CN103946576B - 交流发电机隔离分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种交流发电机隔离分离器，其包括交流发电机轴(100)，与所述交流发电机轴接合的单向离合器(70)，能释放地与所述单向离合器接合的第一缠绕式弹簧(40)，能释放地与所述单向离合器接合的第二缠绕式弹簧(50)，所述第二缠绕式弹簧被布置为与所述第一缠绕式弹簧并联，所述第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧为嵌套关系，第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧均具有能释放地与端盖(90)接合的端部(41，51)，所述端盖固定地连接至外部壳体(10)，第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧均与扭力弹簧(20)串联接合，所述扭力弹簧与外部壳体接合，并且所述外部壳体与交流发电机转子(110)接合。

Description

交流发电机隔离分离器
技术领域
本发明涉及交流发电机隔离分离器，更特别地，涉及具有并联的第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧的交流发电机隔离分离器，所述第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧进而均被布置为与扭力弹簧串联并且每个缠绕式弹簧能释放地与单向离合器接合并且能释放地与交流发电机转子接合。
背景技术
皮带驱动的附件系统通常用于将功率从内燃机曲轴传递至附件构件，所述附件构件通常包括交流发电机(发电机)、水泵、油泵(动力转向)、空调压缩机(经由机电式离合器)。这些构件通常固定位置安装并且利用自动皮带张紧器提供恒定的皮带张力以及对松弛的皮带的拉紧。
内燃机仅在燃烧事件发生时在曲轴处产生旋转功率。这实际上是脉冲系统，其中燃烧事件的间隔越接近，发动机的旋转连贯性越流畅。对于每一个燃烧冲程，曲轴将显现出加速，之后是减速，直至下一燃烧冲程。通常，发动机的旋转越慢，气缸(曲轴每转的燃烧事件)的越少的数量趋向于增加脉冲效果的大小。
在蛇形皮带系统方面，曲轴脉冲被作为速度波动传递至皮带。发动机的速度波动因此被传递至系统中的所有的从动构件。速度波动产生动态皮带张力波动。不考虑附件构件的动态载荷以及随之引起的张力效应，显而易见的是，从动惯性将在皮带连续地尝试使这样的构件加速和减速时产生动态张力。
在发动机为更小的的情况下，为四个或五个气缸，并且在最低速度范围(空载区域)内动态张力波动幅度最高。用来降低发动机旋转惯量(双质量飞轮)或增加瞬时加速度(柴油机、更高的压缩、等等)的技术差异可能使所述幅度进一步增加。运行状态也可能具有显著影响，例如，其中发动机以较高的功率水平在它的理想的最小速度(空载)以下运转的“过载”，所述较高的功率水平尝试使速度增加恢复至空载。
在这些情况下，动态皮带载荷可能较大以使得皮带张紧器不能适应所有的动态波动。结果可能包括皮带噪声、皮带打滑以及皮带、张紧器和附件构件的受迫振动。最终，影响耐久性。
在曲轴处使用扭力隔离器有可能解决此问题，只要它具有较低的刚度。此类传统的扭力隔离器已经使用了很多年，但是是庞大的、昂贵的、笨重的、并且显现出有限的有效性。该有限的有效性通常是必须将驱动设计成承担系统的全部功率能力的结果，然而几乎从不需要所述驱动。因此，扭力隔离器通常太硬。
著名的功能中的每一个对使系统最优化具有不同的工程要求。例如，弹性联接功能最佳地将具有比用于执行联接/分离功能而利用的弹簧刚度更大的弹簧刚度(更硬的弹簧)。最佳地，更高的弹簧刚度对于将交流发电机皮带轮的从动旋转运动传送至轮毂结构是可取的，以便适应相对高的扭转力，而更低的弹簧刚度对于分离功能是可取的，以使得施加更少的力并且因此在分离或超限运转状态期间机构产生更少的摩擦磨损和热量。增加机构的弹簧刚度以适应扭力传送功能将会损害联接/分离功能，而减少弹簧刚度以适应联接/分离功能将会损害扭力传送功能。
本技术的代表是美国专利第6,083,130号，该美国专利公开了一种包括有驱动组件的、用于机动车辆的蛇形皮带驱动系统，所述驱动组件包括具有输出轴的内燃机，所述输出轴上具有能围绕驱动皮带轮轴旋转的驱动皮带轮。一系列从动组件均具有从动皮带轮和蛇形皮带，所述从动皮带轮能围绕与所述驱动皮带轮轴线平行的轴线旋转，并且所述蛇形皮带按照与驱动皮带轮合作的关系安装，并且当参照运动方向时从动皮带轮的顺序与从动组件的循序一致，以使所述从动皮带轮响应于驱动皮带轮的旋进而旋转。所述一系列从动组件包括交流发电机组件，所述交流发电机组件包括安装成围绕轴线旋转的交流发电机轴。轮毂结构由所述交流发电机轴固定地支撑，以与其一同围绕轴线旋转。弹簧和单向离合器机构将交流发电机皮带轮与轮毂结构联接。所述弹簧和单向离合器机构包括弹性弹簧构件，所述弹性弹簧构件与单向离合器构件分离地形成并且与单向离合器构件串联连接。弹性弹簧构件被构造和布置为通过蛇形皮带将交流发电机皮带轮的从动旋转运动传送至轮毂结构，以使得交流发电机轴沿与交流发电机皮带轮相同的方向旋转同时能够在其从动旋转运动期间沿相对于交流发电机皮带轮的相反方向进行瞬时的相对弹性运动。单向离合器构件被构造和布置为容许轮毂结构并因此而容许交流发电机轴在发动机输出轴的速度减速至足够在预定的负水平下在交流发电机皮带轮和轮毂结构之间建立扭矩的程度时以超过交流发电机皮带轮的旋转速度的速度旋转。
需要一种交流发电机隔离分离器，其具有并联的第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧，所述第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧进而均被布置为与扭力弹簧串联并且每个缠绕式弹簧能释放地与单向离合器接合并且能释放地与交流发电机转子接合。本发明满足了此需要。
发明内容
本发明的主要方面是提供一种交流发电机隔离分离器，其具有并联的第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧，所述第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧进而均被布置为与扭力弹簧串联并且每个缠绕式弹簧能释放地与单向离合器接合并且能释放地与交流发电机转子接合。
将通过对本发明的以下描述和附图指出本发明的其它方面并使其变得明显。
本发明包括一种交流发电机隔离分离器，其包括交流发电机轴，与所述交流发电机轴接合的单向离合器，能释放地与所述单向离合器接合的第一缠绕式弹簧，能释放地与所述单向离合器接合的第二缠绕式弹簧，所述第二缠绕式弹簧被布置为与所述第一缠绕式弹簧并联，所述第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧为嵌套关系，第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧均具有能释放地与端盖接合的端部，所述端盖固定地连接至外部壳体，第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧均与扭力弹簧串联接合，所述扭力弹簧与外部壳体接合，并且所述外部壳体与交流发电机转子接合。
附图说明
被并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出说明了本发明的优选实施例，并且，连同说明书共同用来解释说明本发明的原理。
图1为本发明装置的部件分解图；
图2为隔离分离器的视图，其中去除了外部壳体；
图3为图4的细节；
图4为所述装置在交流发电机中的剖视图；
图5为缠绕式弹簧的立体图；以及
图6为端盖的详图。
具体实施方式
本发明装置用于在通常与车辆发动机相关联的皮带驱动的附件系统上使用。所述附件系统可包括交流发电机、动力转向泵、空调压缩机以及水泵。附件由在这些装置的每一个之间被拖拉的蛇形皮带驱动。具有最大惯性的装置通常为交流发电机。
图1为本发明装置的分解图。本发明隔离分离器1000包括外部壳体10。在优选实施例中，将交流发电机转子压配至外部壳体10上。装置100和外部壳体10完全地容纳于交流发电机外壳140内，参见图4。
设置于外部壳体10内的是扭力弹簧20。所述扭力弹簧的端部21在止动器11处与外部壳体接合，参见图3。扭力弹簧20具有大致矩形横截面，参见图3。矩形横截面容许线圈(volute)的更小的轴向长度。扭力弹簧20优选地不接触转子110。
与扭力弹簧的另一端部22接合的是扭力弹簧驱动器构件30。扭力弹簧驱动器构件30接合弹簧容置部分31，但是并不以其它方式固定至外部壳体10或交流发电机转子100。实际上它在扭力弹簧20和两个缠绕式弹簧40和50之间“浮动”。
与扭力弹簧驱动器30接合的分别是两个缠绕式弹簧40和50的端部42和端部52。端部52接合弹簧容置部分32。端部42接合弹簧容置部分33。
第一缠绕式弹簧40和第二缠绕式弹簧50的线圈为嵌套关系，意思是，每个缠绕式弹簧的线圈被布置为按照交替方式彼此相邻，参见图5。第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧在操作上并联地布置。在正常的运行状态中，第一缠绕式弹簧40和第二缠绕式弹簧50摩擦地抓持离合器载体60的外部。在运行中，第一缠绕式弹簧40和第二缠绕式弹簧50沿弹簧卷绕方向将扭矩从单向离合器70传送至扭力弹簧20。沿退卷方向加载扭力弹簧20。扭力弹簧20沿与缠绕式弹簧40和50的方向相反的方向卷绕。并联的组合缠绕式弹簧40、50被布置为与扭力弹簧20串联。
由于每个缠绕式弹簧在离合器载体60上处于加载状态中，两个缠绕式弹簧在正常运行期间都不会相对于离合器载体滑动。将扭矩施加至系统致使缠绕式弹簧40、50围绕离合器载体60卷绕的更紧，进一步消除了滑动的任何可能性。
将离合器载体60压配于单向离合器70的外环上。将单向离合器70压配于交流发电机轴100上。滚针轴承80也接合交流发电机轴100，参见图4。端盖90接合滚针轴承和外部壳体。
在运行中，皮带(未示出)接合皮带轮120。皮带轮120固定至交流发电机轴100的端部。单向离合器70由交流发电机轴100驱动。单向离合器70进而驱动离合器载体60，离合器载体60进而驱动第一缠绕式弹簧40和第二缠绕式弹簧50。第一和第二缠绕式弹簧驱动扭力弹簧驱动器30。扭力弹簧驱动器30驱动扭力弹簧20，扭力弹簧20驱动外部壳体10。外部壳体10驱动交流发电机转子110。沿退卷方向驱动扭力弹簧20，意思是，扭矩在被施加时将趋向于使扭力弹簧退卷并膨胀。
交流发电机130在现有技术中为已知的并且被构造为任何已知的交流发电机，除了轴100通常将直接地驱动转子110，而在本实施例中相反地轴100驱动隔离分离器1000，隔离分离器1000进而驱动交流发电机转子110。本发明装置通过完全地将隔离分离器集成至交流发电机组件中而代表了比现有技术显著地更简单且更有效的构造。
为了使扭力弹簧20和单向离合器70的物理尺度最小化，优选的是具有防止超过预定最大值的扭矩被传送至扭力弹簧20和/或单向离合器70的超载特征。施加至扭力弹簧或单向离合器的过度的扭矩可能会导致任何一个构件过早地失效。
本发明提供一种滑动特征，其将施加至装置的任何过度的扭矩缩减从而降低施加至装置内的元件的最大扭矩。这容许基于减小的扭矩假设而优化构件，这避免了仅仅用于应对间歇性的峰值扭矩事件的超安全标准设计。
已知的是，交流发电机的额定峰值扭矩小于在启动发动机时所观察到的峰值扭矩。例如，典型的机动车交流发电机在发动机启动期间将具有12Nm的额定峰值扭矩、0.00030Kg m2的惯量、以及交流发电机处的100,000rad/s2的加速率。在发动机启动时使用等式1，装置必须能够应对30Nm的峰值扭矩，但是在其它所有的运行状态期间将不会看到这么高的扭矩。
等式1：T＝Iω2
式中：
T＝扭矩
I＝交流发电机惯量
ω2＝加速率
为了消除使用可以应对启动峰值扭矩的扭力弹簧和单向离合器的需要，本发明装置使用在额定峰值扭矩以上分离的第一缠绕式弹簧40和第二缠绕式弹簧50。
图2为隔离分离器的视图，其中去除了外部壳体。缠绕式弹簧40和50的各自的端部41和端部51分别地接合端盖90中的凹穴91和凹穴93，参见图6。凹穴91和凹穴93在端盖90的外圆周上相等地间隔。这种接合容许缠绕式弹簧40和缠绕式弹簧50相对于端盖90的旋转运动。端盖90固定地附接至外部壳体10。
在运行中，缠绕式弹簧40和缠绕式弹簧50的端部41和端部51分别在凹穴91和93内运动，这可包括在施加至装置的扭矩增加时朝向面92和面94运动。在扭矩被传送通过装置时，端部41和端部51均分别地在凹穴91和凹穴93内运动。所施加的扭矩使扭力弹簧20退卷。端部41和端部51的位置在正常运行期间分别在每个凹穴内波动。
当达到预定峰值扭矩时，端部41和端部51分别与面92和面94接触。若扭矩继续增加，则每个面92和面94迫使每个缠绕式弹簧端部41和端部51部分地退卷，从而部分地或逐步地将每个缠绕式弹簧40和缠绕式弹簧50从离合器载体60释放或分离。这容许第一缠绕式弹簧40和第二缠绕式弹簧50相对于离合器载体60旋转并且因此限制了施加在单向离合器70和扭力弹簧20上的最大扭矩。
这样的相对旋转将暂时地使轴100与交流发电机转子110分离。例如，当启动时的扭矩超过预定最大值并且缠绕式弹簧被容许相对于离合器载体旋转时，交流发电机皮带轮的速度暂时地超过交流发电机转子的速度并且将通过离合器和弹簧的扭矩限定至预定最大值。单向离合器70在交流发电机转子的速度超过交流发电机皮带轮的速度时分离。这容许交流发电机转子比交流发电机轴旋转得更快，从而容许交流发电机惯性与皮带驱动分离。此装置代表了对分离器使皮带轮与轴分离的现有技术的改进，相反地，在本发明装置中转子与轴分离。
图3为图4的细节。本发明装置1000包括便于在交流发电机或其它从动附件装置中使用的简单的筒式设计。
图4为所述装置在交流发电机中的剖视图。装置1000安装于转子110和轴100之间，它们全部在交流发电机外壳140内。所述交流发电机外壳可以为在现有技术中任何已知的外壳。
转子110直接被安装至装置1000的外部壳体10，与设置于轴100的任一端部处、在轴和皮带轮之间的现有技术的分离器相反。本发明装置减小了轴100的总长度并且因此减小了交流发电机的总长度。这进而减少了交流发电机在发动机上所要求的空间量。
轴100在轴承141、143中旋转。进一步地，交流发电机转子110在轴承80上以及在轴承142上旋转。轴承141、142优选地为球轴承，然而，现有技术中任何已知的轴承(包括滚针或套筒轴承)同样适用。
图5为缠绕式弹簧的立体图。每个缠绕式弹簧40、50的每个线圈45和线圈55按照相邻的交替方式布置。这还可以称作“嵌套”布置。缠绕式弹簧40和缠绕式弹簧50也是并联的。
图6为端盖的细节。端盖90包括用于分别容置每个缠绕式弹簧的端部51、41的凹穴91、93。所述凹穴在端盖的圆周上优选地彼此相隔180°设置。端盖90还充当防尘密封以防止碎片进入装置。
尽管在本文中已经描述了本发明的一种形式，然而对于本发明所属领域的技术人员而说，显而易见的是，可在部件的构造和关系方面做出多种改变，而不脱离本文中所描述的本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种交流发电机隔离分离器，包括：
交流发电机轴；
与所述交流发电机轴接合的单向离合器；
能释放地与所述单向离合器接合的第一缠绕式弹簧；
能释放地与所述单向离合器接合的第二缠绕式弹簧；
所述第二缠绕式弹簧与所述第一缠绕式弹簧并联布置；
第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧为嵌套关系；
第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧均具有能释放地与端盖接合的端部，所述端盖固定地连接至外部壳体；
第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧均与扭力弹簧串联接合；
所述扭力弹簧与外部壳体接合；以及
所述外部壳体与交流发电机转子接合。
2.如权利要求1中所述的交流发电机隔离分离器，进一步包括设置于第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧与单向离合器之间的离合器载体。
3.如权利要求1中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，所述端盖包括用于容置第一缠绕式弹簧的端部和第二缠绕式弹簧的端部的圆周凹穴。
4.如权利要求1中所述的交流发电机隔离分离器，进一步包括设置于第一缠绕式弹簧和第二缠绕式弹簧与扭力弹簧之间的扭力弹簧驱动器构件。
5.如权利要求1中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，所述端盖与轴承接合，所述轴承与交流发电机轴接合。
6.一种交流发电机隔离分离器，包括：
交流发电机轴；
与所述交流发电机轴接合的单向离合器；
并联布置的第一弹簧和第二弹簧；
所述第一弹簧和第二弹簧能释放地与所述单向离合器接合；
第一弹簧和第二弹簧均具有能释放地与端盖接合的端部，所述端盖固定地连接至外部壳体；
第一弹簧和第二弹簧与扭力弹簧串联接合；
所述扭力弹簧与外部壳体接合；以及
所述外部壳体与交流发电机转子接合。
7.如权利要求6中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，所述第一弹簧和第二弹簧为嵌套关系。
8.如权利要求6中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，第一弹簧和第二弹簧沿卷绕方向被加载。
9.如权利要求6中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，扭力弹簧沿退卷方向被加载。
10.一种交流发电机隔离分离器，包括：
交流发电机轴；
与所述交流发电机轴接合的单向离合器；
能释放地与所述单向离合器接合的第一弹簧和第二弹簧；
所述第一弹簧和第二弹簧均具有能释放地接合至外部壳体的端部；
第一弹簧和第二弹簧与扭力弹簧串联接合；
所述扭力弹簧与外部壳体接合；以及
所述外部壳体与交流发电机转子接合。
11.如权利要求10中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，第一弹簧和第二弹簧为嵌套关系。
12.如权利要求10中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，第一弹簧和第二弹簧沿卷绕方向被加载。
13.如权利要求10中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，扭力弹簧沿退卷方向被加载。
14.如权利要求10中所述的交流发电机隔离分离器，其特征在于，第一弹簧与第二弹簧是并联的。
15.如权利要求10中所述的交流发电机隔离分离器，进一步包括设置于第一弹簧和扭力弹簧之间的扭力弹簧驱动器构件。
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