本发明涉及一种电动车自动变速箱。
背景技术
许多人选择电动车代步，但是一般的电动车都是马达直接驱动轮胎转动，所谓单一种档速，尤其当驾驶者行驶到爬坡路段，会使电池输出的电流超过其额定电流值，容易导致电池寿命严重下降，更者影响电动车的续航力也连同下降。
在直流无刷马达愈来愈普遍的情况下，现今市售的电动车都以轮毂马达为主，可是其变频器单价高也造成车价偏高，所以使用传统直流有刷马达加上改变齿轮比去突破有刷马达的困境，利用齿轮比的改变可提升电动车爬坡扭力不足，然而电池的电流值也能压在其额定电流下，或行驶平地时改变齿轮比可将原本马达转速提升，皆可达到节能的效果，但目前还是很少人有去实体设计变速箱于电动车上，如果使用自排、无段变速(cvt)等换档机构，都会使能量消耗很多，而电动车无法像引擎车有这么大的动能，所以选用传统手排变速机构损耗能量为最少，让整体电动车在排档过程中不会浪费太多动能，也较符合本专利节能的论点。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：针对背景技术中提及的现有电动车在爬坡路段，会使电池输出的电流超过其额定电流值，容易导致电池寿命严重下降，更者影响电动车的续航力也连同下降的技术问题。
本发明的设计思想是，要保护电池寿命及提升行驶效率，本专利将研发一套自手排变速箱机构搭配直流有刷马达，直接植入电动车车架给予它能做档位变换，而不再只是单一传输位模式，达到节能效果且成本可以比直流无刷马达还便宜。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种电动车自动变速箱，包括主轴单元、副轴单元、换档致动器单元、下盖、圆板、变速箱外壳、上盖和动力输入马达，主轴单元、副轴单元、换档致动器单元、和圆板均位于变速箱外壳内，下盖和上盖分别位于变速箱外壳的两端；
动力输入马达设置在下盖上，动力输入马达的马达输出轴由下盖中心处的圆孔伸入到变速箱外壳内；在马达输出轴上设置单向齿轮，圆板通过四根垫高铁管支撑在下盖上；
主轴单元包括主轴、低速档齿轮、高速档齿轮和同步器，主轴的一端通过第一轴承转动设置在圆板中心处的圆孔内，主轴的另一端通过第二轴承转动设置在上盖中心处的圆孔内，且主轴的另一端伸出上盖；低速档齿轮和高速档齿轮均空套在主轴的此端处并通过卡环限制轴向位置，低速档齿轮和高速档齿轮之间设置间隔，同步器通过键设置在主轴上，同步器位于低速档齿轮和高速档齿轮之间，同步器可沿着主轴长度方向滑动；同步器包括呈环状的同步器本体，在同步器本体的外表面内凹设置一圈环形槽，在同步器本体的两端侧面分别外凸设置至少三个用于卡合低速档齿轮和高速档齿轮的凸柱；同步器本体的一端侧面上的所有凸柱位于同一圆周上，同步器本体的另一端侧面上的所有凸柱位于同一圆周上；在低速档齿轮上沿着轴向方向设置有与同步器本体的一端侧面上的凸柱数量相等的低速档齿轮通孔，在高速档齿轮上沿着轴向方向设置有与同步器本体的另一端侧面上的凸柱数量相等的高速档齿轮通孔；
副轴单元包括副轴、第一传动齿轮、第二传动齿轮和第三传动齿轮，
副轴的一端通过第三轴承转动设置在下盖板面上的通孔内，副轴的另一端通过第四轴承转动设置在上盖板面上的通孔内，在圆板上设置有供副轴通过的缺口；第二传动齿轮通过键设置在副轴的中部位置处并通过两个卡扣限制轴向位置，第一传动齿轮和第三传动齿轮分别通过键设置在副轴的两端，第一传动齿轮的一端通过第四轴承限制一个轴向位置，第一传动齿轮的另一端通过卡扣限制一个轴向位置；第三传动齿轮的一端通过卡扣限制一个轴向位置，第三传动齿轮的一端通过设置在副轴上的套管限制一个轴向位置；第三传动齿轮位于下盖与圆板之间且第三传动齿轮与单向齿轮啮合；第一传动齿轮与低速档齿轮啮合，第二传动齿轮与高速档齿轮啮合；
换档致动器单元包括动力部和换档动作部，动力部包括马达、座台、马达头套和动力输入齿轮，座台设置在圆板上，马达设置在座台，马达的马达输出轴上通过马达头套设置动力输入齿轮，动力输入齿轮啮合换档动作部；
换档动作部包括换档拨叉、齿条和轴承棒，齿条啮合动力输入齿轮，齿条竖直设置，换档拨叉设置在齿条且换档拨叉卡合同步器上的环形槽用于驱动同步器沿着主轴长度方向滑动；轴承棒竖直插入齿条上的通孔内，轴承棒的上端设置在上盖上。
本专利机构设计理念是为了达到一般市售电动车可以依照行驶路况的不同而进行排档，并且在使用上达到便利性与简易性，此机械设计分为三大部分：单向轴承、传动齿轮组(主轴单元和副轴单元)、换档致动器，本排档的设计也可依使用者的需求进而客制化改变，例如马达的改变或齿轮比的改变，都只需一般的简单加工即可完成；由于本变速箱是以单一组件系统设计，当驾驶者觉得马达转速太慢，想换颗高转速的马达，只要将新马达输出轴经车床加工至可套入单向轴承，即可完工；或是想提升爬坡扭力、传输位传递动力输出速度，将可改变高、低档位齿轮比，即可达到使用者的需求，此排档更能让广泛的驾驶者任意作需求的改变。
本发明技术方案中，换档拨叉是在拨档杆上焊接一个半圆的推盘扣住同步器，以半个面的概念作为推动，使得换档时同步器不易产生过大的倾角，造成排档不顺畅。
优选地，单向齿轮由单向轴承和主动齿轮组成，单向轴承嵌入主动齿轮内。本变速箱的离合器为单向轴承取代，也可称为单向离合器，利用单向轴承的特性只能顺着一个方向转动，套在马达输出轴上，当马达转速高于单向轴承时，将会紧紧咬住马达输出轴，此时才会有动力的输出。
优选地，在主轴另一端的外表面上沿轴向方向对称设置有用于外接皮带轮用的平面。
优选地，同步器本体上的两端侧面上的凸柱均为十二个。两个档位齿轮皆有设计个孔与同步器进行换档咬合，只要同步器上的个凸柱任意进入档位齿轮的个孔，即可马上进入档位，再启动马达完成动力输出。
优选地，在同步器本体的内环上设置铸铁层。铸铁层的设计让同步器在主轴上平移滑动较顺畅。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
本发明的电动车自动变速箱，传动齿轮组(主轴单元和副轴单元)与换档致动器的搭配可在颠坡路段进行换档，降低电池的电流冲击，即可节能与延长电池使用寿命。
附图说明
图1是电动车自动变速箱的主视图。
图2是电动车自动变速箱的爆炸视图(图中省略了动力输入马达)。
图3是上盖的零件图。
图4是上盖中嵌入轴承的装配图。
图5是下盖的零件图。
图6是下盖中嵌入轴承的装配图。
图7是圆板的零件图。
图8是圆板中嵌入轴承的装配图。
图9是主轴单元的装配图。
图10是主轴单元的爆炸视图。
图11是同步器的零件图。
图12是低速档齿轮的零件图。
图13是高速档齿轮的零件图。
图14是副轴单元的装配图。
图15是副轴单元的爆炸视图。
图16是主轴单元和副轴单元构成的传动齿轮组的装配图。
图17是图16的俯视图。
图18是换档致动器的装配图。
图19是换档致动器的爆炸视图。
图20是变速箱外壳的零件图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图1-20和具体实施方式做进一步的描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
如图1和2所示，电动车自动变速箱，包括主轴单元1、副轴单元2、换档致动器单元、下盖10、圆板8、变速箱外壳7、上盖6和动力输入马达11，主轴单元、副轴单元、换档致动器单元和圆板8均位于变速箱外壳7内，下盖10和上盖6分别位于变速箱外壳7的两端，动力输入马达11设置在下盖10上，动力输入马达11的马达输出轴由下盖10中心处的圆孔伸入到变速箱外壳7内；在马达输出轴上设置单向齿轮5，圆板8通过四根垫高铁管9支撑在下盖10上。
如图2所示，本实施例中的下盖10、上盖6和圆板8须相互配合，因为关系到主、副轴传动齿轮组的运转顺畅度，以及换档致动器在换档时也会受到影响，选用钢板材质并且利用乙炔切割至所需大小尺寸，下盖10、上盖6和圆板8在传动轴的部分皆设有轴承。
如图3和4所示，本实施例中的上盖6上支撑主轴1a和副轴2a的通孔皆为直径18mm的穿透孔，在两个通过内分别设置第二轴承6a和第四轴承6b；在上盖6直径5mm的圆形穿透孔，是为了让换档致动器单元穿过一支轴承棒3c做为滑道用。如图4中，嵌入上盖6的第二轴承6a和第四轴承6b均凸出盖面1mm的高度。
如图5和6所示，本实施例中的下盖10上的中心孔为直径13mm穿透孔，要让动力输入马达11的马达输出轴可穿过，在下盖10上支撑副轴2a的通孔直径18mm的穿透孔，在支撑副轴2a的通孔内设置第三轴承10a；下盖10上的四角有四个直径2.5mm穿透孔需攻牙与圆板8有相对应为直径3mm穿透孔，利用螺丝从圆板8穿过垫高铁管9锁向下盖，做为两板区隔固定方式。如图6中，嵌入下盖10的第三轴承10a凸出盖面1mm的高度。
如图7和8所示，圆板8上设置座台4b的螺丝锁点，不需攻牙用螺丝与螺帽固定座台。圆板8上的中心孔为直径18mm穿透孔，用来支撑主轴1a；在支撑主轴1a的通孔内设置第一轴承8d。圆板8与上盖6上有两个相对应为直径5mm的圆形穿透孔，是为了让拨档器穿过一支轴承棒做为滑道用。如图8中，嵌入圆板8上的第一轴承8d凸出盖面1mm的高度。
如图20所示，变速箱外壳7主要用于保护变速箱里的所有组件，所以要选用强度较高的金属材料，但是重量又不能太重，且单价较低的金属，本实施例的变速箱外壳7，采用四片5mm厚度的钢板，经铣床将表面修平后利用氩焊连接成四方盒，在用10mm四角铁每1公分切一段总共八段，分别在上下各四角下沉边缘1mm处焊接固定后攻牙，最后在与上、下盖图，最外边缘四孔对应螺丝锁点。
如图9和10所示，主轴单元1包括主轴1a、低速档齿轮1b、高速档齿轮1c和同步器1d。
本实施例中的主轴1a，选用中碳钢(s45c)的材质，从直径12.5mm、长度90mm圆棒进行车床加工，把整支圆棒车成直径12mm，再从底部往前算11mm和33mm处，车出两个卡环的沟槽，两个卡环沟槽中间利用铣床加工出键槽用于安装键，最后再从尾端往前推算50mm处，经铣床加工出两边对称宽6.6mm的平面，用来安装皮带轮即可完工。
主轴1a的一端通过第一轴承8d转动设置在圆板8中心处的圆孔内，主轴1a的另一端通过第二轴承6a转动设置在上盖8中心处的圆孔内，且主轴1a的另一端伸出上盖8；低速档齿轮1b和高速档齿轮1c均空套在主轴1a的此端处并通过卡环限制轴向位置，低速档齿轮1b和高速档齿轮1c之间设置间隔。
如图11所示，同步器1d通过键设置在主轴1a上，同步器1d位于低速档齿轮1b和高速档齿轮1c之间，同步器1d可沿着主轴1a长度方向滑动；同步器1d包括呈环状的同步器本体，在同步器本体的外表面内凹设置一圈环形槽1d-1，在同步器本体的两端侧面分别外凸设置至少三个用于卡合低速档齿轮1b和高速档齿轮1c的凸柱1d-2，同步器本体的一端侧面上的所有凸柱1d-2位于同一圆周上，同步器本体的另一端侧面上的所有凸柱1d-2位于同一圆周上。本实施例中同步器本体的两端侧面分别外凸设置十二个凸柱1d-2，两个档位齿轮皆有设计12个孔与同步器进行换档咬合，只要同步器上的6个凸柱任意进入档位齿轮的6个孔，即可马上进入档位，再启动马达完成动力输出。
如图11所示，在同步器本体的内环上设置铸铁层。铸铁层的设计让同步器在主轴上平移滑动较顺畅。
本实施例中的变速箱有两个档位，分为高速、低速两档，分别固定在主轴上可以自由转动但无法移动，两齿轮皆有设计12个穿透孔让同步器咬合。
如图12所示，本实施例中，在低速档齿轮1b上沿着轴向方向设置有与同步器本体的一端侧面上的凸柱1d-2数量相等的低速档齿轮通孔1b-1。低速档齿轮1b选用材质为中碳钢(s45c)，低速档齿轮采用44齿数，首先将齿轮中心用车床加工至直径为12mm，的后再扩孔为直径18mm少一条且深度7mm，用于塞入轴承，再来用铣床搭配光学尺，碰中心后外移13mm每转30度为一点总共12点，进行铰孔加工先进3.5mm的钻后、第二进3.8mm钻头、第三进4mm钻头、最后再进4mm的铰刀，这样12个孔的真圆度会比较精密，如果档位齿轮的12孔真圆度低，会影响同步器咬合的问题，所以档位齿轮用铰孔加工方式有利于换档的离合顺畅度。
如图13所示，本实施例中在高速档齿轮1c上沿着轴向方向设置有与同步器本体的另一端侧面上的凸柱1d-2数量相等的高速档齿轮通孔1c-1。高速档齿轮1c选用材质为中碳钢(s45c)，高速档齿轮1c采用36齿数，首先将齿轮中心用车床加工至直径为12mm，的后再扩孔为直径18mm少一条且深度7mm，用于塞入轴承，再来用铣床搭配光学尺，碰中心后外移13mm每转30度为一点总共12点，进行铰孔加工先进3.5mm的钻后、第二进3.8mm钻头、第三进4mm钻头、最后再进4mm的铰刀，这样12个孔的真圆度会比较精密，如果档位齿轮的12孔真圆度低，会影响同步器咬合的问题，所以档位齿轮用铰孔加工方式有利于换档的离合顺畅度。
如图14和15所示，副轴单元2包括副轴2a、第一传动齿轮2b、第二传动齿轮2c和第三传动齿轮2d。
本实施例中副轴2a选用中碳钢(s45c)的材质，从直径12.5mm、长度66mm圆棒进行车床加工，把整支圆棒先车成直径12mm，再从底部往前算16mm、25mm、35mm、51mm四点，车出四个卡环沟槽，也是从底部往前算7mm、26.5mm、53mm三点，利用铣床加工出三个键槽用于安装键，即可完成副轴，
如图15所示，副轴2a的一端通过第三轴承10a转动设置在下盖10板面上的通孔内，副轴2a的另一端通过第四轴承6b转动设置在上盖6板面上的通孔内，在圆板8上设置有供副轴2a通过的缺口8a；第二传动齿轮2c通过键设置在副轴2a的中部位置处并通过两个卡扣限制轴向位置，第一传动齿轮2b和第三传动齿轮2d分别通过键设置在副轴2a的两端，第一传动齿轮2b的一端通过第四轴承6b限制一个轴向位置，第一传动齿轮2b的另一端通过卡扣限制一个轴向位置；第三传动齿轮2d的一端通过卡扣限制一个轴向位置，第三传动齿轮2d的一端通过设置在副轴2a上的套管2e限制一个轴向位置；第三传动齿轮2d位于下盖10与圆板8之间且第三传动齿轮2d与单向齿轮5啮合；第一传动齿轮2b与低速档齿轮1b啮合，第二传动齿轮2c与高速档齿轮1c啮合。
如图16和17所示，本实施例的电动车自动变速箱中的传动齿轮组设计由马达→单向齿轮→副轴传动齿轮→主轴档位齿轮→皮带轮为基本概念，利用单向轴承特性作为离合器，当马达心轴转速高于单向轴承为合，反的为离，可让整体变速箱为传统手排架构；传动齿轮组分别由单向齿轮、副轴及主轴所组成，以下分别讲解这三部分的零件及作用，第一部分单向齿轮为单向轴承与齿轮做紧密配合后完成，功能为离合效果，可称为单向离合器；第二部分为副轴，副轴上有三颗齿轮，分别都固定在副轴上，并且不能自由转动及平移滑动，副轴与单向齿轮、主轴的档位齿轮相接，主要功能为传递单向齿轮的动力给主轴，因为主轴与单向齿轮并不连通，必须靠着副轴来传递；第三部分为主轴，主轴上有两颗档位齿轮及同步器，利用两个卡让同步器可在两卡环的间平移滑动，但在主轴与同步器上皆有设置键与键槽，让同步器无法自由转动，而两档位齿轮可自由转动却无法平移滑动，功能为副轴传递动力给主轴上的其一档位再靠着同步器做动力输出给皮带轮，则另一档位齿轮此时为惰轮并不作功。
如图18和19所示，换档致动器在本自手排变速箱里非常重要的一个设计，因为同步器能否确实排档，以及侦测档位是否正确都必须靠此组件，使用比较多的组件组成。
本实施例的换档致动器，换传输的动力来源为一颗小减速马达提供，此减速马达正转或反转去改变拨档器动作方向，而拨档器会带动传输位感测组件(直线型可变电阻)给予信号传回控制器，让嵌入式控制器判定传输位位置及是否脱离传输位，换档致动器的换档动作方式如下：传输位感测组件侦测→启动小马达→带动拨档器→传输位感测组件侦测。
本实施例的换档致动器单元包括动力部4和换档动作部3，动力部4包括马达4a、座台4b、马达头套4c和动力输入齿轮4d，座台4b设置在圆板8上，马达4a设置在座台4b，马达4a的马达输出轴上通过马达头套4c设置动力输入齿轮4d，动力输入齿轮4d啮合换档动作部3。
换档动作部3包括换档拨叉3a、齿条3b、轴承棒3c、换档传感器3d和安装板3e，此换档动作部3内提及的换档传感器3d采用现有技术中应用于本技术领域内的直线型可变电阻，直线型可变电阻电连接控制器；因此本申请中的直线型可变电阻以及直线型可变电阻电连接控制器来传输位置信号，这是本领域内的常规技术的直接应用。
换档动作部3内的齿条3b啮合动力输入齿轮4d，齿条3b竖直设置，换档拨叉3a设置在齿条3b且换档拨叉3a卡合同步器1d上的环形槽1d-1用于驱动同步器1d沿着主轴1a长度方向滑动；轴承棒3c竖直插入齿条3b上的通孔内，轴承棒3c的上端设置在上盖6上。换档传感器3d内的检测件插入齿条3b上的凹槽内，使得齿条3b的运动带动换档传感器3d内的检测件的运动，实现实时位置的检测。换档传感器3d设置在安装板3e，安装板3e通过两个l型铁片3f固定在圆板8上。在圆板8上设置有两个l型铁片3f的螺丝锁点，不需攻牙用螺丝与螺帽固定两个l型铁片3f。如图19所示。本实施例中，换档拨叉3a是在拨档杆上焊接一个半圆的推盘扣住同步器，以半个面的概念作为推动，使得换档时同步器不易产生过大的倾角，造成排档不顺畅。
本实施例中单向齿轮5由单向轴承5b和主动齿轮5a组成，单向轴承5b嵌入主动齿轮5a内。将单向轴承5b利用铣床与压具紧密配合塞入主动齿轮5a，单向轴承必须从有打标志的那端塞入，否则会使单向轴承做紧密配合时里面的滚针遭到破坏。本变速箱的离合器为单向轴承取代，也可称为单向离合器，利用单向轴承的特性只能顺着一个方向转动，套在马达输出轴上，当马达转速高于单向轴承时，将会紧紧咬住马达输出轴，此时才会有动力的输出。
本实施例机构设计理念是为了达到一般市售电动车可以依照行驶路况的不同而进行排档，并且在使用上达到便利性与简易性，此机械设计分为三大部分：单向轴承、传动齿轮组主轴单元和副轴单元、换档致动器，本排档的设计也可依使用者的需求进而客制化改变，例如马达的改变或齿轮比的改变，都只需一般的简单加工即可完成；由于本变速箱是以单一组件系统设计，当驾驶者觉得马达转速太慢，想换颗高转速的马达，只要将新马达输出轴经车床加工至可套入单向轴承，即可完工；或是想提升爬坡扭力、传输位传递动力输出速度，将可改变高、低档位齿轮比，即可达到使用者的需求，此排档更能让广泛的驾驶者任意作需求的改变。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。