专利名称：具有共同定子的动力产生和储存系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及一种动力系统，更具体地，涉及一种具有马达/发电机、 动力储存装置和共同的定子的混合动力系统。
背景技术：
包括商用车辆(vocationalvehicle)、非公路作业拖运卡车、电动平地 机、轮式装载机和其它类型的重型机械在内的机械被用于各种作业中。这 些机械通常包括与发动机例如柴油发动机、汽油发动机或用气态燃料提供 动力的发动机连接的发电机。发动机机械地驱动发电机以便产生电力，该 电力可以用于推进机械、为机械的附属负载提供动力和/或驱动一个或多个 与机械连接的作业机具。由牵引装置、附属设备或作业机具作用在发电机 上的动力负载沿反方向被传递至发动机。动力负载的变化一一或者需要额 外的动力或者较少的动力一一能造成发动机偏离期望的运行范围。从期望 的运行范围偏离导致低效率、低生产率、发动机磨损增加和操作者不满意。
轮。可通过增加飞轮的惯性来减小速度变化的幅度。但是，当飞轮的惯性 增加时，发动机的响应度降低。传统的飞轮可能无法在使发动机速度波动 最小和允许发动机快速响应于期望的动力变化之间提供平衡。
在提供对大范围的负载变化的响应度改进的飞轮的尝试设计中，提出 了一种电飞轮。特别地，2005年5月10日授予Kazama的美国专利 No.6，891,279 ('279专利)描述了一种具有发电装置、电力储存单元和车辆 驱动马达的混合动力车，所述车辆驱动马达由通过发电装置和电力储存单 元中至少一个提供的电力输出进行驱动。所述电力储存单元与发电装置分
离，并且包括与电动发电才几(electric motor generator)连接以将电力储存 为旋转能量的飞轮。然后被储存的电力可以用于在来自发电装置的动力不 能满足车辆驱动马达的动力需求的情况下驱动车辆马达。
'279专利的电力储存单元虽然可以提供改进的、对一定范围的负载变 化的响应度，但是该电力储存单元昂贵且庞大。尤其是由于发电装置和电 力储存单元彼此分离，它们会要求双倍的电子部件。这些双倍的部件会增 加混合动力车的成本，并减少了车辆中的可用空间。
本发明的动力系统解决了上述一个或多个问题。
发明内容
一方面，本发明的目的是提出一种动力系统。该动力系统包括动力源、 由动力源机械地驱动的第一转子和与动力源旋转地分离第二转子。该动力 系统还包括第 一转子和第二转子共用的定子。
另一方面，本发明的目的是提出一种机动车辆。该机动车辆包括发动
机和与发动机可操作地机械连接的定子。该机动车辆还包括由发动机机械
地驱动以^^与定子相互作用产生电力的第一转子、由电力可操作地驱动以
便推动机动车辆的牵引装置和构造成与定子相互作用并旋转地储存和释放 动力的第二转子。
图l是示例性的机动车辆的示意图2是用于图1中车辆的动力系统的示意图。
具体实施例方式
图1示出机械10的示例性实施方式。机械10可以体现为机动车辆， 其构造成用于执行与例如运输业、采矿业、建筑业、农牧业或本领域已知 的任何其它行业有关的某种类型的操作。例如，机械10可以是运土机械， 例如拖运卡车、轮式装载机、锄耕机、电动平地机或任何其它合适的作业
机械。机械IO包括至少一个由动力系统14驱动的牵引装置12。
牵引装置12可以包括位于机械10每一侧的车轮(仅示出一侧)。或 者，牵引装置12可以包括履带、运动带或其它已知的牵引装置。可以设想 机械10上的任何轮都可以被驱动和/或转向。
如图2所示，动力系统14可以包括发动机16，例如柴油发动机、汽 油发动机、如天然气发动机等用气体燃料提供动力的发动机或者本领域技 术人员可以显见的任何其它类型的发动机。动力系统14可选择地可以包括 非燃烧动力源例如燃料电池、动力储存装置、电动马达或其它类似的机构。 发动机16可以通过电驱动装置18连接成驱动牵引装置12，从而推动机械 10。
电驱动装置18可以包括协作成将发动机16的机械动力输出转化成用 于推动机械10的电力的部件。例如，电驱动装置18可以包括马达/发电机 20，该马达/发电机20可旋转以便产生导向共用总线22的电力输出，并且 可电力地驱动以^t机械地使输出轴24旋转。电驱动装置18还可以包括构 造成用于从共用总线22中提取动力和向共用总线22释放动力的动力储存 装置26。可以设想，电驱动装置18还可以包括可操作地连接、以便从共 用总线22提取动力并推动牵引装置12的电驱动马达(未示出)；与驱动 马达、马达/发电机20和动力储存装置26连接的控制器(未示出)；构造 成消耗来自共用总线22的多余的动力的阻抗栅极电路(未示出)；另外的 储存装置例如电池29或电容器组(未示出)，和本领域已知的其它类似的 驱动部件。
马达/发电机20可以是单一的单元，该单元被构造成用于选择性地通 过对发动机16作用转矩而作为马达运行，或者作为由发动机16驱动以产 生电力的发电机运行。具体地，马达/发电机20可以包括能够在固定的外 部定子30中旋转的转子28。电流可以顺序地作用在定子30的绕组(未示 出)上，以便产生促使转子28使输出轴24旋转的旋转磁场。相反地，当 转子28在定子30中祐发动机16旋转地驱动时，定子30的绕组中可以感 应出电流。转子28可以固定地与输出轴24连接，从而输出轴24的输出旋
转导致转子28的相应的旋转。定子30可通过固定件32可操作地固定至发 动机16。固定件32可以直接连接至发动机16或者，可选择地通过发动机 壳(未示出)间接地连接至发动机16,
共用总线22可以包括正电极线路35和负电极线路36，这些线路将马 达/发动机20、动力储存装置26、电池29、电容器、阻抗栅极电路和其它 部件连接至驱动马达。共用总线22还可以与从共用总线22转移动力的附 属动力负载(未示出)电连接。
动力储存装置26 (也被称为电飞轮)可以包括用于旋转地储存和释放 能量的部件。特别地，动力储存装置26可以包括能够在定子30中旋转的 转子34 (例如，转子28和转子34可以共有定子30 )。电流可以顺序地作 用在定子30的绕组上，以便产生促使转子34旋转的旋转磁场。转子34 可以具有较大的惯量(例如具有比转子28大的惯量)，并且一旦开始运动 即可以在相当长时间内保持运动。当转子34在定子30内旋转时，转子34 的旋转运动可以用于在定子30的绕组中感应出电流。转子34可以独立于 输出轴24旋转，从而输出轴24的输出旋转对转子34的旋转影响很小或没 有影响，反之亦然。转子34可以由一个或多个支承件38支承，并直接地 或通过固定件32间接地安装在发动机16上。虽然支承件38被示出为位于 转子34的沿径向的外側，但是，如果希望，支承件38也可以选择成位于 转子34的沿径向的内侧、在转子34和输出轴24之间。
工业适用性
本发明的系统可以用于任何需要緩冲和/或储存动力负栽以便使运行 偏差最小或防止运行偏离出希望的运行范围的动力系统。本发明中，术语 "希望的运行范围"包括机械操作者和/或机械控制系统希望达到和/或维持 的那些运行状态、例如发动机速度。偏离该希望的运行范围可能会导致燃 料消耗增加、废气排放增加、发动机温度升高、机械生产率降低、操作者 不满意和/或响应度降低。
偏离期望的运行范围可以发生于当牵引装置12承受的动力负载的突
然变化通过电驱动装置18或其它发动机驱动装置4皮传递至发动机16时。 机械10可以利用动力储存装置26来緩冲突然变化。例如，在动力负栽急 剧减少时，马达/发电机20产生的过量的动力可以被引导至动力储存装置 26和被动力储存装置26吸收，从而使转子34旋转。相反，在动力负载急 剧增加时，转子34的旋转可以用于产生额外的动力(例如作为马达/发电 机20产生的动力的补充)，该动力被返回引导以便驱动转子28和输出轴 24，或被引导成驱动机械10的驱动马达。按照这种方式，与发动机16仅 仅包括传统的飞轮的情况相比，动力系统14可使得发动机16能更加迅速 地响应动力负载的突然变化。因此，动力系统14可降^f良发动机16偏离希 望的运行范围的可能性。另外，由于动力从马达/发动机20到动力储存装 置26的引导和从动力储存装置26到马达/发动机20的引导使用共同的电 子部件(例如共同的定子30)，电驱动装置18的成本和占用的空间可祐: 减少。
本领域的技术人员将会显见，在不偏离本发明的范围的情况下可以对 本发明的动力系统进行各种改变和变型。考虑到对本文公开的动力系统的 说明和实践，该动力系统的其它实施方式对本领域的技术人员是显而易见 的。应理解，本说明书和示例仅仅是示例性的，本发明的真实范围由所附 权利要求及其等同方式限定。
权利要求
1. 一种动力系统(14)，包括动力源(16)；由动力源机械地驱动的第一转子(28)；与动力源旋转地分离的第二转子(34)；和第一和第二转子共用的定子(30)。
2. 根据权利要求1所述的动力系统 成选择性地储存和释放旋转能量的飞轮。
3. 根据权利要求2所述的动力系统 大于第一转子的惯量。
4. 根据权利要求1所述的动力系统 动力源机械地连接。
5. 根据权利要求1所述的动力系统 地与动力源机械地连接。
6. 根据权利要求1所述的动力系统 转子可操作地电驱动。
7. 根据权利要求6所述的动力系统 转子可操作地电驱动。
8. —种机动车辆(10),包括如权利要求1-7中任一项所述的构造成产生电力的动力系统(16);和通过所述电力可^Mt地驱动以推动机动车辆的牵引装置(12)。,其特征在于，第二转子是构造 ,其特征在于，第二转子的惯量 ，其特征在于，定子可操作地与 ,其特征在于，第二转子可操作 ，其特征在于，第二转子被第一 ，其特征在于，第一转子被第二
全文摘要
本发明公开了一种用于机动车辆的动力系统。该动力系统具有动力源、由动力源机械地驱动的第一转子和与动力源旋转地分离的第二转子。该动力系统还具有第一转子和第二转子共用的定子。
文档编号B60K6/46GK101395031SQ200780007074
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月2日 优先权日2006年2月28日
发明者S·A·莱曼 申请人:卡特彼勒公司