基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的制作方法

1.本实用新型涉及车用空调压缩机技术领域，具体说，涉及一种基于行星齿轮加速器的双动力压缩机。


背景技术：

2.现有的燃油车的车用空调压缩机是通过皮带轮进行机械驱动，仅在发动机运行状态下才能工作；在驻车情况下，基于省油或者减少发动机噪音等需求将车辆熄火，从而导致了发动机停转情况下无法使用空调降温的问题。
3.现有技术中公开了带电双驱汽车空调压缩机减速离合机构与电机传动装置（申请号2020216552489），包括压缩机壳体、皮带轮、端盖和设置在压缩机壳体内的行星式齿轮减速器、棘轮离合器、电机以及涡旋式压缩机构；皮带轮的输出端与压缩机主轴相连接；电机的输出端通过行星式齿轮减速器、棘轮离合器、与压缩机主轴相连接。虽然通过电机和皮带轮共用同一个压缩机机构，达到了轻量化、节省安装空间的效果，但是存在弊端如下：一体式双动力压缩机为了配合发动机的低转速，必须选用大排量的压缩机，存在资源浪费。
4.因此，亟需一种设计合理，节能的双动力压缩机。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于，提供一种基于行星齿轮加速器的双动力压缩机，该基于行星齿轮加速器的双动力压缩机解决了双动力压缩机必须采用大排量压缩机构的弊端。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种基于行星齿轮加速器的双动力压缩机，包括压缩机壳体、轮带机构、端盖和设置在压缩机壳体内的借助旋转运动来压缩流体的压缩机构、连接在压缩机构上的太阳轮旋转驱动轴以及贯穿设置在太阳轮旋转驱动轴上的电机机构；
7.压缩机构通过太阳轮旋转驱动轴与电机机构和轮带机构相连接；其中，轮带机构通过行星轮保持架输入轴与行星式齿轮加速器连接；轮带机构包括皮带轮和用于控制皮带轮吸合转动的电磁离合器；
8.还包括用于控制轮带机构、电机机构和压缩机构的控制单元。
9.进一步，优选的，行星式齿轮加速器包括太阳轮、行星轮、齿圈、行星保持架和行星轮保持架输入轴；齿圈与压缩机壳体过盈配合，行星轮经行星轮保持架输入轴与电磁离合器相连接，皮带轮通过电磁离合器吸合后驱动行星轮保持架输入轴旋转；太阳轮与太阳轮旋转驱动轴一体相连接。
10.进一步，优选的，电磁离合器为摩擦式电磁离合器，包括吸盘、用于控制吸盘与所皮带轮吸合或者分离的电磁线圈和弹性元件；其中，
11.皮带轮通过轮带轴承与压缩机壳体滚动连接，电磁线圈设置在皮带轮和压缩机壳体之间，在皮带轮的轮轴平行方向设置有吸盘，行星轮保持架输入轴通过弹性元件与吸盘相连接。
12.进一步，优选的，电机机构通过用于防止电机机构的转子发生反转的传动组件与太阳轮旋转驱动轴连接，其中，传动组件包括单向轴承、轴承套和滚针轴承，所述单向轴承、所述轴承套和所述滚针轴承依次套接在所述太阳轮旋转驱动轴上。
13.进一步，优选的，轴承套包括套筒部和直径大于套筒部的台阶部；套筒部具有外表面和内表面；电机机构的输出端与套筒部的外表面相连接；太阳轮旋转驱动轴通过滚针轴承与套筒部的内表面滚动连接；台阶部和套筒部的交界处形成用于抵接单向轴承的环状的第一台阶面；单向轴承的内圈与太阳轮旋转驱动轴固定连接，单向轴承的外圈与台阶部固定连接。
14.进一步，优选的，轮带机构套接在包覆有压缩机壳体的行星轮保持架输入轴上，压缩机壳体与行星轮保持架输入轴滚动连接；电机机构包括定子和内置磁钢的转子，定子与压缩机壳体过盈配合，转子与轴承套的套筒部的外表面固定连接。
15.进一步，优选的，控制单元包括用于控制电机机构的定子通电，使定子对电机机构的转子产生磁阻扭矩，以阻止转子发生回转的电机控制器。
16.进一步，优选的，控制单元还包括用于当发动机转速超过设定转速阈值时，使电磁离合器与皮带轮分离的防过载模块。
17.进一步，优选的，控制单元还包括动力切换模块，所述动力切换模块用于当所述电磁离合器与所述皮带轮分离时间超过设定时间阈值且发动机转速超过设定转速阈值时，切换电机机构作为压缩机构的动力来源。
18.如上所述，本实用新型的一种基于行星齿轮加速器的双动力压缩机，通过同轴设置轮带机构、压缩机构、太阳轮旋转驱动轴以及电机机构，实现了压缩机具备两种驱动方式；其有益效果如下：
19.1）皮带轮和电机机构共用一组涡旋盘，通过行星式齿轮加速器达到提高涡旋盘转速的目的，从而实现压缩机的工作状态可以在电动和发动机带轮传动两种模式下快速切换且在采用较小排量的压缩机时而不影响制冷效果。
20.2）通过采用单向轴承或者采用电机控制器实现了在皮带轮传动的时候转子静止，杜绝了因转子转动而产生磁阻扭矩损耗发动机功率的现象，进而实现两种驱动方式的独立运作，同时避免了额外功率损耗，实现带轮动力利用的最大化。
附图说明
21.通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
22.图1是本实用新型的一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的控制原理示意图；
23.图2是本实用新型的一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的结构示意图；
24.图3是本实用新型的一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的控制单元的结构示意图。
25.其中，1、燃油发动机；2、轮带机构；21、皮带轮；22、电磁离合器；221、吸盘；222、电磁线圈；223、弹性元件；224、螺母；225、轮带轴承；3、压缩机构；31、太阳轮旋转驱动轴；4、发
动机皮带轮；5、电机机构；51、定子；52、转子；53、磁钢；6、皮带；7、控制单元；71、电机控制器；72、防过载模块；73、动力切换模块；8、压缩机壳体；9、端盖；10、传动组件；101、单向轴承；102、轴承套；1021、套筒部；1022、台阶部；1023、第一台阶面； 103、滚针轴承；11、行星式齿轮加速器；1101、齿圈；1102、行星轮；1103、行星轮保持架输入轴。
具体实施方式
26.在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
27.需要说明的是，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“前端”、“末端”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。而“连接”和“固定连接”及其变型是指同轴和同步连接，其中两个连接的组件不能彼此相对移动(例如，通过联接的连接和由平键形成的连接) 或花键和轴环，或具有固定转速比的背面传动连接(例如通过齿轮，皮带轮或链轮的传动连接)。
28.下面将参照附图对本实用新型的各个实施例进行详细描述。
29.图1对一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的控制原理示意进行描述。其中，图1为是本实用新型的一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的控制原理示意图；如图1所示，在一个车用空调的双动力压缩机的应用场景中，燃油发动机1带动发动机皮带轮4转动，而发动机皮带轮4通过皮带6与轮带机构2相连接。控制单元7控制燃油发动机1、电机机构5、压缩机构3；其中，控制单元7 由硬件部分和软件部分组成。硬件部分是带有mcu控制芯片、传感器的控制器，该控制器具有多个用于数字量和模拟量输出和输入的通道。具体地说，控制单元7通过传感和控制装置控制整个系统的运行收集各个变量参数。该软件程序通过通讯协议，达到自动调节控制的目的。控制单元收集压缩机以及燃油发动机1以及电机机构5的运行参数和控制参数，并根据这些参数输出控制信号，而所有需要控制的组件都通过信号线或控制线连接。
30.电机机构5通过单向轴承101与压缩机构3相连接，而轮带机构2包括皮带轮21和电磁离合器22；轮带机构2通过行星式齿轮加速器11与压缩机构3相连接，进一步的，行星式齿轮加速器11与轮带机构2的电磁离合器22相连接。其中，作为行星式齿轮加速器的替代示例，行星齿轮机构可以是单排ngw或nw行星齿轮机构，也可以是串联的两列以上的行星齿轮机构。而电磁离合器用于响应来自控制单元的控制信号执行离合动作。
31.具体地说，通过燃油发动机1的皮带6与轮带机构2传动连接；而轮带机构2经过行星式齿轮加速器11与压缩机构3相连接。其中，电机机构5的电力来源可以是蓄电池也可以为其它另置的发电机。
32.图2对一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的结构示意进行描述。其中，图2为是本实用新型的一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的结构示意图；如图2所示，
33.双动力压缩机系统包括压缩机壳体8、轮带机构2、端盖9和设置在压缩机壳体8内的借助旋转运动来压缩流体的压缩机构3、连接在压缩机构3上的太阳轮旋转驱动轴31以及贯穿设置在太阳轮旋转驱动轴31上的电机机构5；压缩机构3通过太阳轮旋转驱动轴31与电机机构5和轮带机构2相连接；其中，轮带机构2通过行星式齿轮加速器11与太阳轮旋转驱动轴31连接；轮带机构2包括皮带轮21和用于控制皮带轮21吸合转动的电磁离合器22；还包括用于控制轮带机构2、电机机构5和压缩机构3的控制单元7。太阳轮旋转驱动轴为偏心轴。
34.在一个具体的实施例中，行星式齿轮加速器11包括太阳轮旋转驱动轴31、行星轮1102、齿圈1101、行星保持架和行星轮保持架输入轴1103；齿圈1101与压缩机壳体8过盈配合，行星轮1102经行星轮保持架输入轴1103与电磁离合器22相连接，皮带轮21通过电磁离合器22吸合后驱动行星轮保持架输入轴1103旋转。
35.需要说明的是，电磁离合器可以为摩擦式电磁离合器也可以为嵌齿式电磁离合器；行星轮保持架输入轴为行星保持架一体输入轴。
36.为了进一步提升压缩机工作效率，电磁离合器22为摩擦式电磁离合器，包括吸盘221、用于控制吸盘221与皮带轮21吸合或者分离的电磁线圈222、弹性元件223和用于固定的螺母224；其中，皮带轮21通过轮带轴承225与压缩机壳体8滚动连接，电磁线圈222设置在皮带轮21和压缩机壳体8之间，在皮带轮21的轮轴平行方向设置有吸盘221，行星轮保持架输入轴1103通过弹性元件223与吸盘221相连接。
37.以卡车压缩机中的涡旋盘压缩机为例，正常行驶过程中燃油发动机转速为1600～2200r/min，要考虑涡旋盘流体泄漏问题，还需要保证制冷量需求，而同时因为燃油发动机输出转速低所以带轮压缩机需要设计大排量70cc甚至120cc；燃油发动机转速一定时，通过增加行星式齿轮加速器可以达到提高涡旋盘3~5倍转速的技术效果，若达到同等70~120cc的制冷量，其匹配的压缩机的排量可以降到20~35cc。比如，当压缩机排量降到20cc时，即使燃油发动机处在怠速的情况下（如燃油发动机怠速500rpm，低速输入行星式齿轮加速器，通过行星式齿轮加速器提高3倍转速，使涡旋盘的转速达到1500rpm），也不会产生因为燃油发动机转速低导致涡旋盘流体泄漏和制冷量不足的状况，根本性地解决了带轮涡旋压缩机需要通过增加排量来抵消低转速情况下流体泄漏还能满足所需的制冷量的问题。
38.在一个具体的实施例中，为了防止电机机构5的转子52反向旋转，电机机构5与太阳轮旋转驱动轴31上设置有单向轴承101。单向轴承即超速离合器，也被称为单向离合器，其可以是楔形，棘轮形或辊形离合器等，其中，单向离合器具有最佳的技术性能。具体地说，轴承套102承受可能承受的轴向力。具体地说，电机机构5通过用于防止电机机构的转子发生反转的传动组件10与太阳轮旋转驱动轴31连接，其中，传动组件10包括单向轴承101、轴承套102和滚针轴承103，单向轴承101、所述轴承套102和所述滚针轴承103依次套接在所述太阳轮旋转驱动轴31上。轴承套102包括套筒部1021和直径大于套筒部1021的台阶部1022；套筒部1021具有外表面和内表面；电机机构5的输出端与套筒部1021的外表面相连接；太阳轮旋转驱动轴31通过滚针轴承103与套筒部1021的内表面滚动连接；台阶部1022和套筒部1021的交界处形成用于抵接单向轴承的环状的第一台阶面1023；单向轴承101的内圈与太阳轮旋转驱动轴31固定连接，单向轴承101的外圈与台阶部1022固定连接。作为本实施例的改进台阶部1022向外延伸形成环状的第二台阶面（图中并未示出），第二台阶面与用于增大轴承套的转动阻力的阻尼器（图中未示出）相连接。其中，轮带机构2套接在包覆有压缩机壳
体8的太阳轮旋转驱动轴31上，压缩机壳体8与太阳轮旋转驱动轴31滚动连接；电机机构5包括定子51和内置磁钢53的转子52，定子51与压缩机壳体8过盈配合，转子52与轴承套102的套筒部1021的外表面固定连接。定子和转子组合从而构成电机驱动机构，太阳轮旋转驱动轴31插入该转子52中并与转子52连接，转子52与太阳轮旋转驱动轴31一体旋转。
39.通过采用单向轴承101，当在皮带轮21作为动力传动的场景下，电机机构5的转子52部分通过单向轴承101在皮带轮21传动的时候不产生相对运动，进而不产生磁阻扭矩损耗燃油发动机功率；当在电机机构5作为动力传动的场景下，轮带机构2的电磁离合器22处于断电的空转状态，电机机构的转子52正常运行，而通过单向轴承101的正向转动锁止作用带动太阳轮旋转驱动轴31以进行带动涡旋盘的制冷工作，压缩机正常运行。
40.在另一个具体的实施例中，为了防止电机机构5的转子52反向旋转，也可以通过改进电机控制器71，通过控制电机机构5的定子51通电，使定子51对电机机构5的转子52产生磁阻扭矩，以阻止转子52发生回转。
41.具体地说，通过电机控制器71控制电机机构5的定子51三相线中的任意两相或者三相导通，使定子51对转子52产生加强磁阻，进一步消除轮带机构2高速运转过程中，导致单向轴承101的超越不分离现象。其中，电机控制器为控制永磁电机的电子电路。总之，在皮带轮和永磁电机共用一组涡旋盘的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机中，当使用以皮带轮为动力源的场景下，控制器对电机机构的转子实施制动，以实现转子相对于定子有磁阻扭矩的技术效果。
42.图3对一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的控制单元的结构进行描述。其中，图3为是本实用新型的一个实施例所述的基于行星齿轮加速器的双动力压缩机的控制单元的结构示意图；如图3所示，
43.控制单元7包括用于控制电机机构5的定子51通电，使定子51对电机机构5的转子52产生磁阻扭矩，以阻止转子52发生回转的电机控制器71。
44.控制单元7还包括用于当燃油发动机1转速超过设定转速阈值时，使电磁离合器22与皮带轮21分离的防过载模块72。在一个具体的实施例中，仍以卡车为例，在卡车进行加速或者爬坡的场景中，其燃油发动机的转速可达6000~7000r/min，经过行星式齿轮加速器进行加速后，转速可达21000rpm，明显超出压缩机的承受范围。为了保护压缩机，检测燃油发动机转速超过设定转速阈值2000rpm之后，防过载模块72控制电磁离合器22断开，也就是说，当燃油发动机的转速高于设定值时，压缩机停止工作，暂时停用空调。进而杜绝了因为燃油发动机的扭力输入造成行星齿轮加速后转速高的问题。
45.控制单元7还包括动力切换模块73，动力切换模块73用于当电磁离合器22与皮带轮21分离时间超过设定时间阈值且燃油发动机1转速超过设定转速阈值时，切换电机机构5作为压缩机构3的动力来源。仍然以卡车为例，因为燃油发动机转速过高，电磁离合器22断开，导致压缩机停止工作，暂时停用空调。为了进一步保证车厢内的舒适度，设置压缩机停用时间的时间阈值，比如3分钟。如果电磁离合器22断开时间达到设定时间阈值3min，而此时检测到的燃油发动机的转速仍然高于2000rpm；则直接启动电动机构5进行压缩机制冷，直至燃油发动机转速下降值设定转速阈值以下。
46.本实用新型的一种基于行星齿轮加速器的双动力压缩机，通过同轴设置轮带机构、压缩机构、太阳轮旋转驱动轴以及电机机构，实现了压缩机具备两种驱动方式；皮带轮
和电机机构共用一组涡旋盘，通过行星式齿轮加速器达到提高涡旋盘转速的效果，从而实现不影响使用效果的前提下采用较小排量的压缩机，实现压缩机的工作状态可以在电动和燃油发动机带轮传动两种模式下快速切换。通过采用单向轴承或者采用电机控制器实现了在皮带轮传动的时候转子转动，杜绝了因产生磁阻扭矩损耗燃油发动机功率的现象，进而实现两种驱动方式的独立运作，避免了采用皮带轮驱动时电机转子转动，进而避免了额外功率损耗，实现带轮动力利用的最大化，具有降低成本，实现装置整体轻量化，易于安装的技术效果。而且，本实用新型的一种基于行星齿轮加速器的双动力压缩机可以在现有技术的双动力压缩机模型中实施而无需大量的改装。因此，降低了开发新压缩机模型和改造现有压缩机的成本。
47.尽管前面公开的内容示出了本实用新型的示例性实施例，但应注意，在不背离权利要求限定的本实用新型的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的发明实施例的结构，权利要求的组成元件可以用任何功能等效的元件替代。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。