CN107804162A - 变速驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速驱动系统(100)，包括：轴(1)；围绕所述轴环绕的轮辋(2)；罩盖(3)，包括第一盖部分(31)和第二盖部分(32)，所述第一盖部分和所述第二盖部分与所述轮辋固定连接；电机(4)，包括定子(42)和转子(41)；减速传动装置，其输入侧与所述转子固定连接；第一离合器(7)，其设置用于使所述减速传动装置的输出侧与所述第二盖部分离合；第二离合器(6)，其设置用于使所述转子与所述第一盖部分(31)离合；其中，所述电机、所述减速传动装置、所述第一离合器以及所述第二离合器被接收在由所述轮辋和所述罩盖围成的内室中并且被支承在所述轴上，其中，所述减速传动装置是行星齿轮传动装置(5)。

Description

变速驱动系统

技术领域

本发明总体涉及一种变速驱动系统，尤其涉及一种两级式变速驱动系统，尤其用于车辆的轮毂。

背景技术

轮毂电机是一种已知的、用于驱动电动车或摩托车的电机。相对于传统车辆而言，使用轮毂电机，可以省去大量的传动部件，使机械结构大大简化。由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，因此能实现各种不同的驱动方式，能获得提高的驾驶灵活性。在新能源车辆越来越受重视的情况下，轮毂电机也通常能被用在电动车辆或混合动力车辆中，以便实现驱动、助力、能量回收等功能。此外，轮毂电机在电动摩托车中也被广泛地使用。

现有的轮毂电机主要分为两类：直接驱动式轮毂电机，其具有结构简单且制造成本低的优点；以及齿轮传动式轮毂电机，其能借助较小的马达获得较大的输出转矩，从而获得降低系统成本的优势。

在现有技术中，大多数驱动轮毂通常仅仅具有一个输出速度：其或者被直接驱动(即速比为1:1)，或者具有一个固定的减速比。在这种驱动轮毂中，很难在所期望的设计扭矩和设计最大转速下获得高的运行效率。可变的传动比设计能提高电机的运行效率。

由公布号为CN103840604A已知一种电动车变速驱动轮毂，其中，该变速驱动轮毂包括固定轴、轮毂钢圈、电机和减速箱，轮毂钢圈定位在固定轴上，减速箱位于轮毂钢圈内，电机位于减速箱的一侧且位于轮毂钢圈外，电机包括定子和转子，定子与固定轴固定连接，转子定位在固定轴上，减速箱包括箱体、输入齿轮轴、输出齿轮轴和超越离合器，箱体与固定轴固定连接，输入齿轮轴与转子相连接，输出齿轮轴与轮毂钢圈固定连接，转子与轮毂钢圈之间通过离心式离合器相连接。然而，这种变速驱动系统的结构复杂、安装空间需求大，并且要使用大量的轴承元件。

还已知一种具有两个传动比输出的驱动轮毂，但是该驱动轮毂在所述两个传动比输出之间的切换要通过反向旋转电动机来实现。也就是说，每次需要变换传动比时，电动机都必须首先停止，然后再沿反方向转动加速以便接合另一齿轮级。这种切换过程是费能且费时的。

因此，需要对现有的变速驱动系统进行改进。

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，提出一种改进的变速驱动系统。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种变速驱动系统，其包括：一个轴；围绕所述轴环绕的轮辋；罩盖，包括第一盖部分和第二盖部分，所述第一盖部分和所述第二盖部分与所述轮辋固定连接；电机，包括定子和转子；减速传动装置，其输入侧与所述转子固定连接；第一离合器，其设置用于使所述减速传动装置的输出侧与所述第二盖部分离合；第二离合器，其设置用于使所述转子与所述第一盖部分离合；其中，所述电机、所述减速传动装置、所述第一离合器以及所述第二离合器被接收在由所述轮辋和所述罩盖围成的内室中并且被支承在所述轴上，其中，所述减速传动装置是行星齿轮传动装置。

在一个可选的实施方式中，所述电机在轴向方向上居中地围绕所述轴设置。在一个可选的实施方式中，所述电机在轴向方向上设置在所述轮辋的轴向延伸范围之内。

在一个可选的实施方式中，所述电机是外转子式电机。在一个可选的实施方式中，所述行星齿轮传动装置至少部分地设置在所述电机的定子的径向内部的中间空间中。在一个可选的实施方式中，所述行星齿轮传动装置的重心在轴向方向上处在所述电机的轴向延伸范围之内。

在一个可选的实施方式中，所述行星齿轮传动装置与所述离合器构造为一个单独的预装配组件。在一个可选的实施方式中，所述定子的定子支架以抗扭转的方式倾斜地支承在所述轴上。在一个可选的实施方式中，所述电机既能作为电动机运行，又能作为发电机运行。

在一个可选的实施方式中，所述行星齿轮传动装置包括太阳轮、行星齿轮、行星齿轮架和外齿圈，其中，所述太阳轮与所述轴抗扭转地连接，所述外齿圈作为该行星齿轮传动装置的输入侧与所述电机的转子固定连接，所述行星齿轮架作为该行星齿轮传动装置的输出侧与所述第一离合器固定连接。

在一个可选的实施方式中，所述第一离合器是超越离合器，其包括内圈、外圈和锁止组件，所述超越离合器设置用于：当所述内圈相对于所述外圈沿一个预定的第一方向转动时所述锁止组件使所述内圈与所述外圈彼此锁止从而能传递转矩；并且，当所述外圈相对于所述内圈沿所述预定的第一方向转动时使所述内圈与所述外圈彼此脱离从而不能传递转矩。

在一个可选的实施方式中，所述第二离合器是离心式离合器，其包括离合器鼓、离心块和预紧弹簧，其中，所述离心式离合器设置用于：当离心块的转速高于一个预定的转速阈值时，所述离心块能在离心力的作用下克服所述预紧弹簧的预紧力而与所述离合器鼓形状锁合地连接。

在一个可选的实施方式中，所述转子经由转子支架以能转动的方式支承在所述轴上，其中，所述离心式离合器的离合器鼓集成在所述转子支架上，所述离心块铰接地固定在所述第一盖部分上。

在一个可选的实施方式中，所述转子经由转子支架以能转动的方式支承在所述轴上，其中，所述离心式离合器的离合器鼓集成在所述第一盖部分上，所述离心块铰接地固定在所述转子支架上。

根据本发明的一个方面，还提供一种交通工具，其具有如本发明所述的变速驱动系统，其中，所述交通工具是摩托车、助动车、滑板车、燃油汽车、混合动力汽车、或纯电动汽车。

根据本发明，可以优化地设置变速驱动系统内部的结构设置。可以充分利用安装空间，使得结构更加紧凑。可以提高可靠性。

附图说明

下面将参照附图对本发明的实施方案进行详细说明，附图中：

图1示出了一种根据本发明的变速驱动系统的示意性立体图；

图2示出了图1的变速驱动系统的示意性纵剖面图；

图3示出了图2的变速驱动系统的纵剖面立体图；

图4示出了图2的变速驱动系统中的行星齿轮传动装置的示意性立体图；

图5示出了超越离合器的根据图2的示例性实施方式的纵剖面立体图；

图6示出了离心式离合器的根据图2的示例性实施方式的立体图。

具体实施方式

在下文的详细说明中，参考各附图，所述附图构成本说明书的一部分。在各附图中，相同或相似的附图标记通常表示相同或相似的部件，除非在文本中另行指出。在详细说明中描述的实施方案以及附图并非意味着是限制性的。在不背离本发明的主旨和/或范围的情况下，可使用其他实施方案，进行其他改变。应理解，本说明书中总体描述的以及附图中示出的本发明的各方面可以各种不同的构形进行布置、替换、组合、分离和设计。

图1示出了一种根据本发明的变速驱动系统100的示意性立体图。图2示出了图1的变速驱动系统100的示意性纵剖面图，图3示出了图2的变速驱动系统100的纵剖面立体图。在本发明的一个实施方式中，该变速驱动系统100包括轴1、轮辋2、罩盖3、电机4、减速传动装置5、第一离合器7和第二离合器6。轮辋2在径向外部环绕地延伸，用于承载轮胎(未示出)。罩盖3设置在轮辋2的两侧，例如通过在周向方向上分布设置的螺钉与轮辋2固定连接。当然，罩盖3也可通过其他方式与轮辋2固定连接。在一个具体实施方式中，所述减速传动装置5是行星齿轮传动装置5。在一个具体实施方式中，示例性地而非限制性地，所述第一离合器7是超越离合器7，所述第二离合器6是离心式离合器6。罩盖3包括第一盖部分31和第二盖部分32。第一盖部分31和第二盖部分32分别在径向外部(示例性地通过螺钉)与环绕的轮辋2固定连接。第一盖部分31和第二盖部分32分别在径向内部通过轴承81和82以能转动的方式支承在轴1上，在该实施方式中，所述轴承81和82示例性地而非限制性地构造为滚珠轴承。此外，第一盖部分31和第二盖部分32分别在朝向外部的端面侧上通过转动密封件91和92相对于轴1被密封。

在该示例性实施方式中，电机4为外转子式电机。换言之，电机4的转子41在径向外部环绕地包围定子42。定子42经由定子支架44通过轴1上的锁止键11而抗扭转地支承在轴1上，以便平衡驱动外部转子的反作用扭矩。在一个优选实施方式中，定子支架44相对于转动平面倾斜地(碟状地)设置，从而增大支承强度并且同时能起到预紧的作用。优选地，相对于转动平面倾斜设置的定子支架44与定子42的一个端部(尤其是与减速传动装置5相对置的那个端部)固定连接、尤其是一体地连接。由此能获得特别紧凑的安装空间。转子41经由转子支架43通过轴承83支承在轴1上。在图2所示的实施方式中，轴承83为两个滚珠轴承，当然也可使用其他类型的和其他数量的轴承，例如使用一个滚柱轴承来代替图2中的两个滚珠轴承83。在该示出的实施方式中，设置有两个转子支架43，分别在转子41的两侧与转子41固定连接。在一个优选实施方式中，电机4在轴向方向上居中地围绕轴1设置。在一个优选实施方式中，电机4在轴向方向上设置在轮辋2的轴向延伸范围之内，所述轮辋2在径向外部环绕地包围电机4。在一个可选的实施方式中，电机4既能作为电动机运行，又能作为发电机运行。

在该示出的实施方式中，用于实现减速运行模式的减速传动装置是行星齿轮传动装置5。该行星齿轮传动装置5包括太阳轮51、行星齿轮52、行星齿轮架53、以及外齿圈54。在该示出的实施方式中，太阳轮51抗扭转地固定在轴1上(即被锁死)，尤其是也借助轴1上的锁止键11抗扭转地固定在轴1上。在此，外齿圈54与转子支架43固定连接，作为该行星齿轮传动装置5的动力输入侧。行星齿轮架53作为输出侧通过超越离合器7与第二盖部分32(例如借助螺钉)固定地连接，用于将扭矩输出到第二盖部分32上并且从而将扭矩输出到轮辋2上。在一个优选实施方式中，行星齿轮架53在径向内部通过轴承84以能转动的方式支承在轴1上。应理解的是，尽管在该示出的行星齿轮传动装置5的实施方式中，太阳轮51被锁死，外齿圈54构造为输入侧，行星齿轮架53构造为输出侧；但是，行星齿轮传动装置的其他构型方式也是可行的，例如行星齿轮架53锁死，太阳轮51构造为输入侧，外齿圈54构造为输出侧并借助超越离合器与第二盖部分32固定连接，等等。在行星齿轮架53被锁死的情况下能获得较大的速比。通过将太阳轮51、行星齿轮架53、外齿圈54中的一个锁死以及通过各种齿轮设计能在大范围上调节设计减速传动比，从而适用于不同的工况需求。在一个具体实施方式中，如图2所示地设置行星齿轮传动装置5，能获得1.5至1.7的减速比，从而在兼顾速度的情况下能实现优化的爬坡能力。图4示出了行星齿轮传动装置5的根据图2的一个示例性实施方式的立体图(行星齿轮架53未示出)，其中，在周向方向上分布地设置有四个行星齿轮52。

在图2所示的实施方式中，第一离合器7是超越离合器7，该超越离合器7可通过螺钉与行星齿轮架53固定连接，或者可通过其他方式、例如通过压配合固定到行星齿轮架53上。在该示出的实施方式中，超越离合器7的内圈与行星齿轮架53固定连接，超越离合器7的外圈与第二盖部分32固定连接。应理解，相反的设置也是可行的。当然，第一离合器7也可以是其他类型的离合器装置、例如多片式离合器，其可通过配属的传感器和操控装置来实现接合和分离。在图2的实施方式中使用超越离合器7可实现转速自适应的接合和分离，并且具有结构简单和成本低的优点。

图5示出了超越离合器7的根据图2的一个示例性实施方式的立体图，用于进一步说明该超越离合器7的功能。超越离合器7包括内圈7a、外圈7b、导向和间隔装置71和锁止组件72。当超越离合器7的内圈7a相对于外圈7b沿第一方向(如图5箭头所示)转动时，超越离合器7的锁止组件72使得内圈7a和外圈7b彼此锁止，从而能在内圈7a和外圈7b之间传递扭矩；相对地，当超越离合器7的外圈7b相对于内圈7a沿第一方向(如图5箭头所示)转动时，超越离合器7的锁止组件72松开，使得外圈7b与内圈7a分离，从而外圈7b相对于内圈7a自由转动。应理解，能实现本发明的上述功能的其他类型的超越离合器(或单向离合器)也都是可行的。

在一个优选的实施方式中，行星齿轮传动装置5与超越离合器7构造为一个单独的预装配组件，从而便于安装。优选地，该由行星齿轮传动装置5与超越离合器7组成的预装配组件不设置单独的壳体，由此在散热通风方面是尤其有利的。

在一个优选的实施方式中，行星齿轮传动装置5至少部分地设置在电机4定子42的径向内部的中间空间中。换言之，行星齿轮传动装置5在轴向方向上至少部分地与电机4轴向重叠地布置。以此方式，能获得在轴向和径向方向上特别紧凑的结构设计。特别优选地，所述行星齿轮传动装置5的重心在轴向方向上处在电机4的轴向延伸范围之内，尤其是尽可能靠近电机4的中心。以此方式使得该变速驱动系统100的动态运行更加均衡。

在图2所示的实施方式中，第二离合器6是离心式离合器6。图6示出了离心式离合器6的根据图2的示例性实施方式的立体图。该离心式离合器6包括离合器鼓61、离心块62、预紧弹簧63。在该示出的实施方式中，离合器鼓61集成在转子支架43上，尤其与转子支架一件式地构造。离心块62在第一端部621上铰接在第一盖部分31上。离心块62在朝向离合器鼓61的表面上设有摩擦面622。替代地或附加地，摩擦面622也可设置在离合器鼓61的内周面上。预紧弹簧63的一个端部631固定在离心块62的与第一端部621相对置的第二端部上，用于在静止状态下给离心块63施加一预紧力，使得离心块62与离合器鼓61分离；预紧弹簧63的另一端部632固定在第一盖部分31上。在第一盖部分31的转速(即车轮转速)高于一预定的阈值时，离心块62在离心力的作用下能克服预紧弹簧63的预紧力而径向向外运动并且能以力锁合的方式贴靠在离合器鼓61的内周面上(即离心式离合器6处于接合状态)，从而使电机4转子41与第一盖部分31动力连接。也就是说，转子41的转速能以1:1的方式传递到第一盖部分31上并且从而传递到轮辋2上。

尽管在该示出的实施方式中，离合器鼓61一体式地集成在转子支架43上，但是应理解，替代地，离合器鼓61也可集成在第一盖部分31上，而使离心块62铰接在转子支架43上。在该情况下，可适当设计离心块62或弹簧63的各参数，使得当转子41的转速达到一预定的阈值时，该离心式离合器6接合，从而转子41的转速能以1:1的方式传递到第一盖部分31上。由此，同样能根据实际工况需求设计获得两级式的变速驱动。

当然，第二离合器6也可以是其他类型的离合器装置、例如多片式离合器，其可通过配属的传感器和操控装置来实现接合和分离。

应理解，在上文中例如通过螺钉实现的固定连接，当然也通过其他形状锁合、力锁合和/或材料锁合的方式实现，而不背离本发明的主旨。

下面参照图2中示出的本发明变速驱动系统100的一个具体实施方式来举例描述该变速驱动系统100的运行方式。

当车轮低速转动(即低于一预定的转速阈值)时，转矩从电机4的转子41经由转子支架43传递到行星齿轮传动装置5的外齿圈54上，再从外齿圈54经由行星齿轮52传递到作为输出侧的行星齿轮架53上。由于行星齿轮架53与超越离合器7的内圈7a(抗扭转地)固定连接，此时内圈7a相对于外圈7b在预定的第一转动方向上转动，在此情况下超越离合器7处于接合状态，因此，扭矩进一步从行星齿轮架53经由超越离合器7传递到第二盖部分32上并且由此传递到轮辋2上，用于驱动车轮。在车轮低转速的该扭矩传动路径上，经由行星齿轮装置5能实现减速增扭的运行模式。在该低转速情况下，离心式离合器6的预紧弹簧63使离心块62与离合器鼓61脱开，使得离心式离合器6处于分离状态，此时第一盖部分31不与转子支架43连动、而是与第二盖部分32携同转动。

当车轮高速转动(即高于所述预定阈值)时，离心式离合器6的离心块62在离心力的作用下克服预紧弹簧63的预紧力径向向外运动与离合器鼓61实现摩擦锁合，由此使得离心式离合器6处于接合状态。在此情况下，扭矩从电机4的转子41经由转子支架43传递到离心式离合器6的离合器鼓61上，再经由接合的离心式离合器6将扭矩进一步传递到第一盖部分31上并且由此传递到轮辋2上，用于驱动车轮。在该情况下，转子的转速直接通过离心式离合器6传递到车轮上，也即传动速比为1:1。此时，车轮(以及由此超越离合器7的外圈7b)沿第一预定方向的转速大于行星齿轮传动装置5的输出侧(以及由此超越离合器7的内圈7a)的转速，使得超越离合器7处于分离状态，由此第二盖部分32不与转子支架43连动、而是与第一盖部分31携同转动。在车轮高转速的该扭矩传动路径上能实现直接驱动的运行模式。

实现在上述低速和高速的两个运行模式之间切换的预定的转速阈值可通过改变离心式离合器6的参数灵活地进行调整，所述参数例如为预紧弹簧63的弹簧系数、离心块62的质量、离合器6的直径、离心块62摆动支点的位置、预紧弹簧63在离心块62上的挂点位置等等。

在电机4既能作为电动机运行又能作为发电机运行的实施方式的情况下，在车轮转速高于所述预定阈值时，可选地，能使电机4作为发电机运行，从而实现能量回收的功能。在该情况下，车轮以高于所述预定阈值的转速转动，此时第一离合器7分离，并且第二离合器6接合，车轮的转动被传递到电机4上，从而电机4能以发电机模式运行。在高转速区域中发电机能实现高效运转，由此，该实施方式对于本发明而言是有利的。

在配备有该变速驱动系统100的交通工具静止的状态下(也即该变速驱动系统100处于静止的状态下)，向前推动该交通工具(在不施加制动措施的情况下)，使得车轮(也即该变速驱动系统100)被动地转动，则此时离心式离合器6由于低转速而处于分离状态，超越离合器7由于外圈相对于内圈沿第一预定方向转动也处于分离状态，从而配备有该变速驱动系统100的交通工具能很轻松地被推动。相对地，配备有常规变速传动装置的交通工具由于齿轮箱中的传动阻力，在静止状态下要被推动往往是费力的。就此而言，根据本发明的该变速驱动系统100在应用中也是有利的。

根据本发明的变速驱动系统100可用于摩托车、助动车、滑板车等，但不局限于此，该变速驱动系统100也可设想用于传统能源的机动车辆或者新能源的机动车辆(例如混合动力汽车、纯电动汽车等)。

应理解，本发明不局限于上述描述。在不背离本发明的主旨和范围的情况下，本发明可以各种方式进行修改和改变。

Claims (10)

1.变速驱动系统(100)，包括：

-轴(1)；

-围绕所述轴(1)环绕的轮辋(2)；

-罩盖(3)，包括第一盖部分(31)和第二盖部分(32)，所述第一盖部分(31)和所述第二盖部分(32)与所述轮辋(2)固定连接；

-电机(4)，包括定子(42)和转子(41)；

-减速传动装置，其输入侧与所述转子(41)固定连接；

-第一离合器(7)，其设置用于使所述减速传动装置的输出侧与所述第二盖部分(32)离合；

-第二离合器(6)，其设置用于使所述转子(41)与所述第一盖部分(31)离合；

其中，所述电机(4)、所述减速传动装置、所述第一离合器(7)以及所述第二离合器(6)被接收在由所述轮辋(2)和所述罩盖(3)围成的内室中并且被支承在所述轴(1)上，

其中，所述减速传动装置是行星齿轮传动装置(5)。

2.根据权利要求1所述的变速驱动系统(100)，其中，

所述电机(4)在轴向方向上居中地围绕所述轴(1)设置，和/或

所述电机(4)在轴向方向上设置在所述轮辋(2)的轴向延伸范围之内。

3.根据前述权利要求中任一项所述的变速驱动系统(100)，其中，所述电机(4)是外转子式电机，

所述行星齿轮传动装置(5)至少部分地设置在所述电机(4)的定子(43)的径向内部的中间空间中，和/或

所述行星齿轮传动装置(5)的重心在轴向方向上处在所述电机(4)的轴向延伸范围之内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的变速驱动系统(100)，其中，

所述行星齿轮传动装置(5)与所述离合器(7)构造为一个单独的预装配组件，和/或

所述定子(43)的定子支架(44)以抗扭转的方式倾斜地支承在所述轴(1)上，和/或

所述电机(4)既能作为电动机运行，又能作为发电机运行。

5.根据前述权利要求中任一项所述的变速驱动系统(100)，其中，所述行星齿轮传动装置(5)包括太阳轮(51)、行星齿轮(52)、行星齿轮架(53)和外齿圈(54)，其中，所述太阳轮(51)与所述轴(1)抗扭转地连接，所述外齿圈(54)作为该行星齿轮传动装置(5)的输入侧与所述电机(4)的转子(41)固定连接，所述行星齿轮架(53)作为该行星齿轮传动装置(5)的输出侧与所述第一离合器(7)固定连接。

6.根据前述权利要求中任一项所述的变速驱动系统(100)，其中，所述第一离合器(7)是超越离合器(7)，其包括内圈(7a)、外圈(7b)和锁止组件(72)，所述超越离合器(7)设置用于：

当所述内圈(7a)相对于所述外圈(7b)沿一个预定的第一方向转动时所述锁止组件(72)使所述内圈(7a)与所述外圈(7b)彼此锁止从而能传递转矩，并且，

当所述外圈(7b)相对于所述内圈(7a)沿所述预定的第一方向转动时使所述内圈(7a)与所述外圈(7b)彼此脱离从而不能传递转矩。

7.根据前述权利要求中任一项所述的变速驱动系统(100)，其中，所述第二离合器(6)是离心式离合器(6)，其包括离合器鼓(61)、离心块(62)和预紧弹簧(63)，其中，所述离心式离合器(6)设置用于：当离心块的转速高于一个预定的转速阈值时，所述离心块(62)能在离心力的作用下克服所述预紧弹簧(63)的预紧力而与所述离合器鼓(61)形状锁合地连接。

8.根据权利要求7所述的变速驱动系统(100)，其中，所述转子(42)经由转子支架(43)以能转动的方式支承在所述轴(1)上，其中，

所述离心式离合器(6)的离合器鼓(61)集成在所述转子支架(43)上，所述离心块(62)铰接地固定在所述第一盖部分(31)上。

9.根据权利要求7所述的变速驱动系统(100)，其中，所述转子(42)经由转子支架(43)以能转动的方式支承在所述轴(1)上，其中，

所述离心式离合器(6)的离合器鼓(61)集成在所述第一盖部分(31)上，所述离心块(62)铰接地固定在所述转子支架(43)上。

10.交通工具，其具有如上述权利要求1至9中任一项所述的变速驱动系统(100)，其中，所述交通工具是摩托车、助动车、滑板车、燃油汽车、混合动力汽车、或纯电动汽车。