九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種機車混合動力系統，尤指一種適用 於可提供機車引擎動力與電動機動力之機車混合動力系 統。 【先前技術】 近年來，基於世界環保意識的抬頭與能源危機的影 響，世界各先進國家均投入大筆資金與人力研發低污染、 低油耗、與高效能之車輛。 以目前新興之電動車輛為例，其係使用電能作為其驅 動能源，沒有廢氣的排放與污染，因而被認為是最佳的交 通工具。然而，電動車輛卻有著續航力低、充電不方便、 與成本偏高之缺點。 因此，為解決上述電動車輛之缺點，有人發展出具有 π油引擎與電能兩種優點之混合動力系統車輛。然而，目 剛之引擎與電能混合之車輛，係於引擎與產生電能之馬達 之間配置有如離合器之動力接合機構。例如台灣發明專利 第1255242號所揭露之一種混合動力機車之架構，其專利主 要說明一機車動力混合系統之馬達及引擎如何靠其一動力 傳動機構來互相傳遞動力，或者是傳遞動力至驅動輪。 此專利所揭露之動力傳動機構，其引擎之啟動係藉由 一馬達動力傳遞至一離心離合器，待離心離合器結合後， 方能啟動引擎。因此’引擎啟動與否受限於離心離合器之 j344426 • 轉速是否到達離心離合器的接合條件。也就是說若馬達的 轉速未到達能夠使離心離合器接合的條件，則引擎並不會 被啟動。 • 14個結果造成，若系統於馬達轉速未達到離心離合器 5接合的條件下需啟動引擎時，則此動力接合機構將無法完 成此操作需求。故上述混合動力機車並非十分理想，尚有 改善之空間。 發明人緣因於此，本於積極發明之精神，亟思一種可 以解決上述問題之機車混合動力系統，幾經研究實驗終至 鲁1〇 完成此項嘉惠世人之本發明。 【發明内容】 15 20 &本發明係有關於-種機車混合動力系統，其係搞合機 械能至-電動機之-人力！^，並將其旋轉動力傳遞至一 機車驅動輪。包括有：-引擎、-入力軸、-出力軸、一 =速機構、一第一電動機、-第二電動機 動力麵合機 構、一驅動輪、一電池、及一控制器。 人上述之出力軸係藉由減速齒輪組與機車驅動輪相互耦 而變速機構則連結於入力軸與出力軸之間。至於一 機車引擎之曲柄軸相互樞接，而第二電動機則 i樞扭 接。動域合機制與人力轴及曲柄軸相 與曲柄站動力耗合機構並可選擇式麵合、或未輕合入力袖 。此外’控制器並分別與電池、第-電動機、及 弟二電動機電性連接，控㈣並能選擇式控制第二電動機 6 1344426 驅動機車驅動輪旋轉或/及第一電動機驅動曲柄軸旋轉、進 而啟動引擎使其輸出動力驅動機車驅動輪旋轉。
藉此，本發明之第一電動機可由控制器直接控制啟動 引擎之時間’不受習用混合動力系統受限於離心離合器之 轉速需到達離心離合器的接合條件方能啟動引擎。且系統 可視車輛行駛之狀況，以控制器選擇性地控制第二電動 機、及引擎之驅動力直接由傳動系統傳輸動力至機車驅動 輪之時機，故本發明可在不同的行駛情況下，使機車在最 佳能量消耗率的狀態下輸出動能以驅動機車行走。 此外，本發明可更包括一車速感知器’車速感知器並 與控制器電性連接，控制器可讀取車速感知器之訊號以獲 得當時車速，用以自動控制電池提供電力給第二電動機、 或/及第電動機驅動機車之曲柄軸旋轉，並將驅動力直接 由傳動系統傳輸動力至機車驅動輪。 15 另外，本發明可更包括一引擎轉速感知器，車速感知 器並與控電性連接，控制器可讀取引擎轉速感知器之 =以獲得當時機車之引擎轉速，用以自動控制下述至少 其一：機車引擎之曲柄軸旋轉驅動第—電動機發電、並將 20 2傳送至電池儲存，機車之人力軸旋轉驅動第二電動機 並將電力傳送至電池儲存，以及機車引擎之曲柄轴 動第""電動機發電、並將電力傳送至第二電動機， 猎以&向動力傳送至機車驅動輪。 卢礒Γΐ ’本發明也可更包括一油門開度感知器，油門開 '並與控制器電性連接，控制器可讀取油門開度感 7 窃之Λ號以獲得機車之油門開度變化，用以自動控制機 之入力軸紅轉驅動第二電動機發電，並將電力傳送至電 池0 5 二、’本發明也可更包括一剎車開關感知器，剎車開關 ^，並與控制11電輯接’控制ϋ可讀取料開關感知 播^ -fl號以獲得當時機車之刹車是否啟動，用以自動控制 入力軸旋轉驅動第二電動機發電，並將電力傳送至 電池。 此外上述之第—電動機及第二電動機除具有驅動機 行走之功外’也具有發電機發電功能，且第二電動機 之功率比第一電動機大。 另外上述機車之出力軸與機車驅動輪之間可更組設 有一減速齒輪組，俾可提高扭力驅動機車驅動輪。 再者，上述之動力耦合機構可為一離心離合器、或其 他等效之搞。機構。且變速機構也可為一無段變速機構、 或其他等效之機構。 【實施方式】 20 請參閱圖1係本發明-較佳實施例之剖視圖、及圖2係 本發明—較佳實施例之系統架構圖。λ中顯示有-機車引 擎！，且此機車引h包括有_曲柄軸u，m本實施例之機 車混合動力系統係輕合至前述機車引擎以曲柄轴η上，並 將其旋轉動力傳遞至-機車驅_2卜如圖所[本實施 例包括有：-入力軸17、—出力轴18、—變速機構、一第 8 1344426 一電動機2、一第二電動機3、一動力耦合機構15、一減速 齒輪組16、一電池4、一車速感知器61、一引擎轉速感知器 62、一油門開度感知器63、一剎車開關感知器64、以及一 控制器5。 5 如圖1所示，第一電動機2係與機車引擎1之曲柄軸丨“區 接，而第二電動機3則與入力軸17樞接，變速機構係連結於 入力軸17與出力軸18之間。至於動力耦合機構15係與入力 軸17及曲柄軸11樞接，動力耦合機構15可選擇式耦合、或 未耦合入力軸17與曲柄軸11。且出力軸18與機車驅動輪21 10 之間組設有一減速齒輪組16 ,亦即出力轴18係經由減速齒 輪組16再耦合至機車驅動輪21，俾可提高扭力驅動機車驅 動輪21。在本實施例中，機車驅動輪21係為一機車後輪， 且動力耗合機構15係為一離心離合器。 此外，如圖1所示，變速機構於本實施例中係指一無段 15變速機構，包括有一驅動盤121、一滑動驅動盤122、一滾 珠〗23、一傳動盤142、一滑動傳動盤141、以及一傳動盤彈 簧143。其中，驅動盤121及滑動驅動盤122均軸向组設於入 力軸π上，且入力軸17之旋轉促使滾珠123以其離心力而推 頂滑動驅動盤m沿入力軸17作轴向移動。同樣的，傳動盤 20 142及滑動傳動盤141均轴向組設於出力軸18上，且傳動盤 彈簧⑷係以其彈力而推頂滑動傳動盤⑷沿出力軸18作轴 向移動。 如圖2所示，控制器5係分別與電池4、第一電動機2、 第二電動機3、車速感知器61、引擎轉速感知器Q、油門開 9 1344426 ，. 度感知器63、及剎車開關感知器64電性連接。且控制器5係 能選擇式控制下述至少其一：第二電動機3驅動機車驅動輪 21旋轉、第一電動機2驅動曲柄軸^旋轉、進而驅動機車驅 • 動輪21旋轉、第一電動機2切換成發電機產生電力給電池4 • 5 充電儲存、第一電動機2切換成發電機產生電力直接供應第 二電動機3電力、及第二電動機3切換成發電機產生電力給 電池4充電儲存。在本實施例中，第二電動機3之功率比第 一電動機2大。 • 此外’在本實施例中，當引擎1啟動後第一電動機2可 10切換成發電機產生電力給電池4充電，或者直接供應第二電 動機3電力以驅動機車驅動輪21行走。而第二電動機3不僅 可驅動機車驅動輪21行走，也可切換成發電機發電產生電 力給電池4充電儲存。另外，第二電動機3的驅動力係直接 經由入力軸17傳輸動力至機車驅動輪21，但是引擎1之動力 15必須要動力耦合機構丨5接合後才能傳輸動力至機車驅動輪 21 〇 請參閱圖3係本發明一較佳實施例於低速行駛時之示 丨意圖，並請一併參閲圊1。此時驅動車輛行駛之動力僅需第 一電動機3供應就足夠，因此，當控制器5讀取車速感知器 20 61之訊號，獲得當時車輛係於低速行駛時，控制器5可控制 電池4提供電力給第二電動機3，直接以第二電動機3驅動入 力轴17、進而帶動出力軸18旋轉，再傳輸動力至機車驅動 輪21。在此低速行駛時，動力耦合機構15係在未耦合之狀 態，亦即入力軸17與引擎丨之曲柄軸丨丨並未耦合。 1344426 .· 請參閱圖4係本發明一較佳實施例於低速至中速行駛 夺之示思圖，並请一併參閱圖〗。此時驅動車耗行駛之動力 需要由輸出動力較大之引擎1供應，因此，當控制器5讀取 4速感知器61之《，獲得當時車㈣'於低速朝向中速行 5駛時，控制器5除了可控制電池4提供電力給第二電動機3， 直接以第—電動機3驅動入力軸17、進而帶動出力軸Μ旋 轉^再傳輸動力至機車驅動輪21外。且控制器5會控制電池 4提供電力給第一電動機2、進而啟動引擎！，惟此時引擎1 之轉速尚屬低轉速，動力耗合機構15仍在未耗合之狀態， 10亦即入力軸17與引擎1之曲柄軸11尚未耦合。 一立請參閱圖5係本發明一較佳實施例於中、高速行駛時之 不思圖，並請一併參閱圖！。由於車輛於中、高速行駛時， 第一電動機3之動力輸出性能已不足供應給車輛於中 '高速 行駛之需求。因此，車輛於中、高速行駛時係由輸出動力 15較大之引擎1供應’故在此狀態下，動力耦合機構15係在耦 合之狀態’亦即入力軸17與引擎1之曲柄軸11已耦合。且引 擎1於車輛中、高速行駛時，係為引擎丄的最佳運轉效率範 1圍内’故當控制器5讀取引擎轉速感知器62之訊號，獲得當 時引擎1在此知圍内運轉時，控制器5可控制利用引擎^高效 20率之運轉來驅動第—電動機2、及第二電動機3發電並將電 力傳送至該電池憎存。換言之，當車輛於中、高速行驶時， 車輛之速度、及第-電動機2、與第二電動機3之發電量愈 大’則引擎1之負荷就愈大。 U44426 :繼續參閱圖6係本發明一較佳實施例於高負荷行駛 時之示意圓，並請一併參閱圖丨。當車輛所需之動力大於引 擎1的最佳運轉效率範圍時所能提供之動力，或者車辆於加 =狀H、而要較大的加速扭力時，則車輛所需之動力除由引 5擎1供應外，第二電動機3也會提供動力與引擎1一同輸出動 力驅動車辅。故在此狀態下，動力耗合機構15係在搞合之 狀態，亦即入力軸17與引擎i之曲柄軸"已耦合。當控制器 =取引擎轉速感知器6 2、及油門開度感知器6 3之訊號，獲 卜^田時引擎1在最佳運轉效率範圍内且仍不足車柄所需之 =力時控制器5可控制引擎丨之曲柄軸11驅動第一電動機2 * :將電力傳送至第二電動機3、同時電池4之電力也傳 比第電動機3、且第二電動機3及引擎1之曲柄軸丨1之動 力白傳輸動力至機車驅動輪21，俾能提高動力輸出來驅動 機車驅動輪21。 立叫再參閲圖7係本發明一較佳實施例於滑行駛時之示 心圖並印一併參閲圖1。當車輛係於滑行或煞車中，此時 引擎1已知止運轉’且動力叙合機構15係在未粞合之狀態， 灸f即入力轴17與引擎1之曲柄軸11並未耦合，因此，當控制 益:二,取油門開度感知器63、或剎車開關感知器64之訊號， 20獲*田時車輛係於滑行或煞車時，控制器5可控制入力軸17 IS動第一電動機3發電、並將電力傳送至該電池4充電儲 存亦即將滑订a夺車輛之慣性動能回收換成電能儲存於電 池4内。 12 1344426 藉此’本發明之第一電動機2可由控制器5直接控制啟 動引擎1之時間，不受習用混合動力系統受限於離心離合器 之轉速需到達離心離合器的接合條件方能啟動引擎。且控 制器5可視行駛之狀況，控制第二電動機3、及引擎1之驅動 5力直接由傳動系統傳輸動力至機車驅動輪21之時機，故本 發明可在不同的行駛情況下，使機車在最佳能量消耗率的 狀態下輸出動能以驅動機車行走。 上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所 主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限 10 於上述實施例。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明—較佳實施例之剖視圖。 圖2係本發明一較佳實施例之系統架構圖。 15 圖3係本發明一較佳實施例於低速行駛時之示竟圖。 較佳實施例於低速至中速行“之示意圖 圖5係本H較佳實關於巾、高速行料之示 圖6係本發明—較佳實施例於高負荷行料之示音。 圖7係本發明一較佳實施例於滑行時之示意圖。〜、。 20 2 4 11 第一電動機 電池 曲柄轴 【主要元件符號說明 1 機車引擎 第二電動機 控制器 13 1344426 13 皮帶 15 動力柄合機構 16 減速齒輪組 17 入力軸 18 出力軸 21 機車驅動輪 61 車速感知器 62 引擎轉速感知器 63 油門開度感知器 64 剎車開關感知器 121 驅動盤 122 滑動驅動盤 123 滚珠 141 滑動傳動盤 142 傳動盤 143 傳動盤彈簧 ❿ 14