具有阻尼功能的动力传输装置及电力发动机技术领域
本发明涉及一种动力传输装置，特别是涉及一种被直流无刷马达
驱动且具有阻尼功能的动力传输装置及电力发动机。
背景技术
参见图1至图4，其显示现有四行程内燃机(又称发动机)的汽缸
作动示意图，一活塞10设于汽缸的缸体11内，活塞10与一连杆12
的一端枢接，连杆12的另一端与一曲柄轴13的曲轴臂131枢接。首
先，如图1所示，在进气行程中，活塞10由缸体11的上止点移动到
下止点，让油气14混合物进入缸体11，接着，如图2所示，在压缩
行程中，活塞10由缸体11的下止点向上移动至上止点，以压缩油气
14，然后，如图3所示，执行做功行程，油气被点燃爆炸，将活塞10
由缸体11的上止点向下推至下止点，使转动曲柄轴13，最后，如图
4所示，在排气行程中，活塞10由缸体11的下止点再回到上止点，
使缸体11排气，让爆炸产物流出缸体11。借此，使活塞10不断重复
上述四个行程，即能让活塞10在缸体11内做上下运动而带动曲柄轴
13旋转，使输出动力。
因此，根据现有内燃机的作动原理，若能改以使用直流电源的马
达透过另一曲柄轴带动汽缸内的活塞10上下运动，即能将现有使用
汽油燃料的发动机改成使用直流电源的电力发动机。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用直流电源且兼具省电及高效能
的具有阻尼功能的动力传输装置及电力发动机。
本发明具有阻尼功能的动力传输装置，包括一汽缸、一第一曲柄
轴及一第二曲柄轴，该汽缸包含：一缸体，其具有一直线通道以及位
于该直线通道两端，并与该直线通道连通的两个扩大端部；一活塞，
其设于该缸体的该直线通道内，并能于该直线通道内直线往复运动；
一第一连杆，其一端与该活塞的一端枢接，另一端伸入该两个扩大端
部其中之一；及一第二连杆，其一端与该活塞的另一端枢接，另一端
伸入该两个扩大端部其中另一。该第一曲柄轴具有一轴杆及一由该轴
杆径向凸出且容置于该缸体的该两个扩大端部其中之一的曲轴臂，且
该曲轴臂与该第一连杆的另一端枢接。该第二曲柄轴具有一轴杆及一
由该轴杆径向凸出且容置于该缸体的该两个扩大端部其中另一的曲
轴臂，且该曲轴臂与该第二连杆的另一端枢接。
此外，本发明一种具有阻尼功能的电力发动机，包括至少一个如
上所述的具有阻尼功能的动力传输装置及一动力源，其驱动该第二曲
柄轴旋转，使该第二曲柄轴的该曲轴臂经由该第二连杆带动该汽缸的
该活塞往复运动，而使与该活塞枢接的该第一连杆带动该第一曲柄轴
旋转并输出动力。
在本发明的一实施例中，该动力源接受一直流电源供电，且该电
力发动机还包括一动态阻尼电感装置，其包含：一定子；一转子，其
与该第二曲柄轴的该轴杆轴接，以被该第二曲柄轴带动而相对该定子
旋转；三相线圈，绕设在该定子或该转子其中之一，且该三相线圈彼
此相连接而形成具有一个中心点及三个接点的Y型绕线；及一动态阻
尼电路，其具有三个与该直流电源并联的飞轮二极管组及两个阻尼电
容，每一飞轮二极管组具有串联的一第一飞轮二极管及一第二飞轮二
极管，每一相线圈的接点连接在对应的该飞轮二极管组的该第一飞轮
二极管及该第二飞轮二极管之间，该两阻尼电容分别连接在该中心点
与该直流电源的正端之间，以及该中心点与该直流电源的负端之间，
该转子相对于该定子转动，会使该三相线圈产生电流而经由该其中一
飞轮二极管组的第一飞轮二极管，对连接在该直流电源的正端与该中
心点之间的该阻尼电容充电，并经由该另一飞轮二极管组的第二飞轮
二极管，对连接在该中心点与该直流电源的负端之间的该阻尼电容充
电，以由所述阻尼电容将储存的电力回充至该直流电源。
在本发明的一实施例中，该直流电源为一蓄电池，该动态阻尼电
路还包含一与该蓄电池并联的电解电池，且该动态阻尼电路的所述阻
尼电容会先对该电解电池充电，再由该电解电池对该直流电源充电。
在本发明的一实施例中，每一飞轮二极管组的该第一飞轮二极管
的阴极与该直流电源的正端电耦接，该第二飞轮二极管的阴极与该第
一飞轮二极管的阳极电耦接，且该第二飞轮二极管的阳极与该直流电
源的负端电耦接。
在本发明的一实施例中，该动力源是一直流无刷马达，其包含一
驱动电路，该驱动电路与该直流电源电耦接并包含多个阻尼电容，该
驱动电路瞬间产生之一反电动势会对所述阻尼电容放电，且该动态阻
尼电路会提升该驱动电路的所述阻尼电容的电压准位，使该驱动电路
的所述阻尼电容所储存的电能回充至该直流电源。
本发明的有益效果在于：借由动力源驱动第二曲柄轴旋转，使透
过第二连杆带动汽缸同步运作而输出动力，达到如同现有汽、机车内
燃机的功能，而能取代现有汽、机车的内燃机，使汽、机车能被直流
电力驱动，并借由动态阻尼电感装置的运作，达到本发明兼具省电及
高效能的功效与目的。
附图说明
图1至图4是现有四行程内燃机(发动机)的作动原理示意图。
图5是本发明电力发动机的第一实施例的主要构件示意图。
图6至图9说明第一实施例的动力传输装置的运作过程。
图10是本发明电力发动机的第二实施例的主要构件示意图。
图11是三相线圈绕线示意图，说明第一实施例的直流无刷马达
使用Δ型绕线的三相线圈。
图12是一电路图，说明第一实施例的直流无刷马达的一驱动电
路以及一动态阻尼电路的结构。
图13是三相线圈绕线示意图，说明第一实施例的动态阻尼电感
装置使用Y型绕线的三相线圈。
图14是一电路动作图，说明第一实施例的驱动电路的作动方式。
图15说明第一实施例中动态阻尼电感装置的Y型绕线的三相线
圈其中两相线圈产生电流。
图16是一电路动作图，说明第一实施例的驱动电路及动态阻尼
电路的作动方式。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
如图5与图6所示，本发明具有阻尼功能的电力发动机的第一实
施例主要包括一具有阻尼功能的动力传输装置3(以下简称动力传输
装置3)及一动力源5。如图6所示，动力传输装置3包含一汽缸300、
一第一曲柄轴2及一第二曲柄轴4。其中汽缸300包括一缸体30、一
活塞31、一第一连杆32及一第二连杆33。缸体30具有一直线通道
34以及位于直线通道34两端，并与直线通道34连通的两个扩大端部
35、36。且活塞31设于缸体30的直线通道34内，并能于直线通道
34内直线往复运动，第一连杆32的一端与活塞31的一端枢接，且另
一端伸入其中一个扩大端部35中，第二连杆33的一端与活塞31的
另一端枢接，且另一端伸入其中另一个扩大端部36中。
第一曲柄轴2具有一轴杆21及一由轴杆21径向凸出且容置于缸
体30的扩大端部35中的曲轴臂22，且曲轴臂22与第一连杆32的另
一端枢接，借此，当活塞31直线往复运动时，能经由第一连杆32及
曲轴臂22带动第一曲柄轴2的轴杆21旋转，而由轴杆21输出动力。
第二曲柄轴4具有一轴杆41，以及由轴杆41径向凸出且容置于
缸体30的扩大端部36中的一曲轴臂42，且该曲轴臂42与第二连杆
33的另一端枢接；动力源5的转子(图未示)与第二曲柄轴4的轴杆41
轴接，并接受直流电源供电以驱动第二曲柄轴4旋转，使经由第二连
杆33带动缸体30的活塞31直线往复运动，例如图6至图9所示，
活塞31直线上下运动而经由第一连杆32带动第一曲柄轴2的轴杆21
旋转并输出动力。借此，当动力源5持续驱动第二曲柄轴4旋转时，
缸体30内的活塞31将被第二连杆33带动而不断往复直线运动，并
同时带动第一曲柄轴2旋转并输出动力，而达到如同传统汽、机车内
燃机的活塞被燃料驱动而在汽缸内做往复运动而带动曲柄轴输出动
力的功效。
而且动力源5，例如马达或任何已知可以输出动力的装置，以带
动第二曲柄轴4旋转，而借由第二曲柄轴4的曲轴臂42透过第二连
杆33带动缸体30的活塞31往复直线运动，再由活塞31带动第一曲
柄轴2旋转并输出动力，此一将旋转运动转换成直线运动，再由直线
运动转换成旋转运动的过程称之为阻尼效应，该阻尼效应让输出动力
只会一直往前传递而不会往回走，借此动力源5输出的动力可以经由
汽缸300被完全地传递至第一曲柄轴2，使得动力源5可以更节省能
源且更有力。
因此，本实施例的具有阻尼功能的电力发动机可以被安装在汽、
机车上，取代汽、机车原本的内燃机，使汽、机车能被直流电力驱动，
而产生如同现有汽、机车内燃机带动曲柄轴输出动力的效果。
此外，如图5所示，通常第一曲柄轴2的轴杆21一侧会配置一
飞轮7，飞轮7是一个转动惯量很大的圆盘，主要是将动力源5在做
功行程中传送给第一曲柄轴2的功(动力)储存起来，用以在其它行程
中克服阻力，带动第一曲柄轴2及第一连杆32越过上、下止点，保
证第一曲柄轴2的旋转角速度和输出转矩尽可能均匀，并使电力发动
机能克服短时间的超载。再者，第一曲柄轴2的轴杆21另一侧通常
连接一变速箱8，变速箱8可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮
之间产生不同的变速比，使发动机工作在其最佳的动力效能状态下。
因此，由第一曲柄轴2输出的动力会经过变速箱8进行适当的变速配
置及转换后，再输出至一驱动轴(图未示)，使带动车轮运转。
再者，如图10所示，是本发明电力发动机的第二实施例，其与
第一实施例唯一不同处在于：本实施例使用四个如图6所示的动力传
输装置3，因此在本实施例中，第一曲柄轴2’需具有四个与所述缸体
30中的第一连杆32对应枢接的曲轴臂22，且所述缸体30可以是朝
大致相反方向排列，如图10所示，或者是以互相间隔(360/N)度的方
式间隔排列，因此第一曲柄轴2’的四个曲轴臂22也是朝大致相反方
向排列，如图10所示，或者是以互相间隔(360/N)度的方式间隔排列，
在此以N为4来例。而且第二曲柄轴4’需具备四个曲轴臂42，且两
相间隔的曲轴臂42是朝大致相反方向凸出，如图10所示。当然，所
述曲轴臂42亦可以互相间隔(360/N)度的方式间隔排列。且所述缸体
30中的第二连杆33的一端与所述缸体1中的活塞31对应枢接，而所
述第二连杆33的另一端则与第二曲柄轴4’的所述曲轴臂42对应枢
接，如图10所示。借此，当第二曲柄轴4’被动力源5驱动而旋转时，
即能透过所述动力传输装置3更有力地带动第一曲柄轴2’旋转。
而且，上述实施例的动力源5是以一直流无刷马达为例(以下称
直流无刷马达5)，其具有一定子(图未示)，一环绕定子旋转的转子(图
未示)，一如图11所示的绕设在定子上的三相线圈51，以及如图12
所示的一驱动电路52。其中三相线圈51是采Δ型绕线，三相线圈Lu、
Lv、Lw的头尾相接而形成三个接点U、V、W，每一相线圈具有一中
心接点Un、Vn、Wn，而中心接点Un将线圈Lu分成U1、U2两段，
中心接点Vn将线圈Lv分成V1、V2两段，中心接点Wn将线圈Lw
分成W1、W2两段。
且如图12所示，驱动电路52接受直流电源VDC供电，并透过直
流无刷马达5的三相线圈Lu、Lv、Lw驱动转子旋转，其主要包括三
个与直流电源VDC并联的桥臂(为方便说明，以下称U相桥臂、V相
桥臂及W相桥臂)以及六个阻尼电容Cd。其中每一桥臂各具有一上开
关U+、V+、W+、一下开关U-、V-、W-，与各该上开关U+、V+、
W+反向并联的飞轮二极管D，以及与各该下开关U-、V-、W-反向并
联的飞轮二极管D，且该三相线圈Lu、Lv、Lw的三个接点U、V、
W分别连接在相对应的各该桥臂的上开关与下开关之间，如图12所
示。
所述阻尼电容Cd分别对应连接在每一相线圈Lu、Lv、Lw的该
中心接点Un、Vn、Wn与该直流电源VDC的正端之间，以及该中心接
点Un、Vn、Wn与该直流电源VDC的负端之间。
且如图5与图10所示，上述实施例还包括一动态阻尼电感装置6，
其经由第二曲柄轴4(4’)被直流无刷马达5带动，且其构造类似马达，
亦即动态阻尼电感装置6亦具有一定子，一与第二曲柄轴4(4’)轴接，
以被第二曲柄轴4(4’)带动而相对定子旋转的转子，一如图13所示的
三相线圈61，以及如图12所示的一动态阻尼电路62。且在本实施例
中，三相线圈61是绕设在动态阻尼电感装置6的定子上，并且三相
线圈Lr、Lt、Ls彼此相连接而形成具有一个中心点N及三个接点R、
S、T的Y型绕线，如图13所示。较佳地，在实际应用上，动态阻尼
电感装置6的转子是设于定子的外围而环绕定子旋转。当然，三相线
圈Lr、Lt、Ls也可以绕设在动态阻尼电感装置6的转子上，随转子
31旋转，并以有刷方式将三相线圈Lr、Lt、Ls产生的电能输出。
且如图12所示，动态阻尼电路62包括三个与直流电源VDC并联
的飞轮二极管组(为方便说明，以下称R相飞轮二极管组、S相飞轮二
极管组及T相飞轮二极管组)、两个阻尼电容Cd，及一电解电池Va。
其中每一飞轮二极管组具有彼此串联的一第一飞轮二极管D1及一第
二飞轮二极管D2，且该三相线圈Lr、Lt、Ls的接点R、S、T分别连
接在相对应的各飞轮二极管组的第一飞轮二极管D1及第二飞轮二极
管D2之间，如图12所示。
该两阻尼电容Cd分别连接在该三相线圈Lr、Lt、Ls的中心点N
与该直流电源VDC的正端之间，以及该中心点N与该直流电源VDC
的负端之间，而电解电池Va与直流电源VDC并联。且在本实施例中，
直流电源VDC为一蓄电池，因此储存于电解电池Va的电能可回充至
直流电源VDC。
因此，如图14所示，当驱动电路52在一基本周期内控制其中一
桥臂，例如U相桥臂的上开关U+与另一桥臂，例如V相桥臂的下开
关V-导通时，U相线圈Lu会经由上开关U+及下开关V-与直流电源
VDC导接而产生磁力推动直流无刷马达5的转子运转，使经由第二曲
柄轴4(4’)带动动态电感装置6的转子同步旋转。借此，当动态电感装
置6的转子相对于定子转动时，会使三相线圈Lr、Lt、Ls产生电流，
例如图15的线圈Lr产生电流，其接点R呈正极而中心点N呈负极，
而线圈Lt产生电流，其中心点N呈正极而接点T呈负极。因此，线
圈Lr的电流会经由R相飞轮二极管组的第一飞轮二极管D1，对连接
在直流电源VDC的正端与中心点N之间的该阻尼电容Cd充电，而线
圈Lt的电流会经由T相飞轮二极管组的第二飞轮二极管D2，对连接
在中心点N与直流电源VDC的负端之间的该阻尼电容Cd充电，且所
述阻尼电容Cd会先对该电解电池Va充电(因为此时电解电池Va的电
压准位低于直流电源VDC)，直到电解电池Va的电压准位高于直流电
源VDC时，电解电池Va即对该直流电源VDC充电。
而且，如图16所示，当驱动电路52的基本周期结束，驱动电路
52控制上开关U+与下开关V-不导通时，U相线圈的U1、U2段瞬间
会分别产生一反电动势Vu1、Vu2，其中U1段上的反电动势Vu1所
生成的电流会循最短路径，经由与U相桥臂的下开关U-并联的飞轮
二极管D，对连接在该U相线圈Lu的该中心接点Un与直流电源VDC
的负端之间的该阻尼电容Cd充电，而U2段上的反电动势Vu2所生
成的电流亦会循最短路径，经由与V相桥臂的上开关V+并联的飞轮
二极管D，对连接在该U相线圈Lu的中心接点Un与直流电源VDC
的正端之间的该阻尼电容Cd充电。
此外，有关上述动态阻尼电感装置6的细部说明可以进一步参见
台湾申请案号第104122364号专利申请案。
借此，由线圈产生之反电动势所形成的电流将不会流经直流电源
VDC，除了可避免直流无刷马达5的三相线圈在开关不导通的瞬间产
生的高压反电动势直接对直流电源VDC造成冲击外，还可将三相线圈
产生的反电动势能量储存在驱动电路52的阻尼电容Cd中，然后再透
过动态阻尼电路62的所述阻尼电容Cd提升驱动电路52的所述阻尼
电容Cd的电位，使驱动电路52的所述阻尼电容Cd所储存的电力能
顺利回充至直流电源VDC，而有助于省电并将电能回收再利用。
因此，上述实施例借由动力源(直流无刷马达)5驱动第二曲柄轴
4(4’)旋转，使透过动力传输装置3带动第一曲柄轴2(2’)同步运作而
输出动力，达到如同现有汽、机车内燃机的功能，而能取代现有汽、
机车的内燃机，使汽、机车能被直流电力驱动，并借由动态阻尼电感
装置6的运作，达到本发明兼具省电及高效能的功效与目的。