磁齒輪系統(tǒng)和用于減小扭矩脈動傳送的方法

磁齒輪系統(tǒng)和用于減小扭矩脈動傳送的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，包括：輸入部件、輸出部件、用于將所述輸入部件連接至所述輸出部件的磁齒輪，以及被設(shè)置成控制從所述輸入部件到所述輸出部件的動力流的控制裝置。所述磁齒輪包括第一組磁極、第二組磁極、以及設(shè)置成對所述第一組磁極與所述第二組磁極之間的磁場進(jìn)行調(diào)制的一組磁極片。所述控制裝置包括用于減少從所述輸入部件到所述輸出部件的扭矩脈動和/或振蕩的傳送的裝置。
【專利說明】
磁齒輪系統(tǒng)和用于減小扭矩脈動傳送的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本公開涉及其中磁齒輪被布置和/或控制以減小從例如內(nèi)燃機(jī)將扭矩脈動傳送到 車輛其它部件的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 所有的車輛都要求例如速度和扭矩的可變道路負(fù)載需求與引擎的輸出相匹配。弓丨 擎工作曲線具有更高和更低效率區(qū)域，并且能夠以給定功率水平(其是扭矩和速度的乘積） 給出引擎扭矩和速度的許多不同組合，該許多不同組合能夠給出更高或更低效率并因此而 得到更高或更低燃料消耗和排放。以往通過兩種方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：利用司機(jī)人工地或者通 過控制機(jī)構(gòu)自動地接合的離散數(shù)量的齒輪;或者利用采用例如錐輪傳動之類機(jī)械部件的無 級變速器(CVT)系統(tǒng)。后者在齒輪裝置中沒有固定的級。
[0003] 電力混合車輛致力于提高燃料效率和降低排放的方法之一是使用能源的組合(即 電池和油箱）以及電力和機(jī)械驅(qū)動的組合，來確保主引擎在最適當(dāng)?shù)呐ぞ?速度組合下工 作。隨后利用電動力傳動系（能量存儲部、逆變器和電機(jī))解決動力的過剩/不足?？梢詫?shí)現(xiàn) 的有利方式之一是使用"動力分配(power-split)"，如圖1中所示已有的"混和"電力混合動 力。動力分配單元11是與電動機(jī)/發(fā)電機(jī)13組合的行星齒輪12。該電動機(jī)/發(fā)電機(jī)用于控制 內(nèi)恒星齒輪的旋轉(zhuǎn)以改變行星齒輪的齒輪比，而引擎14的輸出以及到最終驅(qū)動的輸出連接 至環(huán)形齒輪和行星齒輪支座。
[0004]應(yīng)當(dāng)理解的是，行星齒輪具有三個元件。如果這三個元件中的任意一個保持靜止， 則在另外兩個元件之間存在固定齒輪比，并且可以在任何齒輪中實(shí)現(xiàn)三個不同的比。通過 使第三個元件轉(zhuǎn)動，可以改變其它兩個轉(zhuǎn)子之間的比。
[0005] 通過旋轉(zhuǎn)并將扭矩作用于恒星齒輪，電動機(jī)/發(fā)電機(jī)從機(jī)械動力傳動系輸入或輸 出電力。例如，當(dāng)存在超過所需道路負(fù)載的過剩引擎動力時，經(jīng)由逆變器17將動力電提取并 存儲在能量存儲系統(tǒng)15中。隨后可以由通過逆變器17和通過動力分配系統(tǒng)送還動力的動力 分配電動機(jī)，或者經(jīng)由第二逆變器18和用于驅(qū)動車輪的輔助牽引電動機(jī)16,在以后的一個 時間使用該能量。因此，設(shè)置有"變換器(variator)"，使得引擎動力能夠通過不同路徑作用 于車輪，并且引擎動力需求在某種程度上與所需道路動力斷開。
[0006] 這些動力分配系統(tǒng)能夠有效地提供齒輪比的無限可變控制，并且能夠?qū)⒁嫱Ｖ?運(yùn)轉(zhuǎn)至引擎具有有限速度而車輪具有零速度的點(diǎn)。這一功能以往通過使用脫開離合器 (disengaging clutch)實(shí)現(xiàn)，該脫開離合器本身聯(lián)接至同樣用于濾除往復(fù)式引擎的扭矩脈 動的（ICE曲柄上的）慣性飛輪。然而，飛輪減小了由于所增加的慣性導(dǎo)致的車輛動態(tài)性能。 現(xiàn)在可以將該離合器和飛輪從系統(tǒng)中去除，并且引擎曲柄現(xiàn)在可以通過動力分配設(shè)備直接 聯(lián)接至動力傳動系。
[0007] 然而，在引擎與傳動系之間去除離合器并采用直接聯(lián)接導(dǎo)致引擎扭矩脈動的更直 接傳動。而該引擎扭矩脈動通常可以通過離合器(通過滑動/微運(yùn)動）和慣性飛輪極大地衰 減。這會對NVH(噪聲、振動和非平順性)產(chǎn)生影響并因此對"驅(qū)動輪"產(chǎn)生影響，并使傳動系 統(tǒng)部件磨損。通過使用雙質(zhì)量飛輪(DMF)已經(jīng)解決了這一問題。
[0008] 雙質(zhì)量飛輪(DMF)通常安裝在柴油引擎車輛上，因?yàn)槠湎诉^多的傳動噪聲，保 護(hù)變速箱不被破壞，并減少了檔位改變/變換。在DMF中，常規(guī)飛輪的質(zhì)量被分為兩部分。一 部分增加到引擎的慣性動量上，而另一部分增加了傳動的慣性動量。這兩部分分離的質(zhì)量 由彈簧/阻尼系統(tǒng)鏈接起來，并且DMF充當(dāng)變速箱上曲柄軸與輸入軸之間的阻尼器。其還具 有插入兩個旋轉(zhuǎn)質(zhì)量體之間的一組彈簧;滑動被將來自引擎的不規(guī)則扭矩脈動變得平滑的 一組扭轉(zhuǎn)彈簧減震。這些彈簧被設(shè)置尺寸以吸收在負(fù)載條件下來自引擎的共振振動。
[0009] 該設(shè)備向傳動系引入了增加的成本和復(fù)雜度并具有多處磨損部分。由于其位于引 擎和傳動之間的位置因此替換復(fù)雜且成本高昂。
[0010] 此外，上述機(jī)械系統(tǒng)迫于機(jī)械齒輪的基本限制。行星齒輪必須遵循大輪/小輪原 理，且最低扭矩最高速度部件總是最內(nèi)側(cè)的中心齒輪(而環(huán)形齒輪和行星齒輪支座是高扭 矩低速度部件）。有利的是使得機(jī)械動力流承載于最高扭矩外部件并利用電動發(fā)電機(jī)驅(qū)動 最低扭矩最高速度部件(因?yàn)檫@樣可以減小電動機(jī)械尺寸并提高其效率）。
[0011]然而，這導(dǎo)致復(fù)雜的軸布置，因?yàn)樾枰诠草S線傳動軸的限制下接入最內(nèi)側(cè)齒輪。
[0012] 針對這些問題的解決方案是期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 因此，本公開涉及例如在車輛動力傳動系中使用的三轉(zhuǎn)子磁動力分配和二轉(zhuǎn)子磁 動力分配概念。具體而言，其包括如何將磁齒輪部件的特性應(yīng)用于從車輛動力傳動系中去 除雙質(zhì)量飛輪(具有簡化和成本優(yōu)點(diǎn)）同時符合所需NVH(噪聲、振動和非平順性)規(guī)格。該系 統(tǒng)可以擴(kuò)展為允許主動消除和/或?yàn)V除引擎扭矩脈動。
[0014] 在一般術(shù)語中，本公開的實(shí)施方式提供了包括磁齒輪的系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中可以視 為"虛擬"轉(zhuǎn)子或者替代地可以是例如承載永磁體的物理轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁極組與繞組耦合以 響應(yīng)于這些繞組中的電流而旋轉(zhuǎn)，或者旋轉(zhuǎn)并在這些繞組中感應(yīng)出電流。齒輪的另兩個轉(zhuǎn) 子(其中一個承載磁極而另一個承載一組磁極片)聯(lián)接至輸入部件和輸出部件(一個聯(lián)接至 另一個）。該系統(tǒng)設(shè)置為按照如下方式操作繞組:例如通過在定子中維持基本恒定的反作用 扭矩而使得脈動扭矩不會從輸入部件傳送(通過反作用)到輸出部件。扭矩脈動例如可以是 來源于輸入部件所聯(lián)接的內(nèi)燃機(jī)中的單個燃燒事件。通過這種方式，與另選設(shè)置相比，實(shí)施 方式能夠通過車輛的傳動系減少來自引擎的扭矩脈動傳送。因此，在無需例如雙質(zhì)量飛輪 (DMF)之類昂貴和復(fù)雜部件的情況下可以改善車輛的精細(xì)性?；蛘撸梢员Ａ鬌MF并使用本 發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)一步改善精細(xì)性。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:輸入部件、輸出部件、用于 將所述輸入部件連接至所述輸出部件的磁齒輪，以及被設(shè)置成控制從所述輸入部件到所述 輸出部件的動力流的控制裝置，其中，所述磁齒輪包括第一組磁極、第二組磁極、以及設(shè)置 成對所述第一組磁極與所述第二組磁極之間的磁場進(jìn)行調(diào)制的一組磁極片，并且其中，所 述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于減少從所述輸入部件到所述輸出部件的扭矩脈動和/或振蕩的傳送 的裝置。
[0016] 可選地，所述第一組磁極包括第一組永磁體。
[0017] 可選地，所述第一組磁極與第一可移動部件相關(guān)聯(lián)。
[0018] 可選地，所述一組磁極片與第二可移動部件相關(guān)聯(lián)。
[0019] 可選地，所述第一可移動部件連接至所述輸入部件。
[0020] 可選地，所述第一可移動部件連接至所述輸出部件。
[0021] 可選地，所述第二可移動部件連接至所述輸入部件。
[0022] 可選地，所述第二可移動部件連接至所述輸出部件。
[0023] 可選地，所述第二組磁極是通過所述第一組磁極與所述磁極片之間的相互作用而 產(chǎn)生的伴隨磁極組。存在通過與伴隨磁場相互作用的繞組產(chǎn)生的磁場。
[0024] 可選地，所述繞組安裝在定子上。
[0025] 可選地，所述繞組由所述控制裝置進(jìn)行控制。
[0026] 可選地，所述第二組磁極包括第二組永磁體。
[0027]可選地，所述第二組永磁體安裝在所述磁齒輪的第三可移動部件上。
[0028] 可選地，所述控制裝置布置成對所述第三可移動部件的移動進(jìn)行控制?？梢詫Ψ?別作為電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的繞組和第三可移動部件進(jìn)行操作。
[0029] 可選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括能量存儲系統(tǒng)，其中，所述控制裝置被設(shè)置成，如果 所述輸出部件處的所需動力與所述輸入部件處的動力不同，則對從所述輸入部件到所述能 量存儲系統(tǒng)或者從所述能量存儲系統(tǒng)到所述輸出部件的動力流進(jìn)行控制。
[0030] 所述輸入部件可以聯(lián)接至內(nèi)燃機(jī)的曲軸。扭矩脈動和/或振蕩可能由于引擎的單 個燃燒事件而引起。扭矩脈動和/或振蕩具有大于輸入部件的每旋轉(zhuǎn)的一個周期的頻率。扭 矩脈動和/或振蕩可以具有介于10Hz與300Hz之間的頻率。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種系統(tǒng)，包括:輸入部件、輸出部件、能量提供裝 置、能量槽裝置和將所述輸入部件連接至所述輸出部件的磁齒輪，其中，所述磁齒輪包括一 組永磁體、一組繞組和被設(shè)置成對該組永磁體與該組繞組之間的磁場進(jìn)行調(diào)制的一組磁極 片;所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括控制裝置，該控制裝置被設(shè)置成，如果所述輸出部件處的所需動力 不同于所述輸入部件處的動力，則對所述繞組中的電流進(jìn)行控制，并由此控制從所述輸入 部件到所述能量槽裝置或者從所述能量提供裝置到所述輸出部件的動力流，其中所述系統(tǒng) 進(jìn)一步包括用于減少扭矩脈動和/或振蕩從所述輸入部件到所述輸出部件的傳送的裝置。
[0032] 在第二方面中，該組永磁體可選地安裝在與輸入部件和輸出部件中的一個相關(guān)聯(lián) 的轉(zhuǎn)子上，并且該組磁極片安裝在與輸入部件和輸出部件中的另一個相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子上。
[0033] 在第二方面中，所述控制裝置可選地配置為控制繞組中的電流，使得所述繞組產(chǎn) 生的磁場與通過該組磁極片對該組永磁體產(chǎn)生的磁場進(jìn)行調(diào)制而產(chǎn)生的伴隨磁場相互作 用。
[0034] 在第二方面中，控制裝置可選地配置為對繞組中的電流進(jìn)行控制，使得繞組產(chǎn)生 的磁場旋轉(zhuǎn)。
[0035] 在第二方面中，控制裝置可選地配置為改變繞組中電流的幅度以產(chǎn)生所需扭矩。
[0036] 可選地，在第二方面的系統(tǒng)中，能量提供裝置和能量槽裝置包括能量存儲系統(tǒng)。 [0037]在第二方面中，能量槽裝置可選地包括電力消耗裝置。
[0038]在第二方面中，能量槽裝置可選地包括牽引電動機(jī)。
[0039]在第二方面中，能量槽裝置可選地包括車輛的旅館負(fù)載(hotel load)。
[0040]下面的可選特征涉及第一方面的系統(tǒng)和第二方面的系統(tǒng)，并且每一種均為可選的 特征。
[0041] 可選地，用于減少扭矩脈動和/或振蕩傳送的裝置包括阻尼裝置。
[0042] 可選地，所述阻尼裝置包括阻尼器條。
[0043] 可選地，所述阻尼裝置包括阻尼器繞組。
[0044]可選地，所述控制裝置包括用于減少扭矩脈動和/或振蕩的傳送的裝置，該控制裝 置被設(shè)置為用于抵消扭矩。
[0045] 可選地，所述抵消扭矩被用于對輸入部件的位置、速度或加速的測量的響應(yīng)。
[0046] 可選地，使用輸入部件扭矩脈動的預(yù)測來確定抵消扭矩。
[0047] 可選地，使用連接至所述輸入部件的引擎的幾何和燃燒參數(shù)來計算輸入部件扭矩 脈動的預(yù)測。
[0048] 可選地，用于減少扭矩脈動和/或振蕩傳送的裝置包括其上安裝該組磁極片的懸 臂式開放杯轉(zhuǎn)子。
[0049] 可選地，所述懸臂式開放杯轉(zhuǎn)子在無負(fù)載時反向扭曲。
[0050] 可選地，所述懸臂式開放杯轉(zhuǎn)子在負(fù)載扭矩下不扭曲。
[0051] 可選地，用于減少扭矩脈動和/或振蕩傳送的裝置包括由柔性材料形成的磁極片 支撐結(jié)構(gòu)。
[0052]可選地，所述柔性材料是合成塑料或工程塑料。
[0053]可選地，所述輸入部件連接至引擎。
[0054] 可選地，所述系統(tǒng)形成了車輛傳動系的一部分。
[0055] 可選地，所述能量存儲系統(tǒng)是電池。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種系統(tǒng)，包括:輸入部件、輸出部件、將所述輸入 部件連接至所述輸出部件的磁齒輪，以及被設(shè)置成控制從所述輸入部件到所述輸出部件的 動力流的控制裝置，其中，所述磁齒輪包括第一組磁極、第二組磁極、以及設(shè)置成對所述第 一組磁極與所述第二組磁極之間的磁場進(jìn)行調(diào)制的一組磁極片，并且其中，選擇第一和第 二組磁極中的數(shù)個磁極、該組磁極片中的數(shù)個磁極片以及所述磁齒輪中的可移動部件的慣 性來衰減頻率帶寬下的扭矩脈動和/或振蕩。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種對根據(jù)第一方面或第二方面的系統(tǒng)進(jìn)行控制 的方法，其中，所述控制裝置包括:用于減小扭矩脈動和/或振蕩傳送的裝置，所述方法包括 所述控制裝置操作用于施加抵消扭矩的步驟。
[0058] 可以應(yīng)用抵消扭矩來至少部分地抵消扭矩脈動和/或振蕩從輸入部件到輸出部件 的傳送。
[0059][例如二轉(zhuǎn)子型的方法權(quán)利要求]
[0060] 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種對第一方面中限定的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法， 其中，第二組磁極由安裝在磁齒輪的定子上的一組繞組產(chǎn)生，該繞組中的電流可以由控制 裝置進(jìn)行控制，該方法包括由所述控制裝置執(zhí)行如下操作：
[0061] (a)接收表示所述輸入部件的速度的第一信號；
[0062] (b)接收表示所述輸出部件的期望速度的第二信號；
[0063] (c)基于所述第一信號和所述第二信號，識別所述繞組中的電流值以給出所述輸 出部件的期望速度；以及
[0064] (d)將所述繞組中的電流控制為在所述值基本恒定而與輸入部件的速度和扭矩的 周期變化無關(guān)。
[0065] 該電流的值可以是電流的幅度和/或頻率。
[0066] 類似地，步驟(d)可以包括將所述繞組中的電流控制為幅度和頻率基本恒定。
[0067] 所述電流可以被控制為基本恒定而與所述輸入部件聯(lián)接的內(nèi)燃機(jī)的單個燃燒事 件引起的所述輸入部件的的速度和扭矩的周期變化無關(guān)。該周期變化可以是在輸入部件的 一個旋轉(zhuǎn)期間輸入部件的速度和扭矩的變化。
[0068] 輸入部件的速度可以是轉(zhuǎn)速。該第一信號還可以表示輸入部件的旋轉(zhuǎn)位置。該第 一信號可以表示例如在一個或至少一個旋轉(zhuǎn)期間輸入部件的平均轉(zhuǎn)速。步驟(d)可以包括： 只要所述第一信號和所述第二信號基本恒定，則保持所述電流基本恒定。步驟(c)可以包 括:查詢至少表示（i)輸入部件的速度，（ii)輸出部件的期望速度以及(iii)與（i)和（ii)相 對應(yīng)的繞組中電流之間關(guān)系的記錄。繞組中的電流可以用于估計扭矩。該方法還可以包括： 接收表示輸入部件的扭矩的信號。該扭矩還可以在步驟(c)中用作識別電流的基礎(chǔ)。該扭矩 還形成了在該記錄中所記錄的關(guān)系的一部分。該記錄可以是查找表，例如圖。
[0069][例如三轉(zhuǎn)子型的方法權(quán)利要求]
[0070] 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種對第一方面中限定的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法， 其中所述第二組磁極包括安裝在磁齒輪的第三可移動部件上的第二組永磁體，所述第三可 移動部件是電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，該電動機(jī)-發(fā)電機(jī)具有所述控制裝置可以對其中電流進(jìn) 行控制的一組繞組，所述方法包括由所述控制裝置執(zhí)行的如下操作：
[0071] (a)接收表示所述輸入部件的速度和位置的第一信號；
[0072] (b)接收表示所述輸出部件的期望速度的第二信號；
[0073] (c)基于所述第一信號和所述第二信號，識別要在所述繞組中形成的目標(biāo)電流，所 述目標(biāo)電流包括周期性變化校正電流，用于加速或減速所述第三可移動部件以至少減少速 度和扭矩的周期變化從所述輸入部件到所述輸出部件的傳送;以及
[0074] (d)將繞組中的電流基本控制為目標(biāo)電流。
[0075]該方法可以包括:所述控制裝置接收例如油門位置指示形式的引擎扭矩的指示。 應(yīng)當(dāng)理解的是，該指示可以是后續(xù)扭矩脈沖的大小。該方法可以包括使用步驟(c)中引擎扭 矩的指示來識別目標(biāo)電流。
[0076] 該周期變化可以是在輸入部件的一個旋轉(zhuǎn)期間輸入部件的速度和扭矩的變化。
[0077] 輸入部件的速度和扭矩的周期變化可以是所述輸入部件聯(lián)接的內(nèi)燃機(jī)的單個燃 燒事件引起，該周期變化可以是在輸入部件的一個旋轉(zhuǎn)期間輸入部件的速度和扭矩的變 化。
[0078] 輸入部件的速度可以是轉(zhuǎn)速。該第一信號還可以表示輸入部件的旋轉(zhuǎn)位置。該第 一信號可以表示例如在一個或至少一個旋轉(zhuǎn)期間輸入部件的平均轉(zhuǎn)速。步驟(d)可以包括： 只要在大于一個或至少一個旋轉(zhuǎn)期間的所述輸入部件的平均轉(zhuǎn)速且所述第二信號基本恒 定，則維持所述目標(biāo)電流。步驟(c)可以包括:查詢至少表示（i)輸入部件的速度，（ii)輸出 部件的期望速度以及（iii)與（i)和（ii)相對應(yīng)的繞組中電流之間關(guān)系的記錄。步驟(c)可 以包括使用表示輸入部件的旋轉(zhuǎn)位置的信息和/或表示其旋轉(zhuǎn)速度的信息來給出校正電流 的頻率。該方法還可以包括:接收表示輸入部件的扭矩的信號。該扭矩還可以在步驟(c)中 用作識別電流的基礎(chǔ)。該扭矩還形成了在該記錄中所記錄的關(guān)系的一部分。
[0079] 該記錄可以是查找表，例如圖。
[0080] 設(shè)想本發(fā)明的任何系統(tǒng)方面的可選特征也是本發(fā)明的任何方法方面的可選特征， 反之亦然。
[0081] 根據(jù)本發(fā)明的第七方面，提供了一種車輛的傳動系，該傳動系包括內(nèi)燃機(jī)和根據(jù) 本發(fā)明的第一至第六方面中任意一個方面的系統(tǒng)，內(nèi)燃機(jī)的曲軸聯(lián)接至該系統(tǒng)的輸入部 件，該系統(tǒng)的輸出部件聯(lián)接至該傳動系的驅(qū)動輪。
[0082] 根據(jù)本發(fā)明的第八方面，提供了包括第七方面的傳動系的車輛。
[0083] 根據(jù)本發(fā)明的第九方面，提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括使得計算機(jī)執(zhí)行以 上限定的任意方法的步驟的計算機(jī)可執(zhí)行指令。
[0084] 根據(jù)本發(fā)明的第十方面，提供了一種車輛傳動系的電控單元，該電控單元設(shè)置為 執(zhí)行以上限定的任意方法的步驟。
[0085][動力輔助部件]
[0086]以下是在任何方面中如上所述限定的系統(tǒng)的可選特征。這些特征涉及使用該系統(tǒng) 對車輛的設(shè)備的例如加熱、通風(fēng)和空調(diào)壓縮機(jī)之類輔助部件提供動力。
[0087]可選地，該輸入部件包括帶輪。
[0088]可選地，該輸入部件包括磁齒輪的外轉(zhuǎn)子，該帶輪設(shè)置為相對于所述外轉(zhuǎn)子同心。 [0089 ]可選地，所述輸入部件由帶驅(qū)動?？蛇x地，所述帶由引擎驅(qū)動。
[0090] 可選地，所述輸出部件連接至車輛的輔助部件或設(shè)備?？蛇x地，所述輸出部件連接 至供熱、通風(fēng)和空調(diào)壓縮機(jī)?？蛇x地，所述輸出部件連接至冷卻液壓縮機(jī)、油栗、水栗或者空 氣壓縮機(jī)。
[0091] 可選地，該輸出部件包括帶輪。
[0092] 可選地，該輸出部件包括磁齒輪的外轉(zhuǎn)子，該帶輪設(shè)置為相對于所述外轉(zhuǎn)子同心。 [0093]可選地，所述輸入部件連接至引擎。
[0094] 可選地，所述輸出部件對帶進(jìn)行驅(qū)動。可選地，所述帶對車輛的至少一個輔助部件 或設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動?？蛇x地，所述帶對加熱、通風(fēng)和空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。可選地，所述帶對冷 卻液壓縮機(jī)、油栗、水栗或者空氣壓縮機(jī)中的一個或更多個進(jìn)行驅(qū)動。
[0095] 可選地，所述繞組安裝在外部定子上?？蛇x地，所述繞組安裝在內(nèi)部定子上。
[0096] 可選地，所述系統(tǒng)包括用于向所述輸出部件施加制動扭矩的制動裝置?？蛇x地，所 述制動扭矩防止所述輸出部件旋轉(zhuǎn)?？蛇x地，所述制動扭矩防止所述輸出部件加速。
[0097]可選地，所述控制裝置進(jìn)一步配置為從所述能量存儲系統(tǒng)到所述輸入系統(tǒng)的動力 流進(jìn)行控制。
【附圖說明】
[0098]下面將參照附圖并僅作為例子來描述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在附圖中：
[0099]圖1示出了具有動力分配設(shè)備的混和式電力混合動力傳動系；
[0100]圖2示出了機(jī)械行星齒輪和等效的磁齒輪；
[0101 ]圖3示出了通過對來自磁極片陣列的內(nèi)永磁體陣列的磁通量進(jìn)行調(diào)制而產(chǎn)生的伴 隨場；
[0102]圖4示出了設(shè)置外磁場，其與固定比磁齒輪中的伴隨場相互作用；
[0103 ]圖5示出了在輸入速度ω pp為1300rpm的例子中給出的參數(shù)情況下對于固定輸入速 度而言在輸出轉(zhuǎn)子速度與控制部件速度之間的關(guān)系；
[0104] 圖6示出了不同輸入速度特性的范圍；
[0105] 圖7示出了由通用外電動機(jī)控制的磁齒輪；
[0106] 圖8示出了由外永磁體機(jī)器(在轉(zhuǎn)子的外表面上具有第三PM陣列）驅(qū)動的外控制轉(zhuǎn) 子；
[0107] 圖9示出了具有包括單個PM陣列的低慣性控制轉(zhuǎn)子的三轉(zhuǎn)子磁動力分配，該單個 PM陣列用作磁齒輪外轉(zhuǎn)子和用于外控制定子的PM轉(zhuǎn)子；
[0108] 圖10示出了三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的低慣性控制轉(zhuǎn)子；
[0109] 圖11示出了以輸入和輸出軸的兩個可能組合示出的具有PM控制轉(zhuǎn)子和外定子的 混合動力分配；
[0110] 圖12解釋了產(chǎn)生合適的磁極對數(shù)量的定子如何與PM陣列產(chǎn)生的伴隨場耦合以及 對磁極片轉(zhuǎn)子(例如12槽三相集中繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的4磁極對模式)進(jìn)行調(diào)制；
[0111] 圖13示出了與伴隨場相互作用產(chǎn)生二轉(zhuǎn)子動力分配磁極對模式的組合齒輪部件 和定子；
[0112]圖14示出了具有分布式繞組的二轉(zhuǎn)子變型；
[0113]圖15示出了具有包含內(nèi)永磁體陣列的PM轉(zhuǎn)子的二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其中在圓周方向上排 列的磁體和鐵磁磁極將磁通量徑向地聚焦于空氣隙中；
[0114]圖16示出了具有二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動力分配混合系統(tǒng)；
[0115] 圖17示出了利用DMF減少常規(guī)引擎NVH;
[0116]圖18示出了具有附加的主動扭轉(zhuǎn)振動消除/衰減設(shè)備的DMF;
[0117]圖19示出了結(jié)合有簡化架構(gòu)和DMF功能的磁動力分配；
[0118] 圖20示出了具有全支撐的磁極片轉(zhuǎn)子的全軸承系統(tǒng)；
[0119] 圖21示出了懸臂式開口杯轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；
[0120] 圖22示出了磁極片轉(zhuǎn)子籠(預(yù)模制或者示出二次注塑成型材料）；以及 [0121 ]圖23示出了預(yù)扭絞的磁極片轉(zhuǎn)子籠；
[0122]圖24示出了具有到外轉(zhuǎn)子的帶輸入件的可變齒輪；
[0123]圖25示出了具有到輔助帶的引擎輸入傳送控制的速度輸出的可變齒輪，其中25a 示出了直列型帶輪，圖25b示出了同心型帶輪；以及
[0124] 圖26示出了到具有內(nèi)定子的輔助帶的引擎輸入傳送控制的速度輸出的可變齒輪 的一個例子。
【具體實(shí)施方式】
[0125] 使用磁齒輪裝置的動力分配系統(tǒng)的描述
[0126] 提供以下說明作為技術(shù)背景。
[0127] 通過利用廣義等效的機(jī)械式行星齒輪組旁邊的圖2中右側(cè)所示非接觸式磁齒輪代 替圖1中所示系統(tǒng)中的機(jī)械行星齒輪而獲得了很多優(yōu)點(diǎn)。磁齒輪具有:與行星齒輪的恒星齒 輪相對應(yīng)的高速磁轉(zhuǎn)子21;與行星齒輪支架相對應(yīng)的鋼磁極轉(zhuǎn)子22;以及與環(huán)形齒輪相對 應(yīng)的低速磁轉(zhuǎn)子23。
[0128] 磁齒輪的優(yōu)點(diǎn)包括：
[0129] ?無需潤滑(因?yàn)闆]有磨損部件，僅需要軸承潤滑）
[0130] ?高效率(因?yàn)闆]有摩擦損失）
[0131] ?沒有磨損部件從而提高了可靠性(減少了維護(hù)時間并且MTBF降低）
[0132] ?如下所示，磁齒輪可以反轉(zhuǎn)（因無需遵循功當(dāng)量的大輪/小輪原理，從而具有高 度的靈活性）。
[0133] 此外，磁齒輪在輸入和輸出轉(zhuǎn)子/慣性(通過磁場耦合)之間具有固有扭力柔性性 能，本公開中將對此進(jìn)行探究。
[0134] 對于功當(dāng)量，通過使第三轉(zhuǎn)子保持靜止而在這些轉(zhuǎn)子的兩個之間實(shí)現(xiàn)固定齒輪 比。通過使第三轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，可以如下所述地改變轉(zhuǎn)子之間的速度關(guān)系。
[0135] 例如，（ICE曲柄軸驅(qū)動的）輸入轉(zhuǎn)子是具有對(連接至到車輪的最終驅(qū)動的）通常 為PM陣列的第二輸出轉(zhuǎn)子的磁場進(jìn)行調(diào)制的多個鐵磁磁極片的中間轉(zhuǎn)子。這產(chǎn)生了伴隨調(diào) 制磁場，如圖3所示，磁極對數(shù)量等于磁極片數(shù)量減去輸出轉(zhuǎn)子上的磁極對數(shù)量。在如圖所 示例子中，設(shè)有在內(nèi)PM陣列上的23個磁極對以及27個磁極片，這產(chǎn)生了從這些磁極片呈放 射狀向外的4磁極伴隨場。與磁齒輪操作一致，具有數(shù)量與該"伴隨"場相同的磁極對的外部 創(chuàng)建磁場與該伴隨場相互作用/磁耦合。例如，4磁極永磁陣列置于調(diào)制轉(zhuǎn)子外側(cè)，如圖4所 示。通過與外部產(chǎn)生的場和伴隨場相互作用，扭矩可以作用于輸入/磁極片轉(zhuǎn)子和輸出轉(zhuǎn)子 二者。
[0136] 如果外部產(chǎn)生的場保持不變（即具有在時間和空間上固定的一系列空間布置磁 極），則輸入軸的任何旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致輸出軸的齒輪傳動旋轉(zhuǎn)，這與第三場(或轉(zhuǎn)子)保持不變的任 何磁齒輪傳動系統(tǒng)一致。這類似于內(nèi)恒星齒輪旋轉(zhuǎn)而外環(huán)形齒輪保持靜止從而使得行星齒 輪支架通過行星齒輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械行星齒輪。扭矩值比和速度的反比是固定的，并且由輸入 和輸出轉(zhuǎn)子上的磁極數(shù)量/磁極片的比決定，如下等式[1]和[2]所示。
[0137] m
[0138]
[0139] 其中，NPP是輸入轉(zhuǎn)子上的磁極片的數(shù)量，Ν〇Ρ是輸出轉(zhuǎn)子上的磁極對的數(shù)量，TPP和 ωΡΡ分別是輸入轉(zhuǎn)子的扭矩和速度，分別是輸出轉(zhuǎn)子的扭矩和速度。Gr是齒輪比。
[0140] 在上面的例子中，外部場(與伴隨場相互作用)保持不變以實(shí)現(xiàn)輸入轉(zhuǎn)子與輸出轉(zhuǎn) 子之間的固定齒輪比。然而，如果使得外面的外部場也旋轉(zhuǎn)，則兩個主輸入和輸出轉(zhuǎn)子之間 的速度比遵循等式[3]中給出的關(guān)系，其中N cr是該場的外部源上的磁極對數(shù)量，cocr是轉(zhuǎn) 速。該場稱為控制場。注意的是控制場磁極如上所述地相對于彼此空間地布置，并且整個磁 極陣列旋轉(zhuǎn)。
[01 41 ] Ncr 〇 cr - Npp W pp-Nop W op [ 3 ]
[0142] 輸出轉(zhuǎn)子的速度是控制轉(zhuǎn)子的函數(shù)，由下式給出：
Γ π ⑷
[0143]
[0144] 例如，如果1 = 8爲(wèi)[)=19，_ = 11，且01)1) = 1300印1]1，則輸出轉(zhuǎn)子由下式給出
[0145]
[0146] 這展示了利用固定輸入速度實(shí)現(xiàn)可變速度輸出。例如，圖5示出了在固定輸入速度 為1300rpm并從-200rpm至Ij4000rpm改變控制場的情況下使用等式[5]中給出的參數(shù)能夠?qū)?現(xiàn)的速度范圍，其展示了將速度提高到2245rpm的靜態(tài)點(diǎn)以上并將速度一直減小到零直至 反向速度的能力。（ω" = 0的靜態(tài)點(diǎn)由以上等式[2]控制為'州。[)=19/11 = 1.727，并且 1.727X 1300rpm = 2245rpm)。輸入速度也可以是可變的（例如由于引擎工作點(diǎn)在工作圖中 移動到更高效率工作點(diǎn)），如圖6a所示，利用連續(xù)范圍的輸入和控制部件速度可以獲得給定 輸出速度。
[0147] 以上展示了如何對速度以及由此對速度齒輪比進(jìn)行控制。
[0148] 然而，如下所證實(shí)的，扭矩比保持固定。在無損系統(tǒng)中，所有軸上的動力和扭矩之 和加起來應(yīng)當(dāng)為零，BP
[0149] Pcr+Ppp+P〇p = 0 [6]
[0150] Tcr+TPP+T〇P = 0 [7]
[0151] 因此
[0152] -Pcr = Ppp+P〇p [8]
[0153] 由于動力=速度X扭矩，根據(jù)等式[8]
[01 54] -Ter W cr = Tpp W pp+Top W op [ 9 ]
[0155] 通過檢查等式[3]和[9]
[0156] Ncra-Tcr [10a]
[0157] NPP^T 卯[10b]
[0158] N〇p ^-T〇p [10c]
[0159] 因此
[11al
[0160]
[0161] 峰 1
[0162] 其展示了扭矩之比是固定的并且僅由幾何結(jié)構(gòu)決定。僅速度比響應(yīng)于控制場速度 的變化而改變。
[0163] 注意，根據(jù)等式[3]，如果cocr = 〇
[0164] Npp to pp = N〇p w 〇p [ 12]
[0165] 其是系統(tǒng)的固有或靜態(tài)齒輪比
[131
[0166]
[0167] 同樣根據(jù)等式[8]，如果控制場保持靜止，則與控制轉(zhuǎn)子相關(guān)聯(lián)的動力為零，因此
[0168] Ppp = -Pop [14]
[0169] 以上展示了速度比可變(通過對控制場的速度進(jìn)行控制），但扭矩比總是由磁極對 數(shù)量與磁極片數(shù)量之比限定，并且由轉(zhuǎn)子幾何結(jié)構(gòu)/磁極組合而固定，并在設(shè)計階段進(jìn)行選 擇。然而，重要的是注意到扭矩比與轉(zhuǎn)子參數(shù)無關(guān)。與必須遵循齒輪的齒必須具有相同節(jié)距 以進(jìn)行嚙合的"大輪/小輪"原理的機(jī)械齒輪相比，這是較大優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)齒輪比的唯一方式是 通過具有更大和更小的齒輪/嵌齒以容納不同數(shù)量的齒。在磁齒輪中的齒輪比與齒輪參數(shù) 的脫離允許在設(shè)計時能夠具有更高自由度以及確保適當(dāng)慣性的能力。
[0170] 典型的設(shè)計選擇可以使一個轉(zhuǎn)子具有高扭矩（即輸出）并且使一個轉(zhuǎn)子具有低扭 矩(通常為輸入），以使得齒輪傳動/機(jī)械優(yōu)點(diǎn)達(dá)到有益水平。等式[7]中的第三轉(zhuǎn)子的扭矩 等于最尚扭矩減去最低扭矩，因此也是尚扭矩。
[0171] 以上等式還可以用于證明，由于NPP是系統(tǒng)中的最大數(shù)量(ΝΡΡ = Ν〇Ρ+Να)，因此該轉(zhuǎn) 子承擔(dān)了系統(tǒng)中的最大扭矩，即中間轉(zhuǎn)子將總是優(yōu)選地承載引擎或輸出扭矩的高扭矩部 件。隨后可以使位于內(nèi)或外位置處的最低扭矩轉(zhuǎn)子到該磁極片轉(zhuǎn)子。有利的是設(shè)置使用PPR 和第二高扭矩轉(zhuǎn)子（即具有最大數(shù)量磁極對的轉(zhuǎn)子)的完全動力（through-power)(機(jī)械傳 動系）。這使得外部件(將用于提供控制）稱為最低扭矩部件。這樣有利的是，因?yàn)樵摬考?用電流激活，并且高扭矩需要高電流，因此損失導(dǎo)致的效率降低。
[0172] 根據(jù)上面的數(shù)學(xué)公式和圖，這與上面給出的例子是一致的，在該例子中伴隨場具 有最低磁極數(shù)量（因此與系統(tǒng)中最低扭矩部件相關(guān)聯(lián))并用于提供對兩個主轉(zhuǎn)子的速度控 制。
[0173] 對于介紹中描述的機(jī)械動力分配系統(tǒng)，控制部件形成控制場且與扭矩發(fā)生作用并 旋轉(zhuǎn)，由此形成動力。如果使用電動機(jī)械施加扭矩和速度控制，這其用作發(fā)電機(jī)或電動機(jī)， 并從機(jī)械動力傳動系輸出或輸入動力作為電能(通過電動機(jī)/發(fā)電機(jī)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換）。該能 量隨后短暫存儲在能量存儲部（即電池）中和/或提供給電能的消費(fèi)者，例如向車輪提供動 力的牽引式電動機(jī)。
[0174] 然而，通過比機(jī)械式現(xiàn)有技術(shù)更集成的方式可以實(shí)現(xiàn)提供外部控制場與伴隨場相 互作用并提供控制其旋轉(zhuǎn)的方法，如以下兩個實(shí)施方式所述的。
[0175] 下面將描述提供包括磁齒輪的系統(tǒng)的幾個實(shí)施方式。根據(jù)以上"使用磁齒輪裝置 的動力分配系統(tǒng)的說明"中描述的原理設(shè)置磁齒輪，提供該背景信息以幫助本領(lǐng)域技術(shù)人 員理解本公開。
[0176] 在描述可以實(shí)施本發(fā)明的替代系統(tǒng)之后，接下來將描述對這些系統(tǒng)進(jìn)行操作的方 法。應(yīng)當(dāng)理解的是，那些示例性方法在數(shù)量上等于實(shí)施方式。
[0177] 實(shí)施方式1:三轉(zhuǎn)子設(shè)備
[0178] 參照圖7和圖8,在該實(shí)施方式中，由附接至轉(zhuǎn)子的（永磁體)PM陣列產(chǎn)生的與伴隨 場相互作用的外控制場。該轉(zhuǎn)子借助外部裝置旋轉(zhuǎn)，該外部裝置優(yōu)選地承載繞組的定子，該 繞組包圍定子并與齒輪轉(zhuǎn)子同心以便于封裝，如圖7所示。圖7示出了具有用作控制轉(zhuǎn)子的 繞組的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)定子71、電動機(jī)/發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子72、磁齒輪外PM轉(zhuǎn)子73、磁極片轉(zhuǎn)子(輸 入或輸出）74以及磁齒輪PM轉(zhuǎn)子75(輸入或輸出）。
[0179] 對于該外控制轉(zhuǎn)子有很多種選擇。例如：
[0180] A.PM內(nèi)和外-每個陣列具有數(shù)量與護(hù)鐵不同的磁極。這使得能夠獨(dú)立優(yōu)化齒輪和 電動機(jī)/發(fā)電機(jī)，如圖8所示。
[0181] B.PM內(nèi)和外具有數(shù)量與護(hù)鐵相同的磁極，護(hù)鐵不是必須為磁性的（雖然其提供了 支撐）
[0182] C.與B相同但本選項(xiàng)中去除了護(hù)鐵。隨后，磁體可以是單陣列，其內(nèi)表面朝向齒輪 磁極片，而外表面朝向定子。磁體本身并不具有任何結(jié)構(gòu)整體性，并且優(yōu)選地保持于非磁性 軸套上（即CF管/套的組合）。這是顯著的優(yōu)點(diǎn)，由于消除了鐵損失源和渦電流，因此實(shí)現(xiàn)了 極低慣性以實(shí)現(xiàn)高動力學(xué)和低損失。
[0183] D.與上述B相同，但具有埋入/內(nèi)部永磁體（IPM)轉(zhuǎn)子。永磁體優(yōu)選地容納于層疊結(jié) 構(gòu)中。可以使用磁通量聚焦。
[0184] 典型地，通過將磁體安裝于層疊或固體鋼結(jié)構(gòu)上來提供機(jī)械強(qiáng)度（因?yàn)槠涑休d負(fù) 載扭矩)并提供磁通量的返回路徑而形成用于電動機(jī)或發(fā)電機(jī)的PM轉(zhuǎn)子。如果內(nèi)表面和外 表面上的磁極數(shù)量相同（即磁齒輪外轉(zhuǎn)子和外控制機(jī)器轉(zhuǎn)子具有相同的磁極數(shù)量），則不再 需要"護(hù)鐵"并且可以在磁性上將其省略。其中控制轉(zhuǎn)子是支撐于非磁性結(jié)構(gòu)上的永磁體單 個陣列的變型C具有明顯的工作優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榭刂妻D(zhuǎn)子是低慣性部件，并且使得系統(tǒng)能夠快速 響應(yīng)。圖9中示出了其示例。
[0185] 然而，由于永磁體本身易碎且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，因此它們?nèi)孕枰谓Y(jié)構(gòu)。圖10示出 了低慣性控制轉(zhuǎn)子的可能布置。支撐組合管可以由玻璃纖維或碳纖維管制成。圖l〇a)和b) 中所示例子可以是磁體102結(jié)合于內(nèi)表面或外表面上的預(yù)纏繞/預(yù)形成CF管101。圖10c)中 所示例子例如可以通過將磁體結(jié)合于預(yù)形成管上并隨后利用樹脂包裹(濕法纏繞)一層CF/ GF并進(jìn)行硬化而制成。另選地，預(yù)纏繞管可以推動到內(nèi)管和磁體組件上方。實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的 另一種方法是使用樹脂傳遞模塑工藝(RTM)形成轉(zhuǎn)子，在RTM工藝中磁體和CF/GF墊層夾緊 和保持在模具腔中，在利用熱進(jìn)行固化之前在壓力下注入低粘度樹脂/環(huán)氧樹脂以生成高 度集成部件。
[0186] 另選地，可以使用RTM技術(shù)預(yù)先形成支撐管并隨后附接/插入磁體。圖9還示出了內(nèi) PM陣列的另一個變型，其中通過將磁通量聚焦于磁極片的圓周排列磁體形成磁極。
[0187] 另選地，可以通過不同的機(jī)械技術(shù)驅(qū)動控制轉(zhuǎn)子，例如：
[0188] E.感應(yīng)電機(jī)籠外（控制轉(zhuǎn)子在一側(cè)具有PM陣列）以及感應(yīng)電機(jī)籠（纏繞場或?qū)嵭?棒)轉(zhuǎn)子
[0189] F.切換磁阻
[0190] G.纏繞場同步
[0191]以上的優(yōu)點(diǎn)是減少所需永磁體材料，但將不會具有那么高的扭矩密度/效率。
[0192]圖11示出了混合車輛動力傳動系中磁動力分配的該實(shí)施方式的兩組可能布置。1C 引擎111連接至內(nèi)PM轉(zhuǎn)子112或磁極片轉(zhuǎn)子113,而另一個連接至最終驅(qū)動114。與具有電動 力輸入/輸出116的定子繞組115相互作用的PM控制轉(zhuǎn)子117沒有連接至任何一個軸(但機(jī)械 地支撐在軸承上以使得其能夠自由旋轉(zhuǎn)）。
[0193]實(shí)施方式2:二轉(zhuǎn)子設(shè)備
[0194]在該實(shí)施方式中，控制部件不是物理轉(zhuǎn)子，而是通過將伴隨場與控制定子的場耦 合而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前動力分配部件由一個永磁體陣列（通常是輸出轉(zhuǎn)子)和磁極片調(diào)制陣列（通 常是輸入轉(zhuǎn)子)構(gòu)成。通過PM產(chǎn)生的磁場與磁極片相互作用而產(chǎn)生的伴隨場與一組繞組產(chǎn) 生的空間場耦合，以生成扭矩并因此而實(shí)現(xiàn)齒輪傳動操作，如圖12所示。如果繞組中的電流 是固定的，則齒輪以固定的齒輪比工作。通過對空間分布繞組(通常為三相120度移位繞組） 提供暫時移位電流(通常為三相120度移位電流），外部場旋轉(zhuǎn)。隨后如上所述地改變齒輪 比。
[0195] 對此加以解釋的一種可能方式是設(shè)想上述控制轉(zhuǎn)子上的內(nèi)和外陣列具有相同磁 極數(shù)量并進(jìn)行排列。然后，它們不需要護(hù)鐵來承載磁通量，并且可以將其去除。隨后，將這些 陣列的徑向厚度逐漸減小。它們趨向于零并且最終消失-但伴隨場具有與控制定子產(chǎn)生的 磁場相同的磁極數(shù)量和布置，因此將發(fā)生耦合。因此，不需要中間控制轉(zhuǎn)子。
[0196] 圖13中示出了所得到的兩個轉(zhuǎn)子設(shè)備。還可以有定子和PM轉(zhuǎn)子的其它變型。例如， 圖14示出了與圖13中聚集式繞組相反的具有分布式繞組的不同定子的變型。圖14示出了內(nèi) PM轉(zhuǎn)子是埋入式磁體/內(nèi)磁體設(shè)計的變型，其具有將磁通量聚焦于鐵磁磁極中的圓周排列 磁體，該鐵磁磁極將磁通量徑向引入到空氣隙中。
[0197] 該實(shí)施方式具有超過前述情形的幾個突出優(yōu)點(diǎn)。例如：
[0198] ?通過去除物理控制轉(zhuǎn)子，控制系統(tǒng)具有零慣性，其響應(yīng)由快得多的電磁時間常 數(shù)確定。這提供了更高的控制帶寬，并且能夠顯著改善傳動系動力學(xué)。
[0199] ?齒輪的扭矩能力不再是固定的（如上述具有兩個永磁陣列的情形），并且扭矩與 電流成比例。在高瞬時系統(tǒng)中，這使得能夠減小設(shè)備尺寸，因?yàn)榭梢远虝r增大電流以應(yīng)對尖 峰需求，而設(shè)備在熱力學(xué)上標(biāo)定為處理較低平均扭矩要求。
[0200] ?去除通常為高速轉(zhuǎn)子的物理控制轉(zhuǎn)子消除了其關(guān)聯(lián)的軸承，消除和減少了噪聲 (通過去除大型物理旋轉(zhuǎn)部件）。
[0201] ?體積/質(zhì)量顯著減小，因此節(jié)省了永磁材料的成本。
[0202] 圖16示出了在混合車輛動力傳動系中的二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的兩種可能布置。在第一布置 中，ICE161聯(lián)接至磁極片轉(zhuǎn)子162,最終驅(qū)動163聯(lián)接至內(nèi)PM轉(zhuǎn)子164,繞組設(shè)置在與電動力 輸入/輸出166相連的控制定子165上。在第二布置中，ICE161聯(lián)接至內(nèi)PM轉(zhuǎn)子164,最終驅(qū)動 163聯(lián)接至磁極片轉(zhuǎn)子162,而控制定子165和繞組不變。
[0203] 磁齒輪特性允許無飛輪傳送
[0204]在上述實(shí)施方式的兩個主要組的每一個中，磁齒輪將柔性度引入傳動系中。為此， 可以用磁動力分配來代替動力分配混合結(jié)構(gòu)和DMF兩者的功能，因此可以從系統(tǒng)中去除 DMF。這可以通過兩種方式實(shí)現(xiàn)，被動方式單獨(dú)使用齒輪的扭力柔性，或者另外對齒輪進(jìn)行 主動控制，如下所述。
[0205] 通過磁齒輪柔性的被動消除
[0206] 通過磁場實(shí)現(xiàn)磁齒輪系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)子的耦合。這將扭力柔性度引入到系統(tǒng)中，該系 統(tǒng)類似于雙質(zhì)量飛輪(DMF)的耦合，其中通過機(jī)械彈簧和阻尼器將慣性連在一起。在傳動中 引入磁齒輪能夠代替對DMF的需求，并使得單自由度調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠消除來自傳動系的頻率 范圍，從而能夠減少扭矩脈動。如前所述，在某種程度上慣性與所需齒輪比脫開，并且可以 將慣性調(diào)節(jié)為實(shí)現(xiàn)所需頻帶衰減。這可以視為被動系統(tǒng)。系統(tǒng)的剛性由磁齒輪中的磁極數(shù) 量決定，然而可以選擇參數(shù)來實(shí)現(xiàn)給定質(zhì)量。通過系統(tǒng)中的電磁損耗(磁體中的渦流損耗， 繞組中的損耗等)包括了慣性阻尼，但可以根據(jù)需要通過包含阻尼器繞組或者阻尼條(它們 是導(dǎo)電部件，在由于瞬時轉(zhuǎn)子振蕩期間發(fā)生的任何異步場的磁通量改變導(dǎo)致在其中出現(xiàn)感 應(yīng)電流從而經(jīng)常出現(xiàn)短路)而增強(qiáng)。
[0207] 通過借助磁齒輪引入DMF功能，可以減少任何附加的飛輪慣性，這使得能夠在為此 平順引擎輸出并減小NVH的同時實(shí)現(xiàn)快速車輛狀態(tài)變換。
[0208] 雖然可以使用上述特征消除DMF(具有成本和簡化的優(yōu)點(diǎn)），還可能的是，該系統(tǒng)與 DMF-起使用來實(shí)現(xiàn)2自由度(2-D0F)系統(tǒng)，其能夠衰減更寬的頻帶(例如在豪華級車輛中可 以采用）。
[0209] 采用磁齒輪的另一個優(yōu)點(diǎn)是其引入了扭矩限制。如果任何負(fù)載應(yīng)用超過了磁場產(chǎn) 生的空氣隙剪應(yīng)力的扭矩承載能力，則轉(zhuǎn)子脫離并無損地滑脫(pole-slip)。一旦超過了過 載扭矩，齒輪將自動地再次重新嚙合。該"扭矩熔斷"操作能夠保護(hù)引擎和傳動機(jī)械系統(tǒng)防 止在例如路緣撞擊之類極端震動負(fù)載事件期間傳動系中突然/快速的破壞性狀態(tài)變換。
[0210] 通過控制磁動力分配電流和扭矩的主動抵消
[0211] 參照圖17和圖18,本發(fā)明人認(rèn)識到，通過將適當(dāng)?shù)拇艅恿Ψ峙淦?82形式的電控部 件引入到通過主動控制電流(與扭矩脈動反相)來主動應(yīng)用消除扭矩183以減小或?yàn)V除外扭 矩脈動184的傳動裝置185能夠顯著增強(qiáng)采用DMF181的常規(guī)動力傳動系的衰減能力以及 NVH，如圖18所示。
[0212] 通過在控制部件上形成反作用扭矩實(shí)現(xiàn)二和三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的主扭矩傳動。通過控 制任一系統(tǒng)中的電流，可以使用如圖19中所示的磁動力分配191獲得主動扭轉(zhuǎn)振動/振蕩消 除系統(tǒng)的功能。
[0213] 對于三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的情形，控制部件是借助旋轉(zhuǎn)部件上的永磁磁極在磁齒輪系統(tǒng)中 提供旋轉(zhuǎn)磁場的控制轉(zhuǎn)子。通過提供借助轉(zhuǎn)子及其相應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁場之間的相對電位置而實(shí)現(xiàn) 的磁極之間的"負(fù)載角"而形成扭矩。這隱含的是通過改變可以借助短暫加速或減速控制轉(zhuǎn) 子而實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中的負(fù)載角可以完全控制磁齒輪中的負(fù)載和通過三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)傳送的扭矩。 在該方式中，瞬時能量被存儲并從能量存儲系統(tǒng)中返回，而不僅僅是被消耗掉而導(dǎo)致?lián)p失。 然而，逆變器的VA標(biāo)定必須容納該尖峰功率，并且存在相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)換損失。
[0214] 二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)略微不同之處在于控制部件是通過在定子的相位移位繞組中順序電 流流動而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。在該情況下，負(fù)載角度總是維持在90度以在定子中給出每amp最 大扭矩并實(shí)現(xiàn)最高效率(該控制方法類似于對其中定子場與伴隨磁場同步的同步機(jī)器的控 制）。在該情況下，通過對定子繞組中的電流幅度進(jìn)行調(diào)制來控制通過磁齒輪傳送的主扭矩 (同樣類似于對同步機(jī)器的控制）。這提供了將扭矩和速度振蕩/脈動與引擎(或其它主源） 隔離的進(jìn)一步的能力。例如，如果輸入轉(zhuǎn)子具有高等級振動和扭矩振蕩，則可以要求控制器 保持恒定不變的電流幅值。這隱含著，傳送到輸出轉(zhuǎn)子(即，車輛傳動系統(tǒng)）的扭矩也將是恒 定的，并且振動將其自身作為輸入轉(zhuǎn)子（曲軸和飛輪)的速度振蕩。速度振動的幅度是慣性 的函數(shù)，但振動不傳送到輸出軸。
[0215] 這具有第二個優(yōu)點(diǎn)，其中，與經(jīng)由工作在反相的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)提供反作用扭 矩并響應(yīng)于控制動作而產(chǎn)生損耗的其它主動電磁振動控制系統(tǒng)不同，二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不引入電 損耗或者不要求驅(qū)動VA標(biāo)定的增大以提供振動衰減。
[0216]因此，二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有顯著優(yōu)點(diǎn)，包括：
[0217] 1、系統(tǒng)具有極高帶寬，因?yàn)轫憫?yīng)由電磁系統(tǒng)控制，僅該電磁系統(tǒng)的時間常數(shù)的數(shù) 量級低于機(jī)械系統(tǒng)并且無需對機(jī)械慣性進(jìn)行加速/減速。
[0218] 2、該系統(tǒng)提供真實(shí)衰減，因?yàn)槎ㄗ硬惶峁┨囟l率脈動的反作用扭矩，因此脈動 本身不出現(xiàn)在第一例子的動力傳動系中，而是隨后要被該系統(tǒng)或第二系統(tǒng)（與振動消除系 統(tǒng)相反)衰減。
[0219] 用于主動消除的控制系統(tǒng)
[0220] 下面將說明為了提供"主動"消除的上述系統(tǒng)的操作。
[0221] 不利的引擎扭矩脈動使曲軸向前加速，如果這些軸剛性或柔性聯(lián)接(通過的量取 決于柔性)則這將通過整個傳動系統(tǒng)而引起扭矩。然而，取決于所使用的磁動力分配，所提 出的主動消除系統(tǒng)以兩種方式之一解決了這一問題。
[0222]在三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，響應(yīng)于通過控制轉(zhuǎn)子與定子繞組電流的相互作用而使得驅(qū)動軸 的潛在加速，使不直接連接至傳動系的控制轉(zhuǎn)子向前加速。使得磁齒輪中不產(chǎn)生負(fù)載，因此 曲軸加速不傳送到驅(qū)動軸。第三控制轉(zhuǎn)子經(jīng)歷伴隨加速而非傳動系，因此有利的是具有低 慣性(使得其能夠響應(yīng)于引擎脈動而快速加速)控制器響應(yīng)于當(dāng)軸速增大超過預(yù)期穩(wěn)定狀 態(tài)扭矩時產(chǎn)生的錯誤信號而需要電流并因此而需要扭矩來加速控制轉(zhuǎn)子。
[0223] 二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的控制系統(tǒng)與上述不同。在正常速度控制電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，（由于曲 軸輸入的加速導(dǎo)致的）速度錯誤將導(dǎo)致速度錯誤，因此導(dǎo)致速度控制器響應(yīng)以及扭矩響應(yīng) 來限制該速度錯誤。這類似于將軸聯(lián)接在一起并限制其間的不同速度。這同樣導(dǎo)致?lián)p失并 因此導(dǎo)致效率下降。在二轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，所提出的控制件主動忽略扭矩脈動，并使得伴隨 磁場加速且不對其進(jìn)行控制，亦即，不響應(yīng)于速度錯誤而增大扭矩的幅度。由于存在零慣 性，因此在系統(tǒng)中任何其它地方都不反映扭矩。
[0224] 對于任一系統(tǒng)，輸入控制器通過響應(yīng)于在驅(qū)動軸上檢測到的輕微位置/速度/加速 而采取動作控制振動。這可以通過使用到來振動的先驗(yàn)知識(例如，可以使用引擎的幾何及 燃燒參數(shù)知識主要確定活塞扭矩脈動導(dǎo)致的曲軸振蕩)對此加以改善。使用模型預(yù)測控制， 控制器隨后以優(yōu)先方式而非響應(yīng)于錯誤信號施加所需動作。曲軸振蕩是作用于活塞上的氣 缸壓力的函數(shù)，活塞向曲軸施加扭矩并且是取決于引擎負(fù)載和速度的可預(yù)測循環(huán)，且能夠 映射/或存儲為查找表。因此，任何控制器可以具有基于駕駛員輸入和/或車輛性能的到來 負(fù)載的先驗(yàn)知識。在三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，可以采用該知識，使得控制器不等待速度錯誤發(fā)展，而 是使轉(zhuǎn)子預(yù)加速來克服系統(tǒng)響應(yīng)/時間常數(shù)，亦即響應(yīng)于由于電流等上升的電感限制率導(dǎo) 致所需的增加的扭矩發(fā)展時間。在二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，如上所述，控制器的區(qū)別是，有效地忽略 系統(tǒng)中的擾動以維持恒定扭矩。然而，系統(tǒng)必須響應(yīng)于所要求/所需加速，并且必須將其與 不期望的扭矩脈動區(qū)分開。
[0225] 例如，對于三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，設(shè)想傳動系的電控單元形式的控制裝置可以執(zhí)行下述步 驟：
[0226] (a)接收表示轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)位置和曲柄扭矩的第一信號?？梢愿鶕?jù)油門位置估計出扭 矩以得出平均扭矩。隨后可以據(jù)此并通過查詢查找表而得出脈動扭矩。
[0227] (b)接收表示從磁齒輪輸出到例如車輛差速裝置的期望速度的第二信號。
[0228] (c)基于步驟(a)中的輸入，識別要在繞組中建立的目標(biāo)電流。目標(biāo)電流包括周期 變化的校正電流來加速或減速控制轉(zhuǎn)子以至少減少曲柄速度和扭矩的周期變化的傳送。該 步驟可以包括對步驟(a)中感測的輸入之間的關(guān)系的查找表、輸出部件的期望速度以及與 這些量相對應(yīng)的繞組中的電流進(jìn)行查詢。
[0229] (d)將繞組中的電流基本控制為目標(biāo)電流。
[0230] 只要條件保持在穩(wěn)定狀態(tài)就維持該目標(biāo)電流。
[0231]在二轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，例如，設(shè)想傳動系的電控單元形式的控制裝置可以執(zhí)行下述步 驟：
[0232] (a)接收表示曲柄的轉(zhuǎn)速的第一信號。
[0233] (b)接收表示從磁齒輪輸出到例如車輛差速裝置的期望速度的第二信號。
[0234] (c)基于第一信號和第二信號，識別繞組中電流的值以得出輸出部件的期望速度。 在該實(shí)施方式中，該值包括電流的頻率(用于速度控制)和電流的幅度(用于扭矩控制）。
[0235] (d)將繞組中電流控制為在該值基本恒定，而與曲柄的速度和扭矩的周期變化無 關(guān)。電流被控制為基本恒定而與曲柄所在內(nèi)燃機(jī)的單個燃燒事件引起的曲柄的速度和扭矩 的周期變化無關(guān)。只要第一信號和第二信號基本恒定，就保持電流基本恒定。應(yīng)當(dāng)理解的 是，電流為AC，因此應(yīng)當(dāng)對應(yīng)地解釋保持電流"恒定"。
[0236] 該方法還包括接收表示輸入部件的扭矩的信號。還可以將該扭矩用作步驟(c)中 識別電流的基礎(chǔ)。步驟(c)可以再次包括查詢相關(guān)關(guān)系的查找表。
[0237] 懸臂式開放杯結(jié)構(gòu)
[0238] 顯然，振動控制和衰減與系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)慣性高度關(guān)聯(lián)，對慣性進(jìn)行向上和向下調(diào) 節(jié)的能力能夠提供一系列設(shè)計優(yōu)點(diǎn)。例如：
[0239] ?提高的引擎瞬時響應(yīng)
[0240] ?減少的飛輪需要
[0241] ?更高帶寬主動消除
[0242] ?更低振動能量
[0243] 在磁齒輪系統(tǒng)中，部件的直徑不與齒輪比關(guān)聯(lián)，因此慣性并非由齒輪比決定。該優(yōu) 點(diǎn)可以通過使用低慣性旋轉(zhuǎn)部件而增強(qiáng)。一種實(shí)現(xiàn)方法是使用懸臂式開放杯結(jié)構(gòu)211，其中 與圖20所示的更常規(guī)方法相反，旋轉(zhuǎn)部件分別僅支撐在一側(cè)，如圖21所示。在圖21中，磁極 片轉(zhuǎn)子直接固定在ICE曲柄輸出或者飛輪212上，并使用引擎軸承進(jìn)行支撐。內(nèi)PM轉(zhuǎn)子也是 懸臂式，其軸由軸承213支撐。在圖20中，磁極片轉(zhuǎn)子是封閉杯結(jié)構(gòu)201，每一側(cè)由圍繞輸入 軸203和輸出軸204的相應(yīng)軸承202支撐。這還具有附加的優(yōu)點(diǎn)：通過減少部件數(shù)量而減少局 部裝配成本，通過去除軸承和在其中由于異步泄露場導(dǎo)致感應(yīng)的磁損失的部件而簡化裝配 并提尚系統(tǒng)效率。
[0244] 該開放杯技術(shù)還可以用于處理齒輪的扭轉(zhuǎn)特性到進(jìn)一步設(shè)計自由度以增強(qiáng)振動 衰減和對負(fù)載范圍的性能。圖22示出了用于支持層壓磁極片的可能的磁極片轉(zhuǎn)子框架結(jié) 構(gòu)。該結(jié)構(gòu)必須是非磁性的以使得磁極片能夠正確調(diào)制，并且優(yōu)選地是非金屬的以防止將 導(dǎo)致?lián)p失或效率降低的渦流或"籠"流。其通常由工程塑料或合成材料制成。其可以由機(jī)械 加工或者優(yōu)選地通過例如上述樹脂傳遞模塑的合成材料模制而成。該支持結(jié)構(gòu)可以預(yù)先形 成并插入磁極片隨后夾持，或者磁極片可以二次注塑成型到該結(jié)構(gòu)中。通過由具有特定彈 性模量的適當(dāng)材料制造磁極片轉(zhuǎn)子支持結(jié)構(gòu)，磁極片轉(zhuǎn)子能夠允許在其載入時一定程度的 扭曲（施加的負(fù)載扭矩導(dǎo)致沿著遠(yuǎn)離固定端的長度漸進(jìn)的扭轉(zhuǎn)變形）。這為系統(tǒng)增加了附加 的柔度，進(jìn)一步使得在傳動系上出現(xiàn)的扭曲振蕩衰減。還可以根據(jù)材料的阻尼特性來選擇 材料以進(jìn)一步減少扭矩振蕩。還可以包括如圖23中所示的反向歪斜(reverse skew)度（卸 載時），并使得負(fù)載扭矩能夠使逐漸增大的扭矩朝著反向方向扭開(而非消失），因?yàn)榇艠O片 被強(qiáng)制到校正位置以使得磁調(diào)制最大化。
[0245] 動力輔助驅(qū)動
[0246] 在提供牽引動力的同時，用在乘客、商業(yè)和非公路車輛的內(nèi)燃機(jī)(例如往復(fù)式柴油 機(jī)/汽油機(jī))還經(jīng)常通過附屬帶來對許多輔助驅(qū)動提供動力。許多這些輔助部件為引擎提供 基本支持功能，例如潤滑油栗、水冷栗和電交流發(fā)電機(jī)和其它車輛功能，例如動力操控系統(tǒng) 的系統(tǒng)。引擎還為乘客舒適系統(tǒng)提供動力。一些關(guān)鍵設(shè)備是要求冷卻液壓縮機(jī)的供熱、通風(fēng) 及空調(diào)單元(HVAC)。
[0247] 所有這些輔助部件通常都由（引擎驅(qū)動的）附屬/輔助帶驅(qū)動。每個輔助驅(qū)動經(jīng)由 相同的帶連接，所有的輔助速度具有引擎曲柄rpm之間的固定關(guān)系（固定速度比由帶輪直徑 的比決定）。
[0248] 當(dāng)輔助部件的負(fù)載需求與瞬時引擎工作點(diǎn)不匹配時，該固定關(guān)系可能是有問題 的。
[0249] 例如，在引擎輸出與負(fù)載需求之間偶爾會有不足。當(dāng)引擎空閑的同時舒適性負(fù)載 需求可能非常高時（例如，為了乘客舒適目的當(dāng)交通靜止時），對于HVAC系統(tǒng)而言這是特別 麻煩的。
[0250] 當(dāng)輸出超過需求從而導(dǎo)致能量浪費(fèi)時也有潛在問題。例如，如果不需要來自壓縮 機(jī)或栗的水壓或液壓，工作液可以再循環(huán)。隨后引擎動力被不必要地消散，從而減小了系統(tǒng) 效率，增加了燃料消耗和排放。
[0251] 在特定駕駛條件下引擎經(jīng)常停/啟以節(jié)省燃料的現(xiàn)代混合車輛應(yīng)用中，要求的不 匹配進(jìn)一步惡化。希望即使當(dāng)引擎停止而車輛被占用時仍維持(至少一些)輔助功能，其例 子包括當(dāng)引擎停止時仍可以保持起作用和熱度的加熱、通風(fēng)及空調(diào)和部件冷卻栗。在引擎 或冷卻液停止時導(dǎo)致從一個部件到另一個部件的高度熱浸泡(soak)的所謂停熱時段期間 這尤其是有利的，其中該熱浸泡會導(dǎo)致部件溫度超過其使用值。此外，通過油栗維持油壓和 流動對于使用渦輪增壓器在引擎停止時能夠維持高速度的填充油的液壓軸承的渦輪增壓 器系統(tǒng)而言是有利的，供油損失會導(dǎo)致軸承的下降（touch-down)和表面過早磨損。典型渦 輪增壓器軸承的軸頸具有例如鈷的高抗磨損材料以限制在這些條件下的損壞。
[0252] 本公開中提出的一個解決方法是使用上述系統(tǒng)之一來驅(qū)動這些輔助部件中的一 個或更多個。設(shè)想可以使用上述動力分配系統(tǒng)和設(shè)備中的任意一個，引擎聯(lián)接作為到該系 統(tǒng)和輔助部件的機(jī)械輸入，例如HVAC的壓縮機(jī)耦合作為用于替換那些在前例子中最終驅(qū)動 的機(jī)械輸出。通過根據(jù)此處公開和如上所述的方法操作這種系統(tǒng)，能夠?qū)⑤o助部件的速度 與引擎/帶斷開。這樣解決了上述問題。
[0253] 在圖24中所示的一個布置中，帶輪241布置為由ICE驅(qū)動的帶（未示出）來驅(qū)動。帶 輪241關(guān)于外PM轉(zhuǎn)子243同心安裝，因此，驅(qū)動帶244沿著旋轉(zhuǎn)軸與磁齒輪對齊。HVAC壓縮機(jī) 242聯(lián)接至磁極片轉(zhuǎn)子245。內(nèi)PM轉(zhuǎn)子246充當(dāng)控制轉(zhuǎn)子并按照下述方式聯(lián)接至連接至電動 力輸入/輸出248的電動機(jī)械247。
[0254] 該實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要任何貫通軸，這能夠顯著改善裝配過程和適用性。
[0255] 在該情況下，存在直接機(jī)械等效系統(tǒng)，其中高速轉(zhuǎn)子保持在磁齒輪的中心(類似于 機(jī)械式）。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，與機(jī)械形式相比，在磁齒輪中可實(shí)現(xiàn)的齒輪比要更加靈活。 這是因?yàn)椴灰蕾囉谔囟ǖ凝X節(jié)距(在機(jī)械齒輪中，所有的齒必須嚙合并由齒數(shù)決定的齒輪 大小決定），并且必須防止單個齒在嚙合時發(fā)生沖突，這限制了能夠?qū)崿F(xiàn)的齒輪比。例如，內(nèi) PM轉(zhuǎn)子與外PM轉(zhuǎn)子之間可以實(shí)現(xiàn)的齒輪比從1.01到15:1。類似地，對于反向齒輪，高扭矩PM 轉(zhuǎn)子與磁極片之間的比可以大于0.7,而等效機(jī)械齒輪中該限制是0.25至0.67,盡管實(shí)際應(yīng) 用的限制將其限制在〇. 3與0.5之間，或者大約0.4。在選擇靜止齒輪比時增加的該自由度使 得能夠具有相對于任何機(jī)械等效的改善，例如通過選擇更高齒輪比，經(jīng)由通過齒輪的直接 路徑傳遞的能量可以最大超過給定工作循環(huán)，這進(jìn)而使得通過電子系統(tǒng)傳遞的導(dǎo)致轉(zhuǎn)換損 失的能量的量最小化。
[0256] 雖然能夠從更廣泛的范圍選擇齒輪比的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，但由于如上所述能夠以更 集中方式提供外部控制場與伴隨場相互作用并提供控制其旋轉(zhuǎn)的方法，因此將齒輪反轉(zhuǎn)的 能力具有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。
[0257] 在一個另選布置中，上述磁動力分配設(shè)備可以布置在引擎與帶驅(qū)動之間。亦即，磁 動力分配的輸入可以連接至內(nèi)燃機(jī)可變速度主牽引機(jī)，并且輸出連接至用于驅(qū)動帶的帶 輪。隨后可以使用磁動力分配的輸出驅(qū)動的帶按常規(guī)方式來驅(qū)動輔助部件。
[0258] 圖25示出了到可變比齒輪的引擎輸入(在該情況下位于磁轉(zhuǎn)子軸上），該可變比齒 輪隨后用于控制本身連接至帶輪和帶的輸出轉(zhuǎn)子的速度。這在源頭消除了所有的速度變 動，并可以用于供應(yīng)安裝在帶系統(tǒng)上的若干個輔助部件。圖25a示出了同軸聯(lián)接至磁極片轉(zhuǎn) 子252的帶輪251。帶輪251驅(qū)動輔助帶。ICE聯(lián)接以驅(qū)動內(nèi)PM轉(zhuǎn)子254。控制定子253設(shè)置有此 處可理解的繞組。在圖25b中，帶輪與其它部件同心并且在控制定子253外沿徑向布置。
[0259] 還存在另一種布置，其中可以使用內(nèi)定子來簡化系統(tǒng)的機(jī)械構(gòu)造，如圖26所示。在 該布置中，聯(lián)接ICE 261以驅(qū)動磁極片轉(zhuǎn)子262,控制定子263徑向設(shè)置在磁極片轉(zhuǎn)子內(nèi)并承 載繞組。外PM轉(zhuǎn)子264聯(lián)接至驅(qū)動用于輔助部件的驅(qū)動帶的帶輪265的內(nèi)表面。
[0260]這些布置中的每一個具有所述三轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的等效布置。
[0261] 在一個另選操作模式中，可以使用用于對輔助部件進(jìn)行驅(qū)動的任何布置中的的可 變速度磁齒輪來提供引擎的啟動和/或輔助扭矩。使用電動機(jī)/發(fā)電機(jī)來提供動力用于從靜 止打開引擎（用于啟動)或者提供到傳動系的附加扭矩輸出。在該情況下，必須通過應(yīng)用制 動扭矩來防止可變齒輪(其連接至輔助部件）的輸出旋轉(zhuǎn)（用于啟動）或加速（用于扭矩輔 助）。這使得扭矩能夠從控制電動機(jī)傳遞到引擎曲柄(其連接至可變齒輪的輸入軸)而不會 導(dǎo)致輔助部件的旋轉(zhuǎn)(或加速）。
[0262] 適當(dāng)?shù)闹苿友b置包括機(jī)電制動器，例如粒子制動器、磁滯動力制動器或多盤制動 器;渦流制動器;或者摩擦制動器。
[0263] 對于用于為如上所述輔助部件提供動力的系統(tǒng)中的每一個，ICE的帶輪驅(qū)動將在 系統(tǒng)中產(chǎn)生顯著量的扭轉(zhuǎn)振動，得益于其由引擎曲軸驅(qū)動，引擎曲軸本身受到活塞和引擎 點(diǎn)火周期產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)脈動。如果不進(jìn)行檢查，則該扭轉(zhuǎn)振動會對帶驅(qū)動輔助部件產(chǎn)生嚴(yán)重 破壞，并導(dǎo)致壽命下降。通常使用所謂帶張緊器或其它衰減設(shè)備(其可包括安裝在曲軸帶輪 內(nèi)的扭轉(zhuǎn)振動阻尼器)來解決這一問題?？梢允褂没谛D(zhuǎn)磁齒輪的系統(tǒng)中固有的內(nèi)扭轉(zhuǎn) 彈簧來衰減該振動并因此省去扭轉(zhuǎn)振動阻尼器或者減少張緊器設(shè)備的需要并保護(hù)輔助部 件。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括輸入部件、輸出部件、將所述輸入部件連接至所述輸出部件的 磁齒輪、以及被布置成控制從所述輸入部件到所述輸出部件的動力流的控制裝置，其中所 述磁齒輪包括第一組磁極、第二組磁極、以及被布置成對所述第一組磁極與所述第二組磁 極之間的磁場進(jìn)行調(diào)制的一組磁極片，其中所述控制裝置包括用于減少從所述輸入部件到 所述輸出部件的扭矩脈動和/或振蕩的傳送的裝置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二組磁極由一組繞組產(chǎn)生。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述繞組被安裝在定子上。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述繞組由所述控制裝置控制。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第二組磁極由第二組永磁體產(chǎn)生。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述第二組永磁體安裝在所述磁齒輪的第三可移 動部件上。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述控制裝置被設(shè)置成通過操作電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的 分別作為定子和轉(zhuǎn)子的所述繞組和所述第三可移動部件來控制所述第三可移動部件的移 動。8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括能量存儲系 統(tǒng)，其中所述控制裝置被構(gòu)造成：如果所述輸出部件的所需動力與所述輸入部件處的動力 不同，對從所述輸入部件到所述能量存儲系統(tǒng)或者從所述能量存儲系統(tǒng)到所述輸出部件的 動力流進(jìn)行控制。9. 一種對根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，其中所述第二組 磁極由安裝在所述磁齒輪的定子上的一組繞組產(chǎn)生，所述繞組中的電流能夠由所述控制裝 置控制，所述方法包括由所述控制裝置執(zhí)行的以下步驟： (a) 接收至少表示所述輸入部件的速度的第一信號； (b) 接收至少表示所述輸出部件的期望速度的第二信號； (c) 基于所述第一信號和所述第二信號，確定所述繞組中的電流值以給出所述輸出部 件的期望速度；以及 (d) 將所述繞組中的電流控制為基本恒定為所述電流值，而與所述輸入部件的速度和 扭矩的周期變化無關(guān)。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述電流被控制為基本恒定，而與所述輸入部件 相聯(lián)的內(nèi)燃機(jī)的單個燃燒事件引起的所述輸入部件的速度和扭矩的周期變化無關(guān)。11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法，其中所述步驟(d)包括：只要所述第一信號和所述 第二信號基本恒定，則保持所述電流基本恒定。12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任意一項(xiàng)所述的方法，其中所述方法還包括:接收表示所述 輸入部件的扭矩的信號，并且可選地，所述扭矩在步驟(c)中還用作確定電流的基礎(chǔ)，所述 扭矩還形成在記錄中所記下的關(guān)系的一部分。13. -種對根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)限定的系統(tǒng)進(jìn)行操作的方法，其中所述第二 組磁極包括安裝在所述磁齒輪的第三可移動部件上的第二組永磁體，所述第三可移動部件 是電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，該電動機(jī)-發(fā)電機(jī)具有由所述控制裝置能夠?qū)ζ渲须娏鬟M(jìn)行控制 的一組繞組，所述方法包括由所述控制裝置執(zhí)行的如下步驟： (a)接收表示所述輸入部件的速度和位置的第一信號； (b)接收表示所述輸出部件的期望速度的第二信號； (C)基于所述第一信號和所述第二信號，確定要在所述繞組中形成的目標(biāo)電流，所述目 標(biāo)電流包括周期性變化校正電流，用于加速或減速所述第三可移動部件以至少減少從所述 輸入部件到所述輸出部件的速度和扭矩的周期變化的傳送;以及 (d)將繞組中的電流基本控制為所述目標(biāo)電流。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中步驟(d)包括：只要所述第二信號和在一個或至 少一個旋轉(zhuǎn)期間的所述輸入部件的平均轉(zhuǎn)速基本恒定，則維持所述目標(biāo)電流。15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中步驟(d)包括使用表示所述輸入部件的位置 的信息和/或表示其速度的信息生成所述繞組中的電流與所述輸入部件的位置之間的相位 角。
【文檔編號】H02P6/00GK105993126SQ201580008263
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月11日
【發(fā)明人】斯圖爾特·卡爾弗利, 杰夫·伯查爾
【申請人】馬格諾麥克斯有限公司