TWI593573B - Electric car structure to improve motor efficiency - Google Patents
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Description
本發明係有關一種提升馬達效率之電動機車結構，尤指一種直接運用舊或新燃油引擎車輛之變速齒輪箱，改裝以電動馬達為動力源，以驅動變速齒輪箱，以藉燃油引擎車輛原變速齒輪箱之優質變速效果，使電動馬達於車輛起步及各種行進狀態，都能產生最合適之驅動速率，進而使電動馬達達到最佳輸出效率，大幅降低耗電及提升續航力之目的。
按，習知電動車未能大幅取代燃油車之市場銷售量，即表示電動車之性能仍然無法滿足消費者之實用需求，主要的原因在於電動車發展至今仍舊不斷改進其主要之缺點：續航力不足、充電時間過長、起步扭力不足與高性能車種成本過高，因此電源儲存裝置未改進之前，最快而有效之方式就是改變馬達之驅動方式，目前市場上所販賣的電動車驅動之方式概略分為：(1)直接驅動、(2)減速齒輪驅動、(3)皮帶式CVT驅動。而目前市場上所販賣的電動車驅動之方式其特性及缺點簡述如下：
(1)直接驅動方式：其結構簡單、無複雜之變速系統、成本低廉是許多電動車使用之方式，但也是與實際使用落差最大的一種；當使用馬力較小之馬達時，雖然消耗之電流較少、在起步到低速之階段比較容易操控，但是實際市區行駛之情況是前進與停止頻繁之路況，會因為馬力較小造成起步時間加長而造成馬達於車輛起步階
段馬達為了克服慣性而自電瓶抽取大量電源，遇到有坡度之路段因無法變速而加大扭力輸出，更大幅縮短行駛里程。
加大馬達之馬力雖然可以改善上述之缺點，但是除了消耗電能增加之外，大馬力輸出會在車輛剛起步階段容易造成爆衝之危險，而使得一般駕駛人難以操縱。
(2)固定減速齒輪比驅動方式：其係以高轉速馬達搭配減速齒輪可以改善起步到低速階段之能力，但是固定比例之減速齒輪組難以同時滿足低速與高速之駕駛需求(電動車於高速行駛時，駕駛者只能增加馬達轉速，馬達高速運轉更會產生高溫，造成馬達消耗更高之電能，大幅降低電動車之續航距離)。
(3)皮帶式CVT驅動方式：其採用兩組V型溝槽之轉盤夾緊傳動皮帶，利用馬達轉動速度的高低改變V型溝槽轉盤之離心力，進一步改變轉盤之直徑比例，就能完成減速比例。
V型溝槽之轉盤必須夾緊傳動皮帶是為了防止皮帶與轉盤之間的滑動，因此容易產生高摩擦高熱散溢造成大量能源損耗，亦大幅降低電動車之續航距離。
再者，一般燃油引擎車輛，如第八圖及第九圖，其係藉由離合器(73)及變速齒輪箱(8)之搭配，並藉汽缸(7)、曲柄(71)及曲柄軸(72)以產生最佳之驅動效果，並得到省油之目的，但燃油引擎將大量排放廢氣，造成空氣汙染，但如何去除燃油引擎之汙染問題，並利用其變速齒輪箱使電動馬達可發揮最大功效，減少耗電及增加航程，則是本發明之主要發明目的。
本發明人有鑑於上述習知之實用困難及有待改善之缺失，盼能提供一突破性之設計，以增進實用效果，乃潛心研思、設計組製，綜集其多年從事相關產品設計產銷之專業技術知識與實務經驗及研思設計所得之成果，終研究出本發明一種提升馬達效率之電動機車結構，以提供使用者。
本發明一種提升馬達效率之電動機車結構，其主要包括電動馬達、電動馬達控制單元及變速齒輪箱，其中係將原燃油引擎之汽缸、曲柄及曲柄軸等內燃機之燃爆構件取下，並以一主驅動軸取代曲柄及曲柄軸，其中該主驅動軸一端，設有皮帶齒輪或鏈齒輪，以供電動馬達以皮帶驅動主驅動軸，主驅動軸另一端，則設有一主驅動齒輪，主驅動齒輪則與一動力輸入齒輪相互配合，該動力輸入齒輪係位於變速齒輪箱之動力輸入端，該動力輸入齒輪係藉由一離合器以控制其輸入之轉速變化或與變速齒輪箱之變速齒輪組產生驅動或斷開者，並藉由設於一側之變檔踏桿以控制所需之檔位，以得到車輛在不同路況如爬坡、下坡等可得到不同之扭力輸出，使車輛之低速及高速得以在不同之路況利用各檔位之減速比，使馬達維持最佳輸出效率之效果，於變速齒輪組之末端輸出端則設有轉速輸出鏈齒輪，進而可帶動車輛後輪使車輛行進者，啟動時先藉由設於車把之離合器拉把使離合器斷開，並藉設於變速齒輪箱一側之變檔踏桿使變速齒輪組進入空檔位置，轉動速度轉把使電動馬達開始運轉，以避免始動瞬間之巨大電流耗損，再藉變檔踏桿進行變檔並配合離合器以適當壓合，進而藉其他各檔位使電動馬達於車輛起步及各種行進狀態，都能產生最合適之驅動速率，進而使電動馬達達到最佳輸出效率，大幅降低耗電及提升續航力之目的。
本發明之主要目的係藉本發明以得到車輛在不同路況如爬坡、下坡等可得到不同之扭力輸出，使車輛之低速及高速得以在不同之路況產生最佳之控制，
進而使電動馬達於車輛起步及各種行進狀態，都能產生最合適之驅動速率，進而使電動馬達達到最佳輸出效率，大幅降低耗電及提升續航力之目的。
本發明之次一目的在藉直接運用舊或新燃油引擎車輛之變速齒輪箱，加裝電動馬達為動力源，以驅動變速齒輪箱，以藉燃油引擎車輛原變速齒輪箱之優質變速效果，除使電動馬達達到最佳輸出效率，大幅降低耗電及提升續航力之目的外，取消活塞、曲柄、曲柄軸、汽缸、發電機、排氣管及化油器等之燃爆零件，而大幅降低成本。
為使 貴審查委員能更了解本發明之結構特徵及其功效，茲配合圖式並詳細說明於後。
(1)‧‧‧電動馬達
(11)‧‧‧電動馬達控制單元
(12)‧‧‧電瓶
(13)‧‧‧控制單元
(131)‧‧‧微處理器MCU
(2)‧‧‧皮帶
(3)‧‧‧主驅動軸
(31)‧‧‧皮帶齒輪
(32)‧‧‧主驅動齒輪
(33)‧‧‧馬達轉速感應器
(4)(8)‧‧‧變速齒輪箱
(41)‧‧‧動力輸入齒輪
(42)‧‧‧變速齒輪組
(421)‧‧‧轉速輸出鏈齒輪
(43)(73)‧‧‧離合器
(44)‧‧‧速度感應器
(5)‧‧‧變檔踏桿
(51)‧‧‧變檔軸
(52)‧‧‧蝸輪
(53)‧‧‧變檔馬達
(54)‧‧‧蝸桿
(55)‧‧‧檔位感應器
(56)‧‧‧變檔馬達控制單元
(57)‧‧‧撥叉軸
(58)‧‧‧檔位切換轉盤
(6)(9)‧‧‧車輛
(61)‧‧‧離合器拉把
(62)‧‧‧後輪
(63)‧‧‧速度錶及轉速錶
(64)‧‧‧速度轉把
(7)‧‧‧汽缸
(71)‧‧‧曲柄
(72)‧‧‧曲柄軸
第一圖係本發明試舉其中一較佳實施例之立體分解圖。
第二圖係本發明之實施例組合立體圖。
第三圖係本發明實際使用於車輛時之其中一側視圖。
第四圖係本發明實際使用於車輛時之另一側視圖。
第五圖係本發明取消離合器並藉由速度錶及轉速錶得知行駛速度與馬達轉速後可藉由速度轉把略為改變馬達轉速以藉變檔踏桿順利進行檔位切換之另一實施例圖。
第六圖係本發明取消離合器並藉由檔位感應器、轉速感應器及速度感應器得知行車各數據藉控制單元之微處理器調整馬達轉速使得變速齒輪同步同時啟動檔位切換馬達自動切換檔位之再一實施例圖。
第七圖係作為第六圖實施例之控制電路圖。
第八圖係習知燃油引擎局部立體分解圖。
第九圖係習知燃油引擎之實際使用狀態圖。
請參閱第一圖、第二圖、第三圖、第四圖、第五圖及第六圖，本發明係有關一種提升馬達效率之電動機車結構，尤指一種直接運用舊或新燃油引擎車輛之變速齒輪箱(8)，改裝以電動馬達(1)為動力源，以驅動變速齒輪箱(4)，以藉燃油引擎車輛(9)原變速齒輪箱(8)之優質變速效果，使電動馬達(1)於車輛起步及各種行進狀態，都能產生最合適之驅動速率，進而使電動馬達(1)達到最佳輸出效率，大幅降低耗電及提升續航力之目的。
其主要包括電動馬達(1)、電動馬達控制單元(11)及變速齒輪箱(4)，其中係將原燃油引擎之汽缸(7)、曲柄(71)及曲柄軸(72)等構件取下，並以一主驅動軸(3)取代曲柄(71)及曲柄軸(72)，其中該主驅動軸(3)位於變速齒輪箱(4)最前側，於該主驅動軸(3)一端，設有皮帶齒輪(31)或鏈齒輪，以供電動馬達(1)以皮帶(2)驅動主驅動軸(3)，主驅動軸(3)另一端，則設有一主驅動齒輪(32)，主驅動齒輪(32)則與一動力輸入齒輪(41)相互配合，該動力輸入齒輪(41)係位於變速齒輪箱(4)之動力輸入端，該動力輸入齒輪(41)係藉由一離合器(43)以控制其輸入之轉速變化或與變速齒輪箱(4)之變速齒輪組(42)產生驅動或斷開者，並藉由設於一側之變檔踏桿(5)以控制所需之檔位，於變速齒輪組(42)之末端輸出端，則設有轉速輸出鏈齒輪(421)，進而可帶動車輛(6)後輪(62)使車輛(6)行進者，啟動時先藉由設於車把之離合器拉把(61)使離合器(43)斷開，並藉設於變速齒輪箱(4)一側之變檔踏桿(5)使變速齒輪組(42)進入空檔位置，轉動速度轉把(64)使電動馬達(1)開始運轉，以避免始動瞬間之巨大電流耗損，
再藉變檔踏桿(5)帶動變檔軸(51)進行變檔並配合離合器(43)以適當壓合，以得到車輛(6)在不同路況如爬坡、下坡等可得到不同之扭力輸出，使車輛(6)之低速及高速得以在不同之路況利用各檔位之減速比，使電動馬達(1)於車輛(6)起步及各種行進狀態維持最佳輸出效率之效果，進而使電動馬達(1)達到最佳輸出效率，大幅降低耗電及提升續航力之目的。
此外，該電動馬達控制單元(11)具有偵測電動馬達(1)負載以控制電瓶(12)之電量輸出，並將電動馬達(1)負載、轉速及電瓶(12)電量等之狀況連接至速度錶及轉速錶(63)，以使騎乘者了解。
再請參閱第五圖所示，係本發明之另一實施例，因電動馬達(1)驅動之車輛(6)沒有燃油引擎起步時入檔會熄火的問題，所以本實施例取消了離合器(43)，並於與電動馬達(1)同步之主驅動軸(3)上之主驅動齒輪(32)或與電動馬達(1)同轉速之構件上，設有馬達轉速感應器(33)，以可得到電動馬達(1)轉速之數據，並於變速齒輪組(42)其中一與轉速輸出鏈齒輪(421)同步之齒輪一側，設有一速度感應器(44)以可得到車輛(6)行進速度之數據，並將電動馬達(1)轉速及車輛(6)行進速度之數據連接顯示於速度錶及轉速錶(63)，駕駛者藉由速度錶及轉速錶(63)得知車輛(6)行駛速度與電動馬達(1)轉速後可藉由速度轉把(64)，略為改變電動馬達(1)轉速，藉設於變速齒輪箱(4)一側之變檔踏桿(5)順利進行檔位切換者。
最後請參閱第六圖及第七圖所示，係本發明之再一實施例，因電動馬達(1)驅動之車輛(6)沒有燃油引擎起步時入檔會熄火的問題，所以本實施例取消了離合器(43)，並於與電動馬達(1)同步之主驅動軸(3)上之主驅動齒輪(32)或與電動馬達(1)同轉速之構件上，設有馬達轉速感應器(33)，以可得到電動馬達(1)轉速之數據，電動馬達(1)則由
一電動馬達控制單元(11)控制，並於變速齒輪組(42)其中一與轉速輸出鏈齒輪(421)同步之齒輪一側，設有一速度感應器(44)以可得到車輛(6)行進速度之數據，藉由控制單元(13)中之微處理器MCU(131)將馬達轉速感應器(33)及速度感應器(44)所感應電動馬達(1)轉速及車輛(6)行進速度之數據轉換後連接顯示於速度錶及轉速錶(63)，並藉由設於變檔機構內之檔位感應器(55)偵測設於撥叉軸(57)之檔位切換轉盤(58)，以得知排檔檔位、速度轉把(64)得知轉把開度、馬達轉速感應器(33)得知電動馬達(1)轉速、速度感應器(44)得知行車速度，並將前述各數據傳送至控制單元(13)之微處理器MCU(131)，即可自動依據微處理器MCU(131)內建程式設定之換檔時機到臨，微處理器MCU(131)則傳送控制訊息給電動馬達控制單元(11)以調整電動馬達(1)轉速，使其與變速齒輪箱(4)變速齒輪同步，同時微處理器MCU(131)則傳送控制訊息給變檔馬達控制單元(56)啟動設於變檔軸(51)一側之變檔馬達(53)，使變檔馬達(53)轉軸上之蝸桿(54)驅動設於變檔軸(51)上之蝸輪(52)使變檔軸(51)轉動，達自動切換檔位之目的。
綜上所述，本發明具提供使車輛在不同路況如爬坡、下坡等可得到不同之扭力輸出，讓車輛之低速及高速得以在不同之路況產生最佳之控制，並使電動馬達於車輛起步及各種行進狀態，都能產生最合適之驅動速率，進而使電動馬達達到最佳輸出效率，大幅降低耗電及提升續航力之目的，為一甚具新穎性、進步性及可供產業上應用之發明，實已符合發明專利之給與要件，爰依法提出專利申請，尚祈 貴審查委員能詳予審查，並早日賜准本案專利，實為德便。
唯以上所述者，僅為本發明所舉之其中較佳實施例，亦適用於三輪及四輪車輛，當不能以之限定本發明之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
(1)‧‧‧電動馬達
(2)‧‧‧皮帶
(3)‧‧‧主驅動軸
(31)‧‧‧皮帶齒輪
(32)‧‧‧主驅動齒輪
(4)‧‧‧變速齒輪箱
(41)‧‧‧動力輸入齒輪
(42)‧‧‧變速齒輪組
(421)‧‧‧轉速輸出鏈齒輪
(43)‧‧‧離合器
(5)‧‧‧變檔踏桿
(51)‧‧‧變檔軸
(57)‧‧‧撥叉軸
(58)‧‧‧檔位切換轉盤
Claims (6)
- 一種提升馬達效率之電動機車結構，其主要包括電動馬達、電動馬達控制單元及變速齒輪箱，其中係將原燃油引擎之汽缸、曲柄及曲柄軸等內燃機之燃爆構件取下，並以一主驅動軸取代曲柄及曲柄軸，其主要特徵為： 其中該主驅動軸位於變速齒輪箱最前側，於該主驅動軸一端，設有皮帶齒輪或鏈齒輪，以供電動馬達以皮帶驅動主驅動軸，電動馬達則由一電動馬達控制單元控制，主驅動軸另一端，則設有一主驅動齒輪，主驅動齒輪則與一動力輸入齒輪相互配合，該動力輸入齒輪係位於變速齒輪箱之動力輸入端，該動力輸入齒輪係藉由一離合器以控制其輸入之轉速變化或與變速齒輪箱之變速齒輪組產生驅動或斷開者，並藉由設於一側之變檔踏桿以控制所需之檔位，於變速齒輪組之末端輸出端，則設有轉速輸出鏈齒輪，進而可帶動車輛後輪使車輛行進者，啟動時先藉由設於車把之離合器拉把使離合器斷開，並藉設於變速齒輪箱一側之變檔踏桿使變速齒輪組進入空檔位置，轉動速度轉把使電動馬達開始運轉，以避免始動瞬間之巨大電流耗損，再藉離合器配合變檔踏桿進行變檔，以得到車輛在不同路況如爬坡、下坡等可得到不同之扭力輸出，使車輛之低速及高速得以在不同之路況產生最佳之控制，並使電動馬達於車輛起步及各種行進狀態，都能產生最合適之驅動速率，進而使電動馬達達到最佳輸出效率，大幅降低耗電及提升續航力之目的。
- 如申請專利範圍第１項所述提升馬達效率之電動機車結構，其中該電動馬達控制單元具有偵測電動馬達負載以控制電瓶之電量輸出，並將電動馬達負載、轉速及電瓶電量等之狀況連接至速度錶及轉速錶，以使騎乘者了解。
- 一種提升馬達效率之電動機車結構，其主要包括電動馬達、電動馬達控制單元及變速齒輪箱，其主要特徵為： 其中該主驅動軸位於變速齒輪箱最前側，於該主驅動軸一端，設有皮帶齒輪或鏈齒輪，以供電動馬達以皮帶驅動主驅動軸，主驅動軸另一端，則設有一主驅動齒輪，主驅動齒輪則與一動力輸入齒輪相互配合，該動力輸入齒輪係位於變速齒輪箱之動力輸入端，並藉由設於一側之變檔踏桿以控制所需之檔位，於變速齒輪組之末端輸出端，則設有轉速輸出鏈齒輪，進而可帶動車輛後輪使車輛行進者，於與電動馬達同步之主驅動軸上之主驅動齒輪或與電動馬達同轉速之構件上，設有馬達轉速感應器，以可得到電動馬達轉速之數據，電動馬達則由一電動馬達控制單元控制，並於變速齒輪組其中一與轉速輸出鏈齒輪同步之齒輪一側，設有一速度感應器以可得到車輛行進速度之數據，並由電動馬達控制單元將電動馬達轉速及車輛行進速度之數據連接顯示於速度錶及轉速錶，駕駛者藉由速度錶及轉速錶得知車輛行駛速度與電動馬達轉速後可藉由速度轉把，略為改變電動馬達轉速，藉設於變速齒輪箱一側之變檔踏桿順利進行檔位切換者。
- 如申請專利範圍第３項所述提升馬達效率之電動機車結構，其中該電動馬達控制單元具有偵測電動馬達負載以控制電瓶之電量輸出，並將電動馬達負載、轉速及電瓶電量等之狀況連接至速度錶及轉速錶，以使騎乘者了解。
- 一種提升馬達效率之電動機車結構，其主要包括電動馬達、控制單元及變速齒輪箱，其主要特徵為： 其中該主驅動軸位於變速齒輪箱最前側，於該主驅動軸一端，設有皮帶齒輪或鏈齒輪，以供電動馬達以皮帶驅動主驅動軸，主驅動軸另一端，則設有一主驅動齒輪，主驅動齒輪則與一動力輸入齒輪相互配合，該動力輸入齒輪係位於變速齒輪箱之動力輸入端，於變速齒輪組之末端輸出端，則設有轉速輸出鏈齒輪，進而可帶動車輛後輪使車輛行進者，於與電動馬達同步之主驅動軸上之主驅動齒輪或與電動馬達同轉速之構件上，設有馬達轉速感應器，以可得到電動馬達轉速之數據，電動馬達則由一電動馬達控制單元控制，並於變速齒輪組其中一與轉速輸出鏈齒輪同步之齒輪一側，設有一速度感應器以可得到車輛行進速度之數據，於變檔軸一側設有變檔馬達，變檔馬達轉軸上設有蝸桿，於變檔軸上設有與變檔馬達轉軸上所設蝸桿配合之蝸輪，藉由控制單元將馬達轉速感應器及速度感應器所感應電動馬達轉速及車輛行進速度之數據轉換後連接顯示於速度錶及轉速錶，並藉由設於變檔機構內之檔位感應器偵測設於撥叉軸之檔位切換轉盤，以得知排檔檔位、速度轉把得知轉把開度、馬達轉速感應器得知電動馬達轉速、速度感應器得知行車速度，並將前述各數據傳送至控制單元之微處理器MCU，即可自動依據微處理器MCU內建程式設定之換檔時機到臨，微處理器MCU則傳送控制訊息給電動馬達控制單元以調整電動馬達轉速使其與變速齒輪箱變速齒輪同步，同時微處理器MCU則傳送控制訊息給變檔馬達控制單元啟動設於變檔軸一側之變檔馬達，使變檔馬達轉軸上之蝸桿驅動設於變檔軸上之蝸輪，使變檔軸轉動，達自動切換檔位之目的。
- 如申請專利範圍第５項所述提升馬達效率之電動機車結構，其中該控制單元包括一微處理器MCU，馬達轉速感應器、速度感應器、檔位感應器、速度轉把、電動馬達控制單元、變檔馬達控制單元及速度錶及轉速錶均與微處理器MCU電連接，藉由微處理器MCU接收各構件訊號數據並發出控制訊息者。
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