一种能够自动换挡的两速轮毂电机及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及轮毂电机领域，更具体地说，它涉及一种能够自动换挡的两速轮毂电机及车辆。


背景技术：

2.目前市场上普通的电动助力自行车，其轮毂电机包括直驱和齿轮减速两种结构类型。直驱电机的转子即轮毂，而齿轮减速电机的转子通过齿轮减速机构输入到轮毂上。上述两种结构均无机械变速功能，无法对电机的输出实现扭矩和速度的转换，运行效率低。
3.现有授权公告号为cn211995141u的中国专利，公开了一种电动车轮毂电机，其包括轮毂体和固定轴，固定轴上套设有电机、定轴轮系齿轮组件和离心离合器结构，定轴轮系齿轮组件通过超越离合器设置在电机的运动输出右端盖上，离心离合器结构设置在电机的运动输出左端盖上；当电机沿一个方向转动时，能够通过超越离合器带动定轴轮系齿轮组件来驱动轮毂体转动，离心离合器结构处于分离状态；当电机沿着另一个方向转动时，通过离心离合器结构带动轮毂体转动，超越离合器处于分离状态。
4.上述电动车轮毂电机虽然包括抵挡和高挡两个挡位，但是挡位的切换需要改变电动的转动方向，而无法在骑行过程中实现自动换挡。
5.现有公开号为cn1112071160a的中国专利公开了一种内摆式甩块离心离合器，其包括中心轴、电机和轮毂，电机的左侧通过超越离合器和行星组件与电机左内盖连接，行星组件的外侧通过左端盖连接有刹车件，电机的右侧通过电机右内盖连接内摆式甩块机构，内摆式甩块机构的外侧连接有右端盖，右端盖和左端盖均与轮毂连接。
6.上述内摆式甩块离心离合器，在低速时，电机通过超越离合器和行星组件带动左端盖转动来驱动轮毂作低速运动；在高速时，电机右内盖带动内摆式甩块机构动作带动右端盖转动来驱动轮毂作高速运动。
7.但是，上述两种轮毂电机结构中，在低速时形成齿轮减速电机结构，在高速时直接形成直驱电机结构，低速与高速状态传动比的差距较大，一方面影响运行效率，另一方面骑行时转速的突增容易出现安全事故，影响骑行体验，并影响使用寿命。
8.而且，上述两种轮毂电机结构中的离心离合器均与电机连接，即通过电机的转速来控制离心离合器的动作。但是对于上述内摆式甩块离心离合器，当电动车在下坡或者滑行不需要启动时，轮毂保持在高速状态，超越离合器处于超越状态则电机不转动，则离心离合器复位到初始状态，当骑行者再次启动时，若轮毂仍操持在高速状态，则电机转动后先使超越离合器离合进入低速挡，然后在切换至高速挡，频繁的挡位切换不仅影响骑行体验，而且容易导致零件故障，影响使用寿命。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种能够自动换挡的两速轮毂电机，其能够自动实现两个挡位的切换，而且能够提高骑行体验，延长使用寿命。
10.为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：
11.一种能够自动换挡的两速轮毂电机，包括主轴，所述主轴上滚动支承有相互连接的轮毂和端盖，所述主轴上设置有机芯组件，所述机芯组件包括相互连接的第一转子和第二转子；
12.所述主轴上分别设置有连接于所述第一转子与轮毂之间的第一挡行星减速组件，以及连接于所述第二转子与端盖之间的第二挡行星减速组件；
13.所述第二挡行星减速组件包括与所述端盖连接的离心驱动组件，所述离心驱动组件根据所述端盖的转速来控制所述第二转子与端盖之间的传动。
14.进一步地，所述第一挡行星减速组件包括：
15.与所述第一转子固定连接的第一太阳轮；
16.套设在所述主轴上的行星离合器，所述行星离合器上设置有与所述第一太阳轮啮合的第一行星轮；以及
17.固定设置于所述轮毂内、且与所述第一行星轮啮合的第一内齿圈。
18.进一步地，所述第二行星减速组件包括：
19.与所述第二转子固定连接的第二太阳轮；
20.套设在所述主轴上的行星架，所述行星架上设置有与所述第二太阳轮啮合的第二行星轮；
21.与所述第二行星轮啮合的第二内齿圈；以及，
22.承载于所述第二内齿圈与端盖之间的离合组件；
23.所述离心驱动组件根据所述端盖的转速来对所述离合组件进行限制和释放，从而来控制所述第二转子与端盖之间的传动。
24.进一步地，所述离合组件包括离合内圈、离合外圈以及设置于两者之间的离合驱动件和弹性件，所述离合内圈与端盖沿周向联动，所述离合外圈与第二内齿圈沿周向联动。
25.进一步地，所述第二内齿圈上固定设置有与所述离合外圈沿周向联动的传动架。
26.进一步地，所述离心驱动组件包括离心块和限位板，所述限位板内设置有与所述离合驱动件配合的释放槽，所述离心块上穿设有与所述端盖连接的轴杆；
27.所述离心块在收缩状态时，所述限位板对离合驱动件进行限制，使所述离合内圈与离合外圈无法通过所述离合驱动件进行传动；所述离心块围绕所述轴杆转动甩开后，带动所述限位板转动，使所述离合驱动件嵌入所述释放槽内，从而使所述离合外圈与离合内圈通过所述离合驱动件进行传动。
28.进一步地，所述离心块上设置有用于驱动所述限位板转动的摆臂。
29.进一步地，所述离心块的数量至少为两个，所述离心驱动组件还包括仅与其一所述离心块连接的弹性复位件。
30.进一步地，所述端盖内端壁固定设置有与所述离心驱动组件和离合内圈连接的固定座，所述固定座能够对所述离心块进行径向限位。
31.本实用新型的另一目的在于提供一种车辆，其包括上述两速轮毂电机，具体地，车辆可以是用于骑行的车辆，包括助力自行车和电动车（包括两轮、三轮和四轮）等，也可以是用于运输的车辆，包括电动运输车和电动运输架等，还可以是电动轮椅等，在此不做限制。
32.综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
33.1、采用第一挡行星减速组件和第二挡行星减速组件，能够有效控制一挡与二挡的传动比差距，从而优化行车安全和骑行体验；
34.2、将离心驱动组件与用于输出转速的端盖连接，能够减少换挡频率，延长使用寿命，并优化骑行体验，获得更佳顺畅的变速体验；
35.3、本实用新型对轮毂电机输出机械变速，通过机械变速实现扭矩和速度的转换，使得电机能够在高效区间工作输出，提高运行效率。
附图说明
36.图1为实施例1中一种能够自动换挡的两速轮毂电机的整体结构示意图；
37.图2为实施例1中一种能够自动换挡的两速轮毂电机的爆炸示意图；
38.图3为实施例1中第二行星减速组件的剖视图；
39.图4为实施例1中离心驱动组件的结构示意图一；
40.图5为实施例1中离心驱动组件的结构示意图二。
41.图中：1、主轴；21、轮毂；22、端盖；31、第一转子；32、第二转子；4、第一挡行星减速组件；5、第二挡行星减速组件；511、第二太阳轮；512、行星架；513、第二行星轮；514、第二内齿圈；515、定位轴承；52、传动架；531、棘爪座；532、棘爪；533、棘轮；541、固定座；542、离心块；5421、轴杆；5422、柱销；543、限位板；5431、释放槽；5432、限位槽；5433、驱动孔；544、摆臂；5441、驱动杆。
具体实施方式
42.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
43.本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，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，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
44.实施例1：
45.一种能够自动换挡的两速轮毂电机，参照图1至图5，其包括主轴1，主轴1上滚动支承有相互连接的轮毂21和端盖22，轮毂21与端盖22连接形成完整的壳体，用于输出转速；主轴1上设置有机芯组件，机芯组件包括相互连接的第一转子31和第二转子32，第一转子31与第二转子32通过螺钉连接实现同步转动，用于输入初始转速，机芯组件还包括固定套设在主轴1上的定子；主轴1上分别设置有连接于第一转子31与轮毂21之间的第一挡行星减速组件4，以及连接于第二转子32与端盖22之间的第二挡行星减速组件5；第二挡行星减速组件5包括与端盖22连接的离心驱动组件，离心驱动组件根据端盖22的转速来控制第二转子32与端盖22之间的传动。
46.参照图2，第一挡行星减速组件4包括第一太阳轮、行星离合器和第一内齿圈，其中第一太阳轮与第一转子31通过螺钉固定连接，第一内齿圈固定嵌设于轮毂21内，行星离合器上设置有与第一太阳轮和第一内齿圈啮合的第一行星轮；本实施例中行星离合器与主轴1通过键槽配合连接，而行星离合器属于现有技术，在此不做赘述。
47.参照图2至图5，第二行星减速组件包括第二太阳轮511、行星架512和第二内齿圈514，其中第二太阳轮511与第二转子32通过螺钉固定连接，行星架512与主轴1之间通过键
槽配合连接实现固定不动，行星架512上设置有与第二太阳轮511和第二内齿圈514啮合的第二行星轮513：本实施中行星架512与第二内齿圈514之间设置有定位轴承515，通过定位轴承515实现对第二内齿圈514的定位；第二内齿圈514与端盖22之间设置有离合组件，而离心驱动组件根据端盖22的转速来对离合组件进行限制和释放，从而来控制第二转子32与端盖22之间的传动。
48.参照图3和图5，离合组件包括离合内圈、离合外圈以及设置于两者之间的离合驱动件和弹性件，离合内圈与端盖22沿周向联动，离合外圈与第二内齿圈514沿周向联动；本实施例中离合组件采用棘轮棘爪组件，在其他可选的实施例中，也可以采用单向轴承等离合器，在此不做限制；具体地，离合内圈为棘爪座531，离合外圈为棘轮533，离合驱动件为棘爪532，弹性件为弹簧圈；本实施例中第二内齿圈514端部固定设置有与棘轮533沿周向联动的传动架52，棘轮533嵌于传动架52内，具体地，传动架52内侧壁与棘轮533外侧壁分别设置有间隔布置的凸起（附图中未示出），两者通过凸起实现周向传动，同时还能够起到缓冲作用，提高骑行体验。
49.参照图3至图5，离心驱动组件包括离心块542和限位板543，限位板543内设置有与棘爪532配合的释放槽5431，离心块542上穿设有与端盖22连接的轴杆5421；离心块542在收缩状态时，限位板543对棘爪532进行限制，使棘爪座531与棘轮533无法通过棘爪532进行传动；离心块542围绕轴杆5421转动甩开后，带动限位板543转动，使棘爪532嵌入释放槽5431内，从而使棘爪座531与棘轮533通过棘爪532进行传动；在弹簧圈的弹性力作用下，棘爪532的啮合端能够抬起后与棘轮533啮合，而限位板543对棘爪532的限制就是压住其啮合端无法抬起，具体地，本实施例中限位板543内设置有与棘爪532啮合端配合的限位槽5432，当然在其他可选的实施例中，也可以直接通过限位板543的内侧壁来压住棘爪532，在此不做限制。
50.参照图5，离心块542上设置有用于驱动限位板543转动的摆臂544，具体地，离心块542与摆臂544之间通过柱销5422实现固定连接，即摆臂544相当于离心块542的延伸臂；摆臂544上设置有驱动杆5441，限位板543上设置有与驱动杆5441配合的驱动孔5433；本实施例中离心块542围绕轴杆5421转动甩开后，摆臂544随之同步转动，然后通过驱动杆5441来带动限位板543转动；摆臂544的设置有利于控制限位板543的尺寸，在其他可选的实施例中，也可以通过离心块542直接带动限位板543转动，在此不做限制。
51.参照图5，本实施例中离心块542的数量为两个，离心驱动组件还包括仅与其一离心块542连接的弹性复位件；本实施例中弹性复位件为扭簧（附图中未示出），扭簧的弹性力使离心块542具有复位至收缩状态的趋势；离心块542的数量为两个，而如果有一个离心块542没有准确复位，都会使限位板543无法准确复位；相同规格的扭簧之间也会存在差异，所以仅设置一个扭簧来促进离心块542的复位，能够保证限位板543的准确复位，从而保证限制与释放状态之间的顺利切换。
52.参照图3至图5，本实施例中端盖22内端壁固定设置有与离心驱动组件和棘爪座531连接的固定座541，固定座541能够对离心块542进行径向限位；具体地，固定座541与端盖22之间，以及固定座541与棘爪座531之间均通过螺钉固定连接；离心块542上的轴杆5421嵌设于固定座541内端壁，且固定座541包括能够对离心块542进行径向限位的圆周侧壁；在其他可选的实施例中，固定座541也可以与端盖22一体成型，而本实施例中固定座541与端
盖22分体式的结构设计便于装配和检修。
53.工作原理如下：
54.一挡低速时，电机处于起步阶段，需要减速增扭矩，第一转子31通过第一挡行星减速组件4带动轮毂21转动，实现动力输出；此时轮毂21与端盖22的转速没有达到变速点，则离心块542处于收缩状态，则离合组件无法传动，故第二转子32的转速无法传递至端盖；
55.二挡高速时，电机需要增速减扭矩，轮毂21与端盖22的转速达到变速点，则离心块542转动至甩开状态，离合组件切换至啮合状态，则第二转子32的转速通过第二挡行星减速组件5传递至端盖22，实现动力输出；第二转子32经过第二挡行星减速组件5后输出至端盖22的转速大于第一转子31经过第一挡行星减速组件4后输出至轮毂21的转速，所以在二挡高速状态下，行星离合器处于超越状态。
56.当车辆处于下坡或者滑行不需要启动时，轮毂21与端盖22仍然保持在高速状态，此时行星离合器与离合组件均处于超越状态，第一转子31和第二转子32不转动，当轮毂21与端盖22保持在高速状态下再次启动时，离心块542根据端盖22的转速仍然保持在甩开状态，则电机直接在二挡状态下继续工作，而不需要经过挡位的切换，从而能够减少换挡次数，延长电机的使用寿命，并提高骑行体验。
57.实施例2：
58.一种车辆，其包括实施例1中的两速轮毂电机，具体地，车辆可以是用于骑行的车辆，包括助力自行车和电动车（包括两轮、三轮和四轮）等，也可以是用于运输的车辆，包括电动运输车和电动运输架等，还可以是电动轮椅等，在此不做限制。