专利名称：具有双转子电动发电机的动力系的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有双转子电动发电机的变速器。
背景技术：
一种混合动力变速器是可由发动机以及与储能装置相连的电动发电机来提供动 力的变速器。设计混合动力系的关键目标是使得在各种操作模式下能够具有高操作效率以 满足车辆操作的各种条件。经常地，提供纯电动操作模式(即，其中车辆仅由电动机提供动 力)和纯发动机操作模式。还可提供混合动力操作模式，其中发动机和电动机都增加动力。 所期望的是在执行各种操作模式以最佳地满足车辆动力需求而同时保持平稳过渡的效率。
发明内容
提供一种动力系，其包括发动机以及具有输入构件和输出构件的变速器。该动力 系还包括电动发电机，该电动发电机具有可通电的定子、第一转子和第二转子(即，双转子 电动机)。两个转子都可借助定子的通电而旋转。被称为发动机离合器的第一扭矩传递机 构选择性地可接合以将发动机连接成与第一转子和第二转子其中之一共同旋转。被称为电 动机离合器的第二扭矩传递机构选择性地可接合以将第一转子连接成与第二转子共同旋 转。变速器输入构件持续连接成与第一转子和第二转子中的另一个共同旋转。优选地，所述转子和所述定子同心；所述第一转子在所述定子的径向外侧，所述第 二转子在所述定子的径向内侧。优选地，所述第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述发动机连接成与所述第 一转子共同旋转。优选地，所述第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述发动机连接成与所述第 二转子共同旋转。优选地，所述转子和所述定子与所述转子的旋转中心线同轴且所述转子不相互同 心；并且所述第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述发动机连接成与所述第一转子共 同旋转。优选地，所述动力系包括操作地连接至所述定子的电池；其中当所述第一扭矩传 递机构不接合而所述第二扭矩传递机构接合时提供电动车辆操作模式，并且在该模式中所 述电池对所述定子通电以致使所述第一转子和所述第二转子旋转。优选地，由被通电的定子产生的旋转定子场在施加至所述变速器的扭矩相对较高 时旋转得快于所述第一转子和所述第二转子，并且在施加至所述变速器输入构件的扭矩相 对较低时旋转得快于连接成与所述变速器输入构件共同旋转的另一个转子。优选地，所述动力系进一步包括操作地连接至所述定子的电池；其中通过接合所 述第一扭矩传递机构并在所述第一转子的速度与被通电定子的旋转定子场的速度基本相 同时接着接合所述第二扭矩传递机构而在电动车辆操作模式期间利用电池动力起动所述 发动机。
4
优选地，通过在所述发动机运行时接合所述第一扭矩传递机构而不接合所述第二 扭矩传递机构来提供电动扭矩变换器操作模式，从而所述第一转子产生所述定子的定子场 并相对于该定子的该定子场旋转，从而使该定子场为所述第二转子提供动力以驱动所述变
速器O优选地，通过在所述发动机运行时接合两个扭矩传递机构并且将所述电池定子场 控制成使得所述电池选择性地为所述第二转子增加动力和接收来自所述第二转子的动力 以分别实现电动辅助模式或再生制动模式，来提供操作模式。在某些实施例中，第一转子在定子的径向外侧，第二转子在定子的径向内侧。发动 机离合器在某些这样的实施例中选择性地可接合至第一转子，而在其它实施例中选择性地 可接合至第二转子。在另一实施例中，转子布置成与定子轴向相邻，使得转子和定子与转子 的旋转中心线同轴，并且转子不相互同心。在该实施例中，发动机离合器选择性地可接合以 将发动机连接成与第一转子共同旋转。根据本发明的第二方面，还提供一种混合动力车辆动力系，包括发动机；具有输 入构件的机械式非混合动力变速器；电池；逆变器；电动发电机，该电动发电机具有定子， 该定子选择性地由所述电池通过所述逆变器提供动力以产生定子场并选择性地通过所述 逆变器向所述电池提供动力；第一转子和第二转子，其响应于在所述定子中产生的定子场 相对于彼此可旋转，所述定子场响应于所述电池提供的动力而产生；发动机离合器，其选择 性地可接合以将所述发动机连接成与转子中的一个共同旋转；以及第二扭矩传递机构，其 选择性地可接合以将所述转子连接成相互共同旋转；其中选择性地接合所述扭矩传递机构 并且向所述定子提供动力提供了纯电动操作模式、发动机起动模式、电动扭矩变换器模式、 电动辅助模式以及再生制动模式。根据本发明的再一方面，提供一种混合动力系，包括发动机；变速器，其具有输 入构件并且特征在于不存在任何电动发电机；电动发电机，其具有单个定子和通过所述定 子可旋转的双转子；其中所述电动发电机位于所述发动机与所述变速器输入构件之间并 可操作地与所述发动机和所述变速器输入构件连接，并且具有通过单个定子可旋转的双转子。优选地，在所述混合动力系中，所述转子和所述定子同心；第一转子在所述定子的 径向外侧，第二转子在所述定子的径向内侧。优选地，在所述混合动力系中，第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述发动 机连接成与第一转子共同旋转。优选地，在所述混合动力系中，第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述发动 机连接成与第二转子共同旋转。优选地，在所述混合动力系中，所述转子和所述定子与所述转子的旋转中心线同 轴且所述转子不相互同心；并且第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述发动机连接成 与第一转子共同旋转。可对动力系进行控制以提供适于高扭矩水平的电动车辆操作模式、适于低扭矩水 平的电动车辆操作模式、发动机起动模式、电动扭矩变换器模式(即，在该模式中，转子中 的一个通过快于定子旋转而在定子中产生电，被通电的定子接着驱动另一转子，从而转子 相对于定子并相对于彼此“滑移”，这与扭矩变换器类似)、电动辅助模式以及再生制动模式。动力系通过消除对按照低滑移速度控制摩擦离合器的需求并代之以按照近同步速度应 用发动机离合器而确保良好的车辆发动质量。纯电动操作模式不需要离合器接合，从而通 过减少发热而提高系统效率。对于高扭矩应用，发动机可用作原动机以降低对电池容量的 依赖。优选地，利用包括电池、功率逆变器和控制器的单组功率电子器件对定子提供动 力。变速器可以是不具有任何附加电动发电机的机械变速器(即，具有可操作成在变速器 输入构件与变速器输出构件之间建立固定速度比的齿轮组和扭矩传递机构的变速器)。因 而，通过减少部件并使双转子电动机与常规(即，非混合动力)变速器潜在结合，可降低总 体成本。结合附图从实施本发明的最佳模式的以下详细说明将很容易清楚本发明的以上 特征和优点以及其它特征和优点。
图1是动力系的第一实施例的示意图；图2是动力系的第二实施例的示意图；以及图3是动力系的第三实施例的示意图。
具体实施例方式参照附图，其中在所有这几个附图中相同附图标记指代相同部件。图1示出动力 系10，其具有相互之间操作地连接的发动机12、变速器14以及电动发电机16。发动机12 为任何类型的内燃发动机，例如汽油机或柴油机。变速器14为常规机械变速器。也就是说， 其包括多个齿轮以及选择性地可接合的扭矩传递机构而不包括任何电动发电机，该扭矩传 递机构是可控的以提供输入构件18与变速器输出构件20之间的多个固定速度比。在图1的实施例中，发动机输出构件22与变速器输入构件18和变速器输出构件 20同轴，从而形成公共旋转轴线24。电动发电机16位于发动机12与变速器14之间。电 动发电机16包括定子26，其接地至诸如电动机壳体的静止构件28。第一转子30和第二转 子32相互同心地定位并与定子26相邻。第一转子30位于定子26的径向外侧，第二转子 32位于定子的径向外侧。定子26以及转子30、32为环形并绕旋转轴线24同心地定位。如 在图1中所观察到的，图1中仅示出了转子30、32和定子26的一部分，表示了沿旋转轴线 24剖切的剖面而未示出旋转轴线24下方的转子30、32和定子26的镜像部分。定子26操作地连接至包括电池36、控制器38和逆变器40的功率电子器件34。 控制器38响应于由传感器等转送至控制器的车辆操作状态而控制逆变器40和电池36以 经由逆变器40在电池36和定子26之间传递电力。逆变器40经由三相电动机布线42连 接至定子26。如以下进一步所述，电池36中储存的电力可输送至定子26 (即，定子26可 由电池36通电)，从而对定子通电并形成虚线所示的旋转定子场37，或者定子26可向电池 36输送所产生的电力，从而将转子30、32其中之一或二者的扭矩转换成所储存的电力。定 子场37如图1中所示环绕定子26，并绕旋转轴线24旋转。被称为发动机离合器44的第一扭矩传递机构选择性地可接合以将发动机输出构 件22连接成与第一转子30共同旋转。称为电动机离合器46的第二扭矩传递机构选择性地可接合以将第一转子30连接成与第二转子32共同旋转。发动机离合器44和电动机离 合器46都由控制器38控制(为清楚起见在图中未示出控制器38与离合器44、46之间的 布线连接)，或者由单独控制器控制，以与受控定子26 —起建立动力系10的各种操作模式， 如以下进一步所述。图2示出了动力系IOA的第二实施例，除电动发电机16A和扭矩传递机构布置成 将第一扭矩传递机构(发动机离合器44A)连接成与第二转子32共同旋转并将变速器输入 构件18连接成与第一转子30共同旋转外，动力系IOA的每个方面和功能都与本文关于动 力系10所述的相同。图3示出动力系IOB的第三实施例，除电动发电机16B具有与定子26B轴向相邻 放置的双轴转子30B、32B而不是同心转子30、32以外，动力系IOB的每个方面和功能都与 本文关于动力系10所述的相同。再次参照图1，本文论述了动力系的各种操作模式。应当理解，动力系IOA和IOB 通过以相似方式利用对应构件而提供了相同的操作模式。首先，在不接合发动机离合器44而接合电动机离合器46时，建立电动车辆操作模 式，该模式适于其中在变速器输出构件20处需要相对较高扭矩的操作状态。不管发动机12 是否运行或是否在旋转都可能出现该模式。控制器38通过逆变器40和电动机布线42建 立从电池36至定子26的电力供应，以建立比转子30、32更快旋转的定子场37。因而，定子 场37驱动转子30、32，转子30、32转而在变速器输入构件18处提供扭矩。因此，其上安装 有动力系10的车辆在电动车辆模式期间仅由电力推进。当离合器44、46都不接合时并且不管发动机是否运行或是否在旋转，建立替代的 电动车辆操作模式，该模式适于其中在变速器输出构件20处需要中等扭矩水平的操作状 态。控制器38通过逆变器40和电动机布线42建立从电池36至定子26的电力供应，以建 立比转子32更快旋转的定子场37。转子30由于未与转子32或发动机12连接而因相对较 轻的寄生负载以最小滑移(即，相对旋转)基本与定子场37 —起旋转。动力系10在发动机起动模式下也是可操作的，该模式中发动机离合器44和电动 机离合器46以打开状态(即，不接合)开始。假设车辆正在电动车辆模式下由电力推进，定 子场37持续旋转，从而经由转子32推进车辆。接着，应用发动机离合器44，从而致使转子 30减速并使发动机12加速至发动机离合器同步点，在该点发动机输出构件22以与转子32 基本相同的速度旋转。经由电池36中所储存的能量供应的扭矩驱动转子30和发动机12， 直至发动机速度接近定子场37的速度。该基本同步的速度能被感测并转送至控制器38，在 该速度时，电动机离合器46被接合，从而致使发动机12和转子30、32以相同速度旋转。再者，动力系10在电动扭矩变换器模式下是可操作的，该模式可跟随发动机起动 模式之后进行。在电动扭矩变换器模式中，发动机离合器44被接合而电动机离合器46打 开。发动机12以比定子场37更高的速度驱动转子30，从而致使在定子线匝(未在定子上 示出)中产生电。定子场比转子32更快地旋转；因而车辆经由内转子32推进。因此，在 输入(发动机输出构件22和转子30的速度)与输出(转子32和变速器输入构件18的速 度)之间存在滑移，其与流体扭矩变换器中的滑移类似。取决于定子26与两个转子30、32 之间的相对滑移速度，可使用任何过量动力通过利用转子30、32之一或二者的扭矩发电来 对电池36充电，或者可通过逆变器40向定子26提供电池动力以辅助具有动力系10的车辆的发动。在两个离合器44、46都接合时，提供电动辅助操作模式和再生制动模式。发动机 12经由发动机离合器44、电动机离合器46和转子32推进车辆。若期望附加扭矩，则由电 池36向定子26供应电力，并且定子场的速度快于转子32的速度。若期望再生制动，则将 动力从定子26转向电池36(即，电动发电机用于将扭矩转换成电能)，并且定子场37以比 转子30、32的速度慢的方式旋转。尽管详细描述了实施本发明的最佳模式，然而熟悉本发明所涉及领域的技术人员 在所附权利要求的范围内将意识到用于实施本发明的各种替代设计和实施例。
权利要求
一种动力系，包括发动机；具有输入构件和输出构件的变速器；电动发电机，该电动发电机具有可通电的定子以及均可经由该定子的通电而旋转的第一转子和第二转子；第一扭矩传递机构，其选择性地可接合以将所述发动机连接成与所述第一转子和第二转子中的一个共同旋转；以及第二扭矩传递机构，其选择性地可接合以将所述第一转子连接成与所述第二转子共同旋转；其中所述变速器输入构件持续连接成与所述第一转子和第二转子中的另一个共同旋转。
2.如权利要求1所述的动力系，其中所述转子和所述定子同心；所述第一转子在所述 定子的径向外侧，所述第二转子在所述定子的径向内侧。
3.如权利要求2所述的动力系，其中所述第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述 发动机连接成与所述第一转子共同旋转。
4.如权利要求2所述的动力系，其中所述第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述 发动机连接成与所述第二转子共同旋转。
5.如权利要求1所述的动力系，其中所述转子和所述定子与所述转子的旋转中心线同 轴且所述转子不相互同心；并且所述第一扭矩传递机构选择性地可接合以将所述发动机连 接成与所述第一转子共同旋转。
6.如权利要求1所述的动力系，进一步包括操作地连接至所述定子的电池；其中当所 述第一扭矩传递机构不接合而所述第二扭矩传递机构接合时提供电动车辆操作模式，并且 在该模式中所述电池对所述定子通电以致使所述第一转子和所述第二转子旋转。
7.如权利要求6所述的动力系，其中由被通电的定子产生的旋转定子场在施加至所述 变速器的扭矩相对较高时旋转得快于所述第一转子和所述第二转子，并且在施加至所述变 速器输入构件的扭矩相对较低时旋转得快于连接成与所述变速器输入构件共同旋转的另 一个转子。
8.如权利要求6所述的动力系，进一步包括操作地连接至所述定子的电池；其中通过 接合所述第一扭矩传递机构并在所述第一转子的速度与被通电定子的旋转定子场的速度 基本相同时接着接合所述第二扭矩传递机构而在电动车辆操作模式期间利用电池动力起 动所述发动机。
9.一种混合动力车辆动力系，包括 发动机；具有输入构件的机械式非混合动力变速器； 电池； 逆变器；电动发电机，该电动发电机具有定子，该定子选择性地由所述电池通过所述逆变器提供动力以产生定子场并选择性地 通过所述逆变器向所述电池提供动力；第一转子和第二转子，其响应于在所述定子中产生的定子场相对于彼此可旋转，所述 定子场响应于所述电池提供的动力而产生；发动机离合器，其选择性地可接合以将所述发动机连接成与转子中的一个共同旋转；以及第二扭矩传递机构，其选择性地可接合以将所述转子连接成相互共同旋转；其中选择 性地接合所述扭矩传递机构并且向所述定子提供动力提供了纯电动操作模式、发动机起动 模式、电动扭矩变换器模式、电动辅助模式以及再生制动模式。
10. 一种混合动力系，包括 发动机；变速器，其具有输入构件并且特征在于不存在任何电动发电机； 电动发电机，其具有单个定子和通过所述定子可旋转的双转子；其中所述电动发电机 位于所述发动机与所述变速器输入构件之间并可操作地与所述发动机和所述变速器输入 构件连接，并且具有通过单个定子可旋转的双转子。
全文摘要
本发明涉及具有双转子电动发电机的动力系，具体提供一种动力系，其包括发动机以及具有输入构件和输出构件的变速器。该动力系还包括电动机/发动机，该电动发电机具有可通电的定子以及第一转子和第二转子(即，双转子电动机)。两个转子都可经由该定子的通电而旋转。被称为发动机离合器的第一扭矩传递机构选择性地可接合以将发动机连接成与第一转子和第二转子其中之一共同旋转。被称为电动机离合器的第二扭矩传递机构选择性地可接合以将第一转子连接成与第二转子共同旋转。变速器输入构件持续连接成与第一转子和第二转子中的另一个共同旋转。
文档编号B60K6/26GK101913323SQ20101011477
公开日2010年12月15日 申请日期2010年2月20日 优先权日2009年2月16日
发明者B·M·康伦, J·D·亨德里克森, K·M·拉曼 申请人:通用汽车环球科技运作公司