Механический аккумулятор электрической энергии. Механический аккумулятор


Механический аккумулятор электрической энергии

Изобретение относится к источникам энергии для электромобилей, электробусов и т.д. Техническим результатом является повышение энергетических показателей. Механический аккумулятор электрической энергии представляет собой электрическую машину, содержащую корпус, в котором установлены статор со статорными катушками, катушки возбуждения и расположенный на валу массивный металлический ротор. Статорные обмотки, сердечники которых прикреплены к корпусу, расположены по окружности, в центре которой установлен массивный ротор из однородного металла, обладающего магнитными свойствами. Ротор состоит из двух расположенных по окружности напротив друг друга магнитных полюсов, и двух выступов, выполненных на торцах ротора. На выступах расположены катушки возбуждения, экранированные и неподвижно прикрепленные к крышкам корпуса. С внешней стороны одной из крышек расположены магнитные датчики, контролирующие положение магнитных полюсов ротора относительно статорных катушек, а в торце соответствующего выступа ротора установлены постоянные магниты, изолированные от ротора. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к источникам электрической энергии и может применяться для питания различных электроустройств электрической энергией.

Механический аккумулятор электроэнергии (в дальнейшем устройство) представляет собой электромашину переменного или постоянного тока, отличающуюся от обычной электромашины наличием массивного маховика, выполняющего функции ротора и способного благодаря большой массе накапливать механическую энергию.

Наиболее близким к предложенному устройству по техническому существу является механический аккумулятор электрической энергии, выполненный в виде электрической машины, содержащей корпус, в котором создана вакуумная среда, внутри корпуса установлен на валу массивный металлический ротор, статор с тремя статорными обмотками и обмотки возбуждения (см. SU, а.с. 1781777, 1992).

Недостатком этого устройства являются низкие энергетические показатели.

Техническим результатом, достигаемым в предложенном изобретении, является повышение энергетических показателей.

Технический результат достигается за счет того, что в механическом аккумуляторе электрической энергии, выполненном в виде электрической машины, содержащей корпус, в котором установлены статор со статорными катушками, катушки возбуждения и расположенный на валу массивный металлический ротор, отличающийся тем, что статорные обмотки, сердечники которых прикреплены к корпусу, расположены по окружности, в центре которой установлен массивный ротор из однородного металла, обладающего магнитными свойствами, состоящий из двух расположенных по окружности напротив друг друга магнитных полюсов и двух выступов, выполненных на торцах ротора, на которых расположены катушки возбуждения, экранированные и неподвижно прикрепленные к крышкам корпуса. Кроме того, внутри корпуса может быть создана вакуумная среда; вал ротора может быть подвешен на магнитных подшипниках, а каждая статорная катушка может быть выполнена из рабочей обмотки и генераторной обмотки с увеличенным сечением провода относительно рабочей обмотки. Кроме того, с внешней стороны одной из крышек могут быть расположены магнитные датчики по числу статорных катушек, контролирующие положение магнитных полюсов ротора относительно статорных катушек, а в торце соответствующего выступа ротора - постоянные магниты, изолированные от ротора, а аккумулятор может быть подключен к внешнему источнику постоянного тока через разъемы, соединенные со входами первого и второго преобразователей постоянного тока в трехфазный переменный, управляющие входы которых соединены с выходами магнитных датчиков, выходы первого преобразователя соединены с генераторными обмотками, а выходы второго преобразователя - с рабочими обмотками статорных катушек и входами выпрямителя, выходы которого связаны с нагрузкой и через регулятор напряжения с катушками возбуждения.

Так же как и в обычной электромашине, ротор-маховик вращается в центре расположенных по окружности трех статорных катушек, сердечники которых прикреплены к корпусу устройства. Генераторные обмотки для ускоренной зарядки изготавливаются из провода большого сечения, по сравнению с рабочими обмотками, что позволит увеличить зарядный ток и приведет к сокращению времени, необходимого для заряда устройства. Процесс заряда устройства происходит методом преобразования электрической энергии в механическую энергию вращения ротора-маховика, при этом работа устройства аналогична работе электродвигателя. Массивный ротор-маховик, разгоняясь до огромной скорости вращения, накапливает большое количество механической энергии, которая в дальнейшем постепенно преобразуется в электрическую и используется для питания различных электроустройств, при этом работа устройства аналогична работе электрогенератора.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показано устройство механического аккумулятора электроэнергии в осевом сечении; на фиг.2 - то же, в поперечном сечении. На фиг.3 показано устройство ротора-маховика, вид спереди; на фиг.4 - то же, вид сбоку, на фиг.5 - электрическая блок-схема.

Принятые обозначения:

1 - Передняя крышка.

2 - Массивный металлический ротор.

3 - Катушки возбуждения.

4 - Магнитопроводный экран.

5 - Статорные катушки.

6 - Сердечники статорных катушек.

7 - Корпус устройства.

8 - Магнитные полюса ротора.

9 - Герметичное соединение.

10 - Задняя крышка.

11 - Постоянные магниты.

12 - Магнитный датчик.

13 - Магнитоизоляторы.

14 - Магнитные подшипники.

15 - Вал ротора.

16 - Внутренняя полость.

17 - Места расположения магнитных датчиков.

18 - Сквозной канал вала ротора.

19 - Сквозные каналы корпуса ротора.

20 - Цилиндрообразные выступы ротора.

21 - Внешний источник тока.

22 - Преобразователь тока для ускоренной зарядки.

23 - Преобразователь тока для медленной зарядки.

24 - Генераторные обмотки статорных катушек для ускоренной зарядки.

25 - Рабочие обмотки статорных катушек.

26 - Выпрямитель тока.

27 - Регулятор напряжения.

28 - Нагрузка - внешний потребитель.

Описание конструкции устройства

Главной частью устройства является массивный ротор 2 (фиг.1, 2), изготавливаемый целиком из однородного металла, обладающим магнитными свойствами. Ротор 2 состоит из двух расположенных по окружности напротив друг друга магнитных полюсов 8 (см. также фиг.3, 4) и двух цилиндрообразных выступов 20, расположенных с торцов корпуса ротора 2, выполняющие функции вращающихся сердечников катушек 3 возбуждения, в целях уменьшения трения вал 15 ротора подвешивается на магнитных подшипниках 14 к передней и задней крышкам 1 и 10. Сквозные каналы 18 вала и 19 корпуса ротора 2 служат для уменьшения массы ротора 2. С противоположных торцов ротора 2 находятся две катушки 3 возбуждения, экранизированные магнитопроводным экраном 4 и неподвижно прикрепленные к крышкам 1 и 10. Ротор 2 находится в центре расположенных по окружности трех статорных катушек 5, сердечники 6 которых прикреплены к корпусу 7 устройства. Статорные катушки 5 состоят из двух обмоток: рабочей обмотки и генераторной обмотки для ускоренной зарядки с увеличенным сечением провода по сравнению с рабочей обмоткой. С внешней стороны задней крышки 10 располагаются три магнитных датчика 12, контролирующие положение магнитных полюсов 8 ротора относительно статорных катушек 5 (места 17 расположения датчиков 12 показаны на фиг.2). Для оповещения датчиков 12 о положении магнитных полюсов 8 ротора служат постоянные магниты 11, находящиеся в торце цилиндрообразного выступа 20 ротора и изолированные от него магнитоизоляторами 13. Передняя и задняя торцевые крышки 1 и 10 герметично соединены с цилиндрическим корпусом 7 устройства, и во внутренней полости 16 корпуса 7 создана вакуумная среда.

Описание работы устройства

Работа устройства осуществляется в двух режимах: в режиме заряда (медленного или ускоренного) электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения ротора, в режиме разряда (рабочий режим) механическая энергия преобразуется в электрическую.

В режиме заряда (ускоренного) с внешнего источника 21 тока постоянный ток небольшой мощности поступает на преобразователь 23 тока для медленной зарядки, а ток большой мощности поступает на преобразователь 22 тока для ускоренной зарядки, где он преобразуется в переменный трехфазный ток с частотой колебания, равной частоте вращения ротора 2. Частота вращения ротора 2 контролируется тремя датчиками 12, которые посылают цифровые сигналы, частотой равные частоте вращения ротора 2, на схемы преобразователей 22 и 23 тока, вследствие этого на выводах преобразователей 22 и 23 тока возникает трехфазный переменный ток точно такой же частоты, который поступает соответственно на обмотки 24 и 25 трех статорных катушек, создавая на статоре 6 вращающееся магнитное поле. Также с преобразователя 23 тока через выпрямитель 26 тока выпрямленный ток поступает к внешним потребителям тока 28 и через регулятор 27 напряжение поступает на катушки 3 возбуждения, тем самым, намагничивая магнитные полюса 8 ротора. При этом вращающееся магнитное поле статора 6, взаимодействуя с магнитными полюсами 8 ротора, заставляет последний вращаться с увеличивающейся частотой. При достижении нужной частоты вращения внешний источник 21 тока отключается, и заряд устройства прекращается. В случае если внешний источник 21 тока не позволяет развить необходимую мощность для осуществления ускоренного заряда, производится медленный заряд, при этом подключается только преобразователь 23 тока для медленного заряда, а преобразователь 22 тока и обмотки 24 статорных катушек 5 не задействованы.

Для перевода устройства в режим разряда (рабочий режим) необходимо отключить внешний источник 21 тока от преобразователей 22 и 23 тока, это приведет к прекращению подачи тока с преобразователей 22 и 23. При вращении ротора 2 намагниченные полюса 8 ротора проходят около сердечников 6 статорных катушек, наводя в рабочих обмотках 25 статорных катушек 5 индукционные токи большой величины (при рабочем режиме генераторные обмотки 24 статорных катушек не задействованы), которые поступают через выпрямитель 26 тока на внешние потребители 28 тока и на катушки 3 возбуждения, тем самым, намагничивая магнитные полюса 8 ротора. Для поддержания заданного напряжения индукционного тока в сети в схеме имеется регулятор 27 напряжения, который, управляя током, проходящим через катушки 3 возбуждения, поддерживает рабочее напряжение в сети.

При работе устройства в режиме разряда механическая энергия, накопленная ротором-маховиком 2, постепенно преобразуется в электрическую энергию и используется для питания внешних потребителей 28. При этом скорость вращения ротора-маховика постепенно будет уменьшаться, и по достижении минимальной величины возникает необходимость в зарядке устройства.

1. Механический аккумулятор электрической энергии, выполненный в виде электрической машины, содержащей корпус, в котором установлены статор со статорными катушками, катушки возбуждения и расположенный на валу массивный металлический ротор, отличающийся тем, что статорные катушки, сердечники которых прикреплены к корпусу, расположены по окружности, в центре которой установлен массивный ротор из металла, обладающего магнитными свойствами, состоящий из двух расположенных по окружности напротив друг друга магнитных полюсов, и двух выступов, выполненных на торцах ротора, на которых расположены катушки возбуждения, экранированные магнитопроводным экраном и неподвижно прикрепленные к крышкам корпуса.

2. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что внутри корпуса создана вакуумная среда.

3. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что вал ротора подвешен на магнитных подшипниках.

4. Аккумулятор по п.1, отличающийся тем, что каждая статорная катушка выполнена из рабочей обмотки и генераторной обмотки с увеличенным сечением провода относительно рабочей обмотки.

5. Аккумулятор по п.4, отличающийся тем, что он снабжен магнитными датчиками по числу статорных катушек, установленными с внешней стороны одной из крышек корпуса с возможностью контроля положения магнитных полюсов ротора относительно статорных катушек, а на торце обращенного к указанным датчикам выступа ротора установлены постоянные магниты, а также он выполнен с возможностью подключения к внешнему источнику постоянного тока через разъемы, соединенные со входами первого и второго преобразователей постоянного тока в трехфазный переменный, управляющие входы которых соединены с выходами магнитных датчиков, выходы первого преобразователя соединены с генераторными обмотками, а выходы второго преобразователя - с рабочими обмотками статорных катушек и входами выпрямителя, выходы которого связаны с нагрузкой и через регулятор напряжения с катушками возбуждения.

www.findpatent.ru

Механический аккумулятор: dieselpunk

 Человек, внесший наибольший вклад в развитие данного вида накопителей, родился в 1939 году в Тбилиси, где начал заниматься делом всей своей жизни уже в 15 лет. Нурбей решил изобрести «энергетическую капсулу» — так он назвал накопитель, которым он собирался заменить бак с бензином.Первым делом советский школьник Нурбей опробовал различные типы аккумуляторов. От пружинного сразу же пришлось отказаться из-за слишком большого веса( 50т — для преодоления обычным легковым автомобилем дистанции в 100 км). Резиновый аккумулятор был более перспективным — для выполнения той же задачи ему требовалась масса всего в 900 кг. Гулиа даже построил детскую коляску с иновационным резиномотором. Во время испытаний, один из прохожих, очарованный изобретением школьника, посоветовал подать заявку в Комитет по изобретениям, и более того помог ее составить. Так Гулиа получил свое перво авторское свидетельство на изобретение.Но на этом он не остановился, и за резиновым аккумулятором последовал газовый( на сжатом воздухе), а также электрохимические накопители, конденсаторы… но всё это показалось ему не перспективным. Возможности тогдашних электро аккумуляторов его не впечатлили, и не было оснований ждать рывка в этой области.Так из всех накопителей Нурбею Владимировичу наиболее перспективными показались механические накопители с маховиком. Предел накопимости маховиков тех лет был от 30 до 50 кДж на 1 кг массы. А если раскрутить их быстрее, то они просто разрывались. Фактически же в начале 1960-х годов их предел был всего 10-15 кДж/кг.Но увеличить энергоемкость можно применив более устойчивые к разрыву материалы, прочность станет выше, но и опасность от него тоже увеличивается. Вот и получается замкнутый круг: прочность материала возрастает, а энергоемкость увеличивается незначительно.Так было до одного памятного дня, в который изобретателю на глаза попался тросик, свитый из стальных нитей(проволоки. Тросик примечателен тем, что обладает высокой прочностью, и что пожалуй самое главное, никогда не рвётся сразу.В процессе экспериментов трос был заменен на стальную ленту: маховик из нее получается более плотным. А также при разрыве этот маховик уже не был столь опасен: при перегрузке отрывается наиболее нагруженная внешняя лента. Она, прижимаясь к корпусу, затормаживает маховик — никакой опасности, а ленту можно приклеить назад.При испытании на специальном стенде этот маховик показал невиданную энергоемкость — разрыв наступал при плотности энергии около 100кДж/кг. Например у свинцово-кислотных аккумуляторов энергоемкость была 64 кДж/кг, а у щелочных 110 кДж/кг. Также существовали невероятно дорогие серебряно-цинковые аккумуляторы — 540 кДж/кг.В те же 1960 года профессор создал маховичную дрель. Преимущество ее было в том, что дрели тогда существовали только механические, с ручным приводом. Затем он создал гибрид автомобиля УАЗ 450Д. Возможно это был первый гибрид. Его передние колеса приводились от ДВС, а задние — от вариатора и маховика. Этот автомобиль оказался вдвое экономичней оригинала.Если вместо стали использовать другой материал, например углеволокно, то маховик преобретет просто фантастическую энергоемкость — 2500-3500 мДж/кг. А значит 150-килограммовый супермаховик из такого материала способен обеспечить автомобиль пробегом в 2, а то и более миллиона километров с одной прокрутки — больше чем может выдержать шасси.За счет того что супермаховик вращается в вакууме, а его ось закреплена в магнитной подвеске, сопротивление при вращении оказывается минимальным. Возможно, такой супермаховик может крутиться до остановки многие месяцы. Однако машина, способная работать в течение всего срока службы без заправок, пока еще не изобретена. Мощности современных электростанций определенно не хватит для зарядки таких серийных автомобилей.

Но именно автотранспорт по мнению профессора является наиболее подходящей сферой применения его изобретения. Даже по самым скромным оценкам при применении этой технологии расход топлива у бензинового автомобиля должен составлять 1,5 л на 100 км, а у дизельного всего 1,2 литра.

У всех читателей должен возникнуть вполне очевидный вопрос — «почему же при всех достоинствах этой системы она пока не используется на автомобилях?» Но всё далеко не так просто, для такой машины необходим супервариатор, появившийся не так давно, и сейчас только начинает производиться. Так что чудо-автомобиль на подходе.

Мое же мнение по этому поводу я изложу в своем следующем посте… ну или просто отпишусь в комментах)

По материалам журнала Популярная Механика. Написано для steampunker.ru

dieselpunk.livejournal.com

Аккумулятор будущего – маховик?: engineering_ru

c415m_01_00_004Дешев. Долговечен. Экологически чист. Энергетические возможности маховика, как накопителя кинетической энергии определяются тремя параметрами: скоростью вращения,  диаметром и массой. Увеличив скорость вращения можно убавить вес и размер, но возникает опасность разрыва маховика центробежной силой.В молодости я прочитал книжку в поисках "энергетической капсулы"Ее автор изобрел супермаховик, супервариатор, а если  все это установить на автомобиль, то и он  будет  - супер!Изобретение Нурбея Гулиа заключалось в том, что он придумал маховик навитый из металлической ленты. Такой маховик выдерживал центробежную силу в пять раз большую, чем литой . А при разрыве не разлетался на части, как артиллерийский снаряд, а тормозился лентой о кожух. Супермаховик в вакуумном корпусе с магнитной подвеской и скоростным электродвигателем-генератором для отбора мощности. В общем, жил бы на западе, давно бы уже был мультимиллионером, а не обклеивал квартиру авторскими свидетельствами вместо обоев (у него их три сотни).С приходом нанотехнологий его изобретение приобрело еще большую значимость. Вот, что он пишет:>если из такого материала (карбоновое нановолокно) навить супермаховик, то его удельная энергия достигнет 1Мв-час/кг, или в тысячи раз больше, чем у самых перспективных аккумуляторов! Это значит, что на таком накопителе массой в 150 кг легковой автомобиль сможет пройти с одной зарядки свыше 2 миллионов километров — больше, чем способно выдержать шасси. То есть теоретически уже сейчас можно создавать автомобили, которые в течение всего срока службы не требовали бы никакого топлива. Удельная энергоемкость такого сверхнакопителя в 500—1000 кВт·ч/кг позволит, например, создать электромобиль, заряжаемый прямо на сборочном конвейере один раз на весь срок эксплуатации машины. Два-три десятка килограммов нового супермаховика обеспечат накопление дешевой ночной электроэнергии для огромного дома и расходование этой энергии днем. .>Фантаст, конечно, но идея красивая!1363026870_supermahovik-i-supervariator

 Американская компания Beacon Power основанная в 1997 году, сделала большой шаг в этом направлении, создав целую линейку тяжелых стационарных супермаховиков, предназначенных  для включения в промышленные энергосети.2013-12-09_170942Накопители представляют собой цилиндрические емкости, высотой по пояс человека или по грудь, внутри которых на активных магнитных подшипниках  подвешены супермаховики, которые могут раскручиваться до штатных 22,5 тысяч оборотов в минуту.Расчетный срок службы - 20 лет, диапазон рабочих температур - от минус 40 до плюс 50 по Цельсию. Согласитесь, для химических аккумуляторов трудновато было бы обеспечить такие показатели. Полностью статья тутУ нас придумали, у них сделали. Дело привычное...Еще видео -  Гулиа о патентах http://my.mail.ru/video/mail/gulia_nurbei/25/32.html#video=/mail/gulia_nurbei/25/32

Источникиhttp://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%83%D0%BB%D0%B8%D0%B0,_%D0%9D%D1%83%D1%80%D0%B1%D0%B5%D0%B9_%D0%92%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87http://www.i-r.ru/show_arhive.php?year=2005&month=12&id=1133http://nurbejgulia.ru/

engineering-ru.livejournal.com

Аккумулятор механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин

Разделы: Физика

Введение.

Современный человек стремится к передвижению, следовательно, ему нужен компактный источник энергии для портативного использования.

Анализ перспективы развития источников энергии заметно смещает возникающие проблемы в сторону оценки возможных последствий на окружающую среду, жизнь и здоровье населения. Разработка новейших источников энергии, представляет собой источники неизбежного, потенциально, практически не учитываемого риска для населения и окружающей среды. Все они приносят негативные последствия для всё ухудшающейся экологии планеты.

Поэтому сейчас перед человечеством встает проблема создания экологически чистых источников питания, с максимальной экономией природных ресурсов.

Цель исследования - получение аккумулятора механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин”

Задачи

1. Анализ теоритических сведений о создании источников питания.

2. Расчитать энергию аккумулятора.

3. Рассмотрение областей применения.

Гипотеза исследования - если создать аккумулятор механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин, то это позволит экономить энергию.

Практическая значимость исследования - создание экологически чистых источников питания, с максимальной экономией природных ресурсов.

Методы исследования – анализ литературы, создание принципиальной схемы аккумулятора, расчеты энергии.

Современная жизнь немыслима без радио телевидения, телефонов, телеграфа, всевозможных осветительных и нагревательных приборов, машин и устройств, в основе которых лежит возможность использования электрического тока. Открытие электрического тока и все последующие открытия, связанные с ним, можно отнести к концу XIX – началу XX веков. В это время по всей Европе и в том числе России покатилась волна открытий, связанных с электричеством. Пошла цепная реакция, когда одно открытие давало началу последующим на многие десятилетия вперед. Начинается внедрение электричества во все отрасли производства, появляются электрические двигатели, телефон, телеграф, радио, электронагревательные приборы, начинается изучение электромагнитных волн и влияние их на различные материалы, внедрение электричества в медицину [4].

Удивительный XIX век, заложивший основы научно-технической революции, так изменивший мир, начался с гальванического элемента – первой батарейки, химического источника тока. Этим изобретением итальянский ученый А.Вольта встретил 1800 год. Вольтов столб позволил вести систематическое изучение электрических токов и находить им практическое применение. Именно изготовление первых гальванических элементов - химических источников тока привело к рождению электротехники. Однако, раскапывая египетские древности, археологи обратили внимание на странные сосуды из обожженной глины с изъеденными металлическими пластинами в них[1]. Возможно, уже в те давние времена были “банки химических элементов”, ведь получение постоянного электрического тока действительно очень просто. Соленой воды на Земле достаточно, как и необходимых металлов – цинка и меди, вместо меди лучше применять серебро и золото. Первые элементы давали ток лишь первые несколько минут, это происходило потому, что цинк, соединяясь с кислотой, вытесняет из неё водород. Пузырьки газа оседают на металлических пластинках и затрудняют прохождение тока.

В 1802 году Уильям Круинкшанк [2] разработал первую электрическую батарею, пригодную для массового производства, которая состояла из спаянных на концах листах меди и цинка одинакового размера, помещенных в прямоугольную деревянную коробку, запечатанную цементом. В качестве электролита использовалась морская вода или кислота.

В 1836 году Джон Ф. Даншал улучшил батарею Вольты и получил более стабильный ток. В 1859 Гастон Планте изобрел первую перезаряжающуюся батарею – аккумулятор. Это был аккумулятор на свинцово-кислотной основе, которая используется и сегодня. В 1947 году Ньюман создал первый герметичный никель-кадмиевый аккумулятор, в середине 60-х годов прошлого века изобретена щелочная батарея, разрабатывались свинцово-кислотные аккумуляторы с клапанной регулировкой. Конец XX века ознаменован производством литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов, а также разработкой топливных элементов на протонной мембране.

Экологически чистый аккумулятор механической энергии.

В 1997 году в ЮАР [3] был выпущен радиоприемник с питанием от пружины, вращающей миниатюрный генератор. Один завод пружины обеспечивает полчаса работы. В 1998 году в России инженер Ю.Фаюстов работал над разработкой накопителя энергии, использующего в своей основе принцип получения механической энергии от пружин. Аккумулятор механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин состоит из корпуса-1, вала приема механической энергии-2, фиксатора-3, оси-4, храпового колеса-5, обоймы-6, ступицы-7,спиральных ленточных полос-8, шестерни-9. При вращении вала 2 одновременно закручиваются все пружины, последовательно соединенные через обойму и ступицу. После заводки вал фиксируется от поворота храповым механизмом, а шестерня выдает потребителю механическую энергию в виде крутящего момента. Максимальная величина которого, не зависит от количества пружин в многоступенчатом аккумуляторе; от этого зависит лишь число оборотов, которое способен принимать, а затем выдавать аккумулятор.

Потенциальная энергия пружины , [3].

Спиральную пружину представим в виде пластинки.

В результате закручивания на пластинку будет действовать Fц, изгибая её.

При изгибе сторона 1 – растягивается, сторона 2 – сжимается. И первая и вторая стороны (1-я вследствие электромагнитного притяжения, 2-я из-за электромагнитного отталкивания атомов в узлах кристаллической решетки) стремятся вернуть пластинку пружины в первоначальное положение.

Вдоль линии - тело не деформируется, а сторона 1 удлиняется на , сторона 2 сжимается на . Так как от линии до внешней и внутренней поверхности деформация возрастает линейно, то

,

, , следовательно

,

При изгибе, такую энергию получает каждая пружина, тогда энергия аккумулятора:

Использование накопительной механической энергии выгодно как с экологической, так и экономической точки зрения. При работе ручных фонариков, магнитофонов, часов используются гальванические элементы, которые отработав, выбрасываются, то есть тысячи килограмм химикатов и цветных металлов оказываются на свалке, тогда как пружинный фонарик, магнитофон не требует никаких эксплуатационных расходов. Полностью гальванические элементы заменить невозможно, хотя бы из-за их компактности.

Если пружинный аккумулятор сделать больше, 5-10 кг, то его можно использовать как источник питания для длительной работы маломощного радиоприемника, если его не нужно переносить. При увеличении размера пружинного аккумулятора и возможности заводить небольшим ветряком, он может обеспечить маломощное освещение жилья и питание радиоаппаратуры. Для получения большого запаса энергии необходимы электрохимические аккумуляторы, но пружинный может быть использован для работы заряжающего их генератора в более стабильном режиме, а не в зависимости от порывов ветра.

Еще одна перспективная область применения – пуск автомобильных двигателей внутреннего сгорания[5]. Сейчас для этой цели применяют мощные электростартеры, потребляющие ток большей силы от свинцовых аккумуляторов. Вместо такого стартера можно установить небольшой электродвигатель с потребляемым током в 10-20 раз меньшей силы, который станет предварительно заводить пружинный аккумулятор, запускающий двигатель. После запуска тот же электродвигатель автоматически за короткий промежуток времени восстановит энергию, то есть завод пружины стартера.

При уменьшении максимального тока, отдаваемого свинцовым аккумулятором, он прослужит намного дольше, что приведет к меньшему загрязнению окружающей среды.

Выводы.

  1. Аккумулятор механической энергии на базе множества спиральных ленточных пружин экономичен, прост в эксплуатации, основную массу и объем такого накопителя энергии составляют обычные стальные пружины, завод которого осуществляется обычной ручкой.
  2. Механические аккумуляторы могут использоваться в качестве аварийных и обеспечивающих маломощное автономное питание средств.
  3. Аккумулятор механической энергии представляет собой минимальную угрозу для загрязнения окружающей среды.

Список литературы.

  1. Манойлов, В.Е. Электричество и человек - Ленинград: ЭНЕРГОИЗДАТ, 1982.-328с.
  2. Энциклопедический словарь юного физика - М: ПЕДАГОГИКА, 1991.-439с.
  3. Техника молодежи, 1997, №11.- С.23-28.
  4. Жданов, Л.С. Физика, М ; Наука, 1987.-456с.
  5. Лансберг ,Г.С. Элементарный учебник физики, М : Наука, 1985,-723с.
  6. Яворский, Б.М., Детлаф, А.А. Справочник по физике, М : Наука, 1985, - 384с.

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

Аккумулятор механической энергии

 

Использование: в качестве привода в машинах, в динамоэлектрических ручных фонарях, в стартерах двигателей внутреннего сгорания, в детских игрушках и других. Сущность изобретения: на оси аккумулятора последовательно установлены несколько обойм со ступицами и шестерня. Первая обойма связана с храповым механизмом. Каждая спиральная пружина одним концом закреплена на обойме, в которой она заключена, а другим концом закреплена на ступице следующей обоймы. Пружина в последней обойме другим концом закреплена на ступице шестерни. Значительно повышается удельная энергоемкость аккумулятора и упрощается его конструкция, а также снижается металлоемкость. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин, в частности для динамоэлектрических ручных фонарей, для внутрицехового транспорта, для стартеров двигателей внутреннего сгорания, для детских игрушек и др.

Известен ленточный аккумулятор крутящих моментов И.Г.Мухина (авт.св. 1381293, кл. F 16 H 33/02, 1988), содержащий корпус, вал, передаточный элемент и дополнительный передаточный элемент с пружинными спиральными лентами, взаимодействующих с храповым механизмом, полумуфтами и цапфами. Недостатком данного устройства является низкая удельная энергоемкость, т.к. каждая ленточная спиральная пружина имеет свой независимый входной привод, храповой механизм, цапфы, полумуфты и втулки. Параллельно подсоединенная дополнительная ленточная пружина увеличивает крутящий момент на выходной механизм в два раза, что влечет к увеличению металлоемкости механизма передачи энергии и снижению удельной энергоемкости аккумулятора. Другим недостатком аккумулятора является сложность конструкции. Цель изобретения повышение удельной энергоемкости аккумулятора механической энергии на спиральных пружинах и упрощение конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что аккумулятор механической энергии снабжен осью, на которой последовательно установлены несколько обойм со ступицами и шестерня, при этом первая обойма связана с храповым механизмом и каждая спиральная пружина одним концом закреплена на обойме, в которой она заключена, а другим концом закреплена на ступице следующей обоймы, пружина в последней обойме другим концом закреплена на ступице шестерни. Данный признак существенно отличается от прототипа тем, что аккумулятор упростился, так как исключены детали дополнительные приводные и передаточные элементы, цапфы, храповые полумуфты, втулки. У аккумулятора уменьшилась металлоемкость. В результате последовательного соединения нескольких спиральных пружин образуется многоступенчатый аккумулятор, его энергоемкость повышается без увеличения крутящего момента, что позволяет применить передаточный механизм (редуктор) одноступенчатого аккумулятора без повышения прочности деталей последнего. Приведенные существенные признаки повышают удельную энергоемкость аккумулятора и упрощают его конструкцию. На чертеже изображен аккумулятор механической энергии, включающий: 1. Корпус. 2. Вал приема механической энергии. 3. Собачка. 4. Ось. 5. Храповое колесо. 6. Обойма. 7. Ступица. 8. Пружина спиральная ленточная. 9. Шестерня. Аккумулятор содержит корпус 1, на котором устанавливается вал 2 приема механической энергии, собачка 3 и ось 4. На валу 2 крепится храповое колесо 5. На ось 4 устанавливаются несколько обойм 6, имеющих ступицу 7. В обойме 6 содержится ленточная спиральная пружина 8, которая одним концом закреплена к обойме 6, а другой конец пружины 8 крепится к ступице 7 следующей обоймы 6. Другой конец последней пружины крепится к ступице шестерни 9 выдачи механической энергии. Аккумулятор механической энергии работает следующим образом. Вращают вал 2 приема механической энергии, при этом одновременно закручиваются все пружины 8, последовательно соединенные через обоймы 6 и ступицы 7. После заводки аккумулятора вал 2 приема механической энергии фиксируется от поворота храповым механизмом, включающим храповое колесо 5 и собачку 3, а шестерня 9 выдает потребителю механическую энергию в виде крутящего момента. Величина максимального крутящего момента не зависит от количества пружин в многоступенчатом аккумуляторе, от этого зависит лишь число оборотов, которое способен принимать и затем выдавать многоступенчатый аккумулятор.

Формула изобретения

Аккумулятор механической энергии, содержащий корпус, вал, храповой механизм и спиральные ленточные пружины, отличающийся тем, что он снабжен осью, на которой последовательно установлены несколько обойм со ступицами и шестерня, при этом первая обойма связана с храповым механизмом, и каждая спиральная пружина одним концом закреплена на обойме, в которой она заключена, а другим концом закреплена на ступице следующей обоймы, пружина в последней обойме другим концом закреплена на ступице шестерни.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на транспорте при преобразовании крутящего момента ведущего вала

Изобретение относится к средствам передачи энергии и может быть использовано в транспортных средствах

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механизмах, преобразующих крутящий момент ведущего вала

Изобретение относится к силовым установкам транспортных средств, оно может быть применено там, где используются грузовые тележки (на железнодорожных вокзалах, на материальных складах)

Изобретение относится к машинострре-

Изобретение относится к машиностроению

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в механических инерционно-импульсных передачах для автоматического изменения скорости вращения ведомого звена

Изобретение относится к машиностроению , в частности к предохранительным устройствам грузоподъемных механизмов

Изобретение относится к автомобилестроению

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях транспортных средств

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве силовой установки для привода различных машин преимущественно в энергетике, в сельском хозяйстве и на водном транспорте

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено в транспортных средствах

Изобретение относится к области электротехники и машиностроения и может быть использовано при аккумулировании и преобразовании энергии

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях тележек железнодорожных грузовых и пассажирских вагонов, вагонов метрополитена и др

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в качестве буферного накопителя энергии, например, для транспортных электрифицированных систем, источников аварийного питания, источников бесперебойного питания для ветровых и солнечных электростанций

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в приводах различных механизмов или машин

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах машин, в частности для динамоэлектрических ручных фонарей, для внутрицехового транспорта, для стартеров двигателей внутреннего сгорания, для детских игрушек и др

www.findpatent.ru

Механический аккумулятор

 

Союз Советских

Социалистических

Респубпнк

912969 (61) Дополнительное к авт. свмд-ву (22) Заявлено 10.04.80 (2I ) 2908518/25-27 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (5l)M. Кл.

F 16 06100

3Ъеударсжиньй комитет

СССР ио делаи изобретений и открытий

Опубликовано 15.03.82, Бюллетень ¹ 10

Дата опубликования описания 15.03.82 (53) УДK 629.113 (088.8) (72) Автор изобретения

В. А. Леденцов (7I) Заявитель (54) МЕХАНИЧЕСКИЙ =-ККУМУЛЯТОР

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам, где с целью исполь зования вращательного движения применены механические аккумуляторы.

Наиболее близким к изобретению является

"Рекуперативный тормоз", в котором в качестве аккумулятора механической энергии использованы плоские спиральные пружины, расположенные с двух сторон вала (11.

Недостатком этого аккумулятора является низкое число оборотов закрутки вала.

Цель изобретения — увеличение энергоемкости.

С этой целью механический аккумулятор, содержащий неподвижный корпус, в котором расположены плоские спиральные пружины и предохранительные муфты, снабжен цилиндрической двухступенчатой втулкой и дополнительными спиральными пружинами, пружины соединены между собой попарно, причем внутренние концы крайних пар жестко закреплены на корпусе предохранительной муфты, их внешние концы жестко закреплены в двухступенчатой цилиндрической втулке, внутренние концы вторых пар жестко закреп.„ лены на наружной поверхности узкой части цилиндрической двухступенчатой втулки, а их и;ешние концы жестко закреплены на корпусе аккумулятора.

На чертеже схематически изображен предлагаемый магнитный аккумулятор, продольный разрез.

Механический аккумулятор с держит корпус

1, в котором размещен приводной вал 2, получающий начальное вращение извне. На ва. лу 2 с двух сторон имеются плоские спиральные пружины 3 — 6. Корпуса пружин 3 и 4 посредством шпонок жестко соединены с корпусом 1. Внутренние концы пружин закреплены на цилиндрической части корпуса плоской спиральной пружины 5, которая соединена с пружиной 6 втулкой 7. Внутренние концы пружин 5 и 6, в свою очередь, закреплены на нилтндрической части ведомой

20 кулачковой предохранительной муфты 8.

Ведушая часть этой полумуфты имеет воэ. можность осевого перемещения на валу и связана с ним посредством шпонки. Непод912969

Составитель Е. Токмакова

Редактор Л. Алексеенко Техред С, Мигунова Корректор М. Шароши Тираж 981 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1362/46

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 вижное кольцо 9 посредством пружины 10 прижимает ее к ведомой полумуфте.

Механический аккумулятор работает следующим образом.

Приводной вал 2, получая вращение от привода, через кулачковую предохранительную муфту 8 закручивает параллельно соединенные общей втулкой 7 плоские спиральные пружины 5 и 6, которые через корпус плоской спиральной пружины 5 закручивают пру жины 3 и 4, корпуса которых жестко соединены с корпусом тормоза.

Как только число оборотов закрутки превышает предельное число оборотов закрутки плоских спиральных пружин, предохранительная муфта 8 разъединяется. Таким образом, последовательное соединение плоских спиральных пружин позволяет удвоить, утроить и тд. число оборотов закрутки приводного вала, что позволяет увеличить энергоемкость мехаъ нического аккумулятора.

Формула изобретения

Механический аккумулятор, содержащий неподвижный корпус, в котором расположены плоские спиральные пружины и предохранительные муфты, отличающийсятем, что, с целью увеличения энергоемкости, он

У. снабжен цилиндрической двухступенчатой втулкой и дополнительными спиральными пружинами, пружины соединены между собой попарно, причем внутренние концы крайних пар жестко закреплены на корпусе предохранительной муфты, их внешние концы жестко закреплены в двухступенчатой цилиндрической втулке, внутренние концы вторых пар жестко закреплены на чаружной поверхности узкой части цилиндрической двухступенчатой втулки, а их внешние концы жестко закреплены на корпусе аккумулятора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР по заявке

Р 2680367/25-27, кл. F 16 D 61/00, 1978 (прототип) .

Механический аккумулятор Механический аккумулятор 

www.findpatent.ru

Аккумулятор механической энергии

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах транспортных средств. Аккумулятор механической энергии включает вал (1), на котором жестко закреплен четырехлучевой кронштейн (2) и установлены барабан (4) и обгонная муфта (19). На концах четырехлучевого кронштейна (2) закреплены упоры (5). В полости барабана размещены пружины (7) сжатия, концы которых соединяют попарно упоры (5) кронштейна (2) и упоры (8) барабана (4). Вал (1) установлен с возможностью осевого перемещения. На одном конце вала установлена двухсторонняя электромагнитная фрикционная муфта (10), состоящая из обоймы (11) и двух полумуфт (13, 14). Полумуфта (13) жестко соединена с валом, а полумуфта (14) - с барабаном (4). Рабочие поверхности полумуфт содержат электромагнитные катушки (15, 16) и контактируют с площадками (12) обоймы. Обойма соединена с валом (20) отбора мощности. На другом конце вала (1) установлены фрикционная муфта (17) и пружины сжатия (18). Изобретение позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места транспортного средства. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в приводах транспортных средств с целью уменьшения расхода топлива за счет рекуперации энергии торможения.

Известен механический аккумулятор (А.С. 912969), в котором для накопления и отдачи механической энергии используются плоские спиральные пружины. Однако спиральные пружины обладают низкой энергоемкостью, поэтому для накопления достаточного количества энергии необходимо большое количество таких пружин, что значительно увеличит габариты устройства. Кроме того, использование такого аккумулятора на малых оборотах (например, при движении в «пробках» с кратковременными разгонами и остановками) неэффективно.

Известен аккумулятор механической энергии для машин с вращательным движением (А.С. 1693310), взятый за прототип, содержащий в качестве накопителей механической энергии пружины сжатия, обладающие большей удельной энергоемкостью, чем спиральные пружины. Однако устройство этого аккумулятора имеет сложную конструкцию.

Задачей предлагаемого изобретения является создание компактного и простого по конструкции аккумулятора механической энергии, способного работать на низких и сверхнизких оборотах, и накапливать механическую энергию упругодеформированных элементов в количестве, достаточном для возможности его применения в транспортных средствах.

Техническим результатом является уменьшение расхода топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении и последующего использования накопленной энергии для трогания с места транспортного средства.

Техническая задача решается предлагаемым аккумулятором механической энергии (далее аккумулятор), включающим 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. 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 контактирования с площадкой, а обойма соединена с валом отбора мощности. На другом конце вала установлены фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала.

Применение предлагаемого аккумулятора позволит уменьшить расход топлива в двигателе за счет накопления энергии при рекуперативном торможении с последующим ее использованием для трогания с места транспортного средства.

На фиг.1 и 2 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в нейтральном положении. На фиг.3 и 4 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем рекуперативному торможению (накоплению энергии). На фиг.5 и 6 изображены аккумулятор механической энергии и его фронтальная проекция в положении, соответствующем троганию с места (отдаче накопленной энергии).

Аккумулятор включает 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 5. В полости 6 барабана 4 по дуге размещены пружины сжатия 7, концы которых соединяют попарно упоры 5 кронштейна и упоры 8 барабана. 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 барабаном 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 11. 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 барабана 4 на его корпусе установлена обгонная муфта 19. Вращение передается с вала отбора мощности 20 на аккумулятор и в обратном направлении через обойму 11.

При движении транспортного средства аккумулятор 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 аккумулятор неподвижен.

При рекуперативном торможении вращающий момент с вала отбора мощности 20 необходимо передать на аккумулятор (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 барабан 4. При этом вместе с полумуфтой 14 аккумулятор перемещается вдоль оси вправо, а фрикционная муфта 17 фиксирует вал 1 от вращения. При неподвижном вале 1 с кронштейном 2 барабан 4 совершает поворот и сжимает пружины 7, накапливая в них потенциальную энергию.

Впоследствии для трогания с места транспортного средства вращающий момент с аккумулятора 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. Аккумулятор перемещается вдоль оси влево, муфта 17 расцепляется, давая валу 1 возможность вращаться. При неподвижном барабане 4, зафиксированном от вращения в обратную сторону обгонной муфтой 19, сжатые пружины 7 разжимаются и приводят во вращение кронштейн 2 с валом 1. При этом вращающий момент с вала 1 передается на вал отбора мощности 20 посредством сцепления полумуфты 13 с правой площадкой 12 обоймы 11.

Таким образом, аккумулятор отдает потенциальную энергию упругодеформированных пружин 7, приводя в движение транспортное средство, после чего напряжение в катушке 16 отключается, и под действием пружин сжатия 18 аккумулятор снова переходит в нейтральное положение.

Аккумулятор механической энергии, включающий 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, 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 контактирования с площадкой, а обойма соединена с валом отбора мощности, на другом конце вала установлены фрикционная муфта для периодической остановки вращения вала и пружины сжатия, обеспечивающие нейтральное положение вала.

www.findpatent.ru