ITTO990797A1

ITTO990797A1 - ALTERNATOR PULLEY GROUP FOR VEHICLES

Info

Publication number: ITTO990797A1
Application number: IT1999TO000797A
Authority: IT
Inventors: Donato Spina; Sergio Saluzzo
Original assignee: Fiat Auto Spa
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2001-03-17
Also published as: IT1314177B1

Description

D E S CR IZ ION E DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale of the patent for industrial invention

La presente invenzione è relativa ad un gruppo puleggia alternatore per autoveicoli. The present invention relates to an alternator pulley assembly for motor vehicles.

Un gruppo puleggia alternatore di tipo noto comprende un alternatore provvisto di un albero girevole attorno al proprio asse e di un rotore calettato sull'albero, ed una puleggia condotta, la quale è calettata sullo stesso albero ed è trascinata da cinghie di trascinamento avvolte attorno ad una puleggia motrice calettata sull'albero motore dell'autoveicolo. A known type alternator pulley assembly comprises an alternator provided with a shaft rotating around its own axis and with a rotor keyed to the shaft, and a driven pulley, which is keyed on the same shaft and is driven by driving belts wound around the shaft. a driving pulley keyed onto the motor vehicle crankshaft.

Pertanto, la velocità di rotazione del rotore dell'alternatore è funzione della velocità di rotazione dell'albero motore e di un rapporto di trasmissione prestabilito fra l'albero dell'alternatore e l'albero motore . Therefore, the rotation speed of the alternator rotor is a function of the rotation speed of the crankshaft and a predetermined transmission ratio between the alternator shaft and the crankshaft.

L'alternatore eroga una corrente tanto maggiore quanto maggiore è la velocità angolare dell'albero motore, secondo quanto emerge dalla curva b) del diagramma di figura 5, in cui in ascisse è riportata la velocità di rotazione dell'albero motore ed in ordinata gli Ampere della corrente erogata. La curva b) comprende una prima porzione, in cui la corrente erogata cresce rapidamente all'aumentare del numero di giri del motore, ed una seconda porzione, in cui l'incremento della corrente al variare del numero di giri diventa pressoché trascurabile. In aggiunta, l'alternatore ad un numero di giri elevato genera una notevole dissipazione di energia dovuta ad attriti ed all'azionamento di una ventola di raffreddamento dell'alternatore stesso. The alternator delivers a current the greater the greater the angular speed of the crankshaft, according to what emerges from curve b) of the diagram in figure 5, in which the rotation speed of the crankshaft is shown on the abscissa and the Ampere of the current delivered. Curve b) comprises a first portion, in which the delivered current increases rapidly as the number of revolutions of the motor increases, and a second portion, in which the increase in current as the number of revolutions varies becomes practically negligible. In addition, the alternator at a high number of revolutions generates a considerable dissipation of energy due to friction and to the operation of a cooling fan of the alternator itself.

In altre parole, in un gruppo puleggia alternatore del tipo sopra descritto la scelta di un rapporto di trasmissione basso determinerebbe un pessimo funzionamento dell'alternatore a basso numero di giri, in quanto l'alternatore genererebbe una corrente molto bassa, mentre la scelta di un rapporto di trasmissione elevato, determinerebbe, ad elevato numero di giri del motore, assieme ad una buona erogazione di corrente una considerevole usura del gruppo ed una elevata dissipazione di energia. In other words, in an alternator pulley assembly of the type described above, the choice of a low transmission ratio would result in poor operation of the alternator at low rpm, as the alternator would generate a very low current, while the choice of a high transmission ratio, would determine, at a high number of revolutions of the motor, together with a good supply of current, a considerable wear of the unit and a high dissipation of energy.

Scopo della presente invenzione e quello di realizzare un gruppo puleggia alternatore per autoveicoli che sia esente dagli inconvenienti dell'arte nota. The object of the present invention is to provide an alternator pulley assembly for motor vehicles which is free from the drawbacks of the prior art.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un gruppo puleggia alternatore per autoveicoli comprendente un alternatore provvisto di un albero girevole attorno ad un rispettivo asse, una puleggia coassiale al detto albero e girevole attorno al detto asse, ed un dispositivo di accoppiamento disposto fra la detta puleggia ed il detto albero per trasmettere il moto di rotazione dalla puleggia al detto albero, il detto gruppo essendo caratterizzato dal fatto che il detto dispositivo di accoppiamento è un limitatore di coppia. According to the present invention, an alternator pulley assembly for motor vehicles is provided comprising an alternator provided with a shaft rotatable around a respective axis, a pulley coaxial to said shaft and rotatable around said axis, and a coupling device arranged between said pulley and the said shaft for transmitting the rotational motion from the pulley to the said shaft, the said assembly being characterized in that the said coupling device is a torque limiter.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

- la figura 1 è una vista in sezione assiale e con parti asportate per chiarezza di un gruppo puleggia alternatore realizzato secondo la presente invenzione la figura 2 è una vista prospettica di un particolare del gruppo della figura 1; - figure 1 is an axial sectional view with parts removed for clarity of an alternator pulley assembly made according to the present invention; figure 2 is a perspective view of a detail of the assembly of figure 1;

- la figura 3 è una vista secondo uno sviluppo in piano di particolari del gruppo della figura 1; Figure 3 is a view according to a plan development of details of the unit of Figure 1;

- le figure 4a e 4b sono delle viste parziali dello sviluppo della figura 3 in due posizioni operative del gruppo della figura 1; e - Figures 4a and 4b are partial views of the development of Figure 3 in two operating positions of the unit of Figure 1; And

- la figura 5 è un diagramma, in cui una curva a) raffigura la corrente erogata in funzione della velocità angolare dell'albero motore di un gruppo puleggia alternatore realizzato secondo la presente invenzione ed una curva b) raffigura la corrente erogata da un gruppo puleggia alternatore di tipo noto. - Figure 5 is a diagram, in which a curve a) depicts the current delivered as a function of the angular speed of the crankshaft of an alternator pulley assembly made according to the present invention and a curve b) depicts the current delivered by a pulley assembly known type alternator.

Con riferimento alla figura 1, con 1 viene indicato nel suo complesso un gruppo puleggia alternatore di comando per autoveicoli. With reference to Figure 1, 1 indicates as a whole a drive alternator pulley assembly for motor vehicles.

Il gruppo 1 comprende un alternatore 2 di cui nella figura 1 è solamente illustrato un albero 3, sul quale è montato un rotore non illustrato, una puleggia 4 condotta, la quale è trascinata da una cinghia, non illustrata, e da una puleggia motrice, non illustrata, calettata sull'albero motore, non illustrato di un autoveicolo, ed un dispositivo 5 di accoppiamento definito da un limitatore di coppia. The unit 1 comprises an alternator 2 of which in Figure 1 only a shaft 3 is shown, on which a rotor (not shown) is mounted, a driven pulley 4, which is driven by a belt, not shown, and by a driving pulley, not illustrated, keyed onto the drive shaft, not illustrated of a motor vehicle, and a coupling device 5 defined by a torque limiter.

L'albero 3 si estende lungo un asse 6 ed è girevole attorno all'asse 6 rispetto ad uno statore, non illustrato, dell'alternatore 2. L'albero 3 presenta una sede 7 di alloggiamento di un cuscinetto 8 a rotolamento ed una estremità 9 filettata. The shaft 3 extends along an axis 6 and is rotatable around the axis 6 with respect to a stator, not shown, of the alternator 2. The shaft 3 has a seat 7 for housing a rolling bearing 8 and an end 9 threaded.

La puleggia 4 è conformata ad anello e presenta una faccia 10 esterna lungo la quale è ricavata una sede 11 di alloggiamento delle citate cinghie, non illustrate, ed una faccia 12 interna, lungo la quale è ricavata una sede 13 di alloggiamento del cuscinetto 8. The pulley 4 is shaped like a ring and has an external face 10 along which a seat 11 for housing the aforementioned belts, not shown, is formed and an internal face 12, along which a seat 13 for housing the bearing 8 is formed.

Il cuscinetto 8 comprende un anello interno 14 piantato sulla sede 7 dell'albero 6 ed un anello esterno 15 piantato nella sede 13 della puleggia 4 in modo tale per cui la puleggia 4 è coassiale all'albero 3 ed è girevole attorno all'asse 6. The bearing 8 comprises an inner ring 14 planted on the seat 7 of the shaft 6 and an outer ring 15 planted in the seat 13 of the pulley 4 in such a way that the pulley 4 is coaxial to the shaft 3 and rotates around the axis 6 .

Il limitatore di coppia 5 di accoppiamento fra la puleggia 4 e l'albero 3 dell'alternatore 2 comprende un anello 16 solidale alla puleggia 4 ed un anello 17, il quale è calettato sull'albero 6 per mezzo di una chiavetta 18, è affacciato all'anello 16, ed è mobile assialmente rispetto all'albero 6. The torque limiter 5 for coupling between the pulley 4 and the shaft 3 of the alternator 2 comprises a ring 16 integral with the pulley 4 and a ring 17, which is keyed onto the shaft 6 by means of a key 18, faces to the ring 16, and is axially movable with respect to the shaft 6.

Il limitatore di coppia 5 comprende, inoltre, un organo 19 di compressione per comprimere l'anello 16 e l'anello 17 uno contro l'altro. L'organo 19 di compressione comprende una molla 20 a tazza, la quale è disposta a contatto dell'anello 17 e presenta la propria concavità rivolte verso l'anello 17 stesso. La molla 20 a tazza è disposta coassialmente all'albero 3 ed è fissata alla estremità 9 filetta dell'albero 3 tramite un dado 21, un anello 22 metallico, una rosetta 23 piana ed una rondella grover 24. The torque limiter 5 further comprises a compression member 19 for compressing the ring 16 and the ring 17 against each other. The compression member 19 comprises a cup spring 20, which is arranged in contact with the ring 17 and has its own concavity turned towards the ring 17 itself. The cup spring 20 is arranged coaxially to the shaft 3 and is fixed to the threaded end 9 of the shaft 3 by means of a nut 21, a metal ring 22, a flat washer 23 and a grover washer 24.

Secondo quanto meglio illustrato nelle figure 2 e 3, l'anello 16 presenta una faccia 25 piana, la quale è a contatto ed è resa solidale alla puleggia 4 con mezzi noti e non illustrati, ed una faccia 26 ondulata, la quale è affacciata all'anello 17. La faccia 26 ondulata, in pratica, definisce una pista circonferenziale attorno all'asse 6, e presenta tre picchi 27 disposti a 120 gradi attorno all'asse 6 e tre avvallamenti 28 disposti rispettivamente fra i citati picchi 27 e a 120 gradi attorno all'asse 6 lungo la citata pista. According to what is better illustrated in Figures 2 and 3, the ring 16 has a flat face 25, which is in contact with and is made integral with the pulley 4 with known and not illustrated means, and a wavy face 26, which faces the ring 17. The undulated face 26, in practice, defines a circumferential track around the axis 6, and has three peaks 27 arranged at 120 degrees around the axis 6 and three depressions 28 arranged respectively between the aforementioned peaks 27 and at 120 degrees around axis 6 along the aforementioned track.

Con riferimento alle figure 1 e 3 l'anello 17 comprende tre perni 29, che presentano un asse A, si estendono radialmente rispetto all'asse 6 e sono disposti a 120 gradi attorno all'asse 6, e tre cuscinetti 30 a rotolamento, i quali sono montati sui rispettivi perni 29. With reference to Figures 1 and 3, the ring 17 comprises three pins 29, which have an axis A, extend radially with respect to the axis 6 and are arranged at 120 degrees around the axis 6, and three rolling bearings 30, the which are mounted on the respective pins 29.

Ciascun cuscinetto 30 comprende un anello interno 31 piantato sul rispettivo perno 29 ed un anello esterno 32 atto ad essere disposto a contatto con la faccia 26 dell'anello 16. Il punto di contatto di ciascun cuscinetto 30 con la faccia 26 viene denominato P. Each bearing 30 comprises an inner ring 31 planted on the respective pin 29 and an outer ring 32 able to be arranged in contact with the face 26 of the ring 16. The point of contact of each bearing 30 with the face 26 is called P.

In uso, la molla 20 esercita una forza di compressione diretta nella direzione D parallela all'asse 6 per comprimere l'anello 17 contro l'anello 16 e disporre i cuscinetti 30 in corrispondenza degli avvallamenti 28. Il trascinamento della puleggia 4 determina la rotazione all'anello 16, il quale, a sua volta, trasmette la rotazione all'anello 17, che oppone una coppia resistente C, la quale, nella fase di avviamento, è imputabile sostanzialmente all'inerzia, e, successivamente, alla caratteristica di assorbimento dell'alternatore 2, ed agli attriti. Pertanto, la coppia C cresce rapidamente all'aumentare del numero di giri dell'albero 3. In use, the spring 20 exerts a direct compression force in the direction D parallel to the axis 6 to compress the ring 17 against the ring 16 and arrange the bearings 30 in correspondence with the depressions 28. The dragging of the pulley 4 determines the rotation to the ring 16, which, in turn, transmits the rotation to the ring 17, which opposes a resisting torque C, which, in the starting phase, is substantially attributable to the inertia, and, subsequently, to the absorption characteristic of alternator 2, and to friction. Therefore, the torque C grows rapidly as the number of revolutions of the shaft 3 increases.

Secondo quando illustrato nella figura 4a, la coppia C determina una forza Fi applicata a ciascun cuscinetto 30 in corrispondenza dell'asse A, sul quale è applicata altresì una forza F2 assiale determinata dalla molla 20. As illustrated in Figure 4a, the torque C determines a force Fi applied to each bearing 30 in correspondence with the axis A, on which an axial force F2 determined by the spring 20 is also applied.

Al crescere della velocità di rotazione la forza Fi aumenta, mentre la forza F2 aumenta all'aumentare della deformazione secondo la caratteristica meccanica della molla 20. In altre parole, la forza F2 esercitata dalla molla 20 è tanto maggiore quanto più i cuscinetti 30 si trovano in corrispondenza di un picco 27. As the rotation speed increases, the force Fi increases, while the force F2 increases as the deformation increases according to the mechanical characteristic of the spring 20. In other words, the force F2 exerted by the spring 20 is greater the more the bearings 30 are located. at a peak 27.

Nella figura 4a, è raffigurata una fase di equilibrio, ossia una fase durante la quale l'anello 16 e l'anello 17 sono ruotati alla stessa velocità. Nella condizione di equilibrio la risultante F delle forze F1 ed F2 è applicata all'asse A del perno 29 ed è diretta verso il punto P di contatto. In figure 4a, an equilibrium phase is shown, ie a phase during which the ring 16 and the ring 17 are rotated at the same speed. In the equilibrium condition the resultant F of the forces F1 and F2 is applied to the axis A of the pin 29 and is directed towards the contact point P.

Nella figura 4b, è raffigurata una fase di rotolamento, ossia una fase durante la quale l'anello 16 ruota rispetto all'anello 17. In questa fase la risultante F applicata sull'asse A non è diretta verso il punto P e determina pertanto il rotolamento del cuscinetto 30. In figure 4b, a rolling phase is depicted, i.e. a phase during which the ring 16 rotates with respect to the ring 17. In this phase the resultant F applied on the axis A is not directed towards the point P and therefore determines the bearing rolling 30.

Durante la fase di rotolamento la coppia C diminuisce poiché diminuisce il numero di giri dell'anello 17 ed è possibile anche il verificarsi di una nuova condizione di equilibrio. During the rolling phase, the torque C decreases as the number of revolutions of the ring 17 decreases and it is also possible for a new equilibrium condition to occur.

In pratica, durante il funzionamento dell'alternatore 2, quando viene raggiunto un determinato numero di giri dell'albero 3, si determina il rotolamento gli anelli 16 e 17, durante il quale l'anello 16 trascina l'anello 17 grazie alla faccia 26 ondulata dell'anello 16. Infatti, i tratti compresi fra gli avvallamenti 28 ed i picchi 27 esercitano una azione di trascinamento sui cuscinetti 30, sebbene i cuscinetti 30 rotolino rispetto alla faccia 26 ondulata. In practice, during the operation of the alternator 2, when a certain number of revolutions of the shaft 3 is reached, the rings 16 and 17 rotate, during which the ring 16 drags the ring 17 thanks to the face 26 of the ring 16. In fact, the portions comprised between the depressions 28 and the peaks 27 exert a dragging action on the bearings 30, although the bearings 30 roll with respect to the wavy face 26.

Il limitatore di coppia 5 fra la puleggia 4 e l'alternatore 2 viene tarato tramite la precompressione della molla 20 in modo da determinare il rotolamento quando viene superato un numero di giri dell'albero 3 tale per cui l'aumento di corrente erogata dall'alternatore 2 sarebbe trascurabile e l'incremento delle dissipazioni di energia diventerebbe importante. The torque limiter 5 between the pulley 4 and the alternator 2 is calibrated by means of the prestressing of the spring 20 so as to determine rolling when a number of revolutions of the shaft 3 is exceeded such that the increase in current delivered by the alternator 2 would be negligible and the increase in energy dissipation would become important.

Il dispositivo 5 di accoppiamento sopra descritto impedisce di ruotare l'albero 3 ad un numero di giri maggiore di un numero di giri determinato, il superamento del quale non solo non porterebbe nessun incremento di corrente apprezzabile ma determinerebbe un notevole assorbimento di energia. Di conseguenza, il limitatore di coppia 5 permette di collegare il citato albero motore e 1 'albero 3 con un rapporto di trasmissione elevato in modo da raggiungere il citato numero di giri determinato molto rapidamente, ossia di raggiungere le condizioni di funzionamento, in cui l'alternatore 2 fornisce una corrente elevata. La curva a) della figura 5, indica l'andamento della corrente in funzione del numero di giri dell'albero motore ed in funzione di un rapporto di trasmissione elevato. La curva a) comprende una prima porzione in cui la corrente erogata cresce rapidamente al variare del numero di giri dell'albero motore, ed una seconda porzione in cui la corrente erogata rimane sostanzialmente costante al variare del numero di giri dell'albero motore. La prima porzione indica la fase in cui la puleggia 4 e l'albero 3 ruotano alla stessa velocità, mentre la seconda porzione indica una fase in cui si la puleggia 4 e l'albero 3 ruotano a velocità diverse. The coupling device 5 described above prevents the shaft 3 from being rotated at a number of revolutions greater than a determined number of revolutions, exceeding which not only would not lead to any appreciable increase in current but would cause a considerable absorption of energy. Consequently, the torque limiter 5 makes it possible to connect the aforementioned crankshaft and the shaft 3 with a high transmission ratio so as to reach the aforementioned number of revolutions determined very quickly, i.e. to reach the operating conditions, in which the alternator 2 supplies a high current. Curve a) of Figure 5 indicates the current trend as a function of the number of revolutions of the motor shaft and as a function of a high transmission ratio. Curve a) comprises a first portion in which the delivered current increases rapidly as the number of revolutions of the motor shaft varies, and a second portion in which the delivered current remains substantially constant as the number of revolutions of the motor shaft varies. The first portion indicates the phase in which the pulley 4 and the shaft 3 rotate at the same speed, while the second portion indicates a phase in which the pulley 4 and the shaft 3 rotate at different speeds.

Inoltre, il limitatore di coppia 5 garantisce che, anche in fase di avvio, sia garantita una rotazione relativa fra la puleggia e l'albero 3. Tale rotazione relativa è determinata sostanzialmente dalla coppia resistente generata dall'inerzia dell'alternatore 2. Furthermore, the torque limiter 5 ensures that, even in the start-up phase, a relative rotation is guaranteed between the pulley and the shaft 3. This relative rotation is substantially determined by the resisting torque generated by the inertia of the alternator 2.

Tale rotazione relativa all'avvio è particolarmente vantaggiosa nel caso in cui l'alternatore 2 è accoppiato con motori diesel, i quali hanno la tendenza a "strappare" in modo così rilevante che sugli alternatori di tipo noto è necessario accoppiare la puleggia all'albero per mezzo di una ruota libera. This rotation relative to starting is particularly advantageous in the case in which the alternator 2 is coupled with diesel engines, which have a tendency to "tear" in such a significant way that on known alternators it is necessary to couple the pulley to the shaft by means of a free wheel.

Secondo forme di attuazione non illustrate l'organo 19 di compressione comprende una molla ad elica o una pluralità di molle ad elica. According to embodiments not shown, the compression member 19 comprises a helical spring or a plurality of helical springs.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Alternator pulley assembly for motor vehicles comprising an alternator (2) provided with a shaft (3) rotatable around a respective axis (6), a pulley (4) coaxial to said shaft (3) and rotatable around said axis (6) ), and a coupling device (5) arranged between the said pulley (4) and the said shaft (3) to transmit the rotation motion from the pulley (4) to the said shaft (3), the said unit being characterized by the fact that said coupling device is a torque limiter (5).

2) Group according to claim 1, characterized in that said torque limiter (5) has a first ring (16) integral with said pulley (4), a second ring (17) keyed on said shaft (3), and a compression member (19) for compressing said first and second rings (16, 17) against each other.

3) Assembly according to claim 2, characterized in that said first ring (16) has a wavy face (26) substantially perpendicular to said axis (6), said face (26) having a wavy circumferential development.

4) Group according to claim 3, characterized by the fact that said second ring (17) is axially sliding with respect to said shaft (3) and supports rotating bodies (30) rotatable around respective further axes (A) extending radially with respect to the said axis (6), said rotating bodies (30) being kept in contact with said wavy face (26).

5) Group according to claim 4, characterized in that said first ring (16) comprises depressions (28) separated by peaks (27), said depressions (28) being equal to the number of said rotating bodies (30).

6) Group according to claim. 5, characterized in that said rotating bodies are ball bearings (30).

7) Assembly according to one of claims 2 to 6, characterized in that said compression member (19) is a cup spring (20) mounted on said shaft (3) and in contact with said second ring (17).

8) Group according to claims 4 and 5, characterized in that said rotating bodies (30), said depressions (28), and said peaks (27) are equal to three and are respectively and uniformly distributed around the axis (6).