ES2245975T3 - Retardador integrado y dispositivo accesorio. - Google Patents
Retardador integrado y dispositivo accesorio.Info
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Abstract
Un método para retardar de forma controlable el movimiento de un vehículo que tiene un motor (12; 212), una batería (26), un eje de accionamiento principal (15), y una estructura de cárter (152) dentro la que se soporta rotativamente el eje de accionamiento principal (15), sin tomar energía de la batería (26), incluyendo los pasos de: seleccionar un mecanismo retardador electromagnético (141) que tiene dos elementos relativamente rotativos (142, 144), de los que uno es un devanado de campo (142) que requiere energización por una corriente eléctrica; colocar ambos elementos retardadores en relación circundante al eje de accionamiento principal (15), estando fijado un elemento (156) a la estructura de cárter (152) y el otro al eje de accionamiento principal (15); seleccionar un generador de imán permanente (PMG) (147) que tiene dos elementos relativamente rotativos (142, 144), llevando uno imanes permanentes (148), teniendo el otro un devanado para proporcionar un voltaje de salida alterno; colocar ambos elementos del generador de imán permanente (PMG) (147) en relación circundante a un eje cooperante que gira con el eje de accionamiento, estando fijado un elemento (156) a la estructura de cárter (152) y el otro al eje cooperante para girar con él; aplicar el voltaje de salida del generador de imán permanente (PMG) (147) a una unidad de control (160; 260); y utilizar la unidad de control (160; 260) para regular y proporcionar corriente rectificada al devanado de campo (142) del retardador.
Description
Retardador integrado y dispositivo accesorio.
Esta solicitud reivindica prioridad por la
Solicitud Provisional de Estados Unidos con el número de serie
60/179.900 presentada el 2 de febrero de 2000.
La invención se refiere a un sistema eléctrico
para vehículos de carretera y específicamente a la relación entre el
sistema eléctrico del vehículo y el tren de accionamiento para
controlar el par, la generación de potencia y el arranque del
motor.
Los vehículos comerciales como tractores,
camiones de basura, autobuses y análogos, incorporan frecuentemente
un retardador como una forma de reducir la velocidad del vehículo
sin tener que utilizar frenos de rozamiento cada vez que el vehículo
tiene que reducir la velocidad. Por lo tanto, el uso de un
retardador sería una forma de prolongar la vida útil de los frenos
de un vehículo y de evitar el mantenimiento frecuente y costoso de
los frenos.
El suministro de potencia para estos dispositivos
retardadores puede proceder de varias fuentes. Algunos retardadores
operan controlando las válvulas de admisión y escape de un motor;
otros restringiendo el escape del motor; mientras que otros
retardadores están diseñados para utilizar potencia hidráulica,
interacción magnética o electromagnética. Todos los retardadores
absorben o disipan la energía cinética asociada con un vehículo en
movimien-
to.
to.
En esta memoria descriptiva, retardo se define
como el uso de un retardador electromagnético para reducir la
velocidad un vehículo.
Con retardadores electromagnéticos, se conocen en
la técnica anterior dos métodos para excitar su campo
magnético:
Un método usa la batería y el alternador del
vehículo, como una fuente de alimentación. Como se ilustra en la
figura 2, el retardador 30 compite con el resto de las cargas del
vehículo por la potencia disponible. Durante el retardo, que se
produce, por ejemplo, al bajar una cuesta, el motor está operando a
un número más bajo de RPM. En esta situación, la salida del
alternador 22 es insuficiente para mantener la batería
completamente cargada. Además, el retardo produce agotamiento de la
carga de batería.
El segundo método usa imanes permanentes en lugar
de un devanado de campo. En esta configuración, no se impone ninguna
demanda a la batería y el alternador del vehículo para el retardo.
Sin embargo, el par producido por retardo se limita primariamente a
un estado totalmente encendido o totalmente apagado.
Alternativamente, se puede incorporar un mecanismo costoso de
desplazamiento de rotor que proporcionaría la capacidad de variar
el volta-
je.
je.
En la Patente de Estados Unidos 5.821.712 se
describe un sistema electromagnético de frenado. Su sistema de
frenado consta de conjuntos de bobina que se mueven con relación a
un conjunto de imanes de rotor utilizando un conjunto accionador.
Cuando los conjuntos de bobina se aproximen más al conjunto de
imanes de rotor, se desarrollará en el conjunto de bobina una
corriente que generará el campo magnético. A su vez, este campo
magnético inducirá un par en el conjunto de imanes de rotor. La
corriente desarrollada puede ser utilizada posteriormente para
recargar el sistema de almacenamiento de energía a bordo.
La Patente de Estados Unidos 4 864 173 describe
un aparato para retardar de forma controlable el movimiento de un
vehículo incluyendo: un motor y un eje de accionamiento principal;
una estructura de cárter desde la que se soporta rotativamente el
eje de accionamiento principal; un mecanismo retardador
electromagnético que tiene un aro de inducción fijado a la
estructura de cárter en relación circundante al eje de
accionamiento principal, y un devanado de campo fijado al eje de
accionamiento principal.
Además del retardo electromagnético, es conocido
en la técnica anterior emplear retardo hidráulico como medio de
asistir el frenado del vehículo.
La invención se define por las características de
las reivindicaciones independientes. Las funciones adicionales
pueden incluir el sistema retardador que se puede adaptar de manera
que incluya uno o una combinación de los siguientes: 1) un
alternador CC sin escobillas; 2) un dispositivo de arranque CC sin
escobillas; 3) un amortiguador pasivo/activo que sustituye al
volante del vehículo; 4) un freno de inercia de sincronización de
transmisión; y 5) un sobrealimentador para compensar el retardo
asociado con el uso de un turboalimentador.
El cárter que contiene el sistema retardador
puede estar integrado con el motor o con la transmisión. Mientras
el motor está funcionando, produce par en el eje de accionamiento
para alimentar la transmisión. Cuando es necesario, el retardador
produce par de retardo, o par negativo, para reducir la velocidad
de un vehículo.
El sistema retardador se puede colocar a la
entrada o la salida de la transmisión.
La colocación la determina la aplicación deseada,
puesto que cada posición tiene sus propias ventajas.
Por ejemplo, un sistema retardador colocado a la
salida de una transmisión puede ser pequeño y de peso ligero
dotándolo de un eje de alta velocidad. Sin embargo, en esta
posición, el sistema retardador no podría ser un dispositivo de
arranque o generador efectivo porque gira solamente cuando la
transmisión está enganchada por el embrague u otro enlace de
par.
A la inversa, un sistema retardador situado en la
entrada de una transmisión, aunque es grande, puede aprovechar las
relaciones de transmisión obtenidas por reducción de marcha, para
producir un par incluso mayor. Además, cuando el conjunto rotor de
retardador, que se explicará con detalle a continuación, está
colocado entre el motor y la transmisión, se deteriora su función
como generador, puesto que la rotación se produce mientras el motor
está funcionando. Finalmente, dado que el conjunto rotor del sistema
retardador está acoplado directamente al cigüeñal, el dispositivo
se puede usar como un dispositivo de arranque. Por las razones
antes indicadas, el sistema retardador se coloca preferiblemente
entre el motor y la transmisión. Además, para esta configuración se
prefiere que el aro de inducción o tambor retardador esté adaptado
para que pase un refrigerante de manera que se pueda conectar al
sistema de refrigeración existente del vehículo (es decir, el
radiador) para disipar el calor generado durante el retardo.
Además, se describe un retardador
electromagnético conectado a lo largo del eje de accionamiento a un
generador excitador. Un generador de imán permanente (PMG) también
puede estar en el mismo eje, pero no se conecta directamente al
retardador o generador excitador. Los rotores del generador
excitador y PMG así como el devanado de campo del retardador están
acoplados a un eje cooperante que está acoplado al eje de
accionamiento principal, o el eje cooperante es realmente el eje de
accionamiento principal. Además, al menos un rectificador está
colocado entre y conectado al devanado de campo y rotor de
excitador. En la realización preferida, el devanado de campo, el
rectificador y los rotores del excitador y PMG se denominan
globalmente el conjunto rotor de retardador.
Alrededor del conjunto rotor hay un cárter que
puede estar integrado con el cárter del motor o la transmisión, o
como un cárter separado. Este cárter incluye preferiblemente el aro
de inducción, y los estatores del generador excitador y PMG. Por lo
tanto, el retardador, el generador excitador y el PMG tienen
elementos relativamente rotativos, el par estacionario de inducción
del retardador y estatores del generador excitador y PMG, y sus
respectivos elementos rotativos, el devanado de campo y rotor de
excitador y rotor PM que giran cuando el tren de accionamiento
puede operar.
El generador excitador permite la operación sin
escobillas, mientras que el PMG se califica de "autoexcitado"
porque su rotor está acoplado al eje de accionamiento del vehículo
y producirá corriente mientras el eje de accionamiento esté
girando.
El retardador electromagnético opera por
energización del devanado de campo rotativo del conjunto rotor para
interactuar con un aro de inducción estacionario para producir par,
que, junto con la rotación del eje de accionamiento, genera
potencia. Por lo tanto, ambos elementos retardadores, el devanado
de campo y el aro de inducción están en relación circundante al eje
de accionamiento principal.
Es importante observar que, aunque puede haber
par entre el devanado de campo del conjunto rotor y el aro de
inducción incluso en parada debido a atracción magnética, para que
se produzca par, debe haber movimiento relativo entre el rotor PMG y
el estator. En otros términos, el devanado de campo requiere la
energización por una corriente eléctrica que se crea como resultado
de la salida producida por el PMG.
Esto permite al PMG convertir potencia mecánica
en la energía eléctrica necesaria para energizar el generador
excitador y en último término el devanado de campo del conjunto
rotor. Puesto que el PMG producirá electricidad siempre que el eje
de accionamiento esté girando, hay que utilizar un regulador para
regular el nivel de corriente que llega al estator de excitador. La
operación del regulador dependerá del tipo de señal externa
recibida. Además, hay que acondicionar la unidad de potencia (PCU)
para acondicionar la corriente alterna (CA) producida por el PMG a
corriente continua (CC).
La invención operará igual de bien si el aro de
inducción se hace girar, y el campo magnético se mantiene
estacionario.
Además de proporcionar la energía eléctrica para
alimentar el generador excitador, el PMG también se puede utilizar
para cargar la batería del vehículo, eliminando así la necesidad de
un alternador.
Además, el flujo de potencia a través del PCU es
parcialmente reversible de manera que la batería se puede usar para
motorizar el PMG, eliminando así la necesidad de un dispositivo de
arranque.
Además, la inercia producida por el conjunto
rotor puede sustituir efectivamente al volante del motor. La
pulsación controlada del retardador en contraposición a las
pulsaciones de par positivo del motor puede lograr amortiguamiento
del par activo. También es posible usar el PMG como un motor y
pulsarlo de forma controlable en contraposición a las pulsaciones
de par negativo del motor para lograr un resultado similar, pero
con un par positivo neto más alto resultante.
Finalmente, resulta posible utilizar el PMG como
un motor para proporcionar par positivo al tren de accionamiento,
cuando se requiere una sobrealimentación de potencia. Esta
sobrealimentación de potencia sería beneficiosa para compensar el
retardo propio de un sistema turboalimentado. La duración y la
amplitud de la sobrealimentación las limitarían la capacidad y el
estado de carga de la batería.
Dado que el PMG funciona como un motor en algunas
condiciones y como un generador en otros casos, el PMG se puede
denominar un motor/generador.
Aunque se describe un principio electromagnético
estándar, es decir, un campo que coopera con una armadura,
proporciona además la ventaja de autoexcitación, reteniendo al
mismo tiempo la controlabilidad asociada con los devanados de campo.
Esto se lleva a cabo utilizando un generador excitador en
combinación con un PMG en el mismo eje y preferiblemente dentro del
mismo cárter.
Así, se describe un retardador electromagnético
por sí mismo y en combinación con una o varias de las otras cuatro
funciones. Sin embargo, los principios aquí explicados también se
pueden aplicar sin utilizar un retardador en combinación.
Por ejemplo, un PMG configurado con su rotor
acoplado al eje de accionamiento y su estator puede generar
suficiente corriente para servir como alternativa a un alternador.
Además, el dispositivo de arranque del vehículo se puede sustituir
utilizando el PMG como un dispositivo de arranque sin escobillas
cuando se prevé un indicador de posición rotativa angular y se
utiliza un inversor para corriente continua de la batería del
vehículo.
Se puede obtener configuraciones adicionales
combinando las funciones diferentes antes mencionadas.
La invención proporciona las ventajas siguientes
sobre la técnica anterior:
El sistema retardador es autoexcitado porque no
requiere energía de la batería o alternador del vehículo. Por lo
tanto, la batería no se drenará durante el ciclo de retardo. La
corriente eléctrica necesaria para excitar el retardador es generada
por un PMG que convierte energía mecánica del eje de accionamiento
rotativo en electricidad utilizable.
El sistema retardador se puede adaptar de manera
que el PMG se utilice para suministrar electricidad para cargar la
batería del vehículo así como disponer electricidad para la
operación del retardador, eliminando así la necesidad de un
alternador.
El sistema retardador también puede estar
adaptado de manera que la batería pueda suministrar potencia al PMG
en un "modo de arranque" mediante un inversor de arranque,
eliminando así la necesidad de un dispositivo de arranque. Además,
con el motor en marcha, se puede hacer que el PMG compense el
"retardo" de turbocarga sobrealimentando el sistema con
potencia motriz.
El sistema retardador también puede estar
adaptado para uso como un amortiguador activo/pasivo. La inercia
desarrollada por el rotor hace de un amortiguador pasivo que puede
sustituir al volante. El sistema retardador también puede emplear
amortiguamiento activo. La ventaja del amortiguamiento activo es que
se puede reducir los esfuerzos mecánicos, y por lo tanto prolongar
la duración de la transmisión, el diferencial, y otros componentes
del tren de accionamiento.
El sistema retardador también puede estar
adaptado para sustituir el freno de inercia utilizado comúnmente en
transmisiones para contribuir a sincronizar engranajes mientras se
reduce. El freno de inercia suele ser caro y requiere la adición a
la transmisión de una toma de potencia adicional (PTO), que consta
de al menos un par de engranajes.
La mejor eficiencia de combustible derivará de
una reducción de peso general del vehículo. Se elimina el
dispositivo de arranque de la técnica anterior, que es una carga
parásita tan pronto como el motor se pone en marcha. La energía que
se habría desperdiciado como una carga parásita, está ahora
disponible para otros efectos de carga.
El sistema retardador da lugar a una mejor
fiabilidad porque: a) se reduce el número de piezas componentes, b)
se prolonga la duración de la transmisión y otros componentes de la
línea de accionamiento a causa de una filtración de las pulsaciones
de par por el amortiguador activo, y c) se puede prolongar la
duración de la batería porque los arranques controlados minimizan
las sobrecorrientes propias de los dispositivos de arranque
normales del tipo de escobillas. La administración de la corriente
eléctrica reduce la magnitud de drenaje de electricidad y prolonga
la duración de la batería.
Los detalles de la invención se describirán en
conexión con los dibujos anexos.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un tren
de accionamiento típico común en la técnica anterior.
La figura 2 es un diagrama de bloques del tren de
accionamiento típico que utiliza un retardador electromagnético de
línea de accionamiento que es común en la técnica anterior.
La figura 3 es un diagrama de bloques de una
primera realización de la invención donde el tren de accionamiento
lleva incorporado un retardador electromagnético autoexcitado,
integrado con la transmisión.
La figura 3a ilustra una configuración
alternativa para la posición del retardador con relación a la
transmisión.
La figura 4 es un diagrama de bloques del
retardador autoexcitado representado en la figura 3, que ilustra la
realización nº 1.
La figura 5 es un diagrama esquemático del
retardador autoexcitado representado en la figura 4, que ilustra la
realización nº 1.
La figura 6 es un diagrama de bloques de un
sistema retardador alternativo que ilustra la realización nº 2.
La figura 7 es un diagrama esquemático del
retardador autoexcitado representado en la figura 6, que ilustra la
realización nº 2.
La figura 8 ilustra una configuración alternativa
de la posición del retardador con relación al motor y que incorpora
además la realización nº 3 del sistema retardador.
La figura 9 es un diagrama de bloques de un
sistema retardador alternativo que ilustra una combinación de
retardador, dispositivo de arranque, y alternador como realización
nº 3.
La figura 10 es un diagrama esquemático de la
combinación del retardador, dispositivo de arranque, y alternador
representada en la figura 9, que ilustra la realización nº 3.
La figura 11 es un diagrama de bloques de un
sistema retardador alternativo que ilustra una combinación de
retardador, dispositivo de arranque, alternador y amortiguador como
realización nº 4.
La figura 12 es un diagrama esquemático de la
combinación de retardador, dispositivo de arranque, alternador y
amortiguador representada en la figura 11, que ilustra la
realización nº 4.
La figura 13 es un diagrama de bloques de un
sistema retardador alternativo que ilustra una combinación de
retardador, dispositivo de arranque, alternador y sobrealimentador
PMG como realización nº 5.
La figura 14 es un diagrama esquemático de la
combinación de retardador, dispositivo de arranque, alternador y
sobrealimentador PMG que ilustra la realización nº 5.
La figura 15 ilustra características del par de
un motor diesel típico con amortiguamiento pasivo y
pasivo/activo.
En las figuras 1 y 2 se presentan dos ejemplos de
realizaciones de la técnica anterior. La figura 1 ilustra un tren
de accionamiento normal 10 sin un retardador y cómo un motor 12,
cuyas oscilaciones torsionales son filtradas por un volante 14, usa
un eje de accionamiento 15 para mover la transmisión 16, el eje de
accionamiento 18 y las ruedas de accionamiento 20. En la
configuración de la figura 1, el vehículo se basa en frenos de
rozamiento para reducir la velocidad y puede, en cierta medida,
usar un engranaje de transmisión más bajo para facilitar la
reducción de la velocidad.
El motor 12 también proporciona energía mecánica
al alternador 22 cuya salida, estabilizada por el regulador 24,
carga la batería del vehículo 26 en paralelo con las varias cargas
eléctricas 27 del vehículo. Un dispositivo especial de arranque de
motor 28 también está conectado mecánicamente al volante 14 y
eléctricamente a la batería 26 por medio de un interruptor 29.
La figura 2 ilustra un tren de accionamiento 11
de la técnica anterior que incorpora un retardador electromagnético
monoetápico, refrigerado por aire 30 en serie con el eje de
accionamiento 15. En esta configuración, se puede imponer una
demanda pesada al sistema eléctrico durante el retardo, que a
menudo supera con mucho la capacidad de salida del alternador 22.
Cuando el retardo es muy necesario, por ejemplo, al ir cuesta
abajo, el motor 12 funciona en vacío y la salida eléctrica del
alternador 22 no está al máximo. Es posible que esta situación
agote la batería 26, especialmente si el retardo se produce durante
un período de tiempo largo al bajar un pendiente muy
pronunciada.
La(s) unidad(es) de potencia de
esta invención se utilizará(n) de manera que funcione(n) a
diferentes capacidades en las realizaciones siguientes y será(n)
parte de uno o varios de los medios de circuito descritos en las
reivindicaciones. Se ha de entender que una unidad de control de
potencia puede funcionar solamente como un regulador y rectificador
como en la realización nº 1 siguiente, o también puede incluir, por
ejemplo, la capacidad bidireccional de un inversor en la realización
nº 3.
Siguen a continuación descripciones de cuatro
realizaciones de la invención.
A. Realización nº
1
La presente invención 110, en contraposición a la
técnica anterior, integra un retardador 130 o 130a con la
transmisión colocándolo en su entrada, o en su salida, como se
representa en la figura 3 o la figura 3a, respectivamente.
Alternativamente, el retardador se puede integrar con el motor 212,
como se ilustra en la figura 8.
Las figuras 4 y 5 ilustran cómo están dispuestos
y conectados los componentes internos y externos del dispositivo.
La figura 5 muestra un conjunto rotor 140 incluyendo un devanado de
campo 142, rectificadores 144, rotor de excitador 146 y rotor PM
148, que interactúan magnéticamente con un conjunto de estator
retardador incluyendo un tambor de inducción doble refrigerado por
líquido 152, un estator de excitador 154, y un estator PM 156. En
esta realización, el conjunto de estator retardador es parte de un
cárter que puede ser integral con el cárter del motor, la
transmisión, o como un cárter separado.
Así, se crea movimiento relativo entre los
rotores y estatores del PMG 147 y el generador excitador 145,
siempre que el motor está funcionando, cuando el conjunto rotor de
retardador 140 está colocado en la entrada de la transmisión, o
integrado dentro del volante del cárter del motor.
El PCU 160 es un regulador que acepta potencia
eléctrica CA trifásica del PMG 147, la acondiciona y regula el
flujo de corriente al estator de excitador 154 como CC modulada en
anchura de pulsos (PWM), según una señal de retardo de estímulo
externo 170.
Las siguientes son características del retardador
electromagnético autoexcitado:
1. El aro de inducción 152 está fijo y se diseña
con recorridos de flujo de entrada 182 y salida 184 que se pueden
conectar al sistema de refrigeración por líquido (no representado)
del motor. El refrigerante se comparte con el motor 12 y puede estar
en serie con el motor o en configuración en paralelo. El
refrigerante presente en el sistema de refrigeración sería capaz de
transportar el calor a disipar del aro de inducción de retardador
152. Cuando se requiere retardo en respuesta a una señal de retardo
externa 170, la carga del motor es típicamente mínima y sus
requisitos de enfriamiento se reducen drásticamente. Por lo tanto,
no hay que ampliar el sistema de refrigeración del vehículo para
transportar el calor a disipar de un retardador, como contempla la
invención. El aro de inducción 152 puede estar configurado como un
tambor cilíndrico doble como se representa en la figura 4, excitado
por el mismo devanado de campo magnético 142, para aprovechar el
espacio interior que de lo contrario se desperdiciaría. Cuando se
diseña para disipación de calor por el sistema de refrigeración del
vehículo en vez de refrigerarse por aire, se puede minimizar el
tamaño y el peso del elemento de inducción 152.
2. Los tres componentes conectados, a saber el
devanado de campo 142, los rectificadores 144 y el rotor de
excitador 146, están en el eje de accionamiento 15, y por lo tanto
giran a la misma velocidad. Típicamente, el rotor PM 148 también
está unido alrededor del eje de accionamiento 15, pero dado que no
está conectado a los otros componentes del conjunto rotor, podría
estar situado en otro lugar, por ejemplo, si otro eje fuese más
deseable a causa de criterios de diseño específicos.
3. El PMG 147 está dimensionado para aprovechar
la velocidad rotacional del eje de accionamiento 15 y proporcionar
toda la potencia de excitación que requiera el generador excitador
145.
4. El PCU/Regulador 160 es un dispositivo de
estado sólido que recibe potencia CA del estator PM 156, la
rectifica a CC, después suministra la CC al estator de excitador
154 según los requisitos de retardo del vehículo. El método
preferido de regular la CC es PWM, aunque también se puede hacer
que reguladores lineales funcionen de manera satisfactoria. El
PCU/Regulador 160 se puede integrar dentro del cárter de retardador,
o puede estar montado a distancia, dependiendo de la aplicación y
preferencias de diseño.
5. El PCU/Regulador 160 determina los requisitos
de retardo del vehículo en base a señales externas recibidas 170.
Estos requisitos se pueden determinar por varias señales, tal como
la posición del pedal acelerador, la posición del pedal de freno
frente a la velocidad, u otros parámetros, tal como esfuerzos
torsionales de reacción que pueden ser importantes en las
características de inicio del par de retardo. Además, el sistema
concreto de señales para el vehículo se puede diseñar de manera que
el PCU/Regulador 160 solamente opere cuando se reciba una señal, o
puede operar de manera que reciba constantemente una señal, pero
ajuste su función según los cambios de la señal recibida.
6. El par de retardo aplicado es completamente
controlable y se puede adaptar para minimizar esfuerzos en el tren
de accionamiento, logrando al mismo tiempo el perfil de retardo más
eficiente. La señal de retardo particular 170 recibida se
correlaciona con una proporción específica de corriente utilizable
producida por el PMG. De esta forma, la cantidad de corriente PMG
usada por el campo excitador se puede variar de 0 a 100%.
Esta realización puede sustituir el freno de
inercia utilizado comúnmente en transmisiones para contribuir a
sincronizar engranajes mientras se reduce de marcha. Una señal de
entrada (no representada), parecida a la señal de control de retardo
170, se puede usar para mover los engranajes de transmisión y
facilitar el cambio.
En el sistema retardador electromagnético recién
descrito se utiliza el PMG 147 para excitar el retardador sin tomar
corriente de la batería o alternador del vehículo. Sin embargo, con
una modificación menor, el sistema retardador electromagnético
recién descrito se puede adaptar para efectuar otras funciones del
vehículo como se describirá ahora.
B. Realización nº
2
Esta combinación se ilustra bien en las figuras 6
y 7. Siempre que el motor está funcionando, se puede utilizar un PMG
escalado como un sustituto funcional del alternador, que es movido
típicamente por correa por el mismo motor.
El PMG 147 se puede conectar a la batería 26
mediante el PCU/Regulador 160a para carga, eliminando así la
necesidad de un alternador. Sin embargo, el PMG 147 puede no ser
suficientemente grande para suministrar carga a una batería 26
mientras se precisa su salida para retardo. Por consiguiente, el
PMG 147 se puede diseñar con suficiente capacidad excedente para
cargar la batería 26 al mismo tiempo que proporciona la corriente
necesaria para producir el par de retardo deseado. Esto se puede
describir como una forma de frenado regenerativo.
El PCU/Regulador 160a cumple dos funciones.
La primera es proporcionar un suministro de
voltaje constante para cargar la batería 26 y proporcionar potencia
para las otras cargas eléctricas del vehículo como faros, bombas de
combustible, etc. Éstas son típicamente de 13,5 voltios para un
sistema de 12 voltios, aunque se puede adaptar fácilmente a varios
niveles también utilizados en la industria del transporte, tal como
24 voltios y los sistemas de 42 voltios de reciente desarrollo. No
se requiere el uso tradicional de un alternador y no es una parte de
esta realización.
La segunda función del PCU/Regulador 160a es un
suministro de voltaje de salida variable, tal como el obtenido por
modulación de pulsos en anchura (PWM) que induce una corriente y la
alimenta al estator de excitador 154 para crear un campo con el
rotor 146 al recibir una señal apropiada del controlador de retardo
170. La señal particular recibida se correlaciona a una proporción
específica de corriente utilizable producida por el PMG. De esta
forma, la cantidad de corriente PMG usada por el campo excitador se
puede variar de 0 a 100%.
El PCU/Regulador 160a realiza una función de
salida doble mientras el PCU/Regulador 160 de la realización nº 1
varía simplemente el suministro del voltaje de salida al estator de
excitador 154.
Esta realización puede integrar el cárter del
retardador con la transmisión 116, colocándose en su entrada o
salida, pero preferiblemente en su entrada. El cárter del
retardador contiene el PMG 147, el generador excitador 145, el
PCU/Regulador 160a, los rectificadores 144, el devanado de campo
142, y un aro de inducción doble fijo enfriado por líquido 152.
Ésta es la realización preferida de manera que todo el equipo esté
alojado en una única unidad unida a la transmisión 116 y alrededor
del eje de accionamiento 15.
No obstante, no es necesario que todos los
componentes estén presentes en el mismo cárter, o que el cárter se
una a la transmisión. Esta realización también podría funcionar si
se integra dentro del cárter de volante del motor.
Además, a efectos de esta invención, se puede
diseñar muchas configuraciones diferentes que podrían alojar algunos
o todos los componentes descritos. La invención se puede llevar a
la práctica tanto si todos los componentes están presentes en un
cárter único como si no. Todo lo que se necesita es que los
componentes descritos estén situados físicamente en el vehículo y
conectados operativamente para funcionar como se describe aquí.
C. Realización nº
3
La figura 8 ilustra que el retardador puede estar
integrado con el motor 212. Las figuras 9 y 10 ilustran mejor la
realización nº 3 que utiliza el sistema para funcionar como un
retardador y como un dispositivo de arranque. La circuitería del PCU
260 incluye un regulador 162 y un inversor/accionador 264 que tiene
una etapa de entrada de interruptores semiconductores controlables,
tales como rectificadores controlados por silicio (SCR), o
transistores de efecto de campo (FET). Estos dispositivos están
dispuestos normalmente en una configuración trifásica para
rectificar y regular el voltaje de salida del PMG 147. Estos mismos
dispositivos también se pueden utilizar para conmutar un nivel CC
plano, tal como el obtenido de una batería, a CA.
Así, resulta posible invertir la corriente
mediante el PCU 260, específicamente desde la batería 26 al PMG 147
y utilizarla como un inversor. La capacidad bidireccional del
inversor 264 permite una doble finalidad y ahora es posible utilizar
el PMG 147 como un motor de arranque sin escobillas para arrancar
el motor 12.
Un dispositivo de arranque autónomo tradicional
opera enganchando el diámetro externo dentado del volante con su
propio piñón diferencial, proporcionando los medios para mover o
arrancar el motor.
El diseño elimina la necesidad de un dispositivo
de arranque autónomo separado. Esto no sólo da lugar a ahorros en
los costos de adquisición, sino que prescinde de un componente
utilizado con poca frecuencia, realizando la mayor parte del tiempo
un papel parásito y reduciendo la eficiencia de potencia general
del vehículo.
Se ha previsto un indicador de posición rotativa
(RPI) 262 que representa unos medios adecuados, tal como un
resolvedor, captador inductivo o magnético, o un dispositivo
codificado ópticamente que puede identificar la posición angular del
rotor PM 148 y proporcionar esta información como una señal al PCU
260, y específicamente al inversor 264. Estos dispositivos están
disponibles de ordinario y se pueden adaptar fácilmente al
dispositivo. El RPI 262 puede ser estático o dinámico. El RPI 262
indica una posición estática particular del eje de accionamiento
cuando el motor va a ser arrancado. Esto permite al PMG 147
arrancar bien el motor, con mínima corriente de entrada, lo que
contribuye a prolongar la duración de la batería.
D. Realización nº
4
Las figuras 11 y 12 ilustran mejor la realización
nº 4 que utiliza el sistema descrito en la realización nº 3
incluyendo también una función de amortiguamiento de par. El
sistema retardador electromagnético se puede modificar para realizar
un efecto amortiguador, eliminando así la necesidad de un volante
14 como se representa en técnica anterior, figura 1. El sistema
retardador se usaría como un amortiguador activo para reducir las
pulsaciones de par propias de los motores de combustión interna, en
particular los motores diesel, prolongando por lo tanto la duración
de la transmisión, el diferencial y otros componentes del tren de
accionamiento.
Típicamente, la técnica anterior utiliza un
volante que está conectado mecánicamente al extremo del cigüeñal.
El volante sirve como un amortiguador pasivo, imponiendo su propia
inercia al sistema. La inercia resiste cambios de velocidad que
tienden a ser inducidos por las pulsaciones y oscilaciones del par
motor.
La función de amortiguamiento realizada por el
volante se puede sustituir por el conjunto rotor 140 puesto que se
puede hacer que la inercia se aproxime al efecto amortiguador de un
volante.
El amortiguador activo funcionaría como sigue: el
par neto en el motor sería supervisado por un extensímetro,
transductor de par o análogos. Las mediciones en tiempo real 266 se
podrían transmitir al regulador 162 o al inversor 264. Si el
regulador 162 recibe una señal 266, el par compensador se
suministraría en último término al sistema por el retardador 141 de
la misma manera que el par de retardo se suministraría como se
describe en la realización nº 1. El regulador 162 variaría el nivel
de corriente proporcionada al excitador generador 145, en respuesta
a mediciones de par en tiempo real 266 para producir un pulso
opuesto con el fin de minimizar las oscilaciones. Este efecto se
ilustra como línea ondulada a en la figura 15.
Alternativamente, si el inversor 264 recibe la
señal 266, el par compensador lo suministraría al sistema el PMG 147
de la misma manera que se usaría el PMG 147 para arrancar el motor
212.
Con referencia a la figura 15, el par se
representa en la ordenada mientras que el tiempo se representa en
la abscisa. En el caso de motores diesel, dado que operan con una
alta relación de compresión, un motor diesel produce de forma
característica un par positivo junto con un componente pulsante
sustancial superpuesto. Este componente pulsante tiende a producir
oscilaciones torsionales, que son inestabilidades en torno a una
velocidad fundamental. Un comportamiento no amortiguado típico del
motor se representa en el lado izquierdo del gráfico.
Por ello la mayor parte de los motores incluye un
volante, unido al cigüeñal de motor, para resistir oscilaciones
torsionales y reducir la gravedad de las pulsaciones de par. Un
volante logra esta finalidad con su alta inercia. La parte central
del gráfico muestra cómo el par motor es amortiguado pasivamente.
El volante, y su inercia asociada, se pueden sustituir por el
retardador y su inercia generada.
Dado que el par negativo se puede aplicar al eje
de accionamiento del vehículo mediante el uso de un retardador, se
pueden verificar los pulsos de par netos del motor y el retardador
se puede controlar para producir pulsos similares pero opuestos para
reducir más las oscilaciones inducidas por el motor.
El lado superior derecho de la figura 15 muestra
el par resultante después de hacer que el retardador produzca
pulsos de par como se representa en la parte inferior derecha. El
tren de pulsos de amortiguador activo mostrado es sinusoidal. Sin
embargo, los pulsos se pueden configurar por medio de relaciones
L/R de manera que se puedan oponer los pares netos casi
exactamente, dando lugar a pulsaciones de par muy bajas, aunque un
efecto colateral indeseable es reducir el par medio.
Como se ha explicado anteriormente, el PMG 147 se
puede usar como un motor para oponerse, por pulsos, a la porción
negativa del par residual como se representa en b en la figura 15.
En tal caso, el par medio se maximiza, lo que tiene un efecto
beneficioso en la eficiencia. Dado que el PMG 147 está funcionando
como un generador la mayor parte del tiempo, esta técnica se puede
emplear solamente cuando la batería está completamente cargada y en
un tiempo en que el PMG 147 no tiene que hacer de alternador del
vehículo.
E. Realización nº
5
Las figuras 13 y 14 ilustran mejor la realización
nº 5 que utiliza el sistema descrito en la realización nº 3 para
utilizar también el PMG 147 como un sobrealimentador de
transitorios del motor. Si el PMG 147 está suficientemente
sobredimensionado, se puede usar para que funcione como un
sobrealimentador de transitorios del motor, para superar el retardo
común asociado con la turbocarga. Este retardo se produce mientras
la turbina se acelera bastante lentamente a plena velocidad. El uso
del PMG 147 de esta manera puede minimizar o eliminar el retardo en
vehículos que tienen un turboalimentador. En respuesta a la
recepción de una señal externa 270 para activar el PMG 147 como un
motor muy similar a la forma en que se usa como un dispositivo de
arranque descrito en la realización nº 3, el PMG 147 proporcionará
por lo tanto par adicional al tren de accionamiento incrementando
así las rpm del tren de accionamiento.
La colocación del conjunto rotor de retardador
240 en el cárter del volante del motor resulta la posición
preferida para el sistema retardador, puesto que sustituye al
volante grande, pero continúa realizando las funciones adicionales
descritas anteriormente. Los beneficios de hacer que un sistema
retardador realice las funciones adicionales antes descritas
incluyen costo reducido, mejor eficiencia general del combustible y
fiabilidad.
En comparación con los dispositivos autónomos
como el dispositivo de arranque y alternador, el sistema retardador
integrado descrito en las realizaciones números 3-5
logra ahorros de costo porque varios de sus constituyentes se
utilizan para múltiples funciones.
La principal ventaja de utilizar la capacidad de
amortiguamiento activo de la invención es reducir esfuerzos
mecánicos, lo que ampliaría la duración de la transmisión, el
diferencial, y otros componentes del tren de accionamiento. Esta
capacidad de amortiguar activamente las oscilaciones torsionales
del motor, requeriría solamente la adición de un sensor de par, tal
como un extensímetro u otro dispositivo similar.
Habiendo descrito así cada una de las funciones
asociadas con el sistema retardador, sigue una breve descripción de
la operación del Retardador Integrado y Dispositivo Accesorio
(IRAAD) que utiliza todas las funciones aquí descritas:
A. El operador ordena el arranque del motor por
los medios usuales de girar la llave o de pulsar un botón ilustrado
como señal de arranque 300 en la figura 9. Esta acción ordena al
inversor de arranque 264 que tome potencia CC de la batería 26, la
invierta a tres fases, y la suministre al estator PM 156 según
donde el rotor PM 148 esté colocado con respecto al estator 156.
Dependiendo de cómo esté configurado el regulador 162, puede
requerir una orden de no pasar corriente al estator de excitador 154
cuando se reciba la señal de arranque 300. El RPI 262 permite al
PMG 147 arrancar bien el motor, con mínima corriente de entrada. Es
sabido que los dispositivos de arranque del tipo de escobillas, a
causa de su baja resistencia inicial, pueden producir altas
corrientes iniciales o de entrada, que son perjudiciales para la
duración de la batería. Las altas corrientes de entrada se pueden
evitar arrancando el motor con el PMG 147 en combinación con el RPI
262.
B. Con el motor así arrancado y en marcha, el PMG
147, que ahora toma potencia mecánica del eje de accionamiento
rotativo 15, vuelve a un modo de generación y suministra potencia
al PCU 260 que rectifica la CA a CC y después carga la batería 26.
El suministro de potencia responsable de recargar la batería puede
utilizar los dispositivos de potencia seleccionados usados durante
el modo de arranque. Por el momento, no se requiere retardo y el
regulador 162 evita que se dirija corriente al estator de excitador
154.
C. La orden de encendido de los cilindros produce
una vibración sustancial, o pulsos de par como se representa en la
figura 15. La inercia del conjunto rotor 140, o cualquier volante
residual, reduce algo dichos pulsos. La vibración residual es
detectada por un transductor colocado en una posición apropiada (no
representada). La amplitud y características de frecuencia 266 de
la señal son suministradas al PCU 260. Si la señal 266 es
suministrada al regulador 162, el regulador proporcionaría una
corriente sensible al estator de excitador 154 para inducir al
retardador 141 a pulsar de forma similar, pero exactamente fuera de
fase. Si la señal 266 es suministrada al inversor 264, el inversor
usaría la batería 26 para energizar el PMG 147 a pulsar de forma
similar, pero exactamente fuera de fase. Las dos señales se
cancelan así una a otra, dando lugar a mínima vibración del tren de
accionamiento y máximo par neto.
D. Cuando el conductor desea reducir velocidad
por retardo, quita el pie del acelerador/pedal de aceleración y
activa el retardo, por alguno de varios medios. El regulador 162
recibe así una señal de retardo proporcional o digitalizada 170 en
el PCU 260, que energiza el campo excitador de control con un nivel
sensible de corriente CC según la señal de retardo 170 recibida.
Dado que el rotor de excitador 146 está girando en el eje de
accionamiento 15, el campo magnético de generador excitador 145
produce un voltaje CA en el rotor de excitador 146. Este voltaje CA
es rectificado a CC por un conjunto de rectificadores 144 que están
conectados entre la salida del rotor de excitador 146 y la entrada
al devanado de campo principal 142. Dado que están colocados sobre
el eje de accionamiento 15, los rectificadores 144 se denominan
diodos "rotativos". El retardador 141 resulta así energizado y
el devanado de campo principal 142 resulta atraído al aro de
inducción 152 que, acoplado con la rotación de devanado de campo
142 como resultado de estar acoplado al eje de accionamiento
rotativo 15, hace que se genere potencia en forma de calor en el
aro de inducción 152 según la relación:
P=TN/5252
donde:
P es la potencia en 745,7 W (= HP)
T es el par en 1,3558 Nm (=
pie-lbs)
N es la velocidad en RPM.
E. El calor generado en el aro de inducción 152
se transfiere al fluido refrigerante que entra por la entrada 182 y
sale por la salida 184. Como se ha explicado anteriormente, el
motor ahora en marcha en vacío añade poco calor al sistema de
refrigeración, que es capaz de disipar el calor producido por el
retardador 141.
F. Cuando el ciclo de retardo se aproxima a su
fin, el campo magnético es invertido por un interruptor de
inversión de campo rotativo (no representado) que sirve para
eliminar toda magnetismo residual que reduciría la eficiencia.
G. Una vez que ya no se requiere retardo, se
reanuda el amortiguamiento de vibración activo pulsando el
retardador 141 usando el regulador 162 según la frecuencia y
amplitud de la vibración residual. Sin embargo, tan pronto como la
batería 26 se ha recargado completamente, el PMG 147 se puede
emplear como un motor y utilizar como alternativa al retardador,
para amortiguar la porción negativa de los ciclos de vibración y así
dar lugar a un par neto más alto utilizable al recibir la señal de
par neto 266. Sin embargo, esta técnica se puede usar solamente
intermitentemente, porque se basa en la batería para potencia y
tiende a agotarse. Por lo tanto, si el PMG 147 se usa como un motor
para ello, debe volver periódicamente a un modo de generación, para
poder recargar la batería 26.
Claims (25)
1. Un método para retardar de forma controlable
el movimiento de un vehículo que tiene un motor (12; 212), una
batería (26), un eje de accionamiento principal (15), y una
estructura de cárter (152) dentro la que se soporta rotativamente el
eje de accionamiento principal (15), sin tomar energía de la
batería (26), incluyendo los pasos de:
seleccionar un mecanismo retardador
electromagnético (141) que tiene dos elementos relativamente
rotativos (142, 144), de los que uno es un devanado de campo (142)
que requiere energización por una corriente eléctrica;
colocar ambos elementos retardadores en relación
circundante al eje de accionamiento principal (15), estando fijado
un elemento (156) a la estructura de cárter (152) y el otro al eje
de accionamiento principal (15);
seleccionar un generador de imán permanente (PMG)
(147) que tiene dos elementos relativamente rotativos (142, 144),
llevando uno imanes permanentes (148), teniendo el otro un devanado
para proporcionar un voltaje de salida alterno;
colocar ambos elementos del generador de imán
permanente (PMG) (147) en relación circundante a un eje cooperante
que gira con el eje de accionamiento, estando fijado un elemento
(156) a la estructura de cárter (152) y el otro al eje cooperante
para girar con él;
aplicar el voltaje de salida del generador de
imán permanente (PMG) (147) a una unidad de control (160; 260);
y
utilizar la unidad de control (160; 260) para
regular y proporcionar corriente rectificada al devanado de campo
(142) del retardador.
2. El método de la reivindicación 1, donde la
unidad de control (160; 260) regula la corriente rectificada
disponible para el devanado de campo (142) en respuesta a la
recepción de una señal externa.
3. Un método según las reivindicaciones 1 o 2,
incluyendo los pasos de:
seleccionar un generador excitador (145) que
tiene un rotor (146) con un devanado de excitación (146), y un
estator (154), y fijar el rotor (146) al eje de accionamiento
principal (15) y el estator (154) a la estructura de cárter
(152);
aplicar el voltaje de salida alterno del
generador de imán permanente (PMG) (147) a una unidad de control
(160; 260) por lo que la unidad de control (160; 260) se usa para
regular el nivel de corriente rectificada al devanado de excitación
(146) del generador excitador (145); y
rectificar posteriormente la salida del rotor
(146) del generador excitador (145) y aplicar la salida así
rectificada al devanado de campo (142) del retardador para producir
un par que reduce la velocidad la rotación del eje de accionamiento
principal (15).
4. El método de una de las reivindicaciones 1 a
3, donde el elemento de devanado de campo (142) del retardador está
fijado al eje de accionamiento principal (15);
la parte del generador de imán permanente (PMG)
(147) que lleva los imanes permanentes (148) está fijada al eje de
accionamiento principal (15);
el devanado de campo (142) del mecanismo
retardador electromagnético (141) está fijado al eje de
accionamiento principal (15); y
donde se utilizan rectificadores (144) para
rectificar la salida del generador excitador (145), dichos
rectificadores (144) están fijados al eje de accionamiento
principal (15) para girar con él.
5. Un aparato para retardar de forma controlable
el movimiento de un vehículo incluyendo:
un motor (12; 212) y un eje de accionamiento
principal (15);
una estructura de cárter (152) desde la que el
eje de accionamiento principal (15) se soporta rotativamente;
un mecanismo retardador electromagnético (141)
que tiene un aro de inducción (152) fijado a la estructura de
cárter (152) en relación circundante al eje de accionamiento
principal (15), y un devanado de campo (142) fijado al eje de
accionamiento principal (15);
un generador de imán permanente (PMG) (147) que
tiene un rotor (146) que soporta imanes permanentes (148) fijados al
eje de accionamiento principal (15), y un estator (154) que tiene
un devanado de salida fijado a la estructura de cárter (152) para
proporcionar un voltaje de salida alterno;
y medios de circuito eléctrico sensibles al
voltaje de salida del generador de imán permanente (PMG) (147)
durante la rotación del eje para proporcionar corriente rectificada
al devanado de campo (142) del retardador para producir por lo tanto
un par que reduce la velocidad de la rotación del eje de
accionamiento principal (15).
6. El aparato de la reivindicación 5, donde los
medios de circuito eléctrico incluyen un generador excitador (145)
que tiene un rotor (146) soportado por el eje de accionamiento
principal (15), un devanado de excitador fijado a la estructura de
cárter (152), medios de circuito de control que suministran el
voltaje de salida del generador de imán permanente (PMG) (147) al
devanado de excitador del generador excitador (145), y un circuito
rectificador soportado por el eje de accionamiento principal (15)
para rectificar la salida del generador excitador (145) y
suministrar una corriente así rectificada al devanado de campo
(142) del retardador.
7. Un aparato según las reivindicaciones 5 o 6,
incluyendo:
un eje de accionamiento principal (15), y una
estructura de cárter (152) que soporta rotativamente el eje de
accionamiento principal (15);
un mecanismo retardador electromagnético (141)
que tiene un devanado de campo (142) fijado al eje de accionamiento
principal (15) en relación circundante con él, y un aro de
inducción (152) fijado a la estructura de cárter (152);
un generador de imán permanente (PMG) (147) que
tiene un rotor de imán permanente (146) fijado al eje de
accionamiento principal (15), y un devanado de salida fijado a la
estructura de cárter (152) para proporcionar un voltaje de salida
alterno sensible a la rotación del eje;
un generador excitador (145) que tiene un rotor
(146) fijado al eje de accionamiento principal (15) para producir
un voltaje de salida alterno, y un estator (154) con un devanado de
excitación (146) fijado a la estructura de cárter (152);
una unidad de control de potencia (160; 260) para
recibir el voltaje de salida alterno del generador de imán
permanente (PMG) (147) para alimentar el devanado de excitación
(146) del generador excitador (145);
un controlador para controlar selectivamente la
unidad de control de potencia (160; 260) para energizar
selectivamente el estator (154) del generador de excitación del
devanado de salida del generador de imán permanente (PMG) (147);
y
rectificadores (144) soportados por el eje de
accionamiento principal (15) y que giran con él, para rectificar la
salida alterna del rotor (146) del generador excitador (145) y
aplicar la salida así rectificada al devanado de campo (142) del
retardador para producir un par que reduce la velocidad de la
rotación del eje de accionamiento principal (15).
8. Un aparato según al menos una de las
reivindicaciones 5 a 7 para un vehículo que produce un par positivo
a lo largo de un eje de accionamiento rotativo incluyendo un
retardador electromagnético que tiene un devanado de campo (142), un
generador excitador (145) que tiene un rotor (146) y un generador
de imán permanente (PMG) (147) que tiene un rotor (146), donde
dicho devanado de campo (142), dicho rotor (146) del generador
excitador (145) y dicho rotor (146) del generador de imán permanente
(PMG) (147) están acoplados alrededor y a dicho eje de
accionamiento rotativo, unos primeros medios para rectificar la
corriente alterna producida por el generador de imán permanente
(PMG) (147) y aplicar la salida así rectificada al generador
excitador (145), un controlador para controlar selectivamente los
primeros medios de rectificación para energizar selectivamente el
generador excitador (145) en respuesta a una señal externa recibida,
unos segundos medios para rectificar la salida alterna del rotor
(146) del generador excitador (145) y aplicar la salida así
rectificada al devanado de campo (142) del retardador para producir
un par que reduce la rotación del eje de accionamiento rotativo
donde dicho retardador no tiene que estar conectado eléctricamente
a la batería (26) o el alternador.
9. Un aparato según al menos una de las
reivindicaciones 5 a 8 en combinación con un tren de accionamiento
de vehículo que tiene un motor (12; 212), una transmisión, y un eje
de accionamiento, incluyendo el retardador:
un generador de imán permanente (PMG) (147) que
tiene un rotor (146) y estator (154), estando montado dicho rotor
(146) en dicho eje de accionamiento, produciendo dicho generador de
imán permanente (PMG) (147) una primera corriente cuando dicho eje
de accionamiento está girando;
un generador excitador (145) que tiene un estator
(154) y armadura, estando montada dicha armadura en dicho eje de
accionamiento;
un regulador conectado eléctricamente en serie
entre dicho generador excitador (145) y dicho generador de imán
permanente (PMG) (147), siendo dicho regulador capaz de recibir
señales externas de control para controlar su función;
un devanado de campo retardador dispuesto
alrededor de la circunferencia de dicho eje de accionamiento;
al menos un rectificador (144) montado en dicho
eje de accionamiento, estando colocado dicho al menos único
rectificador (144) en serie entre dicho campo retardador devanado y
dicho generador excitador (145);
un tambor de inducción estacionario, colocado
alrededor de dicho devanado de campo retardador, teniendo dicho
tambor orificios de entrada y salida para conexión al sistema
refrigerante del vehículo; y
dicho regulador, en respuesta a una señal de
control recibida, rectificará una porción de dicha primera
corriente y la alimentará a dicho generador excitador (145), que a
su vez generará una segunda corriente, dicha segunda corriente será
rectificada por dicho al menos único rectificador (144) y utilizada
para producir el par de retardo entre dicho aro de inducción (152)
y dicho devanado de campo (142).
10. Un aparato según al menos una de las
reivindicaciones 5 a 9 incluyendo:
una estructura de cárter (152);
un eje de accionamiento montado en la estructura
y rotativo con relación a ella;
un mecanismo retardador que tiene dos partes
relativamente rotativas, cada una de las cuales rodea el eje,
estando unida fijamente una parte al eje para girar con él, y
siendo la otra una parte estacionaria fijada a la estructura de
cárter (152);
medios de circuito para recibir una corriente
eléctrica para crear una acción electromagnética del retardador, y
por lo tanto retardar la rotación del eje;
un generador de imán permanente (PMG) (147) que
tiene un rotor (146) soportado fijamente por el eje, y un devanado
soportado fijamente por la carcasa para producir un voltaje de
salida;
una unidad de control de potencia (160; 260)
soportada por la estructura de cárter (152) para recibir el voltaje
de salida del generador devanado; y
medios de control para controlar selectivamente
el voltaje de salida del devanado del generador de imán permanente
(PMG) (147) a los medios de circuito del retardador.
11. El aparato de una de las reivindicaciones 5 a
10 que incluye además una batería (26), y donde el medio de control
también es capaz de seleccionar la provisión del voltaje de salida
a la batería (26) para recarga.
12. El aparato de una de las reivindicaciones 5 a
11 que incluye además un generador excitador separado (145) que
tiene una parte rotativa montada en el eje del vehículo, y donde el
voltaje de salida del generador de imán permanente (PMG) (147) se
aplica al generador excitador (145) que a su vez proporciona
tensión de excitación al retarda-
dor.
dor.
13. Un vehículo con un motor (12; 212), una
batería (26), un eje de accionamiento (15), y un retardador
electromagnético, según la reivindicación 5, acoplado con
accionamiento al eje de accionamiento (15), incluyendo:
un motor/generador de imán permanente acoplado
con accionamiento al eje de accionamiento (15);
unos medios de circuito electrónico de retardo,
que pueden operar selectivamente cuando el motor (12; 212) está
funcionando y generándose entonces energía eléctrica por el
motor/generador en respuesta a la rotación del eje de accionamiento,
para desarrollar un voltaje de salida y aplicar energía eléctrica
desde él al retardador electromagnético para reducir la velocidad
de rotación del eje de accionamiento; y
unos medios de circuito electrónico de recarga de
batería (26) que acoplan selectivamente la salida del
motor/generador a la batería (26) para recargar la batería
(26).
14. Un vehículo según la reivindicación 13
incluyendo:
un motor/generador de imán permanente asociado de
forma cooperante con el eje de accionamiento;
primeros medios de circuito electrónico, que
pueden operar selectivamente cuando se desea arrancar el motor (12;
212), para transmitir energía de la batería (26) al motor/generador
de imán permanente para aplicar par de accionamiento al eje de
accionamiento para arrancar el motor (12; 212); y
segundos medios de circuito electrónico, que
pueden operar selectivamente cuando el motor (12; 212) está
funcionando y generándose entonces energía eléctrica por el
motor/generador de imán permanente en respuesta a la rotación del
eje de accionamiento, para aplicar energía eléctrica que después es
desarrollada por el motor/generador de imán permanente al
retardador electromagnético para aplicar par al eje de
accionamiento para reducir la velocidad de rotación del eje.
15. Un vehículo según la reivindicación 13 o 14,
donde el retardador electromagnético incluye un devanado de campo
(142) soportado en el eje de accionamiento, y un tambor de
inducción; y donde el vehículo incluye además un sistema
refrigerante, especialmente un sistema de refrigerante líquido, que
está acoplado operativamente al tambor de inducción.
16. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 15, donde el retardador electromagnético incluye un devanado de
campo (142) soportado en el eje de accionamiento, y un tambor de
inducción; e incluyendo además un generador excitador (145) que
tiene un rotor (146) soportado en el eje de accionamiento, y un
devanado de campo (142); estando acoplado el generador de imán
permanente (PMG) (147) mediante los segundos medios de circuito
electrónico al devanado de campo (142) del generador excitador
(145), y estando acoplada la salida del rotor (146) del generador
excitador (145) mediante un circuito rectificador, también
soportado en el eje de accionamiento, al devanado de campo (142)
del retardador.
17. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 16 que incluye además medios detectores para detectar la
posición rotacional del eje, y proporcionar dicha posición
rotacional a los primeros medios de circuito electrónico para
modificar el par del motor (12; 212) durante la operación de
arranque.
18. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 17 que incluye además medios detectores para detectar el par
de salida del eje, que es utilizado por dichos segundos medios de
circuito electrónico para modificar el par aplicado al eje para
funcionar como un amortiguador de par.
19. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 18 que incluye además medios detectores para detectar la
posición rotacional del eje, y unos medios de circuito electrónico
de dispositivo de arranque acoplados a los medios detectores, dichos
medios de circuito electrónico de dispositivo de arranque, al
recibir la posición rotacional del eje de los medios detectores,
usan energía eléctrica almacenada en la batería (26) para energizar
el motor/generador de imán permanente para hacer que el eje de
accionamiento gire y arranque el motor (12; 212).
20. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 19 que incluye además unos medios detectores para detectar el
par neto producido por el motor (12; 212), y unos primeros medios
de circuito amortiguador que acoplan los medios detectores a los
medios de circuito electrónico de retardo para utilizar el
retardador electromagnético como un amortiguador de par.
21. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 20 que incluye además unos medios detectores para detectar el
par neto producido por el motor (12; 212), y unos segundos medios
de circuito de amortiguador que acoplan los medios detectores a los
medios de circuito electrónico de retardo para utilizar el
motor/generador de imán permanente como un amortiguador de par.
22. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 21, donde dicho motor (12; 212) es turbo cargado y cuando se
demanda la función de carga turbo, hay un retardo de tiempo entre
demanda y activación, dicho vehículo incluye además unos medios
detectores para detectar cuándo se demanda la función de carga turbo
y unos medios de circuito de refuerzo transitorio por lo que se
suministra energía por la batería (26) para utilizar el
motor/generador de imán permanente para proporcionar par positivo
adicional al tren de accionamiento del vehículo durante dicho
retardo de tiempo.
23. Un vehículo según al menos una de las
reivindicaciones 13 a 22 incluyendo:
un retardador electromagnético acoplado con
accionamiento al eje de accionamiento;
un motor/generador de imán permanente acoplado
con accionamiento al eje de accionamiento;
medios de circuito electrónico, que pueden operar
selectivamente cuando el motor (12; 212) está funcionando y
generándose entonces energía eléctrica por el motor/generador en
respuesta a la rotación del eje de accionamiento, para aplicar
energía eléctrica que después es desarrollada por el
motor/generador al retardador electromagnético para aplicar par al
eje de accionamiento para reducir la velocidad de rotación del
eje;
primeros medios detectores acoplados al eje de
accionamiento para detectar continuamente la posición rotacional del
eje;
segundos medios detectores acoplados al eje de
accionamiento para detectar continuamente la carga de par soportada
por el eje de accionamiento; y
medios sensibles a ambos medios detectores para
modificar continuamente el par aplicado al eje de accionamiento por
el retardador electromagnético.
24. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 23 que incluye además unos segundos medios de circuito
electrónico, donde dichos primeros medios detectores están
conectados a los segundos medios de circuito electrónico para
modificar el par del motor (12; 212) durante la operación de
arranque.
25. Un vehículo según una de las reivindicaciones
13 a 24 que incluye además unos terceros medios de circuito
electrónico, donde dichos segundos medios detectores están
conectados a los terceros medios de circuito electrónico para
utilizar el retardador electromagnético como un amortiguador de
par.
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|---|---|---|---|
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