CN109236989A - 一种电磁离合式超越皮带轮及启发一体式电机 - Google Patents

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Abstract

一种电磁离合式超越皮带轮，由电磁离合器系统，超越皮带轮系统构成。电磁离合器包括电磁线圈、定摩擦片、滑动摩擦片。电磁线圈固定安装在发电机壳体上，定摩擦片固定安装在电机轴上，滑动摩擦片与皮带轮外圈相互啮合，可在皮带轮轴线方向左右滑动。超越皮带轮，包括皮带轮内圈、皮带轮外圈、轴承和单向离合器，轴承和单向离合器装配到皮带轮内圈和皮带轮外圈之间，轴承起支撑作用，单向离合器使皮带轮内圈和外圈只能往一个方向相对滑动，实现皮带轮的内圈转速超越外圈转速的功能。本发明能使发动机启发一体式发电机在发电工况下能使用超越皮带轮的功能，以减小轮系冲击，同时又不影响在启动工况和助力工况下电机扭矩输出。

Description

一种电磁离合式超越皮带轮及启发一体式电机
技术领域
本发明属于动力技术领域，具体涉及发电机和启动电机技术领域。
背景技术
汽车发动机在运行过程中，曲轴存在较大的转速波动，该波动传递到轮系系统，导致轮系出现皮带打滑，振动超标等问题。一般通过提高轮系皮带张力（提高张力会使发动机摩擦损失增加，进而导致油耗升高），或在发电机上使用超越皮带轮隔离或部分隔离曲轴转速波动传递到发电机等方法解决问题。但是通过提高轮系皮带张力，会使发动机摩擦损失增加，进而导致油耗升高。
参见图1和图2所示，超越皮带轮是基于单向离合器原理，当曲轴转速波动上行时即皮带轮外圈11加速，发电机皮带轮外圈11带动单向离合器滚针122顺时针滚动，因单向离合器齿圈121的斜面结构，滚针122运动空间变窄，滚针122在皮带轮外圈11与单向离合器齿圈121的斜面间卡死，进而使得皮带轮内外圈锁死，发电机轴62与带轮外圈11刚性连接即不能相对转动，曲轴扭矩正常传递给电机发电。当曲轴波动减速过程即皮带轮外圈11减速，皮带轮外圈11带动滚针122相对于内圈14逆时针运动，滚针122运动空间变大，解除卡死状态，皮带轮内外圈脱开即解除锁死状态，此时皮带轮内圈14转速高于皮带轮外圈11的转速，通过上述工作过程，使曲轴转速波动与发电机隔离。
基于新能源汽车的发展，目前较成熟的弱混汽车（HEV），使用48V启发一体式电机，通过轮系皮带传递扭矩启动发动机（原启动电机取消），发动机启动后，电机恢复正常发电功能。其次在助力工况下，电机给曲轴传递扭矩，提供助力。因电机既承担普通发电机电机功能，又承担启动电机功能，即有扭矩输入，也有扭矩输出，带轮必须和电机轴刚性连接,现有技术只能使用普通钢带轮，不能使用超越皮带轮，因为从上述超越皮带轮工作原理可知，当电机轴主动转动时，超越皮带轮内外圈脱开，则扭矩无法输出,因电机转动惯量大，传动比高，带轮刚性连接的电机轮系在发动机转速波动激励下，容易出现异常振动、打滑、异响等问题。往往需较高的皮带张力解决该问题，而高张力会增加摩擦损失，进而提高发动机油耗。
发明内容
本发明提供一种电磁离合式超越皮带轮及启发一体式电机，目的是使新能源汽车的发动机启发一体式发电机在发电工况下能使用超越皮带轮的功能，以减小轮系冲击，同时又不影响在启动工况和助力工况下电机扭矩输出。
本发明所述的一种电磁离合式超越皮带轮，由电磁离合器系统，超越皮带轮系统构成。
所述电磁离合器，包括电磁线圈、定摩擦片、滑动摩擦片；所述电磁线圈固定安装在发电机壳体上，定摩擦片固定安装在电机轴上，滑动摩擦片与皮带轮外圈相互啮合，可在皮带轮轴线方向左右滑动，所述定摩擦片和滑动摩擦片通过电磁线圈的通断电而吸合或断开。
所述超越皮带轮，包括皮带轮内圈、皮带轮外圈、轴承和单向离合器，所述轴承和单向离合器装配到皮带轮内圈和皮带轮外圈之间，轴承起支撑作用，单向离合器使皮带轮内圈和外圈只能往一个方向相对滑动，实现皮带轮的内圈转速超越外圈转速的功能。
当电机处于启动工况或助力工况，所述电磁线圈在汽车电脑控制下通电，定摩擦片和滑动摩擦片吸合，使发电机轴和皮带轮外圈刚性连接，扭矩由电机轴输出给发动机曲轴，实现扭矩输出功能；
当电机处于发电工况，所述电磁线圈断电，定摩擦片与滑动摩擦片断开，皮带轮外圈、轴承、单向离合器和皮带轮内圈组成超越皮带轮，发动机曲轴通过皮带轮外圈输入扭矩给电机，并且超越皮带轮部分隔离曲轴转速波动传递到发电机轴，降低轮系系统振动、滑移。
本发明通过电磁离合器方案，解决了启发电机无法使用超越皮带轮问题，使用超越皮带轮可降低轮系滑移，振动问题，进而可适当降低轮系系统设计张力，进一步减少发动机摩擦损失，实现降低油耗的最终效果。
本发明进一步保护一种启发一体式电机，其在发电机轴上安装有上述的电磁离合式超越皮带轮。
本发明可具体用在新能源汽车（HEV，弱混汽车）上，发电机和启动电机一体所使用的发电机超越皮带轮（例如48V启发一体电机）。
附图说明：
图1是通常的单向离合器示意图。
图2是通常的超越皮带轮示意图（为图4的A向视图）。
图3是本发明的电磁离合式超越皮带轮（带启发一体电机）的零部件爆炸示意图。
图4是本发明的电磁离合式超越皮带轮装配示意图。
图5是本发明在电机处于启动及助力工况下，扭矩传递路径示意图。
图6是本发明在电机处于发电工况下，扭矩传递路径示意图。
图中，1-超越皮带轮，11-带轮外圈,111-带轮外圈凹槽结构，12-单向离合器，121-单向离合器齿圈，122-单向离合器滚针，123-单向离合器弹簧片，13-轴承，14-带轮内圈。2-滑动摩擦片。21-滑动摩擦片凸起结构，3-销套，4-定摩擦片，5-电磁线圈，6-启发一体电机，61-电机壳体,62-电机轴，7-紧固螺栓，8-紧固螺栓。
具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明作进一步的描述。
参见图3和图4，本发明的电磁离合式超越皮带轮是由皮带轮外圈11、单向离合器12、轴承13、皮带轮内圈14、滑动摩擦片2、销套3、定摩擦片4、电磁线圈5等组成。
其中电磁线圈5和电机壳体61通过螺栓8固定连接。定摩擦片4和皮带轮内圈14通过花键槽与发电机轴62配合固定连接，其中销套3位于定摩擦片4和皮带轮内圈14中间，起限位作用，销套3和发电机轴62间隙配合,螺栓7从端面将皮带轮内圈14紧固在电机轴62上。
本实施例中，皮带轮外圈11、单向离合器12、轴承13、皮带轮内圈14组成超越皮带轮系统，其详细原理见上述背景技术。其中轴承13和单向离合器12装配到皮带轮内圈14和皮带轮外圈11 之间，轴承13与皮带轮内圈14外表面及皮带轮外圈11内表面过盈配合，轴承13起支撑作用。单向离合器12使皮带轮内圈和外圈只能往一个方向相对滑动，实现皮带轮的内圈转速超越外圈转速的功能，其原理参见图1和图2，当曲轴转速波动上行时，皮带轮外圈11加速，发电机皮带轮外圈11带动单向离合器滚针122顺时针滚动，因单向离合器齿圈121的斜面结构，滚针122运动空间变窄，滚针122在皮带轮外圈11与单向离合器齿圈121的斜面间卡死，进而使得皮带轮内外圈锁死，发电机轴62与带轮外圈11刚性连接，曲轴扭矩正常传递给电机发电。当曲轴波动减速过程，皮带轮外圈11减速，皮带轮外圈11带动滚针122相对于内圈14逆时针运动，滚针122运动空间变大，解除卡死状态，皮带轮内外圈脱开，解除锁死状态，此时皮带轮内圈14转速高于皮带轮外圈11的转速。
如图3所示，进一步的实施例中，滑动摩擦片2有4个凸起结构21与皮带轮外圈11的4个凹槽结构111相互啮合且间隙配合，使滑动摩擦片2和皮带轮外圈11同步转动，滑动摩擦片2可在发电机轴62轴线方向左右滑动。电磁线圈5通电逻辑由汽车电脑控制，线圈通电状态，滑动摩擦片2和定摩擦片4吸合。
参见图5，当启动工况和助力工况下，电机6通过皮带轮外圈11输出扭矩给发动机曲轴，电磁线圈5通电，滑动摩擦片2和定摩擦片4吸合，扭矩传递方向见图5箭头所示方向，发电机轴62--定摩擦片4--滑动摩擦片2--皮带轮外圈11再通过皮带传递给曲轴，完成启动或助力功能。该状态下，单向离合器12、轴承13、皮带轮内圈14仅对皮带轮外圈11起支撑及限位作用。
参见图6，当电机处于发电工况下，发动机曲轴通过皮带轮外圈11输入扭矩给电机6，该状态下电机需通过超越皮带轮1隔离曲轴转速波动。该工况下电磁线圈5断电，滑动摩擦片2与定摩擦片4解除吸合而分开。皮带轮外圈11通过单向离合器12、轴承13、皮带轮内圈14组成超越皮带轮系统，扭矩传递方向见图6箭头所示方向，由皮带轮外圈11-单向离合器12-皮带轮内圈14再传递给电机轴62，完成发电功能，该状态下，电磁线圈5、定摩擦片4、滑动摩擦片2不工作。
同时该状态下，超越皮带轮发挥隔离曲轴波动的作用，可部分隔离曲轴转速波动传递到发电机轴，进而降低轮系系统振动，滑移等风险。原理参见图1和图2所示，超越皮带轮是基于单向离合器原理，当曲轴转速波动上行时，皮带轮外圈11加速，发电机皮带轮外圈11带动单向离合器滚针122顺时针滚动，因单向离合器齿圈121的斜面结构，滚针122运动空间变窄，滚针122在皮带轮外圈11与单向离合器齿圈121的斜面间卡死，进而使得皮带轮内外圈锁死，发电机轴62与带轮外圈11刚性连接，曲轴扭矩正常传递给电机发电。当曲轴波动减速过程，皮带轮外圈11减速，皮带轮外圈11带动滚针122相对于内圈14逆时针运动，滚针122运动空间变大，解除卡死状态，皮带轮内外圈脱开，解除锁死状态，此时皮带轮内圈14转速高于皮带轮外圈11的转速，通过上述工作过程，使曲轴转速波动与发电机隔离。

Claims (7)

1.一种电磁离合式超越皮带轮，包括电磁离合器系统和超越皮带轮系统；其特征在于，
所述电磁离合器，包括电磁线圈、定摩擦片、滑动摩擦片；所述电磁线圈固定安装在发电机壳体上，定摩擦片固定安装在电机轴上，滑动摩擦片与皮带轮外圈相互啮合，可在皮带轮轴线方向左右滑动，所述定摩擦片和滑动摩擦片通过电磁线圈的通断电而吸合或断开；
所述超越皮带轮，包括皮带轮内圈、皮带轮外圈、轴承和单向离合器，所述轴承和单向离合器装配到皮带轮内圈和皮带轮外圈之间，轴承起支撑作用，单向离合器使皮带轮内圈和外圈只能往一个方向相对滑动，实现皮带轮的内圈转速超越外圈转速的功能；
当电机处于启动工况或助力工况，所述电磁线圈在汽车电脑控制下通电，定摩擦片和滑动摩擦片吸合，使发电机轴和皮带轮外圈刚性连接，扭矩由电机轴输出给发动机曲轴，实现扭矩输出功能；
当电机处于发电工况，所述电磁线圈断电，定摩擦片与滑动摩擦片断开，皮带轮外圈、轴承、单向离合器和皮带轮内圈组成超越皮带轮，发动机曲轴通过皮带轮外圈输入扭矩给电机，并且超越皮带轮部分隔离曲轴转速波动传递到发电机轴，降低轮系系统振动、滑移。
2.根据权利要求1所述的电磁离合式超越皮带轮，其特征在于，所述定摩擦片和皮带轮内圈通过花键槽与发电机轴配合固定连接。
3.根据权利要求2所述的电磁离合式超越皮带轮，其特征在于，所述皮带轮内圈通过螺栓进行端面压紧，紧固在发电机轴上。
4.根据权利要求1所述的电磁离合式超越皮带轮，其特征在于，在定摩擦片和皮带轮内圈中间还有销套，起限位作用，销套和发电机轴间隙配合。
5.根据权利要求1所述的电磁离合式超越皮带轮，其特征在于，所述轴承与皮带轮内圈外表面及皮带轮外圈内表面过盈配合。
6.一种启发一体式电机，其特征在于，在发电机轴上安装有权利要求1-5任一项所述的电磁离合式超越皮带轮。
7.根据权利要求6所述的启发一体式电机，其特征在于，用于弱混（HEV）新能源汽车。
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