專利名稱：動力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動力系統(tǒng)，特別涉及包括一個或多個軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī) 的動力系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
許多動力系統(tǒng)包括與一個或多個其它部件驅(qū)動連接的軸向磁通電機(jī)/ 發(fā)電機(jī)。例如，許多移動式機(jī)械有一動力系統(tǒng)，該動力系統(tǒng)包括與推進(jìn)裝 置例如輪子驅(qū)動連接的軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)。為推進(jìn)該移動式機(jī)械，動力 系統(tǒng)可向軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)供電，使得該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)用作驅(qū)動 推進(jìn)裝置的電動機(jī)。這類動力系統(tǒng)可使用各種裝置向軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī) 供電以推進(jìn)該移動式機(jī)械。在某些情況下，電池向軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)供 電。然而，電池只能短時供電以推進(jìn)移動式機(jī)械。
授予Marshall等人的美國專利No.5,214，368 (，358專利)展示了一種 機(jī)動車輛，該機(jī)動車輛包括與車輪驅(qū)動連接的電動機(jī)和與內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動連接
的交流發(fā)電機(jī)。該內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動該交流發(fā)電機(jī)并發(fā)電。，358專利的電動機(jī)使 用交流發(fā)電機(jī)生成的電驅(qū)動車輪，從而推進(jìn)該機(jī)動車輛。
盡管，358專利所示車輛包括一內(nèi)燃機(jī)和一向電動機(jī)供電以推進(jìn)機(jī)動車 輛的交流發(fā)電機(jī)，但仍存在一些缺點。例如，獨立的電動機(jī)和交流發(fā)電機(jī) 會占據(jù)不希望地過大的空間，這些空間否則可用于其它部件。此外，包括 獨立的電動機(jī)與交流發(fā)電機(jī)可能會不希望地增加機(jī)動車輛部件的成本。
本發(fā)明的動力系統(tǒng)和方法解決了 一個或多個上述問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開的一個實施例涉及包括一軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)的動力系 統(tǒng)。該軸向》茲通電機(jī)/發(fā)電機(jī)可包括一殼體、至少部分由殼體支承的第一轉(zhuǎn) 子和至少部分由殼體支承的第二轉(zhuǎn)子。第二轉(zhuǎn)子在機(jī)械上可與第一轉(zhuǎn)子分 離。該動力系統(tǒng)還可包括一與第一轉(zhuǎn)子驅(qū)動連接的機(jī)械動力源。此外，該 動力系統(tǒng)可包括動力系統(tǒng)控制裝置。該動力系統(tǒng)控制裝置可操作成選擇性 地使機(jī)械動力源驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子，同時軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)用第一轉(zhuǎn)子從該 機(jī)械動力源接收的機(jī)械能發(fā)電。該動力系統(tǒng)控制裝置還可操作成選擇性地 使軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)用作旋轉(zhuǎn)第二轉(zhuǎn)子的電動機(jī)。此外，該動力系統(tǒng)控 制裝置也可操作成獨立控制第一轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩和第二轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩。
另 一 實施例涉及一種操作動力系統(tǒng)的方法。該方法可包括使軸向磁通 電機(jī)/發(fā)電機(jī)的第一轉(zhuǎn)子至少部分地由該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)的殼體支承。 該方法還可包括使該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)的第二轉(zhuǎn)子至少部分地由該殼 體支承，第二轉(zhuǎn)子可在機(jī)械上與第一轉(zhuǎn)子分離。該方法還包括選擇性地向 該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)的第一電繞組供電，以把該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)用 作驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子的電動機(jī)。此外，該方法可包括選擇性地用一機(jī)械動力源 驅(qū)動第二轉(zhuǎn)子，同時使用該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)用第二轉(zhuǎn)子從該機(jī)械動力 源接收的機(jī)械能發(fā)電。
另一實施例涉及包括一個或多個推進(jìn)裝置和一動力系統(tǒng)的移動式機(jī) 械。該動力系統(tǒng)可包括一機(jī)械動力源和一軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)。該軸向磁 通電機(jī)/發(fā)電機(jī)可包括一殼體。該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)還可包括至少部分由 該殼體支承的第一轉(zhuǎn)子，該第一轉(zhuǎn)子可與該機(jī)械動力源驅(qū)動連接。此外， 該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)可包括至少部分由該殼體支承的第二轉(zhuǎn)子，第二轉(zhuǎn) 子可在機(jī)械上與第 一轉(zhuǎn)子分離而與 一個或多個推進(jìn)裝置中的 一個或多個驅(qū) 動連接。該軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)還可包括與第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子中的至少 一個鄰近布置的定子。


圖l為本發(fā)明的動力系統(tǒng)一實施例的示意圖；圖2為本發(fā)明的軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)的一實施例的放大圖；以及 圖3為本發(fā)明的軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)的另一實施例的放大圖。
具體實施例方式
圖1示出了一包括本發(fā)明的動力系統(tǒng)12的機(jī)械IO。機(jī)械10可為移動 式機(jī)械，其具有與動力系統(tǒng)12連接的一個或多個推進(jìn)裝置14。動力系統(tǒng) 12可包括一機(jī)械動力源16、 一電力傳輸網(wǎng)絡(luò)19、 一個或多個電力源和/或 負(fù)載、動力系統(tǒng)控制裝置20和一軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18 (通常也可有其 它稱謂，例如軸向氣隙電機(jī)/發(fā)電機(jī)、軸向間隙電機(jī)/發(fā)電機(jī)和盤式電機(jī)/發(fā) 電機(jī))。機(jī)械動力源16可為構(gòu)造成產(chǎn)生機(jī)械動力的任何類型的裝置，包括 但不限于柴油發(fā)動機(jī)、汽油發(fā)動機(jī)、氣體燃料驅(qū)動的發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)發(fā) 動機(jī)。
軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18可包括一殼體22、 一轉(zhuǎn)子24和一轉(zhuǎn)子26。 轉(zhuǎn)子24、 26可分別由殼體22支承成可圍繞一公共軸線28旋轉(zhuǎn)。殼體22 可直接支承轉(zhuǎn)子24、 26，和/或由殼體22支承的一個或多個部件例如支承 件可支承轉(zhuǎn)子24、 26。轉(zhuǎn)子24、 26可在機(jī)械方面相互分離。轉(zhuǎn)子24可與 機(jī)械動力源16驅(qū)動連接，轉(zhuǎn)子26可與推進(jìn)裝置14驅(qū)動連接。
軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18還可包括一能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27,該能量轉(zhuǎn)換系 統(tǒng)構(gòu)造成在轉(zhuǎn)子24、 26上的機(jī)械能與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)19中的電能之間進(jìn)行 轉(zhuǎn)換。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27可包括各種磁通源如電繞組(圖1中未示出)和/ 或永久磁體(圖1中未示出)。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27可包括一個或多個旋轉(zhuǎn)部 件和/或一個或多個固定部件。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27的一些電繞組和/或永久》茲 體可位于轉(zhuǎn)子24和/或轉(zhuǎn)子26上，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27的一些電繞組和/或永 久》茲體可鄰近轉(zhuǎn)子24、 26布置。能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27的一個或多個電繞組可 與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)19連接，從而它們可從中接收電和/或向其供電。能量轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)27的兩個示例性實施例在下文結(jié)合圖2和圖3詳述。在包括圖1-3所示實施例在內(nèi)的一些實施例中，軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18的殼體22可電力傳輸網(wǎng)絡(luò)19可電連接能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27和動力系統(tǒng)12的其它各種 電氣部件。電力傳輸網(wǎng)絡(luò)19可包括一能量調(diào)節(jié)器30、 一能量調(diào)節(jié)器32和 連接能量調(diào)節(jié)器30、 32與能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27及其它各種電氣部件的各種導(dǎo) 電體。能量調(diào)節(jié)器30、 32可構(gòu)造成通過調(diào)節(jié)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27的一個或多 個部件的電氣行為來調(diào)節(jié)軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18的運(yùn)行的一個或多個方 面。這可包括調(diào)節(jié)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27的一個或多個部件中的電氣行為的各種 時間方面，例如交流電的相位和/或頻率。能量調(diào)節(jié)器30、 32還可構(gòu)造成 調(diào)節(jié)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27的不同部件之間的能量傳輸和/或調(diào)節(jié)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 27與動力系統(tǒng)12的其它電氣部件之間的能量傳輸。此外，能量調(diào)節(jié)器30、 32之一或兩者都可構(gòu)造成當(dāng)能量在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27與其它電氣部件之間 流動時使能量在不同形式之間轉(zhuǎn)換，例如交流電與直流電。
與電力傳輸網(wǎng)絡(luò)19連接的電力源和/或負(fù)載可包括一電池34、附件36、 38、 40、 一操作界面42和控制器44、 46。附件36、 38、 40可包括例如燈、 風(fēng)擋刮水器、電動窗、自動座椅、無線電、送風(fēng)機(jī)、加熱器等裝置和/或方 <更機(jī)械10運(yùn)行的其它各種電氣部件。
動力系統(tǒng)控制裝置20可包括能量調(diào)節(jié)器30、能量調(diào)節(jié)器32、操作界 面42、控制器44和控制器46。操作界面42可包括構(gòu)造成把操作員輸入傳 送給機(jī)械IO的其它部件的任何類型的部件。例如，操作界面42可包括一 加速踏板47和用于從操作員接收加速請求并把這類加速請求傳送給機(jī)械 10的其它部件的各種有關(guān)部件。類似地，操作界面42可包括一制動P務(wù)板 49和用于從操作員接收制動請求并把這類制動請求傳送給機(jī)械10的其它 部件的各種有關(guān)部件。此外，操作界面42可包括一起動開關(guān)51和用于從 操作員接收起動機(jī)械動力源16的請求并把該請求傳送給機(jī)械10的其它部 件的各種有關(guān)部件。
每一控制器44、 46可以是構(gòu)造成控制機(jī)械10的運(yùn)行的一個或多個方 面的任何類型的裝置。每一控制器44、 46可包括一個或多個處理器(未示 出)和一個或多個存儲裝置(未示出)。控制器44可與才幾械動力源16、 操作界面42、控制器46和其它各種信息源(未示出)可操作地連接?？?br> 8制器44可根據(jù)來自操作界面42、控制器46和其它信息源的輸入來控制機(jī) 械動力源16的運(yùn)行的 一個或多個方面?？刂破?6可與能量調(diào)節(jié)器30 、 32 、 操作界面42和控制器44可操作地連接。此外，信息通道48可向控制器 46提供關(guān)于能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27的部件中的電氣化狀態(tài)的信息。類似地，信 息通道50可向控制器46提供關(guān)于電力傳輸網(wǎng)絡(luò)19中的電氣化狀態(tài)的信 息。根據(jù)從操作界面42、控制器44、信息通道48、信息通道50和/或其它 各種信息源接收的信息，控制器46可控制能量調(diào)節(jié)器30、 32,以控制軸 向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18的運(yùn)行的一個或多個方面。
推進(jìn)裝置14可以是構(gòu)造成從動力系統(tǒng)12接收能量并通過把該能量作 用于機(jī)械10的周圍環(huán)境而推進(jìn)機(jī)械10的任何類型的裝置。例如，如圖1 所示，推進(jìn)裝置14可為車輪?？蛇x擇地，推進(jìn)裝置14可為軌道裝置、構(gòu) 造成把能量傳送到地面上的其它類型的裝置、推進(jìn)器或構(gòu)造成使流體運(yùn)動 以推進(jìn)機(jī)械IO的其它類型的裝置。
機(jī)械10不限于圖l所示的構(gòu)造。例如，盡管圖l示出了兩個轉(zhuǎn)子24、 26的公共軸線28，但轉(zhuǎn)子24、 26可具有單獨的旋轉(zhuǎn)軸線。此外，機(jī)械動 力源16、軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18和推進(jìn)裝置14可以不同的方式連接。盡 管圖1示出了機(jī)械動力源16與轉(zhuǎn)子24直接連接，但是，動力系統(tǒng)12可包 括各種連接在機(jī)械動力源16與轉(zhuǎn)子24之間的動力傳輸部件，例如軸、齒 輪、離合器、帶與滑輪、鏈輪與鏈條和/或流體耦合器。動力系統(tǒng)12可包 括連接在轉(zhuǎn)子26與推進(jìn)裝置14之間的類似部件。此外，動力系統(tǒng)12可包 括用于選擇性分離轉(zhuǎn)子24與機(jī)械動力源16和/或選擇性分離轉(zhuǎn)子26與推 進(jìn)裝置14的各種機(jī)構(gòu)。
此外，動力系統(tǒng)控制裝置20除了控制器44、 46外還可包括其它控制 器?？蛇x擇地，動力系統(tǒng)控制裝置20也可用控制機(jī)械動力源16和能量調(diào) 節(jié)器30、 32的單個控制器取代控制器44、 46。在某些實施例中，動力系 統(tǒng)控制裝置20可用硬連線控制電路或其它類似的控制部件取代控制器44、 46。
圖2為軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18的放大圖，示出了其能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27的一實施例的細(xì)節(jié)。在圖2所示的實施例中，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27有5個磁通 源，包括多個永久磁體52、 一電繞組54、多個永久磁體56、多個永久磁 體58和一電繞組60。電繞組54可為定子64的一部分，電繞組54可與能 量調(diào)節(jié)器30電連接。多個永久磁體52可安裝在轉(zhuǎn)子24上，在多個永久磁 體52與電繞組54之間設(shè)置有一軸向界面62。在本文中，術(shù)語"軸向界面，， 是指這樣的界面，在該界面中，轉(zhuǎn)子24、 26的基本朝向其旋轉(zhuǎn)軸線28方 向上的那部分面對著一相鄰部件的基本朝向相反方向上的那部分。多個永 久磁體52可具有基本朝向軸向界面62的磁極，從而多個永久磁體52把磁 通經(jīng)軸向界面62傳到電繞組54。類似地，電繞組54可構(gòu)造成使得，向其 供電會造成電繞組54生成流經(jīng)軸向界面62到達(dá)多個永久磁體52的磁通。 電繞組54可為任何類型的電繞組，其用作(包括但不限于)槽繞 (slot-wound)電繞組和環(huán)型(Gramme-type)電繞組。
多個永久》茲體56可位于電繞組54的與多個永久i茲體52相對的一側(cè)附 近。多個永久》茲體56可裝在轉(zhuǎn)子24上，多個永久》茲體56與電繞組54之 間有一軸向界面66。多個永久磁體56的磁極一般朝向軸向界面66，從而 多個永久磁體56把磁通經(jīng)軸向界面66傳輸?shù)诫娎@組54。此外，電繞組54 可構(gòu)造成使得向電繞組54供電造成電繞組54生成經(jīng)軸向界面66流向多個 永久》茲體56的/f茲通。
多個永久》茲體58和電繞組60可電萬茲耦合轉(zhuǎn)子24與轉(zhuǎn)子26。多個永 久磁體58可裝在轉(zhuǎn)子24上。電繞組60可裝在轉(zhuǎn)子26上，多個永久磁體 58與電繞組60之間有一軸向界面68。多個永久磁體58的磁極可一般朝向 軸向界面68，從而多個永久f茲體58可把磁通傳送經(jīng)過軸向界面68。此外， 電繞組60構(gòu)造成使得向電繞組60供電造成電繞組60生成經(jīng)軸向界面68 流向多個永久磁體58的磁通。電繞組60可為任何類型的電繞組，其用作 (包括但不限于)槽繞電繞組和環(huán)型電繞組。電繞組60可經(jīng)接觸轉(zhuǎn)子26 的電刷61與能量調(diào)節(jié)器32電連接。
成對磁通源的磁極數(shù)可相同。例如，多個永久磁體52和電繞組54的 磁極數(shù)可相同。類似地，多個永久磁體56的磁極數(shù)可與電繞組54的磁極數(shù)相同。此外，多個永久磁體58和電繞組60的磁極數(shù)可相同。
在某些實施例中，和轉(zhuǎn)子24有關(guān)的磁通源的磁極數(shù)可與和轉(zhuǎn)子26有 關(guān)的磁通源不同。例如，在某些實施例中，多個永久磁體52、電繞組54 和多個永久磁體56的磁極數(shù)可分別比多個永久磁體58和電繞組60的磁極 數(shù)多。
軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18不限于圖2所示的構(gòu)造，例如，在某些實施 例中，圖2所示的軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18的構(gòu)造可省略多個永久磁體58。 在這類實施例中，多個永久磁體56可裝在轉(zhuǎn)子24上并構(gòu)造成除了把J茲通
繞組60。
此外，在某些實施例中，軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18的轉(zhuǎn)盤和/或定子的 數(shù)量可與圖2所示的不同。例如，轉(zhuǎn)子24可只包括單個轉(zhuǎn)盤或包括兩個以 上的轉(zhuǎn)盤。此外，軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18除了定子64外還可包括與轉(zhuǎn)子 24的轉(zhuǎn)盤鄰近布置的其它定子。類似地，轉(zhuǎn)子26可有不止一個轉(zhuǎn)盤，軸 向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18可包括與轉(zhuǎn)子26的轉(zhuǎn)盤鄰近布置的一個或多個定 子。
圖3示出了能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27另一實施例。圖3所示的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 27的實施例可與圖2所示的實施例大致相同。但是，電繞組60可為定子 70的一部分，轉(zhuǎn)子26上可裝有附加的多個永久磁體72，多個永久磁體72 與電繞組60之間有一軸向界面74。多個永久磁體72的磁極可一般朝向軸 向界面74的方向，從而多個永久磁體72把J茲通經(jīng)軸向界面74傳輸?shù)诫娎@ 組60。此外，電繞組60可構(gòu)造成在被供電時使磁通傳輸經(jīng)過軸向界面74。 多個永久》茲體58、電繞組60和多個永久》茲體72可有相同數(shù)量的磁極，且 它們的磁極數(shù)可分別比多個永久磁體52、電繞組54和多個永久磁體56的 磁極數(shù)少。
在圖3所示的實施例中，多個永久磁體58、電繞組60和多個永久磁 體72可在組合時電磁耦合轉(zhuǎn)子24與轉(zhuǎn)子26。來自永久磁體58的磁通可 影響電繞組60中的電氣行為，從而可影響電繞組60與多個永久磁體72之間的電磁相互作用。
軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27不限于圖2和3所示的構(gòu) 造。例如，盡管圖2和3示出了所有永久磁體裝在轉(zhuǎn)子24、 26的外表面上， 但某些或所有永久磁體也可插入或完全置于轉(zhuǎn)子24、 26內(nèi)。此外，能量轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)27的磁通源可比圖2和3所示的多或少。此外，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27 可包括一個或多個電繞組來取代多個永久磁體52、多個永久磁體56、多個 永久磁體58和/或多個永久磁體72。類似地，能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)27可包括永久 磁體來取代多個電繞組54和/或電繞組60。
此外，在某些實施例中，軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18中的轉(zhuǎn)盤和/或定子 的數(shù)量可與圖3所示的不同。例如，轉(zhuǎn)子24可只包括單個轉(zhuǎn)盤，也可包括 兩個以上的轉(zhuǎn)盤。此外，軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18除了定子64之外還可包 括與轉(zhuǎn)子24的轉(zhuǎn)盤鄰近布置的其它定子。類似地，轉(zhuǎn)子26可有不止一個 轉(zhuǎn)盤，軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18除了定子70之外還可包括與轉(zhuǎn)子26的轉(zhuǎn) 盤鄰近布置的其它定子。
工業(yè)適用性
機(jī)械10和動力系統(tǒng)12可用于需要動力執(zhí)行一項或多項任務(wù)的任何場 合。動力系統(tǒng)控制裝置20可使動力系統(tǒng)12用軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18發(fā) 電。例如，動力系統(tǒng)控制裝置20可^f吏機(jī)械動力源16驅(qū)動轉(zhuǎn)子24，同時軸 向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用從機(jī)械動力源16接收的機(jī)械能發(fā)電。當(dāng)機(jī)械動力 源16驅(qū)動轉(zhuǎn)子24圍繞旋轉(zhuǎn)軸線28旋轉(zhuǎn)時，從多個永久磁體52流過軸向 界面62的磁通和從多個永久磁體56流過軸向界面66的磁通會在電繞組 54中生成感應(yīng)電流。
除了使動力系統(tǒng)12用軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18發(fā)電之外，動力系統(tǒng)控 制裝置20在某些情況下也可使軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用作驅(qū)動轉(zhuǎn)子26 的電動機(jī)。例如，當(dāng)機(jī)械10的操作員用加速踏板47發(fā)出加速請求時，動 力系統(tǒng)控制裝置20可作出響應(yīng)，使軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用作驅(qū)動轉(zhuǎn)子 26、從而驅(qū)動推進(jìn)裝置14和推進(jìn)機(jī)械10的電動機(jī)。在某些情況中，動力系統(tǒng)控制裝置20可使軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用作驅(qū)動轉(zhuǎn)子26的電動機(jī)， 同時使機(jī)械動力源16驅(qū)動轉(zhuǎn)子24和使軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用轉(zhuǎn)子24 發(fā)電。
動力系統(tǒng)控制裝置20可使軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用作電動機(jī)，向電 繞組60供電，從而使電繞組60產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場。在圖2所示實施例的情 況下，該旋轉(zhuǎn)磁場可與來自多個永久磁體58的磁通相互作用，從而在電繞 組60與多個永久磁體58之間傳輸能量以驅(qū)動轉(zhuǎn)子26。在圖3所示實施例 的情況下，電繞組60產(chǎn)生的該旋轉(zhuǎn)磁場可與來自多個永久磁體72的磁通 相互作用，從而在電繞組60與多個永久磁體72之間傳輸能量以驅(qū)動轉(zhuǎn)子 26。
此外，在某些情況下，動力系統(tǒng)控制裝置20還可使軸向磁通電機(jī)/發(fā) 電機(jī)18用來自轉(zhuǎn)子26的機(jī)械能發(fā)電。例如，當(dāng)機(jī)械10運(yùn)動和操作員用制 動踏板49發(fā)出一制動請求時，動力系統(tǒng)控制裝置20可使軸向磁通電機(jī)/ 發(fā)電機(jī)18用推進(jìn)裝置14傳輸給轉(zhuǎn)子26的能量在電繞組60中發(fā)電，從而 制動機(jī)械IO。動力系統(tǒng)控制裝置20可為此調(diào)節(jié)電繞組60中的電氣行為， 使得來自多個7^C久磁體58或來自多個永久磁體72的磁通在電繞組60中生 成感應(yīng)電流。
此外，在某些情況下，動力系統(tǒng)控制裝置20可使軸向磁通電機(jī)/發(fā)電 機(jī)18用作旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子24的電動機(jī)。例如，當(dāng)機(jī)械動力源16不運(yùn)轉(zhuǎn)、操作員 操^動開關(guān)51以請求起動機(jī)械動力源16時，動力系統(tǒng)控制裝置20可使 軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用作驅(qū)動轉(zhuǎn)子24、從而驅(qū)動機(jī)械動力源16的電動 機(jī)。
所公開的各實施例可允許動力系統(tǒng)控制裝置20完全獨立地控制轉(zhuǎn)子 24、 26，從而利用軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18有效地起到兩軸向磁通電機(jī)/發(fā) 電機(jī)的作用。由于轉(zhuǎn)子24、 26在機(jī)械上分離，因此動力系統(tǒng)控制裝置20 可獨立控制每一轉(zhuǎn)子24、 26的速度和旋轉(zhuǎn)方向。動力系統(tǒng)控制裝置20可 控制軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用轉(zhuǎn)子24發(fā)電或驅(qū)動轉(zhuǎn)子24，而與軸向磁通 電機(jī)/發(fā)電機(jī)18用轉(zhuǎn)子26發(fā)電還是驅(qū)動轉(zhuǎn)子26無關(guān)。此外，通過為轉(zhuǎn)子子64可允許動力系統(tǒng)控制裝置20獨立 于轉(zhuǎn)子26上的轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)子24上的轉(zhuǎn)矩。
所公開的動力系統(tǒng)12的實施例能效高、節(jié)省空間且不昂貴。由于能獨 立控制轉(zhuǎn)子24、 26的速度和轉(zhuǎn)矩，因此動力系統(tǒng)12可在很大的速度和轉(zhuǎn) 矩范圍內(nèi)高能效地供應(yīng)機(jī)械能。當(dāng)才咸動力源16驅(qū)動轉(zhuǎn)子24、軸向磁通 電機(jī)/發(fā)電才幾18用轉(zhuǎn)子24發(fā)電時，動力系統(tǒng)控制裝置20可控制轉(zhuǎn)子24的 速度和轉(zhuǎn)矩以便以最大能效發(fā)電。同時，使用該高效生成的電，軸向磁通 電機(jī)/發(fā)電機(jī)18可在其很大的速度和轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)用作電動機(jī)來驅(qū)動轉(zhuǎn)子 26。使用單個軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18同時發(fā)電和驅(qū)動一機(jī)械動力負(fù)載可 節(jié)省出空間用于動力系統(tǒng)12和機(jī)械10的其它部件。類似地，為此使用單 個軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18有助于降低動力系統(tǒng)12的部件成本。
此外，如果把與轉(zhuǎn)子26有關(guān)的磁通源構(gòu)造成其磁極比與轉(zhuǎn)子24有關(guān) 的磁通源的磁極少，則在某些應(yīng)用和/或情況下可提高動力系統(tǒng)12的能效。 在某些情況下，在用作驅(qū)動轉(zhuǎn)子26的電動機(jī)時，軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18 可通過以較高速度驅(qū)動轉(zhuǎn)子26來最高效地把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。把與轉(zhuǎn)子 26有關(guān)的磁通源構(gòu)造成有較少數(shù)量的磁極可使軸向磁通電機(jī)/發(fā)電機(jī)18能 以較高速度驅(qū)動轉(zhuǎn)子26。相反，當(dāng)用轉(zhuǎn)子24發(fā)電時，如果與轉(zhuǎn)子24有關(guān) 的磁通源有較大數(shù)量的磁極且轉(zhuǎn)子24的轉(zhuǎn)速較低，則軸向磁通電機(jī)/發(fā)電 機(jī)18可最高效地把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯然可在本發(fā)明范圍內(nèi)對該動力系統(tǒng)和方法作出 各種修改和變型。所公開的動力系統(tǒng)的其它實施例對閱讀了本說明書和實
的。本說明書和各示例只應(yīng)看成是示例性的，本發(fā)明的真正范圍由所附權(quán) 利要求及其等同方案給出。
1權(quán)利要求
1.一種動力系統(tǒng)(12)，包括一電機(jī)/發(fā)電機(jī)(18)，包括一殼體(22)；至少部分由所述殼體支承的第一轉(zhuǎn)子(24)，至少部分由所述殼體支承的第二轉(zhuǎn)子(26)，第二轉(zhuǎn)子在機(jī)械上與第一轉(zhuǎn)子分離；一與第一轉(zhuǎn)子驅(qū)動連接的機(jī)械動力源(16)，和動力系統(tǒng)控制裝置(20)，該動力系統(tǒng)控制裝置可操作成用于選擇性地使所述機(jī)械動力源驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子，同時所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)用第一轉(zhuǎn)子從所述機(jī)械動力源接收的機(jī)械能發(fā)電，選擇性地使所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)用作旋轉(zhuǎn)第二轉(zhuǎn)子的電動機(jī)，和獨立控制第一轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩和第二轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩。
2. 按權(quán)利要求l所述的動力系統(tǒng)，其特征在于，所述動力系統(tǒng)控制 裝置還操作成用于選擇性地使所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)用第二轉(zhuǎn)子接收的機(jī)械能 發(fā)電。
3. 按權(quán)利要求l所述的動力系統(tǒng)，其特征在于， 所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)還包括一電繞組(54)，一與所述電繞組鄰近布置的磁通源(52); 所述電繞組和所述磁通源其中之一安裝在第一轉(zhuǎn)子上，而其中之另一 個設(shè)置成不在第一轉(zhuǎn)子上；以及軸向界面(62)。
4.按權(quán)利要求l所述的動力系統(tǒng)，其特征在于 所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)還包括第一電繞組(54)和第一磁通源(52),第二電繞組(60)和第二磁通源(58),第二磁通源的磁極比所 ii^通源的少；所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)用第一轉(zhuǎn)子從機(jī)械動力源接收的機(jī)械能發(fā)電包括所 i^磁通源在電繞組中生成感應(yīng)電流；以及選擇性地使得電機(jī)/發(fā)電機(jī)用作旋轉(zhuǎn)第二轉(zhuǎn)子的電動機(jī)包括選擇性地 通過磁通在第二磁通源與第二電繞組之間傳輸能量。
5. 按權(quán)利要求l所述的動力系統(tǒng)，其特征在于； 所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)還包括與第一轉(zhuǎn)子鄰近設(shè)置的第一電繞組(54);和 所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)還包括裝在第一轉(zhuǎn)子上的第一多個永久磁體(52),所述第 一 多個永久磁體把磁通傳輸過笫 一轉(zhuǎn)子與第 一 電繞組之間的一軸向 界面(62)。
6. 按權(quán)利要求l所述的動力系統(tǒng)，其特征在于； 所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)還包括第二電繞組(60);和 所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)還包括裝在第二轉(zhuǎn)子上的第二多個永久磁體(72 )，所述第二多個永久磁體把磁通傳輸過第二轉(zhuǎn)子與第二電繞組之間的一軸向 界面(74)。
7. —種操作動力系統(tǒng)(12)的方法，包括使一電機(jī)/發(fā)電機(jī)(18)的第一轉(zhuǎn)子(26)至少部分地由所述電機(jī)/發(fā)電 機(jī)的殼體(22)支承；使所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)的笫二轉(zhuǎn)子(24)至少部分地由所述殼體支承，第 二轉(zhuǎn)子在機(jī)械上與第 一轉(zhuǎn)子分離；選擇性地向所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)的第一電繞組(60)供電，以把所述電機(jī) /發(fā)電機(jī)用作驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子的電動機(jī)；和選擇性地用一機(jī)械動力源(16)驅(qū)動第二轉(zhuǎn)子，同時使用所述電機(jī)/ 發(fā)電機(jī)用第二轉(zhuǎn)子從所述機(jī)械動力源接收的機(jī)械能發(fā)電。
8. 按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于 所述動力系統(tǒng)為一移動式機(jī)械(10)的一部分；和 選擇性地向所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)的第一電繞組供電以把所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)用作驅(qū)動第 一轉(zhuǎn)子的電動機(jī)包括選擇性地驅(qū)動第 一轉(zhuǎn)子和與第 一轉(zhuǎn)子驅(qū)動連接的一個或多個推進(jìn)裝置(14)，以推進(jìn)所述移動式機(jī)械。
9. 按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，選擇性地向所述電機(jī)/發(fā) 電機(jī)的第一電繞組供電以把所述電機(jī)/發(fā)電機(jī)用作驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子的電動機(jī) 包括選擇性地如此的同時用所述機(jī)械動力源驅(qū)動第二轉(zhuǎn)子和使用所述電機(jī) /發(fā)電機(jī)用第二轉(zhuǎn)子從所述機(jī)械動力源接收的機(jī)械能發(fā)電。
10. 按權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括獨立地控制第一 轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩和第二轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種包括電機(jī)/發(fā)電機(jī)(18)動力系統(tǒng)(12)。該電機(jī)/發(fā)電機(jī)可包括一殼體(22)、至少部分由該殼體支承的第一轉(zhuǎn)子(24)和至少部分由該殼體支承的第二轉(zhuǎn)子(26)。第二轉(zhuǎn)子在機(jī)械上可與第一轉(zhuǎn)子分離。該動力系統(tǒng)還可包括與第一轉(zhuǎn)子驅(qū)動連接的機(jī)械動力源(16)。此外，該動力系統(tǒng)可包括動力系統(tǒng)控制裝置(20)。該動力系統(tǒng)控制裝置可操作成選擇性地使該機(jī)械動力源驅(qū)動第一轉(zhuǎn)子，同時該電機(jī)/發(fā)電機(jī)用第一轉(zhuǎn)子從該機(jī)械動力源接收的機(jī)械動力發(fā)電。該動力系統(tǒng)控制裝置還可操作成選擇性地使該電機(jī)/發(fā)電機(jī)用作旋轉(zhuǎn)第二轉(zhuǎn)子的電動機(jī)。此外，該動力系統(tǒng)控制裝置可操作成獨立地控制第一轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩和第二轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩。
文檔編號B60K6/26GK101516709SQ200780035589
公開日2009年8月26日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者M·K·古文, M·艾丁 申請人:卡特彼勒公司