CN113086080A - 一种双模两速轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双模两速轮毂电机，其涉及轮毂电机领域。其技术方案要点包括：第二挡电机行星减速组件与脚踏二挡输入件之间设置有与所述端盖连接的二挡离合组件，所述二挡离合组件连接有离心驱动组件；所述离心驱动组件根据所述端盖的转速来对所述二挡离合组件进行限制或者释放，从而控制所述第二挡电机行星减速组件与端盖之间、以及所述脚踏二挡输入件与端盖之间的传动。本发明包括脚踏输入和电动输入两种模式，而且每种模式均包括两个变速挡位，从而能够提高电机的工作效率；而且两种模式下均根据输出速来实现自动换挡，从而能够提高骑行体验，并延长电机的使用寿命。

Description

一种双模两速轮毂电机

技术领域

本发明涉及轮毂电机领域，更具体地说，它涉及一种双模两速轮毂电机。

背景技术

目前市场上普通的电动助力自行车，其轮毂电机包括直驱和齿轮减速两种结构类型。直驱电机的转子即轮毂，而齿轮减速电机的转子通过齿轮减速机构输入到轮毂上。

现有授权公告号为CN211995141U的中国专利，公开了一种电动车轮毂电机，其包括轮毂体和固定轴，固定轴上套设有电机、定轴轮系齿轮组件和离心离合器结构，定轴轮系齿轮组件通过超越离合器设置在电机的运动输出右端盖上，离心离合器结构设置在电机的运动输出左端盖上；当电机沿一个方向转动时，能够通过超越离合器带动定轴轮系齿轮组件来驱动轮毂体转动，离心离合器结构处于分离状态；当电机沿着另一个方向转动时，通过离心离合器结构带动轮毂体转动，超越离合器处于分离状态。

上述电动车轮毂电机虽然包括抵挡和高挡两个挡位，但是挡位的切换需要改变电动的转动方向，而无法在骑行过程中实现自动换挡。

现有公开号为CN1112071160A的中国专利公开了一种内摆式甩块离心离合器，其包括中心轴、电机和轮毂，电机的左侧通过超越离合器和行星组件与电机左内盖连接，行星组件的外侧通过左端盖连接有刹车件，电机的右侧通过电机右内盖连接内摆式甩块机构，内摆式甩块机构的外侧连接有右端盖，右端盖和左端盖均与轮毂连接。

上述内摆式甩块离心离合器，在低速时，电机通过超越离合器和行星组件带动左端盖转动来驱动轮毂作低速运动；在高速时，电机右内盖带动内摆式甩块机构动作带动右端盖转动来驱动轮毂作高速运动。

但是，上述两种轮毂电机结构中，在低速时形成齿轮减速电机结构，在高速时直接形成直驱电机结构，低速与高速状态传动比的差距较大，一方面影响运行效率，另一方面骑行时转速的突增容易出现安全事故，影响骑行体验，并影响使用寿命。

而且，上述两种轮毂电机结构中的离心离合器均与电机连接，即通过电机的转速来控制离心离合器的动作。但是对于上述内摆式甩块离心离合器，当电动车在下坡或者滑行不需要启动时，轮毂保持在高速状态，超越离合器处于超越状态则电机不转动，则离心离合器复位到初始状态，当骑行者再次启动时，若轮毂仍操持在高速状态，则电机转动后先使超越离合器离合进入低速挡，然后在切换至高速挡，频繁的挡位切换不仅影响骑行体验，而且容易导致零件故障，影响使用寿命。

现有授权公告号为CN211996037U的中国专利，公开了一种轮毂电机和内变速花鼓集成装置，其包括主轴，主轴上分别套设有内变速花鼓和轮毂电机，内变速花鼓上设置有端盖，轮毂电机包括绕线定子、转子、太阳轮、电机离合器、内齿圈和轮毂，该内变速花鼓采用离心式内变速花鼓，能够根据飞轮的转速自动实现调速。

上述专利中的离心式变速花鼓是利用离心力来实现自动变速，当达到一定踏频速度后离心块甩开实现自动升挡，当踏频速度降低到变速点以下时，离心块就会收缩实现自动降挡。

但是，对于采用上述轮毂电机和内变速花鼓集成装置的车辆，当车辆在高速（大于变速点）行驶时，如果骑行者不想踩踏，或者下坡中不需要踩踏，内变速花鼓会因为骑行者踏频速度的降低而自动降挡；车辆滑行一段距离后仍然保持在高速（大于变速点）时，骑行者再次踩踏后需要短时间内使踏频速度达到变速点，来使内变速花鼓自动升挡。这种情况下内变速花鼓的自动降挡会影响骑行体验，而且换挡频率的增加容易导致内变速花鼓的故障，影响其使用寿命。

而且上述专利中，脚踏输入包括两个挡位，而电机输入仅一个挡位，这样导致电机的工作效率较。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种双模两速轮毂电机，其包括脚踏输入和电动输入两种模式，而且每种模式均包括两个变速挡位，从而能够提高电机的工作效率；而且两种模式下均根据输出速来实现自动换挡，从而能够提高骑行体验，并延长电机的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种双模两速轮毂电机，包括主轴，所述主轴上设置有机芯组件以及相互连接的轮毂和端盖，所述机芯组件包括相互连接的第一转子和第二转子；

所述主轴上设置有连接于所述第一转子与轮毂之间的第一挡电机行星减速组件，以及与所述第二转子连接的第二挡电机行星减速组件；

所述主轴上设置有脚踏变速输入组件，所述脚踏变速输入组件包括脚踏一挡输入件和脚踏二挡输入件，所述脚踏一挡输入件与端盖之间设置有脚踏一挡离合组件；

所述第二挡电机行星减速组件与脚踏二挡输入件之间设置有与所述端盖连接的二挡离合组件，所述二挡离合组件连接有离心驱动组件；

所述离心驱动组件根据所述端盖的转速来对所述二挡离合组件进行限制或者释放，从而控制所述第二挡电机行星减速组件与端盖之间、以及所述脚踏二挡输入件与端盖之间的传动。

进一步地，所述第一挡电机行星减速组件包括：

与所述第一转子固定连接的第一太阳轮；

套设在所述主轴上的行星离合器，所述行星离合器上设置有与所述第一太阳轮啮合的第一行星轮，以及，

固定设置于所述轮毂内、且与所述第一行星轮啮合的第一内齿圈。

进一步地，所述二挡离合组件包括离合内圈、电机离合外圈、脚踏离合外圈以及设置于所述离合内圈与电机离合外圈和脚踏离合外圈之间的离合驱动件和弹性件；所述离合内圈与端盖固定连接，所述电机离合外圈与第二挡电机行星减速组件连接，所述脚踏离合外圈与脚踏二挡输入件连接。

进一步地，所述第二挡电机行星减速组件包括：

与所述第二转子固定连接的第二太阳轮；

套设在所述主轴上的第二行星架，所述第二行星架上设置有与所述第二太阳轮啮合的第二行星轮；以及，

与所述第二行星轮啮合的第二内齿圈，所述第二内齿圈与所述电机离合外圈沿周向联动。

进一步地，所述第二内齿圈上固定设置有与所述电机离合外圈沿周向联动的传动架。

进一步地，所述脚踏一挡输入件为第三行星架，所述脚踏二挡输入件为第三内齿圈，所述第三行星架上设置有与所述第三内齿圈啮合的第三行星轮，所述主轴上固定设置有与所述第三行星轮啮合的第三太阳轮；所述第三内齿圈与脚踏离合外圈沿周向联动。

进一步地，所述离合内圈外侧壁设置有与所述端盖固定连接的定位板，所述离心驱动组件设置于所述定位板上。

进一步地，所述离心驱动组件包括离心块和限位板，所述限位板内设置有与所述离合驱动件配合的释放槽，所述离心块上穿设有与所述定位板连接的轴杆；

所述离心块在收缩状态时，所述限位板对离合驱动件进行限制，使所述离合内圈与电机离合外圈和脚踏离合外圈无法通过所述离合驱动件进行传动；所述离心块围绕所述轴杆转动甩开后，带动所述限位板转动，使所述离合驱动件嵌入所述释放槽内，从而使所述离合内圈与电机离合外圈和脚踏离合外圈通过所述离合驱动件进行传动。

进一步地，所述离心块的数量至少为两个，所述离心驱动组件还包括仅与其一所述离心块连接的弹性复位件。

进一步地，所述限位板上设置有延伸臂，所述离心块上设置有驱动杆，所述延伸臂上开设有与所述驱动杆配合的驱动孔。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的轮毂电机包括脚踏输入和电机输入两种模式，且每种输入模式均实现二挡机械变速，通过机械变速实现扭矩和速度的转换，使电机能够在高效区间工作输出，提高效率，而骑行者能够在最舒适的踏频下，实现速度和扭矩的转换，改善骑行体验；

2、离心驱动组件根据端盖的转速来对二挡离合组件进行限制或者释放，能够减少换挡频率，延长使用寿命，并优化骑行体验，获得更佳顺畅的变速体验；

3、第二挡电机行星减速组件与脚踏二挡输入件共用二挡离合组件，能够减少零件数量，简化结构，方便装配，同时也能保证控制的精准性。

附图说明

图1为实施例中一种双模两速轮毂电机的整体结构示意图；

图2为实施例中一种双模两速轮毂电机的***示意图；

图3为实施例中一种双模两速轮毂电机的局部剖视图；

图4为实施例中离心驱动组件与传动架的结构示意图；

图5为实施例中离心驱动组件的结构示意图一；

图6为实施例中离心驱动组件的结构示意图二。

图中：1、主轴；21、轮毂；22、端盖；31、第一转子；32、第二转子；4、第一挡电机行星减速组件；51、第二太阳轮；52、第二行星架；53、第二行星轮；54、第二内齿圈；55、第一轴承；56、传动架；61、棘爪座；62、棘爪；63、第一棘轮；64、第二棘轮；71、第三行星架；72、第三太阳轮；73、第三行星轮；74、第三内齿圈；75、脚踏一挡离合组件；76、第二轴承；77、第三轴承；78、第四轴承；79、齿圈；81、离心块；811、轴杆；812、驱动杆；82、定位板；821、限位架；822、定位槽；83、限位板；831、释放槽；832、限位槽；833、延伸臂；834、驱动孔；84、扭簧。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例：

一种双模两速轮毂电机，参照图1至图6，其包括主轴1，主轴1上设置有机芯组件以及相互连接的轮毂21和端盖22；轮毂21与端盖22通过螺钉连接形成完整的壳体，形成动力输出件；机芯组件包括相互连接的第一转子31和第二转子32，第一转子31与第二转子32通过螺钉连接实现同步转动，形成电机动力输入件，同时机芯组件还包括定子；主轴1上设置有连接于第一转子31与轮毂21之间的第一挡电机行星减速组件4，以及与第二转子32连接的第二挡电机行星减速组件；主轴1上设置有脚踏变速输入组件，脚踏变速输入组件包括脚踏一挡输入件和脚踏二挡输入件，脚踏一挡输入件与端盖22之间设置有脚踏一挡离合组件75；第二挡电机行星减速组件与脚踏二挡输入件之间设置有与端盖22连接的二挡离合组件，二挡离合组件连接有离心驱动组件；离心驱动组件根据端盖22的转速来对二挡离合组件进行限制或者释放，从而控制第二挡电机行星减速组件与端盖22之间、以及脚踏二挡输入件与端盖22之间的传动。

参照图1和图2，第一挡电机行星减速组件4包括第一太阳轮、行星离合器和第一内齿圈，其中第一太阳轮与第一转子31通过螺钉固定连接，第一内齿圈固定嵌设与轮毂21内侧壁，行星离合器上设置有与第一太阳轮和第一内齿圈啮合的第一行星轮；本实施例中行星离合器与主轴1通过键槽配合连接，而行星离合器属于现有技术，在此不做赘述。

参照图3，二挡行星电机减速组件包括第二太阳轮51、第二行星架52和第二内齿圈54，第二太阳轮51与第二转子32通过螺钉固定连接，第二行星架52与主轴1之间通过键槽配合实现固定不动，第二行星架52上设置有与第二太阳轮51和第二内齿圈54啮合的第二行星轮53；本实施例中第二内齿圈54与第二行星架52之间设置有第一轴承55，通过第一轴承55对第二内齿圈54进行支承和定位。

参照图3，二挡离合组件包括离合内圈、电机离合外圈、脚踏离合外圈以及设置于离合内圈与电机离合外圈和脚踏离合外圈之间的离合驱动件和弹性件；本实施例中二挡离合组件采用棘轮棘爪结构，在其他可选的实施例中，也可以采用单向轴承等离合器，在此不做限制；具体地，离合内圈为棘爪座61，电机离合外圈为第一棘轮63，脚踏离合外圈为第二棘轮64，离合驱动件为棘爪62，弹性件为弹簧圈；本实施例中的二挡离合组件采用一组棘爪配合两个棘轮的结构形式，能够减少零件数量，方便装配，同时也能保证控制的精准性。

参照图3和图4，本实施例中第二内齿圈54端部固定设置有与第一棘轮63沿周向联动的传动架56，第一棘轮63嵌于传动架56内，具体地，传动架56内侧壁与第一棘轮63外侧壁分别设置有间隔布置的凸起（附图中未示出），两者通过凸起实现周向传动，同时还能够起到缓冲作用，提高骑行体验。

参照图3，本实施例中脚踏一挡输入件为第三行星架71，脚踏二挡输入件为第三内齿圈74，第三行星架71上设置有与第三内齿圈74啮合的第三行星轮73，主轴1上固定设置有与第三行星轮73啮合的第三太阳轮72，本实施例中第三太阳轮72与主轴1为一体成型；第三内齿圈74与脚踏离合外圈沿周向联动，具体地，第二棘轮64嵌于第三内齿圈74内，而第二棘轮64和第三内齿圈74之间的周向传动结构形式与第一棘轮63和传动架56之间的周向传动结构形式相同，在此不做赘述。

参照图3，本实施例中脚踏一挡离合组件75采用棘轮棘爪结构，在其他可选的实施例中，脚踏一挡离合组件75也可以采用单向轴承等离合器，在此不做限制；具体地，第三内齿圈74外侧壁设置有与脚踏一挡离合组件75连接的第二轴承76，通过第二轴承76对脚踏一挡离合组件75进行支承和定位；本实施例中第二轴承76为滚针轴承，这样能够控制径向尺寸；第三行星架71与端盖22之间设置有第三轴承77，第三行星架71与主轴1之间设置有第四轴承78；第三行星架71外侧壁设置有与其沿周向联动的齿圈79，齿圈79位于端盖22外侧，通过齿圈79实现脚踏动力输入。

参照图3至图6，棘爪座61与端盖22固定连接，具体地，棘爪座61外侧壁设置有与端盖22固定连接的定位板82，离心驱动组件设置于定位板82上；本实施例中定位板82与棘爪座61为一体成型，定位板82与端盖22通过螺钉固定连接，且第一棘轮63和第二棘轮64分别位于定位板82两侧；本实施例中棘爪座61与主轴1之间设置有轴承，同时第三行星架71与棘爪座61之间可以设置测速传感组件，来实现挡位状态的监测。

参照图3至图6，离心驱动组件包括离心块81和限位板83，限位板83内设置有与棘爪62配合的释放槽831，离心块81上穿设有与定位板82连接的轴杆811；离心块81在收缩状态时，限位板83对棘爪62进行限制，使棘爪座61与第一棘轮63和第二棘轮64无法通过棘爪62进行传动；离心块81围绕轴杆811转动甩开后，带动限位板83转动，使棘爪62嵌入释放槽831内，从而使棘爪座61与第一棘轮63和第二棘轮64可以通过棘爪62进行传动。

参照图3至图6，在弹簧圈的弹性力作用下，棘爪62的啮合端能够抬起后与第一棘轮63和第二棘轮64啮合，而限位板83对棘爪62的限制就是压住其啮合端无法抬起，具体地，本实施例中限位板83内设置与棘爪62啮合端配合的限位槽832，当然在其他可选的实施例中，也可以直接通过限位板83的内侧壁来压住棘爪62，在此不做限制。

参照图5和图6，本实施例中限位板83上设置有延伸臂833，离心块81上设置有驱动杆812，延伸臂833上开设有与驱动杆812配合的驱动孔834；离心块81转动甩开后，通过驱动杆812来带动限位板83转动；本实施例中离心块81的数量为两个，离心驱动组件还包括仅与其中一个离心块81连接的弹性复位件，本实施例中弹性复位件为设置于定位板82上的扭簧84，扭簧84的弹性力使离心块81具有复位至收缩状态的趋势；离心块81的数量为两个，而如果有一个离心块81没有准确复位，都会使限位板83无法准确复位；相同规格的扭簧之间也会存在差异，所以仅设置一个扭簧84来促进离心块81的复位，能够保证限位板83的准确复位，从而保证限制与释放状态之间的顺利切换。

参照图5和图6，本实施例中定位板82上设置有两个与离心块81配合的限位架821，限位架821能够对离心块81进行径向限位；本实施例中定位板82上设置有与离心块81配合的定位槽822，离心块81在收缩状态时嵌于定位槽822内。

工作原理如下：

本实施例中的轮毂电机包括两种动力输入模式，而每种输入模式均可以实现两挡自动变速，具体地，以下采用脚踏配合电动助力的模式对工作原理进行说明。

一挡低速时，骑行者踩踏后通过链条带动齿圈79转动，实现脚踏动力输入；齿圈79带动第三行星架71转动，第三行星架71通过脚踏一挡离合组件75带动端盖22和轮毂21转动，驱动车辆前进；车辆行驶后，第一转子31通过第一挡电机行星减速组件4向轮毂21输入转速，实现电动助力，来使骑行车省力；此时，轮毂21与端盖22的转速没有达到变速点，离心块81处于收缩状态，则二挡离合组件无法传动，故第三内齿圈74和第二转子32的转速均无法传递至端盖22。

二挡高速时，轮毂21与端盖22的转速达到变速点，则离心块81转动至甩开状态，二挡离合组件切换至啮合状态，第三内齿圈74和第二转子32的转速传递至端盖22，使电机自动切换至二挡；第三内齿圈74的转速大于第三行星架71的转速，第二转子32经过第二挡电机行星减速组件输出至端盖22的转速大于第一转子31经过第一挡电机行星减速组件输出至轮毂21的转速，所以在二挡高速状态下，行星离合器和脚踏一挡离合组件75均处于超越状态。

当车辆处于下坡或者滑行不需要踩踏时，轮毂21和端盖22仍然保持在高速状态，此时行星离合器、脚踏一挡离合组件75和二挡离合组件均处于超越状态，当轮毂21和端盖22保持在高速状态下再次踩踏时，离心块81根据端盖22的转速仍然保持在甩开状态，则电机直接在二挡状态下继续工作，而不需要经过挡位的切换，从而能够减少换挡次数，延长电机的使用寿命，并提高骑行体验。

Claims (10)

1.一种双模两速轮毂电机，包括主轴，所述主轴上设置有机芯组件以及相互连接的轮毂和端盖，所述机芯组件包括相互连接的第一转子和第二转子；

其特征在于：所述主轴上设置有连接于所述第一转子与轮毂之间的第一挡电机行星减速组件，以及与所述第二转子连接的第二挡电机行星减速组件；

所述主轴上设置有脚踏变速输入组件，所述脚踏变速输入组件包括脚踏一挡输入件和脚踏二挡输入件，所述脚踏一挡输入件与端盖之间设置有脚踏一挡离合组件；

所述第二挡电机行星减速组件与脚踏二挡输入件之间设置有与所述端盖连接的二挡离合组件，所述二挡离合组件连接有离心驱动组件；

所述离心驱动组件根据所述端盖的转速来对所述二挡离合组件进行限制或者释放，从而控制所述第二挡电机行星减速组件与端盖之间、以及所述脚踏二挡输入件与端盖之间的传动。

2.根据权利要求1所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述第一挡电机行星减速组件包括：

与所述第一转子固定连接的第一太阳轮；

套设在所述主轴上的行星离合器，所述行星离合器上设置有与所述第一太阳轮啮合的第一行星轮，以及，

固定设置于所述轮毂内、且与所述第一行星轮啮合的第一内齿圈。

3.根据权利要求1所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述二挡离合组件包括离合内圈、电机离合外圈、脚踏离合外圈以及设置于所述离合内圈与电机离合外圈和脚踏离合外圈之间的离合驱动件和弹性件；所述离合内圈与端盖固定连接，所述电机离合外圈与第二挡电机行星减速组件连接，所述脚踏离合外圈与脚踏二挡输入件连接。

4.根据权利要求3所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述第二挡电机行星减速组件包括：

与所述第二转子固定连接的第二太阳轮；

套设在所述主轴上的第二行星架，所述第二行星架上设置有与所述第二太阳轮啮合的第二行星轮；以及，

与所述第二行星轮啮合的第二内齿圈，所述第二内齿圈与所述电机离合外圈沿周向联动。

5.根据权利要求4所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述第二内齿圈上固定设置有与所述电机离合外圈沿周向联动的传动架。

6.根据权利要求3所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述脚踏一挡输入件为第三行星架，所述脚踏二挡输入件为第三内齿圈，所述第三行星架上设置有与所述第三内齿圈啮合的第三行星轮，所述主轴上固定设置有与所述第三行星轮啮合的第三太阳轮；所述第三内齿圈与脚踏离合外圈沿周向联动。

7.根据权利要求3所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述离合内圈外侧壁设置有与所述端盖固定连接的定位板，所述离心驱动组件设置于所述定位板上。

8.根据权利要求7所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述离心驱动组件包括离心块和限位板，所述限位板内设置有与所述离合驱动件配合的释放槽，所述离心块上穿设有与所述定位板连接的轴杆；

所述离心块在收缩状态时，所述限位板对离合驱动件进行限制，使所述离合内圈与电机离合外圈和脚踏离合外圈无法通过所述离合驱动件进行传动；所述离心块围绕所述轴杆转动甩开后，带动所述限位板转动，使所述离合驱动件嵌入所述释放槽内，从而使所述离合内圈与电机离合外圈和脚踏离合外圈通过所述离合驱动件进行传动。

9.根据权利要求8所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述离心块的数量至少为两个，所述离心驱动组件还包括仅与其一所述离心块连接的弹性复位件。

10.根据权利要求8所述的双模两速轮毂电机，其特征在于：所述限位板上设置有延伸臂，所述离心块上设置有驱动杆，所述延伸臂上开设有与所述驱动杆配合的驱动孔。

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