CN1973116A - 驱动皮带轮 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机的冷却泵或类似装置的驱动皮带轮，所述皮带轮包括连接发动机的输入(14)和包括中空圆柱件(4)的输出，该中空圆柱件的外表面(6)构成传动皮带的配合表面，所述输入和输出通过传动系统连接，该传动系统包括行星齿轮组，该行星齿轮组包括两个或更多个第一行星齿轮(16)以及两个或更多个第二行星齿轮(22)，所述第一行星齿轮连接于各自的行星轴(10)以绕其轴线旋转，并与第一太阳齿轮(18)啮合；所述第二行星齿轮(22)与相应的第一行星齿轮(16)连接并随第一行星齿轮(16)旋转，且与第二太阳齿轮(24)啮合。所述行星轴(10)连接于构成输入的公共机架(14)，所述第一太阳齿轮(18)连接到输出(4)。该传动系统还包括两台电动机/发电机(38、40；42、44)，该电动机/发电机的转子(38、42)分别连接第二太阳齿轮(24)和输出(4)，该电动机/发电机的定子电接头连接到控制器(46)，用于选择性地改变所述接头与控制器之间的电力流动，该传动系统至少部分容纳在所述中空圆柱件(4)内。

Description

驱动皮带轮

技术领域

本发明涉及驱动皮带轮，该驱动皮带轮用于连接发动机，特别是汽车发动机，以驱动辅助设备，例如冷却液泵或冷却风扇，冷却液泵使冷却液在冷却管路中循环，冷却风扇将空气吹到和/或吹过散热器或者压缩机，例如空调压缩机。

背景技术

内燃机通常包括冷却液泵和/或冷却风扇(在本说明书中统称为“冷却泵”)，用以从发动机散发多余的热量并防止发动机过热。这种冷却泵通常具有带有皮带轮的输入轴，该皮带轮由传动带驱动，该传动带还围绕经过驱动皮带轮，该驱动皮带轮直接安装在发动机曲轴的一端或由曲轴驱动的轴上。因此，驱动皮带轮的速度通常与发动机的速度直接相关。

但是，内燃机具有特定温度范围，在该温度范围内，内燃机能以最大效率运行，多余的热量必须通过冷却泵散发，从而保证内燃机处于该温度范围内。这些多余的热量随许多因素而变化，包括车速、发动机负载和周围温度。低速行驶车辆中在高负载、高周围温度下运行的发动机所需要散发的热量，远远高于高速行驶车辆中在低负载、低周围温度下运行的发动机所需要散发的热量。

但是，传统冷却泵的速度仅仅随发动机的速度而改变，却与上述任何一个因素无关。由于过热对发动机特别有害，因此，冷却泵和驱动冷却泵的皮带轮传统上制造为在所有条件下能使发动机散发的热量足够多，这必然意味着在发动机的大部分运行寿命中不必要地散发了过多的热量。这表明，在这些发动机使用寿命的相当大部分时间内，发动机通常在比最佳温度低的温度下运行。此外，作为冷却泵能消耗发动机总输出功率大约10％的事实的结果，这意味着在发动机大部分工作时间内，冷却泵浪费了能量，由此反过来意味着发动机的总工作效率小于理论上能达到的数值。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种连接于发动机的驱动皮带轮，该驱动皮带轮允许与其连接的冷却泵或类似装置在不依赖于发动机速度的速度下而驱动。

具有无级变速系统的各种不同类型的传动系统是公知的，但这些传动系统一般不仅昂贵，而且体积庞大。后一个特点对于汽车发动机来说尤其成问题，因为汽车中发动机盖下的空间已经极为有限，并且对于汽车设计者，如果需要他们在通常可用的非常有限的空间内装入一个更大体积的发动机，这将成为一个重要问题。

因此，本发明的又一目的是提供一种上述类型需要很少或不需要额外空间的皮带轮，从而可以容易地装入汽车发动机盖下的空间。

根据本发明，提供了一种用于发动机的冷却泵或类似装置的驱动皮带轮，所述皮带轮包括连接发动机的输入和包括中空圆柱件的输出，该中空圆柱件的外表面构成传动皮带的配合表面，所述输入和输出通过传动系统连接，该传动系统包括行星齿轮组，该行星齿轮组包括两个或更多个第一行星齿轮以及两个或更多个第二行星齿轮，所述第一行星齿轮连接于各自的行星轴以绕该行星轴的轴线旋转，并且所述第一行星齿轮与第一太阳齿轮啮合；所述第二行星齿轮与各自的第一行星齿轮连接并随第一行星齿轮旋转，并且所述第二行星齿轮与第二太阳齿轮啮合。所述行星轴连接于构成输入的公共机架，所述第一太阳齿轮连接到输出。该传动系统还包括两台电动机/发电机，该电动机/发电机的转子分别连接第二太阳齿轮和输出，该电动机/发电机的定子电接头连接到控制器，用于选择性地改变所述接头与控制器之间的电力流动，该传动系统至少部分容纳在所述中空圆柱件内。

根据本发明的的驱动皮带轮由此构成一个集成单元，该集成单元包括皮带轮和固定变量输出比的传动系统。虽然通常使用的汽车皮带轮是具有较小轴向长度的单V型，但目前通常使用的现代汽车皮带轮是所谓具有较大轴向长度的多V型。这种皮带轮通常是中空的，并占有相当大的空间。然而，传动系统至少部分容纳在所述中空圆柱件内，该中空圆柱件的外表面构成传动带的配合表面，因此传动系统需要的额外空间很少。

根据本发明驱动皮带轮的传动系统不需要任何加工有内齿的环状齿轮。这样具有的优点是，与使用传统环状齿轮或内齿轮的情况相比，该传动系统的直径相当小，因此传动系统可以容易地设计其尺寸以至少部分地装入传统汽车皮带轮中。实际上，所有齿轮都是正齿轮，由于都是加工有外齿，成本非常低。

使用时，电动机/发电机中的一台作为发电机，并将电力传递到另一台作为电动机的电动机/发电机。通过控制器可以选择地改变如上传递的电力的大小，从而改变传动系统的传动比。因此，动力通过传动系统既机械地又电力地传递，该动力按比例随传动比的变化而变化。因此，传动系统的输出速度以及皮带轮的速度，可以不依赖于输入速度而改变。这意味着，根据本发明的皮带轮驱动的风扇、水泵或类似装置的速度可以不依赖于发动机的速度而改变，这又意味着可以在最适合于发动机所需的瞬时冷却的速度下精确地工作。因此，风扇或水泵不再消耗不必要的能量，从而提高发动机的总效率。

如果将两台电动机/发电机装在与行星和太阳齿轮隔离的隔间内将是方便的，由此消除了电动机/发电机可能被齿轮组的油或类似物污染的危险，进一步优选地，容纳电动机/发电机的隔间位于所述圆柱件内。

第一和第二行星齿轮可以分别直接与第一和第二太阳齿轮啮合。在这种情况下，行星齿轮组是所谓的正型。如果当支架保持静止时，太阳齿轮以及与行星齿轮啮合的齿轮元件沿相同方向旋转，则行星齿轮组是正型；而如果当支架保持静止时，沿一个方向旋转的太阳齿轮的旋转，使得与行星齿轮啮合的齿轮元件沿相反方向旋转，则行星齿轮组是负型。

实际上可以发现，负型的行星齿轮组更方便，因为这使所谓的R₀比变低。R₀定义为太阳齿轮的齿数和与行星齿轮啮合的齿轮元件的齿数之比。因此，优选地，第一行星齿轮或者第二行星齿轮与各自的惰轮齿轮啮合，该惰轮齿轮与第一或第二太阳齿轮啮合，从而第一或第二行星齿轮仅是间接地分别与第一或第二太阳齿轮啮合。

第一和第二行星齿轮成对连接在一起以一起旋转。为此，每对第一和第二行星齿轮可以构成一个独立单元，作为一个主体围绕相关的行星轴旋转。作为选择地，每个第一和第二行星齿轮可以由相关行星轴非转动地支撑，也就是说，它们刚性地连接在行星轴上或者甚至形成为行星轴的一个整体部分，并且在这种情况下，行星轴相对支架围绕自身的轴旋转。

在优选实施方式中，控制器连接温度传感器，用于根据从温度传感器接收的信号大小来改变两台电动机/发电机单元之间传递的电力。实际上，控制器为如下设置：当传感器检测的温度升高时，输出速度也增大。这意味着，在使用时，当发动机变热时，空气风扇或水泵的速度增大，从而增大从发动机散热的速率，因而使发动机冷却。

优选地，控制器连接可充电电池，并且用于还控制两台电动机/发电机和电池之间的电力流动。因此，如果在一个短暂时间周期内一台电动机/发电机所需的电力超过另一台电动机/发电机提供的能力，则可以从电池获取额外的电力。当一台或另一台电动机/发电机具有过剩电力时，控制器可以将此电力转到电池中以对该电池充电。此实施方式为机动车省去了传统的交流发电机并使用一台或两台电动机/发电机完成该交流发电机常用功能提供了可能性。这将明显节省发动机盖下的空间并节约资金。再优选地，一台或两台电动机/发电机用于取代传统机动车具有的启动电机，这将进一步节省空间、节约资金。如果使用一台电动机/发电机作为启动电机以启动汽车发动机，则控制器从电池为该启动电机输送电力。为了保证电动机/发电机单元实现的旋转不会仅仅使皮带轮快速旋转，以及因而使与皮带轮连接的风扇或水泵快速旋转，优选地，皮带轮包括静止件以及可选择操作的锁定装置，两台电动机/发电机的定子与该静止件连接，所述锁定装置用于将圆柱件锁定在静止件上。因此，当该锁定装置作用时，皮带轮的输出不能旋转，这意味着作为启动电机的一台电动机/发电机的运转将使皮带轮输入的旋转，从而使与皮带轮连接的发动机旋转，由此启动发动机。

附图说明

通过下面对根据本发明驱动皮带轮的一个特定实施方式的说明，本发明的其它特征和细节将显而易见，该实施方式仅经由参考附图的例子而给出，其中：

图1是根据本发明的汽车驱动皮带轮的轴向截面图；以及

图2是沿图1的线I-I的示意性横向截面图。

具体实施方式

附图表示的皮带轮，图示为连接到发动机的曲轴2。曲轴2连接到包括行星齿轮组的传动系统的输入，该传动系统的输出连接到通常为杯状的中空圆柱件4，该中空圆柱件4的圆形截面的外表面具有多条V形槽，并构成多V型皮带轮的皮带配合表面6。

更具体地，输入包括两个球轴承8，二者由环形圈支撑并连接在一起。球轴承8容纳行星齿轮组各自的行星轴10的一端，该行星轴10的另一端容纳在各自的另一球轴承12中。两个球轴承12通过另一环形圈支撑并连接在一起。两个环形圈通过四个柱连接在一起，这仅在图2中可见。两个环形圈和四个柱一起构成齿轮组的支架14，曲轴连接于该支架14。每个行星轴10长度的部分加工有齿，并构成第一行星齿轮16。两个行星齿轮16与第一太阳齿轮18啮合，第一太阳齿轮18由轴20不转动地支撑，轴20又不转动地连接到中空圆柱形或杯形件4上。各个第二行星齿轮22也不转动地连接到行星轴10上，第二行星齿轮22与第二太阳齿轮24啮合。这样，行星齿轮22仅间接地与太阳齿轮24啮合。这通过如下事实来实现：每个行星齿轮22与相关的惰轮齿轮26直接啮合，该惰轮齿轮26再与太阳齿轮24直接啮合。因此，行星齿轮组是负型的，因为如果太阳齿轮18沿一个方向旋转，且支架14保持静止，则使太阳齿轮24沿相反方向旋转。

太阳齿轮24连接到毂26，轴20从毂26中穿过。在轴20穿出毂26的位置装有环状油封28。传动系统还包括基本中空的圆柱形静止件30，从静止件30的内表面向内延伸有径向带孔的法兰32。法兰32中孔的自由边缘装有支撑毂26的轴承以及另一油封34。在静止件远离输入的末端，静止件还装有另一个环状毂36。第一电动机/发电机的转子38连接在毂26上，第一电动机/发电机的定子40连接在静止件30上。第二电机/发电机的转子42连接在杯形圆柱件4的内部，第二电机/发电机的定子44连接在毂36上。两个定子40、42的电接头连接到控制器46。电池48和温度传感器50也连接到控制器46。

静止件30具有圆柱部分，该圆柱部分被杯形件4的圆柱部分紧密包围。这两个圆柱部件具有示意性表示为52的锁定装置，该锁定装置用于选择地将部件4锁在部件30上，从而防止部件4旋转。

可以看出，传动系统的大部分容纳在圆柱件4内，圆柱件4有效地构成皮带轮，其余部分容纳在静止件30中伸出于圆柱件4的部分内。两个电动机/发电机完全容纳在圆柱件4中由油封28、34从行星齿轮组中密封的隔间内，因此没有被油或类似物污染的危险。

在使用时，传动系统的输入，即支架14和行星轴10，连接到发动机曲轴2或者由发动机转动的其它轴。传动带环绕皮带轮表面6和与冷却风扇、水泵或一些其它辅助单元连接的一个或多个从动皮带轮的表面设置，这些辅助单元的速度可以不依赖于发动机的速度而改变。曲轴2的旋转使圆柱件4旋转，圆柱件4的旋转速度可以不依赖于曲轴2的速度而取决于控制器46，特别是取决于从作为发电机工作的一台电动机/发电机传递到作为电动机的另一台电动机/发电机控制器46所允许的功率大小。控制器46会根据从温度传感器50接收的信号以及可以选择根据一个或多个响应于环境温度、车速和类似参数的其它传感器接收的信号来运转。实际上，当发动机冷启动时，需要很少或不需要冷却，控制器的运转，使传动系统的输出速度处于低值或者甚至为零，因而皮带轮表面6的速度仅处于低值或者甚至为零。当发动机的工作温度接近所需数值时，控制器46响应于来自传感器50的信号，以改变在两台电动机/发电机之间传递的电功率大小，从而增大输出速度，直到散热速率足以将发动机温度保持在所需范围内。如果环境温度升高或者发电机负载增大，例如，作为爬坡的结果，发电机的工作温度将开始升高，这个结果将通过传感器50传送到控制器46，该控制器46运转以增大传动系统的输出速度。如果作为电动机工作的电动机/发电机需要比从另一电动机/发电机得到的电力高，则控制器46可以控制使所需数量的电力从电池48流到电动机。当从一台或其它电机/电机得到过多的电力时，控制器46将这些电力用于为电池48充电。

根据本发明的皮带轮已经描述为驱动皮带轮，该驱动皮带轮用于驱动连接到风扇、泵或类似装置的从动皮带轮。然而，应该认识的是，圆柱件4实际上可以构成风扇轮的毂，并且传动系统的输入可以连接到由从动皮带轮驱动的轴上。在这种情况下，本发明的机构将根本不构成皮带轮，而是构成用于风扇轮或类似装置的可变速度驱动系统，该驱动系统至少部分容纳在风扇轮或类似装置内。

Claims (8)

1.一种用于发动机的冷却泵或类似装置的驱动皮带轮，该皮带轮包括连接于发动机的输入和包括中空圆柱件的输出，该中空圆柱件的外表面构成传动皮带的配合表面，所述输入和输出通过传动系统连接，该传动系统包括行星齿轮组，该行星齿轮组包括两个或更多个第一行星齿轮以及两个或更多个第二行星齿轮，所述第一行星齿轮连接于各自的行星轴以绕行星轴的轴线旋转，并且所述第一行星齿轮与第一太阳齿轮啮合，所述第二行星齿轮与各自的所述第一行星齿轮连接并随第一行星齿轮旋转，并且所述第二行星齿轮与第二太阳齿轮啮合，所述行星轴连接于构成输入的公共机架，所述第一太阳齿轮连接到所述输出，该传动系统还包括两台电动机/发电机，该电动机/发电机的转子分别连接所述第二太阳齿轮和输出，该电动机/发电机的定子电接头连接到控制器，该控制器用于选择性地控制所述电接头与控制器之间的电力流动，该传动系统至少部分容纳在所述中空圆柱件内。

2.根据权利要求1所述的皮带轮，其中，所述两台电动机/发电机容纳在位于所述圆柱件内且与所述行星齿轮和太阳齿轮密封的隔间内。

3.根据权利要求1或2所述的皮带轮，其中，所述第一行星齿轮和第二行星齿轮分别直接与所述第一太阳齿轮和第二太阳齿轮啮合。

4.根据权利要求1或2所述的皮带轮，其中，所述第一行星齿轮和第二行星齿轮中的一个行星齿轮与各自的惰轮齿轮啮合，该惰轮齿轮与所述第一太阳齿轮或第二太阳齿轮啮合，由此使第一行星齿轮和第二行星齿轮中的所述一个行星齿轮间接地与相关的太阳齿轮啮合。

5.根据上述权利要求中任何一项所述的皮带轮，其中，所述第一行星齿轮和第二行星齿轮由各自的行星轴不转动地支撑，所述行星轴围绕自身的轴相对支架旋转。

6.根据上述权利要求中任何一项所述的皮带轮，其中，所述控制器连接温度传感器，该控制器用于改变两台电动机/发电机单元之间传递的电力，以便当传感器检测的温度升高时，输出速度也增大。

7.根据上述权利要求中任何一项所述的皮带轮，其中，所述控制器还连接可充电电池，该控制器还用于控制两台电动机/发电机与所述电池之间的电力流动。

8.根据上述权利要求中任何一项所述的皮带轮，该皮带轮包括静止件，所述两台电动机/发电机的定子与该静止件连接，而且该皮带轮设置有可选择操作的锁定装置，该锁定装置用于将所述圆柱件锁定在所述静止件上。

Images