CN102815366B - 一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，动力输入机构、与动力输入机构相连接的档位变速组件、与档位变速组件相连接的动力输出机构以及变速器外壳，所述动力输入机构和档位变速组件置于变速器外壳内；动力经动力输入机构传输到档位变速组件，再由档位变速组件输出到动力输出机构中的轮毂，从而车辆启动，其特征在于它还包括用于调节档位的档位转换组件，所述档位转换组件包括一档行星外圈、变档推环、二档推板、二档行星内齿盘、反向推力摇臂、锁定齿轮以及变档推杆，在动力输入过程中，档位转换组件通过轴向移动上述部件，从而实现换挡。本发明到的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统结构紧凑、变速比自由、承载力大。

Description

一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统

技术领域

本发明涉及一种变速电动驱动系统，特别是一种用于两轮或三轮车辆的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统。

背景技术

随着人们环保意识的提高，以及电动交通工具的日趋成熟，电瓶车、电动摩托车已成为普通家庭日常生活的代步工具。现有的电动摩托车的驱动系统采用的是主副轴减速系统，该减速系统所需的部件较多、占用空间大，不利于产品的造型且该驱动系统较重，这就使得摩托车自身重量也随之增加，从而需要增大电机马力。针对以上情况，现在有些企业研发出了一种设置轮毂内的驱动系统，采用内部驱动变速系统驱动轮毂直接运转，有利于节省空间，如中国国家知识产权局于2008年2月13日公告的，公告号为101123387的一种电动车无刷变速轮毂电机，该电机系统通过设置可轴向移动的滑槽变速装置将电机动力通过活动连接器传递，可实现快、慢、空三档变速，该装置解决了电动摩托车在低功率情况下，爬坡难、耗电大以及高速时力矩下降的问题。但其工艺要求高、在长久运行后容易出现齿轮锁死现象。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供的一种结构紧凑、变速比自由、承载力大且能防锁死的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统。

为了实现上述目的，本发明所设计的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，它包括动力输入机构、与动力输入机构相连接的档位变速组件、与档位变速组件相连接的动力输出机构以及变速器外壳，动力输入机构和档位变速组件置于变速器外壳内；

其特征是所述档位变速组件包括一档行星齿轮、一档行星齿轮轴、一档行星齿架、二档行星齿轮、二档行星齿轮轴以及变速轴；所述一档行星齿架的左侧转角处设有外齿，一档行星齿架的右端内侧设有内齿，且一档行星齿架套接在变速轴上；

一档行星齿轮套接在一档行星齿轮轴的左端，一档行星齿轮轴的右端固定连接在一档行星齿架的左端，一档行星齿架的右侧内齿与二档行星齿轮的外齿相啮合，二档行星齿轮套接在二档行星齿轮轴的右端，二档行星齿轮轴的左端固定连接在变速轴上；动力输入机构将动力传输给与之连接的一档行星齿轮，带动一档行星齿轮转动；变速轴将动力传输给与之连接的动力输出机构，带动动力输出机构转动；

它还包括用于调节档位的档位转换组件，所述档位转换组件包括活动套接在一档行星齿轮外圈上的一档行星外圈、活动套接在一档行星齿架外圈上并置于一档行星外圈右端的变档推环、套接在变档推环上且能轴向移动的反向推力摇臂、二档推板、套接在变速轴上且能轴向移动的二档行星内齿盘、套接在变速轴上并与变速轴固定连接的锁定齿轮、以及与变档推环固定连接的变档推杆；

所述一档行星外圈的内环上设有与一档行星齿轮的外齿相配合的内齿，一档行星外圈的外圈上设有与变速器外壳相配合的外键槽，且一档行星外圈的左端与变速器外壳之间设有复位弹簧；所述二档推板呈圆形，且二档推板套接在二档行星内齿盘内；所述二档行星内齿盘左端设有与相啮合的内齿，二档行星内齿盘右侧设有与锁定齿轮相啮合的齿轮，二档行星内齿盘的盘体边缘设有与变速器外壳相配合的外键槽，且二档行星内齿盘右端与锁定齿轮间设有回位弹簧；反向推力摇臂置于二档推板左端，二档推板位于二档行星内齿盘的左端；

一档时，动力输入机构将动力传输到一档行星齿轮，然后经一档行星齿轮将动力传输到一档行星齿轮轴和一档行星齿架，最后经二档行星齿轮、二档行星齿轮轴、变速轴将动力传输到动力输出机构，此时，二档行星内齿盘与锁定齿轮相啮合，二档行星内齿盘被锁死，不参与减速；

二档时，一档行星齿轮、一档行星齿轮轴和一档行星齿架固定连接，动力输入机构将动力直接传输到一档行星齿架，此时，二档行星内齿盘的外齿与变速器外壳的内侧键相啮合，二档行星内齿盘固定不动，二档行星齿轮在一档行星齿架的动力下绕二档行星内齿盘作圆周运动，实现二级减速，最后，动力经二档行星齿轮轴、变速轴传输到动力输出机构；

三档时，一档行星外圈与一档行星齿轮、一档行星齿轮轴和一档行星齿架固定连接，二档行星内齿盘与锁定齿轮相啮合，一档行星齿架和二档行星内齿盘都不参与减速，动力直接经动力输入机构传输到一档行星齿轮、一档行星齿轮轴、一档行星齿架、二档行星齿轮、二档行星齿轮轴、变速轴，再由变速轴传输到动力输出机构；

所述动力输出机构包括轮轴、套接在轮轴上的轮毂、输出齿轮以及轮毂齿轮；输出齿轮固定连接在变速轴的右端，输出齿轮与轮毂齿轮的相啮合，轮毂齿轮置于轮毂内。

所述动力输入机构包括电机、与电机的输出轴固定连接的电机输出齿轮、第一双联齿轮以及第二双联齿轮；所述第一双联齿轮的大齿盘外齿与电机输出齿轮相啮合，第一双联齿轮的小齿盘外齿与第二双联齿轮左侧上方的外齿相啮合；所述第二双联齿轮的右侧内齿与一档行星齿轮的外齿相啮合，且第二双联齿轮套接在变速轴上。

为了支撑第一双联齿轮，变速器外壳和第一双联齿轮均套接在轮轴上。

为了连接二档行星齿轮轴，所述变速轴中部设有中部盘体，中部盘体与二档行星齿轮轴的左端固定连接。

在轮毂外设有轮圈，在轮轴两端连接有平叉。

本发明到的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统具有以下特点：

1、紧凑小巧——采用行星齿轮共轴减速，比传统主副轴减速系统结构更为紧凑，尺寸小巧。

2、大负载能力——行星齿轮为多齿轮啮合，可以承受更大传动功率。

3、多档位——采用两级行星齿轮时，理论上可以实现4个档位。

4、变速比设置自由——用于3档变速，通过行星齿轮设计，可以分别设定各个档位减速比。

5、操作简单——只需要直线移动变档推杆即可实现3个档位的变换。

6、防锁死——相邻档位间有空挡行程，防止锁死和打齿。

附图说明

图1是实施例中一档时的连接状态示意图；

图2是实施例中二档时的连接状态示意图；

图3是实施例中三档时的连接状态示意图；

图4是实施例中将变速器外壳装配上后的立体示意图；

图5是实施例中一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统装配完成后的连接结构示意图。

图中：轮轴1、轮毂2、电机3、电机输出齿轮4、第一双联齿轮5、第二双联齿轮6、一档行星齿轮7、一档行星齿轮轴8、一档行星外圈9、变档推环10、一档行星齿架11、二档行星齿轮12、二档行星齿轮轴13、二档推板14、二档行星内齿盘15、反向推力摇臂16、锁定齿轮17、变速轴18、输出齿轮19、轮毂齿轮20、变速器外壳21、轮圈22、平叉23、变档推杆24。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例：

本实施例提供的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，如图1、图2、图3所示，它包括动力输入机构、与动力输入机构相连接的档位变速组件、与档位变速组件相连接的动力输出机构以及用于调节档位的档位转换组件。动力经动力输入机构传输到档位变速组件，再由档位变速组件输出到动力输出机构，从而驱动摩托车运动，其中，当需要转换档位时，由档位转换组件改变档位变速组件的内部连接机构，实现档位变速。

所述的动力输入机构是现有技术，可将动力经齿轮减速后与档位变速组件相连接，最后将动力输出。本实施例中为一种具体的输入结构，其连接机构如下所述：如图1、图2、图3所示，它包括电机3、与电机3的输出轴固定连接的电机输出齿轮4、第一双联齿轮5以及第二双联齿轮6；所述第一双联齿轮5的大齿盘外齿与电机输出齿轮4相啮合，第一双联齿轮5的小齿盘外齿与第二双联齿轮6左侧上方的外齿相啮合；所述第二双联齿轮6的右侧内齿与一档行星齿轮7的外齿相啮合，且第二双联齿轮6套接在变速轴18上。

如图1、图4所示，所述档位变速组件包括一档行星齿轮7、一档行星齿轮轴8、一档行星齿架11、二档行星齿轮12、二档行星齿轮轴13以及变速轴18；所述一档行星齿架11的左侧转角处设有外齿，一档行星齿架11的右端内侧内齿，一档行星齿架11套接在变速轴18上；一档行星齿轮7套接在一档行星齿轮轴8的左端，一档行星齿轮轴8的右端固定连接在一档行星齿架11的左端，一档行星齿架11的右侧内齿与二档行星齿轮12的外齿相啮合，二档行星齿轮12套接在二档行星齿轮轴13的右端，二档行星齿轮轴13的左端固定连接在变速轴18上；所述变速轴18中部设有中部盘体，中部盘体与二档行星齿轮轴13的左端固定连接。

如图1、图2、图3所示，所述档位转换组件包括活动套接在一档行星齿轮7外圈上的一档行星外圈9、活动套接在一档行星齿架11外圈上并置于一档行星外圈9右端的变档推环10、套接在变档推环10上且能轴向移动的反向推力摇臂16、二档推板14、套接在变速轴18上且能轴向移动的二档行星内齿盘15、套接在变速轴18上并与变速轴18固定连接的锁定齿轮17、以及与变档推环10固定连接的变档推杆24；所述一档行星外圈9的内环上设有与一档行星齿轮7的外齿相配合的内齿，一档行星外圈9的外圈上设有与变速器外壳21相配合的外键槽，且一档行星外圈9的左端与变速器外壳21之间设有复位弹簧；所述二档推板14呈圆形，且二档推板14和二档行星内齿盘15相连接；所述二档行星内齿盘15右侧设有与锁定齿轮17相啮合的内齿，二档行星内齿盘15的盘体边缘设有与变速器外壳21相配合的外键槽，且二档行星内齿盘15右端与锁定齿轮17间设有回位弹簧；反向推力摇臂16置于二档推板14左端，二档推板14位于二档行星内齿盘15的左端。

如图1、图4、图5所示，所述动力输出机构包括轮轴1、套接在轮轴1上的轮毂2、输出齿轮19、轮毂齿轮20；输出齿轮19固定连接在变速轴18的右端，输出齿轮19的外齿盘与轮毂齿轮20的外齿相啮合，轮毂齿轮20固定连接在轮毂2内；在轮毂2外设有轮圈22，在轮轴1两端连接有平叉23。

下面就本实施例的具体实施方式作以下说明：

如图1所示，需使用一档时，由于变档推杆24和变档推环10连接在一起，向左操作变档推杆24，变档推环10同步移动，变档推环10置于一档行星外圈9的右边，变档推环10向左移动，一档行星外圈9也同步向左移动, 一档行星外圈9向左移动后与外壳变速器外壳21锁定，无法转动，同时脱开与一档行星齿架11左方外齿的啮合，一档行星齿轮参与减速。

同时，摇臂16随变档推环10向左移动时，被外壳变速器外壳21上的键推动中部，造成转动，16转动时末端向右推动二档推板14，二档推板14通过轴承向右推动二档行星内齿盘15，二档行星内齿盘15盘体外沿的键槽与外壳变速器外壳21内部的键脱开，并与锁定齿轮17啮合，这样二档行星齿轮系统锁死，不参与减速。

此时动力传递路线为：第二双联齿轮6传递给一档行星齿轮7，动力通过行星齿轮减速后传递到一档行星齿轮轴8和一档行星齿架11，一档行星齿架11通过右端内齿传递到二档行星齿轮12，此时，二档行星齿轮系统是锁死的，动力直接通过二档行星齿轮12传递到二档行星齿轮轴13和变速轴18，由固定在变速轴18末端的齿轮输出齿轮19传递给轮毂齿轮20，驱动轮毂转动。

此时，一档减速比即是一档行星齿轮系统的减速比。

如图2所示，需使用二档时，变档推杆24和变档推环10在中间位置，此时一档行星外圈9在左方弹簧作用下在位于行程右端，与外壳变速器外壳21脱开，与一档行星齿轮7和一档行星齿架11左方外齿同时啮合，一档行星齿轮被锁死，不参与减速。

二档推板14和二档行星内齿盘15在右侧弹簧作用下位于行程左端，二档行星内齿盘15与外壳内侧键啮合，无法转动，成为二档行星齿轮系统的固定太阳齿，此时，二档行星齿轮12即会绕二档行星内齿盘15的内齿作圆周运动，二档行星系统参与减速。

此时动力传递路线为：第二双联齿轮6传递给一档行星齿轮7，一档行星系统锁死，动力通过一档行星齿轮7和一档行星齿轮轴8直接传递给一档行星齿架11,一档行星齿架11通过右侧内齿传递给二档行星齿轮12，经过二档行星系统减速后传递给二档行星齿轮轴13，驱动变速轴变速轴18，由固定在变速轴18末端的齿轮输出齿轮19传递给轮毂齿轮20，驱动轮毂转动。

二档减速比即为二档行星齿轮系统的减速比。

如图3所示，当需使用三档时，向右推动变档推杆24，变档推杆24推动与之连接的变档推环10向右移动，此时一档行星外圈9在左方弹簧作用下在位于行程右端，与变速器外壳21脱开，与行星齿7和一档行星齿架11左方外齿同时啮合，一档行星齿轮被锁死，不参与减速。

在变档推环10向右移动的同时，二档推板14和二档行星内齿盘15即会随之向右移动，二档行星内齿盘15盘体外沿的键槽与外壳变速器外壳21内部的键脱开，并与锁定齿轮17啮合，这样二档行星齿轮系统锁死，不参与减速。

此时动力传递路线为：第二双联齿轮6传递给一档行星齿轮7，一档行星系统锁死，动力通过一档行星齿轮一档行星齿轮7和一档行星齿轮轴8直接传递给一档行星齿架11,一档行星齿架11通过右侧内齿传递给二档行星齿轮12，二档行星齿轮系统也是锁死的，动力直接通过二档行星齿轮12传递到二档行星齿轮轴13和变速轴18，由固定在变速轴18末端的输出齿轮19传递给轮毂齿轮20，驱动轮毂转动。

此时，三档时该系统的减速比为1:1。

而该一体化动力变速系统用于电动车辆时，具有以下特点：

1、结构紧凑——将变速器和电机集成一体化，装置于轮毂内，无需对车体做任何改动。

2、动力配置灵活——可以按需求装置1至3只电机，总功率可以在300W至2400W之间灵活选择。

3、轻量化——变速器连电机，总重量在4KG以内，相比传统轮毂式电机和侧挂电机，具有轻量化优势。

4、通用性好——通过配置不同大小的轮圈，和不同末级减速比，可以实现多车型通用。

5、动力损失小——因为采用固定轴结构，避免了轮轴受力不平衡造成的动力损失。

6、成本低——因为轻量化，材料成本降低。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，它包括动力输入机构、与动力输入机构相连接的档位变速组件、与档位变速组件相连接的动力输出机构以及变速器外壳（21），动力输入机构和档位变速组件置于变速器外壳（21）内；

其特征是所述档位变速组件包括一档行星齿轮（7）、一档行星齿轮轴（8）、一档行星齿架（11）、二档行星齿轮（12）、二档行星齿轮轴（13）以及变速轴（18）；所述一档行星齿架（11）的左侧转角处设有外齿，一档行星齿架（11）的右端内侧设有内齿，且一档行星齿架（11）套接在变速轴（18）上；

一档行星齿轮（7）套接在一档行星齿轮轴（8）的左端，一档行星齿轮轴（8）的右端固定连接在一档行星齿架（11）的左端，一档行星齿架（11）的右侧内齿与二档行星齿轮（12）的外齿相啮合，二档行星齿轮（12）套接在二档行星齿轮轴（13）的右端，二档行星齿轮轴（13）的左端固定连接在变速轴（18）上；动力输入机构将动力传输给与之连接的一档行星齿轮（7），带动一档行星齿轮（7）转动；变速轴（18）将动力传输给与之连接的动力输出机构，带动动力输出机构转动；

它还包括用于调节档位的档位转换组件，所述档位转换组件包括活动套接在一档行星齿轮（7）外圈上的一档行星外圈（9）、活动套接在一档行星齿架（11）外圈上并置于一档行星外圈（9）右端的变档推环（10）、套接在变档推环（10）上且能轴向移动的反向推力摇臂（16）、二档推板（14）、套接在变速轴（18）上且能轴向移动的二档行星内齿盘（15）、套接在变速轴（18）上并与变速轴（18）固定连接的锁定齿轮（17）、以及与变档推环（10）固定连接的变档推杆（24）；

所述一档行星外圈（9）的内环上设有与一档行星齿轮（7）的外齿相配合的内齿，一档行星外圈（9）的外圈上设有与变速器外壳（21）相配合的外键槽，且一档行星外圈（9）的左端与变速器外壳（21）之间设有复位弹簧；所述二档推板（14）呈圆形，且二档推板（14）套接在二档行星内齿盘（15）内；所述二档行星内齿盘（15）左端设有与二档行星齿轮（12）相啮合的内齿，二档行星内齿盘（15）右侧设有与锁定齿轮（17）相啮合的齿轮，二档行星内齿盘（15）的盘体边缘设有与变速器外壳（21）相配合的外键槽，且二档行星内齿盘（15）右端与锁定齿轮（17）间设有回位弹簧；反向推力摇臂（16）置于二档推板（14）左端，二档推板（14）位于二档行星内齿盘（15）的左端；

一档时，动力输入机构将动力传输到一档行星齿轮（7），然后经一档行星齿轮（7）将动力传输到一档行星齿轮轴（8）和一档行星齿架（11），最后经二档行星齿轮（12）、二档行星齿轮轴（13）、变速轴（18）将动力传输到动力输出机构，此时，二档行星内齿盘（15）与锁定齿轮（17）相啮合，二档行星内齿盘（15）被锁死，不参与减速；

二档时，一档行星齿轮（7）、一档行星齿轮轴（8）和一档行星齿架（11）固定连接，动力输入机构将动力直接传输到一档行星齿架（11），此时，二档行星内齿盘（15）的外齿与变速器外壳（21）的内侧键相啮合，二档行星内齿盘（15）固定不动，二档行星齿轮（12）在一档行星齿架（11）的动力下绕二档行星内齿盘（15）作圆周运动，实现二级减速，最后，动力经二档行星齿轮轴（13）、变速轴（18）传输到动力输出机构；

三档时，一档行星外圈（9）与一档行星齿轮（7）、一档行星齿轮轴（8）和一档行星齿架（11）固定连接，二档行星内齿盘（15）与锁定齿轮（17）相啮合，一档行星齿架（11）和二档行星内齿盘（15）都不参与减速，动力直接经动力输入机构传输到一档行星齿轮（7）、一档行星齿轮轴（8）、一档行星齿架（11）、二档行星齿轮（12）、二档行星齿轮轴（13）、变速轴（18），再由变速轴（18）传输到动力输出机构；

所述动力输出机构包括轮轴（1）、套接在轮轴（1）上的轮毂（2）、输出齿轮（19）以及轮毂齿轮（20）；输出齿轮（19）固定连接在变速轴（18）的右端，输出齿轮（19）与轮毂齿轮（20）的相啮合，轮毂齿轮（20）置于轮毂（2）内。

2.根据权利要求1所述的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，其特征是所述动力输入机构包括电机（3）、与电机（3）的输出轴固定连接的电机输出齿轮（4）、第一双联齿轮（5）以及第二双联齿轮（6）；所述第一双联齿轮（5）的大齿盘外齿与电机输出齿轮（4）相啮合，第一双联齿轮（5）的小齿盘外齿与第二双联齿轮（6）左侧上方的外齿相啮合；所述第二双联齿轮（6）的右侧内齿与一档行星齿轮（7）的外齿相啮合，且第二双联齿轮（6）套接在变速轴（18）上。

3.根据权利要求1或2所述的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，其特征是变速器外壳（21）和第一双联齿轮（5）均套接在轮轴（1）上。

4.根据权利要求1或2所述的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，其特征是所述变速轴（18）中部设有中部盘体，中部盘体与二档行星齿轮轴（13）的左端固定连接。

5.根据权利要求3所述的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，其特征是所述变速轴（18）中部设有中部盘体，中部盘体与二档行星齿轮轴（13）的左端固定连接。

6.根据权利要求5所述的一体化行星齿轮共轴三档变速电动驱动系统，其特征是在轮毂（2）外设有轮圈（22），在轮轴（1）两端连接有平叉（23）。

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