CN1087249C - 电动机与引擎混合动力的无级变速车 - Google Patents

Abstract

一种电动机与引擎混合动力的无级变速车，其可消除现有变速车占用空间大及在低速时扭力小的问题；本发明包括一组电动机动力传输装置以及一组引擎动力传输装置，其上各设置一单向控制元件，引擎输出轴经由一离合器与一轴承后，以V型传动带与电动机输出轴相连，电动机输出轴上设置一双传动带变速装置，其上具有输出动力的传动带与输出混合动力的传动带，并以一单元件以单向传动，使行驶时的引擎动力与电动机动力可互相切换。

Description

电动机与引擎混合动力的无级变速车

本发明涉及一种可以同时运用电动机与引擎二种动力的电动机与引擎混合动力的无级变速车。

目前，机动车辆主要分为以内燃引擎驱动或以电动机动力驱动二种，前者具驱动力动力大、高速度的特性，但燃料费用较高，加上内燃引擎所排放出的废气会造成空气污染，影响环境；而后者虽然具超静音、舒适平稳等优点，但其于起步初使阶段与高速段的耗电量大，且电动驱动力的续航力不足，若加大电池不但将提高整车的重量，更会增加耗电量；显然将二种动力组合，然后依其特性同时或交替转换运用，可有效地利用各种动力的优点并避开其缺陷部分为最佳设计，由于二种系统的动力传输装置在切换衔接上未有良好的结构设计，且结构过于庞大，所以未见实用普及，因此，要将电动机与引擎动力混合使用普及化，首先要采取二种动力传输装置的最佳组合装置，使其占用最少的空间与重量，且在使用过程中不能互相干扰，又必需在一动力源失效时，仍能保持另一动力源可正常发挥作用，使机动车正常运转。

现有的电动机与引擎混合动力装置，请参阅图1、2所示，此种现有的电动机(M)与引擎(E)混合动力装置以一组引擎动力装置10、一组电动机动力装置11、一组衔接引擎动力装置10与电动机动力装置11的变速齿轮组12，以及二个分别接设在引擎动力装置10上与电动机动力装置11上，并且配合变速齿轮组12的传动轴转动的单向构件13所组成，在高扭力起步初速段与会大量耗电的高速段，由引擎动力驱动，上述二种两阶段之间的低速段由电动机驱动，在低速段由电动机动力装置11配合一单向构件13传输动力，这样，可依行驶状态或行驶区域，适当选择单一动力输出方式，而达到经济、实用目的；但是此种现有的电动机与引擎混合动力装置还存在以下问题：

1、此种现有的电动机与引擎混合动力装置一共使用二组轴承14与二组从动皮带轮15，且电动机动力装置11与引擎动力装置10各自以一传动皮带将动力由不同的从动皮带轮15输入到变速齿轮组12，故整体占用空间很大，且使用装置过多。

2、此种现有的电动机与引擎混合动力装置在高扭力的起步初速段时扭力不足，且一旦行进于地形陡峭或崎曲不平的道路时，往往因动力不足而迟滞不前，即使再加大油门，也无法获得明显的效果，且又无法保持极低速前进，尤其是在雪地与冰地上，更易发生危险，这主要是因为仅以引擎轴承14与从动皮带轮15二构件的有效直径变化以及固定张力的单一皮带的动作，无法产生较大的扭力，而且轴承14在较低转速时无法及时旋出，造成引擎动力无作用，故此种电动机与引擎混合动力装置无法在低转速时起作用，所以低速行进困难；低速状态的性能不理想；

3、由于一般机动车在进行爬坡或越野过程中需要强大的扭力，在平坦路面行驶又需高速，然而，前案中二动力却只能经过各自的从动皮带轮15的单一增、减皮带轮的比值与变速齿轮组12的减速比，以致现有的电动机与引擎混合动力装置无法满足更大扭力或更高速的要求，不但可变化性变小，更影响到电动机与引擎混合动力装置的实用性。

本发明的首要目的在于提供一种在低速可产生大扭力的电动机与引擎的无级变速车。

本发明的次要目的在于提供一种可采用小功率引擎与小功率电动机，使装置占用空间变小的电动机与引擎混合动力的无级变速车。

本发明的目的之三在于提供一种变速时不易打滑，且变更动力源稳定的电动机与引擎混合动力的无级变速车。

本发明的目的之四在于提供一种可以单一动力驱动，且电动机动力与引擎动力由相同传动皮带传递的电动机与引擎混合动力的无级变速车。

本发明目的之五在于提供一种电动机与引擎位置可以互相调整，将电动机设置于始端位置或将电动机与引擎设于同轴相对位置，以获得由电动机为主、引擎为辅或电动机与引擎并行输出的动力模式。

为达到上述目的本发明采取如下措施：

本发明是将电动机动力与引擎动力结合成一组可以视实际使用状况适时切换的传输装置。本发明在电动机输出轴与引擎输出轴上各设置一单向控制元件，而位于始端的引擎输出轴在经过一离合器与一轴承后，以V型皮带(汽车可采用钢带)以及可动的变速传动轮相连，而该电动机输出轴设置在可动的变速传动轮轴上，故变速传动轮上具有一条自引擎输入动力的皮带与一条输出混合动力的皮带；而本发明在车辆起步时由引擎提供输出动力，以减少电瓶因电动机启动而大量耗电的情形，而行驶在15至40公里/小时的速度的状态下，可采用双动力输出方式，由电动机提供较高转速的输出，引擎提供较大扭力的输出，当超过40公里/小时的速度时，则会再变为由引擎提供输出动力，如此交替运转，使每一动力源都能以最佳状态提供动力；

本发明在电动机输出轴上装设一组变速传动轮，使增速比与减速比都较现有的电动机与引擎混合动力装置为大，且使摩托车可采用小功率引擎与小功率电动机在平地上以高速行驶，更能克服陡峭与崎岖恶劣所造成的困难；本发明只使用一组轴承、一组变速齿轮组与一组双皮带变速装置，结构简单、占用空间小；

本发明在双皮带变速装置的轮轴上设有数道螺纹，并置入一片可动双斜面圆盘，每当可动双斜面圆盘一侧被皮带推动时，可动双斜面圆盘的横移速度会受螺纹的影响，以旋转方式横移，不但可减缓可动双斜面圆盘本身在轮轴上的移动速度，且可使二侧V型槽内V型皮带的有效直径外移、内移较为缓慢，可适时提供实际扭力的需求，而不会发生V型皮带因直径变化太快而在双皮带变速装置上打滑，造成过度的级位变化，使动力源的扭力无法适时充分提供的状况；

本发明运用单向组件，使电动机动力与引擎动力在任一动力源停止或故障后，另一动力源仍可驱动车辆，使本发明具有双重动力与单一动力驱动的优点；而本发明的引擎动力在传递至电动机输出轴的双皮带变速装置后，电动机动力与引擎动力由相同传动皮带传递到从动皮带轮，并输入变速齿轮组中，故整体装置的受力点一致，不会有震动变速不稳等问题出现。

本发明采取如下结构：

本发明的一种电动机与引擎混合动力的无级变速车，包括：一引擎动力传输装置，其包括一离合器、一轴承及传递动力的传动带，由离合器与轴承衔接引擎所输出的动力，由传动带将动力输出；

还包括：

一电动机动力传输装置，电动机输出轴上设有二固定斜面圆盘与套设在电动机输出轴外的内轴管及套设于内轴管外的外轴管，内轴管中段套设有可动双斜面圆盘，可动双斜面圆盘与二固定斜面圆盘间形成可供二传动带分别套设的二道V型槽，外轴管套设于双斜面圆盘内，可动双斜面圆盘与二固定斜面圆盘间保持一定间距；

一变速齿轮组，以一从动传动带轮轴接于一齿轮组输入轴组合而成，变速齿轮组与输出混合动力的一皮带相接，并将动力传递至轮胎；所述二传动带的另一端分别套设在引擎动力传输装置与变速齿轮组的V型槽中；

二单向组件，分别设在电动机输出轴与固定斜面圆盘间以及引擎输出轴与离合器之间，其由一内环与一外环组成。

其中，所述电动机动力传输装置与引擎动力传输装置对向装设在同一轴体的二侧，以传动带将动力传至一枢轴，枢轴二端的二固定斜面圆盘与套设在枢轴中段的一可动双斜面圆盘以二道V型槽的对应，将动力由混合动力传输传动带传至变速齿轮组的V型槽中。

结合较佳实施例及附图对本发明的结构特征详细说明如下：

附图说明：

图1：现有引擎传动装置的示意图。

图2：现有电动机传动装置的示意图。

图3：本发明的电动机(M)传动装置的示意图。

图4：本发明的引擎(E)传动装置的示意图。

图5：本发明的使用装态示意图。

图6、7：本发明的单向组件动作状态示意图。

图8：本发明的双皮带无级变速状的示意图。

图9：本发明的另一实施例的示意图。

图10：本发明的又一实施例的示意图。

图11：本发明的无级变速车的减速示意图。

图12：本发明的无级变速车的加速示意图。

首先请参阅图3、4所示，其为本发明的电动机与引擎混合动力的无级变速车的较佳实施例的示意图，本发明的无级变速车主要包括有一组引擎动力传输装置20、一组电动机动力传输装置30、一组用以衔接动力传输的变速齿轮组40与单向组件50等。

引擎动力传输装置20，是由一离合器53与一轴承21衔接引擎动力传输装置20所输出的动力，在轴承21内更安装有重锤转子22，其于转动时借离心力的作用，将重锤转子22甩向一侧，然后，配合盘体内的倾斜面，使轴承21靠向固定斜面圆盘25，而再夹紧皮带23，此时，引擎动力便由皮带23传出。

请参阅图8所示，电动机动力传输装置30，在电动机输出轴上设有二个固定斜面的圆盘32、33与套设电动机输出轴外具螺纹的内轴管34，并在内轴管34的中段套设有外轴管35与可动双斜面圆盘31，且在双斜面圆盘31的轴孔内的外轴管35上设有对应内轴管34的内螺纹，以双皮带传动装置保持可动双斜面圆盘31与二固定斜面圆盘32、33间的间距作对应的变化，故在可动双斜面圆盘31二侧的V型槽中的皮带23、24的张力作用下，可动双面圆盘31将被迫朝其中皮带张力较小的一侧靠移，且因外轴管35与内轴管34的螺纹使可动双斜面圆盘31以旋转动作位移，可平稳地改变二V型皮带的有效直径，并且会互补地造成二V型皮带接触面的有效直径对应增大或缩小。

变速齿轮组40包括一具预压力的从动皮带轮41及与其连接的一齿轮组42，将动力传递至轮胎，而从动皮带轮41与电动机动力传输装置30轴上的皮带24相连接，藉齿轮组42调整皮带24所传递的动力。

单向组件50，请参阅图6、7所示，由一内环52、卡制元件与一外环51组合而成，为一传统现有的装置，在此不多作叙述：而单向组件50分别设置在电动机输出轴与固定斜面圆盘32间以及引擎输出轴与离合器53间，且连接外环51及内环52，为同一输出轴的二段；以上所述，即为本发明的各组件的相互关系位置巧妙安排的概述。

本发明的动作原理配合图式详细说明如下：本发明暂先设定V型槽的最大有效直径为最小有效直径的二倍，且再以最低速、最高速与中速的不同动力方式作一比较：

请参阅图3与图6，当引擎处于起步初段时，引擎传动轴将会连动单向组件50的外环51，而在单向组件50中，外环51转速大于内环52，故外环51带动内环52，并会使轴承21随之动作，这样，起步初速段的动力便由引擎先传出，由皮带23将动力传输给电动机动力传输装置30；请再参阅图7所示，皮带23带动固定斜面圆盘32转动时，同时会带动单向组件50的内环52，此时，内环52速度会大于外环51，故不会带动外环51，而组设在外环51上的电动机才刚开始运转，但因转速较低的传动轴只会带动外环51，不会与内环52产生限止作用；此时引擎的输出动力经过上述传递装置传至固定斜面圆盘32、33的转速下降二分之一，而在可动双斜面圆盘31一侧V型槽的皮带24亦处于最小有效直径，以致在皮带24传递动力至齿轮组42前，转速会再下降二分之一；故本发明在动力传递至齿轮组42前可先减速四分之一，由此可知，其扭力不但能够维持在极低速的运转状态，且其输出扭力更较传统装置强，因此，若将本发明应用在摩托车上，虽然采用小功率动力源，但其性能将较传统高功率动力源的摩托车毫不逊色。

请参阅图4与图6所示，当车速增加到中速段，如图15公里/小时到40公里/小时之间，电动机运转速度已超越引擎转速时，可将引擎的转速设定降至怠速状态，使轴承21内的重锤转子22降回中心位置，并将中心皮带23接触于轴承21的有效直径变小，在二侧V型槽的皮带23、24张力相互作用下，可动双斜面圆盘31将被迫朝张力较小的皮带23一侧旋转位移，并且会互补地造成皮带24接触于固定斜面圆盘33的有效直径缩小，而从动皮带轮41的有效直径加大，此时，电动机转速不断上升，电动机输出轴将会连动单向组件50的外环51，外环51转速将大于内环52，故外环51带动内环52，会使二固定斜面圆盘32、33运转，带动皮带24传递动力至变速齿轮组40，皮带24的速度可在传至齿轮组42前，便形成渐次向上提升状态；而在引擎输出轴上的单向组件50中，请再参阅图7所示，因电动机速度已超越引擎速度，故位于引擎端的单向组件50的内环52速度将大于外环51，致使引擎动力只会带动外环51，而不会与内环52产生限止作用；而组设在外环51上的引擎传动轴可以较低速转动，至此，引擎动力不但顺利切换到电动机动力上，更使速度得以顺畅衔接；而若在中速段临时有大扭力需求时，电动机转速会因阻力而下降，到了与引擎转速匹配时，由引擎的高扭力动力带动，故本发明又能同时运用二动力源，直到扭力需求消失，电动机转速再次上升带动车辆。

同理，请参阅图4，在车速达到高速段时，电动机到达预设转速后动力停止，并且将动力切换至引擎动力上，此时引擎动力传输装置20加速，使离合器53接合，并使其轴上的轴承21内的重锤转子22于转动时藉离心力作用甩向一侧，然后配合盘体内的倾斜面，会使轴承21靠向固定斜面圆盘25，而使皮带23接触于固定斜面圆盘32的有效直径变小，在可动双斜面圆盘31二侧皮带23、24的张力作用下，可动双斜面圆盘31将被迫朝张力小的皮带24一侧旋转位移，并且会使皮带24接触于固定斜面圆盘33的有效直径保持在更大的位置，转速更向上提升；故本发明在单向组件50与可动双斜面圆盘31的作用下，电动机动力不但顺利地切换成引擎动力，更使速度得以顺畅衔接；由单向组件50与可动双斜面圆盘31所具有的特性及衔接方式，可将动力确切地在电动机动力与引擎动力间切换衔接，且以上动力切换可由电路自动控制选择，亦可以由操作者自行选择控制。

由上述可知，本发明将电动机动力与引擎动力，结合成一组可以视实际使用状况需要适时切换的传输装置，起步时由引擎提供输出动力，而行驶在15至40公里/小时的速度时不会大量耗电的状态下，由电动机提供主要动力输出，在大扭力需求时由引擎加入适时的备用动力，形成二种动力同时输出状态，在超过40公里/小时的速度时，再转由引擎提供输出动力，如此运作，二动力源都能以最佳状态提供动力，以有效改善传统单独使用引擎动力或电动机动力的缺陷；当然在某些特定的区域，例如人口稠密的区段，本发明可以将引擎动力切断后，完全使用电动机动力，免于造成空气污染，而在郊外也可将电动机动力切断，完全以引擎动力为输出动力，使车辆具有最佳的扭力控制。

另外，本发明共使用一组轴承21、一组变速齿轮组40与一组双皮带传动装置，故本发明的整体结构元件较现有少、占用空间小、重量轻；请参阅图5所示，本发明的增速比与减速比都较现有为大，使摩托车可采用小功率引擎与小功率电动机，运用在机动车辆上仍然具有与大功率引擎与大功率电动机相同的输出，而本发明采用双用动力，故没有电池电量的限制，设计范围可更为宽广，可以运用在各种机动车上。

另须一提的是，本发明的皮带23于轴承21与固定斜面圆盘32上分别为最小有效直径以及最大有效直径，同时另一皮带24则在固定斜面圆盘33以及从动皮带轮41中分别为最小有效直径与最大有效直径，故共可减速四分之一，而在经过齿轮组42(此处设定齿轮组42的减速比为1∶10)后可减速达到四十分之一，但现有的V型皮带变速装置，只能在动力传至齿轮组前达到减速二分之一程度；故本发明在减速比值上，确实可大大超越现有变速装置；本发明若在大扭力需求时，其中主要动力源转速因阻力而下降，到了与另一动力源转速匹配时，本发明能同时运用二动力源，直到其中一动力源转速再次上升；而在双皮带传动装置的内轴管34与外轴管35上设有对应的数道螺纹，会使可动双斜面圆盘31呈旋转横移，可使二侧V型槽的移转较缓慢，形成V型皮带23、24在可动双斜面圆盘31上的移动更稳定的效果，以适时提供实际扭力的需求，而不会发生在各个圆盘面上打滑或过度变速的现象，使扭力无法适时充分提供；因此本发明可使一般引擎马力较小的机动车或电动机较小的电动车仍可达到引擎马力较大的机动车或电动机较大的电动车所具有的高、低速表现，并可节省油料、降低噪音与减少空气污染。

本发明的另一实施例，请参阅图9，是将轴承21衔接引擎所输出的动力后，在其同轴对向衔接电动机所输出的动力，并在电动机输出与轴承21间以及引擎输出轴与轴承21间各设置一单向组件50，而双皮带传动装置则独立设置，双皮带传动装置上的二皮带23、24的另一端则分别套设在引擎、电动机混合动力传输装置与变速齿轮组40的V型槽中，并藉二皮带23、24的张力作相对轴向施压，使可动双斜面圆盘31可适时地朝其中一固定斜面圆盘32、33旋转靠合位移，可互补地变更二V型槽对应于皮带23、24的有效直径。

请参阅图11所示，此实施例可以使电动机输出轴与引擎输出轴减速的幅度都达到四分之一，扭力都可提升四倍，且藉变速齿轮组40调整后，再减速达到四十分之一，扭力可提升四十倍向外传递至轮胎，故本发明的电动机与引擎混合动力无级变速车确实具有良好的实用性。

本发明的另一实施例，请参阅图10所示，本发明也可将电动机与引擎位置互换，电动机输出轴在经由一轴承21后，以V型皮带23与引擎输出轴相连，引擎输出轴上设置一双皮带传动装置，其上具有一自电动机输出动力的皮带23与一输出混合动力的皮带24，此种实施例呈现以电动机为主，且引擎可快速带动起步的一种行车模式。

特别需说明的是，如图11所示，本发明的所有实施例中，起始端的输出轴动力减速的幅度都达到四分之一，扭力都可提升四倍，且藉速齿轮组40调整后，再减速达到四十分之一，扭力提升四十倍向外传递至轮胎，而现有的装置却只能达到本发明效能的一半；反观本发明的加速状态，请参阅图12所示，本发明可使各实施例中的起始端的输出轴转速比都达到输出轴与轮胎为2.5∶1，而现有的装置只能达到输出轴与轮胎转速比为5∶1，故本发明确实是一种具有更佳性能的无级变速车。

与现有技术相比，本发明具有如下效果：

综上所述，本发明是在一组电动机动力传输装置以及一组引擎动力传输装置上各设置一单向控制元件，而引擎输出轴在经由一离合器与一轴承后，以V型皮带或钢带与电动机输出轴相连，电动机上具有自电动机输出动力的皮带与输出混合动力的皮带，并以单向构件可单向传动方向的特性，使行驶时的引擎动力与电动机动力可以互相切换；本发明在纯电动机传输时，扭力与反应的表现更为加强；另外，本发明可同轴对向衔接电动机动力传输装置与引擎动力传输装置，使本发明二种动力源的速度比一同增大，表现出大马力摩托车、汽车的性能；所以本发明具有产业的可利用性，更具有节省油料、降低噪音与减少空气污染等功效。

Claims (8)

1、一种电动机与引擎混合动力的无级变速车，包括：一引擎动力传输装置，其包括一离合器、一轴承及传递动力的传动带，由离合器与轴承衔接引擎所输出的动力，由传动带将动力输出；

其特征在于，还包括：

一电动机动力传输装置，电动机输出轴上设有二固定斜面圆盘与套设在电动机输出轴外的内轴管及套设于内轴管外的外轴管，内轴管中段套设有可动双斜面圆盘，可动双斜面圆盘与二固定斜面圆盘间形成可供二传动带分别套设的二道V型槽，外轴管套设于双斜面圆盘内，可动双斜面圆盘与二固定斜面圆盘间保持一定间距；

一变速齿轮组，以一从动传动带轮轴接于一齿轮组输入轴组合而成，变速齿轮组与输出混合动力的一皮带相接，并将动力传递至轮胎；所述二传动带的另一端分别套设在引擎动力传输装置与变速齿轮组的V型槽中；

二单向组件，分别设在电动机输出轴与固定斜面圆盘间以及引擎输出轴与离合器之间，其由一内环与一外环组成。

2、根据权利要求1所述的无级变速车，其特征在于，所述电动机动力传输装置与引擎动力传输装置对向装设在同一轴体的二侧，以传动带将动力传至一枢轴，枢轴二端的二固定斜面圆盘与套设在枢轴中段的一可动双斜面圆盘以二道V型槽的对应，将动力由混合动力传输传动带传至变速齿轮组的V型槽中。

3、根据权利要求1所述的无级变速车，其特征在于，所述传动装置为钢带装置，所述传动带为钢带。

4、根据权利要求1所述的无级变速车，其特征在于，所述传动装置为皮带装置，所述传动带为皮带。

5、根据权利要求1所述的无级变速车，其特征在于，所述传动装置为链条装置，所述传动带为链条。

6、根据权利要求1所述的无级变速车，其特征在于，所述传动装置为齿轮装置。

7、根据权利要求1所述的无级变速车，其特征在于，所述单向组件为单向轴承。

8、根据权利要求1所述的无级变速车，其特征在于，所述内轴管与外轴管间设置对应配合的螺纹。

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