CN109895622A - 具有功率传输组件的集成式起动器发生器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有功率传输组件的集成式起动器发生器装置。用于作业车辆的组合式发动机起动器发生器装置具有电机和安装至所述电机的齿轮组。该齿轮组被构造成从所述电机并从所述作业车辆的发动机接收旋转输入。在第一功率流方向和第二功率流方向上，所述齿轮组机械地联接所述电机和所述发动机，其中在所述第一功率流方向上，所述齿轮组实现第一齿数比，而在所述第二功率流方向上，所述齿轮组实现第二齿数比。

Description

具有功率传输组件的集成式起动器发生器装置

技术领域

本公开涉及作业车辆动力传动系，该动力传动系包括启动机械功率设备并由该起动机械功率设备产生电功率。

背景技术

诸如那些在农业、建筑和林业中的作业车辆之类的作业车辆以及其它传统的车辆可以通过内燃发动机(例如，柴油机)来供应动力，不过采用混合式动力源(例如，发动机和电马达)变得越来越普遍。在任何情况下，发动机依然是作业车辆的主动力源，并且需要来自起动器的机械输入使曲轴开始旋转，由此使活塞在气缸内进行往复运动。冷起动发动机的扭矩需求较高，对于重型机械中普遍使用的大型柴油发动机来说尤其如此。

为了给作业车辆的电气子系统提供动力，使用交流发电机利用一部分发动机动力来产生AC功率。作业车辆的电池或多个电池首先通过转换来自于交流发电机的电流来充电。传统上，带直接或蛇形地将发动机的输出轴联接至交流发电机以产生AC功率。从运行的发动机产生电流的扭矩需求显著低于发动机起动所需的扭矩需求。

发明内容

本公开提供了一种具有集成的传输组件的组合式发动机起动器电功率发生器，这样可以在作业车辆中用来进行发动机冷起动和产生电功率，因而起到发动机起动器和交流发电机的双重目的，其中在两种情况下都具有往返于发动机的更强健的功率传输。

在一个方面中，本公开提供了一种用于具有发动机的作业车辆的组合式发动机起动器功率发生器装置。该装置包括电机和安装至所述电机的齿轮组。所述装置构造成从所述电机并从所述发动机接收旋转输入。所述装置还被构造成在第一功率流方向和第二功率流方向上机械地联接所述电机和所述发动机，其中在所述第一功率流方向上，所述齿轮组实现第一齿数比，而在所述第二功率流方向上，所述齿轮组实现第二齿数比。

在另一个方面中，本公开了提供了一种用于作业车辆的组合式发动机起动器电功率发生器装置。所述装置包括壳体，该壳体至少部分地容纳电机和传输机构(transmission)。所述传输机构包括齿轮组和机械地联接至所述齿轮组的离合器组件。该齿轮组构造成从所述电机并从所述发动机接收旋转输入并且在第一功率流方向和第二功率流方向上机械地联接所述电机和所述发动机，其中在所述第一功率流方向上，所述齿轮组实现第一齿数比，而在所述第二功率流方向上，所述齿轮组实现第二齿数比。所述离合器组件包括两个单向离合器。第一单向离合器在所述齿轮组在所述第一功率流方向上移动时接合，而在所述齿轮组在所述第二功率流方向上移动时分离。第二单向离合器在所述齿轮组在所述第二功率流方向上移动时接合，而在所述齿轮组在所述第一功率流方向上移动时分离。

在又一个方面中，本公开提供了一种动力传动系组件和具有这些动力传动系组件的作业车辆。该动力传动系组件包括发动机和组合式起动器发生器装置。所述装置包括电机和安装至所述电机的齿轮组。所述装置被构造成从所述电机并从所述发动机接收旋转输入。所述装置还被构造成在第一功率流方向和第二功率流方向上机械地联接所述电机和所述发动机，其中在所述第一功率流方向上，所述齿轮组实现第一齿数比，而在所述第二功率流方向上，所述齿轮组实现第二齿数比。

在附图和如下描述中阐述一个或多个实施方式的细节。其它特征和优点将从该描述、附图和权利要求而变得清楚。

附图说明

图1是采取农业拖拉机形式的示例作业车辆的侧视图，在该农业拖拉机中可以使用所公开的集成式起动器发生器装置；

图2是图1的作业车辆的发动机的简化局部等距视图，示出了用于示例起动器发生器装置的示例安装位置(也是简化示出)；

图3是图1的作业车辆的具有示例起动器发生器装置的动力传动系的一部分的框图；

图4A是图1的作业车辆的具有根据本公开的示例起动器发生器装置的动力传动系的一部分的示意图；

图4B是具有另一个示例起动器发生器装置的另一个示例动力传动系的一部分的示意图；

图5是沿着图2的线5-5截取的侧剖视图，示出了图4A中所示的示例起动器发生器装置的功率传输组件的简化表示；

图6是示出了另一个示例起动器发生器装置的功率传输组件的简化表示的端视图，该端视图是在移除了用于齿轮壳体的部分的情况下示出的；

图7是用于图6的起动器发生器装置的功率传输组件的侧剖视图；以及

图8A至图8B是示出了分别处于起动器状态和发生器状态下的图6的示例起动器发生器装置的功率流的示意图。

在各种附图中，相同的附图标记表示相同元件。

具体实施方式

下面描述如在以上简要描述的附图中所示的所公开的起动器发生器装置的一个或多个示例性实施方式。本领域技术人员可以想到这些示例性实施方式的各种修改。

如这里使用的，除非另有限制或修改，否则具有以连词(例如“和”)分开并且后面还有短语“……中的一个或多个”或“……中的至少一个的”列表表示潜在地包括该列表中的任何元件或它们的组合的构造或布置。例如，“A、B和C中的至少一个”或“A、B和C中的一个或多个”表示可能只有A、只有B、只有C、或者A、B和C中的两个或更多个的任何组合(例如，A和B；B和C；A和C；或者A、B和C)。

许多传统的车辆电气系统都具有给车辆的各种部件和子系统提供动力的化学电源(即电池)。在某些电动车辆中，该化学电源可以是给包括车轮的整个车辆提供动力以使车辆运动的电池组。在其它混合式燃气和电动车辆中，原动力可以在发动机动力和电马达动力之间交替，或发动机动力可以由电马达动力补充。在另外其它传统车辆中，电系统仅仅用来使发动机起动并且用来使车辆的非驱动电气系统运行。在后者的情况下，车辆典型地具有起动器马达，该起动器马达由车辆电池提供动力以转动发动机曲轴，从而使活塞在气缸内运动。一些发动机(例如，柴油发动机)通过燃料压缩发起燃烧，而其它发动机依赖于由电池提供动力的花火发生器(例如，火花塞)。一旦发动机操作，则传统车辆的电气系统可以收获发动机动力以给电气系统提供动力以及给电池充电。典型地，这种收获使用交流发电机(即交流电流(AC)功率发生器)完成。交流发电机通过使AC功率经过逆变器(例如，二极管整流器)而将AC功率转换成可供电池进行充电的直流(DC)功率。传统的交流发电机通过将交流发电机的转子连接至发动机的输出轴(或连接至输出轴的部件)而利用来自发动机的功率。在历史上，这是通过使用专用皮带完成的，但是在大多数现代车辆中，交流发电机是经由单个“蛇形”皮带联接至发动机(并因而由发动机供应动力)的若干装置中的一个。在任何情况下，发动机输出轴的旋转都使所述皮带旋转而驱动转子相对于交流发电机的定子转动，因而产生了在定子中感应出交流电流的磁场，该交流电流然后可以通过二极管进行整流以向电池和车辆电气部件输出DC功率。

在某些应用中，诸如在某些重型机械和作业车辆中，具有分开的起动器和交流发电机部件的传统设置可能是不利的。这种分开的部件需要分开的壳体，这可能需要分开的与作业环境的密封或屏蔽，并且这会占据发动机舱室内的分开空间，相对于需要位于发动机舱室内的各种汽车部件来说，这种分开空间可能具有相对较小的空间包络。还可能导致其它发动机舱室的布局变得复杂。另外，在这些以及其它应用中，传统的交流发电机由于使用皮带驱动而可能会引入不期望或者实际上不可接受的不可靠性。

如下将描述可以解决传统系统的这些(或其它)问题中的一个或多个的改进的车辆电气系统的一个或多个示例实现。在一个方面中，所公开的车辆电气系统包括组合式或集成式装置，该组合式或集成式装置执行传统起动器马达的发动机曲轴转动功能以及传统发生器或交流发电机的电功率生成功能。这里将该装置称为“集成式起动器发生器”(ISG)装置。至少在该系统的一些实现中，这里使用该术语，而不限制由所述装置产生的功率的类型(例如，AC电流或DC电流)。在一些实现中，ISG装置可以以本领域技术人员可能认为直接产生DC电流的“发生器”装置的方式起到发生器发电的作用。然而，如这里使用的，术语“发生器”将指代产生静态极性或交变极性(即AC或DC)的电功率。因而，在ISG装置的特殊情况下，电功率发生功能与传统交流发电机相反，换言之，它产生随后在ISG装置内部或外部被整流成DC功率的AC功率。

在某些实施方式中，ISG装置可以包括与发动机联接的直接机械功率，这可避免使用皮带。例如，ISG装置可以在其壳体内包括齿轮组，该齿轮组与通过发动机的输出轴旋转的输出齿轮直接相联接。该齿轮组可以采取各种形式中的任何形式，包括具有相啮合的正齿轮或其它齿轮的布置以及具有一个或多个行星齿轮组的布置。大齿轮减速比可以通过传输组件实现，从而可以使用单个电机(即，电马达/发生器)，该单个电机以既适合于发动机起动功能又适合于电功率生成功能的速度操作。例如，谐波行星齿轮组可以用来实现深度齿轮减速。直接功率联接器可能增加系统稳定性，并且还可以改善系统的冷起动性能和电功率发生。

另外，在某些实施方式中。ISG装置可以具有功率传输组件，该功率传输组件仅根据扭矩施加至齿轮组或来自于齿轮组的方向就自动地变换齿数比(即，在具有不同齿数比的功率流路径之间变换)。举例来说，该传输组件可以包括当在特定方向上被驱动时自动地接合的一个或多个(例如两个)被动接合部件。可以使用合适的单向离合器(例如，滚柱式离合器或斜撑离合器)，从而一个离合器通过在发动机起动方向上的功率流路径进行功率传输，而另一个离合器通过在电功率发生方向上的另一个功率流路径进行功率传输。因而，不需要电子或其它控制件使起动器发生器装置在作为起动器操作或作为发生器(或交流发电机)操作之间切换。然而，可以采用双向或其它主动离合器(或其它)构造来利用适当的控制硬件实现曲轴转动和发电功能。

参照附图，将详细描述示例作业车辆电气系统。如将从这里的讨论清楚的，所公开的系统可以有利地采取各种设置并且可以与各种机械一起使用。例如，现在参照图1，该系统可以包括在作业车辆10中，该作业车辆10被描绘为农业拖拉机。然而，将理解的是，其它构造也是可能的，包括以作业车辆10作为不同类型的拖拉机的构造或者作为用于农业的其它方面或者用于建筑业和林业的作业车辆(例如，收割机、集材拖拉机、自动平地机等等)。将进一步理解，所公开的楼梯(stair)组件也可以在非作业车辆和非车辆应用(例如固定位置设施)中使用。

如所公知的，作业车辆10具有由地面接合车轮14从地面支撑起的主框架或底盘12，至少地面接合车轮14的前轮是可转向的。底盘12支撑动力装置(例如，内燃发动机16)、变速器(未示出)以及从机器的中间就位至机器的后部的驾驶室18，在该驾驶室18中安置有操作员接口和控制件(例如，各种操纵杆、开关控制杆、按钮、触摸屏、键盘、与语音识别系统相关的扬声器和麦克风)。

发动机16座置在作业车辆10的发动机舱内，并且集成式起动器发生器(ISG)装置30例如如图2中示意性地所示那样直接并且紧凑地安装至发动机16，从而不从发动机显著突出(并由此扩大发动机舱空间包络)，或者与各种输送管线和接入点(例如，油管和填充开口等等)干涉。尤其是，ISG装置30可以安装在与发动机的蛇形(或其它)皮带所在位置不同的一侧。将ISG装置30从皮带路径去除降低了发动机布局的复杂性，并且允许更紧凑地进行包装。ISG装置30可以在适合于连接至发动机输出轴(例如，辅助驱动轴20，参见图5)处大体安装在发动机16上或附近。

现在参照图3，以功能框图的形式示意性地示出了可以结合ISG装置30的示例车辆电气系统。总体上，发动机16机械地联接至ISG装置30，该ISG装置30电联接至电池40。尽管示出为单个电池，但是将理解的是，作业车辆10可以包括操作地联接至彼此的多个电池(例如，构成48VDC电气系统的四个12VDC电池)。尽管没有示出，该系统可以还包括适当的电压调节器，该电压调节器或者结合在ISG装置30中或者作为单独部件。ISG装置30被构造成在发动机起动过程中将来自于电池40的电功率转换成到达发动机16的机械功率，并且在电功率生成过程中将来自于发动机16的机械功率转换成到达电池40的电功率。如所指出的，ISG装置30可以被构造成根据功率流方向(即，或者朝向发动机16或者远离发动机16)而自动地在发动机曲轴转动模式和功率发生模式之间切换。

通常，ISG装置30通过逆变器/整流器(I/R)装置32(例如，合适的二极管布置)经由直接硬布线或车辆功率总线42与电池40接口。如在本领域中所理解的，I/R装置32在发动机起动方向的过程中将来自于电池40的DC功率转换成AC功率，并且在功率生成方向的过程中将AC功率转换成DC功率。I/R装置32可以是单独部件，而不是如图所示结合在ISG装置30中。ISG装置30通过传输组件34经由辅助驱动轴20与发动机16接口，该传输组件34可以直接结合在ISG装置30中，如图所示。该传输组件34可以包括各种构造形式的齿轮组，以如将描述的那样提供必要的功率流和齿轮减速。传输组件34与在发动机起动过程中作为马达操作而在功率发生过程中作为发生器操作的电机36接口。传输组件34提供多个齿数比，以允许电机36在两个功率流方向上在最佳速度和扭矩范围内操作。

如上所述，传输组件34的齿轮系和其它部件可以改变。图4A和图4B分别示意性地示出了两个示例传输组件34a和34b。图4A的传输组件34a总体上包括两个传统的带齿齿轮组，而图4B的传输组件34b包括星形齿轮组。在两种情况下，这些齿轮组与扭矩施加部件(例如，离合器)联接，该扭矩施加部件接合而在齿轮组与发动机16和电机36的输入/输出轴之间传递扭矩。在图示示例中，传输组件34a、34b均包括两个离合器C1和C2。而且，在图示示例中，离合器C1和C2均是不需要主动控制来供能的被动部件。离合器C1和离合器C2被构造成单向离合器，从而它们在功率流方向上自动地接合。换句话说，不是外部控制硬件，而是ISG装置30通过电机36的操作内部地控制离合器C1和C2，即，在一个旋转方向上操作时接合C1(并且分离C2)，而在电机36在相反旋转方向上操作时反之。可以使用各种已知离合器构造中的任一个，例如包括滚柱离合器、斜撑离合器、楔离合器和机械二极管。还可以使用其它离合器构造。此外，尽管该系统由于可以消除外部主动控制硬件和软件而受益于被动单向离合器，本发明的原理可以适合于主动控制的扭矩施加部件(例如，双向和其它离合器)，并且这种离合器和控制硬件及软件可以结合在该系统中，特别是结合在ISG装置30内。

参照图4A，示例传输组件34a包括齿轮A-F和超越(单向)离合器C1和C2。齿轮A联接至发动机辅助驱动轴20，而齿轮C和E联接至电机36的轴38。齿轮B、D和F可以安装至对置轴50，从而分别根据离合器C1和C2的接合状态而使得齿轮B接合齿轮A，并且齿轮D和F接合相应的齿轮C和E。齿轮组和离合器C1和C2因而在两个功率流方向上提供了发动机16和电机36之间的直接机械连接。

用于发动机起动的功率流如下。在发动机16没有作用或停止的情况下，通过作业车辆10的驾驶室18中的驾驶员的点火致动而给作为马达操作的电机36上电，以使轴38旋转并驱动齿轮C。在该功率流方向上，离合器C1被接合而将齿轮D联接至齿轮C。齿轮D的旋转使对置轴50和齿轮B旋转，该齿轮B接合并旋转齿轮A，而齿轮A通过辅助驱动轴20联接至发动机16。齿轮D和对置轴50的旋转使驱动齿轮E的齿轮F旋转。然而，它比电机轴38更缓慢地空转，这使离合器C2保持分离。

对于示例传输组件34a来说，从发动机起动到功率生成的功率流过渡如下。当发动机16开始点燃并且加速到起动速度以上时，离合器C1分离。此时，离合器C1和C2均分离。在发动机16以空转速度或更高的速度稳定之后，允许电机36减慢。齿轮F与齿轮E的齿数比为1：1，从而一旦电机36减速至对置轴50的速度以下，离合器C2接合以驱动电机36作为发生器操作。具体地说，发动机16使辅助驱动轴20旋转以使齿轮A旋转，该齿轮A驱动齿轮B，该齿轮B驱动对置轴50以使齿轮F旋转。在离合器C2接合的情况下，齿轮F驱动齿轮E以使电机36的轴38旋转。当齿轮E和轴38旋转时，齿轮C旋转。然而，它比对置轴50更慢地空转，从而保持离合器C1分离。

在一个非限制示例中，发动机16的某些实施方式(例如，柴油发动机)的起动负荷特征可以具有在大约2,000到3,000RPM范围内的典型操作速度，其中曲轴(起动)速度为大约100至150RPM，峰值起动扭矩为大约300Nm。示例传输组件34a的齿轮组可以被构造成提供大约10：1的齿轮C与齿轮D的起动扭矩比，并且在两个功率流方向上都以正常操作速度(例如，大约3,000RPM)与电机36接口。

参照图4B，示例传输组件34b包括谐波行星齿轮组H，该谐波行星齿轮组H具有太阳齿轮S、行星齿轮P、行星托架C和环形齿轮R1和R2以及超越(单向)离合器C1和C2。离合器C2联接至发动机辅助驱动轴20，并且太阳齿轮S联接至电机36的轴38。行星齿轮P经由小齿轮轴(未示出)可旋转地安装至托架C，从而行星齿轮P随着托架C的旋转而公转并且在被太阳齿轮S驱动和/或与环形齿轮R1和R2接合时围绕小齿轮轴自转。行星齿轮组H在起动过程中(经由环形齿轮R2)以太阳内、环外的构造操作，而在功率发生过程中以托架内、太阳外的构造操作，其中离合器C1和C2在两个功率流方向上自动地交替接合和分离。因而，与示例传输组件34a的齿轮组一样，示例传输组件34b的行星齿轮组H和离合器C1和C2在两个功率流方向上提供发动机16和电机36之间的直接机械连接。

用于发动机起动的功率流如下。在发动机16没有作用或者停止的情况下，由作业车辆10的驾驶室18中的操作员进行的点火致动给作为马达操作的电机36上电，以使轴38旋转并驱动太阳齿轮S。太阳齿轮S的旋转驱动行星齿轮P和托架C旋转。环形齿轮R1固定至地，而行星齿轮P和托架C的旋转使环形齿轮R2旋转。在该功率流方向上，离合器C1接合以通过辅助驱动轴20将环形齿轮R2联接至发动机16。如上所述，太阳齿轮S和行星齿轮P的旋转使托架C旋转。然而，托架C比电机轴38更缓慢地空转，这保持离合器C2分离。

对于示例传输组件34b来说，从发动机起动到功率生成的功率流过渡如下。当发动机16点燃并且加速到起动速度以上时，离合器C1分离。此时，离合器C1和C2均分离。在发动机16以空转速度或更高速度稳定之后，允许电机36减慢。行星齿轮组H被构造成使得一旦电机36充分地减速，离合器C2就接合而驱动电机36作为发生器操作。具体地说，发动机16旋转辅助驱动轴20以使托架C旋转，托架C驱动行星齿轮P公转和自转，从而接合环形齿轮R1和太阳齿轮S，太阳齿轮S驱动电机36的轴38。随着行星齿轮P公转并自转，环形齿轮R2旋转。然而，它比托架C更缓慢地空转，从而保持离合器C1分离。

如上所述，传输组件34b由谐波行星齿轮组H通过每个环形齿轮都具有不同齿数的双环形齿轮结构驱动。对“谐波”行星齿轮组的参考将由本领域技术人员理解为提供传统(非谐波)行星齿轮组的若干优点，包括降低反冲、高可重构齿数比、高扭矩能力和轴向紧凑封装等等。该示例谐波行星齿轮组H因而在类似的空间包络内提供了比示例传输组件34a高许多倍(例如，10倍)的深度减速比。

在上述发动机16的示例起动负荷特征(即，大约2,000到大约3,000RPM的操作速度范围、大约100至150RPM的曲轴速度以及大约300Nm的峰值起动扭矩)中，示例传输组件34b的行星齿轮组H可以被构造成提供大约3.5-4：1的托架C和太阳齿轮S的起动扭矩比以及大约75-95：1的太阳齿轮S与环形齿轮R2的电功率生成扭矩比。举例来说，这些齿数比可以通过具有30个齿的太阳齿轮S、具有25个齿的行星齿轮、具有80个齿的环形齿轮R1和具有83或84个齿的环形齿轮R2实现。电机36因而在两个功率流方向上都可以具有正常操作速度(例如，大约10,000RPM)，其中对发动机起动具有相对较高的扭矩输出，而在电功率生成过程中具有相对较低的扭矩输出。

另参照图5，在公共壳体或马达外壳60及其齿轮箱62区段内的一个示例物理集成或布局构造内以简化形式示出了具有示例传输组件34b的ISG装置30，从而该ISG装置30是连同齿轮组、电机36和I/R装置32在内的单个组件封装。如上所述，传输组件34b具有谐波行星齿轮组H，该谐波行星齿轮组H包括与三个行星齿轮P啮合的太阳齿轮S，这三个行星齿轮P在行星托架C内围绕太阳齿轮S公转并且与两个环形齿轮R1和R2接合。超越(单向)离合器C1安装在环形齿轮R2中的开口内，并且超越离合器C2安装在托架C的开口内。离合器C1和C2围绕短轴70布置并且被构造成接合该短轴70。短轴70可以与安装有太阳齿轮S的电机轴38同轴，并且从发动机辅助驱动轴20轴向偏移。辅助驱动轴20或具有驱动齿轮74的另一个驱动轴72可以联接至短轴70的齿轮76。如上所述，行星齿轮组H在起动过程中以太阳内、环形外(经由环形齿轮R)构造操作，而在电功率生成过程中以托架内、太阳外构造操作，其中离合器C1和C2在两个功率流方向上在接合和分离之间自动地交替。因而，在紧凑的一体化部件封装中，包括示例传输组件34b的ISG装置30在两个功率流方向上为发动机16提供直接机械接口。

图6和图7示出了ISG装置30’的另一个物理实现方案，该ISG装置30’将被理解为包括如图3中所示的与发动机16和能量存储装置(即电池40)接口的变速器、电机和逆变器/整流器。该电机可以与电机36相同或类似，并且逆变器/整流器可以与I/R装置32相同或类似，该电机可以与齿轮组一起封装为单个装置，包括马达外壳(未示出)内的马达和齿轮箱62’内的齿轮组。与上述实施方式一样，该齿轮组与扭矩施加部件(例如，离合器)联接，该扭矩施加部件接合而在该齿轮组与发动机和电机的输入轴/输出轴之间传递扭矩。传输组件34’包括两个离合器C1’和C2’，每个离合器都是不需要主动控制来供能的被动部件。离合器C1’和C2’被构造成单向离合器，从而它们在功率流动方向上自动地接合，也就是说，不是外部控制硬件，而是ISG装置30’在内部通过电机的操作来控制离合器C1’和C2’。在一个旋转方向上的操作接合离合器C1’(并且分离离合器C2’)，并且通过电机在相反旋转方向上的操作而反之进行。同样，可以使用任何类型的已知离合器构造，包括例如滚柱离合器、斜撑离合器、契离合器和机械二极管。此外，尽管系统因为可以消除外部主动控制硬件和软件而受益于使用被动单向离合器，但是可以在ISG装置30’中结合主动控制的扭矩施加部件(例如，双向离合器和其它离合器)以及对应的控制硬件和软件。

与之前的实施方式一样，ISG装置30’可以是连同齿轮组、电机和I/R装置(未示出)在内的单个部件封装。ISG装置30’的传输组件34’具有行星齿轮组PS，该行星齿轮组PS包括与两个行星齿轮P’啮合的太阳齿轮S’，这两个行星齿轮P’在行星托架C1’内围绕太阳齿轮S’公转并且接合环形齿轮R’。超越离合器(单向离合器)C1’安装在托架C’的外空腔100内，而超越离合器C2’安装在C’的内空腔102内。离合器C1’和C2’接合托架C’和太阳齿轮S’。太阳齿轮S’可以是如图所示的太阳轴，或者可以安装至短轴。在任何情况下，太阳齿轮S’都可以与安装有太阳齿轮S’的电机轴同轴，并且与输出轴20’或者联接至发动机的另一个轴轴向偏移。输出轴20’或其它轴可以安装通过轴向齿轮传动系的一对惰性齿轮108联接至驱动齿轮106的输出齿轮104。输出齿轮104、驱动齿轮106和惰性齿轮108可以经由适当的轴承、衬套等轴节联接至齿轮箱62’的壳体。驱动齿轮106联接至托架C’或者一体地形成为托架C’的一部分以与其一起旋转。行星齿轮组PS在起动过程中以太阳内、托架外构造操作，而在功率生成过程中以托架内、太阳外构造操作，其中离合器C1’、C2’在两个功率流方向上在接合和分离之间自动地交替。因而，在紧凑的一体式部件封装中，包括示例传输组件34’的ISG装置30’在两个功率流方向上提供与发动机的直接机械接口。

还参照图8A，用于发动机起动的功率流如下。在发动机16不作用或停止的情况下，由作业车辆10的驾驶室18内的操作员进行的点火致动给作为马达操作的电机上电以旋转并驱动太阳齿轮S’。太阳齿轮S’的旋转驱动行星齿轮P’和托架C’的旋转。环形齿轮R’固定至地，因而行星齿轮P'和托架C’相对于环形齿轮R’旋转。在该功率流方向上，离合器C1’接合以通过包括驱动齿轮106、惰性齿轮108、输出齿轮104和输出轴20’的轴向齿轮传动系将托架C’联接至发动机。太阳齿轮S’和行星齿轮P’的旋转使托架C’旋转。然而，驱动齿轮106比电机轴更慢地旋转，这保持离合器C2’分离。

另参照图8B，对于示例传输组件34’来说，从发动机起动到功率生成的功率流过渡如下。当发动机16开始燃烧并且加速到起动速度以上时，离合器C1’分离。此时，两个离合器C1’和C2’分离。在发动机16以空转速度或更高速度稳定之后，电机36允许减慢。行星齿轮组PS被构造成使得一旦电机36足够地减速，则离合器C2’接合以驱动电机36作为发生器操作。具体地说，发动机16使输出轴20’旋转以旋转托架C’(经由轴向齿轮组)，该托架C’驱动行星齿轮P’在固定的环形齿轮R’内公转并自转以使太阳齿轮S’旋转，该太阳齿轮S’又驱动电机36的轴。托架C’比驱动齿轮106更慢地空转，这将离合器C1保持分离。

示例行星齿轮组PS在类似的空间包络内提供了比示例传输组件34a大多倍(例如10倍)的深度减速比。在上述的发动机16的示例起动负荷特征中(即大约2,000到3,000的操作速度范围、大约100-150RPM的曲轴速度以及大约300Nm的峰值起动扭矩)，示例传输组件34’的行星齿轮组PS可以被构造成提供3.5-4：1的托架C’与太阳齿轮S’的起动扭矩比和大约75-95：1的太阳齿轮S’与托架C’的功率生成扭矩比。举例来说，这些齿数比例如可以通过具有30个齿的太阳齿轮S’、具有25个齿的行星齿轮P’和具有80个齿的环形齿轮R’实现。电机36因而在两个功率流方向上都可以具有正常操作速度(例如，大约10,000RPM)，其中发动机起动具有相对较高扭矩输出，而在功率生成过程中具有相对较低扭矩输出。

因而，已经描述了包括集成式起动器发生器装置的车辆电气系统的各种实施方式。各种传输组件都可以包括在该装置中并且与相关的电机和/逆变器/整流器一起封装为单个部件，由此减少由该系统占据的空间。所述传输组件可以提供多种速度或齿数比并且可以通过电机操作方向的改变而自动地在速度/齿数比之间进行转换。可以使用一种或多种被动离合器装置诸如各种构造的超越离合器或单向离合器，以在两个功率流方向上向传输组件的齿轮组选择性地施加扭矩。与皮带驱动系统相比，与发动机轴的直接机械接合降低了系统的复杂性并提高了可靠性。在传输组件中使用行星齿轮组在紧凑空间包络中以减少的反冲提供了更齿轮减速和扭矩能力。

这里使用的术语仅仅用于描述具体实施方式目的，并且不是为了限制本公开。如这里使用的，单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，术语“包括”当在该说明书中使用时指定存在所阐述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加有一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。

已经为了图示和描述的目的提供了本公开的描述，但是该描述不是为了穷尽本公开或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和精神的情况下，许多修改和改变对本领域技术人员来说都将是显而易见的。选择并描述这里明确参照的实施方式是为了更好地说明本公开的原理及其实践应用，并且使得本领域技术人员能够理解本公开并且认识到所描述示例的许多替换、修改和变型。因而，除了那些明确描述之外的各种实施方式和实现也在随后权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于具有发动机的作业车辆的组合式发动机起动器功率发生器装置，该装置包括：

电机；以及

齿轮组，该齿轮组安装至所述电机并且被构造成从所述电机并从所述发动机接收旋转输入并且在第一功率流方向和第二功率流方向上机械地联接所述电机和所述发动机，其中在所述第一功率流方向上，所述齿轮组实现第一齿数比，而在所述第二功率流方向上，所述齿轮组实现第二齿数比。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一功率流方向是从所述电机到所述发动机，并且所述第二功率流方向是从所述发动机到所述电机；并且

其中所述第一齿数比大于所述第二齿数比。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述第一齿数比是所述第二齿数比的至少10倍。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一齿数比是大约40-400：1，而所述第二齿数比是大约2-10：1。

5.根据权利要求1所述的装置，该装置进一步包括至少一个离合器，该至少一个离合器联接至所述齿轮组并且被构造成在所述第一功率流方向上接合而在所述第二功率流方向上分离。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，有第一离合器和第二离合器，所述第一离合器在所述第一功率流方向上接合而在所述第二功率流方向上分离，所述第二离合器在所述第二功率流方向上接合而在所述第一功率流方向上分离。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述第一离合器和第二离合器是单向机械致动离合器。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述单向机械致动离合器是斜撑离合器、滚柱离合器、楔离合器和机械二极管中的一者或多者。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述齿轮组包括周转齿轮传动系。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述齿轮组包括单个行星齿轮组，该单个行星齿轮组包括单个太阳齿轮、单个托架和单个环形齿轮。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，来自于所述电机的旋转功率在所述第一功率流方向上从所述太阳齿轮移动至所述托架而到达所述发动机；并且

其中来自于所述发动机的旋转功率在所述第二功率流方向上从所述托架移动至所述太阳齿轮而到达所述电机。

12.根据权利要求11所述的装置，该装置进一步包括联接至所述齿轮组并且布置在所述发动机和所述行星齿轮组之间的第一离合器和第二离合器；并且

其中所述第一离合器在所述第一功率流方向上接合以将所述发动机联接至所述托架，并且其中所述第二离合器在所述第二功率流方向上接合以将所述发动机联接至所述托架。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第一离合器在所述第二功率流方向上分离，并且所述第二离合器在所述第一功率流方向上分离。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述第一离合器和第二离合器是单向机械致动离合器。

15.根据权利要求10所述的装置，其中，所述齿轮组进一步包括具有驱动齿轮、至少一个惰性齿轮和联接至输出轴的输出齿轮的轴向齿轮组；并且

其中所述驱动齿轮被联接成与所述托架共同旋转并且通过所述惰性齿轮联接至所述输出齿轮。

16.一种用于具有发动机的作业车辆的组合式发动机起动器电功率发生器装置，所述装置包括：

壳体；

至少部分地容纳在所述壳体中的电机；以及

至少部分地容纳在所述壳体中的传输机构，该传输机构包括：

齿轮组，该齿轮组构造成从所述电机并从所述发动机接收旋转输入并且在第一功率流方向和第二功率流方向上机械地联接所述电机和所述发动机，其中在所述第一功率流方向上，所述齿轮组实现第一齿数比，而在所述第二功率流方向上，所述齿轮组实现第二齿数比；和

离合器组件，该离合器组件机械地联接至所述齿轮组，所述离合器组件包括：

第一单向离合器，该第一单向离合器在所述齿轮组在所述第一功率流方向上移动时接合，而在所述齿轮组在所述第二功率流方向上移动时分离；以及

第二单向离合器，该第二单向离合器在所述齿轮组在所述第二功率流方向上移动时接合，而在所述齿轮组在所述第一功率流方向上移动时分离。

17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述齿轮组包括行星齿轮组，该行星齿轮组包括单个太阳齿轮、单个托架和单个环形齿轮；

其中来自于所述电机的旋转功率在所述第一功率流方向上从所述太阳齿轮移动至所述托架而到达所述发动机；并且

其中来自于所述发动机的旋转功率在所述第二功率流方向上从所述托架移动至所述太阳齿轮而到达所述电机。

18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述齿轮组进一步包括具有驱动齿轮、至少一个惰性齿轮和联接至输出轴的输出齿轮的轴向齿轮组；并且

其中所述驱动齿轮被联接成与所述托架共同旋转并且通过所述惰性齿轮联接至所述输出齿轮。

19.一种用于作业车辆的动力传动系组件，该动力传动系组件包括：

发动机；以及

组合式起动器发生器装置，该装置包括：

电机；和

齿轮组，该齿轮组安装至所述电机并且被构造成从所述电机并从所述发动机接收旋转输入并且在第一功率流方向和第二功率流方向上机械地联接所述电机和所述发动机，其中在所述第一功率流方向上，所述齿轮组实现第一齿数比，而在所述第二功率流方向上，所述齿轮组实现第二齿数比。

20.根据权利要求19所述的动力传动系组件，其中，所述齿轮组包括行星齿轮组，该行星齿轮组包括单个太阳齿轮、单个托架和单个环形齿轮；

其中来自于所述电机的旋转功率在所述第一功率流方向上从所述太阳齿轮移动至所述托架而到达所述发动机；并且

其中来自于所述发动机的旋转功率在所述第二功率流方向上从所述托架移动至所述太阳齿轮而到达所述电机。