TWI651218B - 電動車變速箱之結構 - Google Patents

Abstract

本發明為有關一種電動車變速箱之結構，主要結構包括一設有低速輸出齒輪與高速輸出齒輪之出力軸、一設有高速輸入齒輪之高速入力軸、一設有單向轉動件與低速輸入齒輪之單向軸承、一低速入力軸、一驅動馬達、一離合組件及一電磁離合器。藉上述結構，將高速入力軸與低速入力軸同軸但不同步的連結於驅動馬達，以透過離合組件自動切換高低檔次，更以電磁離合器取代傳統的引擎煞，而簡化整體結構、降低機構故障率，並簡單利用單向軸承消除換檔時的轉速差，達到降低輸出電流、節省電源之目的。

Description

電動車變速箱之結構

本發明為提供一種電動車變速箱之結構，尤指一種結構簡單、故障率低、扭力高、耗電力低，且可於自動換高低速檔時消除轉速差的電動車變速箱之結構。

按，由於行的需求，使得代步的汽機車數量不斷增加，但傳統汽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多年的歷程，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，例如在啟動、爬坡路段，與上路後的平順路段等，皆有不同的扭力需求，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。

雖然非電力驅動之汽機車，已存在有利用變速箱中，入力軸與出力軸的齒輪轉速比不同，及複數組齒輪間的連動與切換，來達成不同檔次、不同扭力的操作與輸出，但此種變速箱結構複雜，成本較高、不適合結合於電動車，且在自動變換檔次的過程中，會因為轉速差的問題，而有瞬間失速、浪費電力等問題。

是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之申請人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

故，本發明之申請人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種結構簡單、故障率低、扭力高、耗電力低，且可於自動換高低速檔時消除轉速差的電動車變速箱之結構的發明專利者。

本發明之主要目的在於：使驅動馬達透過離合組件同軸不同步的控制高速入力軸與低速入力軸，以降低整體結構複雜度。

本發明之另一主要目的在於：簡單利用單向軸承消除換檔時的轉速差，達到降低輸出電流、節省電源之目的。

為達成上述目的，本發明之主要結構包括：一出力軸，該出力軸上則設有一供帶動該出力軸旋轉之低速輸出齒輪、及一位於低速輸出齒輪一側供帶動該低速輸出齒輪旋轉之高速輸出齒輪，且該出力軸一側設有一高速入力軸，該高速入力軸上則設有一供帶動該高速輸出齒輪旋轉之高速輸入齒輪、及一包含有透過單向轉動件選擇性旋轉之單向軸承，而該單向軸承上套設有一連結該單向轉動件之低速輸入齒輪，係供帶動該低速輸出齒輪旋轉，並於該單向軸承及該高速入力軸上穿設有一供帶動該單向軸承旋轉之低速入力軸，該低速入力軸端處設有一位於該高速入力軸背離該高速輸入齒輪一端之驅動馬達，並於該驅動馬達一側設有一離合組件，係選擇性驅動該高速入力軸旋轉，且該驅動馬達上設有一轉接件，係透過該驅動馬達同步驅動該離合組件及該低速入力軸運作，及於該低速入力軸上設有一電磁離合器，係於通電時抑制該單向軸承之旋轉動作。

俾當使用者將本發明做為電動車之變速箱使用時，係於低速檔時，直接由驅動馬達帶動低速入力軸旋轉，低速入力軸則使單向軸承的單向轉動件旋轉，進而連動低速輸入齒輪轉動，此時，低速輸出齒輪則受低速輸入齒輪帶動，藉此使出力軸直接傳達驅動馬達的扭力而輸出。並於行車速度提升時，離合組件乃自動切換至高速檔，此時，驅動馬達則藉由轉接件同步轉動低速入力軸與高速入力軸，並由高速輸入齒輪帶動高速輸出齒輪旋轉，進而由高速輸出齒輪連動低速輸出齒輪，以直接將扭力傳達至出力軸輸出，雖然低速輸出齒輪的連動會連帶使低速輸入齒輪旋轉，但因低速輸出齒輪的齒輪比大於低速輸入齒輪的齒輪比，造成低速輸入齒輪轉速大於高速輸出齒輪，因而在單向軸承與低速入 力軸間產生轉速差，故可利用單向轉動件的滑動輕鬆消除該轉速差。

藉由上述技術，可針對習用變速箱所存在之結構較複雜、成本較高、故障率較高、耗電量大、及無法解決轉速差等問題點加以突破，達到上述優點之實用進步性。

1‧‧‧殼體

2‧‧‧出力軸

21‧‧‧低速輸出齒輪

22‧‧‧高速輸出齒輪

3‧‧‧高速入力軸

31‧‧‧高速輸入齒輪

4‧‧‧單向軸承

41‧‧‧單向轉動件

42‧‧‧低速輸入齒輪

43‧‧‧定位軸體

5‧‧‧低速入力軸

51‧‧‧防護片

6‧‧‧驅動馬達

61‧‧‧轉接件

7‧‧‧離合組件

71‧‧‧壓制件

72‧‧‧飛輪體

73‧‧‧傳動機構

8‧‧‧電磁離合器

81‧‧‧磁性基座

82‧‧‧線圈

83‧‧‧定位件

84‧‧‧摩擦件

9‧‧‧控制模組

91‧‧‧車速偵測元件

a1、a2、a3、a4、a5、b1、b2、b3、b4、b5、b6、b7、b8、b9、b10、c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7‧‧‧箭頭

第一圖 係為本發明較佳實施例之立體圖。

第二圖 係為本發明較佳實施例之分解圖。

第三圖 係為本發明較佳實施例之第一圖A-A線剖視圖。

第四圖 係為本發明較佳實施例之使用狀態圖。

第五圖 係為本發明較佳實施例之低速檔連動示意圖。

第六圖 係為本發明較佳實施例之高速檔連動示意圖。

第七圖 係為本發明較佳實施例之引擎煞連動示意圖。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。

請參閱第一圖至第四圖所示，係為本發明較佳實施例之立體圖至使用狀態圖，由圖中可清楚看出本發明係包括：一殼體1；一樞設於該殼體1上之出力軸2；一設於該出力軸2上之低速輸出齒輪21，係供帶動該出力軸2旋轉；一設於該出力軸2上且位於低速輸出齒輪21一側之高速輸出齒輪22，係供帶動該低速輸出齒輪21旋轉；一穿設該殼體1且位於該出力軸2一側之高速入力軸3；一設於該高速入力軸3上之高速輸入齒輪31，係供帶動該高速輸出齒輪22旋轉；一設於該高速入力軸3一側之單向軸承4，係包含有一供選擇性帶動該單向軸承4旋轉之單向轉動件41；一設於該該單向軸承4背離下述低速輸入齒輪42一側之定位軸體43；一套設於該單向軸承4且連結該單向轉動件41之低速輸入齒輪42，係供帶動該低速輸出齒輪21旋轉，且該低速輸入齒輪42之齒輪比小於該高速 輸入齒輪31之齒輪比、該高速輸入齒輪31之齒輪比小於該低速輸出齒輪21之齒輪比、而該低速輸出齒輪21之齒輪比小於該高速輸出齒輪22之齒輪比；一穿設該單向軸承4、該高速入力軸3及該殼體1之低速入力軸5，係供帶動該單向軸承4旋轉；一設於該低速入力軸5上且位於該低速輸入齒輪42及該高速輸入齒輪31之間的防護片51；一設於該低速入力軸5端處且位於該高速入力軸3背離該高速輸入齒輪31一端之驅動馬達6；一設於該殼體1內且位於該驅動馬達6一側之離合組件7，係選擇性驅動該高速入力軸3旋轉，該離合組件7係包含一壓制件71、至少一連結下述轉接件61之飛輪體72、及至少一兩端分別抵觸該壓制件71及該飛輪體72且結合於該高速入力軸3上之傳動機構73，係受該壓制件71之壓制動作選擇性與該飛輪體72同步旋轉；一設於該驅動馬達6上之轉接件61，係透過該驅動馬達6同步驅動該離合組件7及該低速入力軸5運作；一設於該低速入力軸5上之電磁離合器8，係於通電時抑制該單向軸承4之旋轉動作，且該電磁離合器8係包含一固設於該單向軸承4上之磁性基座81、複數設於該磁性基座81上並選擇性帶動該磁性基座81之線圈82、一設於該磁性基座81一側且固設於該定位軸體43上之定位件83、及至少一設於該定位件83上且位置對應該些線圈82之摩擦件84，係於該些線圈82通電時抑制該磁性基座81與該單向軸承4之旋轉；及一設於一電動車內且電性連結該壓制件71之控制模組9，係供控制該壓制件71之動作，且該控制模組9係包含一車速偵測元件91，係於該電動車車速大於一預定值時，釋放該壓制件71之壓制動作。

藉由上述之說明，已可了解本技術之結構，而依據這個結構之對應配合，更可達到結構簡單、故障率低、扭力高、耗電力低，且可於自動換高低速檔時消除轉速差等優勢，而詳細之解說將於下述說明。

請同時配合參閱第一圖至第七圖所示，係為本發明較佳實施例之立體圖至引擎煞連動示意圖，藉由上述構件組構時，由圖中可清楚看出，本發明就整體 外觀而言，僅具有一入力軸及一出力軸2，但實際上該入力軸包含有低速入力軸5及高速入力軸3，並簡單利用驅動馬達6、轉接件61及離合組件7，同軸但不同步的選擇性驅動低速入力軸5或高速入力軸3，藉此，在簡化整體結構複雜度的同時，保有一般高低檔次自動切換之功能，而有利於技術人員將本發明結合於電動車。

請同參第五圖所示，本發明於電動車的低速行駛狀態時，驅動馬達6雖透過轉接件61同時作用於低速入力軸5及離合組件7的飛輪體72，但於低速行駛狀態下，傳動機構73未與高速入力軸3結合，故驅動馬達6的旋轉(如標示箭頭a1)僅得以連動低速入力軸5(如標示箭頭a2)，使得高速入力軸3相對於低速入力軸5上形成空轉。在低速入力軸5旋轉時，係帶動單向軸承4旋轉(如標示箭頭a3)，並因低速輸入齒輪42直接與單向軸承4連結，故單向軸承4的旋轉可同步帶動低速輸入齒輪42旋轉(如標示箭頭a4)，最後，低速輸入齒輪42即帶動低速輸出齒輪21旋轉(如標示箭頭a5)，進而連動出力軸2旋轉，而輸出驅動馬達6之扭力。

請同參第六圖所示，本發明於低速行駛狀態中逐漸加速時，車速偵測元件91係即時偵測電動車的車速，並於車速大於一預定值時(該預定值可透過控制模組9設定，例如可設定為40km/hr)，產生一換擋控制訊號給控制模組9，而由控制模組9控制壓制件71，使壓制件71釋放對飛輪體72的壓制動作(如標示箭頭b1)，此時，傳動機構73便透過彈力與飛輪體72抵觸結合(如標示箭頭b2)，讓驅動馬達6的扭力(如標示箭頭b3)得以透過飛輪體72傳達至傳動機構73(如標示箭頭b4)，進而作用於高速入力軸3上(如標示箭頭b5)，且高速入力軸3的旋轉亦同步帶動高速輸入齒輪31轉動(如標示箭頭b6)，使驅動馬達6可直接連動高速輸出齒輪22旋轉(如標示箭頭b7)，最後由高速輸出齒輪22帶動低速輸出齒輪21、再帶動出力軸2旋轉，而輸出驅動馬達6的扭力。

其中，因為該低速輸入齒輪42之齒輪比小於該高速輸入齒輪31之齒輪比、該高速輸入齒輪31之齒輪比小於該低速輸出齒輪21之齒輪比、且該低速輸出齒輪21之齒輪比小於該高速輸出齒輪22之齒輪比，故即使低速輸出齒輪21會同時連動低速輸入齒輪42(如標示箭頭b8)，進而因為低速輸入齒輪42與單向軸承4的連結關係、以及防護片51的效果，造成單向軸承4與低速輸入齒輪42同步旋轉(如標示箭頭b9)，但單向轉動件41僅得透過低速入力 軸5帶動旋轉(如標示箭頭b10)，且該轉動方向係與低速輸入齒輪42相反，因此造成單向軸承4與單向轉動件41的滑動，藉此消除換檔時的轉速差，同時因上述帶動原理及齒輪比的關係，得以相同電力提高輸出扭力，或得以較少電力達到相同之輸出功率，進而節省電源。

請同時配合參閱第七圖所示，當電動車在倒車、剎車、或使用引擎煞時，乃對電磁離合器8的線圈82通電，此時，因線圈82係設置於磁性基座81上，線圈82因電流磁效應所產生的磁力，即推動磁性基座81位移(如標示箭頭c1)，使摩擦件84抵觸於定位件83一側，而因定位件83係固定設置於定位軸體43上，故藉由摩擦件84的抵觸，使磁性基座81不再與單向軸承4同步旋轉。換言之，當驅動馬達6僅以慣性轉動時(如標示箭頭c2)，低速入力軸5的旋轉(如標示箭頭c3)、單向軸承4(如標示箭頭c4)及低速輸出齒輪21(如標示箭頭c5)，亦維持當下的慣性速度旋轉，但因電磁離合器8的作用(如標示箭頭c1)，使得單向軸承4與低速輸入齒輪42呈現相對反向旋轉的效果(如標示箭頭c6、c7)，而達到引擎煞的目的。藉此，簡單利用電磁離合器8取代傳動的複雜結構。

惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明之電動車變速箱之結構於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本發明，以保障申請人之辛苦創作，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，申請人定當竭力配合，實感德便。

Claims (9)

1. 一種電動車變速箱之結構，主要包括：一出力軸；一設於該出力軸上之低速輸出齒輪，係供帶動該出力軸旋轉；一設於該出力軸上且位於該低速輸出齒輪一側之高速輸出齒輪，係供帶動該低速輸出齒輪旋轉；一設於該出力軸一側之高速入力軸；一設於該高速入力軸上之高速輸入齒輪，係供帶動該高速輸出齒輪旋轉；一設於該高速入力軸一側之單向軸承，係包含有一供選擇性帶動該單向軸承旋轉之單向轉動件；一套設於該單向軸承且連結該單向轉動件之低速輸入齒輪，係供帶動該低速輸出齒輪旋轉；一穿設該單向軸承及該高速入力軸之低速入力軸，係供帶動該單向軸承旋轉；一設於該低速入力軸端處且位於該高速入力軸背離該高速輸入齒輪一端之驅動馬達；一設於該驅動馬達一側之離合組件，係選擇性驅動該高速入力軸旋轉；一設於該驅動馬達上之轉接件，係透過該驅動馬達同步驅動該離合組件及該低速入力軸運作；及一設於該低速入力軸上之電磁離合器，係於通電時抑制該單向軸承之旋轉動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車變速箱之結構，其中該離合組件係包含一壓制件、至少一連結該轉接件之飛輪體、及至少一兩端分別抵觸該壓制件及該飛輪體且結合於該高速入力軸上之傳動機構，係受該壓制件之壓制動作選擇性與該飛輪體同步旋轉。
3. 如申請專利範圍第2項所述之電動車變速箱之結構，其中該壓制件電性連結有一設於一電動車內之控制模組，係供控制該壓制件之動作。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電動車變速箱之結構，其中該控制模組 係包含一車速偵測元件，係於該電動車車速大於一預定值時，釋放該壓制件之壓制動作。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電動車變速箱之結構，其中該低速入力軸上設有一位於該低速輸入齒輪及該高速輸入齒輪之間的防護片。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電動車變速箱之結構，其中該單向軸承背離該低速輸入齒輪一側設有一定位軸體。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電動車變速箱之結構，其中該電磁離合器係包含一固設於該單向軸承上之磁性基座、複數設於該磁性基座上並選擇性帶動該磁性基座之線圈、一設於該磁性基座一側且固設於該定位軸體上之定位件、及至少一設於該定位件上且位置對應該些線圈之摩擦件，係於該些線圈通電時抑制該磁性基座與該單向軸承之旋轉。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電動車變速箱之結構，其中該低速輸入齒輪之齒輪比小於該高速輸入齒輪之齒輪比、該高速輸入齒輪之齒輪比小於該低速輸出齒輪之齒輪比、且該低速輸出齒輪之齒輪比小於該高速輸出齒輪之齒輪比。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電動車變速箱之結構，其中更包含一供收容該離合組件之殼體，且該高速入力軸及該出力軸係樞設於該殼體上。