MXPA05008710A

MXPA05008710A - Ventiladores automotrices.

Info

Publication number: MXPA05008710A
Application number: MXPA05008710A
Authority: MX
Inventors: David Luke Barker
Original assignee: Drivetec Uk Ltd
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2006-03-28
Also published as: BRPI0407503B1; KR20050109486A; EP1597462A1; US20100132637A1; CA2516273C; RU2005129116A; JP4570611B2; CA2516273A1; DE602004007626D1; WO2004072449A1; US7703283B2; ES2289484T3; RU2338900C2; DE602004007626T2; JP2006518019A; ATE367517T1; US20060263203A1; KR101113124B1; EP1597462B1; US8397502B2

Abstract

Un ventilador automotriz, en particular un supercargador, comprende una bomba de aire, tal como un impulsor (2) de aire conectado a la flecha (4) de salida de un sistema de transmision, cuya flecha de entrada esta conectada, en uso, al motor de un vehiculo motorizado. Las flechas (4, 6) de entrada y de salida estan conectadas a ramas respectivas de un tren de engranajes diferenciales epiciclicos. La tercera rama del tren de engranajes y la flecha (6) de entrada estan conectadas al rotor (20, 22) de maquinas electricas respectivas, las conexiones electricas de los estatores (24, 26) de dichas maquinas estan conectadas conjuntamente via un controlador (27) dispuesto para controlar el flujo de energia electrica entre ellos.

Description

For two-letter codes and other abbreviations, refer to the "Guid-ance Notes on Codes andAbbreviatians " appearing at the begin-ning ofeach regular issue ofthePCTGazette.

VE NTI LADORES AUTOM OTRICES La presente invención se refiere a ventiladores a utomotrices y, en particular, a su percargadores automotrices , los cuales son dispositivos que pueden incorporarse en motores automotrices . Los supercargadores son dispositivos qu e incluyen una bomba de aire o turbina sopladora, cuya rotación cambia las cond iciones de presión de la presión de entrada en el sistema de entrada del motor. Comúnmente el dispositivo se config ura y opera en una manera que aumenta la presión de entrada y, po r lo tanto, permite que aumente la producción de potencia del motor. Alternativamente , el dispositivo puede estar co nfigurado para disminu ir la Presión de Entrada y reducir la prod ucción de potencia, ofreciendo este método de control de potencia ventajas de eficiencia cuado se compara con el método convencional de control de carga mediante una válvula de estrangulación. Un ventilador de acuerdo con la invención puede, sin embargo , tener ta mbién otras formas, tales como un ventilador para enfriamiento automotriz para soplar aire sobre un radiador de enfriamiento. Normalmente los supercargadores son impulsados mecánicamente (usualmente con un régimen de velocidad fijo) por el motor, eléctricamente o mediante una turbina que extrae energía de l os g ases de escape (conocidos como turbocargadores). Con las aplicaciones prácticas , la impulsión mecánica simple tiene cierta s desve ntajas qu e incluyen habilidad insuficiente para 2 aumentar el rendimiento a baja velocidad del motor y una pobre capacidad de control de potencia. A una velocidad y carga altas del motor, se requieren algunas veces válvulas de derivación o vertedoras de desperdicio para evitar que la presión entrada se vuelva más alta que la requerida o la deseada. Las aplicaciones prácticas de los supercargadores impulsados eléctricamente están limitadas con frecuencia por el costo, la masa y el tamaño del paquete de la maquinaria eléctrica requerida para energizar el supercargador cuando se requiere una alta producción de potencia del motor. La eficiencia de estos dispositivos se pone en riesgo también por las pérdidas incurridas cuando se convierte energía mecánica en energía eléctrica y viceversa. Las aplicaciones prácticas de los turbocargadores son cosa común. La presión entrada disponible en una condición dada depende fuertemente del régimen de flujo de los gases de escape, la temperatura y la presión, sin embargo. Bajo condiciones transitorias cuando cambia la velocidad rotacional del dispositivo, la inercia de los componentes rotatorios afecta también sustancialmente la presión de entrada. Estos efectos resultan con frecuencia en una deficiencia indeseable de producción de potencia del motor a baja velocidad del motor y en transición de baja producción de potencia a alta producción de potencia. Estas características son particularmente indeseables en aplicaciones automotrices. En consecuencia, se han hecho varios intentos para mejorar el rendimiento de los turbocargadores en estos aspectos. Se logra alguna mejoría proporcionando aletas de guía con 3 inclinación va riable. Esta tecnología se aplica com únmente a motores diesel automotrices, pero los ben eficios a los motores de gasolina están limitados por la tecnolog ía de tem peratura más alta de los gases de escape y materiales asociados y asuntos de lubricació n . Se ha propuesto previamente q ue un supercargador pueda ser imp uls ado mecán icamente por el motor vía un sistema de transmisión con un régimen de velocidad continuamente variable. Esto ofrece grandes mejorías en el rendimiento a baja velocidad del motor y en e1 control d e la carga. Por razones que incluyen costo, confiabilidad , durabilidad y tamaño del paquete, los sistemas de este tipo han probado ser gen eralmente poco atractivos para el mercad o. Es, por lo tanto, el objetivo de la invención proporcionar un supercargador que sea comercialmente atractivo , eficiente y que sea capaz de variar la presión de entrada a través de un amplio rango independ iente de la velocidad del motor. De acuerdo con la presente invención , un ventilador automotriz comprende una bomba de aire conectada a la flecha de salida de un sistema de transmisión, al cual está conectada la flecha de entrada, en uso , al motor de un vehículo motorizado. La transmisión incorpora un tren de engranajes de d iferencial de tres ramas . Una rama está conectada a la sal ida, la otra está conectada a la entrada y la tercera está conectada a una máquina eléctrica que tiene sólo capacid ad de motorización o capacidad de motorización y generación. Una máq uina eléctrica adicional, que tiene sólo capacidad de generación o capacid ad de generación y motorizació n, está conectada a la entrad a. 4 Las con exio nes eléctricas de los estatores de las máq u inas eléctricas están conectadas conjuntamente vía un controlador dispuesto para controlar el flujo de energía eléctrica entre ellos. Durante la operación , se puede trans mitir energía del motor a la bomba de aire , en paralelo, mediante med ios mecánicos (es decir, vía los engranes) y medios eléctricos (es decir, la energía mecánica se convierte a energía eléctrica mediante una máquina eléctrica, y se trasmite a la otra máquina eléctrica d onde s e convie rte otra vez en energía mecán ica). La energía trasmitida mediante medios eléctricos puede ser controlada por el controlador. La proporción de energ ía eléctrica a mecánica varía con el régimen de velocidad de salida a entrada de transmisión y por ende el controlad or puede ser usado para cambiar el régimen de velocidad . Cuando el motor está operando a baja velocid ad, pero se requiere una presión de entrada elevada, el régimen de velocidad del sistema de transmisión es alto y la proporción de energía eléctrica a mecánica es la más alta. Si el motor está operando a alta velocidad y se requiere u na presión de entrada e levada, la proporció n de energía en eléctrica a mecánica es baja. La co nstrucción de acuerdo con la invención perm ite la operación a través de un amplio rango de regímenes de velocidad. La selección de régimen apropiado permite (a obtención de una velocidad de salida muy alta para una velocidad de entrada relativamente baja. Se prefiere que las máq uinas e léctricas tengan alta eficiencia y sean compatibles con el entorno automotriz. Los motores de 5 reluctancia conmutada cumplen con estos requerimientos; los tipos de imanes de inducción y permanentes pueden cump lir también con estos requerimientos . El ventilador de acuerdo con la inven ció n puede ser auto-energizado eléctricame nte (no requieren fuente externa de energ ía) . Sin em bargo, en la modalida d preferida, las co nexiones eléctricas de los estatores están conectadas también a una batería y el controlador está dispuesto para controlar el flujo de ene rgía entre las máquinas eléctricas y la batería. Los motores automotrices convencionales están conectados a una batería para permitir el arranque y para hacer dispon ible un nú mero de funciones cuando el motor no está funcionando. Por lo tanto, u na batería está presente normalmente, en cualquier caso . Sin embargo, la provisión de dos máquinas eléctricas en el ventilador de acuerdo con la presente invención abre la posibilidad de usar una o ambas de las máquinas eléctricas para propósitos de arranque del moto r y también para hacer la función del alternador, el cual se proporciona tradic'ionalmente para la generación de electricidad para recargar la bate ría. Las máquinas eléctricas pueden así constituir las llamadas unidades de Arrancador Generador, permitien do así que se omitan el motor de arranque y el alternador convencionales. Bajo ciertas condiciones puede ser benéfico au mentar la energ ía eléctrica proporcionada por la máquina eléctrica de generación para la máquina eléctrica de motorización proporcionando energ ía de la batería mejorando as í el rendimiento transitorio del motor en combina ción con 6 el ventilador. Para duraciones cortas pu ede ser aú n deseable proporcion ar suficiente energía eléctrica de manera que ambas máquinas eléctricas operen como motores usando energía de la batería mejorando así adicion almente la respuesta transitoria del moto r en combinación con el ventilador. Los trenes de e ngranajes epicíclicos pueden d ividirse en dos tipos bás icos , es d ecir tipo negativo y tipo positivo. En los trenes de engranajes epicíclicos de tipo negativo, cuando un elemento de engrane se hace girar en una dirección y el elemento portador se mantiene estacionario, eí tercer elemento de engrane gira en la otra dirección . En los trenes de engranajes epicíclicos d e tipo positivo, si un elemento de engrane se hace girar e n una dirección y el elemento portador se mantiene estacionario, el tercer elemento de eng rane gira en la dicha una dirección, es decir, en la misma dirección qu e el primer elemento de engrane. Las ruedas de engranaje del tren de engranajes epicíclicos pueden ser ruedas dentadas y, en este caso, la impulsión se trasmite entre las ruedas de engranaje de acoplamiento mediante el acoplamiento de sus dientes. Sin embargo, las ruedas de engra naje pueden ser alternativamente relativamente lisas y constituyen las llamadas ruedas de fricción o tracción y en este caso la impulsión se trasmite entre las ruedas de engranaje de acoplamie nto mediante acop lamiento por fricción de las ruedas de tracción rodantes o mediante el esfuerzo cortante del fluido entre tales ruedas. En una modalidad dé la invención, el ventilador es un 7 su percargador del tipo q ue incluye una rueda impulsora centrífuga. En este caso, el tren de eng ranajes epicíclicos puede comprender una rueda p lanetaria que está en acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias, las cuales so n transportadas por un transportador común y están en acoplamiento con un a rueda anular, estando conectada la rueda planetaria a la rueda impulsora, la rueda anu lar estando conectada a la flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máqui nas eléctricas y el portador estando con ectado al rotor de la segunda máquina eléctrica. En otra modalidad de la invención , el ventilador es un supercargador d el tipo que incluye u na rueda impulsora centrífug a. En este caso, el tren de eng ranajes epicíclicos comprend e una rueda planetaria q ue está en acoplamiento co n u na pluralidad de ruedas planetarias las cuales son llevadas por un portador común y están en acoplamiento con una rueda anular, la rueda anular estando conectada a la rueda impulsora, el portador que está conectado a la flecha de entrada la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y la rueda anular que está conectada al rotor de la segunda máquina eléctrica. En otra modalid ad de la invención, el ventilador es de tipo de velocidad relativamente baja en donde la bomba de aire es del tipo de desp lazamiento positivo o es un ventilador de enfriamiento. En este caso, el tren de engranajes epicíclicos puede comprender una rueda planetaria, la cual está en acoplamiento con una pl uralidad de ruedas planetarias , las cuales son llevadas por un portador común y están en 8 acop lam iento con una rueda anular, la rueda an ular q ue está conectada a la bomba de aire, el portado r que está conectado a la flecha de entrada que está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y la rueda planetaria q ue está conectada al rotor de la segunda máquina eléctrica . E n otra modalidad de la invención , el ventilador es de un tipo de velocidad relativamente baja en el cual la bomba de aire es del tipo de desplazamiento positivo o es un ventilador de enfriamiento . En este caso, el tren de eng ranajes epicíclicos puede comprender una rueda planetaria que está en acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias, fas cuales son llevadas por un portador común y están en acoplamiento con una rueda anular, el portador que está conectado a la bomba de aire, la rueda an ular qu e está conectada a la flecha de entrada la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y la rueda planetaria que está conectada al rotor d e la segunda máquina eléctrica. En otra modalidad de la in vención , el ventilador es de un tipo de velocidad relativamente baja en el cual el ventilador es d el tipo de desplazamiento positivo o es un ventilador de enfriamiento. En este caso, el tren de engranajes epicíclicos puede comprender una rueda planetaria que está en acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias, las cuales son llevadas por un portador común y está n en acoplamiento con una rueda anular, el portador que está conectado a la bomba de aire, la rueda anular que está conectada a la flecha de entrad a la cual está conectada al rotor de una de las máquinas 9 eléctricas y la rueda anular qu e está conectada al roto r de la seg u n da máquina eléctrica. En otra modalidad de la invención , el ventilador es de un tipo de velocidad relativamente baja en el cual la bomba de aire es del tipo de desplazamiento positivo o es un ventilador de enfriamiento . En este caso, el tren de engranajes epicíclioos p uede compren der una rueda planetaria que está en acoplamiento co n una pluralidad de ruedas planetarias, las cuales son llevadas por u n po rtador com ún y están en acoplam iento con una rueda an ular, la rueda an ular que está conectada a la bomba de aire, la rueda planetaria que está conectada a la flecha de entrada la cual está conectada al rotor de u na de las máquinas eléctricas y él portador que está conectado al rotor de la segu nda máquin a eléctrica. Alternativamente, el tren de engranajes epicíclfcos puede comprender una primera rueda planetaria o planetario , que está en acoplamiento endentado con una pluralidad de primeras ruedas planetarias, y una segunda rueda planetaria, la cual está endentada con una pluralidad de segundas ruedas planetarias, cada primera rueda planetaria que está conectada a una segunda rueda planetaria respectiva , cada par conectado de primera y segunda ruedas planetarias que está llevado por una flecha planetaria común respectiva , las flechas planetarias que están conectadas a un portador común, u na de las ruedas planetarias que está conectada a la bomba de aire, la otra rueda planetaria que está conectada a la flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máquinas 10 eléctricas y el portador que está conectado a la segunda máquina eléctrica. En una modalidad adicional, el tren de engranajes epicíclicos puede comprender una primera rueda planetaria o planetario, que está en acoplamiento endentado con una pluralidad de primeras ruedas planetarias, y una segunda rueda planetaria, la cual está endentada con una pluralidad de segundas ruedas planetarias, cada primera rueda planetaria que está conectada a una segunda rueda planetaria respectiva, cada par conectado de primera y segunda ruedas planetarias que es llevado por una flecha planetaria común respectiva, las flechas planetarias que están conectadas a un portador común, una de (as ruedas planetarias que está conectada al ventilador, el portador que está conectado a lá flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de Jas máquinas eléctricas y la otra rueda planetaria que está conectada a la segunda máquina eléctrica. En una modalidad adicional, el tren de engranajes epicíclicos puede comprender una primera rueda planetaria o planetario, que está en acoplamiento endentado con una pluralidad de primeras ruedas planetarias, y una segunda rueda planetaria, la cual está endentada con una pluralidad de segundas ruedas planetarias, cada primera rueda planetaria que está conectada a una segunda rueda planetaria respectiva, cada par conectado de primera y segunda ruedas planetarias que es llevado por una flecha planetaria común respectiva, las flechas planetarias que están conectadas a un portador común, el portador que está conectado a la bomba de aire, una de las ruedas 1 1 planetarias que está conectada a ta flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y la otra rueda planetaria que está conectada a la segunda máquina eléctrica. Se prefiere q ue el ventilador de acuerdo con la invención esté dispuesto de manera que, en reg ímenes de velocidad relativamente baja d e la bom ba de aire a la entrada del motor, una de las máquinas eléctricas opere como un generador y produzca energía eléctrica, la cual se transmite a la otra máqu ina eléctrica, la cual opera como u n motor, y que, en regí menes de velocidad relativamente alta de la bom ba de aire, la dicha otra máquina eléctrica opera como un generador y produce energía el éctrica , la cual se transmite a la dicha una máq uin a eléctrica, la cu al opera como un motor. As í, en la modalidad preferida, a una velocidad de entrad a constante , la proporción de energía de entrada trasmitida entre las dos máquinas eléctricas disminuye progresivamente, a medida que aumenta la velocidad de la bomba de aire y después llega a cero , en el llamado punto de nodo, y después fluye en la dirección opuesta, aumentando con la velocidad de la bomba de aire. Esto significa que ambas máquinas eléctricas operan como un motor y como un generado r en reg ímenes de velocidad operacionales difere ntes de la bomba de aire. El punto de nodo está d ispuesto para cerrarse en la condición de velocidad a la cual se requiere la energía máxima para la bomba de aire d e manera que la categorización de energía de las máquinas eléctricas y así su costo se minimizan . Alternativamente , el punto de nodo podría estar dispuesto para proporcionar la eficiencia máxima 1 2 operacional de acuerdo co n un ciclo de carga dado . Esto o ptimizará la eficiencia del ventilador porque la eficiencia de transmisión de energ ía mecán icamente es con siderablemente mayor que aquella de transmisión de en erg ía eléctrica mente. Las modalid ades anteriores de la invención pueden ser logradas con una de las máquinas eléctricas que no tiene capacidad de generación y la otra que no tiene capacidad de motorización. La operación podría ser sostenida entonces solamente a u n régimen de velocidad en u n lado del punto de nodo, sin embargo , y no en am bos lados . Aspectos y detalles adicionales de la invención serán aparentes a partir de la siguiente descripción de cuatro modalidades específicas, la cual se da a manera de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales : La Figura 1 es una vista de sección de diagrama de una primera modalidad de un ventilador automotriz de alta velocidad de acuerdo con la invención , que constituye un supercargador para un veh ículo de carretera que lleva pasajeros; La Figura 2 es una vista similar a la Figu ra 1 de una segunda modalid ad de un supercargador automotriz; La Fig ura 3 es un a gráfica que muestra los flujos de energía y la presión de ducto de entrada contra la velocidad del impulsor en el supercargador mostrado en la Figura 2; La Figura 4 que es una vista altamente esquemática de una tercera modalidad de un supercarg ador automotriz; y 13 La Figura 5 es una vista similar a la Figura 1 de un ventilador automotriz de baja velocidad de acuerdo con la invención, que constituye un ventilador de enfriamiento. Haciendo referencia primero a la Figura 1, el supercargador incluye una bomba 2 de aire la cual, en este caso, constituye un impulsor de aire centrífugo que está situado, en uso, en el ducto de entrada de un motor automotriz. El impulsor 2 está conectado a la flecha 4 de salida de un sistema de transmisión, cuya flecha 6 de entrada lleva una polea 8. En uso, la banda de la polea de tipo conocido pasará alrededor de la polea 8 y rodeará una polea adicional impulsada por el motor y montada en el cigüeñal o alguna flecha adicional conectada para ser impulsada por el cigüeñal. Las dos poleas estarán dimensionadas típicamente para producir un régimen multiplicador del orden de 3, por lo que si el motor está girando, digamos, a 1500 revoluciones por minuto, la flecha de entrada girará a 4500 revoluciones por minuto. El sistema de transmisión comprende un tren de engranajes epicíclicos de tipo negativo. La flecha 6 de entrada está conectada a un portador 10, el cual lleva un número, típicamente de tres, de ruedas 12 planetarias dentadas que están montadas de manera giratoria en las flechas 14 planetarias respectivas. Cada rueda 12 planetaria está endentada con una rueda 16 planetaria dentada, la cual es llevada por la flecha 4 de salida. Las ruedas 12 planetarias están endentadas también con una rueda 18 anular dentada. La flecha 6 de entrada y la rueda 8 anular están conectadas al 1 4 rotor 20 y 22 dé motor/gen eradores respectivos que tienen estatores 24, 26 respectivos . Las conexiones eléctricas d e los dos estatores están conecta das conjuntamente y, e n uso, a la batería 25 del vehículo vía un controlador 27 que controla el fl ujo de energía eléctrica entre las tres unidades. En uso, una proporción de la energía necesaria para hacer girar el imp ulsor se proporciona mecánicamente. Uno de los moto res/generadores actúa como un generador y transmite energía eléctrica al otro motor/generador, que actúa como u n motor y proporciona el resto o sustancialmente el resto de la energía requerida para hacer girar el impu lsor a la velocidad d eseada . Si se requiere una cantidad de energ ía adicional, el controlador 27 es operado para extrae rla de la batería 25. Algunas veces puede ser deseable que toda la energ ía sea proporcionada por la batería, por lo menos durante periodos breves de tiempo. Uno o ambos de los motores/generadores está en la forma de una unidad de Generador de Arranque Integrado (ISG) y así en esos momentos cuando hay disponible un exceso de energía eléctrica, el controlador puede ser operado para transmitir esta energía a la batería para recargarla . El ISG puede reemplazar entonces al alternador automotriz convencional y puede ser usado también para arrancar el motor y puede reemplazar entonces también al motor de arranque convencional del motor. La Figura 2 muestra una construcción mod ificada de supe rcargado r y aquellos componentes que son los mismos que aquellos mostrados en la Figura 1 se proporcionan con los mismos 1 5 nú meros de referencia. Esta modalidad difiere de aq uel la de la Figu ra 1 en dos aspectos pri ncipales, a saber la construcción del tren de engranajes epicíclicos y entonces tam bién las conexiones dé los rotores d e los dos motor/generadores y la provisión de u n engranaje m ultiplicador entre la salida del tren de engranajes y el impulsor. El tren de engranajes epicíclicos es de tipo positivo. La flech a 6 de entrada está conectada a una primera rueda 30 planetaria d entada, la cual está endentada con u n nú mero, típicamente de tres , de primeras ru edas 32 planetarias dentad as, las cuales están montadas de manera giratoria en flechas 14 planetarias respectivas. Gada primera rueda 32 planetaria está conectada a una segunda rueda 34 planetaria d entada respectiva, q ue está montada en la misma flecha 14 planetaria. Las ruedas 34 planetarias están endentadas con una segunda rueda 36 planetaria dentada, la cual está conectada a una flecha 5 de salida intermedia. Las flechas 1 4 planetarias están montadas en un portad or 16 común. La flecha 5 de salida está vinculada a la flecha 4 de salida o impu lsora a través de una caja de engranajes de aumento de velocidad de régimen fijo. Esta caja de engranajes p uede tener muchas formas, pero en la modalidad específica ilustrada en la Figura 2 comp rende una transmisión epicíclica positiva co n una relación multiplicad ora fija de 2.4: 1 . La caja de engranajes comprende una primera rueda 1 7 planetaria que está conectada a la flecha 5 y está endentada con un número, típicamente tres, de primeras ruedas 42 planetarias. Las ruedas 42 planetarias están montadas en flechas 44 planetarias fijas 1 6 respectivas y están conectada s directamente con seg un das ruedas 1 9 planetarias respectivas. Las ruedas 1 9 planetarias están endentadas con una segunda rueda 48 planetaria , la cual está conectada a la flecha 4 de salida . La flecha 6 de entrada y el portador 1 6 de planetarios están conectados al rotor 20 y 22 de los motor/generadores respectivos que tienen estatores 24, 26 respectivos. Las conexiones eléctricas de los dos estatores están conectados otra vez conjuntamente y, en uso, a la batería del vehículo vía un controlador, el cual controla el flujo de energía eléctrica entre las tres unidades . El modo de operación del supercargador ilustrado en la Figura 2 es sustancialmente el mismo que aquel descrito en relación con la Figura 1 . La Fig ura 3 ilustra los flujos de energ ía y la presión en el ducto de entrada de un motor equipado con un supercargador de la construcción ilustrada en la Figura 2 , a medida que aumenta la velocidad de la rueda impulsora (y por ende la presión de refu erzo) a la velocidad de motor constante. La condición ilustrada no tiene flujo eléctrico ya sea a o desde la batería. La curva desig nada 50 indica la energía de entrada total del motor, la curva designada 52 ind ica la energía mecánica provista por el primer motor/generador 20/24, la curva d esignada 54 indica la energ ía mecánica proporcionada por el segu ndo motor/generador 22/26 y la cu rva designada 56 indica la presión de entrada resultante. A velocidad del impulsor relativamente baja la primera máquina eléctrica actúa como un motor y la segunda 1 7 máquina eléctrica actúa como un generador energizado por el motor. El punto de n odo está indicado por la intersección de las curvas designadas 52 y 54. Conforme aumenta la velocidad del impulsor más allá del punto de nodo , la primera máquina eléctrica se convierte en un generador y la segunda máquina eléctrica se convierte en un motor. Como se puede ver, a velocidades bajas, uno de los moto r/generadores, en este caso el motor/generador 22, 26, actúa como un generador energizado por el motor y trans mite energía eléctrica al otro motor/g enerador 20, 24, que opera como un motor. Conforme aumenta la velocidad del impulso r, la cantidad de energía eléctrica transferida se reduce a 0, en el punto de nodo , y d espués se vuelve crecientemente negativa, lo cual es decir que el motor/generador 20, 24 actúa como u n generador y transfiere energía al otro motor/generador, que actúa como ün motor. El punto de nodo en el cual la energía eléctrica transferida es 0 está en este caso en aproximadamente 146, 000 rpm y esta velocidad se selecciona para minimizar la categorización de las máquinas eléctricas. Esto significa que durante una propo rción sustancial de la operación del supercargador, hay relativamente poca energía eléctrica transferida entre los dos motor/generadores, lo cual maximiza la eficiencia del supercargador porque se minimizan las pérdidas eléctricas debidas al hecho de que una a lta proporción de la energía trasmitida por el sistema de transmisión se transmite mecánicamente, lo cual es inhere ntemente más eficiente. La Figura 4 es u na vista altamente diagram ática de una 18 modalidad adicional del supercargador que es similar a aquel ilustrado en la Figura 1, pero difiere de ese en un aspecto muy importante, a saber que las ruedas de engranes del tren de engranajes epicíclicos no son dentadas, sino que son sustancialmente lisas y están en acoplamiento sustancialmente de rodaje entre ellas, por lo que el tren de engranajes es del tipo conocido de fricción o tracción. El supercargador está acomodado en un alojamiento 58 externo, el cual se muestra solamente en parte y el cual lleva los varios cojinetes que soportan las varías flechas giratorias. El tren de engranes epicíclicos comprende otra vez una rueda 18' anular, la cual está en acoplamiento con un número, típicamente tres, de ruedas 12' planetarias llevadas por las flechas 14' de planetarios respectivas, que están conectadas a un portador 10' de planetarios común. Las ruedas 12 planetarias están en acoplamiento con una rueda 16' planetaria, la cual es significativamente más pequeña que la rueda 16- planetaria de la Figura 1 y en este caso constituye simplemente una porción de la longitud de la flecha 4' de salida. La flecha 6 de entrada está conectada otra vez al rotor 20 de un primer motor/generador, pero está conectada a la rueda 18' anular del tren de engranajes y no al portador. El portador 10' y no la rueda anular está conectado al rotor 22 del segundo motor/generador. La operación del supercargador es substancialmente la misma que aquella del supercargador ilustrado en la Figura 1, pero se debe notar que el uso de rodillos de tracción en lugar de ruedas dé engrane dentadas permite que la rueda planetaria sea significativamente más 1 9 pequeña y esto resulta en el logro de u na relación m ultiplicadora mayor lo q ue significa que el engranaje m ultipl icador de la modalidad d e la Figura 2 puede ser omitido, pero sin embargo se puede alcanzar una velocidad de salida m uy alta. La Figu ra 5 muestra una modalidad alternativa de un ventilador q ue constituye u n ve ntilador automotriz el cual está situado típicamente, en uso , adyacente a un rad iador de enfriamiento, en este caso, la bomba 2 de aire constituye una rueda de ventilador o impulso r axial, que gira típica mente a velocidades muy i nferiores a aq uel las de un impulsor centrífugo. El impulsor 2 está conectado a la flecha 4 de salida de un sistema de transmisión , cuya flecha 6 de entrada lleva una rueda 8 de polea qu e está impulsada, en uso, por una banda que pasa alrededor de esa y alred edor de una polea adicion al llevada por, o conectada para ser girada por, el cigüeñal del motor. La flecha 4 de salida está conectada a una primera rueda 60 planetaria d e un tren de engranajes epicíclicos de tipo positivo , la cual está endentada con una pluralidad de primeras rueda 62 planetarias. Cada primera rueda 62 planetaria está conectada a una segun da rueda 64 planetaria coaxial . Cada par de ruedas planetarias coaxiales es llevada d e manera giratoria en una flecha 66 de planetarios respectiva, la cual está conectada a un portador 68 común , que a su vez está conectado a la flecha 6 de entrada. Las seg undas ruedas 64 planetarias están endentadas con una segunda rueda 70 planetaria , la cual está conectada a una flecha 72 que se extiende coaxialme nte en la flecha 6 de entrada . La flecha 72 lleva una ceja 74, a la cual está conectado el 20 rotor 22 de u n motor/generador, que es del tipo de rel uctancia conm utada e incluye un estator 26. La flecha 6 de entrada está conectada al rotor 20 de un motor/generador similar adicio nal, que incluye un estator 24. La operación de esta modalidad es generalmente similar a aq uella de la primera mod alidad , pero la construcción y relaciones de engranes son tales que la velocidad del impulsor es m uy inferior, con su velocidad máxima de salida que no es mucho más de 1 000 rpm , en comparación con una velocidad en exceso de 1 00, 000 rpm , para el imp u lsor centrífugo de la primera modalidad. Cuando se requiere la operación del ventilador, el controlador, que conecta las conexiones eléctricas de los dos estatores conjuntamente y a una batería , se opera para transferir energía eléctrica desde un motor/generador al otro y para cambiar el rég imen de transmisión del sistema de transmisión de manera que el impulsor se hace girar, en parte mediante energía mecánica trasmitida del motor a través del sistema de transmisión, pero en parte también mediante energía producida por uno de los motor/generadores, que opera como un motor y está energizado por el otro motor/generador, que opera como un generador. Otra vez, el ventilador tiene un solo pu nto de nodo , es decir una velocidad, la cual está un poco en exceso de 1 000 rpm en este caso , a la cual la energía eléctrica trasmitida entre los dos motor/generadores pasa a través de cero , es decir, a la cual se invierte la operación de los dos motor/generadores como un motor y u n generad or, respectivamente .

Claims

21 REIVINDICACIONES

1. Un ventilador automotriz que comprende una bomba de aire conectada a la flecha de salida de un sistema de transmisión, cuya flecha de entrada está conectada en uso, al motor de un vehículo motorizado, las flechas de entrada y salida que están conectadas a ramas respectivas de un tren de engranajes diferenciales epicíclicos de tres ramas, la tercera rama del tren de engranajes y la flecha de entrada que están conectadas al rotor de máquinas eléctricas respectivas, una de las cuales constituye un motor/generador y la otra de las cuales está dispuesta para operar como un generador, las conexiones eléctricas de los estatores de dichas máquinas están conectadas vía un controlador dispuesto para controlar el flujo de energía eléctrica entre ellos.

2. Un ventilador como se reivindicó en la reivindicación 1, en el cual ambas máquinas eléctricas constituyen mótor/generadores.

3. Un ventilador como se reivindicó en la reivindicación 1 o 2, en el cual las conexiones eléctricas de los estatores están conectadas también a una batería y el controlador está dispuesto para controlar el flujo de energía eléctrica entre las dos máquinas eléctricas y la batería.

4. Un ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el tren de engranajes epicíclicos incluye una pluralidad de ruedas de engranajes dentadas en acoplamiento endentado. 22

5. Un ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 , en el cual e l tre n de engranajes epicíclicos comprende una pluralidad de ruedas de engrane de rodillo, par de torsión que se transmite entre pares de ruedas por acoplamiento por fricción de sus superficies o la dirección de fluido entre sus superficies.

6. Un ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, el cual es un sup ercargador y en el cual la bo mba de aire com prende una rueda impulsora centrífuga.

7. U n ventilador como se reivindicó en la reivindicación 6, en el cual el tren de engranajes epicí clicos comprende una rueda planetaria, (a cual está en acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias , que son llevad as por un portador com ún y están en acoplamiento con una rueda an u lar, la rueda planetaria que está conectada a la rueda impulsora, la rueda anular que está conectada a la flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máq uinas eléctricas, y el portador que está conectado al rotor de la segunda máquina eléctrica.

8. Un ventilad or como se reivindicó en la reivindicación 6 , en el cual el tren de engranajes epicíclicos comprende una rueda planetaria, la cual está e n acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias, que son llevadas por un portador com ún y están en acoplamiento con una rueda anu lar, la rueda planetaria que está conectada a la rueda impulsora, el portador que está conectado a la flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas , y la rueda anular que está conectada al rotor de la segunda máquina 23 eléctrica.

9. Un ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual e l tren de engranajes epicíclicos comprende una rueda planetaria que está en acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias, las cuales son llevadas por u n portador comú n y están en acoplamiento con una rueda a n ular, la rueda anular q ue está conectada a la bomba d e ai re, el portador que está conectado a la flecha de entrada la cual está conectada al rotor de u na de las máq uinas eléctricas y la rueda planetaria que está conectada al motor de la segunda máquina eléctrica. 1 0. Un ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual el tren de engranajes epicíclicos comprende una rueda planetaria, que está en acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias, las cuales son llevadas por u n portador comú n y están en acoplamiento con una rueda anular, el portador que está conectado a la bomba de aire, la rueda anular que está conectada a la flecha de e ntrada, la cual está conectada al rotor de u na de las máquin as eléctricas y la rueda planetaria que está conectada al rotor de la segunda máquina eléctrica. 1 1 . Un ventilador como se reivindicó en cualqu ie ra de las reivindicaciones 1 a 5 , en el cual el tren de engranajes epicíclicos comprende una rueda planetaria , que está en acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias, las cuales son llevadas por un portador común y están en acoplamiento con una rueda anular, el portador q ue está conectado a la bomba de aire, la rueda planetaria 24 que está co nectada a la flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y la rueda anular que está conectada al rotor de la segunda máq uina eléctrica . 12. U n ventilado r como se reivindicó en cualq uiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual e l tren de engranajes epicíclicos comprende una rueda planetaria que está en acoplamiento con una pluralidad de ruedas planetarias, las cuales son llevadas por un portad or comú n y están en acoplamiento con una rueda anular, la ru eda anular que está conectada a la bom ba de aire, la rueda planetaria q ue está conectada a la flecha de entrada la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y el portador q ue está conectado al rotor de la segunda máquina eléctrica. 1 3. U n ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 , en ei cual el tren de engranajes epicíclicos comprende una primera rueda planetaria , que está en acoplamiento con una pluralidad de primeras ruedas planetarias, y una segunda rueda planetaria que está en acoplamiento con una pluralidad de segundas ruedas planetarias, cada primera rueda planetaria que está conectada a una segunda rueda planetaria respectiva, cgda par conectado de primera y segunda ruedas planetarias que son llevadas por una flecha de planetario común respectiva, las flechas de planetario que están conectadas a un portador común, una de las ruedas planetarias que está conectada a la bom ba de aire , la otra ru eda planetaria que está conectada a la flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y el portador 25 que está conectado a la segunda máquina eléctrica. 1 4. U n ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el tren de engranajes epicíclicos comprende una primera rueda planetaria, que está en acoplamiento con una pluralidad de primeras ruedas planetarias, y una seg unda ru eda planetaria que está en acoplamiento con una pluralidad de segu ndas ruedas planetarias, cada primera rueda planetaria que está conectada a una segunda rueda planetaria respectiva, cada par conectado de primera y segunda ruedas planetarias que son llevadas por una flecha de planetario común respectiva, las flechas de planetario q ue están conectadas a un portador com ún , una de las ruedas planetarias que está conectada a la bomba de aire, el portador que está co nectado a la flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y la otra rueda pla netaria que está conectada a la segunda máquina eléctrica. 1 5. U n ventilador como se reivi ndicó en cua lquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el tren de engranajes epicíclicos comprende una primera rueda planetaria, que está en acoplamiento con una pluralidad de primeras ruedas planetarias, y una segunda rueda planetaria que está en acoplamiento con una plu ralidad de segundas ruedas planetarias , cada primera rueda planetaria que está conectada a una segunda rueda planetaria respectiva, cada par conectado de primera y segun da ruedas planetarias que son llevadas por una flecha de planetario común respectiva , las flechas de planetario que están conectadas a un portador común , el portador q ue 26 está conectado a la bomba d e aire, una de las ruedas p lanetarias que está conectada a la flecha de entrada, la cual está conectada al rotor de una de las máquinas eléctricas y la otra rueda plan etaria que está conectada a la segunda máquina eléctrica. 1 6. Un ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el cual la bomba de aire está conectada a la flecha de salida vía un engranaje multip licador. 1 7. Un ventilador como se reivindicó en cualq uie ra de las reivi ndicacion es 1 a 5 y 9 a 1 5, el cual es u n supercargador y en el cual la bom ba de aire es u na bom ba de aire de desplazamiento positivo. 18. Un ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones a 5 y 9 a 1 5, el cual es un ventilador de enfriam iento y en el cual la bomba de aire es una rueda impulsora axial. 19. Un ventilador como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones precedentes el cu al está disp uesto de manera tai que, a regímenes de velocidad relativamente bajos d e la bomba de aire a la flecha de entrada, una de las máquinas eléctricas opera como un generador y produce energía eléctrica, la cual es transmitida a la otra máquina eléctrica, la cual opera como un motor, y que, a reg ímenes de velocidad relativamente altos de la bomba de aire a la flecha de entrada, la otra máquina eléctrica opera como u n gene rador y produce energía eíéctrica, la cual es transmitida a la dicha una máquina eléctrica, la cual opera como un motor. 27 RES U M EN U n ventilador automotriz, en particular un supercargador, comprende una bomba de aire, tal como un impulsor (2) de aire conectado a la flecha (4) de salida de un sistema de transmisión, cuya flecha de entrada está conectada, en uso , al motor de un vehículo motorizado . Las flechas (4, 6) de entrada y de sal ida están conectadas a ramas respectivas de un tren de engranajes diferenciales epicíclicos. La tercera rama del tren de engranajes y la flecha (6) de entrada están conectadas al rotor (20, 22) d e máquinas eléctricas respectivas, ías conexiones eléctricas de los estatores (24, 26) de dichas máquinas están conectadas conju ntamente vía un controlador (27) d ispuesto para controlar el flujo de energ ía eléctrica entre ellos .