專利名稱：同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
背景技術(shù)：
在此公開的主題涉及一種同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在許多車輛中，尤其是在混合動(dòng)力車輛中，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)用于將在發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，該電能可以存儲(chǔ)或者轉(zhuǎn)換回可以用于驅(qū)動(dòng)目的的機(jī)械能。這些動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)通常包括由旋轉(zhuǎn)地耦合至發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電機(jī)定子。該電能或者由電池存儲(chǔ)，或者被傳送至驅(qū)動(dòng)定子，該驅(qū)動(dòng)定子引起進(jìn)而耦合至例如車輪的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。通常，在傳統(tǒng)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)元件和驅(qū)動(dòng)元件不安裝在一起，并且事實(shí)上，它們可以布置在具體車輛的不同部分。因此，在相對重的和復(fù)雜的布置中，需要在這樣的車輛中分開安裝這些功能部件。與安裝在一起相比，這導(dǎo)致車輛本身相對重并且燃料經(jīng)濟(jì)性較差。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種設(shè)備，該設(shè)備包括輪轂(hub)，具有第一和第二對立面、在相對端固定至第一和第二對立面以在第一與第二對立面之間限定出第一內(nèi)部的第一側(cè)壁、以及固定至第一和第二對立面中的一個(gè)面以在第一內(nèi)部中限定出第二內(nèi)部的第二側(cè)壁；第一組件，布置在第二內(nèi)部中，以從輸入機(jī)械能產(chǎn)生電流；以及第二組件，電耦合至第一組件并且布置在第一內(nèi)部中，以從與第一組件產(chǎn)生的電流相關(guān)聯(lián)的電流產(chǎn)生機(jī)械能。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種設(shè)備，并且該設(shè)備包括輪轂，具有第一和第二對立面、在相對端固定至第一和第二對立面以在第一與第二對立面之間限定出第一內(nèi)部的第一側(cè)壁、以及固定至第一和第二對立面中的一個(gè)面以在第一內(nèi)部中限定出第二內(nèi)部的第二側(cè)壁；第一組件，布置在第二內(nèi)部中，以從輸入機(jī)械能產(chǎn)生電流；第二組件，電耦合至第一組件并且布置在第一內(nèi)部中，以從與第一組件產(chǎn)生的電流相關(guān)聯(lián)的電流產(chǎn)生機(jī)械能；以及能量捕獲電路，電插入在第一組件與第二組件之間，以捕獲來自所產(chǎn)生的電流的電能。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種設(shè)備，并且該設(shè)備包括輪轂，具有第一和第二對立面、在相對端固定至第一和第二對立面以在第一與第二對立面之間限定出第一內(nèi)部的第一側(cè)壁、以及固定至第一和第二對立面中的一個(gè)面以在第一內(nèi)部中限定出第二內(nèi)部的第二側(cè)壁；第一組件，布置在第二內(nèi)部中，以從輸入機(jī)械能產(chǎn)生電流；第二組件，電耦合至第一組件并且布置在第一內(nèi)部中，以從與第一組件產(chǎn)生的電流相關(guān)聯(lián)的電流產(chǎn)生機(jī)械能； 耦合件，用以機(jī)械耦合第一組件與第二組件，以使輸入機(jī)械能從第一組件傳送至第二組件。根據(jù)以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述，這些和其他優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更加明白。


在所附權(quán)利要求中具體地指出并清楚地要求保護(hù)被認(rèn)為是本發(fā)明的主題。根據(jù)結(jié)合附圖給出的以下詳細(xì)描述，將會(huì)明白本發(fā)明的在先的和其他的特征以及優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的透視圖；圖2是同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的沿圖1中的線2-2得到的視圖；圖3是同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的示意性電路圖；圖4是同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的另外的實(shí)施例的示意性電路圖；以及圖5是同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備的另外的實(shí)施例的示意性電路圖。該詳細(xì)描述參考附圖作為示例說明了本發(fā)明的實(shí)施例以及優(yōu)點(diǎn)和特征。
具體實(shí)施例方式參考圖1-3，提供了一種同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備10。設(shè)備10包括輪轂11、 第一組件12和第二組件13。輪轂11包括第一和第二對立面20、21、在相對端固定至第一和第二對立面20、21以在第一與第二對立面20、21之間限定出第一內(nèi)部23的第一側(cè)壁22 以及第二側(cè)壁24。第二側(cè)壁M固定至第一和第二對立面20、21中的一個(gè)面，以在第一內(nèi)部 23中限定出第二內(nèi)部25。因此，輪轂11可以是外殼并被緊緊地固定至發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置(drive power generation device)或某種類似類型的安裝件。第一組件12布置在第二內(nèi)部25中并被配置為從輸入機(jī)械能產(chǎn)生電流。相比之下， 電耦合至第一組件12的第二組件13布置在通常圍繞第二側(cè)壁M的第一內(nèi)部23中，并被配置為從與由第一組件12產(chǎn)生的電流相關(guān)聯(lián)的電流產(chǎn)生機(jī)械能。根據(jù)實(shí)施例，第一和第二側(cè)壁22和M均可以基本上是柱狀，并且在一些情況下可以基本上彼此同心。第一和第二組件12和13也可以基本上彼此同心，但是第二組件13的部分距第一組件12的對應(yīng)部分軸向位移。例如，在第二側(cè)壁M固定至第一面20的情況下， 第二組件13的與第二面21對應(yīng)的端從第一組件12的對應(yīng)端軸向地突出。根據(jù)上述布置，第一和第二組件12和13中的每一個(gè)均可以包括轉(zhuǎn)子定子組件。例如，第一組件12可以包括固定地連接至第二側(cè)壁M的發(fā)電機(jī)定子30以及可操作地布置在由發(fā)電機(jī)定子30限定的中心區(qū)域內(nèi)的外部驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子31。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)在發(fā)電機(jī)定子30中引起電流。在設(shè)備10安裝在車輛中的情況下，設(shè)備10還可以包括驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置40，例如發(fā)動(dòng)機(jī)，以通過驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置軸41驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)另外的實(shí)施例，應(yīng)該理解的是，第一和第二組件12和13中的每一個(gè)均可以包括不同級的例如轉(zhuǎn)子定子組件，并以這種方式提供附加的驅(qū)動(dòng)力和/或等同于換擋的驅(qū)動(dòng)力的步進(jìn)式增加。第二組件13可以包括固定連接至第一側(cè)壁22的驅(qū)動(dòng)定子50、以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子51。 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子51可操作地布置在由驅(qū)動(dòng)定子50限定的中心區(qū)域內(nèi)。因而，施加于驅(qū)動(dòng)定子50 的電流引起驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子51的旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子51的旋轉(zhuǎn)通過驅(qū)動(dòng)軸61驅(qū)動(dòng)外部機(jī)械元件60， 外部機(jī)械元件60例如是需要速度/扭矩調(diào)制的可驅(qū)動(dòng)裝置或在設(shè)備10安裝在車輛中的情況下為輪子。施加于驅(qū)動(dòng)定子50的電流可以是與第一組件12產(chǎn)生的電流相關(guān)聯(lián)的電流。如圖3中所示，設(shè)備10還包括第一逆變器70和第二逆變器71。第一逆變器70電耦合至第一組件12，并將由如上所述的第一組件12產(chǎn)生的交流電(AC)轉(zhuǎn)換成直流電(DC)。 第二逆變器71電插入在第一逆變器70與第二組件13之間，并將由第一逆變器70產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換回交流電，該交流電可以用來驅(qū)動(dòng)第二組件13的操作。根據(jù)另外的實(shí)施例，由第一和第二逆變器70、71提供的控制可以影響電流(AC或DC)的大小和頻率中的一個(gè)或兩個(gè)。S卩，在上面給出的例子中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置40引起驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置軸41旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置軸41的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)在發(fā)電機(jī)定子30中引起交流電。在第一逆變器70電耦合至發(fā)電機(jī)定子30的情況下，該交流電被轉(zhuǎn)換成直流電，該直流電由第二逆變器71轉(zhuǎn)換回交流電。在驅(qū)動(dòng)定子50電耦合至第二逆變器71的情況下，該交流電被施加于驅(qū)動(dòng)定子50以引起驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子51的旋轉(zhuǎn)。然后，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子51的旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能通過驅(qū)動(dòng)軸61傳送至機(jī)械元件60。根據(jù)另外的實(shí)施例，并且參考圖4，設(shè)備10還可以包括能量捕獲電路80。能量捕獲電路80電插入在第一與第二組件12與13之間，并被配置成捕獲來自在至少第一組件12 中產(chǎn)生的電流的電能。能量捕獲電路80包括如上所述的第一逆變器70、如上所述的第二逆變器71以及例如電池或超級電容器的存儲(chǔ)裝置81。存儲(chǔ)裝置81與第一和第二逆變器70 和71串聯(lián)布置，以取決于第一和第二逆變器70、71被命令的方向而存儲(chǔ)從第一逆變器70 或第二逆變器71的輸出得到的電能。因此，一個(gè)逆變器可以用于向存儲(chǔ)裝置81充電，而另外一個(gè)逆變器用于驅(qū)動(dòng)力，或者兩者都可以用于充電或驅(qū)動(dòng)。在正常操作期間，驅(qū)動(dòng)力從驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置40流出，穿過第一組件12、第一和第二逆變器70、71、能量捕獲電路80和第二組件13，并到達(dá)機(jī)械元件60。但是，在驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置啟動(dòng)期間，第一逆變器70的極性可以根據(jù)已知方法倒置，以使驅(qū)動(dòng)力可以從存儲(chǔ)裝置 81流向驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置40。在這種情況下，儲(chǔ)存于存儲(chǔ)裝置81中的電力被傳送至第一逆變器70，其中，在第一逆變器70處，該電力從直流電轉(zhuǎn)換成交流電。然后，交流電傳送至發(fā)電機(jī)定子30以引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子31旋轉(zhuǎn)。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子31的旋轉(zhuǎn)引起或輔助驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置40的啟動(dòng)。另外，在一定的驅(qū)動(dòng)條件期間，例如，下坡驅(qū)動(dòng)，存儲(chǔ)裝置可以接收來自第二組件13的動(dòng)力。在這樣的情況下，可以倒置第二逆變器71的極性，并且機(jī)械元件61的機(jī)械能可以由第二組件轉(zhuǎn)換成交流電，然后由第二逆變器71轉(zhuǎn)換成直流電。該直流電可以輸入至存儲(chǔ)裝置81。根據(jù)另外的實(shí)施例并參考圖5，設(shè)備10還可以包括如以上參考圖4所述的能量捕獲電路80以及耦合件90，能量捕獲電路80使得能夠?qū)Υ鎯?chǔ)裝置81充電。耦合件90機(jī)械地耦合第一和第二組件12和13，以使輸入機(jī)械能中的至少一部分從第一組件12傳送至第二組件13。為此，耦合件90可以包括分別耦合至第一和第二組件12和13的離合器91。在這些另外的實(shí)施例中，在相對高速的行進(jìn)期間，將來自第一組件12的驅(qū)動(dòng)力直接傳送至第二組件13的能力提高了設(shè)備10的效率。盡管僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該容易理解，本發(fā)明不局限于這些公開的實(shí)施例。更確切地，本發(fā)明可以被修改為包括之前沒描述、但與本發(fā)明的精神和范圍等同的任意數(shù)量的變化、更改、替換或等效布置。另外，盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明的方面可能僅僅包括一些描述的實(shí)施例。因此，本發(fā)明不能被看作受限于前面的描述，而僅僅由所附權(quán)利要求的范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括輪轂，所述輪轂包括第一和第二對立面、在相對端固定至所述第一和第二對立面以在所述第一與第二對立面之間限定出第一內(nèi)部的第一側(cè)壁、以及固定至所述第一和第二對立面中的一個(gè)面以在所述第一內(nèi)部中限定出第二內(nèi)部的第二側(cè)壁；第一組件，所述第一組件布置在所述第二內(nèi)部中，以從輸入機(jī)械能產(chǎn)生電流；以及第二組件，所述第二組件電耦合至所述第一組件并布置在所述第一內(nèi)部中，以從與所述第一組件產(chǎn)生的所述電流相關(guān)聯(lián)的電流產(chǎn)生機(jī)械能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一和第二側(cè)壁中的每個(gè)側(cè)壁均基本上是柱狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一和第二側(cè)壁基本上是同心的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述第一和第二組件基本上是同心的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一和第二組件中的每個(gè)組件均包括轉(zhuǎn)子定子組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一組件包括 發(fā)電機(jī)定子，所述發(fā)電機(jī)定子固定至所述第二側(cè)壁；以及外部驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，所述外部驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子可操作地布置在所述發(fā)電機(jī)定子中， 以使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在所述發(fā)電機(jī)定子中引起電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，還包括驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第二組件包括 驅(qū)動(dòng)定子，所述驅(qū)動(dòng)定子固定至所述第一側(cè)壁；以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子用于驅(qū)動(dòng)外部機(jī)械元件，所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子可操作地布置在所述驅(qū)動(dòng)定子中，以使施加于所述驅(qū)動(dòng)定子的電流引起所述驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，與所述第一組件產(chǎn)生的所述電流相關(guān)聯(lián)的所述電流被施加于所述驅(qū)動(dòng)定子。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中，所述外部機(jī)械元件包括需要速度/扭矩調(diào)制的可驅(qū)動(dòng)裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括第一逆變器，所述第一逆變器電耦合至所述第一組件，以將所述第一組件產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電；以及第二逆變器，所述第二逆變器電插入在所述第一逆變器與所述第二組件之間，以將所述直流電轉(zhuǎn)換成交流電。
12.—種設(shè)備，包括輪轂，所述輪轂包括第一和第二對立面、在相對端固定至所述第一和第二對立面以在所述第一與第二對立面之間限定出第一內(nèi)部的第一側(cè)壁、以及固定至所述第一和第二對立面中的一個(gè)面以在所述第一內(nèi)部中限定出第二內(nèi)部的第二側(cè)壁；第一組件，所述第一組件布置在所述第二內(nèi)部中，以從輸入機(jī)械能產(chǎn)生電流； 第二組件，所述第二組件電耦合至所述第一組件并布置在所述第一內(nèi)部中，以從與所述第一組件產(chǎn)生的所述電流相關(guān)聯(lián)的電流產(chǎn)生機(jī)械能；以及能量捕獲電路，所述能量捕獲電路電插入在所述第一與第二組件之間，以捕獲來自所產(chǎn)生的電流的電能。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，所述能量捕獲電路包括第一逆變器，所述第一逆變器電耦合至所述第一組件，以將所述第一組件產(chǎn)生的交流電轉(zhuǎn)換成直流電；第二逆變器，所述第二逆變器電插入在所述第一逆變器與所述第二組件之間，以將所述直流電轉(zhuǎn)換成交流電；以及存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置與所述第二逆變器并聯(lián)布置以存儲(chǔ)從所述第一逆變器的輸出得到的電能。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中，所述存儲(chǔ)裝置包括電池。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述電池被配置為使得能夠啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置并提供后備驅(qū)動(dòng)力。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，所述電池在預(yù)定條件期間能夠接收來自所述第二組件的動(dòng)力。
17.一種設(shè)備，包括輪轂，所述輪轂包括第一和第二對立面、在相對端固定至所述第一和第二對立面以在所述第一與第二對立面之間限定出第一內(nèi)部的第一側(cè)壁、以及固定至所述第一和第二對立面中的一個(gè)面以在所述第一內(nèi)部中限定出第二內(nèi)部的第二側(cè)壁；第一組件，所述第一組件布置在所述第二內(nèi)部中，以從輸入機(jī)械能產(chǎn)生電流；第二組件，所述第二組件電耦合至所述第一組件并布置在所述第一內(nèi)部中，以從與所述第一組件產(chǎn)生的所述電流相關(guān)聯(lián)的電流產(chǎn)生機(jī)械能；以及耦合件，所述耦合件機(jī)械地耦合所述第一與第二組件，以使所述輸入機(jī)械能從所述第一組件傳送至所述第二組件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述耦合件包括分別耦合至所述第一和第二組件的離合器。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括能量捕獲電路，所述能量捕獲電路電插入在所述第一與第二組件之間，以捕獲來自所產(chǎn)生的電流的電能。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置，所述驅(qū)動(dòng)力發(fā)生裝置用于提供作為所述輸入機(jī)械能的驅(qū)動(dòng)力；以及可驅(qū)動(dòng)裝置，所述可驅(qū)動(dòng)裝置需要速度/扭矩調(diào)制且由所述第二組件產(chǎn)生的所述機(jī)械能驅(qū)動(dòng)，其中所述驅(qū)動(dòng)力通過所述耦合件從所述第一組件傳送至所述第二組件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同心電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中提供了一種設(shè)備，該設(shè)備包括輪轂、第一組件和第二組件，其中，該輪轂包括第一和第二對立面、在相對端固定至第一和第二對立面以在第一與第二對立面之間限定出第一內(nèi)部的第一側(cè)壁、以及固定至第一和第二對立面中的一個(gè)面以在第一內(nèi)部中限定出第二內(nèi)部的第二側(cè)壁，該第一組件布置在第二內(nèi)部中，以從輸入機(jī)械能產(chǎn)生電流，該第二組件電耦合至第一組件并且布置在第一內(nèi)部中，以從與第一組件產(chǎn)生的電流相關(guān)聯(lián)的電流產(chǎn)生機(jī)械能。
文檔編號(hào)H02K7/18GK102529683SQ20111037204
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月23日
發(fā)明者大衛(wèi)·富爾頓, 拉里·庫貝什 申請人:雷米技術(shù)有限公司