CN111055677A - 带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，包括转动输出部件和传动轴，在传动轴上安装有动力系统和变速系统，动力系统和变速系统分别位于转动输出部件的两侧；动力系统包括电机和动力系统箱体；变速系统包括在传动轴、变速机构和变速系统箱体，变速机构包括变速输入组件、传动传感组件和变速输出组件。采用以上技术方案，兼具了轮毂电机和侧挂式结构的优势，弥补了轮毂电机和侧挂式结构的不足，尤其适用于两轮车；同时能够对电机的转速和扭矩进行适应性的调节，使电机处于高转速、高效率的工作状态，不仅能耗低，而且提高了电机的稳定性、可靠性和使用寿命。

Description

带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成
技术领域
本发明涉及电驱动系统技术领域，具体涉及一种带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成。
背景技术
随着环保法规的日益严苛，以纯电为动力的汽车、两轮车、三轮车为代表的新能源交通工具取代传统燃油交通工具已经是大势所趋。现有的两轮电动车普遍采用轮毂电机和电机侧挂式结构。
轮毂电机采用低速直流电机直接驱动，不仅效率相对较低，发热量大，还由于电机体积大、重量重，打破了车轮结构原有的平衡，对操控性能及安全性方面会有一定影响。
侧挂式结构将电机和变速系统(变速箱或减速器)置于驱动轮的同一侧，尽管可以采用高速电机以提高机械效率，但变速机构与电机的重量较重，导致车轮的平衡性不佳，尤其对于两轮车的影响更为明显。
并且，现有的自动变速器不能实时检测阻力矩，造成电机往往需要在低效率、低转速、高扭矩情况下工作，而不能根据实际情况对电机的转速和扭矩进行适应性的调节，容易引起电机的意外损坏，增加维修和更换成本，同时也会直接影响到电池的续航里程。
解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供了一种带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成。
其技术方案如下：
一种带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，包括转动输出部件以及穿设在转动输出部件上的传动轴，其要点在于：在所述传动轴上安装有动力系统和变速系统，所述动力系统和变速系统分别位于转动输出部件的两侧；
所述动力系统包括套装在传动轴上、并用于带动传动轴转动的电机以及包在电机以外的动力系统箱体；
所述变速系统包括在传动轴和转动输出部件之间变速传动的变速机构以及包在变速机构以外的变速系统箱体，所述变速机构包括变速输入组件、传动传感组件和变速输出组件，该传动传感组件包括可转动地套装在中间轴上的传感输入齿轮、可轴向滑动地套装在中间轴上的传动传感凸轮套以及用于检测传动传感凸轮套位移的位移检测装置，所述变速输入组件将动力传递给传感输入齿轮，所述中间轴将动力传递给变速输出组件，所述传动传感凸轮套能够在中间轴的带动下同步转动，所述传感输入齿轮与传动传感凸轮套的对应端面通过端面凸轮副传动配合，并能够驱使传动传感凸轮套远离传感输入齿轮，所述传动传感凸轮套通过弹性复位元件安装在中间轴上，能够驱使传动传感凸轮套靠近传感输入齿轮。
采用以上结构，利用全新设计的中央驱动式结构，动力系统和变速系统相对对称地设置在转动输出部件的两侧，不仅能够很好地保证转动输出部件的平衡性，克服传统侧挂式结构导致平衡性不佳的问题，尤其适用于两轮车，而且能够采用高速电机，相对于传统轮毂电机具有更高的机械效率，更小的发热量，更佳的散热能力和更轻的重量；
传感输入齿轮与传动传感凸轮套通过端面凸轮副传动配合，传动传感凸轮套能够根据变速输出组件传递来的阻力矩自适应地前进或者后退，当阻力矩增大时，传动传感凸轮套压缩弹性复位元件，当阻力矩减小时，弹性复位元件迫使传动传感凸轮套反方向滑动，从而能够通过位移检测装置检测传动传感凸轮套的位移信息准确地反演得到阻力矩的大小，因此，能够对电机的转速和扭矩进行适应性的调节，使电机处于高转速、高效率的工作状态，不仅能耗低，而且提高了电机的稳定性、可靠性和使用寿命。
作为优选：所述变速输入组件包括固套在传动轴上的动力输入齿轮，该动力输入齿轮与传感输入齿轮啮合，所述变速输出组件包括可转动地套装在传动轴上的轮毂驱动套以及固套在轮毂驱动套上的动力输出齿轮，所述中间轴上具有与动力输出齿轮啮合的传感输出齿。采用以上结构，能够在实时检测扭矩的同时进行减速传动。
作为优选：所述轮毂驱动套和一级主动齿轮之间设置有推力球轴承。采用以上结构，保证了轮毂驱动套和一级主动齿轮安装的可靠性。
作为优选：所述位移检测装置包括通过封磁套安装在传动传感凸轮套上的磁感应元件以及设置在变速系统箱体上、用于检测磁感应元件位移的位移传感器。采用以上结构，通过位移传感器和磁感应元件的配合，能够精确测量传动传感凸轮套的位移信息，同时利用封磁套能够克服外界干扰，保证了测量的准确性。
作为优选：所述电机和动力系统箱体通过动力系统锁定部件固定在传动轴上，所述变速机构和变速系统箱体通过变速系统锁定部件固定在传动轴上。采用以上结构，简单可靠，易于拆装。
作为优选：所述动力系统锁定部件和变速系统锁定部件均为半月键，所述传动轴上具有与对应半月键相适应的半月键安装槽。采用以上结构，简单可靠，成本低廉。
作为优选：所述动力系统箱体包括用于容置电机的动力箱底座以及能够盖合在动力箱底座上的动力箱箱盖，所述变速系统箱体包括用于容置变速机构的变速箱底座以及盖合在变速箱底座上的变速箱箱盖；
所述动力箱底座和电机依次装在传动轴上后，先通过动力系统锁定部件进行锁定，然后将动力箱箱盖盖合在动力箱底座上，再将传动轴第一端盖盖合在动力箱箱盖上；
所述变速箱底座、变速机构和变速箱箱盖依次装在传动轴上后，先通过变速系统锁定部件进行锁定，再将传动轴第二端盖盖合在变速箱箱盖上。
采用以上结构，简单可靠，易于拆装。
作为优选：还包括平叉，该平叉的两根主管分别与动力箱底座和变速箱底座固定连接。采用以上结构，整体结构稳定可靠，尽可能避免对电机和变速机构的影响。
作为优选：所述传动轴上安装有编码器，该编码器位于传动轴第一端盖和动力箱箱盖之间。采用以上结构，能够将电机和传动轴的转速转化成信号形式进行反馈。
作为优选：所述电机的电机轴为空心轴套结构，该电机轴套装在传动轴上，并与传动轴花键配合。采用以上结构，保证了电机轴与传动轴的同轴度，能够承受更大的扭矩，结构稳定可靠。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
采用以上技术方案的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，结构新颖，设计巧妙，易于实现，通过全新设计的中央驱动式结构，兼具了轮毂电机和侧挂式结构的优势，弥补了轮毂电机和侧挂式结构的不足，尤其适用于两轮车，不仅能够很好地保证转动输出部件的平衡性，而且具有极高的机械效率，较小的发热量，更佳的散热能力和更轻的重量；同时通过设置传动传感组件，能够对电机的转速和扭矩进行适应性的调节，使电机处于高转速、高效率的工作状态，不仅能耗低，而且提高了电机的稳定性、可靠性和使用寿命。
附图说明
图1为本发明的剖视图；
图2为电机、传动轴与变速机构的配合关系示意图；
图3为本发明的结构示意图；
图4为组合式车轮的结构示意图；
图5为组合式车轮的剖视图；
图6为轮毂支架其中一个视角的示意图；
图7为轮毂支架另外一个视角的示意图；
图8为轮毂其中一个视角的示意图；
图9为轮毂另外一个视角的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其主要包括转动输出部件1以及穿设在转动输出部件1上的传动轴2，在所述传动轴2上安装有动力系统和变速系统，所述动力系统和变速系统分别位于转动输出部件1的两侧，所述动力系统通过传动轴2将动力传递给变速系统，再由变速系统驱动转动输出部件1，输出动力。
通过全新设计的中央驱动式结构，兼具了轮毂电机和侧挂式结构的优势，弥补了轮毂电机和侧挂式结构的不足，尤其适用于两轮车，不仅能够很好地保证转动输出部件的平衡性，而且具有极高的机械效率，较小的发热量，更佳的散热能力和更轻的重量。
本实施例中，转动输出部件1为组合式车轮。请参见图4和图5，所述组合式车轮包括从内到外同轴依次设置的轮毂支架1a、轮毂1b和轮胎1c。变速系统驱动轮毂支架1a，以驱使组合式车轮转动。所述轮毂1b为中空结构，该轮毂1b可拆卸地安装在轮毂支架1a上。所述轮胎1c套装在轮毂1b上。
请参见图4-图9，所述轮毂支架1a的外圈具有轮毂安装环1a1，所述轮毂1b的内圈具有与轮毂安装环1a1相适应的轮毂安装圈1b1，所述轮毂安装圈1b1能够通过若干螺栓1d可拆卸地固定在轮毂安装环1a1上。中央驱动式电驱动系统总成的动力系统和变速系统分别安装在轮毂支架1a的两侧，当需要更换或修补轮胎1c时，只需要取下全部螺栓1d(无需拆卸动力系统和变速系统)，就可以把轮毂1b和轮胎1c一同取下，和传统的方式完全相同，从而能够实现快速换胎，提高了中央驱动式电驱动系统总成维护保养的便利性。
请参见图6和图7，所述轮毂支架1a还包括同轴设置在轮毂安装环1a1中的动力输入盘1a2，所述轮毂安装环1a1和动力输入盘1a2之间通过若干支架连接筋1a3连接，结构强度高，稳定可靠，重量较轻，能够实现减重的目的。
所述动力输入盘1a2的中心位置具有驱动轴孔1a21，该驱动轴孔1a21的孔壁为花键结构，能够稳定可靠地进行动力传递。
所述动力输入盘1a2的一侧内凹形成有凹腔1a22，该凹腔1a22的中心位置设置有动力输入轴套1a23，该动力输入轴套1a23的轴孔为所述驱动轴孔1a21。动力输入轴套1a23基本隐藏在凹腔1a22中，提升整体的外观。
在所述凹腔1a22中设置有若干加强筋1a24，各根加强筋1a24沿周向分布在动力输入轴套1a23周围，且各根加强筋1a24的两端分别与凹腔1a22的腔壁和动力输入轴套1a23的外壁连接，能够大幅提高动力输入盘1a2和动力输入轴套1a23的结构强度。所述动力输入盘1a2与凹腔1a22相对的一侧盘面凸出形成有一圈圆环形的凸缘1a25，该凸缘1a25的外周面上设置有若干加强凸块1a26，能够保证凸缘1a25的结构强度。
请参见图8和图9，所述轮毂1b还包括同轴设置在轮毂安装圈1b1外的轮胎安装圈1b2，所述轮胎安装圈1b2和轮毂安装圈1b1之间通过若干轮毂连接筋1b3连接，结构强度高，稳定可靠，重量较轻，能够实现减重的目的。并且，轮毂连接筋1b3的一侧表面具有减重凹槽1b31，在保证结构强度的前提下，实现减重功能。所述轮毂安装圈1b1安装轮毂安装环1a1的一侧表面具有与轮毂安装环1a1相适应的安装沉台1b11，安装沉台1b11既能够对轮毂安装环1a1定位，提高装配效率，又能够提高轮毂支架1a和轮毂1b连接的可靠性。
进一步地，为了提高轮毂支架1a和轮毂1b的可靠性，所述轮毂支架1a和轮毂1b均为一体成型。
请参见图1和图2，所述动力系统包括套装在传动轴2上、并用于带动传动轴2转动的电机3以及包在电机3以外的动力系统箱体4，所述电机3和动力系统箱体4通过动力系统锁定部件6固定在传动轴2上。所述变速系统包括在传动轴2和组合式车轮之间变速传动的变速机构以及包在变速机构以外的变速系统箱体5，所述变速机构和变速系统箱体5通过变速系统锁定部件7固定在传动轴2上。需要指出的是，动力系统箱体4和变速系统箱体5的箱体大小均小于轮毂安装圈1b1的内圈大小，以便于轮毂支架1a和轮毂1b向左拆卸，又能够向右拆卸，灵活性高，适用于不同情况。
请参见图1，所述动力系统箱体4包括用于容置电机3的动力箱底座4a以及能够盖合在动力箱底座4a上的动力箱箱盖4b，所述变速系统箱体5包括用于容置变速机构的变速箱底座5a以及盖合在变速箱底座5a上的变速箱箱盖5b。所述动力箱底座4a和电机3依次装在传动轴2上后，先通过动力系统锁定部件6进行锁定，然后将动力箱箱盖4b盖合在动力箱底座4a上，再将传动轴第一端盖4c盖合在动力箱箱盖4b上。所述变速箱底座5a、变速机构和变速箱箱盖5b依次装在传动轴2上后，先通过变速系统锁定部件7进行锁定，再将传动轴第二端盖5c盖合在变速箱箱盖5b上。
请参见图1和图2，所述动力系统锁定部件6和变速系统锁定部件7均为半月键，所述传动轴2上具有与对应半月键相适应的半月键安装槽。
请参见图1和图3，中央驱动式电驱动系统总成还包括平叉8，该平叉8的两根主管分别与动力箱底座4a和变速箱底座5a固定连接。当需要更换轮胎1c时，先将平叉8与其它部件分离。
请参见图2，所述变速机构包括变速输入组件、传动传感组件和变速输出组件，该传动传感组件包括可转动地套装在中间轴11上的传感输入齿轮10、可轴向滑动地套装在中间轴11上的传动传感凸轮套16以及用于检测传动传感凸轮套16位移的位移检测装置15，所述变速输入组件将动力传递给传感输入齿轮10，所述中间轴11将动力传递给变速输出组件，所述传动传感凸轮套16能够在中间轴11的带动下同步转动，所述传感输入齿轮10与传动传感凸轮套16的对应端面通过端面凸轮副传动配合，并能够驱使传动传感凸轮套16远离传感输入齿轮10，所述传动传感凸轮套16通过弹性复位元件18安装在中间轴11上，能够驱使传动传感凸轮套16靠近传感输入齿轮10。所述变速输入组件包括固套在传动轴2上的动力输入齿轮9，该动力输入齿轮9与传感输入齿轮10啮合，所述变速输出组件包括可转动地套装在传动轴2上的轮毂驱动套13以及固套在轮毂驱动套13上的动力输出齿轮12，所述中间轴11上具有与动力输出齿轮12啮合的传感输出齿11a。所述轮毂驱动套13能够带动组合式车轮同步转动，所述轮毂驱动套13和动力输入齿轮9之间设置有推力球轴承14。进一步地，所述弹性复位元件18采用碟簧，稳定可靠，使用寿命长。
电机3带动传动轴2转动，传动轴2带动动力输入齿轮9转动，动力输入齿轮9带动传感输入齿轮10转动，传感输入齿轮10带动减速中间轴11转动，传感输出齿11a带动二级从动齿轮12转动，二级从动齿轮12带动轮毂驱动套13转动。
传感输入齿轮10与传动传感凸轮套16通过端面凸轮副传动配合，传动传感凸轮套16能够根据变速输出组件传递来的阻力矩自适应地前进或者后退，当阻力矩增大时，传动传感凸轮16套压缩弹性复位元件18，当阻力矩减小时，弹性复位元件18迫使传动传感凸轮套16反方向滑动，从而能够通过位移检测装置15检测传动传感凸轮套16的位移信息准确地反演得到阻力矩的大小，因此，能够对电机3的转速和扭矩进行适应性的调节，使电机3处于高转速、高效率的工作状态，不仅能耗低，而且提高了电机3的稳定性、可靠性和使用寿命。
进一步地，传动传感凸轮套16与中间轴11之间设置有螺旋滚道，在螺旋滚道中设置有若干滚珠19，能够使传动传感凸轮套16与中间轴11的配合更加稳定可靠。
请参见图2，所述位移检测装置15包括通过封磁套15a安装在传动传感凸轮套16上的磁感应元件15b以及设置在变速系统箱体5上、用于检测磁感应元件15b位移的位移传感器。其中，位移传感器安装在动力系统箱体4上，更加稳定可靠。所述磁感应元件25b采用磁性材料制成，所述封磁套25a采用铝合金材料制成。
请参见图2，所述轮毂驱动套13上具有一级台阶面13a和二级台阶面13b，所述一级台阶面13a的凸出高度高于二级台阶面13b，所述组合式车轮套装在一级台阶面13a上，并与一级台阶面13a花键配合，所述二级从动齿轮12套装在二级台阶面13b上，并与二级台阶面13b花键配合。
所述电机3的电机轴3a为空心轴套结构，该电机轴3a套装在传动轴2上，并与传动轴2花键配合。电机3的转子带动电机轴3a转动，电机轴3a带动传动轴2与其同步转动。
请参见图1和图2，所述传动轴2上安装有编码器17，该编码器17位于传动轴第一端盖4c和动力箱箱盖4b之间，能够将电机3和传动轴2的转速转化成信号形式进行反馈。
请参见图1，所述轮毂驱动套13和动力系统箱体4之间设置有动力箱油封15，所述轮毂驱动套13和变速系统箱体5之间设置有变速箱油封16，以保证动力系统箱体4和变速系统箱体5的密封性，防止发生漏机油的情况。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，包括转动输出部件(1)以及穿设在转动输出部件(1)上的传动轴(2)，其特征在于：在所述传动轴(2)上安装有动力系统和变速系统，所述动力系统和变速系统分别位于转动输出部件(1)的两侧；
所述动力系统包括套装在传动轴(2)上、并用于带动传动轴(2)转动的电机(3)以及包在电机(3)以外的动力系统箱体(4)；
所述变速系统包括在传动轴(2)和转动输出部件(1)之间变速传动的变速机构以及包在变速机构以外的变速系统箱体(5)，所述变速机构包括变速输入组件、传动传感组件和变速输出组件，该传动传感组件包括可转动地套装在中间轴(11)上的传感输入齿轮(10)、可轴向滑动地套装在中间轴(11)上的传动传感凸轮套(16)以及用于检测传动传感凸轮套(16)位移的位移检测装置(15)，所述变速输入组件将动力传递给传感输入齿轮(10)，所述中间轴(11)将动力传递给变速输出组件，所述传动传感凸轮套(16)能够在中间轴(11)的带动下同步转动，所述传感输入齿轮(10)与传动传感凸轮套(16)的对应端面通过端面凸轮副传动配合，并能够驱使传动传感凸轮套(16)远离传感输入齿轮(10)，所述传动传感凸轮套(16)通过弹性复位元件(18)安装在中间轴(11)上，能够驱使传动传感凸轮套(16)靠近传感输入齿轮(10)。
2.根据权利要求1所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：所述变速输入组件包括固套在传动轴(2)上的动力输入齿轮(9)，该动力输入齿轮(9)与传感输入齿轮(10)啮合，所述变速输出组件包括可转动地套装在传动轴(2)上的轮毂驱动套(13)以及固套在轮毂驱动套(13)上的动力输出齿轮(12)，所述中间轴(11)上具有与动力输出齿轮(12)啮合的传感输出齿(11a)。
3.根据权利要求2所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：所述轮毂驱动套(13)和一级主动齿轮(9)之间设置有推力球轴承(14)。
4.根据权利要求1所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：所述位移检测装置(15)包括通过封磁套(15a)安装在传动传感凸轮套(16)上的磁感应元件(15b)以及设置在变速系统箱体(5)上、用于检测磁感应元件(15b)位移的位移传感器。
5.根据权利要求1所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：所述电机(3)和动力系统箱体(4)通过动力系统锁定部件(6)固定在传动轴(2)上，所述变速机构和变速系统箱体(5)通过变速系统锁定部件(7)固定在传动轴(2)上。
6.根据权利要求5所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：所述动力系统锁定部件(6)和变速系统锁定部件(7)均为半月键，所述传动轴(2)上具有与对应半月键相适应的半月键安装槽。
7.根据权利要求1所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：所述动力系统箱体(4)包括用于容置电机(3)的动力箱底座(4a)以及能够盖合在动力箱底座(4a)上的动力箱箱盖(4b)，所述变速系统箱体(5)包括用于容置变速机构的变速箱底座(5a)以及盖合在变速箱底座(5a)上的变速箱箱盖(5b)；
所述动力箱底座(4a)和电机(3)依次装在传动轴(2)上后，先通过动力系统锁定部件(6)进行锁定，然后将动力箱箱盖(4b)盖合在动力箱底座(4a)上，再将传动轴第一端盖(4c)盖合在动力箱箱盖(4b)上；
所述变速箱底座(5a)、变速机构和变速箱箱盖(5b)依次装在传动轴(2)上后，先通过变速系统锁定部件(7)进行锁定，再将传动轴第二端盖(5c)盖合在变速箱箱盖(5b)上。
8.根据权利要求7所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：还包括平叉(8)，该平叉(8)的两根主管分别与动力箱底座(4a)和变速箱底座(5a)固定连接。
9.根据权利要求7所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：所述传动轴(2)上安装有编码器(17)，该编码器(17)位于传动轴第一端盖(4c)和动力箱箱盖(4b)之间。
10.根据权利要求1所述的带有传动传感功能的智慧式中央驱动式电驱动总成，其特征在于：所述电机(3)的电机轴(3a)为空心轴套结构，该电机轴(3a)套装在传动轴(2)上，并与传动轴(2)花键配合。
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