專利名稱：具有共同定子的動力產生和儲存系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體涉及一種動力系統(tǒng)，更具體地，涉及一種具有馬達/發(fā)電機、 動力儲存裝置和共同的定子的混合動力系統(tǒng)。
背景技術：
包括商用車輛(vocationalvehicle)、非公路作業(yè)拖運卡車、電動平地 機、輪式裝載機和其它類型的重型機械在內的機械被用于各種作業(yè)中。這 些機械通常包括與發(fā)動機例如柴油發(fā)動機、汽油發(fā)動機或用氣態(tài)燃料提供 動力的發(fā)動機連接的發(fā)電機。發(fā)動機機械地驅動發(fā)電機以便產生電力，該 電力可以用于推進機械、為機械的附屬負載提供動力和/或驅動一個或多個 與機械連接的作業(yè)機具。由牽引裝置、附屬設備或作業(yè)機具作用在發(fā)電機 上的動力負載沿反方向被傳遞至發(fā)動機。動力負載的變化一一或者需要額 外的動力或者較少的動力一一能造成發(fā)動機偏離期望的運行范圍。從期望 的運行范圍偏離導致低效率、低生產率、發(fā)動機磨損增加和操作者不滿意。
輪?？赏ㄟ^增加飛輪的慣性來減小速度變化的幅度。但是，當飛輪的慣性 增加時，發(fā)動機的響應度降低。傳統(tǒng)的飛輪可能無法在使發(fā)動機速度波動 最小和允許發(fā)動機快速響應于期望的動力變化之間提供平衡。
在提供對大范圍的負載變化的響應度改進的飛輪的嘗試設計中，提出 了一種電飛輪。特別地，2005年5月10日授予Kazama的美國專利 No.6，891,279 ('279專利)描述了一種具有發(fā)電裝置、電力儲存單元和車輛 驅動馬達的混合動力車，所述車輛驅動馬達由通過發(fā)電裝置和電力儲存單 元中至少一個提供的電力輸出進行驅動。所述電力儲存單元與發(fā)電裝置分
離，并且包括與電動發(fā)電才幾(electric motor generator)連接以將電力儲存 為旋轉能量的飛輪。然后被儲存的電力可以用于在來自發(fā)電裝置的動力不 能滿足車輛驅動馬達的動力需求的情況下驅動車輛馬達。
'279專利的電力儲存單元雖然可以提供改進的、對一定范圍的負載變 化的響應度，但是該電力儲存單元昂貴且龐大。尤其是由于發(fā)電裝置和電 力儲存單元彼此分離，它們會要求雙倍的電子部件。這些雙倍的部件會增 加混合動力車的成本，并減少了車輛中的可用空間。
本發(fā)明的動力系統(tǒng)解決了上述一個或多個問題。

發(fā)明內容
一方面，本發(fā)明的目的是提出一種動力系統(tǒng)。該動力系統(tǒng)包括動力源、 由動力源機械地驅動的第一轉子和與動力源旋轉地分離第二轉子。該動力 系統(tǒng)還包括第 一轉子和第二轉子共用的定子。
另一方面，本發(fā)明的目的是提出一種機動車輛。該機動車輛包括發(fā)動
機和與發(fā)動機可操作地機械連接的定子。該機動車輛還包括由發(fā)動機機械
地驅動以^^與定子相互作用產生電力的第一轉子、由電力可操作地驅動以
便推動機動車輛的牽引裝置和構造成與定子相互作用并旋轉地儲存和釋放 動力的第二轉子。


圖l是示例性的機動車輛的示意圖2是用于圖1中車輛的動力系統(tǒng)的示意圖。
具體實施例方式
圖1示出機械10的示例性實施方式。機械10可以體現(xiàn)為機動車輛， 其構造成用于執(zhí)行與例如運輸業(yè)、采礦業(yè)、建筑業(yè)、農牧業(yè)或本領域已知 的任何其它行業(yè)有關的某種類型的操作。例如，機械10可以是運土機械， 例如拖運卡車、輪式裝載機、鋤耕機、電動平地機或任何其它合適的作業(yè)
機械。機械IO包括至少一個由動力系統(tǒng)14驅動的牽引裝置12。
牽引裝置12可以包括位于機械10每一側的車輪(僅示出一側)?；?者，牽引裝置12可以包括履帶、運動帶或其它已知的牽引裝置?？梢栽O想 機械10上的任何輪都可以被驅動和/或轉向。
如圖2所示，動力系統(tǒng)14可以包括發(fā)動機16，例如柴油發(fā)動機、汽 油發(fā)動機、如天然氣發(fā)動機等用氣體燃料提供動力的發(fā)動機或者本領域技 術人員可以顯見的任何其它類型的發(fā)動機。動力系統(tǒng)14可選擇地可以包括 非燃燒動力源例如燃料電池、動力儲存裝置、電動馬達或其它類似的機構。 發(fā)動機16可以通過電驅動裝置18連接成驅動牽引裝置12，從而推動機械 10。
電驅動裝置18可以包括協(xié)作成將發(fā)動機16的機械動力輸出轉化成用 于推動機械10的電力的部件。例如，電驅動裝置18可以包括馬達/發(fā)電機 20，該馬達/發(fā)電機20可旋轉以便產生導向共用總線22的電力輸出，并且 可電力地驅動以^t機械地使輸出軸24旋轉。電驅動裝置18還可以包括構 造成用于從共用總線22中提取動力和向共用總線22釋放動力的動力儲存 裝置26?？梢栽O想，電驅動裝置18還可以包括可操作地連接、以便從共 用總線22提取動力并推動牽引裝置12的電驅動馬達(未示出)；與驅動 馬達、馬達/發(fā)電機20和動力儲存裝置26連接的控制器(未示出)；構造 成消耗來自共用總線22的多余的動力的阻抗柵極電路(未示出)；另外的 儲存裝置例如電池29或電容器組(未示出)，和本領域已知的其它類似的 驅動部件。
馬達/發(fā)電機20可以是單一的單元，該單元被構造成用于選擇性地通 過對發(fā)動機16作用轉矩而作為馬達運行，或者作為由發(fā)動機16驅動以產 生電力的發(fā)電機運行。具體地，馬達/發(fā)電機20可以包括能夠在固定的外 部定子30中旋轉的轉子28。電流可以順序地作用在定子30的繞組(未示 出)上，以便產生促使轉子28使輸出軸24旋轉的旋轉磁場。相反地，當 轉子28在定子30中祐發(fā)動機16旋轉地驅動時，定子30的繞組中可以感 應出電流。轉子28可以固定地與輸出軸24連接，從而輸出軸24的輸出旋
轉導致轉子28的相應的旋轉。定子30可通過固定件32可操作地固定至發(fā) 動機16。固定件32可以直接連接至發(fā)動機16或者，可選擇地通過發(fā)動機 殼(未示出)間接地連接至發(fā)動機16,
共用總線22可以包括正電極線路35和負電極線路36，這些線路將馬 達/發(fā)動機20、動力儲存裝置26、電池29、電容器、阻抗柵極電路和其它 部件連接至驅動馬達。共用總線22還可以與從共用總線22轉移動力的附 屬動力負載(未示出)電連接。
動力儲存裝置26 (也被稱為電飛輪)可以包括用于旋轉地儲存和釋放 能量的部件。特別地，動力儲存裝置26可以包括能夠在定子30中旋轉的 轉子34 (例如，轉子28和轉子34可以共有定子30 )。電流可以順序地作 用在定子30的繞組上，以便產生促使轉子34旋轉的旋轉磁場。轉子34 可以具有較大的慣量(例如具有比轉子28大的慣量)，并且一旦開始運動 即可以在相當長時間內保持運動。當轉子34在定子30內旋轉時，轉子34 的旋轉運動可以用于在定子30的繞組中感應出電流。轉子34可以獨立于 輸出軸24旋轉，從而輸出軸24的輸出旋轉對轉子34的旋轉影響很小或沒 有影響，反之亦然。轉子34可以由一個或多個支承件38支承，并直接地 或通過固定件32間接地安裝在發(fā)動機16上。雖然支承件38被示出為位于 轉子34的沿徑向的外側，但是，如果希望，支承件38也可以選擇成位于 轉子34的沿徑向的內側、在轉子34和輸出軸24之間。
工業(yè)適用性
本發(fā)明的系統(tǒng)可以用于任何需要緩沖和/或儲存動力負栽以便使運行 偏差最小或防止運行偏離出希望的運行范圍的動力系統(tǒng)。本發(fā)明中，術語 "希望的運行范圍"包括機械操作者和/或機械控制系統(tǒng)希望達到和/或維持 的那些運行狀態(tài)、例如發(fā)動機速度。偏離該希望的運行范圍可能會導致燃 料消耗增加、廢氣排放增加、發(fā)動機溫度升高、機械生產率降低、操作者 不滿意和/或響應度降低。
偏離期望的運行范圍可以發(fā)生于當牽引裝置12承受的動力負載的突
然變化通過電驅動裝置18或其它發(fā)動機驅動裝置4皮傳遞至發(fā)動機16時。 機械10可以利用動力儲存裝置26來緩沖突然變化。例如，在動力負栽急 劇減少時，馬達/發(fā)電機20產生的過量的動力可以被引導至動力儲存裝置 26和被動力儲存裝置26吸收，從而使轉子34旋轉。相反，在動力負載急 劇增加時，轉子34的旋轉可以用于產生額外的動力(例如作為馬達/發(fā)電 機20產生的動力的補充)，該動力被返回引導以便驅動轉子28和輸出軸 24，或被引導成驅動機械10的驅動馬達。按照這種方式，與發(fā)動機16僅 僅包括傳統(tǒng)的飛輪的情況相比，動力系統(tǒng)14可使得發(fā)動機16能更加迅速 地響應動力負載的突然變化。因此，動力系統(tǒng)14可降^f良發(fā)動機16偏離希 望的運行范圍的可能性。另外，由于動力從馬達/發(fā)動機20到動力儲存裝 置26的引導和從動力儲存裝置26到馬達/發(fā)動機20的引導使用共同的電 子部件(例如共同的定子30)，電驅動裝置18的成本和占用的空間可祐: 減少。
本領域的技術人員將會顯見，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可以對 本發(fā)明的動力系統(tǒng)進行各種改變和變型?？紤]到對本文公開的動力系統(tǒng)的 說明和實踐，該動力系統(tǒng)的其它實施方式對本領域的技術人員是顯而易見 的。應理解，本說明書和示例僅僅是示例性的，本發(fā)明的真實范圍由所附 權利要求及其等同方式限定。
權利要求
1. 一種動力系統(tǒng)(14)，包括動力源(16)；由動力源機械地驅動的第一轉子(28)；與動力源旋轉地分離的第二轉子(34)；和第一和第二轉子共用的定子(30)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的動力系統(tǒng) 成選擇性地儲存和釋放旋轉能量的飛輪。
3. 根據(jù)權利要求2所述的動力系統(tǒng) 大于第一轉子的慣量。
4. 根據(jù)權利要求1所述的動力系統(tǒng) 動力源機械地連接。
5. 根據(jù)權利要求1所述的動力系統(tǒng) 地與動力源機械地連接。
6. 根據(jù)權利要求1所述的動力系統(tǒng) 轉子可操作地電驅動。
7. 根據(jù)權利要求6所述的動力系統(tǒng) 轉子可操作地電驅動。
8. —種機動車輛(10),包括如權利要求1-7中任一項所述的構造成產生電力的動力系統(tǒng)(16);和通過所述電力可^Mt地驅動以推動機動車輛的牽引裝置(12)。,其特征在于，第二轉子是構造 ,其特征在于，第二轉子的慣量 ，其特征在于，定子可操作地與 ,其特征在于，第二轉子可操作 ，其特征在于，第二轉子被第一 ，其特征在于，第一轉子被第二
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于機動車輛的動力系統(tǒng)。該動力系統(tǒng)具有動力源、由動力源機械地驅動的第一轉子和與動力源旋轉地分離的第二轉子。該動力系統(tǒng)還具有第一轉子和第二轉子共用的定子。
文檔編號B60K6/46GK101395031SQ200780007074
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權日2006年2月28日
發(fā)明者S·A·萊曼 申請人:卡特彼勒公司