电动凸轮轴相位器马达-发电机的制作方法

电动凸轮轴相位器马达
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发电机
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年4月15日提交的美国非临时申请no.16/384,081的权益，该美国非临时申请的内容通过参引并入本文中。
技术领域
3.本发明涉及具有能量回收模式的电动凸轮轴相位器(ecp)。本公开还涉及用于使ecp马达以两种模式操作的方法。


背景技术：

4.凸轮轴相位器设置在内燃(ic)发动机内，以对相对于曲轴角位置的凸轮轴角位置进行控制，从而最终对相对于四冲程发动机循环的阀动作进行定相。一些ecp系统在定相和非定相实例期间需要在整个ic发动机操作中向电动马达持续供应电力。因此，燃料经济性和排放受到负面影响。
5.本公开旨在克服现有技术的这种低效率问题和其他问题。


技术实现要素：

6.在一个方面，本公开涉及一种生产用于车辆的电能的方法。该方法包括提供具有控制组件和马达组件的凸轮相位器。控制组件具有螺栓，该螺栓以不可旋转的方式连接至车辆的凸轮轴。该方法还包括将控制组件以不可旋转的方式连接至马达组件、将扭矩从凸轮轴传递至马达组件的转子以产生电能、以及将电能存储在能量存储部件中。
7.在另一方面中，本公开内容涉及一种操作用于车辆的双模式凸轮相位器的方法。该方法包括提供具有控制组件、马达组件和接合特征的凸轮相位器。控制组件包括螺栓，该螺栓以不可旋转的方式连接至车辆的凸轮轴，并且马达组件包括驱动轴。该方法还包括在凸轮轴模式中，将车辆变速箱在凸轮轴中定相至期望的凸轮角度。该过程甚至还包括在凸轮轴锁定模式中，使接合特征移动以便将控制组件与马达组件以不可旋转的方式连接，从而将扭矩从凸轮轴传递至马达组件的驱动轴以产生电能，并将电能存储在电池中。
8.在另一方面中，本公开涉及一种用于车辆的再生电供给系统，该系统包括具有加压液压流体供给物的发动机、凸轮轴、凸轮定相控制组件以及液压子组件。凸轮定相控制组件具有带有驱动轴的电动马达、接合特征以及用于启用接合特征的液压移位组件。液压子组件选择性地将加压液压流体供给物液压地连接至凸轮定相控制组件，其中，对于凸轮轴锁定模式，移位组件使接合特征沿第一轴向方向移动以便将驱动轴与凸轮轴以不可旋转的方式连接，并且电动马达布置成从传递自凸轮轴的扭矩产生电能。对于相位调节模式，移位组件使接合特征沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移位，以使驱动轴与凸轮轴断开连接，并且凸轮轴布置成相对于输入齿轮旋转。
附图说明
9.当结合示出本发明的优选实施方式的附图阅读时，将更好地理解前述发明内容和以下详细的描述。在附图中：
10.图1是根据本技术的实施方式的凸轮相位器的凸轮定相控制组件处于相位调节模式的横截面图；
11.图2是图2的凸轮定相控制组件处于凸轮轴锁定模式的横截面图；
12.图3是包括图2的凸轮定相控制组件的车辆的框图；
13.图4是图1的凸轮定相控制组件的桨状部的立体图；
14.图5是图1的凸轮定相控制组件的驱动元件的立体图；
15.图6是用于凸轮相位器的另一凸轮定相控制组件处于相位调节模式的横截面图；
16.图7是图6的凸轮定相控制组件处于凸轮轴锁定模式的立体图；以及
17.图8是图7的凸轮定相控制组件中的马达组件的立体横截面图。
具体实施方式
18.在以下描述中使用某些术语仅仅是为了方便而非限制。词语“前”、“后”、“上”和“下”指示所参照的附图中的方向。词语“向内”和“向外”是指朝向或远离附图中参照的部分的方向。对被引用为“a、b或c中的至少一者”(其中a、b和c表示所列出的项目)的项目列表的引用是指项目a、b或c中的任何单个一者或其组合。术语包括上文特别指明的词语、其派生词和具有类似含义的词语。
19.如本文中所使用的，短语“以不可旋转的方式连接的”或“不可旋转的”部件是指：部件被连接成使得每当这些部件中的一个部件旋转时，所有部件都旋转；并且部件之间的相对旋转是不可能的。以不可旋转的方式连接的部件相对于彼此的径向运动和/或轴向运动是可能的，但不是必需的。如本文所使用的，一个部件与另一部件“接合”是指：一个部件与其他部件直接接触，或者这些部件通过机械上为固态的中间或辅助部分而接触。例如，在两个部件之间可以设置清洗器或涂层。
20.通常，适用于本技术的凸轮位相器与发动机比如内燃发动机结合使用，以便以本领域已知的方式改变气门正时。电动凸轮相位器(ecp)可以包括电动马达，该电动马达在旋转方面致动变速箱，以便于对凸轮轴相对于曲轴进行定相。本发明的凸轮相位器控制组件100/200适用于ecp，如总体上在美国专利申请15/631,787中公布的，该美国专利申请的全部公开内容如同充分阐述的那样并出于所有目的并入本文中。
21.图1和图2示出了用于包括液压子系统130的ecp的凸轮定相控制组件100的第一实施方式。组件100包括变速箱定相单元102和螺栓104。螺栓104以不可旋转的方式连接至凸轮轴c。螺栓104可以包括头部105，该头部在其远端端部处限定有凹入区域106。
22.在该示例性实施方式中，变速箱定相单元102包括输入齿轮110、控制齿轮/单元112和输出齿轮118。本领域技术人员将认识到，变速箱定相单元102可以是本领域已知的任何径向变速箱定相单元，比如行星齿轮单元、椭圆齿轮单元或谐波驱动单元。
23.液压子系统130设置有变速箱定相单元102，以提供动力来选择性地使销133沿轴向方向ad1/ad2在螺栓104内移动，以实现下面论述的目的。液压子系统130包括穿过螺栓104形成的腔室132。销133在液压动力下在液压腔室132内轴向地移动。阀134、比如电磁阀
选择性地允许液压流至腔室132。液压供给物30向子系统130提供液压动力。液压供给物可以例如从车辆发动机内的加压液压流体供给物得到。
24.设置有桨状部50和驱动元件70(也统称为接合特征51)以实现变速箱定相单元102与马达组件150之间的选择性接合以进行凸轮定相控制，如下面进一步论述的。在所示出的实施方式中，桨状部50以不可旋转的方式连接至马达组件150的驱动轴154。驱动元件70以不可旋转的方式连接至桨状部50，并且选择性地以不可旋转的方式连接至变速箱定相单元102的螺栓104，并且因此也选择性地以不可旋转的方式连接至凸轮轴c。销133构造成选择性地推动驱动元件70以使驱动元件与螺栓头部105接合或与螺栓头部脱开接合。可以设置有弹性元件162比如弹簧，以将驱动元件70和销133沿方向ad1偏置成与螺栓头部105接合，如图2中所示。
25.马达组件150包括具有驱动轴154的电动马达152。电动马达包括定子155和转子156(在图1至图2中示意性地示出；可以与图8中的定子255和转子256类似地布置)。
26.在图1和图2中的液压动力实施方式中，当阀134打开、从而向腔室132供给液压流体时，销133被液压流体致动并且使驱动元件70移动离开中央螺栓104的头部105。
27.图1示出了包括变速箱定相单元102的凸轮定相控制组件100，该凸轮定相控制组件处于相位调节模式，其中，中央螺栓104与驱动元件70断开接合。图2示出了凸轮轴锁定模式，其中，桨状部50、驱动元件70和中央螺栓104接合而处于不可旋转的连接。在车辆滑行期间，当在该凸轮轴锁定模式中以不可旋转的方式连接时，凸轮定相控制组件100可以提供再生的电能。
28.适用于本公开的ecp控制器将需要能够在功能上控制液压流体供给阀134的控制模块。阀134的控制基于两种模式：凸轮轴锁定模式(图2和图7)，其中，阀134完全关闭(并且中央螺栓104与驱动元件70之间完全接合)，从而不允许液压流体流动；和凸轮轴定相模式(图1和图6)，其中，阀134完全打开以允许完全的液压流体流动，从而导致中央螺栓104与驱动元件70之间不接合。凸轮轴锁定模式的“锁定”可以是桨状部50、驱动元件70与中央螺栓104之间的不可旋转的锁定，其中，中央螺栓将变速箱安装到凸轮轴c上。更一般地说，该“锁定”可以被认为是扭矩从凸轮轴c传递至驱动轴154，或甚至更一般地被认为扭矩在控制组件100与马达组件150之间传递。
29.转到图3，示出了包括凸轮定相控制组件以提供再生电能的车辆的框图。一种适用于本公开的示例性ecp电动马达是永磁无刷dc马达，然而也可以使用其他马达。本领域技术人员将认识到，当电流通过定子155/255的线圈时，产生磁场，并且转子156/256的永磁体(例如，图8中所示的永磁体257)根据使用三相控制的马达152/252的换向设计而被吸引和排斥。
30.在该设置中，当马达152的轴154上的外部扭矩使转子156转动时，通过定子线圈产生反电磁力(emf)，并且因此马达152可以用作发电机以将来自凸轮轴c的旋转的动能存储为能量存储部件(在图3中示意性地示出为电池90)中的电能。能量存储部件可以是例如电池90、电容器或类似物。当转子156设定成处于运动中时，感应出ac电流。ac电流被引导通过调节器
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整流器单元(示意性地示出)内的整流器。整流器将三个ac相位转换为单个直流输出、接地和正极。为了防止过充电和/或电损坏，调节器
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整流器内的调节器将对能量存储部件上的dc电压进行监测(例如，对电池端子上的dc电压进行监测)，并且使由定子155产生的
一定量的电力对地短路。
31.图4示出了凸轮定相控制组件100的桨状部50，该桨叶包括筒形基部52、包括多个辐条部56的突起部54、以及一对槽58。图5是凸轮定相控制组件100的驱动元件70的立体图，该驱动元件包括筒形本体72、凹入区域74、臂76和凸部78。桨状部50和驱动元件70构造成具有互补形状，以在不过度滑动或碰撞地被接合时提形状配合的不可旋转式互锁。例如，凸部78可以定尺寸成紧密地装配在槽58内。凸部78和槽58的构型有助于在驱动元件70的轴向运动期间桨状部50与驱动元件70的不可旋转式连接，以将驱动元件的臂76与中央螺栓104的头部105的凹入区域106接合或将驱动元件的臂与中央螺栓的头部的凹入区域断开接合。这种布置结构提供了驱动元件70和中央螺栓104之间的选择性的不可旋转式连接。
32.图6至图8示出了由电动马达252供以动力的凸轮定相控制组件200的第二实施方式。在该实施方式中，相同的部分用相同的附图标记表示。大体上来讲，凸轮定相控制组件200提供了驱动元件70的类似的选择性接合，该驱动元件以不可旋转的方式连接至桨状部50、连接至中央螺栓头部205，其中，移位组件261使致动销258沿方向ad1/ad2轴向地移动。因此，致动销258使驱动元件70移动成与中央螺栓204的接合以及与中央螺栓脱开接合。可以设置有弹性元件262、比如弹簧，以在致动销258处于缩回位置的情况下将驱动元件70沿方向ad2偏置，如图6中所示。
33.图6至图8的凸轮定相控制组件200和变速箱定相单元202可以与前面实施方式的控制组件100大致类似，不同之处在于螺栓204不设置有液压腔室，因为没有液压子系统。因此，将不再对控制组件和定相单元202进行详细论述。
34.应当指出的是，通常，液压致动的凸轮定相控制组件100和机电致动的凸轮定相控制组件200可以被认为具有移位组件161/261，该移位组件具有为液压(通过液压子系统130)的致动或为机电(通过具有致动销258的螺线管264)的致动。在任何一种情况下，该位移组件161/261产生轴向运动以将中央螺栓104与驱动元件70选择性地且以不可旋转的方式接合，从而引起凸轮轴锁定模式。同样地，弹性元件262可以产生使驱动元件70断开接合的反向的轴向运动以返回至定相模式。
35.在使用中，在凸轮定相控制组件100的常规的凸轮轴锁定模式期间，驱动元件70被弹性元件162偏置而处于伸出位置，从而与中央螺栓104的头部105接合。在该位置和模式中，电动马达152的驱动轴154经由桨状部50和驱动元件70而与中央螺栓104接合。这将电动马达152锁定至凸轮轴c，使得电动马达152用作发电机。以这种方式，在车辆“滑行”(例如，没有发动机动力输出至轮)期间，电能被反馈到车辆系统中。该电能可以被反馈至如上所述的能量存储部件90。如果能量存储部件90是电池，则该电池90可以是主车辆电池或副电池。
36.在使用中，在凸轮定相控制组件200的常规定相模式期间，销258被弹性元件262偏置而处于缩回位置，从而允许电动马达252向变速箱定相单元102提供旋转输入，并且因此对凸轮轴c进行定相。在车辆“滑行”(例如，没有发动机动力输出至轮)期间，适用于本公开的ecp控制器将有助于启用螺线管264，以将销258沿方向ad1推动至伸出位置，从而允许电动马达252的驱动轴254经由桨状部50和驱动元件70而与中央螺栓204接合。如上所述，这将电动马达252锁定至凸轮轴c，使得电动马达252用作发电机。
37.因此，已经对本发明进行了详细描述，本领域技术人员应当理解并将明显的是，在不改变本文中体现的发明构思和原理的情况下，可以进行多种物理变化，在本发明的详细
描述中仅例举了多种物理变化中的少数物理变化。特别地，桨状部50和驱动元件70及其部件可以用类似的结构代替，只要它们可以被选择性地接合以实现不可旋转的连接即可。还应当理解的是，结合有优选实施方式的仅一部分的多种实施方式是可能的，所述多种实施方式相对于那些部分不改变本文中体现的发明构思和原理。因此，本实施方式和可选的构型在所有方面都被视是为示例性的和/或说明性的，而非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是由前述的描述来表示，因此，落入所述权利要求的含义和等效范围内的相对于本实施方式的所有替代性实施方式和变型都将被包含在本文中。
38.部件列表
39.30.液压供给物50.桨状部51.接合特征52.基部54.突起部56.辐条部58.槽70.驱动元件72.本体74.凹入区域76.臂78.凸部90.电池100.凸轮定相控制组件102.变速箱定相单元104.螺栓105.头部106.凹入区域110.输入齿轮112.控制齿轮/单元118.输出齿轮130.液压子系统132.腔室133.销134.阀150.马达组件152.电动马达154.驱动轴155.定子156.转子161.移位组件162.弹性元件200.凸轮定相控制组件202.变速箱定相单元204.螺栓205.头部206.凹入部210.输入齿轮218.输出齿轮250.马达组件252.电动马达254.驱动轴255.定子256.转子257.永磁体258.致动销261.移位组件262.弹性元件264.螺线管ar.旋转轴线。