TWI498236B - 動力輸出系統及其控制方法 - Google Patents

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Description

動力輸出系統及其控制方法
本提案係關於一種動力輸出系統及其控制方法，特別是具有多個旋轉動力源之動力輸出系統及其控制方法。
永磁馬達具有高效率的優點，因此普遍使用於電動車中。然而，為符合一般的永磁馬達並無法兼具電動車所需之高轉矩與高轉速之動力特性要求。
進一步來說，一般具有高轉矩之永磁馬達無法具有高轉速，而具有高轉速之永磁馬達則無法具有高轉矩。為了提高具有高轉矩特性的馬達系統之轉速，可於馬達系統內增加入變速箱，或者採用弱磁控制來控制馬達系統，或者藉由馬達系統內的一驅動器整合一升壓電路來達成。
然而，馬達系統加入變速箱會使得馬達系統的整體體積增加，而採用弱磁控制則會導致馬達系統的效率降低且有使磁鐵退磁之疑慮。另外，利用馬達驅動器整合升壓電路會導致成本大幅增加。
因此，如何提供一種兼具高轉矩與高轉速之馬達系統，並提升馬達的運轉效率，已是目前馬達系統發展的重要趨勢。
本提案在於提供一種動力輸出系統及其控制方法，藉以同時兼具高轉矩與高轉速之效能並提升運轉效率。
本提案所揭露之動力輸出系統，包含一第一旋轉動力源、一第二旋轉動力源及一離合器。第一旋轉動力源具有一第一最大扭力以及一第一最大轉速。第二旋轉動力源具有一第二最大扭力以及一第二最大轉速，第二最大扭力大於第一最大扭力，第二最大轉速小於第一最大轉速。第二旋轉動力源的輸出軸與第一旋轉動力源的輸出軸係位於同一軸線上。離合器介於第一旋轉動力源與第二旋轉動力源之間，離合器選擇性地令第一旋轉動力源的輸出軸與第二旋轉動力源的輸出軸相分離或相銜接。
本提案所揭露之動力輸出系統的控制方法，其步驟包含，提供一動力輸出系統。動力輸出系統包含一第一旋轉動力源、一第二旋轉動力源及一離合器。第二旋轉動力源的最大扭力大於第一旋轉動力源的最大扭力，第二旋轉動力源的最大轉速小於第一旋轉動力源的最大轉速。接著，設定一預設轉速，並判斷動力輸出系統所欲輸出的轉速是否大於預設轉速。若是，關閉離合器以令第一旋轉動力源與第二旋轉動力源相分離，並令第二旋轉動力源停止輸出。若否，開啟離合器以令第一旋轉動力源與第二旋轉動力源同軸相接而同步輸出。
根據上述本提案所揭露之動力輸出系統及其控制方法，係藉由相異馬達特性之第一旋轉動力源與第二旋轉動力源之 同軸設置，並使離合器可選擇性地令第一旋轉動力源的輸出軸與第二旋轉動力源的輸出軸相分離或相銜接。藉此，使第一旋轉動力源與第二旋轉動力源可堆疊共轉而使動力輸出系統具有較大的系統馬達扭力。如此，使得本實施例之動力輸出系統可兼具高轉矩與高轉速之效能，且可降低體積與成本並提升運轉效率。
有關本提案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作最佳實施例詳細說明如下。
10‧‧‧動力輸出系統
11‧‧‧第一旋轉動力源
111‧‧‧輸出軸
12‧‧‧第二旋轉動力源
121‧‧‧輸出軸
13‧‧‧離合器
14‧‧‧殼體
15‧‧‧控制器
16‧‧‧供電模組
20‧‧‧驅動輪
第1圖係為根據本提案一實施例之動力輸出系統的結構配置圖。
第2A圖係為根據第1圖之單一第一旋轉動力源的轉速扭力關係圖。
第2B圖係為根據第1圖之單一第二旋轉動力源的轉速扭力關係圖。
第2C圖係為根據第1圖之動力輸出系統的整體轉速扭力關係圖。
第3圖及第4圖係為根據本提案一實施例之動力輸出系統的控制方法流程圖。
請參照第1圖至第2C圖，第1圖係為根據本提案一實施例之動力輸出系統的結構配置圖，第2A圖係為根據第1圖 之單一第一旋轉動力源的轉速扭力關係圖，第2B圖係為根據第1圖之單一第二旋轉動力源的轉速扭力關係圖，第2C圖係為根據第1圖之動力輸出系統的整體轉速扭力關係圖。
本實施例之動力輸出系統10，係可運用於電動車之輪內馬達系統，但不以此為限。
動力輸出系統10包含一第一旋轉動力源11、一第二旋轉動力源12及一離合器13。
第一旋轉動力源11的馬達特性例如第2A圖所示，第一旋轉動力源11的轉速於0-400rpm時具有一第一最大扭力為20Nm，且第一旋轉動力源11具有一第一最大轉速為650rpm。
第二旋轉動力源12的馬達特性例如第2B圖所示，第二旋轉動力源12的轉速於0-100rpm時具有一第二最大扭力為80Nm，且第二旋轉動力源12具有一第二最大轉速為300rpm。
詳細來說，第二最大扭力(80Nm)大於第一最大扭力(20Nm)，而第二最大轉速(300rpm)小於第一最大轉速(650rpm)。換句話說，第二旋轉動力源12的最大扭力大於第一旋轉動力源11的最大扭力，第二旋轉動力源12的最大轉速小於第一旋轉動力源11的最大轉速。因此，可將第一旋轉動力源11視為一高轉速低扭力馬達，而將第二旋轉動力源12視為一低轉速高扭力馬達。
並且，第二旋轉動力源12的輸出軸121與第一旋轉動力源11的輸出軸111係位於同一軸線上。
離合器13可以是但不限於電控離合器13。離合器 13介於第一旋轉動力源11與第二旋轉動力源12之間，離合器13可選擇性地令第一旋轉動力源11的輸出軸111與第二旋轉動力源12的輸出軸121相分離或相銜接。並且由於第二旋轉動力源12的輸出軸121與第一旋轉動力源11的輸出軸111位於同一軸線上，因此輸出軸121與輸出軸111相銜接時，可減少動能於傳遞時的損耗。
此外，動力輸出系統10更包含一殼體14，第一旋轉動力源11、第二旋轉動力源12及離合器13位於殼體14內。亦即，第一旋轉動力源11、第二旋轉動力源12及離合器13係為一體化的模組設計。
並且，動力輸出系統10更可包含一控制器15及一供電模組16。控制器15電性連接第一旋轉動力源11、第二旋轉動力源12及離合器13，以控制第一旋轉動力源11、第二旋轉動力源12及離合器13的運作。供電模組16可以是但不限於一蓄電池。供電模組16電性連接第一旋轉動力源11、第二旋轉動力源12及離合器13，以提供第一旋轉動力源11、第二旋轉動力源12及離合器13運作時所需的電力。
此外，當動力輸出系統10運用於電動車時，第一旋轉動力源11的輸出軸111可連接有一驅動輪20，而驅動輪20即為電動車的車輪。
因此，藉由動力輸出系統10同時具有不同轉速及扭力性質的第一旋轉動力源11及第二旋轉動力源12之設計，當離 合器13開啟而令第一旋轉動力源11的輸出軸111與第二旋轉動力源12的輸出軸121相銜接而同步旋轉時，動力輸出系統10的整體馬達特性例可如第2C圖所示。詳細來說，動力輸出系統10的整體最大扭力可達到100Nm，而動力輸出系統10的整體最大轉速可維持650rpm。因此，本實施例之動力輸出系統10可兼具高轉矩與高轉速之效能並提升運轉效率。
請接著請參照第3圖及第4圖並同時搭配第1圖及第2C圖，第3圖及第4圖係為根據本提案一實施例之動力輸出系統的控制方法流程圖。
以下將介紹動力輸出系統10的控制方法，且係以動力輸出系統10運用於電動車之輪內馬達系統為例，但不以此為限。
首先如第3圖所示，提供上述的動力輸出系統10，並設定一預設轉速A。(S01)
上述的預設轉速A係依實際動力輸出系統10的運轉效率而定，且主要取決於第一旋轉動力源11與第二旋轉動力源12於何種轉速下進行銜接具有最佳的馬達效率。預設轉速需小於等於第二旋轉動力源12之最大轉速(300rpm)。而本實施例之預設轉速係以250rpm為例，但不以此為限。
接著，啟動動力輸出系統10。(S02)
接著，根據油門開度-轉速對照表而查表獲得動力輸出系統10所欲輸出的轉速，並判斷動力輸出系統10所欲輸出的 轉速是否大於預設轉速。(S03)
上述的油門開度係指當使用者踩壓一油門踏板時的幅度，而油門開度-轉速對照表係指每一油門開度所對應的轉速對照表。因此，透過油門開度-轉速對照表可獲得使用者在踩壓油門踏板於某一幅度時所對應的車輪轉速。並且，將所欲輸出的轉速(車輪轉速)與預設轉速A相比較來判別接下來的控制型態。
若所欲輸出的轉速(例如350rpm)大於預設轉速A(例如250rpm)，則關閉離合器13以令第一旋轉動力源11的輸出軸111與第二旋轉動力源12的輸出軸121相分離，並令第二旋轉動力源12停止輸出。(S04)
詳細來說，當欲輸出的轉速大於預設轉速，代表目前期望電動車為高轉速低扭力狀態。因第二旋轉動力源12為低轉速高扭力馬達，若第二旋轉動力源12於高轉速下運轉將較無法提供扭力之貢獻，因而造成運轉動力的浪費而降低動力輸出系統10的整體馬達效率。故當欲輸出的轉速大於預設轉速A時，則關閉離合器13而使第二旋轉動力源12與第一旋轉動力源11分離，並停止第二旋轉動力源12的輸出。藉此，使動力輸出系統10可維持較佳的整體馬達效率。
若所欲輸出的轉速(例如200rpm)小於等於預設轉速A(例如250rpm)，則開啟離合器13以令第一旋轉動力源11的輸出軸111與第二旋轉動力源12的輸出軸121同軸相接而同步輸出。(S05)
詳細來說，當欲輸出的轉速小於等於預設轉速A，代表目前期望電動車為高扭力低轉速狀態。故開啟離合器13以令第一旋轉動力源11的輸出軸111與第二旋轉動力源12的輸出軸121同軸銜接，以使第一旋轉動力源11與第二旋轉動力源12的輸出扭力得以疊加。藉此，使動力輸出系統10可具有較佳的整體馬達轉矩。
此外，如第4圖所示，步驟(S05)之令第一旋轉動力源11與第二旋轉動力源12同軸相接而同步輸出的控制方法更可包含以下步驟。
首先，令第一旋轉動力源11與第二旋轉動力源12同時運轉。(S051)
接著，判斷第二旋轉動力源12的轉速與第一旋轉動力源11的轉速之差值是否小於等於一緩衝值。(S052)
上述的緩衝值可以是但不限於第一旋轉動力源11之最大轉速的10%。以本實施例而言，緩衝值約為65rpm，但不以此為限。熟悉此項技藝者可根據實際情況而調整緩衝值之設定。
若第二旋轉動力源12的轉速與第一旋轉動力源11的轉速之差值小於等於上述的緩衝值，則開啟離合器13以令第一旋轉動力源11與第二旋轉動力源12同軸相接。(S053)
詳細來說，上述第二旋轉動力源12的轉速與第一旋轉動力源11的轉速之差值小於等於上述的緩衝值，代表第二旋轉動力源12的轉速與第一旋轉動力源11的轉速差為適當而不會過 大。此時將第二旋轉動力源12的輸出軸121與第一旋轉動力源11的輸出軸111銜接，將可維持動力輸出系統10的轉速穩定輸出，並可提升動力輸出系統10的運轉效率。
若第二旋轉動力源12的轉速與第一旋轉動力源11的轉速之差值是大於上述的緩衝值，則持續增加第二旋轉動力源12之轉速。(S054)
詳細來說，上述第二旋轉動力源12的轉速與第一旋轉動力源11的轉速之差值大於上述的緩衝值，代表第二旋轉動力源12的轉速與第一旋轉動力源11的轉速相差過大。若此時強制將第二旋轉動力源12的輸出軸121與第一旋轉動力源11的輸出軸111銜接，則可能會造成動力輸出系統10的轉速不穩定輸出，使得動力輸出系統10的運轉效率下降，甚至造成離合器13的損壞。因此，若第二旋轉動力源12的轉速與第一旋轉動力源11的轉速相差過大，則持續增加第二旋轉動力源12之轉速以逼近第一旋轉動力源11之轉速。
請繼續參照第3圖，於步驟(S04)之後，可判斷是否需結束動力輸出系統10之運作。(S06)
若是，則結束動力輸出系統10之運作。(S08)
若否，則回到步驟(S03)，以持續判斷動力輸出系統10所欲輸出的轉速是否大於預設轉速，以控制動力輸出系統10需繼續維持步驟(S04)之第一旋轉動力源11與第二旋轉動力源12相分離且第二旋轉動力源12停止輸出的狀態，或是需要切換到步 驟(S05)之狀態。
相同地，於步驟(S05)之後，也可判斷是否需結束動力輸出系統10之運作。(S07)
若是，則結束動力輸出系統10之運作。(S09)
若否，則回到步驟(S03)，以持續判斷動力輸出系統10所欲輸出的轉速是否大於預設轉速，以控制動力輸出系統10需繼續維持步驟(S05)之第一旋轉動力源11與第二旋轉動力源12相銜接而同步輸出之狀態，或是需要切換到步驟(S04)之狀態。
根據上述實施例之動力輸出系統及其控制方法，係藉由相異馬達特性之第一旋轉動力源與第二旋轉動力源之同軸設置，並使離合器可選擇性地令第一旋轉動力源的輸出軸與第二旋轉動力源的輸出軸相分離或相銜接。藉此，使第一旋轉動力源與第二旋轉動力源可堆疊共轉而使動力輸出系統具有較大的系統馬達扭力。如此，使得本實施例之動力輸出系統可兼具高轉矩與高轉速之效能，且可降低體積與成本並提升運轉效率。
雖然本提案以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本提案，任何熟習相像技藝者，在不脫離本提案之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本提案之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧動力輸出系統
11‧‧‧第一旋轉動力源
111‧‧‧輸出軸
12‧‧‧第二旋轉動力源
121‧‧‧輸出軸
13‧‧‧離合器
14‧‧‧殼體
15‧‧‧控制器
16‧‧‧供電模組
20‧‧‧驅動輪

Claims (9)

  1. 一種動力輸出系統，包含：一第一旋轉動力源，具有一第一最大扭力以及一第一最大轉速，該第一旋轉動力源的輸出軸連接有一驅動輪；一第二旋轉動力源，具有一第二最大扭力以及一第二最大轉速，該第二最大扭力大於該第一最大扭力，該第二最大轉速小於該第一最大轉速，且該驅動輪、該第二旋轉動力源的輸出軸與該第一旋轉動力源的輸出軸係位於同一軸線上；以及一離合器，介於該第一旋轉動力源與該第二旋轉動力源之間，該離合器選擇性地令該第一旋轉動力源的輸出軸與該第二旋轉動力源的輸出軸相分離或相銜接。
  2. 如請求項1所述之動力輸出系統，更包含一控制器，電性連接該第一旋轉動力源、該第二旋轉動力源及該離合器。
  3. 如請求項1所述之動力輸出系統，更包含一供電模組，電性連接該第一旋轉動力源、該第二旋轉動力源及該離合器。
  4. 如請求項1所述之動力輸出系統，更包含一殼體，該第一旋轉動力源、該第二旋轉動力源及該離合器位於該殼體內。
  5. 一種動力輸出系統的控制方法，其步驟包含：提供一動力輸出系統，包含一第一旋轉動力源、一第二旋轉動力源及一離合器，該第二旋轉動力源的最大扭力大於該第一旋轉動力源的最大扭力，該第二旋轉動力源的最大轉速小於該第一旋轉動力源的最大轉速，該第一旋轉動力源的輸出軸連接有一驅動輪，且該驅動輪、該第二旋轉動力源的輸出軸與該第一旋轉動力源的輸出軸係位於同一軸線上； 設定一預設轉速，並判斷該動力輸出系統所欲輸出的轉速是否大於該預設轉速；若是，關閉該離合器以令該第一旋轉動力源與該第二旋轉動力源相分離，並令該第二旋轉動力源停止輸出；以及若否，開啟該離合器以令該第一旋轉動力源與該第二旋轉動力源同軸相接而同步輸出。
  6. 如請求項5所述之動力輸出系統的控制方法，其中，該預設轉速小於等於該第二旋轉動力源之最大轉速。
  7. 如請求項5所述之動力輸出系統的控制方法，其中開啟該離合器以令該第一旋轉動力源與該第二旋轉動力源同軸相接而同步輸出的步驟更包含：令該第一旋轉動力源與該第二旋轉動力源同時運轉；判斷該第二旋轉動力源的轉速與該第一旋轉動力源的轉速之差值是否小於等於一緩衝值；若是，則開啟該離合器以令該第一旋轉動力源與該第二旋轉動力源同軸相接；以及若否，持續增加該第二旋轉動力源之轉速。
  8. 如請求項7所述之動力輸出系統的控制方法，其中，該緩衝值為該第一旋轉動力源之最大轉速的10%。
  9. 如請求項5所述之動力輸出系統的控制方法，其中，該動力輸出系統所欲輸出的轉速是根據一油門開度-轉速對照表而查表獲得。
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