CN105143032B - 用于电驱动的两轮车的可切换的多档变速器以及两轮车 - Google Patents
用于电驱动的两轮车的可切换的多档变速器以及两轮车 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于两轮车的驱动轮(3)的换档装置(11)，包括:‑第一行星齿轮传动机构(20)，其具有第一太阳轮(21)，第一行星齿轮(22)和第一空心轮(23)，其中，第一太阳轮(21)经由第一行星齿轮(22)与第一空心轮(23)耦联；‑第二行星齿轮传动机构(30)，其具有第二太阳轮(31)，第二行星齿轮(32)和第二空心轮(33)，其中，第二太阳轮(31)经由第二行星齿轮(32)与第二空心轮(33)耦联；‑马达轴(15)，其与第二太阳轮(31)固定地耦联；‑输出轴(12)，其与第一和第二行星齿轮(22，32)固定地耦联，由此行星齿轮(22，32)围绕相应的太阳轮(21，31)的环绕运动被传递到输出轴(12)上；和‑自由轮(24)，经由它马达轴(15)与第一太阳轮(21)耦联，以便在第一转动方向上传递扭矩和在相反的第二转动方向上提供空转。
Description
技术领域
本发明涉及电驱动的两轮车，即所谓的电动踏板车或小型摩托车，和尤其是具有变速器的电驱动的两轮车。
背景技术
电驱动的两轮车，例如电动踏板车或小型摩托车，可以或者通过一个设置在后轮轮毂中的驱动马达或者通过一个单独的与框架或摇臂固定的驱动马达来实现。以后种方式布置的驱动马达此时可以借助于合适的减速齿轮与后轮耦联。
这种减速齿轮大多数不提供换档，而是以单档型式实施。
开头所述的电动踏板车具有缺点，为了达到足够的起动力矩，必须使用扭矩强大的驱动马达，它们又在大于其循环运行时间的70%中必须在部分负荷区域中运行。在部分负荷区域中，电驱动装置一般地具有低的效率，由此尽管采用具有直到95%的极高效率的高效电动机，到达的循环效率仍然显著低于80%。
通过使用两档变速器，在相应地设计驱动马达和可供使用的减速比的情况下，在理论上可以使循环效率和因此使得有效距离提高直至10%。通过由此可能的较高的减速比可以同时设计用于通过较小的起动扭矩的驱动马达，这不仅带来重量的节省而且也改善了循环效率。
可以提供具有两档变速器的电动踏板车，其中档位的选择在主要为直齿圆柱齿轮的变速器中实施，它们与驱动马达一起被直接地定位在后轮上。但是这种布置导致在后轮区域中重量分布的不希望的不对称性。此外，如果致动器被加载连续的保持电流，那么只能够使用其中一个行驶级（行驶速度级），由此能耗增大。
本发明的任务是，提供一种用于两轮车的换档装置，它需要很小的结构空间并且它的布置在最大程度上避免后轮上的重量分布的不对称性。
发明内容
按照本发明该任务通过一种用于两轮车的驱动轮的换档装置以及通过一种驱动装置、一种两轮车和一种方法来解决。按照本发明的用于两轮车的驱动轮的换档装置包括:第一行星齿轮传动机构，所述第一行星齿轮传动机构具有第一太阳轮、第一行星齿轮和第一空心轮，其中，第一太阳轮经由第一行星齿轮与第一空心轮耦联；第二行星齿轮传动机构，所述第二行星齿轮传动机构具有第二太阳轮、第二行星齿轮和第二空心轮，其中，第二太阳轮经由第二行星齿轮与第二空心轮耦联；马达轴，所述马达轴与第二太阳轮固定地耦联；输出轴，所述输出轴与第一和第二行星齿轮固定地耦联，由此行星齿轮围绕相应的太阳轮的环绕运动被传递到输出轴上；和自由轮，马达轴经由所述自由轮与第一太阳轮耦联，以便在第一转动方向上传递扭矩和在相反的第二转动方向上提供空转，其中，第一空心轮是固定的，并且设有一个用于可切换地闭锁或释放第二空心轮的离合器。按照本发明的用于两轮车的驱动装置包括:驱动马达；根据本发明的换档装置，所述换档装置布置在驱动马达上；和二级减速机构，用于将换档装置的输出轴与驱动轮耦联。按照本发明的两轮车具有布置在后轮振动平衡杆上的驱动轮，其中，驱动轮与根据本发明的驱动装置耦联。在按照本发明的用于切换根据本发明的换档装置的方法中，为了在第一行驶级和第二行驶级之间进行切换，仅仅闭锁或释放第二空心轮。
本发明的另外的有利的设计方案在以下说明中给出。
按照第一方面，设置一种用于两轮车的驱动轮的换档装置，包括:
-第一行星齿轮传动机构，其具有第一太阳轮、第一行星齿轮和第一空心轮，它们相互啮合；
-第二行星齿轮传动机构，其具有第二太阳轮、第二行星齿轮和第二空心轮，它们相互啮合；
-马达轴，其与第二太阳轮固定地耦联；
-输出轴，其与第一和第二行星齿轮固定地耦联，由此行星齿轮围绕相应的太阳轮的环绕运动传递到输出轴上；和
-自由轮，经由该自由轮马达轴与第一太阳轮耦联，用于在第一转动方向上传递扭矩和在相反的第二转动方向上提供空转（自由转动）。
上述换档装置的构思在于，将换档装置在空间上设置在驱动马达的马达轴和输出轴之间。换档装置设计成可切换地多档变速器，尤其是两档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。此外第一行星齿轮传动机构的空心轮是持续固定的并且第二行星齿轮传动机构的空心轮为了变换行驶级可以自由地转动和闭锁。行星齿轮传动机构的行星齿轮分别布置在太阳轮和空心轮之间并且不仅相互耦联而且与变速器单元的输出轴固定耦联。行星齿轮传动机构的两个太阳轮经由共同的马达轴在一个固定的向前转动方向上抗扭转地相互连接。为此第一行星齿轮传动机构的太阳轮通过相应的自由轮与马达轴连接，由此保证在向后方向上的空转。
上述换档装置具有优点，仅仅通过第二行星齿轮传动机构作用的较高的行驶级必须被主动地耦联接入。在第一低的行驶级的扭矩流中的、在向前转动方向的意义上反向地定向的自由轮的作用是，在选择的(激活的)第二行驶级情况下，即第二行星齿轮传动机构的相应的空心轮是闭锁的，自由轮在第一行驶级中处于空转中并且不能够传递力矩。相反，如果第二行星齿轮传动机构的空心轮是释放的，那么第二行驶级被脱开耦联和通过驱动马达的马达轴的主动转动用于使第一行星齿轮传动机构上的自由轮锁定，并且第一行驶级变成有效。
由此可以以很小的结构空间实现换档装置。设置仅仅一个离合器，用于选择，是否较高的行驶级被选择或不被选择，能够可靠地避免同时接入两个行驶级，其可能导致驱动轮的闭锁。
此外第一空心轮可以是固定的并且可以设置一个离合器，用于可切换地闭锁或释放第二空心轮。
按照一个实施方式，第一行星齿轮传动机构可以具有第一减速比，它大于第二行星齿轮传动机构的第二减速比。
可以设置一个或多个另外的行星齿轮传动机构，其各具有另外的太阳轮，另外的行星齿轮和另外的空心轮，它们的减速比位于第一减速比和第二减速比之间，其中，设置另外的离合器，用于可切换地闭锁或释放另外的空心轮，和其中，另外的太阳轮分别配有自由轮，经由该自由轮使马达轴与所述一个或多个另外的太阳轮耦联，以便在第一转动方向上传递扭矩和在相反的第二转动方向上提供空转（自由转动。
按照另一个方面，设置一种用于两轮车的驱动装置，包括:
-驱动马达；
-上述换档装置，其布置在驱动马达上；和
-二级减速机构，用于使换档装置的输出轴与驱动轮耦联。
通过二级减速机构可以使总减速比适配于驱动轮轮辋的不同的直径，而不必为此设置换档装置的不同的变型。
此外可以将驱动装置与驱动轮错开地布置，例如布置在后轮传动摇臂上并且借助于二级减速机构，例如链条或齿带，与驱动轮耦联。
此外可以将驱动装置布置在后轮振动平衡杆上，尤其是在后轮振动平衡杆的摇臂之间。
按照另一个方面，设置一种具有布置在后轮振动平衡杆上的驱动轮的两轮车，其中，驱动轮与上述驱动装置耦联。
按照另一个方面，设置一种用于切换上述换档装置的方法，其中，为了在第一行驶级和第二行驶级之间切换，仅仅第二空心轮被闭锁或释放。
附图说明
本发明的优选实施方式在下面借助于附图进行详细解释。附图中所示:
图1是电驱动的两轮车的后轮振动平衡杆的示意图；
图2是在选择的第一行驶级下换档装置的变速器的示意图；和
图3是在选择的第二行驶级下换档装置的变速器的示意图。
具体实施方式
图1示出两轮车的，尤其是电驱动的电动踏板车或小型摩托车的后轮振动平衡杆1的示意图。后轮振动平衡杆1具有摆动轴2，围绕它可摆动地支承后轮振动平衡杆1。后轮振动平衡杆1通过弹簧加载，用于实现对两轮车(没有示出)的弹性支承。
在后轮振动平衡杆1的与摆动轴2相对置的一个端部上，布置具有车轮轮辋4和轮胎5的驱动轮3。两轮车的驱动轮3布置在后轮轴6上，它支承在两个摇臂之间地保持在后轮振动平衡杆1上。后轮振动平衡杆1在示出的示例中由双臂摇臂构造成，其中，在与本发明结合下原则上也可以使用单臂摇臂。
在后轮轴6上与驱动轮3轴向错开地还安装后链轮7，它备选地也可以设计成后皮带盘。后链轮7经由链条9与小齿轮8耦联。替代小齿轮8，可以设置前皮带盘和替代链条9，可以设置齿带。小齿轮8或前皮带盘，链条9或齿带和后链轮7或后皮带盘形成一个二级减速机构（减速传动机构），用于使驱动马达10与驱动轮3耦联。
设置驱动马达10，它在后轮振动平衡杆1上最好固定在摇臂之间和具有马达轴15。驱动马达10如此地布置，马达轴最好与后轮轴6轴向平行地布置。驱动马达10最好由电动机构成并且由(没有示出的)电能源经由用于调整提供的驱动力矩的控制单元供电。在驱动马达10和小齿轮8之间直接地在驱动马达10上设置（手动）变速器11(换档装置)，它的输出轴12与小齿轮8或前皮带盘连接。
变速器11最好紧凑地与驱动马达10一起安装，其中，驱动系统与驱动轮3的不同的直径的匹配通过二级减速机构7，8，9的匹配来提供。
变速器11在图2的示意图中更详细地示出。变速器11设计成两档变速器，它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20具有第一太阳轮21，多个围绕第一太阳轮21运行的第一行星齿轮22和一个围绕第一行星齿轮22运行的第一空心轮23。第一行星齿轮22，第一太阳轮21和第一空心轮23设计成齿轮，其中，第一行星齿轮22与第一太阳轮21和第一空心轮23啮合。
类似地，第二行星齿轮传动机构30具有第二太阳轮31，多个围绕第二太阳轮31运行的第二行星齿轮32和一个围绕第二行星齿轮32运行的第二空心轮33。第二行星齿轮32，第二太阳轮31和第二空心轮33设计成齿轮，其中，第二行星齿轮32与第二太阳轮31和第二空心轮33啮合。
驱动马达10经由马达轴15与第二太阳轮31固定连接。马达轴15与第一太阳轮21的连接经由自由轮24实现，自由轮对于向前转动方向进行闭锁和允许力矩传递并且在一个(与向前方向相反的)向后转动方向上不传递力矩到第一太阳轮21上。
输出轴12与第一和第二行星齿轮22，32的轴孔固定耦联，由此行星齿轮22，32围绕相关的太阳轮21，31的运行导致输出轴12转动。
第一太阳轮21具有比第二太阳轮31较小的直径。相应地，第一行星齿轮22设计成具有比第二行星齿轮32较大的直径并且第一空心轮23具有比第二空心轮33较大的内径。由此第一行星齿轮传动机构20具有比第二行星齿轮传动机构30较大的减速比。因此，第一行星齿轮传动机构20的功能用于实现低的第一行驶级和第二行星齿轮传动机构30的功能用于实现较高的第二行驶级。
第一空心轮23是固定地，即不可转动地，安装的，由此在脱耦的第二行星齿轮传动机构30情况下自由轮24夹紧并且第一行星齿轮传动机构20将力矩传递到输出轴12，该力矩由第一行星齿轮传动机构20的第一减速传动的驱动马达10的驱动力矩产生。力矩流通过在马达轴15处的箭头经由第一太阳轮21，第一行星齿轮22和输出轴12示意示出。
第二行星齿轮传动机构30的第二空心轮33配有可切换的离合器34，它允许第二空心轮33转动并且在切换的情况下可以闭锁第二空心轮33。这种情况在图3中示意示出。在图3中，第二空心轮33是闭锁的和驱动马达10的驱动力矩经由第二行星齿轮传动机构30，即经由第二行星齿轮32，传递到输出轴12。对于图3的情况，力矩流通过在马达轴15处的箭头经由第二太阳轮31，第二行星齿轮32和输出轴12示意示出。
对于第一行星齿轮传动机构20，在闭锁的第二空心轮33下形成一种情况，在该情况下第一行星齿轮22以通过第二行星齿轮32规定的速度围绕第一太阳轮21转动并且由于第二行星齿轮传动机构30的较低的减速比，第一太阳轮21比通过马达轴15通过第一太阳轮21的驱动产生速度更块地环绕运行。由此在第一行星齿轮22和第一太阳轮21之间发生有效的相对运动，其对应于一个向后转动方向。由于自由轮24，第一太阳轮21此时与驱动马达10的马达轴15脱耦，由此不产生力矩锁合的耦联。换言之，通过第二行星齿轮32带动第一行星齿轮22，第一太阳轮21关于驱动马达10的输出轴12转动而在向后方向上转动并且因此空转（自由转动）。以这种方式。为了挂入或者脱开耦联第二档，只需要切换，也就是说闭锁或释放，第二空心轮33，因为在闭锁的第二空心轮33下在第一行星齿轮传动机构20中的自由轮24处于空转中并且可以不传递任何力矩。
通过离合器34和在两个行星齿轮传动机构20，30中的自由轮24的组合可靠地排除了两个行驶级可以被同时激活并且因此变速器11产生闭锁。自由轮24的要求的反向的定向实现关于两轮车的向后滚动的空转，而不必选择行驶级“空转”。
Claims (9)
1.用于两轮车的驱动轮(3)的换档装置(11)，包括:
-第一行星齿轮传动机构(20)，所述第一行星齿轮传动机构具有第一太阳轮(21)、第一行星齿轮(22)和第一空心轮(23)，其中，第一太阳轮(21)经由第一行星齿轮(22)与第一空心轮(23)耦联；
-第二行星齿轮传动机构(30)，所述第二行星齿轮传动机构具有第二太阳轮(31)、第二行星齿轮(32)和第二空心轮(33)，其中，第二太阳轮(31)经由第二行星齿轮(32)与第二空心轮(33)耦联；
-马达轴(15)，所述马达轴与第二太阳轮(31)固定地耦联；
-输出轴(12)，所述输出轴与第一行星齿轮(22)和第二行星齿轮(32)固定地耦联，由此所述第一行星齿轮(22)围绕所述第一太阳轮(21)的环绕运动以及所述第二行星齿轮(32)围绕所述第二太阳轮(31)的环绕运动被传递到所述输出轴(12)上；和
-自由轮(24)，马达轴(15)经由所述自由轮与第一太阳轮(21)耦联，以便在第一转动方向上传递扭矩和在相反的第二转动方向上提供空转，
其中，第一空心轮(23)是固定的，
并且设有一个用于可切换地闭锁或释放第二空心轮(33)的离合器(34)。
2.根据权利要求1所述的换档装置(11)，其中，第一行星齿轮传动机构(20)具有第一减速比，所述第一减速比高于第二行星齿轮传动机构(30)的第二减速比。
3.根据权利要求1或2所述的换档装置(11)，其中，设有一个或多个另外的行星齿轮传动机构，所述另外的行星齿轮传动机构相应地具有一个另外的太阳轮、另外的行星齿轮和另外的空心轮，所述另外的行星齿轮传动机构的减速比位于第一减速比和第二减速比之间，其中，设有另外的离合器，用于可切换地闭锁或释放另外的空心轮，和其中，所述另外的太阳轮相应地配设一个另外的自由轮，通过该另外的自由轮，马达轴(15)与相应的另外的太阳轮耦联，以便在第一转动方向上传递扭矩和在相反的第二转动方向上提供空转。
4.用于两轮车的驱动装置，包括:
-驱动马达(10)；
-根据权利要求1至3中任一项所述的换档装置(11)，所述换档装置布置在驱动马达(10)上；和
-二级减速机构(7，8，9)，用于将换档装置(11)的输出轴(12)与驱动轮(3)耦联。
5.根据权利要求4所述的驱动装置，其中，驱动装置布置在后轮振动平衡杆(1)上。
6.根据权利要求5所述的驱动装置，其中，所述驱动装置布置在后轮振动平衡杆(1)的摇臂之间。
7.两轮车，所述两轮车具有布置在后轮振动平衡杆(1)上的驱动轮，其中，驱动轮(3)与根据权利要求4、5或6所述的驱动装置耦联。
8.用于切换根据权利要求1至3中任一项所述的换档装置(11)的方法，其中，为了在第一行驶级和第二行驶级之间进行切换，仅仅闭锁或释放第二空心轮(33)。
9.根据权利要求4、5或6所述的驱动装置在两轮车中的应用。
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