TWI388443B - Electric motor between the motor and the wheel can control each other - Google Patents

Description

電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車

本發明係有關於一種電動機車，特別是指一種電動機也會被車輪帶動轉動的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車。

目前，電動機車之製造技術已呈持續進步及發展中，惟引人注意之處仍局限於其相關於電池方面之技術，諸如蓄電、充電方面之技術，然而，與電動機車之週邊裝置相結合之有關技術中仍大部分以沿用習知機車，也就是習知之以引擎為動力之機車之週邊技術為主。

而習知的發電方式會有一個切換開關，以手動切換電動機(如馬達)的驅動模式或是發電模式，而當進入發電模式時為固定負載發電，會造成瞬間大阻抗的變化，導致行車不順及騎乘不舒適。

再者，切換開關可設置在龍頭把手上，供駕駛者設定，但當切換開關產生異常或操作不當時，會造成電動機車失去動力，產生無可預期的危險。

另，此種電動機與車輪間可互為傳動的電動機車，在進行前進或後退的牽車時，會因車輪的轉動而傳動電動機被動的轉動，該傳動或因傳動系統間機構的磨擦阻力，或因電動機本身產生的頓轉轉矩(Cogging torque)等而使得駕駛者必須耗費較多的力氣去進行牽車，十分的不便。

所以，如何能避免前述缺失，是目前在電動機車的問題上之一個刻不容緩的課題。

有鑑於此，本發明之主要目的，係提供一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，有驅動模式與發電模式間的切換，且驅動模式係優先於發電模式。

本發明的次一目的，係在發電模式時以漸增式發電進行，以避免行車不順。

本發明的再一目的，係在煞車時可切換成發電模式，有電動機剎車(即類似引擎剎車)的煞車輔助力，同時一併產生電力回充電池作用。

本發明的另一目的，係在於提供一種處於牽車狀態下，能提供些微輔助動力的牽引模式，以減輕車輛牽動的不便。

因此，本發明為達上述目的，係提供一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，該電動機車係至少包括一電動機、一啟動開關、一控制電路、一加速裝置、一驅動電路及車輪，其特徵在於：該電動機與車輪間為可互為傳動的連接，且在驅動模式、發電模式間切換，而該驅動模式係優先於該發電模式。

以下在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖示，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點。

茲配合圖式將本發明較佳實施例詳細說明如下。

請參考圖1，係表示本發明一實施例的結構示意圖；本實施例的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車1，係至少包含一電動機2、一啟動開關3、一控制電路4、一加速裝置5、一驅動電路6及車輪7。

控制電路4係與啟動開關3(如鑰匙開關)、加速裝置5、驅動電路6電性連接，更可與其他輸入/輸出裝置10(如剎車迴路)連接。控制電路4係可依據電性連接間作動的訊號去控制驅動電路6以驅動該電動機2。

而驅動電路6係與電動機2電性連接，且電動機2係與車輪7形成可互為傳動的連接，較佳者該車輪7為後輪。另，電動機2連接一轉速感測裝置8和一轉向感測器9，且轉速感測裝置8和轉向感測器9再與控制電路4電性連接，藉由轉速感測裝置8的和轉向感測器9設置，以偵測電動機2的轉速和轉向。

請同時參考圖2及圖3，其中，圖2係表示本發明自動切換於驅動模式與發電模式的流程圖，圖3係表示本發明控制電路提供的漸增式發電值的曲線圖。本發明電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車1自動切換於驅動模式與發電模式之步驟表述如下：步驟S11：驅動電路6處於一驅動模式；步驟S12：控制電路4偵測加速裝置5的狀態；步驟S13：控制電路4判斷加速裝置5的命令是否為零(即電動機2是否為動力輸出狀態)；若加速裝置5的命令不為零(即電動機2為動力輸出狀態)，則回到步驟S12，控制電路4繼續偵測；步驟S14：若加速裝置5的命令為零時(即電動機2無動力輸出)，則轉速感測裝置8將電動機2的轉速值訊號傳送到控制電路4記錄為一自然轉速；步驟S15：轉速感測裝置8繼續偵測電動機2的一實際轉速，該實際轉速是指電動機2不再是動力運轉下，該電動機被行駛轉動的車輪帶動運轉的轉速；該實際轉速訊號並傳送至控制電路4；步驟S16：控制電路4判斷實際轉速是否大於自然轉速；步驟S17：若實際轉速呈降低現象而小於自然轉速，則回到步驟S12；步驟S18：若實際轉速呈增加現象而大於自然轉速時，則控制電路4控制驅動電路6進入發電模式，並使驅動電路6讓電動機2產生漸增式的發電(如圖3所示)；步驟S19：控制電路4偵測一解除發電模式之條件，符合者，即控制驅動電路6解除發電模式並回到步驟S12。

其中，解除發電模式之條件包括實際轉速低於自然轉速、加速裝置被作動而形成未歸零等。另，本發明經測試，在無段變速的傳動系統下該自然轉速變化為實際轉速時，或因元件間的傳動因素，該實際轉速可能會變化為一較低的轉速，因此前述實際轉速大於或小於自然轉速的比值，即需要以增、減或以百分率計速等一些數值處理，對自然轉速或實際轉速作數值上的調整(例如將自然轉速處理成80%的數值或將實際轉速增為120%的數值)，然後再將自然轉速與實際轉速作邏輯上的比對或應用。當然如果是電動機與車輪間為機械剛性連動(如輪殼式馬達)即有1：1的比值。

因此，藉由上述步驟，可以無須如習知技術必須手動切換開關，即可自動切換到發電模式(如當在下坡行駛時)，且因為有漸增式的發電，故可避免行車時遇到阻抗突然產生大變化而造成的行車不順及騎乘的不舒適感。請參考圖6，係表示本發明於發電模式下的PWM示意圖，用以說明透過PWM開關控制，可以控制發電開關ON的時間漸增而有漸增的發電值。當然，此種發電值的控制可以增或減的調變，而有高轉速下的小電量發電，以因應發電回充時蓄電池對充電電流、充電電壓等限制的相關要求。

本發明的其他輸入/輸出裝置10可以是一剎車迴路，藉剎車信號切換成發電模式，有電動機剎車(即類似引擎剎車)的剎車輔助力下也一併形成發電作用。該剎車迴路具一剎車開關，剎車開關可以是手剎車裝置內的連動開關，當作動手剎車時剎車開關被開啟，該剎車迴路即產生一剎車訊號，使控制電路4得以控制驅動電路6將電動機2切換成發電模式。唯，這種藉剎車訊號切換成發電模式的前題是速度裝置5的命令為零的條件下才會進行切換，因此，本發明的剎車切換，必然在速度裝置5為零的命令和剎車訊號二訊號併存下，才會切換成發電模式，該發電亦以漸增式的發電進行。

請參考圖4，係表示本發明驅動模式優先於發電模式的流程圖，此驅動模式必須優先於發電模式的步驟表述如下：步驟S21：驅動電路6處於發電模式；步驟S22：控制電路4偵測加速裝置5的狀態；步驟S23：控制電路4判斷加速度裝置5的命令是否為零；步驟S24：若加速裝置5的命令為零者，則維持發電模式，並回到步驟S22；步驟S25：若加速裝置5的命令不為零者，則控制電路4自動地控制驅動電路6進入驅動模式。

因此，藉由上述驅動模式必須優先於發電模式的步驟，可以達到操控需求，例如在斜坡起步時需剎車、加速同時操作下為驅動模式而非發電模式。

請參考圖5，係表示本發明於一牽車模式的流程圖。車輛被牽動時，車輪的轉動會帶動電動機形成被動轉動，該帶動或因傳動系統間機構的磨擦阻力，或因電動機本身產生的頓轉轉矩(Cogging torque)等阻力，造成車輛牽行不易且費力，而牽車情形或有要牽離擁擠空間、無法騎乘的牽行等(如弱電或其他機構因素)，因此本發明設計一牽引模式，可提供些微的動力輔助，而牽引模式的步驟表述如下：步驟S301：控制電路4被啟動；步驟S302：控制電路4偵測加速裝置5的命令是否為零。

步驟S303：加速裝置5的命令不為零則回到步驟S302步驟S312：控制電路4偵測加速裝置5的命令為零狀態下，且轉速感測裝置8和轉向感測器9偵測電動機2的實際轉速和轉向，並傳送到控制電路4。其中，實際轉速即是電動機2被車輪帶動轉動的轉速；步驟S313：控制電路4判斷加速裝置5的命令是否為零，及判斷電動機2的實際轉速是否為零；若加速裝置5的命令不為零則回到步驟S302；若加速裝置5的命令為零，但電動機2的實際轉速不為零者，則回到步驟S312；若加速裝置5的命令為零，且電動機2的實際轉速為零者則到步驟S314；步驟S314：轉速感測裝置8和轉向感測器9偵測電動機2的實際轉速及轉向，並傳送至控制電路4；步驟S315：控制電路4判斷實際轉速是否大於或等於一預定低轉速範圍的最小值；若實際轉速小於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S314；步驟S316：若實際轉速大於或等於預定低轉速範圍的最小值者，控制電路4控制驅動電路6進入牽引模式，讓電動機2以一預定輔助輸出力量轉動車輪7，且輔助力量方向為前次偵測到的轉向(可為步驟S314或步驟S320偵測到的轉向)；步驟S317：轉速感測裝置8偵測電動機2的實際轉速，以及偵測加速裝置5的命令是否為零，並傳送至控制電路4；步驟S318：控制電路4判斷實際轉速是否在一預定的低轉速範圍內，以及判斷加速裝置5的命令是否為零；若加速裝置5的命令不為零則回到步驟S302；步驟S319：若加速裝置5的命令為零且實際轉速係在預定低轉速範圍內者，則維持原操作(即處於牽引模式並提供輔助動力)，並回到步驟S317；步驟S320：若加速裝置5的命令為零且實際轉速小於預定低轉速範圍者，則取消牽引輔助動力，但維持牽引模式的轉速和轉向偵測並傳送到控制電路4；步驟S330：控制電路4判斷實際轉速是否在一預定的低轉速範圍內，以及判斷加速裝置5的命令是否為零；若加速裝置5的命令不為零則回到步驟S302；若實際轉速大於0但小於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S320，若實際轉速大於或等於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S316，此時輔助力量方向為前次步驟S320偵測到轉向；步驟S321：若加速裝置5的命令為零且實際轉速大於預定低轉速範圍者，則維持牽引模式，但停止提供輔助動力；步驟S322：轉速感測裝置8和轉向感測器9偵測電動機2的實際轉速和轉向以及加速裝置5的命令是否為零，並傳送至控制電路4；步驟S323：控制電路4判斷實際轉速是否大於預定低轉速範圍的最大值，以及加速裝置5的命令是否為零；若實際轉速大於預定低轉速範圍的最大值者，則回到步驟S321；若加速裝置5的命令不為零時則回到步驟S302；步驟S324：若實際轉速小於或等於預定低轉速範圍的最大值者，則維持牽引模式並恢復輔助動力，再回到步驟S317。

其中，較佳者，用於無段變速系統的預定低轉速範圍可設定在250RPM到1500RPM之間，但並不以此為限，係可依需求設定，以及驅動車輪轉動的輔助動力亦可依需求設定。另，前述判斷電動機2的實際轉速是否為零的判斷方式為最佳，但也可以採用零至小於該預定低轉速範圍最小值間的任一轉速或該區間轉速作為判斷值，或將零、任一轉速、區間轉速等放棄判斷，也無礙牽引模式的實施，但可能會增加一些不必要的輔助動力輸出，因而造成電力浪費。前述實際轉速小於或大於預定低轉速範圍者，有維持牽引模式但停止提供輔助動力的判斷，此判斷也可以採用取消牽引模式的方式取代，也無礙牽引模式的實施。

因此，藉由上述電動機2與車輪7間可互為傳動控制，而有驅動模式、發電模式間的切換，並以驅動模式優先於發電模式的控制，於發電模式時為漸增式的發電，可避免行車不順、騎乘不舒適等，以及，一可產生剎車信號的剎車迴路，在一定條件下的剎車可切換為發電模式，有電動機剎車(即類似引擎剎車)的剎車輔助力也一併形成發電作用；另，牽引模式下所提供可驅動車輪轉動的輔助動力，使車輛前進或後退的牽行，輕力即可達成而易於牽車操作。

綜上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1．．．電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車

2．．．電動機

3．．．啟動開關

4．．．控制電路

5．．．加速裝置

6．．．驅動電路

7．．．車輪

8．．．轉速感測裝置

9．．．轉向感測器

10．．．其他輸入/輸出裝置

圖1　表示本發明一實施例的結構示意圖；

圖2　係表示本發明自動切換於驅動模式與發電模式的流程圖；

圖3　係表示本發明控制電路提供的漸增式發電值的曲線示意圖；

圖4　係表示本發明驅動模式優先於發電模式的流程圖；

圖5　係表示本發明於一牽引模式的流程圖；

圖6　係表示本發明於發電模式下的PWM與習知的發電PWM的比較圖；

1．．．電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車

2．．．電動機

3．．．啟動開關

4．．．控制電路

5．．．加速裝置

6．．．驅動電路

7．．．車輪

8．．．轉速感測裝置

9．．．轉向感測器

10．．．其他輸入/輸出裝置

Claims (8)

1. 一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，該電動機車係至少包括一電動機、一啟動開關、一加速裝置、一控制電路、一驅動電路及車輪；該電動機、啟動開關、加速裝置和驅動電路與控制電路電性連接，控制電路係可依據電性連接間作動的訊號去控制驅動電路以驅動該電動機，其特徵在於：該電動機為可驅動車輪轉動的驅動模式，以及轉動的車輪可帶動電動機被動的轉動，該電動機電性連接一轉速感測裝置，該轉速感測裝置與該控制電路電性性接，該控制電路依據該轉速感測裝置先記錄一自然轉速值，該轉速感測裝置再偵測該電動機被車輪帶動的一實際轉速值，再依據加速裝置的命令是否為零、以及該實際轉速值是否大於該自然轉速值為判斷條件，該控制電路控制驅動電路以驅動該電動機在驅動模式、發電模式間切換；該加速裝置的命令不為零，該控制電路自動地控制該驅動電路進入驅動模式，達到該驅動模式優先於該發電模式之目的；該加速裝置在命令為零的條件下，當該實際轉速值大於該自然轉速值且呈持續增加現象者，該控制電路即控制該驅動電路讓電動機進入該發電模式。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，該發電模式係提供一種發電開關ON的時間漸增而有漸增式及可調變的發電。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，其中，該實際轉速值大於自然轉速值的比值，係經增、減或以百分率調整後的計速值。
4. 一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，該電動機車係至少包括一電動機、一啟動開關、一加速裝置、一控制電路、一驅動電路及車輪；該電動機、啟動開關、加速裝置和驅動電路與控制電路電性連接，控制電路係可依據電性連接間作動的訊號去控制驅動電路以驅動該電動機，其特徵在於：該電動機為可驅動車輪轉動的驅動模式，以及轉動的車輪可帶動電動機被動的轉動，控制電路接受該轉動訊號以控制驅動電路使電動機形成發電模式，依據加速裝置的命令是否為零，該控制電路控制驅動電路以驅動該電動機在驅動模式、發電模式間切換；其中，該加速裝置的命令不為零，該控制電路自動地控制該驅動電路進入驅動模式，達到該驅動模式優先於該發電模式之目的；一與剎車裝置連動的剎車迴路與控制電路電性連接，可在作動剎車時產生一剎車訊號，該訊號係在加速裝置命令為零的條件下，該控制電路即控制該驅動電路讓電動機進入發電模式。
5. 依據申請專利範圍第4項所述之電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，該發電模式係提供一種發電開關ON的時間漸增而有漸增式及可調變的發電。
6. 一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，該電動機車係至少包括一電動機、一啟動開關、一加速裝置、一控制電路、一驅動電路及車輪；該電動機、啟動開關、加速裝置和驅動電路與控制電路電性連接，控制電路係可依據電性連接間作動的訊號去控制驅動電路以驅動該電動機，以及電動機與轉速和轉向感測裝置連接，其特徵在於：該轉速和轉向感測裝置係與該控制電路電性性接，當該加速裝置的命令為零，該電動機被車輪傳動而轉動的一實際轉速在一預定低轉速範圍內，則該控制電路係自動地控制該驅動電路讓電動機進入一牽引模式，以提供輔助動力使車輛前進或後退而易於牽行。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，其中，該實際轉速小於或大於該預定低轉速範圍者則取消牽引模式。
8. 一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，該電動機車係至少包括一電動機、一啟動開關、一加速裝置、一控制電路、一驅動電路及車輪；該電動機、啟動開關、加速裝置和驅動電路與控制電路電性連接，控制電路係可依據電性連接間作動的訊號控制驅動電路以驅動該電動機，其特徵在於：該電動機為可驅動車輪轉動的驅動模式，轉動的車輪可帶動電動機被動的轉動，控制電路接受該轉動訊號以控制驅動電路使電動機形成發電模式，依據加速裝置的命令是否為零，該 控制電路控制驅動電路以驅動該電動機在驅動模式、發電模式間切換，其中，該發電模式係提供一種發電開關ON的時間漸增而有漸增式及可調變的發電。