нагнетатель воздуха для автотранспортных средств

Формула изобретения

1. Нагнетатель воздуха для автотранспортных средств, содержащий воздушный насос, соединенный с выходным валом системы силовой передачи, входной вал которой соединен при работе с двигателем автотранспортного средства, при этом входной и выходной валы соединены с соответствующими отводами дифференциальной планетарной передачи с тремя отводами, третий отвод передачи и входной вал соединены с роторами соответствующих электрических машин, одна из которых представляет собой электродвигатель/генератор, а другая выполнена с возможностью работы в режиме генератора, причем электрические выводы статоров упомянутых машин соединены между собой через контроллер, выполненный с возможностью управления потоком электрической мощности между ними.

2. Нагнетатель воздуха по п.1, в котором обе электрические машины представляют собой электродвигатели/генераторы.

3. Нагнетатель воздуха по п.2, в котором электрические выводы статоров также присоединены к аккумулятору, и контроллер выполнен с возможностью управления потоком электрической мощности между двумя электрическими машинами и аккумулятором.

4. Нагнетатель воздуха по п.1, в котором электрические выводы статоров также присоединены к аккумулятору, и контроллер выполнен с возможностью управления потоком электрической мощности между двумя электрическими машинами и аккумулятором.

5. Нагнетатель воздуха по п.1, в котором планетарная передача содержит множество находящихся в зацеплении зубчатых колес.

6. Нагнетатель воздуха по п.1, в котором планетарная передача содержит множество роликовых передаточных колес, при этом вращательный момент передается между парой колес посредством фрикционного зацепления их поверхностей или сдвига текучей среды между их поверхностями.

7. Нагнетатель воздуха по любому из предшествующих пунктов, который представляет собой нагнетатель наддува, и в котором воздушный насос содержит центробежную крыльчатку.

8. Нагнетатель воздуха по п.7, в котором планетарная передача содержит центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом центральное колесо соединено с крыльчаткой, кольцевое колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и водило соединено с ротором второй электрической машины.

9. Нагнетатель воздуха по п.7, в котором планетарная передача содержит центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом центральное колесо соединено с крыльчаткой, водило соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и кольцевое колесо соединено с ротором второй электрической машины.

10. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, в котором планетарная передача содержит центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом кольцевое колесо соединено с воздушным насосом, водило соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и центральное колесо соединено с ротором второй электрической машины.

11. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, в котором планетарная передача содержит центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом водило соединено с воздушным насосом, кольцевое колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и центральное колесо соединено с ротором второй электрической машины.

12. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, в котором планетарная передача содержит центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом водило соединено с воздушным насосом, центральное колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и кольцевое колесо соединено с ротором второй электрической машины.

13. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, в котором планетарная передача содержит центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом кольцевое колесо соединено с воздушным насосом, центральное колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и водило соединено с ротором второй электрической машины.

14. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, в котором планетарная передача содержит первое центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством первых сателлитов, и второе центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством вторых сателлитов, при этом каждый первый сателлит соединен с соответствующим вторым сателлитом, каждая соединенная пара из первого и второго сателлитов приводится в движение соответствующим общим валом сателлита, валы сателлитов соединены с общим водилом, одно из центральных колес соединено с воздушным насосом, другое центральное колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и водило соединено со второй электрической машиной.

15. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, в котором планетарная передача содержит первое центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством первых сателлитов, и второе центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством вторых сателлитов, при этом каждый первый сателлит соединен с соответствующим вторым сателлитом, каждая соединенная пара из первого и второго сателлитов приводится в движение соответствующим общим валом сателлита, валы сателлитов соединены с общим водилом, одно из центральных колес соединено с воздушным насосом, водило соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и другое центральное колесо соединено со второй электрической машиной.

16. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, в котором планетарная передача содержит первое центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством первых сателлитов, и второе центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством вторых сателлитов, при этом каждый первый сателлит соединен с соответствующим вторым сателлитом, каждая соединенная пара из первого и второго сателлитов приводится в движение соответствующим общим валом сателлита, валы сателлитов соединены с общим водилом, водило соединено с воздушным насосом, одно из центральных колес соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и другое центральное колесо соединено со второй электрической машиной.

17. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, в котором воздушный насос соединен с выходным валом через повышающую передачу.

18. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, который представляет собой нагнетатель наддува, и в котором воздушный насос представляет собой объемный воздушный насос.

19. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, который представляет собой вентилятор охлаждения, и в котором воздушный насос представляет собой осевую крыльчатку.

20. Нагнетатель воздуха по любому из пп.1-6, который выполнен таким образом, что при относительно низких отношениях скоростей воздушного насоса к скоростям входного вала одна из электрических машин работает как генератор и вырабатывает электрическую мощность, которая передается на другую электрическую машину, которая работает как электродвигатель, а при относительно высоких отношениях скоростей воздушного насоса к скоростям входного вала другая электрическая машина работает как генератор и вырабатывает электрическую мощность, которая передается на упомянутую одну электрическую машину, которая работает как электродвигатель.

Приоритеты по пунктам:

24.02.2003 - по пп.1, 7;

17.02.2003 - по пп.2-4, 6, 18, 19;

13.02.2004 - по пп.5, 8-17, 20.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к нагнетателям воздуха для автотранспортных средств и, в частности, к нагнетателям наддува для автотранспортных средств, которые представляют собой устройства, встраиваемые в автомобильные двигатели. Нагнетатели наддува представляют собой устройства, которые содержат воздушный насос или колесо воздуходувки, вращение которого изменяет режим давления в системе впуска двигателя, т.е. давление на входе. Обычно устройство конструктивно выполнено и работает так, что повышает давление на входе и, следовательно, позволяет повысить выходную мощность двигателя. Как вариант, устройство может быть конструктивно выполнено для снижения давления на входе и снижения выходной мощности, поскольку данный способ регулирования мощности обеспечивает преимущества по ффективности по сравнению с известным способом регулирования нагрузки дроссельным клапаном.

Однако нагнетатель воздуха в соответствии с настоящим изобретением может быть также выполнен в другом виде, например в виде автомобильного вентилятора охлаждения для продувания воздуха через радиатор охлаждения.

В настоящее время нагнетатели наддува приводятся механически (обычно с постоянным передаточным числом) двигателем, электроэнергией или турбиной (известные как турбонагнетатели), при этом последние отбирают мощность выхлопных газов.

На практике простой механический привод имеет определенные недостатки, включая неудовлетворительную способность повышать характеристику при малой частоте вращения двигателя и слабой возможности регулирования мощности. При высокой частоте вращения двигателя и нагрузке иногда необходимы неэкономичные байпасные или сбросные клапаны для предотвращения превышения необходимого или желаемого уровня давления на входе.

Практические применения электроприводных нагнетателей наддува часто ограничены стоимостью, массой и размерами агрегата с электрооборудованием, необходимым для питания нагнетателя наддува, когда от двигателя требуется высокая выходная мощность. Эффективность данных устройств снижается также из-за потерь, обусловленных превращением механической энергии в электрическую энергию и наоборот.

Практические применения турбонагнетателей широко известны. Давление на входе, доступное в данном режиме, тем не менее очень сильно зависит от скорости потока, температуры и давления выхлопных газов. В переходном режиме, когда частота вращения устройства изменяется, инерция вращающихся компонентов также значительно влияет на давление на входе. Данные эффекты часто приводят к нежелательному дефициту мощности, снимаемой с выходного вала двигателя при низкой частоте вращения двигателя и при переходе от низкой мощности на выходном валу к высокой мощности на выходном валу. Данные характеристики особенно нежелательны при применении на автотранспорте. Соответственно предпринимались многочисленные попытки по усовершенствованию турбонагнетателей в упомянутом отношении. Некоторые усовершенствования обеспечиваются оснащением направляющим аппаратом с регулируемым диаметральным шагом. Данная технология широко применяется в автомобильных дизельных двигателях, однако выигрыш бензиновых двигателей ограничен из-за более высокой температуры выхлопных газов, сопутствующей технологии материалов и проблем со смазкой.

Ранее была предложена возможность механического приведения нагнетателя наддува от двигателя системой силовой передачи с бесступенчато регулируемым передаточным числом. Данное решение обеспечивает значительные улучшения характеристики при низкой частоте вращения двигателя и регулирование нагрузки. По причинам, к которым относятся стоимость, надежность, долговечность и размеры агрегата, системы данного типа, в основном, оказались неприемлемыми на рынке.

Поэтому целью настоящего изобретения является создание нагнетателя наддува, который был бы коммерчески приемлем, эффективен и способен изменять давление на входе в широком диапазоне, независимо от частоты вращения двигателя.

В соответствии с настоящим изобретением нагнетатель воздуха для автотранспортных средств содержит воздушный насос, соединенный с выходным валом системы силовой передачи, входной вал которой соединен при работе с двигателем автотранспортного средства. Силовая передача содержит дифференциальную планетарную передачу с тремя отводами. Один отвод соединен с выходом, другой соединен с входом, а третий соединен с электрической машиной, обладающей только крутящей способностью или крутящей и генераторной способностью. Дополнительная электрическая машина, обладающая только генераторной способностью или генераторной и крутящей способностью, подсоединена ко входу. Электрические выводы статоров электрических машин связаны между собой через контроллер, выполненный с возможностью управления потоком электрической мощности между ними.

При работе мощность можно передавать от двигателя к воздушному насосу параллельно механическим средством (т.е. силовой передачей) и электрическим средством (т.е. с преобразованием механической мощности в электрическую мощность одной электрической машиной и передачей в другую электрическую машину, в которой электрическая мощность преобразуется обратно в механическую мощность). Регулирование мощности, передаваемой электрическим средством, можно осуществлять контроллером. Отношение электрической мощности к механической мощности изменяется в зависимости от передаточного числа с выхода на вход передачи, и, следовательно, контроллер можно использовать для изменения передаточного числа.

Если двигатель работает с низкой частотой вращения, но требуется высокое давление на входе, то система силовой передачи характеризуется высоким передаточным числом, и отношение электрической мощности к механической мощности имеет максимальное значение. Если двигатель работает с высокой частотой вращения и требуется высокое давление на входе, то отношение электрической мощности к механической мощности имеет низкое значение. Конструкция в соответствии с настоящим изобретением допускает работу в широком диапазоне передаточных чисел. Выбор соответствующего передаточного числа позволяет обеспечить очень высокую частоту вращения на выходе при сравнительно низкой частоте вращения на входе.

В предпочтительном варианте электрические машины обладают высоким кпд и совместимы с автотранспортным режимом работы. Данным требованиям соответствуют переключаемые реактивные синхронные электродвигатели, хотя данным требованиям могут также соответствовать электродвигатели асинхронного типа и с постоянными магнитами.

Нагнетатель воздуха в соответствии с настоящим изобретением может работать с автономным электропитанием (без потребности во внешнем источнике питания). Однако в предпочтительном варианте осуществления электрические выводы статоров подключены также к аккумулятору, и контроллер выполнен с возможностью управления потоком мощности между электрическими машинами и аккумулятором.

Обычные автомобильные двигатели подсоединены к аккумулятору для обеспечения возможности пуска и выполнения ряда функций при неработающем двигателе. Поэтому аккумулятор обычно присутствует в любом случае. Однако обеспечение двух электрических машин в нагнетателе воздуха в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает возможность использования одной или обеих электрических машин для пуска двигателя, а также выполнения функции генератора, который обычно используют для генерации электричества для подзарядки аккумулятора. Таким образом, электрические машины могут представлять собой, так называемые, блоки динамостартеров, что позволяет исключить из использования обычный стартер и генератор. В определенных условиях, возможно, целесообразно было бы дополнять электрическую мощность, вводимую генерирующей электрической машиной в крутящую электрическую машину, энергией, подаваемой из аккумулятора, и тем самым улучшать переходную характеристику двигателя во взаимодействии с нагнетателем воздуха. На короткое время, возможно, было бы даже желательно обеспечивать достаточно электроэнергии для того, чтобы обе электрические машины действовали как электродвигатели с использованием энергии от аккумулятора, и, тем самым, дополнительно повышать переходную характеристику двигателя во взаимодействии с нагнетателем воздуха.

Планетарные передачи можно разбить на два основных типа, а именно: отрицательного типа и положительного типа. В планетарных передачах отрицательного типа, если один элемент передачи вращается в одном направлении, а водило удерживается в неподвижном положении, то третий элемент передачи вращается в другом направлении. В планетарных передачах положительного типа, если один элемент передачи вращается в одном направлении, а водило удерживается в неподвижном положении, то третий элемент передачи вращается в упомянутом первом направлении, то есть в том же самом направлении, что и первый элемент передачи.

Передаточные колеса планетарной передачи могут представлять собой зубчатые колеса, и в данном случае движущее усилие передается между находящимися в зацеплении передаточными колесами посредством зацепления их зубьев. Однако в другом варианте передаточные колеса могут быть относительно ровными и представлять собой, так называемые, фрикционные или тяговые колеса, и в данном случае движущее усилие передается между находящимися в зацеплении передаточными колесами посредством фрикционного зацепления роликовых тяговых колес или посредством сдвига текучей среды между упомянутыми колесами.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения нагнетатель воздуха представляет собой нагнетатель наддува такого типа, который содержит центробежную крыльчатку. В данном случае планетарная передача может содержать центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом центральное колесо соединено с крыльчаткой, кольцевое колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и водило соединено с ротором второй электрической машины.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения нагнетатель воздуха представляет собой нагнетатель наддува такого типа, который содержит центробежную крыльчатку. В данном случае планетарная передача может содержать центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом центральное колесо соединено с крыльчаткой, водило соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и кольцевое колесо соединено с ротором второй электрической машины.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения нагнетатель воздуха относится к типу устройств с относительно низкой частотой вращения, в которых воздушный насос относится к насосам объемного типа или является вентилятором охлаждения. В данном случае планетарная передача может содержать центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом кольцевое колесо соединено с воздушным насосом, водило соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и центральное колесо соединено с ротором второй электрической машины.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения нагнетатель воздуха относится к типу устройств с относительно низкой частотой вращения, в которых воздушный насос относится к насосам объемного типа или является вентилятором охлаждения. В данном случае планетарная передача может содержать центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом водило соединено с воздушным насосом, кольцевое колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и центральное колесо соединено с ротором второй электрической машины.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения нагнетатель воздуха относится к типу устройств с относительно низкой частотой вращения, в которых воздушный насос относится к насосам объемного типа или является вентилятором охлаждения. В данном случае планетарная передача может содержать центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом водило соединено с воздушным насосом, центральное колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и кольцевое колесо соединено с ротором второй электрической машины.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения нагнетатель воздуха относится к типу устройств с относительно низкой частотой вращения, в которых воздушный насос относится к насосам объемного типа или является вентилятором охлаждения. В данном случае планетарная передача может содержать центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством сателлитов, которые приводятся в движение общим водилом и находятся в зацеплении с кольцевым колесом, при этом кольцевое колесо соединено с воздушным насосом, центральное колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и водило соединено с ротором второй электрической машины.

Как вариант, планетарная передача может содержать первое центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством первых сателлитов, и второе центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством вторых сателлитов, при этом каждый первый сателлит соединен с соответствующим вторым сателлитом, каждая соединенная пара из первого и второго сателлитов приводится в движение соответствующим общим валом сателлита, валы сателлитов соединены с общим водилом, одно из центральных колес соединено с воздушным насосом, другое центральное колесо соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и водило соединено со второй электрической машиной.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления изобретения планетарная передача может содержать первое центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством первых сателлитов, и второе центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством вторых сателлитов, при этом каждый первый сателлит соединен с соответствующим вторым сателлитом, каждая соединенная пара из первого и второго сателлитов приводится в движение соответствующим общим валом сателлита, валы сателлитов соединены с общим водилом, одно из центральных колес соединено с воздушным насосом, водило соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и другое центральное колесо соединено со второй электрической машиной.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения планетарная передача может содержать первое центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством первых сателлитов, и второе центральное колесо, которое находится в зацеплении с множеством вторых сателлитов, при этом каждый первый сателлит соединен с соответствующим вторым сателлитом, каждая соединенная пара из первого и второго сателлитов приводится в движение соответствующим общим валом сателлита, валы сателлитов соединены с общим водилом, водило соединено с воздушным насосом, одно из центральных колес соединено с входным валом, который соединен с ротором одной из электрических машин, и другое центральное колесо соединено со второй электрической машиной.

В предпочтительном варианте нагнетатель воздуха в соответствии с настоящим изобретением выполнен таким образом, что при относительно низких отношениях скоростей воздушного насоса к скоростям входного вала двигателя одна из электрических машин работает как генератор и вырабатывает электрическую мощность, которая передается на другую электрическую машину, которая работает как электродвигатель, а при относительно высоких отношениях скоростей воздушного насоса к скоростям выходного вала упомянутая другая электрическая машина работает как генератор и вырабатывает электрическую мощность, которая передается на упомянутую одну электрическую машину, которая работает как электродвигатель. Следовательно, в предпочтительном варианте осуществления при постоянной частоте вращения на входе доля входной мощности, передаваемой между двумя электрическими машинами, постепенно уменьшается по мере повышения скорости работы воздушного насоса и затем достигает нуля в так называемой узловой точке, после чего входная мощность начинает передаваться в противоположном направлении в пропорции, возрастающей с ростом скорости работы воздушного насоса. Это означает, что обе электрические машины работают как электродвигатель и как генератор, но при разных рабочих скоростях воздушного насоса. Узловую точку располагают ближе к скоростному режиму, при котором воздушному насосу требуется максимальная мощность, чтобы минимизировать номинальную мощность электрических машин и, следовательно, их стоимость. Как вариант, узловую точку можно расположить так, чтобы обеспечить максимальный рабочий кпд в зависимости от данного рабочего цикла. Это повысит до максимума эффективность нагнетателя воздуха, поскольку кпд механической передачи мощности существенно выше, чем кпд электрической передачи мощности.

Все вышеупомянутые варианты осуществления настоящего изобретения могут быть реализованы с одной из электрических машин, не обладающей генераторной способностью, и с другой, не обладающей крутящей способностью. Тогда работа может быть стабильной при передаточном числе только с одной стороны от узловой точки, а не с обеих сторон.

Дополнительные отличительные признаки и подробности настоящего изобретения станут очевидными из нижеприведенного описания четырех конкретных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематический вид в сечении первого варианта осуществления высокооборотного нагнетателя воздуха для автотранспортных средств в соответствии с настоящим изобретением, который представляет собой нагнетатель наддува для легкового автомобиля;

Фиг.2 - вид, аналогичный виду с фиг.1, второго варианта осуществления автомобильного нагнетателя наддува;

Фиг.3 - график, показывающий зависимость потоков мощности и давления во впускном канале от частоты вращения крыльчатки нагнетателя наддува, показанного на фиг.2;

Фиг.4 - весьма схематичный вид третьего варианта осуществления автомобильного нагнетателя наддува; и

Фиг.5 - вид, аналогичный виду с фиг.1, для низкооборотного автомобильного нагнетателя воздуха в соответствии с настоящим изобретением, который представляет собой охлаждающий вентилятор.

Как показано на фиг.1, нагнетатель наддува содержит воздушный насос 2, который в данном случае образован центробежной крыльчаткой, которая расположена при работе во впускном канале автомобильного двигателя. Крыльчатка 2 соединена с выходным валом 4 системы силовой передачи, входной вал 6 которой снабжен шкивом 8. Во время работы приводной ремень известного типа будет охватывать шкив 8 и дополнительный шкив, приводимый двигателем и установленный на коленчатом валу двигателя, или некоторый дополнительный шкив, соединенный с коленчатым валом для привода от него. Размеры двух шкивов обычно следует выбирать так, чтобы обеспечивать повышающее передаточное число около 3, вследствие чего, если частота вращения двигателя приблизительно равна 1500 об/мин, то частота вращения входного вала будет 4500 об/мин.

Система силовой передачи содержит планетарную передачу отрицательного типа. Входной вал 6 соединен с водилом 10, которое приводит в движение несколько, обычно три, сателлитных шестерни 12, которые установлены с возможностью вращения на соответствующих валах 14 сателлитов. Каждый сателлит 12 находится в зацеплении с центральной шестерней 16, которая приводится в движение выходным валом 4. Сателлиты 12 находятся также в зацеплении с кольцевым зубчатым колесом 18.

Входной вал 6 и кольцевое колесо 18 соединены с роторами 20 и 22 соответствующих электродвигателей/генераторов, которые содержат соответствующие статоры 24, 26. Электрические выводы обоих статоров соединены между собой и во время работы с аккумулятором 25 транспортного средства через контроллер 27, который управляет потоком электрической мощности между тремя блоками.

Во время работы часть мощности, необходимой для вращения крыльчатки, обеспечивается механически. Один из электродвигателей/генераторов работает как генератор и передает электрическую мощность другому электродвигателю/генератору, который работает как электродвигатель и обеспечивает остальную или, по существу, остальную часть мощности, необходимой для вращения крыльчатки с заданной частотой. Если требуется какое-то количество дополнительной мощности, то контроллер 27 выполняет функцию ее отбора от аккумулятора 25. Иногда может быть желательно, чтобы, по меньшей мере, кратковременно вся мощность обеспечивалась аккумулятором. Один или оба электродвигателя/генератора выполнены в форме агрегатного блока динамостартера (ISG), и поэтому, когда вырабатывается избыток электрической мощности, контроллер может выполнять функцию передачи данной мощности в аккумулятор для его подзарядки. Следовательно, блок ISG может заменить обычный автомобильный генератор и может также применяться для пуска двигателя, т.е., следовательно, может заменить обычный стартер двигателя.

На фиг.2 показан нагнетатель наддува измененной конструкции, причем компоненты, которые аналогичны компонентам, показанным на фиг.1, обозначены аналогичными ссылочными позициями. Данный вариант осуществления отличается от варианта осуществления, показанного на фиг.1, двумя важными особенностями, а именно - конструкцией планетарной передачи и, следовательно, также соединениями роторов двух электродвигателей/генераторов и наличием повышающей передачи между выходом передачи и крыльчаткой. Планетарная передача является передачей положительного типа. Входной вал 6 соединен с первой центральной шестерней 30, которая находится в зацеплении с несколькими, обычно тремя, первыми сателлитными шестернями 32, которые установлены с возможностью вращения на соответствующих валах 14 сателлитов. Каждый первый сателлит 32 соединен с соответствующей второй сателлитной шестерней 34, которая установлена на тот же самый вал 14 сателлита. Сателлиты 34 находятся в зацеплении со второй центральной шестерней 36, которая соединена с промежуточным выходным валом 5. Валы 14 сателлитов установлены на общее водило 16. Выходной вал 5 соединен с выходным валом 4 или валом крыльчатки через повышающую коробку передач (редуктор) с постоянным передаточным числом. Данная коробка передач может быть выполнена в разных вариантах, однако в конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.2, данная коробка передач выполнена как положительная планетарная силовая передача с постоянным повышающим передаточным числом 2, 4:1.

Коробка передач содержит первое центральное колесо 17, которое соединено с валом 5 и находится в зацеплении с несколькими, обычно тремя, первыми сателлитами 42. Сателлиты 42 установлены на соответствующие неподвижно установленные валы 44 сателлитов и непосредственно соединены с соответствующими вторыми сателлитами 19. Сателлиты 19 находятся в зацеплении со вторым центральным колесом 48, которое соединено с выходным валом 4.

Входной вал 6 и водило 16 сателлитов соединены с роторами 20 и 22 соответствующих электродвигателей/генераторов, которые снабжены соответствующими статорами 24, 26. Электрические выводы двух статоров также соединены между собой и во время работы с аккумулятором транспортного средства через контроллер, который управляет потоком электрической мощности между тремя блоками.

Режим работы нагнетателя наддува, показанного на фиг.2, по существу, аналогичен нагнетателю наддува, описанному со ссылкой на фиг.1.

На фиг.3 показаны изменения потоков мощности и давления во впускном канале двигателя, оборудованного нагнетателем наддува, конструкция которого показана на фиг.2, когда скорость крыльчатки (и, следовательно, давление наддува) повышается при постоянной частоте вращения двигателя. Показанный режим характеризуется отсутствием потока электрической мощности к аккумулятору и от него. Кривая, обозначенная ссылочной позицией 50, показывает общую входную мощность, получаемую от двигателя; кривая, обозначенная сылочной позицией 52, показывает механическую мощность, которую дает первый электродвигатель/генератор 20/24; кривая, обозначенная ссылочной позицией 54, показывает механическую мощность, которую дает второй электродвигатель/генератор 22/26, и кривая, обозначенная ссылочной позицией 56, показывает результирующее давление на входе. При относительно низкой частоте вращения крыльчатки первая электрическая машина работает как электродвигатель, а вторая электрическая машина работает как генератор с приводом от двигателя. Узловая точка показана пересечением кривых, обозначенных ссылочными позициями 52 и 54. Когда частота вращения крыльчатки превышает значение узловой точки, первая электрическая машина становится генератором, а вторая электрическая машина становится электродвигателем. Как можно видеть, при низких частотах вращения один из электродвигателей/генераторов, в данном случае электродвигатель/генератор 22, 26, работает как генератор с приводом от двигателя и передает электрическую мощность в другой электродвигатель/генератор 20, 24, который работает как электродвигатель. Когда частота вращения крыльчатки повышается, передаваемая электрическая мощность уменьшается до нуля в узловой точке и затем повышается в отрицательную сторону, то есть электродвигатель/генератор 20, 24 работает как генератор и передает мощность в другой электродвигатель/генератор, который работает как электродвигатель. Узловая точка, в которой передаваемая электрическая мощность равна нулю, соответствует в данном случае приблизительно 146000 об/мин, и данную частоту вращения выбирают для уменьшения до минимума номинальной мощности электрических машин. Это означает, что основная часть режимов работы нагнетателя наддува характеризуется относительно небольшой электрической мощностью, передаваемой между двумя электродвигателями/генераторами, и вследствие этого эффективность нагнетателя наддува максимально возрастает, поскольку электрические потери сокращаются до минимума благодаря тому, что большая часть мощности, передаваемой системой силовой передачи, передается механическим способом, который более эффективен по своей сути.

На фиг.4 показан схематичный вид еще одного варианта осуществления нагнетателя наддува, который аналогичен нагнетателю наддува, показанному на фиг.1, но отличается от него в одном очень важном отношении, а именно: в планетарной передаче применяются не зубчатые, а, по существу, ровные передаточные колеса, находящиеся, по существу, в зацеплении качения друг с другом, и вследствие этого передача является передачей известного фрикционного или тягового типа. Нагнетатель наддува размещен во внешнем корпусе 58, который показан только частично и содержит различные подшипниковые опоры для различных вращающихся валов.

Планетарная передача и в данном случае содержит кольцевое колесо 18', которое находится в зацеплении с несколькими, обычно тремя, сателлитами 12', приводимыми в движение соответствующими валами 14' сателлитов, которые соединены с общим водилом 10' сателлитов. Сателлиты 12 находятся в зацеплении с центральным колесом 16', которое значительно меньше, чем центральное колесо 16 с фиг.1, и в данном случае просто составляет участок длины выходного вала 4'. Входной вал 6 опять-таки соединен с ротором 20 первого электродвигателя/генератора, но при этом соединен с кольцевым колесом 18' передачи, а не с водилом. Водило 10', а не кольцевое колесо, соединено с ротором 22 второго электродвигателя/генератора.

Принцип действия нагнетателя наддува по существу аналогичен принципу действия нагнетателя наддува, показанного на фиг.1, однако следует отметить, что применение тяговых роликов вместо зубчатых колес позволяет использовать центральное колесо значительно меньшего размера и благодаря этому обеспечивает получение более высокого повышающего передаточного числа, что обеспечивает возможность исключения повышающей передачи согласно варианту осуществления, показанному на фиг.2, но, тем не менее, возможность достижения очень высокой частоты вращения на выходе.

На фиг.5 показан другой вариант осуществления нагнетателя воздуха, который представляет собой автомобильный вентилятор, обычно расположенный около автомобильного радиатора охлаждения. В данном случае воздушный насос 2 представляет собой крыльчатку вентилятора или осевую крыльчатку, которая обычно вращается с частотой, намного меньшей частоты вращения центробежной крыльчатки. Крыльчатка 2 соединена с выходным валом 4 системы силовой передачи, на входном валу 6 которой находится шкив 8, который во время работы приводится во вращение ремнем, охватывающим данный шкив и дополнительный шкив, установленный на коленчатом валу двигателя или соединенный с данным валом для вращения от него. Выходной вал 4 соединен с первым центральным колесом 60 планетарной передачи положительного типа, которое находится в зацеплении с множеством первых сателлитов 62. Каждый первый сателлит 62 соединен с соосным вторым сателлитом 64. Каждая соосная пара сателлитов установлена с возможностью вращения на соответствующий вал 66 сателлита, который соединен с общим водилом 68, которое, в свою очередь, соединено с входным валом 6. Вторые сателлиты 64 находятся в зацеплении со вторым центральным колесом 70, которое соединено с валом 72, проходящим соосно внутри входного вала 6. На валу 72 имеется фланец 74, с которым соединен ротор 22 электродвигателя/генератора, который является устройством коммутируемого реактивного синхронного типа и содержит статор 26. Входной вал 6 соединен с ротором 20 другого электродвигателя/генератора, который содержит статор 24.

Принцип данного варианта осуществления, в основном, аналогичен принципу действия первого варианта осуществления, однако конструкция и передаточные отношения таковы, что частота вращения крыльчатки намного меньше, и максимальная частота вращения на выходе не выше, чем 1000 об/мин, против частоты вращения свыше 100000 об/мин для центробежной крыльчатки согласно первому варианту осуществления. Когда необходима работа вентилятора, контроллер, который соединяет электрические выводы двух статоров между собой и с аккумулятором, функционирует так, чтобы передавать электрическую мощность от одного электродвигателя/генератора к другому и изменять передаточное отношение системы силовой передачи, так что вращение крыльчатки обеспечивается, частично, механической мощностью, передаваемой от двигателя через систему силовой передачи, а частично также мощностью, доставляемой одним из электродвигателей/генераторов, который работает как электродвигатель и питается от другого электродвигателя/генератора, который работает как генератор.

И вновь нагнетатель характеризуется единственной узловой точкой, то есть, единственной частотой вращения, которая в данном случае несколько выше 1000 об/мин, при которой электрическая мощность, передаваемая между двумя электродвигателями/генераторами, проходит через нуль, то есть при которой соответственно обращаются электродвигательный и генераторный режимы работы двух электродвигателей/генераторов.