TW201716262A - 電動車用兩速變速箱 - Google Patents

Abstract

一種電動車用兩速變速箱，包括一電動機、一第一變速機構以及一第二變速機構。電動機包括一轉子以及一主軸。轉子用以帶動第一變速機構的第一太陽齒輪及第一行星齒輪相對於第一環齒輪旋轉，以產生一第一傳動比。轉子用以帶動第二變速機構的第二太陽齒輪及第二行星齒輪相對於第二環齒輪旋轉，以產生一第二傳動比，第一傳動比與第二傳動比不同。當第一離合器被致動而與主軸處於接合狀態時，第二離合器與主軸分離，電動機輸出對應於第一傳動比之第一扭力至主軸。當第二離合器被致動而與主軸處於接合狀態時，第一離合器與主軸分離，電動機輸出對應於第二傳動比之第二扭力至主軸。

Description

電動車用兩速變速箱

本發明是有關於一種變速箱，且特別是有關於一種結合兩組離合器的電動車用兩速變速箱。

隨著電動車越來越普及，對於變速箱之性能要求越顯重要。現有電動車的變速箱，一般採用單速變速箱，其傳動比一般在6.4：1~7.5：1之間，在此情況下，傳動比恒定，而在車輛進行爬坡時，無法提供高扭矩，在車輛在平地上行駛時，由於傳送比的限制，無法為車輛提高較高的運動速度。

因此，現有單速變速箱無法有效被運用，導致爬坡能力差，起動耗能，下坡升速拖拽電動機，效率低及容易燒毀電動機等種種缺點。

本發明係有關於一種電動車用兩速變速箱，能夠提供兩個傳動比，以適應車輛行駛於高扭矩或高速度之情形下的不同要求，具有能量利用率高、爬坡能力強等特點。

根據本發明之一方面，提出一種電動車用兩速變速箱，包括一電動機、一第一變速機構以及一第二變速機構。電動機包括一轉子以及一主軸。第一變速機構設置於主軸上，包括第一環齒輪、第一行星支架、第一行星齒輪、第一太陽齒輪以及第一離合器，第一行星齒輪設置於第一行星支架上，並嚙合於第一環齒輪與第一太陽齒輪之間，轉子用以帶動第一太陽齒輪及第一行星齒輪相對於第一環齒輪旋轉，以產生一第一傳動比。第二變速機構設置於主軸上，包括第二環齒輪、第二行星支架、第二行星齒輪、第二太陽齒輪以及第二離合器，第二行星齒輪設置於第二行星支架上，並嚙合於第二環齒輪與第二太陽齒輪之間，轉子用以帶動第二太陽齒輪及第二行星齒輪相對於第二環齒輪旋轉，以產生一第二傳動比，第一傳動比與第二傳動比不同。當第一離合器被致動而與主軸處於接合狀態時，第二離合器與主軸分離，電動機輸出對應於第一傳動比之第一扭力至主軸。當第二離合器被致動而與主軸處於接合狀態時，第一離合器與主軸分離，電動機輸出對應於第二傳動比之第二扭力至主軸。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

100‧‧‧電動車用兩速變速箱

110‧‧‧電動機

111‧‧‧定子

112‧‧‧轉子

113‧‧‧主軸

114‧‧‧主軸齒輪

115‧‧‧副軸齒輪

115T‧‧‧副軸

116‧‧‧差速器齒輪

116T‧‧‧差速器

117‧‧‧傳動軸

118‧‧‧輪幅

119‧‧‧軸承

120‧‧‧第一變速機構

121‧‧‧第一環齒輪

122‧‧‧第一行星支架

123‧‧‧第一行星齒輪

124‧‧‧第一太陽齒輪

125‧‧‧第一離合器

126‧‧‧第一靜摩擦片

127‧‧‧第一動摩擦片

128‧‧‧離合器心套

129‧‧‧第一壓盤

130‧‧‧第二變速機構

131‧‧‧第二環齒輪

132‧‧‧第二行星支架

133‧‧‧第二行星齒輪

134‧‧‧第二太陽齒輪

135‧‧‧第二離合器

136‧‧‧第二靜摩擦片

137‧‧‧第二動摩擦片

138‧‧‧離合器心套

139‧‧‧第二壓盤

TS1、TS3‧‧‧外栓槽

TS2、TS4‧‧‧內栓槽

第1圖繪示依照本發明一實施例之電動車用兩速變速箱的簡易示意圖。

第2及3圖分別繪示依照本發明一實施例之電動車用兩速變速箱的內部結構圖及立體剖面示意圖。

第4圖繪示依照本發明一實施例之電動車用兩速變速箱的外觀示意圖。

在本發明之一實施例中，採用兩組行星齒輪組與兩組離合器來實現不同的傳動比，以實現車輛在爬坡時的高扭矩要求，增強車輛的爬坡能力，以及車輛在平地上行駛的高轉速要求，以提高車輛平地的行駛速度，提高能量的利用率。

在一實施例中，將兩組不同齒比的行星齒輪組安裝於電動機主軸兩側，且第一太陽齒輪與第二太陽齒輪固定於電動機轉子兩端，第一環齒輪與第二環齒輪安裝於電動機轉子兩側且固定於變速箱外殼上。當第一離合器與主軸接合時，第二離合器與主軸分離，此時，電動機帶動第一組的太陽齒輪、行星齒輪及行星架旋轉，以輸出對應於第一組的太陽齒輪及行星齒輪之傳動比的第一扭力至主軸。之後，主軸齒輪再藉由副軸齒輪與差速器齒輪相嚙合，以將第一扭力傳送至車輛的傳動軸。

此外，當第一離合器與主軸分離時，第二離合器與主軸接合，此時，電動機帶動第二組的太陽齒輪、行星齒輪及行星架旋轉，以輸出對應於第二組的太陽齒輪及行星齒輪之傳動比的第二扭力至主軸。之後，主軸齒輪再藉由副軸齒輪與差速器齒輪相嚙合，以將第二扭力傳送至車輛的傳動軸。

第一扭力可為低扭力輸出，對應於低傳動比之行星齒輪組，在此傳動比下車輛能夠獲得高轉速、低轉矩，適合在平坦路面上行駛。第二扭力可為高扭力輸出，對應於高傳動比之行星齒輪組，在此傳動比下車輛能夠獲得低轉速、高轉矩，適合車 輛起動、爬坡以及下坡的情況下使用。

以下係針對實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

請參照第1至4圖，其中第1圖繪示依照本發明一實施例之電動車用兩速變速箱100的簡易示意圖，第2、3圖分別繪示依照本發明一實施例之電動車用兩速變速箱100的內部結構圖及立體剖面示意圖，第4圖繪示依照本發明一實施例之電動車用兩速變速箱100的外觀示意圖。

如第1及2圖所示，電動車用兩速變速箱100包括一電動機110、一第一變速機構120以及一第二變速機構130。電動機110包括一定子111、一轉子112以及一主軸113，定子111固定在電動機殼體上，其中轉子112之輪輻118位於轉子112的徑向上，且輪輻118與主軸113之軸向相互垂直，轉子112之輪輻118以軸承119設置在主軸113上，並可繞著主軸113之軸心旋轉，主軸113可輸出電動機110的動力至傳動機構，例如是車用差速器齒輪116、差速器116T及傳動軸117等。在一實施例中，行車電腦可藉由外部感測器偵測車速以及路面的狀況，控制電動車用兩速變速箱100使其切換至第一變速模式或第二變速模式，藉以調整變速箱的傳動比，以使電動機110輸出的動力符合高扭矩或高轉速的需求。

第一變速機構120與第二變速機構130設置於電動機110之主軸113上，並位於電動機110之轉子112的左右兩側。第一變速機構120用以將電動機110的輸出動力改為第一扭力，並將第一扭力輸出至主軸113。之後，設置於主軸113上的主軸 齒輪114再藉由副軸115T上的副軸齒輪115與差速器齒輪116相嚙合，差速器齒輪116帶動差速器116T旋轉，並將第一扭力傳送至車輛的傳動軸117。在另一實施例中，主軸齒輪114與差速器齒輪116亦可以皮帶或其他的傳動部件帶動，以傳輸第一扭力。

此外，第二變速機構130用以將電動機110的輸出動力改為第二扭力，並將第二扭力輸出至主軸113。之後，設置於主軸113上的主軸齒輪114再藉由副軸115T上的副軸齒輪115與差速器齒輪116相嚙合，差速器齒輪116帶動差速器116T旋轉，並將第二扭力傳送至車輛的傳動軸117。在另一實施例中，主軸齒輪114與差速器齒輪116亦可以皮帶或其他的傳動部件帶動，以傳輸第二扭力。

如第1及2圖所示，第一變速機構120包括第一環齒輪121、第一行星支架122、第一行星齒輪123、第一太陽齒輪124以及第一離合器125。第一環齒輪121固定在電動機殼體上，第一行星齒輪123設置於第一行星支架122上，並嚙合於第一環齒輪121與第一太陽齒輪124之間。第一太陽齒輪124固定連接於輪輻118之一側。轉子112用以帶動第一太陽齒輪124及第一行星齒輪123相對於第一環齒輪121旋轉，以帶動第一行星支架122轉動。

第二變速機構130包括第二環齒輪131、第二行星支架132、第二行星齒輪133、第二太陽齒輪134以及第二離合器135。第二環齒輪131固定在電極殼體上，第二行星齒輪133設置於第二行星支架132上，並嚙合於第二環齒輪131與第二太 陽齒輪134之間。第二太陽齒輪134固定連接於輪輻118之另一側。轉子112用以帶動第二太陽齒輪134及第二行星齒輪133相對於第二環齒輪131旋轉，以帶動第二行星支架132轉動。

由此可知，本發明結合兩組傳動比不同的變速機構，並搭配離合器控制器(圖未繪示)對不同傳動比的變速機構進行切換，以提供不同扭力輸出至車輛的傳動軸117，以適應車輛行駛於高轉矩或高轉速之情形下的不同要求。第一傳動比適用於高轉速下的傳動比，第二傳動比適用於高轉矩下的傳動比，或是兩者相反亦可，本發明對此不加以限制。

請參照第1及2圖，第一離合器125與第二離合器135可為一組摩擦片式離合器。第一離合器125包括設置於離合器心套128上的多個第一靜摩擦片126以及與第一靜摩擦片126相鄰交叉配置的多個第一動摩擦片127。第二離合器135包括設置於離合器心套138上的多個第二靜摩擦片136以及與第二靜摩擦片136相鄰交叉配置的多個第二動摩擦片137。

第一動摩擦片127設置於第一行星支架122的內壁上，且第一動摩擦片127與第一行星支架122的內壁之間以軸向延伸的外栓槽TS1相互配合，使第一動摩擦片127可在外栓槽TS1上軸向移動。第一動摩擦片127可隨著第一行星支架122旋轉而繞著主軸113同步旋轉。第一靜摩擦片126與離合器心套128之間以軸向延伸的內栓槽TS2相互配合，使第一靜摩擦片126可在內栓槽TS2上軸向移動。離合器心套128上設有一第一壓盤129，此第一壓盤129可以被離合器控制器驅動而在主軸113的軸向(如箭頭所示)上移動。當離合器心套128上的第一壓盤129被致動 而緊壓第一靜摩擦片126時，第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127接合。由於第一靜摩擦片126設置於離合器心套128上，且離合器心套128又與主軸113相聯結，因此，當第一壓盤129緊壓後，可將電動機110(轉子112)輸出的第一扭力經由處於接合狀態的第一離合器125而傳遞至主軸113。反之，當第一壓盤129被釋放後，由於第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127未接合，因此電動機110輸出的第一扭力不會傳遞至主軸113。在本實施例中，位於最右側的第一靜摩擦片126以C型環(圖未繪示)固定在離合器心套128上，故不會在內栓槽TS2上軸向移動。

此外，第二動摩擦片137設置於第二行星支架132的內壁上，且第二動摩擦片137與第二行星支架132的內壁之間以軸向延伸的外栓槽TS3相互配合，使第二動摩擦片137可在外栓槽TS3上軸向移動。第二動摩擦片137可隨著第二行星支架132旋轉而繞著主軸113同步旋轉。第二靜摩擦片136與離合器心套138之間以軸向延伸的內栓槽TS4相互配合，使第二靜摩擦片136可在內栓槽TS4上軸向移動。離合器心套138上設有一第二壓盤139，此第二壓盤139可以被離合器控制器驅動而在主軸113的軸向(如箭頭所示)上移動。當離合器心套138上的第二壓盤139被致動而緊壓第二靜摩擦片136時，第二靜摩擦片136與第二動摩擦片137接合。由於第二靜摩擦片136設置於離合器心套138上，且離合器心套138又與主軸113相聯結，因此，當第二壓盤139緊壓後，可將電動機110(轉子112)輸出的第二扭力經由處於接合狀態的第二離合器135而傳遞至主軸113。反之，當第二壓盤139被釋放後，由於第二靜摩擦片136與第二動摩擦片137 未接合，因此電動機110輸出的第二扭力不會傳遞至主軸113。在本實施例中，位於最左側的第二靜摩擦片136以C型環(圖未繪示)固定在離合器心套138上，故不會在內栓槽TS4上軸向移動。上述第一壓盤129與第二壓盤139分別與第一動摩擦片127與第二動摩擦片137之直徑相同而與分別與外栓槽TS2、TS4相配。

另外，當第一離合器125及第二離合器135分別與主軸113分離時，電動機110的轉子112空轉而無扭力輸出至主軸113，使電動車的電動機110保持於惰速情況下。

在一實施例中，離合器控制器例如以液壓組件的作動來控制第一離合器125與第二離合器135接合或分離。也就是說，當第一離合器125的第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127被緊壓而接合時，第二離合器135的第二靜摩擦片136與第二動摩擦片137分離。反之，當第一離合器125的第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127分離時，第二離合器135的第二靜摩擦片136與第二動摩擦片137被緊壓而接合。由於上述二離合器125、135的變檔操作簡便、可靠，因此可避免換檔時出現空檔而發生扭力輸出不連續，造成車輛抖動的情形，進而大幅提昇駕駛的舒適性。

本發明上述實施例所揭露之電動車用兩速變速箱，能夠提供兩個傳動比，以適應車輛行駛於高扭矩或高速度之情形下的不同要求，具有能量利用率高、爬坡能力強等特點。此外，本發明之變速箱整體結構緊實、組裝容易、重量輕、體積小，增加電動車的動力性能，有利於電動車的規格化推廣及使用。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電動車用兩速變速箱

110‧‧‧電動機

111‧‧‧定子

112‧‧‧轉子

113‧‧‧主軸

114‧‧‧主軸齒輪

115‧‧‧副軸齒輪

115T‧‧‧副軸

116‧‧‧差速器齒輪

116T‧‧‧差速器

117‧‧‧傳動軸

118‧‧‧輪輻

119‧‧‧軸承

120‧‧‧第一變速機構

121‧‧‧第一環齒輪

122‧‧‧第一行星支架

123‧‧‧第一行星齒輪

124‧‧‧第一太陽齒輪

125‧‧‧第一離合器

126‧‧‧第一靜摩擦片

127‧‧‧第一動摩擦片

130‧‧‧第二變速機構

131‧‧‧第二環齒輪

132‧‧‧第二行星支架

133‧‧‧第二行星齒輪

134‧‧‧第二太陽齒輪

135‧‧‧第二離合器

136‧‧‧第二靜摩擦片

137‧‧‧第二動摩擦片

Claims (20)

1. 一種電動車用兩速變速箱，包括：一電動機，包括一轉子以及一主軸；一第一變速機構，設置於該主軸上，包括第一環齒輪、第一行星支架、第一行星齒輪、第一太陽齒輪以及第一離合器，該第一行星齒輪設置於第一行星支架上，並嚙合於該第一環齒輪與該第一太陽齒輪之間，該轉子用以帶動該第一太陽齒輪及該第一行星齒輪相對於該第一環齒輪旋轉，以產生一第一傳動比；以及一第二變速機構，設置於該主軸上，包括第二環齒輪、第二行星支架、第二行星齒輪、第二太陽齒輪以及第二離合器，該第二行星齒輪設置於該第二行星支架上，並嚙合於該第二環齒輪與該第二太陽齒輪之間，該轉子用以帶動該第二太陽齒輪及該第二行星齒輪相對於該第二環齒輪旋轉，以產生一第二傳動比，該第一傳動比與該第二傳動比不同；其中，當該第一離合器被致動而與該主軸處於接合狀態時，該第二離合器與該主軸分離，該電動機輸出對應於該第一傳動比之第一扭力至該主軸；當該第二離合器被致動而與該主軸處於接合狀態時，該第一離合器與該主軸分離，該電動機輸出對應於該第二傳動比之第二扭力至該主軸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車用兩速變速箱，其中當該第一及第二離合器分別與該主軸分離時，該轉子空轉，無扭力輸出至該主軸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電動車用兩速變速箱，其中 該主軸上設有一主軸齒輪，該主軸齒輪與一差速器齒輪相聯結。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電動車用兩速變速箱，更包括一副軸齒輪，該副軸齒輪嚙合於該主軸齒輪與該差速器齒輪之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電動車用兩速變速箱，其中該轉子具有一輪輻，該輪輻位於該轉子之徑向上，且與該主軸之軸向相互垂直。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電動車用兩速變速箱，其中該輪輻以一軸承設置在該主軸上，並繞著該主軸之軸心旋轉。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電動車用兩速變速箱，其中該第一太陽齒輪與該第二太陽齒輪固定連接於該輪輻之相對兩側。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電動車用兩速變速箱，其中該第一離合器包括設置於一離合器心套上的複數個第一靜摩擦片以及與該些第一靜摩擦片相鄰交叉配置的複數個個第一動摩擦片。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電動車用兩速變速箱，其中該些第一動摩擦片設置於該第一行星支架的內壁上，並隨著該第一行星支架旋轉而繞著該主軸同步旋轉。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電動車用兩速變速箱，其中該些第一動摩擦片與該第一行星支架的內壁之間以軸向延伸的外栓槽相互配合，使該些第一動摩擦片可在該外栓槽上軸向移動。
11. 如申請專利範圍第8項所述之電動車用兩速變速箱，其 中該些第一靜摩擦片與該離合器心套之間以軸向延伸的內栓槽相互配合，使該些第一靜摩擦片可在該內栓槽上軸向移動。
12. 如申請專利範圍第8項所述之電動車用兩速變速箱，其中該離合器心套上設有一第一壓盤，該第一壓盤被致動而在該主軸的軸向上移動並緊壓該些第一靜摩擦片時，該些第一靜摩擦片與該些第一動摩擦片接合。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電動車用兩速變速箱，其中該第一壓盤以液壓驅動。
14. 如申請專利範圍第1項所述之電動車用兩速變速箱，其中該第二離合器包括設置於一離合器心套上的複數個第二靜摩擦片以及與該些第二靜摩擦片相鄰交叉配置的複數個個第二動摩擦片。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電動車用兩速變速箱，其中該些第二動摩擦片設置於該第二行星支架的內壁上，並隨著該第二行星支架旋轉而繞著該主軸同步旋轉。
16. 如申請專利範圍第15項所述之電動車用兩速變速箱，其中該些第二動摩擦片與該第二行星支架的內壁之間以軸向延伸的外栓槽相互配合，使該些第二動摩擦片可在該外栓槽上軸向移動。
17. 如申請專利範圍第14項所述之電動車用兩速變速箱，其中該些第二靜摩擦片與該離合器心套之間以軸向延伸的內栓槽相互配合，使該些第二靜摩擦片可在該內栓槽上軸向移動。
18. 如申請專利範圍第14項所述之電動車用兩速變速箱，其中該離合器心套上設有一第二壓盤，該第二壓盤被致動而在該主 軸的軸向上移動並緊壓該些第二靜摩擦片時，該些第二靜摩擦片與該些第二動摩擦片接合。
19. 如申請專利範圍第18項所述之電動車用兩速變速箱，其中該第二壓盤以液壓驅動。
20. 如申請專利範圍第1項所述之電動車用兩速變速箱，其中該第一變速機構與該第二變速機構設置於該轉子之兩側。