CN104139830B - 用于电动运行的两轮车的换挡装置和两轮车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于电动运行的两轮车的换挡装置和两轮车。用于两轮车的驱动轮的换挡装置包括：第一行星齿轮传动机构，其带有第一太阳轮、第一行星轮和第一齿圈，它们彼此啮合；第二行星齿轮传动机构，其带有第二太阳轮、第二行星轮和第二齿圈，它们彼此啮合；马达轴，其固定地与第一和第二太阳轮联接；从动轴，其固定地与第一和第二行星轮联接，因而行星轮围绕相应的太阳轮的环绕运动被耦合到从动轴；第一离合装置，其被布置在第一行星齿轮传动机构上，以便锁止或释放用于通过第一行星齿轮传动机构选择力矩传递的第一齿圈；以及第二离合装置，其被布置在第二行星齿轮传动机构上，以便锁止或释放用于通过第二行星齿轮传动机构选择力矩传递的第二齿圈。

Description

用于电动运行的两轮车的换挡装置和两轮车

技术领域

本发明涉及若干电动运行的两轮车，亦即所谓的电动踏板车（E-Scooter），以及特别是那些配备有变速器的两轮车。

背景技术

电动运行的两轮车，例如电动摩托车或电动踏板车，一方面可以用一种设置在后轮轮毂内的驱动马达实现以及另一方面可以用一种单独的、与框架或摇杆固定地布置的驱动马达实现。用后一种方式布置的驱动马达然后可以借助合适的减速机构与后轮联接。

这种减速机构大多不提供任何挡位切换，而是被设计成一挡式版本。

一挡式设计的电动摩托车具有这样的缺陷，即，为了达到足够高的启动力矩，需要使用强力扭矩的驱动马达，但这种驱动马达在超过其70%的循环运行时间中都必须在部分负荷范围内运行。在部分负荷范围内，电驱动器通常具有很低的效率，因而尽管有峰值效率直至95%的有效的驱动马达，实际上达到的循环效率明显低于80%。

发明内容

因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种两轮车，其具有经过改良的循环效率。

按照本发明，该技术问题通过一种按下文第一方面所述的用于两轮车的驱动轮的换挡装置以及通过下文其他方面所述的驱动装置、两轮车和方法解决。

本发明的有利的设计方案也在下文中说明。

按照第一个方面，设置一种用于两轮车的驱动轮的换挡装置，其包括：

- 第一行星齿轮传动机构，其带有第一太阳轮、第一行星轮和第一齿圈，它们彼此处于啮合之中；

- 第二行星齿轮传动机构，其带有第二太阳轮、第二行星轮和第二齿圈，它们彼此处于啮合之中；

- 马达轴，其固定地与第一和第二太阳轮联接；

- 从动轴，其固定地与第一和第二行星轮联接，因而行星轮围绕相应的太阳轮的环绕运动被耦合到从动轴；

- 第一离合装置，其被布置在第一行星齿轮传动机构上，以便锁止或释放用于通过第一行星齿轮传动机构选择力矩传递的第一齿圈；以及

- 第二离合装置，其被布置在第二行星齿轮传动机构上，以便锁止或释放用于通过第二行星齿轮传动机构选择力矩传递的第二齿圈。

上述换挡装置的一个思想在于，这个换挡装置在空间上被布置在驱动马达的马达轴和从动轴之间。换挡装置被构造成能切换的多挡变速器，特别是构造成两挡变速器，并且具有第一行星齿轮传动机构和第二行星齿轮传动机构。

通过使用一种用于两挡变速器的换挡装置，理论上可以在相应地设计驱动马达和可供使用的减速机构时将循环效率以及因而将有效范围提高了直至10%。通过以此方式实现的更高的减速比，驱动马达同时可以设计用于提供一个较小的启动扭矩，这带来的结果是既节省了重量，也改善了循环效率。

上述的换挡装置具有这样的优势，即，可以通过锁止配属于各运行挡的行星齿轮传动机构的相应的齿圈来实行运行挡选取，各其它的齿圈则被释放。

由此可以实现了一种有很小的结构空间的换挡装置。

此外，离合装置可以分别具有至少一个锁止装置，锁止装置被构造用于使各离合装置与所配属的行星齿轮传动机构的齿圈的外部的罩面配合作用。

离合装置尤其可以具有各两个能枢转的钳臂，在这两个钳臂之间容纳各齿圈，其中，每一个离合装置的钳臂能被操纵以夹紧或释放各齿圈。

按照一种实施形式，离合装置可以分别具有至少一个锁止装置，该锁止装置被构造用于使各离合装置与所配属的行星齿轮传动机构的齿圈的一个与相邻的行星齿轮传动机构对置的侧面配合作用。

此外，离合装置可以具有各一个锁止圈以用于按压到相应的侧面上，其中，每一个离合装置的锁止圈都可以被操纵用于锁止或释放各齿圈。

此外，第一离合装置和第二离合装置可以具有一个共同的执行机构，其被构造用于在第一位置中锁止第一齿圈并且允许第二齿圈的自由的转动以及在第二位置中锁止第二齿圈并且允许第一齿圈的自由的转动。以此方式排除了第一和第二运行挡的同时挂入。

按照一种实施形式，第一行星齿轮传动机构具有第一减速比，其高于第二行星齿轮传动机构的第二减速比。

可以规定，共同的执行机构被构造用于在第一位置和第二位置之间的中间位置中既不锁止第一齿圈也不锁止第二齿圈。

此外，离合装置可以分别具有至少一个联接块，其被构造用于和齿圈的外部的罩面或与所配属的行星齿轮传动机构的齿圈的与相邻的行星齿轮传动机构对置的侧面配合作用。

按照另一些实施形式，离合装置可以分别具有至少一个保持齿列，其被构造用于与在齿圈的外部的罩面上的相应的齿列或与在所配属的行星齿轮传动机构的齿圈的与相邻的行星齿轮传动机构对置的侧面上的齿列配合作用。

按照另一个方面，设置一个用于两轮车的驱动装置，其包括：

- 驱动马达；

- 上述的换挡装置，其被布置在驱动马达上；

- 二次减速机构，以便将换挡装置的从动轴与驱动轮联接起来。

通过二级减速机构，总减速比可以与驱动轮圈的不同的直径相匹配，而不必为此设换挡装置的不同的变型。

此外还可能的是，将驱动装置与驱动轮错开地例如布置在后轮传动摇杆上以及借助二次减速机构，例如链条或齿形皮带与驱动轮联接。

人们可以设置带有两挡变速器的电动摩托车，在这种电动摩托车中，运行挡选择在主要为圆柱制齿的变速器中进行，这些变速器和驱动马达一起被直接定位在后轮上。但这种布置导致了在后轮区域中的重量分布的不期望的非对称性。此外，当致动器在其间用连续的保持流被加载时，可以使用仅一个运行挡，由此提高了能量吸收。

此外，驱动装置可以布置在后轮摇杆上，尤其是布置在后轮摇杆的摇杆臂之间。

按照另一个方面，设置一种带有布置在后轮摇杆上的驱动轮的两轮车，该驱动轮与上述的驱动装置联接。

按照另一个方面，设置一种用于切换上述换挡装置的方法，其中，为了切换，在第一位置中第一齿圈被锁止且第二齿圈的自由转动得到了允许以及在第二位置中第二齿圈被锁止且第一齿圈的自由转动得到了允许。

此外，调整元件可以在第一位置和第二位置之间运动，其中，选择在第一位置和第二位置之间的中间位置以挂入空转。

附图说明

接下来借助附图详细阐释本发明的优选的实施例。附图中：

图1示意性示出了用于电动运行的两轮车的后轮摇杆；

图2a至2c示出了在挂入第一运行挡、挂入空转或挂入第二运行挡时用于两轮车的换挡装置；

图3示出了换挡装置的立体图；

图4a和4b是对图3的换挡装置的在驱动侧和从动侧的俯视图；

图5a至5c示意性示出了在挂入第一运行挡、挂入空转或挂入第二运行挡时的另一个换挡装置；以及

图6是用于选择相应的运行挡的换挡装置的侧视图。

具体实施方式

图1示意性示出了两轮车的，特别是电动运行的踏板车的后轮摇杆1。后轮摇杆1具有摇杆轴线2，后轮摇杆1以能围绕该摇杆轴线枢转的方式被支承。后轮摇杆1用一根弹簧加载，以便实现两轮车的减震（未示出）。

在后轮摇杆1的一个与摇杆轴线2对置的端部上布置着一个驱动轮3，其带有轮圈4和轮胎5。两轮车的驱动轮3被布置在后轮轴6上，后轮轴支承在两个摇杆臂之间地被保持在后轮摇杆1上。后轮摇杆1在所示的例子中被实施成双臂摇杆，其中，结合本发明原则上也可以使用单臂摇杆。

后轮轴6此外在轴向与驱动轮3错开地承载一个后方的链轮7，该链轮作为备选也可以构造成后方的皮带盘。后方的链轮7通过链条9与主动小齿轮8联接。可以设置一个前方的皮带盘取代主动小齿轮8以及设置一个齿形皮带取代链条9。主动小齿轮8或前方的皮带盘、链条9或齿形皮带以及后方的链轮7或后方的皮带盘，形成了用于将驱动马达10与驱动轮3联接的二次减速机构。

设一个驱动马达10，其优选被固定在后轮摇杆1上摇杆臂之间以及具有一根马达轴。驱动马达10被布置成使马达轴优选与后轮轴6轴平行地布置。驱动马达10优选被构造成电动机以及被一个（未示出的）电能源通过用于调整有待提供的驱动力矩的控制单元供电。在驱动马达10和主动小齿轮8之间直接在驱动马达10上设置一个变速器11（换挡装置），它的从动轴12与主动小齿轮8或前方的皮带盘连接。

变速器11优选紧凑地与驱动马达10一起构造，其中，通过二次减速机构7、8、9的调适来设定驱动系统与驱动轮3的不同的直径的调适。

变速器11在图2a至2c的示意图中被更为详细地示出。变速器11被构造成两挡变速器，其具有第一行星齿轮传动机构20和第二行星齿轮传动机构30。第一行星齿轮传动机构具有第一太阳轮21、多个环绕第一太阳轮21的第一行星轮22和一个围绕第一行星轮22的第一齿圈23。第一行星轮22、第一太阳轮21和第一齿圈23被构造成齿轮，其中，第一行星轮22与第一太阳轮21以及第一齿圈23处于啮合。

类似地，第二行星齿轮传动机构30具有一个第二太阳轮31、多个围绕第二太阳轮31的第二行星轮32和一个围绕第二行星轮32的第二齿圈33。第二行星轮32、第二太阳轮31和第二齿圈33被构造成齿轮，其中，第二行星轮32与第二太阳轮31和第二齿圈33处于啮合。

驱动马达10通过其马达轴15固定地与第一和第二太阳轮21、31连接。从动轴12与第一和第二行星轮22、32的轴例如通过各自的承载行星轮的保持盘而牢牢地联接，因而行星轮22、32围绕相关的太阳轮21、31的环绕运行促成了从动轴12的转动。

第一太阳轮21具有比第二太阳轮31更小的直径。相应地，第一行星轮31构造有比第二行星轮32更大的直径且第一齿圈23具有比第二齿圈33更大的内径。由此针对第一行星齿轮传动机构20存在比针对第二行星齿轮传动机构30更高的减速比。因此第一行星齿轮传动机构20的功能被用于实现较低的第一运行挡以及第二行星齿轮传动机构30的功能被用于实现较高的第二运行挡。

第一行星齿轮传动机构20的第一齿圈23配设有能切换的第一离合装置25，该离合装置在换挡过程中可以允许第一齿圈23的转动或锁止第一齿圈23。

类似地，第二行星齿轮传动机构30的第二齿圈33配设有能切换的第二离合装置35，其在换挡过程中可以允许第二齿圈23的转动或锁止第二齿圈23。

在图2a中示出了这样一种情形，在该情形中，第一可切换的离合器25锁止第一齿圈23以及第二可切换的离合器35允许了第二齿圈33的转动。由此将一个力矩从驱动马达10沿着在图2a中用M标注的箭头走向传递给从动轴12。

与图2a类似的是在图2b中示出了这样一种情形，在该情形中，不选择任何运行挡，这就是说，两个可切换的离合装置25、35被打开以及所配属的齿圈23、33未被锁止。

在图2c中示出了这样一种情形，在该情形下，第二运行挡被挂入，这就是说，第二可切换的离合装置35锁止第二齿圈33，而第一可切换的离合装置25则允许了第一齿圈23的转动。传递给从动轴12的力矩的走向通过用M标注的箭头示出。

在于图2a至2c所示的实施形式中，通过借助换挡装置用联接块在它的外部的罩面上加载而实现了对齿圈23、33的锁止，如其在图3和4a及4b中所示的那样。

参考图3和4a及4b，为行星齿轮传动机构20、30中的每一个配设一个带有各两个钳臂41、42的联接钳40，这些钳臂以能用一端枢转运动的方式被布置且包围所配属的行星齿轮传动机构20、30的相应的齿圈23、33。钳臂41、42在区段43中基本上构造成半圆形且这样交叉，即，相关的齿圈23、33在其中一个端部和交叉部位44之间被容纳在钳臂41、42之间。在交叉部位44之后，钳臂41、42具有各一个调整区段45。调整区段45在径向远离由各钳臂41、42的两个半圆形的区段43形成的联接钳40且彼此相间隔。

在半圆形的区段的内侧上分别布置着至少一个形式为联接块46的锁止装置。调整区段45彼此间的间距决定了用在钳臂41、42上的联接块46对所配属的行星齿轮传动机构20、30的齿圈23、33的外部的罩面加载。在调整区段45之间的间距的变大促使钳臂41、42的联接块46被压到相关的齿圈23、33的罩面上以及由此锁止相关的齿圈23、33。在钳臂41、42的调整区段45之间的间距的相应的变小相应地促成了相关的齿圈23、33的释放，因而这个齿圈可以自由转动。

用弹簧装置47加载各离合装置25、35的调整区段45，弹簧装置在钳臂41、42的调整区段45之间促成了一个彼此重叠取向的拉力。在两个调整区段45之间尤其可以布置一个处于预紧的螺旋弹簧。

在轴向彼此相邻布置的两个行星齿轮传动机构20、30，分别配设有相应的离合装置25、35，这些离合装置分别用钳臂41、42形成且它们的调整区段45基本上彼此平行地延伸。在两个离合装置25、35的各自的调整区段45之间形成的中间区域48因此在行星齿轮传动机构20、30的轴向被掩盖。

为了操纵离合装置25、35，在中间区域48中设置一个凸轮执行机构49，其具有一根调整轴50，用于第一离合装置25的第一调整元件51以及用于第二离合装置35的第二调整元件52被布置在该调整轴上。两个调整元件51、52例如在轴向构造带有椭圆形的或非正圆形的横截面以及因此被这样布置在调整轴50上，即，使这根调整轴分别沿第一取向将调整区段45彼此压开，以便将所配属的离合装置25、35的相应的联接块46压到相关的齿圈23、33上，以及在另一个尤其是与之错开90°的位置中允许了在调整区段45之间的较小的间距，在调整区段中，联接块46未被压到相关的齿圈23、33上。两个调整元件51、52被这样布置在调整轴50上，即，它们相互错开地将两个离合装置25、35的调整区段45彼此压开。以此方式可以始终通过相应的离合装置25、35的联接块46抓住齿圈23、33中的仅一个。

在图4a和4b中示出了换挡装置的前侧和背侧。人们看到，在调整元件51、52的所示的取向中，第一齿圈23被抓住且第二齿圈33可以自由地转动以及因此选择了第一运行挡。在调整轴50的中间位置中出现了两个齿圈23、33的活动自由，这对应空转，其中，在前述中间位置中，第一和第二调整元件51都没有将相关的调整区段完全地彼此压开。

图5a至5c与图2a至2c类似地示出了示意性表示的换挡装置的另一个实施形式。图5a至5c的换挡装置与图2a至2c的换挡装置的区别在于，通过在侧向到相关的行星齿轮传动机构20、30的齿圈23、33上的锁止装置实现了离合器接合并且不在它们的外部的罩面上。

在图6中示出了一个可能的实施形式，在该实施形式中，各制动环53作为锁止装置与一个侧面对置，该侧面和其它的离合装置的相邻的齿圈23、33对置，该制动环是环形的且与相关的齿圈23、33同轴布置。制动环53可以同轴地移动且通过调整夹54相互联接，调整夹可以通过调整元件56被加载。调整夹54借助弹簧装置55而占有一个预紧力，该预紧力将调整夹54拉靠到调整元件56。

如前所述，调整元件56被构造成凸轮形的且因此根据其旋转位置可以限定制动环53在轴向的移动。制动环53可以具有联接块57，联接块作用到齿圈23、33的光滑的侧面上。

作为备选，形成了锁止装置的制动环53或联接块57也配设有齿，这些齿可以啮合到齿圈23、33的侧面上的相应的齿中，一旦相关的制动环53与这些齿啮合的话。

Claims (10)

1.用于两轮车的驱动轮（3）的换挡装置，包括：

- 第一行星齿轮传动机构（20），其带有第一太阳轮（21）、第一行星轮（22）和第一齿圈（23），它们彼此处于啮合之中；

- 第二行星齿轮传动机构（30），其带有第二太阳轮（31）、第二行星轮（32）和第二齿圈（33），它们彼此处于啮合之中；

- 马达轴（15），其固定地与第一和第二太阳轮（21、31）联接；

- 从动轴（12），其固定地与第一和第二行星轮（22、32）联接，因而行星轮（22、32）围绕相应的太阳轮（21、31）的环绕运动被耦合到从动轴（12）；

- 第一离合装置（25），其被布置在第一行星齿轮传动机构（20）上，以便锁止或释放用于通过第一行星齿轮传动机构（20）选择力矩传递的第一齿圈（23）；以及

- 第二离合装置（35），其被布置在第二行星齿轮传动机构（30）上，以便锁止或释放用于通过第二行星齿轮传动机构（30）选择力矩传递的第二齿圈（33），其中，离合装置（25、35）分别具有至少一个锁止装置（53），所述锁止装置构造用于使各离合装置（25、35）与所配属的行星齿轮传动机构（20、30）的齿圈（23、33）的外部的罩面配合作用，其中，离合装置（25、35）具有各两个能枢转的钳臂（41、42），在这两个钳臂之间容纳着各齿圈（23、33），其中每一个离合装置（25、35）的钳臂（41、42）能被操纵以用于夹紧或释放各齿圈（23、33）。

2.用于两轮车的驱动轮（3）的换挡装置，包括：

- 第一行星齿轮传动机构（20），其带有第一太阳轮（21）、第一行星轮（22）和第一齿圈（23），它们彼此处于啮合之中；

- 第二行星齿轮传动机构（30），其带有第二太阳轮（31）、第二行星轮（32）和第二齿圈（33），它们彼此处于啮合之中；

- 马达轴（15），其固定地与第一和第二太阳轮（21、31）联接；

- 从动轴（12），其固定地与第一和第二行星轮（22、32）联接，因而行星轮（22、32）围绕相应的太阳轮（21、31）的环绕运动被耦合到从动轴（12）；

- 第一离合装置（25），其被布置在第一行星齿轮传动机构（20）上，以便锁止或释放用于通过第一行星齿轮传动机构（20）选择力矩传递的第一齿圈（23）；以及

- 第二离合装置（35），其被布置在第二行星齿轮传动机构（30）上，以便锁止或释放用于通过第二行星齿轮传动机构（30）选择力矩传递的第二齿圈（33），其中，离合装置（25、35）分别具有至少一个锁止装置，所述锁止装置被构造用于使各离合装置（25、35）与所配属的行星齿轮传动机构（20、30）的齿圈（23、33）的与相邻的行星齿轮传动机构（20、30）对置的侧面配合作用，其中，离合装置（25、35）具有各一个锁止圈以用于按压到相应的侧面上，其中，每一个离合装置（25、35）的锁止圈都能够被操纵以用于锁止或释放各齿圈（23、33）。

3.按权利要求1或2所述的换挡装置（11），其中，第一离合装置（25）和第二离合装置（35）具有共同的执行机构（49），所述执行机构被构造用于在第一位置中锁止第一齿圈（23）并且允许第二齿圈（33）的自由的转动以及在第二位置中锁止第二齿圈（33）并且允许第一齿圈（23）的自由的转动。

4.按权利要求3所述的换挡装置（11），其中，所述共同的执行机构（49）被构造用于在第一位置和第二位置之间的中间位置中既不锁止第一齿圈（23）也不锁止第二齿圈（33）。

5.用于两轮车的驱动装置，包括：

- 驱动马达（10）；

- 按权利要求1至4任一项所述的换挡装置（11），所述换挡装置被布置在驱动马达（10）上；

- 二次减速机构，以便将换挡装置（11）的从动轴（12）与驱动轮（3）联接。

6.按权利要求5所述的驱动装置，其中，驱动装置被布置在后轮摇杆（1）上。

7.按权利要求6所述的驱动装置，其中，驱动装置被布置在后轮摇杆（1）的摇杆臂之间。

8.两轮车，带有布置在后轮摇杆（1）上的驱动轮（3），驱动轮与按权利要求5到7中任一项所述的驱动装置联接。

9.用于切换按权利要求1至4任一项所述的换挡装置的方法，其中，为了切换，在第一位置中锁止第一齿圈（23）且允许第二齿圈（33）的自由转动，以及在第二位置中锁止第二齿圈（33）且允许第一齿圈（23）的自由转动。

10.按权利要求9所述的用于切换换挡装置（11）的方法，其中，调整元件在第一位置和第二位置之间运动，其中，选择在第一位置和第二位置之间的中间位置以挂入空转。