CN220595119U - 一种变档轮毂电机及电动两轮车 - Google Patents

Abstract

一种变档轮毂电机及电动两轮车，包括支撑轴、转动设在支撑轴上的轮毂壳体、设在轮毂壳体内部的单体电机、减速换向机构和第一离合器；单体电机包括固设在支撑轴上的定子和转动设在支撑轴上的转子，第一离合器位于转子的左侧与轮毂壳体之间，转子可通过第一离合器连动轮毂壳体转动，转子的右侧可通过减速换向机构与轮毂壳体连动。按照本实用新型提供的变档轮毂电机及电动两轮车与现有技术相比具有如下优点：本技术方案通过高速档位和低速档位的设置，兼顾了电动车的速度和动力输出；处于低速档位时，单体电机经行星减速机构变速，最终轮毂电机输出转矩成倍提高，整车动力性能强劲，爬坡能力强。

Description

一种变档轮毂电机及电动两轮车

技术领域

本实用新型涉及电动自行车领域，具体涉及一种变档轮毂电机及电动两轮车。

背景技术

电动车作为一种便捷、经济的代步工具，广泛地应用于人们日常交通出行方面，现有电动车通常采用轮毂电机作为驱动力。轮毂电机，又称车轮内装电机，其特点是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，得以将电动车辆的机械部分大大简化。

常规轮毂电机一般采用直驱方式，没有减速机构，电动车在启动和爬坡等大负载工况下，轮毂电机转速较低，此时电机效率低、能耗大，电动车续航里程大大降低。如中国专利CN 211995141 U公开了一种电动车轮毂电机，包括具有空腔的轮毂体、穿设在轮毂体轴心处的固定轴，所述轮毂体与固定轴转动连接，所述固定轴上套设有一电机、一组定轴轮系齿轮组件和一离心离合器结构，所述定轴轮系齿轮组件通过超越离合器设置在电机的运动输出右端盖上，所述离心离合器结构设置在电机的运动输出左端盖上，所述电机、定轴轮系齿轮组件和离心离合器结构均位于轮毂体的空腔内，当电机沿一个方向转动时，能通过超越离合器带动定轴轮系齿轮组件转动，然后定轴轮系齿轮组件再带动轮毂体转动，离心离合器结构处于分离状态；当电机沿着另一个方向转动时，通过离心离合器结构带动轮毂体转动，超越离合器处于分离状态。上述方案存在如下问题，高速档位采用离心离合器将电机与轮毂体接合，但是离心离合器需要较高的转速才能实现接合的状态，而上述方案从低速档位变换高速档位时，其电机需要反转，其反转初始时其转速难以直接达到离心离合器接合的转速，必然造成阶段性的动力缺失，在当今路况复杂的情况下，尤其是遇到突发情况需要加速时，其动力缺失的阶段极易造成驾驶人员的操作不当，引发事故。其次，上述方案中的电机通过超越离合器带动定轴轮系齿轮组件中的输入齿轮，然后依次通过齿轮架、内齿圈实现减速带动轮毂体转动，显然违背行星减速机构的工作原理，试想内齿圈安装在齿圈盖上即轮毂体上，电机通过超越离合器带动输入齿轮转动，其效果是电机朝一个方向转动时可以与输入齿轮接合，电机朝另一个方案转动时与输入齿轮处于分离状态，但是因为轮毂体驱动电动车前进与地面是存在摩擦阻力的，因此上述方案中的输出齿轮转动时，只会驱动齿轮架在齿圈内空转，而无法驱动电动车前进，存在无法实现电动车低速前进的技术缺陷。

又如中国专利CN 101188371A公开了一种单向离合式轮毂电机行星自动变速系统，由变档开关、调速变档连动开关、正反转缓冲器、单片机变档控制器、电机驱动器、电磁制动器、行星架转轴、太阳轮、行星轮、行星外齿圈单向离合器、左单向离合器转轴、左单向离合器本体、电机转子、电机定子、右单向离合器转轴、右单向离合器本体、电机轮毂组成，变档开关和调速变档连动开关同时与单片机变档控制器电气连接，调速变档连动开关又与电机驱动器电气连接，单片机变档控制器同时与电机驱动器、正反转缓冲器、电磁制动器电气连接，正反转缓冲器与电机定子电气连接，电磁制动器与行星架转轴动态连接，行星架转轴与行星轮连接，太阳轮与左单向离合器转轴连为一体，行星系统上连接有行星外齿圈单向离合器，行星外齿圈单向离合器的外面与电机轮鼓连接，右单向离合器转轴与电机转子连为一体同时又与右单向离合器本体动态连接，右单向离合器本体又与电机轮鼓连为一体。该方案虽然可以实现电机正反转来进行轮毂电机高、低档位的切换，但是结构复杂、离合器众多、且需要电磁制动器的工作，无疑增加了额外的电量输出，生产成本高、故障率高，可靠性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种变档轮毂电机及使用该轮毂电机的电动两轮车。

按照本实用新型提供的变档轮毂电机采用的主要技术方案为：包括支撑轴、转动设在支撑轴上的轮毂壳体、设在轮毂壳体内部的单体电机、减速换向机构和第一离合器；单体电机包括固设在支撑轴上的定子和转动设在支撑轴上的转子，第一离合器位于转子的左侧与轮毂壳体之间，转子可通过第一离合器连动轮毂壳体转动，转子的右侧可通过减速换向机构与轮毂壳体连动，所述减速换向机构包括内齿圈、太阳轮、行星架、设在行星架上的行星轮、以及设在行星架与支撑轴之间的第二离合器；行星轮分别与内齿圈和太阳轮啮合，内齿圈设在轮毂壳体的内壁上，转子的右侧与太阳轮连接；转子朝一个方向转动时，转子通过第一离合器与轮毂壳体锁止，并带动轮毂壳体正向转动，此时第二离合器处于分离状态；转子朝另一个方向转动时，第二离合器将行星架与支撑轴锁止，转子依次通过太阳轮、行星轮及内齿圈带动轮毂壳体正向转动，此时第一离合器处于分离状态。

本实用新型提供的变档轮毂电机还采用如下附属技术方案：

行星架包括架体和设在架体中部的套筒，所述第二离合器位于套筒与支撑轴之间，行星轮设在所述架体上。

套筒与行星轮之间形成有容置间隙，太阳轮插入容置间隙并与行星轮啮合。

套筒的轴向投影位于架体的轴向投影中。

第一离合器和第二离合器均为楔块式离合器。

所述转子的左侧设有第一凸环；与第一凸环相对的轮毂壳体内壁上设有第二凸环，第一离合器位于第一凸环和第二凸环之间。

所述转子包括导磁环、设在在导磁环上的左边盖和右边盖；所述左边盖上设有所述第一凸环。

第二凸环的内径大于第一凸环的外径，第一凸环插入第二凸环中，第一离合器位于第一凸环的外壁与第二凸环的内壁之间。

所述轮毂壳体包括轮毂、左端盖和右端盖。

支撑轴上设有内圈，所述第二离合器套装在内圈上。

按照本实用新型提供的电动两轮车采用的主要技术方案为：包括车架、设在车架上的电池组、设在车架上的前轮和设在车架上的后轮，后轮包括轮毂电机和设在轮毂电机上轮胎，上述轮毂电机包括支撑轴、转动设在支撑轴上的轮毂壳体、设在轮毂壳体内部的单体电机、减速换向机构和第一离合器；单体电机包括固设在支撑轴上的定子和转动设在支撑轴上的转子，第一离合器位于转子的左侧与轮毂壳体之间，转子可通过第一离合器连动轮毂壳体转动，转子的右侧可通过减速换向机构与轮毂壳体连动，所述减速换向机构包括内齿圈、太阳轮、行星架、设在行星架上的行星轮、以及设在行星架与支撑轴之间的第二离合器；行星轮分别与内齿圈和太阳轮啮合，内齿圈设在轮毂壳体的内壁上，转子的右侧与太阳轮连接；转子朝一个方向转动时，转子通过第一离合器与轮毂壳体锁止，并带动轮毂壳体正向转动，此时第二离合器处于分离状态；转子朝另一个方向转动时，第二离合器将行星架与支撑轴锁止，转子依次通过太阳轮、行星轮及内齿圈带动轮毂壳体正向转动，此时第一离合器处于分离状态。

按照本实用新型提供的变档轮毂电机及使用该轮毂电机的电动两轮车现有技术相比具有如下优点：1、本技术方案通过高速档位和低速档位的设置，兼顾了电动车的速度和动力输出；处于低速档位时，单体电机经行星减速机构变速，最终轮毂电机输出转矩成倍提高，整车动力性能强劲，爬坡能力强。2、与常规轮毂电机相比，当电动车车速较低时，单体电机可以处于一个较高速的状态，此时单体电机依然可以保持一个较高效率的运行工况，大大拓宽了轮毂电机的高效率区间，提升其综合行驶里程。3、本技术方案的轮毂电机转出转矩大，提高了其过载能力；相同行驶工况下，骑行电流更低，降低了电机温升。4、在控制器的变档逻辑控制下，单体电机可以迅速切换旋转方向，从而实现轮毂电机高低档位切换；单体电机旋转方向切换时间极短，可在0.01s内实现换向，高低档位切换平稳顺畅。5、整体结构紧凑，结构布局合理，行星减速机构传动稳定且传动效率高。

附图说明

图1为本实用新型变档轮毂电机的轴向剖视图。

图2为本实用新型中行星减速换向机构的结构分解图。

图3为本实用新型中第二离合器的楔块保持架和楔块组装后的结构图。

附图标号说明：

1支撑轴、2轮毂壳体、21第二凸环、3单体电机、31定子、321第一凸环、32转子、4减速换向机构、41内齿圈、42太阳轮、43行星架、431架体、432套筒、433容置间隙、44行星轮、45第二离合器、46内圈、5第一离合器、61楔块保持架、62楔块。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参见图1至图3，按照实用新型提供的变档轮毂电机实施例，包括支撑轴1、转动设在支撑轴1上的轮毂壳体2、设在轮毂壳体2内部的单体电机3、减速换向机构4和第一离合器5；单体电机3包括固设在支撑轴1上的定子31和转动设在支撑轴1上的转子32，第一离合器5位于转子32的左侧与轮毂壳体2的内壁之间，转子32可通过第一离合器5连动轮毂壳体2转动，转子32的右侧可通过减速换向机构4与轮毂壳体2连动，所述减速换向机构4包括内齿圈41、太阳轮42、行星架43、设在行星架43上的行星轮44、以及设在行星架43与支撑轴1之间的第二离合器45；内齿圈41、太阳轮42、行星架43均套设在支撑轴1上，行星轮44分别与内齿圈41和太阳轮42啮合，内齿圈41设在轮毂壳体2的内壁上，转子32的右侧与太阳轮42连接；转子32朝一个方向转动时，转子32通过第一离合器5与轮毂壳体2锁止，并带动轮毂壳体2正向转动，此时第二离合器45处于分离状态；转子32朝另一个方向转动时，第二离合器45将行星架43与支撑轴1锁止，转子32依次通过太阳轮42、行星轮44及内齿圈41带动轮毂壳体2正向转动，此时第一离合器5处于分离状态。本技术方案的变档方法是：当单体电机3处于逆时针旋转(从左端盖侧看)状态时，第一离合器5处于楔紧状态，第二离合器45处于分离状态，轮毂壳体2处于逆时针方向旋转，此时轮毂电机处于高速档位。当单体电机3处于顺时针旋转(从左端盖侧看)状态时，第一离合器5处于分离状态，第二离合器45处于楔紧状态，行星架43与支撑轴1相对不转动，轮毂壳体2处于逆时针方向旋转，行星减速机构处于工作状态，此时轮毂电机处于低速档位。本技术方案的轮毂电机通过单体电机3的正反转来进行变档的，变档逻辑可根据车速或者行驶电流来进行，作为优选，本技术方案采用车速来进行换挡控制。起步和大负载阶段，单体电机3相对于车轮的前进方向反转，轮毂电机处于低速档位，轮毂电机输出转矩增加，降低起步和大负载时的行驶电流；当车速上升至变档车速点时，控制器接收到切换单体电机3旋转方向的信号，控制器通过相序信息直接调三相输出波形进行单体电机3旋转方向至正转，轮毂电机切换到高速档位。本方案与现有技术相比具有如下优点：1、本技术方案通过高速档位和低速档位的设置，兼顾了电动车的速度和动力输出；处于低速档位时，单体电机3经行星减速机构变速，最终轮毂电机输出转矩成倍提高，整车动力性能强劲，爬坡能力强。2、与常规轮毂电机相比，当电动车车速较低时，单体电机3可以处于一个较高速的状态，此时单体电机3依然可以保持一个较高效率的运行工况，大大拓宽了轮毂电机的高效率区间，提升其综合行驶里程。3、本技术方案的轮毂电机转出转矩大，提高了其过载能力；相同行驶工况下，骑行电流更低，降低了电机温升。4、在控制器的变档逻辑控制下，单体电机3可以迅速切换旋转方向，从而实现轮毂电机高低档位切换；单体电机3旋转方向切换时间极短，可在0.01s内实现换向，高低档位切换平稳顺畅。5、整体结构紧凑，结构布局合理，行星减速机构传动稳定且传动效率高。

参见图1和图2，根据实用新型上述的实施例，行星架43包括架体431和设在架体431中部的套筒432，所述第二离合器45位于套筒432与支撑轴1之间，行星轮44设在所述架体431上。该种结构可以巧妙的通过套筒432将行星架43与第二离合器45结合，从而实现行星架43与支撑轴1之间的接合或分离。

参见图1和图2，根据实用新型上述的实施例，套筒432与行星轮44之间形成有容置间隙433，太阳轮42插入容置间隙433并与行星轮44啮合。套筒432虽然位于行星架43中部，但其外径小于太阳轮42的内径，二者的装配不会发生任何干涉，结构简单、装配方便。

参见图1和图2，根据实用新型上述的实施例，套筒432的轴向投影位于架体431的轴向投影中。虽然行星减速机构中行星架43通过第二离合器45与支撑轴1实现接合或分离，但是不会增加行星减速机构的轴向长度，有助于产品结构的紧凑性。

参见图1，根据实用新型上述的实施例，所述转子32的左侧设有第一凸环321；与第一凸环321相对的轮毂壳体2内壁上设有第二凸环21，第一离合器5位于第一凸环321和第二凸环21之间。所述转子包括导磁环、设在在导磁环上的左边盖和右边盖；所述左边盖上设有所述第一凸环321。高速档位时，转子32与轮毂壳体2采用该种传动方式，结构简单、易加工、装配方便、成本低。

参见图1，根据实用新型上述的实施例，第二凸环21的内径大于第一凸环321的外径，第一凸环321插入第二凸环21中，第一离合器5位于第一凸环321的外壁与第二凸环21的内壁之间。采用该种结构有助于缩小轮毂电机的轴向长度，结构紧凑，体积小。

参见图1，根据实用新型上述的实施例，所述轮毂壳体2包括轮毂、左端盖和右端盖。轮毂壳体2结构简单、装配方便。同时，为了保证各零部件的轴向相对位置，使单体电机3转动更加平顺，在右边盖和行星架43、行星架43和右端盖之间分别设置有平面推力轴承。

参见图1和图2，根据实用新型上述的实施例，支撑轴1上设有内圈46，所述第二离合器45套装在内圈46上。内圈46与支撑轴1通过花键或平键等配合连接。内圈46的设置有助于保护支撑轴1不受第二离合器45的磨损，提高了产品的可靠性及安全性。

参见图1至图3，根据实用新型上述的实施例，第一离合器5和第二离合器45均为楔块式离合器。楔块式离合器包括外滚道、设在外滚道中的内滚道、设在内滚道与外滚道之间的楔块保持架61、活动设在楔块保持架上的楔块62。楔块式单向离合器的工作原理是：在离合器的内滚道与外滚道之间规则排列有若干楔块，楔块的断面形状为直线段与多个圆弧构成，当外滚道不动，内滚道向一个旋转方向转动时，楔块高度小于内外滚道之间的间隙，故内滚道可以转动，此时处超越状态。当内滚道向另一个方向转动时，楔块高度大于内外滚道之间的间隙而被楔紧，从而制动并带动外滚道传递转矩。上述楔块式单向离合器为现有技术中较为成熟的技术，此处不再详细赘述。本实施例中第一凸环321和第二凸环21分别为第一离合器5的内滚道和外滚道；内圈46和套筒432分别为第二离合器45的内滚道和外滚道；本发明采用楔块式单向离合器，结构简单、成本低、装配方便、可靠性高。

按照实用新型提供的电动两轮车实施例，包括车架、设在车架上的电池组、设在车架上的前轮和设在车架上的后轮，后轮包括轮毂电机和设在轮毂电机上轮胎，所述轮毂电机为上述实施例所述的变档轮毂电机。本方案与现有技术相比具有如下优点：1、本技术方案通过高速档位和低速档位的设置，兼顾了电动车的速度和动力输出；处于低速档位时，单体电机3经行星减速机构变速，最终轮毂电机输出转矩成倍提高，整车动力性能强劲，爬坡能力强。2、与常规轮毂电机相比，当电动车车速较低时，单体电机3可以处于一个较高速的状态，此时单体电机3依然可以保持一个较高效率的运行工况，大大拓宽了轮毂电机的高效率区间，提升其综合行驶里程。3、本技术方案的轮毂电机转出转矩大，提高了其过载能力；相同行驶工况下，骑行电流更低，降低了电机温升。4、在控制器的变档逻辑控制下，单体电机3可以迅速切换旋转方向，从而实现轮毂电机高低档位切换；单体电机3旋转方向切换时间极短，可在0.01s内实现换向，高低档位切换平稳顺畅。5、整体结构紧凑，结构布局合理，行星减速机构传动稳定且传动效率高。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；本方案中的前、后、左、右、正、反等用词均是在一定视角上为清楚表述的用词，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种变档轮毂电机，包括支撑轴、转动设在支撑轴上的轮毂壳体、设在轮毂壳体内部的单体电机、减速换向机构和第一离合器；单体电机包括固设在支撑轴上的定子和转动设在支撑轴上的转子，第一离合器位于转子的左侧与轮毂壳体之间，转子可通过第一离合器连动轮毂壳体转动，转子的右侧可通过减速换向机构与轮毂壳体连动，

其特征在于，所述减速换向机构包括内齿圈、太阳轮、行星架、设在行星架上的行星轮、以及设在行星架与支撑轴之间的第二离合器；行星轮分别与内齿圈和太阳轮啮合，内齿圈设在轮毂壳体的内壁上，转子的右侧与太阳轮连接；转子朝一个方向转动时，转子通过第一离合器与轮毂壳体锁止，并带动轮毂壳体正向转动，此时第二离合器处于分离状态；转子朝另一个方向转动时，第二离合器将行星架与支撑轴锁止，转子依次通过太阳轮、行星轮及内齿圈带动轮毂壳体正向转动，此时第一离合器处于分离状态。

2.根据权利要求1所述的变档轮毂电机，其特征在于，行星架包括架体和设在架体中部的套筒，所述第二离合器位于套筒与支撑轴之间，行星轮设在所述架体上。

3.根据权利要求2所述的变档轮毂电机，其特征在于，套筒与行星轮之间形成有容置间隙，太阳轮插入容置间隙并与行星轮啮合。

4.根据权利要求2所述的变档轮毂电机，其特征在于，套筒的轴向投影位于架体的轴向投影中。

5.根据权利要求1所述的变档轮毂电机，其特征在于，第一离合器和第二离合器均为楔块式离合器。

6.根据权利要求1所述的变档轮毂电机，其特征在于，所述转子的左侧设有第一凸环；与第一凸环相对的轮毂壳体内壁上设有第二凸环，第一离合器位于第一凸环和第二凸环之间。

7.根据权利要求6所述的变档轮毂电机，其特征在于，第二凸环的内径大于第一凸环的外径，第一凸环插入第二凸环中，第一离合器位于第一凸环的外壁与第二凸环的内壁之间。

8.根据权利要求1所述的变档轮毂电机，其特征在于，所述轮毂壳体包括轮毂、左端盖和右端盖。

9.根据权利要求1所述的变档轮毂电机，其特征在于，支撑轴上设有内圈，所述第二离合器套装在内圈上。

10.一种电动两轮车，包括车架、设在车架上的电池组、设在车架上的前轮和设在车架上的后轮，后轮包括轮毂电机和设在轮毂电机上轮胎，其特征在于，上述轮毂电机为上述权利要求1-9任一项所述的变档轮毂电机。