CN214267876U - 一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，包括车轮、电机、以及穿设在车轮上的传动轴，所述电机通过传动传感机构将动力传递给传动轴，所述传动轴上设置有高速挡传动机构、低速挡传动机构和动力输出部件，所述动力输出部件与车轮同步转动，所述电机和传动传感机构位于车轮的一侧，所述高速挡传动机构和低速挡传动机构位于车轮的另一侧。采用以上技术方案，不仅具备中央驱动式结构的优势，而且能够自适应匹配纯电动交通工具的实际行驶工况与电机工况，不仅使其具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机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

一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂

技术领域

本实用新型涉及两轮车电驱动系统技术领域，具体涉及一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂。

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央驱动式结构的电驱动系统总成，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，现有的中央驱动式电驱动系统总成不能根据阻力情况而自动换挡，从而不能根据行驶阻力自适应匹配车速输出扭矩。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。因此，急需设计一款能够解决以上问题的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂。

实用新型内容

为解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂。

其技术方案如下：

一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，包括车轮、电机、以及穿设在车轮上的传动轴，其特征在于：所述电机通过传动传感机构将动力传递给传动轴，所述传动轴上设置有高速挡传动机构、低速挡传动机构和动力输出部件，所述动力输出部件与车轮同步转动，所述电机和传动传感机构位于车轮的一侧，所述高速挡传动机构和低速挡传动机构位于车轮的另一侧；

所述高速挡传动机构包括摩擦离合器和用于对摩擦离合器施加预紧力的弹性元件组，所述摩擦离合器通过螺旋滚道套套装在传动轴上，所述螺旋滚道套与传动轴之间形成螺旋传动副，并能够沿传动轴轴向滑动，所述传动轴能够依次通过螺旋滚道套、摩擦离合器和超越离合器的内心轮将动力传递给与内心轮同步转动的动力输出部件；

所述低速挡传动机构包括副轴传动组件和套装在传动轴上的超越离合器，所述螺旋滚道套能够依次通过副轴传动组件和超越离合器将动力传递给动力输出部件。

采用以上结构，在超越离合器和摩擦离合器的共同配合下，当传动轴承受的载荷不大时，传动轴能够依次通过螺旋滚道套、摩擦离合器和超越离合器的内心轮将动力传递给与内心轮同步转动的动力输出部件，自适应变速系统处于高速挡，能够高效地传递动力，电机处于高转速、高效率的工作状态，能耗低；当两轮车处于启动、爬坡、逆风等低速重载条件时，传动轴的转速小于螺旋滚道套的转速，螺旋滚道套沿传动轴发生轴向位移，摩擦离合器失去预紧力，因而摩擦离合器断开，进入低速挡，传动轴能够依次通过螺旋滚道套、副轴传动组件和超越离合器将动力传递给动力输出部件；自适应变速系统能够自适应匹配纯电动交通工具的实际行驶工况与电机工况，不仅使其具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机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。

作为优选：所述副轴传动组件包括均套装在螺旋滚道套上的弹性元件驱动环和减速一级主动齿轮、与传动轴平行的副轴以及均同步转动地套装在副轴上的减速一级从动齿轮和减速二级主动齿轮，所述减速一级主动齿轮与减速一级从动齿轮啮合，所述弹性元件驱动环与螺旋滚道套同步转动，且弹性元件驱动环与减速一级主动齿轮相互靠近的一端凸轮型面配合，形成端面凸轮传动副，所述超越离合器的外圈上设置有与减速二级主动齿轮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：所述超越离合器还包括设置在外圈与内心轮之间的滚动体，所述内心轮包括一体成型的内心轮主体和内心轮输入套，所述摩擦离合器的从动摩擦盘同步转动地套装在内心轮输入套上，所述内心轮主体与动力输出部件同步转动。采用以上结构，不仅能够减少一个零部件，降低成本，而且设计巧妙，提高了零部件之间配合的稳定性和可靠性。

作为优选：所述动力输出部件穿设在车轮的轮毂中，并与轮毂花键配合，该动力输出部件与内心轮主体相互靠近的一端端面齿槽配合。采用以上结构，配合简单可靠，易于加工成型和装配。

作为优选：所述摩擦离合器还包括与从动摩擦盘同步转动的从动盘支撑套，所述从动摩擦盘与从动盘支撑套相互远离的一端均设置有轴承。采用以上结构，能够对从动摩擦盘进行可靠地定位支撑，提高摩擦离合器的稳定性和可靠性。

作为优选：所述从动摩擦盘的外周面上设置有车速检测永磁体换挡机构的外壳体上设置有与车速检测永磁体相适应的车速检测霍尔元件。采用以上结构，能够在传动的同时准确监测实时车速，简单可靠，抗干扰能力强，成本低廉。

作为优选：所述传动传感机构包括与传动轴和电机的电机轴均平行的传动传感轴、均套装在传动传感轴上的传动一级从动齿轮和传动传感凸轮套、用于驱使传动传感凸轮套靠近传动一级从动齿轮的弹性复位元件、同步转动地套装在电机轴上的传动一级主动齿轮、同步转动地套装在传动轴上的传动二级从动齿轮以及用于检测实时功率的检测装置，所述传动一级主动齿轮与传动一级从动齿轮啮合，所述传动传感轴上具有与传动二级从动齿轮啮合的传动二级主动齿，所述传动传感凸轮套与传动传感轴之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感轴轴向滑动。采用以上结构，能够在传动的同时准确监测实时功率，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外壳体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件。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。

作为优选：所述超越离合器还包括设置在外圈与内心轮之间的滚动体，沿内心轮外周分布的所述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：所述内心轮的外周上这是有与粗滚动体相适应的外齿，所述外齿包括顶弧段以及分别位于顶弧段两侧的短边段和长边段，所述短边段为向内凹陷的弧形结构，所述长边段为向外凸出的弧形结构，所述短边段的曲率小于长边段的曲率。采用以上结构，能够保证单向传动功能的稳定性和可靠性。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

采用以上技术方案的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，结构新颖，设计巧妙，易于实现，不仅具备中央驱动式结构的优势，而且能够自适应匹配纯电动交通工具的实际行驶工况与电机工况，不仅使其具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机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为本实用新型的结构示意图；

图2为传动传感机构的主要结构示意图；

图3为超越离合器的结构示意图；

图4为超越离合器的剖视图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其主要包括车轮1、电机2、以及穿设在车轮1上的传动轴3，电机2通过传动传感机构将动力传递给传动轴3，传动轴3上设置有高速挡传动机构、低速挡传动机构和动力输出部件16，动力输出部件16与车轮1同步转动，电机2和传动传感机构位于车轮1的一侧，高速挡传动机构和低速挡传动机构位于车轮1 的另一侧，构成了中央驱动式结构。

本实施例中，车轮1包括轮毂1a以及设置轮毂1a外周上的轮胎1b，其中，轮毂1a的中心位置具有内花键筒，该内花键筒向两侧凸出，以保证与相关动力部件配合的可靠性。

请参见图1和图2，传动传感机构包括与传动轴3和电机2的电机轴2a 均平行的传动传感轴7、均套装在传动传感轴7上的传动一级从动齿轮8和传动传感凸轮套9、用于驱使传动传感凸轮套9靠近传动一级从动齿轮8的弹性复位元件10、同步转动地套装在电机轴2a上的传动一级主动齿轮11、同步转动地套装在传动轴3上的传动二级从动齿轮12以及用于检测实时功率的检测装置，传动一级主动齿轮11与传动一级从动齿轮8啮合，传动传感轴7上具有与传动二级从动齿轮12啮合的传动二级主动齿7a，传动传感凸轮套9与传动传感轴7之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感轴7轴向滑动。

其中，传动一级从动齿轮8包括一体成型的齿轮部8a和齿轮套8b部，齿轮部8a与传动一级主动齿轮11啮合，齿轮套8b套装在传动传感轴7上，且靠近传动传感凸轮套9的一端端面具有与传动传感凸轮套9相适应的凸轮型面。这一设计简单可靠，不用做成分体零件，成本较低。

具体地说，螺旋传动副包括沿周向分布在传动传感凸轮套9内壁上的内螺旋滚道以及沿周向分布在传动传感轴7外壁上的外螺旋滚道，在每个外螺旋滚道中均嵌设有若干向外凸出的滚珠，各个滚珠分别能够在对应的内螺旋滚道和外螺旋滚道中滚动。当传动传感凸轮套9相对传动传感轴7转动时，能够相对传动传感轴7进行轴向移动。

检测装置包括均设置在传动传感凸轮套9上的转速检测永磁体13和位移检测永磁体14以及均设置在外壳体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件。检测装置能够获取精确的转速和位移信息，根据转速和位移信息能够准确地获悉传动轴3的实时功率，当实时功率小于功率目标时，能够主动从高速挡换为低速挡，当实时功率大于功率目标时，能够主动从低速挡换为高速挡。

请参见图1，高速挡传动机构包括摩擦离合器5和用于对摩擦离合器5施加预紧力的弹性元件组20，摩擦离合器5通过螺旋滚道套4套装在传动轴3 上，螺旋滚道套4与传动轴3之间形成螺旋传动副，并能够沿传动轴3轴向滑动，传动轴3能够依次通过螺旋滚道套4、摩擦离合器5和超越离合器15 的内心轮15c将动力传递给与内心轮15c同步转动的动力输出部件16。

摩擦离合器5包括主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b，从动摩擦盘5b套装在内心轮15c上，并与内心轮15c同步转动，主动摩擦盘5a焊接在螺旋滚道套4，螺旋滚道套4与传动轴3之间形成螺旋传动副，使螺旋滚道套4能够沿传动轴3轴向滑动，从而带动弹性元件驱动环21压缩弹性元件组20，以主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b分离。具体地说，螺旋传动副包括沿周向分布在螺旋滚道套4内壁上的内螺旋滚道以及沿周向分布在传动轴3外壁上的外螺旋滚道，在每个外螺旋滚道中均嵌设有若干向外凸出的滚珠，各个滚珠分别能够在对应的内螺旋滚道和外螺旋滚道中滚动。当螺旋滚道套相对输入轴转动时，能够相对输入轴进行轴向移动，从而能够压紧或释放摩擦离合器5的主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b，使摩擦离合器5处于结合或分离状态。

弹性元件组20能够对螺旋滚道套4施加预紧力，以压紧主动摩擦盘5a 和从动摩擦盘5b，使摩擦离合器5保持结合状态。本实施例中，弹性元件组 20优选采用碟簧，稳定可靠，成本低廉。

进一步地，摩擦离合器5还包括与从动摩擦盘5b同步转动的从动盘支撑套5c，从动摩擦盘5b与从动盘支撑套5c相互远离的一端均设置有轴承，以可靠地支撑从动摩擦盘5b，保证摩擦离合器5结合或分离的稳定性和可靠性。

从动摩擦盘5b的外周面上设置有车速检测永磁体22换挡机构的外壳体上设置有与车速检测永磁体22相适应的车速检测霍尔元件。

请参见图1-图4，低速挡传动机构包括可转动地套装在传动轴3上的内心轮套8、套装在内心轮套8上的超越离合器9和具有副轴4的副轴传动组件，内心轮9c与内心轮套8同步转动，螺旋滚道套4能够依次通过副轴传动组件和超越离合器9将动力传递给内心轮套8。

请参见图1、图3和图4，低速挡传动机构包括副轴传动组件和套装在传动轴3上的超越离合器15，螺旋滚道套4能够依次通过副轴传动组件和超越离合器15将动力传递给动力输出部件16。

副轴传动组件包括均套装在螺旋滚道套4上的弹性元件驱动环21和减速一级主动齿轮6、与传动轴3平行的副轴17以及均同步转动地套装在副轴17 上的减速一级从动齿轮18和减速二级主动齿轮19，减速一级主动齿轮6与减速一级从动齿轮18啮合，弹性元件驱动环21与螺旋滚道套4同步转动，且弹性元件驱动环21与减速一级主动齿轮6相互靠近的一端凸轮型面配合，形成端面凸轮传动副，超越离合器15的外圈15a上设置有与减速二级主动齿轮 19啮合的减速二级从动齿15b。

超越离合器15还包括设置在外圈15a与内心轮15c之间的滚动体，内心轮15c包括一体成型的内心轮主体15c1和内心轮输入套15c2，摩擦离合器5 的从动摩擦盘5b同步转动地套装在内心轮输入套15c2上(花键配合)，内心轮主体15c1与动力输出部件16同步转动。其中，动力输出部件16穿设在车轮1的轮毂1a中，并与轮毂1a花键配合，动力输出部件16与内心轮主体15c1 相互靠近的一端端面齿槽配合。

超越离合器15还包括设置在外圈15a与内心轮15c之间的滚动体，沿内心轮15c外周分布的滚动体由交替设置的粗滚动体15d和细滚动体15e组成，在内心轮15c的外周面上设置有两个相对的保持架15f，在每个保持架15f的内壁上均开设有一圈环形槽15f1，各个细滚动体15e的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽15f1中，使各个细滚动体15e能够随动，提高了整体的稳定性和可靠性，增加了使用寿命。

外圈15a的外壁上具有沿周向设置的减速二级从动齿15b。通过上述结构，能够可靠地进行动力传递。

内心轮15c的外周上这是有与粗滚动体15d相适应的外齿15c3，外齿15c3 包括顶弧段15c32以及分别位于顶弧段15c32两侧的短边段15c31和长边段 15c33，短边段15c31为向内凹陷的弧形结构，长边段15c33为向外凸出的弧形结构，短边段15c31的曲率小于长边段15c33的曲率，能够保证单向传动功能的稳定性和可靠性。

本实施例中，弹性元件组20对螺旋滚道套4施加压力，压紧摩擦离合器 5的主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b，此时摩擦离合器5在弹性元件组20的压力下处于结合状态，动力处于高速挡动力传递路线：

电机2→传动一级主动齿轮11→传动一级从动齿轮8→传动传感凸轮套 9→传动传感轴7→传动二级从动齿轮12→传动轴3→螺旋滚道套4→摩擦离合器5→内心轮15c→动力输出部件16→车轮1。

此时，弹性元件组20未被压缩。当传动轴3传递给摩擦离合器5的阻力矩大于等于摩擦离合器5的预设载荷极限时，内心轮凸轮套4压缩弹性元件组20，摩擦离合器5的主动摩擦盘5a和从动摩擦盘5b之间出现间隙，即分离，动力改为通过下述路线传递，即低速挡动力传递路线：

电机2→传动一级主动齿轮11→传动一级从动齿轮8→传动传感凸轮套 9→传动传感轴7→传动二级从动齿轮12→传动轴3→螺旋滚道套4→弹性元件驱动环21→减速一级主动齿轮6→减速一级从动齿轮18→副轴17→减速二级主动齿轮19→超越离合器15→动力输出部件16→车轮1。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型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实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，包括车轮(1)、电机(2)、以及穿设在车轮(1)上的传动轴(3)，其特征在于：所述电机(2)通过传动传感机构将动力传递给传动轴(3)，所述传动轴(3)上设置有高速挡传动机构、低速挡传动机构和动力输出部件(16)，所述动力输出部件(16)与车轮(1)同步转动，所述电机(2)和传动传感机构位于车轮(1)的一侧，所述高速挡传动机构和低速挡传动机构位于车轮(1)的另一侧；

所述高速挡传动机构包括摩擦离合器(5)和用于对摩擦离合器(5)施加预紧力的弹性元件组(20)，所述摩擦离合器(5)通过螺旋滚道套(4)套装在传动轴(3)上，所述螺旋滚道套(4)与传动轴(3)之间形成螺旋传动副，并能够沿传动轴(3)轴向滑动，所述传动轴(3)能够依次通过螺旋滚道套(4)、摩擦离合器(5)和超越离合器(15)的内心轮(15c)将动力传递给与内心轮(15c)同步转动的动力输出部件(16)；

所述低速挡传动机构包括副轴传动组件和套装在传动轴(3)上的超越离合器(15)，所述螺旋滚道套(4)能够依次通过副轴传动组件和超越离合器(15)将动力传递给动力输出部件(16)。

2.根据权利要求1所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述副轴传动组件包括均套装在螺旋滚道套(4)上的弹性元件驱动环(21)和减速一级主动齿轮(6)、与传动轴(3)平行的副轴(17)以及均同步转动地套装在副轴(17)上的减速一级从动齿轮(18)和减速二级主动齿轮(19)，所述减速一级主动齿轮(6)与减速一级从动齿轮(18)啮合，所述弹性元件驱动环(21)与螺旋滚道套(4)同步转动，且弹性元件驱动环(21)与减速一级主动齿轮(6)相互靠近的一端凸轮型面配合，形成端面凸轮传动副，所述超越离合器(15)的外圈(15a)上设置有与减速二级主动齿轮(19)啮合的减速二级从动齿(15b)。

3.根据权利要求2所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述超越离合器(15)还包括设置在外圈(15a)与内心轮(15c)之间的滚动体，所述内心轮(15c)包括一体成型的内心轮主体(15c1)和内心轮输入套(15c2)，所述摩擦离合器(5)的从动摩擦盘(5b)同步转动地套装在内心轮输入套(15c2)上，所述内心轮主体(15c1)与动力输出部件(16)同步转动。

4.根据权利要求3所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述动力输出部件(16)穿设在车轮(1)的轮毂(1a)中，并与轮毂(1a)花键配合，该动力输出部件(16)与内心轮主体(15c1)相互靠近的一端端面齿槽配合。

5.根据权利要求4所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述摩擦离合器(5)还包括与从动摩擦盘(5b)同步转动的从动盘支撑套(5c)，所述从动摩擦盘(5b)与从动盘支撑套(5c)相互远离的一端均设置有轴承。

6.根据权利要求5所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述从动摩擦盘(5b)的外周面上设置有车速检测永磁体(22)换挡机构的外壳体上设置有与车速检测永磁体(22)相适应的车速检测霍尔元件。

7.根据权利要求1所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述传动传感机构包括与传动轴(3)和电机(2)的电机轴(2a)均平行的传动传感轴(7)、均套装在传动传感轴(7)上的传动一级从动齿轮(8)和传动传感凸轮套(9)、用于驱使传动传感凸轮套(9)靠近传动一级从动齿轮(8)的弹性复位元件(10)、同步转动地套装在电机轴(2a)上的传动一级主动齿轮(11)、同步转动地套装在传动轴(3)上的传动二级从动齿轮(12)以及用于检测实时功率的检测装置，所述传动一级主动齿轮(11)与传动一级从动齿轮(8)啮合，所述传动传感轴(7)上具有与传动二级从动齿轮(12)啮合的传动二级主动齿(7a)，所述传动传感凸轮套(9)与传动传感轴(7)之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感轴(7)轴向滑动。

8.根据权利要求7所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述检测装置包括均设置在传动传感凸轮套(9)上的转速检测永磁体(13)和位移检测永磁体(14)以及均设置在外壳体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件。

9.根据权利要求1所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述超越离合器(15)还包括设置在外圈(15a)与内心轮(15c)之间的滚动体，沿内心轮(15c)外周分布的所述滚动体由交替设置的粗滚动体(15d)和细滚动体(15e)组成，在所述内心轮(15c)的外周面上设置有两个相对的保持架(15f)，在每个保持架(15f)的内壁上均开设有一圈环形槽(15f1)，各个细滚动体(15e)的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽(15f1)中。

10.根据权利要求9所述的一种中央电驱动传动传感自适应变速电驱动轮毂，其特征在于：所述内心轮(15c)的外周上有与粗滚动体(15d)相适应的外齿(15c3)，所述外齿(15c3)包括顶弧段(15c32)以及分别位于顶弧段(15c32)两侧的短边段(15c31)和长边段(15c33)，所述短边段(15c31)为向内凹陷的弧形结构，所述长边段(15c33)为向外凸出的弧形结构，所述短边段(15c31)的曲率小于长边段(15c33)的曲率。

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