CN201816714U - 机械变速电动轮毂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种机械变速电动轮毂，包括电机、与电机连接的主轴、设置在主轴上的轮毂，还包括设置在所述主轴上、向轮毂传递动力并使轮毂以不同转速转动的齿轮变速装置，所述齿轮变速装置包括至少两档变速齿轮组，其中一档变速齿轮组中的变速齿轮设有支撑部，所述支撑部伸入与之相邻的另一档变速齿轮组中变速齿轮的轴孔中。本实用新型的机械变速电动轮毂，使得电机在不同工况下均能以较高效率工作，同时结构紧凑、体积小。

Description

机械变速电动轮毂

技术领域

本实用新型涉及机械动力设备的轮毂技术领域，尤其涉及一种机械变速电动轮毂。

背景技术

在现今社会，电动摩托车、电动自行车等电动车因使用方便、快速、省力，得到广泛的应用。现有电动车的轮毂均设有电机安装位，其上设置电机，通过电机驱动轮毂的转动。电机在运转时，其负载变化时，其工作点效率随之变化，而每台电机都有一个最大效率区间；电动车辆在行进中，随载重及路况变化，负载转矩必然发生变化，此负载转矩的变化影响电机工作效率，并最终影响续航里程，在爬坡或大负载的情况下，电机输出转矩不足，电机会出现堵转、发热甚至停止转动。现有的电动车由于没有设置机械变速器调整扭矩和速度，故而仅可在平原地区推广使用，不能在山区、丘陵或重负载情况下使用，因此，续行距离短、使用范围小。而如果加设机械变速器，又会导致体积加大，使用不便。

实用新型内容

本实用新型目的在于，提供一种机械变速电动轮毂，能够以紧凑的结构实现机械变速，使得电机在不同的工况下均能高效运行。

为解决上述技术问题，本实用新型的一种机械变速电动轮毂，包括电机、与电机连接的主轴、设置在主轴上的轮毂，还包括设置在所述主轴上、向轮毂传递动力并使轮毂以不同转速转动的齿轮变速装置，所述齿轮变速装置包括至少两档变速齿轮组，其中一档变速齿轮组中的变速齿轮设有支撑部，所述支撑部伸入与之相邻的另一档变速齿轮组中变速齿轮的轴孔中。

优选地，所述齿轮变速装置还包括输出轴套、变速联结件、变档组件，所述输出轴套一端与轮毂连接，另一端通过第一超越离合器与其中一档变速齿轮组连接，所述变档组件设置在所述主轴上并可推动变速联结件移动，使所述变速联结件导通或切断其他档变速齿轮组向输出轴套的动力传递。

优选地，所述变档组件包括变速顶针、档键，所述主轴沿其轴线方向设有通道，所述主轴的侧壁上设有与所述通道导通的开槽，所述档键一端伸入通道中，另一端从开槽中伸出；所述变速联接件套设在所述主轴上，其内壁上设有凸圈，所述变档顶针伸入通道中并可推动档键移动，所述档键接触凸圈进而推动变速联结件移动。

优选地，所述变档组件还包括设置在所述主轴上的回位弹性件，位于电机与变速联结件之间。

优选地，每档变速齿轮组包括相互啮合的变速主动齿轮及变速从动齿轮，各档变速齿轮组的变速主动齿轮均通过同一副轴与电机固联，变速从动齿轮均通过轴承与主轴连接。

优选地，所述齿轮变速装置还包括相互啮合的减速齿轮及小齿轮，所述减速齿轮固定地设置在副轴上；所述小齿轮与转子的空心轴为一体结构。

优选地，所述齿轮变速装置包括：

第一档变速齿轮组，包括相互啮合的第一变速主动齿轮及第一变速从动齿轮；

第二档变速齿轮组，包括相互啮合的第二变速主动齿轮及第二变速从动齿轮，所述第二变速从动齿轮沿其轴孔方向设有支撑部，所述支撑部伸入所述第一变速从动齿轮的轴孔并位于输出轴套的轴孔中；

所述第一变速从动齿轮的直径大于第二从动齿轮的直径，所述输出轴套的一端伸入所述第一变速从动齿轮的轴孔中，与所述第一变速从动齿轮通过第一超越离合器连接。

优选地，所述变速联结件的外周口径小于所述输出轴套以及第二变速从动齿轮轴孔口径，其外壁两端均设有若干花键，所述第二变速从动齿轮以及所述输出轴套的轴孔内壁上相应地设有若干花键。

优选地，所述齿轮变速装置包括：

第一档变速齿轮组，包括相互啮合的第一变速主动齿轮及第一变速从动齿轮；所述第一变速从动齿轮沿其轴线方向设有支撑部，所述支撑部伸入下述第二变速从动齿轮的轴孔并位于下齿轮座的轴孔中；

第二档变速齿轮组，包括相互啮合的第二变速主动齿轮及第二变速从动齿轮；所述第二变速从动齿轮的轴孔中还设有一齿轮座，所述齿轮座与第二变速从动齿轮通过一第二超越离合器连接；

第三档变速齿轮组，包括相互啮合的第三变速主动齿轮以及第三变速从动齿轮；

所述第一变速从动齿轮、第二变速从动齿轮、第三变速从动齿轮的直径依次递减，所述输出轴套的一端伸入所述第一变速从动齿轮的轴孔中，与所述第一变速从动齿轮通过第一超越离合器连接。

优选地，所述输出轴套与所述轮毂通过第三超越离合器连接，所述第三超越离合器包括一端与所述输出轴套的外壁连接的若干棘爪以及设置在轮毂的轴孔内壁上的单向齿，所述棘爪的另一端向外张开。

与现有技术相比，本实用新型的机械变速电动轮毂具有如下优点：

1、由于在所述主轴上设置有向轮毂传递动力并使轮毂以不同转速转动的齿轮变速装置，因此可以实现机械变速，能够实现根据不同的情形进行换挡，因而保证电机始终处于最佳工作状态，提升续航里程，使得电机在能够适应不同的工况，在不同工况下能以较高效率工作，能够适用于爬坡或负载较大的情况，应用范围广；

2、电机转动、变速、输出均围绕一条主轴完成，而且通过对齿轮变速装置中变速齿轮间的位置设置有效地减小了整体体积、同时轮毂设置在主轴上，从而形成电机-轮毂一体式结构，因此，本实用新型结构紧凑，占用的空间小，实用性强。

附图说明

图1是本实用新型机械变速电动轮毂实施例一的分解结构示意图；

图2是图1中组合示意图(不包含轮毂)；

图3为图1中各齿轮的配合示意图；

图4是本实用新型机械变速电动轮毂实施例二的分解结构示意图；

图5是图4中组合示意图(不包含轮毂)；

图6为图4中齿轮调速装置的配合示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体的实施例对本实用新型的机械变速电动轮毂进行详细说明。

实施例一

本实施例中的机械变速电动轮毂可实现两档变速：即快速档及慢速档。

本实施例中的机械变速电动轮毂包括电机1、主轴2、轮毂3、设置在电机1与轮毂3之间的齿轮变速装置。

齿轮变速装置包括外壳4、设置在外壳4中的减速齿轮、小齿轮及第一档变速齿轮组、第二档变速齿轮组、变档组件、变速联结件、输出轴套。其中：

减速齿轮5与小齿轮6相互啮合，小齿轮6与转子的空心轴为一体结构，减速齿轮5通过一副轴7与电机1固联，电机1上设有轴承座1a，副轴7通过轴承与电机1固定；

第一档变速齿轮组包括相互啮合的第一变速主动齿轮8、第一变速从动齿轮9，第二档变速齿轮组包括相互啮合的第二变速主动齿轮10、第二变速从动齿轮11，第一变速主动齿轮8及第二变速主动齿轮10均与副轴7固联，第一变速从动齿轮9及第二变速从动齿轮11均通过轴承与主轴2联结，在各自的主动轮带动下，可绕主轴2转动；第一变速从动齿轮9的轴孔上设有沿同一方向倾斜的单向齿9a，第二变速从动齿轮11的轴孔的壁面上设有若干花键11a；第一变速从动齿轮9的直径大于第二变速从动齿轮11的直径。第二变速从动齿轮11的轴孔处沿轴线方向延伸出一支撑部，该支撑部伸入第一变速从动齿轮9中，其上设置轴承，支撑输出轴套16伸入第一变速从动齿轮9中的端部。此种设置方式，可以使主轴的长度减小，从而减小了整体体积。

变档组件包括变档顶针12、档键13、复位弹簧14。主轴2上设有一通道2a，供变档顶针12伸入，主轴2的侧壁上设有开槽2b，该开槽2b与通道2a连通，档键13处于通道2a中并从开槽2b中向外伸出，在变档顶针12的推动下，档键13可沿通道2a及开槽2b移动；复位弹簧14套设在主轴2上，设置在第二变速从动齿轮11与档键13之间。

变档联结件15的外壁两端分别设有花键15a、15b，设有花键15a的一端伸入第二变速从动齿轮11的轴孔中，花键15a与第二变速从动齿轮11轴孔中的花键11a结合，可在第二变速从动齿轮11的带动下转动；变速联结件15的内壁上设有凸圈，档键13从开槽2b中伸出，在其沿主轴2轴线方向移动时能够与此凸圈接触，从而推动变速联结件15移动。

输出轴套16一端与第一变速从动齿轮9通过第一超越离合器连接，另一端通过第三超越离合器与轮毂3连接。输出轴套16的外壁两端部分别设有棘爪槽、卡簧槽，其中一端的棘爪槽中设有棘爪18，相应的卡簧槽中设有卡簧17，卡簧17将棘爪18的一端卡住；另一端的棘爪槽中设有棘爪20，相应的卡簧槽中设有卡簧19，棘爪20的一端被卡簧19固定在棘爪槽中，棘爪18在卡簧17、棘爪20在卡簧19的弹力作用下，一端会自由张开，张开一端在外力作用下会向内缩回原位。棘爪18与棘爪20的张开方向相反。输出轴套16设有棘爪18的一端伸入第一变速从动齿轮9中，与第一变速从动齿轮9轴孔中的单向齿9a构成第一超越离合器，这使得当第一变速从动齿轮9的转速大于输出轴套16的转速时，第一变速从动齿轮9可通过棘爪18带动输出轴套16转动；当第一变速从动齿轮9的转速小于输出轴套16的转速时，第一变速从动齿轮9无法带动输出轴套16转动；输出轴套16伸入第一变速从动齿轮9轴孔中的一端，其轴孔通过轴承结合在第二变速从动齿轮的支撑部上。

轮毂3的轴孔中设有单向齿，输出轴套16设有棘爪20的一端伸入轮毂3的轴孔中，棘爪20与单向齿构成第三超越离合器，使得当轮毂3的转速快于输出轴套16的转速时，棘爪20内缩，轮毂3不能带动输出轴套16转动，轮毂3与输出轴套16分离；当轮毂3的转速小于输出轴套16的转速时，棘爪20与单向齿结合，使得轮毂3在输出轴套16的带动下转动。输出轴套16的内壁设有若干花键；变档联结件15设有花键15b的一端伸入输出轴套16中，花键15b与输出轴套中的花键结合，使得输出轴套16可被变档联结件15带动并随之转动。

以下对本实施例中的机械变速电动轮毂的工作过程及原理进行说明。

1、以快速档工作：

常态下，变档联结件15的外壁两端的花键15a、15b分别与第二变速从动齿轮11中的花键11a、输出轴套16中的花键接合。当电机1转动时，小齿轮6带动减速齿轮5转动，减速齿轮5对电机1进行减速。由于减速齿轮5、第一变速主动齿轮8及第二变速主动齿轮10均与副轴7固联，连结为一整体，因此，减速齿轮5转动时带动第一变速主动齿轮8及第二变速主动齿轮10同时转动。第二变速主动齿轮10带动第二变速从动齿轮二11转动，第二变速从动齿轮11带动变速联结件15转动，变速联结件15带动输出轴套16转动，输出轴套16带动轮毂3转动，从而实现快速档的动力输出。此时第一变速主动齿轮8同样带动第一变速从动齿轮9转动，由于齿轮转动比的关系，第一变速从动齿轮9的转速慢于输出轴套16的转速，第一变速从动齿轮9对输出轴套16没有带动作用。

2、以慢速档工作：

当处于爬坡或载重较大时，需要增加扭力，此时，推动变档顶针12，变档顶针12向前移动，进而推动档键13移动，档键13作用于变速联结件15内部的凸圈上，变速联结件15被向前推动，使变速联结件15中的花键15b与输出轴套16的花键分离，切断第二变速从动齿轮11对输出轴套16的传递动力作用，从而实现由快速档向慢速档的切换。此时，第一变速从动齿轮9的转速快于输出轴套16的转速，因此单向齿9a与输出轴套16的棘爪18结合，被第一变速主动齿轮8带动的第一变速从动齿轮9带动输出轴套16转动，而输出轴套16带动轮毂3转动，从而实现慢速档的动力输出。

当爬坡结束或载重减轻需要提高速度时，撤销对变档顶针12的推力，在复位弹簧14作用下，变速联结件15回到常态位置，其上的花键15b和输出轴套16的花键再次结合，第二变速从动齿轮11恢复对输出轴套16传递动力，重新回到快速档。

本实施例中的机械变速电动轮毂由于小齿轮6、第二变速从动齿轮11、第一变速从动齿轮9、输出轴套16、轮毂3的轴孔均设有轴承与主轴2相连，因此，在运行中的各种转动中，主轴2及电机外壳，电机定子均不旋转。

本实施例中的机械变速电动轮毂，电机转动、变速、输出均围绕一条主轴2完成。

本实施例中的机械变速电动轮毂，由于轮毂3的轴孔中设有单向齿，与输出轴套16的棘爪20连结，当电机转动时，输出轴套16通过轮毂3中的单向齿与棘爪20的结合而将动力传给轮毂3，当电机停止转动时，车速惯性使轮毂3的转速快于输出轴套16，使棘爪20内缩，轮毂3与输出轴套16分离，切断车速惯性对电机的反冲电作用，保护电机及电池，同时减轻电机对车体滑行的阻力，达到续行里程长的作用。

本实施例中的机械变速电动轮毂由于能够实现根据不同的情形进行换挡，因而保证电机始终处于最佳工作状态，提高效率。

实施例二

本实施例中机械变速电动轮毂可实现三档变速：高速档、中速档、慢速档。

本实施例中齿轮变速装置包括第一档变速齿轮组、第二档变速齿轮组、第三档变速齿轮组，第一档变速齿轮组包括相互啮合的第一变速主动齿轮8、第一变速从动齿轮9，第二档变速齿轮组包括相互啮合的第二变速主动齿轮10、第二变速从动齿轮11、设置于第二变速从动齿轮11中的齿轮座23，第三档变速齿轮组包括相互啮合的第三变速主动齿轮21及第三变速从动齿轮22。

第一变速主动齿轮8及第二变速主动齿轮10、第三变速主动齿轮21均与副轴7固联，第一变速从动齿轮9及第二变速从动齿轮11、第三变速从动齿轮22均通过轴承与主轴2联结，在各自的主动轮带动下，可绕主轴2转动；第一变速从动齿轮9的轴孔上设有沿同一方向倾斜的单向齿9a，第二变速从动齿轮11的轴孔的壁面上设有若干单向齿；第一变速从动齿轮9、第二变速从动齿轮11、第三变速从动齿轮22的直径依次递减。第三变速从动齿轮22的轴孔处沿轴线方向延伸出一支撑部，该支撑部伸入第二变速从动齿轮11中，该支撑部上设置轴承，支撑齿轮座23。此种设置方式，可以使主轴的长度减小，从而减小了整体体积。齿轮座23的外壁两端分别设有棘爪24，并通过卡簧25与齿轮座23外壁固定，在卡簧25的作用下，棘爪24一端呈自然张开状，当受到外压力时棘爪24向内收缩；齿轮座23的内壁上设有花键23a，当花键23a与变速联结件15的花键15a结合时会带动变速联结件15转动。第二变速从动齿轮11的轴孔内壁上设有单向齿，该单向齿与棘爪24形成第二超越离合器，齿轮座23伸入第二变速从动齿轮11的轴孔中，当第二变速从动齿轮11的转速大于齿轮座23的转速时，其上的棘爪24与单向齿能够结合，使得第二变速从动齿轮11带动齿轮座23旋转，当第二变速从动齿轮11的转速小于齿轮座23的转速时，棘爪24回缩，棘爪24不会与单向齿结合，第二变速从动齿轮11对齿轮座23形成空转。

变档联结件15的外壁两端分别设有花键15a、15b，设有花键15a的一端伸入第三变速从动齿轮22的轴孔中，花键15a与第三变速从动齿轮22轴孔中的花键结合，可在第三变速从动齿轮22的带动下转动；变速联结件15的内壁上设有凸圈，档键13从开槽2b中伸出，在其沿主轴2轴线方向移动时能够与此凸图接触，从而推动变速联结件15移动。

其余的结构与实施例一相同，此处不再赘述。

以下对本实施例中机械变速电动轮毂的工作过程及原理进行说明。

1、以慢速档工作：

常态下变速联结件15与输出轴套16的轴孔内壁结合，此时变速联结件15与第三变速从动齿轮22的轴孔和齿轮座23的轴孔处于分离状态。当高速直流电机1转动时，小齿轮6带动减速齿轮5转动，由于齿轮外径比例的关系，减速齿轮5对高速直流电机1进行减速。由于减速齿轮5、第一变速主动齿轮8、第二变速主动齿轮10第三变速主动齿轮21均与副轴7固联，连结为一整体，因此，减速齿轮5转动时带动第一变速主动齿轮8、第二变速主动齿轮10、第三变速主动齿轮21同时转动。第一变速主动齿轮8带动第一变速从动齿轮9转动，第一变速从动齿轮9的单向齿9a与输出轴套16的棘爪18结合，带动输出轴套16转动，输出轴套16带动轮毂3转动，从而实现第一档-慢速档的动力输出。此时第三变速从动齿轮22、第二变速从动齿轮11同样转动，由于变速联结件15与第三变速从动齿轮22的轴孔以及与齿轮座23的轴孔是分离状态，因此，第三变速从动齿轮22、第二变速从动齿轮11处于空转状态。

2.以中速档工作：

推动变档顶针12，进而变档顶针12推动档键13移动，档键13推动变速联结件15移动，使变速联结件15上的花键15a与齿轮座23的花键23a结合、变速联结件15上的花键15b与输出轴套16的花键接合，第二变速从动齿轮11带动齿轮座23，齿轮座23带动变速联结件15，变速鼓联结件15带动输出轴套16，而输出轴套16带动轮毂3转动，从而实现第二档-中速档的动力输出。此时第三变速从动齿轮22仍然处于空转状态，而第一变速从动齿轮9的转速慢于输出轴套16，因此，第一变速从动齿轮9也处于空转状态。

3.以高速挡工作：

推动变档顶针12，进而推动档键13移动，档键13进而推动变速联结件15移动，使变速联结件15的花键15a与第三变速从动齿轮22的花键22a结合、变速联结件15的花键15b与输出轴套16的花键连结，第三变速从动齿轮22带动变速联结件15，变速联结件15带动输出轴套16，输出轴套16带动轮毂3转动，从而实现第三档-高速档的动力输出。此时第二变速从动齿轮11的转速慢于齿轮座23，第一变速从动齿轮9的转速慢于输出轴套16，因此，第二变速从动齿轮11和第一变速从动齿轮9处于空转状态。

本实施例中的机械变速电动轮毂，当电动交通工具需要爬坡或载重需要增加扭力时，可以改变运行档位，将速度降低，如由高速档调至中速档或慢速档，在复位弹簧14的作用下改变变速联结件15的位置，从而实现高速档与中速档及低速档之间的转换。当爬坡或载重状况结束后，通过变档顶针、档键作用于变速联结件，使得变速联结件改变位置，从而实现慢速档向中速挡、高速挡的转换。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所确定的范围为准。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种机械变速电动轮毂，包括电机、与电机连接的主轴、设置在主轴上的轮毂，其特征在于，还包括设置在所述主轴上、向轮毂传递动力并使轮毂以不同转速转动的齿轮变速装置，所述齿轮变速装置包括至少两档变速齿轮组，其中一档变速齿轮组中的变速齿轮设有支撑部，所述支撑部伸入与之相邻的另一档变速齿轮组中变速齿轮的轴孔中。

2.如权利要求1所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，所述齿轮变速装置还包括输出轴套、变速联结件、变档组件，所述输出轴套一端与轮毂连接，另一端通过第一超越离合器与其中一档变速齿轮组连接，所述变档组件设置在所述主轴上并可推动变速联结件移动，使所述变速联结件导通或切断其他档变速齿轮组向输出轴套的动力传递。

3.如权利要求2所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，所述变档组件包括变速顶针、档键，所述主轴沿其轴线方向设有通道，所述主轴的侧壁上设有与所述通道导通的开槽，所述档键一端伸入通道中，另一端从开槽中伸出；所述变速联接件套设在所述主轴上，其内壁上设有凸圈，所述变档顶针伸入通道中并可推动档键移动，所述档键接触凸圈进而推动变速联结件移动。

4.如权利要求3所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，所述变档组件还包括设置在所述主轴上的回位弹性件，位于电机与变速联结件之间。

5.如权利要求1所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，每档变速齿轮组包括相互啮合的变速主动齿轮及变速从动齿轮，各档变速齿轮组的变速主动齿轮均通过同一副轴与电机固联，变速从动齿轮均通过轴承与主轴连接。

6.如权利要求5所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，所述齿轮变速装置还包括相互啮合的减速齿轮及小齿轮，所述减速齿轮固定地设置在副轴上；所述小齿轮与转子的空心轴为一体结构。

7.如权利要求2所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，所述齿轮变速装置包括：

第一档变速齿轮组，包括相互啮合的第一变速主动齿轮及第一变速从动齿轮；

第二档变速齿轮组，包括相互啮合的第二变速主动齿轮及第二变速从动齿轮，所述第二变速从动齿轮沿其轴孔方向设有支撑部，所述支撑部伸入所述第一变速从动齿轮的轴孔并位于输出轴套的轴孔中；

所述第一变速从动齿轮的直径大于第二从动齿轮的直径，所述输出轴套的一端伸入所述第一变速从动齿轮的轴孔中，与所述第一变速从动齿轮通过第一超越离合器连接。

8.如权利要求7所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，所述变速联结件的外周口径小于所述输出轴套以及第二变速从动齿轮轴孔口径，其外壁两端均设有若干花键，所述第二变速从动齿轮以及所述输出轴套的轴孔内壁上相应地设有若干花键。

9.如权利要求2所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，所述齿轮变速装置包括：

第一档变速齿轮组，包括相互啮合的第一变速主动齿轮及第一变速从动齿轮；所述第一变速从动齿轮沿其轴线方向设有支撑部，所述支撑部伸入下述第二变速从动齿轮的轴孔并位于下齿轮座的轴孔中；

第二档变速齿轮组，包括相互啮合的第二变速主动齿轮及第二变速从动齿轮；所述第二变速从动齿轮的轴孔中还设有一齿轮座，所述齿轮座与第二变速从动齿轮通过一第二超越离合器连接；

第三档变速齿轮组，包括相互啮合的第三变速主动齿轮以及第三变速从动齿轮；

所述第一变速从动齿轮、第二变速从动齿轮、第三变速从动齿轮的直径依次递减，所述输出轴套的一端伸入所述第一变速从动齿轮的轴孔中，与所述第一变速从动齿轮通过第一超越离合器连接。

10.如权利要求2所述的机械变速电动轮毂，其特征在于，所述输出轴套与所述轮毂通过第三超越离合器连接，所述第三超越离合器包括一端与所述输出轴套的外壁连接的若干棘爪以及设置在轮毂的轴孔内壁上的单向齿，所述棘爪的另一端向外张开。

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