CN1125385C - 藉主动动力源转速比例控制的复合动力系统 - Google Patents

Abstract

以主动动力源转速信号为基准控制辅助动力源对主动动力源作比例转速助动或扭力助动或产生逆向阻尼，主动动力源与辅助动力源互动关系为：(一)辅助动力源参照主动动力源转速信号为基准，产生相对转速比例转速相加助动驱动，共同驱动负载。(二)辅助动力源参照主动动力源转速信号为基准，产生与主动动力源相加的助动扭力共同驱动负载。(三)辅助动力湖参照主动动力源转速信号为基准，产生与主动动力源呈预设定比例的逆向转矩的阻尼。

Description

藉主动动力源转速比例控制的复合动力系统

本发明涉及藉主动动力源转速比例控制的复合动力系统，尤其是涉及设有主动动力源及辅助动力源的复合动力系统，其特征为用主动动力源转速信号为基准以控制辅助动力源对主动动力源作比例转速助动或比例扭力助动或产生逆向阻尼，主动动力源与辅助动力源的互动关系包含：

(一)辅助动力源参照主动动力源转速信号为基准，产生相对转速比例转速相加的助动驱动，以共同驱动负载；

(二)辅助动力源参照主动动力源转速信号为基准，产生与主动动力源相加的助动扭力，以共同驱动负载；

(三)辅助动力源参照主动动力源转速信号为基准，产生与主动动力源呈预设定的相对比例逆方向转矩，提供逆向阻尼；

(四)同时具有上述(一)及(三)的互动功能或同时具有(二)及(三)的互动功能。

1976年4月6日授予YOUNG JR WILLIAM的美国专利US3,949,281公开了一种用以使两台机器同步的系统的方法，这两台机器中一台是主动机，另一台是从动机，其间有流动物质。一个信号发生器与主动机相关联，根据来自主动机的输入信号通常产生电压信号，向从动机的变速控制端提供输入信号。所产生的信号值应至少大于使从动机在其正常工作范围的最大端运行时所需的值。信号调整装置、最好是电位计配置在信号发生器和从动机之间，以根据预定计划调整所产生的信号。某些信号调整装置还与沿流动物质的路径设置的检测器相连接，接收来自检测器的反馈，确定信号的调整。

本发明的目的是提供一种藉主动动力源转速比例控制的复合动力系统。

根据本发明的一个方面，一种复合动力系统，包括：

一个主动动力源；

一个与主动动力源耦合的辅助动力源；

速度检测装置，用于检测主动动力源的转速；

连接到所述辅助动力源和所述速度检测装置的比例控制装置，用于控制辅助动力源的转速或扭力和主动动力源的转速之间的比例；以及

一个单向离合器，设置在主动动力源的动力输出转轴和负载之间，用以在单方向上驱动负载。

根据本发明另一个方面，一种复合动力系统，包括：

一个主动动力源；

一个与主动动力源耦合的辅助动力源；

速度检测装置，用于检测主动动力源的转速；

连接到所述辅助动力源和所述速度检测装置的比例控制装置，用于控制辅助动力源的转速或扭矩和主动动力源的转速之间的比例；以及

一个单向离合器，其设置在主动动力源的输出转轴和静止壳体之间，从而当辅助动力源以一预定方向驱动负载时，主动动力源是处于静止状态。

根据本发明又一个方面，一种复合动力系统，包括：

一个主动动力源；

一个与主动动力源耦合的辅助动力源；

速度检测装置，用于检测主动动力源的转速；以及

连接到所述辅助动力源和所述速度检测装置的比例控制装置，用于控制辅助动力源的转速或扭矩和主动动力源的转速之间的比例，

其中，辅助动力源包括两个用离合器连接的转子，该离合器被被配置成选择地互锁该转子。

根据本发明再一个方面，一种复合动力系统，包括：

一个主动动力源；

一个与主动动力源耦合的辅助动力源；

速度检测装置，用于检测主动动力源的转速；

连接到所述辅助动力源和所述速度检测装置的比例控制装置，用于控制辅助动力源的转速或扭力和主动动力源的转速之间的比例；以及

一个离合器，安装在辅助动力源的输出转轴与任何位于主动动力源和负载之间的旋转部件之间。

本发明的复合动力系统以主动动力源速度信号控制为基准，控制辅助动力源依设定的相对助动比例提供与主动动力源速度相加或扭力相加的同转向助动驱动，助动驱动具有单向或双向正逆转向适用性，助动驱动中主动动力源与辅助动力源间的助动转速比例或助动扭力比例，可依设定比例或藉控制输入装置作随机控制，及可进一步作线性或非线性比例控制。在具有逆向阻尼功能时，辅助动力源则依主动动力源的转速及转向而对主动动力源提供逆向转矩作为阻尼，以上功能为这种藉主动动力源转速的比例控制的复合动力系统的创造性及新颖特征。

以下配合附图详细说明本发明的特征及优点：

图1是本发明系统的方块示意图。

图2是本发明由双动型电动机结构所构成的速度比例助动方块示意图。

图3是本发明由电动机所构成的扭力比例助动方块示意图。

图4是本发明由电动机及行星(或差动)轮系所构成的方块示意图之一。

图5是本发明由电动机及行星(或差动)轮系所构成的方块示意图之二。

附图中

101表示主动动力源，

102表示辅助动力源，

102A表示双动型电动机结构辅助动力源，

102B，102C，102D表示电动机结构辅助动力源，

103表示第一互动回转体，         104表示第二互动回转体，

105表示输出转轴，               106表示负载，

107表示导电环，                 108表示太阳轮，

109表示外环轮，                 110表示行星轮，

111表示主动动力源速度检测装置，

112表示辅助用速度检测装置，

113表示控制输入装置，           114表示中央控制器，

115电动机驱动控制器，           116电源装置，

117电刷，                       118摇臂，

121静止壳体，                122单向离合器，

123离合器，                  124制动器，

132单向离合器，              133表示电动机定子部分壳体，

134表示电动机转子部分。

图1是这种藉主动动力源转速比例控制的复合动力系统的系统方块示意图，其基本结构包含：

主动动力源101：为由人力或电力或其他动力所驱动而能作回转运动的动力装置，其动力输出转轴与辅助动力源或负载作直接耦合或经单向传动装置作动力耦合；

主动动力源速度检测装置111：为模拟或数字型转速检测装置，以检测主动动力源的转速及方向以作为控制辅助动力源的基准；

辅助用速度检测装置112：为模拟或数字型转速检测装置，供检测辅助动力源转速值或输出轴转速值以输入中央控制器114构成的反馈回路，若系统为开放式则可省略不用；

控制输入装置113：为由机电元件或固态电子元件及相关控制机构接口所构成的控制输入装置，能以人工控制产生数字或模拟电能信号或接受其他电能信号经接口输入传输至中央控制器114，以选择系统功能或作设定或作为随机控制助动比例或阻尼比例参数输往中央控制器114，以控制辅助动力源的助动速度比例、助动扭力比例或逆向阻尼比例；

中央控制器114：为由机电元件或固态电子元件或微处理器所构成的模拟或数字式电路装置，以主动动力源101的速度检测装置111为基准，设定或控制输入装置的随机指令，以控制电动机驱动装置115控制辅助动力源102的转速或转向或扭力或作为动能再生发电回收的发电机电动机功能的操作，以及进一步控制离合器等周边装置；上述系统中主动动力源与辅助动力源及输出轴间，可依需要呈线性或非线性的速度或扭力比例助动控制或比例阻尼控制，系统构成可为闭环式、开环式或半闭环式的系统结构；

电机驱动控制装置115：为由机电元件或固态电子元件所构成的装置，接受中央控制器114及控制输入装置113的控制，以控制辅助动力源的输出或输入功率大小及回转方向；

电源装置116：为供应辅助动力源、中央控制器、电机驱动控制装置、控制输入装置及周边控制装置所需的电源；或进一步可储存辅助动力源作动能再生发电回收时的电能；

辅助动力源102：为由电力所驱动的电动机，其结构型态包含双动型电动机102A或电动机102B或102C或102D，其不同结构形态及与主动动力源101的耦合方式与运行功能如下：

(A)如图2所示为藉双动型电动机构成的以主动动力源转速比例控制复合动力系统的方块示意图：辅助动力源为双动型电动机102A，即具有可作相互驱动由磁场与转子所构成的第一互动回转体103及第二互动回转体104，其结构可为圆筒形、杯形、盘形或锥形等，其电动机结构及运行型态包含：直流或交流、同步或异步、无刷或有刷电动机，其特征为其第一互动回转体103直接或经传动元件与主动动力源输出转轴105耦合，其第二互动回转体104则直接或经传动元件驱动负载106；上述结构形态中的第一互动回转体103及第二互动回转体104两单元，其中之一单元为电动机磁场结构，另一单元为电动机转子结构，两单元或其中之一，可依电动机结构型态增设辅助导电环107、电刷117及电刷座，以匹配双动型结构型态在双动驱动中传输电能，其结构及功能特征可选择具有以下功能其中之一或同时具有数种功能：

(1)作为可控比例速度相加的增速助动输出功能：其第一互动回转体103与主动动力源101耦合，第二互动回转体104则通往负载106；

(2)应用于与主动动力源呈逆向转矩的阻尼功能：其第二互动回转体104则呈静止状态，而由第一互动回转体103提供与主动动力源101扭矩方向相反的逆向扭矩，此逆向扭矩可依需要为小于主动动力源101的扭矩并与主动动力源101呈逆向；

(3)应用于负载侧惯性量的动能回收或对负载回传动力提供阻尼功能：其第一互动回转体103呈静止状态而第二互动回转体104提供发电作用产生阻尼。

(B)如图3所示以主动动力源共轴式电动机构成以主动动力源转速为比例控制基准的可控复合动力系统的方块示意图：其辅助动力源为由电动机102B所构成，其电动机定子部分壳体133予以固定，转子部分134驱动负载，电动机型态包含交流或直流、同步或异步、无刷或有刷的电动机，其结构及功能特征可选择具有以下功能其中之一或同时具有数种功能：

(1)主动动力源101的转轴经单向离合器与电动机转轴呈同轴心结构供驱动负载；

(2)主动动力源101的转轴或由其所牵动的回转结构与静止结构间，设有速度检测装置111供检测主动动力源101的转速作为系统运行的控制基准；

(3)作为依主动动力源转速作比例扭力助动功能：主动动力源101转动而牵动速度检测装置111而产生主动动力源转速信号输往中央控制器114，在转速信号达到设定值以上时，藉电机驱动控制装置115驱动电动机产生与主动动力源的转轴同回转方向的扭力助动，并依中央控制器114的设定比例控制助动扭力作助动运行，或藉由控制输入装置113及中央控制器114及电机驱动控制装置115对辅助动力源102B作随机控制，决定其助动扭力之大小；

(4)辅助动力源102B的助动扭力与主动动力源101共同对负载驱动，其转速恒小于主动动力源101的主动驱动转速，或藉控制输入装置113的控制其共同对负载驱动转速可为大于主动动力源的主动驱动转速(包含主动驱动转速为零或逆向空转)；

(5)依主动动力源101转速呈相对逆向阻尼功能：藉主动动力源转速为基准控制产生逆向阻尼的电动机，其控制方式与前述扭力助动控制过程相同，只是其扭力方向与主动动力源100相反而构成阻尼，其逆动扭力依中央控制器114设定比例产生阻尼运行，或由控制输入装置113、中央控制器114及电机驱动控制装置115随机控制，控制辅助动力源逆动扭力大小；

(6)辅助动力源102B的可控制逆扭力阻尼的最大值为恒小于主动动力源101对辅助动力源102B驱动扭力，或于系统选择作为逆向驱动运转时由辅助动力源102B作逆向牵动，而主动动力源101形成被逆向牵动的负载时辅助动力源102B的扭力恒大于或等于主动动力源101的负载扭力；

(7)动能回收功能：由辅助动力源102B直接转换为发电机功能，输出电能以产生机械性阻尼。

(C)如图4所示，由电动机及行星(或差动)轮系构成，以主动动力源转速比例控制的复合动力系统的方块示意图之一：其辅助动力源为由电动机102C所构成，其电动机定子部分壳体133予以固定，转子部分134供驱动负载，电动机型态包含交流或直流、同步或异步、无刷或有刷的电动机，其结构及功能特征，可选择具有以下功能其中之一或同时具有数种功能：

(1)主动动力源101的转轴与电动机102C呈同轴心设置，经单向离合器132与行星式差动轮组的行星轮110所牵动的输出摇臂118耦合通往负载106；电动机转子部分134的转轴经太阳轮108与电动机定子部分壳体133的外环轮109藉行星式差动轮组相互耦合通往负载106；

(2)主动动力源101的转轴或其所牵动的回转结构与静止结构间，设有速度检测装置111供检测主动动力源101的转速作为系统运行的控制基准；

(3)作为依主动动力源转速作比例扭力助动功能：主动动力源101转动而牵动速度检测装置111产生与主动动力源转速相对的信号输往中央控制器114，在转速信号达到设定值以上时，藉电机驱动控制装置115驱动电动机，产生与主动动力源转轴经单向传动装置132所牵动行星式差动轮组的行星轮110所牵动的摇臂118以共同作同回转方向的电动机输出助动扭力，并依中央控制器114的设定比例控制助动扭力值，或藉由控制输入装置113、中央控制器114及电机驱动控制装置115对辅助动力源102B作随机控制，决定其助动扭力的大小；

(4)辅助动力源102C的助动扭力与主动动力源101共同对负载的驱动转速恒小于主动动力源101的主动驱动转速，或藉控制输入装置113的控制，其共同对负载驱动的转速可大于主动动力源的主动驱动转速(包含主动驱动转速为零或逆向空转)；

(5)依主动动力源101转速呈相对逆向阻尼功能：藉主动动力源转速为基准控制产生逆向阻尼的电动机，控制方式与前述扭力助动控制过程相同，只是其扭力方向与主动动力源101相反而构成阻尼，其逆动扭力依中央控制器114设定比例产生阻尼运行，或由可控制输入装置113及中央控制器114及电机驱动控制装置115作随机控制，控制辅助动力源逆动扭力大小；

(6)辅助动力源102C的可控制逆扭力阻尼的最大值，恒小于主动动力源101对辅助动力源102C驱动扭力，或在系统选择作为逆向驱动运转时，由辅助动力源102C作逆向牵动，而主动动力源101形成被逆向牵动的负载时，辅助动力源102C的扭力恒大于或等于主动动力源101的负载扭力；

(7)动能回收功能：为由辅助动力源102C直接转换为发电机功能，输出电能以产生机械性阻尼。

(D)如图5表示由电动机及行星(或差动)轮系构成以主动动力源转速比例控制的复合动力系统的方块示意图之二。辅助动力源由电动机102D所构成，而经由行星(或差动)轮系与主动动力源耦合，其电动机型态包含交流或直流、同步或异步、无刷或有刷的电动机，其结构及功能特征，可选择具有以下功能其中之一或同时具有数种功能：

(1)作为比例速度相加助动功能：主动动力源101、辅助动力源102D及负载106驱动轴依相对速度比及功能需要而选择各别耦合于太阳轮108、行星轮110及外环轮109，主动动力源101与辅助动力源102D的关系为以主动动力源转速为基准以控制辅助动力源，两者藉行星(或差动)轮系作比例速度相加的助动驱动。

上述藉主动动力源转速比例控制的复合动力系统，可进一步加设下列周边控制装置而扩大其应用范围，包含：

主动动力源101输出转轴105与负载106间可串设单向离合器122，供限制作单向扭力传递；或

主动动力源101的输出转轴105与静止壳体121间加设单向离合器122，当辅助动力源依设定回转方向驱动负载时，主动动力源呈静止状态；或

主动动力源101的输出转轴105与静止壳体121间加设由人力、机械力、流力或电磁力控制的离合器以取代单向离合器122；在离合器脱离时主动动力源与辅助动力源依相对比例作速度或扭力相加的助动驱动，或由辅助动力源产生对主动动力源呈逆向扭矩阻尼功能；在离合器闭合时主动动力源呈锁住状态，而由辅助动力源对负载作正向或反向驱动或作动能回收的运转；或

当辅助动力源为双动型电动机102A，可在两者间加设由人力、机械力、流力或电磁作用等操作的离合器123，并在离合器123闭合时双动结构呈互锁状态，而由主动动力源直接驱动负载；

当辅助动力源为102B或102C时，则辅助动力源的电动机转子部分134除与主动动力源及通往负载的输出轴直接结合或经传动元件耦合外，亦可进一步配合三者的互动需要而设置单向离合器132；单向离合器132的设置位置及动能传输方向为：若主动动力源直接或经传动元件通往负载，则单向离合器132为设置于辅助动力源电动机转子部分134和上述主动动力源与负载间回转驱动的任何一回转元件之间，单向离合器132的离合工作回转方向，可依系统需要作选择；若辅助动力源电动机转子部分134直接或经传动元件通往负载，则单向离合器132可设置于主动动力源和上述辅助动力源与负载间回转驱动的任何一回转元件之间，其单向离合器132的离合工作回转方向可依系统需要作选择；

辅助动力源为电动机102D经由行星(或差动)轮系而与主动动力源耦合，则可在辅助动力源102D的转轴上加设制动器124，以锁固辅助动力源及其传动元件而由主动动力源直接驱动负载，或作为动能回收时锁住主动动力源而由辅助动力源被逆向牵动作发电制动。

实际应用中人们可藉离合器及控制系统的选择，而采用含有下列各种功能或其中之一：

以主动动力源转速为控制基准，以控制辅助动力源以相对转速比例的速度相加作助动驱动，或与主动动力源作同方向的扭力助动驱动；或含有：

以主动动力源转速为控制基准，控制辅助动力源以与主动动力源逆向转矩提供阻尼，以及在上述各种功能或其中之一的基础上，进一步同时具有能控制辅助动力源单独作正向、反向驱动或动能再生发电回收等附属功能或具有其中部分上述辅助功能。

综合上述，这种藉主动动力源转速比例控制的复合动力系统，首创以主动动力源转速为基准，以相对控制主动动力源与辅助动力源间的线性或非线性助动转速或助动扭力比例，或由辅助动动力源产生逆向转矩提供主动动力源阻尼。系统构思新颖，广泛适用于控制机构的助动、电力驱动的运输工具、可控型阻尼装置等，其实用性及产业价值应无疑义。

Claims (10)

1.一种复合动力系统，包括：

一个主动动力源；

一个与主动动力源耦合的辅助动力源；

速度检测装置，用于检测主动动力源的转速；

连接到所述辅助动力源和所述速度检测装置的比例控制装置，用于控制辅助动力源的转速或扭力和主动动力源的转速之间的比例；以及

一个单向离合器，设置在主动动力源的动力输出转轴和负载之间，用以在单方向上驱动负载。

2.如权利要求1所述的复合动力系统，其特征在于：比例控制装置包括检测辅助动力源转速的装置，用以对辅助动力源的反馈回路提供输入信号，以根据主动动力源的转速更精确地控制辅助动力源的转速。

3.如权利要求1所述的复合动力系统，其特征在于：比例控制装置包括用于辅助动力源的转速或扭力相对于主动动力源转速设定比例的装置，以提供所述比例控制，该装置还控制辅助动力源的方向，以提供附加转速或扭力与逆向阻尼的选择。

4.如权利要求1所述的复合动力系统，其特征在于：辅助动力源包括一个行星式或差动轮组、一个固定定子，和一个转子，它们被构成用以驱动负载。

5.如权利要求4所述的复合动力系统，其特征在于：辅助动力源与主动动力源同轴心，并经单向离合器连接到负载，而辅助动力源与由主动动力源的差动轮组所驱动的输出摇臂耦合，以及转子的转轴经所述差动轮组的太阳轮与定子的外环轮耦合。

6.如权利要求1所述的复合动力系统，其特征在于：主动动力源和辅助动力源各自的比例转速是由一种行星式齿轮系统中的齿轮比所确定。

7.如权利要求1所述的复合动力系统，其特征在于：所述离合器是可控的，以允许基于主动动力源的转速对辅助动力源的比例控制，还可使所述离合器脱离主动动力源，以允许辅助动力源的独立工作。

8.一种复合动力系统，包括：

一个主动动力源；

一个与主动动力源耦合的辅助动力源；

速度检测装置，用于检测主动动力源的转速；

连接到所述辅助动力源和所述速度检测装置的比例控制装置，用于控制辅助动力源的转速或扭矩和主动动力源的转速之间的比例；以及

一个单向离合器，其设置在主动动力源的输出转轴和静止壳体之间，从而当辅助动力源以一预定方向驱动负载时，主动动力源是处于静止状态。

9.一种复合动力系统，包括：

一个主动动力源；

一个与主动动力源耦合的辅助动力源；

速度检测装置，用于检测主动动力源的转速；以及

连接到所述辅助动力源和所述速度检测装置的比例控制装置，用于控制辅助动力源的转速或扭矩和主动动力源的转速之间的比例，

其中，辅助动力源包括两个用离合器连接的转子，该离合器被被配置成选择地互锁该转子。

10.一种复合动力系统，包括：

一个主动动力源；

一个与主动动力源耦合的辅助动力源；

速度检测装置，用于检测主动动力源的转速；

连接到所述辅助动力源和所述速度检测装置的比例控制装置，用于控制辅助动力源的转速或扭力和主动动力源的转速之间的比例；以及

一个离合器，安装在辅助动力源的输出转轴与任何位于主动动力源和负载之间的旋转部件之间。

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