JP5630972B2 - 電動モーター駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムに関し、詳しくは、電源の電気エネルギーが電動モーター制御装置により電動モーターを駆動させ、正回転又は逆回転をさせる双回転方向であり、固定方向出力伝動装置の入力端を駆動させ、固定方向出力伝動装置の出力端を経て、異なる変速比率の固定方向出力伝動装置が異なる駆動入力方向のときに異なる変速比率の固定回転方向出力をし、負荷ウイールセットを駆動させる。本発明は、電動モーター駆動の電動自転車、電動バイク或いは電動車両などのキャリア或いは電動産業機械に適用できる。

従来の電動モーター駆動システムは、変速出力が電動モーターの変速を制御する他に、一般に、ＣＶＴ又はトランスミッション方式で完成するべきで、その構造は複雑でコストも高く、伝動効率が悪い。

本発明は、特定の双回転方向入力ができる電動モーターを持ち、その輸出端が固定方向出力伝動装置の入力端へ、固定方向出力伝動装置の出力端を経て、固定回転方向出力し、負荷ウイールセットを駆動させる。使用者が電動モーターの運転方向の制御をすることができ、駆動入力方向を変え、異なる変速比率を持つ固定方向出力伝動装置により、異なる駆動入力方向のときに異なる変速比率である固定回転方向出力である。

本発明は、特定の双回転方向入力ができる電動モーターを持ち、その輸出端が固定方向出力伝動装置の入力端へ、固定方向出力伝動装置の出力端を経て、固定回転方向出力し、負荷ウイールセットを駆動させ、使用者が電動モーターの運転方向の制御をすることができ、駆動入力方向を変え、異なる変速比率を持つ固定方向出力伝動装置により、異なる駆動入力方向のときに異なる変速比率を有する固定回転方向出力する。

本発明の一実施形態による双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムの基本構成を示すブロック図である。 図１の電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成を示すブロック図である。 図１の固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成を示すブロック図である。 図１の電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２、固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムの電動モーター負荷電流検測装置が設けられている基本構成を示すブロック図である。 図５の電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成を示すブロック図である。 図５の固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成を示すブロック図である。 図５の電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２、固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成を示すブロック図である。

本発明の一実施形態による双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムは、電動モーターにより正回転又は逆回転する双方向回転し、固定方向出力伝動装置の入力端を駆動させ、固定方向出力伝動装置の出力端を経て、異なる変速比率を持つ固定方向出力伝動装置により、異なる駆動入力方向に異なる変速比率の固定回転方向出力し、負荷ウイールセットを駆動させる。本実施形態は、電動モーター駆動の電動自転車、電動バイク或いは電動車両などのキャリア又は電動産業機械に応用できる。

図１に示すのは、本実施形態における双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムの基本構成のブロック図である。
図２は、図１において電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２との間に伝動装置１０４を追加設置した駆動システム構成のブロック図である。
図３は、図１において固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加設置した駆動システム構成のブロック図である。
図４は、図１において電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２、そして、固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加設置した駆動システム構成のブロック図である。

図１、図２、図３及び図４に示すように、双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムは、入力装置１１１の信号又はコマンドの操作により、給電装置１００の電力が電動モーター制御装置１１０を経由し、電動モーター１０１に対して第一駆動回転方向又は異なる回転方向の第二駆動回転方向で駆動する。電動モーター１０１の出力端から出力される回転運動エネルギーを直接或いは伝動装置１０４を経て、固定方向出力伝動装置１０２の入力端へ送る。異なる変速比率を持つ固定方向出力伝動装置により、異なる駆動入力方向の異なる変速比率の固定回転方向において回転運動エネルギーを出力し、負荷ウイールセット１０３を駆動させるものである。図１から図４に示すように、下記の通りである。

電動モーター１０１は、各種の交流か直流、ブラシなしかブラシあり、同期又は非同期運転の電力駆動の電動モーターであり、正反回転の運転を提供するものである。
電動モーター制御装置１１０は、機電素子又は装置、固体電子素子又は装置、マイクロプロセッサー及び関連ソフトを持つ制御回路により構成される。都市電力又は発電機からの交流又は直流電源、燃料電池、一次電池、電力保存又は放電できる二次電池などの給電装置１００の電力の入力に提供され、電動モーター１０１に対してオン又はオフ、回転方向、回転スピード、トルクの制御、サージ電圧或いは過電流の保護をする。

入力装置１１１は、電動モーター制御装置１１０に対して電動モーター１０１のオン、オフ、回転方向、回転スピード、トルクの制御又は設定の信号かコマンドを発するものである。
電動モーター１０１の第一駆動回転方向の運動エネルギー及び第二駆動回転方向の入力運動エネルギーは、固定方向出力伝動装置１０２の入力端を駆動させるものである。
第一駆動回転方向と第二駆動回転方向とは、反対方向になるものである。

固定方向出力伝動装置１０２は、直接或いは伝動装置１０４を経て、電動モーター１０１からの異なる回転方向の運動エネルギーを受け、固定回転方向の運動エネルギーを出力するものである。固定方向出力伝動装置１０２の内部の伝動ユニットを構成し、（１）ギアセット、或いは、（２）摩擦ウイールセット、或いは、（３）チェーン及びチェーンウイールセット、或いは、（４）ベルト及びベルトウイールセット、或いは、（５）伝動クランク及びウイールセット、或いは、（６）流体伝動装置、或いは、（７）電磁力伝動装置などにより構成され、或いは、上記の中の一種又は一種以上の伝動ユニットにより構成されるものである。固定方向出力伝動装置１０２が異なる回転方向の第一駆動回転方向と第二駆動回転方向の駆動を入力するとき、入力端は固定回転方向出力端の速度比率に対して同じもの若しくは異なるもの、若しくは変速比率可のものでもよい。

負荷ウイールセット１０３は、固定方向出力伝動装置１０２の出力端により直接に駆動され、又は、伝動装置１０４を経て、固定単一転向駆動をするウイール型負荷である。
本実施形態の双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムは、更に固定方向出力伝動装置１０２と負荷ウイールセット１０３との間、電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２との間或いは電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２との間に、そして、固定方向出力伝動装置１０２と負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を設置するものである。

図２は、図１において電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２との間に伝動装置１０４を追加設置した駆動システム構成のブロック図である。
図３は、図１において固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加設置した駆動システム構成のブロック図である。
図４は、図１において電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２、そして、固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加設置した駆動システム構成のブロック図である。

伝動装置１０４は、下記の一種又は一種以上の伝動装置により構成される。それは、（１）固定速度比率の各種のギア式、ベルト式、摩擦式などの回転式伝動機能構造より構成される。或いは、（２）人力、機械力、流動力、遠心力、トルク、逆トルクにより操作する段あり又は無段式変速装置により構成される。或いは、（３）入力端及び出力端の相対回転方向関係の切替を制御できる伝動装置により構成される。或いは、（４）人力、機械力、電磁力、流動力、遠心力、トルク又は逆トルクなどにより自動或いは電動モーターで操作するクラッチ装置であり、或いは、単一方向伝動クラッチ装置（ｓｉｎｇｌｅ ｗａｙ ｃｌｕｔｃｈ）であり、連結伝動又は中断させるクラッチ機能装置により構成されるものである。

上記の双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムは、人工により入力装置１１１を制御し、電動モーター制御装置１１０により電動モーター１０１の転向に対して制御運転するものである。
この他、本実施形態の双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムは、電動モーター負荷電流検測装置１０９の追加設置により、自動に負荷電流につれて出力の速度比率を切替できるものである。

図５は、本実施形態において双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムに電動モーター負荷電流検測装置が設けてあるときの基本構成のブロック図である。
図６は、図５において電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成のブロック図である。
図７は、図５において固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成のブロック図である。

図８は、図５において電動モーター１０１と固定方向出力伝動装置１０２、そして、固定方向出力伝動装置１０２と駆動負荷ウイールセット１０３との間に伝動装置１０４を追加する駆動システム構成のブロック図である。
前記図５から図８は、本実施形態の双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムに更に電動モーター負荷電流検測装置１０９を設ける。電動モーター負荷電流検測装置１０９は、各種の圧力降下式電流検測装置、電磁効果感知電流検測装置、磁気検測式電流検測装置、熱ため式電流検測装置により構成されるものである。電動モーター１０１の負荷電流を検測して電動モーター制御装置１１０の元へ戻って、電動モーターの負荷電流が設定値を越える状態になる。そして、この状態が設定時間を越えてもそのまま、電動モーター負荷電流検測装置１０９の信号により入力装置１１１或いは電動モーター制御装置１１０に入力し、電動モーター１０１の回転方向を変える。更に固定方向出力伝動装置１０２の変速比率を変え、相対して減速比率を増し、出力トルクの同回転方向出力を増加させ、負荷を駆動するものである。

電動モーター１０１の負荷電流回帰が降下して設定値内になるとき、下記の二種の方法により、元の状態に戻る制御をすることができる。
（１）人工制御方式の制御入力装置１１１により電動モーター制御装置１１０を制御し、電動モーター１０１を元の回転方向へ回帰させ、原速度比率で負荷を駆動するものである。

（２）電動モーター制御装置１１０により電動モーター負荷電流検測装置１０９が検測する電流が設定値まで降下するとき、自動でその時間により負荷を駆動できる回転スピードを選択し、速度比率の変動に対比する。そして、負荷に対して順調かつ頓挫か突き進み駆動せずにできる相対出力電量値であり、電動モーター１０１を駆動し、順調に元の回転方向と?がって運転するものである。

本実施形態の双方向入力固定方向出力の電動モーター駆動システムにより、更に異なる駆動方向で固定方向出力し、下記の方法で達成する。
（１）電動モーター制御装置１１０により電動モーター１０１の初期駆動方向を制御するものである。
（２）他にモーター方向切替スイッチを設け、人工でモーターの初期回転方向を切り替えるものである。
（３）伝動装置１０４の中の一つにより、機械的に切替出力転向及び速度比率変換機能をする伝動装置により構成され、出力転向の切替を提供するものである。

１００：給電装置、１０１：電動モーター、１０２：固定方向出力伝動装置、１０３：負荷ウイールセット、１０４：伝動装置、１０９：電動モーター負荷電流検測装置、１１０：電動モーター制御装置、１１１：入力装置

Claims (17)

1. 電動モーター、電動モーター制御装置、入力装置、負荷ウイールセット、および、電動モーター負荷電流検測装置を備え、
   電動モーターは、前側および後側に駆動するのに用いられ、直接または間接に固定方向出力伝動装置の入力端を駆動し、
   電動モーター制御装置は、モーターの回転方向、モーターの回転速度、および、モーター回転トルクのうち少なくとも一つを制御し、
   入力装置は、モーターの回転方向、モーターの回転速度、および、モーター回転トルクのうち少なくとも一つを制御する信号を電動モーター制御装置へ出力し、
   負荷ウイールセットは、固定方向出力伝動装置により直接または間接に固定方向に駆動され、
   電動モーター負荷電流検測装置は、電圧、電磁感応、磁場、または、熱堆積に基づいてモーターの負荷電流を測定し、電動モーター制御装置に情報をフィードバックし、
   固定方向出力伝動装置の速度比は、少なくとも一部がモーターの回転方向により決められ、
   所定閾値以上の負荷電流が電動モーターを所定時間以上流れた場合、電動モーター制御装置は、電動モーターの出力端の回転方向を変え、電動モーターの出力速度および回転トルクを増加し、
   電動モーターを流れる負荷電流が所定閾値より低くなった場合、電動モーターは、入力装置により制御され、正常状態に戻り、元の回転速度および電力を維持することを特徴とする電動モーター駆動システム。
2. 電動モーターは固定方向出力伝動装置の出力端に直接に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動モーター駆動システム。
3. 電動モーターは、第二伝動装置を経由して固定方向出力伝動装置を間接に駆動することを特徴とする請求項１記載の電動モーター駆動システム。
4. 固定方向出力伝動装置は負荷ウイールセットに直接に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電動モーター駆動システム。
5. 固定方向出力伝動装置は第二伝動装置を経由して負荷ウイールセットを間接に駆動することを特徴とする請求項１記載の電動モーター駆動システム。
6. 電動モーターは、第二伝動装置を経由して固定方向出力伝動装置を間接に駆動し、
   固定方向出力伝動装置は、第三伝動装置を経由して負荷ウイールセットを間接に駆動することを特徴とする請求項１記載の電動モーター駆動システム。
7. 第二伝動装置は、固定速度比を有する歯車式、ベルト式、または摩擦式の回転式電動装置、もしくは、人力、機械力、流体力、電磁力、遠心力、回転トルク、または反転トルクにより駆動される変速装置であることを特徴とする請求項３記載の電動モーター駆動システム。
8. 第二伝動装置は、出力端と出力端との間の相対回転方向を切り替えることが可能であることを特徴とする請求項３記載の電動モーター駆動システム。
9. 第二伝動装置は、人力、機械力、流体力、電磁力、遠心力、回転トルク、または反転トルクにより駆動されるクラッチ装置を含み、電動モーターと固定方向出力伝動装置との間の伝動を結合または遮断することを特徴とする請求項３記載の電動モーター駆動システム。
10. 第二伝動装置は、固定速度比を有する歯車式、ベルト式、または摩擦式の回転式電動装置、もしくは、人力、機械力、流体力、電磁力、遠心力、回転トルク、または反転トルクにより駆動される変速装置であることを特徴とする請求項５記載の電動モーター駆動システム。
11. 第二伝動装置は、出力端と出力端との間の相対回転方向を切り替えることが可能であることを特徴とする請求項５に記載の電動モーター駆動システム。
12. 第二伝動装置は、人力、機械力、流体力、電磁力、遠心力、回転トルク、または反転トルクにより駆動されるクラッチ装置を含み、電動モーターと固定方向出力伝動装置との間の伝動を結合または遮断することを特徴とする請求項５記載の電動モーター駆動システム。
13. 電動モーター負荷電流検測装置により測定される電動モーターを流れる負荷電流が所定閾値より低くなる場合、電動モーター制御装置は、電動モーターの元の回転方向での回転速度を選択し、負荷を駆動し、固定方向出力伝動装置の速度比に基づいて変動し十分な電力を出力することで、負荷に対して安定的な駆動を行うことを特徴とする請求項１に記載の電動モーター駆動システム。
14. 電動モーター制御装置は、電動モーターの元の回転方向を制御することを特徴とする請求項１に記載の電動モーター駆動システム。
15. 第二伝動装置をさらに備え、
    第二伝動装置は、電動モーターの回転方向を機械的に切り替えるのに用いられることを特徴とする請求項１に記載の電動モーター駆動システム。
16. 電動モーターは、ＡＣモーター、ＤＣモーター、同期モーター、または、非同期モーターであることを特徴とする請求項１に記載の電動モーター駆動システム。
17. 固定方向出力伝動装置は、歯車アセンブリ、摩擦車アセンブリ、チェーンおよびスプロケット、ベルトおよびベルトプーリ、伝動クランクおよびギアセット、流体伝動装置、または、電磁力伝動装置であることを特徴とする請求項１に記載の電動モーター駆動システム。

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