TWI642566B - Car motor with built-in charge control function - Google Patents

Abstract

一種內建充電控制功能的車用馬達，包含一金屬機殼單元、一轉子定子單元、一充電控制單元，及一散熱單元，該轉子定子單元容置於該金屬機殼單元，並用來與一動力傳遞模組連動，該充電控制單元具有一設置於該金屬機殼單元的高導熱基板、一位於該金屬機殼單元內且設置於該高導熱基板並用來電連接該轉子定子單元、該第一電池及該第二電池的變壓模組，及一位於該金屬機殼單元內並電連接該變壓模組的控制模組，該散熱單元設置於該金屬機殼單元，而能減化傳輸線路，此外，該變壓模組與該轉子定子單元共用散熱系統，因此能有效降低生產製造成本，也能縮減佔用體積。

Description

內建充電控制功能的車用馬達

本發明是有關於一種車用馬達，特別是指一種內建充電控制功能的車用馬達。

一般而言，車輛的動力來源為運用內燃機引擎，燃燒石化燃料作為能量來源，然近年由於石化能源的來源逐漸枯竭及環境汙染的問題，使得運用部分綠能的混合動力車輛成為市場新寵，一方面可節約能源，另一方面亦可降低汙染，而目前最為常見的則為油電混合動力車輛（HEV，Hybrid Electric Vehicle）。

HEV依據輸出動力的配置差異，可概分為輕油電車（Mild Hybrid）及全油電車（Full Hybrid），其主要差別在於，輕油電車是以內燃機引擎為主要動力來源，所配置的馬達可輸出功率較低，僅做為輔助動力之用，無法單獨推動車輛，而全油電車則除了具有內燃機引擎之外，另有一具功率較高的馬達，而無論是內燃機引擎或馬達，二者皆可獨力地或並行地推動車輛，並依據其內燃機引擎及馬達的功率輸出特性區分時段運作，以取得最大的能源運用效率，當然前述馬達同時也兼具發電功能，可將多餘的動能轉換為高壓電能而加以回收儲存。

參閱圖1，為一種現行輕油電混合車型式的電動車1，包括一位於前側的引擎室11、一位於後側的容置空間12、一設置於該引擎室11並可將電能及動能相互轉換的轉子定子組13、一連結該轉子定子組11以驅動車輪（圖未示）轉動的動力傳遞模組14、一連接該動力傳遞模組14的引擎15、一電連接該轉子定子組13的交直流轉換電路16、一設置於該容置空間12以儲存由該交直流轉換電路16輸入的一第一直流電壓的第一電池17、一設置於該容置空間12並電連接該第一電池17以將該第一直流電壓降壓成一第二直流電壓的降壓電路18，及一設置於該引擎室11並電連接該降壓電路以儲存該第二直流電壓的第二電池19。該第一直流電壓為48伏特，該第二直流電壓為12伏特，該第二電池19是用來提供車內的周邊設備的電力。

然而依此結構，無論該轉子定子組是13是處於將電能轉為動能的電動功能，或將動能轉換為電能的發電功能，該第二電池19的電力都必須由位於該容置空間12的降壓電路18傳輸至位於車頭的該引擎室11的該第二電池19，增加線路配置的複雜性。

此外，該降壓電路18將原先該轉子定子組13所提供傳輸效率較佳的高壓電能，降壓成為傳輸效率較低的該第二直流電壓之後，再由車輛後側的該容置空間12傳輸至該引擎室11內的該第二電池19，這種長距離的低電壓傳輸，會增加電能傳輸時的耗損。

因此，本發明之目的，即在提供一種克服先前技術所述至少一缺點的內建充電控制功能的車用馬達。

於是，本發明內建充電控制功能的車用馬達，用於一電動車，該電動車包括一儲存一第一直流電壓的第一電池、一儲存一電壓低於該第一直流電壓的第二直流電壓的第二電池，及一動力傳遞模組，該內建充電控制功能的車用馬達包含一金屬機殼單元、一轉子定子單元、一充電控制單元，及一散熱單元。

該轉子定子單元容置於該金屬機殼單元，並用來與該動力傳遞模組連動，該充電控制單元具有一設置於該金屬機殼單元的高導熱基板、一位於該金屬機殼單元內且設置於該高導熱基板並用來電連接該轉子定子單元、該第一電池及該第二電池的變壓模組，及一位於該金屬機殼單元內並電連接該變壓模組的控制模組，該散熱單元設置於該金屬機殼單元。

本發明之功效在於：藉由將該轉子定子單元、該變壓模組及該控制模組皆設置於該金屬機殼單元內，而能減化傳輸線路，此外，該變壓模組與該轉子定子單元共用散熱系統，因此能有效降低生產製造成本，也能縮減佔用體積。

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2、3，本發明內建充電控制功能的車用馬達之一第一實施例，用於一電動車9，該電動車9包括一位於前側的引擎室91、一位於後側的容置空間92、一儲存一第一直流電壓的第一電池93、一儲存一電壓低於該第一直流電壓的第二直流電壓的第二電池94、一連動複數車輪（圖未示）的動力傳遞模組95、一連動該動力傳遞模組95的引擎96，及一電連接該第一電池93、該第二電池94及該引擎96的混合動力控制器97。

該第一電池93是設置於該容置空間92，該第二電池94、該動力傳遞模組95、該引擎96及該混合動力控制器97是設置於該引擎室91。於本實施例中，該電動車9為電動機車，該第一直流電壓是48VDC，該第二直流電壓是12VDC。

該內建充電控制功能的車用馬達是用來設置於該引擎室91，且包含一金屬機殼單元2、一轉子定子單元3、一充電控制單元4，及一散熱單元5。

該金屬機殼單元2包括一繞一軸線L設置的環壁21，及沿該軸線L分別連接於該環壁21的兩側的一前壁22及一後壁23。

該轉子定子單元3容置於該金屬機殼單元2，並用來與該動力傳遞模組95連動，該轉子定子單元3包括一沿該軸線L延伸並可繞該軸線L轉動地穿出該前壁22並用來與該動力傳遞模組95連動的轉軸31、一環設於該轉軸31的轉子部32，及一環繞該轉子部32且設置於該環壁21內側的定子部33。

該充電控制單元4具有一設置於該金屬機殼單元2的高導熱基板41、一位於該金屬機殼單元2內且設置於該高導熱基板41並用來電連接該轉子定子單元3、該第一電池93及該第二電池94的變壓模組42，及一位於該金屬機殼單元2內並電連接該變壓模組42及該混合動力控制器97的控制模組43。於本實施例中，該高導熱金屬板41為陶瓷板，但在其它的實施態樣中，該高導熱金屬板41也可為表面絕緣的金屬板。

該變壓模組42具有一電連接該轉子定子單元3及該第一電池93間的交直流轉換電路421，及一電連接該交直流轉換電路421及該第二電池94間的降壓電路423。

該交直流轉換電路421具有複數電晶體422，該降壓電路423具有複數電晶體424。於本實施例中，該交直流轉換電路421的電晶體422為絕緣柵雙極電晶體（IGBT），且為氮化鎵功率（GaN）元件，該降壓電路423的電晶體424為絕緣柵雙極電晶體，且為氮化鎵功率元件，在其它的實施態樣中，該交直流轉換電路421也可以只具有一電晶體422，該降壓電路423也可以只具有一電晶體424。

該散熱單元5設置於該金屬機殼單元2，且包括一設置於該後壁23的外側的散熱鰭片51。於本實施例中，該高導熱基板41與該散熱鰭片51是分別設置於該後壁23的兩相反側。

該交直流轉換電路421可受該控制模組43的控制而於一充電模式及一電動模式之間轉換，於該充電模式時，該交直流轉換電路421將來自該轉子定子單元3運轉所產生的交流電壓轉換成該第一直流電壓，並輸出至該第一電池93及該降壓電路423，該降壓電路423將該第一直流電壓降壓成電壓低於該第一直流電壓的該第二直流電壓，並輸出至該第二電池94，於該電動模式時，該交直流轉換電路421將來自該第一電池93的該第一直流電壓轉換成該交流電壓，且輸出並驅使該轉子定子單元3運轉。

使用時，在不需要該第一電池93提供電力來驅動該轉子定子單元3運轉時，該混合動力控制器97會驅使該引擎96帶動該動力傳遞模組95以連動該等車輪轉動，此時由該引擎96作為動力源。

而當使用者操作該電動車9煞車或下坡時，由於該動力傳遞模組95及該轉子定子單元3仍在持續運轉，為了回收動力，該混合動力控制器97會根據該第一電池93及該第二電池94的電力狀態來判斷是否需要充電，當兩者都需要充電時，該混合動力控制器97會透過該控制模組43將該交直流轉換電路421轉換成該充電模式，以使該轉子定子單元3將因轉動而產生的該交流電壓轉換成該第一直流電壓，並將該第一直流電壓輸出至該第一電池93以對該第一電池93充電，以及將該第一直流電壓輸出至該降壓電路423後，轉換成該第二直流電壓以對該第二電池94充電。

要說明的是，若只有該第一電池93或該第二電池94的其中一者需要充電時，該控制模組43也能只對需要充電的電池進行充電。

而當使用者操作該電動車9移動或上坡時，該混合動力控制器97會將該交直流轉換電路421轉換成該電動模式，使該第一電池93的該第一直流電壓轉換成該交流電壓，進而驅使該轉子定子單元3運作，就能提供輔助動力給該動力傳遞模組95。

要說明的是，該動力傳遞模組95的運轉除了可以是單純的由該引擎96提供動力，也可以是單純的由來自該第一電池93的電力輔助所驅使的該轉子定子單元3提供動力，也可以是以前述兩者共同提供動力。

由於該內建充電控制功能的車用馬達與該第二電池94是同時設置於該引擎室91內，因此，該變壓模組42與該第二電池94之間的電路連接變的非常直接且簡易，不同於現有的電動車必須在引擎室91及該容置空間92之間傳輸，而能減少傳輸損耗。

此外，當該變壓模組42運作時，該交直流轉換電路421及該降壓電路423產生的高熱會經由該高導熱基板41而傳遞至該金屬機殼單元2的該後壁23，並藉由該散熱鰭片51將熱散出，由於該變壓模組42是與該轉子定子單元3共用散熱系統，因此能有效降低生產製造成本，也能縮減佔用體積。

參閱圖4，本發明的一第二實施例是類似於該第一較佳實施例，其差異之處在於：

該散熱單元5包括一連接於該環壁21內側並供該高導熱基板41設置的金屬板52，及一貫穿該環壁21及該金屬板52的導孔53。

該控制模組43設置於該金屬板52相反於該高導熱基板41的一側。

如此，該第二實施例也可達到與上述第一較佳實施例相同的目的與功效，並可透過於該導孔53通入冷卻液而達到散熱的效果。

參閱圖5，本發明的一第三實施例是類似於該第一較佳實施例，其差異之處在於：

該散熱單元5包括一連接於該環壁21內側並供該高導熱基板41設置的金屬板54、二貫穿該環壁21的導孔55，及一對應其中一導孔55設置的散熱風扇56。

該控制模組43設置於該後壁23，並與該高導熱基板41相向設置。

如此，該第三實施例也可達到與上述第一較佳實施例相同的目的與功效，並可以該散熱風扇56驅使空氣透過該等導孔55流動的方式進行散熱。

綜上所述，藉由將該轉子定子單元3、該變壓模組42及該控制模組43皆設置於該金屬機殼單元2內，使該變壓模組42與該第二電池94之間的電路連接變的非常直接簡易而不需在引擎室91及該容置空間92之間傳輸，而能減少傳輸的損耗，此外，該變壓模組42與該轉子定子單元3共用散熱系統，因此能有效降低生產製造成本，也能縮減佔用體積，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，凡是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‧‧‧金屬機殼單元

21‧‧‧環壁

22‧‧‧前壁

23‧‧‧後壁

3‧‧‧轉子定子單元

31‧‧‧轉軸

32‧‧‧轉子部

33‧‧‧定子部

4‧‧‧充電控制單元

41‧‧‧高導熱基板

42‧‧‧變壓模組

421‧‧‧交直流轉換電路

422‧‧‧電晶體

423‧‧‧降壓電路

424‧‧‧電晶體

43‧‧‧控制模組

5‧‧‧散熱單元

51‧‧‧散熱鰭片

52‧‧‧金屬板

53‧‧‧導孔

54‧‧‧金屬板

55‧‧‧導孔

56‧‧‧散熱風扇

9‧‧‧電動車

91‧‧‧引擎室

92‧‧‧容置空間

93‧‧‧第一電池

94‧‧‧第二電池

95‧‧‧動力傳遞模組

96‧‧‧引擎

97‧‧‧混合動力控制器

L‧‧‧軸線

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是一現有的電動車的系統方塊圖； 圖2是本發明內建充電控制功能的車用馬達的一第一實施例及一電動車的一系統方塊圖； 圖3是該第一實施例的一示意圖； 圖4是本發明內建充電控制功能的車用馬達的一第二實施例的一示意圖；及 圖5是本發明內建充電控制功能的車用馬達的一第三實施例的一示意圖。

Claims (9)

1. 一種內建充電控制功能的車用馬達，用於一電動車，該電動車包括一儲存一第一直流電壓的第一電池、一儲存一電壓低於該第一直流電壓的第二直流電壓的第二電池，及一動力傳遞模組，該內建充電控制功能的車用馬達包含：一金屬機殼單元；一轉子定子單元，容置於該金屬機殼單元，並用來與該動力傳遞模組連動；一充電控制單元，具有一設置於該金屬機殼單元的高導熱基板、一位於該金屬機殼單元內且設置於該高導熱基板並用來電連接該轉子定子單元、該第一電池及該第二電池的變壓模組，及一位於該金屬機殼單元內並電連接該變壓模組的控制模組，該變壓模組具有一電連接該轉子定子單元及該第一電池間的交直流轉換電路，及一電連接該交直流轉換電路及該第二電池間的降壓電路，該交直流轉換電路可受該控制模組的控制而於一充電模式及一電動模式之間轉換，於該充電模式時，該交直流轉換電路將來自該轉子定子單元運轉所產生的交流電壓轉換成該第一直流電壓，並輸出至該第一電池及該降壓電路，該降壓電路將該第一直流電壓降壓成電壓低於該第一直流電壓的該第二直流電壓，並輸出至該第二電池，於該電動模式時，該交直流轉換電路將來自該第一電池的該第一直流電壓 轉換成該交流電壓，且輸出並驅使該轉子定子單元運轉；及一散熱單元，設置於該金屬機殼單元。
2. 如請求項1所述的內建充電控制功能的車用馬達，其中，該金屬機殼單元包括一繞一軸線設置的環壁，及沿該軸線分別連接於該環壁的兩側的一前壁及一後壁，該轉子定子單元包括一沿該軸線延伸並可繞該軸線轉動地穿出該前壁並用來與該動力傳遞模組連動的轉軸、一環設於該轉軸的轉子部，及一環繞該轉子部且設置於該環壁內側的定子部。
3. 如請求項2所述的內建充電控制功能的車用馬達，其中，該散熱單元包括一設置於該後壁的散熱鰭片。
4. 如請求項2所述的內建充電控制功能的車用馬達，其中，該散熱單元包括一連接於該環壁內側並供該高導熱基板設置的金屬板，及一貫穿該環壁及該金屬板的導孔，該控制模組設置於該金屬板。
5. 如請求項2所述的內建充電控制功能的車用馬達，其中，該散熱單元包括一連接於該環壁內側並供該高導熱基板設置的金屬板，及二貫穿該環壁的導孔，該控制模組設置於該後壁。
6. 如請求項1所述的內建充電控制功能的車用馬達，其中，該交直流轉換電路具有至少一電晶體，該降壓電路具有至少一電晶體。
7. 如請求項6所述的內建充電控制功能的車用馬達，其中，該交直流轉換電路的電晶體為絕緣柵雙極電晶體，該降壓電路的電晶體為絕緣柵雙極電晶體。
8. 如請求項6所述的內建充電控制功能的車用馬達，其中，該交直流轉換電路的電晶體為氮化鎵功率元件，該降壓電路的電晶體為氮化鎵功率元件。
9. 如請求項1所述的內建充電控制功能的車用馬達，其中，該高導熱金屬板為陶瓷板或表面絕緣金屬板。