TW202332620A - 用於微動車輛之中軸變速器 - Google Patents

用於微動車輛之中軸變速器 Download PDF

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彼得 齊瑪爾
湯瑪斯 雷德瑟
歐利齊 朵爾
屋維 施拉夫
馬庫斯 斯特羅貝爾
克里斯多福 馬格雷夫
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Abstract

本發明係有關於一種用於微動車輛(1)之行星齒輪組結構的中軸變速器,該中軸變速器具有至少一換擋元件,其中每個換擋元件皆具一帶有外齒(4)之換擋圈(3),該換擋圈分配有用於鎖定或釋放該換擋元件之分配給變速器部件的換擋圈(3)的換擋棘爪(5),其中至少一以可旋轉的方式支承之用於致動該對應的換擋棘爪(5)之換擋輥(7)與中心變速器旋轉軸(6)軸向平行地佈置,且其中該至少局部地實施為空心軸之換擋輥(7)的內部佈置有換擋執行器(8)。本發明還有關於一種具有該中軸變速器之微動車輛(1)。

Description

用於微動車輛之中軸變速器
本發明係有關於一種用於微動車輛之行星齒輪組結構的中軸變速器,該中軸變速器具有至少一用於切換傳動級之換擋元件,其中每個換擋元件皆具一帶有外齒之換擋圈,該換擋圈分配有用於鎖定或釋放該換擋元件之分配給變速器部件的換擋圈的換擋棘爪,且其中至少一以可旋轉的方式支承之用於致動該對應的換擋棘爪之換擋輥與中心變速器旋轉軸軸向平行地佈置。此外,本發明還有關於一種具有該中軸變速器之微動車輛。
例如,公開案DE 10 2019 220 044 A1揭露過一種用於腳踏車或電踏車之行星齒輪組結構的中軸變速器,其具有用於致動至少一制動換擋元件之配置,此制動換擋元件具有用於實現不同傳動級之多個行星齒輪組。此中軸變速器分配有多個制動換擋元件,此等制動換擋元件分別具有一分配給變速器部件之制動圈,可透過制動棘爪鎖定或釋放此制動圈,以切換出預定的對應傳動級。每個制動棘爪皆由一以可旋轉的方式支承之換擋輥致動,此換擋輥與中軸變速器之中心旋轉軸大體軸向平行。設有鮑登線用於換擋輥之旋轉致動。為此,一抗旋的銷件或諸如此類緊固在殼體外部之換擋輥上,鮑登線之一末端與此銷件連接,而鮑登線之另一末端例如佈置在腳踏車或電踏車之手把上以供操作者操縱,如此便能透過鮑登線致動換擋輥,以切換出期望的傳動級。
本發明之目的在於提出一種中軸變速器以及一種具有該中軸變速器之微動車輛,其中提供對換擋輥之特別簡單且結構空間中性的致動。
本發明用以達成上述目的之解決方案為請求項1及10之特徵。所主張的有利改良方案參閱附屬項、說明書及附圖。
有鑒於此,本發明提出一種用於微動車輛之行星齒輪組結構的中軸變速器,該中軸變速器具有至少一換擋元件,其中每個換擋元件皆具一帶有外齒或諸如此類之換擋圈,該換擋圈分配有用於鎖定或釋放該換擋元件之分配給變速器部件的換擋圈的換擋棘爪,且其中至少一以可旋轉的方式支承之用於致動該對應的換擋棘爪之換擋輥與中心變速器旋轉軸軸向平行地佈置。為以儘可能設計簡單且節省結構空間的方式致動換擋輥,該至少局部地實施為空心軸之換擋輥的內部佈置有用於致動該換擋輥之換擋執行器。
藉此,致動以換擋執行器形式結構空間中性地整合至換擋輥,具體方式為,該換擋輥至少局部實施為空心的,使得執行器單元至少部分地佈置在換擋輥之徑向內部或以徑向嵌套的方式佈置在換擋輥中,由此,變速器殼體中之軸向結構空間需求大幅減少,因而不超過變速器殼體在微動車輛之踏板曲柄間的預設軸向寬度。
微動車輛係指可由人力驅動及/或以電驅動系統工作之車輛,其中微動車輛在任何情況下皆具有中軸。微動車輛例如包括腳踏車、電踏車、S型電踏車、載貨腳踏車、躺車、電動腳踏車。
在本發明範圍內,該較佳機電的換擋執行器與該換擋輥之間的扭矩傳遞之結構簡單的技術方案透過換擋執行器之驅動小齒輪實施,該驅動小齒輪與換擋輥內部用作傳動輪廓之內齒或諸如此類嚙合。除該結構簡單的實施方案外,透過換擋輥之內部區域內的扭矩傳遞在變速器殼體中實現整體上極為緊湊的結構。
在本發明範圍內,為在所提出之中軸變速器中透過機電的換擋執行器最佳地致動換擋輥,該機電的換擋執行器除電動馬達或伺服馬達或諸如此類之外還具有整合式減速器。藉由該減速器,換擋輥致動換擋棘爪所需之旋轉可透過機電的換擋執行器來實現。
換擋執行器與換擋輥在一定程度上彼此徑向嵌套地同軸佈置,由此產生以下優點:可將換擋輥及換擋執行器在一定程度上與變速器旋轉軸軸向平行地以節省空間的方式裝在變速器殼體中,從而將軸向上所需的結構空間減小至最小程度。
在本發明範圍內,為以設計簡單且節省結構空間的方式在換擋執行器與變速器殼體之間進行扭矩支撐,該換擋執行器透過用於扭矩支撐之支撐套管或諸如此類保持在換擋輥中,並且緊固在變速器殼體上。
就所用支撐套管之結構實施方案而言,可採用不同的配置。根據一特別節省結構空間且穩定性足夠的實施方案,該支撐套管具有大體呈空心圓柱形或圓柱形的容置區域以容置換擋執行器,其中該容置區域之分配給換擋執行器之驅動小齒輪的第一末端具有供該驅動小齒輪軸向通過的通孔或凹口或諸如此類,且其中該容置區域之第二末端具有用於將支撐套管與變速器殼體連接在一起之緊固法蘭。
因此,換擋執行器以其殼體被如此地容置在用於扭矩支撐之支撐套管中,使得旋轉的驅動小齒輪自支撐套管軸向地伸出,以便與換擋輥之傳動齒形狀配合地連接,藉此,除扭矩支撐外,還確保了換擋執行器與換擋輥之間的扭矩傳遞。
在本發明範圍內,為儘可能結構空間中性地實現換擋輥上之位置或旋轉角度識別,在換擋輥之端側佈置有用於換擋輥之徑向內區域內之旋轉角度位置識別的旋轉角度編碼器或諸如此類。例如可透過壓接連接、藉由黏合或諸如此類將旋轉角度編碼器緊固在換擋輥上。為此,換擋輥在該區域內亦實施為空心的,以便以徑向內部嵌套的方式佈置支架之部件。
較佳地,將朝向換擋輥之旋轉角度編碼器之旋轉角度感測器佈置在變速器殼體側。透過以固定在殼體上的方式佈置旋轉角度感測器,在所提出之中軸變速器中,旋轉角度感測器之訊號傳輸大幅簡化。
在該中軸變速器中,較佳設有制動換擋元件作為換擋元件。此種制動換擋元件具有僅能在一旋轉方向上透過制動棘爪鎖定之制動圈,其中該制動棘爪可透過換擋輥致動。透過將分配給變速器部件之制動圈鎖定,便能在該中軸變速器中切換出對應的傳動級。
本發明之另一態樣主張一種具有前述中軸變速器之微動車輛,從而產生前述優點及進一步的優點。
圖1及圖2例示性地結合微動車輛1示出本發明之行星齒輪組結構的中軸變速器的不同視圖。
該中軸變速器包括多個與中心變速器旋轉軸6同軸佈置在變速器殼體或中軸殼體12中之用於實現不同傳動級的行星齒輪組2,具有多個例示性地構建為制動換擋元件之換擋元件,其中每個換擋元件或制動換擋元件皆具一帶有外齒4之換擋圈或制動圈3,該換擋圈或制動圈分配有用於鎖定或釋放該制動換擋元件之分配給行星齒輪組2之變速器部件的制動圈3的換擋棘爪或制動棘爪5。
制動圈3與行星齒輪組2之變速器旋轉軸6同軸佈置。為致動多個制動棘爪5,設有以可旋轉的方式支承之換擋輥7,該換擋輥與中心變速器旋轉軸6軸向平行地佈置。換擋輥7被分配給中軸變速器之油池24以改善供油。特別是如圖1所示,換擋輥7至少局部地浸入油池24中之油,藉此,為換擋輥7以及周圍的部件供油。
為以儘可能結構空間中性的方式致動換擋輥7,該至少局部地實施為空心軸之換擋輥7的內部佈置有機電的換擋執行器8。因此,設置徑向上結構彼此嵌套之換擋輥7及機電的換擋執行器8。
換擋輥7局部實施為內部空心的,藉此,可將電動伺服馬達及減速齒輪所構成之換擋執行器8作為整體以嵌套的方式容置在換擋輥7的徑向內部,以使得中軸變速器之踏板曲柄間所需的軸向寬度最小化。
為傳遞扭矩,換擋執行器8之驅動小齒輪9與換擋輥7之內部區域內作為傳動輪廓之內齒10嚙合。換擋執行器8與換擋輥7同軸佈置。
為實現扭矩支撐,換擋執行器8透過支撐套管11保持在換擋輥7中,並且緊固在中軸變速器之變速器殼體或中軸殼體12上。
由圖3及圖4所示換擋輥以及圖5所示支撐套管11之單件視圖可看出,支撐套管11具有大體呈空心圓柱形的容置區域23以容置換擋執行器8。容置區域23被分配給換擋輥7內部之第一容置腔13。容置區域23在分配給換擋執行器8之驅動小齒輪9的第一末端上具有供驅動小齒輪9軸向通過的通孔14,而容置區域12之第二末端具有供支撐套管11緊固在變速器殼體12上之緊固法蘭15。驅動小齒輪9被分配給換擋輥7內部之第二容置腔16,沿軸向視之,該第二容置腔連接第一容置腔13,其中第二容置腔16分配有換擋輥7之用作傳動輪廓之內齒10,驅動小齒輪9與該內齒形狀配合地連接。
第二容置腔16連接換擋輥7內部沿軸向視之的第三容置腔17,其中該第三容置腔17分配有用於換擋輥7上之位置識別的旋轉角度編碼器18。透過壓接連接或藉由黏合將用於換擋輥位置識別之旋轉角度編碼器18在換擋執行器8正對面緊固在換擋輥7端側。在旋轉角度編碼器18正對面,在變速器殼體12之殼體蓋19的區域內以固定在殼體上的方式佈置有對應的旋轉角度感測器20,以偵測換擋輥7之角位。
其中,佈置在變速器殼體側的旋轉角度感測器20較佳緊固在殼體蓋19之薄壁外側。殼體蓋19較佳由鋁或塑膠製成,藉此,編碼器訊號可穿過非鐵磁壁直接被佈置在乾燥區域之旋轉角度感測器20偵測到。
換擋執行器8之電動伺服馬達較佳為帶霍耳感測之BLDC馬達。透過3級級聯式PI調節器來進行調節。位置調節器既應用換擋輥旋轉角度識別之絕對角度資訊,又應用換擋執行器8之內置霍耳感測器的轉子位置資訊,從而提高精度。
特別是如圖3及圖4所示,換擋輥7之外周上設有多個換擋滑座25。換擋滑座25之隆起及下陷或者高處及凹處在周向區域上採用不同的實施方案。換擋輥7之每個換擋滑座25皆被分配給一制動棘爪5以致動該制動棘爪並且切換出預定的傳動級。
換擋輥7在徑向上透過第一深溝球軸承21及第二深溝球軸承22支承在變速器殼體12中。特別是如圖2所示,分配給換擋執行器8之第二深溝球軸承22與換擋輥7存在壓配合,且除徑向導引外還同時用於軸向導引換擋輥7。該第二深溝球軸承22經由其內圈透過壓配合以摩擦配合的方式與換擋輥7連接,經由其外圈在變速器殼體12與支撐套管11之間受到軸向導引。藉此,在換擋輥7上的旋轉角度編碼器18與殼體蓋19上的旋轉角度感測器20之間的氣隙上沿徑向且同時沿軸向產生極短的公差鏈,從而提高換擋過程之精度。
1:微動車輛 2:行星齒輪組 3:換擋圈或制動圈 4:外齒 5:換擋棘爪或制動棘爪 6:中心變速器旋轉軸 7:換擋輥 8:換擋執行器 9:換擋執行器之驅動小齒輪 10:換擋輥之用作傳動輪廓之內齒 11:支撐套管 12:變速器殼體或中軸殼體 13:換擋輥內部之第一容置腔 14:支撐套管之容置區域上之通孔 15:支撐套管之緊固法蘭 16:換擋輥內部之第二容置腔 17:換擋輥內部之第三容置腔 18:旋轉角度編碼器 19:殼體蓋 20:旋轉角度感測器 21:第一深溝球軸承 22:第二深溝球軸承 23:支撐套管之容置區域 24:變速器殼體中之油池 25:換擋滑座
下面結合附圖對本發明進行進一步說明。 其中: [圖1]為本發明之用於微動車輛之中軸變速器之一可行實施方案的剖面圖; [圖2]為該中軸變速器沿圖1中之剖面線A-A的剖面圖; [圖3]為該中軸變速器之換擋輥的立體示意圖; [圖4]為該換擋輥之立體縱剖圖;以及 [圖5]為該中軸變速器之換擋執行器的支撐套管的單件示意圖。
1:微動車輛
2:行星齒輪組
3:換擋圈或制動圈
4:外齒
5:換擋棘爪或制動棘爪
6:中心變速器旋轉軸
7:換擋輥
8:換擋執行器
12:變速器殼體或中軸殼體
24:變速器殼體中之油池

Claims (10)

  1. 一種用於微動車輛(1)之行星齒輪組結構的中軸變速器,該中軸變速器具有至少一換擋元件,其中每個換擋元件皆具一帶有外齒(4)之換擋圈(3),該換擋圈分配有用於鎖定或釋放該換擋元件之分配給變速器部件的換擋圈(3)的換擋棘爪(5),且其中至少一以可旋轉的方式支承之用於致動該對應的換擋棘爪(5)之換擋輥(7)與中心變速器旋轉軸(6)軸向平行地佈置,其特徵在於,該至少局部地實施為空心軸之換擋輥(7)的內部佈置有換擋執行器(8)。
  2. 如請求項1之中軸變速器,其特徵在於,該機電換擋執行器(8)透過驅動小齒輪(9)與該換擋輥(7)內部用作傳動輪廓之內齒(10)嚙合。
  3. 如請求項1或2之中軸變速器,其特徵在於,該換擋執行器(8)具有電動馬達及整合式減速器。
  4. 如請求項1至3中任一項之中軸變速器,其特徵在於,該換擋執行器(8)與該換擋輥(7)同軸佈置。
  5. 如請求項1至4中任一項之中軸變速器,其特徵在於,該換擋執行器(8)透過用於扭矩支撐之支撐套管(11)保持在該換擋輥(7)中,並且緊固在變速器殼體(12)上。
  6. 如請求項5之中軸變速器,其特徵在於,該支撐套管(11)具有大體呈空心圓柱形的容置區域(23)以容置該換擋執行器(8),其中該容置區域(23)之分配給該驅動小齒輪(9)的第一末端具有供該驅動小齒輪(9)軸向通過的通孔(14),且其中該容置區域(23)之第二末端具有用於將該支撐套管(11)與該變速器殼體(12)連接在一起之緊固法蘭(15)。
  7. 如請求項1至6中任一項之中軸變速器,其特徵在於,該換擋輥(7)之端側佈置有用於一徑向內區域內之位置識別的旋轉角度編碼器(18)。
  8. 如請求項7之中軸變速器,其特徵在於,朝向該換擋輥(7)上之旋轉角度編碼器(18)之旋轉角度感測器(20)佈置在變速器殼體側。
  9. 如請求項1至8中任一項之中軸變速器,其特徵在於,設有至少一制動換擋元件作為換擋元件,該制動換擋元件具有僅能在一旋轉方向上透過制動棘爪(5)鎖定之制動圈(3)。
  10. 一種具有如請求項1至9中任一項之中軸變速器的微動車輛(1)。
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