CN209616873U - 一种正反单向共轴二级变速轮装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种正反单向共轴二级变速轮装置，包括由输入轴、传动轮、输出轮、太阳轮、定行星轮、定行星轮轴、过渡单向器、低速单向器组成的一档机构和由输入轴、甩块式初级单向离合器、输出轮组成的二挡机构。本实用新型充分利用电机可以正反方向转动的特性，以及单向器的单向有效旋转的特性，通过切换电机的旋转方向实现同向、直线驱动二级速比输出，在相比于传统变速箱具有灵活应用，通用性强，体积小巧，不占车辆空间等巨大优势之外，本实用新型还完美解决了电动摩托车的手推前进和手推倒车问题，以及低速单向器高速空转摩擦的问题，这不仅可以大大提高变速机构的使用寿命，而且也降低了工艺的难度，有利于大规模生产。

Description

一种正反单向共轴二级变速轮装置

技术领域

本实用新型属于电动车技术领域，具体涉及一种用于电动车辆的正反单向共轴二级变速轮装置。

背景技术

电动车辆是当今交通工具的发展方向，目的是采用新能源动力替代高能耗高排放的传统石化能源动力，从而解决地球环境污染和石化资源枯竭的问题。但是目前电动驱动所存在的问题是多方面的，如电动摩托车的结构安装问题，电机电控的效率问题，以及变速问题等等。

现如今，传统的电动二轮车，如电动自行车，一般采用电机直驱或一级变速的轮毂电机，并且国家严格规范了其行驶速度，通常时速不超过30公里，因此技术十分成熟，基本满足了电动自行车的使用要求。但传统的电动摩托车就不那么走运了，十多年来，电动摩托车的不成功，主要一个原因就在于电机效率应用的问题。众所周知，电机无法在全覆盖高转速和低转速的综合效率的同时，还去面对低速启动时大扭矩的工作状态，因此对于行驶速度可达到时速60公里以上的电动摩托车而言，传统的轮毂电机的频率不足以支撑多级变速的要求。

目前市面上也存在一些专门应用于电动摩托车的二级变速箱，但这类二级变速箱的原理复杂，结构较大，因此对于以轻便为主的电动摩托车并不理想。摩托车厂家更愿意保留传统的链条传动或者皮带传动的方式，以维持车辆的美观性和使用维护的便捷性。

本申请人也在先申请过一件专利“一种正反单向单轴二级变速轮装置”（申请号：201820577217.2），这类二级变速箱采用了输入轴和输出轮之间设置正、反单向器及定行星齿轮组的新设计，充分利用电机可以正、反方向转动的特性，通过切换电机的旋转方向实现同向、单轴驱动二级速比输出，达到二级变速的目的。相比于传统的电动摩托车变速箱，这类二级变速箱不仅体积小巧，通用性强，而且通过高效率的二档变速，可以实现电机效率应用的最大化，兼顾高转速和低转速的电机效率，并由低速大扭矩克服电机高能耗。但是经过长期的使用和测试后发现，这类二级变速箱也存在着以下几处缺陷：

1、单向器空转摩擦承受力的问题：由于负责低速挡和高速挡的正、反向单向器套设在同一根输入轴上，因此当某一个单向器工作时，另一个单向器就会进行空转，这原理上是没有问题的；但在实际应用过程中，当车辆进行到高挡加速阶段时，输入轴通过高速挡单向器直驱，输出轮的旋转就会通过定行星齿驱动太阳齿带动低速挡单向器在输入轴上空转，设电机转速2500rpm，则计算低速挡单向器的空转转速达到2500+2500*2.8（速比）=9800rpm，可以确定在此转速下机构的寿命是有限的。

2、倒车问题：由于电机的两个转动方向均已被利用，无论输入轴正转、反转或者高速、低速，输出轮始终保持正转，因此原理上这类二挡变速箱是不具备手推倒车功能的。

3、工艺难度问题：由于单向器需要承受较高的空转转速，因此对单向器及其他套件的工艺提出了较高的要求，不利于大规模生产。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种正反单向共轴二级变速轮装置，以弥补上述现有技术中存在的缺陷。

为达到上述技术目的及效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种正反单向共轴二级变速轮装置，包括输入轴、传动轮、输出轮、太阳轮、定行星轮、定行星轮轴、过渡单向器、甩块式初级单向离合器、低速单向器和定位板；

所述输入轴可转动地安装在所述定位板上，所述太阳轮通过一个低速单向器套设在所述输入轴上，所述低速单向器的外圈与所述太阳轮固定连接，所述低速单向器的内圈与所述输入轴固定连接，所述低速单向器在所述输入轴反转时有效，在所述输入轴正转时失效，所述太阳轮的外部设置有所述传动轮，所述传动轮的一侧为大口端，另一侧为小口端；所述传动轮的大口端无限接近所述定位板或与所述定位板贴合，所述传动轮的小口端通过通过支撑轴承套设在在所述输入轴上，且所述传动轮的小口端的外侧面中央设有一圈用于安装所述输出轮的输出轮安装座；所述太阳轮与所述传动轮之间设置有若干个定行星轮，每个所述定行星轮均通过各自对应的所述定行星轮轴可转动地安装在所述定位板上，且每个所述定行星轮均同时与所述太阳轮和所述传动轮啮合；

所述输入轴的输出端伸出所述传动轮后套设有所述甩块式初级单向离合器，所述甩块式初级单向离合器的外部设置有所述输出轮，所述甩块式初级单向离合器的内圈与所述输入轴的输出端固定连接，所述甩块式初级单向离合器的外圈与所述输出轮的内壁固定连接；所述输出轮的一侧为封闭端，另一侧为开口端，所述输出轮的封闭端的外侧面中央设置有花键轴，所述输出轮的开口端则通过所述过渡单向器安装在所述输出轮安装座上，所述过渡单向器的外圈与所述输出轮的开口端固定连接，所述过渡单向器的内圈与所述输出轮安装座的外缘固定连接；

所述甩块式初级单向离合器在所述输入轴高速正转时有效，在所述输入轴反转或低速正转时失效；所述过渡单向器在所述输入轴反转时有效，在所述输入轴正转时失效；且所述花键轴、所述输出轮、所述传动轮、所述太阳轮和所述输入轴同时共轴。

进一步的，所述传动轮的大口端与所述定位板之间设置有减小摩擦的支撑轴承。

进一步的，所述输入轴的输入端直接为电机轴的输出端，或所述输入轴的输入端设置有用于连接电机轴的花键套。

进一步的，所述传动轮和所述输出轮的外部设置有一个箱壳，所述花键轴伸出于所述箱壳之外，且所述花键轴与所述箱壳的壳壁之间设置有支撑轴承。

进一步的，所述箱壳与所述定位板形成一个密闭空间，在所述密闭空间内注入有润滑油，进行油封。

进一步的，所述太阳轮与所述传动轮之间设置有三个所述定行星轮。

进一步的，三个所述定行星轮围绕所述太阳轮圆周呈品字形分布。

进一步的，为了进一步简化结构，降低成本，可以考虑放弃所述低速单向器，所述太阳轮直接套设在所述输入轴上，所述传动轮相对于所述输出轮的空转直接依靠所述过渡单向器来实现。

首先，简单介绍本实用新型所采用的甩块式初级单向离合器的工作原理：

当甩块式初级单向离合器的内圈朝一个方向高速旋转时，其内圈上的若干甩块会向外圈甩开，最终带力外圈，使外圈一同随内圈同步转动，当甩块初级单向离合器的内圈朝相同方向低速旋转或朝相反方向旋转时，其内圈上的若干甩块则不会向外甩开，因此内圈无法带力外圈，内圈相对于外圈进行空转。

其次，简单介绍本实用新型所采用的定行星齿轮组的工作原理：

三个定行星齿轮通过定行星轮轴固定在定位板上，也就是说，该变速机构内的定行星齿轮组与传统行星齿轮组设计应用完全不同，区别在于三个定行星齿轮是固定不动的，通过定位板与电机的硬连接传递扭力，并由定行星轮的转动，将电机的反转变为传动轮的正转。

最后，介绍本实用新型的正反单向共轴二级变速轮装置的的工作原理：

（1）具有低速单向器的二级变速轮装置

当电机反转时，驱动输入轴同时反转，此时低速单向器处于有效状态，过渡单向器处于有效状态，甩块式初级单向离合器处于失效状态；一方面，输入轴通过低速单向器带力太阳轮一同反转，太阳轮通过三个定行星轮的换向，使得传动轮进行正转，传动轮进一步通过过渡单向轮带动输出轮也进行正转，另一方面，由于甩块式初级单向离合器在输入轴反转时处于失效状态，因此甩块式初级单向离合器无法带动输出轮进行反转，进而输入轴的反转不会对输出轮的正转形成干涉，此时本机构进行慢转速，高扭矩输出，即为变速装置的一挡；

当需要升挡时，电机停止反转，开始高速正转并驱动输入轴同时正转，此时低速单向器处于失效状态，过渡单向器处于失效状态，甩块式初级单向离合器处于有效状态；一方面，输入轴通过甩块式初级单向离合器直接带动输出轮进行高速正转，另一方面，由于低速单向器在输入轴正转的时候处于失效状态，因此输入轴相对于在太阳轮内进行空转，从而无法通过定行星轮带动从动轮进行正转，不传递力矩，进一步的，由于过度单向器在输入轴正转时也处于失效状态，因此当输入轴通过甩块式初级单向离合器带动输出轮在进行高速正转时，输出轮相当于在传动轮的安装座上空转，从而避免因定行星齿轮组的工作而输入轴正反转矛盾的问题，此时本机构进行高速直驱，即为变速装置的二挡。

由于甩块初级单向离合器在低速的正转或反转时都是出于失效状态，因此使得本实用新型的二挡变速装置具备了手推前进或挡车功能。当手推前进时，电机停止工作，由输出轮进行低速正转，此时甩块初级单向离合器由于输入轴停止转动而处于失效状态，过渡单向器也会因为输出轮的正转而处于失效状态，因此输出轮的低速正转既不会带动输入轴的正转也不会带动输入轴的反转；当手推倒车时，电机同样停止工作，由输出轮进行低速反转，此时过渡单向器因输出轮的反转而处于有效状态，带动传动轮一同进行低速反转，传动轮则通过定行星轮带动太阳轮正转，而在太阳轮正转时低速单向器处于失效状态，太阳轮不会带动输入轴进行正转，因此输出轮的低速反转同样既不会带动输入轴的正转也不会带动输入轴的反转。

（2）不具有低速单向器的二级变速轮装置

当电机反转时，驱动输入轴同时反转，此时过渡单向器处于有效状态，甩块式初级单向离合器处于失效状态；一方面，输入轴带动太阳轮一同反转，太阳轮通过三个定行星轮的换向，使得传动轮进行正转，传动轮进一步通过过渡单向轮带动输出轮也进行正转，另一方面，由于甩块式初级单向离合器在输入轴反转时处于失效状态，因此甩块式初级单向离合器无法带动输出轮进行反转，进而输入轴的反转不会对输出轮的正转形成干涉，此时本机构进行慢转速，高扭矩输出，即为变速装置的一挡；

当需要升挡时，电机停止反转，开始高速正转并驱动输入轴同时正转，此时过渡单向器处于失效状态，甩块式初级单向离合器处于有效状态；一方面，输入轴通过甩块式初级单向离合器直接带动输出轮进行高速正转，另一方面，输入轴通过定行星齿轮组的换向，带动传动轮进行反转，但由于输出轮的正转转速高，而传动轮的反转转速低，过渡单向器被反向超越，因此是处于失效状态的，此时虽然输出轮在正转，而传动轮在进行反转，但两者互不干涉，本机构进行高速直驱，而传动轮不传递力矩，即为变速装置的二挡；

由于甩块初级单向离合器在低速的正转或反转时都是出于失效状态，因此使得本实用新型的二挡变速装置具备了手推前进或挡车功能。当手推前进时，电机停止工作，由输出轮进行低速正转，此时甩块初级单向离合器由于输入轴停止转动而处于失效状态，过渡单向器也会因为输出轮的正转而处于失效状态，因此输出轮的低速正转既不会带动输入轴的正转也不会带动输入轴的反转；当手推倒车时，电机同样停止工作，由输出轮进行低速反转，此时过渡单向器因输出轮的反转而处于有效状态，带动传动轮一同进行低速反转，传动轮则通过定行星齿轮组换向带动输入轴进行低速正转，而甩块初级单向离合器在输入轴低速正转时仍然处于失效状态，因此输出轮的低速反转同样既不会带动输入轴的正转也不会带动输入轴的反转。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型的创新点在于放弃传统变速箱呆板、机械的设计模式，采用变速机构和主传动轮合二为一的新设计，充分利用电动机可以正反方向转动的特性，通过切换电机的旋转方向实现同向、直线驱动二级速比输出，达到二级变速的目的，相比于传统的变速箱，本实用新型的变速箱具有灵活应用，通用性强，体积小巧，不占车辆空间等巨大优势，对各种电机结构均有适用性，摆脱了一车一变速箱的传统设计方式。

2、本实用新型以甩块式初级单向离合器来取代现有某些电动摩托车二级变速器中所采用的低速单向器，以电机最高转速4000rpm为准，本实用新型可完美避免低速单向器高速空转摩擦的问题，这不仅可以大大提高变速机构的使用寿命，而且也降低了工艺的难度，有利于大规模生产。

4、本实用新型将低速挡和高速挡以共轴的连接方式来取代现有某些电动摩托车二级变速器中所采用的同轴连接方式，并且利用甩块式初级单向离合器在低转速状态下双向不带力的特性，完美解决了电动摩托车的手推前进和手推倒车问题。

3、本实用新型的应用价值在于，通过高效率的二档变速，实现电机效率应用的最大化，兼顾高转速和低转速的电机效率，并由低速大扭矩克服电机高能耗。实验证明，本实用新型的变速箱可提高电动摩托车行驶里程约30%，大量的摩配存量资产可有效盘活。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型第一种实施例的剖视图；

图2为本实用新型第二种实施例的剖视图；

图3为本实用新型另三种实施例的剖视图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

实施例1

参见图1所示，一种正反单向共轴二级变速轮装置，包括输入轴1、传动轮2、输出轮3、太阳轮4、定行星轮5、定行星轮轴6、过渡单向器7、甩块式初级单向离合器8、低速单向器13和定位板9；

所述输入轴1可转动地安装在所述定位板9上，所述太阳轮4通过一个低速单向器13套设在所述输入轴1上，所述低速单向器13的外圈与所述太阳轮4固定连接，所述低速单向器13的内圈与所述输入轴1固定连接，所述低速单向器13在所述输入轴1反转时有效，在所述输入轴1正转时失效，所述太阳轮4的外部设置有所述传动轮2，所述传动轮2的一侧为大口端，另一侧为小口端；所述传动轮2的大口端无限接近所述定位板9或与所述定位板贴合，所述传动轮2的大口端与所述定位板9之间设置有减小摩擦的支撑轴承10，所述传动轮2的小口端通过通过支撑轴承10套设在在所述输入轴1上，且所述传动轮2的小口端的外侧面中央设有一圈用于安装所述输出轮3的输出轮安装座11；所述太阳轮4与所述传动轮2之间设置有三个定行星轮5，三个所述定行星轮5围绕所述太阳轮4圆周呈品字形分布，由于图1为剖视图，因此只能示出一个所述定行星轮5，每个所述定行星轮5均通过各自对应的所述定行星轮轴6可转动地安装在所述定位板9上，且每个所述定行星轮5均同时与所述太阳轮4和所述传动轮2啮合；

所述输入轴1的输入端直接为电机轴的输出端，所述输入轴1的输出端伸出所述传动轮2后套设有所述甩块式初级单向离合器8，所述甩块式初级单向离合器8的外部设置有所述输出轮3，所述甩块式初级单向离合器8的内圈与所述输入轴1的输出端固定连接，所述甩块式初级单向离合器8的外圈与所述输出轮3的内壁固定连接；所述输出轮3的一侧为封闭端，另一侧为开口端，所述输出轮3的封闭端的外侧面中央设置有花键轴12，所述输出轮3的开口端则通过所述过渡单向器7安装在所述输出轮安装座11上，所述过渡单向器7的外圈与所述输出轮3的开口端固定连接，所述过渡单向器7的内圈与所述输出轮安装座11的外缘固定连接；

所述甩块式初级单向离合器8在所述输入轴1高速正转时有效，在所述输入轴1反转或低速正转时失效；所述过渡单向器7在所述输入轴1反转时有效，在所述输入轴1正转时失效；且所述花键轴12、所述输出轮3、所述传动轮2、所述太阳轮4和所述输入轴1同时共轴。

实施例2

参见图2所示，为了进一步简化结构，降低成本，可以考虑在实施例1的基础上放弃所述低速单向器13，所述太阳轮4直接套设在所述输入轴1上，所述传动轮2相对于所述输出轮3的空转直接依靠所述过渡单向器7来实现，缺点是所述过渡单向轮7需要承受电机正转时的反向超越空转摩擦，承受转速由所述定行星轮5的速比决定。

假设速比为3，电机最高使用转速为4000rpm，则电机高速正转时，所述定行星轮5反转速度为4000/3≈1200rpm，承受空转速度为4000+1200=5200rpm+。就目前单向器给出的数据来看，是可以实施的。

实施例3

参见图3所示，为了解决润滑油的应用，可以考虑在实施例2的所述传动轮2和所述输出轮3的外部设置有一个箱壳14，所述花键轴12伸出于所述箱壳14之外，且所述花键轴12与所述箱壳14的壳壁之间设置有支撑轴承10，所述箱壳14与所述定位板9形成一个密闭空间，在所述密闭空间内注入有润滑油，进行油封。并且，将所述输入轴1的输入端设置为花键套15，用于电机轴的接插。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种正反单向共轴二级变速轮装置，其特征在于：包括输入轴（1）、传动轮（2）、输出轮（3）、太阳轮（4）、定行星轮（5）、定行星轮轴（6）、过渡单向器（7）、甩块式初级单向离合器（8）和定位板（9）；

所述输入轴（1）可转动地安装在所述定位板（9）上，所述输入轴（1）上套设有所述太阳轮（4），所述太阳轮（4）的外部设置有所述传动轮（2），所述传动轮（2）的一侧为大口端，另一侧为小口端；所述传动轮（2）的大口端无限接近所述定位板（9）或与所述定位板贴合，所述传动轮（2）的小口端通过通过支撑轴承（10）套设在在所述输入轴（1）上，且所述传动轮（2）的小口端的外侧面中央设有一圈用于安装所述输出轮（3）的输出轮安装座（11）；所述太阳轮（4）与所述传动轮（2）之间设置有若干个定行星轮（5），每个所述定行星轮（5）均通过各自对应的所述定行星轮轴（6）可转动地安装在所述定位板（9）上，且每个所述定行星轮（5）均同时与所述太阳轮（4）和所述传动轮（2）啮合；

所述输入轴（1）的输出端伸出所述传动轮（2）后套设有所述甩块式初级单向离合器（8），所述甩块式初级单向离合器（8）的外部设置有所述输出轮（3），所述甩块式初级单向离合器（8）的内圈与所述输入轴（1）的输出端固定连接，所述甩块式初级单向离合器（8）的外圈与所述输出轮（3）的内壁固定连接；所述输出轮（3）的一侧为封闭端，另一侧为开口端，所述输出轮（3）的封闭端的外侧面中央设置有花键轴（12），所述输出轮（3）的开口端则通过所述过渡单向器（7）安装在所述输出轮安装座（11）上，所述过渡单向器（7）的外圈与所述输出轮（3）的开口端固定连接，所述过渡单向器（7）的内圈与所述输出轮安装座（11）的外缘固定连接；

所述甩块式初级单向离合器（8）在所述输入轴（1）高速正转时有效，在所述输入轴（1）反转或低速正转时失效；所述过渡单向器（7）在所述输入轴（1）反转时有效，在所述输入轴（1）正转时失效；且所述花键轴（12）、所述输出轮（3）、所述传动轮（2）、所述太阳轮（4）和所述输入轴（1）同时共轴。

2.根据权利要求1所述的正反单向共轴二级变速轮装置，其特征在于：所述太阳轮（4）通过一个低速单向器（13）套设在所述输入轴（1）上，所述低速单向器（13）的外圈与所述太阳轮（4）固定连接，所述低速单向器（13）的内圈与所述输入轴（1）固定连接，所述低速单向器（13）在所述输入轴（1）反转时有效，在所述输入轴（1）正转时失效。

3.根据权利要求1所述的正反单向共轴二级变速轮装置，其特征在于：所述传动轮（2）的大口端与所述定位板（9）之间设置有减小摩擦的支撑轴承（10）。

4.根据权利要求1所述的正反单向共轴二级变速轮装置，其特征在于：所述输入轴（1）的输入端直接为电机轴的输出端，或所述输入轴（1）的输入端设置有用于连接电机轴的花键套（15）。

5.根据权利要求1所述的正反单向共轴二级变速轮装置，其特征在于：所述传动轮（2）和所述输出轮（3）的外部设置有一个箱壳（14），所述花键轴（12）伸出于所述箱壳（14）之外，且所述花键轴（12）与所述箱壳（14）的壳壁之间设置有支撑轴承（10）。

6.根据权利要求5所述的正反单向共轴二级变速轮装置，其特征在于：所述箱壳（14）与所述定位板（9）形成一个密闭空间，在所述密闭空间内注入有润滑油，进行油封。

7.根据权利要求1所述的正反单向共轴二级变速轮装置，其特征在于：所述太阳轮（4）与所述传动轮（2）之间设置有三个所述定行星轮（5）。

8.根据权利要求7所述的正反单向共轴二级变速轮装置，其特征在于：三个所述定行星轮（5）围绕所述太阳轮（4）圆周呈品字形分布。