TW201725135A - 具有雙離合器的兩速變速箱 - Google Patents

具有雙離合器的兩速變速箱 Download PDF

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Abstract

一種具有雙離合器的兩速變速箱，包括一電動機、一中間軸、一第一離合器、一第二離合器、一第一組齒輪以及一第二組齒輪。電動機包括一主軸。第一離合器與第二離合器共軸配置在中間軸上。第一組齒輪經由中間軸之一第一軸部連結至第一離合器，以產生一第一傳動比。第二組齒輪經由中間軸之一第二軸部連結至第二離合器，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第一軸部處於接合狀態時，第二離合器與第二軸部分離，電動機經由第一組齒輪輸出對應於第一傳動比之一第一扭力。當第二離合器被致動而與第二軸部處於接合狀態時，第一離合器與第一軸部分離，電動機經由第二組齒輪輸出對應於第二傳動比之一第二扭力。

Description

具有雙離合器的兩速變速箱
本發明是有關於一種具有雙離合器的變速箱，且特別是有關於一種針對不同傳動比的變速齒輪進行切換以提供不同扭力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1：6.4~1：7.5之間，在此情況下，由於傳動力恒定，因而在車輛進行爬坡時，無法提供高扭矩，且車輛在平地上行駛時，由於齒輪比的限制，無法為車輛提供較高的運動速度。
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具有雙離合器的兩速變速箱具有雙離合器的兩速變速箱，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，提出一種具有雙離合器的兩速變速箱，包括一電動機、一中間軸、一第一離合器、一第二離合器、一第一組齒輪以及一第二組齒輪。電動機包括一主軸。第一離合器及第二離合器共軸配置在中間軸上。第一組齒輪經由中間軸之一第一軸部連結至第一離合器，以產生一第一傳動比。第二組齒輪經由中間軸之一第二軸部連結至第二離合器，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第一軸部處於接合狀態時，第二離合器與第二軸部分離，電動機經由第一組齒輪輸出對應於第一傳動比之一第一扭力。當第二離合器被致動而與第二軸部處於接合狀態時，第一離合器與第一軸部分離，電動機經由第二組齒輪輸出對應於第二傳動比之一第二扭力。
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‧‧‧中間軸
116‧‧‧中間軸齒輪
117‧‧‧動力輸出軸
118T‧‧‧差速器
119‧‧‧軸承
120‧‧‧第一組齒輪
121‧‧‧第一主齒輪
122‧‧‧第一副齒輪
124‧‧‧離合器共用外殼
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‧‧‧第二組齒輪
131‧‧‧第二主齒輪
132‧‧‧第二副齒輪
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
140‧‧‧液壓油路
TS1、TS3‧‧‧內栓槽
TS2、TS4‧‧‧外栓槽
A-A‧‧‧剖面線
B‧‧‧軸承
P1‧‧‧第一活塞
P2‧‧‧第二活塞
V1‧‧‧出入口
V2‧‧‧出入口
第1A及1B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外觀示意圖及沿著A-A線的剖面圖。
第2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3及4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簡易參考圖。
第5A至5C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操作示意圖。
在本發明之一實施例中，採用兩組離合器的切換，使其中一離合器與中間軸結合，另一離合器與中間軸分離，來輸出不同的傳動比，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，兩組不同傳動比的齒輪分別安裝在差速器上，並受到各別離合器的控制。當第一離合器與中間軸的第一軸部處於接合狀態時，第二離合器與中間軸的第二軸部分離，此時，電動機的轉子帶動主軸、中間軸旋轉，並經由第一組齒輪輸出對應於第一組齒輪之傳動比的第一扭力。之後，第一組齒輪再藉由輸出軸齒輪與差速器相嚙合，以將第一扭力傳送至車輛的動力輸出軸。
此外，當第一離合器與中間軸的第一軸部分離時，第二離合器與中間軸的第二軸部處於接合狀態，此時，電動機的轉子帶動主軸、中間軸旋轉，並經由第二組齒輪輸出對應於第二組齒輪之傳動比的第二扭力。之後，第二組齒輪再藉由輸出軸齒輪與差速器相嚙合，以將第二扭力傳送至車輛的動力輸出軸。
第一扭力可為高扭力輸出，對應於高傳動比之第一組齒輪，在此傳動比下車輛能夠獲得低轉速、高扭矩，適合車輛 啟動、爬坡以及下坡的情況下使用。第二扭力可為低扭力輸出，對應於低傳動比之第二組齒輪，在此傳動比下車輛能夠獲得高轉速、低扭矩，適合在平坦路面上行駛。
以下係提出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1A及1B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的外觀示意圖及沿著A-A線的剖面圖，第2圖繪示第1A圖之電動車用兩速變速箱100的簡易示意圖，第3及4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的內部結構圖及簡易參考圖。
如第1A、1B及2圖所示，電動車用兩速變速箱100包括一電動機110、一中間軸115、第一組齒輪120、第一離合器125、第二組齒輪130以及一第二離合器135。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110之殼體上，其中轉子112之中心與主軸113連結，並可帶動主軸113旋轉，主軸113可輸出電動機110的動力至傳動機構，該傳動機構例如是車輛的差速器118T及動力輸出軸117等。在一實施例中，車輛的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。
如第1A圖所示，主軸113、中間軸115以及動力輸 出軸117上分別設有二軸承B，例如是滾珠軸承，以使主軸113、中間軸115以及動力輸出軸117可藉由軸承B穩固地承靠在電動車用兩速變速箱100的機體中。
第一組齒輪120包括第一主齒輪121以及第一副齒輪122，其中第一主齒輪121設置於中間軸115的第一軸部115A上，並與第一離合器125連結，且第一副齒輪122設置於差速器118T上，因此第一組齒輪120可以產生一第一傳動比。
第二組齒輪130包括第二主齒輪131以及第二副齒輪132，其中第二主齒輪131設置於中間軸115的第二軸部115B上，且第二副齒輪132設置於差速器118T上，並與第二離合器135連結，因此第二組齒輪130可以產生一第二傳動比，第一傳動比與第二傳動比不同。在一實施例中，中間軸115的第一軸部115A與第二軸部115B之間設有一軸承，例如是滾珠軸承，以使第一軸部115A與第二軸部115B共軸地旋轉。此外，第二軸部115B的直徑例如大於第一軸部115A的直徑，因此第二軸部115B可套設在第一軸部115A上，而減少中間軸115的實際長度，但本發明不以此為限，第二軸部115B亦可採用其他方式設置。
此外，主軸齒輪114設置於主軸113上，且中間軸齒輪116設置於離合器上。主軸齒輪114與中間軸齒輪116相嚙合，用以傳輸電動機110的動力。
第一組齒輪120用以將電動機110的動力輸出為第一扭力，並帶動差速器118T旋轉，以將第一扭力傳送至車輛的 動力輸出軸117。此外，第二組齒輪130用以將電動機110的動力輸出為第二扭力，並帶動差速器118T旋轉，以將第二扭力傳送至車輛的動力輸出軸117。在另一實施例中，中間軸齒輸116與主軸齒輪111之間亦可以皮帶或其他的傳動部件帶動，以輸出動力。
由上述說明可知，本發明利用兩組傳動比不同的變速齒輪，並搭配離合器控制器對不同傳動比的變速齒輪進行切換，以提供不同扭力或轉矩至車輛的動力輸出軸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，該傳動比係為輸出齒輪的齒數與輸入齒輪的齒數之比值。第一傳動比適用於高轉速下的傳動比，例如介於6~7之間，第二傳動比適用於高轉矩下的傳動比，例如介於11~12之間，或是兩者相反亦可，本發明對此不加以限制。
請參照第3及4圖，中間軸齒輪116設置於第一離合器125與第二離合器135之離合器共用外殼124上，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設置於離合器共用外殼124的內 壁上，且第一動摩擦片127與離合器共用外殼124的內壁上以軸向延伸的外栓槽TS1相互配合，使第一動摩擦片127可在內栓槽TS1上軸向移動。第一動摩擦片127可隨著離合器共用外殼124旋轉而繞著中間軸115旋轉。第一靜摩擦片126與離合器心套128上以軸向延伸的外栓槽TS2相互配合，使第一靜摩擦片126可在外栓槽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可以被液壓油路140驅動而在中間軸115的軸向(如箭頭所示)上移動，以推動第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127相互緊密結合。
第5A至5C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操作示意圖。請參照第5A圖，當第一活塞P1被液壓油路140開啟(Push-On)時，離合器心套128上的第一壓盤129被第一活塞P1致動而緊壓第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127，使得第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127緊密接合。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又與中間軸115的第一軸部115A相聯結，因此，當第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127被第一壓盤129緊壓後，可將電動機110(轉子112)輸出的動力經由與第一離合器125處於接合狀態的中間軸115的第一軸部115A而傳遞至第一組齒輪120，經由第一組齒輪120的齒輪比轉換成相對應的第一扭力之後，再輸出至差速器118T及動力輸出軸117，如第5A圖中箭頭所示之動力傳輸路徑。反之，當第一壓盤129被釋放而回到原來 的位置後，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輸出的動力不會傳遞至中間軸115。
此外，第二動摩擦片137設置於離合器共用外殼124的內壁上，且第二動摩擦片137與離合器共用外殼124的內壁上以軸向延伸的內栓槽TS3相互配合，使第二動摩擦片137可在內栓槽TS3上軸向移動。第二動摩擦片137可隨著離合器共用外殼124旋轉而繞著中間軸115同步旋轉。另外，第二靜摩擦片136與離合器心套138上以軸向延伸的外栓槽TS4相互配合，使第二靜摩擦片136可在外栓槽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可以被液壓油路140驅動而在中間軸115的軸向上移動，以推動第一靜摩擦片126與第一動摩擦片127相互緊密結合。
請參照第5B圖，當第二活塞P2被液壓油路140開啟(Push-On)時，離合器心套138上的第二壓盤139被第二活塞P2致動而緊壓第二靜摩擦片136與第二動摩擦片137，使得第二靜摩擦片136與第二動摩擦片137緊密接合。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又與中間軸115的第二軸部115B相聯結，因此，當第二靜摩擦片136與第二動摩擦片137被第二壓盤139緊壓後，可將電動機110(轉子112)輸出的動力經由與第二離合器135處於接合狀態的中間軸115的第二軸部115B而傳遞至第二組齒輪130，經由第二組齒輪130的齒輪比轉換成相對應的第二扭力之後，再輸出至差速器118T以 及動力輸出軸117，如第5B圖中箭頭所示之動力傳輸路徑。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輸出的動力不會傳遞至中間軸115。
另外，請參照第5C圖，當第一離合器125及第二離合器135未受到液壓油路140驅動，使得主軸113無法將動力輸出至中間軸115上時，電動機110的轉子112空轉而無扭力輸出至中間軸115，使電動車的電動機110保持於惰速情況下。
由上述的說明可知，離合器控制器以第一活塞P1、第二活塞P2及液壓油路140的開關作動(On-Off)來控制第一離合器125與第二離合器135。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。由於上述第一及第二離合器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。
上述的液壓油路140的二出入口V1、V2處例如各設有控制閥(圖未繪示)，用以控制出入口V1、V2的壓力及流量，藉以調節液壓缸的內部壓力。上述的二出入口V1、V2可共用一個液壓缸並可切換入口及出口方向，且第一活塞P1與第二活塞 P2相連為一體而設置於液壓缸內，因此只要用一組液壓油路140驅動即可，以簡化結構。此外，上述的液壓油路140亦可藉由油泵切換器連接至單一油泵，並以單一油泵來驅動第一離合器125與第二離合器135作動，以使液壓油路140系統的結構更簡單、體積更小、重量更輕。
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‧‧‧中間軸
116‧‧‧中間軸齒輪
117‧‧‧動力輸出軸
118T‧‧‧差速器
120‧‧‧第一組齒輪
121‧‧‧第一主齒輪
122‧‧‧第一副齒輪
124‧‧‧離合器共用外殼
130‧‧‧第二組齒輪
131‧‧‧第二主齒輪
132‧‧‧第二副齒輪
A-A‧‧‧剖面線
B‧‧‧軸承

Claims (20)

  1. 一種具有雙離合器的兩速變速箱，包括：一電動機，包括一主軸；一中間軸；一第一離合器與一第二離合器，共軸配置在該中間軸上；一第一組齒輪，經由該中間軸之一第一軸部連結至該第一離合器，以產生一第一傳動比；一第二組齒輪，經由該中間軸之一第二軸部連結至該第二離合器，以產生一第二傳動比，該第一傳動比與該第二傳動比不同；以及其中，當該第一離合器被致動而與該第一軸部處於接合狀態時，該第二離合器與該第二軸部分離，該電動機經由該第一組齒輪輸出對應於該第一傳動比之一第一扭力；當該第二離合器被致動而與該第二軸部處於接合狀態時，該第一離合器與該第一軸部分離，該電動機經由該第二組齒輪輸出對應於該第二傳動比之一第二扭力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之兩速變速箱，其中當該第一及第二離合器皆未分別接合至該中間軸的該第一軸部與該第二軸部上時，該電動機內之轉子空轉，無扭力輸出至該中間軸。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之兩速變速箱，其中該第一組齒輪包括一設置在該第一軸部上的第一主齒輪以及一與該第一主齒輪相嚙合的第一副齒輪。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之兩速變速箱，其中該第二組 齒輪包括一設置在該第二軸部上的第二主齒輪以及一與該第二主齒輪相嚙合的第二副齒輪。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之兩速變速箱，更包括一差速器以及一動力輸出軸，該第一組齒輪或該第二組齒輪帶動該差速器旋轉，並將第一扭力或該第二扭力傳送至該動力輸出軸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之兩速變速箱，更包括一中間軸齒輪，該中間軸齒輪配置在一離合器共用外殼上，並與該第一離合器及該第二離合器同軸配置在該中間軸上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之兩速變速箱，更包括一主軸齒輪，該主軸齒輪與該中間軸齒輪嚙合。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之兩速變速箱，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項所述之兩速變速箱，其中該些第一動摩擦片設置於一離合器共用外殼的內壁上，並隨著該第一組齒輪旋轉而繞著該中間軸同步旋轉。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之兩速變速箱，其中該些第一動摩擦片與該離合器共用外殼的內壁上以軸向延伸的內栓槽相互配合，使該些第一動摩擦片可在該內栓槽上軸向移動。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之兩速變速箱，其中該些第一靜摩擦片與該離合器心套上以軸向延伸的外栓槽相互配合，使該些第一靜摩擦片可在該外栓槽上軸向移動。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之兩速變速箱，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中間軸的軸向上移動並緊壓該些第一靜摩擦片與第一動摩擦片，使得該些第一靜摩擦片與該些第一動摩擦片緊密接合。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之兩速變速箱，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項所述之兩速變速箱，其中該些第二動摩擦片設置於該離合器共用外殼的內壁上，並隨著該第二組齒輪旋轉而繞著該中間軸同步旋轉。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之兩速變速箱，其中該些第二動摩擦片與該離合器共用外殼的內壁上以軸向延伸的內栓槽相互配合，使該些第二動摩擦片可在該內栓槽上軸向移動。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之兩速變速箱，其中該些第二靜摩擦片與該離合器心套上以軸向延伸的外栓槽相互配合，使該些第二靜摩擦片可在該外栓槽上軸向移動。
  18. 如申請專利範圍第14項所述之兩速變速箱，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中間軸的軸向上移動並緊壓該些第二靜摩擦片與第二動摩擦片，使得該些第二靜摩擦片與該些第二動摩擦片緊密接合。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之兩速變速箱，其中該第二壓盤以液壓驅動。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之兩速變速箱，其中該中間 軸的該第一軸部與該第二軸部共軸且該第一軸部與該第二軸部之間設有一軸承。
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