CN2460366Y - 双马达差速变速装置 - Google Patents

Abstract

一种双马达差速变速装置,包含一壳体、设置于该壳体内的主马达及副马达,还包括一受该主马达连动的齿轮组以及一出力轴,该齿轮组具有一被该副马达带动的太阳齿轮、多数个与该太阳齿轮相啮合的行星齿轮、以及与该各行星齿轮相啮合的一受主马达带动的外齿轮,该各行星齿轮是枢接于一输出架上,且该输出架是固设于该出力轴上。本实用新型不但增加骑乘者的操纵便利性,更能确保马达输出的转速与扭力在最佳状态。

Description

双马达差速变速装置

本实用新型涉及一种双马达差速变速装置。

电动马达是电动自行车或电动摩托车等电动车的核心装置，马达所能提供的扭力大小，主宰电动车的加速性与爬坡的能力，为求电动车自静止启动时能加速迅捷，而且能顺应上坡地形，一般都希望马达在低转速时能提供高扭力。

在理想的情况下，可以假设马达的输入能量应等于马达的转速乘以扭力；换句话说，理论上在于起步或上坡时压低马达转速来提升扭力，遇到平坦路面或下坡时，再减小扭力来提高转速，但是，马达真实运转时并不是依照上述的线性反比关系，而是有转换效率最佳的特殊运作范围，如果所选用马达的能量转换效率最佳范围是在转速较高处，即使输入大量电能并强制压低马达转速，也将因为能量同步的严重耗损，使马达无谓发热，不但不能按照需要来大幅提高扭力，反而造成马达寿命减损，相反地，如果屈就前述需求，选择能量转换效率最佳处在低转速而且同时提供高扭力的马达，电动车将陷入只适合低速行驶，不容易提高行车速度的窘境；即使强迫增大电能输入，也将会因为远离转换效率最佳的运作范围，大幅降低马达的能量转换效率，就算勉强提高车速，也会因为过度浪费电能而导致电动车的续航能力降低。

这种两难的困境无疑已经成为电动车业者的疑难问题，于是，不断陷入增大马达功率，增加电瓶容量等等会使车重与成本大幅增高而且效能依然不佳的恶性循环中，如此发展出的电动摩托车，在爬坡性能、续航能力等方面都远不如任何一款使用汽油引擎的摩托车，尤其，当电动车从静止状态启动的时候，如果操控电能太小，马达出力不足以加速时，骑乘者自然会被迫加大电能，导致马达的动力急速上升，而且马达的转速随动力同步上升，造成电动车爆冲，目前电动自行车与摩托车甚至电动滑板车的骑乘者多数都是老弱妇孺，这种设计严重地影响了骑乘人员的安全。

为了解决上述问题，已经有部分业者在电动车上装设一变速装置，借由选择不同马达和齿轮比，使出力装置可以适应各种路况，而调整扭力的输出，如图1与图2所示，该一般电动自行车1的变速装置10包含装设于车架11上的一承载盘12，分别设置于承载盘12上的二马达13，设置于承载盘12上且受马达13连动的游星齿轮组14，一端延伸出承载盘12外的变速轴杆15，以及一装设于后车轮111且受变速轴杆15驱动的齿盘112，该游星齿轮组14可连动两直径不同的变速齿轮16、16’，另外，该变速轴杆15上固设有二可分别与相对应的变速齿轮16、16’相啮合的传动齿轮17、17’，同时，该变速轴杆15的末端设置有一与齿盘112相啮合的伞形齿轮18。

当起步、爬坡等需高扭力的路况时，使用者借由操作一控制器(图中未示出)，控制变速轴杆15往下移动，变速轴杆15上的一传动齿轮17’与变速齿轮16’啮合，使变速轴杆15以低速、大扭力的模式，驱动电动自行车1行驶；相反地，如果把变速轴杆15往上移，将由变速轴杆15上的另一传动齿轮17与变速齿轮16啮合，使变速轴杆15高速旋转，电动自行车1的速度加快、扭力因此减小；此外，当变速轴杆15的传动齿轮17、17’均不与变速齿轮16、16’啮合时为空挡，使用者依照行驶的路况适时换挡，使电动自行车1可于消耗电量较少的情况下，得到最适当的转速与动力。

电动自行车1的变速装置这种借两挡变速，调控电动自行车1输出的转速与扭力，并使电量消耗较为节省的设计，在实用上仍然具有下列缺失，兹一一详述如下：

1·马达所输出扭力与转速的范围受限：由于一般的变速装置10中，只能依靠控制变速轴杆15的传动齿轮17、17’与变速齿轮16、16’相啮合，来决定变速轴杆15输出的速度、扭力，就是说，变速轴杆15不能自动依照环境需求而改变输出扭力与转速。

2·齿轮容易磨耗：一般的变速装置在换挡时，是借变速轴杆15上的传动齿轮17、17’与变速齿轮16、16’相啮合所致，但因为传动齿轮17、17’与变速齿轮16、16’间并没有设置任何的离合器，而且从慢速挡位切换到高速挡位过程中，会先经过一段空挡的暂时状态，可以合理研判，当骑乘者加电门、马达13转速提高后，自动(或手动)切换挡位，马达13反而自低齿轮比的高负载状态转变为无负载状态，转速迅速大幅度提高，传动齿轮17又立刻在没有离合器的情况下卡入齿轮比更高的变速齿轮16挡位，同样地，减速换挡时也需先经过一段空挡无负载状态，所以当变速装置换挡时，传动齿轮17、17’会在空挡加速后，再强行卡入变速齿轮16、16’，每次都必须经历一强烈的推挤，才能相互啮合，不但造成换挡时的震动及噪音，更会在频繁使用下，过早损坏变速齿轮16、16’。

3·电力消耗大：电动自行车1中耗电量最严重的莫过于马达13，而这种变速装置的设计，由于两具马达13都要持续保持运转，只是视情况选择由哪一具马达带动变速轴杆15转动，所以，两具马达13的双重耗电无法减少。

本实用新型的目的在于提供一种双马达差速变速装置，可以减少齿轮磨耗并且节约能源，同时可达到无段的平顺变速且增加使用时的选择性，可随车速自动反馈控制马达扭力及转速，增加使用者调控的便利性，使得马达输出扭力与转速保持在最佳化状态，加大续航能力。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种双马达差速变速装置，包含有一具容置空间的壳体、分别设置于该壳体内的主马达及副马达，其特征在于：

还包括一设置于该容置空间中且受该主马达连动的齿轮组，以及一端延伸出该壳体外的出力轴，该齿轮组具有一被该副马达带动的太阳齿轮、多数个与该太阳齿轮相啮合的行星齿轮、以及与该各行星齿轮相啮合的一受主马达带动的外齿轮，该各行星齿轮是枢接于一输出架上，且该输出架是固设于位于壳体的容置空间内的该出力轴上。

所述的双马达差速变速装置，其特征在于：该主马达的输出轴上固设有一传动轮，该传动轮与前述的外齿轮上套绕有传动皮带。

由上述的说明，而将本实用新型与现有的技术作一比较，当可得知本实用新型诚具有下列所述的优点及功效：

1·马达输出动力与转速可因应需求变化：借由差速调控输出转速与动力变换的双马达差速变速装置，可借副马达的控制，使出力轴的输出动力与转速顺应环境需求改变调整。

2·调控过程平顺、齿轮不易磨耗：如前所述，由于此种调整并未经由机械式啮合、脱开动作，过程极为平顺，齿轮不致严重磨耗，有效延长马达使用寿命、减少维修保养的需求。

3·自动反馈控制，增加使用者调控便利性：以车速的信号反馈调控副马达的转速，借以控制出力轴输出，可使选用本实用新型马达的电动车易于操控，并由于低速时的低转速，减少爆冲机会，提高电动车安全性，高速行驶时能源消耗无须提高，进而增加续航能力。

综上所述，本实用新型主要在于主马达及副马达可同时连动齿轮组，并借由副马达的转动快、慢以及停止，与主马达产生差速，进而控制齿轮组出力轴输出的转速与动力，进而达到平顺的无段变速效果，同时，因齿轮间并无卡入、脱开的动作，齿轮也较不易磨耗，且又因副马达可由电动车的车速自动反馈调控转速，不但增加骑乘者的操纵便利性，更能确保马达输出的转速与动力在最佳状态，充分节约电能、增大电动车的续航能力。

下面通过最佳实施例及附图对本实用新型的双马达差速变速装置进行详细说明，附图中：

图1是一般电动自行车的示意图。

图2是一般电动自行车的变速装置放大示意图。

图3是本实用新型一较佳实施例的使用状态示意图。

图4是本实用新型一较佳实施例的放大示意图。

图5是本实用新型一较佳实施例的作动状态示意图。

请参阅图3、图4、图5所示，本实施例中为说明起见，是将本实用新型的双马达差速变速装置2装设于一电动自行车5上，用以经由链条52、53带动电动自行车5的后车轮54转动，该双马达差速变速装置2包含有一具容置空间211且装设于车架51上的壳体21，分别设置于壳体21内的主马达23及副马达22，一设置于容置空间211中且受主马达23连动的齿轮组24，以及一端延伸出壳体21外的出力轴25，该齿轮组24具有一太阳齿轮241，多数个与太阳齿轮241相啮合的行星齿轮242，以及一与该等行星齿轮242相啮合的外齿轮243，该等行星齿轮242是枢接于一输出架244上，且该输出架244是固设于出力轴25位于壳体21的容置空间211内的轴身上，该主马达23的输出轴231上固设有一传动轮232，并令一传动皮带233同时套绕于该传动轮232与外齿轮243上，借使传动轮232可带动外齿轮243转动，该太阳齿轮241可被主马达23连动，当然，熟于此技者所能轻易理解，副马达22的转速所造成的调整效果需低于主马达23的转速，以使能够如下述而达成输出转速与扭力的调控。

暂时将主马达23与外齿轮243的转速固定，则令副马达22转速归零时，太阳齿轮241静止，行星齿轮242受外齿轮243的带动，一面于外齿轮243与太阳齿轮241间自转，同时绕着太阳齿轮241公转，若令副马达22反向旋转，太阳齿轮241相对外齿轮243逆向旋转，此时行星齿轮242的公转转速减缓，自转转速增大，从而降低出力轴25的转速、加大输出动力，相反地，考虑另一极端假设，若副马达22相对主马达23正向旋转，则行星齿轮242公转加速、自转减小，出力轴25的转速自然上升、扭力因此下降，如此，可在主马达23不改变转速的情况下将其所输出的扭力调控增减，当然熟于此技者可轻易理解，在实际使用时，单纯调控副马达反向旋转的快、慢甚至停止，以调控出力轴减速程度，而省略副马达正向旋转、加速出力轴的输出转速部分，将可简化控制的机制。

当本实施例的马达应用于电动自行车5上，为简化骑乘者的操作，该车架51上可另设侦测车速的感测器(图中未示出)，并根据车速的高低而控制副马达22的正反转，以调控整体出力的转速与扭力，借此，遇起步、爬坡等车速较低、并需较高扭力的路况时，该感测器即控制副马达22与主马达23呈反向转动，并使副马达22与主马达23间即产生速度差，而反应至齿轮组24中的行星齿轮242上，使出力轴25的转速降低、扭力提升，相反地，当电动自行车5的速度逐渐提升时，感测器即控制副马达22反向转速降低，该等行星齿轮242则加速公转，当电动自行车5加速至一定的速度时，便依照感测器信号控制副马达22停止转动，出力轴25转速更高、扭力更趋下降。

当然实际应用时，该副马达22相对于主马达23正反转的速度更可超越前述负至零间的简单三段调控，而采多段或甚至采无段式变化，从而增加马达出力的灵活性；如此，当电动自行车5起步、骑乘者加大电门增加主马达23转速时，借由副马达22的反转，不需采较大的主马达23及电瓶电力供应，便可获得电动自行车5起步所需的高扭力，但是出力轴25转速被降低，确保电动自行车5不致爆冲，带动电动自行车5平稳的起步，此后，感测器则依行车速度来改变副马达22的转向或转速，借以使出力轴25所输出的转速及扭力可适合当时的情况，又达成电能转换的最佳化运用，使得耗电量降低，增加电动车的续航力，另外，也可在省电状态下提供较高的行驶速度，改善运用小功率马达的电动自行车5跑不快的缺失。

当然，前述主马达的传动方式除透过传动齿轮致动外，也可以采用皮带来传动，当然，熟于此技者当可轻易理解，如链条等一般技术均可用以达成此传动，此外，借由诸如加装于电动车前轮的交流发电机，可因应车行速度而提供不同频率的交流电输出信号，再将此信号整理放大，用以调控副马达的正反转速，便可顺应地形或行驶状况的需求，有效调整马达整体出力的转速与扭力，在低速时提供高扭力、避免爆冲、高速时降低扭力以节约能源消耗、增加续航能力，尤其其间并无齿轮的啮合、脱开动作，更提供平顺的变换效果。

Claims (2)

1、一种双马达差速变速装置，包含有一具容置空间的壳体、分别设置于该壳体内的主马达及副马达，其特征在于：

还包括一设置于该容置空间中且受该主马达连动的齿轮组，以及一端延伸出该壳体外的出力轴，该齿轮组具有一被该副马达带动的太阳齿轮、多数个与该太阳齿轮相啮合的行星齿轮、以及与该各行星齿轮相啮合的一受主马达带动的外齿轮，该各行星齿轮是枢接于一输出架上，且该输出架是固设于位于壳体的容置空间内的该出力轴上。

2、如权利要求1所述的双马达差速变速装置，其特征在于：该主马达的输出轴上固设有一传动轮，该传动轮与前述的外齿轮上套绕有传动皮带。

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