TW201341220A - 電動車二段自動變速機構 - Google Patents

Abstract

一種電動車二段自動變速機構，包含一變速箱殼體、一設有一輸入軸之馬達、一傳動軸及一輸出軸，前述三支軸可個別在該變速箱殼體內樞轉；一第一齒輪及一第二齒輪，具有不同齒數，係分別樞設與嵌套在該輸入軸上；一第一單向齒輪及一第二單向齒輪，其內孔座分別套設一單向軸承，且該單向軸承係個別嵌套在該傳動軸上，該第一單向齒輪與該第一齒輪嚙合，其二者具有較小齒數比，該第二單向齒輪與該第二齒輪嚙合，其二者具有較大齒數比；一第三齒輪及一第四齒輪，兩者相互嚙合，且分別嵌套在該傳動軸上與該輸出軸上；一離合器，包含一驅動件及一被驅動件，該驅動件卡制在該輸入軸上，該被驅動件則樞設在該輸入軸上並與該第一齒輪固結連動；藉此，當馬達處於較低轉速狀態，其輸入軸係帶動第二齒輪、第二單向齒輪後，將動力以較小的轉速比傳遞給輸出軸；又，當馬達達到較高轉速時，將促使離合器之驅動件與被驅動件形成結合狀態，則輸入軸會驅轉離合器，並帶動第一齒輪、第一單向齒輪後，將動力以較大的轉速比傳遞給輸出軸；由於單向軸承具有過轉速的特性，亦即輸入轉速大於輸出轉速時，其單向軸承之內環體與外環體會獨立運轉，因此，在高速狀態，該第二單向齒輪將與傳動軸脫離連動而空轉，而使本發明獲得二段式自動變速的效果。

Description

電動車二段自動變速機構

　　本發明係有關一種電動車二段自動變速機構，尤指一種在高速狀態時能自動驅轉離合器，並運用單向軸承過轉速特性，使不同轉速比的二組齒輪組可獨立運轉的自動變速機構。

　　由於行的需求，使得代步的機車數量不斷增加，但傳統機車使用汽油為燃料，對能源的耗用與空氣的汙染產生極為嚴重且負面的傷害；基於環保意識的覺醒及對環境品質的要求日益升高，因此，政府部門與環保團體對於不會造成環境危害的電動車，乃挹注了許多的資源與關注。

　　電動車的發展已有十數年的歷程，其動力源係由電池供電給電動馬達所造成，一般習知的電動車係僅以一固定減速比的變速箱將電動馬達的動力輸出，由於缺少變換檔數的功能，對於各種不同的行車狀況，電動車常無法適時提供適當之驅動力，特別是在啟動、爬坡路段，與上路後平順路段，不同的扭力需求，卻只能依賴電池以輸出不同的功率來改變電動馬達的輸出動力，也因此常造成電池超出其負荷而減低其使用壽命；為了克服上述問題，許多電動車業者多以提升電池的規格與性能來因應；不過受限於放置電池的空間及電池所應提供的續航力，上項努力並不能有效解決不同路況的扭力需求。

　　此外，圖1所示係習用一種電動車之傳動系統70，其中傳動箱71一側設有一馬達72，該馬達72之主軸721帶動一驅動盤73，再由一皮帶74帶動一傳動盤75及一離合器76將動力傳至出力軸77 ，出力軸77所接收到的動力會再經由減速機構78傳動至輸出軸79，再由該輸出軸79來驅動車輪（圖未示）。

　　惟查，上揭傳動系統70，其主要係利用皮帶74配合驅動盤73及傳動盤75成為一所謂的無段變速機構。但因皮帶74作為動力傳遞元件，其機構傳動效率差，進而使得馬達72之輸出馬力須增加，如此一來，用電量將提高，致使其續航力減少，為其未臻完善之處。

　　緣是，本發明之主要目的，係在提供一種電動車二段自動變速機構，其具有不同扭力輸出與轉速比，以因應不同路況需求，且其係以自動方式在行車過程中達到二段變速的效果，並運用單向軸承過轉速特性，使不同轉速比的二組齒輪組可獨立運轉的自動變速機構，使其在變速過程中不會產生干擾。

　　本發明又一目的，則在提供一種種電動車二段自動變速機構，其具有較佳的傳動效率，可節省馬達的電能需求，進而提高電動車續航力之功效增進。

　　為達上述目的，本發明採取的技術手段，包含：

　　一變速箱殼體，包括一外殼及一內殼，以容置所需之變速構件；

　　一馬達，係固設於該變速箱殼體之外側，其設有一馬達殼體、一迴轉件及一輸入軸；

　　一傳動軸、一輸出軸，與前述之輸入軸，三支軸係個別在該變速箱殼體內樞轉；

　　一第一齒輪及一第二齒輪，具有不同齒數，係分別樞設與嵌套在該輸入軸上；

　　一第一單向齒輪及一第二單向齒輪，其內孔座分別套設一單向軸承，且該單向軸承係個別嵌套在該傳動軸上，該第一單向齒輪與該第一齒輪嚙合，其二者具有較大齒數比，該第二單向齒輪與該第二齒輪嚙合，其二者具有較小齒數比；

　　一第三齒輪及一第四齒輪，兩者相互嚙合，且分別嵌套在該傳動軸上與該輸出軸上；

　　一離合器，包含一驅動件及一被驅動件，該驅動件卡制在該輸入軸上，該被驅動件則樞設在該輸入軸上並與該第一齒輪固結連動；

　　藉此，當馬達處於較低轉速狀態，其輸入軸係帶動第二齒輪、第二單向齒輪、傳動軸、第三齒輪、第四齒輪後，將較小的轉速比傳遞給輸出軸；又，當馬達達到較高轉速時，將促使離合器之驅動件與被驅動件形成結合狀態，則輸入軸會驅轉離合器以帶動第一齒輪、第一單向齒輪、傳動軸、第三齒輪、第四齒輪後，將較大的轉速比傳遞給輸出軸，而獲得二段式自動變速的效果。

　　藉助上揭技術手段，本發明相較於習用之電動車傳動系統，具有變速時第一段及第二段不會相互干擾，且傳動效率高而得以提升續航力之功效增進。

　　首先，請參閱圖2～圖9所示，本發明之一可行實施例包含有：

　　一變速箱殼體20，包括一外殼21及一內殼22，該內、外殼21/22以數支螺絲23予以鎖固，其所形成之容置空間24，用以容置所需之變速構件；該外殼21相關位置處設有第一軸孔211、第一軸座212、第二軸孔213、第二軸座214、及第三軸座215；該內殼22於對應該外殼21之相關位置處設有第四軸座221、第五軸座222、及第六軸座223；前述之各軸座則個別嵌入一滾珠軸承15。

　　一馬達10，包括一馬達殼體11、一迴轉件12、及一輸入軸13，係以數支螺絲14鎖固於該變速箱殼體20之外側，該馬達殼體11設有一第七軸座111，用以嵌入一滾珠軸承15，該輸入軸13一端嵌入該第七軸座111之滾珠軸承15內，另一端則穿過該外殼21後，嵌入該第四軸座221之滾珠軸承15內，且另該輸入軸13可在該變速箱殼體20內樞轉。

　　一傳動軸41，其兩端分別嵌入該第二軸座214及該第五軸座222之滾珠軸承15內，且另該傳動軸41可在該變速箱殼體20內樞轉。

　　一輸出軸51，其一端嵌入該第三軸座215之滾珠軸承15內，另一端穿過該第六軸座223後，與外部構件連接以輸出其動力，且另該輸出軸51可在該變速箱殼體20內樞轉。

　　一第一齒輪31，在本實施例中其外緣設有25齒之螺旋齒，其兩側各裝設一滾珠軸承15後嵌入該輸入軸13，使其可在該輸入軸13上樞轉；一第二齒輪32，在本實施例中其外緣設有15齒之螺旋齒，其內緣設有鍵槽，且令該輸入軸13之相對應位置設有鍵槽，使該第二齒輪32嵌套入該輸入軸13後，可鍵結在該輸入軸13上旋轉，以上構件之配置如圖3所示。

　　一第一單向齒輪42，在本實施例中其外緣設有55齒之螺旋齒，係與該第一齒輪31互相嚙合，其二者具有較小齒數比，在本實施例中之齒數比為55/25(其值＝2.2)其內緣設有第七軸座421，另在該第七軸座421中央處裝設一單向軸承44，並在其一側裝設一軸承套45及滾珠軸承15，在其另一側裝設一滾珠軸承15，如圖8所示；該單向軸承44係為習用之構件，其動作原理在此不作贅述；惟，該單向軸承44之內緣設有數個軸向凹齒，且令該傳動軸41之相對應位置設有與之相同數量之軸向凸齒，使該單向軸承44嵌套入該傳動軸41後，可卡制在該傳動軸41上令該第一單向齒輪42作順時針旋轉，但無法作逆時針旋轉，如圖9所示。

　　一第二單向齒輪43，在本實施例中其外緣設有65齒之螺旋齒，係與該第二齒輪32互相嚙合，其二者具有較大齒數比，在本實施例中之齒數比為65/15(其值＝4.3)，該第二單向齒輪43之內緣設有第八軸座431，另在該第八軸座431中央處裝設一單向軸承44，並在其一側裝設一軸承套45及滾珠軸承15，在其另一側裝設一滾珠軸承15，該單向軸承44之內緣設有數個軸向凹齒，且令該傳動軸41之相對應位置設有與之相同數量之軸向凸齒，使該單向軸承44嵌套入該傳動軸41後，可卡制在該傳動軸41上令該第二單向齒輪43作順時針旋轉，但無法作逆時針旋轉，其機構與動作原理同第一單向齒輪42之所述，如圖8、圖9所示。

　　由於該第一單向齒輪42與該第一齒輪31嚙合，具有較小齒數比(2.2)，而該第二單向齒輪43與該第二齒輪32嚙合，具有較大齒數比(4.3)，是以，當該輸入軸13係經由第一齒輪31、第一單向齒輪42傳遞給該傳動軸41時，具有較大之轉速比(0.45)；當該輸入軸13係經由第二齒輪32、第二單向齒輪43傳遞給該傳動軸41時，則具有較小之轉速比(0.23)；亦即經由第一齒輪31、第一單向齒輪42之途徑，傳動軸41的轉速將大於經由第二齒輪32、第二單向齒輪43的傳遞途徑；是以，本發明係經由兩組不同的齒輪嚙合來提供兩段不同的輸出轉速。

　　一第三齒輪46，其外緣設有螺旋齒，其內緣設有數個軸向凹齒，且令該傳動軸41之相對應位置設有與之相同數量之軸向凸齒，使該第三齒輪46嵌套入該傳動軸41後，可卡制在該傳動軸41上旋轉；一第四齒輪52，其外緣設有螺旋齒，該第四齒輪52內緣設有鍵槽，且令該輸出軸51之相對應位置設有鍵槽，使該第四齒輪52嵌套入該輸出軸51後，可鍵結在該輸出軸51上旋轉；該第四齒輪52係與該第三齒輪46之外緣互相嚙合，俾以傳遞該傳動軸41的動力給該輸出軸51，以上構件之配置如圖3所示，且前述全部齒輪外緣配置螺旋齒其齒型如圖7所示。

　　一離合器60，包括一驅動件61及一被驅動件62，該驅動件61之內緣設有一卡制孔611，其外緣設有數個壓板612，每一壓板612上黏貼一片來令片613；該被驅動件62係由摩擦板621與側板622所構成之凵型構件，其側板622中央有一結合孔623，且該側板622上設有數個螺栓孔624；前述之第一齒輪31，其側邊設有數個螺絲孔311及一向外凸設之凸環312，且令該第一齒輪31之凸環312穿入該被驅動件62之結合孔623，並以數支螺絲鎖固其相互對應之螺栓孔624與螺絲孔311，使該被驅動件62與該第一齒輪31在該輸入軸13得以相互連動而旋轉；一固定環63設有一卡制塊631，其中心為一軸孔632；令該固定環63嵌入該輸入軸13，且其卡制塊631嵌入該驅動件61之卡制孔611內，則該驅動件61可因該固定環63的卡制而隨著該輸入軸13旋轉；當馬達10轉動該輸入軸13至某一高速時，該驅動件61之壓板612將因離心力之作用被甩出，使該來令片613頂住該被驅動件62之摩擦板621內緣，進而使被驅動件62及該第一齒輪31一起被驅動件61所驅動；所述如圖4、圖5、與圖6所示。

　　又，本發明中為使齒輪得以定位旋轉，特別在該固定環63與該第一齒輪31間，及該第一齒輪31與該第二齒輪32間，個別裝設一軸套35，使相關構件在該輸入軸13上不會有軸向之移動。

　　藉此，當馬達10處於較低轉速狀態，其輸入軸13係帶動第二齒輪32、第二單向齒輪43、傳動軸41、第三齒輪46、第四齒輪52後，將較小的轉速比0.23傳遞給該輸出軸51，其傳動路徑(I)如圖3A所示；又，當馬達10達到較高轉速時，將促使離合器60之驅動件61與被驅動件62形成結合狀態，則輸入軸13係經由離合器60帶動第一齒輪31、第一單向齒輪42、傳動軸41、第三齒輪46、第四齒輪52後，將較大的轉速比0.45傳遞給該輸出軸51，其傳動路徑(II)如圖3B所示，因而獲得兩種不同轉速比的輸出。

　　由於單向軸承44具有過轉速的特性，亦即輸入轉速大於輸出轉速時，其單向軸承44之內環體與外環體會獨立運轉，因此，在高速狀態時，由該離合器60驅動該第一齒輪31、第一單向齒輪42，該傳動軸41係在較高的轉速下運轉；惟此時，該輸入軸13仍然帶動第二齒輪32、及第二單向齒輪43旋轉，但因該第二單向齒輪43傳遞給傳動軸41的轉速遠低於自第一單向齒輪42傳遞該傳動軸41的轉速，因此裝置在第二單向齒輪43內緣的單向軸承44將作動其過轉速特性，使該第二單向齒輪43與該傳動軸41脫離連動而空轉，而使本發明獲得二段式自動變速的效果。

　　上揭之齒數比及轉速比僅係較佳可行實施例的說明，並非用以限制本發明之範圍。

　　本發明藉助上揭技術手段，即可在不同路況需求下，提供不同扭力輸出與轉速比；且於行車過程中，當馬達進入高速轉動狀態，其離合器將自動驅轉較高轉速比之齒輪組，而達到自動變速的效果。

　　且本發明相較於習用傳動系統，具有如下之功效增進：

　　1.本發明以二個單向齒輪42、43設置在同一傳動軸41的設計，充分利用「過轉速」的特性及搭配離合器60，來達到二段式自動變速，使其在變速之間不會相互干擾，可確保運轉順暢之功效增進。

　　2.本發明係以齒輪傳動來達到自動變速，而齒輪傳動的效率高於皮帶乃為機構設計之基本原理及特性，因此本發明可獲得較佳的傳動效率，所以可降低馬達10的輸出馬力，也就是可節省電動車最寶貴的電源，如此一來即可增加電動車的續航力，進而提升電動車的實用價值。

　　綜上所述，本發明所揭示之技術手段，確具「新穎性」、「進步性」、「可供產業利用」等發明專利要件，祈請　鈞局惠賜專利，以勵發明，無任德感。

　　惟，上述所揭露之圖式、說明，僅為本發明之較佳實施例，大凡熟悉此項技藝人士，依本案精神範疇所作之修飾或等效變化，仍應包括本案申請專利範圍內。

10．．．馬達

11．．．馬達殼體

111．．．第七軸座

12．．．迴轉件

13．．．輸入軸

14．．．螺絲

15．．．滾珠軸承

20．．．變速箱殼體

21．．．外殼

211．．．第一軸孔

212．．．第一軸座

213．．．第二軸孔

214．．．第二軸座

215．．．第三軸座

22．．．內殼

221．．．第四軸座

222．．．第五軸座

223．．．第六軸座

23．．．螺絲

24．．．容置空間

31．．．第一齒輪

311．．．螺絲孔

312．．．凸環

32．．．第二齒輪

35．．．軸套

41．．．傳動軸

42．．．第一單向齒輪

421．．．第七軸座

43．．．第二單向齒輪

431．．．第八軸座

44．．．單向軸承

45．．．軸承套

46．．．第三齒輪

51．．．輸出軸

52．．．第四齒輪

60．．．離合器

61．．．驅動件

611．．．卡制孔

612．．．壓板

613．．．來令片

62．．．被驅動件

621．．．摩擦板

622．．．側板

623．．．結合孔

624．．．螺栓孔

63．．．固定環

631．．．卡制塊

632．．．軸孔

圖1係習用電動車動力傳動系統示意圖。
圖2係本發明較佳實施例之立體圖。
圖3係本發明較佳實施例之剖視圖。
圖3A本發明較佳實施例低速狀態傳動路徑之示意圖。
圖3B本發明較佳實施例高速狀態傳動路徑之示意圖。
圖4係本發明較佳實施例之離合器分解圖。
圖5係本發明較佳實施例之離合器組合剖視圖。
圖6係本發明較佳實施例之離合器側面剖視圖。
圖7係本發明較佳實施例之螺旋齒輪立體圖。
圖8係本發明較佳實施例之單向齒輪組合剖視圖。
圖9係本發明較佳實施例之單向齒輪側面剖視圖。

　　

10．．．馬達

11．．．馬達殼體

111．．．第七軸座

12．．．迴轉件

13．．．輸入軸

14．．．螺絲

15．．．滾珠軸承

20．．．變速箱殼體

21．．．外殼

211．．．第一軸孔

212．．．第一軸座

213．．．第二軸孔

214．．．第二軸座

215．．．第三軸座

22．．．內殼

221．．．第四軸座

222．．．第五軸座

223．．．第六軸座

23．．．螺絲

24．．．容置空間

31．．．第一齒輪

32．．．第二齒輪

35．．．軸套

41．．．傳動軸

42．．．第一單向齒輪

421．．．第七軸座

43．．．第二單向齒輪

431．．．第八軸座

44．．．單向軸承

45．．．軸承套

46．．．第三齒輪

51．．．輸出軸

52．．．第四齒輪

60．．．離合器

61．．．驅動件

62．．．被驅動件

63．．．固定環

Claims (4)

1. 一種電動車二段自動變速機構，包含有：
   一變速箱殼體，包括一外殼及一內殼；
   一馬達，係固設於該變速箱殼體之外側，其設有一輸入軸，且令該輸入軸可在該變速箱殼體內樞轉；
   一傳動軸，令其可在該變速箱殼體內樞轉；
   一輸出軸，與外部構件連接以輸出其動力，且令該輸出軸可在該變速箱殼體內樞轉；
   一第一齒輪及一第二齒輪，其外緣設有不同的齒數，係同軸組設於該輸入軸上，且該第一齒輪以樞設方式、該第二齒輪以嵌套方式在該輸入軸上旋轉；
   一第一單向齒輪及一第二單向齒輪，其外緣設有不同的齒數，係同軸組設於該傳動軸上，該第一單向齒輪及該第二單向齒輪之內孔座分別套設一單向軸承，且該單向軸承係個別嵌套在該傳動軸上，又，該第一單向齒輪係與該第一齒輪互相嚙合，其二者具有較小齒數比，該第二單向齒輪係與該 第二齒輪互相嚙合，其二者具有較大齒數比，促以傳遞不同的轉速給該傳動軸；
   一第三齒輪係嵌套在該傳動軸上，一第四齒輪係嵌套在該輸出軸上，且該第三齒輪與該第四齒輪之外緣相互嚙合，促以傳遞該傳動軸的動力給該輸出軸；
   一離合器，包括一驅動件及一被驅動件，該驅動件係卡制在該輸入軸上，該被驅動件係樞設在該輸入軸上，且該被驅動件之一側鎖固於該第一齒輪之側邊，促使該被驅動件與該第一齒輪相互連動；
   藉此，當馬達處於較低轉速狀態，其輸入軸帶動第二齒輪、第二單向齒輪、傳動軸、第三齒輪、第四齒輪後，將較小的轉速比傳遞給輸出軸；又，當馬達達到較高轉速時，將促使離合器之驅動件與被驅動件形成結合狀態，則輸入軸經由該離合器帶動第一齒輪、第一單向齒輪、傳動軸、第三齒輪、第四齒輪後，將較大的轉速比傳遞給輸出軸，而獲得二段式自動變速的效果。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車二段自動變速機構，其中，該離合器更包含一固定環，其設有軸孔及突塊，分別卡制該輸入軸及該驅動件，以促使該輸入軸可帶動該驅動件旋轉。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電動車二段自動變速機構，其中，該第一齒輪與該第一單向齒輪，該第二齒輪與該第二單向齒輪，該第三齒輪與該第四齒輪，其相互嚙合的外緣係為螺旋齒。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電動車二段自動變速機構，其中，該固定環與該第一齒輪間，及該第一齒輪與該第二齒輪間，係以軸套使之軸向定位。