CN102529683B - 同心电机发电和驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种同心电机发电和驱动系统，其中提供了一种设备，该设备包括轮毂、第一组件和第二组件，其中，该轮毂包括第一和第二对立面、在相对端固定至第一和第二对立面以在第一与第二对立面之间限定出第一内部的第一侧壁、以及固定至第一和第二对立面中的一个面以在第一内部中限定出第二内部的第二侧壁，该第一组件布置在第二内部中，以从输入机械能产生电流，该第二组件电耦合至第一组件并且布置在第一内部中，以从与第一组件产生的电流相关联的电流产生机械能。

Description

同心电机发电和驱动系统
背景技术
在此公开的主题涉及一种同心电机发电和驱动系统。
在许多车辆中，尤其是在混合动力车辆中，动力传动系统用于将在发动机中产生的机械能转换成电能，该电能可以存储或者转换回可以用于驱动目的的机械能。这些动力传动系统通常包括由旋转地耦合至发动机的驱动轴驱动旋转的发电机转子和将转子旋转转换成电能的发电机定子。该电能或者由电池存储，或者被传送至驱动定子，该驱动定子引起进而耦合至例如车轮的驱动转子的旋转。
通常，在传统动力传动系统中，发电机元件和驱动元件不安装在一起，并且事实上，它们可以布置在具体车辆的不同部分。因此，在相对重的和复杂的布置中，需要在这样的车辆中分开安装这些功能部件。与安装在一起相比，这导致车辆本身相对重并且燃料经济性较差。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种设备，该设备包括：轮毂(hub)，具有第一和第二对立面、在相对端固定至第一和第二对立面以在第一与第二对立面之间限定出第一内部的第一侧壁、以及固定至第一和第二对立面中的一个面以在第一内部中限定出第二内部的第二侧壁；第一组件，布置在第二内部中，以从输入机械能产生电流；以及第二组件，电耦合至第一组件并且布置在第一内部中，以从与第一组件产生的电流相关联的电流产生机械能。
根据本发明的另一个方面，提供了一种设备，并且该设备包括：轮毂，具有第一和第二对立面、在相对端固定至第一和第二对立面以在第一与第二对立面之间限定出第一内部的第一侧壁、以及固定至第一和第二对立面中的一个面以在第一内部中限定出第二内部的第二侧壁；第一组件，布置在第二内部中，以从输入机械能产生电流；第二组件，电耦合至第一组件并且布置在第一内部中，以从与第一组件产生的电流相关联的电流产生机械能；以及能量捕获电路，电插入在第一组件与第二组件之间，以捕获来自所产生的电流的电能。
根据本发明的又一方面，提供了一种设备，并且该设备包括：轮毂，具有第一和第二对立面、在相对端固定至第一和第二对立面以在第一与第二对立面之间限定出第一内部的第一侧壁、以及固定至第一和第二对立面中的一个面以在第一内部中限定出第二内部的第二侧壁；第一组件，布置在第二内部中，以从输入机械能产生电流；第二组件，电耦合至第一组件并且布置在第一内部中，以从与第一组件产生的电流相关联的电流产生机械能；耦合件，用以机械耦合第一组件与第二组件，以使输入机械能从第一组件传送至第二组件。
根据以下结合附图进行的描述，这些和其他优点和特征将变得更加明白。
附图说明
在所附权利要求中具体地指出并清楚地要求保护被认为是本发明的主题。根据结合附图给出的以下详细描述，将会明白本发明的在先的和其他的特征以及优点，其中：
图1是同心电机发电和驱动系统设备的透视图；
图2是同心电机发电和驱动系统设备的沿图1中的线2-2得到的视图；
图3是同心电机发电和驱动系统设备的示意性电路图；
图4是同心电机发电和驱动系统设备的另外的实施例的示意性电路图；以及
图5是同心电机发电和驱动系统设备的另外的实施例的示意性电路图。
该详细描述参考附图作为示例说明了本发明的实施例以及优点和特征。
具体实施方式
参考图1-3，提供了一种同心电机发电和驱动系统设备10。设备10包括轮毂11、第一组件12和第二组件13。轮毂11包括第一和第二对立面20、21、在相对端固定至第一和第二对立面20、21以在第一与第二对立面20、21之间限定出第一内部23的第一侧壁22以及第二侧壁24。第二侧壁24固定至第一和第二对立面20、21中的一个面，以在第一内部23中限定出第二内部25。因此，轮毂11可以是外壳并被紧紧地固定至发动机、驱动力发生装置(drive powergeneration device)或某种类似类型的安装件。
第一组件12布置在第二内部25中并被配置为从输入机械能产生电流。相比之下，电耦合至第一组件12的第二组件13布置在通常围绕第二侧壁24的第一内部23中，并被配置为从与由第一组件12产生的电流相关联的电流产生机械能。
根据实施例，第一和第二侧壁22和24均可以基本上是柱状，并且在一些情况下可以基本上彼此同心。第一和第二组件12和13也可以基本上彼此同心，但是第二组件13的部分距第一组件12的对应部分轴向位移。例如，在第二侧壁24固定至第一面20的情况下，第二组件13的与第二面21对应的端从第一组件12的对应端轴向地突出。
根据上述布置，第一和第二组件12和13中的每一个均可以包括转子定子组件。例如，第一组件12可以包括固定地连接至第二侧壁24的发电机定子30以及可操作地布置在由发电机定子30限定的中心区域内的外部驱动发电机转子31。发电机转子31的旋转在发电机定子30中引起电流。在设备10安装在车辆中的情况下，设备10还可以包括驱动力发生装置40，例如发动机，以通过驱动力发生装置轴41驱动发电机转子31的旋转。根据另外的实施例，应该理解的是，第一和第二组件12和13中的每一个均可以包括不同级的例如转子定子组件，并以这种方式提供附加的驱动力和/或等同于换挡的驱动力的步进式增加。
第二组件13可以包括固定连接至第一侧壁22的驱动定子50、以及驱动转子51。驱动转子51可操作地布置在由驱动定子50限定的中心区域内。因而，施加于驱动定子50的电流引起驱动转子51的旋转。驱动转子51的旋转通过驱动轴61驱动外部机械元件60，外部机械元件60例如是需要速度/扭矩调制的可驱动装置或在设备10安装在车辆中的情况下为轮子。施加于驱动定子50的电流可以是与第一组件12产生的电流相关联的电流。
如图3中所示，设备10还包括第一逆变器70和第二逆变器71。第一逆变器70电耦合至第一组件12，并将由如上所述的第一组件12产生的交流电(AC)转换成直流电(DC)。第二逆变器71电插入在第一逆变器70与第二组件13之间，并将由第一逆变器70产生的直流电转换回交流电，该交流电可以用来驱动第二组件13的操作。根据另外的实施例，由第一和第二逆变器70、71提供的控制可以影响电流(AC或DC)的大小和频率中的一个或两个。
即，在上面给出的例子中，当驱动力发生装置40引起驱动力发生装置轴41旋转时，驱动力发生装置轴41的旋转驱动发电机转子31的旋转。发电机转子31的旋转在发电机定子30中引起交流电。在第一逆变器70电耦合至发电机定子30的情况下，该交流电被转换成直流电，该直流电由第二逆变器71转换回交流电。在驱动定子50电耦合至第二逆变器71的情况下，该交流电被施加于驱动定子50以引起驱动转子51的旋转。然后，驱动转子51的旋转的机械能通过驱动轴61传送至机械元件60。
根据另外的实施例，并且参考图4，设备10还可以包括能量捕获电路80。能量捕获电路80电插入在第一与第二组件12与13之间，并被配置成捕获来自在至少第一组件12中产生的电流的电能。能量捕获电路80包括如上所述的第一逆变器70、如上所述的第二逆变器71以及例如电池或超级电容器的存储装置81。存储装置81与第一和第二逆变器70和71串联布置，以取决于第一和第二逆变器70、71被命令的方向而存储从第一逆变器70或第二逆变器71的输出得到的电能。因此，一个逆变器可以用于向存储装置81充电，而另外一个逆变器用于驱动力，或者两者都可以用于充电或驱动。
在正常操作期间，驱动力从驱动力发生装置40流出，穿过第一组件12、第一和第二逆变器70、71、能量捕获电路80和第二组件13，并到达机械元件60。但是，在驱动力发生装置启动期间，第一逆变器70的极性可以根据已知方法倒置，以使驱动力可以从存储装置81流向驱动力发生装置40。在这种情况下，储存于存储装置81中的电力被传送至第一逆变器70，其中，在第一逆变器70处，该电力从直流电转换成交流电。然后，交流电传送至发电机定子30以引起发电机转子31旋转。发电机转子31的旋转引起或辅助驱动力发生装置40的启动。另外，在一定的驱动条件期间，例如，下坡驱动，存储装置可以接收来自第二组件13的动力。在这样的情况下，可以倒置第二逆变器71的极性，并且机械元件61的机械能可以由第二组件转换成交流电，然后由第二逆变器71转换成直流电。该直流电可以输入至存储装置81。
根据另外的实施例并参考图5，设备10还可以包括如以上参考图4所述的能量捕获电路80以及耦合件90，能量捕获电路80使得能够对存储装置81充电。耦合件90机械地耦合第一和第二组件12和13，以使输入机械能中的至少一部分从第一组件12传送至第二组件13。为此，耦合件90可以包括分别耦合至第一和第二组件12和13的离合器91。在这些另外的实施例中，在相对高速的行进期间，将来自第一组件12的驱动力直接传送至第二组件13的能力提高了设备10的效率。
尽管仅结合有限数量的实施例详细描述了本发明，但是应该容易理解，本发明不局限于这些公开的实施例。更确切地，本发明可以被修改为包括之前没描述、但与本发明的精神和范围等同的任意数量的变化、更改、替换或等效布置。另外，尽管已经描述了本发明的各种实施例，应该理解的是，本发明的方面可能仅仅包括一些描述的实施例。因此，本发明不能被看作受限于前面的描述，而仅仅由所附权利要求的范围来限制。

Claims (20)

1.一种同心电机发电和驱动系统设备，包括：
轮毂，所述轮毂包括第一和第二对立面、在相对端固定至所述第一和第二对立面以在所述第一与第二对立面之间限定出第一内部的第一侧壁、以及固定至所述第一和第二对立面中的一个面以在所述第一内部中限定出第二内部的第二侧壁；
第一组件，所述第一组件布置在所述第二内部中，以从输入机械能产生电流；以及
第二组件，所述第二组件电耦合至所述第一组件并布置在所述第一内部中以使得所述第一组件和所述第二组件以径向排列而不是以轴向排列来布置，以从与所述第一组件产生的所述电流相关联的电流产生机械能；以及
耦合件，所述耦合件机械地耦合所述第一与第二组件，以使所述输入机械能从所述第一组件传送至所述第二组件。
2.根据权利要求1所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述第一和第二侧壁中的每个侧壁均是柱状。
3.根据权利要求1所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述第一和第二侧壁是同心的。
4.根据权利要求3所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述第一和第二组件是同心的。
5.根据权利要求1所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述第一和第二组件中的每个组件均包括转子定子组件。
6.根据权利要求1所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述第一组件包括：
发电机定子，所述发电机定子固定至所述第二侧壁；以及
外部驱动发电机转子，所述外部驱动发电机转子可操作地布置在所述发电机定子中，以使发电机转子旋转在所述发电机定子中引起电流。
7.根据权利要求6所述的同心电机发电和驱动系统设备，还包括驱动所述发电机转子旋转的驱动力发生装置。
8.根据权利要求1所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述第二组件包括：
驱动定子，所述驱动定子固定至所述第一侧壁；以及
驱动转子，所述驱动转子用于驱动外部机械元件，所述驱动转子可操作地布置在所述驱动定子中，以使施加于所述驱动定子的电流引起所述驱动转子的旋转。
9.根据权利要求8所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，与所述第一组件产生的所述电流相关联的所述电流被施加于所述驱动定子。
10.根据权利要求8所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述外部机械元件包括需要速度/扭矩调制的可驱动装置。
11.根据权利要求1所述的同心电机发电和驱动系统设备，还包括：
第一逆变器，所述第一逆变器电耦合至所述第一组件，以将所述第一组件产生的交流电转换成直流电；以及
第二逆变器，所述第二逆变器电插入在所述第一逆变器与所述第二组件之间，以将所述直流电转换成交流电。
12.根据权利要求1所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述耦合件包括分别耦合至所述第一和第二组件的离合器。
13.根据权利要求1所述的同心电机发电和驱动系统设备，还包括：
驱动力发生装置，所述驱动力发生装置用于提供作为所述输入机械能的驱动力；以及
可驱动装置，所述可驱动装置需要速度/扭矩调制且由所述第二组件产生的所述机械能驱动，其中
所述驱动力通过所述耦合件从所述第一组件传送至所述第二组件。
14.一种同心电机发电和驱动系统设备，包括：
轮毂，所述轮毂包括第一和第二对立面、在相对端固定至所述第一和第二对立面以在所述第一与第二对立面之间限定出第一内部的第一侧壁、以及固定至所述第一和第二对立面中的一个面以在所述第一内部中限定出第二内部的第二侧壁；
第一组件，所述第一组件布置在所述第二内部中，以从输入机械能产生电流；
第二组件，所述第二组件电耦合至所述第一组件并布置在所述第一内部中以使得所述第一组件和所述第二组件以径向排列而不是以轴向排列来布置，以从与所述第一组件产生的所述电流相关联的电流产生机械能；
耦合件，所述耦合件机械地耦合所述第一与第二组件，以使所述输入机械能从所述第一组件传送至所述第二组件；以及
能量捕获电路，所述能量捕获电路电插入在所述第一与第二组件之间，以捕获来自所产生的电流的电能。
15.根据权利要求14所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述能量捕获电路包括：
第一逆变器，所述第一逆变器电耦合至所述第一组件，以将所述第一组件产生的交流电转换成直流电；
第二逆变器，所述第二逆变器电插入在所述第一逆变器与所述第二组件之间，以将所述直流电转换成交流电；以及
存储装置，所述存储装置与所述第二逆变器并联布置以存储从所述第一逆变器的输出得到的电能。
16.根据权利要求15所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述存储装置包括电池。
17.根据权利要求16所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述电池被配置为使得能够启动驱动力发生装置并提供后备驱动力。
18.根据权利要求16所述的同心电机发电和驱动系统设备，其中，所述电池在预定条件期间能够接收来自所述第二组件的动力。
19.一种同心电机发电和驱动系统设备，包括：
轮毂，所述轮毂包括第一和第二对立面、在相对端固定至所述第一和第二对立面以在所述第一与第二对立面之间限定出第一内部的第一侧壁、以及从所述第一侧壁位移且固定至所述第一和第二对立面中的一个面以在所述第一内部中限定出第二内部的第二侧壁；
第一组件，所述第一组件部分支撑在所述第二侧壁的内部面对表面上且直接附接到所述内部面对表面并且布置在所述第二内部中，以从输入机械能产生电流；
第二组件，所述第二组件电耦合至所述第一组件并且部分支撑在所述第一侧壁的内部面对表面上且直接附接到所述内部面对表面，所述第二组件布置在所述第一内部中以在所述第一组件的径向维度上部分围绕所述第一组件并且被配置为从与所述第一组件产生的所述电流相关联的电流产生机械能；以及
耦合件，所述耦合件机械地耦合所述第一与第二组件，以使所述输入机械能从所述第一组件传送至所述第二组件。
20.根据权利要求19所述的同心电机发电和驱动系统设备，还包括能量捕获电路，所述能量捕获电路电插入在所述第一与第二组件之间，以捕获来自所产生的电流的电能。
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