中央电驱动传动传感变速电驱动轮毂
阅读说明：本技术 中央电驱动传动传感变速电驱动轮毂 (Central electric drive transmission sensing variable speed electric drive hub ) 是由 薛荣生 张引航 陈俊杰 王靖 徐彬皓 陈同浩 舒雷 谭志康 邓天仪 邓云帆 梁品 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种中央电驱动传动传感变速电驱动轮毂,包括车轮、电机以及穿设在车轮上的传动轴,电机通过传动传感机构将动力传递给传动轴,传动轴上设置有换挡机构和套装在传动轴上的动力输出部件,换挡机构包括换挡同步器、超越离合器和减速组件,换挡同步器能够在换挡拨叉的作用下与内心轮结合或分离。采用以上技术方案,能够根据实时功率情况进行自动换挡的功能,使电动两轮车能够根据阻力情况,自适应匹配实际行驶工况与电机工况,不仅使电动两轮车具有强大的爬坡和重载能力,而且使电机能够始终处于高效平台上,大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率,降低了电机能耗。(The invention discloses a central electric drive transmission sensing variable speed electric drive hub which comprises a wheel, a motor and a transmission shaft penetrating through the wheel, wherein the motor transmits power to the transmission shaft through a transmission sensing mechanism, the transmission shaft is provided with a gear shifting mechanism and a power output part sleeved on the transmission shaft, the gear shifting mechanism comprises a gear shifting synchronizer, an overrunning clutch and a speed reducing component, and the gear shifting synchronizer can be combined with or separated from an inner core wheel under the action of a gear shifting fork. Technical scheme more than adopting can carry out the function of automatic gearshift according to the real-time power condition, makes electric bicycle can match actual operating mode and motor operating mode according to the resistance condition, and not only make electric bicycle have powerful climbing and heavy load ability, make the motor be in on the high-efficient platform all the time moreover, improved the efficiency of motor under the climbing and the heavy load condition greatly, reduced the motor energy consumption.)
技术领域
本发明涉及两轮车电驱动系统技术领域，具体涉及一种中央电驱动传动传感变速电驱动轮毂。
背景技术
随着环保法规的日益严苛，以纯电为动力的汽车、两轮车、三轮车为代表的新能源交通工具取代传统燃油交通工具已经是大势所趋。现有的两轮电动车普遍采用轮毂电机和电机侧挂式结构。
轮毂电机采用低速直流电机直接驱动，不仅效率相对较低，发热量大，还由于电机体积大、重量重，打破了车轮结构原有的平衡，对操控性能及安全性方面会有一定影响。
侧挂式结构将电机和变速系统(变速箱或减速器)置于驱动轮的同一侧，尽管可以采用高速电机以提高机械效率，但变速机构与电机的重量较重，导致车轮的平衡性不佳，尤其对于两轮车的影响更为明显。
因此，申请人曾设计了一种采用中央驱动式结构的电驱动系统总成，兼具了轮毂电机和侧挂式结构的优势，弥补了轮毂电机和侧挂式结构的不足，不仅能够很好地保证转动输出部件的平衡性，而且具有极高的机械效率，较小的发热量，更佳的散热能力和更轻的重量。
但是，现有的中央驱动式电驱动系统总成不具备换挡功能，不能根据阻力情况，自适应匹配电动两轮车的实际行驶工况与电机工况，为了保证普通路况的性能和能耗，导致电动两轮车不具备强大的爬坡和重载能力，使电动两轮车在爬坡和重载能力时，电机不处于高效平台上，从而电机不仅效率低下，而且能耗过高。
因此，急需设计一款能够换挡的电动两轮车中央驱动系统，以提高电动两轮车的爬坡和重载能力，同时降低能耗。
发明内容
为解决以上的技术问题，本发明提供了一种中央电驱动传动传感变速电驱动轮毂。
其技术方案如下：
一种中央电驱动传动传感变速电驱动轮毂，包括车轮、电机以及穿设在车轮上的传动轴，其要点在于：所述电机通过传动传感机构将动力传递给传动轴，所述传动轴上设置有换挡机构和动力输出部件，所述电机和传动传感机构位于车轮的一侧，所述换挡机构位于车轮的另一侧，所述换挡机构包括换挡同步器、超越离合器和减速组件，所述换挡同步器、超越离合器与减速组件的减速一级主动齿轮均套装在传动轴上，且超越离合器和减速一级主动齿轮分别位于换挡同步器的两侧，所述减速一级主动齿轮与传动轴同步转动，所述动力输出部件、车轮和超越离合器的内心轮同步转动，所述换挡同步器能够在换挡拨叉的作用下与内心轮结合或分离；
当换挡同步器与内心轮结合时，超越离合器处于超越状态，传动轴输出的动力依次经换挡同步器和内心轮传递给动力输出部件；当换挡同步器与内心轮分离时，超越离合器处于结合状态，传动轴输出的动力依次经减速组件和超越离合器传递给动力输出部件。
采用以上结构，若传感传动机构测得的实时功率大于设定的功率目标，换挡同步器处于结合状态，传动轴输出的动力依次经换挡同步器和内心轮传递给动力输出部件，处于高速挡；若传感传动机构测得的实时功率小于设定的功率目标，换挡同步器处于断开状态，传动轴输出的动力依次经减速组件和超越离合器传递给动力输出部件，处于低速挡；通过以上方式，实现了能够根据实时功率情况进行自动换挡的功能，使电动两轮车能够根据阻力情况，自适应匹配实际行驶工况与电机工况，不仅使电动两轮车具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机能够始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗。
作为优选：所述换挡同步器包括与内心轮同步转动的高速挡结合套、同步转动地套装在传动轴上的同步器花键毂以及同步转动地套装在同步器花键毂上的同步器结合套，所述同步器花键毂靠近高速挡结合套的一侧设置有沿径向向外依次套设的高速挡摩擦内片、高速挡摩擦外片和高速挡同步环，所述同步器花键毂的外周上设置有若干与同步器结合套同步滑动的同步器滑块，所述换挡拨叉能够带动同步器结合套轴向滑动；
当同步器结合套朝高速挡结合套滑动时，同步器滑块能够驱使高速挡同步环带动高速挡摩擦外片将高速挡摩擦内片压紧在高速挡结合套上，以使同步器结合套与高速挡结合套在同步转动后结合。
采用以上结构，设计巧妙，简单可靠，能够稳定可靠地在高速挡和低速挡之间切换，不会发生换挡卡滞和难以进挡的情况。
作为优选：所述高速挡摩擦外片的两侧表面分别与高速挡摩擦内片和高速挡同步环斜面配合。采用以上结构，能够更加稳定、可靠且快速地使同步器结合套与高速挡结合套实现同步转动。
作为优选：所述高速挡摩擦外片包括一体成型的安装部和斜面配合部，所述安装部为圆环形的片状结构，并套装在同步器花键毂上，所述斜面配合部为自安装部外缘向外倾斜延伸的圆筒形结构，其直径朝着远离安装部的方向逐渐增大，且斜面配合部的两侧面分别与高速挡摩擦内片和高速挡同步环对应的斜面配合。采用以上结构，兼顾了安装的可靠性和摩擦斜面配合的可靠性。
作为优选：所述同步器花键毂靠近高速挡结合套的一侧端面凹陷成型有摩擦结构安装腔，所述高速挡摩擦外片、高速挡摩擦内片和高速挡同步环均部分位于摩擦结构安装腔中。采用以上结构，提高摩擦配合相关零部件安装的可靠性。
作为优选：所述传动传感机构包括与传动轴和电机的电机轴均平行的传动传感轴、均套装在传动传感轴上的传动一级从动齿轮和传动传感凸轮套、用于驱使传动传感凸轮套靠近传动一级从动齿轮的弹性复位元件、同步转动地套装在电机轴上的传动一级主动齿轮、同步转动地套装在传动轴上的传动二级从动齿轮以及用于检测实时功率的检测装置，所述传动一级主动齿轮与传动一级从动齿轮啮合，所述传动传感轴上具有与传动二级从动齿轮啮合的传动二级主动齿，所述传动传感凸轮套与传动传感轴之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感轴轴向滑动。采用以上结构，能够在传动的同时准确监测实时功率，简单可靠。
作为优选：所述检测装置包括均设置在传动传感凸轮套上的转速检测永磁体和位移检测永磁体以及均设置在外壳体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件。采用以上结构，能够通过检测传动传感凸轮套的转速和位移获悉实时功率，抗干扰能力强，成本低廉，简单可靠。
作为优选：所述减速组件包括与传动轴平行的副轴以及均同步转动地套装在副轴上的减速一级从动齿轮和减速二级主动齿轮，所述减速一级从动齿轮与减速一级主动齿轮啮合，所述减速二级主动齿轮与超越离合器的外圈上设置的减速二级从动齿啮合。采用以上结构，能够稳定可靠地进行减速传动。
作为优选：所述超越离合器还包括设置在外圈与内心轮之间的滚动体，所述内心轮包括一体成型的内心轮主体和内心轮输入套，所述高速挡结合套同步转动地套装在内心轮输入套上，所述内心轮主体与动力输出部件同步转动。采用以上结构，不仅能够减少一个零部件，降低成本，而且设计巧妙，提高了零部件之间配合的稳定性和可靠性。
作为优选：所述动力输出部件穿设在车轮的轮毂中，并与轮毂花键配合，该动力输出部件与内心轮主体相互靠近的一端端面齿槽配合。采用以上结构，配合简单可靠，易于加工成型和装配。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
采用以上技术方案的中央电驱动传动传感变速电驱动轮毂，结构简单可靠，不仅具备中央驱动式结构的优势，而且能够根据实时功率情况进行自动换挡的功能，使电动两轮车能够根据阻力情况，自适应匹配实际行驶工况与电机工况，不仅使电动两轮车具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机能够始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为换挡同步器的结构示意图；
图3为传动传感机构的主要结构示意图；
图4为超越离合器的结构示意图；
图5为超越离合器的剖视图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种中央电驱动传动传感变速电驱动轮毂，其主要包括车轮1、电机2以及穿设在车轮1上的传动轴3，电机2通过传动传感机构将动力传递给传动轴3，传动轴3上设置有换挡机构和动力输出部件16，动力输出部件16套装在传动轴3上，电机2和传动传感机构位于车轮1的一侧，换挡机构位于车轮1的另一侧，换挡机构包括换挡同步器4、超越离合器15和减速组件，换挡同步器4、超越离合器15与减速组件的减速一级主动齿轮6均套装在传动轴3上，且超越离合器15和减速一级主动齿轮6分别位于换挡同步器4的两侧，减速一级主动齿轮6与传动轴3同步转动，动力输出部件16、车轮1和超越离合器15的内心轮15c同步转动，换挡同步器4能够在换挡拨叉5的作用下与内心轮15c结合或分离。
当换挡同步器4与内心轮15c结合时，超越离合器15处于超越状态，传动轴3输出的动力依次经换挡同步器4和内心轮15c传递给动力输出部件16，处于高速挡；当换挡同步器4与内心轮15c分离时，超越离合器15处于结合状态，传动轴3输出的动力依次经减速组件和超越离合器15传递给动力输出部件16，处于低速挡。
本实施例中，车轮1包括轮毂1a以及设置轮毂1a外周上的轮胎1b，其中，轮毂1a的中心位置具有内花键筒，该内花键筒向两侧凸出，以保证与相关动力部件配合的可靠性。
请参见图1和图2，换挡同步器4包括与内心轮15c同步转动的高速挡结合套4a、同步转动地套装在传动轴3上的同步器花键毂4c以及同步转动地套装在同步器花键毂4c上的同步器结合套4d，同步器花键毂4c靠近高速挡结合套4a的一侧设置有沿径向向外依次套设的高速挡摩擦内片4k、高速挡摩擦外片4e和高速挡同步环4f，同步器花键毂4c的外周上设置有若干与同步器结合套4d同步滑动的同步器滑块4j，换挡拨叉5能够带动同步器结合套4d轴向滑动。
当同步器结合套4d朝高速挡结合套4a滑动时，同步器滑块4j能够驱使高速挡同步环4f带动高速挡摩擦外片4e将高速挡摩擦内片4k压紧在高速挡结合套4a上，以使同步器结合套4d与高速挡结合套4a在同步转动后结合，处于高速挡。当同步器结合套4d反向滑动，使同步器结合套4d与高速挡结合套4a分离(不同步转动)时，处于低速挡。
高速挡摩擦外片4e的两侧表面分别与高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f斜面配合。具体地说，高速挡摩擦外片4e包括一体成型的安装部和斜面配合部，安装部为圆环形的片状结构，并套装在同步器花键毂4c上，斜面配合部为自安装部外缘向外倾斜延伸的圆筒形结构，其直径朝着远离安装部的方向逐渐增大，且斜面配合部的两侧面分别与高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f对应的斜面配合。
进一步地，同步器花键毂4c靠近高速挡结合套4a的一侧端面凹陷成型有摩擦结构安装腔4c1，高速挡摩擦外片4e、高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f均部分位于摩擦结构安装腔4c1中。
请参见图1和图3，传动传感机构包括与传动轴3和电机2的电机轴2a均平行的传动传感轴7、均套装在传动传感轴7上的传动一级从动齿轮8和传动传感凸轮套9、用于驱使传动传感凸轮套9靠近传动一级从动齿轮8的弹性复位元件10、同步转动地套装在电机轴2a上的传动一级主动齿轮11、同步转动地套装在传动轴3上的传动二级从动齿轮12以及用于检测实时功率的检测装置，传动一级主动齿轮11与传动一级从动齿轮8啮合，传动传感轴7上具有与传动二级从动齿轮12啮合的传动二级主动齿7a，传动传感凸轮套9与传动传感轴7之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感轴7轴向滑动。
其中，传动一级从动齿轮8包括一体成型的齿轮部8a和齿轮套8b部，齿轮部8a与传动一级主动齿轮11啮合，齿轮套8b套装在传动传感轴7上，且靠近传动传感凸轮套9的一端端面具有与传动传感凸轮套9相适应的凸轮型面。这一设计简单可靠，不用做成分体零件，成本较低。
具体地说，螺旋传动副包括沿周向分布在传动传感凸轮套9内壁上的内螺旋滚道以及沿周向分布在传动传感轴7外壁上的外螺旋滚道，在每个外螺旋滚道中均嵌设有若干向外凸出的滚珠，各个滚珠分别能够在对应的内螺旋滚道和外螺旋滚道中滚动。当传动传感凸轮套9相对传动传感轴7转动时，能够相对传动传感轴7进行轴向移动。
检测装置包括均设置在传动传感凸轮套9上的转速检测永磁体13和位移检测永磁体14以及均设置在外壳体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件。检测装置能够获取精确的转速和位移信息，根据转速和位移信息能够准确地获悉传动轴3的实时功率，当实时功率小于功率目标时，能够主动从高速挡换为低速挡，当实时功率大于功率目标时，能够主动从低速挡换为高速挡。
请参见图1、图4和图5，减速组件包括与传动轴3平行的副轴17以及均同步转动地套装在副轴17上的减速一级从动齿轮18和减速二级主动齿轮19，减速一级从动齿轮18与减速一级主动齿轮6啮合，减速二级主动齿轮19与超越离合器15的外圈15a上设置的减速二级从动齿15b啮合。
超越离合器15还包括设置在外圈15a与内心轮15c之间的滚动体，内心轮15c包括一体成型的内心轮主体15c1和内心轮输入套15c2，高速挡结合套4a同步转动地套装在内心轮输入套15c2上，内心轮主体15c1与动力输出部件16同步转动。动力输出部件16为圆筒形结构，其穿设在车轮1的轮毂1a中，并与轮毂1a花键配合，动力输出部件16与内心轮主体15c1相互靠近的一端端面齿槽配合。
沿内心轮15c外周分布的滚动体由交替设置的粗滚动体15d和细滚动体15e组成，在内心轮15c的外周面上设置有两个相对的保持架15f，在每个保持架15f的内壁上均开设有一圈环形槽15f1，各个细滚动体15e的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽15f1中。采用以上结构，使各个细滚动体15e能够随动，提高了整体的稳定性和可靠性，增加了使用寿命。
外圈15a的外壁上具有沿周向设置的减速二级从动齿15b。通过上述结构，能够可靠地进行动力传递。
内心轮15c的外周上这是有与粗滚动体15d相适应的外齿15c3，外齿15c3包括顶弧段15c32以及分别位于顶弧段15c32两侧的短边段15c31和长边段15c33，短边段15c31为向内凹陷的弧形结构，长边段15c33为向外凸出的弧形结构，短边段15c31的曲率小于长边段15c33的曲率。采用以上结构，能够保证单向传动功能的稳定性和可靠性。
高速挡传动路线：电机2→传动一级主动齿轮11→传动一级从动齿轮8→传动传感凸轮套9→传动传感轴7→传动二级从动齿轮12→传动轴3→换挡同步器4→内心轮15c→动力输出部件16→车轮1。
低速挡传动路线：电机2→传动一级主动齿轮11→传动一级从动齿轮8→传动传感凸轮套9→传动传感轴7→传动二级从动齿轮12→传动轴3→减速一级主动齿轮6→减速一级从动齿轮18→副轴17→减速二级主动齿轮19→超越离合器15→动力输出部件16→车轮1。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
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