TWI393653B - 電動車傳動系統 - Google Patents

Description

電動車傳動系統

本發明係有關一種電動車傳動系統，特別是指一種雙動力輸入之電動車傳動系統，其兼具高傳動效率且換檔平順、提升能源使用效率、回收煞車能量及可靠度高等優點及功效。

目前輕型汽油引擎汽、機車傳動系統分為有段變速與無段變速兩大類。機車變速器大部分為橡膠皮帶式無段變速系統(無段變速系統，Continuous Variable Transmission，簡稱CVT)及齒輪式有段變速器兩種，汽車有段變速以齒輪式為主，無段變速則為金屬皮帶式。

橡膠皮帶式無段變速系統變速滑順，無遲滯現象，但效率不佳；金屬皮帶式則需要配合油壓系統，成本較高；而齒輪式有段變速器具有較高之傳動效率，缺點為動力匹配性及操作性比無段變速系統差。

現有市售電動機車的傳動系統共有三類，包括：皮帶式一段減速、齒輪式兩段變速及傳統汽油引擎速克達機車的無段變速系統(CVT)。其中皮帶式一段減速系統無法兼顧機車在起步的高扭矩及高極速的速度比需求，也就是說，一段減速必然無法與馬達有良好的匹配，使馬達無法在各種路況下皆運作於高效率區；齒輪式兩段變速器比一段減速系統具有較好與馬達的匹配的自由度，缺點為有段變速使操控及舒適性較差；橡膠皮帶式無段變速系統變速滑順，無遲滯現象，與馬達的匹配容易，但傳動效率很低，並不適合電動機車使用。

另一種作法乃將馬達直接安裝於輪轂上，一方面可減少傳動件重量及傳動效率損失，另一方面可節省空間，供電池擺放；其缺電是馬達承受較大的振動衝擊力，懸吊系統與剎車系統亦須重新佈置設計，而且輪轂馬達亦僅用齒輪式一段減速傳動，在這樣的情況下，仍然無法使馬達在各種路況下運作於高 效率區。

另外，車輛在市區交通繁忙路段行駛時，約有1/3的能量消耗於煞車散熱上，形成能源的浪費。

因此，有必要研發新產品，以解決上述缺點及問題。

本發明之目的在於提供具有一種電動車傳動系統，其兼具高傳動效率且換檔平順、提升能源使用效率、回收煞車能量及可靠度高等優點及功效，用以解決習知技術無法兼具高傳動效率且換檔平順及能源浪費等問題。

本發明解決上述問題之技術手段係提供一種電動車傳動系統，其包括：一第一動力部，用以產生一第一動力；一第二動力部，用以產生一第二動力；一行星齒輪機構，其係具有一第一輸入部、一第二輸入部及一輸出部，該第一輸入部及該第二輸入部係分別用以承接該第一動力與該第二動力，而該輸出部係用以帶動一車輪連動機構；一控制器，用以控制該第一動力部及該第二動力部之作動；其中，該行星齒輪機構係由一第一連動組及一第二連動組組成，該第一動力部係具有一第一軸部，該第二動力部係具有一第二軸部，而該輸出部係具有N個桿部及一輸出端，該輸出端係用以連動該車輪連動機構；該第一連動組係具有一第一齒輪、一環齒輪組及N個行星齒輪，該第一輸入部係設於該第一齒輪上；該第一齒輪係具有一第一嚙合部，該環齒輪組係具有一外囓合部、一內嚙合部及一貫穿孔，而每一行星齒輪係具有一行星齒輪樞接部及一行星齒輪嚙合部；該第一軸部係連接該第一輸入部，該第一嚙合部係與該外嚙合部嚙合，該內嚙合部係與該行星齒輪嚙合部嚙合，而該輸出部之桿部係樞接於該行星齒輪樞接部； 該第二連動組係具有一第二齒輪、一連動齒輪、一連動桿及一太陽齒輪，該第二輸入部係設於該第二齒輪上；該第二齒輪係具有一第二嚙合部，該連動齒輪係具有一連動齒輪嚙合部及一連動齒輪連接部，而該太陽齒輪係具有一太陽齒輪連接部及一太陽齒輪嚙合部；該第二軸部係連接該第二輸入部，該第二嚙合部係與該連動齒輪嚙合部嚙合，該連動桿係樞設於該貫穿孔，且該連動桿之兩端係分別連接該連動齒輪連接部及該太陽齒輪連接部，而該太陽齒輪嚙合部係與每一行星齒輪之行星齒輪嚙合部嚙合；藉此，利用該控制器控制該第一動力部及該第二動力部帶動該行星齒輪機構，使該輸出部輸出一第三動力而帶動該車輪連動機構。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

請參閱第一、第二及第三圖，本發明係為一種電動車傳動系統，其包括：一第一動力部10，用以產生一第一動力；一第二動力部20，用以產生一第二動力；該第一動力部10及該第二動力部20係為馬達/發電機；一行星齒輪機構30，其係具有一第一輸入部311A、一第二輸入部321A及一輸出部33，該第一輸入部311A及該第二輸入部321A係分別用以承接該第一動力與該第二動力，而該輸出部33係用以帶動一車輪連動機構70(請參閱第四及第五圖)；一控制器40，用以控制該第一動力部10及該第二動力部20之作動；藉此，利用該控制器40控制該第一動力部10及該第二動力部20帶動該行星齒輪機構30，使該輸出部33輸出一第三 動力而帶動該車輪連動機構70。

第一、第二及第三圖係為本發明之行星齒輪機構第一實施例，其中，該行星齒輪機構30係具有一第一連動組31及一第二連動組32；該第一動力部10係具有一第一軸部11，該第二動力部20係具有一第二軸部21，而該輸出部33係具有N個桿部331及一輸出端332，該輸出端332係用以連動該車輪連動機構70；該第一連動組31係具有一第一齒輪311、一環齒輪組312及N個行星齒輪313，該第一輸入部311A係設於該第一齒輪311上；該第一齒輪311係具有一第一嚙合部311B，該環齒輪組312係具有一外囓合部312A、一內嚙合部312B及一貫穿孔312C，而每一行星齒輪313係具有一行星齒輪樞接部313A及一行星齒輪嚙合部313B；該第一軸部11係連接該第一輸入部311A，該第一嚙合部311B係與該外嚙合部312A嚙合，該內嚙合部312B係與該行星齒輪嚙合部313B嚙合，而該輸出部33之桿部331係樞接於該行星齒輪樞接部313A；該第二連動組32係具有一第二齒輪321、一連動齒輪322、一連動桿323及一太陽齒輪324，該第二輸入部321A係設於該第二齒輪321上；該第二齒輪321係具有一第二嚙合部321B，該連動齒輪322係具有一連動齒輪嚙合部322A及一連動齒輪連接部322B，而該太陽齒輪324係具有一太陽齒輪連接部324A及一太陽齒輪嚙合部324B；該第二軸部21係連接該第二輸入部321A，該第二嚙合部321B係與該連動齒輪嚙合部322A嚙合，該連動桿323係樞設於該貫穿孔312C，且該連動桿323之兩端係分別連接該連動齒輪連接部322B及該太陽齒輪連接部324A，而該太陽齒輪嚙合部324B係與每一行星齒輪313之行星齒輪嚙合部313B嚙合。

關於該輸出部33與該車輪連動機構70之連動關係，係可依傳動之需求而設計成不同方式之連動，本發明係列舉下列三種方式作為說明：

[a]齒輪傳動。該車輪連動機構70係具有一輸入齒輪及一傳動齒輪，而該輸出部33係連接輸入齒輪，用以帶動該傳動齒輪而使車輪轉動。

[b]皮帶傳動鏈輪。該車輪連動機構70係具有一輸入鏈輪及一傳動鏈輪，而該輸出部33係連接該輸入鏈輪，該輸入鏈輪係利用一傳動皮帶來帶動該傳動鏈輪，進而達到車輪轉動。

[c]鏈條傳動鏈輪。該車輪連動機構70係具有一輸入鏈輪及一傳動鏈輪，而該輸出部33係連接該輸入鏈輪，該輸入鏈輪係利用一傳動鏈條來帶動該傳動鏈輪，進而達到車輪轉動。

本發明係用一般之電動車或電動機車上，當然，在電動車之車輪傳動機構70上，係又設有一差速器，差速器係為一般技術之應用，在此不做詳述。如第四圖所示，其係本發明應用於一電動機車之實施例，其中，該車輪傳動機構70係包括一輸入鏈輪71、一傳動鏈輪72及一鏈條73，該輸出部33係連接該輸入鏈輪71，並利用該鏈條73連動該傳動鏈輪72，進而傳動車輪；如第五圖所示，其係本發明應用於一電動汽車之實施例，其中，該車輪傳動機構70係包括一輸入齒輪74、傳動齒輪75及一差速器76，該輸出部33係連接該輸入齒輪74，藉此帶動該傳動齒輪75，再透過該差速器76，達到兩車輪之傳動。

更詳細的說，在本發明之設計上，當電動車(或電動機車)在行駛時，該控制器40係可因應各種行駛狀況，控制該第一動力部10及該第二動力部20之作動模式改變，將該第一動力部10之輸出功率(即第一動力之輸出)控制在一預定之最佳效率區。

本發明係以電動車之三種行駛狀況進行說明：

[A]正常行駛模式：當電動車運轉之負載高於第一動力部10在最佳效率區之輸出功率時，該控制器40係以固定扭力及轉速將該第一動力部10之輸出功率控制於最佳效率區，並將 該第二動力部20控制於適當之扭力及速度(即該第二動力之控制)，形成電子式無段變速系統，使電動車以設定之加速曲線行進。

如第六A圖所示，假設該行星齒輪313之數量係為兩個，且分別位於該環齒輪組312上之第一位置P1及一第二位置P2上；如第六B圖所示，該環齒輪組312因該第一動力部10之正轉驅動而逆時鐘轉動一第一預定角度θ 1，而該太陽齒輪324也因該第二動力部20之正轉驅動而逆時鐘轉動，進而連動兩行星齒輪313沿該內嚙合部312B逆時鐘移動而移至一第三位置P3及一第四位置P4(於該內嚙合部312B上移動一第二預第角度θ 2)，使該輸出部33轉動一第三預定角度θ 3；由此可知，在一般負載或較高負載時，本發明係利用該第一動力部10及第二動力部20之雙動力輸出，使該輸出部33在該環齒輪組312與該太陽齒輪324之雙重帶動下輸出該第三動力。

[B]高速輕載行駛模式一：當電動車運轉之負載低於該第一動力部10之最佳效率區輸出功率時，該控制器40將控制該第二動力部20停止運轉(以煞車鎖定)，此時該第一動力部10將單獨以固定減速比帶動該輸出部33運轉。

更詳細的說，該第二動力部20鎖定時，該太陽齒輪324亦為鎖定狀態，當該環齒輪組312轉動時，係帶動該行星齒輪313係環繞該太陽齒輪324移動，達到減速效果(依齒數設計而形成不同之減速比)，因此，在負載較低時，該第一動力部10可維持最佳效率區之輸出功率，再利用該行星齒輪機構30之減速來達到該輸出部33所需之輸出。

[C]高速輕載行駛模式二：當電動車運轉之負載過低(緩下坡)使該第一動力部10之運轉效率明顯下降，此時該第二動力部20係以發電機方式運轉(即反向驅動)，並將所發出之電能直接傳至該第一動力部10，而該第一動力部10之輸出功率仍可控制於最佳效率區。

如第七A圖所示，假設該行星齒輪313之數量係為兩個， 且分別位於該環齒輪組312上之第一位置P1及一第二位置P2上；如第七B圖所示，該環齒輪組312因該第一動力部10之正轉驅動而逆時鐘轉動一第四預定角度θ 4，而該太陽齒輪324也因該第二動力部20之反轉驅動而順時鐘轉動，進而連動兩行星齒輪313沿該內嚙合部312B進行順時鐘之移動而移至一第五位置P5及一第六位置P6(於該內嚙合部312B上移動一第五預第角度θ 5)，使該輸出部33轉動一第六預定角度θ 6。由此可知，在負載過低時，本發明仍可將該第一動力部10控制最佳效率區之輸出功率，再利用第二動力部20之反向輸出，達到該輸出部33所需之輸出，且該第二動力部20之反向輸出，係可達到發電之效果。

另外，在車輛煞車時，車輛之運動能量經由該車輪連動機構70及該行星齒輪機構30，使該第一動力部10及該第二動力部20反轉驅動，轉成電能回充至電瓶。

如第八圖所示，其係為本發明之第二實施例，其中，該行星齒輪機構30係具有一環齒輪35、N個行星齒輪313及一太陽齒輪324，該輸出部33係具有N個桿部331及一輸出端332；該行星齒輪313係分別嚙合該太陽齒輪324及該環齒輪35，該桿部331係樞接於該行星齒輪313，而該輸出端332係用以連動該車輪連動機構70；本實施例中，該第一動力部10係連接該環齒輪35，而該第二動力部20係連接該太陽齒輪324，藉由兩動力偶合傳至該輸出部33，進而帶動一車輪連動機構70(此實施例之該輸出端332係連接一輸入鏈輪71，並利用一鏈條73連動一傳動鏈輪72，進而傳動車輪)。

綜上所述，本發明之優點及功效可歸納為：

[1]高傳動效率且換檔平順。齒輪式有段變速器雖具有較高之傳動效率，但動力匹配性及操作性較差，而橡膠皮帶式無段變速系統變速滑順，無遲滯現象，與馬達的匹配容易，但傳動效率很低；本發明係利用兩個電動馬達/發電機搭配一行星齒輪機構30，藉由該控制器40的控制形成高效率的電子無段 變速系統，同時具有齒輪的高傳動效率及無段變速之平順換檔特性。

[2]提升能源使用效率。本發明充分運用齒輪的高傳動效率及無段變速的平順換檔特性，可使馬達經常運轉於堆佳操作範圍(即第一動力部10輸出功率維持於最佳效率區)，以提升能源使用效率。

[3]回收煞車能量。一般車輛在市區交通繁忙路段行駛時，約有1/3的能量消耗於煞車散熱上，形成能源的浪費；而本發明係可回收煞車能量，轉為電能回充，使電動車之續航能力大為提升。

[4]可靠度高。本發明係由齒輪系所組成，但不需一般齒輪式有段變速器之離合器與制動帶，在結構上較為簡單且可靠度高。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出發明專利申請。

10‧‧‧第一動力部

11‧‧‧第一軸部

20‧‧‧第二動力部

21‧‧‧第二軸部

30‧‧‧行星齒輪機構

31‧‧‧第一連動組

311‧‧‧第一齒輪

312‧‧‧環齒輪組

313‧‧‧行星齒輪

311A‧‧‧第一輸入部

311B‧‧‧第一嚙合部

312A‧‧‧外嚙合部

312B‧‧‧內嚙合部

312C‧‧‧貫穿孔

313A‧‧‧行星齒輪樞接部

313B‧‧‧行星齒輪嚙合部

32‧‧‧第二連動組

321‧‧‧第二齒輪

322‧‧‧連動齒輪

323‧‧‧連動桿

324‧‧‧太陽齒輪

321A‧‧‧第二輸入部

321B‧‧‧第二嚙合部

322A‧‧‧連動齒輪嚙合部

322B‧‧‧連動齒輪連接部

324A‧‧‧太陽齒輪連接部

324B‧‧‧太陽齒輪嚙合部

33‧‧‧輸出部

331‧‧‧桿部

332‧‧‧輸出端

35‧‧‧環齒輪

40‧‧‧控制器

70‧‧‧車輪連動機構

71‧‧‧輸入鏈輪

72‧‧‧傳動鏈輪

73‧‧‧鏈條

74‧‧‧輸入齒輪

75‧‧‧傳動齒輪

76‧‧‧差速器

P1‧‧‧第一位置

P2‧‧‧第二位置

P3‧‧‧第三位置

P4‧‧‧第四位置

P5‧‧‧第五位置

P6‧‧‧第六位置

θ 1‧‧‧第一預定角度

θ 2‧‧‧第二預定角度

θ 3‧‧‧第三預定角度

θ 4‧‧‧第四預定角度

θ 5‧‧‧第五預定角度

θ 6‧‧‧第六預定角度

第一圖係本發明之電動車傳動系統之分解示意圖

第二圖係本發明之行星齒輪機構之示意圖

第三圖係本發明之之第一實施例之示意圖

第四圖係本發明應用於電動機車之示意圖

第五圖係本發明應用於電動汽車之示意圖

第六A圖係雙動力同向驅動之動作一示意圖

第六B圖係雙動力同向驅動之動作二示意圖

第七A圖係雙動力反向驅動之動作一示意圖

第七B圖係雙動力反向驅動之動作二示意圖

第八圖係本發明之第二實施例之示意圖

10‧‧‧第一動力部

11‧‧‧第一軸部

20‧‧‧第二動力部

21‧‧‧第二軸部

31‧‧‧第一連動組

311‧‧‧第一齒輪

312‧‧‧環齒輪組

313‧‧‧行星齒輪

311A‧‧‧第一輸入部

311B‧‧‧第一嚙合部

312A‧‧‧外嚙合部

312B‧‧‧內嚙合部

312C‧‧‧貫穿孔

313A‧‧‧行星齒輪樞接部

313B‧‧‧行星齒輪嚙合部

32‧‧‧第二連動組

321‧‧‧第二齒輪

322‧‧‧連動齒輪

323‧‧‧連動桿

324‧‧‧太陽齒輪

321A‧‧‧第二輸入部

321B‧‧‧第二嚙合部

322A‧‧‧連動齒輪嚙合部

322B‧‧‧連動齒輪連接部

324A‧‧‧太陽齒輪連接部

324B‧‧‧太陽齒輪嚙合部

33‧‧‧輸出部

331‧‧‧桿部

332‧‧‧輸出端

40‧‧‧控制器

Claims (1)

1. 一種電動車傳動系統，其包括：一第一動力部，用以產生一第一動力；一第二動力部，用以產生一第二動力；一行星齒輪機構，其係具有一第一輸入部、一第二輸入部及一輸出部，該第一輸入部及該第二輸入部係分別用以承接該第一動力與該第二動力，而該輸出部係用以帶動一車輪連動機構；一控制器，用以控制該第一動力部及該第二動力部之作動；其中，該行星齒輪機構係由一第一連動組及一第二連動組組成，該第一動力部係具有一第一軸部，該第二動力部係具有一第二軸部，而該輸出部係具有N個桿部及一輸出端，該輸出端係用以連動該車輪連動機構；該第一連動組係具有一第一齒輪、一環齒輪組及N個行星齒輪，該第一輸入部係設於該第一齒輪上；該第一齒輪係具有一第一嚙合部，該環齒輪組係具有一外囓合部、一內嚙合部及一貫穿孔，而每一行星齒輪係具有一行星齒輪樞接部及一行星齒輪嚙合部；該第一軸部係連接該第一輸入部，該第一嚙合部係與該外嚙合部嚙合，該內嚙合部係與該行星齒輪嚙合部嚙合，而該輸出部之桿部係樞接於該行星齒輪樞接部； 該第二連動組係具有一第二齒輪、一連動齒輪、一連動桿及一太陽齒輪，該第二輸入部係設於該第二齒輪上；該第二齒輪係具有一第二嚙合部，該連動齒輪係具有一連動齒輪嚙合部及一連動齒輪連接部，而該太陽齒輪係具有一太陽齒輪連接部及一太陽齒輪嚙合部；該第二軸部係連接該第二輸入部，該第二嚙合部係與該連動齒輪嚙合部嚙合，該連動桿係樞設於該貫穿孔，且該連動桿之兩端係分別連接該連動齒輪連接部及該太陽齒輪連接部，而該太陽齒輪嚙合部係與每一行星齒輪之行星齒輪嚙合部嚙合；藉此，利用該控制器控制該第一動力部及該第二動力部帶動該行星齒輪機構，使該輸出部輸出一第三動力而帶動該車輪連動機構。