一种磁控变挡轮毂的制作方法

一种磁控变挡轮毂，属车轮动力传动技术领域，尤其涉及电动摩托车和电动自行车的车轮动力传动装置。

背景技术：

目前的电动车多数使用的是轮毂电机直接驱动方式，尤其是电动两轮车，存在体积小、电池仓空间有限、电池容量有限的缺点，所以电机体积及功率无法做到较大。如果电动车想要在山地、丘陵等复杂地形行驶，需要更大的动力，消耗更大的电量，但现实情况是所需动力得不到满足，使得电动车不易适用山地、丘陵等复杂地形行驶，从而限制了电动车的使用范围。还有，目前虽有轮毂电机内设置了变速器，但是它高速直驱挡靠电磁离合器来直接驱动车轮，同时额外增加了较大电能损耗(电磁离合器工作的用电损耗)，由于电动两轮车轮毂电机空间有限，电磁离合器体积及功率无法做大，其产生的电磁吸力不足以合紧摩擦片带动外轮毂直接驱动车轮负重行驶，强行使用后会导致离合器打滑失效，打滑时间过长离合器摩擦产生的热量传递给电机使电机绕组在高温急剧增加时容易烧电机，由于离合器打滑，车辆若在坡道行驶时突然无动力输出会发生退车等安全隐患。同时变速器部分采用棘爪齿离合方式依靠离心力达到一定转速时硬性结合齿轮工作，由于车辆重量及载人重量产生的反作用力很容易打坏齿轮，骑行会发出撞击声、发冲等不良情况；另有靠电机顺时针旋转和逆时针旋转来实现换挡的电动车，换挡时电机会产生一定时间的停顿，需要一个缓冲时间才能完成挡位切换，所以换挡时人体舒适感不佳，响应慢，有时倒推车速度过快会有卡顿现象；再有例如本申请人曾申请的中国专利号201120043762.1公开的“一种电动车变挡轮毂”，依靠甩块在离心力作用下推动离合器摩擦片结合，由于轮毂电机体积有限甩块无法做大做重，轮毂电机为直驱方式工作性质所以其电机转速不会太高，此条件无法让甩块得到足够大的离心力去压紧摩擦片推动力离合器直接驱动车轮负重行驶，若过载行驶会烧离合器及电机。

技术实现要素：

本发明要解决的问题就是针对以上不足而提供一种能成倍增大轮毂动力、换挡响应更快、离合器结合稳定可靠，能提高骑行舒适度的电动车用变挡轮毂。其技术方案如下：

一种磁控变挡轮毂，包括电机主轴和轮毂钢圈，轮毂钢圈两端分别安装轮毂左盖和轮毂右盖，电机包括转子和定子，电机两端分别是电机左盖和电机右盖，轮毂腔内构成变速箱体，变速箱体内有离合器和齿轮组，电机左盖的轴孔一端设有凸柱，离合器是在凸柱上套装从动毂和主动盘，从动毂上安装从动摩擦片和主动摩擦片；齿轮组是在电机主轴上位于轮毂右盖内安装齿轮支撑架，齿轮支撑架上开有第一径向孔和第二径向孔，在第一径向孔内安装齿轮；其关键技术是在电机主轴上相邻从动毂还安装电吸盘，从动毂具有压盘，压盘一侧是凸盘，压盘另一侧壁设有导磁环和导磁槽；电吸盘相邻压盘一侧侧壁设有导磁环和线圈环形槽，线圈环形槽内布设线圈；电机左盖临凸柱部位形成凹腔，从动摩擦片和主动摩擦片位于凸盘上并位于凹腔内。

在所述轮毂左盖径向位置设置从动摩擦片嵌入槽，在凸盘外表面沿径向方向开设主动摩擦片嵌入槽。

所述压盘上的导磁环是在压盘另一侧设有第一导磁环和第二导磁环，导磁槽位于第一导磁环和第二导磁环之间；电吸盘上的导磁环是在电吸盘一侧设有第三导磁环和第四导磁环，线圈环形槽位于第三导磁环和第四导磁环之间。

本发明另一结构是在从动毂上固连第一吸动盘，第一吸动盘另一侧设有第五导磁环，电吸盘的线圈环形槽内套装环形骨架，线圈缠绕在环形骨架上，第五导磁环嵌套在环形骨架一端的轴孔内，环形骨架另一端的轴孔内接触电吸盘的第四导磁环。

本发明再一结构是在电机主轴上安装第二吸动盘和支撑盘，第二吸动盘与第一吸动盘连接,支撑盘上安装电吸盘，在电吸盘内套装环形骨架，环形骨架上缠绕线圈，在环形骨架的轴孔内一端安装固定铁芯，在第二吸动盘上安装动铁芯位于环形骨架的轴孔内。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明在轮毂内的电机上安装了离合器换挡机构，其中电吸盘设置于电机(机芯)壳的外部，使电机为独立部件，它们互不干涉，所以电吸盘通电工作时产生的热量不会同时叠加在电机内部，不额外增加电机发热源，从而保护了电机，同时也保护了电吸盘自身不被电机工作产生的热量叠加导致超温烧坏的情况，便于安装调试，降低电机组装难度，便于批量化制造。

2、电吸盘体积小巧，因为它不是电磁离合器那样通过自身电磁吸合力来压紧摩擦片使离合器工作，此结构中电吸盘功能为电磁开关，它只控制从动毂的横向滑动位置，所以电吸盘功率小，发热低，能耗小。

3、当离合器需要结合时电吸盘断电，通过电机自身扭力转动主动盘、从动毂并配合摩擦片通过若干斜面滑动使主动盘与从动毂相互作用力的挤压方式来压紧各个摩擦片，挤压力与斜面角度大小和电机扭力及车轮反作用力成正比，此方式可设置足够大的挤压力完全压紧各个摩擦片，在离合器稳定结合后不会出现过载打滑情况，此过程瞬间完成，无延时，不用改变电机转动方向，换挡时为正转，节约了反向启动的换挡时间，立即让电机动力直接输出到轮毂圈上，所以它换挡响应速度更快且挡位清晰，使电机能够快速、准确完成无感换挡，不会存在因为速度差换挡而产生顿挫感，提高了骑行舒适度。

4、当需要离合器分离时，电机转动无需改变方向，只需瞬间切断动力同时电吸盘通电吸住从动毂，当从动毂被吸住后，各个摩擦片被分离，无法通过斜面被压紧，此时电机动力通过齿轮组输出时可以发挥最大效率，不会出现分离不彻底、分离过慢、分离延时而造成能源损耗问题。

5、由此看出本发明电机内部的变挡机构和所有零部件，移至电机外部的端盖处，这样在轮毂腔内更容易制造装配，维修也更方便。

6、综上所述本发明能成倍增大电机动力，不论是高速挡的离合还是低速挡的离合，都不会出现顿挫、发冲、发响等影响骑行舒适感的情况，且结合可靠、稳定，不会出现离合器打滑等不良情况，提高了电机使用寿命，降低了电机故障率及制造成本。

附图说明

图1，是本发明结构示意图；

图2，是本发明离合器装配立体结构示意图；

图3，是本发明离合器组件局部放大结构示意图；

图4，是本发明从动毂立体结构示意图；

图5，是本发明从动毂另一方向立体结构示意图；

图6，是本发明从动摩擦片结构示意图；

图7，是本发明主动摩擦片结构示意图；

图8，是本发明主动盘立体结构示意图；

图9，是本发明主动盘另一方向立体结构示意图；

图10，是本发明电吸盘立体结构示意图；

图11，是本发明电吸盘另一方向立体结构示意图；

图12，是本发明齿轮组减速机构立体结构示意图；

图13，是本发明另一结构示意图；

图14，是本发明另一离合器组件局部放大结构示意图；

图15，是本发明另一电吸盘立体结构示意图；

图16，是本发明另一电吸盘另一方向立体结构示意图；

图17，是本发明另一从动毂立体结构示意图；

图18，是本发明另一从动毂另一方向立体结构示意图；

图19，是本发明另一主动盘立体结构示意图；

图20，是本发明另一主动盘另一方向立体结构示意图；

图21，是本发明再一结构示意图；

图22，是本发明再一离合器组件局部放大结构示意图；

图23，是本发明再一电吸盘立体结构示意图；

具体实施方式

实施例1：

参见图1～图12，一种磁控变挡轮毂，包括电机主轴22和轮毂钢圈1，轮毂钢圈1两端分别安装轮毂左盖3和轮毂右盖26，在电机主轴22上设有电机，电机包括转子2和定子14，定子14上布设电机绕组12，在转子2和定子14之间设有磁钢片13，电机两端分别是电机左盖4和电机右盖15，电机左盖4和电机右盖15与转子2固连，电机线21从电机主轴22右端的轴孔内引出，轮毂腔内构成变速箱体，变速箱体内有离合器和齿轮组，电机左盖4的轴孔一端设有凸柱4.2，离合器是在凸柱4.2上套装从动毂7和主动盘8，从动毂7上叉指式间隔安装若干个从动摩擦片5和主动摩擦片6，每个摩擦片之间有一定间隙；齿轮组是在电机主轴22上位于轮毂右盖26内通过单向轴承20安装齿轮支撑架19，齿轮支撑架19上开有对称设置的第一径向孔19.1和第二径向孔19.2，在第一径向孔19.1内安装花键轴18，在花键轴18的左端安装第二齿轮16，右端安装第三齿轮17，在电机右盖15上固定安装第一齿轮24，在轮毂右盖26上固连第四齿轮23，第一齿轮24与第二齿轮16啮合，第四齿轮23与第三齿轮17啮合；当电机主轴22被固定，电流从电机线21输入至电机绕组12，此时电机内产生旋转磁场，转子2开始按顺时针转动，由于第一齿轮24与电机右盖15固连，电机右盖15又与转子2固连，所以电机动力由第一齿轮24输出；其关键技术是在电机主轴22上相邻从动毂7还安装电吸盘10，从动毂7具有压盘7.1，压盘一侧是凸盘7.2，压盘另一侧壁设有导磁环和导磁槽7.1.2；电吸盘10相邻压盘7.1一侧侧壁设有导磁环和线圈环形槽10.3，线圈环形槽10.3内布设线圈11，电吸盘10的电源线9从电机主轴22左端的轴孔内引出；电机左盖4临凸柱4.2部位形成凹腔4.1，从动摩擦片5和主动摩擦片6位于凸盘7.2上并位于凹腔4.1内。

在所述轮毂左盖3径向位置设置若干条从动摩擦片嵌入槽3.1，在从动毂的凸盘7.2外表面沿径向方向开设若干条主动摩擦片嵌入槽7.2.1。

所述从动摩擦片5外圆上设有第一凸块5.1，主动摩擦片6内圆上设有第二凸块6.1，摩擦片套装在从动毂7上时，第一凸块5.1镶嵌进从动摩擦片嵌入槽3.1内，第二凸块6.1镶嵌进凸盘7.2的主动摩擦片嵌入槽7.2.1内。

所述压盘7.1上的导磁环是在压盘另一侧设有第一导磁环7.1.1和第二导磁环7.1.3，导磁槽7.1.2位于第一导磁环7.1.1和第二导磁环7.1.3之间；电吸盘10上的导磁环是在电吸盘10一侧设有第三导磁环10.2和第四导磁环10.4，线圈环形槽10.3位于第三导磁环10.2和第四导磁环10.4之间。

所述压盘7.1相对于凸盘7.2的另一侧的轴孔内壁开有若干个斜槽7.3，斜槽7.3的底部设有第一斜面7.4；主动盘8的圆周外壁设有若干个凸台8.1，凸台8.1的侧面设有第二斜面8.2。安装时凸台8.1嵌入斜槽7.3内，同时第二斜面8.2与第一斜面7.4贴合，第一斜面7.4可以在第二斜面8.2上滑动，从而从动毂7相对主动盘8可以在凸柱4.2上横向滑动。

上述压盘7.1上的导磁环与电吸盘10上的导磁环对应安装，其对应关系是第三导磁环10.2与第二导磁环7.1.3对应，第四导磁环10.4与第一导磁环7.1.1对应，线圈环形槽10.3与导磁槽7.1.2对应，它们共同构成了电磁力吸合磁路。

在所述齿轮支撑架的第二径向孔19.2内固定安装配重平衡块25。在直驱高速时，齿轮支撑架19与电机同步转动，平衡块保证电机转动平稳。

图中26.1是刹车毂，10.1是电吸盘10的中心定位孔。

本实施例的工作原理是：

当需要直接驱动时(2挡)，首先控制器控制开关让线圈11断电(此开关可以是微型继电器或电子开关)，使电吸盘10上的各个导磁环失去磁力，此时从动毂7为自由状态不受电吸盘10的磁力控制，然后通过控制器让电机顺时针转动，最后离合器接合工作。离合器工作过程是从动毂7相对电机左盖4向逆时针方向转动一定角度的同时又受到主动盘8向右的推力使从动毂7向右横向滑动，使多个从动摩擦片5和主动摩擦片6被压紧，让电机动力通过离合器1：1直接输出，同时齿轮组的各级齿轮自锁且停止工作，单向轴承20连同齿轮支撑架19与电机同步转动。其动力输出路径为：转子2→电机左盖4→凸柱4.2→主动盘8→凸台8.1→第二斜面8.2→第一斜面7.4→从动毂7→主动摩擦片嵌入槽7.2.1→主动摩擦片6→从动摩擦片5→从动摩擦片嵌入槽3.1→轮毂左盖3→轮毂钢圈1直接输出。

当需要提升动力齿轮驱动时(1挡)，首先控制器控制开关让线圈11通电，使电吸盘10上的各个导磁环得到磁力而相互吸引，此时从动毂7受到电吸盘10的磁力控制，并向左横向滑动，因主动摩擦片6镶嵌进凸盘7.2的主动摩擦片嵌入槽7.2.1内，所以从动毂7移动而带动主动摩擦片6移动，使得主动摩擦片6与从动摩擦片5分离，然后通过控制器让电机顺时针转动，最后齿轮组工作。它的工作过程是由于电机主轴22被固定在车架上静止不动，所以单向轴承20连同齿轮支撑架19静止不动，此时电机动力通过转子2→电机右盖15→第一齿轮24→第二齿轮16→花键轴18→第三齿轮17→第四齿轮23→轮毂右盖26→轮毂钢圈1减速输出。

变挡过程中通过控制器控制电吸盘10的线圈11通电和断电，即可完成变挡。具体是当需要1挡切入2挡时过程中首先让电机机芯断电瞬间或电磁刹瞬间让电机机芯暂时失去动力，然后再让线圈11断电，最后电机机芯通电离合器工作车轮运转；当需要2挡切入1挡时过程中首先让电机机芯断电瞬间或电磁刹瞬间让电机机芯暂时失去动力，然后再让线圈11通电，最后电机机芯通电带动齿轮组工作，车轮运转。

实施例2：

参见图13～图20，它与实施例1的相同之处在此不再赘述，不同之处在于电机离合器部位。

它是在从动毂7上靠压盘一侧固连第一吸动盘27，第一吸动盘27另一侧设有第五导磁环27.1，电吸盘10的线圈环形槽10.3内套装环形骨架28，线圈11缠绕在环形骨架28上，第五导磁环27.1嵌套在环形骨架28一端的轴孔内，环形骨架28另一端的轴孔内接触电吸盘10的第四导磁环10.4，第四导磁环10.4和第五导磁环27.1之间有一定间隙，第五导磁环27.1在电吸盘10通电后被第四导磁环10.4吸引，带动第一吸动盘27连同从动毂7移动，使离合器上的各个摩擦片被分离。

在从动毂7的斜槽7.3的底部与第一斜面7.4对称的位置设第三斜面7.5，在压盘7.1的另一侧壁设有若干垫块7.6。垫块7.6对压盘7.1进行加厚，使得在压盘7.1上能够开足够深度的螺纹孔，通过螺栓更可靠地固定安装第一吸动盘27。

在主动盘8的凸台8.1的侧面与第二斜面8.2对称的位置设有第四斜面8.3。安装时凸台8.1嵌入斜槽7.3内，第二斜面8.2与第一斜面7.4贴合，第四斜面8.3与第三斜面7.5贴合，第一斜面7.4可以在第二斜面8.2上滑动，第三斜面7.5可以在第四斜面8.3上滑动。

本实施例的工作原理是：

电机在行驶和换挡过程的工作原理与实施例1的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于松开油门转把电机断电滑行(平路滑行或下坡滑行)，此时外轮可以带动电机转子2顺时针转动，具体是先让电吸盘10断电然后第一吸动盘27连同从动毂7被释放，此时顺时针转动的外轮即可通过轮毂钢圈1→轮毂左盖3→从动摩擦片嵌入槽3.1→从动摩擦片5→主动摩擦片6→主动摩擦片嵌入槽7.2.1→从动毂7→第三斜面7.5→第四斜面8.3→凸台8.1→主动盘8→凸柱4.2→电机左盖4→转子2，将滑行动力传递给转子2内的磁钢片13，磁钢片13的磁力线旋转切割电机绕组12使电机发出电能最后通过控制器把电能回收给电池进行反充电，达到滑行充电的节能效果；停车后需要倒车时先让电吸盘10通电让离合器上的各个摩擦片被分离即可推倒车。

实施例3：

参见图21～图23，它与实施例1和实施例2的相同之处在此不再赘述，不同之处在于电磁换挡部位。具体是在电机主轴22上位于轮毂左盖3所在的轮毂腔内安装第二吸动盘29和支撑盘30，第二吸动盘29通过轴承与第一吸动盘27连接，第二吸动盘29可以在电机主轴22上横向滑动，支撑盘30的中心开有轴孔30.1,支撑盘30上安装若干个电吸盘10，在电吸盘10内套装环形骨架28，环形骨架28上缠绕线圈11，在环形骨架28的轴孔内一端安装固定铁芯10.5，在第二吸动盘29上安装若干个动铁芯29.1位于环形骨架28的轴孔内，动铁芯29.1与固定铁芯10.5之间有一定间隙。

本实施例的工作原理是：

电机在行驶和换挡及倒车过程的工作原理与实施例1和实施例2的相同之处，在此不再赘述。不同之处在于有若干个电吸盘10均布安装于支撑盘30的圆周位置，电吸盘10通电后动铁芯29.1与固定铁芯10.5相吸，即可使第二吸动盘29联动第一吸动盘27和从动毂7向左移动，使离合器上的各个摩擦片被分离，达到换挡目的。

以上虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，及各个零部件名称的修改，例如：将主动盘和从动毂上设置的斜面变化为螺纹、斜槽或将它们的斜面反向对换设置等通过相对位移方式来压紧摩擦片使离合器工作，支撑盘包括但不限于为圆形它可以是其他异形形状其作用是定位、固定电吸盘，或者高速挡设置为电吸盘通电，低速挡设置为电吸盘断电，将其工作原理与结构反向设计比如吸变成推、推变成吸等，再或者把所述结构中的零部件或零件特征进行前后对调、左右对调、上下对调、内外对调，将齿轮组减速机构变化为其他形式的齿轮减速方式包括但不限于使用行星齿轮、齿圈等这些变化和修改应理解为是在本发明的范围和意图之内。