CN110843514B - 一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动车轮毂技术领域，尤其涉及一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，包括电机壳、设于电机壳内的定子和转子、以及贯穿于定子和转子轴心处的电机中心轴，电机中心轴上套接一中心齿轮，中心齿轮与齿轮支架连接，齿轮支架与转子连接；电机中心轴上还套接一齿轮箱和动力输出齿轮，齿轮箱内设有离心式离合器组件，离心式离合器组件与动力输出齿轮连接，动力输出齿轮通过钢圈支架与轮毂钢圈连接；本发明采用结构相同的两个离心式离合器驱动动力输出齿轮，从而实现轮毂转动；与传统结构相比，该具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，结构简单，换挡变速自如，传动更稳定，传动效率高，且生产成本较低，易于推广和使用。

Description

一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂

技术领域

本发明涉及电动车轮毂技术领域，尤其涉及一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂。

背景技术

电动车简而言之就是用电力作为驱动的机车。电动车的历史比我们现在最常见的内燃机驱动的汽车要早。直流电机之父匈牙利 的发明家、工程师阿纽什·耶德利克 Á(nyos Jedlik) 最早于 1828 年在实验室试验 了电磁转动的行动装置。美国人托马斯·达文波特 (Thomas Davenport) 于 1834 年制造出 第一辆直流电机驱动的电动车。1837年，托马斯因此获得美国电机行业的第一个专利。19 世纪末期到 1920 年是电动车发展的一个高峰。随着美国德州石油的开发和内燃机技术提高，电动车在 1920 年之后渐渐地失去 了优势。

最近一二十年，随着石油资源的日益减少、大气环境的污染严重，人们重新关注电动车。各个主要的汽车生产厂家开始关注电动车的未来发展并且开始投入资金和技术在电动车领域。同时，电动自行车和电动摩托车的发展也尤为快速。电动自行车和电动摩托车一般都包括车身、轮毂电机和电源等；其中轮毂电机是驱动元件。

目前，电机所用的变速装置主要有两种，一种是电子式无级控制器变速，另一种是机械式变速方式。电子式无级控制器变速能获得从 0 至电机的最高转速，有很好的变速曲，但是它所输出的转矩大小直接与电机的输入电流大小变化相一致，( 在电压不变时 )也就是电机负载越大电流就越大。机械式变速方式可以是有级变速式，也可以是无级变速式。 机械式变速方式最主要的一点是能获得不同大小的输出转矩，也就是在输入电流不变时，通过机械式减速能使转矩增大，或者增速时使转矩减小。单一的由小齿轮带动大齿轮得到大力矩，在不另外增加变挡机构时这种结构只能获得一个挡，而无法实现多挡输出。

因此，现有技术中提出了一种电动车轮毂动力输出装置【申请号 ：200910305629.6 ；公开号 ：CN101618685A】，本装置设置在轮毂上且与固定在轮毂上的电动 机相联接，它包括驱动齿轮和输出齿轮，电动机与驱动齿轮相联且能带动驱动齿轮转动，在驱动齿轮和输出齿轮之间设有当驱动齿轮转动时能单向带动输出齿轮转动的单向低速传动机构，在驱动齿轮和输出齿轮之间还设有当驱动齿轮反向转动时能带动输出齿轮转动的单向高速传动机构，单向低速传动机构和单向高速传动机构的传动方向相反，且单向低速传动机构与输出齿轮的传动比小于单向高速传动机构与输出齿轮的传动比。它具有高、低 速挡切换灵活，传动效率高等优点。

然而，由于驱动齿轮和输出齿轮之间同时设有单向低速传动机构和单向高速传动机构，两者的传动方向相反，因此当电动机不工作时，无法推动电动车后退。这就给实际使用带来了不便，特别是增加了非行驶状态下对电动车控制的难度。

为了解释上述存在的技术问题，于是现有技术又提出了一种电动车变挡驱动轮毂的离合式输出机构【申请号 ：201010132353.9 ；公开 ( 公告 ) 号 ：CN101767529A】。即在输出齿轮和轮毂之间设有当驱动电机工作时能使输出齿轮带动轮毂转动且当驱动电机停止工作时能使输出齿轮与轮毂分离的离合组件。

离合组件包括法兰齿盘、与轮毂固连的内齿圈、拨叉和拨叉驱动器，法兰齿盘分别与输出齿轮和内齿圈啮合且轴向滑动联接，拨叉驱动器与拨叉相联且能带动法兰齿盘轴向移动并使法兰齿盘与输出齿轮和内齿圈中的至少一个脱离。

工作时，法兰齿盘同时与输出齿轮和内齿圈啮合，这样当输出齿轮转动时就能带动内齿圈转动。由于内齿圈与轮毂的边盖固连，因此能带动轮毂转动。第一单向传动机构和第二单向传动机构能够使驱动电机不管正转还是反转都能带动输出齿轮同方向转动。所不同的是，通过第一单向传动机构或第二单向传动机构传动时，电动车变挡驱动轮毂工作的挡位不同。即能够通过驱动电机正反转的变化来改变挡位。当驱动电机停止工作并需要使轮毂能够后退时，只需通过离合组件使输出齿轮与轮毂分离即可。此时，轮毂能够自由地转动，而不受其内部机构的约束。

具有本离合式输出机构的电动车变挡驱动轮毂虽然能够实现驱动电机停止工作时轮毂能够自由地转动，但是必须对离合组件进行操纵。即在使用中需要不断地操纵离合组件进行切换，这在实际使用中还是存在着诸多不便。

为了解决上述技术问题，因此现有技术又提出了一种离心式离合器和具有该离合器的电动车变挡驱动轮毂，【申请号 ：201110217964.8 ；公开 ( 公告 ) 号 ：CN102410317 A】。省略了离合式输出机构，也免去了操纵离合式输出机构，采用棘爪棘齿传动，因此具有传动稳定且传动效率高等优点。但技术方案的结构繁琐，在实际生产中成本过高，且做出成品后，问题不断，所以为了克服上述问题，本申请提出了一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，具有结构简单，换挡变速自如，传动稳定且传动效率高等优点。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，包括电机壳、设于电机壳内的定子和转子、以及贯穿于定子和转子轴心处的电机中心轴，所述电机中心轴上套接一中心齿轮，所述中心齿轮与齿轮支架连接，所述齿轮支架与转子连接；所述电机中心轴上还套接一齿轮箱和动力输出齿轮，所述齿轮箱内设有离心式离合器组件，所述离心式离合器组件与动力输出齿轮连接，所述动力输出齿轮通过钢圈支架与轮毂钢圈连接；所述离心式离合器组件包括第一离心式离合器、以及与第一离心式离合器连接的第二离心式离合器。

优选地，所述第一离心式离合器包括第一离合器中心轴、套接在第一离合器中心轴上的第一从动齿轮、第三从动齿轮和第一轴承，所述第一从动齿轮与中心齿轮啮合，所述第三从动齿轮与动力输出齿轮啮合；所述第一从动齿轮与第一离合器中心轴之间设有一滚轴支架，所述滚轴支架上安装有若干个滚轴，所述滚轴支架上设有用于安装滚轴的安装槽，所述滚轴支架与套接在第一离合器中心轴上的卡齿固定连接，且所述卡齿与第一离合器中心轴上的正多边形角柱套接。

优选地，所述第一从动齿轮上设有用于安装弹簧和滚珠的第一安装孔，所述滚轴支架上设有用于安装滚珠的弧形孔，且所述第一安装孔与弧形孔的位置对应设置。

优选地，所述第一安装孔的直径略大于滚珠的直径，所述弧形孔的直径略小于滚珠的直径。

优选地，所述第一从动齿轮上设有用于安装弹簧和顶柱的第二安装孔，所述顶柱与弹簧抵触连接；所述滚轴支架上设有一楔形槽口。

优选地，所述顶柱的顶部与弹簧的连接处设有一凸台，且所述顶柱的侧部与楔形槽口的侧壁抵触连接。

优选地，所述滚轴的直径略小于正多边形角柱面与第一从动齿轮内表面的距离，所述滚轴的直径略大于正多边形角柱棱与第一从动齿轮内表面的距离。

优选地，所述卡齿的外侧壁设有与滚轴贴合连接的若干个卡齿片，若干个所述卡齿片均呈弧形状；所述卡齿的内侧壁设有若干个卡齿牙，若干个所述卡齿牙与正多边形角柱棱相抵触。

优选地，所述滚轴、卡齿片和卡齿牙的数量均与正多边形角柱的边数的数量相同。

优选地，所述正多边形角柱为正六边形角柱，所述滚轴为六个，六个所述滚轴呈圆周状等间距分布，且所述滚轴为圆柱形，所述卡齿片和卡齿牙的数量均为六个。

优选地，所述第二离心式离合器与第一离心式离合器的结构相同，所述第二离心式离合器包括第二离合器中心轴、套接在第二离合器中心轴上的第二从动齿轮、第四从动齿轮和第二轴承，所述第二从动齿轮与第一离心式离合器的第一从动齿轮啮合，所述第四从动齿轮与动力输出齿轮啮合。

优选地，所述第一从动齿轮与第二从动齿轮相对运动。

本发明具有以下有益效果：本发明所述的一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，采用结构相同的两个离心式离合器驱动动力输出齿轮，从而实现轮毂转动；与传统结构相比，该具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，结构简单，换挡变速自如，传动更稳定，传动效率高，且生产成本较低，易于推广和使用。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中A-A向的剖视图；

图3为本发明中离心式离合器组件的结构示意图；

图4为本发明中离心式离合器组件的截面图；

图5为本发明中实施例一的第一离心式离合器的分解结构示意图；

图6为本发明中卡齿的结构示意图；

图7为本发明中第一离心式离合器的整体结构示意图；

图8为图7的主视图；

图9为图8中B-B向的侧视图；

图10为图9中E部放大示意图；

图11为图8中C-C向的侧视图；

图12为图11中D-D向的剖视图；

图13为本发明中卡齿与正多边形角柱的连接示意图；

图14为图13中F部放大示意图；

图15为本发明中实施例二的第一离心式离合器的结构示意图；

图16为图15中G-G向的剖视图；

图17为本发明中实施例二的顶柱分别与弹簧和楔形槽口的安装示意图；

图18为本发明中实施例二的顶柱的结构示意图。

图中：1电机壳、2定子、3转子、4电机中心轴、5中心齿轮、6齿轮支架、7齿轮箱、8动力输出齿轮、9钢圈支架、10轮毂钢圈、11第一离合器中心轴、12第一从动齿轮、12-1第一安装孔、12-2第二安装孔、13第三从动齿轮、14第一轴承、15滚轴支架、15-1弧形孔、15-2安装槽、15-3楔形槽口、16滚轴、17卡齿、17-1卡齿片、17-2卡齿牙、18正多边形角柱、18-1正多边形角柱面、18-2正多边形角柱棱、19弹簧、20滚珠、21第二离合器中心轴、22第二从动齿轮、23第四从动齿轮、24第二轴承、25顶柱、25-1凸台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图14，实施例一：

一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，包括电机壳1、设于电机壳1内的定子2和转子3、以及贯穿于定子2和转子3轴心处的电机中心轴4，所述电机中心轴4上套接一中心齿轮5，所述中心齿轮5与齿轮支架6连接，所述齿轮支架6与转子3连接；所述电机中心轴4上还套接一齿轮箱7和动力输出齿轮8，所述齿轮箱7内设有离心式离合器组件，所述离心式离合器组件与动力输出齿轮8连接，所述动力输出齿轮8通过钢圈支架9与轮毂钢圈10连接；所述离心式离合器组件包括第一离心式离合器、以及与第一离心式离合器连接的第二离心式离合器。

具体的，所述第一离心式离合器包括第一离合器中心轴11、套接在第一离合器中心轴11上的第一从动齿轮12、第三从动齿轮13和第一轴承14，所述第一从动齿轮12与中心齿轮5啮合，所述第三从动齿轮13与动力输出齿轮8啮合；所述第一从动齿轮12与第一离合器中心轴11之间设有一滚轴支架15，所述滚轴支架15上安装有若干个滚轴16，所述滚轴支架15上设有用于安装滚轴16的安装槽15-2，所述滚轴支架15与套接在第一离合器中心轴11上的卡齿17固定连接，且所述卡齿17与第一离合器中心轴11上的正多边形角柱18套接。

具体的，所述第一从动齿轮12上设有用于安装弹簧19和滚珠20的第一安装孔12-1，所述滚轴支架15上设有用于安装滚珠20的弧形孔15-1，且所述第一安装孔12-1与弧形孔15-1的位置对应设置。

其中，所述第一安装孔12-1的直径略大于滚珠20的直径，所述弧形孔15-1的直径略小于滚珠20的直径。

本实施例中，安装时，先将弹簧19放入第一安装孔12-1中，再放入滚珠20，使得滚珠20大部分在第一安装孔12-1中，并与滚轴支架15上的弧形孔15-1相对，使得滚珠20小部分安装在弧形孔15-1中，这样使得第一从动齿轮12与滚轴支架15之间紧密贴近，这样当第一从动齿轮12转动时，通过滚珠20能够传递转动力，使得滚轴支架15也随之转动。

具体的，所述滚轴16的直径略小于正多边形角柱面18-1与第一从动齿轮12内表面的距离，所述滚轴的16直径略大于正多边形角柱棱18-2与第一从动齿轮12内表面的距离。

具体的，所述卡齿17的外侧壁设有与滚轴16贴合连接的若干个卡齿片17-1，若干个所述卡齿片17-1均呈弧形状；所述卡齿17的内侧壁设有若干个卡齿牙17-2，若干个所述卡齿牙17-2与正多边形角柱棱18-2相抵触。

具体的，所述滚轴16、卡齿片17-1和卡齿牙17-2的数量均与正多边形角柱18的边数的数量相同。

具体的，所述正多边形角柱18为正六边形角柱，所述滚轴16为六个，六个所述滚轴16呈圆周状等间距分布，且所述滚轴16为圆柱形，所述卡齿片17-1和卡齿牙17-2的数量均为六个。

具体的，所述第二离心式离合器与第一离心式离合器的结构相同，所述第二离心式离合器包括第二离合器中心轴21、套接在第二离合器中心轴21上的第二从动齿轮22、第四从动齿轮23和第二轴承24，所述第二从动齿轮22与第一离心式离合器的第一从动齿轮12啮合，所述第四从动齿轮23与动力输出齿轮8啮合。

其中，所述第一从动齿轮12与第二从动齿轮22相对运动。

本实施例中，由于第二离心式离合器与第一离心式离合器的结构相同，因此，这里第二离心式离合器的其他结构和工作原理不再详细阐述。

本实施例的工作原理如下：

离心状态，参照图9-10，当第一从动齿轮12逆时针方向旋转时，通过滚珠20带动滚轴支架15也随之转动，当滚轴支架15转动到图示位置时，此时，卡齿牙17-2与正多边形角柱棱18-2相抵触，即正多边形角柱棱18-2将卡齿牙17-2抵住，不再相对运动；而容纳滚轴16的空间大小（也就是正多边形角柱面18-1与第一从动齿轮12内表面的距离），此时，距离最大，滚轴16靠近第一从动齿轮12的一面并未接触或紧贴第一从动齿轮12内表面，由于正多边形角柱棱18-2将卡齿牙17-2抵住，而卡齿17与滚轴支架15固定连接，故这样第一从动齿轮12就无法带动滚轴支架15转动，即二者是相对滑动的，没有动力相互传输，处于离心状态。这时候滚珠20和弹簧19在安装孔12-1内，是随着第一从动齿轮12转动的，在安装孔12-1与滚轴支架15接触的位置，滚珠20由于滚轴支架15表面的挤压，被压缩在安装孔12-1内，所以不影响第一从动齿轮12与滚轴支架15之间的相对滑动的离心状态。当相对滑动到，安装孔12-1出口和弧形孔15-1出口相对时，弹簧19会将滚珠20弹出，使得滚珠20小部分进入弧形孔15-1中，但是随着第一从动齿轮12与滚轴支架15之间的相对滑动，滚珠20还会被挤压进安装孔12-1中，如此反复循环。

动力输出状态，参照图13-14，当第一从动齿轮12顺时针方向旋转时，通过滚珠20带动滚轴支架15也随之转动，当滚轴支架15转动到图示位置时，由于滚轴16直径小于正多边形角柱面18-1与第一从动齿轮12内表面的距离，大于正多边形角柱棱18-2与第一从动齿轮12内表面的距离，所以，滚轴16和滚轴支架15会运动到滚轴16被正多边形角柱面18-1与第一从动齿轮12内表面夹紧位置，此时，卡齿牙17-2与正多边形角柱棱18-2分开一段距离，使得第一从动齿轮12带动滚轴支架15转动的同时，通过滚轴16动力传输带动第三从动齿轮13转动，实现动力输出。此时，第一离心式离合器处于动力输出状态，这时候滚珠20的大部分在安装孔12-1内，小部分是在弧形孔15-1中，并随着第一从动齿轮12和滚轴支架15转动。

驱动轮毂工作原理：

电机中转子3转动带动齿轮支架6转动，动力输出给中心齿轮5，中心齿轮5与第一从动齿轮12啮合，中心齿轮5带动第一从动齿轮12转动，第一从动齿轮12与第二从动齿轮22啮合，带动第二从动齿轮22转动，但是第一从动齿轮12和第二从动齿轮22是相对转动，即反方向转动。

由于第一从动齿轮12和第二从动齿轮22是反方向转动，即第一从动齿轮12为顺时针转动时，第二从动齿轮22为逆时针转动。由于第一离心式离合器与第二离心式离合器的结构相同；

（1）假设第一从动齿轮12以某一方向转动，当第一离心式离合器处于动力输出状态时，第二离心式离合器是处于离心状态，第一从动齿轮12将动力输出给第三从动齿轮13，带动第三从动齿轮13转动，第三从动齿轮13带动动力输出齿轮8转动，动力输出齿轮8带动钢圈支架9转动，钢圈支架9带动轮毂钢圈10转动，实现轮毂转动。

此时，第二从动齿轮22与第四从动齿轮23是离心状态，相对滑动，无动力相互传动。

（2）第一从动齿轮12以上述（1）中相反方向转动时，第二离心式离合器处于动力输出状态时，第一离心式离合器是处于离心状态，第一从动齿轮12将动力传动给第二从动齿轮22，带动第二从动齿轮22转动，第二从动齿轮22将动力输出给第四从动齿轮23，带动第四从动齿轮23转动，第四从动齿轮23带动动力输出齿轮8转动，动力输出齿轮8带动钢圈支架9转动，钢圈支架9带动轮毂钢圈10转动，实现轮毂转动。

此时，第一从动齿轮12和第三从动齿轮13是离心状态，相对滑动，无动力相互传动。

3、变挡设置

该具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，在实际使用中，可以设置第一从动齿轮12为速比高的齿轮，或者第二从动齿轮22为速比高的齿轮；

设置低速挡：电机正转时，使得动力输出状态的从动齿轮设置为速比低的齿轮，此时为低速挡。

设置高速挡：电机反转时，使得动力输出状态的从动齿轮设置为速比高的齿轮，此时为高速挡。

参照图15-18，实施例二：

具体的，所述第一从动齿轮12上设有用于安装弹簧19和顶柱25的第二安装孔12-2，所述顶柱25与弹簧19抵触连接；所述滚轴支架15上设有一楔形槽口15-3。

具体的，所述顶柱25的顶部与弹簧19的连接处设有一凸台25-1，且所述顶柱25的侧部与楔形槽口15-3的侧壁抵触连接。

本实施例中，当第一从动齿轮12逆时针方向旋转时，由于顶柱25的侧部与楔形槽口15-3的侧壁紧贴连接，从而通过顶柱25与弹簧19带动滚轴支架15也随之转动；当第一从动齿轮12顺时针方向旋转时，由于顶柱25的侧部与楔形槽口15-3的侧壁不连接，因此不能带动滚轴支架15转动，从而实现了上述实施例一的技术效果。另外，本实施例中，其它均与实施例一相同。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，包括电机壳（1）、设于电机壳（1）内的定子（2）和转子（3）、以及贯穿于定子（2）和转子（3）轴心处的电机中心轴（4），其特征在于，所述电机中心轴（4）上套接一中心齿轮（5），所述中心齿轮（5）与齿轮支架（6）连接，所述齿轮支架（6）与转子（3）连接；所述电机中心轴（4）上还套接一齿轮箱（7）和动力输出齿轮（8），所述齿轮箱（7）内设有离心式离合器组件，所述离心式离合器组件与动力输出齿轮（8）连接，所述动力输出齿轮（8）通过钢圈支架（9）与轮毂钢圈（10）连接；所述离心式离合器组件包括第一离心式离合器、以及与第一离心式离合器连接的第二离心式离合器；

所述第一离心式离合器包括第一离合器中心轴（11）、套接在第一离合器中心轴（11）上的第一从动齿轮（12）、第三从动齿轮（13）和第一轴承（14），所述第一从动齿轮（12）与中心齿轮（5）啮合，所述第三从动齿轮（13）与动力输出齿轮（8）啮合；所述第一从动齿轮（12）与第一离合器中心轴（11）之间设有一滚轴支架（15），所述滚轴支架（15）上安装有若干个滚轴（16），所述滚轴支架（15）上设有用于安装滚轴（16）的安装槽（15-2），所述滚轴支架（15）与套接在第一离合器中心轴（11）上的卡齿（17）固定连接，且所述卡齿（17）与第一离合器中心轴（11）上的正多边形角柱（18）套接；

所述第一从动齿轮（12）上设有用于安装弹簧（19）和顶柱（25）的第二安装孔12-2，所述顶柱（25）与弹簧（19）抵触连接；所述滚轴支架（15）上设有一楔形槽口（15-3）；

所述顶柱（25）的顶部与弹簧（19）的连接处设有一凸台（25-1），且所述顶柱（25）的侧部与楔形槽口（15-3）的侧壁抵触连接；

所述滚轴（16）的直径略小于正多边形角柱面（18-1）与第一从动齿轮（12）内表面的距离，所述滚轴（16）的直径略大于正多边形角柱棱（18-2）与第一从动齿轮（12）内表面的距离；

所述卡齿（17）的外侧壁设有与滚轴（16）贴合连接的若干个卡齿片（17-1），若干个所述卡齿片（17-1）均呈弧形状；所述卡齿（17）的内侧壁设有若干个卡齿牙（17-2），若干个所述卡齿牙（17-2）与正多边形角柱棱（18-2）相抵触；

所述滚轴（16）、卡齿片（17-1）和卡齿牙（17-2）的数量均与正多边形角柱（18）的边数的数量相同；

所述正多边形角柱（18）为正六边形角柱，所述滚轴（16）为六个，六个所述滚轴（16）呈圆周状等间距分布，且所述滚轴（16）为圆柱形，所述卡齿片（17-1）和卡齿牙（17-2）的数量均为六个；

所述第二离心式离合器与第一离心式离合器的结构相同，所述第二离心式离合器包括第二离合器中心轴（21）、套接在第二离合器中心轴（21）上的第二从动齿轮（22）、第四从动齿轮（23）和第二轴承（24），所述第二从动齿轮（22）与第一离心式离合器的第一从动齿轮（12）啮合，所述第四从动齿轮（23）与动力输出齿轮（8）啮合。

2.根据权利要求1所述的一种具有离心式离合器的电动车变挡驱动轮毂，其特征在于，所述第一从动齿轮（12）与第二从动齿轮（22）相对运动。