CN104995434B - 皮带轮装置和用于驱动皮带轮装置连接的辅助设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于驱动机动车辆的辅助设备的皮带传动装置的皮带轮装置，所述皮带轮装置具有：用于导入可经由牵引机构提供的转矩的皮带轮；用于驱动辅助设备、尤其冷却水泵的从动轴；和用于在所述皮带轮和所述从动轴之间传输转矩的电机，其中所述电机具有能够与所述皮带轮连接的转子和与所述从动轴连接的定子。通过皮带轮和从动轴之间的可由电机影响的功率流，对于最不利的运行点不需要设置经由从动轴连接的辅助设备，使得能够更小地确定辅助设备的尺寸并且实现了机动车辆部件的结构空间的减小、尤其是机动车辆的可经由皮带传动装置驱动的辅助设备的结构空间的减小。

Description

皮带轮装置和用于驱动皮带轮装置连接的辅助设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于驱动机动车辆的辅助设备的皮带传动装置的皮带轮装置和一种用于驱动机动车辆的经由皮带轮装置连接的辅助设备的方法，借助于其，机动车辆的辅助设备、例如冷却水泵能够经由牵引机构借助于由机动车发动机提供的转矩来驱动。
背景技术
从DE 101 48 961 A1中已知一种用于驱动辅助设备的具有输入皮带轮的皮带传动装置，所述皮带传动装置经由行星传动装置与内燃机的曲轴连接，其中经由通过皮带轮驱动的牵引机构经由输出皮带轮能够驱动不同的辅助设备。附加地，电机也经由另一个输出皮带轮连接到牵引机构上，以便能够在发电机运行时从牵引机构的机械能中产生电能或者在发动机运行时将附加的转矩导入到牵引机构中。
存在减小机动车辆部件的结构空间的持续需求。
发明内容
本发明的目的是阐明如下措施，所述措施实现了机动车辆部件的结构空间的减小、尤其是机动车辆的可经由皮带传动装置驱动的辅助设备的结构空间的减小。
根据本发明，提出一种用于驱动机动车辆的辅助设备的皮带传动装置的皮带轮装置，所述皮带轮装置具有用于导入可经由牵引机构提供的转矩的皮带轮；用于驱动辅助设备、尤其冷却水泵的从动轴；和用于在皮带轮和从动轴之间传递转矩的电机，其中电机具有与皮带轮连接的转子和与从动轴连接的定子。
借助于通过转子和定子构成的电机，从动轴能够以电磁的方式与皮带轮耦联，使得通过影响在转子和定子之间构成的电场和/或磁场能够改变皮带轮和从动轴之间的功率流。由此尤其可能的是，从动轴能够即使在皮带轮转速高的情况下在所允许的最大转速之下和/或即使在皮带轮转速低的情况下在预设的最小转速之上运行。通过在皮带轮和从动轴之间的可由电机影响的功率流，对于最不利的运行点不需要设置经由从动轴连接的辅助设备，使得辅助设备能够更小地确定尺寸并且实现了机动车辆部件的结构空间的减小、尤其机动车辆的可经由皮带传动装置驱动的辅助设备的结构空间的减小。
电机尤其是仅作为机电换能器来运行。电机例如设计为直流驱动器或者交流驱动器。电机尤其能够是永久激励的或者是他励的。尤其可能的是，电机设计为同步机或者异步机。在转子和定子之间构成的电场和/或磁场例如能够通过如下方式改变：转子相对于定子能够轴向移动，使得轴向的延伸能够改变，经由所述轴向的延伸，转子和定子的对于功率流的传递重要的构件、尤其永磁体和/或绕组沿着径向方向相继重叠地设置。尤其可能的是，将转子相对于定子轴向移动这样远，使得在转子和定子之间的功率传递能够被中断，例如以便将经由从动轴连接的辅助设备与皮带传动装置脱耦。
电机的转子能够以皮带轮的转速旋转。对转子的驱动尤其经由皮带轮通过作用在皮带轮上的牵引机构来实现。牵引机构尤其设计为皮带、平皮带、楔形皮带、齿形皮带、多V带、绳、链等。借助于一个或多个导向辊，牵引机构在皮带轮上的包容角能够提高和/或能够调节牵引机构的预应力。电机的定子能够以从动轴的转速旋转。这就是说在正常运行时转子还有定子能够旋转，其中通过转子和定子之间的电磁场的影响、尤其通过对定子和/或转子的绕组单独可调节的通电，能够提高或者降低转子和定子之间的转速差，尤其以便能够调控从动轴上的所期望的额定转速。从动轴的所期望的额定转速尤其能够是可变的并且在连续的运行中改变。设计为冷却水泵的辅助设备的所期望的体积流量例如能够根据待由该冷却水泵来冷却的机动车辆部件的温度来调控，使得与该冷却水泵连接的从动轴的额定转速为了调节所期望的体积流量能够改变。如果辅助设备在此期间不应运行，那么例如能够提出：以机械的方式或者以电的方式锁止从动轴并且中断到辅助设备中的功率输入。优选地，转子能够经由尤其可切换的自由轮与皮带轮连接和/或定子能够经由尤其可切换的自由轮与从动轴连接。这对于特定的运行情况实现了中断从皮带轮到从动轴的功率流，而不经由电机产生所不必要的无功功率，或者实现了辅助设备尤其在起动-停止情况中、在改变主意(Change-of-mind)情况中或者在机动车辆发动机起动情况下为了驱动机动车辆至少短期地以纯电的方式运行。辅助设备例如是冷却水泵、油泵、空调设备的空气压缩机、燃油泵、发电机、机油泵、用于可增压的机动车辆发动机中的增压空气压缩装置的机械的增压器/压缩机。
特别地，电机与用于使从动轴加速的电能源连接和/或与用于制动从动轴的电能量收集器连接。能源和/或能量收集器能够与电机的转子和/或定子的绕组连接。能源和能量收集器尤其能够是同一构件、优选可充电的电池(蓄电池)、例如机动车辆电池。优选之前存储在能量收集器中的电能能够用作为用于使从动轴加速的能源。通过从能源中给电机供给电能和/或从电机中将电能输出给能量收集器能够有针对性地改变在皮带轮的转速和从动轴的转速之间的转速差的量和/或符号。在供给电能时除了由皮带轮导入的转速外，从动轴被加速，由此从动轴超过皮带轮(“超越运行”)。在导出电能时从动轴相对于由皮带轮导入的转速能够被制动，由此从动轴与皮带轮相比更缓慢地旋转(“制动运行”)。在制动运行中优选电消耗器和/或电存储器能够连接到电机上。特别地，所连接的消耗器的电阻能够是无穷大的，由此基本上不再产生拖曳力矩。特别地，从动轴的额定转速能够与皮带轮的转速脱耦。尤其可能的是，通过使电机与能量收集器连接产生电能用于机动车辆的车辆电网或者为了存储电能(“发电机运行”)，或者在机动车辆的制动过程中回收制动功率的一部分作为电能(“再生”)。
优选地，在电机中在取消电流的情况下设有用于建立皮带轮与从动轴的基本上抗转动的耦联的切换元件。由此获得用于辅助设备的故障安全功能，所述辅助设备例如在车辆电网电压失效的情况下根据皮带轮的转速至少实现了辅助设备的不受调控的运行。在这种“故障安全运行状态”中能够存在皮带轮与从动轴的纯机械耦联。切换元件例如设计为通过电流的电磁体，所述电磁体在通过电流的状态中预紧用于引起皮带轮与从动轴机械耦联的弹簧。在电流供给失效的情况下，电磁体不再能够预紧弹簧，使得弹簧放松并且尤其引起皮带轮与从动轴的摩擦配合的和/或形状配合的耦联。
尤其优选地，电机具有绕组，其中绕组在电机中取消电流的情况下是可短路的。在电机中取消电流的情况下用于建立皮带轮与从动轴的基本上抗转动的耦联的切换元件例如能够由此设计为节省结构空间的电路，当例如经由机动车辆的车辆电网的电流供给失效时，所述电路使绕组短路。电流尤其能够从相对于绕组可运动的永磁体和/或其它通电的绕组感应到绕组中，使得能够在转子和定子之间出现电磁耦联。优选地，能够设置转子与定子的附加的机械耦联。
特别地，定子具有永磁体并且转子具有绕组，或者定子具有绕组并且转子具有永磁体，其中绕组经由无接触的或者能接触的电接触部、尤其是滑动接触连接件与电线连接用于导入和/或导出电能。根据设计方案和/或使用目的能够调换永磁体和绕组。原则上可能的是，不仅对于定子而且对于转子设置可通过电流的、优选单独地并且可彼此不相关地调控的绕组，以便尤其能够实现电机的许多调控可能性。当或者仅一个电路存在于绕组上时，例如经由滑动接触连接件仅需要一个单个的电接触部，由此相应地需要少的结构空间。尤其优选的是，设有无接触的电接触部，以便在无机械滑动的情况下交换在电线和转子和/或定子之间的电能。通过电接触能够施加供给电压，以便运行电机和/或影响电机的电磁场。电机的通电在此能够经由插入的电子电路实现，所述电子电路一方面能够与电线连接并且另一方面能够与至少一个绕组连接。电子电路例如能够切断(zerhacken)、调制供给电压，尤其是作为脉冲波调制来进行调制，并且给电机的至少一个绕组通电，其中优选至少一个绕组的通电能够借助于电子电路来控制和/或调控。
优选地，绕组与载体连接，其中所述载体经由沿着径向方向伸展的连接件与从动轴或者皮带轮连接，其中所述载体朝向远离绕组指向的一侧具有用于传输电能的接触元件、尤其滑动接触连接件的滑环。此外可能的是，使用从动轴作为驱动器并且使用皮带轮作为从动器，使得载体从而绕组能够与驱动轴或者从动盘连接。绕组与接触元件的电接触能够通过载体的材料来实现。接触元件、尤其滑环例如能够与载体铆接，其中穿过载体的材料伸展的铆钉能够构成和/或实现电接触。通过载体的沿着径向方向伸展的部分，借助于连接件，与从动轴或皮带轮连接的载体的承载接触元件或滑环的部分能够与从动轴或皮带轮间隔地定位。由此能够在接触元件和从动轴或皮带轮之间构成容纳凹处，在所述容纳凹处中例如能够设置有弹簧加载的接触刷。接触刷或者其它的接触元件尤其能够与固定的支架连接，所述支架在皮带轮装置的轴向侧上能够插入到由载体限界的凹处中。支架尤其能够与辅助设备的机组壳体连接，其中辅助设备的机组壳体优选在轴向上能够伸入到皮带轮和/或皮带轮装置中。
尤其优选皮带轮具有径向向外指向的用于连接牵引机构的工作面，其中在工作面的径向内部基本上在工作面的轴向高度上设置有用于运行电机的电子电路。经由用于与牵引机构耦联的皮带轮的设计方案在皮带轮的工作面内部产生空腔，所述空腔能够由电子电路使用。从径向外部来观察，电子电路基本上能够完全由工作面遮盖。电子电路能够由此尤其是抗转动地与电机的绕组连接，对于所述电机，电子电路控制电能的供给和/或导出。由此对于电机的运行而言不需要在皮带轮装置的外部设置分开的电路电子部件，所述电路电子部件必须经由滑动接触部或者其它形式的连接与电机连接。由此对于皮带轮装置而言产生节省结构空间的构造。
特别地，皮带轮具有径向向外指向的用于连接牵引机构的工作面，其中在工作面的径向内部基本上在工作面的轴向高度上设置有电机的转子和定子。经由用于与牵引机构耦联的皮带轮的设计方案，在皮带轮的工作面的内部产生空腔，所述空腔能够由电机使用。从径向外部来观察，电机基本上能够完全由工作面遮盖。由此对于皮带轮装置而言得到节省结构空间的构造。
本发明此外涉及皮带轮装置的一种应用，所述皮带轮装置能够如在上文中所描述的那样构成和改进，在机动车辆的皮带传动装置中目的在于将由用于驱动机动车辆的机动车辆发动机提供的转矩的一部分导出到辅助设备上。通过皮带轮和从动轴之间的可由电机影响的功率流，对于最不利的运行点而言不需要设置经由从动轴连接的辅助设备，使得通过使用皮带轮装置用于导出所提供的转矩能够更小地确定辅助设备的尺寸并且实现了机动车辆部件的结构空间的减小、尤其机动车辆的可经由皮带传动装置驱动的辅助设备的结构空间的减小。
本发明此外涉及一种用于驱动机动车辆的辅助设备的皮带传动装置，所述皮带传动装置具有：可与机动车辆发动机的发动机轴、尤其曲轴连接的输入皮带轮；至少一个经由一个共同的牵引机构与输入皮带轮耦联的用于驱动相关联的辅助设备、尤其冷却水泵的输出皮带轮，其中至少一个输出皮带轮设计为皮带轮装置，所述皮带轮装置能够如在上文中所描述的那样构成和改进。优选地，设有多个输出皮带轮，其中尤其是多个、优选所有的输出皮带轮设计为皮带轮装置，所述皮带轮装置能够如在上文中所描述的那样构成和改进。通过在皮带轮和从动轴之间的可被电机影响的功率流对于最不利的运行点而言不需要设置经由从动轴连接的辅助设备，使得通过皮带传动装置能够更小地确定辅助设备的尺寸并且实现了机动车辆部件的结构空间的减小、尤其机动车辆的可经由皮带传动装置驱动的辅助设备的结构空间的减小。
本发明此外涉及一种用于驱动机动车辆的经由皮带轮装置连接的辅助设备的方法，所述皮带轮装置如在上文中所描述的那样构成和改进，其中根据用于调控从动轴的额定转速的皮带轮的转速执行将电能供给到电机中和/或将电能从电机导出。通过在皮带轮和从动轴之间的可由电机影响的功率流，对于最不利的运行点不需要设置经由从动轴连接的辅助设备，使得能够更小地确定辅助设备的尺寸并且实现了机动车辆部件的结构空间的减小、尤其机动车辆的可经由皮带传动装置驱动的辅助设备的结构空间的减小。替代地，可能的是，对于特定的额定转速范围设置辅助设备并且对于相应的辅助设备通过影响在皮带轮和从动轴之间的功率流来调控特定的额定转速范围。所述方法尤其能够如在上文中根据皮带轮装置所阐述的那样构成和改进。
附图说明
接下来参考所附的附图示例性地阐述本发明，其中在下文中所描述的特征不仅能够分别单独地也能够组合地描述本发明的一个方面。附图示出：
图1示出皮带轮装置的示意性的剖视图；
图2示出图1中的在超速运行中的皮带轮装置的示意性的原理图；
图3示出图1中的在故障安全运行中的皮带轮装置的示意性的原理图；以及
图4示出图1中在制动运行中的皮带轮装置的示意性的原理图。
具体实施方式
在图1中示出的皮带轮装置10具有皮带轮12，所述皮带轮具有径向向外指向的工作面14，经由所述工作面，由机动车辆的内燃机的曲轴提供的转矩能够被牵引机构、例如平皮带导入。皮带轮12经由电机16与从动轴18耦联，所述从动轴能够是辅助设备的、例如冷却水泵的输入轴。电机16具有与皮带轮12牢固连接的转子20和经由气隙与转子20间隔的定子22。在所示出的实施例中，转子20具有永磁体，而定子22具有绕组。此外定子22经由载体24牢固地与从动轴18连接。载体24环状地设计具有基本上U形的在轴向上敞开的横截面。载体24在U形的横截面的底部上具有沿着径向方向伸展的连接件26，使得在定子22和从动轴18之间构成凹处28，在所述凹处中设有滑动接触连接件30。滑动接触连接件30在远离定子22的一侧上具有滑环32，借助于压力弹簧34受弹簧加载的接触刷36压向所述滑环，以便建立电接触。压力弹簧34和与压力弹簧34连接的接触刷36在接触刷引导部38中被引导。接触刷引导部38与固定的支架40连接。支架40尤其能够与辅助设备的机组壳体42连接，其中机组壳体42优选能够至少部分地在轴向上伸入到皮带轮12和/或皮带轮装置10中。电线44能够经由支架40和/或机组壳体42被引导，所述电线能够与接触刷36电连接。借助于完全设置在皮带轮12内部的电子电路46能够控制经由电线44的电能的供给和/或导出，由此可影响转子20和定子22之间的电磁场，其中所述电子电路尤其与载体24或者与支架40固定或者在多件式的设计方案中借助于第一部分与支架24固定并且借助于第二部分与支架40固定。由此尤其可能的是，从动轴18的转速与皮带轮12的转速不同，尤其以便对于从动轴18而言基本上与皮带轮12的转速无关地调控特定的额定转速。对此皮带轮12不与从动轴18牢固地连接，而是经由滚动轴承48相对可旋转地安装。
当如在图2中所示出的那样电机16经由电线44被供给电能EAn时，除了经由皮带轮12导入的机械能Anmech外，从动轴18能够被加速，使得从动轴18的定子22能够以转速ns旋转，所述转速比皮带轮12的转子20的转速nR大了因数s(“超速运行”)。被供给的能量的小的部分作为损耗能量Ev失去并且不传输到从动轴18上，由此由从动轴18输出的机械能Abmech大致是更小的。
当如在图3中所示出的那样既不经由电线44供给电能也不导出电能时，电子电路46尤其能够使定子22的绕组短路，使得从动轴18能够以转速ns旋转，所述转速基本上近似地相应于转子20的转速nR(“故障安全运行”)。被供给的能量的小的部分作为损耗能量Ev失去并且不传输到从动轴18上，使得从动轴18的转速ns在考虑损耗能量Ev的情况下略小于转子20的转速nR，由此由从动轴18输出的机械能Abmech大致是更小的。然而损耗能量Ev通常这样低，使得因数s非常近似1。
当如在图4中所示出的那样从电机16中经由电线44导出电能EAb例如以便运行另一个电消耗器和/或存储所产生的电能时，从动轴18能够相对于经由皮带轮12导入的机械能Anmech被制动，使得从动轴18能够以转速ns旋转，所述转速比转子20的转速nR小了因数s(“制动运行”)。由皮带轮12供给的能量的小的部分作为损耗能量Ev失去并且不经由电机16传输到从动轴18上，由此可由电机16输出到能量收集器上的电能EAb和由从动轴18输出的机械能Abmech大致是小的。
附图标记列表
10 皮带轮装置
12 皮带轮
14 工作面
16 电机
18 从动轴
20 转子
22 定子
24 载体
26 连接件
28 凹处
30 滑动接触连接件
32 滑环
34 压力弹簧
36 接触刷
38 接触刷引导部
40 支架
42 机组壳体
44 电线
46 电子电路
48 滚动轴承
Anmech 被供给的机械能
Abmech 被导出的机械能
EAn 被供给的电能
EAn 被导出的电能
EV 损耗能量
nR 转子的转速
nS 定子的转速

Claims (10)

1.一种用于皮带传动装置的皮带轮装置，所述皮带传动装置用于驱动机动车辆的辅助设备， 所述皮带轮装置具有：
用于导入能够经由牵引机构提供的转矩的皮带轮(12)；
用于驱动辅助设备的从动轴(18)；和
用于在所述皮带轮(12)和所述从动轴(18)之间传递转矩的电机(16)，其中所述电机(16)具有与所述皮带轮(12)连接的转子(20)和与所述从动轴(18)连接的定子(22)；在所述电机(16)中取消电流的情况下设有切换元件用于建立所述皮带轮(12)与所述从动轴(18)的基本上抗转动的耦联。
2.根据权利要求1所述的皮带轮装置，其特征在于，所述电机(16)与用于加速所述从动轴(18)的电能源连接和/或与用于制动所述从动轴(18)的电能量收集器连接。
3.根据权利要求1所述的皮带轮装置，其特征在于，所述辅助设备为空调压缩机、发电机、油泵、机油泵、燃油泵。
4.根据权利要求1所述的皮带轮装置，其特征在于，所述电机(16)具有绕组，其中所述绕组在所述电机(16)中取消电流的情况下是能短路的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的皮带轮装置，其特征在于，所述定子(22)具有永磁体并且所述转子(20)具有绕组，或者所述定子(22)具有绕组并且所述转子(20)具有永磁体，其中所述绕组经由无接触的或者能接触的电接触部与电线(44)连接用于导入和/或导出电能。
6.根据权利要求5所述的皮带轮装置，其特征在于，所述绕组与载体(24)连接，其中所述载体(24)经由沿着径向方向伸展的连接件(26)与所述从动轴(18)或者所述皮带轮(12)连接，其中所述载体(24)朝向远离所述绕组的一侧具有用于传输电能的接触元件的滑环(32)。
7.根据权利要求1所述的皮带轮装置，其特征在于，所述皮带轮(12)具有径向向外指向的用于连接所述牵引机构的工作面(14)，其中在所述工作面(14)的径向内部基本上在所述工作面(14)的轴向高度上设置有用于运行所述电机(16)的电子电路(46)。
8.根据权利要求1所述的皮带轮装置，其特征在于，所述皮带轮(12)具有径向向外指向的用于连接所述牵引机构的工作面(14)，其中在所述工作面(14)的径向内部基本上在所述工作面(14)的轴向高度上设置有所述电机(16)的所述转子(20)和所述定子(22)。
9.一种用于驱动机动车辆的辅助设备的皮带传动装置，所述皮带传动装置具有：能够与机动车辆发动机的发动机轴连接的输入皮带轮；至少一个经由一个共同的牵引机构与所述输入皮带轮耦联的输出皮带轮，用于驱动相关联的所述辅助设备，其中至少一个输出皮带轮设计为根据权利要求1至8中任一项所述的皮带轮装置(10)。
10.一种用于驱动机动车辆的经由根据权利要求1至8中任一项所述的皮带轮装置(10)连接的辅助设备的方法，其中根据用于调控所述从动轴(18)的额定转速的所述皮带轮(12)的转速执行供给电能到所述电机(16)中和/或从所述电机(16)中导出所述电能。
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