CN102801245B - 电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，电机内壳、磁钢片、第一内端盖和第二内端盖组成电机转子，该电机转子和定子以及电机轴组成电机；第一恒星齿轮、第一行星齿轮、行星架和行星轴组成行星一级减速结构；行星轴、第二行星齿轮和第二恒星齿轮组成行星二级减速结构；保持架、第一弹簧、滚动体、推杆、弹簧卡圈、第二弹簧、滚柱和行星架组成可控双向离合器。本发明在输入转速不变的情况下，通过可控双向离合器可以使轮毂得到不同的转速，一方面有效提高了电动车的续行能力和爬坡能力；另一方面，可以防止齿轮打坏，确保了换挡的平稳性，使换挡时整车不会发生发抖，大大提高了驾乘的舒适性。

Description

电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构

技术领域

本发明属于电动车技术领域，具体地说，特别涉及电动车上的轮毂电机双离合器行星变挡机构。

背景技术

目前，市场上生产的电动车电机，是靠电子控制器来达到无级变速，它的转速可以从零到额定值，和发动机油门变速相比较，电机的变速更平稳。但采用电子控制器进行变速的方法有很大的不足：在爬坡和加载的时候，电机工作时通过电流的不断增加来增加转矩，以此来改变爬坡能力。因此，转矩大电流就大，电机的输出转矩小，耗电量大，续行能力大大地缩短。

有的厂家将行星齿轮机构与电动车的轮毂电机集成在一起，通过行星齿轮机构进行变速。但是在变速的时候，需要将齿轮进行轴向移动，以改变啮合对象才能实现。当速度较快或者在爬坡、加载的情况下，容易造成齿轮打坏，并且换挡的平稳性较差，换挡时整车易发抖，会影响驾乘的舒适性。同时，现有的轮毂电机变挡机构结构复杂、装配困难、体积较大、生产成本高，不利于规模化推广使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种换挡平稳，能有效提高续行能力和爬坡能力的电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构。

本发明的技术方案如下：一种电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，包括轮毂(25)，其特征在于：所述轮毂(25)通过轴承支承于电机轴(5)上，在电机轴(5)上套装电机外壳(8)，该电机外壳(8)与轮毂(25)相对接固定；在所述电机外壳(8)内设置电机内壳(1)，该电机内壳(1)的内壁上装有磁钢片(7)，并在电机内壳(1)内设置定子(6)，定子(6)固套于电机轴(5)上；所述电机内壳(1)的两端分别由第一内端盖(2)和第二内端盖(3)封口，这两个内端盖(2、3)均通过轴承支承在电机轴(5)上，在所述第一内端盖(2)的旁边设有至少两个第一行星齿轮(9)，所有的第一行星齿轮(9)均与第一恒星齿轮(13)相啮合，该第一恒星齿轮(13)活套在电机轴(5)上，且第一恒星齿轮(13)与第一内端盖(2)相固定；所述第一行星齿轮(9)位于轮毂(25)内，每一个第一行星齿轮(9)对应一个第二行星齿轮(12)，第一行星齿轮(9)通过行星轴(23)与对应的第二行星齿轮(12)连接，所述行星轴(23)穿设在行星架(10)上，该行星架(10)通过标准轴承单向超越离合器(14)与电机轴(5)连接；所有的第二行星齿轮(12)均与第二恒星齿轮(15)相啮合，该第二恒星齿轮(15)与轮毂(25)内部的轮毂连接件(24)相固定，并且第二恒星齿轮(15)通过可控双向离合器与电机轴(5)连接。

采用以上技术方案，电机内壳、磁钢片、第一内端盖和第二内端盖组成电机转子；第一恒星齿轮、第一行星齿轮、行星架和行星轴组成行星一级减速结构；行星轴、第二行星齿轮和第二恒星齿轮组成行星二级减速结构。本发明具有一个高速挡和一个低速挡，高速挡与低速挡之间的切换由可控双向离合器实现。当可控双向离合器处于结合状态时，可控双向离合器将第二恒星齿轮和行星架锁死，这样行星一级减速结构和行星二级减速结构处于锁死状态，行星一级减速结构和行星二级减速结构能够整体一起转动，当电机旋转时，电机转子直接带动第二恒星齿轮，直接将动力通过轮毂连接件传递给轮毂，整个传动系统处于二挡高速状态。

当可控双向离合器处于分离状态时，可控双向离合器松开对第二恒星齿轮以及行星架的控制，这样当电机旋转时，电机转子带动第一恒星齿轮一起转动，第一恒星齿轮再带动第一行星齿轮，使与第一行星齿轮同轴的第二行星齿轮旋转，第二行星齿轮再带动第二恒星齿轮，使第二恒星齿轮将动力通过轮毂连接件传递给轮毂，整个传动系统在通过行星一级减速和行星二级减速后，处于一挡低速状态。

由此可见，本发明在输入转速不变的情况下，传动齿轮不发生轴向移动，通过可控双向离合器可以得到不同的转速，这样电动车在爬坡和加载的情况下，转矩增加而电流不增加，从而有效提高了电动车的续行能力和爬坡能力，使电动车能够适应各种路面状况行驶。本发明的变挡由可控双向离合器进行控制，既避免了齿轮打坏的现象发生，又确保了换挡的平稳性，换挡时整车不会发生发抖，大大提高了驾乘的舒适性。

所述可控双向离合器包括保持架(16)、第一弹簧(17)、滚柱(22)和锁紧装置，保持架(16)位于第二恒星齿轮(15)内，该保持架(16)与电机轴(5)间隙配合，并且保持架(16)在锁紧装置的作用下能够锁死在电机轴(5)上，行星架(10)的端部凸台(10a)伸入第二恒星齿轮(15)内，该端部凸台(10a)与第二恒星齿轮(15)之间形成多个按圆周均匀分布的滚道，各滚道的中间宽两边窄，并且每个滚道中均设有滚柱(22)，该滚柱(22)位于保持架(16)上的定位缺口中，在所述保持架(16)与端部凸台(10a)之间设有按圆周均匀分布的第一弹簧(17)，该第一弹簧(17)的一端与保持架(16)抵接，另一端与端部凸台(10a)抵接。

以上结构中，锁紧装置用于控制保持架，使保持架锁死在电机轴上或者与电机轴分离。当保持架与电机轴分离时，保持架与行星架作相对运动，在第一弹簧的作用下，滚柱被推入滚道的一边卡紧，使行星架和保持架结合在一起，将第二恒星齿轮和行星架锁死；当保持架在电机轴上锁死时，滚柱始终处于滚道的最低点，行星架与保持架分离，行星一级减速结构和行星二级减速结构能够旋转工作。由此可见，可控双向离合器的结构简单、紧凑，不仅制作装配方便，而且结合与分离容易，性能可靠。

为了简化结构、方便加工制作、降低生产成本，所述行星架(10)的端部凸台(10a)为六方凸块。

所述锁紧装置由滚动体(18)、推杆(19)、弹簧卡圈(20)和第二弹簧(21)组成，推杆(19)的内端伸入电机轴(5)沿轴心开设的盲孔中，并与第二弹簧(21)相抵接，推杆(19)靠近外端的部位设有凸台，该凸台由电机轴(5)端部嵌装的弹簧卡圈(20)限位，在所述电机轴(5)上沿半径方向对称开设有两个通孔，该通孔与电机轴(5)轴心的盲孔相通，每个通孔中均装有滚动体(18)，在所述推杆(19)上开有与滚动体(18)配合，并能驱动滚动体(18)运动的驱动槽。

以上结构中，推杆在第二弹簧的作用下滑动到弹簧卡圈限位点，此时滚动体位于驱动槽的最低处，保持架能够相对电机轴旋转；推动推杆向第二弹簧的方向运动，推杆克服第二弹簧的弹力，并且推杆驱动滚动体，使滚动体朝着保持架运动，直至滚动体将保持架的内壁顶紧，使保持架锁死在电机轴上。锁紧装置结构简单，操作容易，既灵敏又可靠，能够确保可控双向离合器按需结合或分离。

所述推杆(19)上的驱动槽中间深两边浅，该驱动槽的槽底为圆柱面，两边的槽壁为锥面。以上结构一方面造型简单，易于加工制造，另一方面，驱动滚动体运动的可靠性好，能有效防止滚动体发生卡滞。

在所述第一恒星齿轮(13)的外围设有两个第一行星齿轮(9)，这两个第一行星齿轮(9)相对于第一恒星齿轮(13)对称分布。以上结构布置合理，运转平稳、可靠，有利于装配及降低生产成本。

为了使第二内端盖运转更灵活，所述第二内端盖(3)的中部一体形成有环形凸台，该环形凸台通过轴承与电机外壳(8)的外端盖(4)相支承。

本发明的有益效果是：

1)在输入转速不变的情况下，通过可控双向离合器可以使轮毂得到不同的转速，有效提高了电动车的续行能力和爬坡能力。

2)变挡由可控双向离合器进行控制，可以防止齿轮打坏，确保了换挡的平稳性，使换挡时整车不会发生发抖，大大提高了驾乘的舒适性。

3)整体结构简单紧凑，装配容易、快捷，体积小巧，生产成本低，变挡操作简便，性能可靠，有利于电动车的规模化推广使用。

4)能够使电动车适应各种路面状况行驶，扩大了电动车的使用场合，在各种类型的电动汽车、电动摩托车和电动自行车上均可使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图，也是可控双向离合器的分离状态图。

图3为可控双向离合器的结合状态图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

请看图1，轮毂25位于如图1所示电机轴5左部的位置，该轮毂25通过轴承支承在电机轴5上，轮毂25能相对电机轴5旋转。所述轮毂25的右端敞口，在轮毂25的右侧设有电机外壳8，该电机外壳8为圆套结构，电机外壳8的左端与轮毂25右端的敞口相对接，并通过螺钉固定在一起。在电机外壳8的右侧设置外端盖4，该外端盖4将电机外壳8的右端封口，且外端盖4通过螺钉固定在电机外壳8的右端，所述电机轴5的右端从外端盖4中部的过孔向右伸出。

请看图1、图2和图3，轮毂25、电机外壳8和外端盖4组成密闭的空腔，该空腔内设置有电机内壳1、第一内端盖2、第二内端盖3、定子6、磁钢片7、第一行星齿轮9、行星架10、轮毂连接块11、第二行星齿轮12、第一恒星齿轮13、标准轴承单向超越离合器14、第二恒星齿轮15、保持架16和轮毂连接件24等部件。其中，电机内壳1位于电机外壳8内，该电机内壳1也为圆套结构，在电机内壳1的内壁上安装磁钢片7，并在电机内壳1内设置定子6，定子6固套于电机轴5上。所述电机内壳1的右端由第二内端盖3封口，该第二内端盖3通过螺钉与电机内壳1相固定，第二内端盖3的中部通过轴承支承在电机轴5的右部轴身上。所述第二内端盖3的中部朝着外端盖4的方向一体延伸，形成有环形凸台，该环形凸台通过轴承与外端盖4相支承。电机内壳1的左端由第一内端盖2封口，该第一内端盖2通过螺钉与电机内壳1相固定，第一内端盖2的中部通过轴承支承在电机轴5上。

如图1、图2、图3所示，在所述第一内端盖2的左侧设有第一恒星齿轮13，该第一恒星齿轮13活套在电机轴5上，并且第一恒星齿轮13的右端与第一内端盖2相固定。在所述第一恒星齿轮13圆周方向的外围设有两个第一行星齿轮9，这两个第一行星齿轮9均位于轮毂25内，且两个第一行星齿轮9相对于第一恒星齿轮13对称分布，即：两个第一行星齿轮9和第一恒星齿轮13布置在一条直线上。所述两个第一行星齿轮9均与第一恒星齿轮13相啮合。在第一恒星齿轮13的左侧设置行星架10，该行星架10通过标准轴承单向超越离合器14与电机轴5连接，标准轴承单向超越离合器14起单向传动的作用。标准轴承单向超越离合器14为现有技术，其结构及工作原理在此不作赘述。在所述行星架10上穿设有两根行星轴23，这两根行星轴23与两个第一行星齿轮9一一对应，每根行星轴23的右端与对应第一行星齿轮9的中部相固定，每根行星轴23的左端与第二行星齿轮12的中部连接，两个第二行星齿轮12与两个第一行星齿轮9相对应。在两个第二行星齿轮12之间设有第二恒星齿轮15，三者在一条直线上，并且两个第二行星齿轮12均与第二恒星齿轮15相啮合。所述第二恒星齿轮15通过螺栓与轮毂连接件24相固定，轮毂连接件24通过轮毂连接块11与所述轮毂25固定连接在一起。

如图1、图2、图3所示，在第二恒星齿轮15内设置有保持架16，该保持架16与电机轴5间隙配合。所述行星架10左端的中部一体形成有端部凸台10a，该端部凸台10a为六方凸块，其外轮廓近似为正六边形。所述端部凸台10a伸入第二恒星齿轮15内，该端部凸台10a与第二恒星齿轮15之间形成六个按圆周均匀分布的滚道，各滚道的中间宽两边窄，并且每个滚道中均设有滚柱22，该滚柱22位于保持架16上的定位缺口中。在所述保持架16与端部凸台10a之间设有按圆周均匀分布的第一弹簧17，本实施例中，第一弹簧17优选为两个，第一弹簧17的一端与保持架16抵接，另一端与端部凸台10a抵接。

如图1所示，在电机轴5的左端沿其轴心线向右开设有盲孔，推杆19的内端伸入该盲孔，并与第二弹簧21的左端相抵接，第二弹簧21的右端抵接在盲孔的孔底。推杆19的外端在盲孔外，推杆19靠近外端的部位一体形成有凸台，该凸台由电机轴5左端部嵌装的弹簧卡圈20限位，弹簧卡圈20位于该凸台的左侧。在所述电机轴5上对应保持架16内壁的位置开有两个通孔，这两个通孔均沿电机轴5的半径方向开设，该通孔的中心线与电机轴5的轴心线相垂直，两个通孔相对于电机轴5的轴心线对称布置，并且各通孔均与电机轴5轴心的盲孔相通。在每个通孔中均装有滚动体18，该滚动体18可以是钢球，钢球的数目根据实际需要确定；滚动体18也可以是滚柱或者其它类似的结构。所述保持架16的内壁上开有与滚动体18相对应的定位槽，该定位槽优选为半月形。在所述推杆19上开有与滚动体18配合，并能驱动滚动体18运动的驱动槽，该驱动槽类似为马鞍形，驱动槽中间深两边浅，驱动槽的槽底为圆柱面，两边的槽壁为锥面。

本发明的工作原理如下：

电机内壳1、磁钢片7、第一内端盖2和第二内端盖3组成电机转子，该电机转子和定子6以及电机轴5组成电机；第一恒星齿轮13、第一行星齿轮9、行星架10和行星轴23组成行星一级减速结构；行星轴23、第二行星齿轮12和第二恒星齿轮15组成行星二级减速结构；保持架16、第一弹簧17、滚动体18、推杆19、弹簧卡圈20、第二弹簧21、滚柱22和行星架10组成可控双向离合器。

如图1、图3所示，推杆19在第二弹簧21的作用下向左滑动到弹簧卡圈20限位点，此时滚动体18位于驱动槽的最低处，保持架6能够相对电机轴5旋转，并且保持架6可以与行星架10作相对运动，在第一弹簧17的作用下，滚柱22被推入滚道的一边，在端部凸台10a和第二恒星齿轮15之间卡紧，并使行星架10和保持架6结合在一起，由此将第二恒星齿轮15和行星架10锁死，这样行星一级减速结构和行星二级减速结构处于锁死状态，行星一级减速结构和行星二级减速结构能够整体一起转动，当电机旋转时，电机转子直接带动第二恒星齿轮15，直接将动力通过轮毂连接件24传递给轮毂25，整个传动系统处于二挡高速状态。

如图1、图2所示，推动推杆19向第二弹簧21的方向运动，推杆19克服第二弹簧21的弹力，并且推杆19通过驱动槽槽壁的锥面驱动滚动体18，使滚动体18朝着保持架16运动，直至滚动体18嵌入保持架16内壁的半月形定位槽中，将保持架16的内壁顶紧，使保持架6锁死在电机轴5上，保持架16保持静止。此后，滚柱22始终处于滚道的最低点，保持架16与第二恒星齿轮15之间分离，并且行星架10与保持架16分离，行星一级减速结构和行星二级减速结构能够旋转工作。电机的转子旋转时，电机转子带动第一恒星齿轮13一起转动，第一恒星齿轮13再带动第一行星齿轮9，使与第一行星齿轮9同轴的第二行星齿轮12旋转，第二行星齿轮12再带动第二恒星齿轮15，使第二恒星齿轮15将动力通过轮毂连接件24传递给轮毂25，整个传动系统在通过行星一级减速和行星二级减速后，处于一挡低速状态。

尽管以上结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以作出多种类似的表示，比如将可控双向离合器改为其它类似的结构，只要能够实现本发明的功能即可，或者改变控制可控双向离合器结合与分离的方式，或者改变滚动体的结构，或者将第一行星齿轮的数目改为三个，或者改变滚柱的数目等等，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，包括轮毂(25)，其特征在于：所述轮毂(25)通过轴承支承于电机轴(5)上，在电机轴(5)上套装电机外壳(8)，该电机外壳(8)与轮毂(25)相对接固定；在所述电机外壳(8)内设置电机内壳(1)，该电机内壳(1)的内壁上装有磁钢片(7)，并在电机内壳(1)内设置定子(6)，定子(6)固套于电机轴(5)上；所述电机内壳(1)的两端分别由第一内端盖(2)和第二内端盖(3)封口，这两个内端盖(2、3)均通过轴承支承在电机轴(5)上，在所述第一内端盖(2)的旁边设有至少两个第一行星齿轮(9)，所有的第一行星齿轮(9)均与第一恒星齿轮(13)相啮合，该第一恒星齿轮(13)活套在电机轴(5)上，且第一恒星齿轮(13)与第一内端盖(2)相固定；所述第一行星齿轮(9)位于轮毂(25)内，每一个第一行星齿轮(9)对应一个第二行星齿轮(12)，第一行星齿轮(9)通过行星轴(23)与对应的第二行星齿轮(12)连接，所述行星轴(23)穿设在行星架(10)上，该行星架(10)通过标准轴承单向超越离合器(14)与电机轴(5)连接；所有的第二行星齿轮(12)均与第二恒星齿轮(15)相啮合，该第二恒星齿轮(15)与轮毂(25)内部的轮毂连接件(24)相固定，并且第二恒星齿轮(15)通过可控双向离合器与电机轴(5)连接。

2.根据权利要求1所述的电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，其特征在于：所述可控双向离合器包括保持架(16)、第一弹簧(17)、滚柱(22)和锁紧装置，保持架(16)位于第二恒星齿轮(15)内，该保持架(16)与电机轴(5)间隙配合，并且保持架(16)在锁紧装置的作用下能够锁死在电机轴(5)上，行星架(10)的端部凸台(10a)伸入第二恒星齿轮(15)内，该端部凸台(10a)与第二恒星齿轮(15)之间形成多个按圆周均匀分布的滚道，各滚道的中间宽两边窄，并且每个滚道中均设有滚柱(22)，该滚柱(22)位于保持架(16)上的定位缺口中，在所述保持架(16)与端部凸台(10a)之间设有按圆周均匀分布的第一弹簧(17)，该第一弹簧(17)的一端与保持架(16)抵接，另一端与端部凸台(10a)抵接。

3.根据权利要求2所述的电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，其特征在于：所述行星架(10)的端部凸台(10a)为六方凸块。

4.根据权利要求2或3所述的电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，其特征在于：所述锁紧装置由滚动体(18)、推杆(19)、弹簧卡圈(20)和第二弹簧(21)组成，推杆(19)的内端伸入电机轴(5)沿轴心开设的盲孔中，并与第二弹簧(21)相抵接，推杆(19)靠近外端的部位设有凸台，该凸台由电机轴(5)端部嵌装的弹簧卡圈(20)限位，在所述电机轴(5)上沿半径方向对称开设有两个通孔，该通孔与电机轴(5)轴心的盲孔相通，每个通孔中均装有滚动体(18)，在所述推杆(19)上开有与滚动体(18)配合，并能驱动滚动体(18)运动的驱动槽。

5.根据权利要求4所述的电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，其特征在于：所述推杆(19)上的驱动槽中间深两边浅，该驱动槽的槽底为圆柱面，两边的槽壁为锥面。

6.根据权利要求1所述的电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，其特征在于：在所述第一恒星齿轮(13)的外围设有两个第一行星齿轮(9)，这两个第一行星齿轮(9)相对于第一恒星齿轮(13)对称分布。

7.根据权利要求1所述的电动车轮毂电机双离合器行星变挡机构，其特征在于：所述第二内端盖(3)的中部一体形成有环形凸台，该环形凸台通过轴承与电机外壳(8)的外端盖(4)相支承。

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