CN101895171B - 一种电控变速电动车双速电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电控变速电动车双速电机，包括电机、轴、轴承、壳体，电机转子，转子输出分别与正、反向传动链传动连接，正、反向传动链输出端的正向传动件和反向传动件经单向离合器与输出传动件传动连接，其特征在于：反向传动件与输出传动件间的单向离合器为可控单向离合器；正向传动件经单向离合器后传动给过渡套，过渡套与同轴的输出传动件间存在一周向缺口，周向缺口中设有一个档块，该档块固定在两者之一侧；过渡套联动一附加传动机构，该附加传动机构能推动可控单向离合器动作。藉附加传动机构，控制另一单向离合器，断开传动，产生互锁，消除自锁，实现倒车。

Description

一种电控变速电动车双速电机

技术领域：

本发明属于机电领域，特别涉及一种电动车电机，是“利用电机正、反转变速的变速箱电机”的改进，尤其是一种新型的电控换档电动车双速电机方案。

背景技术：

因结构轻巧、简单，传动效率高，安装、布置方便，轮毂电机已成为电动车驱动电机的主流。现有轮毂电机一般有低速电机直接驱动与中、高速电机内置减速箱驱动两大类，一般称其为直驱低速轮毂电机和中、高速轮毂电机。由于只有很小一段最高效率区间，以上电机又都叫单速电机。

随技术发展，带减速箱的轮毂电机已克服了齿轮噪音、磨损、保养、成本高等问题，以其不可比拟的体积小、重量轻、储备功率大等一系列优点，其使用量已不断上升，有逐步取代低速轮毂电机的发展倾向。

现有电动车单速减速箱型轮榖电机在电调速过程中，存在高效区间不够宽和爬坡能力不够强的问题。如果把减速箱改为变速箱，可以人为地制造好几个最高效率点，使电机一直工作在高效率区，对节能和提高电动车续行里程有很大好处。目前在电动车市场上，已发明了利用电机正、反转来变速的电控型两速变速箱轮毂电机(“利用电机正，反转变速的双速电动车轮毂电机”专利号：CN200720002042.4)，这种双速电机的变速完全使用电控，操作简单、控制容易、能自动调速、成本低、可靠性高。但这种电机刚造出来就发现不能倒车推行。虽然电机正、反转时，分别只有一条传动被单向离合器接通，但是在电动机不转而输出轴倒退反转时，正、反转两条不同传动比的传动，都被单向离合器选中，始终保持联接，产生自锁。在其他场合，倒退自锁可能有好处，但在电动车方面，被动倒退是一种必须的功能。为解决自锁问题，提出了很多方案，如杠杆式倒车断开机构、拉线式倒车断开机构、电磁式倒车断开机构等。这些倒车断开机构的共同特色是用机械方式来切断其中一条传动链，消除自锁，但这一来却使传动机构复杂化。

现有典型NGW型行星轮系的双速低速轮毂电机基本方案如图1，在普通低速轮毂电机基础上，主要是增加了一套NGW型行星减速器和两套单向离合器。两个单向离合器都装在传动输出位置，呈二路输入，合成一路输出结构。

电机正转时，正向传动链中的正向传动件，如图右边高速离合器棘轮6.2经离合器自动接通输出传动件，电机转子1的输出通过与轮毂紧固的离合器座6直接驱动轮毂正转。此时电机转子也带动中心轮5正转，由于转臂固定，行星轮3就反转，带动内齿圈4减速后反转，并将反转运动传给反向传动链中的反向传动件，如图左边的低速离合器棘轮6.1，离合器自动断开与输出传动件传动关系。因为两套单向离合器都只能传递使轮毂正转的运动，并不接通反转运动的传递，所以减速后的反向传动链被切断。电机正转时，直接驱动轮毂同速、同向正转。

同理，电机反转时，反向传动链工作，右边高速单向离合器棘轮6.2不通，左边低速单向离合器棘轮6.1接通；减速并反向后的运动，从内齿圈4输到左边低速单向离合器驱动轮毂作正转减速运动，实现电机反转，其速比由内齿圈4与中心轮5的齿数比决定。

图1这种方案，高速时传动效率高，低速时驱动力矩翻倍，有很理想的使用效果；停电滑行时，与一般直驱低速轮毂电机相比，前进阻力大幅下降，可直接用人力骑行。但是在牵动车辆倒退时，遇到输出轮毂倒转，俩单向离合器同时接通，两条传动链同时工作，引起机构自锁，无法后退的问题，给使用者带来不便。

发明内容：

本发明的目的旨在改进现有利用电机正、反转变速的电控型双速变速电机的不足，提供一种利用一条传动链上相对另一条传动链间装了一套互锁装置，达到电动车可倒退功能的电控变速电动车双速电机。

本发明技术方案是这样实现的：一种电控变速电动车双速电机，包括电机、轴、轴承、壳体，电机转子，转子输出分别与正、反向传动链传动连接，正、反向传动链输出端的正向传动件和反向传动件经单向离合器与输出传动件传动连接，其特征在于：反向传动件与输出传动件间的单向离合器为可控单向离合器；正向传动件经单向离合器后传动给过渡套，过渡套与同轴的输出传动件间存在一周向缺口，周向缺口中设有一个档块，该档块固定在两者之一侧，缺口与档块共同组成附加空程机构；过渡套在附加空程机构的作用下产生附加运动，联动一附加传动机构，该附加传动机构能推动可控单向离合器动作，切断可控单向离合器的传动。正向传动件带动过渡套旋转一空程，藉该附加传动机构来控制另一条传动链，实现两套传动链互锁的目的。

所述单向离合器为棘爪，正向传动件为高速棘轮，反向传动件为低速棘轮，输出传动件为离合器座，该离合器座直接与轮毂通过螺纹紧固联接；过渡套为定位棘爪的棘爪座，同轴套设在离合器座上；棘爪座或离合器座之一侧设有周向缺口，离合器座或棘爪座上固定有伸入周向缺口中的档块；附加传动机构为棘爪座连体的凸轮，该凸轮旋转过程能压下低速棘轮一侧的棘爪。

所述单向离合器为棘爪，正向传动件为高速输出齿轮，反向传动件为内齿圈；低速棘轮与内齿圈紧固、高速输出齿轮与棘爪座成一体，过渡套为高速棘轮，输出传动件为离合器座；离合器座上开设有周向缺口，高速棘轮固定有的档块能穿越该周向缺口；附加传动机构为套设在离合器座上的拨叉，该拨叉旋转过程能托起低速棘轮一侧的棘爪。

所述单向离合器为滚柱，正向传动件为高速轮，反向传动件为低速轮，输出传动件为离合器座，该离合器座直接与轮毂通过螺纹紧固联接；过渡套为定位滚柱的滚柱座，同轴套设在离合器座上；附加传动机构包括过渡套上沿周向表面的斜面、拨动件，该拨动件由安装在离合器座槽孔内的动态推杆、滚珠和挺杆组成，推杆能抵触及滚柱。

所述单向离合器和可控单向离合器为钢珠摩擦式、滚柱摩擦式、滚针摩擦式、变形套、变形盘式、契块式或者棘轮式之择一结构。

所述附加传动机构为杠杆、液塑、钢珠、螺纹、拨叉、凸轮或者斜面传动件之择一结构。针对不同的离合器，选择不同的附加传动机构，组合出不同的互锁执行机构，以期达到最佳的方案。

本发明结构设计合理，结构简单、成本低、实现容易、可靠性高。双速电动轮毂是目前市面上少有的一种轮毂，在性能上也远比现有的轮毂好。它在原来电动轮毂的基础上进行了改造，增加了低速变速级，不仅使电动轮毂能够在最高效率区间使用，而且将速度有效地变换成扭矩，在保持高效率的前提下，成倍地增强了爬坡能力，大大地改善了电动车的动力性能，最大特点即是实现了倒车的功能。本发明尤其是在电动车产品上，有很大的实用价值，该方案不仅可应用在电动自行车、电动摩托车轮毂电机上，改变外壳形状和尺寸后，也同样能应用作各种电动三轮车、四轮车的驱动电机。

附图说明：

下面以最常用的轮毂电机为例，结合具体图例对本发明做进一步说明：

图1典型NGW型行星轮系的双速低速轮毂电机基本方案

图2NGW型行星轮系的双速低速轮毂电机改进方案

图3俩超越离合器的主视图

图4俩超越离合器的A-A剖视图

图5俩超越离合器的B-B剖视图

图6NW型行星轮系双速高速轮毂电机新方案

图7NW型的离合器组主视图

图8NW型的离合器组剖视图

图9另一种附加缓冲、传动机构

图10滚柱离合器主视图

图11滚柱离合器C-C剖视图

其中

1-电机转子    2-电机定子        3-行星轮

4-内齿圈      4.2-高速输出齿轮  5-中心轮

6-离合器座    6.1-低速棘轮      6.2-高速棘轮

7-棘爪座      7.1-低速轮        7.2-高速轮

7.3-过渡套    8-凸轮            8.1-拨叉

8.2-拨动件    9-可控棘爪        9.1-滚柱

9.2-弹簧    10-弹性缓冲垫  11-棘爪

12-档块     13-棘爪弹簧    14-复位弹簧

15-可控棘爪弹簧

具体实施方式：

实施例一：NGW型行星轮系的双速低速轮毂电机的改进方案

参照图2、图3、图4和图5，单向离合器又称超越离合器，有多种结构，为简单起见，取棘轮式单向离合器为例。图3、图4、图5把图2中的俩单向离合器组取出，专门加以描述，其中图3是主视图，图4是A-A剖面图，图5是B-B剖面图。为了叙述统一，假定正向传动链为高速传动，反向传动链为低速传动。图中，高速传动由高速棘轮6.2输入，也即正向传动件，低速传动由低速棘轮6.1输入，也即反向传动件；离合器座6作为电机传动的输出，也即输出传动件，直接与轮毂通过螺纹紧固联接。离合器座6在车辆倒车和超速时，又是车轮运动的输入端。

电机正转时，运动传递给高速棘轮6.2，接着推动被弹簧13顶起的棘爪11，带动棘爪座7转动，也即所述的过渡套，该棘爪座7的内圈有缺口，也即周向缺口，其上装有弹性缓冲垫10，经过一段空程后，该弹性缓冲垫10才与离合器座6上的档块12接触，再推动离合器座6输出运动。利用接合过程中其空程产生的附加运动，棘爪座7上装有的附加传动机构--凸轮8压下离合器座6上安装的可控棘爪9，切断了低速单向离合器的全部传动。反之，周向缺口开设在离合器座6一侧，而档块12固定在棘爪座7一侧，可达到等同效果。

电机反转时，反向带动高速棘轮6.2转动，由摩擦力带动棘爪11，牵动棘爪座7相对离合器座6反向运动，凸轮8放开可控棘爪9，在另一条弹簧13的作用下，可控棘爪9恢复正常功能；此时经减速并反向后的运动通过低速棘轮6.1输入，通过可控棘爪9带动离合器座6输出低速运动。

车辆滑行时，两单向离合器都打滑，不传递运动。

车辆被推动倒车时，反转运动从单向离合座6输入，类似电机正转的逆过程，由空程产生的附加运动切断了反向传动链，倒转运动仅能通过高速棘轮传给电机转子，拖动电机空转，不会构成自锁。

该结构与改进前相比，不但解决倒退自锁问题，而且在车辆最常使用的高速档运行时，消除了低速棘轮6.1反转与可控棘爪9、离合器座6及弹簧13相互间产生摩擦、碰撞的问题，既减少磨损，又降低了噪音，还提高了整机效率。行车过程中换档时，由于缓冲垫的作用，低速切换去高速时的冲击、震动、噪音大幅下降，还有效延长离合器的寿命。倒退时，由于切断的是低速传动链，由于电机磁阻尼引起的倒车阻力比普通减速箱电机要小。

进一步实施：双速低速轮毂电机改进方案的其它结构-

上述典型实例中的棘爪座7、弹性缓冲垫10、档块12与离合器座6共同组成了附加空程机构；装在棘爪座7上的凸轮8与可控棘爪9，共同组成附加传动机构；可控棘爪9、低速棘轮6.1和离合器座6共同组成可控单向离合器。这三套机构及其相互间的关系，是本发明的精髓，在此基础上对具体每个机构进行改动是不难的，因为这每一种机构都可以有无数个组合。

比如附加空程机构还可以是可变容积结构或由弹性材料把棘爪座和离合器座联接成，甚至可用弹性材料通过不同形状将其制成一体；附加传动机构的构成就更多了，如可以改用杠杆传动、液塑传动、钢珠传动、螺纹传动、斜面传动等；可控单向离合器还可选用钢珠摩擦型、滚柱摩擦型、滚针摩擦型、变形套、变形盘型、契块式等等。各种改动主要是要根据各自的工艺***等。

实施例二：NW型行星轮系双速高速轮毂电机新方案

图6的传动机构是基于NW型行星轮系，包括电机输出的中心轮5、双联行星齿轮3、低速输出的内齿圈4，增加一个高速输出齿轮4.2组成的。两个单向离合器共同装在离合器座6上，离合器座6紧固在右端盖上。与实施例1不同的是高速单向离合器棘轮6.2、棘爪11的传动方向变了一下，其原理是相同的。

参照图6，高速电机定子2固定在支承轴上，转子1通过中心轮5把运动传递给双联行星齿轮3，减速后再同时传给内齿圈4和高速输出齿轮4.2，得到两个转向相反、转速不同的输出，也即正向传动链和反向传动链，其中内齿圈4为反向传动件，而高速输出齿轮4.2即为正向传动件。两个单向离合器，其中低速棘轮6.1与内齿圈4紧固，高速输出齿轮4.2与棘爪11的棘爪座7成为一体。电机正转时，可控棘爪9与低速棘轮6.1断开传动，棘爪11和高速棘轮6.2结合，通过轮毂输出高速转矩；电机反转时，棘爪11和高速棘轮6.2反向，不传递运动，可控棘爪9与低速棘轮6.1结合，通过轮毂输出低速转矩。

下面根据图例进一步详细说明。

图7是图6中两个单向离合器的放大图，图8是图7的左视图。电机开始正转时，高速输出齿轮4.2的转动传到棘爪座7(图8中反时针转向)，棘爪11在棘爪弹簧13的作用下抬起，推动高速棘轮6.2，此结构中高速棘轮6.2为过渡套，而离合器座6为输出传动件，通过插在高速棘轮6.2上的几根档块12，准确地说该档块12是销，越过离合器座6的缺口缓冲空程，也即周向缺口，压在缓冲垫10上，再传给离合器座6输出高速转动；同时档块12还推动拨叉8.1，也即附加传动机构，克服复位弹簧14的拉力，相对离合器座6转动，托起安装在离合器座6上的可控棘爪9，使其爪尖离开低速棘轮6.1，切断低速离合器，低速棘轮6.1反向空转。当电机换向为反转时，高速棘爪座7反转(图8中顺时针)，棘爪11在高速棘轮6.2齿上打滑而过，高速单向离合器不传递动力，拨叉8.1在复位弹簧14作用下，相对离合器座6顺时针退回，可控棘爪9在可控棘爪弹环15的作用下，爪尖向外张开，退出受控状态，如图8下半部分双点划线所示；低速棘轮6.1正转，顺时针推动棘爪9，把低速转动通过低速离合器输出。

由上面描述可见，只要高速单向离合器一旦进入接合状态，由于高速棘轮6.2、档块12与离合器座6的周向缺口组成的附加空程机构里作附加运动，该运动经档块12、拨叉8组成的附加传动机构传递附加运动，该附加运动施加于由可控棘爪9、离合器座6、棘爪弹簧15、低速棘轮6.1组成的可控单向离合器上，形成一种互锁，保证在任何状态下，两个单向离合器只能有一个接通。这样，由于倒退推行时，两个单向离合器只能让高速单向离合器接通，低速单向离合器处于受控切断状态，避免了电动车倒退人工推行时的自锁问题。

图9是另一种附加缓冲机构，与图8原理基本相同，只是用跟高速棘轮6.2一体的档块12替代了图8中的档块12，拨叉8与档块12间用螺钉紧固在一起。

实施例三：采用滚柱离合器的实例

参照图10和图11，本实例为典型滚柱离合器的运用方案，包括低速轮7.1、高速轮7.2(分别对应低速棘轮6.1、高速棘轮6.2)、离合器座6和过渡套7.3，离合器为一滚柱9.1、附加弹簧9.2，附加传动机构包括过渡套7.3上沿周向表面的斜面、拨动件8.2，该拨动件8.2由安装在离合器座6槽孔内的动态推杆、滚珠和挺杆组成，推杆能抵触及滚柱9.1，实现可控的目的。

当电机正转驱动，过渡套7.3与离合器座6相对转动时，斜面沿轴向驱动拨动件8，藉推杆推动几个传动滚珠，转过弯后，最后一个传动滚珠再径向推动圆柱挺杆，挺杆把离合器的滚柱9.1沿反时针方向推到图11中左侧间隙较大方向，中止了低速单向离合器的传动，达到可控效果，实现高速对低速传动的互锁功能。

从以上实施例中看出，高速单向离合器完全可用通用的任何一种单向超越离合器替代；低速可控单向离合器也可用其它型式的离合器，只是控制方式、传动方式要作适当改变。以上实例中可控单向离合器安装在低速传动链一侧，同理，也可安装在高速传动链一侧。具体结构以实施例一为例，只要把图3所示两个单向离合器组(其中一个为可控单向离合器)在图面上左右翻转，图4、图5不变，也就是普通单向离合器与可控单向离合器及其附加空程机构、附加传动机构的位置互换一下，其它有关定位、联接机构相应调整一下，达到互锁控制方向互换效果即可。

该方案虽以轮毂电机为例，但不限于轮毂电机，也可与电机设计成一体，实现电机正反转控制同向双速输出机构，不仅可用于两轮电动车辆，适当把外壳、传动件改动后，变为外壳固定、轴旋转输出结构，同样可适用于其它三轮、四轮电动车辆以及电动汽车等。

本发明所述的正向传动链和反向传动链，只是为了表达方便的定义，其中正向和反向只是相对而言，可以定义顺时针方向为正向，也可以定义反时针方向为正向；或者与车辆前进方向一致的为正向，倒退方向为反向，反之也然。

Claims (2)

1.一种电控变速电动车双速电机，包括电机、轴、轴承、壳体，电机转子，转子输出分别与正、反向传动链传动连接，正、反向传动链输出端的正向传动件和反向传动件经单向离合器与输出传动件传动连接，其特征在于：反向传动件与输出传动件间的单向离合器为可控单向离合器；正向传动件经单向离合器后传动给过渡套，过渡套与同轴的输出传动件间存在一周向缺口，周向缺口中设有一个档块，该档块固定在过渡套或输出传动件之一侧，缺口与档块共同组成附加空程机构；过渡套在附加空程机构的作用下产生附加运动，联动一附加传动机构，该附加传动机构能推动可控单向离合器动作，切断可控单向离合器的传动；所述单向离合器为以下两种之择一结构：其一、单向离合器为棘爪，正向传动件为高速棘轮，反向传动件为低速棘轮，输出传动件为离合器座，该离合器座直接与轮毂通过螺纹紧固联接；过渡套为定位棘爪的棘爪座，同轴套设在离合器座上；棘爪座一侧设有周向缺口，离合器座上固定有伸入周向缺口中的档块，或者离合器座一侧设有周向缺口，棘爪座上固定有伸入周向缺口中的档块；附加传动机构为棘爪座连体的凸轮，该凸轮旋转过程能压下低速棘轮一侧的棘爪；其二、单向离合器为棘爪，正向传动件为高速输出齿轮，反向传动件为内齿圈；低速棘轮与内齿圈紧固、高速输出齿轮与棘爪座成一体，过渡套为高速棘轮，输出传动件为离合器座；离合器座上开设有周向缺口，高速棘轮固定有的档块能穿越该周向缺口；附加传动机构为套设在离合器座上的拨叉，该拨叉旋转过程能托起低速棘轮一侧的棘爪。

2.根据权利要求1所述的一种电控变速电动车双速电机，其特征在于：周向缺口在档块受力一侧填充有缓冲件。