電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車及其控制方法

2023-06-03 06:20:36

專利名稱：電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電動機車,特別是指一種電動機也會被車輪帶動轉動的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車。
背景技術：
目前，電動機車的製造技術已呈持續進步及發展中，引人注意之處仍局限於其相關於電池方面的技術，諸如蓄電、充電方面的技術，然而，與電動機車的外圍裝置相結合的有關技術中仍大部分以沿用現有機車，也就是現有的以引擎為動力的機車之外圍技術為主。現有的電動機與車輪間可互為傳動的電動機車，在進行前進或後退的牽車時，會因車輪的轉動而傳動電動機被動的轉動，該傳動或因傳動系統間機構的磨擦阻力，或因電動機本身產生的頓轉轉矩(Cogging torque)等而使得駕駛者必須耗費較多的力氣去進行牽車，十分的不便。臺灣專利號為087207588的專利公開了一種電動車之輔助裝置，內容簡單的談到在用人力移動車輛時，能開啟輔助動力以極低速驅動的牽引模式。但是現有的這種方式還是存在不足，主要在於:(1)需要轉動油門才能開啟輔助動力；(2)當車輛需要後退的時候，需要切換轉向開關，才能提供後退方向的輔助動力，操作複雜；(3)必須是駕駛員離座才能啟動牽引模式；(4)解除牽引模式的判斷條件是駕駛員就座。綜上，現有技術還是存在能源浪費和操作複雜、不人性化的弊端。所以，如何能避免前述缺失，是目前在電動機車的問題上的一個刻不容緩的課題。

發明內容
本發明的主要目的，是在於提供一種處於牽車狀態下，能提供些微輔助動力的牽引模式，以減輕車輛牽動的不便。因此，本發明為達上述目的，是提供一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，該電動機車至少包括一電動機、一啟動開關、一加速裝置、一控制電路、一驅動電路及車輪；該電動機、啟動開關、加速裝置和驅動電路與控制電路電性連接，控制電路根據電性連接間傳遞的信號控制驅動電路以驅動該電動機，以及電動機與轉速和轉向感測裝置連接，該轉速和轉向感測裝置與該控制電路電性連接，當該加速裝置的命令為零，該電動機被車輪傳動而轉動的一實際轉速在一預定低轉速範圍內，則該控制電路自動地控制該驅動電路讓電動機進入一牽引模式，以提供輔助動力使車輛前進或後退而易於牽行。其中，該實際轉速小於或大於該預定低轉速範圍時則取消牽引模式。其中，若加速裝置的命令為零且實際轉速大於預定低轉速範圍者，維持牽引模式，但停止提供輔助動力。本發明還提供一種控制如上述的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車的進入牽引模式的方法， 包括以下步驟:
步驟S301:控制電路被啟動；步驟S302:控制電路偵測加速裝置的命令是否為零；步驟S303:加速裝置的命令不為零則回到步驟S302 ；步驟S312:控制電路偵測加速裝置的命令為零狀態下，且轉速感測裝置和轉向傳感器偵測電動機的實際轉速和轉向，並傳送到控制電路，其中，實際轉速即是電動機被車輪帶動轉動的轉速；步驟S313:控制電路判斷加速裝置的命令是否為零，及判斷電動機的實際轉速是否為零；若加速裝置的命令不為零則回到步驟S302;若加速裝置的命令為零，但電動機的實際轉速不為零者，則回到步驟S312 ;若加速裝置的命令為零，且電動機的實際轉速為零者則到步驟S314;步驟S314:轉速感測裝置和轉向傳感器偵測電動機的實際轉速及轉向，並傳送至控制電路；步驟S315:控制電路判斷實際轉速是否大於或等於一預定低轉速範圍的最小值；若實際轉速小於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S314 ；步驟S316:若實際轉速大於或等於預定低轉速範圍的最小值者，控制電路控制驅動電路進入牽引模式，讓電動機以一預定輔助輸出力量轉動車輪，且輔助力量方向為前次偵測到的轉向。此外，本發明還提供一種控制上述的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車在牽引模式下取消輔助動力的方法，包括以下步驟:步驟S301:控制電路 被啟動；步驟S302:控制電路偵測加速裝置的命令是否為零；步驟S303:加速裝置的命令不為零則回到步驟S302 ；步驟S312:控制電路偵測加速裝置的命令為零狀態下，且轉速感測裝置和轉向傳感器偵測電動機的實際轉速和轉向，並傳送到控制電路。其中，實際轉速即是電動機被車輪帶動轉動的轉速；步驟S313:控制電路判斷加速裝置的命令是否為零，及判斷電動機的實際轉速是否為零；若加速裝置的命令不為零則回到步驟S302;若加速裝置的命令為零，但電動機的實際轉速不為零者，則回到步驟S312 ;若加速裝置的命令為零，且電動機的實際轉速為零者則到步驟S314;步驟S314:轉速感測裝置和轉向傳感器偵測電動機的實際轉速及轉向，並傳送至控制電路；步驟S315:控制電路判斷實際轉速是否大於或等於一預定低轉速範圍的最小值；若實際轉速小於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S314;步驟S316:若實際轉速大於或等於預定低轉速範圍的最小值者，控制電路控制驅動電路進入牽引模式，讓電動機以一預定輔助輸出力量轉動車輪，且輔助力量方向為前次偵測到的轉向；步驟S317:轉速感測裝置偵測電動機的實際轉速，以及偵測加速裝置的命令是否為零，並傳送至控制電路；步驟S318:控制電路判斷實際轉速是否在一預定的低轉速範圍內，以及判斷加速裝置的命令是否為零；若加速裝置的命令不為零則回到步驟S302 ；步驟S319:若加速裝置的命令為零且實際轉速在預定低轉速範圍內者，則維持原操作(即處於牽引模式並提供輔助動力)，並回到步驟S317 ；步驟S320:若加速裝置的命令為零且實際轉速小於預定低轉速範圍者，則取消牽引輔助動力，但維持牽引模式的轉速和轉向偵測並傳送到控制電路。本發明的有益效果是:本發明採用電動機與車輪間可互為傳動控制方式，使得車輛在牽引模式下提供可驅動車輪轉動的輔助動力，使車輛前進或後退的牽行，輕力即可達成而易於牽車操作。


圖1是本發明一實施例的結構示意圖；圖2是本發明自動切換於驅動模式與發電模式的流程圖；圖3是本發明控制電路提供的漸增式發電值的曲線示意圖；圖4是本發明驅動模式優先於發電模式的流程圖；圖5是本發明於一牽引模式的流程圖；圖6是本發明於發電模式下的PWM與現有的發電PWM的比較圖。

主要組件符號說明:I電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車2電動機3啟動開關4控制電路5加速裝置6驅動電路7 車輪8轉速感測裝置9轉向傳感器10其他輸入/輸出裝置
具體實施例方式為詳細說明本發明的技術內容、構造特徵、所實現目的及效果，以下結合實施方式並配合附圖詳予說明。請參考圖1，是表示本發明一實施例的結構示意圖；本實施例的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車I，至少包含一電動機2、一啟動開關3、一控制電路4、一加速裝置5、一驅動電路6及車輪7。控制電路4與啟動開關3 (如鑰匙開關)、加速裝置5、驅動電路6電性連接，更可與其他輸入/輸出裝置10 (如剎車迴路)連接。控制電路4可依據電性連接間作動的信號控制驅動電路6以驅動該電動機2。而驅動電路6與電動機2電性連接，且電動機2與車輪7形成可互為傳動的連接，比如該車輪7為後輪。另，電動機2連接一轉速感測裝置8和一轉向傳感器9，且轉速感測裝置8和轉向傳感器9再與控制電路4電性連接，採用轉速感測裝置8和轉向傳感器9的設置，以偵測電動機2的轉速和轉向。請同時參考圖2及圖3，其中，圖2表示本發明自動切換於驅動模式與發電模式的流程圖，圖3表示本發明控制電路提供的漸增式發電值的曲線圖。本發明電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車I自動切換於驅動模式與發電模式的步驟表述如下:步驟SI 1:驅動電路6處於一驅動模式；步驟S12:控制電路4偵測加速裝置5的狀態；步驟S13:控制電路4判斷加速裝置5的命令是否為零(即電動機2是否為動力輸出狀態)；若加速裝置5的命令不為零(即電動機2為動力輸出狀態)，則回到步驟S12，控制電路4繼續偵測；步驟S14:若加速裝置5的命令為零時(即電動機2無動力輸出)，則轉速感測裝置8將電動機2的轉速值信號傳送到控制電路4記錄為一自然轉速；步驟S15:轉速感測裝置8繼續偵測電動機2的一實際轉速，該實際轉速是指電動機2不再是動力運轉下，該電動機被行駛轉動的車輪帶動運轉的轉速；該實際轉速信號並傳送至控制電路4;步驟S16:控制電路4判斷實際轉速是否大於自然轉速；步驟S17:若實際轉速呈降低現象而小於自然轉速，則回到步驟S12 ；步驟S18:若實際轉·速呈增加現象而大於自然轉速時，則控制電路4控制驅動電路6進入發電模式，並使驅動電路6讓電動機2產生漸增式的發電(如圖3所示)；步驟S19:控制電路4偵測一解除發電模式的條件，如符合，即控制驅動電路6解除發電模式並回到步驟S12。其中，解除發電模式的條件包括實際轉速低於自然轉速、加速裝置被作動而形成未歸零等。另，本發明經測試，在無段變速的傳動系統下該自然轉速變化為實際轉速時，或因組件間的傳動因素，該實際轉速可能會變化為一較低的轉速，因此前述實際轉速大於或小於自然轉速的比值，即需要以增、減或以百分率計速等一些數值處理，對自然轉速或實際轉速作數值上的調整(例如將自然轉速處理成80%的數值或將實際轉速增為120%的數值)，然後再將自然轉速與實際轉速作邏輯上的比對或應用。當然如果是電動機與車輪間為機械剛性連動(如輪殼式馬達)即有1:1的比值。因此，採用上述步驟，可以克服現有技術必須手動切換開關的技術問題，即可自動切換到發電模式(如當在下坡行駛時)，且因為有漸增式的發電，故可避免行車時遇到阻抗突然產生大變化而造成的行車不順及騎乘的不舒適感。請參考圖6，表示本發明於發電模式下的PWM示意圖，用以說明透過PWM開關控制，可以控制發電開關ON的時間漸增而有漸增的發電值。當然，此種發電值的控制可以增或減的調變，可以在高轉速下進行小電量發電，以滿足發電回充時蓄電池對充電電流、充電電壓等限制的相關要求。本發明的其他輸入/輸出裝置10可以是一剎車迴路，由剎車信號觸發以切換成發電模式，有電動機剎車(即類似引擎剎車)的剎車輔助力下也一併形成發電作用。該剎車迴路具一剎車開關，剎車開關可以是手剎車裝置內的連動開關，當作動手剎車時剎車開關被開啟，該剎車迴路即產生一剎車信號，使控制電路4得以控制驅動電路6將電動機2切換成發電模式。但是，這種由剎車信號來切換成發電模式的前提是加速裝置5的命令為零的條件下才會進行切換，因此，本發明的剎車切換，必然在加速裝置5為零的命令和剎車信號二信號並存下，才會切換成發電模式，該發電也是以漸增式的發電進行。請參考圖4，表示本發明驅動模式優先於發電模式的流程圖，此驅動模式必須優先於發電模式的步驟表述如下:步驟S21:驅動電路6處於發電模式；步驟S22:控制電路4偵測加速裝置5的狀態；步驟S23:控制電路4判斷加速裝置5的命令是否為零；步驟S24:若加速裝置5的命令為零者，則維持發電模式，並回到步驟S22 ；步驟S25:若加速裝置5的命令不為零，則控制電路4自動地控制驅動電路6進入驅動模式。因此，由上述驅動模式必須優先於發電模式的步驟，可以達到操控需求，例如在斜坡起步時需剎車、加速同時操作下，機車應為驅動模式而非發電模式。請參考圖5，表示本發明於一牽車模式的流程圖。車輛被牽動時，車輪的轉動會帶動電動機形成被動轉動，該帶動或因傳動系統間機構的磨擦阻力，或因電動機本身產生的頓轉轉矩(Cogging torque)等阻力，造成車輛牽行不易且費力，而牽車情形或有要牽離擁擠空間、無法騎乘的牽行等(如弱電或其他機構因素)，因此本發明設計一牽引模式，可提供些微的動力輔助，而牽引模式的步驟表述如下:步驟S301:控制電路4被啟動；步驟S302:控制電路4偵測加速裝置5的命令是否為零；步驟S303:加速裝置5的命令不為零則回到步驟S302 ；步驟S312:控制電路4偵測加速裝置5的命令為零狀態下，且轉速感測裝置8和轉向傳感器9偵測電動機2的實際轉速和轉向，並傳送到控制電路4。其中，實際轉速即是電動機2被車輪帶動轉動的轉速；步驟S313:控制電路4判斷加速裝置5的命令是否為零，及判斷電動機2的實際轉速是否為零；若加速裝置5的命令不為零則回到步驟S302 ;若加速裝置5的命令為零，但電動機2的實際轉速不為零者，則回到步驟S312 ;若加速裝置5的命令為零，且電動機2的實際轉速為零者則到步驟S314 ；步驟S314:轉速感測裝置8和轉向傳感器9偵測電動機2的實際轉速及轉向，並傳送至控制電路4;步驟S315:控制電路4判斷實際轉速是否大於或等於一預定低轉速範圍的最小值；若實際轉速小於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S314 ；步驟S316:若實際轉速大於或等於預定低轉速範圍的最小值者，控制電路4控制驅動電路6進入牽引模式，讓電動機2以一預定輔助輸出力量轉動車輪7，且輔助力量方向為前次偵測到的轉向(可為步驟S314或步驟S320偵測到的轉向)；步驟S317:轉速感測裝置8偵測電動機2的實際轉速，以及偵測加速裝置5的命令是否為零，並傳送至控制電路4 ；步驟S318:控制電路4判斷實際轉速是否在一預定的低轉速範圍內，以及判斷加速裝置5的命令是否為零；若加速裝置5的命令不為零則回到步驟S302 ；步驟S319:若加速裝置5的命令 為零且實際轉速在預定低轉速範圍內者，則維持原操作(即處於牽引模式並提供輔助動力)，並回到步驟S317 ；步驟S320:若加速裝置5的命令為零且實際轉速小於預定低轉速範圍者，則取消牽引輔助動力，但維持牽引模式的轉速和轉向偵測並傳送到控制電路4;步驟S330:控制電路4判斷實際轉速是否在一預定的低轉速範圍內，以及判斷加速裝置5的命令是否為零；若加速裝置5的命令不為零則回到步驟S302 ;若實際轉速大於O但小於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S320 ;若實際轉速大於或等於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S316，此時輔助力量方向為前次步驟S320偵測到轉向；步驟S321:若加速裝置5的命令為零且實際轉速大於預定低轉速範圍者，則維持牽引模式，但停止提供輔助動力；步驟S322:轉速感測裝置8和轉向傳感器9偵測電動機2的實際轉速和轉向以及加速裝置5的命令是否為零，並傳送至控制電路4 ；步驟S323:控制電路4判斷實際轉速是否大於預定低轉速範圍的最大值，以及加速裝置5的命令是否為零；若實際轉速大於預定低轉速範圍的最大值者，則回到步驟S321 ；若加速裝置5的命令不為零時則回到步驟S302 ；步驟S324:若實際轉速小於或等於預定低轉速範圍的最大值者，則維持牽引模式並恢復輔助動力，再回到步驟S317。其中，優選地，用於無段變速系統的預定低轉速範圍可設定在250RPM到1500RPM之間，但並不以此為限，可依需求設定，以及驅動車輪轉動的輔助動力也可依需求設定。另，前述判斷電動機2的實際轉速 是否為零的判斷方式為最佳，但也可以採用零至小於該預定低轉速範圍最小值間的任一轉速或該區間轉速作為判斷值，或將零、任一轉速、區間轉速等放棄判斷，也無礙牽引模式的實施，但可能會增加一些不必要的輔助動力輸出，因而造成電力浪費。前述實際轉速小於或大於預定低轉速範圍者，有維持牽引模式但停止提供輔助動力的判斷，此判斷也可以採用取消牽引模式的方式取代，也無礙牽引模式的實施。因此，藉由上述電動機2與車輪7間可互為傳動控制，而有驅動模式、發電模式間的切換，並以驅動模式優先於發電模式的控制，於發電模式時為漸增式的發電，可避免行車不順、騎乘不舒適等，以及，一可產生剎車信號的剎車迴路，在一定條件下的剎車可切換為發電模式，有電動機剎車(即類似引擎剎車)的剎車輔助力也一併形成發電作用；另，牽引模式下所提供可驅動車輪轉動的輔助動力，使車輛前進或後退的牽行，輕力即可達成而易於牽車操作。以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。
權利要求
1.一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車,該電動機車至少包括一電動機、一啟動開關、一加速裝置、一控制電路、一驅動電路及車輪；該電動機、啟動開關、加速裝置和驅動電路與控制電路電性連接，控制電路根據電性連接間傳遞的信號控制驅動電路以驅動該電動機，以及電動機與轉速和轉向感測裝置連接，其特徵在於: 該轉速和轉向感測裝置與該控制電路電性連接，當該加速裝置的命令為零，該電動機被車輪傳動而轉動的一實際轉速在一預定低轉速範圍內，則該控制電路自動地控制該驅動電路讓電動機進入一牽引模式，以提供輔助動力使車輛前進或後退而易於牽行。
2.根據權利要求1所述的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，其特徵在於:該實際轉速小於或大於該預定低轉速範圍時則取消牽引模式。
3.根據權利要求1所述的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車，其特徵在於:若加速裝置的命令為零且實際轉速大於預定低轉速範圍者，維持牽引模式，但停止提供輔助動力。
4.一種控制如權利要求1所述的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車的進入牽引模式的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟S301:控制電路被啟動； 步驟S302:控制電路偵測加速裝置的命令是否為零； 步驟S303:加速裝置的命令不為零則回到步驟S302 ； 步驟S312:控制電路偵測加速裝置的命令為零狀態下，且轉速感測裝置和轉向傳感器偵測電動機的實際轉速和轉向，並傳送到控制電路，其中，實際轉速即是電動機被車輪帶動轉動的轉速；` 步驟S313:控制電路判斷加速裝置的命令是否為零，及判斷電動機的實際轉速是否為零；若加速裝置的命令不為零則回到步驟S302 ;若加速裝置的命令為零，但電動機的實際轉速不為零者，則回到步驟S312 ;若加速裝置的命令為零，且電動機的實際轉速為零者則到步驟S314 ; 步驟S314:轉速感測裝置和轉向傳感器偵測電動機的實際轉速及轉向，並傳送至控制電路； 步驟S315:控制電路判斷實際轉速是否大於或等於一預定低轉速範圍的最小值；若實際轉速小於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S314 ； 步驟S316:若實際轉速大於或等於預定低轉速範圍的最小值者，控制電路控制驅動電路進入牽引模式，讓電動機以一預定輔助輸出力量轉動車輪，且輔助力量方向為前次偵測到的轉向。
5.一種控制如權利要求1所述的電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車在牽引模式下取消輔助動力的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟S301:控制電路被啟動； 步驟S302:控制電路偵測加速裝置的命令是否為零； 步驟S303:加速裝置的命令不為零則回到步驟S302 ； 步驟S312:控制電路偵測加速裝置的命令為零狀態下，且轉速感測裝置和轉向傳感器偵測電動機的實際轉速和轉向，並傳送到控制電路。其中，實際轉速即是電動機被車輪帶動轉動的轉速；步驟S313:控制電路判斷加速裝置的命令是否為零，及判斷電動機的實際轉速是否為零；若加速裝置的命令不為零則回到步驟S302 ;若加速裝置的命令為零，但電動機的實際轉速不為零者，則回到步驟S312 ;若加速裝置的命令為零，且電動機的實際轉速為零者則到步驟S314 ; 步驟S314:轉速感測裝置和轉向傳感器偵測電動機的實際轉速及轉向，並傳送至控制電路； 步驟S315:控制電路判斷實際轉速是否大於或等於一預定低轉速範圍的最小值；若實際轉速小於預定低轉速範圍的最小值者，則回到步驟S314 ； 步驟S316:若實際轉速大於或等於預定低轉速範圍的最小值者，控制電路控制驅動電路進入牽引模式，讓電動機以一預定輔助輸出力量轉動車輪，且輔助力量方向為前次偵測到的轉向； 步驟S317:轉速感測裝置偵測電動機的實際轉速，以及偵測加速裝置的命令是否為零，並傳送至控制電路； 步驟S318:控制電路判斷實際轉速是否在一預定的低轉速範圍內，以及判斷加速裝置的命令是否為零；若加速裝置的命令不為零則回到步驟S302 ； 步驟S319:若加速裝置的命令為零且實際轉速在預定低轉速範圍內者，則維持原操作(即處於牽引模式並提供輔助動力)，並回到步驟S317 ； 步驟S320:若加速裝置的命令 為零且實際轉速小於預定低轉速範圍者，則取消牽引輔助動力，但維持牽引模式的轉速和轉向偵測並傳送到控制電路。
全文摘要
本發明公開了一種電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車及其控制方法，其中所述電動機與車輪間可互為傳動控制的電動機車至少包括電動機、啟動開關、加速裝置、控制電路、驅動電路及車輪，其中，電動機與車輪間構成可互為傳動作用，牽動機車時具有一牽引模式的微動力輔助以驅動車輪，可輕易操作車輛前進、後退的牽行。
文檔編號B60L7/10GK103241320SQ201310078689
公開日2013年8月14日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者朱明聰 申請人:愛德利科技股份有限公司