CN100513220C - 电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，包括配合连接在中轴右部的电动机定子、轮毂、轮辋、轮胎，其特征在于：在轮毂内设有固定支撑盘、左回转托盘、与电动机转子固定连接的右回转托盘接；在中轴的左部设有一自适应传动传感机构，在该机构的传动轴筒的左端部设有联轴器，联轴器与传动轴筒和轮毂配合连接；在轮毂内设有一等速传动机构，该机构的等速从动齿轮与传动轴筒之间的配合为第一超越离合器结构；在轮毂内还设有一减速传动机构，该机构的减速从动齿轮与传动轴筒之间的配合为第二超越离合器结构。本发明可以自动改变转速比和传动扭矩比，并同步恰当控制电池供电量，还能自动变速换档。

Description

电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂

技术领域

本发明涉及电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂。

背景技术

目前，电动摩托车/电动自行车按电机安装位置分为中置式和轮毂式，以轮毂式为主。其控制模式以调速手柄/加速踏板直接控制电动机电流量和转速的模式；由于自动变速系统结构复杂、难以控制、价格高昂，动力设备很少采用。由于缺乏驱动扭矩—行驶阻力的传感装置和机械自动换档装置，不能反应电动机驱动力矩，传动系机械效率损耗和运动阻力，以及车轮与传动系回转部件的传动惯性大小变化，不具备自动调整电机驱动扭矩与行驶阻力的功能。CN2151893公告的名称为“电动摩托车的速度控制装置”的实用新型专利，就是一种由乘骑者通过非常简单的操作控制调速机构，达到控制电动摩托车速度的目的。这种由乘骑者在不知晓行驶阻力的情况下，仅根据经验操作控制，不能解决电动摩托车和电动自行车机动电机转矩-转速特性，与车辆对行驶的要求很不适应，往往与之相反，且难以实现精确控制的科学问题。因此，常使车速变化突然，使驱动电机处于非稳态工况下运转。其驱动电机功率与行驶阻力难以匹配，在启动、上坡和大负载时驱动电机效率随着转速的下降而下降，而行驶阻力随着坡度的增加而增加，迫使电机在低效率区工作，使电机堵转、发热、甚至停止转动，同时迫使电池大电流和深度放电。直接影响电动摩托车的动力性、经济性和和安全性。主要存在以下问题：一是经常引起蓄电池突然大电流和深度放电，造成电机堵转发热，致使整车电气控制系统受到损害，缩短了电机、蓄电池和控制器(ECU)等重要部件的寿命；二是控制系统不具备自适应的功能，不能自动检测、修正和排除驾驶员的操作错误；三是难以集成智能同步准确控制转向和制动，安全性差；四是续行距离短、爬坡能力差，适应范围小。专利号为ZL200520009329.0、名称为“摩托车霍尔差动式自适应传动传感装置”的实用新型专利公开了一种自适应传动传感装置，该装置能在直接参与传动的同时，同步检测扭矩和速度信号，为摩托车控制器提供数据，使控制系统具备了自适应的功能。但还不能自动换档。因此，对现有电动摩托车传动系的构造需要进行突破性的改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，它能自适应自动变速换档，在行驶及换档过程中，同步实时检测电机驱动扭矩、转速和行驶阻力，并将数据传递给控制器(ECU)，优化控制蓄电池和电动机，使电动摩托车的驱动扭矩与综合行驶阻力和谐平衡。

本发明所述的电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，包括中轴、固定配合连接在中轴右部的电动机定子、轮毂、与轮毂直接连接的轮辋、轮胎，电动机的电源线从中轴右端的中心孔引出经控制器与车载电源联接，其特征在于：

a、在轮毂的中部内设有与中轴为花键配合的固定支撑盘、轮毂的左端内设有左回转托盘、轮毂的右端内设有右回转托盘，右回转托盘外侧靠近边缘的部位与电动机转子固定连接；在左回转托盘与固定支撑盘之间，设有两端分别通过轴承与两盘配合的等速传动轴和减速传动轴；

固定支撑盘通过第一轴承配合在轮毂的中部内，左回转盘通过第二轴承配合在轮毂的左端内，固定支撑盘和左回转盘通过两根以上支撑螺栓定位连接形成一支撑框架；右回转托盘通过第三轴承配合在轮毂的右端内；

b、在中轴的左部设有一自适应传动传感机构，该机构的传动轴筒的两端通过第四轴承和第五轴承与中轴配合，传动轴筒的中部通过第六轴承与左回转托盘的中心部位配合；在传动轴筒的左端部设有由第一半联轴器和第二半联轴器组成的联轴器，联轴器的第一半联轴器与传动轴筒配合连接并与设在传动轴筒左部的碟形弹簧紧靠，第二半联轴器与轮毂固定连接；该机构还包括设在中轴左部的第一槽口处的位移传感装置，该装置的传感器的导线从中轴左端的中心孔引出，与控制器联接；

联轴器的第一半联轴器和第二半联轴器的结合端面呈波形，第一半联轴器与传动轴筒之间配合连接为滚珠花键结构，该结构由设在第一半联轴器与传动轴筒配合连接部位的并相互对应的花键槽和设在花键槽内的钢球组成。

传动轴筒传递电动机的输出扭矩，通过由第一半联轴器和第二半联轴器组成的联轴器传递到轮毂，使车轮转动。当输出扭矩与行驶阻力相匹配时，第一半联轴器和第二半联轴器保持同步转动，相互间不产生位移；当行驶阻力增大，例如在爬坡时，输出扭矩与行驶阻力不相匹配，第一半联轴器和第二半联轴器就会不同步转动，与传动轴筒为滚珠花键配合的第一半联轴器在转动的同时向右移动，碟形弹簧被压缩，将位移信号传递给与碟形弹簧连接的位移传感装置，再传送到控制器，这里的位移量与行驶阻力成线性关系，所以，实质上是扭矩信号；经控制器处理后，发出增加输出扭矩的指令，与传动轴筒为滚珠花键配合的第一半联轴器在回位弹簧的作用下逐渐向左移动，碟形弹簧被逐渐松开，直到输出扭矩与行驶阻力相匹配时，碟形弹簧回到原位，如此周而复始，使电动摩托车的驱动扭矩与行驶阻力和谐平衡，乘骑者安全舒适。

c、在轮毂内设有一等速传动机构，该机构的等速主动齿轮定位连接在右回转托盘内侧的中心部位，配合连接在等速传动轴右端上的第一等速过渡齿轮与等速主动齿轮啮合，配合连接在等速传动轴左部的第二等速过渡齿轮与配合在传动轴筒右部的等速从动齿轮啮合；等速从动齿轮与传动轴筒之间的配合为第一超越离合器结构；

第一超越离合器结构包括：设在等速从动齿轮内圈与传动轴筒对应处外圆之间的第一接套、分别配合在第一接套两侧的第七轴承和第八轴承、设在第一接套上的多个第一“T”形顶块、中部与第一“T”形顶块上端接触且两端与第七轴承和第八轴承外圈接触的第一外离合滚子、与第一“T”形顶块下端接触的第一内离合滚子，第一外离合滚子设在等速从动齿轮内圈上的底部呈渐开线凸轮状的第一深凹坑内，设在第一深凹坑中的第一压缩弹簧与第一外离合滚子的一侧紧靠；第一内离合滚子的一侧位于设在传动轴筒右部上的左低右高的呈渐开线凸轮状的第一浅凹坑内。

当输出扭矩与行驶阻力相匹配时，第一半联轴器和第二半联轴器同步转动，等速从动齿轮与传动轴筒之间的第一超越离合器处于结合状态，即设在第一浅凹坑与第一“T”形顶块的下端之间的第一内离合滚子处于第一浅凹坑的高处，第一“T”形顶块被从径向向外顶起，使设在第一深凹坑与第一“T”形顶块的上端中部之间的第一外离合滚子与第一深凹坑保持紧密接触，从而使电动机输出的扭矩由电动机转子→等速主动齿轮→第一等速过度齿轮→第二等速过度齿轮→等速从动齿轮→第一超越离合器→传动轴筒→第一半联轴器→第二半联轴器→轮毂，使摩托车处于等速行驶状态。

d、在轮毂内还设有一减速传动机构，该机构的减速主动齿轮与等速主动齿轮重叠连接在一起，配合连接在减速传动轴右端的第一减速过渡齿轮并与减速主动齿轮啮合，配合连接在减速传动轴中部的第二减速过渡齿轮与配合在传动轴筒右部的减速从动齿轮啮合；减速从动齿轮与传动轴筒之间的配合为第二超越离合器配合结构，其离合状态与等速从动齿轮与传动轴筒之间的第一超越离合器相反。

第二超越离合器结构包括：设在减速从动齿轮内圈与传动轴筒对应处外圆之间的第二接套、分别配合在第二接套两侧的第九轴承和第十轴承、设在第二接套上的多个第二“T”形顶块、中部与第二“T”形顶块上端接触且两端与第九轴承和第十轴承外圈接触的第二外离合滚子、与第二“T”形顶块下端接触的第二内离合滚子，第二外离合滚子设在减速从动齿轮内圈上的底部呈渐开线凸轮状的第二深凹坑内，设在第二深凹坑中的第二压缩弹簧与第二外离合滚子的一侧紧靠；第二内离合滚子的一侧位于设在传动轴筒右部上的左高右低的呈渐开线凸轮状的第二浅凹坑内。

当输出扭矩与行驶阻力不相匹配时，第一半联轴器和第二半联轴器不同步转动，等速从动齿轮与传动轴筒之间的第一超越离合器处于离开状态，即设在第一浅凹坑与第一“T”形顶块的下端之间的第一内离合滚子处于第一浅凹坑的低部，第一“T”形顶块从径向向内退回，使设在第一深凹坑与第一“T”形顶块的上端之间的第一外离合滚子与第一深凹坑脱离接触，第一外离合滚子的两端骑跨在第七轴承和第八轴承的外环上，等速从动齿轮空转；而此时减速从动齿轮与传动轴筒之间的第二超越离合器则处于结合状态，即设在第二浅凹坑与第二“T”形顶块的下端之间的第二内离合滚子处于第二浅凹坑的高部，第二“T”形顶块被从径向往外顶起，使设在第二深凹坑与第二“T”形顶块的上端之间的第二外离合滚子与第二深凹坑保持紧密接触，从而使电动机输出的扭矩由电动机转子→减速主动齿轮→第一减速过渡齿轮→第二减速过渡齿轮→减速从动齿轮→第二超越离合器→传动轴筒→第一半联轴器→第二半联轴器→轮毂，使摩托车处于减速行驶状态。反之，在等速从动齿轮与传动轴筒之间的第一超越离合器处于结合状态时，减速从动齿轮与传动轴筒之间的第二超越离合器处于离开状态时，第二外离合滚子的两端骑跨在第九轴承和第十轴承的外环上，减速从动齿轮空转，从而实现自动换档。

所述的电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂的位移传感装置的位移推板，穿过传动轴筒上的第二槽口，位移推板的左面与第一半联轴器连接、右面与碟形弹簧紧靠，该装置的传感元件设在一支架上，位于中轴左部的第一槽口内，支架的一侧与位移推板之间设有平面轴承，支架的另一侧设有回位弹簧；位移传感装置的传感器设在中轴左部的第一槽口的左端并与传感元件相对应。传感器选用霍尔传感器，传感元件选用磁钢。

本发明和现有技术相比具有以下优点：在车辆行驶平稳状态下，可以增大电动机传到驱动车轮上的扭矩和调整转速的变化范围，智能识别出不同路况和工况，再根据行驶速度和运动阻力大小，最重要的是可以自动改变转速比和传动扭矩比，并同步恰当控制电池供电量，产生电动机所需驱动转矩和转速，不但能使电动摩托车/电动自行车正向行驶，还能在电动机不中断动力传递自动变速换档；亦能使电动摩托车/电动自行车平稳起步、转向、制动、滑行等。从而，满足电动摩托车/电动自行车驱动力在各种情况下行驶的需要，减轻驾驶员的疲劳程度，能使电动摩托车的驱动扭矩与综合行驶阻力和谐平衡、实现提高平均速度和乘坐舒适性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A—A断面图。

图3是图1的B—B断面图。

图4是图1的C—C断面图。

图5是图1的D—D断面图。

图6是传动轴筒的结构示意图。

图7是图6的B—B剖视图。

图8是图6的C—C剖视图。

图9是图6的D—D剖视图。

图10是第一半联轴器的结构示意图。

图11是图10的左视图。

图12是第二半联轴器的结构示意图。

图13是图12的右视图。

图14是第一超越离合器的结构示意图。

图15是第二超越离合器的结构示意图。

图16是第一接套/第二接套的结构示意图。

图17是图16的左视图。

图18是图16的右视图。

图19是图16的A—A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1和图3，轮辋4直接连接在轮毂3上，轮胎5安装在轮辋上，固定支撑盘6与中轴1上的花键配合后，通过第一轴承6—1配合在轮毂的中部内；

参见图1和图4，等速传动轴9的右端部通过轴承配合连接在固定支撑盘6上，其右端穿过固定支撑盘与第一等速过渡齿轮13—1配合连接，第二等速过渡齿轮13—2安装在等速传动轴的左端部；减速传动轴10的右端部通过轴承配合连接在固定支撑盘6上，其右端穿过固定支撑盘与第一减速过渡齿轮15—1配合连接，第二减速过渡齿轮15—2安装在减速传动轴的中部。

参见图1和图6，自适应传动传感机构的传动轴筒12的两端通过第四轴承12—1和第五轴承12—2配合在中轴1的左部。

参见图1、图9和图15，第二超越离合器的第二接套16安装在传动轴筒12右部上的左高右低的呈渐开线凸轮状的第二浅凹坑12—10处，第二内离合滚子16—5安装在第二浅凹坑内，第九轴承16—1和第十轴承16—2分别配合在第二接套的两侧，多个第二“T”形顶块16—3安装在第二接套上；第二外离合滚子16—4安装在减速从动齿轮15—3内圈上的底部呈渐开线凸轮状的第二深凹坑15—4内，设在第二深凹坑中的第二压缩弹簧16—6与第二外离合滚子的一侧紧靠；减速从动齿轮15—3套在第二接套16上，第二外离合滚子16—5的中部与第二“T”形顶块16—3的上端接触且两端与第九轴承和第十轴承的外圈接触；减速从动齿轮15—3与安装在减速传动轴中部的第二减速过渡齿轮15—2啮合。

参见图1、图8和图14，第一超越离合器的第一接套14安装在传动轴筒右部上的左低右高的呈渐开线凸轮状的第一浅凹坑12—9处，第一内离合滚子14—5安装在第一浅凹坑内，第七轴承14—1和第八轴承14—2分别配合在第一接套的两侧，多个第一“T”形顶块14—3安装在第一接套上；第一外离合滚子14—4安装在等速从动齿轮13—3内圈上的底部呈渐开线凸轮状的第一深凹坑13—4内，设在第一深凹坑中的第一压缩弹簧14—6与第一外离合滚子的一侧紧靠；等速从动齿轮13—3套在第一接套14上，第一外离合滚子14—5的中部与第一“T”形顶块14—3的上端接触且两端与第七轴承和第八轴承的外圈接触；等速从动齿轮13—3与安装在等速传动轴左端部的第一等速过渡齿轮13—2啮合。

参见图1和图2，传动轴筒的中部通过第六轴承12—3与左回转托盘7的中心部位配合，等速传动轴9和减速传动轴10的右端分别通过轴承配合连接在左回转托盘上，左回转盘通过第二轴承7—1配合在轮毂3的左端内，四根支撑螺栓11穿过左回转盘7和固定支撑盘6定位连接形成一支撑框架。

参见图1、图10、图11、图12和图13，位移传感装置的回位弹簧12—15安装在中轴上，安装有传感元件—磁钢12—13的支架位于中轴左部的第一槽口1—1内，支架的右侧与回位弹簧紧靠；位移传感装置的传感器—霍尔传感器12—16安装在中轴左部的第一槽口的左端并与传感元件—磁钢12—13相对应，霍尔传感器的导线从中轴左端的中心孔引出，与控制器联接；位移传感装置碟形弹簧12—6安装在传动轴筒上，位移传感装置的位移推板12—11穿过传动轴筒上的第二槽口12—12，其右面与碟形弹簧12—6和平面轴承12—14紧靠，平面轴承的右面与安装有传感元件—磁钢12—13的支架的左侧紧靠；自适应传动传感机构的联轴器的第一半联轴器12—4配合在传动轴筒12上，第二半联轴器12—5通过连接件与轮毂3固定连接；第一半联轴器与传动轴筒之间配合连接为滚珠花键结构，该结构由安装在第一半联轴器与传动轴筒配合连接部位的并相互对应的花键槽12—7和设在花键槽内的钢球12—8组成，装在花键槽内的钢球即为滚珠花键；联轴器的第一半联轴器和第二半联轴器的结合端面呈波形，这种结构使第一半联轴器与传动轴筒之间的配合灵活可靠，第一半联轴器既能传递扭矩，同时又能左右移动，将行驶阻力变化的信号及时传递出去。

参见图1和图5，减速主动齿轮15与等速主动齿轮13重叠连接在一起安装在中轴上，位于固定支撑盘6的右侧，右回转托盘8安装在中轴上，通过第三轴承8—1配合在轮毂的右端内，并通过螺钉与等速主动齿轮13定位连接；电动机定子2固定配合连接在中轴的右部，电动机转子2—1固定连接在右回转托盘8外侧靠近边缘的部位，电动机的电源线从中轴右端的中心孔引出经控制器与车载电源联接。

Claims (7)

1、电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，包括中轴(1)、固定配合连接在中轴右部的电动机定子(2)、轮毂(3)、与轮毂直接连接的轮辋(4)、轮胎(5)，电动机的电源线从中轴右端的中心孔引出经控制器与车载电源联接，其特征在于：

a、在轮毂(3)的中部内设有与中轴为花键配合的固定支撑盘(6)、轮毂的左端内设有左回转托盘(7)、轮毂的右端内设有右回转托盘(8)，右回转托盘外侧靠近边缘的部位与电动机转子(2—1)固定连接；在左回转托盘(7)与固定支撑盘(6)之间，设有两端分别通过轴承与两盘配合的等速传动轴(9)和减速传动轴(10)；

b、在中轴(1)的左部设有一自适应传动传感机构，该机构的传动轴筒(12)的两端通过第四轴承(12—1)和第五轴承(12—2)与中轴配合，传动轴筒的中部通过第六轴承(12—3)与左回转托盘(7)的中心部位配合；在传动轴筒的左端部设有由第一半联轴器(12—4)和第二半联轴器(12—5)组成的联轴器，联轴器的第一半联轴器与传动轴筒配合连接并与设在传动轴筒左部的碟形弹簧(12—6)紧靠，第二半联轴器与轮毂固定连接；该机构还包括设在中轴左部的第一槽口(1—1)处的位移传感装置，该装置的传感器的导线从中轴左端的中心孔引出，与控制器联接；

c、在轮毂(3)内设有一等速传动机构，该机构的等速主动齿轮(13)定位连接在右回转托盘(8)内侧的中心部位，配合连接在等速传动轴(9)右端上的第一等速过渡齿轮(13—1)与等速主动齿轮啮合，配合连接在等速传动轴左部的第二等速过渡齿轮(13—2)与配合在传动轴筒(12)右部的等速从动齿轮(13—3)啮合；等速从动齿轮与传动轴筒(12)之间的配合为第一超越离合器结构；

d、在轮毂(3)内还设有一减速传动机构，该机构的减速主动齿轮(15)与等速主动齿轮(13)重叠连接在一起，配合连接在减速传动轴(10)右端的第一减速过渡齿轮(15—1)并与减速主动齿轮啮合，配合连接在减速传动轴中部的第二减速过渡齿轮(15—2)与配合在传动轴筒(12)右部的减速从动齿轮(15—3)啮合；减速从动齿轮与传动轴筒(12)之间的配合为第二超越离合器配合结构，其离合状态与等速从动齿轮与传动轴筒之间的第一超越离合器相反。

2、根据权利要求1所述的电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，其特征在于：固定支撑盘(6)通过第一轴承(6—1)配合在轮毂的中部内，左回转盘(7)通过第二轴承(7—1)配合在轮毂的左端内，固定支撑盘(6)和左回转盘(7)通过两根以上支撑螺栓(11)定位连接形成一支撑框架；右回转托盘(8)通过第三轴承(8—1)配合在轮毂的右端内。

3、根据权利要求1或2所述的电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，其特征在于：所述的联轴器的第一半联轴器(12—4)和第二半联轴器(12—5)的结合端面呈波形，第一半联轴器与传动轴筒之间配合连接为滚珠花键结构，该结构由设在第一半联轴器与传动轴筒配合连接部位的并相互对应的花键槽(12—7)和设在花键槽内的钢球(12—8)组成。

4、根据权利要求1或2所述的电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，其特征在于：所述的位移传感装置的位移推板(12—11)穿过传动轴筒(12)上的第二槽口(12—12)，位移推板的左面与第一半联轴器(12—4)连接、右面与碟形弹簧(12—6)紧靠，该装置的传感元件(12—13)设在一支架上，位于中轴左部的第一槽口(1—1)内，支架的一侧与位移推板之间设有平面轴承(12—14)，支架的另一侧设有回位弹簧(12—15)；位移传感装置的传感器(12—16)设在中轴左部的第一槽口的左端并与传感元件(12—13)相对应。

5、根据权利要求1或2所述的电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，其特征在于：所述的第一超越离合器结构包括：设在等速从动齿轮(13—3)内圈与传动轴筒对应处外圆之间的第一接套(14)、分别配合在第一接套两侧的第七轴承(14—1)和第八轴承(14—2)、设在第一接套上的多个第一“T”形顶块(14—3)、中部与第一“T”形顶块上端接触且两端与第七轴承和第八轴承外圈接触的第一外离合滚子(14—4)、与第一“T”形顶块下端接触的第一内离合滚子(14—5)，第一外离合滚子(14—4)设在等速从动齿轮(13—3)内圈上的底部呈渐开线凸轮状的第一深凹坑(13—4)内，设在第一深凹坑中的第一压缩弹簧(14—6)与第一外离合滚子的一侧紧靠；第一内离合滚子(14—5)的一侧位于设在传动轴筒右部上的左低右高的呈渐开线凸轮状的第一浅凹坑(12—9)内。

6、根据权利要求1或2所述的电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，其特征在于：所述的第二超越离合器结构包括：设在减速从动齿轮(15—3)内圈与传动轴筒对应处外圆之间的第二接套(16)、分别配合在第二接套两侧的第九轴承(16—1)和第十轴承(16—2)、设在第二接套上的多个第二“T”形顶块(16—3)、中部与第二“T”形顶块上端接触且两端与第九轴承和第十轴承外圈接触的第二外离合滚子(16—4)、与第二“T”形顶块下端接触的第二内离合滚子(16—5)，第二外离合滚子(16—4)设在减速从动齿轮(15—3)内圈上的底部呈渐开线凸轮状的第二深凹坑(15—4)内，设在第二深凹坑中的第二压缩弹簧(16—6)与第二外离合滚子的一侧紧靠；第二内离合滚子(16—5)的一侧位于设在传动轴筒右部上的左高右低的呈渐开线凸轮状的第二浅凹坑(12—10)内。

7、根据权利要求1或2所述的电动车自适应传动传感两档自动变速电动轮毂，其特征在于：所述的位移传感装置的传感器(12—16)为霍尔传感器，传感元件(12—13)为磁钢。

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