KR20050109486A - 자동차용 송풍기 - Google Patents

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Abstract

자동차용 송풍기, 특히 과급기는 전동 시스템의 출력축(4)에 연결된 임펠러(2)와 같은 에어 펌프를 구비하며, 전동 시스템의 입력축은 차량의 엔진에 연결된다. 입력축 및 출력축(6, 4)은 3개의 브랜치 유성 차동 기어의 브랜치들 각각에 연결된다. 기어의 제3 브랜치 및 입력축(6)은 전기 장치들의 로터(20, 22) 각각에 연결되며, 전기 장치의 스테이터들(24, 26)의 전기 접속부들은 그들 사이의 전력 흐름을 제어하도록 배열된 제어기(27)를 통해 상호 접속된다.

Description

자동차용 송풍기{AUTOMOTIVE AIR BLOWERS}
본 발명은 자동차용 송풍기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 자동차 엔진에 설치될 수 있는 장치인 자동차용 과급기(supercharger)에 관한 것이다. 과급기는 에어 펌프 또는 송풍기 휠을 구비하는 장치로서, 과급기의 회전은 엔진의 흡기 시스템에서 압력 상태, 즉 흡기 압력을 변경시킨다. 일반적으로, 그 장치는 흡기 압력을 증가시켜 엔진의 출력을 증가시키는 방식으로 구성 및 작동된다. 대안으로서, 장치는 흡기 압력을 낮추고 저감시키도록 구성될 수도 있으며, 이러한 출력 제어 방법에 의하면 드로틀 밸브로 부하를 제어하는 종래 방법과 비교하여 효율 장점이 제공된다.
그러나, 본 발명에 따른 송풍기는 냉각 라디에이터 상방에 공기를 송풍하기 위한 자동차용 냉각팬과 같은 다른 형태를 취할 수도 있다.
최근의 과급기는 엔진에 의하여 (일반적으로 일정한 속도비로) 기계적으로, 전기적으로 또는 배기 가스에서 에너지를 추출한 터빈(터보과급기라 알려짐)에 의하여 구동된다.
실제 용례에 따르면, 간단한 기계 구동부는 저속의 엔진 속도에서 그리고 불충분한 출력 제어능으로 성능을 증가시키기에 불충분한 능력을 포함하는 몇몇 단점을 갖고 있다. 고속의 엔진 속도 및 높은 부하에서, 흡기 압력이 필요하거나 요구되는 것보다 높게 되는 것을 방지하기 위하여 낭비적인 바이패스 또는 덤프(dump) 밸브가 간혹 필요하다.
전기로 구동되는 과급기의 실제 용례는 엔진에 고출력이 필요한 경우에 과급기에 동력을 공급하는데 필요한 전기 장치의 가격, 중량 및 팩키지 사이즈에 의하여 종종 제한 받는다. 이러한 장치의 효율은 기계적 에너지를 전기적 에너지로 또는 그 반대로 변환하는 경우에 발생하는 손실에 의하여 떨어진다.
터보과급기의 실제 용례는 평범하다. 그러나, 소정의 조건에서 이용 가능한 흡기 압력은 배기 가스의 유량, 온도 및 압력에 따라 매우 강렬하다. 장치의 회전속도가 변화할 때의 과도 상태 하에서, 회전하는 부품의 관성 역시 흡입 압력에 상당한 영향을 미친다. 이러한 효과는 저속의 엔진 속도에서 그리고 저출력에서 고출력으로의 과도 상태 하에서 엔진으로부터 바람직하지 못한 출력 부족을 발생시킨다. 이러한 특징은 자동차 용례에서 특히 바람직하지 못하다. 그 결과, 이러한 점에서 터보과급기의 성능을 개선하기 위하여 여러 가지 시도가 있었다. 가이드 베인에 가변 피치를 제공함으로써 어느 정도의 개선이 가능하게 되었다. 이러한 기술은 자동차용 디젤 엔진에 적용되는 것이 일반적이나, 가솔린 엔진에 대한 이득은 보다 높은 배기 가스 온도와 관련 재료 기술 및 윤활 문제에 의하여 제한된다.
과급기가 연속적으로 가변하는 속도비를 갖는 전동 시스템을 통해 엔진에 의하여 기계적으로 구동될 수 있는 것은 이미 제안되어 있다. 이것은 저속의 엔진 속도에서의 성능과 부하 제어에서 커다란 개선을 부여한다. 가격, 신뢰성, 내구성 및 팩키지 사이즈를 포함하는 이유 때문에, 이러한 유형의 시스템은 시장에서 매력적이지 못한 것으로 입증되었다.
그러므로, 본 발명의 목적은 상업적으로 매력적이며 유효하고, 또한 엔진 속도와 관계 없이 흡입 압력을 폭넓은 범위로 가변시킬 수 있는 과급기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 전동 시스템의 출력축에 연결된 에어 펌프를 구비하는 자동차용 송풍기로서, 전동 시스템의 입력축은 차량의 엔진에 연결된다. 전동 시스템은 3개의 브랜치 유성 차동 기어를 구비한다. 하나의 브랜치는 출력부에 연결되고, 다른 하나는 입력부에 연결되며, 제3의 브랜치는 전동(電動) 성능만을 갖거나 전동 및 발전 성능을 갖는 전기 장치에 연결된다. 전동 성능만을 갖거나 전동 및 발전 성능을 갖는 다른 전기 장치가 입력부에 연결된다. 전기 장치의 스테이터의 전기 접속부는 그 사이의 전력 흐름을 제어하도록 배열된 제어기를 통해 상호 접속된다.
동작 중에, 기계적 수단에 의하여(즉, 기어를 통해) 그리고 전기적 수단에 의하여 전력이 엔진으로부터 에어 펌프에 병렬로 전달될 수 있다(즉, 하나의 전기 장치에 의하여 기계적 동력이 전력으로 변환되어, 그것을 다시 기계적 동력으로 변환하는 다른 전기 장치에 전달된다). 전기 수단에 의하여 전달된 전력은 제어기에 의하여 제어될 수 있다. 전력 대 기계적 동력의 비율은 전동 장치의 출력부 대 입력부의 속도비에 따라 변화하며, 그러므로 제어기는 속도비를 변경하는데 사용될 수 있다.
엔진이 저속으로 작동하지만 높은 흡입 압력이 요구되는 경우에, 전동 시스템의 속도비는 높고, 전력 대 기계적 동력의 비율은 최고로 된다. 엔진이 고속으로 작동하며 높은 흡입 압력이 요구되는 경우에, 전력 대 기계적 동력의 비율은 낮다. 본 발명에 따른 구조는 폭 넓은 범위의 속도비에 걸쳐서 작동할 수 있다. 속도비를 적절히 선택하면 비교적 낮은 입력 속도에 대하여 매우 높은 출력 속도를 얻을 수 있다.
전기 장치는 높은 효율을 가지며, 자동차 환경에 호환 가능한 것이 바람직하다. 절환식 자기저항 모터를 이러한 요구조건을 충족시킨다. 유도 및 영구 자석 유형 역시 이러한 요구조건을 충족시킨다.
본 발명에 따른 송풍기 전기적으로 자체 급전될 수 있다(외부 전원을 필요로 하지 않는다). 그러나, 바람직한 실시예에서, 스테이터의 전기 접속부는 배터리에 접속되고, 제어기는 두 개의 전기 장치 및 배터리 사이의 전력 흐름을 제어하도록 배열된다.
통상의 자동차 엔진은 엔진이 작동하고 있지 않을 때 시동을 가능케하고 또한 다수의 기능을 이용할 수 있도록 배터리에 접속된다. 그러므로, 어떤 경우에도 배터리가 제공되는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에 따른 송풍기에 두 개의 전기 장치를 설치하면 엔진 시동 목적을 위하여 그리고 통상 전력을 발생시켜 배터리를 충전하기 위하여 제공되는 교류발전기의 기능을 떠맡기 위하여 전기 장치 중 하나 또는 양자를 이용하는 가능성을 연다. 따라서, 전기 장치는 소위 스타터 제너레이터 유닛을 구성할 수 있으므로, 종래 스타터 모터 및 교류 발전기를 생략할 수 있다. 소정 조건 하에서, 배터리로부터 에너지를 제공하는 것에 의하여 발전 전기 장치 내지 전동 전기 장치에 의하여 제공되는 전기적 에너지를 증가시켜 송풍기와 협력하여 엔진의 과도 성능을 향상시키는 것이 바람직하다. 짧은 기간 동안, 저기 장치 양자가 배터리로부터 발생된 에너지를 이용하여 모터로서 작동하도록 충분한 전기 에너지를 제공하여, 송풍기와 협력하여 엔진의 과도 응답을 개선하는 것이 바람직하다.
유성 기어는 두가지 기본 유형, 즉 네거티브형과 포지티브형으로 구분될 수 있다. 네거티브형 유성 기어에서, 하나의 기어 요소는 일방향으로 회전하고 다른 캐리어 요소가 정지 상태를 유지하는 경우에, 제3 기어 요소는 다른 방향으로 회전한다. 포지티브형 유성 기어에서, 하나의 기어 요소는 일방향으로 회전하고 다른 캐리어 요소가 정지 상태를 유지하는 경우에, 제3 기어 요소는 일방향, 즉 제1 기어 요소와 동일한 회전 방향으로 회전한다.
유성 기어의 기어 휠은 치형 휠이며, 이 경우에 치형 결합에 의하여 결합 상태의 기어 휠 사이에 구동력이 전달된다. 그러나, 기어 휠은 다른 대안으로서 비교적 평활할 수도 있으며, 소위 마찰 또는 견인 휠을 구성하며, 이 경우에 구름 견인 휠의 마찰 결합 또는 이러한 휠 사이에서의 유체 전단에 의하여 결합 상태의 기어 휠 사이에 구동력이 전달된다.
본 발명의 일실시예에서, 송풍기는 원심력 임펠러 휠을 구비하는 유형의 과급기이다. 이 경우에, 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 유성 휠은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 태양 휠은 임펠러 휠에 연결되고, 환형 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 캐리어는 제2 전기 장치의 로터에 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 송풍기는 원심력 임펠러 휠을 구비하는 유형의 과급기이다. 이 경우에, 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 유성 휠은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 태양 휠은 임펠러 휠에 연결되고, 캐리어는 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 환형 휠은 제2 전기 장치의 로터에 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 송풍기는 에어 펌프가 포지티브 변위형이거나 냉각 팬인 비교적 저속 유형이다. 이 경우에, 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 유성 휠은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 환형 휠은 에어 펌프에 연결되고, 캐리어는 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 태양 휠은 제2 전기 장치의 로터에 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 송풍기는 에어 펌프가 포지티브 변위형이거나 냉각 팬인 비교적 저속 유형이다. 이 경우에, 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 유성 휠은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 캐리어는 에어 펌프에 연결되고, 환형 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 태양 휠은 제2 전기 장치의 로터에 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 송풍기는 에어 펌프가 포지티브 변위형이거나 냉각 팬인 비교적 저속 유형이다. 이 경우에, 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 유성 휠은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 캐리어는 에어 펌프에 연결되고, 태양 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 환형 휠은 제2 전기 장치의 로터에 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 송풍기는 에어 펌프가 포지티브 변위형이거나 냉각 팬인 비교적 저속 유형이다. 이 경우에, 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 유성 휠은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 환형 휠은 에어 펌프에 연결되고, 태양 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 캐리어는 제2 전기 장치의 로터에 연결된다.
대안으로서, 유성 기어는 다수의 제1 유성 휠과 결합하는 제1 태양 휠과, 다수의 제2 유성 휠들과 결합하는 제2 태양 휠을 구비하고, 제1 유성 휠 각각은 제2 유성 휠 각각에 연결되며, 제1 및 제2 유성 휠의 연결된 쌍 각각은 공통 유성 샤프트 각각에 의하여 지지되고, 유성 샤프트는 공통 캐리어에 연결되며, 태양 휠 중 하나는 에어 펌프에 연결되고, 다른 태양 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 캐리어는 제2 전기 장치에 연결된다.
다른 실시예에서, 유성 기어는 다수의 제1 유성 휠들과 결합하는 제1 태양 휠과, 다수의 제2 유성 휠과 결합하는 제2 태양 휠을 구비하고, 제1 유성 휠 각각은 제2 유성 휠 각각에 연결되며, 제1 및 제2 유성 휠의 연결된 쌍 각각은 공통 유성 샤프트 각각에 의하여 지지되고, 유성 샤프트는 공통 캐리어에 연결되며, 태양 휠 중 하나는 에어 펌프에 연결되고, 캐리어는 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 다른 태양 휠은 제2 전기 장치에 연결된다.
또 다른 실시예에서, 유성 기어는 다수의 제1 유성 휠들과 결합하는 제1 태양 휠과, 다수의 제2 유성 휠과 결합하는 제2 태양 휠을 구비하고, 제1 유성 휠 각각은 제2 유성 휠 각각에 연결되며, 제1 및 제2 유성 휠의 연결된 쌍 각각은 공통 유성 샤프트 각각에 의하여 지지되고, 유성 샤프트는 공통 캐리어에 연결되며, 캐리어는 에어 펌프에 연결되고, 태양 휠 중 하나는 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 다른 태양 휠은 제2 전기 장치에 연결된다.
본 발명에 따른 송풍기는 입력축에 대한 에어 펌프의 비교적 낮은 속도비에서, 전기 장치 중 하나가 제너레이터로 작동하여 전력을 발생시키고, 이 전력이 모터로서 작동하는 다른 전기 장치에 전달되도록 그리고 입력축에 대한 에어 펌프의 비교적 높은 속도비들에서, 다른 전기장치가 제너레이터로 작동하여 전력을 발생시키고, 이 전력이 모터로서 작동하는 하나의 전기 장치에 전달되도록 배열된다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 일정한 입력 속도에서, 에어 펌프의 속도가 증가할 때, 두 개의 전기 잔치 사이에 전달된 입력 동력의 비율이 점진적으로 감소하고, 소위 절점에서 제로에 도달하고, 대향 방향으로 에어 펌프 속도와 함께 증가하면서 유동한다. 이것은 에어 펌프의 차동 작동 속도에서 모터로서 그리고 제너레이터로서 동작하는 것을 의미한다. 절점은 저기 전차의 전력 정격, 즉 가격이 최소가 되도록 에어 펌프에 대하여 최대의 동력이 요구되는 속도 조건에 근접하게 배열된다. 대안으로서, 절점은 소정의 듀티 사이클에 따라 최대 동작 효율을 제공하도록 배열될 수도 있다. 이것은 기계적인 동력 전달의 효율이 전기적인 동력 전달의 효율보다 상당히 높기 때문에 송풍기의 효율을 최대화할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예는 발전 성능을 갖지 않는 전기 장치 및 전동 선을 갖지 않는 전기 장치 중 어느 하나에 의하여 달성될 수 있다. 그러나, 그 작동은 절점의 양 측면이 아닌 한 측면 상에서 일정한 속도비로 유지될 수 있다.
본 발명의 부가적인 특징 및 세부사항은 첨부도면을 참조하여 예로서 제공된 4개의 특정 실시예에 대한 하기의 설명으로부터 자명하게 될 것이다.
도 1은 승객 수송 도로차량용 과급기를 구성하는 본 발명에 따른 고속 자동차용 송풍기의 제1 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도1과 유사한 도면으로서, 자동차용 과급기의 제2 실시예를 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 과급기에서 임펠러 속도에 대한 전력조류(潮流) 및 공기흡입구 압력을 도시하는 그래프이다.
도 4는 자동차용 과급기의 제3 실시예의 개략도이다.
도 5는 도 1과 유사한 도면으로서, 냉각팬을 구성하는 본 발명에 따른 저속 자동차용 송풍기를 도시한다.
우선 도 1을 참조하면, 과급기는 에어 펌프(2)를 구비하는바, 에어 펌프는 이 경우에 자동차 엔진의 공기흡입구에 배치된 원심력 공기 임펠러를 구성한다. 임펠러(2)는 전동 시스템의 출력축(4)에 연결되며, 그 입력축(6)은 풀리(8)를 구비한다. 사용중에, 공지된 유형의 풀리 벨트가 풀리(8)와, 엔진에 의하여 구동되며 또한 엔진 크랭크샤프트 상에 장작되거나 크랭크샤프트에 의하여 구동되도록 연결된 다른 샤프트에 장착된 다른 풀리에 감긴다. 두 개의 풀리는 3차순의 증가비를 발생시킬 수 있는 크기를 갖는 것이 일반적인바, 즉 엔진이 1,500rpm으로 회전하는 경우에 입력축은 4,500rpm으로 회전한다.
전동 시스템은 네거티브형의 유성기어장치를 구비한다. 입력축(6)은 다수(통상 3개)의 유성 기어(12)를 지지하는 캐리어(10)에 연결되며, 유성 기어는 각각의 유성 샤프트(14) 상에 회전 가능하게 장착되어 있다. 각각의 유성 기어(12)는 출력축(4)에 의하여 지지되는 태양 기어(16)와 치합한다. 유성 기어(12)는 또한 환형 기어(18)와 치합한다.
입력축(6)과 환형 기어(18)는 각각 스테이터(24, 26)를 갖는 각각의 모터/제너레이터의 로터(20, 22)에 연결된다. 두 개의 스테이터의 전기 접속부는 상호 접속되며, 사용 중에 제어기(27)를 통해 차량의 배터리(25)에 접속되고, 제어기는 이들 3개의 유닛 사이의 전력 흐름을 제어한다.
사용 중에, 임펠러를 회전시키는데 필요한 동력의 일부는 기계적으로 제공된다. 모터/제너레이터들 중 하나는 제너레이터로 작동하며, 전력을 다른 모터/제너레이터(모터로서 작동하며 임펠러를 소정 속도로 회전시키는데 필요한 나머지 동력을 제공한다)에 전달한다. 상당량의 추가 동력이 필요한 경우에, 제어기(27)는 배터리(25)에서 동력을 추출하도록 작동된다. 때때로 적어도 짧은 시간 주기 동안 배터리에 의하여 제공되는 모든 전력이 바람직할 수도 있다. 모터/제너레이터 중 하나 또는 양자는 통합형 스타터 제너레이터(Integrated Starter Generator: ISG) 형태이며, 따라서 초과 전력을 이용할 수 있는 경우에, 제어기는 그 전력을 배터리에 전달하여 그것을 재충전하도록 작동될 수 있다. 그러므로, ISG는 종래 자동차용 교류발전기를 대체할 수 있으며, 또한 엔진을 시동하는데 사용될 수 있으므로 종래 엔진 스타터 모터를 대체할 수도 있다.
도 2는 과급기의 변형 구조를 도시하는 것으로, 도 1과 동일한 구성은 동일한 참조부호가 병기된다. 본 실시예는 두가지 주요 사항, 즉 유성 기어의 구조와, 따라서 두 개의 모터/제너레이터의 로터 연결 및 유성 기어의 출력부와 임펠러 사이의 증속기(step-up gearing) 설치에 있어서 도 1과 상이하다. 유성 기어는 포지티브 유형이다. 입력축(6)은 제1 태양 기어(30)에 연결되고, 태양 기어는 유성 샤프트(14) 각각에 회전 가능하게 장착된 다수(통상 3개)의 제1 유성 기어와 치합한다. 제1 유성 기어 각각은 동일한 유성 샤프트(14) 상에 장착된 제2 유성 기어(34) 각각에 연결된다. 유성 기어(34)는 중간 출력축(5)에 연결된 제2 태양 기어(36)와 치합한다. 유성 샤프트(14)는 공통 캐리어(16) 상에 장착된다. 출력축(5)은 일정비 속도-증가 기어박스를 통해 출력축 또는 임펠러 샤프트(4)에 링크 결합된다. 기어박스는 여러 가지 형태를 취할 수 있지만, 도 2에 도시된 특성 실시예에서, 2.4:1의 증가비를 갖는 포지티브 유성 전동장치를 구비한다.
기어박스는 샤프트(5)에 연결되고 또한 다수(통상 3개)의 제1 유성 기어(42)와 치합하는 제1 태양 기어(17)를 구비한다. 유성 기어(42)는 고정 유성 샤프트(44) 각각에 장착되며, 제2 유성 기어(19) 각각에 직접 결합된다. 유성 기어(19)는 출력축(4)에 결합된 제2 태양 기어(48)와 치합한다.
입력축(6)과 유성 캐리어(16)는 스테이터(24, 26)를 각각 갖는 모터/제너레이터 각각의 로터(20, 22)에 결합된다. 두 개의 스테이터의 전기 접속부는 상호 접속되며, 사용 중에 제어기를 통해 차량의 배터리에 접속되고, 제어기는 이들 3개의 유닛 사이의 전력 흐름을 제어한다.
도 2에 도시된 과급기의 작동 방식은 도 1와 관련하여 기술된 것과 실질적으로 동일하다.
도 3은 임펠러 휠의 속도가 일정한 엔진 속도에서 증가할 때 도 2에 도시된 구조의 과급기가 장착된 엔진의 공기흡입구(inlet duct)에서의 전력 흐름과 압력을 도시한다. 도시된 조건은 배터리로 또는 배터리로부터 전류가 흐르지 않는다. 곡선(50)은 엔진으로부터의 총 입력 전력을 나타내며, 곡선(52)은 제1 모터/제너레이터(20/24)에 의하여 공급된 기계적 동력을 나타내고, 곡선(54)은 제2 모터/제너레이터(22/26)에 의하여 공급된 기계적 동력을 나타내며, 곡선(56)은 발생된 흡입 압력을 나타낸다. 비교적 낮은 임펠러 속도에서, 제1 전기 장치는 모터로서 작동하며, 제2 전기 장치는 엔진에 의하여 급전되는 제너레이터로서 작동한다. 절점(node point)은 곡선(52, 54)의 교차점으로 지시되어 있다. 임펠러 속도가 절점을 지나 증가하면, 제1 전기 장치는 제너레이터가 되며, 제2 전기 장치는 모터가 된다. 저속에서, 모터/제너레이터, 이 경우에 모터/제너레이터(22, 26) 중 하나는 엔진에 의하여 급전되는 제너레이터로서 작동하며, 전력을 모터로서 작동하는 다른 모터/제너레이터(20, 24)에 전달하는 것을 알 수 있다. 임펠러 속도가 증가하면, 전달된 전력의 양은 절점에서 제로로 감소되고, 네거티브로 증가하는바, 즉 모터/제너레이터(20, 24)는 제너레이터로서 작동하며 모터로서 작동하는 다른 모터/제너레이터에 전력을 전달한다. 전달된 전력이 제로인 절점은 이 경우에 약 146,000rpm이며, 이 속도는 전기 장치의 정격을 최소화하도록 선택된다. 이것은 과급기 작동의 상당 부분에 대하여, 두 개의 모터/제너레이터 사이에 전력이 거의 전달되지 않아, 전동 시스템에 의하여 전달된 동력의 많은 부분이 기게적으로 전달되어 본래부터 보다 효율적인 점에 기인하여 전기 손실이 최소화하기 때문에, 과급기의 효율을 최대화하는 것을 의미한다.
도 4는 도 1에 도시된 것과 유사하지만 한가지 매우 중요한 사항(즉, 유성 기어의 기어휠에 치형이 형성되어 있지 않고 실질적으로 평활하며, 서로 구름 결합하여, 유성기어가 공지된 마찰 또는 견인 유형을 이룬다)에서 상이한 과급기의 또 다른 실시예를 도시하는 개략도이다. 일부만이 도시된 외부 하우징(58) 내부에 수납되며, 외부 하우징은 각종 회전축을 지지하는 각종 베어링을 유지한다.
유성 기어는 환형 휠(18')을 구비하며, 환형 휠은 공통 유성 캐리어(10')에 결합된 유성 샤프트(14') 각각에 의하여 유지되는 다수(통상, 3개)의 유성 휠(12')과 결합한다. 유성 기어(12)는 도 1에 도시된 태양 기어(16)보다 상당히 작은 태양 휠(16')과 결합하며, 이 경우에 출력축(4')의 길이의 일부를 구성한다. 입력축(6)은 제1 모터/제너레이터의 로터(20)에 결합되지만, 캐리어가 아니라 유성 기어의 환형 휠(18')에 결합된다. 제2 모터/제너레이터의 로터(22)에는 환형 휠이 아니라 캐리어(10')가 결합된다.
과급기의 동작은 도 1에 도시된 과급기와 실질적으로 동일하지만, 치형 기어휠보다 오히려 견인 롤러를 이용하면 태양 휠을 상당히 소형화할 수 있으며, 그 결과 보다 높은 증가비를 달성함으로써, 도 2의 실시예의 증속기를 생략할 수 있지만 그럼에도 불구하고 매우 높은 출력 속도를 달성할 수 있는 것을 의미한다.
도 5는 통상 자동차용 냉각 라디에이터에 인접하여 배치되는 자동차용 팬을 구성하는 송풍기의 또 다른 예를 도시한다. 이 경우에, 에어 펌프(2)는 일반적으로 원심력 임펠러보다 상당히 낮은 속도로 회전하는 팬 휠 또는 축방향 임펠러를 구성한다. 임펠러(2)는 전동 시스템의 출력축(4)에 결합되며, 입력축(6)은 풀리 휠(8)을 보유하고, 풀리 휠(8)은 감겨 있는 벨트에 의하여 또는, 엔진 크랭크샤프트에 의하여 보유되거나 그것에 의하여 회전되도록 연결된 또 다른 풀리에 감겨 있는 벨트에 의하여 구동된다. 출력축(4)은 다수의 제1 유성 기어(62)와 치합하는 포지티브 유형의 유성 기어 중에서 제1 태양 기어(60)에 연결된다. 각각의 제1 유성 기어(62)는 동축 제2 유성 기어(64)에 연결된다. 동축의 쌍을 이루는 유성 기어 각각은 공통 캐리어(68)에 결합된 유성 샤프트(66) 각각에 회전 가능하게 지지되며, 공통 캐리어는 입력축(6)에 결합된다. 제2 유성 기어(64)는 샤프트(72)에 결합된 제2 태양 기어(70)와 치합하며, 샤프트는 입력축(6) 내부에서 동축으로 연장한다. 샤프트(72)는 플랜지(74)를 지지하며, 플랜지는 모터/제너레이터의 로터(22)에 연결되고, 로터는 절환식 자기저항 유형으로서, 스테이터(26)를 구비한다. 입력축(6)은 스테이터(24)를 구비하는 이와 유사한 다른 모터/제너레이터의 로터(20)에 연결된다.
위 실시예의 동작은 제1 실시예와 실질적으로 유사하지만, 그 구성 및 기어비는 임펠러의 속도가 매우 낮도록 설정되며, 최대 출력 속도는 제1 실시예의 원심력 임펠러의 경우에 100,000rpm을 초과한 속도와 비교하여 1000rpm보다 높지 않다. 팬의 작동이 필요한 경우에, 두 개의 스테이터의 전기 접속부를 상호 연결하고 또한 배터리에 연결하는 제어기는 하나의 모터/제너레이터로부터 다른 모터/제너레이터까지 전력을 전달하도록 작동하고 또한 임펠러가 일부는 엔진으로부터 전동 시스템을 통해 전달되는 기계적 동력에 의하여 그러나 일부는 모터로서 작동하는 모터/제너레이터 중 하나에 의하여 발생되는 힘에 의하여 회전하고 또한 제너레이터로서 작동하는 다른 모터/제너레이터에 의하여 급전되도록, 전동 시스템의 전동비를 변경시키도록 작동한다.
송풍기는 단일의 절점, 즉 이 경우에 1000rpm 이상인 단일의 속도를 가지며, 그 속도에서 두 개의 모터/제너레이터 사이에 전달된 전력은 제로를 통과하는 바, 즉 각각 모터 및 제너레이터로서의 두 개의 모터/제너레이터의 동작은 전환한다.

Claims (19)

  1. 전동 시스템의 출력축에 연결된 에어 펌프를 구비하는 자동차용 송풍기로서, 상기 전동 시스템의 입력축은 사용시 차량의 엔진에 연결되며, 입력축 및 출력축은 3개의 브랜치 유성 차동 기어(three-branch epicyclic differential gearset)의 브랜치들 각각에 연결되고, 상기 기어의 제3 브랜치 및 입력축은 전기 장치들의 로터 각각에 연결되며, 상기 전기 장치들 중에서 적어도 어느 하나는 모터로서 작동하도록 배열되며, 상기 전기 장치들 중에서 적어도 다른 하나는 제너레이터로서 작동하도록 배열되고, 상기 전기 장치들의 스테이터들의 전기 접속부들은 그들 사이의 전력 흐름을 제어하도록 배열된 제어기를 통해 상호 접속되는 자동차용 송풍기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 장치 양자는 모터/제너레이터들을 구성하는 것인 자동차용 송풍기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스테이터들의 전기 접속부들은 배터리에 또한 접속되고, 상기 제어기는 두 개의 전기 장치들 및 배터리 사이의 전력 흐름을 제어하도록 배열된 것인 자동차용 송풍기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 치형 결합 관계에 있는 다수의 치형 기어휠들을 구비하는 것인 자동차용 송풍기.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 롤러 기어휠들을 구비하며, 그들 표면들의 마찰 결합에 의하여 또는 그들 표면들 사이의 유체 조정에 의하여 쌍을 이루는 휠들 사이에 토오크가 전달되는 것인 자동차용 송풍기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송풍기는 과급기이며, 상기 에어 펌프는 원심력 임펠러 휠을 구비하는 것인 자동차용 송풍기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 상기 유성 휠들은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 상기 태양 휠은 임펠러 휠에 연결되고, 상기 환형 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 캐리어는 제2 전기 장치의 로터에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  8. 제6항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 상기 유성 휠들은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 상기 태양 휠은 임펠러 휠에 연결되고, 상기 캐리어는 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 환형 휠은 제2 전기 장치의 로터에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 상기 유성 휠들은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 상기 환형 휠은 에어 펌프에 연결되고, 상기 캐리어는 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 태양 휠은 제2 전기 장치의 모터에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 상기 유성 휠들은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 또한 환형 휠과 결합하며, 상기 캐리어는 에어 펌프에 연결되고, 상기 환형 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 태양 휠은 제2 전기 장치의 로터에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 유성 휠들과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 상기 유성 휠들은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 환형 휠과 결합하며, 상기 캐리어는 에어 펌프에 연결되고, 상기 태양 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 환형 휠은 제2 전기 장치의 로터에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 유성 휠과 결합하는 태양 휠을 구비하고, 상기 유성 휠들은 공통 캐리어에 의하여 지지되고 환형 휠과 결합하며, 상기 환형 휠은 에어 펌프에 연결되고, 상기 태양 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 캐리어는 제2 전기 장치의 로터에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  13. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 제1 유성 휠들과 결합하는 제1 태양 휠과, 다수의 제2 유성 휠들과 결합하는 제2 태양 휠을 구비하고, 상기 제1 유성 휠 각각은 제2 유성 휠 각각에 연결되며, 제1 및 제2 유성 휠들의 연결된 쌍 각각은 공통 유성 샤프트 각각에 의하여 지지되고, 상기 유성 샤프트들은 공통 캐리어에 연결되며, 상기 태양 휠들 중 하나는 에어 펌프에 연결되고, 상기 다른 태양 휠은 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 캐리어는 제2 전기 장치에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  14. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 제1 유성 휠과 결합하는 제1 태양 휠과, 다수의 제2 유성 휠들과 결합하는 제2 태양 휠을 구비하고, 상기 제1 유성 휠 각각은 제2 유성 휠 각각에 연결되며, 제1 및 제2 유성 휠의 연결된 쌍 각각은 공통 유성 샤프트 각각에 의하여 지지되고, 상기 유성 샤프트들은 공통 캐리어에 연결되며, 상기 태양 휠들 중 하나는 에어 펌프에 연결되고, 상기 캐리어는 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 다른 태양 휠은 제2 전기 장치에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  15. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 기어는 다수의 제1 유성 휠들과 결합하는 제1 태양 휠과, 다수의 제2 유성 휠들과 결합하는 제2 태양 휠을 구비하고, 상기 제1 유성 휠 각각은 제2 유성 휠 각각에 연결되며, 제1 및 제2 유성 휠들의 연결된 쌍 각각은 공통 유성 샤프트 각각에 의하여 지지되고, 상기 유성 샤프트들은 공통 캐리어에 연결되며, 상기 캐리어는 에어 펌프에 연결되고, 상기 태양 휠들 중 하나는 전기 장치들 중 하나의 로터에 결합된 입력축에 연결되며, 상기 다른 태양 휠은 제2 전기 장치에 연결되는 것인 자동차용 송풍기.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에어 펌프는 증속기(step-up gearing)를 통해 출력축에 연결된 것인 자동차용 송풍기.
  17. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송풍기는 과급기이며, 상기 에어 펌프는 포지티브 변위형(positive displacement) 에어 펌프인 자동차용 송풍기.
  18. 제1항 내지 제5항 및 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송풍기는 냉각 팬이며, 상기 에어 펌프는 축방향 임펠러 휠인 자동차용 송풍기.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송풍기는 입력축에 대한 에어 펌프의 비교적 낮은 속도비들에서, 전기 장치들 중 하나가 제너레이터로 작동하여 전력을 발생시키고, 이 전력이 모터로서 작동하는 다른 전기 장치에 전달되도록 그리고 입력축에 대한 에어 펌프의 비교적 높은 속도비들에서, 상기 다른 전기 장치가 제너레이터로 작동하여 전력을 발생시키고, 이 전력이 모터로서 작동하는 상기 하나의 전기 장치에 전달되도록 배열된 것인 자동차용 송풍기.
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