CN101702927A - 一种汽车的压气机 - Google Patents

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Abstract

一种汽车的压气机，该压气机包括连接于传动系统的输出轴的气泵(14)，在使用时，传动系统的输入轴连接于汽车的发动机(16)。所述输入轴和输出轴分别连接于三支路式行星差速齿轮组的齿圈(10)和太阳轮(13)。所述齿轮组的行星架(12)连接于电动机/发电机(2)的转子，所述输入轴连接于电机(1)的转子，该电机(1)至少构成发电机。所述两个电机的定子的电连接通过控制器连接在一起，该控制器设置为用于控制所述定子之间的电流。在所述齿轮组的两个支路之间设置有可选择性接合的机械连接装置(15)，该机械连接装置设置为将所述两个支路连接在一起以使得所述齿轮组作为整体旋转。

Description

一种汽车的压气机
技术领域
本发明涉及一种汽车的压气机，具体涉及一种汽车的增压器。更具体地说，本发明涉及一种WO 2004/072449中所公开类型的汽车压气机。
背景技术
WO 2004/072449公开了一种汽车的增压器，该增压器包括气动叶轮，在使用时，该气动叶轮设置在发动机的进气管内并连接于传动系统的输出轴，所述传动系统的输入轴由所述发动机驱动。所述传动系统包括三支路式行星齿轮组。在图1的实施方式中，所述行星齿轮组包括构成第一支路的太阳轮，该太阳轮连接于所述行星齿轮组的输出轴并与多个行星轮啮合，该多个行星齿轮由可旋转的行星架可旋转地支撑并与构成第三支路的齿圈啮合，所述可旋转的行星架构成第二支路并连接于所述传动系统的输入轴。第二支路和第三支路分别连接于相应的电机(构成电动机/发电机)的转子，这些电机的定子通过控制器电连接，其中所述控制器设置为用于控制所述电机的定子之间的电流。
在使用时，机械动力通过所述传动系统从所述发动机传递到所述叶轮。通常任选一个电机作为发电机运转，该作为发电机运转的电机产生的电力传送到作为电动机运转的另一个电动机/发电机。因而，所述叶轮的转速能够独立于所述发动机的转速而被按照要求进行控制，以适应所述发动机的瞬间增压的需求。
该现有技术文件WO 2004/072449具体说明了所述电动机/发电机中的任一个可以用于发动机的启动目的，这是明显有利的，因为其允许省去传统的汽车启动电动机。但是，如果在该在先申请WO 2004/072449的结构中，想要将连接于所述行星架的电动机/发电机用作启动电动机，事实证明是完全无效的，这是因为在所述传动系统的输入轴静止时使得所述行星架旋转，仅会使得所述传动系统的输出轴旋转，并因此使得所述空气叶轮旋转，但不会使得所述传动系统的输入轴旋转并因此带动所述发动机本身旋转，而如果想要启动所述发动机，则使得发动机本身旋转当然是必须的。
在实际情形中，连接于传动轴的电机以相对较高的转速运转，同时连接于所述行星架的电机可能会需要较低的最高转速。为了能够启动内燃发动机，启动电动机必须能够产生较高的扭矩水平，并且至少在短时间内维持这种较高的扭矩水平。这意味着如果连接于所述传动输入轴的电机用于启动目的，则该电机必须是高转速/高扭矩类型的电机。但是，高转速/高扭矩类型的电机价格昂贵、体积大并且笨重，这对于大多数的应用而言在商业上是不可接受的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种上述类型的汽车压气机，该压气机在安装在汽车上时能够启动汽车发动机，从而允许省略传统的启动电动机，同时该压气机结构紧凑并且制造成本低廉。
为此，根据本发明，提供一种汽车压气机，该类型的压气机包括连接于传动系统的输出轴的气泵，在使用时所述传动系统的输入轴连接于汽车的发动机，所述输入轴和输出轴分别连接于三支路式行星差速齿轮组的第一支路和第二支路，该行星差速齿轮组的第三支路和所述输入轴分别连接于相应的电机的转子，所述电机中的一个电机构成电动机/发电机，另一个电机设置为至少作为发电机运转，所述电机的定子的电连接通过控制器连接在一起，该控制器设置为用于控制所述定子之间的电流，其特征在于，在所述齿轮组的两个支路之间设置有可选择性接合的机械连接装置，该机械连接装置将所述两个支路连接在一起，以使得所述齿轮组作为整体旋转。在优选的实施方式中，所述机械连接装置包括旋转轴和可选择性接合的离合器。
因此，在根据本发明的压气机中，所述行星齿轮组的两个支路可以选择性地锁合在一起，从而使得整个齿轮组被锁在一起并作为单个单元旋转。在该压气机的正常操作中，所述机械连接装置是分离的，并且该压气机基本以WO 2004/072449中所公开的方式运转。但是，如果所述发动机不工作并且需要启动该发动机，则使得所述机械连接装置接合，并且使得不与所述传动系统的输入轴连接并构成电动机/发电机的电机获得供给的电力，并因此作为电动机运转。这使得整个齿轮组作为一个单元旋转，并因此使得所述传动系统的输入轴以及汽车发动机的输出轴旋转。因而，汽车的发动机旋转并启动。作为整体式启动电机(Integrated Starter Generator)运转的所述电动机/发电机本身是相对低转速的类型，并且必须被配置为高扭矩类型，以能够提供足够的扭矩而使发动机旋转并启动。但是，将低转速的电机配置为高扭矩类型的电机是相对简单的，这并不会使得所述电动机/发电机的尺寸或成本显著增加。因此，消除了在使用其它电机作为启动电动机时所存在的电机尺寸和成本显著增加的问题。还应当理解的是，当要求进行汽车的再生制动时，可以启动所述可选择性接合的机械连接装置，这将使得所述电机中的一个或两个电机由运动的汽车的能量驱动旋转，从而作为发电机运转发电，其产生的电力可以存储到汽车蓄电池中。
在一种实施方式中，所述离合器为离心式离合器，并被构造为在低转速时接合，而在达到预定转速时自动分离。因此，这种离心式离合器在汽车发动机不运转时总是固有地处于接合状态。因而，连接于所述传动系统的输出轴或所述传动系统的行星架的所述电动机/发电机可以用作启动电动机，而不需要采取任何步骤使得离合器接合。一旦所述发动机启动并达到预定的转速，则该离合器自动分离，进而所述传动系统将以正常方式运转。
在另一种实施方式中，所述离合器为单向式离合器，因此该离合器允许沿一个方向的相对旋转，而不允许沿相反方向的相对旋转。这种单向式离合器不会影响所述压气机的正常运转，但能够使扭矩从所述行星架传动到所述发动机，以启动发动机或帮助发动机启动。
在一种改进的实施方式中，所述离合器包括电动机或驱动机构，该电动机或驱动机构设置为在与上述控制器相同或不同的控制器(该控制器连接于所述电动机或驱动机构)所发出的信号的控制下接合或分离。如果需要锁合所述传动系统以进行再生制动，则这种可控式离合器是必需的，这是因为此时所述传动系统可能正在以超过离心式离合器接合的转速旋转。
正如WO 2004/072449中的具体实施方式所描述的那样，两个所述电机均可以构成电动机/发电机。但是，由于必须设置必要的电子转换齿轮，因而该电动机/发电机相对昂贵。而如果使得其中一个电机不具有电动机的功能而仅仅是发电机，则能够显著地降低成本。但是，在此情形下，正如WO2004/072449中更详细地描述的那样，所述压气机的操作会受到限制。
在优选的实施方式中，所述齿轮组包括太阳轮，该太阳轮连接于所述气泵，并与由公共行星架支撑的多个行星轮啮合，所述行星架连接于所述电动机/发电机的转子，所述行星轮与齿圈啮合，该齿圈连接于所述传动系统的输入轴和所述发电机的转子。优选地，所述可选择性接合的机械连接装置位于所述公共行星架和所述齿圈之间。
所述行星齿轮组的太阳轮、行星轮和齿圈均可以是相互啮合的传统类型的带齿的齿轮。但是，所述太阳轮、行星轮和齿圈也可以包括滚子齿轮，在接合的成对的滚子齿轮之间，扭矩通过所述滚子齿轮表面的摩擦接合来传递扭矩。
附图说明
通过下列对具体实施方式的描述，本发明的其它特征和细节将显而易见，其中，所述具体实施方式作为实施例仅参照唯一一幅附图给出，该附图是根据本发明的连接于汽车发动机的汽车增压器的示意图。
具体实施方式
汽车发动机16具有连接于皮带轮7的输出轴，皮带轮7通过皮带8连接于另一个皮带轮9，以驱动该皮带轮9旋转。皮带轮9连接到行星传动系统的输入轴上，该行星传动系统的输出轴连接到离心式空气叶轮14上，该空气叶轮14设置在发动机16的进气管内。所述传动系统的输入轴连接到所述行星差速齿轮组的齿圈或环形齿轮10上。齿圈10与多个行星齿轮11啮合，该多个行星齿轮11由公共行星架12可旋转地支撑。行星齿轮11与太阳轮13啮合，该太阳轮13连接于所述传动系统的输出轴，从而连接到空气叶轮14上。行星架12连接到电动机/发电机2的转子上。
到目前为止，就所描述的增压器而言，该增压器与WO 2004/072449的图4所示的增压器基本相同。但是，本发明的增压器与WO 2004/072449的图4所示的增压器在如下两个重要的方面存在区别：
首先，发动机16的输出轴6不仅连接到皮带轮7上，而且连接到另一个皮带轮5。该皮带轮5通过另一个皮带4连接于另一个皮带轮3。皮带轮3连接于发电机1的转子上，该发电机为所述增压器的电机中的一个电机。但是，该发电机1并不与所述增压器形成整体，而是远离所述增压器，并且在该实施方式中，该发电机构成所述汽车的交流发电机，一般而言，在任何情况下，传统上该交流发电机在汽车上均是设置的。与WO 2004/072449中的情形一样，两个电机的定子通过控制器18电连接，该控制器18设置为用于控制两个电机之间的电流，并因此能够根据发动机15的瞬间加速需求来控制空气叶轮14的转速。
其次，所述传动系统的行星架12通过机械连接装置连接到齿圈10上，其中所述机械连接装置包括能够控制的离合器15。该离合器15可以通过离心力进行控制，或者如图所示可以包括连接于控制器18的驱动机构。因此，该离合器可以响应于由所述控制器发出的信号而接合或分离。
在正常的操作中，本发明的增压器的运转与WO 2004/072449中所描述的增压器基本一样，并且在这种正常操作中，离合器15处于分离状态，因此齿圈10与行星架12之间的机械连接装置不起作用。但是，如果所述发动机不工作并且需要启动该发动机，则所述控制器向离合器15发出信号以使得该离合器接合，从而将行星架12与齿圈10锁合在一起。然后，将电力供给到电动机/发电机2上，这使得该电动机/发电机2以电动机模式运转。该电动机/发电机2驱动行星架12旋转，并且由于离合器15的接合也因此使得齿圈10旋转，这使得发动机的输出轴6旋转并因此使得所述发动机启动。一旦发动机启动，使得离合器15分离，并且所述增压器开始进行正常运转。
本发明的另一个优点在于，如果所述机械连接装置为自动控制式(actively controlled)离合器或单向离合器的形式，则该机械连接装置能够在发动机急剧减速(例如换档)过程中用于改善操作。例如，在图示的实施方式中，所述行星架沿所述输入轴旋转方向的转速被限制在该输入轴的转速范围内。这是比较有利的，这是因为，在某些情形下，尤其是在发动机高速运转并且不需要增压时，所述行星架可以高速旋转或者以近似于所述输入轴的速度旋转。在换档情形下，所述输入轴的转速可能会急剧下降，并且可能需要增压。在这些情形下，所述行星架必须极快地减速，并且可能需要沿与所述输入轴相反的方向加速。在不使用本发明的情形下，这通过对连接于所述行星架的电机施加扭矩来进行。但在本发明中，通过使得所述离合器接合，所述发动机转速的降低将会自动使得所述行星架转速降低，从而改善反应灵敏度，并降低电机所需的额定功率。

Claims (8)

1.一种汽车的压气机，该压气机包括连接于传动系统的输出轴的气泵，在使用时所述传动系统的输入轴连接于所述汽车的发动机，所述输入轴和输出轴分别连接于三支路式行星差速齿轮组的第一支路和第二支路，该行星差速齿轮组的第三支路和所述输入轴分别连接于相应的电机的转子，所述电机中的一个电机构成电动机/发电机，另一个电机设置为至少作为发电机运转，所述电机的定子的电连接通过控制器连接在一起，该控制器设置为用于控制所述定子之间的电流，其特征在于，在所述行星差速齿轮组的两个支路之间设置有可选择性接合的机械连接装置，该机械连接装置将所述两个支路连接在一起，以使得所述齿轮组作为单个单元旋转。
2.一种压气机，其中，所述机械连接装置包括旋转轴和可选择性接合的离合器。
3.根据权利要求2所述的压气机，其中，所述离合器为离心式离合器，并构造为在低转速时接合，而在达到预定转速时自动分离。
4.根据权利要求2所述的压气机，其中，所述离合器包括驱动机构，该驱动机构设置为用于使得所述离合器接合和分离，并连接于控制器以由该控制器控制。
5.根据上述权利要求中任意一项所述的压气机，其中，所述两个电机构成电动机/发电机。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的压气机，其中，一个电机为电动机/发电机，另一个电机仅为发电机。
7.根据权利要求6所述的压气机，其中，所述行星差速齿轮组包括太阳轮，该太阳轮连接于所述气泵，并与由公共行星架支撑的多个行星轮啮合，所述公共行星架连接于所述电动机/发电机的转子，所述行星轮与齿圈啮合，该齿圈连接于所述传动系统的输入轴和所述发电机的转子。
8.根据权利要求7所述的压气机，其中，所述可选择性接合的机械连接装置位于所述公共行星架和所述齿圈之间。
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