專利名稱：安裝有曲柄臂的線性分段起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與起動(dòng)相關(guān)的電動(dòng)機(jī)或諸如內(nèi)燃機(jī)的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)(reciprocating engine)，以及通過(guò)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)；本發(fā)明特別涉及用于內(nèi)燃機(jī)的集成式起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)(startermotor generator)，并且特別涉及安裝有曲柄的起動(dòng)機(jī)/電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)不能自起動(dòng)，因此要提供輔助以便發(fā)動(dòng)機(jī)能夠起動(dòng)并隨后繼續(xù)操作。由于一些內(nèi)燃機(jī)需要能量的供給以便繼續(xù)操作(例如產(chǎn)生點(diǎn)火火花)以及運(yùn)轉(zhuǎn)其他輔助設(shè)備 (例如電燈、計(jì)算機(jī)、無(wú)線電設(shè)備、時(shí)鐘、導(dǎo)航系統(tǒng)等)，各設(shè)備(例如發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)) 設(shè)置有發(fā)動(dòng)機(jī)以便產(chǎn)生這樣的能量。如圖IA所示，多年以來(lái)，起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是用于起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的獨(dú)立的起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)和產(chǎn)生電能以便運(yùn)轉(zhuǎn)電力設(shè)備和給電池充電的交流發(fā)電機(jī)/發(fā)電機(jī)。起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置機(jī)械耦合到飛輪。因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)要起動(dòng)時(shí)(例如通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火鑰匙來(lái)“起動(dòng)”)，電池耦合到起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)。飛輪引起的起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)順次引起曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生起動(dòng)燃燒過(guò)程的條件。在起動(dòng)過(guò)程中，還操作離合器以便使飛輪從變速箱(gear box)脫離，從而起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)所提供的轉(zhuǎn)動(dòng)能量不傳遞到變速箱下游的傳動(dòng)系(powertrain)部分。交流發(fā)電機(jī)可操作地通過(guò)電路帶(circuitous belt)耦合到曲軸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起帶在電路路徑中運(yùn)行。帶的連續(xù)電路運(yùn)動(dòng)順次引起交流發(fā)電機(jī)操作并且產(chǎn)生電能。通常，設(shè)置整流電路和調(diào)節(jié)電路，從而交流發(fā)電機(jī)的輸出是直流電壓，并且電壓輸出在理想的直流電壓范圍內(nèi)。近年來(lái)，已經(jīng)致力于集成起動(dòng)機(jī)-發(fā)電機(jī)(ISG)，例如圖IB中所示。在該系統(tǒng)中， 為起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)設(shè)置單一的設(shè)備——起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)。該起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)利用非常類似于上文中參考圖IA所描述的電路帶機(jī)械耦合到曲軸。當(dāng)要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)被配置并操作以便作為電動(dòng)機(jī)。換言之， 電池電耦合到起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)從而起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)帶的運(yùn)動(dòng)，該轉(zhuǎn)動(dòng)被順次傳遞到曲軸，從而產(chǎn)生不利于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的條件。離合器也被操作從而將飛輪從變速箱分離，如上所述。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)被重新配置，從而其隨后作為交流發(fā)電機(jī)操作。由于考慮到帶隨著時(shí)間伸長(zhǎng)并且打滑，因此與起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)械耦合到飛輪的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的起動(dòng)效率較低或可靠性較差?，F(xiàn)在參考圖1C，顯示了另一個(gè)ISG，其中起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)機(jī)械耦合到飛輪并由此通過(guò)離合器耦合到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸。如上所述，在起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)和變速箱之間設(shè)置另一個(gè)離合器，以便隔離傳動(dòng)系的其他部分(例如變速箱、輪箱(wheels)等)與起動(dòng)機(jī)/ 交流發(fā)電機(jī)。當(dāng)要起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)被配置和操作以便作為電動(dòng)機(jī)。換言之，電池電耦合到起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)從而使起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)和飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)。飛輪的該轉(zhuǎn)動(dòng)引起曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，相應(yīng)地產(chǎn)生不利于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的條件。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之后，起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)被重新配置，從而其隨后作為交流發(fā)電機(jī)而操作。這樣的ISG還可以被配置為產(chǎn)生混合發(fā)動(dòng)機(jī)，從而起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)可用于向傳動(dòng)系提供額外的動(dòng)力。由于起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)和額外的離合器設(shè)置在飛輪和變速箱之間，因此這在結(jié)果上增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度的這種增大影響汽車的布局和設(shè)計(jì)，從而能夠適應(yīng)增大的長(zhǎng)度。這些顧慮對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)的汽車特別重要，因?yàn)樵谇拜嗱?qū)動(dòng)的汽車中發(fā)動(dòng)機(jī)通常是橫向安裝的。在美國(guó)公開(kāi)號(hào)2009/0091137中公開(kāi)了一種配備發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)電機(jī)，其中發(fā)電機(jī)位于發(fā)動(dòng)機(jī)外部并耦合或安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲柄軸箱。發(fā)電機(jī)包括作為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的飛輪和相對(duì)于曲柄軸箱固定的定子。發(fā)電機(jī)的飛輪可操作地耦合到曲軸，從而曲軸的運(yùn)動(dòng)引起發(fā)電機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)。在美國(guó)公開(kāi)號(hào)2004/0084978中公開(kāi)了一種永磁發(fā)電機(jī)以及制造永磁發(fā)電機(jī)的方法。該永磁發(fā)電機(jī)包括碗形飛輪、多個(gè)磁體、樹(shù)脂以及發(fā)電機(jī)線圈，所述磁體安裝在飛輪的內(nèi)周表面上，所述樹(shù)脂環(huán)繞每個(gè)單獨(dú)的磁體而填充，用于將磁體牢固地固定到飛輪上以作為飛輪的整體部件，所述發(fā)電機(jī)線圈設(shè)置在碗形飛輪內(nèi)與磁體相對(duì)，用于在通過(guò)與磁體的配合所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)的作用下產(chǎn)生電力。在使用中，位于中心的飛輪的輪軸或輪轂可操作地耦合到轉(zhuǎn)子或可轉(zhuǎn)動(dòng)軸(例如內(nèi)燃機(jī)的曲軸)。通過(guò)這種方式轉(zhuǎn)子/軸的轉(zhuǎn)動(dòng)引起飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而像傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)裝置一樣產(chǎn)生電力。希望提供一種用于諸如內(nèi)燃機(jī)的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的新型起動(dòng)機(jī)/電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)以及與其相關(guān)的方法。特別希望提供一種安裝有曲柄臂(crank-web)并且被線性分段 (segmented)的起動(dòng)機(jī)/電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。還希望提供一種能夠在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)中的同時(shí)提供扭矩供給的起動(dòng)機(jī)/電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上涉及一種起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)或者起動(dòng)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)和/或利用所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電能的設(shè)備。所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括建立磁通量的多個(gè)磁性元件，每個(gè)磁性元件連接到曲軸的表面從而當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)；多個(gè)定子元件，所述定子元件設(shè)置且配置在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定；以及控制電路，所述控制電路被配置且設(shè)置為控制每個(gè)定子元件的功能。在一種模式中，控制定子元件從而由定子元件引起的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件中產(chǎn)生電能，并且從而在另一種模式中，每個(gè)定子元件/磁性元件組合操作所述電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)以便作為電動(dòng)機(jī)。根據(jù)本文的進(jìn)一步描述，本發(fā)明的其他方面提供包含這樣的起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)以及與其相關(guān)的方法。更特別地，涉及一種用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)和/或利用所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電能的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)。所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括建立磁通場(chǎng)(magnetic flex field)的多個(gè)磁性元件。多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)。更特別地，曲軸的表面是曲軸的配重的表面。所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)還包括多個(gè)定子元件，其設(shè)置且配置在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定。所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)還包括控制電路，其被配置且設(shè)置為控制每個(gè)定子元件的功能，從而在一種模式中，控制相應(yīng)的定子元件從而由相應(yīng)的定子元件引起的相應(yīng)的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件中產(chǎn)生電能，并且從而在另一種模式中，每個(gè)定子元件/磁性元件組合操作所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)以便作為電動(dòng)機(jī)。在其他實(shí)施方案中，多個(gè)磁性元件固定到曲軸的結(jié)構(gòu)上，從而磁性元件響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)。在其他實(shí)施方案中，磁性元件是永磁體。在其他實(shí)施方案中，多個(gè)定子元件的每一個(gè)均設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，從而相應(yīng)的磁性元件轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)相應(yīng)的定子元件的表面。在其他實(shí)施方案中，每個(gè)定子元件包括多個(gè)鐵芯和多個(gè)導(dǎo)線線圈(wire coils)或?qū)Ь€繞組，每個(gè)線圈或繞組繞各自的鐵芯卷繞，并且其中所述控制電路可操作地耦合到每個(gè)導(dǎo)線線圈。在其他實(shí)施方案中，每個(gè)定子元件包括用于從定子元件吸收熱能的冷卻機(jī)構(gòu)。更特別地，所述冷卻機(jī)構(gòu)是熱耦合到鐵芯的通道或通路(gallery)以及流過(guò)該通道的冷卻介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括曲軸，所述曲軸具有繞曲軸的中心線在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)；以及起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)可操作地耦合到曲軸從而在一種操作模式中所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)引起曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在第二操作模式中曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)引起起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)輸出電能。所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括多個(gè)磁性元件、多個(gè)定子元件和控制電路。多個(gè)磁性元件的每一個(gè)建立磁通場(chǎng)。多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到曲軸結(jié)構(gòu)的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)。多個(gè)定子元件被設(shè)置且配置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定。控制電路被配置且設(shè)置為控制每個(gè)定子元件的功能，從而在所述一種操作模式中，每個(gè)定子元件/ 磁性元件組合操作從而所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)所述曲軸的電動(dòng)機(jī)而操作，并且從而在所述第二操作模式中，控制相應(yīng)的定子元件以便相應(yīng)的定子元件引起的相應(yīng)的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。在其他實(shí)施方案中，所述多個(gè)磁性元件是永磁體，并且固定磁性元件的曲軸的結(jié)構(gòu)是曲軸配重結(jié)構(gòu)。在更特別的實(shí)施方案中，利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的并且適合于預(yù)期應(yīng)用的多種技術(shù)中的任一種將磁性元件固定到每個(gè)曲軸配重。在其他實(shí)施方案中，永磁體是由稀土元素合金制成的稀土磁體。在其他實(shí)施方案中，多個(gè)定子元件的每一個(gè)均固定設(shè)置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)， 從而相應(yīng)的磁性元件轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)相應(yīng)的定子元件的表面。在更特別的實(shí)施方案中，每個(gè)定子元件包括多個(gè)鐵芯和多個(gè)導(dǎo)線線圈，每個(gè)線圈繞各自的鐵芯卷繞，并且其中控制電路可操作地耦合到每個(gè)導(dǎo)線線圈。在其他更特別的實(shí)施方案中，對(duì)于每個(gè)相應(yīng)的磁性元件具有一個(gè)定子元件，更特別地，對(duì)于每個(gè)相應(yīng)的磁性元件具有兩個(gè)定子元件或一對(duì)定子元件。在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)是具有八個(gè)曲軸配重的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的示例性實(shí)施方案中，存在八個(gè)配重。因此，起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)將包括八個(gè)磁性元件，每個(gè)磁性元件固定到配重和八個(gè)定子元件上，一對(duì)定子元件用于一對(duì)配重/磁性元件。在更特別的實(shí)施方案中，控制電路被配置為每對(duì)定子元件和相應(yīng)的磁性元件被獨(dú)立控制。
在其他實(shí)施方案中，每個(gè)定子元件包括用于從定子元件吸收熱能的冷卻機(jī)構(gòu)。更特別地，所述冷卻機(jī)構(gòu)是熱耦合到每個(gè)鐵芯的通道和流過(guò)該通道的冷卻介質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供控制往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)以及/或者利用所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種控制往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)的方法，所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)具有曲軸，所述曲軸包括繞曲軸的中心線在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。所述方法包括提供起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)可操作地耦合到曲軸，其中所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括多個(gè)定子元件以及建立磁通場(chǎng)的多個(gè)磁性元件，多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到曲軸結(jié)構(gòu)的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)，所述定子元件設(shè)置且配置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定。所述方法還包括控制每個(gè)定子元件的功能，從而每個(gè)定子元件/磁性元件組合操作以便所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)所述曲軸的起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)而操作，從而在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)建立發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)條件。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種通過(guò)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力的方法，所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)具有曲軸，所述曲軸包括繞曲軸的中心線在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。所述方法包括提供起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)可操作地耦合到曲軸，其中所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括多個(gè)定子元件以及建立磁通場(chǎng)的多個(gè)磁性元件，多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到曲軸結(jié)構(gòu)的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)，所述定子元件設(shè)置且配置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定。 所述方法還包括控制每個(gè)定子元件的功能，從而由相應(yīng)的定子元件引起的相應(yīng)的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件或起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生電能。在其他實(shí)施方案中，提供一種控制往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或者利用所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力的方法，所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)具有曲軸，所述曲軸包括繞曲軸的中心線在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。所述方法包括提供起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)可操作地耦合到曲軸，其中所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括多個(gè)定子元件以及建立磁通場(chǎng)的多個(gè)磁性元件， 多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到曲軸結(jié)構(gòu)的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)， 所述定子元件設(shè)置且配置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定。所述方法還包括控制每個(gè)定子元件的功能，從而在一種操作模式中，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)引起曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在第二操作模式中， 曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)輸出電能。在其他實(shí)施方案中，在所述一種操作模式中，所述控制包括控制每個(gè)定子元件的功能，從而每個(gè)定子元件/磁性元件組合操作以便所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)所述曲軸的起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)而操作，從而在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)建立發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)條件。另外，在所述第二操作模式中，所述控制包括控制每個(gè)定子元件的功能，從而控制相應(yīng)的定子元件以便由相應(yīng)的定子元件引起的相應(yīng)的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件中產(chǎn)生電能。下面討論本發(fā)明的其他方面和實(shí)施方案。定義參考以下定義可以更清楚地理解本發(fā)明在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，除非上下文另外明確指出，單數(shù)形式的名詞包括復(fù)數(shù)的含義。在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”或“包含”用于表示成分、方法、設(shè)備、裝置和系統(tǒng)包含所述的元件，但是不排除其他元件。當(dāng)使用“主要由……構(gòu)成”來(lái)限定成分、設(shè)備、裝置、系統(tǒng)和方法時(shí)，表示排除對(duì)于該組合具有任何實(shí)質(zhì)性意義的其他元件。這些過(guò)渡術(shù)語(yǔ)中的每一個(gè)所限定的實(shí)施方案都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。USP應(yīng)理解為表示美國(guó)專利號(hào)，即美國(guó)專利和商標(biāo)局授權(quán)的美國(guó)專利。美國(guó)公開(kāi)號(hào)應(yīng)理解為表示美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)，即美國(guó)專利和商標(biāo)局公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)。


為了更全面地理解本發(fā)明的特性和預(yù)期目的，對(duì)結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述進(jìn)行參考，在附圖中，貫穿多幅視圖的相同的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，其中圖IA-C是顯示各種傳統(tǒng)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的視圖；圖2是具有本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的視圖。圖3是控制本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的功能的控制系統(tǒng)的示意性方框圖。圖4是當(dāng)配置有本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸和連桿的立體圖。圖5是當(dāng)配置有本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸和連桿的另一個(gè)立體圖，其還顯示了示例性的磁極設(shè)置。圖6是具有不同數(shù)量的配重的另一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)曲軸和連桿的立體圖。圖7是具有模塊化磁極驅(qū)動(dòng)單元的配重和定子元件的組合的單極立體圖(包括局部剖視圖)。圖8是用于定子元件的定子的立體圖。圖9是添加了繞組或線圈的圖8的定子的立體圖。圖10是定子元件的立體圖，其中局部剖視圖顯示了冷卻通路。圖11是定子元件的另一個(gè)立體圖，其中局部剖視圖顯示了冷卻通路以及冷卻劑入口和出口管道。圖12是顯示使用本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速下的扭矩供給的曲線圖。圖IA-C中的附圖標(biāo)記說(shuō)明10交流發(fā)電機(jī)20帶30起動(dòng)機(jī)40 發(fā)動(dòng)機(jī)50 飛輪60離合器70變速箱80起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖的各幅圖片，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件，圖2中顯示了本發(fā)明的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)100的視圖，其也包括本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)200。這種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)還包括曲軸110、可移動(dòng)地容納在汽缸體的汽缸中的活塞140、以及可操作地耦合到曲軸從而由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力(馬力、扭矩)提供到傳動(dòng)系(例如汽車/卡車的輪箱、變速箱等)的飛輪130。本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)200包含無(wú)刷直流電機(jī)，其中磁極安裝(例如表面安裝) 在轉(zhuǎn)子上。本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)200將這種直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子特征分割為多個(gè)段， 并沿著公共軸，即曲軸的長(zhǎng)軸線性偏移這些段。更具體而言，通過(guò)將磁性元件或永磁體安裝或固定到曲軸上并且將定子元件定位在當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁性元件或永磁體所占據(jù)的路徑附近，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸還適合作為這種直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子。利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的一些技術(shù)， 包括感測(cè)轉(zhuǎn)子位置、反電動(dòng)勢(shì)(back EMF)的技術(shù)，可以在各段之間獲得電流反向(current reversals)，該反電動(dòng)勢(shì)由通過(guò)定子線圈的磁體或者由切換的連續(xù)線圈所感應(yīng)產(chǎn)生。下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述，這樣的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)200包括例如永磁體的多個(gè)磁性元件210以及多個(gè)定子元件，一個(gè)磁性元件用于曲軸的一個(gè)特定結(jié)構(gòu)特征(例如配重)，磁性元件將要固定于所述結(jié)構(gòu)特征，并且一個(gè)定子元件用于一個(gè)磁性元件。在更特別的實(shí)施方案中，兩個(gè)定子元件和兩個(gè)磁性元件形成一起操作的磁極轉(zhuǎn)子/定子組件。定子元件220優(yōu)選地安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，從而定子元件相對(duì)于運(yùn)動(dòng)的磁性元件保持固定。在特定的示例性實(shí)施方案中，連接到汽缸體的傳統(tǒng)的梯狀框架(ladder frame)或底座的結(jié)構(gòu)適于支撐每個(gè)定子元件220。例如，傳統(tǒng)的梯狀框架適于包括用于固定定子元件 220的額外的臂或橫梁。與傳統(tǒng)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)相比，包含在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)100中的這種起動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)系統(tǒng)200具有多個(gè)有利的效果。由于本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)200集成在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度不變，在圖IC所示的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中就是如此。由于這種集成， 可以排除圖IA的交流發(fā)電機(jī)或圖IB的起動(dòng)機(jī)/交流發(fā)電機(jī)的操作所需的結(jié)構(gòu)元件，從而減小車輛重量。該系統(tǒng)還適于為起動(dòng)/停止能力提供用于重新起動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)停止位置的優(yōu)化控制，這能夠節(jié)約燃料。由于控制電路采用無(wú)刷設(shè)計(jì)，因此有望減少維護(hù)需求外，由于起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)與曲軸操作集成，因此在操作過(guò)程中也可以利用起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)特征向曲軸提供額外的動(dòng)力，從而提供低轉(zhuǎn)速下的扭矩供給，以便增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能?，F(xiàn)在參考圖3，顯示了控制本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)200的各種功能的控制系統(tǒng) 300的示意性方框圖。應(yīng)參考圖2，兩幅圖中采用的相同特征具有共同的附圖標(biāo)記。該控制系統(tǒng)300包括控制器310，控制器接收輸入、數(shù)據(jù)和指令并且提供控制起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的各種功能的操作的輸出。在特定實(shí)施方案中，控制器310包含微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、或者專用集成電路(ASIC)，其包括指令、標(biāo)準(zhǔn)和適當(dāng)?shù)拇a段，其評(píng)價(jià)輸入、數(shù)據(jù)和指令并控制起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的不同操作模式以及特定操作模式過(guò)程中起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的操作。當(dāng)起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)200被操作以便作為起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)時(shí)，控制器310以適當(dāng)?shù)姆绞脚渲们铱刂朴糜谕鶑?fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)100的所有定子元件220，從而每個(gè)相應(yīng)的磁性元件的定子元件引起曲軸繞其中心線轉(zhuǎn)動(dòng)，并相應(yīng)地導(dǎo)致活塞140與其連接，以便在汽缸中上下運(yùn)動(dòng)。更具體而言，定子元件通過(guò)控制器選擇性地連接到電池302，隨后定子元件以適當(dāng)?shù)姆绞接呻姵亟o予電流和電壓，以便引起曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。應(yīng)注意，設(shè)置能夠感測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)磁體、曲軸配重或曲軸的其他特征的位置的電子感測(cè)或驅(qū)動(dòng)單元或者位置傳感器304 (例如霍爾效應(yīng)器件)，其能夠用于識(shí)別每個(gè)配重的轉(zhuǎn)動(dòng)磁體的位置?？刂破?10利用該位置來(lái)選擇性地接通或斷開(kāi)至每個(gè)定子元件220的電流，例
10如通過(guò)使用MOSFET晶體管。在本發(fā)明中使用電子開(kāi)關(guān)，因?yàn)樵趦?yōu)選實(shí)施方案中起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)200是無(wú)刷型的。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)以起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)適當(dāng)?shù)娜剂?空氣混合物被引入汽缸中，從而可以在汽缸中對(duì)燃料-空氣混合物進(jìn)行點(diǎn)火，以便開(kāi)始燃燒過(guò)程以及后續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)的自操作。當(dāng)起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)200被操作以便作為提供扭矩供給的電動(dòng)機(jī)時(shí)，控制器310以適當(dāng)?shù)姆绞脚渲煤涂刂朴糜谕鶑?fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)100的所有定子元件220，從而每個(gè)相應(yīng)的磁性元件的定子元件將向轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸提供除了由活塞140在汽缸中上下運(yùn)動(dòng)的燃燒過(guò)程所提供的動(dòng)力以外的額外的動(dòng)力。更具體而言，定子元件通過(guò)控制器而選擇性地連接到電池302， 隨后定子元件由電池給予電流和電壓，以便向曲軸提供額外的動(dòng)力。圖12中提供的扭矩相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)速度的曲線圖顯示了這種扭矩供給效應(yīng)。當(dāng)滿足采取該動(dòng)作的預(yù)定條件時(shí)，控制器310將導(dǎo)致產(chǎn)生這樣的額外的動(dòng)力。在滿足采取該動(dòng)作的其他條件之后，控制器310還將終止提供該額外的動(dòng)力。當(dāng)起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)被操作以便作為發(fā)電機(jī)時(shí)，控制器配置和控制所有定子元件 220，從而當(dāng)磁性元件通過(guò)定子元件時(shí)，每個(gè)磁性元件/定子元件產(chǎn)生電能。所產(chǎn)生的電能被輸出到包括電池的電力系統(tǒng)320(對(duì)電池充電)。提供電能的操作將持續(xù)，直到發(fā)動(dòng)機(jī)被關(guān)閉或者所采取的其他動(dòng)作要求終止電力的產(chǎn)生(例如將起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)重新配置為用于扭矩供給的電動(dòng)機(jī))?，F(xiàn)在參考圖4，其中顯示了當(dāng)配置有本發(fā)明的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)200時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸110和連桿145的立體圖。所示實(shí)施方案描繪了四缸內(nèi)燃機(jī)，其中曲軸110被配置為包括八個(gè)配重120。所示的實(shí)施方案不是限制性的。例如，該四缸發(fā)動(dòng)機(jī)也可以配置有四個(gè)配重，如圖6所示。配重的數(shù)量取決于包括發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸數(shù)量以及配置(例如斜置式、直列式、V型)的多個(gè)因素。磁性元件210或永磁體被連接為沿著配重的端面延伸。永磁體可以是單極或表現(xiàn)相同磁極的雙極。在特定實(shí)施方案中，再次參考圖5，永磁體被設(shè)置為北極和南極在八個(gè)配重之間均等分布。應(yīng)認(rèn)識(shí)到磁極的上述數(shù)量和分布是示例性的，并且是本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本文的公開(kāi)和教導(dǎo)容易建立的。在更特別的實(shí)施方案中，永磁體優(yōu)選地是稀土磁體，即稀土元素合金制成的永磁體。在示例性實(shí)施方案中，稀土磁體是釹磁體或釤-鈷磁體。這種稀土磁體還經(jīng)常被電鍍或涂敷以防止折斷或碎裂。可以通過(guò)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的包括使用粘合劑的多種技術(shù)中的任一項(xiàng)將這些磁體固定到表面或體上?，F(xiàn)在參考圖7至11，其中顯示了具有模塊化磁極驅(qū)動(dòng)單元的配重和定子元件的組合的單極立體圖(包括局部剖視圖，圖7)；用于定子元件的定子的立體圖(圖8)；添加了繞組或線圈的圖8的定子的立體圖(圖9)；定子元件的立體圖，其中局部剖視圖顯示了冷卻通路(圖10)；以及定子元件另一個(gè)立體圖，其中局部剖視圖顯示了冷卻通路以及冷卻劑入口和出口管道(圖11)。在圖7所示的特定實(shí)施方案中，設(shè)置配重上的磁性元件以及定子元件，從而兩個(gè)磁性元件和兩個(gè)定子元件被設(shè)置為形成單極，并且兩個(gè)定子元件的電力輸出線耦合到模塊化磁極驅(qū)動(dòng)單元250。在示例性實(shí)施方案中，模塊化磁極驅(qū)動(dòng)器單元包括動(dòng)力電子元件
11(powerelectronics)和用于控制定子的操作的控制器。如圖8和9所示，每個(gè)定子元件220的定子221是弓形結(jié)構(gòu)，弓形結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)環(huán)形段和在其間延伸并彼此分離的徑向部分223。定子221由適合預(yù)期應(yīng)用的材料形成。例如，定子材料是鐵材料。在更特別的實(shí)施方案中，繞定子221的每個(gè)內(nèi)部徑向段或鐵芯纏繞導(dǎo)線(例如銅導(dǎo)線)，以便形成導(dǎo)線繞組或線圈225。在更特別的實(shí)施方案中，每個(gè)定子221包括多個(gè)鐵芯和多個(gè)導(dǎo)線線圈或繞組，每個(gè)線圈或繞組繞各自的鐵芯卷繞。這些導(dǎo)線繞組或線圈被設(shè)置為形成集中繞組(concentrated windings)。與分布式繞組(distributed windings)相比，集中繞組的優(yōu)點(diǎn)是與具有相同磁通量的分布式繞組相比集中繞組提供更高的感應(yīng)系數(shù) (inductance)以及減小了的銅體積。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，定子元件還包括例如以定子的內(nèi)部體積被密閉性地密封或形成封閉體積的方式固定到定子221的側(cè)面元件227。通過(guò)這種方式，定子元件220可以被部分或完全浸沒(méi)在發(fā)動(dòng)機(jī)的油盤(pán)(oil pan)或曲柄箱中包含的油中。此外，如圖10和11所示，每個(gè)定子元件220還被配置為包括流體耦合到冷卻劑入口管道MOa和冷卻劑出口管道MOb的冷卻劑通道或通路M2。冷卻劑通道或通路242與定子221熱接觸，從而產(chǎn)生的熱能被傳輸?shù)嚼鋮s劑。冷卻劑通道或通路242還優(yōu)選地與導(dǎo)線繞組225電絕緣。冷卻劑流入冷卻劑入口管道MOa中以及通路242中，并從通路242通過(guò)出口管道流出。在進(jìn)一步的實(shí)施方案中，在冷卻劑通過(guò)通路242返回之前，冷卻劑通過(guò)熱交換器以便將冷卻劑所獲得的熱能耗散。在另外的實(shí)施方案中，設(shè)置泵以便以所需流速控制通過(guò)通路M2的流動(dòng)。設(shè)置過(guò)濾器以便濾出流動(dòng)冷卻劑中的任何污染物也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在更特別的實(shí)施方案中，冷卻劑是油，在更特殊的實(shí)施方案中，冷卻劑是機(jī)油(engine oil) ο雖然已經(jīng)使用特定的術(shù)語(yǔ)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但是這樣的描述僅出于說(shuō)明的目的，應(yīng)當(dāng)理解可以進(jìn)行修改和變化而不背離權(quán)利要求的精神和范圍。通過(guò)引用而包含通過(guò)全文引用的方式，在此公開(kāi)的所有專利、公開(kāi)的專利申請(qǐng)和其他參考文獻(xiàn)均通過(guò)引用而明確包含于本文中。等效方式僅使用常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員就能認(rèn)識(shí)或能夠確定在此描述的本發(fā)明的特定實(shí)施方案的許多等效方式。這些等效方式將被包含在權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，包括建立磁通場(chǎng)的多個(gè)磁性元件，多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)；多個(gè)定子元件，所述定子元件設(shè)置且配置在往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定；以及控制電路，所述控制電路被配置且設(shè)置為控制每個(gè)定子元件的功能，從而在一種模式中，控制相應(yīng)的定子元件以便由相應(yīng)的定子元件引起的相應(yīng)的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件中產(chǎn)生電能，并且在另一種模式中，每個(gè)定子元件/磁性元件組合操作所述電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)以便作為電動(dòng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其中所述多個(gè)磁性元件是永磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其中所述多個(gè)磁性元件固定到曲軸的結(jié)構(gòu)上，從而所述磁性元件響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其中多個(gè)定子元件的每一個(gè)均設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，從而相應(yīng)的磁性元件轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)相應(yīng)的定子元件的表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子元件包括多個(gè)鐵芯和多個(gè)導(dǎo)線線圈，每個(gè)線圈繞各自的鐵芯卷繞，并且其中所述控制電路能夠操作地耦合到每個(gè)導(dǎo)線線圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其中每個(gè)定子元件包括用于從所述定子元件吸收熱能的冷卻機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其中所述冷卻機(jī)構(gòu)是熱耦合到每個(gè)鐵芯的通道和流過(guò)該通道的冷卻介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，其中曲軸的表面是曲軸的配重的表面。
9.一種往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，包括曲軸，所述曲軸具有繞曲軸的中心線在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)；以及起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)能夠操作地耦合到曲軸從而在一種操作模式中所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)引起曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在第二操作模式中曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)引起起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)輸出電能，其中所述起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)包括建立磁通場(chǎng)的多個(gè)磁性元件，多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到曲軸結(jié)構(gòu)的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)；多個(gè)定子元件，所述定子元件設(shè)置且配置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定；以及控制電路，所述控制電路被配置且設(shè)置為控制每個(gè)定子元件的功能，從而在所述一種操作模式中，每個(gè)定子元件/磁性元件組合操作以便所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)所述曲軸的電動(dòng)機(jī)而操作，并且在所述第二操作模式中，控制相應(yīng)的定子元件以便由相應(yīng)的定子元件引起的相應(yīng)的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件中產(chǎn)生電能。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述多個(gè)磁性元件是永磁體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中曲軸的所述結(jié)構(gòu)是配重結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中多個(gè)定子元件的每一個(gè)均固定地設(shè)置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，從而相應(yīng)的磁性元件轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)相應(yīng)的定子元件的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)定子元件包括多個(gè)鐵芯和多個(gè)導(dǎo)線線圈，每個(gè)線圈繞各自的鐵芯卷繞，并且其中控制電路能夠操作地耦合到每個(gè)導(dǎo)線線圈。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中每個(gè)定子元件包括用于從定子元件吸收熱能的冷卻機(jī)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)，其中所述冷卻機(jī)構(gòu)是熱耦合到每個(gè)鐵芯的通道和流過(guò)該通道的冷卻介質(zhì)。
16.一種控制起動(dòng)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)具有曲軸，所述曲軸具有繞曲軸的中心線在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟提供起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)能夠操作地耦合到曲軸，其中所述起動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)包括多個(gè)定子元件以及建立磁通場(chǎng)的多個(gè)磁性元件，多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到曲軸結(jié)構(gòu)的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)，所述定子元件設(shè)置且配置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定；并且控制每個(gè)定子元件的功能，從而每個(gè)定子元件/磁性元件組合操作以便所述電動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)所述曲軸的起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)而操作，從而在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)建立發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)條件。
17.—種通過(guò)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力的方法，所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)具有曲軸，所述曲軸具有繞曲軸的中心線在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟提供起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)能夠操作地耦合到曲軸，其中所述起動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)包括多個(gè)定子元件以及建立磁通場(chǎng)的多個(gè)磁性元件，多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到曲軸結(jié)構(gòu)的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)，所述定子元件設(shè)置且配置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定；并且控制每個(gè)定子元件的功能，從而控制相應(yīng)的定子元件以便由相應(yīng)的定子元件引起的相應(yīng)的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件中產(chǎn)生電能。
18.—種控制往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或者利用所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力的方法，所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)具有曲軸，所述曲軸具有繞曲軸的中心線在指定的路徑中轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所述方法包括以下步驟提供起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)能夠操作地耦合到曲軸，其中所述起動(dòng)機(jī)/ 發(fā)電機(jī)包括多個(gè)定子元件以及建立磁通場(chǎng)的多個(gè)磁性元件，多個(gè)磁性元件的每一個(gè)連接到曲軸結(jié)構(gòu)的表面從而響應(yīng)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)，所述定子元件設(shè)置且配置在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定；并且控制每個(gè)定子元件的功能，從而在一種操作模式中，所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)引起曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)從而起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且在第二操作模式中，曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)輸出電能。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)或者利用所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電能的方法，其中在所述一種操作模式中，所述控制包括控制每個(gè)定子元件的功能，從而每個(gè)定子元件/ 磁性元件組合操作以便所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)所述曲軸的起動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)而操作，從而在所述往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)建立發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)條件；并且在所述第二操作模式中，所述控制包括控制每個(gè)定子元件的功能，從而控制相應(yīng)的定子元件以便由相應(yīng)的定子元件引起的相應(yīng)的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件中產(chǎn)生電能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種安裝有曲柄臂的線性分段起動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。所涉及的起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)用來(lái)起動(dòng)往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)或利用所述發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電能。所述起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)包括建立磁通量的多個(gè)磁性元件，每個(gè)磁性元件連接到曲軸的表面從而在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所述元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)；多個(gè)定子元件，所述定子元件設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)以便當(dāng)磁性元件在指定的路徑中運(yùn)動(dòng)時(shí)相對(duì)于相應(yīng)的磁性元件保持固定；以及控制電路，所述控制電路被配置且設(shè)置為控制每個(gè)定子元件的功能。在一種模式中，控制定子元件從而由定子元件引起的磁性元件的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各定子元件中產(chǎn)生電能，并且在另一種模式中，每個(gè)定子元件/磁性元件組合操作所述電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)以便作為電動(dòng)機(jī)。
文檔編號(hào)H02K33/18GK102377312SQ20101057725
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者N·恩吉寧 申請(qǐng)人:現(xiàn)代自動(dòng)車株式會(huì)社, 現(xiàn)代自動(dòng)車美國(guó)技術(shù)研究所, 起亞自動(dòng)車株式會(huì)社