CN107606093A - 变速箱、用于电动车辆的驱动系统以及电动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速箱，包括：箱体；可转动地支撑在所述箱体上的输入轴；可转动地支撑在所述箱体上的至少一个中间轴；可转动地支撑在所述箱体上的输出轴，所述输入轴的转动运动能够通过相互啮合的齿轮经过所述至少一个中间轴传递到所述输出轴；其中，所述输出轴是中空轴并且环绕所述输入轴布置，使得所述输入轴部分地嵌套在所述输出轴中。本发明还涉及包括这种变速箱的用于电动车辆的驱动系统和电动车辆。根据本发明，能够显著地提高电动车辆的平衡性和视觉外观。

Description

变速箱、用于电动车辆的驱动系统以及电动车辆

技术领域

本发明涉及变速箱、用于电动车辆的驱动系统以及电动车辆。

背景技术

随着环境污染越来越严重，人们对于环境保护越来越重视。电动车辆使用或主要使用电力来驱动它的车轮旋转。因此，由于电动车辆比常规能源车辆对于环境更加友好，可以预期的是在不久的将来电动车辆将会被广泛地使用。用于电动车辆的常用驱动系统包括电动机和变速箱，电动机借助于变速箱驱动电动车辆的车轮。

已知有两种常用的用于电动车辆的驱动系统：轮毂内的行星齿轮驱动系统和车轮边上的侧挂式驱动系统。在轮毂内的行星齿轮驱动系统中，电动机和变速箱设置在电动车辆的轮毂的轮毂内，变速箱的齿轮绕着电动机的输出轴设置。在车轮边上的侧挂式驱动系统中，电动机和变速箱设置在电动车辆的车轮的轮毂的外部同一侧，电动机相对于变速箱偏移地设置。与车轮边上的侧挂式驱动系统相比，轮毂内的行星齿轮驱动系统通过将电动机和变速箱设置在同一壳体内而具有紧凑的尺寸、并且通过在电动机的输出轴周围对称地分布变速箱的齿轮的重量而具有良好的平衡性。车轮边上的侧挂式驱动系统由于具有改进的冷却性能因而可以产生更大的功率密度并且获得高的效率。车轮边上的侧挂式驱动系统由于具有较大的功率密度常常被选择用于大功率车辆。但是，在现有的车轮边上的侧挂式驱动系统中，由于电动机和变速箱在电动车辆的车轮的轮毂的同一外侧偏移地布置，车轮边上的侧挂式驱动系统并且因而是电动车辆的平衡性较差，这进一步导致对车辆的操控变得困难并且降低了骑乘的舒适性。而且，在车轮边上的侧挂式驱动系统中，由于电动机和变速箱凸出地设置在电动车辆的车轮的轮毂的同一外侧，这也不利地影响了车辆视觉外观。对于具有较大功率密度的车轮边上的侧挂式驱动系统而言，由于其电动机具有较大尺寸，这些问题就更加突出，尤其对于设计用于诸如电动摩托车或电动自行车等的两轮电动车辆的驱动系统更是如此。

因此，需要对现有的变速箱和用于电动车辆的驱动系统进行改进。

发明内容

本发明的目的就是要克服上述现有技术中的至少一种缺陷，提出一种改进的用于电动车辆的驱动系统，这种用于电动车辆的驱动系统能够显著地提高电动车辆的平衡性和视觉外观。

为此，根据本发明的一方面，提供一种变速箱，包括：

箱体；

可转动地支撑在所述箱体上的输入轴；

可转动地支撑在所述箱体上的至少一个中间轴；

可转动地支撑在所述箱体上的输出轴，所述输入轴的转动运动能够通过相互啮合的齿轮经过所述至少一个中间轴传递到所述输出轴；

其中，所述输出轴是中空轴并且环绕所述输入轴布置，使得所述输入轴部分地嵌套在所述输出轴中。

根据本发明的另一方面，提供一种用于电动车辆的驱动系统，包括：

设置在车轮一侧的电动机；以及

位于所述车轮与所述电动机相反一侧的变速箱；

其中，所述变速箱是如上所述的变速箱，所述变速箱的输入轴与所述电动机的输出轴同轴地布置并且通过连接装置连接起来，并且所述车轮被安装到所述变速箱的输出轴上。

根据本发明的又一方面，提供一种电动车辆，特征在于，所述电动车辆包括如上所述的变速箱或如上所述的驱动系统。

根据本发明，可以使将电动机和变速箱分别布置在车轮的两侧，显著地提高电动车辆的平衡性，这将使得对车辆的操控变得简单并且提高了骑乘的舒适性。同时，还可以显著改善电动车辆的视觉外观。

附图说明

图1是根据本发明优选实施例的用于电动车辆的驱动系统的立体图；

图2是从另一侧看的图1所示用于电动车辆的驱动系统的立体图；

图3是根据本发明优选实施例的变速箱的横截面示意图；

图4是图3所示变速箱的另一横截面示意图；

图5是根据本发明优选实施例的变速箱的调节装置的分解示意图；

图6是根据本发明优选实施例的变速箱的简化立体示意图，显示了调节装置与用于保持锥环的支架之间的连接装置；

图7是与图6类似的另一简化立体示意图；以及

图8是显示输出滚锥中的压紧装置的剖视图。

具体实施方式

下面结合示例详细描述本发明的优选实施例。本领域技术人员应理解的是，这些示例性实施例并不意味着对本发明形成任何限制。

图1是根据本发明优选实施例的用于电动车辆的驱动系统的立体图。图2是从另一侧看的图1所示用于电动车辆的驱动系统的立体图。如图1和2所示，根据本发明优选实施例的用于电动车辆的驱动系统1包括设置在车轮3一侧的电动机5、以及位于车轮3与电动机5相反一侧的变速箱9，其中变速箱9的输入轴与电动机5的输出轴同轴地布置并且通过诸如联轴器等的连接装置连接起来，并且车轮3被安装到变速箱9的输出轴上。这样，当电动机5运行时，通过电动机的输出轴带动变速箱9的输入轴转动，进而带动安装在变速箱9的输出轴上的车轮3转动以驱动电动车辆行驶。

图3是根据本发明优选实施例的变速箱的横截面示意图，图4是根据本发明优选实施例的变速箱的另一横截面示意图。在图3和4所示优选实施例中，变速箱9被显示为锥环式无级变速箱，但应理解的是，根据本发明的变速箱9可以为任何其它合适类型的变速箱。如图3和4所示，根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱9包括箱体11、通过第一轴承13和第二轴承15可转动地支撑在箱体11上的输入轴17、和固定地安装在第一轴承13与第二轴承15之间的输入轴17上的输入滚锥19。根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱9还包括通过第三轴承21和第四轴承23可转动地支撑在箱体11上的中间轴25、安装在第三轴承21与第四轴承23之间的中间轴25上的输出滚锥27、固定地安装在中间轴25上的第一齿轮29、通过第五轴承31和第六轴承33可转动地支撑在箱体11上的输出轴35、固定地安装在输出轴35上并且与第一齿轮29啮合的第二齿轮37。

在所示优选实施例中，输出轴35采用中空轴形式并且环绕输入轴17布置，使得输入轴17部分地嵌套在输出轴35中。第一齿轮29被安装在中间轴25靠近输入轴17的动力输入端的一端，并且中间轴25也通过第七轴承39支撑在箱体11上，以确保第一齿轮29与第二齿轮37平稳地啮合。这样，输出轴35的动力输出端和输入轴17的动力输入端大体位于锥环式无级变速箱9的同一侧，可以节约所需空间，减小锥环式无级变速箱9的尺寸。输出轴35的动力输出端可以安装有将锥环式无级变速箱9与车轮3的轮毂3a连接起来的适配器41，适配器41公知方式被固定地安装在输出轴35上以便随着输出轴35一起转动。在优选实施例中，适配器41包括用于安装到输出轴35上的主体部41a和从主体部41a径向延伸的第一环形凸缘41b。通过穿过第一环形凸缘41b上的通孔41c和车轮3的轮毂3a上的通孔的螺栓可以将车轮3固定到适配器41上，以使车轮3随着输出轴35一起转动。适配器41还可以包括从主体部41a径向延伸的第二环形凸缘41d。通过穿过第二环形凸缘41d上的通孔41e和制动盘42上的通孔42a的螺栓(未示出)，可以将制动盘42安装到适配器41上。在车轮3被固定地安装到适配器41上之后，输入轴17从输出轴35露出的部分17a通过诸如联轴器等的连接装置与位于车轮3另一侧的电动机5的输出轴固定地连接起来，使得在电动机5运转时通过与电动机的输出轴固定连接的变速箱的输入轴17带动变速箱的输出轴35转动，进而带动车轮3转动。

锥环式无级变速箱9还包括被夹在输入滚锥19与输出滚锥27之间的锥环43。锥环43被保持在能够沿着支撑在箱体11上的引导杆45滑动的支架47上。锥环式无级变速箱9还包括设置在输入轴17上的调节装置49。调节装置49包括能够随着输入轴17的旋转而发生离心运动的滚动元件51，以及能够随着滚动元件51的离心运动而轴向运动的压板53。

锥环式无级变速箱9还包括将调节装置49的压板53与保持锥环43的支架47连接起来的连接装置55。这样，当随着输入轴17的旋转导致滚动元件51离心运动并且进而导致压板53轴向运动时，将压板53与支架47连接起来的连接装置55导致支架47滑动，使得锥环43所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线(例如，输入轴17的中心轴线)垂直的状态发生改变，从而使得被夹在输入滚锥19与输出滚锥27之间的锥环43随着滚锥的转动而发生移动。

图5是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的调节装置的分解示意图。如图5所示，调节装置49包括基座57、位于基座57上并且用于容纳滚动元件51的多个轨道59、位于相应轨道59中的滚动元件51、用于将滚动元件51保持在相应轨道59上的盖板61、以及通过轴向轴承63与盖板61连接的压板53。基座57通过键槽结构65被固定地安装到输入轴17上以便能够随着输入轴17一起转动。用于容纳滚动元件51的轨道59分别具有形成有向着盖板61倾斜的斜面67，同时盖板61上也形成有向着基座57倾斜的斜面69。基座57上还形成有向着盖板61延伸的引导突起71，同时在盖板61上形成有接收引导突起71的引导槽73。当基座57上的引导突起71被接收到盖板61上的引导槽73中时，可以防止盖板61相对于基座57转动，但是允许它们一起随着输入轴17转动，同时允许盖板61相对于基座57轴向移动。这样，当输入轴17转速超过临界值之后，被保持在基座57与盖板61之间的滚动元件51在离心力作用下沿着轨道59的斜面67和盖板61上的斜面69径向向外运动，从而推动盖板61沿着轴向方向远离基座57移动。沿着轴向方向远离基座57移动的盖板61通过轴向轴承63推动压板53沿着同一方向运动。为了减小摩擦并且有助于盖板61的轴向运动，可以在相应引导槽73中加装滑动套75。滑动套75优选地由摩擦系数较小的材料制成。为了引导压板53的轴向运动，压板53也可以设置有凹槽77，并且在调节装置49的外壳体79设置有对应的肋81。通过使肋81安放在相应凹槽77中，可以引导压板53的轴向运动并且阻止其任何旋转运动。

在优选实施例中，滚动元件51被显示为圆柱体，但应理解的是滚动元件51也可以为球体。此外，在优选实施例中，基座57上的轨道59具有形成为向着盖板61倾斜的斜面67，而同时盖板61上也形成有向着基座57倾斜的斜面69，但应理解的是仅形成斜面67和斜面69中的一个斜面也是可行的。为了有助于输入轴17转速降低时，滚动元件51移回到径向内侧的初始中心位置，斜面67和斜面69优选地从到输入轴17的距离至少等于滚动元件51的直径的位置处开始径向向外地形成。

尽管图5显示了本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的调节装置的详细结构，但应理解的是，调节装置可以采用任何其它合适的结构，只要它能够将滚动元件51在离心力作用下的径向向外运动转换为调节装置的一部分(例如压板)的轴向运动。

压板53的轴向运动通过连接装置55导致用于保持锥环43的支架47移动，从而改变锥环43所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度。图6是根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱的简化立体示意图，显示了调节装置与用于保持锥环的支架之间的连接装置。图7是与图6类似的另一简化立体示意图。如图6和7所示，连接装置55是将压板53与支架47连接起来的缆索83。为了使支架47与压板53的运动大致反向，设置有至少一个定滑轮85，使得缆索83绕过定滑轮85。由于滚动元件51的径向向外运动导致的压板53的轴向运动距离相对较小，绕过定滑轮85的缆索83也移动同样小的距离，这使得支架47的移动也很有限，锥环43所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度变化也较小。为了扩大支架47的移动范围，更大地改变锥环43所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度变化，使得缆索83的至少一部分绕过一个动滑轮87。具体如图6和7所示，使得缆索83的一部分83a连接在压板53与动滑轮支架89上，一端固定到箱体11上并且另一端连接到支架47上的缆索83的另一部分83b绕过安装在动滑轮支架89上的动滑轮87和至少一个定滑轮85。在所示优选实施例中，缆索83的另一部分83b绕过动滑轮87和两个定滑轮85、91。为了保持压板53和支架47的受力均匀以及平衡，在优选实施例中，在输入滚锥19的两侧各设置有一个连接装置55，但应理解的是，仅仅设置一个连接装置55也是可行的。

支架47在与缆索83的另一部分83b相连接的一侧的相反侧连接到螺旋弹簧93上，螺旋弹簧93使缆索83处于拉伸状态。当压板53沿着轴向远离基座57运动时，压板53通过拉动缆索83而克服螺旋弹簧93的拉力使得支架47沿着引导杆45向图6和7中的右侧滑动。当缆索83的拉力与螺旋弹簧93的拉力达到平衡时，支架47停止移动，锥环43所在平面相对于输入滚锥的中心轴线保持在大体垂直的状态。当输入轴17转速降低，离心力减小，滚动元件51逐渐移回到径向向内的中心位置时，在螺旋弹簧93的拉力作用下，支架47沿着引导杆45向图6和7中的左侧滑动，使得锥环43所在平面相对于输入滚锥的中心轴线的角度在相反方向发生变化。与此同时，缆索83拉动压板53沿着轴向向着基座57运动，直到回到图3所示初始位置。

当锥环43所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线垂直的状态发生改变时，被夹在输入滚锥19与输出滚锥27之间的锥环43随着滚锥的转动而发生移动，从而改变输入滚锥19与输出滚锥27之间的速比。如上所述，输入滚锥19和输出滚锥27与锥环43之间是依靠滚动摩擦来传递动力，为了避免接触摩擦部位打滑而造成动力流失，在输出滚锥27中设置有压紧装置95。图8是显示输出滚锥中的压紧装置95的剖视图。如图8所示，压紧装置95包括位于输出滚锥27中并且对输出滚锥施加恒定力的碟形弹簧组件97、以及位于输出滚锥27中并且根据输出滚锥的转矩而产生轴向力的凸轮盘组件99。凸轮盘组件99包括安装在中间轴25上的第一盘99a、由碟形弹簧组件97抵靠的第二盘99b、以及被夹在第一盘99a和第二盘99b之间的凸轮槽99c中的球体99d。随着输出滚锥的转矩发生变化，凸轮盘组件99的球体99d在凸轮槽99c中移动，从而推动碟形弹簧组件97，迫使通过键槽结构101安装在中间轴25上的输出滚锥27向右侧移动。这样，输出滚锥27与输入滚锥19之间的间隙变小，锥环43所承受的压力增加，提升了锥环和滚锥之间的摩擦力，保证动力传输效率。

以下将简单描述根据本发明优选实施例的锥环式无级变速箱9的运行。当输入轴17处于静止或低速状态时，滚动元件51处于图4所示的径向向内的初始中心位置。随着输入轴17转速增大到临界值，离心力大到足以驱动滚动元件51沿着斜面67和62径向向外运动。沿着斜面径向向外运动的滚动元件51挤压盖板61，从而推动盖板61沿着轴向方向远离基座57移动，进而推动压板53沿着同一方向运动。压板53的轴向运动拉动缆索83并且克服螺旋弹簧93的拉力使得支架47向图6和7中的右侧移动，这将改变锥环43所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度。一旦锥环43所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度发生改变，锥环43就被夹紧在输入滚锥19与输出滚锥27之间并且随着锥体的转动在锥体上相应地向右移动，从而改变输出滚锥27与输入滚锥19之间的速比。当缆索83对支架47的拉力与螺旋弹簧93对支架47的拉力达到平衡时，支架47停止移动，锥环43所在平面相对于输入滚锥的中心轴线保持在大体垂直的状态。在输入轴17转速降低时，上述过程反向运行。根据本发明，通过调节装置将滚动元件的离心运动转化为压板的轴向运动，并进而通过连接装置使保持锥环的支架移动，以改变锥环所在平面相对于输入或输出滚锥中心轴线所成的角度。这样，仅以机械的方式就可以根据输入轴转速变化自动地改变输出滚锥与输入滚锥之间的速比。与现有的锥环式无级变速箱相比，根据本发明的锥环式无级变速箱无需采用伺服电机以及相关的控制系统，因而结构简单、体积紧凑、成本较低。

根据本发明，通过将电动机和变速箱分别布置在车轮的两侧，电动机和变速箱的重量相对均匀地分布在车轮两侧，可以显著地提高电动车辆的平衡性，这将使得对车辆的操控变得简单并且提高了骑乘的舒适性。对于电动机具有较大尺寸的电动车辆这些优点更加突出，尤其对于设计用于诸如电动摩托车或电动自行车等的两轮电动车辆的驱动系统更是如此。此外，通过将电动机和变速箱分别布置在车轮的两侧，可以显著地改善电动车辆的视觉外观。

以上结合具体实施例对本发明进行了详细描述。显然，以上描述以及在附图中示出的实施例均应被理解为是示例性的，而不构成对本发明的限制。例如，在优选实施例中以锥环式无级变速箱作为驱动系统的变速箱为示例对本发明进行了描述，但应理解的是，本发明不应局限于锥环式无级变速箱而可以采用任何合适的变速箱，只要该变速箱的输出轴采用中空轴形式并且变速箱的输入轴的动力输入端部分地嵌套在输出轴中。此外，变速箱也可以有不止一个的中间轴。对于本领域技术人员而言，可以在不脱离本发明的精神的情况下对其进行各种变型或修改，这些变型或修改均不脱离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种变速箱(9)，包括：

箱体(11)；

可转动地支撑在所述箱体(11)上的输入轴(17)；

可转动地支撑在所述箱体(11)上的至少一个中间轴(25)；

可转动地支撑在所述箱体(11)上的输出轴(35)，所述输入轴(17)的转动运动能够通过相互啮合的齿轮经过所述至少一个中间轴(25)传递到所述输出轴(35)；

其中，所述输出轴(35)是中空轴并且环绕所述输入轴(17)布置，使得所述输入轴(17)部分地嵌套在所述输出轴(35)中。

2.根据权利要求1所述的变速箱，其特征在于，所述变速箱是锥环式无级变速箱，所述锥环式无级变速箱还包括：

固定地安装在所述输入轴(17)上的输入滚锥(19)；

安装在紧邻所述输入滚锥(19)的一个中间轴(25)上的输出滚锥(27)；

被夹在所述输入滚锥(19)与所述输出滚锥(27)之间的锥环(43)；

用于保持所述锥环(43)的支架(47)；以及

用于改变所述锥环(43)所在平面相对于所述输入轴(17)的中心轴线所成的角度的调节装置(49)。

3.根据权利要求2所述的变速箱，其特征在于，所述调节装置(49)设置在所述输入轴(17)上并且包括滚动元件(51)和压板(53)，所述锥环式无级变速箱还包括将所述压板(53)与保持所述锥环(43)的所述支架(47)连接起来的连接装置(55)；

其中，所述调节装置(49)被构造成：当所述输入轴(17)的转速超过临界值时允许所述滚动元件(51)发生离心运动并且将所述滚动元件(51)的离心运动转换为所述压板(53)的轴向运动，所述压板(53)的轴向运动又通过所述连接装置(55)导致所述支架(47)移动，从而改变所述锥环(43)所在平面相对于所述输入轴(17)的中心轴线所成的角度。

4.根据权利要求3所述的变速箱，其特征在于，所述调节装置(49)还包括固定地安装到所述输入轴(17)上的基座(57)、位于所述基座(57)上并且用于容纳所述滚动元件(51)的多个轨道(59)、和用于将所述滚动元件(51)保持在相应的轨道(59)上的盖板(61)，所述压板(53)通过轴向轴承(63)与所述盖板(61)连接，并且所述轨道(59)分别形成有向着所述盖板(61)倾斜的第一斜面(67)和/或所述盖板(61)形成有向着所述基座(57)倾斜的第二斜面(69)。

5.根据权利要求4所述的变速箱，其特征在于，所述第一斜面(67)从所述轨道(59)上到所述输入轴(17)的距离至少等于所述滚动元件(51)的直径的位置处开始径向向外地形成和/或所述第二斜面(69)从所述盖板(61)上到所述输入轴(17)的距离至少等于所述滚动元件(51)的直径的位置处开始径向向外地形成。

6.根据权利要求4所述的变速箱，其特征在于，所述基座(57)上还形成有向着所述盖板(61)延伸的引导突起(71)，并且在所述盖板(61)上形成有接收所述引导突起(71)的引导槽(73)。

7.根据权利要求3所述的变速箱，其特征在于，所述压板(53)上设置有凹槽(77)，并且所述调节装置(49)的外壳体(71)上设置有安放在相应的凹槽(77)中的肋(73)。

8.根据权利要求3所述的变速箱，其特征在于，所述连接装置(55)包括将所述压板(53)与所述支架(47)连接起来的缆索(83)，所述支架(47)与所述缆索(83)连接的相反侧被连接到螺旋弹簧(93)上，所述螺旋弹簧(93)使所述缆索(83)处于拉伸状态。

9.根据权利要求8所述的变速箱，其特征在于，所述缆索(83)的一部分(83a)被连接在所述压板(53)和动滑轮支架(89)上，所述缆索(83)的另一部分(83b)被连接在所述箱体(11)和所述支架(47)上并且至少绕过安装在动滑轮支架(89)上的动滑轮(87)。

10.根据权利要求2所述的变速箱，其特征在于，所述锥环式无级变速箱还包括支撑在所述箱体(11)上的引导杆(45)，所述支架(47)能够沿着所述引导杆(45)滑动。

11.一种用于电动车辆的驱动系统，包括：

设置在车轮(3)一侧的电动机(5)；以及

位于所述车轮(3)与所述电动机(5)相反一侧的变速箱；

其中，所述变速箱是如权利要求1-10任一所述的变速箱(9)，所述变速箱(9)的输入轴(17)与所述电动机(5)的输出轴同轴地布置并且通过连接装置连接起来，并且所述车轮(3)被安装到所述变速箱(9)的输出轴(35)上。

12.如权利要求11所述的用于电动车辆的驱动系统，其特征在于，所述车轮(3)通过被固定地安装在所述输出轴(35)上的适配器(41)被安装到所述变速箱(9)的输出轴(35)上，以便随着所述输出轴(35)一起转动。

13.如权利要求12所述的用于电动车辆的驱动系统，其特征在于，所述适配器(41)上还安装有制动盘(42)。

14.如权利要求13所述的用于电动车辆的驱动系统，其特征在于，所述电动车辆是电动摩托车或电动自行车。

15.一种电动车辆，特征在于，所述电动车辆包括如权利要求1-10任一所述的变速箱或如权利要求11-14任一所述的驱动系统。