Маховик зі змінним моментом інерції

Реферат: Винахід належить до галузі машинобудування і може бути використаний як акумулятор механічної енергії. Маховик включає маточину з горизонтальною віссю обертання, на якій закріплено порожнистий обід з немагнітного матеріалу з овальним поперечним перерізом, причому більшу вісь овалу орієнтовано у радіальному напряму. Порожнина ободу заповнена феромагнітною рідиною. Зовні ободу, кількістю не меншою двох, рівномірно по його периметру розміщено котушки з осердями прямокутного поперечного перерізу. На торцях осердь закріплено полюсні наконечники, які охоплюють обід з протилежних сторін. Винахід дозволяє спростити конструкцію пристрою, збільшити надійність роботи та рівень безпеки при його експлуатації. UA 99528 C2 (12) UA 99528 C2 UA 99528 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі машинобудування і може бути використаний як акумулятор механічної енергії. Відомий пристрій зі змінним моментом інерції [А.с. СССР № 1640481, МПК F16F 15/30. Маховик Лашевича /А.Б. Лашевич/ Бюл. № 13, 1991] у складі внутрішнього та зовнішнього ободів, які створюють циліндричну камеру, заповнену рідиною. У камері розміщено вигнуті урівень із зовнішньою поверхнею внутрішнього ободу лопаті, які одним кінцем закріплені на ньому, підпружинені до нього і симетрично розміщені між собою. У внутрішньому ободі виконано канали, які виходять під внутрішні поверхні сусідніх лопатей. Недоліками вказаного пристрою є складність конструкції, яка зумовлена використанням значної кількості механічних деталей, та неможливість керування моментом інерції маховика. Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого винаходу є пристрій [А.с. СРСР № 937823, Кл. F16F 15/30. Маховик /М.Т. Зиновьев, О.М. Киселев и Т.М. Зиновьева // Бюл. № 23 1982] у складі маточини, на якій закріплено порожнистий тороїдний обід. Порожнина ободу заповнена мастильною рідиною та контактувальними один з одним і з ободом кулями, виконаними із феромагнітного матеріалу. На ободі закріплено охоплюючу його котушку у вигляді соленоїда, яку сполучено з джерелом електричного струму. Недоліками зазначеного пристрою є: (1) складність конструкції, що викликана необхідністю розміщення котушки на обертовому ободі; (2) низька надійність роботи із-за можливого затискання куль при деформації ободу відцентровими силами. В основу винаходу поставлено задачу по вдосконаленню маховика, в якому шляхом зміни форми поперечного перерізу ободу, збільшенням числа котушок, іншим розміщенням їх відносно ободу, використанням феромагнітної рідини для заповнення ободу забезпечується спрощення конструкції та збільшення надійності роботи і за рахунок цього досягається більш ефективне накопичення та віддавання механічної енергії. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому маховику зі змінним моментом інерції, що включає маточину, на якій закріплено порожнистий обід з немагнітного матеріалу, заповнений рідиною, та котушку з магнітопроводом, приєднану до керованого джерела електричного струму, згідно з винаходом, рідину вибрано феромагнітною, а обід у поперечному перерізу виконано овальним з орієнтацією більшої осі у радіальному напряму та введено додаткові котушки з розміщенням їх загальної кількості зовні ободу і рівномірно по його периметру; магнітопровід кожної з котушок виконано з осердям та примикаючих до його торців полюсних наконечників, які охоплюють обід з протилежних сторін. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображено поперечний переріз пристрою; на фіг. 2 - вид збоку; на фіг. 3 - поперечний переріз полюсного наконечника. До складу пристрою входить маточина 1 з горизонтальною віссю обертання, на якій закріплено порожнистий обід 2 з овальним поперечним перерізом, причому більшу вісь овалу орієнтовано у радіальному напряму (фіг. 1, 2). Порожнина ободу повністю заповнена феромагнітною рідиною. Зовні ободу 2 і через однакові проміжки по колу розміщено нерухомо не менше двох котушок 3 на осердях 4 з прямокутним поперечним перерізом (на фіг. 2, як варіант, показано чотири котушки). Котушки 3 приєднано до керованого джерела струму (на кресленні не показано). До торців осердь прикріплено полюсні наконечники 5 і 6 таким чином, що вони охоплюють (з відповідним повітряним проміжком) обід 2 з протилежних по його товщині сторін. Довжину полюсних наконечників виконано не меншою ширини ободу 2 (фіг. 2). З внутрішньої сторони (з боку ободу) полюсні наконечники 5 і 6 виконано зубчастими, причому зубці орієнтовано по ширині ободу і виконано зі зрізаними вершинами з шириною площадкиd (фіг. 2, 3). Значення d повинно бути не меншим визначеного за формулою, а саме: d≥31,4Rn, де R - зовнішній радіус ободу, м; n - частота обертання маточини, об/с;  - стала часу феромагнітної рідини, с. -5 Так, при використанні феромагнітної рідини з =2*10 с і при n=50 об/с, R=0,5 м, маємо d1,57 см. Пропонований пристрій працює таким чином. Обід 2 разом з маточиною 1 розкручуються при відсутності електричного струму в котушках 3. При цьому в'язкість феромагнітної рідини в ободі мінімальна, що забезпечує мінімальний момент інерції і, як наслідок, мінімальну пускову потужність. Обід 2 при обертанні під дією відцентрових сил набуває у поперечному перерізі конусоподібну форму, тобто повітряні проміжки між полюсними наконечниками 5, 6 і ободом 2 збільшуються по радіусу з обох сторін ободу, досягаючи максимального значення на його зовнішньому радіусі. При відборі потужності від розкрученого пристрою вмикається і поступово збільшується струм у котушках 3. При цьому, по-перше, в'язкість феромагнітної рідини в ободі 1 UA 99528 C2 5 10 між полюсними наконечниками збільшується, по-друге, зростає дія магнітних сил на рідину з притисканням її зсередини до верхньої і нижньої поверхонь ободу, що сповільнює рух рідини відносно ободу в напряму від його внутрішнього до зовнішнього радіусів і змушує феромагнітну рідину віддавати свою кінетичну енергію ободу, внаслідок чого збільшується крутильний момент пристрою. Після вимкнення струму в котушках 3 зникає дія магнітних сил на феромагнітну рідину і відновлюється її попередня в'язкість, що зменшує момент інерції пристрою і забезпечує безпеку при його експлуатації, особливо при раптовій зупинці маточини або ободу. Розміщення котушок зовні рухомого ободу та використання феромагнітної рідини для його заповнення спростить конструкцію пристрою, збільшить надійність роботи та рівень безпеки при його експлуатації. Збільшення числа котушок та їх рівномірне розміщення по периметру ободу забезпечить зрівноваження ободу при його обертанні. Виконання полюсних наконечників зубчастими зі сторони ободу дозволить збільшити дію магнітних сил або зменшити розмір струму, достатнього для гальмування феромагнітної рідини. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Маховик зі змінним моментом інерції, що включає маточину, на якій закріплено порожнистий обід з немагнітного матеріалу, заповнений рідиною, та котушку з магнітопроводом, приєднану до керованого джерела електричного струму, який відрізняється тим, що рідину вибрано феромагнітною, обід у поперечному перерізі виконано овальним з орієнтацією, більшою осі у радіальному напряму та введено додаткові котушки з розміщенням їх загальної кількості зовні ободу і рівномірно по його периметру; магнітопровід кожної з котушок виконано з осердям та примикаючих до його торців полюсних наконечників, які охоплюють обід з протилежних сторін. 2 UA 99528 C2 Комп’ютерна верстка M. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3