CN113859419A - 一种可自动换挡的三速中置电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动换挡的三速中置电机，其涉及中置电机领域。其技术方案要点包括中轴机构和助力驱动机构；所述中轴机构包括中轴，所述中轴上分别设置有输入传动组件、第一单向离合组件、离心离合组件以及输出传动组件；所述输入传动组件包括与所述中轴连接来接收脚踏输入转速的脚踏动力输入单元，以及与所述助力驱动机构连接来接收助力输入转速的助力输入单元；所述中轴机构包括以下传动路径：由输入传动组件、第一单向离合组件至输出传动组件；以及，由输入传动组件、离心离合组件至输出传动组件。本发明可以根据转速实现自动换挡，能够提高骑行体验和舒适性，而且能够减小电机的整体体积，便于整车安装。

Description

一种可自动换挡的三速中置电机

技术领域

本发明涉及中置电机领域，更具体地说，它涉及一种可自动换挡的三速中置电机。

背景技术

目前市场上普遍应用的是中置电机搭配外变速或者后花鼓式内变速花鼓，外变速通过指拨后拨调整链条的位置实现变速，内变速花鼓通过指拨调整后拨的角度实现变挡。但是中置电机与变速器搭配的方式导致整车的结构复杂，而且不便于安装。

为了简化整车的结构和安装，现在也出现集成变速器的中置电机。

例如现有公开号为CN112407135A的中国专利，公开了一种可多挡变速调节的中置电机，其包括中轴机构、助力驱动机构和承载于中轴机构与助力驱动机构之间的变速机构。

例如现有公开号为CN113184106A的中国专利，公开了一种中置变速电机，其包括中轴机构、变速机构、助力驱动机构以及变挡驱动机构。

上述两个中置电机虽然都集成了变速功能，但是均需要骑行车主动调节，导致骑行体验和舒适性还有待提高；而且变速机构作为独立的模块，导致电机的整体体积较大，不利于整车安装。

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可自动换挡的三速中置电机，其可以根据转速实现自动换挡，能够提高骑行体验和舒适性，而且能够减小电机的整体体积，便于整车安装。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种可自动换挡的三速中置电机，包括中轴机构和助力驱动机构；所述中轴机构包括中轴，所述中轴上分别设置有输入传动组件、第一单向离合组件、离心离合组件以及输出传动组件；

所述输入传动组件包括与所述中轴连接来接收脚踏输入转速的脚踏动力输入单元，以及与所述助力驱动机构连接来接收助力输入转速的助力输入单元；

所述中轴机构包括以下传动路径：

由输入传动组件、第一单向离合组件至输出传动组件；以及，

由输入传动组件、离心离合组件至输出传动组件。

进一步地，所述输入传动组件包括行星架、行星轮、固定设置的齿圈以及与所述离心离合组件连接的太阳轴套；所述脚踏动力输入单元、助力输入单元以及第一单向离合组件分别与所述行星架连接。

进一步地，所述脚踏动力输入单元与行星架之间设置有第二单向离合组件。

进一步地，所述行星架上设置有与所述第二单向离合组件配合的内止口。

进一步地，所述行星轮包括二挡行星轮和三挡行星轮，所述齿圈与三挡行星轮配合；所述太阳轴套包括与所述二挡行星轮配合的二挡太阳轴套，以及与所述三挡行星轮配合的三挡太阳轴套；所述离心离合组件包括与所述二挡太阳轴套连接的二挡离心离合组件，以及与所述三挡太阳轴套连接的三挡离心离合组件；所述三挡太阳轴套穿过所述二挡太阳轴套和二挡离心离合组件后，与所述三挡离心离合组件连接。

进一步地，所述第一单向离合组件包括一体成型于所述行星架上的单向离合内圈。

进一步地，所述行星架外侧壁设置有与所述助力输入单元连接的固定环，或者所述助力输入单元一体成型于所述行星架外侧壁。

进一步地，所述离心离合组件包括离合缓冲架、离合外圈和离合驱动件；所述离合缓冲架与离合外圈之间设置有复位弹性件，且所述离合缓冲架与离合驱动件之间设置有辅助复位结构。

进一步地，所述辅助复位结构包括设置于所述离合缓冲架内端壁的驱动凸台，所述离合驱动件端部设置有与所述驱动凸台配合的驱动延伸部。

进一步地，所述助力驱动机构包括电机组件，以及承载于所述电机组件与助力输入单元之间的单向传动减速组件。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在中轴机构上集成离心离合组件，来实现自动换挡变速，从而能够提高骑行体验和舒适性；

2、将离心离合组件集成于中轴机构上，能够减小电机的整体体积，便于整车安装；

3、在一个行星架上集成两个行星轮，然后配置两个太阳轴套，来作为输入传动组件，与两个离心离合组件配合，实现自动三挡结构，能够减少零件数量和装配工序，并减小轴向尺寸，从而能够减小电机的整体体积。

4、在离心离合组件中增加复位弹性件和辅助复位结构，来辅助降挡，从而能够满足骑行者对速度和扭矩的转换需求，优化骑行体验，增加舒适性。

附图说明

图1为实施例中一种可自动换挡的三速中置电机的整体结构示意图；

图2为实施例中一种可自动换挡的三速中置电机的内部结构示意图；

图3为实施例中一种可自动换挡的三速中置电机的部分组件剖视图；

图4为实施例中行星架的结构示意图；

图5为实施例中三挡离心离合组件的结构示意图一；

图6为实施例中三挡离心离合组件的结构示意图二；

图7为实施例中三挡离心离合组件的结构示意图三；

图8为实施例中三挡离心离合组件的结构示意图四；

图9为实施例中三挡离合缓冲架的结构示意图。

图中：1、中轴；21、行星架；211、固定环；212、轮槽；213、内止口；214、单向离合内圈；22、二挡行星轮；23、二挡太阳轴套；24、三挡行星轮；25、三挡太阳轴套；26、脚踏动力输入单元；261、第二单向离合组件；27、齿圈；28、助力输入单元；29、第一单向离合组件；31、输出筒；32、输出端盖；41、二挡离合缓冲架；42、二挡离合外圈；44、二挡离合内圈；45、二挡离合输出板；51、三挡离合缓冲架；511、三挡内凸台；512、三挡驱动凸台；52、三挡离合外圈；521、三挡外凸台；53、三挡离合驱动件；531、三挡驱动延伸部；54、三挡离合内圈；55、三挡离合输出板；56、三挡离心甩块；561、三挡驱动轴；57、三挡复位弹性件；58、三挡驱动环；581、三挡释放槽；61、电机组件；62、电机轴；63、电机输出齿轮；64、减速输入齿轮；65、减速轴；66、减速输出齿轮；7、齿盘；8、脚踏。

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：

一种可自动换挡的三速中置电机，参照图1至图3，其包括中轴机构和助力驱动机构；中轴机构包括中轴1，中轴上分别设置有输入传动组件、第一单向离合组件29、离心离合组件以及输出传动组件；输入传动组件包括与中轴1连接来接收脚踏输入转速的脚踏动力输入单元26，以及与助力驱动机构连接来接收助力输入转速的助力输入单元28；本实施例中中轴机构包括以下传动路径：由输入传动组件、第一单向离合组件29至输出传动组件；以及，由输入传动组件、离心离合组件至输出传动组件；本实施例中将离心离合组件集成于中轴机构上，可以根据转速实现自动换挡，从而能够提高骑行体验和舒适性，并且能够减小电机的整体体积，便于整车安装。

参照图1至图3，本实施例中的中置电机还包括将中轴机构和助力驱动机构罩于其中的壳体；中轴1的两端均凸出于壳体，且中轴1的两端分别连接有脚踏8；骑行者通过脚踏8带动中轴1转动，实现脚踏动力输入；输出转动组件的一端凸出于壳体，其上设置有位于壳体外侧的齿盘7，通过齿盘7实现中置电机的动力输出。

参照图2和图3，本实施例中助力驱动机构包括电机组件61，以及承载于电机组件61与助力输入单元28之间的单向传动减速组件；采用单向传动减速组件，则电机组件61的转速可以传递至助力输入单元28，而助力输入单元28的转速则无法传递至电机组件61；具体地，单向传动减速组件包括减速轴65，减速轴65一端设置有减速输入齿轮64，另一端设置有减速输出齿轮66；其中电机组件61的电机轴62上设置有与减速输入齿轮64啮合的电机输出齿轮63，而减速输出齿轮66与助力输入单元28啮合；减速轴65与减速输入齿轮64之间设置有单元离合器，具体为单向轴承，则电机轴62的转速可以通过电机输出齿轮63、减速输入齿轮64、单向离合器、减速轴65和减速输出齿轮66传递至助力输入单元28，而助力输入单元28无法带动减速输入齿轮64转动，实现单向传动；在其他可选的实施例中，电机组件61和单向传动减速组件的结构，以及单向离合器的安装位置均可以根据需要进行调整，在此不作限制，使得助力驱动机构能够提供助力转速即可。

参照图1至图3，具体地，本实施例中输入传动组件包括行星架21、行星轮、固定设置的齿圈27以及与离心离合组件连接的太阳轴套；所述脚踏动力输入单元26、助力输入单元28以及第一单向离合组件29分别与行星架21连接；本实施例中齿圈27与壳体为过盈配合，来使得齿圈27固定不动；在其他可选的实施例中，齿圈27与壳体之间也可以采用紧固件来实现固定连接，在此不作限制。

参照图3，本实施例中脚踏动力输入单元26与行星架21之间设置有第二单向离合组件261，具体地，本实施例中第二单向离合组件261为棘轮棘爪组件；当然，在其他可选的实施例中，第二单向离合组件261也可以采用其它单向离合器，例如单向轴承等，在此不作限制；本实施例中行星架21一端设置有与第二单向离合组件配合的内止口213，即棘轮棘爪组件的棘轮通过过盈配合嵌设于内止口213内，而棘爪座则一体成型于脚踏动力输入单元26上，从而能够减少零件数量和装配工序，并有效控制轴向尺寸和径向尺寸；在其他可选的实施例中，脚踏动力输入单元与棘爪座也可以作为两个零件，然后固定连接，在此不作限制。

参照图3和图4，具体地，脚踏动力输入单元26套设在中轴1上，且中轴1与脚踏动力输入单元26之间通过花键配合来实现联动；向前踩踏时，中轴1通过脚踏动力输入单元26和第二单向离合组件261带动行星架21转动，向后踩踏时，通过第二单向离合组件261，中轴1则不会带动行星架21转动。

参照图1和图3，具体地，本实施例中行星轮包括二挡行星轮22和三挡行星轮24，其中齿圈27与三挡行星轮24配合，而行星架21上分别设置有与二挡行星轮22和三挡行星轮24配合的轮槽212；本实施例中，二挡行星轮22与三挡行星轮24共用行星轴，即一个行星轴同时穿过一个二挡行星轮22和一个三挡行星轮24，从而便于装配；本实施例中三挡行星轮24靠近中轴机构的外侧，将齿圈27与三挡行星轮24配合，便于将齿圈27与壳体连接；太阳轴套包括与二挡行星轮22配合的二挡太阳轴套23，以及与三挡行星轮24配合的三挡太阳轴套25；离心离合组件包括与二挡太阳轴套23连接的二挡离心离合组件，以及与三挡太阳轴套25连接的三挡离心离合组件；三挡太阳轴套25穿过二挡太阳轴套23和二挡离心离合组件后，与三挡离心离合组件连接；本实施例中采用二挡离心离合组件与三挡离心离合组件配合，能够实现三挡变速，提高骑行体验；同时，本实施例中在一个行星架21上分别设置二挡行星轮22和三挡行星轮，然后采用二挡太阳轴套23和三挡太阳轴套25分别来进行输出，能够减少零件数量和装配工序，并减小轴向尺寸。

参照图3和图4，具体地，本实施例中三挡太阳轴套25与中轴1之间设置有滚针轴承，二挡太阳轴套23与三挡太阳轴套25之间设置有滚针轴承，二挡太阳轴套23与行星架21之间设置有轴承，采用滚针轴承有利于减少径向尺寸；本实施例中第一单向离合组件29包括一体成型于行星架21上的单向离合内圈214，具体地，本实施例中第一单向离合组件29为棘轮棘爪组件，而单向离合内圈214为棘爪座，将单向离合内圈214一体成型于行星架21上，能够减少零件数量和装配工序；行星架21外侧壁设置有与助力输入单元28连接的固定环211，具体地，本实施例中助力输入单元28为齿轮，其与固定环211通过螺栓实现固定连接；固定环211位于二挡行星轮22与三挡行星轮24之间，而助力输入单元28用于与助力驱动机构连接，从而能够控制整体的轴向尺寸；当然，在其他可选的实施例中，也可以将助力输入单元28一体成型于行星架21外侧壁，在此不作限制。

参照图1和图3，本实施例中输出传动组件包括输出筒31以及与输出筒31连接的输出端盖32，输出端盖32的轴向延伸段凸出于壳体，用于与齿盘7连接；第一单向离合组件29设置于行星架21与输出筒31之间，则一挡状态下，行星架21的转速直接通过第一单向离合组件29传递至输出筒31；二挡离心离合组件和三挡离心离合组件分别设置于二挡太阳轴套23与输出筒31之间，则二挡状态下，行星架21的转速通过二挡太阳轴套23和二挡离心离合组件传递至输出筒31，此时输出筒31的转速大于行星架21的转速，第一单向离合组件29处于超越状态；三挡状态下，行星架21的转速通过三挡太阳轴套25和三挡离心离合组件传递至输出筒31，此时，输出筒31的转速大于行星架21和二挡太阳轴套23的转速，则第一单向离合组件29和二挡离心离合组件均处于超越状态。

参照图3，本实施例中二挡离心离合组件和三挡离心离合组件均根据输出速度来实现状态的变换，即二挡离心离合组件和三挡离心离合组件均根据输出筒31的速度来实现状态的变换，进而实现自动换挡；当然，在其他可选的实施例中，离心离合组件也可以根据输入速度来实现状态的变换，在此不作限制；具体地，二挡离心离合组件包括二挡离合缓冲架41、二挡离合外圈42、二挡离合驱动件、二挡离合内圈44、二挡离合输出板45、二挡驱动环以及二挡离心甩块；其中二挡太阳轴套23一端与二挡行星轮22啮合，另一端嵌入二挡离合缓冲架41内，且二挡太阳轴套23与二挡离合缓冲架41通过花键配合来实现周向联动，而二挡离合缓冲架41与输出筒31之间设置有轴承；二挡离合输出板45的内端与二挡离合内圈44连接，外端与输出筒31连接；二挡离心甩块设置于二挡离合输出板45上，当输出筒31的速度达到换挡速度后，二挡离心甩块在离心力的作用下甩开，带动二挡驱动环转动，使得二挡离合驱动件得到释放，则二挡离合外圈42与二挡离合内圈44通过二挡离合驱动件实现传动；此时，二挡太阳轴套23的转速通过二挡离合缓冲架41、二挡离合外圈、二挡离合驱动件、二挡离合内圈44和二挡离合输出板45传递至输出筒31；若二挡离心离合组件根据输入速度实现状态的变换，则将二挡离合缓冲架41与输出筒31连接，二挡离合输出板45与输出筒31脱离并与二挡太阳轴套23连接即可。

参照图3以及图5至图9，具体地，三挡离心离合组件包括三挡离合缓冲架51、三挡离合外圈52、三挡离合驱动件53、三挡离合内圈54、三挡离合输出板55、三挡离心甩块56以及三挡驱动环58，三挡驱动环58上开设有与三挡离合驱动件53配合的三挡释放槽581；三挡离心甩块56设置于三挡离合输出板55上，且与三挡驱动环58分别位于三挡离合输出板55两侧；三挡离心甩块56上设置有穿过三挡离合输出板55后与三挡驱动环58连接的三挡驱动轴561；三挡太阳轴套25一端与三挡行星轮24啮合，另一端嵌入三挡离合缓冲架51内，且三挡太阳轴套25与三挡离合缓冲架51之间通过花键配合，从而实现周向联动；三挡离合缓冲架51与中轴1之间设置有轴承，三挡离合输出板55与输出筒31连接；当输出筒31的转速达到换挡速度后，三挡离心甩块56在离心力的作用下甩开并带动三挡驱动环58转动，使得三挡离合驱动件53弹起后嵌入三挡释放槽581内，则三挡离合内圈54与三挡离合外圈52通过三挡离合驱动件53实现传动；此时，三挡太阳轴套25的转速通过三挡离合缓冲架51、三挡离合外圈52、三挡离合驱动件53、三挡离合内圈54以及三挡离合输出板55传递至输出筒31；本实施例中二挡离心甩块与三挡离心甩块56交叉布置于二挡离合输出板45和三挡离合输出板55之间，能够有效控制轴向尺寸。

参照图6至图9，本实施例中离合缓冲架与离合外圈之间设置有复位弹性件，且离合缓冲架与离合驱动件之间设置有辅助复位结构；复位弹性件与辅助复位结构配合，有利于实现顺利降挡，从而满足骑行者对于速度和扭矩的转换需求，优化骑行体验，增加舒适性。

参照图6至图9，具体地，以三挡离心离合组件为例，本实施例中三挡离合缓冲架51内侧壁沿周向均布设置有三挡内凸台511，三挡离合外圈52外侧壁沿周向均布设置有与三挡内凸台511配合的三挡外凸台521；三挡内凸台511与三挡外凸台521接触后，实现三挡离合缓冲架51与三挡离合外圈52的周向联动；三挡离合缓冲架51与三挡离合外圈52之间通过三挡内凸台511与三挡外凸台521实现缓冲式传动，有利于提高骑行体验。

参照图6至图9，本实施例中三挡离合缓冲架51与三挡离合外圈52之间设置有两个三挡复位弹性件57；具体地，三挡复位弹性件57呈V型，其一端折弯后嵌入三挡离合外圈52端面，另一端折弯后嵌入三挡离合缓冲架51内端面；三挡离合驱动件53处于压合状态时，三挡复位弹性件57处于张开状态；三挡离合驱动件53弹起后与三挡离合外圈52结合后，三挡复位弹性件57被压缩；本实施例中三挡辅助复位结构包括沿周向均布于三挡离合缓冲架51内端壁的三挡驱动凸台512，而三挡离合驱动件53端部设置有与三挡驱动凸台512配合的三挡驱动延伸部531；骑行中挡位结合后，三挡离合缓冲架51的三挡内凸台511与三挡离合外圈52的三挡外凸台521接触，三挡复位弹性件57被压缩；骑行者减速，脚踏停止踩踏，则三挡离合缓冲架51与三挡离合外圈52处于不受驱动力的状态，此时三挡复位弹性件57释放弹性力，使得三挡离合缓冲架51与三挡离合外圈52进行复位；其中，三挡离合缓冲架51被三挡复位弹性件57反向推动旋转，三挡离合缓冲架51转动过程中，其内端面的三挡驱动凸台512与三挡离合驱动件53端部的三挡驱动延伸部531接触，并将三挡离合驱动件53向下压；因为降速状态转速低，离心力小，因此三挡离合驱动件53被压下后就会被三挡驱动环58收起，使得三挡离心离合组件处于脱开状态，待加速后再次被释放；本实施例中采用三挡复位弹性件57与三挡辅助复位结构相配合，来辅助降挡，从而满足骑行者对速度和扭矩的转换需求，优化骑行体验，增加舒适性。

工作原理如下：

一挡：骑行车踩踏后带动中轴1转动，中轴1带动脚踏动力输入单元26转动；脚踏动力输入单元26上设置有力矩传感组件（附图中未示出），力矩传感组件采集到力矩信号后，电机组件61启动，通过减速输出齿轮66向助力输入单元28输入助力转速；脚踏动力输入单元26的转速通过第二单向离合组件261传递至行星架21，助力输入单元28的转速同样传递至行星架21，而行星架21的转速经第一单向离合组件29、输出筒31以及输出端盖32传递至齿盘7，实现一挡状态骑行；在一挡状态下，二挡离心离合组件和三挡离心离合组件均处于脱开状态。

二挡：当输出速度达到二挡变挡临界点后，二挡离心离合组件结合，则行星架21的转速通过二挡太阳轴套23、二挡离心离合组件、输出筒31以及输出端盖32传递至齿盘7，实现二挡状态骑行；在二挡状态下，输出筒31的转速大于行星架21的转速，第一单向离合组件29处于超越状态，而三挡离心离合组件仍处于脱开状态。

三挡：当输出速度达到三挡变挡临界点后，三挡离心离合组件结合，则行星架21的转速通过三挡太阳轴套25、三挡离心离合组件、输出筒31以及输出端盖32传递至齿盘7，实现三挡状态骑行；在三挡状态下，输出筒31的转速大于行星架21和二挡太阳轴套23的转速，则第一单向离合组件29和二挡离心离合组件均处于超越状态。

降挡：骑行者减速，脚踏停止踩踏，此时输出筒31的转速降低，当输出筒31的转速降到三挡变挡临界点后，三挡离心甩块56在弹性力作用下复位收缩，配合三挡复位弹性件57与三挡辅助复位结构，使得三挡离心离合组件顺利复位至脱开状态，此时挡位退回至二挡；当输出筒31的转速降到二挡变挡临界点后，二挡离心离合组件复位至脱开状态，则挡位继续退回至一挡。

Claims (10)

1.一种可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：包括中轴机构和助力驱动机构；所述中轴机构包括中轴，所述中轴上分别设置有输入传动组件、第一单向离合组件、离心离合组件以及输出传动组件；

所述输入传动组件包括与所述中轴连接来接收脚踏输入转速的脚踏动力输入单元，以及与所述助力驱动机构连接来接收助力输入转速的助力输入单元；

所述中轴机构包括以下传动路径：

由输入传动组件、第一单向离合组件至输出传动组件；以及，

由输入传动组件、离心离合组件至输出传动组件。

2.根据权利要求1所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述输入传动组件包括行星架、行星轮、固定设置的齿圈以及与所述离心离合组件连接的太阳轴套；所述脚踏动力输入单元、助力输入单元以及第一单向离合组件分别与所述行星架连接。

3.根据权利要求2所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述脚踏动力输入单元与行星架之间设置有第二单向离合组件。

4.根据权利要求3所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述行星架上设置有与所述第二单向离合组件配合的内止口。

5.根据权利要求2所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述行星轮包括二挡行星轮和三挡行星轮，所述齿圈与三挡行星轮配合；所述太阳轴套包括与所述二挡行星轮配合的二挡太阳轴套，以及与所述三挡行星轮配合的三挡太阳轴套；所述离心离合组件包括与所述二挡太阳轴套连接的二挡离心离合组件，以及与所述三挡太阳轴套连接的三挡离心离合组件；所述三挡太阳轴套穿过所述二挡太阳轴套和二挡离心离合组件后，与所述三挡离心离合组件连接。

6.根据权利要求2所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述第一单向离合组件包括一体成型于所述行星架上的单向离合内圈。

7.根据权利要求2所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述行星架外侧壁设置有与所述助力输入单元连接的固定环，或者所述助力输入单元一体成型于所述行星架外侧壁。

8.根据权利要求1所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述离心离合组件包括离合缓冲架、离合外圈和离合驱动件；所述离合缓冲架与离合外圈之间设置有复位弹性件，且所述离合缓冲架与离合驱动件之间设置有辅助复位结构。

9.根据权利要求8所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述辅助复位结构包括设置于所述离合缓冲架内端壁的驱动凸台，所述离合驱动件端部设置有与所述驱动凸台配合的驱动延伸部。

10.根据权利要求1所述的可自动换挡的三速中置电机，其特征在于：所述助力驱动机构包括电机组件，以及承载于所述电机组件与助力输入单元之间的单向传动减速组件。

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