АВТОМОБИЛЬНЫЙ СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР Российский патент 2000 года по МПК F02N11/04 

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.).

Известен АСТГ /2/ с AM, подключенной к транзисторному инвертору напряжения, и планетарным редуктором, выходной вал которого соединен с валом ДВС с помощью ременной передачи.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

ЛИТЕРАТУРА
1. Костырев M.Л., Скороспешкин А.И. Автономные асинхронные генераторы с вентильным возбуждением. - М.: Энергоатомиздат, 1993, 160 с.

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.

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.

Изобретение относится к электрооборудованию транспорта и может быть использовано на автомобилях для запуска двигателя внутреннего сгорания и генерирования электроэнергии для нужд бортовой сети. Автомобильный стартер-генератор выполнен на базе стартера с планетарным редуктором автомобилей последних моделей ВАЗ 2110 и ГАЗ 3302, в котором машина постоянного тока с ненадежным коллекторно-щеточным узлом, работающим при частоте вращения 25000 об/мин, заменена бесконтактной асинхронной вентильной машиной и изменены отдельные детали планетарного редуктора для автоматического уменьшения его коэффициента передачи при переходе из стартерного в генераторный режим. Автомобильный стартер-генератор устанавливается на штатное место указанного стартера, что не требует дорогостоящего изменения компоновки отдельных узлов автомобиля. Изобретение обеспечивает повышение надежности и уменьшение габаритов автомобильного стартера-генератора. 2 ил.

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.