CN101110534B - 无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动自行车变速系统领域，具体地说是一种可自动调节转速及扭力的无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机，包括穿设在中心轴上的电动机及变速装置，变速装置包括多槽孔浮动带动盘及一具单向离合功能的第一动力输出座，多槽孔浮动带动盘套接在电动机的动力输出部上，两者之间设有活动偏心环，在活动偏心环与动力输出部之间容置有第一弹性元件；第一动力输出座位于多槽孔浮动带动盘的一侧，与多槽孔浮动带动盘连动；电动机的动力输出部为动力源，带动活动偏心环与多槽孔浮动带动盘转动，进而带动第一动力输出座输出动力。本发明的变速系统转换成高扭力低转速来达到如汽车的排档变换自如，骑乘舒适也节能。

Description

无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机

技术领域

本发明属于电动自行车变速系统领域，具体地说是一种可自动调节转速及扭力的无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机。

背景技术

习知电动机的变速系统，一般常见者为单一速度如行星齿轮减速器、皮带或链条传动方式来减速，但都受限于设计的空间。齿轮比要大就得采用多层齿轮传动方式或增加皮带或链条的长度，这样一来，相对的体积和空间得加大，同时也降低很多的传动效率，且只能以单一速度的传输，无法在行进中变速，增加不少能源的消耗和材料的成本。从事电动机业者都极盼能突破现有技术以改良产品，增加附加价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机。是将变速系统装置在电动机的动力输出部，可依电动机传动的扭力大小以改变变速系统以不同半径的偏心角度旋转，使变速系统随其改变的半径角度而自动加以变速调整。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括穿设在中心轴上的电动机及变速装置，变速装置包括多槽孔浮动带动盘及一具单向离合功能的第一动力输出座，多槽孔浮动带动盘套接在电动机的动力输出部上，两者之间设有活动偏心环，在活动偏心环与动力输出部之间容置有第一弹性元件；第一动力输出座位于多槽孔浮动带动盘的一侧，与多槽孔浮动带动盘连动；电动机的动力输出部为动力源，带动活动偏心环与多槽孔浮动带动盘转动，进而带动第一动力输出座输出动力。

其中：所述电动机的动力输出部套接在中心轴上，变速装置的多槽孔浮动带动盘套接在动力输出部上，与其连动，第一动力输出座套接在中心轴上；所述第一弹性元件上设有限缩结构，可为轴柱或U型铁等效物；所述多槽孔浮动带动盘的外缘上均布有多个槽孔，其内均容置有第一滚动元件，在第一滚动元件的中央孔中穿设有传动轴，传动轴的另一端联接第一动力输出座；在多槽孔浮动带动盘的中央孔中加设有第二滚动元件，活动偏心环容置在第二滚动元件与动力输出部之间，在活动偏心环与动力输出 部之间设有第一弹性元件；所述第一动力输出座为盘状体，圆周上均布有供传动轴穿入的轴孔，第一动力输出座的外缘上设有第一动力输出外环，两者之间容置有第一单向离合机构，在第一动力输出座的中央孔与中心轴之间容置有第二单向离合机构；在第一动力输出座的一侧设有套接在中心轴上的拨杆座，其与第一动力输出座相对的圆周表面上均布有多个拨杆，拨杆的另一端插入第一单向离合机构内；在拨杆座的中央孔与中心轴之间容置有第三单向离合机构；所述第二单向离合机构及第三单向离合机构直接套在中心轴上，并与中心轴相固接为一体；所述第二单向离合机构及第三单向离合机构与中心轴之间加设有中空轴，其套在中心轴上，与中心轴相固接为一体；

带有无段变速系统的轮圈电动机，包括轮壳、壳盖、电动机及变速装置，电动机及变速装置容置在轮壳内，变速装置的第一动力输出座与轮壳的内壁相联接，电动机的动力输出通过第一动力输出座带动轮壳及壳盖旋转；轮壳与壳盖组成一中空壳体，中心轴穿设在中空壳体的两侧，电动机及变速装置套接在中心轴上。

本发明的优点与积极效果为：

习知的变速系统只有一种速比，设计者仅能就客户的使用情况和要求来设计，高扭力高耗电或低扭力低耗电等单一电力输出。若是相反使用设计则电池寿命不长或者马达过热容易损坏，若再加上骑乘者体重因素，更难满足消费者真正的需求。本发明的优点和积极效果刚好满足此设计缺陷，平地行驶变速系统转换成低扭力高速度，体重较重的骑乘者或爬坡，本发明的变速系统则转换成高扭力低转速来达到如汽车的排档变换自如，骑乘舒适也节能，是从事此行业最希望突破的技术领域。

附图说明

图1为本发明无段变速系统安装在电动机上的剖面示意图；

图2为本发明多槽孔带动盘的剖面示意图；

图3为本发明无段变速系统动力输出部剖面示意图；

图4为具无段变速系统的轮圈电动机剖面示意图；

图5为本发明拨杆座的剖面示意图；

图6A为本发明离合器脱离前结构剖面示意图；

图6B为本发明离合器脱离后结构剖面示意图；

图7为本发明棘轮式单向离合器脱离结构剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1、图2所示，本发明的无段变速系统包括电动机22、变速装置23，电动机的中心轴25穿设于电动机22及变速装置23的中央孔中。而电动机22可为外转子式或内转子式，在本实施例中是以无刷电动机的外转子式来作说明，并非以此局限于本发明的应用范畴。电动机22的动力输出部221是指电动机经过减速机构或增速机构，或未经减速或增速而直接或间接由电动机22传输出来的动力源。本实施例是以一中空轴状的动力输出部221做电动机的动力源。动力输出部221套接在一多槽孔浮动带动盘232的中央内孔中。多槽孔浮动带动盘232的外缘上均布有多个槽孔2321，其内均容置有第一滚动元件201。每个第一滚动元件201的中央孔中均穿设有传动轴202，传动轴202的另一端则联接一具单向离合机构的第一动力输出座304。第一滚动元件201与电动机22的动力输出部221同轴线绕行。多槽孔浮动带动盘232的中央孔中容置第二滚动元件2011以利于多槽孔浮动带动盘232无阻力地旋转。在第二滚动元件2011的内缘设置有活动偏心环2211，其内孔套入电动机的动力输出部221。活动偏心环2211的内孔上下空间大于动力输出部221的外缘，故动力输出部221可在空间中上下活动位移。动力输出部221为绕行于中心轴25旋转，则活动偏心环2211会相对其上下浮动位移，亦即多槽孔浮动带动盘232相对于电动机22的动力输出部221作不同半径角度上下浮动。为了让其浮动上下位移更顺畅，则在活动偏心环2211与动力输出部221之间设置第一弹性元件203。第一弹性元件203可为弹簧、弹片、优力胶等效物构成。

多槽孔浮动带动盘232的外缘上均布有多个槽孔2321，其内均设置有第一滚动元件201，第一滚动元件201的外径小于槽孔2321的内径。第一滚动元件201中央孔穿设一传动轴202，传动轴202的另一端联接第一动力输出座304。第一动力输出座304为一具单向离合机构的盘状体，以同轴线绕行于中心轴25。而多槽孔浮动带动盘232内孔中的第二滚动元件2011内缘壁上因设有活动偏心环2211，故多槽孔浮动带动盘232的槽孔2321会相对于第一动力输出座304的传动轴202及第一滚动元件201浮动位移，来改变多槽孔浮动带动盘232的不同偏心半径动作。如图3所示，无段变速系统动力输出部剖面示意图，其是为本实施例的单向离合机构剖面示意图。其中，第一滚动元件201的传动轴202另一端插接在第一动力输出座304圆周表面均布的轴孔250中。第一动力输出座304内孔中容置多个第二单向离合机构500，第二单向离合机构500包括多个第二异形槽4031、第四滚动元件510、第四弹性元件520、异形槽座505，此为习知的离合器结构，不再此多述。其目的是让第一动力输出座304只作单向离合旋转。为便于组装与加大单向离合机构更大的接触面，第二单向离合机构500与中心轴25之间套入一中空轴350，再由中空轴350套入中心轴25并固定于中心轴25上。当然第二单向离合机构500亦可直接套入中心轴25上，第二单向离合机构500可为单向轴承、单向棘轮、超越离合机构等具单向离合功能的等效物。

借由上述的结构，当电动机22的动力输出部221输出动力时，视动力输出的实际欲带动的外部荷重大小、扭力需求、速度快慢的条件，而造成多槽孔浮动带动盘232中央孔中的活动偏心环2211因不同受力而相对于电动机22的动力输出部221作上下浮动位移，改变多槽孔浮动带动盘232的槽孔2321以不同半径变化作偏心卡塞于第一动力输出座304的传动轴202所穿设的第一滚动元件201的外侧，以单向绕行于电动机动力输出部221。活动偏心环2211受力大时，多槽孔浮动带动盘232的偏心度较小，输出扭力较大，速度较慢；活动偏心环2211受力较小时，多槽孔浮动带动盘232的偏心度较大，输出扭力较小，速度较快。而多槽孔浮动带动盘232上下浮动的同时也以槽孔2321的内缘推压着第一滚动元件201外侧与第一动力输出座304同时绕行于中心轴25的轴心线。借由第一滚动元件201的传动轴202同时带动第一动力输出座304以间歇摆线运动绕行于中心轴25的轴心线旋转，亦借由具单向离合机构的第一动力输出座304作为无段变速系统的最终动力输出源，来联接于需要变速的各类电动机所应用的不同产品上，以改善习用的传统电动机只有单速运行的缺失。

上述较佳实施例只作为叙述本发明的动作原理，举凡利用此原理作零件等同置换，皆不脱离本发明的范畴。如本发明所述的单向离合机构可为单向棘轮、单向轴承、超越式离合器等效物。弹性元件可为弹簧、钢片、橡胶、石油制品如PU(优力胶)等具弹性的等效物。滚动元件如自润轴承、轴套、滚珠、滚柱等效物。

又依上述动作原理，活动偏心环2211受力大时，多槽孔浮动带动盘232的偏心度较小，输出扭力较大；活动偏心环2211受力较小时，多槽孔浮动带动盘232的偏心度较大，输出扭力较小。理论上偏心度接近零时，扭力无限大，电动机22的输出动力几乎接近被强压住，启动效率极低，不符合实际用途，解决方式可以在第一弹性元件203上设一限缩结构204，如在第一弹性元件203 中置放一轴柱或U型铁等效物，使多槽孔浮动带动盘232的偏心度大于零，则电动机22的效率不至于太低。

为使本发明的优点及精神能进一步的被揭示，再配合一较佳运用例作说明。

如图4所示，具无段变速系统的轮圈电动机剖面示意图。其至少包括一轮壳21、一壳盖212、一电动机22及一变速装置23。轮壳21与壳盖212的中空壳体中容置着电动机22及变速装置23。轮壳21内壁上联接着变速装置23的第一动力输出座304上的第一动力输出外环400，借由电动机22的动力输出而使变速装置23的第一动力输出外环400输出动力，进而带动轮壳21与壳盖212旋转，构成一具无段变速系统的轮圈电动机，其动作原理和方式与无段变速系统相同。

其中，变速装置23包括多槽孔浮动带动盘232及一具单向离合功能的第一动力输出座304。多槽孔浮动带动盘232与电动机22的动力输出部221之间设有活动偏心环2211。活动偏心环2211与电动机22的动力输出部221之间容置有第一弹性元件203。通过电动机22的动力输出部221的动力输出，带动活动偏心环2211与多槽孔浮动带动盘232转动，进而带动变速装置23的第一动力输出座304输出动力。

其中，电动机22的动力输出部221及变速装置23的中心孔中穿设一中心轴25。

其中，多槽孔浮动带动盘232的中央孔中容置第二滚动元件2011。

其中，多槽孔浮动带动盘232的外缘上设有多个槽孔2321，槽孔2321内均容置有第一滚动元件201。在第一滚动元件201的中央孔中穿设有传动轴202，传动轴202的另一端联接一具单向离合功能的第一动力输出座304。

其中，具单向离合功能的第一动力输出座304的中央孔容置着第二单向离合机构500。

其中，具单向离合功能的第一动力输出座304的外缘与第一动力输出外环400之间容置第一单向离合机构300。

其中，拨杆620的一端固接在拨杆座610上，另一端插入第一单向离合机构300的第一异形槽403内，位于第三滚动元件310的一侧。拨杆座610的中央孔中容置第三单向离合机构600。

其中，具单向离合功能的第一动力输出座304与具单向离合功能的拨杆座610的中央孔中所容置的第二单向离合机构500及 第三单向离合机构600套接在一中空轴350上，中心轴25穿设在中空轴350内，并与其固接为一体。

其中该具单向离合功能的第一动力输出座304与具单向离合功能的拨杆座610的中央孔中所容置的第二单向离合机构设置于一中心轴上。

其中，活动偏心环2211与电动机22的动力输出部221之间所容置的第一弹性元件203上设置一限缩结构204。

为进一步提升产品的应用，前述变速装置23的第一动力输出座304与欲带动的第一动力输出外环400之间设置第一单向离合机构300，如图3所示，无段变速系统动力输出部剖面示意图，其是在第一动力输出座304与第一动力输出外环400之间设置第一单向离合机构300，包括第一异形槽403、第三滚动元件310、第二弹性元件320。此亦为习用的单向离合机构，其功能为使第一动力输出外环400作单向离合旋转，进而带动联接物或轮圈电动机的轮壳21作单向离合旋转。

再更进一步能让联接物或轮圈电动机可以轻易的让第一动力输出座304与第一动力输出外环400的第一单向离合机构300脱离卡合，以方便无动力时的后退转动，于第一单向离合结构300的第一异形槽403内插设一拨杆620，如图5、图6A及图6B所示，图6A及图6B其是包括第一动力输出座304、第一动力输出外环400、第三滚动元件310、第二弹性元件320及拨杆620，拨杆620的一端固接在拨杆座610上，另一端容置在第一动力输出座304的第一异形槽403与第一动力输出外环400之间。拨杆座610的中央孔中容置第三单向离合机构600，固定在一中空轴350上。插设在第一异形槽403中的拨杆620，位于第三滚动元件310的一侧，只能作单向旋转而不能后退。当电动机22动力输出而带动第一动力输出座304时，如图示箭头方向往前转动，推挤第三滚动元件310往第一异形槽403狭窄处卡塞而同时带动第一动力输出外环400往前转动。因第一动力输出座304亦只作单向动作，只能往前转动，因此当第一动力输出外环400受第一动力输出座304带动往前转动，如果第一动力输出外环400往前转动的速度快于第一动力输出座304的速度时，第三滚动元件310则被其带动推往第一异形槽403较宽处，达成脱离效果。此为习知的单向离合机构动作原理。然而当第一动力输出环400想要后退时就非常困难，因被第三滚动元件310所卡塞住，此时的拨杆620就能发挥脱离的功能。拨杆620受第三单向离合机构600的单向限制只能往图示箭头方向位移，亦即第一动力输出座304旋转时，会同时带着拨杆620往箭头方向旋转。当电动机22停止动力输出时，第一动力输出座304亦在停止状态，插设于第三滚动元件310一侧的拨杆620亦为静止状态，此时若将第一动力输出外环400以外力向图示箭头反方向往后推动，第三滚动元件310受第一动力输出环400拖动而碰触到不动的拨杆620而往第一异形槽403较宽阔的地方位移。如图6B的位移状态而使第一动力输出座304与第一动力输出外环400完全脱离。此时第一动力输出外环400就可如图示箭头方向自由的后转或前移而达到与第一动力输出座304完全脱离的目的。例如在电动车要后退时轮壳21能与无段变速的传动系统如第一动力输出外环400脱离而无阻力时，将非常的省力、省电的实用性。

拨杆座610上的拨杆620所插设的第一单向离合机构300形态很多，例如图7所示，其包括第二动力输出座3041、棘爪槽660、棘爪640、第三弹性元件3201、中心轴孔251。此结构为习知单向离合器构造，卡扣状态如卡扣处6601。拨杆座610的拨杆620插设在棘爪640的上端，棘爪640如拨动前状态11，具单向离合功能的拨杆620不动，第二动力输出外环4001往图示箭头方向8推动时，棘爪640会受拨杆620的顶压而向异形槽孔内凹方向往内缩并固定如内缩状态12，此时第二动力输出座3041与第二动力输出外环4001则完全脱离状态。单向功能的离合结构形态很多，如单向轴承、单向离合器、超越离合器等。举凡零件的等同置换，目的相同皆为本发明的范畴。

Claims (11)

1.一种无段变速系统，其特征在于：包括穿设在中心轴(25)上的电动机(22)及变速装置(23)，变速装置包括多槽孔浮动带动盘(232)及一具单向离合功能的第一动力输出座(304)，多槽孔浮动带动盘(232)通过其中央孔套接在电动机(22)的动力输出部(221)上，所述多槽孔浮动带动盘(232)与动力输出部(221)之间设有活动偏心环(2211)，在活动偏心环(2211)与动力输出部(221)之间容置有第一弹性元件(203)；所述多槽孔浮动带动盘(232)的外缘上均布有多个槽孔(2321)，其内均容置有第一滚动元件(201)，在第一滚动元件(201)的中央孔中穿设有传动轴(202)，传动轴(202)的另一端联接套接在中心轴(25)上的第一动力输出座(304)，该第一动力输出座(304)位于多槽孔浮动带动盘(232)的一侧，与多槽孔浮动带动盘(232)连动；电动机(22)的动力输出部(221)为动力源、套接在中心轴(25)上，带动活动偏心环(2211)与多槽孔浮动带动盘(232)转动，进而带动第一动力输出座(304)输出动力。

2.按权利要求1所述的无段变速系统，其特征在于：所述第一弹性元件(203)上设有轴柱或U型铁形式的限缩结构(204)。

3.按权利要求1所述的无段变速系统，其特征在于：在多槽孔浮动带动盘(232)的中央孔中加设有第二滚动元件(2011)，活动偏心环(2211)容置在第二滚动元件(2011)与动力输出部(221)之间，在活动偏心环(2211)与动力输出部(221)之间设有第一弹性元件(203)。

4.按权利要求1所述的无段变速系统，其特征在于：所述第一动力输出座(304)为盘状体，圆周上均布有供传动轴(202)穿入的轴孔(250)，第一动力输出座(304)的外缘上设有第一动力输出外环(400)，两者之间容置有第一单向离合机构(300)，在第一动力输出座(304)的中央孔与中心轴(25)之间容置有第二单向离合机构(500)。

5.按权利要求4所述的无段变速系统，其特征在于：所述第二单向离合机构(500)直接套在中心轴(25)上，并与中心轴(25)相固接为一体。

6.按权利要求4所述的无段变速系统，其特征在于：所述第二单向离合机构(500)与中心轴(25)之间加设有中空轴(350)，其套在中心轴(25)上，与中心轴(25)相固接为一体。

7.按权利要求1所述的无段变速系统，其特征在于：在第一动力输出座(304)的一侧设有套接在中心轴(25)上的拨杆座(610)，其与第一动力输出座(304)相对的圆周表面上均布有多个拨杆(620)，拨杆(620)的另一端插入第一单向离合机构(300)内；在拨杆座(610)的中央孔与中心轴(25)之间容置有第三单向离合机构(600)。

8.按权利要求7所述的无段变速系统，其特征在于：所述第三单向离合机构(600)直接套在中心轴(25)上，并与中心轴(25)相固接为一体。

9.按权利要求7所述的无段变速系统，其特征在于：所述第三单向离合机构(600)与中心轴(25)之间加设有中空轴(350)，其套在中心轴(25)上，与中心轴(25)相固接为一体。

10.一种带有按权利要求1至9所述无段变速系统的轮圈电动机，其特征在于：包括轮壳(21)、壳盖(212)、电动机(22)及变速装置(23)，电动机(22)及变速装置(23)容置在轮壳(21)内，变速装置(23)的第一动力输出座(304)与轮壳(21)的内壁相联接，电动机(22)的动力输出通过第一动力输出座(304)带动轮壳(21)及壳盖(212)旋转。

11.按权利要求10所述的具有无段变速系统的轮圈电动机，其特征在于：轮壳(21)与壳盖(212)组成一中空壳体，中心轴(25)穿设在中空壳体的两侧，电动机(22)及变速装置(23)套接在中心轴(25)上。

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