專利名稱：混合動力車輛傳動裝置用雙轉(zhuǎn)子馬達的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種供混合動力車輛動力總成用的、補充內(nèi)燃機傳送至牽引輪的動力的、有一個定子與兩個轉(zhuǎn)子的牽引馬達。
背景技術(shù)：
混合動力電動車輛動力總成是為了提高當代汽車的碳氫化合物燃料功效，減少令人頭疼的廢氣排放而開發(fā)的。電動感應馬達與電池子系統(tǒng)因感應馬達的堅固性與緊湊性而特別適用于這種混合動力電動車輛的動力總成。另外，感應馬達的效率較高且設計簡單?？梢杂靡阎目刂萍夹g(shù)進行控制，使得馬達的最有效工作范圍與發(fā)動機的最有效工作范圍應用于車輛牽引力矩傳送中。此外，還可提供再生制動。
這類動力總成中可以使用多馬達驅(qū)動，這需要兩個動力逆變器與一個共用馬達控制器。但是，使用多個馬達會增加制造成本，產(chǎn)生汽車動力總成的設計問題。每個馬達需要單獨的動力逆變器還將事與愿違地造成動力總成的總體設計復雜化。
第6,585,066號美國專利公開了一種混合動力電動車輛用的多比率動力傳遞機構(gòu)，其中有一個感應馬達設置于內(nèi)燃機與多比率傳動裝置之間的力矩傳遞路徑中。馬達與發(fā)動機確定了向傳動裝置力矩輸入側(cè)的平行的動力傳遞路徑。傳動裝置包括帶離合與制動機構(gòu)的行星齒輪裝置，構(gòu)成了傳動裝置至車輛牽引輪的多條力矩傳遞路徑。發(fā)動機離合器用于在車輛停下或靠慣性滑行時使發(fā)動機脫離動力總成。當車輛在低動力驅(qū)動條件下工作時，可以只用馬達的動力傳遞路徑。當車輛在靠慣性滑行的制動方式下工作時，能量可以回收。在開足馬力加速的條件下，馬達提供的附加的力矩加大了內(nèi)燃機產(chǎn)生的力矩。
在第6,585,066號美國專利所公開的動力總成中，在發(fā)動機脫離時，可以用馬達驅(qū)動車輛。在發(fā)動機離合器接合時，因為傳動裝置的齒輪產(chǎn)生的力矩傳遞路徑，馬達與發(fā)動機都可以驅(qū)動車輛。當電動馬達在驅(qū)動車輛而動力需求要求發(fā)動機啟動時，馬達不僅必須維持車輪所需的力矩，而且還必須克服壓縮向發(fā)動機氣缸內(nèi)充入的發(fā)動機燃料-空氣以及發(fā)動機摩擦力所需的力矩。這種在發(fā)動機的啟動周期中對馬達的附加的力矩需求可以造成驅(qū)動系統(tǒng)力矩的急遽下降。這會造成驅(qū)動系統(tǒng)中的討厭的力矩振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可以降低或消除混合動力電動車輛的驅(qū)動系統(tǒng)在行進中啟動發(fā)動機時可能遭受的力矩振蕩。本發(fā)明的感應馬達的轉(zhuǎn)子包括一個雙轉(zhuǎn)子組件與一個單一的定子。第′066號專利所公開的馬達的單一轉(zhuǎn)子在本發(fā)明的設計中被帶一個單一的定子與一個單一的逆變器的兩個轉(zhuǎn)子所取代。該兩個轉(zhuǎn)子各自獨立工作，或者它們也可以通過離合器，下稱轉(zhuǎn)子離合器，機械地連接起來。發(fā)動機啟動時的力矩動力被機械地與驅(qū)動系統(tǒng)分離開來。當轉(zhuǎn)子各自獨立工作時，它們的相對速度取決于各個馬達的力矩荷載。
一個轉(zhuǎn)子可以設計為大小能在發(fā)動機熱再啟時啟動發(fā)動機。在發(fā)動機的啟動周期中，另一個轉(zhuǎn)子繼續(xù)驅(qū)動車輛。這樣，啟動發(fā)動機所需的力矩荷載造成的力矩干擾便機械地與驅(qū)動系統(tǒng)分離。因兩個轉(zhuǎn)子與共用定子之間傳遞路徑分離而可能需要的轉(zhuǎn)子之間電連接很少。
發(fā)動機啟動后，用于發(fā)動機啟動的轉(zhuǎn)子可以通過轉(zhuǎn)子離合器與另一個轉(zhuǎn)子機械地連接，這樣兩個轉(zhuǎn)子都產(chǎn)生給車輪的力矩。還有，車輛冷啟動時，兩個轉(zhuǎn)子是接合的。如果需要兩個轉(zhuǎn)子來提供再生制動的能量，它們也可以在再生制動中相接合。
在本發(fā)明的一個可選實施例中，轉(zhuǎn)子是在共用定子內(nèi)相對于動力總成軸線軸向隔開的。在另一個實施例中，轉(zhuǎn)子是嵌套著的，一個在另一個內(nèi)，從而減少了馬達的裝配空間。在另一個可選實施例中，如果需要將轉(zhuǎn)子離合器的功能與起步離合器的功能相結(jié)合的話，對車輛起步時轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)差率作了規(guī)定。


圖1是例如第6,585,066號美國專利所公開的混合動力電動車輛動力總成的示意圖；圖1a是圖1的示意圖所示的混合動力電動車輛動力總成中可用的傳動裝置的示意圖；圖1b是表示圖1a所示的傳動裝置的離合器與制動器接合與釋放模式的圖表；圖2是本發(fā)明的混合動力電動車輛動力總成的示意圖；圖2a是表示圖2的示意圖所示的動力總成在各種驅(qū)動方式中起步離合器、轉(zhuǎn)子離合器以及發(fā)動機離合器的接合與釋放模式的圖表；圖3是本發(fā)明的一個可選實施例，其中用一個單一的定子與徑向設置的轉(zhuǎn)子；以及圖4是本發(fā)明的第二可選實施例，其中起步離合器與轉(zhuǎn)子離合器的功能相結(jié)合，并且轉(zhuǎn)子是在一個單一定子內(nèi)相互隔開的。
具體實施例方式
在圖1中，標記10示意性地表示內(nèi)燃機。其通過一減振機構(gòu)14與發(fā)動機離合器12相連接。離合器12的力矩輸出側(cè)與牽引馬達/發(fā)電機18相連接。馬達/發(fā)電機18包括包圍著轉(zhuǎn)子16的定子20，定子與轉(zhuǎn)子間有一空氣間隙22。定子20通過電逆變器26與電池24電連接。逆變器將電池24的電壓輸出28轉(zhuǎn)換成30所示的三相電壓，供給定子20。
轉(zhuǎn)子16與圖1a所示的多比率自動傳動裝置的力矩輸入軸32機械地相連接。
圖1a中的34表示發(fā)動機的曲軸。轉(zhuǎn)子16與傳動裝置輸入軸32一起轉(zhuǎn)動，輸入軸又通過前進離合器36與第一行星齒輪組40的恒星齒輪38相連接。齒輪組40包括環(huán)形齒輪42，其與第二行星齒輪組46的軸架44相連接。軸架44上的行星小齒輪與恒星齒輪46以及環(huán)形齒輪50相嚙合。啟動鏈52與環(huán)形齒輪50相連接。其將力矩傳遞至最后的驅(qū)動行星齒輪組58的恒星齒輪54。齒輪組58的環(huán)形齒輪56，如圖所示，是固定的。行星齒輪組58的軸架60與將力矩傳遞至各力矩輸出半軸的輸出差動機構(gòu)62相連接。
第一行星齒輪組40包括軸架64，其與第二行星齒輪組46的環(huán)形齒輪50相連接。齒輪組46的軸架44可以由低速與倒車制動器66制動。
傳動裝置輸入軸32可以通過直接離合器68與環(huán)形齒輪42相連接。其通過倒車離合器70與第二行星齒輪組46的恒星齒輪72相連接。
如圖1b所示，圖1a所示的齒輪裝置的第一力矩比率是通過前進離合器36與低速-倒車制動器66的嚙合而產(chǎn)生的。第二比率到第三比率的變化是通過應用直接離合器68實現(xiàn)的。前進離合器36在第一、第二、第三前進驅(qū)動操作中保持其嚙合狀態(tài)。
第四比率驅(qū)動，即超速驅(qū)動，是通過釋放前進離合器36以及應用直接離合器68，同時應用制動器74實現(xiàn)的。
逆向驅(qū)動是在其他摩擦元件被釋放時通過應用倒車離合器70與低速-倒車制動器66實現(xiàn)的。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的整個系統(tǒng)框圖。與圖1概要所示的設計不同，圖2的設計包括位于一個單一定子82內(nèi)的兩個轉(zhuǎn)子78與80。如84與86所示，每個轉(zhuǎn)子均由空氣間隙與定子隔開。定子82的單一逆變器如88所示。逆變器與電池電連接。
圖1a概要所示的行星傳動裝置在圖2中由方框92概要表示。圖2的動力總成的發(fā)動機如94所示，發(fā)動機的電子微處理器控制器，通常稱作電子控制模塊(ECM)如96所示。
整個車輛系統(tǒng)控制器(VSC)如98概要所示。其通過數(shù)據(jù)鏈路100與發(fā)動機控制模塊96相連接，并通過數(shù)據(jù)鏈路102與傳動裝置控制模塊(TCM)104相連接。盡管在圖2的系統(tǒng)框圖的方框92中沒有具體地表示出來，模塊104控制圖1a概要所示的離合器與制動器的應用與釋放。
逆變器88通過三相電壓電路與定子82電連接，如105概要所示。車輛系統(tǒng)控制器98與定子102電連接，如106所示。
轉(zhuǎn)子離合器82，如圖2所示，在嚙合時與轉(zhuǎn)子78與80可驅(qū)動地相連接。發(fā)動機94可以通過脫開發(fā)動機離合器110而與動力總成的其他部分相脫離。當發(fā)動機離合器110嚙合時，力矩干擾被位于離合器110與發(fā)動機94之間的減震器112減弱。
在車輛啟動時嚙合的起步離合器，位于傳動裝置92的力矩輸入側(cè)，如114所示。
在電驅(qū)動方式的操作中，轉(zhuǎn)子離合器108嚙合，這樣轉(zhuǎn)子2將驅(qū)動力矩傳遞至傳動裝置的力矩輸入側(cè)為車輛提供動力。轉(zhuǎn)子1在該操作中能在熱重啟中啟動發(fā)動機，因轉(zhuǎn)子力矩被通過嚙合的離合器110傳遞至發(fā)動機。馬達的轉(zhuǎn)子78所產(chǎn)生的全部力矩都被用來驅(qū)動車輛。沒有必要再設發(fā)動機啟動造成的力矩干擾的允差。發(fā)動機啟動周期引起的力矩干擾被與動力總成的其他部分機械地分離了。
圖2a表示了各種操作方式的離合器接合模式的總結(jié)。在靜態(tài)啟動時，起步離合器114脫開，轉(zhuǎn)子離合器接合，發(fā)動機離合器控制嚙合。當車輛開動、發(fā)動機轉(zhuǎn)動起始周期生效后，起步離合器接合，發(fā)動機離合器控制了嚙合，轉(zhuǎn)子離合器脫開。在發(fā)動機啟動，車輛進入穩(wěn)定狀態(tài)后，起步離合器接合，轉(zhuǎn)子離合器控制嚙合，發(fā)動機離合器接合。
在再生制動中，起步離合器與轉(zhuǎn)子離合器接合，發(fā)動機離合器脫開。
圖3表示本發(fā)明的另一個實施例，其中轉(zhuǎn)子與定子是在相對的徑向位置嵌套著的。用來表示圖3的實施例的元件的標記與說明圖2的實施例所用的標記是一樣的，盡管轉(zhuǎn)子與定子的標記加了撇。
在圖4的實施例中，轉(zhuǎn)子如圖2的實施例那樣，是設置于徑向相對位置上的。圖4的實施例所用的標記加了兩撇，以對應于圖2的實施例的相應元件的標記。
對于所屬技術(shù)領域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進行修改是顯而易見的。所有這樣的修改及其等同物都在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混合動力電動車輛的動力總成，包括內(nèi)燃機與電動牽引馬達；將動力從發(fā)動機與馬達傳遞至車輛牽引輪的傳動裝置；與馬達電連接的電池系統(tǒng)；牽引馬達具有兩個轉(zhuǎn)子與一個單一定子，轉(zhuǎn)子靠近定子設置，轉(zhuǎn)子與定子間有一空氣間隙；傳動裝置的力矩輸入元件與兩個轉(zhuǎn)子中的一個之間的力矩傳遞路徑中的起步離合器；用以將兩個轉(zhuǎn)子中的一個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子力矩與另一個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子力矩相結(jié)合的兩個轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)子離合器；以及位于發(fā)動機的力矩傳遞路徑中的可選擇地嚙合的發(fā)動機離合器。
2.一種混合動力電動車輛的動力總成，包括在共用軸線上的內(nèi)燃機與電動牽引馬達；將動力從發(fā)動機與馬達傳遞至車輛牽引輪的傳動裝置；與牽引馬達電連接的電池系統(tǒng)；馬達具有兩個轉(zhuǎn)子與一個單一定子，轉(zhuǎn)子靠近定子設置，轉(zhuǎn)子與定子間有一空氣間隙；位于兩個轉(zhuǎn)子中的第二個轉(zhuǎn)子與傳動裝置之間的起步離合器；用以將兩個轉(zhuǎn)子中的一個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子力矩與另一個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子力矩相結(jié)合的兩個轉(zhuǎn)子之間的轉(zhuǎn)子離合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是兩個轉(zhuǎn)子設置于定子內(nèi)；轉(zhuǎn)子離合器具有旋轉(zhuǎn)軸線；轉(zhuǎn)子相對軸向設置，以繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；以及定子包圍著轉(zhuǎn)子。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是兩個轉(zhuǎn)子設置于定子內(nèi)；轉(zhuǎn)子離合器具有旋轉(zhuǎn)軸線；轉(zhuǎn)子相對軸向設置，以繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)；以及定子包圍著轉(zhuǎn)子。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是轉(zhuǎn)子相對于定子徑向設置，兩個轉(zhuǎn)子中的一個轉(zhuǎn)子設置于定子內(nèi)，兩個轉(zhuǎn)子中的另一個轉(zhuǎn)子包圍著定子，從而使得牽引馬達的整個軸向尺寸減少。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是起步離合器與轉(zhuǎn)子離合器包括共用的力矩輸入與力矩輸出元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是起步離合器與轉(zhuǎn)子離合器包括共用的力矩輸入與力矩輸出元件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是馬達為三相感應馬達，電池系統(tǒng)包括電池與逆變器；動力逆變器與電池及定子電連接，動力逆變器具有三相電壓輸出，在電能從電池輸送到動力逆變器時輸出至定子。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是馬達為三相感應馬達，電池系統(tǒng)包括電池與逆變器；動力逆變器與電池及定子電連接，動力逆變器具有三相電壓輸出，在電能從電池輸送到動力逆變器時輸出至定子。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是馬達為三相感應馬達，電池系統(tǒng)包括電池與逆變器；動力逆變器與電池及定子電連接，動力逆變器具有三相電壓輸出，在電能從電池輸送到動力逆變器時輸出至定子。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是馬達為三相感應馬達，電池系統(tǒng)包括電池與逆變器；動力逆變器與電池及定子電連接，動力逆變器具有三相電壓輸出，在電能從電池輸送到動力逆變器時輸出至定子。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是馬達為三相感應馬達，電池系統(tǒng)包括電池與逆變器；動力逆變器與電池及定子電連接，動力逆變器具有三相電壓輸出，在電能從電池輸送到動力逆變器時輸出至定子。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的混合動力電動車輛的動力總成，其特征是馬達為三相感應馬達，電池系統(tǒng)包括電池與逆變器；動力逆變器與電池及定子電連接，動力逆變器具有三相電壓輸出，在電能從電池輸送到動力逆變器時輸出至定子。
全文摘要
一種混合動力電動車輛的動力總成，在傳動裝置的力矩輸入側(cè)具有發(fā)動機與馬達。馬達有一個單一的定子與兩個轉(zhuǎn)子?？蛇x擇地嚙合的轉(zhuǎn)子離合器將轉(zhuǎn)子連接起來，以在驅(qū)動方式中傳遞力矩。在發(fā)動機靜態(tài)啟動與動態(tài)啟動時，轉(zhuǎn)子離合器可選擇地嚙合與釋放。
文檔編號B60K6/48GK1865033SQ20061008040
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月9日
發(fā)明者格雷厄姆·霍爾, 沃爾特·奧特曼 申請人:福特全球技術(shù)公司