专利名称：汽车不间断发电方法及发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车发电系统的改进。
现有汽车上的发电方法有二种1、发电机直接或通过增速比固定不变的传动装置与汽车发动机的动力输出装置相联，结构简单，体积小，成本低，但由于汽车发动机的转速变化范围较大，发电机的转速适应范围较小，在汽车低速行驶、换档、空档滑行以及紧急制动时不能向汽车用电设备提供足够的电流的供电，而在停车时，汽车发动机必须以较高转速运转才能使发电机获得足够高的转速发电，功率损失大，发热多，难于长时间驱动发电机发电。2、在用电功率较大的车辆上的发电系统采用专用发动机驱动发电机，但存在许多不足(1)专用发动机驱动的发电系统不但自身结构复杂，成本高，体积和重量大，而且需要为专用发动机配备配套设备，较大地增加了汽车的复杂程度，使汽车的重量和成本增加较多；(2)专用发动机驱动的发电系统体积较大，加之需要配备专用机仓，因此在汽车上需要占用较大的空间；(3)专用发动机工作时的振动、噪声以及发热影响车内工作环境；(4)需要专人操作和监视，且维护保养复杂。
本发明的目的是提供一种由汽车发动机驱动的不间断发电方法，以及应用该种方法的发电系统，可在汽车行驶时不间断发电，停车时长时间发电，发电系统结构简单，体积小，成本低，并且克服专用发动机驱动发电机带来的弊端。
为实现上述目的而提供的发电方法为一种汽车不间断发电方法，使发电机通过自动变速装置与汽车发动机相联，自动变速装置将汽车发动机较大的转速变化范围变为发电机输出一定功率所能适应的较小的转速变化范围，即发动机转速高时，该变速装置的增速比减小，发动机转速低时，该变速装置的增速比增大。
应用该种方法的发电系统为包括汽车发动机动力输出装置和发电机，不同之处是发电机通过传动装置与动力输出装置相连，传动装置为能在汽车发动机转速升高时增速比减小并且在汽车发动机转速降低时增速比增大的自动变速装置。
由于汽车发动机额定转速一般比发电机低，并且发动机转速经常会发生大范围变化，此时本发明将发动机较大的转速变化范围变为发电机能接受的转速范围，使发电机正常工作时转速范围不必过宽，可降低发电机成本，而且使汽车在换档、低速、空档滑行及紧急制动时能不间断发电，停车时使发动机低速运转而长时间发电，避免了发动机高速运转带来的功率损失大、发热量大而难以长时间发电的缺陷，特别是在车辆夜间低速行驶或发动机怠速滑行时，能够保证照明用电，因而具有安全、节能的效果。自动变速装置能够实现体积小，重量轻，成本低的效果，避免专用发动机驱动发电系统带来的占用空间大，影响工作环境和难于管理等弊端。此外，本发明使蓄电池充电效果好，延长其寿命。
图1为本发明装置结构原理图。
图2为图1中自动二档变速器的一个结构图。
图3为自动二档变速器的转速特性。
图4为自动二档变速器的换档特性。
图5为自动二档变速器高、低增速比与汽车发动机转速的关系图。
图6为采用行星齿轮机构的自动二档变速器的原理图。
图7为计算机作为图1中自动离合器的控制器时的控制程序框图。
如图1，汽车发动机20通过离合器100与汽车驱动轮相连，同时，通过位于离合器100之前的动力输出装置30和与自动变速装置40与发电机50相连。
动力输出装置可以是与汽车发动机曲轴直接相连的轴或皮带传动装置，也可以是与离合器100组合在一起，例如与液力变扭器组合在一起的齿轮传动装置。
自动变速装置可以具有有限个传动比，即有级自动变速装置。图中的自动变速装置40是一个自动二档齿轮变速器，它具有一个输入轴43和一个输出轴45，其中输入轴43直接或通过万向节传动轴与动力输出装置30的输出轴相连，输出轴45直接与发电机50的电枢轴相连，且在输入轴43和输出轴45之间，有一对常啮合的高增速档齿轮副46、48和一对常啮合的低增速档齿轮副42、44，齿轮42和46分别通过一个超越离合器60和一个自动离合器70与输入轴43相连，齿轮44和48直接与输出轴45相连。
如图2所示，输入轴43和输出轴45分别通过两个轴承支承在箱体85的轴承孔中。齿轮42通过两个轴承61支承在超越离合器的内圈62上，超越离合器的滚柱60则位于齿轮42和内圈62之间，其中内圈通过花键安装在输入轴43上。自动离合器70为常接合式离心离合器。主动毂77通过花键安装在输入轴43上，从动毂71与齿轮46制成一体，而齿轮46通过两个轴承41支承在输入轴43上。在主动毂77和从动毂71之间安装内、外摩擦片86、88，由安装在施压圆盘82和反作用圆盘76之间的压缩弹簧84常接合，其中反作用圆盘76与主动毂77的小端外圆间隙配合，相对于主动毂的轴向位置由其外端安装在主动毂小端外圆端部的开口档圈79限定，并可通过其外端与开口档圈79之间的调整垫圈78调整，以调整常接合式离心离合器70的分离转速。此外，在主动毂77的小端外圆上还压装有一个隔离环75，隔离环位于施压圆盘82的内部，其外圆上有若干个轴向通槽，在这些轴向通槽中放置有若干个分离钢球73，主动毂77连同输入轴43旋转时，这些分离钢球沿径向甩出，被位于隔离环75一端且安装在施压圆盘82上的分离圆(锥)盘72，和位于隔离环75另一端且安装在主动毂77上的反作用分离圆盘74的端面围成的夹角夹住，当主动毂的转速超过设定的分离转速时，这些分离钢球的离心力通过分离圆(锥)盘72推动施压圆盘82，克服压缩弹簧84分离内、外摩擦片。
在汽车行驶或停车过程中，汽车发动机20的输出动力可通过动力输出装置和自动二档变速器40驱动发电机运转。当汽车发动机20的转速低于常接合式离心离合器70的分离转速时，该离心离合器处于接合状态，输入轴43从汽车发动机20获得的动力将通过该离心离合器传递给齿轮46，再通过齿轮48传递给输出轴45，这时，由于高增速档齿轮副46、48比低增速档齿轮副42、44的增速比大，以及由于超越离合器60只能单向传力的特性，使得齿轮42的转速低于输入轴43的转速，也就是说，输入轴43不能通过超越离合器60驱动齿轮42，自动二档变速器40工作在增速比较大的高增速档。当汽车发动机20的转速高于常接合式离心离合器70的分离转速时，该离心离合器处于分离状态，输入轴43从汽车发动机20获得的动力自然不再通过该离心离合器传递给齿轮46，而只能通过超越离合器60传递给齿轮42，再通过齿轮44传递给输出轴45，也就是说，自动二档变速器工作在增速比较小的低增速档。
常接合式离心离合器70的分离转速，是指分离钢珠73的离心分力完全克服压缩弹簧84对内、外摩擦片86、88的压紧力时主动毂77的转速。当主动毂77或输入轴43的转速上升到该分离转速以下某一转速时，内、外摩擦片86、88由于压缩弹簧84的压紧力，下降到使其不足以传递发电机所需要的扭矩而开始打滑，发电机转速即输出轴45转速便开始下降，与之相连的各个齿轮的转速亦开始下降，直到齿轮42的转速降至与输入轴43的转速相等，超越离合器得以驱动齿轮42，亦即低增速档开始驱动发电机运转为止，这时，高增速档和低增速档同时驱动发电机运转，但发电机转速取决于低增速档的增速比。反之，当主动毂77或输入轴43的转速降低到其分离转速以下某一转速时，内、外摩擦片86、88开始接合，但是由于压缩弹簧84的压紧力，还没有上升到使其足以传递发电机所需要的扭矩，而处于打滑状态，这时，低增速档和高增速档共同驱动发电机运转，但发电机的转速取决于低增速档的增速比。只有当内、外摩擦片在主动毂或输入轴的转速，降低到压缩弹簧的压紧力上升到足以使其传递发电机所需要的扭矩时，低增速档才停止驱动发电机运转，发电机转速开始上升，直至内、外摩擦片停止打滑，发电机转速才取决于高增速档的增速比。
从上述换档过程可见，自动二档变速器的换档过程平稳，无冲击，且在换档过程中能够确保驱动发电机的动力不中断，或者说发电机的转速至少不会低于其空载转速。此外，具有工作可靠性高，维护简单的优点。
如图3，ne1～ne2是汽车发动机驱动发电机正常发电的转速变化范围，nen和ned分别是升档(升至高增速档)换档和降档(降至低增速档)换档时汽车发动机转速，IH和IL分别是自动二档变速器高、低增速档的总增速比(发电机与汽车发动机转速之比)，因此IH·ne1～IL·ne2是发电机的转速稳定范围。IH·ne1的选择应不低于发电机输出要求电流或功率的最低转速。IL·ne2的选择应使其不高于发电机允许的最高工作转速。neu的选择应使IL·neu不低于发电机输出要求电流或功率的最低转速。ned的选择应使IH·ned不高于发电机允许的最高工作转速。ne1根据发电机要求的驱动功率和汽车发动机的部分负荷工作特性决定，是汽车发动机在怠速油门下驱动发电机输出要求功率的最低稳定转速。图中ABCD是汽车发动机转速从ne1升高到ne2或从ne2降低到ne1时，发电机的转速变化曲线。
如图4，nF是假设汽车发动机转速沿ne线变化时发电机转速的变化特性，当汽车发动机转速沿GH线匀速升高时，发电机转速将沿ABCDE线变化，反之，当汽车发动机转速沿HG线匀速降低时，发电机转速将沿EFBA线变化。在tu时刻，汽车发动机转速下降到F′点的neu，发电机转速降低到F点的IL·neu，自动离合器开始接合，到t′u时刻，汽车发动机转速降至B′点的n′eu，发电机转速则升高到B点的IH·n′eu，自动离合器完全接合。在td时刻，汽车发动机转速上升到C′点的ned，发电机转速上升到C点的IH·ned，自动离合器开始分离，到t′d时刻，汽车发动机转速上升到D′点的n′ed，发电机转速降低到D点IL·n′ed，自动离合器完全分离。
图5中，ne1～ne2为汽车发动机驱动发电机正常发电的转速变化范围，neu为自动二档变速器升档时发动机转速，ned为自动二档变速器降档时发动机转速。图中显示汽车发动机转速被分为二个区段ne1～ned和ne1～ne2，分别对应自动二档变速器的高、低增速比。这二个区段有一个重叠区段neu～ned，其作用在于当发动机转速在换档分界点附近波动时，避免自动二档变速器随之频繁换档动作面影响其寿命。当汽车发动机转速升至重叠区段时，自动二档变速器工作在高增速档(增速比IH)，当汽车发动机转速降至重叠区段时，自动二档变速器工作在低增速档(增速比IL)。
如图6所示，采用行星齿轮机构的自动二档变速器具有NGW型行星齿轮机构，行星架H与一个输入轴43相联，中心齿轮a与一个输出轴45相连，内齿轮b则通过一个自动离合器c与行星架H(还可以是中心齿轮a)相连，同时，内齿轮还通过一个超越离合器F与自动二档变速器的箱体85相连。在汽车发动机运转到低速区域时，自动离合器分离，内齿轮通过超越离合器与所述箱体接合在一起(不转动)，输出轴转速比输入轴高，即工作在高增速档。在汽车发动机运转到高速区域时，自动离合器接合，内齿轮与行星架或中心齿轮接合在一起，输出轴与输入轴转速相等，即工作在低增速档。
这种行星齿轮机构结构简单，成本低，体积小，更加便于安装在现有汽车发电机与动力输出装置之间，并且传动效率高，特别是在低增速比状态下，增速比为1，其作用相当于一个刚性联轴器。
自动二档变速器中的自动离合器也可以是由控制器控制的电磁、液压或气动离合器。采用这种装置的作用为如果自动离合器为常接合式离心离合器，当汽车发动机在常接合式离心离合器分离转速以下一个较小的转速范围内长时间运转，势必增加常接合式离心离合器的打滑时间，使其寿命降低，并使齿轮箱内的润滑油温升高，因此使用时应尽量使汽车发动机避免在这一转速范围长时间运转，如果采用控制器控制的电磁、液压或气动离合器代替常接合离心离合器，并将升档换档时的汽车发动机转速，取得比降档换档时的汽车发动机转速适当高一点，例如高50-100r/min或更多一些，就可解决这个问题。
上述控制器可以是检测汽车发动机转速的转速传感器和与之相联的开关电路，该开关电路的输入端与转速传感器相联，当转速传感器输出信号达到开关值时，开关电路接通或切断电磁、液压或气动离合器控制线圈的电源。
上述控制器还可以是检测汽车发动机转速的转速传感器和与之相联的计算机。计算机控制图1中自动离合器的程序框圈见图7。
权利要求
1.一种汽车不间断发电方法，其特征在于使发电机通过自动变速装置与汽车发动机相连，自动变速装置将汽车发动机较大的转速变化范围变为发电机输出一定功率所能适应的较小的转速变化范围，即发动机转速高时，该变速装置的增速比减小，发动机转速低时，该变速装置的增速比增大。
2.一种汽车不间断发电系统，包括汽车发动机动力输出装置和发电机，其特征在于发电机通过传动装置与动力输出装置相连，传动装置为能在汽车发动机转速升高时增速比减小并且在汽车发动机转速降低时增速比增大的自动变速装置。
3.按权利要求2所述的发电系统，其特征在于自动变速装置具有有限个增速比。
4.按权利要求3所述的发电系统，其特征在于自动变速装置是自动二档变速器。
5.按权利要求4所述的发电系统，其特征在于对应自动二档变速器的高、低增速比的发动机转速的低、高速区段有一个重叠区段，当发动机转速超过重叠区段上限时，自动二档变速器换至低增速比档工作，当发动机转速降低到重叠区段下限时，自动变速器换至高增速比档工作。
6.按权利要求4所述的发电系统，其特征在于自动二档变速器具有一个输入轴和一个输出轴，输入轴与输出轴相互平行且分别通过轴承支承在箱体壁上，在输入轴上安装有大小两个主动齿轮、一个超越离合器和一个自动离合器，在输出轴上固定有两个分别与大小两个主动齿轮常啮合的从动齿轮。
7.按权利要求6所述的发电系统，其特征在于自动离合器是一个常接合式离心离合器。
8.按权利要求4所述的发电系统，其特征在于自动二档变速器具有一个NGW型行星齿轮机构，该机构的行星架与一个输入轴相连，中心齿轮与一个输出轴相连，内齿轮则通过一个自动离合器与行星架或中心齿轮相连，同时，内齿轮还通过一个超越离合器与自动二档变速器的箱体相连。
9.按权利要求6或8所述的发电系统，其特征在于自动离合器是一个由控制器控制的电磁、液压或气动离合器。
10.按权利要求9所述的发电系统，其特征在于控制器包括一个用于检测汽车发动机转速的转速传感器，以及与该转速传感器相联的开关电路或计算机。
全文摘要
本发明涉及汽车发电系统的改进。使发电机通过自动变速装置与汽车发动机相连，自动变速装置将汽车发动机较大的转速变化范围变为发电机输出一定功率所能适应的较小的转速变化范围，即发动机转速高时，该变速装置的增速比减小，发动机转速低时，该变速装置的增速比增大。本发明使汽车行驶时不间断发电，停车时长时间发电，发电系统结构简单，体积小，成本低，并且克服专用发动机驱动发电机带来的弊端。
文档编号H02K7/116GK1160942SQ9611970
公开日1997年10月1日 申请日期1996年12月17日 优先权日1996年12月17日
发明者倪高松 申请人:中国三江航天工业集团公司设计所