TWI500536B - Kinetic energy and battery switching power supply of energy-saving electric vehicles - Google Patents

Description

動能與電池切換供電之節能省電電動汽車

本項發明創作係關於一種「動能與電池切換供電之節能省電電動汽車」驅動系統，尤指一種利用一驅動馬達、一傳動齒輪組與一動力發電機之動能轉換電能電力反饋及一電力反饋控制器，以直接輔助供應一電動汽車之車輪驅動用電，使一蓄電池端能以更加省電、更有電池續航力之電能，供電予該電動汽車行進使用的節能省電車輪驅動系統者。

按，在現今石油供應短缺、油價高漲的時代，石油相關能源的使用成本皆大幅提高，同時，為了地球環境考量，避免因使用石油過度排放二氧化碳而造成環境的劇烈改變，各方均倡導節能減碳的相關做法，其中，有效率地利用電能供電予電動汽車行進使用，就是節能減碳的一種具體做法。

習用電動汽車車輪驅動用電之方式，請參閱第1圖所示，係利用一蓄電池01與一逆變器02端將電能轉換後，直接供應予一驅動馬達03，該驅動馬達03再經由一傳動齒輪04與一車輪05機械連接，使該驅動馬達03可將電能轉換成動能，以帶動該車輪05轉動並使電動汽車行駛；當電動汽車行進期間，該驅動馬達03之工作型態為連續式運轉，該蓄電池01也是連續式供應電能。

然而，由於電動汽車每日行駛頻繁且時間冗長，電動 汽車驅動馬達連續式運轉將造成蓄電池可觀之電能損耗，影響電動汽車之續航力，或者，造成驅動馬達相關電源機件之持續損耗，長時間甚或產生驅動馬達工作機能不正常之情形，影響電動汽車之正常行駛。

鑑於上述先前技術所衍生的各項缺點，本案創作人乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本案之一種「動能與電池切換供電之節能省電電動汽車」驅動系統。

本項發明創作之目的，在於提供一種動能發電、電力反饋並直接輔助車輪傳動之節能省電電動汽車驅動系統，請參閱第2圖所示，其概念係在一蓄電池11與一逆變器12端，藉由一驅動馬達13、一車輪傳動軸14、一車輪15、一傳動齒輪組16、一發電機傳動軸17與一動力發電機18之動能轉換電能電力反饋及一電力反饋控制器19，以直接輔助供應一電動汽車之車輪驅動用電，使該蓄電池11能以更加省電、更有電池續航力之電能，供電予該電動汽車行進使用。

為達上述之目的，本項發明創作之技術手段在於，在一電動汽車之一蓄電池與一逆變器端(直流電能轉換成交流電能)可設一電力反饋控制器，該電力反饋控制器再與一驅動馬達(如：三相交流馬達)電氣連接，該驅動馬達經由一車輪傳動軸、一傳動齒輪組與一車輪機械連接，該驅動馬達另經由該傳動齒輪組、一發電機傳動軸與一動力 發電機(如：三相交流發電機)機械連接；該電力反饋控制器內部設有一電力切換開關、一微處理機與一變壓整流電路，該電力切換開關與該變壓整流電路分別與該逆變器、該驅動馬達及該動力發電機電氣連接。由此，當該電動汽車於行進期間，該電力反饋控制器經由該電力切換開關，使該驅動馬達於該電力切換開關之前段工作週期時間可使用該蓄電池供應之電能(電池電力供電時間)，以驅動該電動汽車行駛(正常傳動)；此外，該電力反饋控制器藉由該驅動馬達、該傳動齒輪組與該動力發電機之動能轉換電能電力反饋(動能發電)，亦經由該電力切換開關，使該驅動馬達於該電力切換開關之後段工作週期時間可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電時間)，以持續驅動該電動汽車行駛(輔助傳動)。該微處理機可設定該電力切換開關之前段工作週期時間與後段工作週期時間(固定前段與後段工作週期時間)，或者，該微處理機亦可藉由偵測該動力發電機經由該變壓整流電路整流後之電壓強弱(動能發電強弱)，適時並自動調整該電力切換開關之前段工作週期時間與後段工作週期時間及切換時機(可變前段與後段工作週期時間)，使該驅動馬達於該電動汽車行進期間，可即時、週期性地交替使用該蓄電池或該動能發電供應之電能(週期式電池電力與動能電力切換供電)。如此，運用該電力反饋控制器、該動力發電機及該傳動齒輪組構成之輔助驅動系統，令該蓄電池即能以節能省電、提昇電池續航力之電能，供電予該電動 汽車行進使用。

請參閱以下有關於本項發明創作「動能與電池切換供電之節能省電電動汽車」驅動系統一較佳實施例之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本創作之技術內容及其目的與功效：

本項發明創作所提供之一種「動能與電池切換供電之節能省電電動汽車」驅動系統，請參閱第3圖及第4圖所示，該驅動系統於一蓄電池11端設有一逆變器12，該逆變器12將該蓄電池11之直流電能轉換成交流電能(交流驅動電源)，該逆變器12之輸出端設有一驅動馬達13(交流馬達)，該驅動馬達13經由一車輪傳動軸14可與一車輪15機械連接，該驅動馬達13與該車輪15之間設有一傳動齒輪組16，該傳動齒輪組16經由一發電機傳動軸17可與一動力發電機18(交流發電機)機械連接；該動力發電機18與該驅動馬達13之間設有一電力反饋控制器19，該電力反饋控制器19則與該蓄電池11及該逆變器12電氣連接。該傳動齒輪組16內部設有一第一傳動齒輪161及一第二傳動齒輪162，其中，該第一傳動齒輪161固定於該車輪傳動軸14上，該第二傳動齒輪162固定於該發電機傳動軸17上；該驅動馬達13經由該蓄電池11與該逆變器12輸入電能而運轉(電能轉換動能)，並經由該車輪傳動軸14及該第一傳動齒輪161帶動該車輪15轉動，該驅動馬達13另經由該第一傳動齒輪161帶動該第二傳動齒輪162運轉，並經由該發電機傳動軸17帶動 該動力發電機18運轉以輸出電能(動能轉換電能)。

該電力反饋控制器19內部設有一電力切換開關191、一微處理機192與一變壓整流電路193，該電力切換開關191與該變壓整流電路193分別與該逆變器12、該驅動馬達13及該動力發電機18電氣連接。由此，當電動汽車於行進期間，該電力反饋控制器19經由該電力切換開關191，使該驅動馬達13於該電力切換開關191之前段工作週期時間，可使用該蓄電池11供應之電能(電池電力供電時間)，以驅動電動汽車行駛(正常傳動)；此外，該電力反饋控制器19藉由該驅動馬達13、該傳動齒輪組16與該動力發電機18之動能轉換電能電力反饋(動能發電)，亦經由該電力切換開關191，使該驅動馬達13於該電力切換開關191之後段工作週期時間，可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電時間)，以持續驅動電動汽車行駛(輔助傳動)。該微處理機192可設定該電力切換開關191之工作週期時間，以及該工作週期時間之前段工作週期時間與後段工作週期時間(固定工作週期時間、固定前段與後段工作週期時間)，或者，該微處理機192亦可藉由偵測該動力發電機18經由該變壓整流電路193整流後之電壓強弱(動能發電強弱)，適時並自動調整該電力切換開關191之前段工作週期時間與後段工作週期時間及切換時機(固定工作週期時間、可變前段與後段工作週期時間)，當偵測到該整流後之電壓低於該微處理機192內部一已設定電壓值時(電動汽車速度降低)，該微處理機192可自動調整增加該電力切換 開關191之前段工作週期時間，以及減少該電力切換開關191之後段工作週期時間，而該電力反饋控制器19於該電力切換開關191之前段工作週期時間，即可操控該電力切換開關191為閉路(ON、閉路一)以啟動一電池電力供電電路導通，使該驅動馬達13於該已增加之前段工作週期時間，可使用該蓄電池11供應之電能(電池電力供電)，此外，該電力反饋控制器19於該電力切換開關191之後段工作週期時間，亦可操控該電力切換開關191為閉路(ON、閉路二)以啟動一動能電力供電電路導通，使該驅動馬達13於該已減少之後段工作週期時間，可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電)；或者，當偵測到該整流後之電壓高於該一已設定電壓值時(電動汽車速度增高)，該微處理機192可自動調整減少該電力切換開關191之前段工作週期時間，以及增加該電力切換開關191之後段工作週期時間，而該電力反饋控制器19於該電力切換開關191之前段工作週期時間，亦可操控該電力切換開關191為閉路(ON、閉路一)以啟動一電池電力供電電路導通，使該驅動馬達13於該已減少之前段工作週期時間，可使用該蓄電池11供應之電能(電池電力供電)，此外，該電力反饋控制器19於該電力切換開關191之後段工作週期時間，即可操控該電力切換開關191為閉路(ON、閉路二)以啟動一動能電力供電電路導通，使該驅動馬達13於該已增加之後段工作週期時間，可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電)；該蓄電池11另可提供該微處理機192工作所需之電能。如此，運用 該電力反饋控制器19、該動力發電機18及該傳動齒輪組16構成之輔助驅動系統，使該驅動馬達13於電動汽車行進期間，可即時、週期性地交替使用該蓄電池11或該動能發電供應之電能(週期式電池電力與動能電力切換供電)，令該蓄電池11即能以節能省電、提昇電池續航力之電能，供電予電動汽車行進使用。

請參閱第4圖及第5圖所示，該電力切換開關191係由一電池電力開關1911、一動能電力開關1912及一反相電路1913所構成。其中，當該微處理機192偵測到該動力發電機18經由該變壓整流電路193整流後之電壓低於該微處理機192內部一已設定電壓值時(電動汽車速度降低)，該微處理機192可自動調整增加該電力切換開關191(電池電力開關1911)之前段工作週期時間，以及減少該電力切換開關191(動能電力開關1912)之後段工作週期時間，該微處理機192於該電力切換開關191之前段工作週期時間，即可操控該電池電力開關1911為閉路(ON、閉路一)以作為導通，使該驅動馬達13於該已增加之前段工作週期時間，可使用該蓄電池11供應之電能(電池電力供電)，同時，該微處理機192經由該反相電路1913即操控該動能電力開關1912為開路(OFF)以作為切斷導通，使該驅動馬達13於該已增加之前段工作週期時間，停止使用該動能發電供應之電能(停止動能電力供電)，此外，該微處理機192於該電力切換開關191之後段工作週期時間，可操控該電池電力開關1911為開路(OFF)以作為切斷導通，使該驅動馬達13於該已減少 之後段工作週期時間，停止使用該蓄電池11供應之電能(停止電池電力供電)，同時，該微處理機192經由該反相電路1913即操控該動能電力開關1912為閉路(ON、閉路二)以作為導通，使該驅動馬達13於該已減少之後段工作週期時間，亦可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電)；或者，當該微處理機192偵測到該動力發電機18經由該變壓整流電路193整流後之電壓高於該一已設定電壓值時(電動汽車速度增高)，該微處理機192可自動調整減少該電力切換開關191(電池電力開關1911)之前段工作週期時間，以及增加該電力切換開關191(動能電力開關1912)之後段工作週期時間，該微處理機192於該電力切換開關191之前段工作週期時間，亦可操控該電池電力開關1911為閉路(ON、閉路一)以作為導通，使該驅動馬達13於該已減少之前段工作週期時間，可使用該蓄電池11供應之電能(電池電力供電)，同時，該微處理機192經由該反相電路1913即操控該動能電力開關1912為開路(OFF)以作為切斷導通，使該驅動馬達13於該已減少之前段工作週期時間，停止使用該動能發電供應之電能(停止動能電力供電)，此外，該微處理機192於該電力切換開關191之後段工作週期時間，可操控該電池電力開關1911為開路(OFF)以作為切斷導通，使該驅動馬達13於該已增加之後段工作週期時間，停止使用該蓄電池11供應之電能(停止電池電力供電)，同時，該微處理機192經由該反相電路1913即操控該動能電力開關1912為閉路(ON、閉路二)以作為導通，使 該驅動馬達13於該已增加之後段工作週期時間，即可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電)。該微處理機192可藉由偵測該動力發電機18經由該變壓整流電路193整流後之電壓強弱(動能發電強弱)，適時並自動調整該電池電力開關1911之前段工作週期時間與該動能電力開關1912之後段工作週期時間(可變前段與後段工作週期時間)，以及該電池電力開關1911與該動能電力開關1912為閉路或為開路之切換時機，使該驅動馬達13可即時、週期性地交替使用該蓄電池11供應之電能，或者，使用該動能發電供應之電能。

電動汽車運用該電力反饋控制器19、該動力發電機18及該傳動齒輪組16構成之輔助驅動系統後，當偵測到該動力發電機18之該動能電力供電較弱時，該電力反饋控制器19即經由該電力切換開關191，使該驅動馬達13於增加之前段工作週期時間，可使用該蓄電池11供應之電能(電池電力供電)，並使該驅動馬達13於減少之後段工作週期時間，可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電)；或者，當偵測到該動力發電機18之該動能電力供電較強時，該電力反饋控制器19則經由該電力切換開關191，使該驅動馬達13於減少之前段工作週期時間，可使用該蓄電池11供應之電能(電池電力供電)，並使該驅動馬達13於增加之後段工作週期時間，可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電)。如此，該驅動馬達13即可即時、週期性地交替使用該蓄電池11或該動能發電供應之電能(週期 式電池電力與動能電力切換供電)，而不致於發生該電動汽車之該蓄電池11造成可觀的電能損耗，影響電動汽車之續航力，或者，造成該驅動馬達13相關電源機件之持續損耗，甚至產生該驅動馬達13工作機能不正常之情形，影響電動汽車之正常行駛。

上列詳細說明係針對本項發明創作之一可行實施例的具體說明，惟該實施例並非用以限制本創作之專利範圍，凡未脫離本項發明創作技藝精神所為之等效實施或變更，例如：等變化之等效性實施例，均應包含於本案之專利範圍中。

下表為本項發明創作一較佳實施例之主要元件符號與名稱：

11‧‧‧蓄電池

12‧‧‧逆變器

13‧‧‧驅動馬達

14‧‧‧車輪傳動軸

15‧‧‧車輪

16‧‧‧傳動齒輪組

161‧‧‧第一傳動齒輪

162‧‧‧第二傳動齒輪

17‧‧‧發電機傳動軸

18‧‧‧動力發電機

19‧‧‧電力反饋控制器

191‧‧‧電力切換開關

1911‧‧‧電池電力開關

1912‧‧‧動能電力開關

1913‧‧‧反相電路

192‧‧‧微處理機

193‧‧‧變壓整流電路

第1圖為習用電動汽車之車輪驅動結構圖。

第2圖為本項發明創作一較佳實施例之結構方塊圖與連接圖。

第3圖為本項發明創作一較佳實施例之傳動齒輪組內部結構圖。

第4圖為本項發明創作一較佳實施例之電力反饋控制器內部結構方塊圖與連接圖。

第5圖為本項發明創作一較佳實施例之電力切換開關內部結構方塊圖與連接圖。

11‧‧‧蓄電池

12‧‧‧逆變器

13‧‧‧驅動馬達

14‧‧‧車輪傳動軸

15‧‧‧車輪

16‧‧‧傳動齒輪組

17‧‧‧發電機傳動軸

18‧‧‧動力發電機

19‧‧‧電力反饋控制器

Claims (1)

1. 一種「動能與電池切換供電之節能省電電動汽車」驅動系統，包括：一蓄電池，設於該驅動系統中，該蓄電池為電動汽車之主要電能供電設備；一逆變器，設於該驅動系統中，該逆變器將該蓄電池之直流電能轉換成交流電能(交流驅動電源)；一電力反饋控制器，設於該驅動系統中，其輸入端與該蓄電池、該逆變器及一動力發電機電氣連接，而其輸出端與一驅動馬達電氣連接，該電力反饋控制器為電動汽車之輔助傳動及節能省電設備；一驅動馬達(交流馬達)，設於該驅動系統中，其輸入端與該電力反饋控制器電氣連接，而其輸出端經由一車輪傳動軸、一傳動齒輪組與一車輪機械連接，該驅動馬達主要用以帶動車輪運轉與工作；一動力發電機(交流發電機)，設於該驅動系統中，其輸入端經由一發電機傳動軸、一傳動齒輪組與該驅動馬達機械連接，而其輸出端與該電力反饋控制器電氣連接，該動力發電機亦為電動汽車之輔助傳動及節能省電設備；一傳動齒輪組，設於該驅動系統中，其經由該車輪傳動軸與該驅動馬達、該車輪機械連接，並經由該發電機傳動軸與該動力發電機機械連接，該傳動齒輪組亦為電動汽車之輔助傳動及節能省電設備； 一第一傳動齒輪，設於該傳動齒輪組中，位在該驅動馬達與該車輪之間，其經由該車輪傳動軸與該驅動馬達、該車輪機械連接；一第二傳動齒輪，設於該傳動齒輪組中，位在該動力發電機與該車輪之間，其經由該發電機傳動軸與該動力發電機機械連接，並直接與該第一傳動齒輪機械連接；一電力切換開關，設於該電力反饋控制器中，位在該逆變器與該驅動馬達之間，其與該逆變器、該動力發電機、一微處理機及該驅動馬達電氣連接；一微處理機，設於該電力反饋控制器中，位在該逆變器與該驅動馬達之間，其與該蓄電池、一變壓整流電路及該電力切換開關電氣連接；一變壓整流電路，設於該電力反饋控制器中，位在該逆變器與該驅動馬達之間，其與該動力發電機及該微處理機電氣連接；該驅動馬達經由該蓄電池與該逆變器輸入電能而運轉(電能轉換動能)，並經由該車輪傳動軸及該第一傳動齒輪帶動該車輪轉動，該驅動馬達另經由該第一傳動齒輪帶動該第二傳動齒輪運轉，並經由該發電機傳動軸帶動該動力發電機運轉以輸出電能(動能轉換電能)；當電動汽車於行進期間，該電力反饋控制器經由該電力切換開關，使該驅動馬達於該電力切換開關之前段工作週期時間，可使用該蓄電池供應之電能(電池電力供電時間)，以驅動電動汽車行駛(正常傳動)，此外，該電力反饋控制 器藉由該驅動馬達、該傳動齒輪組與該動力發電機之動能轉換電能電力反饋(動能發電)，亦經由該電力切換開關，使該驅動馬達於該電力切換開關之後段工作週期時間，可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電時間)，以持續驅動電動汽車行駛(輔助傳動)；該微處理機可設定該電力切換開關之工作週期時間，以及該工作週期時間之前段工作週期時間與後段工作週期時間(固定工作週期時間、固定前段與後段工作週期時間)，或者，該微處理機亦可藉由偵測該動力發電機經由該變壓整流電路整流後之電壓強弱(動能發電強弱)，適時並自動調整該電力切換開關之前段工作週期時間與後段工作週期時間及切換時機(固定工作週期時間、可變前段與後段工作週期時間)，當偵測到該整流後之電壓低於該微處理機內部一已設定電壓值時(電動汽車速度降低)，該微處理機可自動調整增加該電力切換開關之前段工作週期時間，以及減少該電力切換開關之後段工作週期時間，而該電力反饋控制器於該電力切換開關之前段工作週期時間，即可操控該電力切換開關為閉路(閉路一)以啟動一電池電力供電電路導通，使該驅動馬達於該已增加之前段工作週期時間，可使用該蓄電池供應之電能(電池電力供電)，此外，該電力反饋控制器於該電力切換開關之後段工作週期時間，亦可操控該電力切換開關為閉路(閉路二)以啟動一動能電力供電電路導通，使該驅動馬達於該已減少之後段工作週期 時間，可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電)；或者，當偵測到該整流後之電壓高於該一已設定電壓值時(電動汽車速度增高)，該微處理機可自動調整減少該電力切換開關之前段工作週期時間，以及增加該電力切換開關之後段工作週期時間，而該電力反饋控制器於該電力切換開關之前段工作週期時間，亦可操控該電力切換開關為閉路(閉路一)以啟動一電池電力供電電路導通，使該驅動馬達於該已減少之前段工作週期時間，可使用該蓄電池供應之電能(電池電力供電)，此外，該電力反饋控制器於該電力切換開關之後段工作週期時間，即可操控該電力切換開關為閉路(閉路二)以啟動一動能電力供電電路導通，使該驅動馬達於該已增加之後段工作週期時間，可直接使用該動能發電供應之電能(動能電力供電)，該蓄電池另可提供該微處理機工作所需之電能；如此，運用該電力反饋控制器、該動力發電機及該傳動齒輪組構成之輔助驅動系統，使該驅動馬達於電動汽車行進期間，可即時、週期性地交替使用該蓄電池或該動能發電供應之電能(週期式電池電力與動能電力切換供電)，令該蓄電池即能以節能省電、提昇電池續航力之電能，供電予電動汽車行進使用。