驅動皮帶輪的製作方法
2024-02-10 23:25:15
專利名稱：驅動皮帶輪的製作方法
技術領域：
本發明涉及驅動皮帶輪，該驅動皮帶輪用於連接發動機，特別是汽車發動機，以驅動輔助設備，例如冷卻液泵或冷卻風扇，冷卻液泵使冷卻液在冷卻管路中循環，冷卻風扇將空氣吹到和/或吹過散熱器或者壓縮機，例如空調壓縮機。
背景技術：
內燃機通常包括冷卻液泵和/或冷卻風扇(在本說明書中統稱為「冷卻泵」)，用以從發動機散發多餘的熱量並防止發動機過熱。這種冷卻泵通常具有帶有皮帶輪的輸入軸，該皮帶輪由傳動帶驅動，該傳動帶還圍繞經過驅動皮帶輪，該驅動皮帶輪直接安裝在發動機曲軸的一端或由曲軸驅動的軸上。因此，驅動皮帶輪的速度通常與發動機的速度直接相關。
但是，內燃機具有特定溫度範圍，在該溫度範圍內，內燃機能以最大效率運行，多餘的熱量必須通過冷卻泵散發，從而保證內燃機處於該溫度範圍內。這些多餘的熱量隨許多因素而變化，包括車速、發動機負載和周圍溫度。低速行駛車輛中在高負載、高周圍溫度下運行的發動機所需要散發的熱量，遠遠高於高速行駛車輛中在低負載、低周圍溫度下運行的發動機所需要散發的熱量。
但是，傳統冷卻泵的速度僅僅隨發動機的速度而改變，卻與上述任何一個因素無關。由於過熱對發動機特別有害，因此，冷卻泵和驅動冷卻泵的皮帶輪傳統上製造為在所有條件下能使發動機散發的熱量足夠多，這必然意味著在發動機的大部分運行壽命中不必要地散發了過多的熱量。這表明，在這些發動機使用壽命的相當大部分時間內，發動機通常在比最佳溫度低的溫度下運行。此外，作為冷卻泵能消耗發動機總輸出功率大約10％的事實的結果，這意味著在發動機大部分工作時間內，冷卻泵浪費了能量，由此反過來意味著發動機的總工作效率小於理論上能達到的數值。
發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種連接於發動機的驅動皮帶輪，該驅動皮帶輪允許與其連接的冷卻泵或類似裝置在不依賴於發動機速度的速度下而驅動。
具有無級變速系統的各種不同類型的傳動系統是公知的，但這些傳動系統一般不僅昂貴，而且體積龐大。後一個特點對於汽車發動機來說尤其成問題，因為汽車中發動機蓋下的空間已經極為有限，並且對於汽車設計者，如果需要他們在通常可用的非常有限的空間內裝入一個更大體積的發動機，這將成為一個重要問題。
因此，本發明的又一目的是提供一種上述類型需要很少或不需要額外空間的皮帶輪，從而可以容易地裝入汽車發動機蓋下的空間。
根據本發明，提供了一種用於發動機的冷卻泵或類似裝置的驅動皮帶輪，所述皮帶輪包括連接發動機的輸入和包括中空圓柱件的輸出，該中空圓柱件的外表面構成傳動皮帶的配合表面，所述輸入和輸出通過傳動系統連接，該傳動系統包括行星齒輪組，該行星齒輪組包括兩個或更多個第一行星齒輪以及兩個或更多個第二行星齒輪，所述第一行星齒輪連接於各自的行星軸以繞該行星軸的軸線旋轉，並且所述第一行星齒輪與第一太陽齒輪嚙合；所述第二行星齒輪與各自的第一行星齒輪連接並隨第一行星齒輪旋轉，並且所述第二行星齒輪與第二太陽齒輪嚙合。所述行星軸連接於構成輸入的公共機架，所述第一太陽齒輪連接到輸出。該傳動系統還包括兩臺電動機/發電機，該電動機/發電機的轉子分別連接第二太陽齒輪和輸出，該電動機/發電機的定子電接頭連接到控制器，用於選擇性地改變所述接頭與控制器之間的電力流動，該傳動系統至少部分容納在所述中空圓柱件內。
根據本發明的的驅動皮帶輪由此構成一個集成單元，該集成單元包括皮帶輪和固定變量輸出比的傳動系統。雖然通常使用的汽車皮帶輪是具有較小軸向長度的單V型，但目前通常使用的現代汽車皮帶輪是所謂具有較大軸向長度的多V型。這種皮帶輪通常是中空的，並佔有相當大的空間。然而，傳動系統至少部分容納在所述中空圓柱件內，該中空圓柱件的外表面構成傳動帶的配合表面，因此傳動系統需要的額外空間很少。
根據本發明驅動皮帶輪的傳動系統不需要任何加工有內齒的環狀齒輪。這樣具有的優點是，與使用傳統環狀齒輪或內齒輪的情況相比，該傳動系統的直徑相當小，因此傳動系統可以容易地設計其尺寸以至少部分地裝入傳統汽車皮帶輪中。實際上，所有齒輪都是正齒輪，由於都是加工有外齒，成本非常低。
使用時，電動機/發電機中的一臺作為發電機，並將電力傳遞到另一臺作為電動機的電動機/發電機。通過控制器可以選擇地改變如上傳遞的電力的大小，從而改變傳動系統的傳動比。因此，動力通過傳動系統既機械地又電力地傳遞，該動力按比例隨傳動比的變化而變化。因此，傳動系統的輸出速度以及皮帶輪的速度，可以不依賴於輸入速度而改變。這意味著，根據本發明的皮帶輪驅動的風扇、水泵或類似裝置的速度可以不依賴於發動機的速度而改變，這又意味著可以在最適合於發動機所需的瞬時冷卻的速度下精確地工作。因此，風扇或水泵不再消耗不必要的能量，從而提高發動機的總效率。
如果將兩臺電動機/發電機裝在與行星和太陽齒輪隔離的隔間內將是方便的，由此消除了電動機/發電機可能被齒輪組的油或類似物汙染的危險，進一步優選地，容納電動機/發電機的隔間位於所述圓柱件內。
第一和第二行星齒輪可以分別直接與第一和第二太陽齒輪嚙合。在這種情況下，行星齒輪組是所謂的正型。如果當支架保持靜止時，太陽齒輪以及與行星齒輪嚙合的齒輪元件沿相同方向旋轉，則行星齒輪組是正型；而如果當支架保持靜止時，沿一個方向旋轉的太陽齒輪的旋轉，使得與行星齒輪嚙合的齒輪元件沿相反方向旋轉，則行星齒輪組是負型。
實際上可以發現，負型的行星齒輪組更方便，因為這使所謂的R0比變低。R0定義為太陽齒輪的齒數和與行星齒輪嚙合的齒輪元件的齒數之比。因此，優選地，第一行星齒輪或者第二行星齒輪與各自的惰輪齒輪嚙合，該惰輪齒輪與第一或第二太陽齒輪嚙合，從而第一或第二行星齒輪僅是間接地分別與第一或第二太陽齒輪嚙合。
第一和第二行星齒輪成對連接在一起以一起旋轉。為此，每對第一和第二行星齒輪可以構成一個獨立單元，作為一個主體圍繞相關的行星軸旋轉。作為選擇地，每個第一和第二行星齒輪可以由相關行星軸非轉動地支撐，也就是說，它們剛性地連接在行星軸上或者甚至形成為行星軸的一個整體部分，並且在這種情況下，行星軸相對支架圍繞自身的軸旋轉。
在優選實施方式中，控制器連接溫度傳感器，用於根據從溫度傳感器接收的信號大小來改變兩臺電動機/發電機單元之間傳遞的電力。實際上，控制器為如下設置當傳感器檢測的溫度升高時，輸出速度也增大。這意味著，在使用時，當發動機變熱時，空氣風扇或水泵的速度增大，從而增大從發動機散熱的速率，因而使發動機冷卻。
優選地，控制器連接可充電電池，並且用於還控制兩臺電動機/發電機和電池之間的電力流動。因此，如果在一個短暫時間周期內一臺電動機/發電機所需的電力超過另一臺電動機/發電機提供的能力，則可以從電池獲取額外的電力。當一臺或另一臺電動機/發電機具有過剩電力時，控制器可以將此電力轉到電池中以對該電池充電。此實施方式為機動車省去了傳統的交流發電機並使用一臺或兩臺電動機/發電機完成該交流發電機常用功能提供了可能性。這將明顯節省發動機蓋下的空間並節約資金。再優選地，一臺或兩臺電動機/發電機用於取代傳統機動車具有的啟動電機，這將進一步節省空間、節約資金。如果使用一臺電動機/發電機作為啟動電機以啟動汽車發動機，則控制器從電池為該啟動電機輸送電力。為了保證電動機/發電機單元實現的旋轉不會僅僅使皮帶輪快速旋轉，以及因而使與皮帶輪連接的風扇或水泵快速旋轉，優選地，皮帶輪包括靜止件以及可選擇操作的鎖定裝置，兩臺電動機/發電機的定子與該靜止件連接，所述鎖定裝置用於將圓柱件鎖定在靜止件上。因此，當該鎖定裝置作用時，皮帶輪的輸出不能旋轉，這意味著作為啟動電機的一臺電動機/發電機的運轉將使皮帶輪輸入的旋轉，從而使與皮帶輪連接的發動機旋轉，由此啟動發動機。
通過下面對根據本發明驅動皮帶輪的一個特定實施方式的說明，本發明的其它特徵和細節將顯而易見，該實施方式僅經由參考附圖的例子而給出，其中圖1是根據本發明的汽車驅動皮帶輪的軸向截面圖；以及圖2是沿圖1的線I-I的示意性橫向截面圖。
具體實施例方式
附圖表示的皮帶輪，圖示為連接到發動機的曲軸2。曲軸2連接到包括行星齒輪組的傳動系統的輸入，該傳動系統的輸出連接到通常為杯狀的中空圓柱件4，該中空圓柱件4的圓形截面的外表面具有多條V形槽，並構成多V型皮帶輪的皮帶配合表面6。
更具體地，輸入包括兩個球軸承8，二者由環形圈支撐並連接在一起。球軸承8容納行星齒輪組各自的行星軸10的一端，該行星軸10的另一端容納在各自的另一球軸承12中。兩個球軸承12通過另一環形圈支撐並連接在一起。兩個環形圈通過四個柱連接在一起，這僅在圖2中可見。兩個環形圈和四個柱一起構成齒輪組的支架14，曲軸連接於該支架14。每個行星軸10長度的部分加工有齒，並構成第一行星齒輪16。兩個行星齒輪16與第一太陽齒輪18嚙合，第一太陽齒輪18由軸20不轉動地支撐，軸20又不轉動地連接到中空圓柱形或杯形件4上。各個第二行星齒輪22也不轉動地連接到行星軸10上，第二行星齒輪22與第二太陽齒輪24嚙合。這樣，行星齒輪22僅間接地與太陽齒輪24嚙合。這通過如下事實來實現每個行星齒輪22與相關的惰輪齒輪26直接嚙合，該惰輪齒輪26再與太陽齒輪24直接嚙合。因此，行星齒輪組是負型的，因為如果太陽齒輪18沿一個方向旋轉，且支架14保持靜止，則使太陽齒輪24沿相反方向旋轉。
太陽齒輪24連接到轂26，軸20從轂26中穿過。在軸20穿出轂26的位置裝有環狀油封28。傳動系統還包括基本中空的圓柱形靜止件30，從靜止件30的內表面向內延伸有徑向帶孔的法蘭32。法蘭32中孔的自由邊緣裝有支撐轂26的軸承以及另一油封34。在靜止件遠離輸入的末端，靜止件還裝有另一個環狀轂36。第一電動機/發電機的轉子38連接在轂26上，第一電動機/發電機的定子40連接在靜止件30上。第二電機/發電機的轉子42連接在杯形圓柱件4的內部，第二電機/發電機的定子44連接在轂36上。兩個定子40、42的電接頭連接到控制器46。電池48和溫度傳感器50也連接到控制器46。
靜止件30具有圓柱部分，該圓柱部分被杯形件4的圓柱部分緊密包圍。這兩個圓柱部件具有示意性表示為52的鎖定裝置，該鎖定裝置用於選擇地將部件4鎖在部件30上，從而防止部件4旋轉。
可以看出，傳動系統的大部分容納在圓柱件4內，圓柱件4有效地構成皮帶輪，其餘部分容納在靜止件30中伸出於圓柱件4的部分內。兩個電動機/發電機完全容納在圓柱件4中由油封28、34從行星齒輪組中密封的隔間內，因此沒有被油或類似物汙染的危險。
在使用時，傳動系統的輸入，即支架14和行星軸10，連接到發動機曲軸2或者由發動機轉動的其它軸。傳動帶環繞皮帶輪表面6和與冷卻風扇、水泵或一些其它輔助單元連接的一個或多個從動皮帶輪的表面設置，這些輔助單元的速度可以不依賴於發動機的速度而改變。曲軸2的旋轉使圓柱件4旋轉，圓柱件4的旋轉速度可以不依賴於曲軸2的速度而取決於控制器46，特別是取決於從作為發電機工作的一臺電動機/發電機傳遞到作為電動機的另一臺電動機/發電機控制器46所允許的功率大小。控制器46會根據從溫度傳感器50接收的信號以及可以選擇根據一個或多個響應於環境溫度、車速和類似參數的其它傳感器接收的信號來運轉。實際上，當發動機冷啟動時，需要很少或不需要冷卻，控制器的運轉，使傳動系統的輸出速度處於低值或者甚至為零，因而皮帶輪表面6的速度僅處於低值或者甚至為零。當發動機的工作溫度接近所需數值時，控制器46響應於來自傳感器50的信號，以改變在兩臺電動機/發電機之間傳遞的電功率大小，從而增大輸出速度，直到散熱速率足以將發動機溫度保持在所需範圍內。如果環境溫度升高或者發電機負載增大，例如，作為爬坡的結果，發電機的工作溫度將開始升高，這個結果將通過傳感器50傳送到控制器46，該控制器46運轉以增大傳動系統的輸出速度。如果作為電動機工作的電動機/發電機需要比從另一電動機/發電機得到的電力高，則控制器46可以控制使所需數量的電力從電池48流到電動機。當從一臺或其它電機/電機得到過多的電力時，控制器46將這些電力用於為電池48充電。
根據本發明的皮帶輪已經描述為驅動皮帶輪，該驅動皮帶輪用於驅動連接到風扇、泵或類似裝置的從動皮帶輪。然而，應該認識的是，圓柱件4實際上可以構成風扇輪的轂，並且傳動系統的輸入可以連接到由從動皮帶輪驅動的軸上。在這種情況下，本發明的機構將根本不構成皮帶輪，而是構成用於風扇輪或類似裝置的可變速度驅動系統，該驅動系統至少部分容納在風扇輪或類似裝置內。
權利要求
1.一種用於發動機的冷卻泵或類似裝置的驅動皮帶輪，該皮帶輪包括連接於發動機的輸入和包括中空圓柱件的輸出，該中空圓柱件的外表面構成傳動皮帶的配合表面，所述輸入和輸出通過傳動系統連接，該傳動系統包括行星齒輪組，該行星齒輪組包括兩個或更多個第一行星齒輪以及兩個或更多個第二行星齒輪，所述第一行星齒輪連接於各自的行星軸以繞行星軸的軸線旋轉，並且所述第一行星齒輪與第一太陽齒輪嚙合，所述第二行星齒輪與各自的所述第一行星齒輪連接並隨第一行星齒輪旋轉，並且所述第二行星齒輪與第二太陽齒輪嚙合，所述行星軸連接於構成輸入的公共機架，所述第一太陽齒輪連接到所述輸出，該傳動系統還包括兩臺電動機/發電機，該電動機/發電機的轉子分別連接所述第二太陽齒輪和輸出，該電動機/發電機的定子電接頭連接到控制器，該控制器用於選擇性地控制所述電接頭與控制器之間的電力流動，該傳動系統至少部分容納在所述中空圓柱件內。
2.根據權利要求1所述的皮帶輪，其中，所述兩臺電動機/發電機容納在位於所述圓柱件內且與所述行星齒輪和太陽齒輪密封的隔間內。
3.根據權利要求1或2所述的皮帶輪，其中，所述第一行星齒輪和第二行星齒輪分別直接與所述第一太陽齒輪和第二太陽齒輪嚙合。
4.根據權利要求1或2所述的皮帶輪，其中，所述第一行星齒輪和第二行星齒輪中的一個行星齒輪與各自的惰輪齒輪嚙合，該惰輪齒輪與所述第一太陽齒輪或第二太陽齒輪嚙合，由此使第一行星齒輪和第二行星齒輪中的所述一個行星齒輪間接地與相關的太陽齒輪嚙合。
5.根據上述權利要求中任何一項所述的皮帶輪，其中，所述第一行星齒輪和第二行星齒輪由各自的行星軸不轉動地支撐，所述行星軸圍繞自身的軸相對支架旋轉。
6.根據上述權利要求中任何一項所述的皮帶輪，其中，所述控制器連接溫度傳感器，該控制器用於改變兩臺電動機/發電機單元之間傳遞的電力，以便當傳感器檢測的溫度升高時，輸出速度也增大。
7.根據上述權利要求中任何一項所述的皮帶輪，其中，所述控制器還連接可充電電池，該控制器還用於控制兩臺電動機/發電機與所述電池之間的電力流動。
8.根據上述權利要求中任何一項所述的皮帶輪，該皮帶輪包括靜止件，所述兩臺電動機/發電機的定子與該靜止件連接，而且該皮帶輪設置有可選擇操作的鎖定裝置，該鎖定裝置用於將所述圓柱件鎖定在所述靜止件上。
全文摘要
一種用於發動機的冷卻泵或類似裝置的驅動皮帶輪，所述皮帶輪包括連接發動機的輸入(14)和包括中空圓柱件(4)的輸出，該中空圓柱件的外表面(6)構成傳動皮帶的配合表面，所述輸入和輸出通過傳動系統連接，該傳動系統包括行星齒輪組，該行星齒輪組包括兩個或更多個第一行星齒輪(16)以及兩個或更多個第二行星齒輪(22)，所述第一行星齒輪連接於各自的行星軸(10)以繞其軸線旋轉，並與第一太陽齒輪(18)嚙合；所述第二行星齒輪(22)與相應的第一行星齒輪(16)連接並隨第一行星齒輪(16)旋轉，且與第二太陽齒輪(24)嚙合。所述行星軸(10)連接於構成輸入的公共機架(14)，所述第一太陽齒輪(18)連接到輸出(4)。該傳動系統還包括兩臺電動機/發電機(38、40；42、44)，該電動機/發電機的轉子(38、42)分別連接第二太陽齒輪(24)和輸出(4)，該電動機/發電機的定子電接頭連接到控制器(46)，用於選擇性地改變所述接頭與控制器之間的電力流動，該傳動系統至少部分容納在所述中空圓柱件(4)內。
文檔編號F04D13/02GK1973116SQ200580016424
公開日2007年5月30日 申請日期2005年5月31日 優先權日2004年6月2日
發明者F·莫埃列爾 申請人:耐可斯特驅動有限公司