CN107070070B - 一种变矩电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变矩电机，属于电机技术领域。它解决了电机难以变速变矩等技术问题。一种变矩电机，电机包括机芯、机壳、输出轴和传动轴，输出轴上固定设置有直径不同的一档内齿圈、二档内齿圈和三档内齿圈，传动轴上转动连接有与一档内齿圈、二档内齿圈和三档内齿圈对应的齿轮一、齿轮二和齿轮三，通孔内插设有一换档轴，换档轴上固定设置有与一档内齿圈、二档内齿圈和三档内齿圈对应的凸轮一、凸轮二和凸轮三，通孔内设置有与凸轮一、凸轮二和凸轮三一一对应的离合结构，离合结构能够通过凸轮一、凸轮二和凸轮三选择性的驱使齿轮一或齿轮二或齿轮三与传动轴锁止。本发明具有可以实现高速降矩、低速增矩等优点。

Description

一种变矩电机

技术领域

本发明属于电机技术领域，涉及一种变矩电机。

背景技术

电机是最为常用的动力输出设备，然而，一般而言，一个电机只能对于一个转速和一个扭矩，通过电流的控制虽然可以至其扭矩的变化，由于是通过动力输出的变化实现的变速或者变矩，都不能减速增扭、提速降扭。

传统的变速器等设备，与电机配合后也能够实现减速增扭、提速降扭，但是其结构复杂，成本极高，而且对传动部件的制造工艺的要求也极为严苛，不利于工业生产和市场推广。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种变矩电机，本发明所要解决的技术问题是如何实现变矩变速。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种变矩电机，其特征在于，电机包括机芯、机壳、输出轴和传动轴，所述输出轴上固定设置有直径不同的一档内齿圈、二档内齿圈和三档内齿圈，所述传动轴上转动连接有与一档内齿圈、二档内齿圈和三档内齿圈对应的齿轮一、齿轮二和齿轮三，所述齿轮一和一档内齿圈啮合，所述齿轮二与二档内齿圈啮合，所述齿轮三与三档内齿圈啮合，所述传动轴内具有一个中空的通孔，所述通孔内插设有一换档轴，所述换档轴上固定设置有与一档内齿圈、二档内齿圈和三档内齿圈对应的凸轮一、凸轮二和凸轮三，所述通孔内设置有与凸轮一、凸轮二和凸轮三一一对应的离合结构，所述离合结构能够通过凸轮一、凸轮二和凸轮三选择性的驱使齿轮一或齿轮二或齿轮三与传动轴锁止。

电机带动输出轴旋转，输出轴上的一档内齿圈、二档内齿圈和三档内齿圈分别与齿轮一、齿轮二和齿轮三处于常啮合状态，齿轮一、齿轮二和齿轮三滑动连接在传动轴上，传动轴上设置的离合结构能够通过控制换档轴，从而通过凸轮一、凸轮二和凸轮三分别使齿轮一或齿轮二或齿轮三与传动轴锁止，即，将输出轴的扭矩传递至传动轴，从而实现动力的输出。

由于齿轮一、齿轮二和齿轮三直径不一，从输出轴通过不同直径的齿轮传递至传动轴上的扭矩就不一样，对应的，其传动的转速也不相同，从而实现变矩变速。

在上述的一种变矩电机中，所述离合结构包括若两个开设在传动轴上的导向孔，两个所述导向孔处于与通孔的轴线垂直的直线上，所述导向孔内设置有一导向柱，所述齿轮一、齿轮二和齿轮三的内壁上设置有与导向柱对应的凹口；所述导向柱与通孔的内壁之间连接有处于压缩状态下的复位弹簧；所述凸轮一的两个凸点的连线与凸轮二的两个凸点的连线之间呈120°夹角，所述凸轮一的两个凸点的连线与凸轮三的两个凸点的连线之间呈240°夹角。

凸轮一的两个凸点能够驱使对应的导向柱在导向孔内移动，从而插入对应的凹口内，即，齿轮一和传动轴锁止，实现一档动力传输；旋转换档轴120°，使凸轮二的两个凸点能够驱使对应的导向柱在导向孔内移动，从而插入对应的凹口内，即，齿轮二和传动轴锁止，实现二档动力传输；再次同向旋转换档轴120°，凸轮三的两个凸点能够驱使对应的导向柱在导向孔内移动，从而插入对应的凹口内，即，齿轮三和传动轴锁止，实现三档动力传输。

在复位弹簧的作用下，离开凸点的导向柱能够退出对应的凹口，使对应的齿轮与传动轴之间实现分离。

在上述的一种变矩电机中，所述一档内齿圈的直径大于二档内齿圈的直径，所述二档内齿圈的直径大于三档内齿圈的直径，所述一档内齿圈和二档内齿圈分别有两个，所述三档内齿圈有一个，所述一档内齿圈和二档内齿圈对应设置在三档内齿圈的两侧。

齿轮一、齿轮二和齿轮三的对称设置，能够提高传动的稳定性，一档和二档属于高速档，其扭矩较小，但是转动速度较快，为了提高其平稳性，同时保障各部件的强度，设置有两个一档内齿圈和两个二档内齿圈。

在上述的一种变矩电机中，所述齿轮一、齿轮二和齿轮三的内壁上均均匀设置有若干内壁呈球面的滑槽一，所述传动轴上设置有一滑槽一对应的滑槽二，所述滑槽二的内壁呈球面，所述滑槽二与对应的滑槽一之间设置有一滚珠。

齿轮一、齿轮二和齿轮三与传动轴之间的滑动连接，采用类似滚动轴承的结构，与之不同的是，本结构更加简单，而且能够适应导向孔的设置，同时能够简单的实现传动轴与齿轮一、齿轮二和齿轮三的锁止。

在上述的一种变矩电机中，所述齿轮一、齿轮二和齿轮三上的滑槽一均有两圈。转动的平稳性更好，将导向孔设置在两圈滑槽一之间，使结构更加紧凑、可靠。

在上述的一种变矩电机中，所述凸轮一、凸轮二和凸轮三的外廓呈椭圆状。

在上述的一种变矩电机中，所述传动轴的内壁上开设有一环形的限位槽，所述限位槽的侧壁上均匀设置有三个定位孔，所述传动轴上套设有一轴套，所述轴套上固定设置有一挡圈，所述挡圈能够在所述限位槽内沿换档轴的轴线移动，所述挡圈上设置有与定位孔一一对应的定位销；所述换档轴与所述轴承之间通过花键连接。

旋转轴承，在花键一和花键二的啮合作用下，轴套带动换档轴旋转，使换档轴相对传动轴转动一定角度，选择对应的档位的定位孔，使定位销插入定位孔内，回拉轴套，将换档轴与传动轴定位，实现换档。

在上述的一种变矩电机中，所述轴套上具有一环形的避让槽，所述传动轴上固定设置有一支撑套，所述支撑套与所述避让槽的底部之间设置有处于拉伸状态下的防脱弹簧。

在换档完成后，防脱弹簧回拉轴套，使定位销插入定位孔内，保障换档轴与传动轴锁止。

在上述的一种变矩电机中，所述传动轴与换档轴的一端之间通过一平面轴承相连。平面轴承一方面将换档轴的轴向位置固定，另一方面提高了换档的轻便性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、由于齿轮一、齿轮二和齿轮三直径不一，从输出轴通过不同直径的齿轮传递至传动轴上的扭矩就不一样，对应的，其传动的转速也不相同，从而实现变矩变速。

2、齿轮一、齿轮二和齿轮三与传动轴之间的滑动连接，采用类似滚动轴承的结构，与之不同的是，本结构更加简单，而且能够适应导向孔的设置，同时能够简单的实现传动轴与齿轮一、齿轮二和齿轮三的锁止。

3、旋转轴承，在花键一和花键二的啮合作用下，轴套带动换档轴旋转，使换档轴相对传动轴转动一定角度，选择对应的档位的定位孔，使定位销插入定位孔内，回拉轴套，将换档轴与传动轴定位，实现换档。

附图说明

图1是本变矩电机的整体结构示意图。

图2是变矩电机中输出轴与传动轴之间的连接结构示意图。

图3是图2中A方向上的截面图。

图4是换档轴的结构示意图。

图5是图2中局部B的放大图。

图6是图2中局部C的放大图。

图7是图3中局部D的放大图。

图8是图6中E方向上的截面图。

图中，11、机壳；12、输出轴；13、传动轴；14、通孔；15、换档轴；21、一档内齿圈；22、二档内齿圈；23、三档内齿圈；31、齿轮一；32、齿轮二；33、齿轮三；41、凸轮一；42、凸轮二；43、凸轮三；51、导向孔；52、导向柱；53、凹口；54、复位弹簧；61、滑槽一；62、滑槽二；63、滚珠；71、限位槽；72、定位孔；73、轴套；74、挡圈；75、定位销；76、避让槽；77、支撑套；78、防脱弹簧；8、平面轴承。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，变矩电机包括机芯、机壳11、输出轴12和传动轴13，输出轴12上固定设置有直径不同的一档内齿圈21、二档内齿圈22和三档内齿圈23，传动轴13上转动连接有与一档内齿圈21、二档内齿圈22和三档内齿圈23对应的齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33，齿轮一31和一档内齿圈21啮合，齿轮二32与二档内齿圈22啮合，齿轮三33与三档内齿圈23啮合，传动轴13内具有一个中空的通孔14，通孔14内插设有一换档轴15，换档轴15上固定设置有与一档内齿圈21、二档内齿圈22和三档内齿圈23对应的凸轮一41、凸轮二42和凸轮三43，通孔14内设置有与凸轮一41、凸轮二42和凸轮三43一一对应的离合结构，离合结构能够通过凸轮一41、凸轮二42和凸轮三43选择性的驱使齿轮一31或齿轮二32或齿轮三33与传动轴13锁止。

电机带动输出轴12旋转，输出轴12上的一档内齿圈21、二档内齿圈22和三档内齿圈23分别与齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33处于常啮合状态，齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33滑动连接在传动轴13上，传动轴13上设置的离合结构能够通过控制换档轴15，从而通过凸轮一41、凸轮二42和凸轮三43分别使齿轮一31或齿轮二32或齿轮三33与传动轴13锁止，即，将输出轴12的扭矩传递至传动轴13，从而实现动力的输出。

由于齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33直径不一，从输出轴12通过不同直径的齿轮传递至传动轴13上的扭矩就不一样，对应的，其传动的转速也不相同，从而实现变矩变速。

如图2、图3、图4、图5和图7所示，离合结构包括若两个开设在传动轴13上的导向孔51，两个导向孔51处于与通孔14的轴线垂直的直线上，导向孔51内设置有一导向柱52，齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33的内壁上设置有与导向柱52对应的凹口53；导向柱52与通孔14的内壁之间连接有处于压缩状态下的复位弹簧54；凸轮一41的两个凸点的连线与凸轮二42的两个凸点的连线之间呈120°夹角，凸轮一41的两个凸点的连线与凸轮三43的两个凸点的连线之间呈240°夹角；凸轮一41的两个凸点能够驱使对应的导向柱52在导向孔51内移动，从而插入对应的凹口53内，即，齿轮一31和传动轴13锁止，实现一档动力传输；旋转换档轴15120°，使凸轮二42的两个凸点能够驱使对应的导向柱52在导向孔51内移动，从而插入对应的凹口53内，即，齿轮二32和传动轴13锁止，实现二档动力传输；再次同向旋转换档轴15120°，凸轮三43的两个凸点能够驱使对应的导向柱52在导向孔51内移动，从而插入对应的凹口53内，即，齿轮三33和传动轴13锁止，实现三档动力传输；在复位弹簧54的作用下，离开凸点的导向柱52能够退出对应的凹口53，使对应的齿轮与传动轴13之间实现分离。

一档内齿圈21的直径大于二档内齿圈22的直径，二档内齿圈22的直径大于三档内齿圈23的直径，一档内齿圈21和二档内齿圈22分别有两个，三档内齿圈23有一个，一档内齿圈21和二档内齿圈22对应设置在三档内齿圈23的两侧；齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33的对称设置，能够提高传动的稳定性，一档和二档属于高速档，其扭矩较小，但是转动速度较快，为了提高其平稳性，同时保障各部件的强度，设置有两个一档内齿圈21和两个二档内齿圈22；齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33的内壁上均均匀设置有若干内壁呈球面的滑槽一61，传动轴13上设置有一滑槽一61对应的滑槽二62，滑槽二62的内壁呈球面，滑槽二62与对应的滑槽一61之间设置有一滚珠63；齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33与传动轴13之间的滑动连接，采用类似滚动轴承的结构，与之不同的是，本结构更加简单，而且能够适应导向孔51的设置，同时能够简单的实现传动轴13与齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33的锁止。

齿轮一31、齿轮二32和齿轮三33上的滑槽一61均有两圈；转动的平稳性更好，将导向孔51设置在两圈滑槽一61之间，使结构更加紧凑、可靠；凸轮一41、凸轮二42和凸轮三43的外廓呈椭圆状。

如图2、图6和图8所示，传动轴13的内壁上开设有一环形的限位槽71，限位槽71的侧壁上均匀设置有三个定位孔72，传动轴13上套设有一轴套73，轴套73上固定设置有一挡圈74，挡圈74能够在限位槽71内沿换档轴15的轴线移动，挡圈74上设置有与定位孔72一一对应的定位销75；换档轴15与轴承之间通过花键连接；旋转轴承，在花键一和花键二的啮合作用下，轴套73带动换档轴15旋转，使换档轴15相对传动轴13转动一定角度，选择对应的档位的定位孔72，使定位销75插入定位孔72内，回拉轴套73，将换档轴15与传动轴13定位，实现换档。

轴套73上具有一环形的避让槽76，传动轴13上固定设置有一支撑套77，支撑套77与避让槽76的底部之间设置有处于拉伸状态下的防脱弹簧78；在换档完成后，防脱弹簧78回拉轴套73，使定位销75插入定位孔72内，保障换档轴15与传动轴13锁止。

传动轴13与换档轴15的一端之间通过一平面轴承8相连；平面轴承8一方面将换档轴15的轴向位置固定，另一方面提高了换档的轻便性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种变矩电机，其特征在于，电机包括机芯、机壳（11）、输出轴（12）和传动轴（13），所述输出轴（12）上固定设置有直径不同的一档内齿圈（21）、二档内齿圈（22）和三档内齿圈（23），所述传动轴（13）上转动连接有与一档内齿圈（21）、二档内齿圈（22）和三档内齿圈（23）对应的齿轮一（31）、齿轮二（32）和齿轮三（33），所述齿轮一（31）和一档内齿圈（21）啮合，所述齿轮二（32）与二档内齿圈（22）啮合，所述齿轮三（33）与三档内齿圈（23）啮合，所述传动轴（13）内具有一个中空的通孔（14），所述通孔（14）内插设有一换档轴（15），所述换档轴（15）上固定设置有与一档内齿圈（21）、二档内齿圈（22）和三档内齿圈（23）对应的凸轮一（41）、凸轮二（42）和凸轮三（43），所述通孔（14）内设置有与凸轮一（41）、凸轮二（42）和凸轮三（43）一一对应的离合结构，所述离合结构能够通过凸轮一（41）、凸轮二（42）和凸轮三（43）选择性的驱使齿轮一（31）或齿轮二（32）或齿轮三（33）与传动轴（13）锁止；

所述离合结构包括若两个开设在传动轴（13）上的导向孔（51），两个所述导向孔（51）处于与通孔（14）的轴线垂直的直线上，所述导向孔（51）内设置有一导向柱（52），所述齿轮一（31）、齿轮二（32）和齿轮三（33）的内壁上设置有与导向柱（52）对应的凹口（53）；所述导向柱（52）与通孔（14）的内壁之间连接有处于压缩状态下的复位弹簧（54）；所述凸轮一（41）的两个凸点的连线与凸轮二（42）的两个凸点的连线之间呈120°夹角，所述凸轮一（41）的两个凸点的连线与凸轮三（43）的两个凸点的连线之间呈240°夹角；

凸轮一（41）的两个凸点能够驱使对应的导向柱（52）在导向孔（51）内移动， 从而插入对应的凹口（53）内，即齿轮一（31）和传动轴（13）锁止，实现一档动力传输；旋转换档轴（15）120°，使凸轮二（42）的两个凸点能够驱使对应的导向柱（52）在导向孔（51）内移动，从而插入对应的凹口（53）内，即齿轮二（32）和传动轴（13）锁止，实现二档动力传输；再次同向旋转换档轴 （15）120°，凸轮三（43）的两个凸点能够驱使对应的导向柱（52）在导向孔（51）内移动，从而插入对应的凹口（53）内，即齿轮三（33）和传动轴（13）锁止，实现三档动力传输；在复位弹簧（54）的作用下，离开凸点的导向柱（52）能够退出对应的凹口（53），使对应的齿轮与传动轴（13）之间实现分离；

所述一档内齿圈（21）的直径大于二档内齿圈（22）的直径，所述二档内齿圈（22）的直径大于三档内齿圈（23）的直径，所述一档内齿圈（21）和二档内齿圈（22）分别有两个，所述三档内齿圈（23）有一个，所述一档内齿圈（21）和二档内齿圈（22）对应设置在三档内齿圈（23）的两侧；

所述齿轮一（31）、齿轮二（32）和齿轮三（33）的内壁上均均匀设置有若干内壁呈球面的滑槽一（61），所述传动轴（13）上设置有一滑槽一（61）对应的滑槽二（62），所述滑槽二（62）的内壁呈球面，所述滑槽二（62）与对应的滑槽一（61）之间设置有一滚珠（63）；

所述传动轴（13）与换档轴（15）的一端之间通过一平面轴承（8）相连。

2.根据权利要求1所述一种变矩电机，其特征在于，所述齿轮一（31）、齿轮二（32）和齿轮三（33）上的滑槽一（61）均有两圈。

3.根据权利要求2所述一种变矩电机，其特征在于，所述凸轮一（41）、凸轮二（42）和凸轮三（43）的外廓呈椭圆状。

4.根据权利要求3所述一种变矩电机，其特征在于，所述传动轴（13）的内壁上开设有一环形的限位槽（71），所述限位槽（71）的侧壁上均匀设置有三个定位孔（72），所述传动轴（13）上套设有一轴套（73），所述轴套（73）上固定设置有一挡圈（74），所述挡圈（74）能够在所述限位槽（71）内沿换档轴（15）的轴线移动，所述挡圈（74）上设置有与定位孔（72）一一对应的定位销（75）；所述换档轴（15）与轴承之间通过花键连接。

5.根据权利要求4所述一种变矩电机，其特征在于，所述轴套（73）上具有一环形的避让槽（76），所述传动轴（13）上固定设置有一支撑套（77），所述支撑套（77）与所述避让槽（76）的底部之间设置有处于拉伸状态下的防脱弹簧（78）。

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