CN102412660B - 盘式起动发电一体机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种盘式起动发电一体机，包括电机、减速器和发动机曲轴，其特征是电机指的是盘式电机，定子固定在电机壳体上，转子轴伸通过轴承定位在所述的电机壳体上；所述的减速器采用行星减速器，包括内齿圈、太阳轮、行星轮组和行星轮盘；太阳轮固定在转子轴伸上，内齿圈单向活动定位在电机壳体上，三个均布在内齿圈与太阳轮间的行星轮组通过单向轴承定位在行星轮盘的销轴上；所述的行星轮盘固定在发动机曲轴上。内齿圈和行星轮组通过单向活动定位，运行时相互配合，起动时电机经减速输出为低转速大扭矩，驱动发动机点火，而当发动机起动后，即可同速带动盘式电机发电。本发明结构紧凑体积小巧，可安装在现行车辆上，替代起动电机和发电机。
Description
技术领域：
本发明属于起动电机领域，特别涉及一种盘式起动发电一体机。
背景技术：
现有车辆电起动，均具有两台电机，起动电机安装在发动机飞轮盘外侧，发电机安装在发动机前端风扇侧；发动机起动时，电池电源向起动电机供电，起动电机输出经减速器、单向器后与发动机飞轮盘啮合连接，以大转矩、低转速带动发动机运转点火起动。发动机起动后，单向器起作用，起动电机脱离发动机飞轮盘，起动电机失电停止工作；发动机同时通过皮带轮带动发电机高速运转发电，向电池、用电设备供电。发动机与发电机一直同时运转，而起动电机只在发动机起动瞬时使用，行驶过程是闲置着。如何融合起动电机和发电机于一体，业界也有不少构想，但均不理想，无法商用化，究其原因，
发动机起动时要求：电机低转速(几百转/分钟)大扭矩(几百牛米)，较大功率(几千瓦)短时间(几秒钟)；
发动机发电时要求：电机高转速(几千转)小扭矩(几十牛米)，较小功率(几百瓦)长时间(几小时)。
要满足上述要求，发动机与电机间的配合：在起动时，电机减速后带动发动机；起动后发电时，发动机带动电机同速或增速运转。
在这特殊要求下，出现：其一电机选择不尽合理，以至体积大，无法在原有空间里安装；其二变速器和单向器融合设计，无法满足起动电机大变速、大转矩来驱动发动机，而发动机起动后又不能同速带动起动电机发电，使得电机效率不高，不能满足用电需求。
因此，二种差异较大的不同要求，用一台电机是很难满足的。
发明内容：
本发明的目的是设计一种采用一台盘式电机，通过一行星减速器输出大转矩，既当起动电机，又能与发动机同速发电的盘式起动发电一体机。
本发明技术方案是这样实现的：一种盘式起动发电一体机，包括电机、减速器和与减速器传动连接的发动机曲轴，其特征是电机指的是盘式电机，定子固定在电机壳体上，转子轴伸通过轴承定位在所述的电机壳体上；所述的减速器采用行星减速器，包括内齿圈、太阳轮、行星轮组和行星轮盘；太阳轮固定在转子轴伸上，内齿圈单向活动定位在电机壳体上，三个均布在内齿圈与太阳轮间的行星轮组通过单向轴承定位在行星轮盘的销轴上；所述的行星轮盘固定在发动机曲轴或飞轮上。发动机起动时，盘式电机带动轴伸上的太阳轮转动，带动行星轮盘上的三个行星轮组转动，与行星轮啮合的内齿圈，因内齿圈只能做单向旋转，此方向无法转动，行星轮组在太阳轮的带动下，绕内齿圈运转，三个行星轮组协同推动行星轮盘减速旋转；当发动机起动后，曲轴带动行星轮盘旋转，因受装在行星轮组中单向轴承的堵转作用、以及内齿圈可逆向旋转，行星轮组与太阳轮、内齿圈无法啮合转动，使得行星轮盘与太阳轮同速运转，驱动盘式电机发电工作。
所述的电机转子轴伸为空心结构，发动机曲轴穿过该转子轴伸。
所述行星轮组为同轴连体双齿轮结构，包括一大行星齿轮和一小行星齿轮，其中大行星齿轮与太阳轮啮合，小行星齿轮与内齿圈啮合，双齿轮结构通过单向轴承定位在行星轮盘的销轴上。通过双齿轮达到更高变速比的目的，以使采用一级行星变速器，即可达到驱动发动机的要求。
或者，所述行星轮组为多级齿轮变速机构，该多级齿轮变速机构中的初级行星齿轮与太阳轮啮合，末级行星齿轮与内齿圈啮合；各齿轮通过各自的销轴定位在行星轮盘上，其中有一齿轮通过单向轴承定位所述的销轴上。
所述内齿圈单向活动定位在电机壳体上是指内齿圈通过一单向轴承定位在电机壳体上。
所述内齿圈单向活动定位在电机壳体上是指内齿圈通过一轴承定位在电机壳体上，在内齿圈与电机壳体间还设有一单向离合器。利用单向离合器的啮合，实现堵转的目的。
本发明工件原理是：发动机开始起动时，电机向发动机正向传递力矩，减速器起减速作用，高速运转的电机经减速后为大扭矩低转速起动发动机。起动后，当发动机向电机逆向传递力矩时，减速器不起减速作用，发动机带动电机同步高速发电。
本发明采用同一台盘式电机，带动发动机起动，起动后直接发电，并采用体积小巧的行星减速器，当正向传递力矩时起减速作用、而逆向传递力矩时起同速传动连接作用；其中行星减速器的内齿圈和行星轮组均采用单向活动定位，使得发动机起动后能同速带动盘式电机发电。
本发明的优点是：在起动、发电时，盘式电机都工作在最佳效率区，电机体积可以缩小，能安装在发动机曲轴上，不改变车辆原有空间结构，符合现有条件，给新车型设计和旧车辆改装带有方便；采用单级行星减速器的多级变速，既满足增大转矩的作用，也能减小体积，而且使得电机设计更加灵活。
附图说明：
下面结合具体图例对本发明做进一步说明：
图1盘式起动发电一体机起动状态原理图
图2盘式起动发电一体机行星减速器正向传递力矩减速示意图
图3盘式起动发电一体机发电状态原理图
图4盘式起动发电一体机行星减速器逆向传递力矩同速示意图
图5双齿轮结构的行星减速器示意图
图6多级齿轮结构的行星减速器示意图
图7采用双齿轮结构的盘式起动发电一体机示意图
其中
1-盘式电机 11-定子 12-转子轴伸
13-转子 14-电机壳体 2-发动机曲轴
21-曲轴的延伸轴 3-单向轴承 31-轴承
4-行星减速器 41-太阳轮 42-内齿圈
43-行星轮组 431-大行星齿轮 432-小行星齿轮
433-初级行星齿轮 44-行星轮盘 434-末级行星齿轮
5-单向离合器 6-固定螺栓
图中符号说明：
代表来的方向，
代表去的方向，×代表堵转。
具体实施方式：
参照图1至图4，图1和图2为起动状态，图3和图4为发电状态。盘式起动发电一体机，包括电机1、减速器和与减速器传动连接的发动机曲轴2；所述电机指的是盘式电机1，定子11固定在电机壳体14上，转子轴伸12通过轴承31定位在所述的电机壳体14上；所述的转子轴伸12为空心结构，发动机曲轴2穿过该转子轴伸12，保持有良好的同轴度和合理的空间布局；所述的减速器采用行星减速器4，包括太阳轮41、内齿圈42、行星轮组43和行星轮盘44；太阳轮41固定在转子轴伸12上，内齿圈42单向活动定位在电机壳体14上，三个均布在内齿圈42与太阳轮41间的行星轮组43通过单向轴承3定位在行星轮盘44的销轴上；所述的行星轮盘44固定在发动机曲轴2上。
本图例中，行星轮组43为单个齿轮，其也可以是变速齿轮组；内齿圈42单向活动定位在电机壳体14，指的是内齿圈通过一个单向轴承3安装在电机壳体14上，实现单向旋转。
盘式起动发电一体机工作原理，起动时的运行状态如图1和图2，此时，内齿圈42的单向轴承3起堵转作用，使得行星轮组43带动行星轮盘44低速大转矩旋转，实现发动机点火；起动后，切断盘式电机的供电，而在发动机高速带动下，处于逆向传递力矩发电状态。
如图3和图4，发动机工作后，高速带动行星轮组43旋转，行星轮组43一侧的单向轴承3起堵转作用，而内齿圈42不受单向轴承3的限制作用又可旋转，使得内齿圈42、行星轮组43和太阳轮41同步旋转，以此发动机带动盘式电机1同速发电，通过电路转换给用电设备和电池供电。
上述行星减速器4的行星轮组43以单齿轮为例，若体积许可，也可采用多级行星减速器，以期达到更高和合理的转速比，为此还可采用如下两种单级行星减速的优选方案，以调节出最佳的起动转速比。
参照图5，所述行星轮组43为同轴连体双齿轮结构，包括一大行星齿轮431和一小行星齿轮432，其中大行星齿轮431与太阳轮41啮合，小行星齿轮432与内齿圈42啮合，双齿轮结构通过单向轴承3定位在行星轮盘44的销轴上。本结构运行方向与单个行星轮一样，但转速比可做的更高，大转矩满足起动之需。
参照图6，所述行星轮组43为多级齿轮变速机构，该多级齿轮变速机构中的初级行星齿轮433与太阳轮41啮合，末级行星齿轮434与内齿圈42啮合；多级齿轮中的各齿轮通过各自的销轴定位在行星轮盘44上，其中有一齿轮是通过单向轴承3定位在所述的销轴上，也即多组齿轮中只需有一个采用单向轴承，即可实现堵转的目的；多级齿轮变速机构的设计，可进一步提高转速比，以及设计的灵活性。但在选择行星轮组43齿轮级数时，应注意电机转子13与行星轮盘44的旋转方向在起动、发电时都是一致的。
参照图7，为图5双齿轮变速的盘式起动发电一体机的结构示意图，双齿轮结构的行星轮组43通过单向轴承3定位在行星轮盘44的销轴上，而内齿圈42单向活动定位在电机壳体14上，除了采用单向轴承定位外，还可如图，在内齿圈42与电机壳体14间，通过一单向离合器5来实现单向堵转的目的，也即当电机力矩向发动机正向传递旋转减速时，单向离合器5处于“啮合”状态，内齿圈42与电机壳体14相对固定，实现堵转，行星轮组43绕行减速输出，电机起动发动机；起动后发动机工作时，行星轮组43驱动内齿圈42旋转，此时，单向离合器5处于“分离”状态，内齿圈42相对电机壳体14可做单向的旋转，与行星轮组43和太阳轮41一道，驱动转子13与发动机同步高速旋转，实现发动机力矩逆向传递到电机的发电功能。考虑起动发电一体机的安装位置的限制，本例所述的单向离合器优选盘式单向离合器，诸如专利号CN100460702C，公开的一种单向离合机构，该单向离合机构为盘式结构，结构紧凑体积小。图中电机壳体14通过固定螺栓6直接锁固在飞轮壳或者发动机的其它固定部上；而本实例所述的发动机曲轴2，也可以是指曲轴的延伸轴21，该延伸轴21通过固定螺栓6锁固在发动机曲轴2上，而行星轮盘44固定在曲轴的延伸轴21上。
本发明旨在提供一种起动电机与发电机合二为一的结构，上述实例中涉及的一些具体零件，可以与发动机相关零件共用或者替代，如行星轮盘44也可以是飞轮盘，直接将行星轮组43安装在所述的飞轮盘上，电机壳体14也可以是飞轮壳，这样既可充分利用发动机原有的零件，又可节省出空间。
Claims (6)
1.一种盘式起动发电一体机，包括电机、减速器和与减速器传动连接的发动机曲轴，其特征是电机指的是盘式电机，定子固定在电机壳体上，转子轴伸通过轴承定位在所述的电机壳体上；所述的减速器采用行星减速器，包括内齿圈、太阳轮、行星轮组和行星轮盘；太阳轮固定在转子轴伸上，内齿圈单向活动定位在电机壳体上，该单向活动指的是从电机壳体往内齿圈一侧看，内齿圈能顺时针旋转；三个均布在内齿圈与太阳轮间的行星轮组通过单向轴承定位在行星轮盘的销轴上，从电机壳体往内齿圈一侧看，该单向轴承允许行星轮逆时针旋转；所述的行星轮盘固定在发动机曲轴或飞轮上。
2.根据权利要求1所述的盘式起动发电一体机，其特征是所述的转子轴伸为空心结构，发动机曲轴穿过该转子轴伸。
3.根据权利要求1所述的盘式起动发电一体机，其特征是所述行星轮组为同轴连体双齿轮结构，包括一大行星齿轮和一小行星齿轮，其中大行星齿轮与太阳轮啮合，小行星齿轮与内齿圈啮合，双齿轮结构通过单向轴承定位在行星轮盘的销轴上。
4.根据权利要求1所述的盘式起动发电一体机，其特征是所述行星轮组为多级齿轮变速机构，该多级齿轮变速机构中的初级行星齿轮与太阳轮啮合，末级行星齿轮与内齿圈啮合；各齿轮通过各自的销轴定位在行星轮盘上，其中有一齿轮通过单向轴承定位所述的销轴上。
5.根据权利要求1所述的盘式起动发电一体机，其特征是所述内齿圈单向活动定位在电机壳体上是指内齿圈通过一单向轴承定位在电机壳体上。
6.根据权利要求1所述的盘式起动发电一体机，其特征是所述内齿圈单向活动定位在电机壳体上是指内齿圈通过一轴承定位在电机壳体上，在内齿圈与电机壳体间还设有一单向离合器。
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