CN112498564B - 中置式传动传感变速电驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中置式传动传感变速电驱动系统，包括动力机构、变速传动机构、传动传感机构、主轴以及同步转动地套装在主轴上的动力输出套，所述传动传感机构位于动力输出套的一侧，所述动力机构和变速传动机构位于动力输出套的另一侧；其中，所述变速传动机构包括换挡减速组件以及均套装在主轴上的换挡同步器、超越离合器和动力输入元件。采用以上技术方案，能够根据实时功率情况进行自动换挡的功能，使电动两轮车能够根据阻力情况，自适应匹配实际行驶工况与电机工况，不仅使电动两轮车具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机能够始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗。

Description

中置式传动传感变速电驱动系统

技术领域

本发明涉及交通工具电驱动系统技术领域，具体涉及一种中置式传动传感变速电驱动系统。

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。

因此，申请人曾设计了一种采用中置式结构的电驱动系统，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，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。

但是，现有的中置式电驱动系统总成不具备换挡功能，不能根据阻力情况，自适应匹配电动两轮车的实际行驶工况与电机工况，为了保证普通路况的性能和能耗，导致电动两轮车不具备强大的爬坡和重载能力，使电动两轮车在爬坡和重载能力时，电机不处于高效平台上，从而电机不仅效率低下，而且能耗过高。

发明内容

为解决以上的技术问题，本发明提供了一种中置式传动传感变速电驱动系统。

其技术方案如下：

一种中置式传动传感变速电驱动系统，包括动力机构、变速传动机构、传动传感机构、主轴以及同步转动地套装在主轴上的动力输出套，其要点在于：所述传动传感机构位于动力输出套的一侧，所述动力机构和变速传动机构位于动力输出套的另一侧；

所述变速传动机构包括换挡减速组件以及均套装在主轴上的换挡同步器、超越离合器和动力输入元件，所述超越离合器和动力输入元件分别位于换挡同步器的两侧，所述动力输入元件能够相对主轴转动，所述超越离合器的内心轮与主轴同步转动，所述换挡同步器能够在换挡拨叉的作用下与动力输入元件结合或分离；

当换挡同步器与动力输入元件结合时，超越离合器处于超越状态，动力机构输出的动力依次经动力输入元件和换挡同步器传递给主轴；当换挡同步器与动力输入元件分离时，超越离合器处于结合状态，动力机构输出的动力依次经动力输入元件、换挡减速组件和超越离合器传递给主轴。

作为优选：所述换挡同步器包括与动力输入元件同步转动的高速挡结合套、同步转动地套装在主轴上的同步器花键毂以及同步转动地套装在同步器花键毂上的同步器结合套，所述同步器花键毂靠近高速挡结合套的一侧设置有沿径向向外依次套设的高速挡摩擦内片、高速挡摩擦外片和高速挡同步环，所述同步器花键毂的外周上设置有若干与同步器结合套同步滑动的同步器滑块，所述换挡拨叉能够带动同步器结合套轴向滑动；

当同步器结合套朝高速挡结合套滑动时，同步器滑块能够驱使高速挡同步环带动高速挡摩擦外片将高速挡摩擦内片压紧在高速挡结合套上，以使同步器结合套与高速挡结合套在同步转动后结合。

采用以上结构，能够稳定可靠地在高速挡和低速挡之间切换，不会发生换挡卡滞和难以进挡的情况。

作为优选：所述高速挡摩擦外片的两侧表面分别与高速挡摩擦内片和高速挡同步环斜面配合。采用以上结构，能够更加稳定、可靠且快速地使同步器结合套与高速挡结合套实现同步转动。

作为优选：所述高速挡摩擦外片包括一体成型的安装部和斜面配合部，所述安装部为圆环形的片状结构，并套装在同步器花键毂上，所述斜面配合部为自安装部外缘向外倾斜延伸的圆筒形结构，其直径朝着远离安装部的方向逐渐增大，且斜面配合部的两侧面分别与高速挡摩擦内片和高速挡同步环对应的斜面配合。采用以上结构，兼顾了安装的可靠性和摩擦斜面配合的可靠性。

作为优选：所述同步器花键毂靠近高速挡结合套的一侧端面凹陷成型有摩擦结构安装腔，所述高速挡摩擦外片、高速挡摩擦内片和高速挡同步环均部分位于摩擦结构安装腔中。采用以上结构，提高摩擦配合相关零部件安装的可靠性。

作为优选：所述动力机构包括电机和输入减速组件，所述输入减速组件包括通过联轴套与电机的电机轴同轴转动的第一齿轮轴、与第一齿轮轴平行的第二齿轮轴以及同步转动地套装在第二齿轮轴上的减速一级从动齿轮，所述第一齿轮轴上具有与减速一级从动齿轮啮合的减速一级主动齿，所述第二齿轮轴上具有减速二级主动齿，所述动力输入元件上具有与减速二级主动齿啮合的减速二级从动齿。采用以上结构，能够稳定可靠地进行减速传动。

作为优选：所述换挡减速组件包括与主轴平行的副轴以及同步转动地套装在副轴的低速一级从动齿轮，所述动力输入元件上具有与低速一级从动齿轮啮合的低速一级主动齿，所述副轴上具有低速二级主动齿，所述超越离合器的外圈上具有与低速二级主动齿啮合的低速二级从动齿。采用以上结构，能够稳定可靠地进行减速传动。

作为优选：沿所述各内心轮外周分布的滚动体由交替设置的粗滚动体和细滚动体组成，在所述内心轮的外周面上设置有两个相对的保持架，在每个保持架的内壁上均开设有一圈环形槽，各个细滚动体的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽中。采用以上结构，使各个细滚动体能够随动，提高了整体的稳定性和可靠性，增加了使用寿命。

作为优选：所述传动传感机构包括可转动地套装在主轴上的传动传感安装套、套装在传动传感安装套上的传动传感凸轮套、用于驱使传动传感凸轮套靠近动力输出套的弹性复位元件以及用于检测实时功率的检测装置，所述传动传感凸轮套与传动传感安装套之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感安装套轴向滑动，所述动力输出套与传动传感凸轮套相互靠近的一端端面均为凸轮型面，以共同构成端面凸轮配合。采用以上结构，能够准确监测实时功率，简单可靠。

作为优选：所述检测装置包括均设置在传动传感凸轮套上的转速检测永磁体和位移检测永磁体以及均设置在传动传感箱体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件，所述转速检测霍尔元件与转速检测永磁体相适配，所述位移检测霍尔元件与位移检测永磁体相适配。采用以上结构，能够通过检测传动传感凸轮套的转速和位移获悉实时功率，抗干扰能力强，成本低廉，简单可靠。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

采用以上技术方案的中置式传动传感变速电驱动系统，结构新颖，设计巧妙，若传感传动机构测得的实时功率大于设定的功率目标，换挡同步器处于结合状态，电驱动系统处于高速挡；若传感传动机构测得的实时功率小于设定的功率目标，换挡同步器处于断开状态，电驱动系统处于低速挡；通过以上方式，不仅具备中置式结构的优势，而且能够根据实时功率情况进行自动换挡的功能，使电动两轮车能够根据阻力情况，自适应匹配实际行驶工况与电机工况，不仅使电动两轮车具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机能够始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为动力机构、变速传动机构和主轴的配合关系示意图；

图3为传动传感机构、主轴和动力输出套的配合关系示意图；

图4为换挡同步器的结构示意图；

图5为超越离合器的结构示意图。

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，一种中置式传动传感变速电驱动系统，其主要包括动力机构、变速传动机构、传动传感机构、主轴1以及同步转动地套装在主轴1上的动力输出套2，传动传感机构位于动力输出套2的一侧，动力机构和变速传动机构位于动力输出套2的另一侧，构成中置式结构布置，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，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。

请参见图1和图2，变速传动机构包括换挡减速组件以及均套装在主轴1上的换挡同步器4、超越离合器9和动力输入元件3，超越离合器9和动力输入元件3分别位于换挡同步器4的两侧，动力输入元件3能够相对主轴1转动，超越离合器9的内心轮9c与主轴1同步转动，换挡同步器4能够在换挡拨叉的作用下与动力输入元件3结合或分离。

当换挡同步器4与动力输入元件3结合时，超越离合器9处于超越状态，动力机构输出的动力依次经动力输入元件3和换挡同步器4传递给主轴1，最终由动力输出套2输出；当换挡同步器4与动力输入元件3分离时，超越离合器9处于结合状态，动力机构输出的动力依次经动力输入元件3、换挡减速组件和超越离合器9传递给主轴1，最终由动力输出套2输出。

请参见图2和图4，换挡同步器4包括与动力输入元件3同步转动的高速挡结合套4a、同步转动地套装在主轴1上的同步器花键毂4c以及同步转动地套装在同步器花键毂4c上的同步器结合套4d，同步器花键毂4c靠近高速挡结合套4a的一侧设置有沿径向向外依次套设的高速挡摩擦内片4k、高速挡摩擦外片4e和高速挡同步环4f，同步器花键毂4c的外周上设置有若干与同步器结合套4d同步滑动的同步器滑块4j，换挡拨叉能够带动同步器结合套4d轴向滑动。

当同步器结合套4d朝高速挡结合套4a滑动时，同步器滑块4j能够驱使高速挡同步环4f带动高速挡摩擦外片4e将高速挡摩擦内片4k压紧在高速挡结合套4a上，以使同步器结合套4d与高速挡结合套4a在同步转动后结合，处于高速挡。当同步器结合套4d反向滑动，使同步器结合套4d与高速挡结合套4a分离(不同步转动)时，处于低速挡。

高速挡摩擦外片4e的两侧表面分别与高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f斜面配合。具体地说，高速挡摩擦外片4e包括一体成型的安装部和斜面配合部，安装部为圆环形的片状结构，并套装在同步器花键毂4c上，斜面配合部为自安装部外缘向外倾斜延伸的圆筒形结构，其直径朝着远离安装部的方向逐渐增大，且斜面配合部的两侧面分别与高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f对应的斜面配合。

进一步地，高速挡摩擦外片4e包括一体成型的安装部和斜面配合部，安装部为圆环形的片状结构，并套装在同步器花键毂4c上，斜面配合部为自安装部外缘向外倾斜延伸的圆筒形结构，其直径朝着远离安装部的方向逐渐增大，且斜面配合部的两侧面分别与高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f对应的斜面配合。

同步器花键毂4c靠近高速挡结合套4a的一侧端面凹陷成型有摩擦结构安装腔4c1，高速挡摩擦外片4e、高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f均部分位于摩擦结构安装腔4c1中。

请参见图1和图2，动力机构包括电机7和输入减速组件，输入减速组件包括通过联轴套8与电机7的电机轴7a同轴转动的第一齿轮轴10、与第一齿轮轴10平行的第二齿轮轴11以及同步转动地套装在第二齿轮轴11上的减速一级从动齿轮12，第一齿轮轴10上具有与减速一级从动齿轮12啮合的减速一级主动齿10a，第二齿轮轴11上具有减速二级主动齿11a，动力输入元件3上具有与减速二级主动齿11a啮合的减速二级从动齿3a。其中，第一齿轮轴10与电机轴7a均插入联轴套8中，并均与联轴套8花键配合，简单可靠，易于装配。

请参见图1和图2，换挡减速组件包括与主轴1平行的副轴5以及同步转动地套装在副轴5的低速一级从动齿轮6，动力输入元件3上具有与低速一级从动齿轮6啮合的低速一级主动齿3b，副轴5上具有低速二级主动齿5a，超越离合器9的外圈9a上具有与低速二级主动齿5a啮合的低速二级从动齿9b。

其中，动力输入元件3的中心位置为动力输入套3c，减速二级从动齿3a和低速一级主动齿3b均成型在动力输入套3c上，以构成双联齿轮结构，并且，高速挡结合套4a同步转动地套装在动力输入套3c上，具体地说，高速挡结合套4a与动力输入套3c花键配合，简单可靠。

请参见图2和图5，沿各内心轮9c外周分布的滚动体由交替设置的粗滚动体9d和细滚动体9e组成，在内心轮9c的外周面上设置有两个相对的保持架9f，在每个保持架9f的内壁上均开设有一圈环形槽9f1，各个细滚动体9e的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽9f1中。

内心轮9c的外周上设置有与粗滚动体9d相适应的外齿9c1，内心轮9c的内花键齿数为外齿9c1齿数的两倍。便于安装和调试，以解决各个内圈不同步的问题。

外齿9c1包括顶弧段9c12以及分别位于顶弧段9c12两侧的短边段9c11和长边段9c13，短边段9c11为向内凹陷的弧形结构，长边段9c13为向外凸出的弧形结构，短边段9c11的曲率小于长边段9c13的曲率。采用以上结构，能够保证单向传动功能的稳定性和可靠性。

请参见图1和图3，传动传感机构包括可转动地套装在主轴1上的传动传感安装套13、套装在传动传感安装套13上的传动传感凸轮套14、用于驱使传动传感凸轮套14靠近动力输出套2的弹性复位元件18以及用于检测实时功率的检测装置，传动传感凸轮套14与传动传感安装套13之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感安装套13轴向滑动，动力输出套2与传动传感凸轮套14相互靠近的一端端面均为凸轮型面，以共同构成端面凸轮配合。传动传感安装套13的外壁上具有外螺旋滚道，在外螺旋滚道中设置有若干滚珠，传动传感凸轮套14的内壁上具有与外螺旋滚道相适应的内螺旋滚道，各滚珠能够在外螺旋滚道和内螺旋滚道中滚动，以保证轴向滑动的稳定性。

检测装置包括均设置在传动传感凸轮套14上的转速检测永磁体15和位移检测永磁体16以及均设置在传动传感箱体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件，转速检测霍尔元件与转速检测永磁体15相适配，位移检测霍尔元件与位移检测永磁体16相适配。通过采集到的转速和位移数据，能够计算得到实时功率。

并且，为了保证动力输出套2进行动力输出的稳定性，动力输出套2与主轴1花键配合，并与传动传感安装套13之间设置有滚针轴承17。

高速挡传动路线：电机7→联轴套8→第一齿轮轴10→减速一级从动齿轮12→第二齿轮轴11→动力输入元件3→换挡同步器4→主轴1→输出套2。

低速挡传动路线：电机7→联轴套8→第一齿轮轴10→减速一级从动齿轮12→第二齿轮轴11→动力输入元件3→低速一级从动齿轮6→副轴5→超越离合器9→主轴1→输出套2。

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 (5)

1.一种中置式传动传感变速电驱动系统，包括动力机构、变速传动机构、传动传感机构、主轴（1）以及同步转动地套装在主轴（1）上的动力输出套（2），其特征在于：所述传动传感机构位于动力输出套（2）的一侧，所述动力机构和变速传动机构位于动力输出套（2）的另一侧；

所述变速传动机构包括换挡减速组件以及均套装在主轴（1）上的换挡同步器（4）、超越离合器（9）和动力输入元件（3），所述超越离合器（9）和动力输入元件（3）分别位于换挡同步器（4）的两侧，所述动力输入元件（3）能够相对主轴（1）转动，所述超越离合器（9）的内心轮（9c）与主轴（1）同步转动，所述换挡同步器（4）能够在换挡拨叉的作用下与动力输入元件（3）结合或分离；

当换挡同步器（4）与动力输入元件（3）结合时，超越离合器（9）处于超越状态，动力机构输出的动力依次经动力输入元件（3）和换挡同步器（4）传递给主轴（1）；当换挡同步器（4）与动力输入元件（3）分离时，超越离合器（9）处于结合状态，动力机构输出的动力依次经动力输入元件（3）、换挡减速组件和超越离合器（9）传递给主轴（1）；

所述换挡同步器（4）包括与动力输入元件（3）同步转动的高速挡结合套（4a）、同步转动地套装在主轴（1）上的同步器花键毂（4c）以及同步转动地套装在同步器花键毂（4c）上的同步器结合套（4d），所述同步器花键毂（4c）靠近高速挡结合套（4a）的一侧设置有沿径向向外依次套设的高速挡摩擦内片（4k）、高速挡摩擦外片（4e）和高速挡同步环（4f），所述同步器花键毂（4c）的外周上设置有若干与同步器结合套（4d）同步滑动的同步器滑块（4j），所述换挡拨叉能够带动同步器结合套（4d）轴向滑动；

当同步器结合套（4d）朝高速挡结合套（4a）滑动时，同步器滑块（4j）能够驱使高速挡同步环（4f）带动高速挡摩擦外片（4e）将高速挡摩擦内片（4k）压紧在高速挡结合套（4a）上，以使同步器结合套（4d）与高速挡结合套（4a）在同步转动后结合；

所述高速挡摩擦外片（4e）的两侧表面分别与高速挡摩擦内片（4k）和高速挡同步环（4f）斜面配合；

所述高速挡摩擦外片（4e）包括一体成型的安装部和斜面配合部，所述安装部为圆环形的片状结构，并套装在同步器花键毂（4c）上，所述斜面配合部为自安装部外缘向外倾斜延伸的圆筒形结构，其直径朝着远离安装部的方向逐渐增大，且斜面配合部的两侧面分别与高速挡摩擦内片（4k）和高速挡同步环（4f）对应的斜面配合；

所述同步器花键毂（4c）靠近高速挡结合套（4a）的一侧端面凹陷成型有摩擦结构安装腔（4c1），所述高速挡摩擦外片（4e）、高速挡摩擦内片（4k）和高速挡同步环（4f）均部分位于摩擦结构安装腔（4c1）中；

所述传动传感机构包括可转动地套装在主轴（1）上的传动传感安装套（13）、套装在传动传感安装套（13）上的传动传感凸轮套（14）、用于驱使传动传感凸轮套（14）靠近动力输出套（2）的弹性复位元件（18）以及用于检测实时功率的检测装置，所述传动传感凸轮套（14）与传动传感安装套（13）之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感安装套（13）轴向滑动，所述动力输出套（2）与传动传感凸轮套（14）相互靠近的一端端面均为凸轮型面，以共同构成端面凸轮配合。

2.根据权利要求1所述的中置式传动传感变速电驱动系统，其特征在于：所述动力机构包括电机（7）和输入减速组件，所述输入减速组件包括通过联轴套（8）与电机（7）的电机轴（7a）同轴转动的第一齿轮轴（10）、与第一齿轮轴（10）平行的第二齿轮轴（11）以及同步转动地套装在第二齿轮轴（11）上的减速一级从动齿轮（12），所述第一齿轮轴（10）上具有与减速一级从动齿轮（12）啮合的减速一级主动齿（10a），所述第二齿轮轴（11）上具有减速二级主动齿（11a），所述动力输入元件（3）上具有与减速二级主动齿（11a）啮合的减速二级从动齿（3a）。

3.根据权利要求1所述的中置式传动传感变速电驱动系统，其特征在于：所述换挡减速组件包括与主轴（1）平行的副轴（5）以及同步转动地套装在副轴（5）的低速一级从动齿轮（6），所述动力输入元件（3）上具有与低速一级从动齿轮（6）啮合的低速一级主动齿（3b），所述副轴（5）上具有低速二级主动齿（5a），所述超越离合器（9）的外圈（9a）上具有与低速二级主动齿（5a）啮合的低速二级从动齿（9b）。

4.根据权利要求3所述的中置式传动传感变速电驱动系统，其特征在于：沿所述内心轮（9c）外周分布的滚动体由交替设置的粗滚动体（9d）和细滚动体（9e）组成，在所述内心轮（9c）的外周面上设置有两个相对的保持架（9f），在每个保持架（9f）的内壁上均开设有一圈环形槽（9f1），各个细滚动体（9e）的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽（9f1）中。

5.根据权利要求1所述的中置式传动传感变速电驱动系统，其特征在于：所述检测装置包括均设置在传动传感凸轮套（14）上的转速检测永磁体（15）和位移检测永磁体（16）以及均设置在传动传感箱体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件，所述转速检测霍尔元件与转速检测永磁体（15）相适配，所述位移检测霍尔元件与位移检测永磁体（16）相适配。