В НГТУ НЭТИ разрабатывают привод маховичного накопителя энергии для экономии топлива и снижения экологической нагрузки
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ ведется работа по созданию привода маховичного накопителя энергии (МНЭ), в основе которого лежат бесконтактные магнитные передачи механической мощности. Использование данного устройства в транспортных системах позволит существенно экономить топливо и уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.
Маховичный привод является эффективным накопителем энергии. Он способен работать в широком диапазоне температур (от –25 до +50 °С), его удельная энергоемкость значительно превосходит энергоемкость химических аккумуляторов. Другой положительный момент использования МНЭ заключается в возможности мгновенной передачи или приема практически любой мощности, ограниченной в случае механических передач лишь пределом прочности конструкционных материалов, отмечает доцент кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок НГТУ НЭТИ Юрий Панкрац.
«Маховик работает как аккумулятор кинетической энергии, преобразуя ее в электрическую при торможении и возвращая в бортовую сеть транспортного средства. Накопленную энергию можно использовать при пиковых нагрузках, например, при интенсивном разгоне или преодолении подъемов. Это позволит существенно снизить нагрузку на двигатель, потребление топлива и количество вредных выбросов в атмосферу. Такая система наиболее эффективна в городском цикле с частыми разгонами/торможениями транспорта», — рассказал инженер научно-исследовательской лаборатории «Испытания электроприводов» НГТУ НЭТИ доктор технических наук, профессор Анатолий Сапсалев.
В НГТУ НЭТИ предложили для привода маховика использовать магнитную муфту — бесконтактное устройство передачи механической энергии (крутящего момента) между валами с помощью магнитного поля. На первичной (ведущей) и вторичной (ведомой) полумуфтах, разделенных воздушным зазором, расположены постоянные магниты, ориентированные полюсами друг к другу. Когда двигатель вращает первичную, магнитные линии ее полюсов сцепляются с полюсами вторичной, заставляя маховик, расположенный на одном валу с вторичной полумуфтой, раскручиваться без механического контакта между вращающимися частями. Это обеспечивает практически полное отсутствие трения, что минимизирует потери энергии, снижает износ деталей и увеличивает ресурс оборудования. Отсутствие жесткой механической связи гасит вибрации и защищает от перегрузок — при резких скачках нагрузки или заклинивании полумуфты начинают проскальзывать относительно друг друга, предотвращая повреждение электродвигателя и других элементов привода.
В полумуфтах можно использовать не только постоянные магниты, для производства которых требуются сплавы на основе редкоземельных металлов, но и электромагниты, обеспечивающие гибкость и высокую мощность при управлении, добавляет Анатолий Сапсалев. При использовании электромагнитного возбуждения сила связи (передаваемый крутящий момент) напрямую регулируется величиной тока, проходящего через обмотки. В отличие от постоянных магнитов электромагниты требуют непрерывной подачи электричества для поддержания магнитного поля.
Перспективной областью применения предлагаемого устройства, в основе которого лежат бесконтактные магнитные передачи механической мощности и маховичные накопители энергии, являются рельсовые транспортные средства (железнодорожные составы, метро, трамваи, канатные дороги). На их торможение уходит очень много энергии и, если не тратить ее впустую, нагревая тормозные механизмы, а раскрутить маховик, накопленную энергию можно потратить на набор скорости. Такой способ позволит сэкономить до 30% энергии, потребляемой транспортным средством.
Применение маховичного накопителя энергии в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) перспективно тем, что электродвигатели, сопряженные с таким маховиком, гораздо меньше греются по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. Уменьшение теплового следа делает беспилотник менее заметным для ИК-датчиков. Кроме того, высокая скорость отдачи энергии маховичного накопителя важна для быстрого взлета или резких маневров. Сфера применения устройства, кроме городского транспорта и БПЛА, — колесные, гусеничные и плавающие беспилотные аппараты.
В текущем году учеными НГТУ НЭТИ подана заявка на регистрацию объекта интеллектуальной собственности «Привод маховичного накопителя энергии».