CN101061017B - 用于电动车辆的动力输出装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电动车辆的动力输出装置。所述动力输出装置包括可变速电动机(28)，用于驱动车辆的至少一个车轮；以及与所述电动机(28)相连的包括空档状态的传动装置(58)。辅助装置(75)与所述传动装置(58)相连。当所述传动装置(58)处于空档状态的时候，所述辅助装置(75)将以独立于车轮速度且依赖于所述电动机(28)速度的速度操作。当所述传动装置(58)可操作地啮合在非空档状态时，所述辅助装置(75)将在与所述电动机(28)速度以及所述车轮速度都相关的速度操作。

Description

用于电动车辆的动力输出装置

技术领域

本发明大体涉及混合动力电动车辆，并且更具体的是涉及与用于电动车辆的轴联接的动力输出装置。

背景技术

在传统的电动车辆中，诸如柴油发动机的原动机被用来驱动发电机或者交流发电机，所述发电机给多个电动机提供电流。电动机典型的是与车辆上成排的轮组相连。使用这种类型混合动力电动机的车辆通常是铁路机车。

原动机驱动发电机/交流发电机，发电机通常产生AC电流，该电流然后被充分整流，产生DC电流和电压，所述电流和电压被分配给与牵引电动机相连的变流器。这种系统高度集成，其中每个元件通常被设计和制造成同整个系统中的其它元件一起操作。换句话说，“不用定制的”元件不太适合于在初始设计中使用或者在正在进行的这种车辆的维护中使用。而且，这种车辆具有与AC到DC到AC电能的变化相关的多个元件。这种系统的维护是昂贵的，因为必须使用专门的元件。

在用于这种车辆的混合动力驱动装置的使用中，经常必须增加需要动力源来操作的支持系统。通常，这些系统中心安装在车辆上，并且需要专门的加压的管道路径到达车辆周围的特定的点。传统的辅助动力源通常是内燃机操作的发电机或者电动发电机组。这种另外的元件和设备增加了车辆的成本，并且占用了车辆上的空间。

因此，需要一种用于车辆的动力输出装置，其不需要额外的发动机。进一步需要一种方法，对安装在使用了车辆的牵引电动机的车辆上的辅助设备提供动力。

发明内容

提出了一种用于电动车辆的动力输出装置。所述动力输出装置包括可变速电动机，用于驱动车辆的至少一个车轮。包括空档状态的传动装置与所述电动机相连。辅助输出轴与所述传动装置相连。当所述传动装置处于空档状态的时候，所述辅助输出轴将以独立于车轮速度且依赖于所述电动机速度的速度操作。当所述传动装置可操作地啮合在非空档状态时，所述辅助输出轴将以与所述电动机速度以及所述车轮速度都相关的速度操作。

还提供了一种方法，用于向安装在使用了车辆电动机的车辆上的工具提供动力，其中所述电动机连接到轴以向车轮传递动力。所述方法包括提供具有齿轮系的动力输出装置(PTO)的步骤。将所述PTO齿轮系与所述电动机相连。提供行星内齿圈。将所述行星内齿圈连接到所述轴，所述行星内齿圈构造成在第一位置和第二位置之间移动。在所述第一位置，所述PTO将以独立于车轮速度且依赖于所述电动机速度的速度操作，并且在所述第二位置，所述PTO将以与所述电动机速度以及所述车轮速度都相关的速度操作。

进一步提供一种包括车辆支撑结构的车辆。主动力装置由所述结构支持，其中所述主动力装置不是电池。电子AC功率总线包括至少两相位导体，其中所述相位导体与所述主动力装置相连。能量存储装置与所述AC功率总线相连。整装的轴模块与所述车辆支撑结构以及所述电动机相连。车辆控制器与所述整装的轴模块以及AC功率总线相连。数据总线与所述整装的轴模块以及车辆控制器相连。电动机驱动控制器装置与所述电动机相连，并且与所述车辆控制器相连，以将信号传送给所述车辆控制器，使得所述电动机的速度和扭矩之一基于所述信号被控制。输出轴与所述电动机相连。第一车轮端组件与所述输出轴相连，并且第二车轮端组件与所述输出轴相连。动力输出装置与所述轴模块相连。所述动力输出装置包括与所述电动机相连的传动装置，所述传动装置包括空档状态。辅助输出轴与所述传动装置相连，其中当所述传动装置处于所述空档状态的时候，所述辅助输出轴将以独立于车轮速度且依赖于所述电动机速度的速度操作。当所述传动装置可操作地啮合在非空档状态时，所述辅助输出轴将以与所述电动机速度以及所述车轮速度都相关的速度操作。

附图说明

图1是根据一个典型实施例的电动车辆的示意图。

图2是包括整装的轴模块的车辆的典型实施例的局部透视图，所述车辆与车辆的车辆支撑结构相连。

图3是与传动装置相连的动力输出装置的截面图，所述传动装置安装在轴模块的壳体中且与混合动力车辆的电动机相连。

具体实施方式

图1是根据一个典型实施例的电动车辆10的示意图。电动车辆是使用某种形式的电能或另一种的车辆，从而提供车辆的所有或部分推动功率。这个电能可以来自多种来源，例如依赖化学转化的能量存储装置(电池)、电荷存储装置(电容器)、依靠机械能量存储的能量存储装置(例如飞轮、压力蓄压器)、以及能量转换产品。混合动力的电动车辆是使用一种以上能量源的电动车辆，例如上面提到的电能存储装置之一以及诸如内燃机的另一种能量源。通过具有一种以上的能量源，一些设计中的优化可以允许更有效的动力产生，因此人们能够使用来自不同来源的动力来提出更有效的牵引系统。电动车辆10可以用于实现通常的电动车辆和/或特殊的混合动力电动车辆。电动车辆10可以实现多种不同的车辆类型，例如消防车、军用车、吹雪车、垃圾处理车、混凝土搅拌车等。

在所示实施例中，电动车辆10包括发动机18、发电机20、电能变换器24、能量存储装置26、多个电动机28、多个驱动控制器30、车辆控制器34。电动车辆10选择性地包括能量耗散装置32。发电机20、驱动控制器30以及电能变换器24通过功率总线42例如AC或DC功率总线互相连接。电动车辆10通常构造成使用发动机18和发电机20的结合以提供制动能力并且将再生制动期间由电动机28所产生的过多电能耗散。

发动机18优选是内燃机，例如柴油机，其构造成为发电机20提供机械能且接收来自发电机的机械能，从而可以用作机械发动机制动器或者空气压缩机。发电机20与发动机18相连，并且可以构造成用作发电机和电动机，所述发电机构造成提供AC或DC电能，电动机构造成接收电能并且提供机械能给发动机18。

电能变换器24与能量存储装置26相连，并且构造成将再生制动期间由发电机20或者电动机28所产生的电能变换成能量存储装置26所需的能量模式。例如，根据一个典型实施例，电能变换器构造成将发电机20所产生的AC电能变换成DC电能并且将这种变换的电能传递给能量存储装置26。电能变换器24也可以将能量存储装置26中存储的能量变换回到发电机20的能量模式，以在功率总线42上放大和补充由发电机20产生的功率。能量存储装置26可以是电子电容器、电化学电容器或“超级电容器”、蓄电池、飞轮或者水力蓄能器。

电动机28是尺寸适当的电动机，其可以是AC或DC电动机。电动机28构造成接收来自功率总线42的电能，用以给车轮或轴提供机械能量输出。电动机28也构造成接收再生制动期间来自车轮或轴的机械能，用以在功率总线42上产生电能。

驱动控制器30与每个电动机28相连，并且构造成控制每个电动机28的操作。更具体的是，驱动控制器构造成允许电动机28或者接收来自功率总线42的电能从而为车轮或轴提供机械能量输出，或者接收在再生制动期间来自车轮或轴的机械能量以在功率总线42上产生电能。

车辆控制器34通过数据总线网络76联结到发动机18、发电机20、电能变换器24以及驱动控制器30。车辆控制器34通常构造成控制发动机18、发电机20、电能变换器24、电能存储装置26、多个电动机28以及多个驱动控制器30的操作。更具体的是，车辆控制器34构造成帮助控制功率总线上的电能分配，从而来自发电机20和发动机18的电能的流动可以逆转，以提供制动能力，并且从而在再生制动期间由电动机28产生的过多的电能被引导返回到发电机20，使得其可以通过发动机18耗散。

可选的能量耗散装置32通常是电阻元件，如果电能超过能量存储装置26的容量，那么在再生制动期间由电动机28产生的电能作为热量通过该电阻元件被耗散。优选的是，电动车辆10被构造成使得在再生制动期间由电动机28产生的过多的电能通过发动机18和发电机20被充分耗散。

在传统的车辆并且尤其是具有混合动力电驱动的车辆中，通常需要增设支持系统，例如加压润滑和补充冷却系统。这种系统通常是中心安装到车辆上，并且需要遍布车辆的加压油路。被引导穿过车辆的这种特殊管线的数目的消除或者受限导致了用于其它元件和卡车部件的额外的空间。用于车辆10的整装的(self-contained)轴模块50通常包括润滑泵、机油滤清器以及在轴处的热交换器，并且将这些元件集成在整装的轴模块内使得上述的管线路径最小化。

整装的轴模块50可以安装或连接到由车辆的制造者或使用者决定的任意方便位置处的车辆10支撑结构12。而且，由于模块化结构，整装的轴模块50能够容易地被移除和替换，以维护或维修。整装的轴模块50仅必须连接到电功率源，例如主动力装置和发电机18、20以及电力AC功率总线42。应该理解，如上面描述的其它功率源能够连接到整装的轴模块50，以提供必需的电能来操作电动机28，如下面描述。除了将电能连接到整装的轴模块50，通过数据总线76网络的控制信号提供了用于轴操作的必要的控制和反馈信号。也想到可能需要补充冷却，因为整装的轴模块50的环境或操作状况，并且因此补充冷却源也可以连接到轴。

壳体56可以由任意适合的材料构成，例如铁、钢、或者铝，并且可以如制造者设计的那样被铸造和加工。壳体56包括位于壳体56的最下面的区域中的集油部(sump portion)。除了下面描述的元件，壳体56还容纳有传动装置58，传动装置58将来自电动机28的力传动到输出轴60和动力输出装置88。传动装置58可以包括几种类型的齿轮，例如行星齿轮、链轮、锥齿轮等，它们具有由车辆10的制造者和操作者决定的选择的齿轮齿数比。

动力输出装置88包括安装在壳体56上且连接到传动装置58的动力输出(PTO)壳体74、以及辅助装置75诸如工具77(见图3)。传动装置58包括连接到电动机驱动齿轮91的主驱动齿轮90。电动机驱动齿轮91传递来自电动机28的旋转功率。主驱动齿轮90连接到PTO齿轮系100并连接到锥齿轮差动组件65。当副减速行星内齿圈96移动到空档位置的时候，传动装置58位于空档状态，从而它不与主驱动齿轮90相连。当副减速行星内齿圈96位于空档位置的时候，工具77将以车辆的速度以外的速度操作。换句话说，它将以与电动机28的速度成比例的速度操作。当副减速行星内齿圈96移动到空档位置以外的位置的时候，例如当它与主驱动齿轮90相连时，子系统装置75将以与电动机28的速度和车轮的速度都相关的速度操作，因为它与车辆10的轴模块50的输出轴60相连。副减速行星内齿圈96可以通过致动器被移动，例如流体缸(气动的或液压的)或者诸如电磁线圈的电子装置。

传动装置58还包括副减速行星架95、副减速行星行星齿轮97以及副减速行星太阳齿轮98。应该理解，其它类型的齿轮结构也可以用于传动装置58。还应该理解，壳体56和动力输出壳体74可以整体形成以容纳动力输出齿轮系100和传动装置58。

工具77可以是需要机械能传动装置的任意类型的工具，例如液压泵78或者驱动轴，用于带传动的带轮或者类似装置可以与动力输出装置88相连。

还应该理解，传动装置58可以被换档用于至少两个速度，然而，为了给动力输出装置88(同样称为子系统功率源)供能，任何其它数目的齿轮传动比都可以用于获得任何数目的适当且方便的速度。

通过将动力输出装置88安装到使用了车辆10的电动机28的车辆上，实现了为子系统装置例如工具77提供能量的方法。电动机28与轴模块50相连以将功率传递给车轮14。所述方法包括提供具有PTO齿轮系100的动力输出(PTO)装置88的步骤。将PTO齿轮系100连接到牵引电动机28。提供行星内齿圈96并且将行星内齿圈96与轴50相连，其中所述行星内齿圈96构造成在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置，PTO 88将以与车辆10的速度相关的速度运动，并且在第二位置，PTO 88将以不同于车辆10的速度移动。PTO 88总是作为电动机28速度的函数被驱动，但是需要PTO 88速度与车辆速度相关。

副减速行星内齿圈96的控制通过例如气缸的流体缸来保持。还可以构想液压缸或者例如电磁线圈的电动装置可以被用于将副减速行星内齿圈96从第一位置移动到第二位置。

PTO 88可以用于驱动工具77例如泵78，并且给与车辆10相关的设备供能。PTO可以构造成以与车辆速度相关的速度操作，或者以与车辆速度不同的速度运行。电动机28通过相关的PTO齿轮系100给PTO提供功率，并且能够与整装的轴模块50的输出轴60相连或脱离。

工具77例如泵78可以用作安装到消防车或者机场救援车的轴模块50之一上的高容量水泵。作为一个例子，其中一个轴模块50可以构造成移动车辆10，而另一个轴模块50构造成给工具77供能，例如具有PTO 88的水泵。

根据另一个可替换实施例，由动力输出装置88供能的工具77可以是电力发电机，其中电动机28的旋转机械能被转换成电能从而向另外的辅助系统供能。这种布置可以如上面所述构造，其中一个轴模块50被构造成移动车辆10，并且另一个轴模块50被构造成或者在车辆10移动时或者在车辆10停止的时候为电力发电机供能。

一些可替换实施例已经参考动力输出装置88来描述，然而，本发明并不限于所描述的实施例。使用了由电动机28提供的旋转机械能的任何动力输出系统都在本发明的范围和精神之内。

还构想到车辆10也可以包括多个独立的悬挂组件86，其独立地相对于车辆支撑结构12来悬挂车轮端组件中的一个。

为了公开的目的，术语“连接”意味着将两个元件(电动的或机械的)直接或间接地彼此接合。这种接合可以是本质上静止的或者本质上可移动的。这种接合可以通过两个元件(电动的或机械的)以及任何另外的中间元件实现，所述中间元件彼此之间或者与所述两个元件整体形成单独的整体主体，这种接合或者利用所述两个元件和任何彼此连接的元件实现。这种接合可以本质上永久的，或者可替换的是可以本质上是可拆的或者可释放的。

前面实施例的描述是为了解释和描述而提出。并不是唯一的或者限于精确的公开形式，并且在上述启示下可能作出修改和变化。实施例的选择和描述是为了解释子系统功率源的原理和它的实际应用，从而使得本领域普通技术人员能够利用多种实施例，并且具有适于特殊使用构想的多种修改。所附的权利要求及其等价物限定了子系统功率源的范围。

Claims (11)

1.一种用于车辆的具有动力输出装置的电动驱动轴模块，包括：

壳体；

主输出轴，从壳体延伸，并具有限定第一端的第一部分和限定第二端的第二部分；

第一车轮端组件，连接到所述第一端，并构造成相对于车辆被独立地悬挂；

第二车轮端组件，连接到所述第二端，并构造成相对于车辆被独立地悬挂；

可变速电动机，连接到所述壳体；

位于壳体内并包括空档状态的传动装置，该传动装置连接到所述电动机，并且可与主输出轴接合从而驱动车轮端组件；和

辅助输出轴，连接到所述传动装置，其中，当所述传动装置处于所述空档状态时，所述辅助输出轴将以独立于车轮端组件速度并且依赖于所述电动机速度的速度操作，并且当所述传动装置可操作地啮合在非空档状态时，所述辅助输出轴将以与所述电动机速度和车轮端组件速度相关的速度操作。

2.如权利要求1所述的电动驱动轴模块，其特征在于，所述传动装置可旋转地安装在壳体中。

3.如权利要求1所述的电动驱动轴模块，其特征在于，还包括动力输出壳体，所述动力输出壳体连接到所述壳体。

4.如权利要求1所述的电动驱动轴模块，其特征在于，工具连接到所述辅助输出轴。

5.如权利要求4所述的电动驱动轴模块，其特征在于，所述工具是泵。

6.如权利要求1所述的电动驱动轴模块，其特征在于，所述车辆是混合动力电动车辆。

7.如权利要求1所述的电动驱动轴模块，其特征在于，所述传动装置被换档用于至少两个速度。

8.一种用于提供电动驱动轴模块的方法，其向安装在车辆上的工具提供动力，其中所述用于提供动力的方法包括下列步骤：

提供壳体；

提供主输出轴，该主输出轴从壳体延伸并且具有限定第一端的第一部分和限定第二端的第二部分；

提供第一车轮端组件，连接到所述第一端，并相对于车辆被独立地悬挂；

提供第二车轮端组件，连接到所述第二端，并相对于车辆被独立地悬挂；

提供连接到壳体的可变速电动机；

提供具有齿轮系的动力输出装置；

将所述动力输出装置的齿轮系连接到所述电动机；

提供行星内齿圈，其中所述行星内齿圈构造成在第一位置和第二位置之间移动，其中，在所述第一位置，所述动力输出装置将以独立于车轮速度并且依赖于所述电动机速度的速度运动，并且在所述第二位置，所述动力输出装置将以与所述电动机速度和所述车轮速度相关的速度运动。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一位置是空档位置。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工具是泵。

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述车辆是混合动力电动车辆。

Images