вала колеса свободно перетекает из полости в полость оппозитно расположенных толкателей.

Таким образом, мотор-колесо совмещает функции силовой передачи, сцепления, механизма перемены передач, тормозной системы и рекуператора энергии торможения. Тяговые характеристики мотор-колеса подобны характеристикам паровой машины - при постоянном расходе энергии выполняется обратная зависимость между скоростью вращения и моментом силы на валу. При возрастании сопротивления вращению вала колеса сверх энергетических возможностей пьезотрансформаторов, вплоть до остановки вращения, на валу, подобно механической пружине, сохраняется максимальный момент силы и при этом не требуется, как это происходит с электродвигателем, расхода энергии. Транспортное средство получает возможность двигаться с малыми сверхмалыми скоростями.

Мотор-колесо предназначено для преобразования электроэнергии в энергию вращения колеса, а также может выполнять функции силовой передачи, сцепления, механизма перемены передач, тормозной системы и рекуператора энергии торможения. Мотор-колесо, содержащее преобразователь электроэнергии в энергию вращения колеса, снабжено системой управления, осцилляторными пьезотрансформаторами, состоящими из осциллятора с клапанами и пьезоэлементами, полости которых гидравлически соединены с полостями толкателей. Толкатели осуществляют при попеременной перекачке жидкости из полостей одних толкателей в полости других толкателей плоскопараллельное скольжение относительно передаточной шайбы, сообщая тем самым через передаточную шайбу и эксцентрик энергию вращательного движения валу колеса. Устройство позволяет объединить в одном агрегате различные функции транспортного средства. 1 ил.

Мотор-колесо, содержащее преобразователь электроэнергии в энергию вращения колеса, отличающееся тем, что мотор-колесо снабжено системой управления, осцилляторными пьезотрансформаторами, состоящими из осциллятора с клапанами и пьезоэлементами, полости которых гидравлически соединены с полостями толкателей, осуществляющих при попеременной перекачке жидкости из полостей одних толкателей в полости других толкателей плоскопараллельное скольжение относительно передаточной шайбы, сообщая тем самым через передаточную шайбу и эксцентрик энергию вращательного движения валу колеса.