TWI278165B - Single body motor/generator dual function device - Google Patents

Description

1278165 五、 發明說明 ( 1 ) 發 明 背 景 楚 m 領 域 本 發 明 係 關 於 —^ 種 單 體 馬 達/發電機兩用裝置，尤指一 種 兼 具 驅 動 馬 達 及 發 電 機 兩 種功能之單 體結構裝置者。 相 關 技 藝 說 明 *~~- 般 之 從 動 設 備 係 使 用 引 擎或馬達予 以驅動，而作爲驅 動 源 之 引 擎 或 馬 達 則 須 另 以 一套發電設 備提供其電力，如 是 爲 了 使從 動 設 備 之 負 載 動作，往往 需要分別提供一套 發 電 設 備 及另 —* 套 驅 動 設 備 倂用，始克其功，如此，非但 使其 體 積 龐 大 且 所 費 不 貲 ，不具產業 上之實用價値。 此 間 業 界 曾 試 圖 於馬 達 之 結構上增加 爲兩組電樞及兩組 線 圈 並 以 改 變 迴 路 之 連 接 方式，冀使 該馬達因迴路之切 換 及 該 兩 組 電 樞 與 線 圈 之 匹 配而達輸出 動力作爲馬達使用 或 產 生 電 力 作 爲 發 電 機 使 用 ，惟此種迴 路之切換極易造成 電 氣 故 障 y 且 馬 達 內 部 因 多 增加一組電 樞及一組線圈，就 馬 達 之 製 作而 乃 極 其 繁 複’甚易造 成不良品，且亦將 使成本大 幅 提 高 0 發 明 槪 述 因 此 y 本 發 明 之主 要 巨 的在於改良上 述習知技術之缺點 9 提 供 一 種 單 體 馬 達 /發電機兩用裝置。 根據本發明之一 觀 點 > 提 供 — 種 單 體 ， 共用 組件之馬達 /發電機兩用裝置 包含 —* 可充 電 電 池 ， 一 模 式切換機構 ，一兩用旋轉電機 機 構 1 至 少 兩 個 傳 動 構 件 ， 以及用於選 擇地嚙合該等傳動 構 件 之 順 向 /反向變換機構，當使用該兩用裝置爲馬達 -3- 1278165 五、 發明說明 ( 2) 時 > 在 該 模 式切換 機構之 控制下， 從 該 可充 電 電 池 經該順 向 /反向 丨變換機構所選擇之第- -傳動構件供電到定子或轉 子及從 動 負 載 ;而 當使用 該兩 用裝 置 爲 發電 機 時 ， 該電池 之充 電 係 藉 由 施加 一外力 於從 動負 載 5 使得 該 從 動 負載驅 動 第 二 傳 動 構 件而以相反於馬 達模 式· 中 轉子 轉 動 方 向來旋 轉 轉 子 而 透 過定 子與轉 子之 間之 磁 耦 合來 感 應 一 電動勢 充 電 Ο 本 發 明 之另 一目 的在於 提供 一種 單 體 馬達 /發電機兩用 裝 置 包含 —' 可充 電電池 ， —* 模式切 換 機構 J -- 含有轉子 及定子之 兩 用 旋轉 發電機 機構 ，及 轉 子 轉動 方 向 選 擇機構 5 其 中 該 定子係由 永久磁 性材料所 製 成 ，以及 該 轉 子具有 線 圈 繞 組 〇 本 發 明 之又 一目 的在於 提供 一種 上 述 形式之 單 體 馬達/ 發 電 機 兩 用 裝 置， 其中該 定子係由 線 圈 繞組 纏 繞 導 磁材料 所 製 成 1 以 及 該轉 子係由 永久 磁性材料所製 成 Ο 根 據 本 發 明 之另 一觀點 ，提 供有 一 種 單體 馬 達 /發電機 兩 用 裝 置 其 中該 定子及 轉子 均由 線 圈 繞組 纏 繞 導 磁材料 所 製 成 以及 該裝 置進一 步地包含 至 少 一啓 動 開 關 ，一回 授 開 關 ， 及 一 整流 器。當 使用 該裝 置 爲 發電 機 時 ， 該兩開 關 初始時 同 時 閉合 ，可充 電電 池透 過 啓 動開 關 提 供 一電壓 於 轉 子 之 繞 組 ，而所感應 之電 壓會 進 一 步地助成 該 轉子/ 定子 機 構 之 磁 場， 當轉子 以一 相對 於定 子之 預 定方 向轉動 時 > 由 該 磁 場 所感 應之第 一部 分之 電 動 勢會 透 過 整 流器及 回 授 開 關 回 授 至轉 子的線 圈繞 -4 組， 然 後 ，啓 動 開 關 斷開及 1278165 五、 發 -明說明 (3) 透 過 上 述 模 式切換機構使用主要部分之電動勢來充電電池 及 持 續 地 回授第一部分之電動勢於轉子之繞組，該啓動 開 關 會 維 持 斷開直到停止施加外力於從動負載爲止。 根 據 本 發 明之又一觀點，提供有一種上述形式之單體馬 達 /發電機兩用裝置，進一步地包含一差動式轉矩變換機 構 及/或- -額外之傳動構件，用於致能轉矩，速度，方向 > 或 其 他所 需功能之改變。 此 外 ， 根 據本發明之再一觀點，提供有一種上述形式之 單 體 馬 達 /發電機兩用裝置，其中該轉動方向選擇機構可 連 動 於 該 模 式切換機構，或獨立地控制。 本 發 明 之其他目的及構成特徵，將佐以如下之附圖配合 實 施 例 之 說 明而更爲顯見。 圖 式 簡 單 說 明 第 — 圖 爲 本發明單體馬達/發電機兩用裝置第一實施例 構 成 圖 Ο 第 二 圖 爲 本發明單體馬達/發電機兩用裝置第二實施例 構 成 圖 〇 第 三 圖 爲 本發明單體馬達/發電機兩用裝置第三實施例 構 成 圖 〇 發 明 詳 細 說 明 如 第 一 圖 所示’本發明之單體馬達/發電機兩用裝置主 要 係 由 — 兩 用旋轉/發電機機構1，一模式切換機構2用於 切 換 於 馬 達 模式與發電機模式，一可充電電池3，一第一 傳 動 構 件 4 A，一第二傳動構件4B，一差動或第三傳動構 -5 - 1278165 五、發明說明（4) 件4C及一順向/反向變換機構5所組成。該兩用旋轉電機 機構1具有一定子1 1，由永久磁石所製成，一轉子12， 由線圈繞組所纏繞，一電刷1 3及一整流子1 4。轉子1 2 轉軸1 5之兩端分別以該第一及第二傳動構件4A，4B連 接於該差動傳動構件4C，而該差動傳動構件4C則連接於 從動負載6，例如車輪等。 該模式切換機構2包含一切換開關，且較佳地可藉第一 圖中未示之連動（INTERBLOCK)控制裝置控制該順向/反向 變換機構5，亦即，當模式切換機構2切換在馬達驅動之 B段位置時，以圖中未示之連動控制裝置使該順向/反向 變換機構5改變至第一位置，其中嚙合該第二傳動構件 4B ;而當該模式切換機構2切換至發電機之A段位置時 ，該圖中未示之連動控制裝置亦同時使該順向/反向變換 機構5改變至第二位置，其中嚙合該第一傳動構件4A， 且同時使從動負載6轉動。選擇性地，亦可開個分別地操 作該模式切換機構2及該順向/反向變換機構5。 在可充電電池3之前可連接一整流器3A及一電壓/電流 調整器3B，而兩用旋轉電機機構1可連結一例如調速系 統7之驅控器，以控制該轉軸1 5之轉速。將理解的是該 調速系統7可提供所有必要之馬達驅動及控制功能，包含 啓動及停止控制，轉矩調整，相位控制，電壓及電流控制 等。 當該模式切換機構2切換至馬達驅動之B段位置以用 於選擇馬達模式時，可充電電池3及供應電流經調速系統 1278165 五、發明說明（5) 7，一連接線W，電刷1 3及整流子1 4而至兩用旋轉電機 機構1之轉子1 2之線圈繞組，因而形成電磁作用產生磁 場線，其與定子之永久磁鐵1 1之磁場磁耦合產生電動勢 ，使得轉子1 2以一預設方向（例如順時針方向）轉動，此 際之該兩用旋轉電機機構1，依佛來明左手定則係作爲馬 達功能，以轉軸1 5驅動第二傳動構件4B，繼而帶動差動 傳動構件4C來驅動所連接之從動負載6。又，該差動傳 動構件4C可有控制轉矩、速度、方向或其他所需功能等 ，以適所需，此爲技術上極易達成，故不另贅述。 當模式切換機構2切換至發電機之A段位置以用於選 擇發電機模式時，會同時藉連動或另外操作使該順向/反 向變換機構5變換至另一位置，當以外力促使從動負載6 轉動，且第一傳動構件4 A嚙合轉軸時，轉子1 2會以相反 於B段位置時之方向的第二方向轉動，而電動勢會藉永久 磁鐵1 1之磁場與轉子1 2線圈繞組中所感應磁場間之耦合 而產生，依佛來明右手定則，此際之兩用馬達/發電機機 構1係作爲發電機功能，所生之電動勢乃經整流子14， 電刷1 3，連接線w，切換機構2之A段位置及整流器3A 等轉換爲電壓，再經電壓/電流調整器3B調整爲穩定之一 特定電壓/電流後，回充於可充電電池3。 第二圖所示爲本發明之第二實施例，以相同於第一圖中 之標號表示相同構件。本實施例定子係以線圈繞組1 1 A繞 設於導磁材料1 1B上，而轉子12A係由永久磁鐵製成， 茅泉H繞組1 1 A係直接地連接於連接線而不具有整流子及電 1278165 五、發明說明（6 ) 刷之外，其餘均相同。 當模式切換機構2切換於馬達驅動之B段位置時，可 充電電池3係透過調速系統7供應電力於定子之線圈繞組 1 1 A ’所產生之磁場與轉子〗2之永久磁鐵之磁場相耦合而 帶動轉子1 2轉動，以便驅動第二傳動構件4B，因而從動 負載6會透過差動傳動構件4C轉動。 另當模式切換機構2切換於發電機之A段位置，且該 順向/反向變換機構5變換爲一第二位置時，以及藉施加 外力於該從動負載6使其轉動時，與第一實施例相同般， 藉傳動構件4 A之轉動，使轉子1 2以相反於馬達驅動方向 之方向旋轉，產生一藉由永久磁鐵1 1 A之磁場與線圈繞組 之磁場的耦合所感應的一電動勢，然後該電動勢回充於可 充電電池3。 第三圖爲本發明之第三實施例，其中定子之構成與第二 實施例相同，轉子則以線圈繞組1 2B繞設於導磁材料1 2C 而成’另設有一整流器8及一啓動開關9，定子之線圏繞 組11B另連接一第一導線WR1至整流器8之輸入端，整 流器8之輸出端連接第二導線WR2至啓動開關9。啓動 開關9具有啓動開關swi及回授開關SW2及透過一啓動 電源線W S而連接於電刷1 3。 與前述實施例相同者，當作爲馬達功能時，由電池3透 過調速系統7輸出電流至定子繞組1 1 A而產生磁場，而與 轉子1 2導磁材料與線圈繞組中所感應之磁場耦合，使轉 子以一預定之第一方向轉動以驅動第二傳動構件4B。 1278165 五、發明說明（7) 然而，當作爲發電機功能時，模式切換機構2係切換於 A段位置，並同時連動使開關SW1，SW2閉合，電池3乃 提供一電位經啓動開關9及啓動電源線WS，電刷1 3及整 流子14至轉子線圈繞組12B而產生磁場，並依一預定之 相反於第一方向之第二方向轉動，且使磁場感應於定子中 ，而定子與轉子磁場所產生之耦合可造成電動勢產生於定 子繞組1 1A。除經電源連接線W回充至電池3外，另有 一分流經第一導線WR1至整流器8，再經第二導線WR2 ，啓動開關SW2及啓動電源線WS回流至轉子繞組12B， 使得電力持續地產生，惟在此同時，另一啓動開關SW 1 係被斷開以終止電池3之供應電流，而SW2則持續保持 閉合狀態以持續供應電力至轉子而主要部分之電力則透過 模式切換機構2供應至電池，直至作用於從動負載6之外 力終止時爲止，然後再在重啓動期間閉合該開關SW1。 由本發明上述諸實施例之說明可知，本發明係利用在一 方向旋轉爲例如馬達而在另一方向旋轉爲發電機之自然法 則，具體化將可充電電池，模式切換機構，傳動構件，順 向/反向變換機構及從動負載等作高度慎密之匹配，成爲 一嶄新之整體空間型態，以一單體即可兼具馬達及發電機 雙重功能者，此一技術思想應未見揭示。 惟此間應予申明者，乃本發明並非限制僅如上所陳，舉 凡在本發明技術思想下之其他技術性變更，例如於電池3 上加裝電量指示計，或過充電防止裝置，或該馬達（或發 電機）機構另串接一相同機構，並再增設一只電池，藉相 1278165 五、發明說明（8) 同或修改之傳動機構，於原馬達（或發電機）機構作馬達功 能時，串接之另一馬達（或發電機）機構可同時作爲發電機 功能，對另備之電池充電，以防僅一只電池電量用罄而無 法JjL刻再作馬達功能之虞’凡此，皆屬本發明之專利保護 範圍，其理至明。 符號之說明 1 兩用旋轉電機機構 2 模式切換機構 3 可充電電池 3A 整流器 3 可充電電池 3B 電壓/電流調整器 4A，4B，4C 傳動構件 5 順向/反向變換機構 6 從動負載 7 調速系統 3A，8 整流器 9 啓動開關 11 永久磁鐵 1 1 A 定子繞組 1 IB 導磁材料 12，12A 轉子 12B 線圈繞組 12C 導磁材料 13 電刷 -10- 1278165

五、發明說明（ 14 15，15A，15B 9) 整流子 轉軸 >11-

Claims (1)

1278165 六、申請專利範圍 第91 1 12164號「單體馬達/發電機兩用裝置」專利案 9尸々曰修正本) 六、申請專利範圍： ，乂 ' ^ ' 1. 一種單體馬達/發電機兩用裝置，包含一可充電電池 ，一用於切換於一馬達模式與一發電機模式間之模式 切換機構，一含有~轉子及一定子之兩用旋轉電機機 構，至少兩個傳動構件，以及一用於選擇該兩傳動構 件之一以響應於所選擇之該等模式之一的順向/反向 變換機構，·其中當該模式切換機構位於一第一位置時 ’該兩用旋轉電機機構係使用爲一馬達，其中電力係 從該可充電電池透過該兩用旋轉電機機構及該等傳動 構件之一供應於一從動負載，以及當該模式切換機構 位於一第二位置時，該轉子及定子機構係使用爲一發 電機，其中該電池之充電係藉由施加外力於該從動負 載及選擇該兩傳動構件之另一時，使得該從動負載驅 動該傳動構件而轉動該轉子且感應一可充電該電池之 電動勢。 2·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該定子係由永久 性磁性材料所製成，而該轉子具有線圈繞組。 3 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該定子係以線圈 繞設於導磁材料而製成，而該轉子則由永久性磁性材 料所製成。 4 ·如申請專利範圍第1項之裝置，其中該定子及該轉子 1278165 六、申請專利範圍 均係以線圏繞設於導磁材料而成，該裝置尙包括至少 一啓動開關，一回授開關，及一整流器，其中當使用 該裝置爲發電機功能時，該兩開關在初始時同時閉合 ，且一外力施加於該負載，此時，該可充電電池可提 供一電壓經該啓動開關到該轉子繞組且造成該轉子以 相對於該定子之一預定方向轉動，而其中一感應於定 子繞組中之電動勢的第一部分會經該整流器及該回授 開關回授到該轉子的線圈繞組，以及其中該啓動開關 會接著斷開，使得該電動勢的主要部分會經模式切換 機構供應到該電池，而該電動勢之該第一部分會持續 地回授至該轉子的線圈繞組，而藉感應來產生電力， 直到施加於該負載之外力停止爲止。 5 .如申請專利範圍第1至第4項中任一項之裝置，進一 步地包含一差動式轉矩變換器，一第三傳動構件，或 一差動式轉矩變換器與該第三傳動構件之組合，以用 於提供轉矩，速度，方向或其他所需功能之改變。 6 ·如申請專利範圍第丨項之裝置，其中該順向/反向變 換機構係與該模式切換機構連動。 7 .如申請專利範圍第1項之裝置，其中該順向/反向變 換機構係獨立於該模式切換機構。