專利名稱：具有雙轉子電動發(fā)電機的動力系的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有雙轉子電動發(fā)電機的變速器。
背景技術：
一種混合動力變速器是可由發(fā)動機以及與儲能裝置相連的電動發(fā)電機來提供動 力的變速器。設計混合動力系的關鍵目標是使得在各種操作模式下能夠具有高操作效率以 滿足車輛操作的各種條件。經(jīng)常地，提供純電動操作模式(即，其中車輛僅由電動機提供動 力)和純發(fā)動機操作模式。還可提供混合動力操作模式，其中發(fā)動機和電動機都增加動力。 所期望的是在執(zhí)行各種操作模式以最佳地滿足車輛動力需求而同時保持平穩(wěn)過渡的效率。

發(fā)明內(nèi)容
提供一種動力系，其包括發(fā)動機以及具有輸入構件和輸出構件的變速器。該動力 系還包括電動發(fā)電機，該電動發(fā)電機具有可通電的定子、第一轉子和第二轉子(即，雙轉子 電動機)。兩個轉子都可借助定子的通電而旋轉。被稱為發(fā)動機離合器的第一扭矩傳遞機 構選擇性地可接合以將發(fā)動機連接成與第一轉子和第二轉子其中之一共同旋轉。被稱為電 動機離合器的第二扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將第一轉子連接成與第二轉子共同旋 轉。變速器輸入構件持續(xù)連接成與第一轉子和第二轉子中的另一個共同旋轉。優(yōu)選地，所述轉子和所述定子同心；所述第一轉子在所述定子的徑向外側，所述第 二轉子在所述定子的徑向內(nèi)側。優(yōu)選地，所述第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述發(fā)動機連接成與所述第 一轉子共同旋轉。優(yōu)選地，所述第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述發(fā)動機連接成與所述第 二轉子共同旋轉。優(yōu)選地，所述轉子和所述定子與所述轉子的旋轉中心線同軸且所述轉子不相互同 心；并且所述第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述發(fā)動機連接成與所述第一轉子共 同旋轉。優(yōu)選地，所述動力系包括操作地連接至所述定子的電池；其中當所述第一扭矩傳 遞機構不接合而所述第二扭矩傳遞機構接合時提供電動車輛操作模式，并且在該模式中所 述電池對所述定子通電以致使所述第一轉子和所述第二轉子旋轉。優(yōu)選地，由被通電的定子產(chǎn)生的旋轉定子場在施加至所述變速器的扭矩相對較高 時旋轉得快于所述第一轉子和所述第二轉子，并且在施加至所述變速器輸入構件的扭矩相 對較低時旋轉得快于連接成與所述變速器輸入構件共同旋轉的另一個轉子。優(yōu)選地，所述動力系進一步包括操作地連接至所述定子的電池；其中通過接合所 述第一扭矩傳遞機構并在所述第一轉子的速度與被通電定子的旋轉定子場的速度基本相 同時接著接合所述第二扭矩傳遞機構而在電動車輛操作模式期間利用電池動力起動所述 發(fā)動機。
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優(yōu)選地，通過在所述發(fā)動機運行時接合所述第一扭矩傳遞機構而不接合所述第二 扭矩傳遞機構來提供電動扭矩變換器操作模式，從而所述第一轉子產(chǎn)生所述定子的定子場 并相對于該定子的該定子場旋轉，從而使該定子場為所述第二轉子提供動力以驅動所述變
速器O優(yōu)選地，通過在所述發(fā)動機運行時接合兩個扭矩傳遞機構并且將所述電池定子場 控制成使得所述電池選擇性地為所述第二轉子增加動力和接收來自所述第二轉子的動力 以分別實現(xiàn)電動輔助模式或再生制動模式，來提供操作模式。在某些實施例中，第一轉子在定子的徑向外側，第二轉子在定子的徑向內(nèi)側。發(fā)動 機離合器在某些這樣的實施例中選擇性地可接合至第一轉子，而在其它實施例中選擇性地 可接合至第二轉子。在另一實施例中，轉子布置成與定子軸向相鄰，使得轉子和定子與轉子 的旋轉中心線同軸，并且轉子不相互同心。在該實施例中，發(fā)動機離合器選擇性地可接合以 將發(fā)動機連接成與第一轉子共同旋轉。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還提供一種混合動力車輛動力系，包括發(fā)動機；具有輸 入構件的機械式非混合動力變速器；電池；逆變器；電動發(fā)電機，該電動發(fā)電機具有定子， 該定子選擇性地由所述電池通過所述逆變器提供動力以產(chǎn)生定子場并選擇性地通過所述 逆變器向所述電池提供動力；第一轉子和第二轉子，其響應于在所述定子中產(chǎn)生的定子場 相對于彼此可旋轉，所述定子場響應于所述電池提供的動力而產(chǎn)生；發(fā)動機離合器，其選擇 性地可接合以將所述發(fā)動機連接成與轉子中的一個共同旋轉；以及第二扭矩傳遞機構，其 選擇性地可接合以將所述轉子連接成相互共同旋轉；其中選擇性地接合所述扭矩傳遞機構 并且向所述定子提供動力提供了純電動操作模式、發(fā)動機起動模式、電動扭矩變換器模式、 電動輔助模式以及再生制動模式。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種混合動力系，包括發(fā)動機；變速器，其具有輸 入構件并且特征在于不存在任何電動發(fā)電機；電動發(fā)電機，其具有單個定子和通過所述定 子可旋轉的雙轉子；其中所述電動發(fā)電機位于所述發(fā)動機與所述變速器輸入構件之間并 可操作地與所述發(fā)動機和所述變速器輸入構件連接，并且具有通過單個定子可旋轉的雙轉子。優(yōu)選地，在所述混合動力系中，所述轉子和所述定子同心；第一轉子在所述定子的 徑向外側，第二轉子在所述定子的徑向內(nèi)側。優(yōu)選地，在所述混合動力系中，第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述發(fā)動 機連接成與第一轉子共同旋轉。優(yōu)選地，在所述混合動力系中，第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述發(fā)動 機連接成與第二轉子共同旋轉。優(yōu)選地，在所述混合動力系中，所述轉子和所述定子與所述轉子的旋轉中心線同 軸且所述轉子不相互同心；并且第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述發(fā)動機連接成 與第一轉子共同旋轉?？蓪恿ο颠M行控制以提供適于高扭矩水平的電動車輛操作模式、適于低扭矩水 平的電動車輛操作模式、發(fā)動機起動模式、電動扭矩變換器模式(即，在該模式中，轉子中 的一個通過快于定子旋轉而在定子中產(chǎn)生電，被通電的定子接著驅動另一轉子，從而轉子 相對于定子并相對于彼此“滑移”，這與扭矩變換器類似)、電動輔助模式以及再生制動模式。動力系通過消除對按照低滑移速度控制摩擦離合器的需求并代之以按照近同步速度應 用發(fā)動機離合器而確保良好的車輛發(fā)動質(zhì)量。純電動操作模式不需要離合器接合，從而通 過減少發(fā)熱而提高系統(tǒng)效率。對于高扭矩應用，發(fā)動機可用作原動機以降低對電池容量的 依賴。優(yōu)選地，利用包括電池、功率逆變器和控制器的單組功率電子器件對定子提供動 力。變速器可以是不具有任何附加電動發(fā)電機的機械變速器(即，具有可操作成在變速器 輸入構件與變速器輸出構件之間建立固定速度比的齒輪組和扭矩傳遞機構的變速器)。因 而，通過減少部件并使雙轉子電動機與常規(guī)(即，非混合動力)變速器潛在結合，可降低總 體成本。結合附圖從實施本發(fā)明的最佳模式的以下詳細說明將很容易清楚本發(fā)明的以上 特征和優(yōu)點以及其它特征和優(yōu)點。


圖1是動力系的第一實施例的示意圖；圖2是動力系的第二實施例的示意圖；以及圖3是動力系的第三實施例的示意圖。
具體實施例方式參照附圖，其中在所有這幾個附圖中相同附圖標記指代相同部件。圖1示出動力 系10，其具有相互之間操作地連接的發(fā)動機12、變速器14以及電動發(fā)電機16。發(fā)動機12 為任何類型的內(nèi)燃發(fā)動機，例如汽油機或柴油機。變速器14為常規(guī)機械變速器。也就是說， 其包括多個齒輪以及選擇性地可接合的扭矩傳遞機構而不包括任何電動發(fā)電機，該扭矩傳 遞機構是可控的以提供輸入構件18與變速器輸出構件20之間的多個固定速度比。在圖1的實施例中，發(fā)動機輸出構件22與變速器輸入構件18和變速器輸出構件 20同軸，從而形成公共旋轉軸線24。電動發(fā)電機16位于發(fā)動機12與變速器14之間。電 動發(fā)電機16包括定子26，其接地至諸如電動機殼體的靜止構件28。第一轉子30和第二轉 子32相互同心地定位并與定子26相鄰。第一轉子30位于定子26的徑向外側，第二轉子 32位于定子的徑向外側。定子26以及轉子30、32為環(huán)形并繞旋轉軸線24同心地定位。如 在圖1中所觀察到的，圖1中僅示出了轉子30、32和定子26的一部分，表示了沿旋轉軸線 24剖切的剖面而未示出旋轉軸線24下方的轉子30、32和定子26的鏡像部分。定子26操作地連接至包括電池36、控制器38和逆變器40的功率電子器件34。 控制器38響應于由傳感器等轉送至控制器的車輛操作狀態(tài)而控制逆變器40和電池36以 經(jīng)由逆變器40在電池36和定子26之間傳遞電力。逆變器40經(jīng)由三相電動機布線42連 接至定子26。如以下進一步所述，電池36中儲存的電力可輸送至定子26 (即，定子26可 由電池36通電)，從而對定子通電并形成虛線所示的旋轉定子場37，或者定子26可向電池 36輸送所產(chǎn)生的電力，從而將轉子30、32其中之一或二者的扭矩轉換成所儲存的電力。定 子場37如圖1中所示環(huán)繞定子26，并繞旋轉軸線24旋轉。被稱為發(fā)動機離合器44的第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將發(fā)動機輸出構 件22連接成與第一轉子30共同旋轉。稱為電動機離合器46的第二扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將第一轉子30連接成與第二轉子32共同旋轉。發(fā)動機離合器44和電動機離 合器46都由控制器38控制(為清楚起見在圖中未示出控制器38與離合器44、46之間的 布線連接)，或者由單獨控制器控制，以與受控定子26 —起建立動力系10的各種操作模式， 如以下進一步所述。圖2示出了動力系IOA的第二實施例，除電動發(fā)電機16A和扭矩傳遞機構布置成 將第一扭矩傳遞機構(發(fā)動機離合器44A)連接成與第二轉子32共同旋轉并將變速器輸入 構件18連接成與第一轉子30共同旋轉外，動力系IOA的每個方面和功能都與本文關于動 力系10所述的相同。圖3示出動力系IOB的第三實施例，除電動發(fā)電機16B具有與定子26B軸向相鄰 放置的雙軸轉子30B、32B而不是同心轉子30、32以外，動力系IOB的每個方面和功能都與 本文關于動力系10所述的相同。再次參照圖1，本文論述了動力系的各種操作模式。應當理解，動力系IOA和IOB 通過以相似方式利用對應構件而提供了相同的操作模式。首先，在不接合發(fā)動機離合器44而接合電動機離合器46時，建立電動車輛操作模 式，該模式適于其中在變速器輸出構件20處需要相對較高扭矩的操作狀態(tài)。不管發(fā)動機12 是否運行或是否在旋轉都可能出現(xiàn)該模式?？刂破?8通過逆變器40和電動機布線42建 立從電池36至定子26的電力供應，以建立比轉子30、32更快旋轉的定子場37。因而，定子 場37驅動轉子30、32，轉子30、32轉而在變速器輸入構件18處提供扭矩。因此，其上安裝 有動力系10的車輛在電動車輛模式期間僅由電力推進。當離合器44、46都不接合時并且不管發(fā)動機是否運行或是否在旋轉，建立替代的 電動車輛操作模式，該模式適于其中在變速器輸出構件20處需要中等扭矩水平的操作狀 態(tài)。控制器38通過逆變器40和電動機布線42建立從電池36至定子26的電力供應，以建 立比轉子32更快旋轉的定子場37。轉子30由于未與轉子32或發(fā)動機12連接而因相對較 輕的寄生負載以最小滑移(即，相對旋轉)基本與定子場37 —起旋轉。動力系10在發(fā)動機起動模式下也是可操作的，該模式中發(fā)動機離合器44和電動 機離合器46以打開狀態(tài)(即，不接合)開始。假設車輛正在電動車輛模式下由電力推進，定 子場37持續(xù)旋轉，從而經(jīng)由轉子32推進車輛。接著，應用發(fā)動機離合器44，從而致使轉子 30減速并使發(fā)動機12加速至發(fā)動機離合器同步點，在該點發(fā)動機輸出構件22以與轉子32 基本相同的速度旋轉。經(jīng)由電池36中所儲存的能量供應的扭矩驅動轉子30和發(fā)動機12， 直至發(fā)動機速度接近定子場37的速度。該基本同步的速度能被感測并轉送至控制器38，在 該速度時，電動機離合器46被接合，從而致使發(fā)動機12和轉子30、32以相同速度旋轉。再者，動力系10在電動扭矩變換器模式下是可操作的，該模式可跟隨發(fā)動機起動 模式之后進行。在電動扭矩變換器模式中，發(fā)動機離合器44被接合而電動機離合器46打 開。發(fā)動機12以比定子場37更高的速度驅動轉子30，從而致使在定子線匝(未在定子上 示出)中產(chǎn)生電。定子場比轉子32更快地旋轉；因而車輛經(jīng)由內(nèi)轉子32推進。因此，在 輸入(發(fā)動機輸出構件22和轉子30的速度)與輸出(轉子32和變速器輸入構件18的速 度)之間存在滑移，其與流體扭矩變換器中的滑移類似。取決于定子26與兩個轉子30、32 之間的相對滑移速度，可使用任何過量動力通過利用轉子30、32之一或二者的扭矩發(fā)電來 對電池36充電，或者可通過逆變器40向定子26提供電池動力以輔助具有動力系10的車輛的發(fā)動。在兩個離合器44、46都接合時，提供電動輔助操作模式和再生制動模式。發(fā)動機 12經(jīng)由發(fā)動機離合器44、電動機離合器46和轉子32推進車輛。若期望附加扭矩，則由電 池36向定子26供應電力，并且定子場的速度快于轉子32的速度。若期望再生制動，則將 動力從定子26轉向電池36(即，電動發(fā)電機用于將扭矩轉換成電能)，并且定子場37以比 轉子30、32的速度慢的方式旋轉。盡管詳細描述了實施本發(fā)明的最佳模式，然而熟悉本發(fā)明所涉及領域的技術人員 在所附權利要求的范圍內(nèi)將意識到用于實施本發(fā)明的各種替代設計和實施例。
權利要求
一種動力系，包括發(fā)動機；具有輸入構件和輸出構件的變速器；電動發(fā)電機，該電動發(fā)電機具有可通電的定子以及均可經(jīng)由該定子的通電而旋轉的第一轉子和第二轉子；第一扭矩傳遞機構，其選擇性地可接合以將所述發(fā)動機連接成與所述第一轉子和第二轉子中的一個共同旋轉；以及第二扭矩傳遞機構，其選擇性地可接合以將所述第一轉子連接成與所述第二轉子共同旋轉；其中所述變速器輸入構件持續(xù)連接成與所述第一轉子和第二轉子中的另一個共同旋轉。
2.如權利要求1所述的動力系，其中所述轉子和所述定子同心；所述第一轉子在所述 定子的徑向外側，所述第二轉子在所述定子的徑向內(nèi)側。
3.如權利要求2所述的動力系，其中所述第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述 發(fā)動機連接成與所述第一轉子共同旋轉。
4.如權利要求2所述的動力系，其中所述第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述 發(fā)動機連接成與所述第二轉子共同旋轉。
5.如權利要求1所述的動力系，其中所述轉子和所述定子與所述轉子的旋轉中心線同 軸且所述轉子不相互同心；并且所述第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將所述發(fā)動機連 接成與所述第一轉子共同旋轉。
6.如權利要求1所述的動力系，進一步包括操作地連接至所述定子的電池；其中當所 述第一扭矩傳遞機構不接合而所述第二扭矩傳遞機構接合時提供電動車輛操作模式，并且 在該模式中所述電池對所述定子通電以致使所述第一轉子和所述第二轉子旋轉。
7.如權利要求6所述的動力系，其中由被通電的定子產(chǎn)生的旋轉定子場在施加至所述 變速器的扭矩相對較高時旋轉得快于所述第一轉子和所述第二轉子，并且在施加至所述變 速器輸入構件的扭矩相對較低時旋轉得快于連接成與所述變速器輸入構件共同旋轉的另 一個轉子。
8.如權利要求6所述的動力系，進一步包括操作地連接至所述定子的電池；其中通過 接合所述第一扭矩傳遞機構并在所述第一轉子的速度與被通電定子的旋轉定子場的速度 基本相同時接著接合所述第二扭矩傳遞機構而在電動車輛操作模式期間利用電池動力起 動所述發(fā)動機。
9.一種混合動力車輛動力系，包括 發(fā)動機；具有輸入構件的機械式非混合動力變速器； 電池； 逆變器；電動發(fā)電機，該電動發(fā)電機具有定子，該定子選擇性地由所述電池通過所述逆變器提供動力以產(chǎn)生定子場并選擇性地 通過所述逆變器向所述電池提供動力；第一轉子和第二轉子，其響應于在所述定子中產(chǎn)生的定子場相對于彼此可旋轉，所述 定子場響應于所述電池提供的動力而產(chǎn)生；發(fā)動機離合器，其選擇性地可接合以將所述發(fā)動機連接成與轉子中的一個共同旋轉；以及第二扭矩傳遞機構，其選擇性地可接合以將所述轉子連接成相互共同旋轉；其中選擇 性地接合所述扭矩傳遞機構并且向所述定子提供動力提供了純電動操作模式、發(fā)動機起動 模式、電動扭矩變換器模式、電動輔助模式以及再生制動模式。
10. 一種混合動力系，包括 發(fā)動機；變速器，其具有輸入構件并且特征在于不存在任何電動發(fā)電機； 電動發(fā)電機，其具有單個定子和通過所述定子可旋轉的雙轉子；其中所述電動發(fā)電機 位于所述發(fā)動機與所述變速器輸入構件之間并可操作地與所述發(fā)動機和所述變速器輸入 構件連接，并且具有通過單個定子可旋轉的雙轉子。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有雙轉子電動發(fā)電機的動力系，具體提供一種動力系，其包括發(fā)動機以及具有輸入構件和輸出構件的變速器。該動力系還包括電動機/發(fā)動機，該電動發(fā)電機具有可通電的定子以及第一轉子和第二轉子(即，雙轉子電動機)。兩個轉子都可經(jīng)由該定子的通電而旋轉。被稱為發(fā)動機離合器的第一扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將發(fā)動機連接成與第一轉子和第二轉子其中之一共同旋轉。被稱為電動機離合器的第二扭矩傳遞機構選擇性地可接合以將第一轉子連接成與第二轉子共同旋轉。變速器輸入構件持續(xù)連接成與第一轉子和第二轉子中的另一個共同旋轉。
文檔編號B60K6/26GK101913323SQ20101011477
公開日2010年12月15日 申請日期2010年2月20日 優(yōu)先權日2009年2月16日
發(fā)明者B·M·康倫, J·D·亨德里克森, K·M·拉曼 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司