一種電控變速電動車雙速電機的製作方法

2023-09-19 13:32:30 1

專利名稱：一種電控變速電動車雙速電機的製作方法
技術領域：
本發明屬於機電領域，特別涉及一種電動車電機，是「利用電機正、反轉變速的變 速箱電機」的改進，尤其是一種新型的電控換檔電動車雙速電機方案。
背景技術：
因結構輕巧、簡單，傳動效率高，安裝、布置方便，輪轂電機已成為電動車驅動電機 的主流。現有輪轂電機一般有低速電機直接驅動與中、高速電機內置減速箱驅動兩大類，一 般稱其為直驅低速輪轂電機和中、高速輪轂電機。由於只有很小一段最高效率區間，以上電 機又都叫單速電機。隨技術發展，帶減速箱的輪轂電機已克服了齒輪噪音、磨損、保養、成本高等問題， 以其不可比擬的體積小、重量輕、儲備功率大等一系列優點，其使用量已不斷上升，有逐步 取代低速輪轂電機的發展傾向。現有電動車單速減速箱型輪榖電機在電調速過程中，存在高效區間不夠寬和爬坡 能力不夠強的問題。如果把減速箱改為變速箱，可以人為地製造好幾個最高效率點，使電機 一直工作在高效率區，對節能和提高電動車續行裡程有很大好處。目前在電動車市場上，已 發明了利用電機正、反轉來變速的電控型兩速變速箱輪轂電機(「利用電機正，反轉變速的 雙速電動車輪轂電機」專利號CN200720002042. 4)，這種雙速電機的變速完全使用電控，操 作簡單、控制容易、能自動調速、成本低、可靠性高。但這種電機剛造出來就發現不能倒車推 行。雖然電機正、反轉時，分別只有一條傳動被單向離合器接通，但是在電動機不轉而輸出 軸倒退反轉時，正、反轉兩條不同傳動比的傳動，都被單向離合器選中，始終保持聯接，產生 自鎖。在其他場合，倒退自鎖可能有好處，但在電動車方面，被動倒退是一種必須的功能。為 解決自鎖問題，提出了很多方案，如槓桿式倒車斷開機構、拉線式倒車斷開機構、電磁式倒 車斷開機構等。這些倒車斷開機構的共同特色是用機械方式來切斷其中一條傳動鏈，消除 自鎖，但這一來卻使傳動機構複雜化。現有典型NGW型行星輪系的雙速低速輪轂電機基本方案如圖1，在普通低速輪轂 電機基礎上，主要是增加了一套NGW型行星減速器和兩套單向離合器。兩個單向離合器都 裝在傳動輸出位置，呈二路輸入，合成一路輸出結構。電機正轉時，正向傳動鏈中的正向傳動件，如圖右邊高速離合器棘輪6. 2經離合 器自動接通輸出傳動件，電機轉子1的輸出通過與輪轂緊固的離合器座6直接驅動輪轂正 轉。此時電機轉子也帶動中心輪5正轉，由於轉臂固定，行星輪3就反轉，帶動內齒圈4減速 後反轉，並將反轉運動傳給反向傳動鏈中的反向傳動件，如圖左邊的低速離合器棘輪6. 1， 離合器自動斷開與輸出傳動件傳動關係。因為兩套單向離合器都只能傳遞使輪轂正轉的運 動，並不接通反轉運動的傳遞，所以減速後的反向傳動鏈被切斷。電機正轉時，直接驅動輪 轂同速、同向正轉。同理，電機反轉時，反向傳動鏈工作，右邊高速單向離合器棘輪6. 2不通，左邊低 速單向離合器棘輪6. 1接通；減速並反向後的運動，從內齒圈4輸到左邊低速單向離合器驅動輪轂作正轉減速運動，實現電機反轉，其速比由內齒圈4與中心輪5的齒數比決定。圖1這種方案，高速時傳動效率高，低速時驅動力矩翻倍，有很理想的使用效果； 停電滑行時，與一般直驅低速輪轂電機相比，前進阻力大幅下降，可直接用人力騎行。但是 在牽動車輛倒退時，遇到輸出輪轂倒轉，倆單向離合器同時接通，兩條傳動鏈同時工作，引 起機構自鎖，無法後退的問題，給使用者帶來不便。

發明內容
本發明的目的旨在改進現有利用電機正、反轉變速的電控型雙速變速電機的不 足，提供一種利用一條傳動鏈上相對另一條傳動鏈間裝了一套互鎖裝置，達到電動車可倒 退功能的電控變速電動車雙速電機。本發明技術方案是這樣實現的一種電控變速電動車雙速電機，包括電機、軸、軸 承、殼體，電機轉子，轉子輸出分別與正、反向傳動鏈傳動連接，正、反向傳動鏈輸出端的正 向傳動件和反向傳動件經單向離合器與輸出傳動件傳動連接，其特徵在於反向傳動件與 輸出傳動件間的單向離合器為可控單向離合器；正向傳動件經單向離合器後傳動給過渡 套，過渡套與同軸的輸出傳動件間存在一周向缺口，周向缺口中設有一個檔塊，該檔塊固定 在兩者之一側，缺口與檔塊共同組成附加空程機構；過渡套在附加空程機構的作用下產生 附加運動，聯動一附加傳動機構，該附加傳動機構能推動可控單向離合器動作，切斷可控單 向離合器的傳動。正向傳動件帶動過渡套旋轉一空程，藉該附加傳動機構來控制另一條傳 動鏈，實現兩套傳動鏈互鎖的目的。所述單向離合器為棘爪，正向傳動件為高速棘輪，反向傳動件為低速棘輪，輸出傳 動件為離合器座，該離合器座直接與輪轂通過螺紋緊固聯接；過渡套為定位棘爪的棘爪座， 同軸套設在離合器座上；棘爪座或離合器座之一側設有周向缺口，離合器座或棘爪座上固 定有伸入周向缺口中的檔塊；附加傳動機構為棘爪座連體的凸輪，該凸輪旋轉過程能壓下 低速棘輪一側的棘爪。所述單向離合器為棘爪，正向傳動件為高速輸出齒輪，反向傳動件為內齒圈；低速 棘輪與內齒圈緊固、高速輸出齒輪與棘爪座成一體，過渡套為高速棘輪，輸出傳動件為離合 器座；離合器座上開設有周向缺口，高速棘輪固定有的檔塊能穿越該周向缺口 ；附加傳動 機構為套設在離合器座上的撥叉，該撥叉旋轉過程能託起低速棘輪一側的棘爪。所述單向離合器為滾柱，正向傳動件為高速輪，反向傳動件為低速輪，輸出傳動件 為離合器座，該離合器座直接與輪轂通過螺紋緊固聯接；過渡套為定位滾柱的滾柱座，同軸 套設在離合器座上；附加傳動機構包括過渡套上沿周向表面的斜面、撥動件，該撥動件由安 裝在離合器座槽孔內的動態推桿、滾珠和挺杆組成，推桿能牴觸及滾柱。所述單向離合器和可控單向離合器為鋼珠摩擦式、滾柱摩擦式、滾針摩擦式、變形 套、變形盤式、契塊式或者棘輪式之擇一結構。所述附加傳動機構為槓桿、液塑、鋼珠、螺紋、撥叉、凸輪或者斜面傳動件之擇一結 構。針對不同的離合器，選擇不同的附加傳動機構，組合出不同的互鎖執行機構，以期達到 最佳的方案。本發明結構設計合理，結構簡單、成本低、實現容易、可靠性高。雙速電動輪轂是目 前市面上少有的一種輪轂，在性能上也遠比現有的輪轂好。它在原來電動輪轂的基礎上進行了改造，增加了低速變速級，不僅使電動輪轂能夠在最高效率區間使用，而且將速度有效 地變換成扭矩，在保持高效率的前提下，成倍地增強了爬坡能力，大大地改善了電動車的動 力性能，最大特點即是實現了倒車的功能。本發明尤其是在電動車產品上，有很大的實用價 值，該方案不僅可應用在電動自行車、電動摩託車輪轂電機上，改變外殼形狀和尺寸後，也 同樣能應用作各種電動三輪車、四輪車的驅動電機。




下面以最常用的輪轂電機為例，結合具體圖例對本發明做進一步說明 圖1典型NGW型行星輪系的雙速低速輪轂電機基本方案 圖2NGW型行星輪系的雙速低速輪轂電機改進方案 圖3倆超越離合器的主視圖 圖4倆超越離合器的A-A剖視圖 圖5倆超越離合器的B-B剖視圖 圖6NW型行星輪系雙速高速輪轂電機新方案 圖7NW型的離合器組主視圖 圖8NW型的離合器組剖視圖 圖9另一種附加緩衝、傳動機構 圖10滾柱離合器主視圖
圖11滾柱離合器C-C剖視圖 其中
1-電機轉子 4-內齒圈
6-離合器座
7-棘爪座
7.3-過渡套
8.2-撥動件
9.2-彈簧 12-檔塊
2-電機定子 4. 2-高速輸出齒輪
6.1-低速棘輪
7.1-低速輪
8-凸輪
9-可控棘爪 10-彈性緩衝墊 13-棘爪彈簧
3-行星輪 5-中心輪
6.2-高速棘輪
7.2-高速輪
8.1-撥叉
9.1-滾柱 11-棘爪
14-復位彈簧
15-可控棘爪彈簧
具體實施例方式實施例一 NGW型行星輪系的雙速低速輪轂電機的改進方案參照圖2、圖3、圖4和圖5，單向離合器又稱超越離合器，有多種結構，為簡單起見， 取棘輪式單向離合器為例。圖3、圖4、圖5把圖2中的倆單向離合器組取出，專門加以描述， 其中圖3是主視圖，圖4是A-A剖面圖，圖5是B-B剖面圖。為了敘述統一，假定正向傳動 鏈為高速傳動，反向傳動鏈為低速傳動。圖中，高速傳動由高速棘輪6. 2輸入，也即正向傳 動件，低速傳動由低速棘輪6. 1輸入，也即反向傳動件；離合器座6作為電機傳動的輸出，也 即輸出傳動件，直接與輪轂通過螺紋緊固聯接。離合器座6在車輛倒車和超速時，又是車輪 運動的輸入端。
電機正轉時，運動傳遞給高速棘輪6. 2，接著推動被彈簧13頂起的棘爪11，帶動棘 爪座7轉動，也即所述的過渡套，該棘爪座7的內圈有缺口，也即周向缺口，其上裝有彈性緩 衝墊10，經過一段空程後，該彈性緩衝墊10才與離合器座6上的檔塊12接觸，再推動離合 器座6輸出運動。利用接合過程中其空程產生的附加運動，棘爪座7上裝有的附加傳動機 構一凸輪8壓下離合器座6上安裝的可控棘爪9，切斷了低速單向離合器的全部傳動。反 之，周向缺口開設在離合器座6 —側，而檔塊12固定在棘爪座7 —側，可達到等同效果。電機反轉時，反向帶動高速棘輪6. 2轉動，由摩擦力帶動棘爪11，牽動棘爪座7相 對離合器座6反向運動，凸輪8放開可控棘爪9，在另一條彈簧13的作用下，可控棘爪9恢 復正常功能；此時經減速並反向後的運動通過低速棘輪6. 1輸入，通過可控棘爪9帶動離合 器座6輸出低速運動。車輛滑行時，兩單向離合器都打滑，不傳遞運動。車輛被推動倒車時，反轉運動從單向離合座6輸入，類似電機正轉的逆過程，由空 程產生的附加運動切斷了反向傳動鏈，倒轉運動僅能通過高速棘輪傳給電機轉子，拖動電 機空轉，不會構成自鎖。該結構與改進前相比，不但解決倒退自鎖問題，而且在車輛最常使用的高速檔運 行時，消除了低速棘輪6. 1反轉與可控棘爪9、離合器座6及彈簧13相互間產生摩擦、碰撞 的問題，既減少磨損，又降低了噪音，還提高了整機效率。行車過程中換檔時，由於緩衝墊的 作用，低速切換去高速時的衝擊、震動、噪音大幅下降，還有效延長離合器的壽命。倒退時， 由於切斷的是低速傳動鏈，由於電機磁阻尼引起的倒車阻力比普通減速箱電機要小。進一步實施雙速低速輪轂電機改進方案的其它結構_上述典型實例中的棘爪座7、彈性緩衝墊10、檔塊12與離合器座6共同組成了附 加空程機構；裝在棘爪座7上的凸輪8與可控棘爪9，共同組成附加傳動機構；可控棘爪9、 低速棘輪6. 1和離合器座6共同組成可控單向離合器。這三套機構及其相互間的關係，是 本發明的精髓，在此基礎上對具體每個機構進行改動是不難的，因為這每一種機構都可以 有無數個組合。比如附加空程機構還可以是可變容積結構或由彈性材料把棘爪座和離合器座聯 接成，甚至可用彈性材料通過不同形狀將其製成一體；附加傳動機構的構成就更多了，如可 以改用槓桿傳動、液塑傳動、鋼珠傳動、螺紋傳動、斜面傳動等；可控單向離合器還可選用鋼 珠摩擦型、滾柱摩擦型、滾針摩擦型、變形套、變形盤型、契塊式等等。各種改動主要是要根 據各自的工藝習慣、能力和儘可能低的成本，相關企業的配套水平等。實施例二 NW型行星輪系雙速高速輪轂電機新方案圖6的傳動機構是基於NW型行星輪系，包括電機輸出的中心輪5、雙聯行星齒輪
3、低速輸出的內齒圈4，增加一個高速輸出齒輪4.2組成的。兩個單向離合器共同裝在離合 器座6上，離合器座6緊固在右端蓋上。與實施例1不同的是高速單向離合器棘輪6. 2、棘 爪11的傳動方向變了一下，其原理是相同的。參照圖6，高速電機定子2固定在支承軸上，轉子1通過中心輪5把運動傳遞給雙 聯行星齒輪3，減速後再同時傳給內齒圈4和高速輸出齒輪4. 2，得到兩個轉向相反、轉速 不同的輸出，也即正向傳動鏈和反向傳動鏈，其中內齒圈4為反向傳動件，而高速輸出齒輪
4.2即為正向傳動件。兩個單向離合器，其中低速棘輪6. 1與內齒圈4緊固，高速輸出齒輪4. 2與棘爪11的棘爪座7成為一體。電機正轉時，可控棘爪9與低速棘輪6. 1斷開傳動，棘 爪11和高速棘輪6. 2結合，通過輪轂輸出高速轉矩；電機反轉時，棘爪11和高速棘輪6. 2 反向，不傳遞運動，可控棘爪9與低速棘輪6. 1結合，通過輪轂輸出低速轉矩。下面根據圖例進一步詳細說明。圖7是圖6中兩個單向離合器的放大圖，圖8是圖7的左視圖。電機開始正轉時， 高速輸出齒輪4. 2的轉動傳到棘爪座7 (圖8中反時針轉向)，棘爪11在棘爪彈簧13的作 用下抬起，推動高速棘輪6. 2，此結構中高速棘輪6. 2為過渡套，而離合器座6為輸出傳動 件，通過插在高速棘輪6. 2上的幾根檔塊12，準確地說該檔塊12是銷，越過離合器座6的缺 口緩衝空程，也即周向缺口，壓在緩衝墊10上，再傳給離合器座6輸出高速轉動；同時檔塊 12還推動撥叉8. 1，也即附加傳動機構，克服復位彈簧14的拉力，相對離合器座6轉動，託 起安裝在離合器座6上的可控棘爪9，使其爪尖離開低速棘輪6. 1，切斷低速離合器，低速棘 輪6. 1反向空轉。當電機換向為反轉時，高速棘爪座7反轉(圖8中順時針)，棘爪11在高 速棘輪6. 2齒上打滑而過，高速單向離合器不傳遞動力，撥叉8. 1在復位彈簧14作用下，相 對離合器座6順時針退回，可控棘爪9在可控棘爪彈環15的作用下，爪尖向外張開，退出受 控狀態，如圖8下半部分雙點劃線所示；低速棘輪6. 1正轉，順時針推動棘爪9，把低速轉動 通過低速離合器輸出。由上面描述可見，只要高速單向離合器一旦進入接合狀態，由於高速棘輪6. 2、檔 塊12與離合器座6的周向缺口組成的附加空程機構裡作附加運動，該運動經檔塊12、撥叉 8組成的附加傳動機構傳遞附加運動，該附加運動施加於由可控棘爪9、離合器座6、棘爪彈 簧15、低速棘輪6. 1組成的可控單向離合器上，形成一種互鎖，保證在任何狀態下，兩個單 向離合器只能有一個接通。這樣，由於倒退推行時，兩個單向離合器只能讓高速單向離合器 接通，低速單向離合器處於受控切斷狀態，避免了電動車倒退人工推行時的自鎖問題。圖9是另一種附加緩衝機構，與圖8原理基本相同，只是用跟高速棘輪6. 2 一體的 檔塊12替代了圖8中的檔塊12，撥叉8與檔塊12間用螺釘緊固在一起。實施例三採用滾柱離合器的實例參照圖10和圖11，本實例為典型滾柱離合器的運用方案，包括低速輪7. 1、高速 輪7. 2 (分別對應低速棘輪6. 1、高速棘輪6. 2)、離合器座6和過渡套7. 3，離合器為一滾柱 9. 1、附加彈簧9. 2，附加傳動機構包括過渡套7. 3上沿周向表面的斜面、撥動件8. 2，該撥動 件8. 2由安裝在離合器座6槽孔內的動態推桿、滾珠和挺杆組成，推桿能牴觸及滾柱9. 1，實 現可控的目的。當電機正轉驅動，過渡套7. 3與離合器座6相對轉動時，斜面沿軸向驅動撥動件 8，藉推桿推動幾個傳動滾珠，轉過彎後，最後一個傳動滾珠再徑向推動圓柱挺杆，挺杆把離 合器的滾柱9. 1沿反時針方向推到圖11中左側間隙較大方向，中止了低速單向離合器的傳 動，達到可控效果，實現高速對低速傳動的互鎖功能。從以上實施例中看出，高速單向離合器完全可用通用的任何一種單向超越離合器 替代；低速可控單向離合器也可用其它型式的離合器，只是控制方式、傳動方式要作適當改 變。以上實例中可控單向離合器安裝在低速傳動鏈一側，同理，也可安裝在高速傳動鏈一 側。具體結構以實施例一為例，只要把圖3所示兩個單向離合器組(其中一個為可控單向 離合器)在圖面上左右翻轉，圖4、圖5不變，也就是普通單向離合器與可控單向離合器及其附加空程機構、附加傳動機構的位置互換一下，其它有關定位、聯接機構相應調整一下，達 到互鎖控制方向互換效果即可。該方案雖以輪轂電機為例，但不限於輪轂電機，也可與電機設計成一體，實現電機 正反轉控制同向雙速輸出機構，不僅可用於兩輪電動車輛，適當把外殼、傳動件改動後，變 為外殼固定、軸旋轉輸出結構，同樣可適用於其它三輪、四輪電動車輛以及電動汽車等。本發明所述的正向傳動鏈和反向傳動鏈，只是為了表達方便的定義，其中正向和 反向只是相對而言，可以定義順時針方向為正向，也可以定義反時針方向為正向；或者與車 輛前進方向一致的為正向，倒退方向為反向，反之也然。
權利要求
一種電控變速電動車雙速電機，包括電機、軸、軸承、殼體，電機轉子，轉子輸出分別與正、反向傳動鏈傳動連接，正、反向傳動鏈輸出端的正向傳動件和反向傳動件經單向離合器與輸出傳動件傳動連接，其特徵在於反向傳動件與輸出傳動件間的單向離合器為可控單向離合器；正向傳動件經單向離合器後傳動給過渡套，過渡套與同軸的輸出傳動件間存在一周向缺口，周向缺口中設有一個檔塊，該檔塊固定在兩者之一側，缺口與檔塊共同組成附加空程機構；過渡套在附加空程機構的作用下產生附加運動，聯動一附加傳動機構，該附加傳動機構能推動可控單向離合器動作，切斷可控單向離合器的傳動。
2.根據權利要求1所述的電控變速電動車雙速電機，其特徵是單向離合器為棘爪，正 向傳動件為高速棘輪，反向傳動件為低速棘輪，輸出傳動件為離合器座，該離合器座直接與 輪轂通過螺紋緊固聯接；過渡套為定位棘爪的棘爪座，同軸套設在離合器座上；棘爪座或 離合器座之一側設有周向缺口，離合器座或棘爪座上固定有伸入周向缺口中的檔塊；附加 傳動機構為棘爪座連體的凸輪，該凸輪旋轉過程能壓下低速棘輪一側的棘爪。
3.根據權利要求1所述的電控變速電動車雙速電機，其特徵是單向離合器為棘爪，正 向傳動件為高速輸出齒輪，反向傳動件為內齒圈；低速棘輪與內齒圈緊固、高速輸出齒輪與 棘爪座成一體，過渡套為高速棘輪，輸出傳動件為離合器座；離合器座上開設有周向缺口， 高速棘輪固定有的檔塊能穿越該周向缺口 ；附加傳動機構為套設在離合器座上的撥叉，該 撥叉旋轉過程能託起低速棘輪一側的棘爪。
4.根據權利要求1所述的電控變速電動車雙速電機，其特徵是單向離合器為滾柱，正 向傳動件為高速輪，反向傳動件為低速輪，輸出傳動件為離合器座，該離合器座直接與輪轂 通過螺紋緊固聯接；過渡套為定位滾柱的滾柱座，同軸套設在離合器座上；附加傳動機構 包括過渡套上沿周向表面的斜面、撥動件，該撥動件由安裝在離合器座槽孔內的動態推桿、 滾珠和挺杆組成，推桿能牴觸及滾柱。
5.根據權利要求1所述的一種電控變速電動車雙速電機，其特徵在於單向離合器和 可控單向離合器為摩擦式、楔塊式或者棘輪式之擇一結構。
6.根據權利要求1所述的一種電控變速電動車雙速電機，其特徵在於附加傳動機構 為槓桿、液塑、鋼珠、螺紋、撥叉、凸輪或者斜面傳動件之擇一結構。
7.根據權利要求1、2或3所述的一種電控變速電動車雙速電機，其特徵在於周向缺 口在檔塊受力一側填充有緩衝件，或者彈性件之擇一結構。
全文摘要
本發明涉及一種電控變速電動車雙速電機，包括電機、軸、軸承、殼體，電機轉子，轉子輸出分別與正、反向傳動鏈傳動連接，正、反向傳動鏈輸出端的正向傳動件和反向傳動件經單向離合器與輸出傳動件傳動連接，其特徵在於反向傳動件與輸出傳動件間的單向離合器為可控單向離合器；正向傳動件經單向離合器後傳動給過渡套，過渡套與同軸的輸出傳動件間存在一周向缺口，周向缺口中設有一個擋塊，該擋塊固定在兩者之一側；過渡套聯動一附加傳動機構，該附加傳動機構能推動可控單向離合器動作。藉附加傳動機構，控制另一單向離合器，斷開傳動，產生互鎖，消除自鎖，實現倒車。
文檔編號H02K7/10GK101895171SQ20101019856
公開日2010年11月24日 申請日期2010年6月11日 優先權日2010年6月11日
發明者朱正風 申請人:深圳市琛瑪華夏科技有限公司