RU2150602C1 - Automobile starter-generator - Google Patents

Automobile starter-generator Download PDF

Info

Publication number
RU2150602C1
RU2150602C1 RU97121757/06A RU97121757A RU2150602C1 RU 2150602 C1 RU2150602 C1 RU 2150602C1 RU 97121757/06 A RU97121757/06 A RU 97121757/06A RU 97121757 A RU97121757 A RU 97121757A RU 2150602 C1 RU2150602 C1 RU 2150602C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
starter
generator
shaft
gear
internal combustion
Prior art date
Application number
RU97121757/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97121757A (en
Inventor
В.М. Анисимов
В.Н. Кудояров
П.Ю. Грачев
Original Assignee
Самарский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Самарский государственный технический университет filed Critical Самарский государственный технический университет
Priority to RU97121757/06A priority Critical patent/RU2150602C1/en
Publication of RU97121757A publication Critical patent/RU97121757A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2150602C1 publication Critical patent/RU2150602C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: transport- engineering; electrical equipment. SUBSTANCE: proposed starter- generator is designed for use in automobiles for starting internal combustion engines and generating power for automobile consumers. Starter-generator is made on base of starter with planetary reduction gear of latest models of VAZ and GAZ cars in which DC machine with unreliable commutator-brush unit operating at 25,000 rpm is replaced by noncontact induction brushless machine and separate parts of planetary reduction gear are changed to provide automatic decrease of transmission ratio at changing from starter to generator duty. Automobile starter- generator is installed in standard place designed for starter, and no expensive changes of layout of car separate units are required. EFFECT: increased reliability and reduced overall dimensions of starter-generator. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электрооборудованию транспорта и может быть использовано на автомобилях как для запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС), так и генерирования электроэнергии для нужд бортовой сети. Известно множество различных стартер-генераторов, предназначенных для транспорта, с использованием бесконтактной асинхронной машины (AM), питаемой от транзисторного или тиристорного инвертора напряжения /1, 2/. Однако они пока не нашли применения в автомобилях отчасти потому, что установка их требует дорогостоящего изменения компоновки различных узлов (двигателя, коробки передач и т.д.). The invention relates to electrical equipment of transport and can be used on cars as for starting an internal combustion engine (ICE), and generating electricity for the needs of an onboard network. There are many different starter-generators designed for transport, using a contactless asynchronous machine (AM), powered by a transistor or thyristor voltage inverter / 1, 2 /. However, they have not yet found application in automobiles, partly because installing them requires an expensive change in the layout of various components (engine, gearbox, etc.).

Известен АСТГ /2/ с AM, подключенной к транзисторному инвертору напряжения, и планетарным редуктором, выходной вал которого соединен с валом ДВС с помощью ременной передачи. Known ASTG / 2 / s AM, connected to a transistor voltage inverter, and a planetary gearbox, the output shaft of which is connected to the ICE shaft using a belt drive.

Указанное устройство, благодаря установке планетарного редуктора, позволяет значительно увеличить частоту вращения AM и, соответственно, во столько же раз уменьшить момент на валу, массу машины, а следовательно, затраты активных материалов. Снижение момента позволяет уменьшить броски пусковых токов от АБ и увеличить ее срок службы. Недостатком устройства является малая надежность работы ременной передачи, так как в стартерном режиме пусковой момент ДВС может составлять 200 Нм. Кроме того, коэффициент ременной передачи ограничен размерами шкивов и приходится увеличивать габариты планетарного редуктора, выполняя его двухступенчатым. The specified device, thanks to the installation of a planetary gearbox, can significantly increase the frequency of rotation AM and, accordingly, reduce the moment on the shaft, the mass of the machine, and therefore the cost of active materials. The reduction in torque allows to reduce inrush currents from the battery and increase its service life. The disadvantage of this device is the low reliability of the belt drive, since in the starting mode the starting torque of the internal combustion engine can be 200 Nm. In addition, the belt drive coefficient is limited by the size of the pulleys and it is necessary to increase the dimensions of the planetary gearbox, performing it in two stages.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы с целью повышения надежности указанного устройства, упрощения планетарного редуктора и уменьшения габаритов АСТГ соединить выходной вал его планетарного редуктора с помощью шестерни привода с венцом маховика ДВС. Помимо указанного положительного эффекта следует отметить и тот, что АСТГ может быть выполнен на базе стартера с планетарным редуктором /3/ автомобилей последних моделей ВАЗ 2110 и ГАЗ 3302. Поэтому АСТГ устанавливается на штатное место указанного стартера, что не требует дорогостоящего изменения компоновки отдельных узлов автомобиля. Для этого в нем необходимо изменить следующие узлы и их соединения между собой, не требующие изменения его установочных размеров. The essence of the invention lies in the fact that in order to increase the reliability of this device, simplify the planetary gearbox and reduce the dimensions of the ASTG, connect the output shaft of its planetary gearbox with the drive gear to the flywheel of the ICE. In addition to the indicated positive effect, it should be noted that the ASTG can be performed on the basis of a starter with a planetary gearbox / 3 / of the latest cars VAZ 2110 and GAZ 3302. Therefore, the ASTG is installed at the regular position of the specified starter, which does not require an expensive change in the layout of individual vehicle components . To do this, it is necessary to change the following nodes and their connections to each other, not requiring changes in its installation dimensions.

Заменить коллекторную машину постоянного тока, работающую с частотой вращения 25000 об/мин, конструктивно более надежной бесконтактной AM с короткозамкнутым ротором, питаемой от трехфазного транзисторного инвертора напряжения, подключенного со стороны постоянного тока к АБ (фиг. 1). Инвертор выполняется в виде отдельного блока вместе со схемой управления и размещается в любом свободном пространстве под капотом или другом месте автомобиля. В стартерном режиме инвертор работает как преобразователь постоянного напряжения АБ в переменное трехфазное напряжение регулируемой частоты и позволяет разгонять ДВС при частотном правлении. В генераторном режиме инвертор работает как источник реактивной мощности, возбуждающий AM и позволяющий поддерживать неизменным напряжение на шинах постоянного тока за счет частотного управления в функции отклонения выходного напряжения /4/. В этом режиме диоды обратного моста инвертора выполняют еще и функции трехфазной мостовой схемы выпрямления. Replace a DC collector machine operating at a speed of 25,000 rpm with a structurally more reliable contactless AM with a squirrel-cage rotor, powered by a three-phase transistor voltage inverter connected from the DC side to the battery (Fig. 1). The inverter is implemented as a separate unit together with a control circuit and is placed in any free space under the hood or in another place of the car. In the starter mode, the inverter works as a converter of DC voltage to an alternating three-phase voltage of adjustable frequency and allows you to accelerate the internal combustion engine with frequency control. In the generator mode, the inverter operates as a source of reactive power, exciting AM and allowing you to maintain constant voltage on the DC bus due to frequency control as a function of the deviation of the output voltage / 4 /. In this mode, the inverter’s reverse bridge diodes also perform the functions of a three-phase rectification bridge circuit.

Шестерню привода сделать нерасцепляемой с венцом маховика и непосредственно закрепить ее на валу вместе с водилом, минуя обгонную муфту и механизм расцепления, управляемый тяговым реле и приводным рычагом, надобность в которых отпадает, т.к. устройство должно работать в стартерном и генераторном режимах. Make the drive gear non-detachable with the flywheel crown and directly fix it on the shaft together with the carrier, bypassing the overrunning clutch and the trip mechanism controlled by the traction relay and the drive lever, the need for which is no longer necessary. the device must operate in starter and generator modes.

Автоматически переключать работу планетарного редуктора так, чтобы в стартерном режиме вращение вала AM с ведущим зубчатым колесом передавалось на вал шестерни привода через планетарный редуктор, а в генераторном режиме после запуска ДВС вращение указанной шестерни передавалось на вал AM непосредственно, минуя планетарный редуктор, чтобы частота вращения ее и вала AM были одинаковы. Для этого вал ротора AM выполняется полым и внутри его пропускается меньший по диаметру гибкий вал водила, выполненный из легированной стали и закрепленный на подшипниках, установленных внутри вала AM. Рядом с подшипником между валом водила и внутренним валом AM устанавливаются ролики обгонной муфты из хромистой стали. Профили кулачка обгонной муфты нарезаются на гибком валике и также, как внутренняя поверхность полого вала, имеют повышенную твердость. Гибкий вал, работающий на скручивание, предохраняет ротор AM от крутильных колебаний в генераторном режиме при передаче момента на него и специально отрабатывается так, чтобы его поверхностный слой был упрочнен при мягкой сердцевине. После запуска ДВС частота вращения гибкого вала увеличивается, ролики обгонной муфты под действием центробежной силы заклиниваются и он сцепляется с валом ротора AM. В результате частота вращения водила и вала ротора AM с ведущим зубчатым колесом будет одинакова, а зубчатые колеса сателлиты будут неподвижны. Понятно, что при этом зубчатое колесо с внутренним зацеплением должно свободно вращаться с частотой вращения водила и необходим храповой механизм расцепления этого колеса с корпусом в генераторном режиме и сцепления в стартерном, когда зубчатые колеса - сателлиты обкатываются по этому уже неподвижному зубчатому колесу и вращение с вала AM передается на вал водила с понижением. Automatically switch the planetary gear operation so that in the starter mode the rotation of the AM shaft with the drive gear is transmitted to the drive gear shaft through the planetary gear, and in the generator mode after the internal combustion engine starts, the specified gear is transmitted directly to the AM shaft, bypassing the planetary gear, so that the speed her and shaft AM were the same. To do this, the AM rotor shaft is hollow and a smaller diameter carrier shaft, made of alloy steel and mounted on bearings mounted inside the AM shaft, is passed inside. Chromium steel overrunning clutch rollers are installed next to the bearing between the carrier shaft and the AM internal shaft. Overrunning clutch cam profiles are cut on a flexible roller and, like the internal surface of a hollow shaft, have increased hardness. A flexible twisting shaft protects the AM rotor from torsional vibrations in the generator mode when transmitting torque to it and is specially worked out so that its surface layer is hardened with a soft core. After starting the internal combustion engine, the frequency of rotation of the flexible shaft increases, the overrunning clutch rollers jam under the action of centrifugal force and it engages with the rotor shaft AM. As a result, the rotational speed of the carrier and the rotor shaft AM with the driving gear will be the same, and the gears of the satellite will be stationary. It is clear that in this case, the gear wheel with internal gearing should rotate freely with the carrier’s rotation speed and a ratchet mechanism is required to disengage this wheel from the housing in the generator mode and clutch in the starter when the gears - satellites are run around this already stationary gear wheel and rotate from the shaft AM is transmitted to the carrier shaft with a decrease.

Храповой механизм выполнен следующим образом. Зубчатое колесо с внутренним зацеплением отделяется, крепится в корпусе на подшипнике. Храповое колесо крепится штифтами к корпусу. На выступе колеса с внутренним зацеплением крепятся собачки. Они с помощью пружин по типу часовой, один конец которой закреплен на оси собачки, а другой прижимает ее к храповому колесу. Поэтому указанное колесо может свободно вращаться только в одну сторону. При этом собачки, преодолевая усилие пружины под действием центробежной силы, выходят из зацепления с храповым колесом. The ratchet mechanism is made as follows. The gear wheel with internal gearing is detached, mounted in a housing on a bearing. The ratchet wheel is attached with pins to the housing. On the ledge of the wheel with internal gearing dogs are attached. They are using springs as a clock, one end of which is fixed on the axis of the dog, and the other presses it against the ratchet wheel. Therefore, the specified wheel can rotate freely only in one direction. In this case, the dog, overcoming the force of the spring under the action of centrifugal force, disengages from the ratchet wheel.

АСТГ (фиг. 2) состоит из крышки корпуса 1, шестерни привода 2, закрепленной на валу 3, водила планетарного редуктора 7, закрепленного на этом же валу, гибкого валика 10, работающего на скручивание и также связанного с валом 3 с помощью шлицевого соединения, неподвижного храпового колеса 4, соединенного с корпусом с помощью штифтов, зубчатого колеса с внутренним зацеплением 6, закрепленного в корпусе на подшипнике, собачек 5, расположенных на выступе указанного колеса 6 и прижимающихся к храповому колесу 4 с помощью пружин по типу часовой, сателлитовых зубчатых колес 8, статора AM с трехфазной обмоткой 11, короткозамкнутого ротора 12 с полым валом 13, внутри которого помещен гибкий валик 10 на подшипниках с обгонной муфтой 14, сцепляющей указанный валик с валом AM после запуска ДВС, и крышки подшипника вала AM. ASTG (Fig. 2) consists of a housing cover 1, a drive gear 2, mounted on a shaft 3, a planetary gear carrier 7 mounted on the same shaft, a flexible roller 10 working on twisting and also connected to the shaft 3 by means of a spline connection, a fixed ratchet wheel 4 connected to the housing by means of pins, a gear wheel with internal gearing 6 mounted in the housing on a bearing, dogs 5 located on the protrusion of the specified wheel 6 and pressed against the ratchet wheel 4 by means of clockwise springs, satellite gears 8, an AM stator with a three-phase winding 11, a squirrel-cage rotor 12 with a hollow shaft 13, inside which a flexible roller 10 is mounted on bearings with an overrunning clutch 14, which engages said roller with the AM shaft after starting the engine, and the shaft bearing cover AM.

Работа стартер-генератора осуществляется следующим образом. После включения устройства управления и подачи управляющих сигналов на силовые транзисторы (фиг.2) последние начнут переключаться, по статорной обмотке AM потечет трехфазный ток и ротор ее начнет вращаться против часовой стрелки, если смотреть со стороны AM. Ведущее зубчатое колесо, жестко связанное с валом ротора 13, передает вращение сателлитовым зубчатым колесам 8, которые, обкатываясь по зубчатому колесу с внутренним зацеплением 6, создают на нем усилие, стремящееся повернуть его по часовой стрелке. Но этому вращению препятствует храповой механизм. В результате указанное зубчатое колесо останется неподвижным, а водило 7 вместе с сателлитовыми колесами 8 будет вращаться против часовой стрелки, вращая жестко связанную с ним общим валом шестерню привода 2. Последняя, будучи постоянно сцеплена с венцом маховика ДВС, будет раскручивать его, причем в это время обгонная муфта, установленная между валом водила и валом ротора AM, будет расклинена. The operation of the starter generator is as follows. After turning on the control device and supplying control signals to the power transistors (Fig. 2), the latter will begin to switch, a three-phase current will flow along the stator winding AM and its rotor will begin to rotate counterclockwise when viewed from the AM side. The drive gear, rigidly connected with the rotor shaft 13, transmits rotation to the satellite gears 8, which, rolling around the gear wheel with internal gearing 6, create a force on it, tending to rotate it clockwise. But this rotation is prevented by a ratchet mechanism. As a result, the specified gear wheel will remain stationary, and the carrier 7 together with the satellite wheels 8 will rotate counterclockwise, rotating the drive gear 2 rigidly connected to it by the common shaft. The latter, being constantly engaged with the crown of the ICE flywheel, will spin it, and this the overrunning clutch installed between the carrier shaft and the AM rotor shaft will be wedged.

Когда частота вращения ДВС превысит частоту вращения AM, обгонная муфта заклинивает, вращение от ДВС через шестерню привода 2 будет передаваться водилу 7 и через его гибкий вал непосредственно на полый вал ротора AM. Так как частоты вращения водила и вала ротора с ведущим зубчатым колесом 13 совпадают, сателлитовые зубчатые колеса затормаживаются и увлекают при своем вращении вместе с водилом колесо с внутренним зацеплением 6, которое будет вращаться в направлении против часовой стрелки. При этом вращении под действием центробежных сил собачки на зубчатом колесе отжимаются от неподвижного храпового колеса и выходят из зацепления с ним. Весь редуктор вместе с зубчатым колесом 6 будет вращаться вхолостую. Таким образом, в генераторном режиме ротор AM будет вращаться напрямую от шестерни 2, сцепленной с венцом маховика ДВС, минуя повышающую передачу планетарного редуктора. When the speed of the internal combustion engine exceeds the frequency of rotation AM, the freewheel wedges, the rotation from the internal combustion engine through the gear of the drive 2 will be transmitted to the carrier 7 and through its flexible shaft directly to the hollow shaft of the rotor AM. Since the rotational speeds of the carrier and the rotor shaft coincide with the driving gear 13, the satellite gears are braked and carry along with the carrier an internal gear 6, which will rotate in a counterclockwise direction. With this rotation, under the action of centrifugal forces, the dogs on the gear wheel are squeezed from the fixed ratchet wheel and out of engagement with it. The entire gearbox together with the gear wheel 6 will rotate idle. Thus, in the generator mode, the AM rotor will rotate directly from gear 2, coupled to the crown of the ICE flywheel, bypassing the overdrive of the planetary gearbox.

ЛИТЕРАТУРА
1. Костырев M.Л., Скороспешкин А.И. Автономные асинхронные генераторы с вентильным возбуждением. - М.: Энергоатомиздат, 1993, 160 с.
LITERATURE
1. Kostyrev M.L., Skorospeshkin A.I. Autonomous asynchronous generators with valve excitation. - M .: Energoatomizdat, 1993, 160 p.

2. United States Patent Number 4883973. Automotive electrical system ha-ving a starter/generator induction machine. / General Motors Corporation, Detroit, Mich / Filed: Aug. 1, 1988 / Date of Patent: Nov. 28, 1989. 2. United States Patent Number 4883973. Automotive electrical system ha-ving a starter / generator induction machine. / General Motors Corporation, Detroit, Mich. / Filed: Aug. 1, 1988 / Date of Patent: Nov. 28, 1989.

3. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей - М.: Транспорт, 1995, 303 с. 3. Jutt V.E. Electric equipment of cars - M .: Transport, 1995, 303 p.

4. А.С. 588610 СССР, МКИ Н 02 Р 9/44. Способ управления автономным асинхронным генератором с короткозамкнутым ротором / М.Л. Костырев. А.И. Скороспешкин и др.//Б.И. 1978, N 2. 4. A.S. 588610 USSR, MKI N 02 P 9/44. A control method for an autonomous asynchronous squirrel-cage generator / M.L. Kostyrev. A.I. Skorospeshkin et al. // B.I. 1978, N 2.

Claims (1)

Автомобильный стартер-генератор, содержащий асинхронную машину с короткозамкнутым ротором, вал которой соединен с ведущим зубчатым колесом планетарного редуктора, а выходной вал последнего соединен с валом двигателя внутреннего сгорания, отличающийся тем, что планетарный редуктор выполнен одноступенчатым с автоматическим изменением коэффициента передачи, а выходной вал его с помощью шестерни привода соединен с венцом маховика двигателя внутреннего сгорания. An automobile starter-generator, comprising an squirrel-cage asynchronous machine, the shaft of which is connected to the drive gear of the planetary gearbox, and the output shaft of the latter is connected to the shaft of the internal combustion engine, characterized in that the planetary gearbox is single-stage with automatic change of the gear ratio, and the output shaft using the drive gear, it is connected to the flywheel of the internal combustion engine.
RU97121757/06A 1997-12-15 1997-12-15 Automobile starter-generator RU2150602C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121757/06A RU2150602C1 (en) 1997-12-15 1997-12-15 Automobile starter-generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97121757/06A RU2150602C1 (en) 1997-12-15 1997-12-15 Automobile starter-generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97121757A RU97121757A (en) 1999-10-27
RU2150602C1 true RU2150602C1 (en) 2000-06-10

Family

ID=20200576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97121757/06A RU2150602C1 (en) 1997-12-15 1997-12-15 Automobile starter-generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2150602C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196124U1 (en) * 2019-11-21 2020-02-18 Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО- ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ШТОРМ" STARTER-GENERATOR INSTALLATION OF A GAS-TURBINE ENGINE

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU196124U1 (en) * 2019-11-21 2020-02-18 Общество с ограниченной ответственностью НАУЧНО- ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ШТОРМ" STARTER-GENERATOR INSTALLATION OF A GAS-TURBINE ENGINE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7028794B2 (en) Transmission gear apparatus for motor vehicle
US6805648B1 (en) Electrodynamic drive train
EP1367696A1 (en) Two speed drive systems and methods
US5418400A (en) Integrated generator and starter motor
US9371810B2 (en) Alternator-starter assembly having gear reduction system
US4862009A (en) Combined electric starter and alternator system using a permanent magnet synchronous machine
US6878094B2 (en) Power transmission control device for vehicle
US8221284B2 (en) Automotive drive apparatus
EP1529957B1 (en) "A system for transmitting motion between the shaft of an internal combustion engine of a motor vehicle and a group of auxiliary devices"
US20030199350A1 (en) Combination starter-generator
EP1085183A2 (en) Motor/generator apparatus for motor vehicle
CA3049542C (en) Accessory belt drive system with multiple ratios and torque reversal
JP3011088B2 (en) Starter and generator
US6333577B1 (en) Automotive AC dynamo-electric machine
CN101817304A (en) The driving system of hybrid vehicle
JPH11147424A (en) Vehicle driving system
JP4243794B2 (en) Hybrid propulsion system for automobiles
US20150233287A1 (en) Belt pulley arrangement for a belt drive for driving auxiliary units of a motor vehicle and method for driving an auxiliary unit of a motor vehicle connected via a belt pulley arrangement
JP2004232560A (en) Accessory drive device for internal combustion engine
RU2150602C1 (en) Automobile starter-generator
JPH07259710A (en) Starter generator for vehicle
EP1459931B1 (en) Transmission gear apparatus for motor vehicle
JPH11257087A (en) Vehicle motor installation structure
US11378047B2 (en) Two-speed accessory drive with integrated motor-generator
JPH09172753A (en) Starter-cum-auxiliary machine for vehicle and starter for vehicle