TWI552509B - A motor system that can change the power capacity - Google Patents

Description

可變化功率容量的電機系統

本發明是有關於一種電機系統，特別是指一種可變化功率容量的電機系統。

目前在電動車輛的應用上，為了要應付車輛加速的需求，多使用高功率容量電機來提供加速時所需的高扭矩輸出，但高功率容量電機(無論直流電機或交流電機)在輕載或無載空轉時皆會造成電能浪費，若高功率容量電機採勵磁式電機時，還會具有勵磁電能浪費，上述兩種電能浪費，基本上皆與電機功率容量的大小成正比例，舉例說明如下：一般車輛在恆速行駛所需功率：

假設該車輛是使用功率100千瓦(KW)的高功率容量電機，在該車輛以125公里/小時行駛時，該高功率容量電機之無載功率消耗為5KW(100KWx5%)，此時無載功 率消耗所佔比例為，由於所佔比例較低，故常被忽略。

但當車輛以較低的速度行駛，例如行駛於50公里/小時，此時雖然無載功率消耗降低為 ，但由於此時的行駛功率消耗也下降至2.4KW，因此無載功率消耗所佔比例反而大幅提升至 ，也就是說，在50公里/小時的行駛速度下，若該車輛的能源供給原本可以提供該車輛行駛100公里的距離，但實際上只有54.5%被確實利用，也就是只能行駛到54.5公里，如此，會導致車輛在市區等低速行駛的情況下，能量被大量地耗費，並使續航力大幅下降。

然而，雖然採用低功率容量電機看似可直接大幅改善無載功率消耗的問題，但低功率容量電機並無法應付急加速或高速行駛等的高功率需求，因此並不符合實際需求。

因此，本發明之目的，即在提供一種可解決上述問題的可變化功率容量的電機系統。

於是，本發明可變化功率容量的電機系統，適 用於應用於一電動裝置，該電機系統包含至少二電機及一控制單元。

每一電機輸出一輸出功率，並包括一能互相連動的旋轉軸。

該控制單元分別電連接該等電機，接收一控制信號，並至少根據該控制信號以分別控制該等電機啟動及關閉，以調整該等輸出功率之總和趨近於該電動裝置所需的功率值。

本發明之功效在於：藉由將多個不同或相同功率的該等電機互相結合，並搭配透過該控制單元調整該等輸出功率之總和趨近於該電動裝置所需的功率值，可以依據不同的功率需求而啟動所需的電機數量，因此可以解決習知技術中的問題，能大幅節省能源，進而提高續航力。

2‧‧‧電機單元

21、22、23‧‧‧電機

211、221、231‧‧‧旋轉軸

3‧‧‧離合器單元

31、32‧‧‧離合器

4‧‧‧偵測單元

5‧‧‧控制單元

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是本發明可變化功率容量的電機系統的一第一實施例的示意圖；及圖2是本發明可變化功率容量的電機系統的一第二實施例的示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明可變化功率容量的電機系統之第一實施例適用於應用於一電動裝置(圖未示)，並包含一電機單元2、一離合器單元3、一偵測單元4，及一控制單元5。

於本實施例中，該電動裝置以一電動車(圖未示)作為說明，但不限於此。

於本實施例中，該電機單元2包括三個電機，且為說明方便起見，分別標號為電機21、22、23，但該電機單元2所包括之電機數量可依實際需求而定，並不限於此。

每一電機21、22、23輸出一輸出功率，並包括一能互相連動的旋轉軸，為說明方便起見，分別標號為旋轉軸211、221、231，於本實施例中，每一電機的該輸出功率之值皆不相同，以方便後續該控制單元5進行功率的搭配組合，但亦可依實際需求而將該等輸出功率設計為相同，並不限於此。

該離合器單元3包括二分別設置於該等電機21、22、23的該等旋轉軸211、221、231間的離合器，為說明方便起見，分別標號為離合器31、32，該等離合器31、32受該控制單元5控制以連結及斷開該等旋轉軸211、221、231。

該偵測單元4用以分別偵測該等電機21、22、23的電流，並根據該等電機21、22、23的電流輸出對應的一偵測信號。

於本實施例中，該偵測單元4用以偵測電流，但亦可偵測輸出動能或其他相關於電機運作的資訊，並不限於此。

該控制單元5分別電連接該等電機21、22、23、該等離合器31、32、該偵測單元4，接收一控制信號及該偵測信號，並根據該控制信號及該偵測信號以分別控制該等電機21、22、23啟動及關閉，以調整該等輸出功率之總和趨近於該電動裝置所需的功率值。

於該電動裝置所需的功率值大於該等輸出功率之總和時，該控制單元5控制增加啟動之電機的數目以增加輸出功率之總和，於該電動裝置所需的功率值小於該等輸出功率之總和，且其差距大於其中一啟動電機的該輸出功率時，該控制單元5控制關閉該電機以使該等輸出功率之總和趨近於該電動裝置所需的功率值。

於本實施例中，該控制信號是由一油門裝置(圖未示)輸出，但不限於此。

實際應用時，可設計該等電機21、22、23的該等輸出功率分別為5KW、50KW、100KW，於初始狀態時，該控制單元5先控制該電機21啟動，該等電機22、23關閉，且該離合器31、32斷開，以提供5KW的輸出功率之總和至該電動車。

當該電動車進行加速或需要更高功率，而使該電動車所需的功率值大於5KW的輸出功率之總和時(亦即該偵測單元4所回傳的偵測信號對應之電流值大於一第一 預定值時，或該控制信號所對應的油門深度到達一第一深度值時)，該控制單元5控制該電機22啟動，並於該電機22的轉速與該電機21的轉速同步時，控制該離合器31閉合，以使該電機21、22能同步輸出功率，並防止並列湧浪電流，此時該等輸出功率之總和最大可至5KW+50KW=55KW。

當該電動車繼續進行加速或需要更高功率，而使該電動車所需的功率值大於55KW的輸出功率之總和時，此時表示該偵測單元4所回傳的偵測信號對應之電流值大於一第二預定值，或該控制信號所對應的油門深度到達一第二深度值，該控制單元5控制該電機23啟動，並於該電機23的轉速與該電機21、22的轉速同步時，控制該離合器32閉合，以使該電機21、22、23能同步輸出功率，此時該等輸出功率之總和最大可至5KW+50KW+100KW=155KW。

而當該電動車減速或需要較低功率，而使該電動車所需的功率值小於該等輸出功率之總和，且其差距大於其中一啟動電機的該輸出功率時，例如當電動車所需的功率值由155KW降低到小於55KW時，該控制單元5控制該離合器32斷開、該電機23關閉(停止)，以使該等輸出功率之總和回復至5KW+50KW=55KW。

值得一提的是，為了避免該電動車所需的功率值因為車速變動而剛好在55KW附近變化時會導致頻繁切換，可以設計在當電動車所需的功率值降低到小於55KW 一段時間後(例如3秒~10分鐘)，該控制單元5才控制該離合器32斷開、並控制該電機23停止運作。

而當車輛繼續減速或需要更低功率，而使該電動車所需的功率值降低到小於5KW時，該控制單元5控制該離合器31斷開、該電機22關閉(停止)，以使輸出功率之總和回復至5KW，同樣，可以設計在當電動車所需的功率值降低到小於5KW一段時間後，該控制單元5才控制該離合器31斷開、並控制該電機22停止運作。

值得一提的是，若該等電機21、22、23為分別具有一勵磁式線圈(圖未示)之勵磁式電機時(交流或直流皆可)，則於該控制單元5控制關閉該等電機21、22、23時，可一併將關閉之電機21、22、23及其勵磁線圈斷電(此架構不需設置該離合器31、32)，而於啟動該等電機21、22、23時，則是先供電至該等勵磁線圈，並於計時0.1~2秒後，再送電至該等電機21、22、23的其餘架構。

經由以上的說明，可將本實施例的優點歸納如下：

一、藉由將多個不同或相同功率的該等電機21、22、23互相結合，並透過該控制單元5根據該控制信號以分別控制該等電機21、22、23啟動及關閉，以調整該等輸出功率之總和趨近於該電動裝置所需的功率值，可以依據不同的功率需求而啟動所需的電機數量，因此可以避免習知技術中高功率容量電機在輕載或無載空轉時會造成電能浪費的問題，也可以解決低功率容量電機無法應付急加 速或高速行駛等高功率需求的問題，故能大幅節省能源，進而提高續航力。

二、藉由設置該偵測單元4分別偵測該等電機21、22、23的電流，並搭配該控制單元5根據該控制信號及該偵測信號以控制該等電機21、22、23啟動及關閉，可以得到更即時完整的輸出功率調整。

再者，藉由該偵測單元4分別偵測該等電機21、22、23的電流並回饋至該控制單元5，也可供該控制單元5判斷該等電機21、22、23的運作情形，以方便該控制單元5能依各電機21、22、23的規格比例提供電流及運作控制。

參閱圖2，為本發明可變化功率容量的電機系統的一第二實施例，該第二實施例是類似於該第一實施例，該第二實施例與該第一實施例的差異在於：該等電機21、22、23整合為單一電機架構，該等電機21、22、23的該等旋轉軸211、221、231連結為同一旋轉軸。

該控制單元5則以電磁開關(圖未示)或功率電晶體(圖未示)控制該等電機21、22、23啟動或斷電。

如此，該第二實施例亦可達到與上述第一實施例相同的目的與功效，且藉由將該等電機21、22、23皆整合在單一電機架構中並共用相同的旋轉軸，不需如第一實施例中設置機構連結，不僅能簡化機構、具有體積較小、使用方便的優點，還可直接依據功率需求而切換所需啟動 或關閉的電機21、22、23，而不需如第一實施例中需按照一定順序開啟及關閉，故能增添應用上的靈活性。

綜上所述，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧電機單元

21、22、23‧‧‧電機

211、221、231‧‧‧旋轉軸

3‧‧‧離合器單元

31、32‧‧‧離合器

4‧‧‧偵測單元

5‧‧‧控制單元

Claims (6)

1. 一種可變化功率容量的電機系統，適用於應用於一電動裝置，該電機系統包含：至少二電機，每一電機輸出一輸出功率，並包括一能互相連動的旋轉軸；及一控制單元，分別電連接該等電機，接收一控制信號，並至少根據該控制信號以分別控制該等電機啟動及關閉，以調整該等輸出功率之總和趨近於該電動裝置所需的功率值；其中，於該電動裝置所需的功率值大於該等輸出功率之總和時，該控制單元控制增加啟動之電機的數目以增加輸出功率之總和；其中，於該電動裝置所需的功率值小於該等輸出功率之總和，且其差距大於其中一啟動電機的該輸出功率時，該控制單元控制關閉該電機以使該等輸出功率之總和趨近於該電動裝置所需的功率值；其中，每一電機的該輸出功率之值不相同；其中，該控制單元還接收一偵測信號，並還根據該偵測信號以分別控制該等電機啟動及關閉。
2. 如請求項1所述的可變化功率容量的電機系統，還包含一偵測單元，該偵測單元用以分別偵測該等電機的電流，並根據該等電機的電流輸出對應的該偵測信號。
3. 如請求項1所述的可變化功率容量的電機系統，還包含至少一設置於該等電機的該等旋轉軸間的離合器，該離合器受該控制單元控制以連結及斷開該等旋轉軸。
4. 如請求項3所述的可變化功率容量的電機系統，其中，該控制單元於啟動之該等電機的轉速到達同步後，控制該離合器連結該等旋轉軸。
5. 如請求項1所述的可變化功率容量的電機系統，其中，該等電機的該等旋轉軸連結為同一旋轉軸。
6. 如請求項1所述的可變化功率容量的電機系統，其中，該等電機為分別具有一勵磁式線圈之勵磁式電機，該控制單元於控制關閉該等電機時，將該等電機及其勵磁式線圈一併斷電。