用於電動車輛的動力輸出裝置的製作方法
2023-06-02 10:53:36 3
專利名稱：用於電動車輛的動力輸出裝置的製作方法
技術領域：
本發明大體涉及混合動力電動車輛，並且更具體的是涉及與用於電動車輛的軸聯接的動力輸出裝置。
背景技術：
在傳統的電動車輛中，諸如柴油發動機的原動機被用來驅動發電機或者交流發電機，所述發電機給多個電動機提供電流。電動機典型的是與車輛上成排的輪組相連。使用這種類型混合動力電動機的車輛通常是鐵路機車。
原動機驅動發電機/交流發電機，發電機通常產生AC電流，該電流然後被充分整流，產生DC電流和電壓，所述電流和電壓被分配給與牽引電動機相連的變流器。這種系統高度集成，其中每個元件通常被設計和製造成同整個系統中的其它元件一起操作。換句話說，「不用定製的」元件不太適合於在初始設計中使用或者在正在進行的這種車輛的維護中使用。而且，這種車輛具有與AC到DC到AC電能的變化相關的多個元件。這種系統的維護是昂貴的，因為必須使用專門的元件。
在用於這種車輛的混合動力驅動裝置的使用中，經常必須增加需要動力源來操作的支持系統。通常，這些系統中心安裝在車輛上，並且需要專門的加壓的管道路逕到達車輛周圍的特定的點。傳統的輔助動力源通常是內燃機操作的發電機或者電動發電機組。這種另外的元件和設備增加了車輛的成本，並且佔用了車輛上的空間。
因此，需要一種用於車輛的動力輸出裝置，其不需要額外的發動機。進一步需要一種方法，對安裝在使用了車輛的牽引電動機的車輛上的輔助設備提供動力。
發明內容
提出了一種用於電動車輛的動力輸出裝置。所述動力輸出裝置包括可變速電動機，用於驅動車輛的至少一個車輪。包括空檔狀態的傳動裝置與所述電動機相連。輔助輸出軸與所述傳動裝置相連。當所述傳動裝置處於空檔狀態的時候，所述輔助輸出軸將以獨立於車輪速度且依賴於所述電動機速度的速度操作。當所述傳動裝置可操作地嚙合在非空檔狀態時，所述輔助輸出軸將以與所述電動機速度以及所述車輪速度都相關的速度操作。
還提供了一種方法，用於向安裝在使用了車輛電動機的車輛上的工具提供動力，其中所述電動機連接到軸以向車輪傳遞動力。所述方法包括提供具有齒輪系的動力輸出裝置(PTO)的步驟。將所述PTO齒輪系與所述電動機相連。提供行星內齒圈。將所述行星內齒圈連接到所述軸，所述行星內齒圈構造成在第一位置和第二位置之間移動。在所述第一位置，所述PTO將以獨立於車輪速度且依賴於所述電動機速度的速度操作，並且在所述第二位置，所述PTO將以與所述電動機速度以及所述車輪速度都相關的速度操作。
進一步提供一種包括車輛支撐結構的車輛。主動力裝置由所述結構支持，其中所述主動力裝置不是電池。電子AC功率總線包括至少兩相位導體，其中所述相位導體與所述主動力裝置相連。能量存儲裝置與所述AC功率總線相連。整裝的軸模塊與所述車輛支撐結構以及所述電動機相連。車輛控制器與所述整裝的軸模塊以及AC功率總線相連。數據總線與所述整裝的軸模塊以及車輛控制器相連。電動機驅動控制器裝置與所述電動機相連，並且與所述車輛控制器相連，以將信號傳送給所述車輛控制器，使得所述電動機的速度和扭矩之一基於所述信號被控制。輸出軸與所述電動機相連。第一車輪端組件與所述輸出軸相連，並且第二車輪端組件與所述輸出軸相連。動力輸出裝置與所述軸模塊相連。所述動力輸出裝置包括與所述電動機相連的傳動裝置，所述傳動裝置包括空檔狀態。輔助輸出軸與所述傳動裝置相連，其中當所述傳動裝置處於所述空檔狀態的時候，所述輔助輸出軸將以獨立於車輪速度且依賴於所述電動機速度的速度操作。當所述傳動裝置可操作地嚙合在非空檔狀態時，所述輔助輸出軸將以與所述電動機速度以及所述車輪速度都相關的速度操作。
圖1是根據一個典型實施例的電動車輛的示意圖。
圖2是包括整裝的軸模塊的車輛的典型實施例的局部透視圖，所述車輛與車輛的車輛支撐結構相連。
圖3是與傳動裝置相連的動力輸出裝置的截面圖，所述傳動裝置安裝在軸模塊的殼體中且與混合動力車輛的電動機相連。
具體實施例方式
圖1是根據一個典型實施例的電動車輛10的示意圖。電動車輛是使用某種形式的電能或另一種的車輛，從而提供車輛的所有或部分推動功率。這個電能可以來自多種來源，例如依賴化學轉化的能量存儲裝置(電池)、電荷存儲裝置(電容器)、依靠機械能量存儲的能量存儲裝置(例如飛輪、壓力蓄壓器)、以及能量轉換產品。混合動力的電動車輛是使用一種以上能量源的電動車輛，例如上面提到的電能存儲裝置之一以及諸如內燃機的另一種能量源。通過具有一種以上的能量源，一些設計中的優化可以允許更有效的動力產生，因此人們能夠使用來自不同來源的動力來提出更有效的牽引系統。電動車輛10可以用於實現通常的電動車輛和/或特殊的混合動力電動車輛。電動車輛10可以實現多種不同的車輛類型，例如消防車、軍用車、吹雪車、垃圾處理車、混凝土攪拌車等。
在所示實施例中，電動車輛10包括發動機18、發電機20、電能變換器24、能量存儲裝置26、多個電動機28、多個驅動控制器30、車輛控制器34。電動車輛10選擇性地包括能量耗散裝置32。發電機20、驅動控制器30以及電能變換器24通過功率總線42例如AC或DC功率總線互相連接。電動車輛10通常構造成使用發動機18和發電機20的結合以提供制動能力並且將再生制動期間由電動機28所產生的過多電能耗散。
發動機18優選是內燃機，例如柴油機，其構造成為發電機20提供機械能且接收來自發電機的機械能，從而可以用作機械發動機制動器或者空氣壓縮機。發電機20與發動機18相連，並且可以構造成用作發電機和電動機，所述發電機構造成提供AC或DC電能，電動機構造成接收電能並且提供機械能給發動機18。
電能變換器24與能量存儲裝置26相連，並且構造成將再生制動期間由發電機20或者電動機28所產生的電能變換成能量存儲裝置26所需的能量模式。例如，根據一個典型實施例，電能變換器構造成將發電機20所產生的AC電能變換成DC電能並且將這種變換的電能傳遞給能量存儲裝置26。電能變換器24也可以將能量存儲裝置26中存儲的能量變換回到發電機20的能量模式，以在功率總線42上放大和補充由發電機20產生的功率。能量存儲裝置26可以是電子電容器、電化學電容器或「超級電容器」、蓄電池、飛輪或者水力蓄能器。
電動機28是尺寸適當的電動機，其可以是AC或DC電動機。電動機28構造成接收來自功率總線42的電能，用以給車輪或軸提供機械能量輸出。電動機28也構造成接收再生制動期間來自車輪或軸的機械能，用以在功率總線42上產生電能。
驅動控制器30與每個電動機28相連，並且構造成控制每個電動機28的操作。更具體的是，驅動控制器構造成允許電動機28或者接收來自功率總線42的電能從而為車輪或軸提供機械能量輸出，或者接收在再生制動期間來自車輪或軸的機械能量以在功率總線42上產生電能。
車輛控制器34通過數據總線網絡76聯結到發動機18、發電機20、電能變換器24以及驅動控制器30。車輛控制器34通常構造成控制發動機18、發電機20、電能變換器24、電能存儲裝置26、多個電動機28以及多個驅動控制器30的操作。更具體的是，車輛控制器34構造成幫助控制功率總線上的電能分配，從而來自發電機20和發動機18的電能的流動可以逆轉，以提供制動能力，並且從而在再生制動期間由電動機28產生的過多的電能被引導返回到發電機20，使得其可以通過發動機18耗散。
可選的能量耗散裝置32通常是電阻元件，如果電能超過能量存儲裝置26的容量，那麼在再生制動期間由電動機28產生的電能作為熱量通過該電阻元件被耗散。優選的是，電動車輛10被構造成使得在再生制動期間由電動機28產生的過多的電能通過發動機18和發電機20被充分耗散。
在傳統的車輛並且尤其是具有混合動力電驅動的車輛中，通常需要增設支持系統，例如加壓潤滑和補充冷卻系統。這種系統通常是中心安裝到車輛上，並且需要遍布車輛的加壓油路。被引導穿過車輛的這種特殊管線的數目的消除或者受限導致了用於其它元件和卡車部件的額外的空間。用於車輛10的整裝的(self-contained)軸模塊50包括潤滑泵70、機油濾清器72以及在軸處的熱交換器82，並且將這些元件集成在整裝的軸模塊內使得上述的管線路徑最小化。
整裝的軸模塊50可以安裝或連接到由車輛的製造者或使用者決定的任意方便位置處的車輛10支撐結構12。而且，由於模塊化結構，整裝的軸模塊50能夠容易地被移除和替換，以維護或維修。整裝的軸模塊50僅必須連接到電功率源，例如主動力裝置和發電機18、20以及電力AC功率總線42。應該理解，如上面描述的其它功率源能夠連接到整裝的軸模塊50，以提供必需的電能來操作電動機28，如下面描述。除了將電能連接到整裝的軸模塊50，通過數據總線76網絡的控制信號提供了用於軸操作的必要的控制和反饋信號。也想到可能需要補充冷卻，因為整裝的軸模塊50的環境或操作狀況，並且因此補充冷卻源也可以連接到軸。
殼體56可以由任意適合的材料構成，例如鐵、鋼、或者鋁，並且可以如製造者設計的那樣被鑄造和加工。殼體56包括位於殼體56的最下面的區域中的集油部(sump portion)。除了下面描述的元件，殼體56還容納有驅動齒輪系58，齒輪系58將來自電動機28的力傳動到輸出軸60和動力輸出裝置88。齒輪系58可以包括幾種類型的齒輪，例如行星齒輪、鏈輪、錐齒輪等，它們具有由車輛10的製造者和操作者決定的選擇的齒輪齒數比。
動力輸出裝置88包括安裝在殼體56上且連接到傳動裝置58的動力輸出(PTO)殼體74、以及輔助裝置75諸如工具77(見圖3)。傳動裝置58包括連接到電動機驅動齒輪91的主驅動齒輪90。電動機驅動齒輪91傳遞來自電動機28的旋轉功率。主驅動齒輪90連接到PTO齒輪系100並連接到錐齒輪差動組件65。當副減速行星內齒圈96移動到空檔位置的時候，傳動裝置58位於空檔狀態，從而它不與主驅動齒輪90相連。當副減速行星內齒圈96位於空檔位置的時候，工具77將以車輛的速度以外的速度操作。換句話說，它將以與電動機28的速度成比例的速度操作。當副減速行星內齒圈96移動到空檔位置以外的位置的時候，例如當它與主驅動齒輪90相連時，子系統裝置77將以與電動機28的速度和車輪的速度都相關的速度操作，因為它與車輛10的軸模塊50的輸出軸60相連。副減速行星內齒圈96可以通過致動器被移動，例如流體缸(氣動的或液壓的)或者諸如電磁線圈的電子裝置。
傳動裝置58還包括副減速行星架95、副減速行星行星齒輪97以及副減速行星太陽齒輪98。應該理解，其它類型的齒輪結構也可以用於傳動裝置58。還應該理解，殼體56和動力輸出殼體74可以整體形成以容納動力輸出齒輪系100和傳動裝置58。
工具77可以是需要機械能傳動裝置的任意類型的工具，例如液壓泵78或者驅動軸，用於帶傳動的帶輪或者類似裝置可以與動力輸出裝置88相連。
還應該理解，傳動裝置58可以被換檔用於至少兩個速度，然而，為了給子系統功率源88供能，任何其它數目的齒輪傳動比都可以用於獲得任何數目的適當且方便的速度。
通過將動力輸出裝置88安裝到使用了車輛10的電動機28的車輛上，實現了為子系統裝置例如工具77提供能量的方法。電動機28與軸50相連以將功率傳遞給車輪14。所述方法包括提供具有PTO齒輪系100的動力輸出(PTO)裝置88的步驟。將PTO齒輪系100連接到牽引電動機28。提供行星內齒圈96並且將行星內齒圈96與軸50相連，其中所述行星內齒圈96構造成在第一位置和第二位置之間移動，其中在第一位置，PTO 88將以與車輛10的速度相關的速度運動，並且在第二位置，PTO 88將以不同於車輛10的速度移動。PTO 88總是作為電動機28速度的函數被驅動，但是需要PTO 88速度與車輛速度相關。
副減速行星內齒圈96的控制通過例如氣缸的流體缸來保持。還可以構想液壓缸或者例如電磁線圈的電動裝置可以被用於將副減速行星內齒圈96從第一位置移動到第二位置。
PTO 88可以用於驅動工具77例如泵78，並且給與車輛10相關的設備供能。PTO可以構造成以與車輛速度相關的速度操作，或者以與車輛速度不同的速度運行。電動機28通過相關的PTO齒輪系100給PTO提供功率，並且能夠與整裝的軸模塊50的輸出軸60相連或脫離。
工具77例如泵78可以用作安裝到消防車或者機場救援車的軸模塊50之一上的高容量水泵。作為一個例子，其中一個軸模塊50可以構造成移動車輛10，而另一個軸模塊50構造成給工具77供能，例如具有PTO 88的水泵。
根據另一個可替換實施例，由動力輸出裝置88供能的工具77可以是電力發電機，其中電動機28的旋轉機械能被轉換成電能從而向另外的輔助系統供能。這種布置可以如上面所述構造，其中一個軸模塊50被構造成移動車輛10，並且另一個軸模塊50被構造成或者在車輛10移動時或者在車輛10停止的時候為電力發電機供能。
一些可替換實施例已經參考動力輸出裝置88來描述，然而，本發明並不限於所描述的實施例。使用了由電動機28提供的旋轉機械能的任何動力輸出系統都在本發明的範圍和精神之內。
還構想到車輛10也可以包括多個獨立的懸掛組件86，其獨立地相對於車輛支撐結構12來懸掛車輪端組件中的一個。
為了公開的目的，術語「連接」意味著將兩個元件(電動的或機械的)直接或間接地彼此接合。這種接合可以是本質上靜止的或者本質上可移動的。這種接合可以通過兩個元件(電動的或機械的)以及任何另外的中間元件實現，所述中間元件彼此之間或者與所述兩個元件整體形成單獨的整體主體，這種接合或者利用所述兩個元件和任何彼此連接的元件實現。這種接合可以本質上永久的，或者可替換的是可以本質上是可拆的或者可釋放的。
前面實施例的描述是為了解釋和描述而提出。並不是唯一的或者限於精確的公開形式，並且在上述啟示下可能作出修改和變化。實施例的選擇和描述是為了解釋子系統功率源的原理和它的實際應用，從而使得本領域普通技術人員能夠利用多種實施例，並且具有適於特殊使用構想的多種修改。所附的權利要求及其等價物限定了子系統功率源的範圍。
權利要求
1.一種用於電動車輛的動力輸出裝置，包括可變速電動機，用於驅動車輛的至少一個車輪；包括空檔狀態的傳動裝置，連接到所述電動機；和輔助輸出軸，連接到所述傳動裝置，其中，當所述傳動裝置處於所述空檔狀態時，所述輔助輸出軸將以獨立於車輪速度並且依賴於所述電動機速度的速度操作，並且當所述傳動裝置可操作地嚙合在非空檔狀態時，所述輔助輸出軸將以與所述電動機速度和車輪速度相關的速度操作。
2.如權利要求1所述的動力輸出裝置，其特徵在於，所述傳動裝置可旋轉地安裝在殼體中。
3.如權利要求1所述的動力輸出裝置，其特徵在於，所述殼體連接到所述車輛的軸。
4.如權利要求1所述的動力輸出裝置，其特徵在於，工具連接到所述輔助輸出軸。
5.如權利要求4所述的動力輸出裝置，其特徵在於，所述工具是泵。
6.如權利要求1所述的動力輸出裝置，其特徵在於，所述車輛是混合動力電動車輛。
7.如權利要求1所述的動力輸出裝置，其特徵在於，所述傳動裝置被換檔用於至少兩個速度。
8.一種用於向安裝在使用了車輛電動機的車輛上的工具提供動力的一種方法，其中所述電動機連接到軸以向車輪傳遞動力，所述用於提供動力的方法包括下列步驟提供具有齒輪系的動力輸出裝置(PTO)；將所述PTO齒輪系連接到所述電動機；提供行星內齒圈；和將所述行星內齒圈連接到所述軸，其中所述行星內齒圈構造成在第一位置和第二位置之間移動，其中，在所述第一位置，所述PTO將以獨立於車輪速度並且依賴於所述電動機速度的速度運動，並且在所述第二位置，所述PTO將以與所述電動機速度和所述車輪速度相關的速度運動。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述第一位置是空檔位置。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述工具是泵。
11.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述車輛是混合動力電動車輛。
12.一種車輛，包括車輛支撐結構；由所述結構支撐的主動力裝置，其中所述主動力裝置不是電池；電AC功率總線，包括至少兩相位導體，其中所述相位導體連接到所述主動力裝置；能量存儲裝置，連接到所述AC功率總線；整裝的軸模塊，連接到所述車輛支撐結構和電動機；車輛控制器，連接到所述整裝的軸模塊和AC功率總線；和數據總線，連接到所述整裝的軸模塊和車輛控制器；電動機驅動控制器裝置，連接到所述電動機，並且連接到所述車輛控制器，以將信號傳送給所述車輛控制器，從而所述電動機的速度和扭矩之一基於所述信號被控制；和輸出軸，連接到所述電動機；第一車輪端組件，連接到所述輸出軸；和第二車輪端組件，連接到所述輸出軸；和動力輸出裝置，連接到所述軸模塊，包括包括空檔狀態的傳動裝置，連接到所述電動機；和輔助輸出軸，連接到所述傳動裝置，其中當所述傳動裝置處於所述空檔狀態時，所述輔助輸出軸將以獨立於車輪速度並且依賴於所述電動機速度的速度操作，並且當所述傳動裝置可操作地嚙合在非空檔狀態時，所述輔助輸出軸將以與所述電動機速度和車輪速度相關的速度操作。
13.如權利要求12所述的車輛，其特徵在於，所述傳動裝置與所述整裝的軸模塊成為整體。
14.如權利要求12所述的車輛，其特徵在於，所述PTO連接到工具。
15.如權利要求14所述的車輛，其特徵在於，所述工具是泵。
16.如權利要求12所述的車輛，其特徵在於，所述車輛是混合動力電動車輛。
17.如權利要求12所述的車輛，其特徵在於，所述傳動裝置被換檔用於至少兩個速度。
全文摘要
一種用於電動車輛的動力輸出裝置。所述動力輸出裝置包括可變速電動機(28)，用於驅動車輛的至少一個車輪；以及與所述電動機(28)相連的包括空檔狀態的傳動裝置(58)。輔助裝置(75)與所述傳動裝置(58)相連。當所述傳動裝置(58)處於空檔狀態的時候，所述輔助裝置(75)將以獨立於車輪速度且依賴於所述電動機(28)速度的速度操作。當所述傳動裝置(58)可操作地嚙合在非空檔狀態時，所述輔助裝置(75)將在與所述電動機(28)速度以及所述車輪速度都相關的速度操作。
文檔編號B60K17/28GK101061017SQ200580039831
公開日2007年10月24日 申請日期2005年9月28日 優先權日2004年9月28日
發明者J·J·莫羅, M·席姆克, C·K·雅克斯 申請人:奧什科什卡車公司