TWI518267B - 雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統 - Google Patents

雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統 Download PDF

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雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統
本發明為具有可藉電源之電能經電馬達操控裝置驅動電馬達作正轉或反轉之雙迴轉方向，以驅動恆向輸出傳動裝置之輸入端，而經恆向輸出傳動裝置之輸出端，以藉具有不同變速比之恆向輸出傳動裝置，在不同驅動輸入方向時作不同變速比之恆定迴轉方向輸出以驅動負載輪組，本發明可供應用於電馬達驅動之電動腳踏車、電動機車、或電動車輛等載具、或電動產業機械者。
傳統電馬達驅動系統之變速輸出，除操控電馬達變速外，通常須由CVT或排檔方式完成，其構造複雜、成本高、傳動效率差。
本發明為具有特定之可作雙迴轉方向輸入之電馬達，其輸出端供輸往恆向輸出傳動裝置之輸入端，而經恆向輸出傳動裝置之輸出端，作恆定迴轉方向輸出，以驅動負載輪組，使用者可作電馬達運轉方向之操控，以改變驅動輸入方向，而藉具有不同變速比之恆向輸出傳動裝置，在不同驅動輸入方向時作不同變速比之恆定迴轉方向輸出者。
本發明為一種具有可藉電馬達作正轉或反轉之雙迴轉方向，驅動恆向輸出傳動裝置之輸入端，而經恆向輸出傳動裝置之輸出端，以藉具有不同變速比之恆向輸出傳動裝置，在不同驅動輸入方向時作不同變速比之恆定迴轉方向輸出以驅動負載輪組，本發明可供應用於電馬達驅動之電動腳踏車、電動機車、或電動車輛等載具、或電動產業機械者。
如圖1所示為本發明雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統之基本構成方塊示意圖。
圖2為圖1在電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
圖3為圖1在恆向輸出傳動裝置(102)與驅動負載輪組(103)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
圖4為圖1在電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)、及在恆向輸出傳動裝置(102)與驅動負載輪組(103)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
如圖1、圖2、圖3及圖4所示，此項雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，為藉由輸入裝置(111)之操作信號或指令，以將電能供給裝置(100)之電能經電馬達操控裝置(110)對電馬達(101)，作第一驅動迴轉方向或不同迴轉方向之第二迴轉方向驅動，電馬達(101)輸出端所輸出之迴轉動能，直接、或經傳動裝置(104)輸往恆向輸出傳動裝置(102)之輸入端，以藉具有不同變速比之恆向輸出傳動裝置，在不同驅動輸入方向時作不同變速比之恆定迴轉方向輸出迴轉動能，供驅動負載輪組(103)者，如圖1~圖4所示，其中：--電馬達(101)：為由各種交流或直流、無刷或有刷、同步或異步運轉之電能驅動之電馬達，並可作正反轉之運轉者；--電馬達操控裝置(110)：為由機電元件或裝置、或固態電子元件或裝置、或具有微處理器及相關軟體之控制電路所構成，供輸入來自市電或發電機之交流或直流電源、或來自燃料電池、一次電池、或可儲放電之二次電池等電能供給裝置(100)之電能，以對電馬達(101)作開或關、轉向、轉速、扭力作操控及作過電壓、或過電流之保護者；--輸入裝置(111)：為供對電馬達操控裝置(110)，發出對電馬達(101)之開或關、迴轉方向、轉速、扭力之操控或設定之信號或指令者；--電馬達(101)第一驅動迴轉方向之動能及第二驅動迴轉方向之輸入動能，為供驅動恆向輸出傳動裝置(102)之輸入端者；--第一驅動迴轉方向與第二驅動迴轉方向為相反方向者；--恆向輸出傳動裝置(102)：恆向輸出傳動裝置(102)為能直接、或經傳動裝置(104)接受來自電馬達(101)之不同迴轉方向動能，而輸出恆定迴轉方向動能；構成恆向輸出傳動裝置(102)內部之傳動組件，含由1)齒輪組；或2)磨擦輪組；或3)鏈條及鏈輪組；或4)皮帶及皮帶輪組；或5)傳動曲柄及輪組等所構成，或由上述其中一種或一種以上傳動組件 構成者；恆向輸出傳動裝置(102)於輸入不同迴轉方向之第一驅動迴轉方向與第二驅動迴轉方向驅動時，輸入端對作恆定迴轉方向輸出端之速比，可為相同者、或不同者、或可變速比者；--負載輪組(103)：為由恆向輸出傳動裝置(102)輸出端所直接驅動、或經傳動裝置(104)作恆定單轉向驅動之輪組型負載者。
此項雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，進一步可在恆向輸出傳動裝置(102)與負載輪組(103)之間、或電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)之間、或電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)之間及恆向輸出傳動裝置(102)與負載輪組(103)之間加設傳動裝置(104)者；如圖2為圖1在電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
如圖3為圖1在恆向輸出傳動裝置(102)與驅動負載輪組(103)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
如圖4為圖1在電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)、及在恆向輸出傳動裝置(102)與驅動負載輪組(103)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
--傳動裝置(104)：傳動裝置(104)包括由以下一種或一種以上傳動裝置所構成，含：1)固定速比之各種齒輪式、皮帶式、摩擦式等迴轉式傳動功能結構所構成；或2)藉人力、或機力、或流力、或離心力、或轉矩、或反轉矩操作之有段或無段變速裝置所構成；或3)可操控切換輸入端與輸出端之相對迴轉方向關係之傳動裝置所構成；或4)由人力、或機力、或電磁力、或流力、或離心力、或轉矩、或反轉矩等所操作之離合裝置，或單向傳動離合裝置(single way clutch)，以作聯結傳動或中斷傳動之離合功能裝置所構成者。
上述雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，為由人工操作輸入裝置(111)，經電馬達操控裝置(110)對電馬達(101)之轉向作操控運作。
此外，此項雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，亦可藉加設電馬達負載電流檢測裝置(109)，以自動隨負載電流切換輸出之速比者；圖5所示為本發明雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統設有電馬達負載電流檢測裝置之基本構成方塊示意圖。
圖6為圖5在電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
圖7為圖5在恆向輸出傳動裝置(102)與驅動負載輪組(103)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
圖8為圖5在電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)、及在恆向輸出傳動裝置(102)與驅動負載輪組(103)之間加設傳動裝置(104)之驅動系統構成方塊示意圖。
上述圖5~圖8，為此項雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，進一步設置電馬達負載電流檢測裝置(109)，電馬達負載電流檢測裝置(109)可為藉由各種降壓式電流檢測裝置、或電磁效應感應式電流檢測裝置、或磁檢測式電流檢測裝置、或積熱式電流檢測裝置所構成者，為供檢測電馬達(101)之負載電流以迴授至電馬達操控裝置(110)，而在電馬達之負載電流超過設定值之狀態，且此狀態超過設定時間時，藉由電馬達負載電流檢測裝置(109)之信號輸往輸入裝置(111)或電馬達操控裝置(110)以改變電馬達(101)之迴轉方向，進而改變恆向輸出傳動裝置(102)之變速比為相對加大減速比以增加輸出轉矩之同迴轉方向輸出以驅動負載者。
而在電馬達(101)之負載電流回歸下降至設定值以內時，可藉以下兩種方式作回歸原狀態之操控，含：1)由人工操作方式之操控輸入裝置(111)，以操控電馬達操控裝置(110)使電馬達(101)回歸原迴轉方向，而以原速比驅動負載者；
2)藉由電馬達操控裝置(110)，在電馬達負載電流檢測裝置(109)所檢測電流下降至設定值時，自動選擇能依該時間驅動負載之轉速而相對於速比之變動，能對負載作順暢而不頓挫或暴衝驅動之相對輸出電量值，以驅動電馬達(101)順暢銜接原迴轉方向運轉者。
若此項雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，進一步須作不同驅動方向之恆向輸出，則可以下列方式達成之：
1)藉由電馬達操控裝置(110)操控電馬達(101)之初始驅動方向者；
2)另行加設馬達方向切換開關以人工切換馬達初始迴轉方向者；
3)由傳動裝置(104)其中之一作機械性切換輸出轉向及變換速比功能之傳動裝置所構成，以供切換輸出轉向者。
100．．．電能供給裝置
101．．．電馬達
102．．．恆向輸出傳動裝置
103．．．負載輪組
104．．．傳動裝置
109．．．電馬達負載電流檢測裝置
110．．．電馬達操控裝置
111．．．輸入裝置
圖1為本發明雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統之基本構成方塊示意圖。
圖2為圖1在電馬達與恆向輸出傳動裝置之間加設傳動裝置之驅動系統構成方塊示意圖。
圖3為圖1在恆向輸出傳動裝置與驅動負載輪組之間加設傳動裝置之驅動系統構成方塊示意圖。
圖4為圖1在電馬達與恆向輸出傳動裝置及在恆向輸出傳動裝置與驅動負載輪組之間加設傳動裝置之驅動系統構成方塊示意圖。
圖5為本發明雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統設有電馬達負載電流檢測裝置之基本構成方塊示意圖。
圖6為圖5在電馬達與恆向輸出傳動裝置之間加設傳動裝置之驅動系統構成方塊示意圖。
圖7為圖5在恆向輸出傳動裝置與驅動負載輪組之間加設傳動裝置之驅動系統構成方塊示意圖。
圖8為圖5在電馬達與恆向輸出傳動裝置及在恆向輸出傳動裝置與驅動負載輪組之間加設傳動裝置之驅動系統構成方塊示意圖。
100．．．電能供給裝置
101．．．電馬達
102．．．恆向輸出傳動裝置
103．．．負載輪組
104．．．傳動裝置
109．．．電馬達負載電流檢測裝置
110．．．電馬達操控裝置
111．．．輸入裝置

Claims (13)

  1. 一種雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，為藉由輸入裝置(111)之操作信號或指令，以將電能供給裝置(100)之電能經電馬達操控裝置(110)對電馬達(101)，作第一驅動迴轉方向或不同迴轉方向之第二迴轉方向驅動，電馬達(101)輸出端所輸出之迴轉動能，直接、或經傳動裝置(104)輸往恆向輸出傳動裝置(102)之輸入端，以藉具有不同變速比之恆向輸出傳動裝置，在不同驅動輸入方向時作不同變速比之恆定迴轉方向輸出迴轉動能，供驅動負載輪組(103)者，其中：--電馬達(101)：為由電能驅動之電馬達，並可作正反轉之運轉者；--電馬達操控裝置(110)：為由電能供給裝置(100)之電能，以對電馬達(101)作開或關、轉向、轉速、扭力作操控及作過電壓、或過電流之保護者；--輸入裝置(111)：為供對電馬達操控裝置(110)，發出對電馬達(101)之開或關、迴轉方向、轉速、扭力之操控或設定之信號或指令者；--電馬達(101)第一驅動迴轉方向之動能及第二驅動迴轉方向之輸入動能，為供驅動恆向輸出傳動裝置(102)之輸入端者；--第一驅動迴轉方向與第二驅動迴轉方向為相反方向者；--恆向輸出傳動裝置(102)：恆向輸出傳動裝置(102)為能 直接、或經傳動裝置(104)接受來自電馬達(101)之不同迴轉方向動能，而輸出恆定迴轉方向動能；恆向輸出傳動裝置(102)於輸入不同迴轉方向之第一驅動迴轉方向與第二驅動迴轉方向驅動時，輸入端對作恆定迴轉方向輸出端之速比，可為相同者、或不同者、或可變速比者；--負載輪組(103)：為由恆向輸出傳動裝置(102)輸出端所直接驅動、或經傳動裝置(104)作恆定單轉向驅動之輪組型負載者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，其中，該電馬達(101)係由各種交流或直流、無刷或有刷、同步或異步運轉之電能驅動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，其中，該電馬達操控裝置(110)為由機電元件或裝置、或固態電子元件或裝置、或具有微處理器及相關軟體之控制電路所構成，供輸入來自市電或發電機之交流或直流電源、或來自燃料電池、一次電池、或可儲放電之二次電池等電能供給裝置(100)之電能。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，其中，所述構成恆向輸出傳動裝置(102)內部之傳動組件，含由1)齒輪組；或2)磨擦輪組；或3)鏈條及鏈輪組；或4)皮帶及皮帶輪組；或5)傳動曲柄及輪組等所構成，或由上述其中一種或一種以上傳動組件構成者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬 達驅動系統，進一步可在恆向輸出傳動裝置(102)與負載輪組(103)之間、或電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)之間、或電馬達(101)與恆向輸出傳動裝置(102)之間及恆向輸出傳動裝置(102)與負載輪組(103)之間加設傳動裝置(104)者。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，其中傳動裝置(104)包括由以下一種或一種以上傳動裝置所構成，含：1)固定速比之各種齒輪式、皮帶式、摩擦式等迴轉式傳動功能結構所構成；或2)藉人力、或機力、或流力、或離心力、或轉矩、或反轉矩操作之有段或無段變速裝置所構成；或3)可操控切換輸入端與輸出端之相對迴轉方向關係之傳動裝置所構成；或4)由人力、或機力、或電磁力、或流力、或離心力、或轉矩、或反轉矩等所操作之離合裝置，或單向傳動離合裝置(single way clutch)，以作聯結傳動或中斷傳動之離合功能裝置所構成者。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，進一步設置電馬達負載電流檢測裝置(109)，為供檢測電馬達(101)之負載電流以迴授至電馬達操控裝置(110)，而在電馬達之負載電流超過設定值之狀態，且此狀態超過設定時間時，藉由電馬達負載電流檢測裝置(109)之信號輸往輸入裝置(111)或電馬達操控裝置(110)以改變電馬達(101)之迴轉方向，進而改變恆向輸出傳動裝置(102)之變速比為相對加大減速比以增加輸 出轉矩之同迴轉方向輸出以驅動負載者。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，其中，該電馬達負載電流檢測裝置(109)可為藉由各種降壓式電流檢測裝置、或電磁效應感應式電流檢測裝置、或磁檢測式電流檢測裝置、或積熱式電流檢測裝置所構成者。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，在電馬達(101)之負載電流回歸下降至設定值以內時，可藉由人工操作方式之操控輸入裝置(111)，以操控電馬達操控裝置(110)使電馬達(101)回歸原迴轉方向，而以原速比驅動負載者。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，在電馬達(101)之負載電流回歸下降至設定值以內時，可藉由電馬達操控裝置(110)，在電馬達負載電流檢測裝置(109)所檢測電流下降至設定值時，自動選擇能依該時間驅動負載之轉速而相對於速比之變動，能對負載作順暢而不頓挫或暴衝驅動之相對輸出電量值，以驅動電馬達(101)順暢銜接原迴轉方向運轉者。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，進一步須作不同驅動方向之恆向輸出，則可藉由電馬達操控裝置(110)操控電馬達(101)之初始驅動方向者。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，進一步須作不同驅動方向之恆向輸出， 則可另行加設馬達方向切換開關以人工切換馬達初始迴轉方向者。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之雙向輸入恆向輸出之電馬達驅動系統，進一步須作不同驅動方向之恆向輸出，則可由傳動裝置(104)其中之一作機械性切換輸出轉向及變換速比功能之傳動裝置所構成，以供切換輸出轉向者。
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