[发明专利]安装有曲柄臂的线性分段起动机发电机系统

说明书

技术领域

本发明涉及与起动相关的电动机或诸如内燃机的往复式发动机(reciprocating engine)，以及通过往复式发动机的运动产生电能的发电机；本发明特别涉及用于内燃机的集成式起动机电动机发电机(startermotor generator)，并且特别涉及安装有曲柄的起动机/电动机/发电机。

背景技术

内燃机不能自起动，因此要提供辅助以便发动机能够起动并随后继续操作。由于一些内燃机需要能量的供给以便继续操作(例如产生点火火花)以及运转其他辅助设备(例如电灯、计算机、无线电设备、时钟、导航系统等)，各设备(例如发电机、交流发电机)设置有发动机以便产生这样的能量。如图1A所示，多年以来，起动机/发电机系统是用于起动发动机的独立的起动机电动机和产生电能以便运转电力设备和给电池充电的交流发电机/发电机。

起动机电动机通过传动装置机械耦合到飞轮。因此，当发动机要起动时(例如通过转动点火钥匙来“起动”)，电池耦合到起动机电动机。飞轮引起的起动机电动机的转动顺次引起曲轴转动，从而在发动机内产生起动燃烧过程的条件。在起动过程中，还操作离合器以便使飞轮从变速箱(gear box)脱离，从而起动机电动机所提供的转动能量不传递到变速箱下游的传动系(powertrain)部分。

交流发电机可操作地通过电路带(circuitous belt)耦合到曲轴。当发动机运行时，曲轴的转动运动引起带在电路路径中运行。带的连续电路运动顺次引起交流发电机操作并且产生电能。通常，设置整流电路和调节电路，从而交流发电机的输出是直流电压，并且电压输出在理想的直流电压范围内。

近年来，已经致力于集成起动机-发电机(ISG)，例如图1B中所示。在该系统中，为起动机电动机和发电机设置单一的设备——起动机/交流发电机。该起动机/交流发电机利用非常类似于上文中参考图1A所描述的电路带机械耦合到曲轴。

当要启动发动机时，起动机/交流发电机被配置并操作以便作为电动机。换言之，电池电耦合到起动机/交流发电机从而起动机/交流发电机作为电动机转动。通过带的运动，该转动被顺次传递到曲轴，从而产生不利于发动机起动的条件。离合器也被操作从而将飞轮从变速箱分离，如上所述。发动机起动之后，起动机/交流发电机被重新配置，从而其随后作为交流发电机操作。由于考虑到带随着时间伸长并且打滑，因此与起动机电动机机械耦合到飞轮的系统相比，该系统的起动效率较低或可靠性较差。

现在参考图1C，显示了另一个ISG，其中起动机/交流发电机机械耦合到飞轮并由此通过离合器耦合到发动机的曲轴。如上所述，在起动机/交流发电机和变速箱之间设置另一个离合器，以便隔离传动系的其他部分(例如变速箱、轮箱(wheels)等)与起动机/交流发电机。

当要起动发动机时，起动机/交流发电机被配置和操作以便作为电动机。换言之，电池电耦合到起动机/交流发电机从而使起动机/交流发电机和飞轮转动。飞轮的该转动引起曲轴转动，相应地产生不利于发动机起动的条件。发动机起动之后，起动机/交流发电机被重新配置，从而其随后作为交流发电机而操作。这样的ISG还可以被配置为产生混合发动机，从而起动机/发电机可用于向传动系提供额外的动力。

由于起动机/交流发电机和额外的离合器设置在飞轮和变速箱之间，因此这在结果上增大了发动机的长度。长度的这种增大影响汽车的布局和设计，从而能够适应增大的长度。这些顾虑对于前轮驱动的汽车特别重要，因为在前轮驱动的汽车中发动机通常是横向安装的。

在美国公开号2009/0091137中公开了一种配备发动机的发电机，其中发电机位于发动机外部并耦合或安装到发动机的曲柄轴箱。发电机包括作为电动机转子的飞轮和相对于曲柄轴箱固定的定子。发电机的飞轮可操作地耦合到曲轴，从而曲轴的运动引起发电机的飞轮转动。

在美国公开号2004/0084978中公开了一种永磁发电机以及制造永磁发电机的方法。该永磁发电机包括碗形飞轮、多个磁体、树脂以及发电机线圈，所述磁体安装在飞轮的内周表面上，所述树脂环绕每个单独的磁体而填充，用于将磁体牢固地固定到飞轮上以作为飞轮的整体部件，所述发电机线圈设置在碗形飞轮内与磁体相对，用于在通过与磁体的配合所产生的电磁感应的作用下产生电力。在使用中，位于中心的飞轮的轮轴或轮毂可操作地耦合到转子或可转动轴(例如内燃机的曲轴)。通过这种方式转子/轴的转动引起飞轮转动，从而像传统的电动机发电机装置一样产生电力。