飛輪混合系統的製作方法
2023-05-05 01:37:31 1
飛輪混合系統的製作方法
【專利摘要】一種用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統包括動能存儲裝置，具有驅動器輸出部的驅動器，具有傳動比的連接到驅動器輸出部的變速器，通過第一離合器連接到變速器的皮帶傳動附屬系統；動能存儲裝置通過第二離合器連接到皮帶傳動附屬系統，並且動能存儲裝置和變速器通過第一離合器和第二離合器可連接。
【專利說明】飛輪混合系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種飛輪混合系統，並且尤其地涉及一種包括有選擇地連接到內燃機附屬皮帶傳動系統的飛輪的飛輪混合系統。
【背景技術】
[0002]飛輪是儲存能量和調節速度的公知裝置。在包括汽車在內的車輛上，大的飛輪典型地安裝到曲軸上。飛輪慣性起到消除內部燃燒過程的脈衝屬性並且防止速度波動傳遞到變速器以及動力傳動系統的其它部件上的作用。
[0003]飛輪的其它用途也是公知的。例如，飛輪用於調節電網頻率。如圖1A所示，如圖1所示，當需要的電力高時，發電機速度降低，引起供給的AC電力的頻率的降低。在峰值需求，飛輪系統可以提供功率，降低發電機上的負載。這將發電機的速度保持增加並且維持了AC電力的頻率。另外，基於飛輪的輔助動力單元(APU)可以在電力設備應用中使用。在醫院，如果失去電網電力，則基於飛輪的APU可用於提供緊急電力以橋接電網電力損失與柴油發電機啟動之間的缺口。類似地，在斷電面前，緊急的計算機系統可以是保持供電。
[0004]圖1B示出了飛輪在製造業中的使用。諸如壓床的機器使用飛輪A在變化的負載下保持恆定的速度。
[0005]此外，叫做動能回收系統(KERS)的飛輪系統在包括開式輪的座圈的某些座圈應用中使用。例如，通過回收否則在制動中被浪費的能量，KERS可以在6.67秒提供額外的80Hp。
[0006]另一公知的系統由如圖2所示的英國，北安普敦郡，Flybrid系統提供。該系統通常包括飛輪模塊A，CVT模塊B，傳動機構C，以及輸出傳動軸D。系統提供60kW並且可以在飛輪中存儲最高速度為60000RPM的400kJ的能量。
[0007]現有技術的代表是美國專利號3，672，244，其公開了一種汽車系統，採用了能夠存儲並且迅速地消散連接到變速器的大量動能的高速、質量適中的飛輪，以及用於以相對低的能量水平供給動能至飛輪的裝載裝置，所述變速器適於允許來自飛輪的存儲動能平穩的釋放至車輛車輪。該系統通過有效的能量轉換裝置提供了極大的燃料經濟性和減輕的汙染。
[0008]需要的是飛輪混合系統，其包括有選擇地離合到內燃機附屬皮帶傳動系統的飛輪。本發明滿足該需求。
【發明內容】
[0009]本發明的主要方面是提供一種飛輪混合系統，其包括有選擇地離合到內燃機附屬皮帶傳動系統上的飛輪。
[0010]通過發明的以下描述和附圖，將會明顯地指出或作出本發明的其它方面。
[0011]本發明包括用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，該系統包括動能存儲裝置，具有驅動器輸出部的驅動器，具有傳動比的連接到驅動器輸出的變速器，通過第一離合器連接到變速器的皮帶傳動附屬系統，該動能存儲裝置通過第二離合器連接到該皮帶傳動附屬系統，並且該動能存儲裝置和該變速器通過第一離合器和第二離合器可連接。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]附圖，其合併入並且形成說明書的一部分，示出了本發明的優選實施例，並且與說明書一起，起到解釋本發明的原理的作用。
[0013]圖1A是示出了動力系統的調節的圖示的現有技術。
[0014]圖1B是示出了使用飛輪的一件工業設備的現有技術。
[0015]圖2是示出了動力傳動系統KERS系統的現有技術。
[0016]圖3A是用於圖3B中的系統的皮帶輪比的圖表。
[0017]圖3B是本發明的KERS系統的圖解。
[0018]圖4是飛輪的透視圖。
[0019]圖5A是用於圖5B中的系統的皮帶輪比的圖表。
[0020]圖5B是示出了飛輪傳動的發明的KERS系統的圖解。
[0021]圖6是示出了系統特性的圖表。
[0022]圖7是示出了系統特性的圖表。
[0023]圖8A是用於圖8B中的系統的皮帶輪比的圖表。
[0024]圖SB是示出了在制動情況期間飛輪再裝載的本發明的KERS系統的圖解。
[0025]圖9是示出了在飛輪再裝載期間飛輪速度特性的圖表。
[0026]圖1OA是示出了在空調工作時燃料節省的圖表。
[0027]圖1OB是示出了沒有空調時燃料節省的圖表。
【具體實施方式】
[0028]以下的描述僅僅是提供了實施例，並不旨在限制權利要求的範圍、應用或結構。相反地，以下的描述僅為本領域技術人員提供了實施所述的示例性的描述。應當理解，在不背離所附權利要求的精神和範圍的情況下在元件的功能和布置上可以作出各種改變。
[0029]發明的系統包括用於驅動內燃機皮帶傳動附屬系統(ABDS)的動能回收系統(KERS)。雙離合器結構允許內燃機或者飛輪驅動附件。
[0030]如果當車輛制動作用時原本浪費的能量被回收並且存儲以隨後使用用於推動附件時，可以實現顯著的燃料節省。通常，再生制動能量用於推動車輛，這是效率不高的。在本發明的系統中，回收能量通過使用飛輪將用於驅動發動機附件。
[0031]用於驅動發動機附件的本發明的KERS系統在圖3中示出。
[0032]系統1000包括內燃(IC)發動機100。發動機100可以包括在諸如客車，卡車，公共汽車的車輛或任意其它使用IC發動機的車輛使用的發動機。發動機100可以包括任意數量的氣缸，可適於使用該發動機的特定車輛應用。
[0033]發動機100具有諸如曲軸的發動機輸出部101。皮帶輪102連接到曲軸101的端部。皮帶輪102可以包括V形皮帶輪或多楔V形皮帶輪。
[0034]皮帶105跨越在皮帶輪102和皮帶輪103之間。皮帶105可以包括或者V形皮帶，多楔V形皮帶，鏈或者其它適當的柔性動力傳遞構件。[0035]皮帶輪103連接到軸104上。皮帶輪103可以包括V形皮帶輪或多楔V形皮帶輪。軸104用於重新定向該輸出部並且取決於車輛的結構可以包含在系統內或排除在系統外。
[0036]軸104連接到變速器300。示例性的變速器包括三個速度比，即，2.0: I (齒輪301,304) ,1.2: 1(齒輪 302、305)和 0.94: I (齒輪 303、306)。變速器 300 可以包括適於與旋轉的輸出軸一起使用的本領域中任意公知的。
[0037]變速器300連接到第一離合器400。變速器300是摩擦片類型離合器。
[0038]飛輪200連接到齒輪201和齒輪202。在該實施例中，齒輪201和202的傳動比是8.0: I。齒輪202連接到第二離合器500。變速器500是摩擦片類型離合器。
[0039]離合器400的輸出部和離合器500的輸出部都連接到皮帶輪405。皮帶輪405可以包括V形皮帶輪或多楔V形皮帶輪。
[0040]皮帶輪405通過皮帶204連接到雙皮帶輪203A，203B的皮帶輪203B。雙皮帶輪203A，203B可以包括V形皮帶輪或多楔V形皮帶輪。皮帶輪203A和203B固定在一起。皮帶204可以包括或者V形皮帶，多楔V形皮帶，或者其它適當的柔性動力傳遞構件。
[0041]附件包括交流發電機600，空調壓縮機700和動力轉向泵800。皮帶輪601連接到交流發電機600。皮帶輪701連接到空調壓縮機700。皮帶輪801連接到動力轉向泵800。皮帶205在每個皮帶輪601，701和801與皮帶輪203A之間順序連接。每個皮帶輪601，701，801可以包括V形皮帶輪或多楔V形皮帶輪。然而，每個皮帶輪必須與用於給定系統的相同皮帶類型一致。皮帶205可 以包括V形皮帶輪或多楔V形皮帶輪。
[0042]系統的布置允許飛輪使用與僅使用變速器300的三速附件驅動相同的齒輪裝置。示例性的飛輪在圖4中示出。在該實施例中，飛輪2000包括卷繞在鋼輪轂2002上的碳繩索環形物2001。碳繩索環形物被容納在殼體2003中以防止碎屑的進入。
[0043]飛輪系統通過8.0: 1.0速度比的變速器連接到離合器400，500。例如，如果發動機的最小速度是800RPM並且飛輪的最小速度是32，000RPM，那麼飛輪與ABDS的比率將是
[0044]
M飛輪/廁== = 40.0
[0045]在該速度比，當發動機轉速上升超過一些閾值時，飛輪200必須與發動機100斷開
以防止超速。例如，如果飛輪的速度極限是60，000RPM，那麼= 1500i?PM的發動機轉
40
速和以上時，飛輪應當斷開。
[0046]圖3A中示出了用於系統的皮帶輪比。圖3A中的圖表符號示出了用於相關齒輪組的傳動比。
[0047]本發明中使用的飛輪200在圖4中示出，其相對較小並且以30，000RPM以上的速度工作。示例性的飛輪是安裝在金屬輪轂上的碳纖維複合材料。飛輪在真空中工作以將通風損耗最小化。在該實施例中，飛輪的慣性大約是0.035kg.m2。
[0048]在第一模式中，存儲在飛輪200中的動能用於推動附件。在第二模式中，飛輪通過車輛的制動能量裝載。在第三模式中，當飛輪怠速的同時，發動機驅動附件。
[0049]如圖5所示，附件通過恆定的速度比連接到高速飛輪上:
[0050]— X 0.4 X 0.50 = 0.025
8.0[0051]通過使用這樣大的速度比，附件的速度保持很低並且附件的轉速變化保持相對很小，即使飛輪速度可能有較大程度的變化。這將最小化飛輪必須提供的功率，並且因此提供更高效的系統。
[0052]為了使用飛輪推動附件，離合器400斷開並且離合器500接合。該結構將附件與發動機斷開並且使用來自飛輪的功率。圖5B中的箭頭示出了從飛輪至附件的功率流。
[0053]為了該示例，假定飛輪維持在32，000RPM的最小速度上。如果飛輪速度低於該值，則離合器400接合併且離合器500斷開。這將附件與發動機重新連接並且斷開飛輪。當飛輪怠速的同時附件然後將通過三速變速器300由發動機驅動，直到車輛制動情況發生以回收能量並且裝載飛輪為止。
[0054]在提及的示例中，FTP75城市循環用作系統分析的基礎。此外，諸如具有2.4L發動機的豐田凱美瑞的通用車輛在兩個ABDS加載條件下作為模型。基本結構具有25安培的電力負載，並且沒有空調。加載結構具有50安培電力負載和空調負載。增加的電力負載是用於AC風機馬達。
[0055]圖6中示出的示例示出了基礎結構,從車輛制動器回收的能量足以在整個循環中推動附件。在示例中，當飛輪到達較低速度閾值並且發動機推動附件時，僅存在兩個短暫的情況，直到飛輪再次裝載為止。
[0056]當車輛停止時，由於發動機在這時停機，示例的系統配置為不推動附屬。繪圖示出了當車輛速度為零 時，由飛輪和發動機供給的功率為零。
[0057]當AC啟動，ABDS比AC停止時的基礎系統需要更多的功率。剩餘功率由飛輪200和發動機100供給。如果假定在發動機怠速期間，附件在工作時暫停，則圖7中示出了推動附件的功率的繪圖。注意發動機現在不得不供給電力至附件的周期更大。
[0058]當發動機驅動附件時，其通過三速附屬傳動變速器300這樣做。每當存在制動情況時，系統裝載提供制動轉矩至車輛的飛輪。為了良好的駕駛性，大多數的制動能量可以回收，但不是全部。這是因為駕駛員不得不對制動器作用的時間長度以及什麼壓力進行控制。設法回收全部的制動能量可能導致不合意的駕駛經歷。
[0059]在圖8中不出了在制動情況期間的系統結構。圖8A不用於圖8B中的系統的皮帶輪比的圖表。在制動情況期間，發動機轉速減少並且同時希望增加飛輪速度。這可以用離合器和變速器實現。箭頭示出了從飛輪至附件的功率流。
[0060]在飛輪裝載過程期間，如圖9中所示，離合器400和離合器500接合併且功率從發動機通過離合器和變速器傳遞至飛輪和附件。在裝載過程期間選擇的實際比率將取決於在該點的發動機轉速。
[0061]例如，當裝載過程開始時，假定發動機轉速是2000RPM並且飛輪在32，000RPM。如果採用了具有0.94比率的變速器300，則在離合器一側上的速度將為:
[0062]2000RPM X 2.5X0.94 = 4700RPM
[0063]而在離合器的飛輪側上的速度將為:
[0064]32000RPM x —= 4000RPM。
8.0
[0065]這導致了在離合器400上700RPM的速度差並且發動機與飛輪之間的有效速度比率為:
【權利要求】
1.一種用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，包括: 動能存儲裝置； 具有驅動器輸出部的驅動器； 具有傳動比且連接到所述驅動器輸出部的變速器； 通過第一離合器連接到所述變速器的皮帶傳動附屬系統； 所述動能存儲裝置通過第二離合器連接到所述皮帶傳動附屬系統；以及 所述動能存儲裝置和所述變速器能夠通過所述第一離合器和所述第二離合器連接。
2.根據權利要求1所述的用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，其中所述驅動器包括內燃機。
3.根據權利要求1所述的用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，其中所述動能存儲裝置包括飛輪。
4.根據權利要求1所述的用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，其中所述皮帶傳動附屬系統包括交流發電機。
5.根據權利要求1所述的用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，其中所述變速器包括至少兩個傳動比。
6.根據權利要求1所述的用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，進一步包括可操作地布置在所述動能存儲裝置和所述皮帶傳動附屬系統之間的雙比率皮帶輪。
7.根據權利要求1所述的用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，其中所述動能存儲裝置通過皮帶連接到所述皮帶傳動附屬系統。
8.根據權利要求1所述的用於皮帶傳動附屬系統的動能回收系統，其中所述變速器和所述驅動器通過皮帶連接。
9.一種動能回收系統,包括: 動能存儲裝置； 驅動器； 具有傳動比且通過皮帶連接到所述驅動器的變速器； 通過第一離合器能夠連接到所述變速器的皮帶傳動附屬系統； 所述皮帶傳動系統能夠通過第二離合器連接到所述動能存儲裝置；以及 所述第一離合器可連接到所述第二離合器。
10.一種動能回收系統，包括: 驅動器； 皮帶傳動發動機附屬系統； 布置在所述驅動器和所述皮帶傳動發動機附屬系統之間的變速器； 動能存儲裝置；以及 所述皮帶傳動發動機附屬系統通過第一離合器和皮帶能夠由所述驅動器驅動或者通過第二離合器和所述皮帶能夠由所述動能存儲裝置驅動。
【文檔編號】B60K25/00GK103998744SQ201280047968
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年8月28日 優先權日:2011年9月29日
【發明者】A·塞基, I·阿里 申請人:蓋茨公司