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CN110566390A - 具有多个速度比的车辆发动机电起动机马达 - Google Patents

具有多个速度比的车辆发动机电起动机马达 Download PDF

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CN110566390A
CN110566390A CN201910397305.3A CN201910397305A CN110566390A CN 110566390 A CN110566390 A CN 110566390A CN 201910397305 A CN201910397305 A CN 201910397305A CN 110566390 A CN110566390 A CN 110566390A
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CN
China
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starter motor
vehicle engine
speed ratio
planetary gear
brake
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Application number
CN201910397305.3A
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English (en)
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M·拉加万
N·S·史多尔
S·H·斯威尔斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
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Publication date
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Abstract

车辆发动机电起动机马达可以在通过多个速度比点燃伴随的车辆发动机之前使车辆发动机曲轴达到期望转速。所述车辆发动机电起动机马达包括行星齿轮组组件。所述行星齿轮组组件从电枢轴接收旋转驱动输入，并且将旋转驱动输出传输到发动机飞轮。在使用所述车辆发动机电起动机马达时，所述车辆发动机电起动机马达可以在第一操作模式中通过所述行星齿轮组组件在所述旋转驱动输入与所述旋转驱动输出之间提供第一速度比。并且所述车辆发动机电起动机马达可以在第二操作模式中通过所述行星齿轮组组件在所述旋转驱动输入与所述旋转驱动输出之间提供第二速度比。

Description

具有多个速度比的车辆发动机电起动机马达
引言
本发明涉及用于车辆发动机的电起动机马达，并且更具体地涉及具有行星齿轮组组件的车辆发动机电起动机马达。
电起动机马达通常配备在车辆发动机中，诸如在汽车内燃机中，以便在车辆发动机点火并使发动机运转之前转动发动机的曲轴。电起动机马达通常是较大的车辆起动系统的一部分，所述车辆起动系统还包括点火开关、电池和发动机飞轮以及其他部件。电起动机马达本身通常包括壳体、螺线管、电枢、减速齿轮组、超越离合器和驱动小齿轮作为其主要部件。在起动发动机之前，电起动机马达通常通过单个速度比将曲轴转动到特定转速。
发明内容
在一个实施例中，一种车辆发动机电起动机马达可以包括行星齿轮组组件。所述行星齿轮组组件从电枢轴接收旋转驱动输入，并且将旋转驱动输出传输到发动机飞轮。在使用所述车辆发动机电起动机马达的情况下，所述车辆发动机电起动机马达在第一操作模式中通过所述行星齿轮组组件在所述旋转驱动输入与所述旋转驱动输出之间提供第一速度比。并且所述车辆发动机电起动机马达在第二操作模式中通过所述行星齿轮组组件在所述旋转驱动输入与所述旋转驱动输出之间提供第二速度比。
在一个实施例中，来自所述电枢的所述旋转驱动输入是由所述行星齿轮组组件接收的唯一旋转驱动输入。并且到达所述发动机飞轮的所述旋转驱动输出是由所述行星齿轮组组件传输的唯一旋转驱动输出。
在一个实施例中，所述行星齿轮组组件可以包括第一太阳齿轮、第二太阳齿轮、第一组行星齿轮和第二组行星齿轮。所述第一太阳齿轮从所述电枢轴接收旋转驱动输入。所述第一组行星齿轮从所述第一太阳齿轮接收驱动输入。并且所述第二组行星齿轮从所述第二太阳齿轮接收驱动输入。
在一个实施例中，所述行星齿轮组组件还可以包括单个环形齿轮，所述单个环形齿轮与所述第一组行星齿轮啮合。
在一个实施例中，所述行星齿轮组组件还可以包括单个行星齿轮架，所述单个行星齿轮架支撑所述第一组行星齿轮的旋转并且支撑所述第二组行星齿轮的旋转。
在一个实施例中，所述车辆发动机电起动机马达还可以包括第一制动器和第二制动器。在被激励时，所述第一制动器可以与所述行星齿轮组组件接合。类似地，在被激励时，所述第二制动器可以与所述行星齿轮组组件接合。
在一个实施例中，当所述第一制动器接合时，所述行星齿轮组组件的环形齿轮的旋转移动终止。这在所述车辆发动机电起动机马达的所述第一操作模式中提供所述第一速度比。
在一个实施例中，当所述第二制动器接合时，所述行星齿轮组组件的太阳齿轮的旋转移动终止。这在所述车辆发动机电起动机马达的所述第二操作模式中提供所述第二速度比。
在一个实施例中，在使用所述车辆发动机电起动机马达时，首先接合所述第一制动器以便在所述第一操作模式中提供所述第一速度比。并且随后，接合所述第二制动器以便在所述第二操作模式中提供所述第二速度比。之后，所述车辆发动机在所述车辆发动机电起动机马达的所述第二操作模式中点火。
在一个实施例中，所述第一操作模式的所述第一速度比是大约五比一(5:1)输入转速/输出转速。
在一个实施例中，所述第二操作模式的所述第二速度比是大约二比一(2:1)输入转速/输出转速。
在一个实施例中，在使用所述车辆发动机电起动机马达时，在所述第二操作模式中的所述第二速度比下，被传输到所述发动机飞轮的所述旋转驱动输出可以在所述车辆发动机点火之前使车辆发动机曲轴达到大约1,000转/分钟(RPM)的转速。
在一个实施例中，一种车辆发动机电起动机马达可以包括行星齿轮组组件、第一制动器和第二制动器。所述行星齿轮组组件可以包括第一太阳齿轮、第一组行星齿轮、第二太阳齿轮和第二组行星齿轮。所述第一组行星齿轮从所述第一太阳齿轮接收驱动输入，并且所述第二组行星齿轮从所述第二太阳齿轮接收驱动输入。所述第一制动器可以与所述行星齿轮组组件接合，并且所述第二制动器可以与所述行星齿轮组组件接合。在使用所述车辆发动机电起动机马达时，所述第一制动器首先与所述行星齿轮组组件接合以便在第一操作模式中通过所述行星齿轮组组件提供第一速度比。并且所述第二制动器随后与所述行星齿轮组组件接合以便在第二操作模式中通过所述行星齿轮组组件提供第二速度比。
在一个实施例中，当首先接合所述第一制动器以便在所述第一操作模式中提供所述第一速度比时，所述第二制动器不与所述行星齿轮组组件接合。
在一个实施例中，当随后接合所述第二制动器以便在所述第二操作模式中提供所述第二速度比时，所述第一制动器不与所述行星齿轮组组件接合。
在一个实施例中，所述第一操作模式中的所述第一速度比通过所述第一太阳齿轮和所述第一组行星齿轮实现。
在一个实施例中，所述第二操作模式中的所述第二速度比通过所述第二太阳齿轮和所述第二组行星齿轮实现。
在一个实施例中，所述第一制动器的接合终止所述行星齿轮组组件的环形齿轮的旋转移动，以便在所述车辆发动机电起动机马达的所述第一操作模式中提供所述第一速度比。
在一个实施例中，所述第二制动器的接合终止所述行星齿轮组组件的所述第二太阳齿轮的旋转移动，以便在所述车辆发动机电起动机马达的所述第二操作模式中提供所述第二速度比。
在一个实施例中，一种车辆发动机电起动机马达可以包括行星齿轮组组件、第一制动器和第二制动器。所述行星齿轮组组件可以包括第一太阳齿轮、第一组行星齿轮、第二太阳齿轮、第二组行星齿轮、环形齿轮和行星齿轮架。所述第一组行星齿轮从所述第一太阳齿轮接收驱动输入。所述第二组行星齿轮从所述第二太阳齿轮接收驱动输入。所述环形齿轮与所述第一组行星齿轮啮合。所述行星齿轮架支撑所述第一组行星齿轮的旋转并且支撑所述第二组行星齿轮的旋转。所述第一制动器可以与所述行星齿轮组组件的所述环形齿轮接合。所述第二制动器可以与所述行星齿轮组组件的所述第二太阳齿轮接合。在使用所述车辆发动机电起动机马达时，所述第一制动器首先与所述环形齿轮接合以便在第一操作模式中通过所述行星齿轮组组件提供第一速度比。并且所述第二制动器随后与所述第二太阳齿轮接合以便在第二操作模式中通过所述行星齿轮组组件提供第二速度比。
附图说明
在下文中将结合附图描述本发明的一个或多个方面，其中相同的标号表示相同的元件，并且其中：
图1是车辆发动机电起动机马达的一个实施例的示意图；
图2是图1的车辆发动机电起动机马达的行星齿轮组组件的实施例的示意图；
图3描绘了图2的行星齿轮组组件的又另一视图；
图4是车辆发动机电起动机马达的另一个实施例的示意图；并且
图5是图1的车辆发动机电起动电动机的操作的图形表示，其中在x轴上绘制时间并且在y轴上绘制每分钟转数(RPM)。
具体实施方式
参考附图，车辆发动机电起动机马达10(下文称为起动机马达)被设计和被配置为改善伴随的车辆发动机12(诸如汽车内燃机)的起动功能性和质量。起动机马达10配备有一个以上的速度比以便在车辆发动机12点火之前增加车辆发动机曲轴14的转速，并且不超过起动机马达10的每分钟转数(RPM)极限。因此，车辆发动机12可以表现出更安静且更平稳的起动过程。起动机马达10通过行星齿轮组组件16实现这种增加的速度和增强的起动过程，所述行星齿轮组组件配备成执行多个速度比。在车辆发动机12的初始点火时、在混合动力电动车辆(HEV)的后续点火重新起动时以及在车辆操作的其他时间，经常寻求这种改善的起动功能性和质量。下面在汽车应用的背景下描述起动机马达10，但是所述起动机马达也可以配备在非汽车应用中。
参考图1，起动机马达10是较大的车辆起动系统18的一个部件。车辆起动系统18可以在各种示例中具有各种设计和构造以及部件，这取决于其中安装有起动系统18的特定车辆和伴随的电气控制系统的架构以及其他可能的影响等等。图1的示意图描绘了一个示例性表示。车辆起动系统18可以包括电池20、点火开关22、起动继电器24和发动机飞轮26。此外，车辆起动系统18在其他示例中可以包括不同的和/或其他部件。
起动机马达10在不同的实施例中可以具有不同的设计、构造和部件，这取决于动机马达10所配备的车辆起动系统18的设计和构造以及部件以及其他可能的因素。在图1至3的实施例中，起动机马达10包括壳体28、螺线管30、电枢32、变速杆34、超越离合器36和驱动小齿轮38。通常，技术人员将明白这些部件如何布置以及它们如何在起动机马达中起作用，因此这里不提供对每个部件的详细描述。此外，在其他实施例中，起动机马达10可以具有不同的和/或其他部件。与先前的起动机马达不同，图中所呈现的起动机马达10包括行星齿轮组组件16、第一制动器40和第二制动器42，它们一起为起动机马达10在第一操作模式中提供第一速度比并且在第二操作模式中提供第二速度比，如下所述。
行星齿轮组组件16构成起动机马达10的减速齿轮组，并且通过其齿轮组布置并结合第一制动器40和第二制动器42，提供起动机马达10的多速度比功能性。行星齿轮组组件16在不同的实施例中可以具有不同的设计、构造和部件，这取决于所提供的速度比的数量和所提供的速度比的大小以及其他可能的因素。在图1至3的实施例中，行星齿轮组组件16位于电枢32与超越离合器36/驱动小齿轮38之间，并且由于该位置，从电枢轴44接收直接和立即的旋转驱动输入，并且在下游，经由驱动小齿轮38与发动机飞轮26之间的齿对齿啮合将旋转驱动输出传输到发动机飞轮26。这些是通过行星齿轮组组件16的唯一旋转驱动输入和输出，换句话说，行星齿轮组组件16具有单个输入和单个输出。行星齿轮组组件16可以具有不同的齿轮组布置以实现其齿轮减速和多速度比功能性。在一个实施例中，并且特别参考图2和3，行星齿轮组组件16包括第一太阳齿轮46、第一组行星齿轮48、环形齿轮50、第二太阳齿轮52、第二组行星齿轮54和行星齿轮架56。第一太阳齿轮46可以直接安装在电枢轴44上并与其共同旋转。第一组行星齿轮48与第一太阳齿轮46齿对齿啮合，由此从第一太阳齿轮46接收直接旋转驱动输入。在该实施例中，存在一对单独的第一行星齿轮48，但在其他实施例中它们可以有不同数量。环形齿轮50与第一组行星齿轮48齿对齿啮合。环形齿轮50构成图2和3的实施例中的行星齿轮组组件16的唯一的环形齿轮部件。
此外，第二太阳齿轮52与第二组行星齿轮54齿对齿啮合，由此从第二组行星齿轮54接收直接旋转驱动输入。第二组行星齿轮54与第一组行星齿轮48齿对齿啮合，由此从第一组行星齿轮48接收直接旋转驱动输入。在该实施例中，存在一对单独的第二行星齿轮54，但在其他实施例中它们可以有不同数量。与第一组行星齿轮48不同，第二组行星齿轮54缺少与环形齿轮50的接合。最后，行星齿轮架56支撑第一组行星齿轮48和第二组行星齿轮54围绕其相应轴线的旋转。行星齿轮架56构成图2和3的实施例中的行星齿轮组组件16的唯一行星齿轮架部件。行星齿轮架56自身旋转并且输送行星齿轮组组件16的旋转驱动输出。轴58(图1)从行星齿轮架56延伸并与行星齿轮架56共同旋转。以类似方式，驱动小齿轮38可以直接安装在轴58上并与轴58共同旋转。
第一制动器40与行星齿轮组组件16相互接合以实现第一操作模式中的第一速度比。第一制动器40在不同的实施例中可以具有不同的设计、构造和部件，这取决于行星齿轮组组件16的设计和构造以及部件以及其他可能的因素。在具体示例中，第一制动器40可以是带，当被激励时，所述带由螺线管致动以与行星齿轮组组件16接合。此外，第一制动器40可以是其他类型的并且可以通过其他装置致动。在图1至3的实施例中，第一制动器40可操作地与环形齿轮50相关联，并且当与其接合时，终止环形齿轮50的旋转移动。只要第一制动器40被致动和接合，就保持终止环形齿轮50的移动。
类似地，第二制动器42与行星齿轮组组件16相互接合以实现第二操作模式中的第二速度比。第二制动器42在不同的实施例中可以具有不同的设计、构造和部件，这取决于行星齿轮组组件16的设计和构造以及部件以及其他可能的因素。在具体示例中，第二制动器42可以是带，当被激励时，所述带由螺线管致动以与行星齿轮组组件16接合。此外，第二制动器42可以是其他类型的并且可以通过其他装置致动。在图1至3的实施例中，第二制动器42可操作地与第二太阳齿轮52相关联，并且当与其接合时，终止第二太阳齿轮52的旋转移动。只要第二制动器42被致动和接合，就保持终止第二太阳齿轮52的移动。
当起动机马达10用于起动系统18中的应用时，起动机马达10首先以行星齿轮组组件16被设定为提供第一速度比的第一操作模式运转。在此，第一制动器40接合并且环形齿轮50的旋转移动终止；同时，第二制动器42在第一操作模式中缺乏接合，更确切地是保持脱离。在环形齿轮的旋转移动静止的情况下，第一太阳齿轮46、第一组行星齿轮48、第二太阳齿轮52、第二组行星齿轮54和行星齿轮架56全部都经历它们相应的移动，从而产生行星齿轮组组件16在第一速度比下的旋转驱动输出。在具体示例中，第一速度比可以是大约五比一(5:1)的由行星齿轮组组件16接收的输入转速与由行星齿轮组组件16传输的输出转速之比；此外，在其他示例中，第一速度比的大小可以不同。在第一速度比下，在该示例中，起动机马达10可以使车辆发动机曲轴14的转速达到大约500RPM；此外，在其他示例中，车辆发动机曲轴14的转速可以达到第一速度比中的其他值。
此外，一旦起动机马达10在第一操作模式中实施第一速度比时达到阈值RPM，起动机马达10随后就会转换到行星齿轮组组件16被设定为提供第二速度比的第二操作模式。在此，第二制动器42接合并且第二太阳齿轮52的旋转移动终止；同时，第一制动器40在第二操作模式中缺乏接合，更确切地是保持脱离。在第二太阳齿轮的旋转移动静止的情况下，第一太阳齿轮46、第一组行星齿轮48、环形齿轮50、第二组行星齿轮54和行星齿轮架56全部都经历它们相应的移动，从而产生行星齿轮组组件16在第二速度比下的旋转驱动输出。在具体示例中，第二速度比可以是大约二比一(2:1)的由行星齿轮组组件16接收的输入转速与由行星齿轮组组件16传输的输出转速之比；此外，在其他示例中，第二速度比的大小可以不同。在第二速度比下，在该示例中，起动机马达10可以使车辆发动机曲轴14的转速达到大约1,000RPM；此外，在其他示例中，车辆发动机曲轴14的转速可以达到第二速度比中的其他值。在该示例中，一旦车辆发动机曲轴14达到大约1,000RPM的转速，车辆发动机12就可以点火以实现更安静且更平稳的起动过程；此外，点火可以在其他RPM值下发生。
图4示出了起动机马达10的另一个实施例。在该实施例中，第一制动器40为单向离合器41的形式，并且第二制动器42为摩擦离合器43的形式。单向离合器41可与环形齿轮50接合，并且摩擦离合器43可与第二太阳齿轮52和/或第二组行星齿轮54接合。环形齿轮50经由单向超越离合器45将旋转驱动输出传输到发动机飞轮26，一旦发动机点火发生，所述单向超速离合器就会超速。摩擦离合器43可由起动机马达10的螺线管30致动，因此不需要专用于促使制动器接合的附加螺线管。摩擦离合器43的接合在图4中由虚线33表示，而摩擦离合器43的脱离由实线35表示。在使用中，当摩擦离合器43与第二太阳齿轮52和/或第二组行星齿轮54接合时，单向离合器41自动地释放并且与环形齿轮50脱离。摩擦离合器43还可以被配置为接合行星齿轮组组件16的任何两个部件。此外，可以省略单向超越离合器45，其中螺线管30将用于致动第一组行星齿轮48的接合并采用替代装置(例如，第二螺线管)来致动摩擦离合器43的接合。
如所述，起动机马达10引起车辆发动机曲轴14的增加的转速和增强的起动过程而不超过起动机马达10的RPM极限的情况。不同的起动电机可以具有不同的RPM极限。在图5的图形表示中阐述了一个示例。在图5中，在x轴100上绘制时间，并且在y轴200上绘制每分钟转数(RPM)。附图标记300表示使用先前已知的具有单速度比的起动机马达的车辆发动机点火，而附图标记400表示使用如上所述的起动机马达10的车辆发动机12的点火。当相关联的曲轴具有约500RPM的转速时发生点火300，并且当车辆发动机曲轴14具有约1,000RPM的转速时发生点火400。车辆发动机曲轴转速由附图标记500的迹线表示。此外，在图5的图形表示中，起动机马达10的输出转速由附图标记600标记的线表示。起动机马达10在第一速度比下的输出转速由附图标记700的轨迹线表示，而起动机马达10在第二速度比下的输出转速由附图标记800的轨迹线表示。通过图形中的线600中的向下垂直阶跃来证明从第一速度比到第二速度比的转换。最后，起动机马达10的RPM极限由附图标记900标记的线表示。如图5中所示，起动机马达10使车辆发动机曲轴14以第二速度比达到1,000RPM的转速，而不超过起动机马达10的RPM极限。
应当理解的是，前述内容是对本发明的一个或多个方面的描述。本发明不限于本文公开的特定实施例，而是仅由下面的权利要求限定。此外，除非术语或措词在上面进行了明确限定，否则包括在前述描述中的声明涉及特定实施例，并且不能解释为限定本发明的范围或限定权利要求书中所使用的术语。对所公开的实施例的各种其他实施例和各种改变和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。所有这些其他实施例、改变和修改旨在落入所附权利要求的范围内。
如本说明书和权利要求中所使用，术语“例如(e.g.)”、“例如(for example)”、“例如(for instance)”、“诸如”和“等”以及动词“包含”、“具有”、“包括”以及它们的其他动词形式在结合一个或多个部件或其他项目的列表使用时，各自被解释为开放式，意味着该列表不应被视为排除其他、另外的部件或项目。其他术语是使用它们的最广泛的合理含义来解释，除非它们用于要求有不同解释的上下文中。

Claims (10)

1.一种车辆发动机电起动机马达，其包括：
行星齿轮组组件，其从电枢轴接收旋转驱动输入，并且将旋转驱动输出传输到发动机飞轮；
其中在所述车辆发动机电起动机马达的使用期间，所述车辆发动机电起动机马达在第一操作模式中经由所述行星齿轮组组件在所述旋转驱动输入与所述旋转驱动输出之间提供第一速度比，并且在第二操作模式中经由所述行星齿轮组组件在所述旋转驱动输入与所述旋转驱动输出之间提供第二速度比。
2.根据权利要求1所述的车辆发动机电起动机马达，其中所述行星齿轮组组件包括：
第一太阳齿轮，其从所述电枢轴接收旋转驱动输入；
第二太阳齿轮；
第一组行星齿轮，其从所述第一太阳齿轮接收驱动输入；以及
第二组行星齿轮，其从所述第二太阳齿轮接收驱动输入。
3.根据权利要求2所述的车辆发动机电起动机马达，其中所述行星齿轮组组件还包括单个环形齿轮，所述单个环形齿轮与所述第一组行星齿轮啮合。
4.根据权利要求2所述的车辆发动机电起动机马达，其中所述行星齿轮组组件还包括单个行星齿轮架，所述单个行星齿轮架支撑所述第一组行星齿轮的旋转并且支撑所述第二组行星齿轮的旋转。
5.根据权利要求1所述的车辆发动机电起动机马达，其还包括能够与所述行星齿轮组组件接合的第一制动器，以及能够与所述行星齿轮组组件接合的第二制动器。
6.根据权利要求5所述的车辆发动机电起动机马达，其中所述第一制动器的接合终止所述行星齿轮组组件的环形齿轮的旋转移动，以便在所述车辆发动机电起动机马达的所述第一操作模式中提供所述第一速度比。
7.根据权利要求5所述的车辆发动机电起动机马达，其中所述第二制动器的接合终止所述行星齿轮组组件的太阳齿轮的旋转移动，以便在所述车辆发动机电起动机马达的所述第二操作模式中提供所述第二速度比。
8.根据权利要求5所述的车辆发动机电起动机马达，其中在所述车辆发动机电起动机马达的使用期间，首先接合所述第一制动器以便在所述车辆发动机电起动机马达的所述第一操作模式中提供所述第一速度比，随后所述第二制动器接合以便在所述车辆发动机电起动机马达的所述第二操作模式中提供所述第二速度比，并且所述车辆发动机在所述车辆发动机电起动机马达的所述第二操作模式中点火。
9.根据权利要求1所述的车辆发动机电起动机马达，其中所述第一操作模式的所述第一速度比是大约五比一(5:1)输入转速/输出转速。
10.根据权利要求1所述的车辆发动机电起动机马达，其中所述第二操作模式的所述第二速度比是大约二比一(2:1)输入转速/输出转速。
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