CN101110537A - 具单向齿轮的变速系统及带有该变速系统的轮圈马达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及马达上的变速系统，具体地说是一种具单向齿轮的变速系统，包括电动马达、传动轴、多槽孔带动盘、动力输出部及一单向齿轮组，传动轴为电动马达的动力输出源，多槽孔带动盘套接在传动轴上，与传动轴连动，在多槽孔带动盘的中央孔与传动轴之间设有活动偏心环；单向齿轮组位于电动马达与多槽孔带动盘之间、联接于多槽孔带动盘，动力输出部联接于多槽孔带动盘的另一侧。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目的排档变换自如，骑乘舒适也节能，是从事此行业最希望突破的技术领域。

Description

具单向齿轮的变速系统及带有该变速系统的轮圈马达

技术领域

本发明涉及马达上的变速系统，具体地说是一种具单向齿轮的变速系统。

背景技术

习知的变速系统，一般常见为行星齿轮减速器、皮带或链条传动方式来减速，但都受限于设计的空间。若想齿轮比增大就得采用多层齿轮传动方式，相对的体积加大，同时也降低很多的传动效率，且只能以单一速度的传输，增加不少能源的消耗和材料的成本，从事电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具单向齿轮的变速系统，装置在马达的动力输出端，可依马达传动的扭力大小以改变变速系统以不同半径的偏心旋转，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：

本发明包括电动马达、传动轴、多槽孔带动盘、动力输出部及一单向齿轮组，传动轴为电动马达的动力输出源，多槽孔带动盘套接在传动轴上，与传动轴连动，在多槽孔带动盘的中央孔与传动轴之间设有活动偏心环；单向齿轮组位于电动马达与多槽孔带动盘之间、联接于多槽孔带动盘，动力输出部联接于多槽孔带动盘的另一侧。

其中：所述多槽孔带动盘的圆周上设有多个槽孔，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轴柱，其一端联接单向齿轮组，另一端联接动力输出部；在多槽孔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传动轴之间，在活动偏心环与传动轴之间安装有第一弹性元件；所述单向齿轮组由第一行星齿轮与第一环齿轮组成，第一行星齿轮套接在轴柱上，在第一行星齿轮的中央孔与轴柱之间设有单向离合机构；第一行星齿轮与第一环齿轮至少一个齿轮固接在电动马达的定子上；所述动力输出部的圆周上均布有与轴柱相对应的孔，轴柱穿设在孔内，在孔与轴柱之间安装有第三滚动元件；在动力输出部与中心轴之间设有第四滚动元件；在单向齿轮组与电动马达之间加设有定位盘，轴柱经第一行星齿轮延伸穿入定位盘的预设孔中；在电动马达与单向齿轮变速系统之间加设有减速机构，套接在传动轴上；在动力输出部的另一侧加设有增速机构，包括第二行星齿轮及第二环齿轮，第二行星齿轮固接在动力输出部上，在动力输出部圆周上孔穿设的轴柱延伸穿入第二行星齿轮中，第二环齿轮套接在中心轴上，与第二行星齿轮相啮合，第二环齿轮的中央孔与中心轴之间设有第五滚动元件；在第二环齿轮的外缘设有一离合机构；所述离合机构为离心式离合机构，由离心重块、第二弹性元件及棘爪槽组成，离心重块与第二弹性元件设在动力输出部的外缘，棘爪槽设在欲带动运用机构内壁的相对应位置，离心重块一端连接在动力输出部上，另一端为自由端，第二弹性元件固接在离心重块上；

具单向齿轮变速系统的轮圈马达，由轮壳及壳盖组成，为中空壳体，具单向齿轮的变速系统容置在轮圈马达内，中心轴穿设在中空壳体两侧，在动力输出部与轮壳内侧壁之间设有离合机构，动力输出部通过离合机构带动轮圈马达旋转；所述动力输出部固接在轮壳上，与轮壳的中空壳体组成轮圈马达，通过动力输出部直接带动轮圈马达旋转。

本发明的优点与积极效果为：

习知的电动马达只有一种速比，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目的排档变换自如，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1A为本发明具单向齿轮的变速系统剖面图；

图1B为本发明具减速机构的变速系统示意图；

图1C为本发明具增速机构的变速系统示意图；

图2为本发明多槽孔带动盘剖面示意图；

图3A为本发明外环齿单向齿轮组剖面示意图；

图3B为本发明内环齿单向齿轮组剖面示意图；

图4为本发明动力输出部剖面示意图；

图5为本发明单向齿轮变速系统组合示意图；

图6A为本发明离合机构的一种剖面示意图；

图6B为本发明离合机构的又一种剖面示意图；

图6C为本发明离合机构的再一种剖面示意图；

图7A为本发明带有变速系统的轮圈马达的示意图；

图7B为本发明具减速机构的轮圈马达的又一示意图；

图7C为本发明具增速机构的轮圈马达的再一示意图；

图7D为本发明轮圈马达变速系统的另一示意图；

图中，2为轮圈马达，14为单向离合机构，21为轮壳，22为电动马达，23为单向齿轮变速系统，25为中心轴，30为减速机构，40为增速机构，200为马达侧盖，201为第一滚动元件，202为轴柱，203为第一弹性元件，212为壳盖，221为传动轴，232为多槽孔带动盘，2011为第二滚动元件，2211为活动偏心环，2321为槽孔，2411为第二弹性元件，2412为离心重块，2413为棘爪槽，301为第一行星齿轮，302为第一环齿轮，303为第三滚动元件，304为动力输出部，305为第四滚动元件，306为定位盘，3022为内环齿，401为第二行星齿轮，402为第二环齿轮，403为第五滚动元件。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

实施例1

敬请参阅图1A，为一具有单向齿轮的变速系统较佳实施例。为便于说明本发明所采用的技术手段及其功效，请同时参阅图2、图3A、图4及图5，皆是为本发明的组件及组合剖面图，由图中可知整体包括有电动马达22、传动轴221、中心轴25、多槽孔带动盘232、动力输出部304及一单向齿轮组。在本实施例中，传动轴221为中空轴，电动马达22通过传动轴221套在中心轴25上，多槽孔带动盘232套接在作为动力输出源的传动轴221上，与传动轴221连动。在多槽孔带动盘232的中央孔装设有第二滚动元件2011，可为轴承。第二滚动元件2011与传动轴221之间装设一活动偏心环2211，又活动偏心环2211与传动轴221之间设有第一弹性元件203，可为弹簧。多槽孔带动盘232的圆周上设有多个槽孔2321，其内均容置有第一滚动元件201，在第一滚动元件201的中央孔中穿设有轴柱202，其一端穿设于第一行星齿轮301中央孔装设的单向离合机构14的轴孔中，另一端穿设于动力输出部304上与其相对应的第三滚动元件303的轴孔中。其中，第一行星齿轮301又啮合于第一环齿轮302只作单向前进。第一环齿轮302固定在马达侧盖200上，固定不动。第一行星齿轮301与马达侧盖200中夹设一定位盘306，由定位盘306的预设孔穿设轴柱202来让轴柱202定位不摇晃，定位盘306沿着中心轴25旋转。

动力输出部304的圆周上均布有与轴柱202的对应孔，轴柱202穿设在孔内，在孔与轴柱202之间装设第三滚动元件303。动力输出部304的中央孔与中心轴25之间设有第四滚动元件305，绕行着中心轴25回转。当电动马达22的传动轴221输出动力的同时，视动力输出部304欲带动的外部荷重大小、扭力需求、速度快慢，而造成多槽孔带动盘232中央孔中的活动偏心环2211不同受力，进而相对于传动轴221作上下活动位移，改变多槽孔带动盘232的不同半径变化作偏心旋转。动力输出部304受力大时，多槽孔带动盘232偏心度较小，输出扭力较大，速度较慢；动力输出部304受力较小时，多槽孔带动盘232偏心度较大，输出扭力较小，速度较快。

多槽孔带动盘232与电动马达22的传动轴221之间设有第二滚动元件2011以减少两者之间的磨擦阻力，使多槽孔带动盘232旋转更滑顺。活动偏心环2211与传动轴221之间设有第一弹性元件203，让活动偏心环2211相对于传动轴221上下位移时更顺畅。多槽孔带动盘232的槽孔2321容置着第一滚动元件201于其中，一轴柱202贯穿第一滚动元件201的中心孔。在第一滚动元件201的中心孔所穿设的轴柱202两侧，其一端穿设在单向齿轮组的第一行星齿轮301中央孔装设的单向离合机构14的轴孔中，并延伸穿入定位盘306的定位孔中，另一端穿入动力输出部304上与其相对应孔中所设立的第三滚动元件303轴孔中。轴柱202受两侧定位关系作固定圆周绕行于轴心线旋转。第一滚动元件201亦随轴柱202固定在相同的轴心线旋转。而多槽孔带动盘232因受力不同而偏心，旋转时其槽孔2321相对于第一滚动元件201会上下浮动着同时作不同半径旋转，进而带动单向齿轮组的第一行星齿轮301绕行于第一环齿轮302作单向前进。第一环齿轮302固定在电动马达22的马达侧盖200上，马达侧盖在本实施例中为马达的定子为不动体，故第一行星齿轮301对第一环齿轮302作单向卡塞绕行。定位盘306为加强轴柱202的绕行同心度而设置。定位盘306中央孔以较小公差套设于第一环齿轮301的凸缘或马达侧盖200的预设位置上绕行旋转。动力输出部304与中心轴25之间穿设第四滚动元件305，相对于中心轴25回转以达到变速的目的。动力输出部304为单向齿轮变速系统23的动力输出端，其联接于不同的传动机构上作不同用途的运用。

本较佳实施例只为讲述本发明的动作原理，举凡利用此原理作零件置换，皆不脱离本发明的范畴。如单向齿轮组的单向离合机构14可为单向轴承、单向棘轮、超越式离合器等效物。环齿轮亦可为外环齿轮或内环齿轮，请参阅图3A所示，为外环齿单向齿轮组剖面示意图；第一行星齿轮301与轴柱202之间设置单向离合机构14，绕行于第一环齿轮302的外缘旋转(图中第一环齿轮302为外环齿轮)。如图3B所示，为内环齿单向齿轮剖面示意图；第一行星齿轮301与轴柱202之间设置单向离合机构14，绕行于内环齿3022的内缘旋转。单向齿轮组的齿轮不限定任何型式的齿轮，亦不限定为任一齿形和形状。单向离合机构亦可设置在任一齿轮中。其中至少一个齿轮中具有单向离合机构，另一个被啮合的齿轮为固定体。电动马达22可为内转子式或外转子式。传动轴亦可为中空轴或实心轴，可依实际需要设计不同结构，只要动作原理相同即为本发明的技术范围。

实施例2

请参阅图1B所示，为一具减速机构的变速系统示意图。本实施例的结构与实施例1类似，只在电动马达22与单向齿轮变速系统23之间加设一减速机构30，减速机构30为习知的减速机构，在此不多赘述，电动马达22经由减速机构30的减速后，由减速机构的传动轴穿入单向齿轮变速系统23的多槽孔带动盘232的中央孔中，多槽孔带动盘232的轴柱202一端穿入单向齿轮组的第一行星齿轮301中央孔中，另一端穿入动力输出盘304上与其相对应的孔位中，而单向齿轮组的第一环齿轮302在电动马达22与减速机构30的任一不动体上固定不动，动作原理与实施例1相同，增加减速机构30的目的是为减少体积，提高扭力，降低速度来运用在不同用途上。

实施例3

请参阅图1C所示，为一具增速机构的变速系统示意图。本实施例的结构是在实施例2的动力输出部304一侧设置一增速机构40，包括第二行星齿轮401及第二环齿轮402，在动力输出部304预设孔穿设的轴柱202延伸穿入第二行星齿轮401的中心孔中，第二行星齿轮401固定在动力输出部304上，随动力输出部304旋转而不自转。第二环齿轮402套接在中心轴25上，与第二行星齿轮401相啮合，第二环齿轮402的中央孔与中心轴25之间穿设第五滚动元件403绕行旋转，来达到增速目的。本实施例又在增速机构40的第二环齿轮402外缘加设一离合机构，如图6A、图6B、图6C所示，所述离合机构为离心式离合机构，由一离心重块2412、第二弹性元件2411及一棘爪槽2413组成，棘爪槽2413联接到欲带动的运用机构上。减速、变速或增速皆视实际需要来设计运用。

为使本发明的优点及精神能作更进一步的被揭示，再配合较佳应用例作说明；

实施例4

敬请参阅图7A所示，为带有变速系统的轮圈马达的一较佳实施例。

其由一轮圈马达2的壳体及本发明的单向齿轮变速系统23及一离合机构所组成。

其中轮圈马达2由轮壳21及壳盖212所组成，为中空壳体，具单向齿轮的变速系统容置在轮圈马达内，中心轴25分别由轮壳21及壳盖212穿出，借由电动马达22的动力输出而使轮圈马达回转。轮壳21内侧壁上与动力输出部304之间设置一离合机构。请参阅图6A、图6B及图6C，离合机构为重力离心块离合机构，是由离心重块2412、第二弹性元件2411、棘爪槽2413所组成。离心重块2412与第二弹性元件2411设置于动力输出部304的外缘，棘爪槽2413设置于轮圈马达2的轮壳21内壁的相对应位置上。其中第二弹性元件2411安装在离心重块2412的一端上，随着离心力的大小变化，离心重块2412会如图示箭头所示方向上下移动，改变与棘爪槽2413的卡合状态。图6A、图6B、图6C重力离心块离合机构为三种不同形式的装置方式。图6A中，离心重块2412一端扣在动力输出部304上，另一端与动力输出部304间由第二弹性元件2411扣拉着。图6B中，离心重块2412扣在动力输出部304上，由一可调整压力值的第二弹性元件2411抵压着，图中所示的第二弹性元件2411可为一弹簧结构2414。图6C中，第二弹性元件2411为一弹性压板，弹性压板的一端扣在动力输出部304上，离心重块2412穿设在弹性压板的另一端。在这三个较佳实施例中可知离合机构的形状很多，零件皆可均等置换，目的皆为利用离心力原理让离心重块甩出卡合在棘爪槽2413上，而达到离合动作功能。单向齿轮变速系统23如前述动作原理，由多槽孔带动盘232传动电动马达22的输出扭力来改变活动偏心环2211偏心角度作不同偏心半径旋转，同时传动单向齿轮组及动力输出部304作不同转速旋转。当动力输出部304旋转时造成的离心力大于第二弹性元件2411预设的弹力时，离心重块2412即会向外甩出与棘爪槽2413卡合旋转。离心力减弱而小于第二弹性元件2411预设的弹力时，离心重块2412即会受到第二弹性元件2411的弹力向内收回，停止带动轮壳21转动，让轮壳21与单向齿轮变速系统23完成脱离。当然离合机构种类繁多举例如上述，其目的在于让动力输出部304与轮壳21有离合的功能，如离心式活动机构、滚柱型离合机构、滚珠型离合机构、异形片型离合机构、棘轮式离合机构等习知结构。

实施例5

请参阅图7B所示，为具减速机构的轮圈马达的又一较佳实施例剖面示意图；其结构与实施例3大致相同，不同之处在于：电动马达22与单向齿轮变速系统23之间加装一习知技术的减速机构30如图1B所示，具减速机构的变速系统相同，目的为减轻马达重量和缩小体积。

实施例6

请参阅图7C所示，为具增速机构的轮圈马达再一较佳实施例剖面示意图；其在动力输出部304外侧装置一增速机构40。增速机构40由多个第二行星齿轮401与第二环齿轮402所构成。多个第二行星齿轮401固定在动力输出部304外侧，随着动力输出部304回转，但不自转。第二环齿轮402与第二行星齿轮401啮合，其中央孔与中心轴25之间设有第五滚动元件403，相对于中心轴25的轴心线回转。第二环齿轮402的外缘可联结一离心重块2412与第二弹性元件2411。离心重块2412的相对位置即轮壳21的内壳壁设置一棘爪槽2413而构成一离心机构如图6A、图6B、图6C离心重块离心机构较佳实施例所揭示的动作方式带动轮圈马达旋转。借此，当电动马达22动力输出时依序传动单向齿轮变速系统23与多个第二行星齿轮401，借由啮合第二环齿轮402转动同时间接或直接带动轮圈马达回转。

实施例7

视用途需要也可以不用离合机构，直接将环齿轮402琐合在轮圈马达2的壳体上直接带动轮圈马达2旋转。请参阅图7D轮圈马达变速系统另一较佳实施例示意图，其结构与实施例4相似，仅为节省成本或运用不同而将动力输出部304直接琐合在轮圈马达2的壳体上直接带动轮圈马达2旋转。亦可视空间、成本、结构的需要，更进一步以动力输出部304直接设计为轮圈马达2的壳盖使用。上述减速、增速皆视产品不同而设计，例如应用在电动轮椅车或电动手推车上的速度不需要太快。但应用在电动机车或电动汽车上则需要较快速度。故以产品实际需要而取舍。增速机构或减速机构皆为习知技术，在本发明的实施例中仅以示意图来表达，不多赘述。举凡零件等同置换，目的相同皆为本发明的范畴。上述详细说明为针对本发明的较佳实施例说明而已，该实施例并非用以局限本发明的申请专利范围，故举凡其它未脱离本发明所揭示的技艺精神下所完成的均等变化与零件修饰变更，均应包含于本发明所涵盖的专利范围中。

综上所述，本发明的单向齿轮变速系统，经本发明人十多年的电动车生产实际经验，诚为一实用性优异的发明，可有效改善现有电动车只有单速齿轮比的缺点。

Claims (10)

1.一种具单向齿轮的变速系统，其特征在于：包括电动马达(22)、传动轴(221)、多槽孔带动盘(232)、动力输出部(304)及一单向齿轮组，传动轴(221)为电动马达(22)的动力输出源，多槽孔带动盘(232)套接在传动轴(221)上，与传动轴(221)连动，在多槽孔带动盘(232)的中央孔与传动轴(221)之间设有活动偏心环(2211)；单向齿轮组位于电动马达(22)与多槽孔带动盘(232)之间、联接于多槽孔带动盘(232)，动力输出部(304)联接于多槽孔带动盘(232)的另一侧。

2.按权利要求1所述的具单向齿轮的变速系统，其特征在于：所述多槽孔带动盘(232)的圆周上设有多个槽孔(2321)，其内均容置有第一滚动元件(201)，在第一滚动元件(201)的中央孔中穿设有轴柱(202)，其一端联接单向齿轮组，另一端联接动力输出部(304)；在多槽孔带动盘(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)与传动轴(221)之间，在活动偏心环(2211)与传动轴(221)之间安装有第一弹性元件(203)。

3.按权利要求1所述的具单向齿轮的变速系统，其特征在于：所述单向齿轮组由第一行星齿轮(301)与第一环齿轮(302)组成，第一行星齿轮(301)套接在轴柱(202)上，在第一行星齿轮(301)的中央孔与轴柱(202)之间设有单向离合机构(14)；第一行星齿轮(301)与第一环齿轮(302)至少一个齿轮固接在电动马达(22)的定子上。

4.按权利要求1所述的具单向齿轮的变速系统，其特征在于：所述动力输出部(304)的圆周上均布有与轴柱(202)相对应的孔，轴柱(202)穿设在孔内，在孔与轴柱(202)之间安装有第三滚动元件(303)；在动力输出部(304)与中心轴(25)之间设有第四滚动元件(305)。

5.按权利要求1所述的具单向齿轮的变速系统，其特征在于：在单向齿轮组与电动马达(22)之间加设有定位盘(306)，轴柱(202)经第一行星齿轮(301)延伸穿入定位盘(306)的预设孔中。

6.按权利要求1或5所述的具单向齿轮的变速系统，其特征在于：在电动马达(22)与单向齿轮变速系统(23)之间加设有减速机构(30)，套接在传动轴(221)上。

7.按权利要求6所述的具单向齿轮的变速系统，其特征在于：在动力输出部(304)的另一侧加设有增速机构(40)，包括第二行星齿轮(401)及第二环齿轮(402)，第二行星齿轮(401)固接在动力输出部(304)上，在动力输出部(304)圆周上孔穿设的轴柱(202)延伸穿入第二行星齿轮(401)中，第二环齿轮(402)套接在中心轴(25)上，与第二行星齿轮(401)相啮合，第二环齿轮(402)的中央孔与中心轴(25)之间设有第五滚动元件(403)；在第二环齿轮(402)的外缘设有一离合机构。

8.按权利要求7所述的具单向齿轮的变速系统，其特征在于：所述离合机构为离心式离合机构，由离心重块(2412)、第二弹性元件(2411)及棘爪槽(2413)组成，离心重块(2412)与第二弹性元件(2411)设在动力输出部(304)的外缘，棘爪槽(2413)设在欲带动运用机构内壁的相对应位置，离心重块(2412)一端连接在动力输出部(304)上，另一端为自由端，第二弹性元件(2411)固接在离心重块(2412)上。

9.一种带有按权利要求1至8所述的具单向齿轮变速系统的轮圈马达，其特征在于：轮圈马达由轮壳(21)及壳盖(212)组成，为中空壳体，具单向齿轮的变速系统容置在轮圈马达内，中心轴(25)穿设在中空壳体两侧，在动力输出部(304)与轮壳(21)内侧壁之间设有离合机构，动力输出部(304)通过离合机构带动轮圈马达旋转。

10.按权利要求9所述的带有具单向齿轮变速的轮圈马达，其特征在于：所述动力输出部(304)固接在轮壳(21)上，与轮壳(21)的中空壳体组成轮圈马达，通过动力输出部(304)直接带动轮圈马达旋转。

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