CN108884883A - 一种飞轮机构 - Google Patents

Abstract

飞轮机构是以卡爪啮合一浮动齿环，其包含二承载件，同轴且相隔固定距离，两者沿一相对旋转方向共同转动，而于相反方向可分开旋转。二承载件设有一齿环，用以啮合容纳于第一承载件对应纵向收容槽中的纵向卡爪，以固定纵向卡爪纵向轴位置，同时允许其于各纵向收容槽的互锁方向进行轴向滑动，其中互锁方向具有完全相同的轴向、径向及切向分量数值。此机构允许组件的部分解除啮合及随后恢复啮合，由于齿环具有轴向滑动或浮动性，因此能够减少单向转动时的摩擦及噪音，且因构造简单，无需使用工具即可拆卸。

Description

一种飞轮机构

技术领域

本发明是关于旋转驱动机构，其中两枚同轴元件共同向一方向旋转，但分别朝相反方向旋转，可应用于自行车轮毂及其他领域。尤其，本发明是关于包含卡爪的飞轮机构，其卡爪与一滑动的齿环啮合，允许部分机构脱开离合，减少单向转动时的摩擦及噪音。此外，其结构简单，无需工具即可拆卸维护。

背景技术

如自行车活动轮毂等具有卡爪的飞轮机构广泛用于机械领域。

此类应用中包含多种习知机构：US656549A的机构以卡爪圆周啮合一齿环；US6588564B1之机构包括两枚同轴齿环，皆轴向面对斜齿；以及US2843238A中具有滚珠或滚轴的单向轴承，其轴承滚道通常包含楔形突起，借此缩小宽度，从而朝一方向旋转时能够将滚珠或滚轴锁固于所述楔子中，因此轴承得以一体作动，直到反向旋转为止。

后者使用轴承的飞轮因非基于卡齿，故而最为安静，且通常冲程死区最小，所述冲程死区于此情况下对应于当从单向转动移动至扭力传输之时受牵引件锁移动的角度。然而，这种机构必须具备结实的结构，方能支撑为达成特定的切线力量而由楔子效应造成的巨大径向力量。这一结实结构对于如自行车等在重量及/或体积方面具有极大技术限制的领域往往成为无法克服的难题。

具有同轴齿环的飞轮则不受此限，因而广泛用于自行车，其啮合力主要为切线方向，因此有助于实现精巧轻量之设计。此种用于轴向传输之同轴齿环通常于一面(滑动面)设有斜坡状的卡齿，卡齿的角度是小至足以允许两枚齿环间的滑脱。至少一所述齿环必须可滑动且受弹簧、磁铁或其他手段朝向另一齿环推压。齿环的滑动手段可进行自由轴向运动。齿面形状为机构运作之关键，各卡齿推动面的斜度必须促进啮合，构成一反向斜面(推动面)，此斜面可迫使两枚齿盘相吸，于传输扭力时完全接触且保持锁固。是以，卡齿是以整体齿面而非仅以其端部进行扭力传输，容易导致卡齿尖端破裂。

此种同轴齿环于制造上难以达成所需品质，使其失之于价格高昂。此外，此类系统的冲程死区最大，因为每片皆分为与碟齿数量相同的部分。在实际使用过程中，许多卡齿在达成例如自行车的高扭力转移上对于适当的啮合及所需的可靠性并无助益；齿环通常具有18枚卡齿，即前后啮合位置之间跨越20°。

最后，标准卡爪飞轮是以卡爪为啮合或锁固元件，并设有齿环，齿环的齿部沿其由一滑动面与一推动面所形成之周边排列。滑动面为斜坡状表面，其角度较小因此能够允许卡爪滑动；推动面违反向斜坡状表面，其能够在扭力传输开始之时，迫使卡爪完全锁固于卡齿中，确保扭力传输是以整个齿面进行，避免力量集中于端部而导致齿尖破损。这种机构同样具有上述类型的优缺点，但因其製造成本低廉，因此可见于各种应用。于此处所述的用途中，其所产生的切线负载会附带造成内部径向啮台力，容易导致是统组件的破损。

在此标准飞轮中，当卡爪是间隔排列而形成两个或更多的啮合群组时，接续啮合位置间的角度跳跃会减少，且死角也随之减少：例如，使用两对卡爪(4枚)交替作用24环齿时，接续卡齿间的分离可从15°减半为7.5°。这一技术解决方案的主要缺点则在于扭力传输所造成的径向力量使得机构的直径与重量无法缩减，再者则是用于将卡爪向齿环方向推压的弹簧暴露在外。只要弹簧因使用而断裂，碎片便会四散在机构内部，导致整个系统损坏。为求简洁，以下将参照于自行车的使用对本发明进行详细说明，应当理解，这些说明不应构成对于本案申请的限制。

发明内容

本发明的主体为一具有卡爪的飞轮机构，卡爪啮合于一齿环，飞轮机构包含两枚间隔固定距离相邻的同轴主元件。两枚主元件同步以其间的相对旋转方向转动，这也就是两枚主元件的驱动方向，并允许相反旋转方向之单向转动。两枚主元件分别是第一承载件(1)及第二承载件(2)。还包括设置于两枚主元件之间的齿环(4)，齿环(4)与呈针状且可沿其纵轴滑动的纵向卡爪(3)啮合。在单向转动时，齿环(4)轴向移动而与第一承载件(1)部分脱开，借此减少摩擦和噪音。

第一承载件(1)在其与第二承载件(2)相邻的区域中包括多个周向设置的纵向收容槽(10)，用于容纳和引导纵向卡爪(3)，每个纵向卡爪(3)是针形的，沿其自身的纵轴(37)滑动到相应的纵向收容槽(10)中，以便与设置在齿环(4)中的齿件(47)啮合或脱离。

齿环(4)能够在对应于非单向转动的第一攫合位置和第二分离位置之间轴向滑动。齿环(4)的轴向位移称为可浮动性。在单向转动期间，齿环(4)保持在第二分离位置，从而减少噪音，摩擦和齿磨损。

两枚承载件(1、2)能够交互担任机构中的驱动件或从动件。为了更加清楚地说明，以下将扭力输入者称为第一承载件(1)，也就是驱动件；将扭力输出者称为第二承载件(2)，也就是从动件。在此亦论及两枚元件间之相对旋转，例如第二承载件(2)相对于第一承载件(1)转动。

就系统中的各点而言，飞轮机构运转的主要方向定义如下：轴向方向(Da)对应于旋转轴(111)；径向方向(Dr)为定义各点位置的半径；而切向方向(Dt)则是正交于前两者，形成顺时针三面结构。现将上述方向的正向定义如下：

-正向轴向方向(Da)为单向转动时第二承载件(2)相对第一承载件(1)的旋转方向。

-正向径向方向(Dr)为自旋转轴(111)外行的方向。

-正向切线方向(Di)对应于与前两者形成顺时针三面体。这也是卡爪(3)作用在齿环(4)上的负载方向。

每个纵向卡爪(3)是针形的并且通过偏置装置(5)从卡爪的纵轴(37)方向上驱动其抵靠齿件(47)。偏置装置(5)可以是扭转弹簧或其他弹性件，磁铁，气动压力或其他可行方式。

每个纵向卡爪(3)在其与齿件(47)相邻的端部中设有啮合件(33)，啮合件(33)设置有横向设置的推动面(332)和与卡爪纵轴(37)正交的滑动面(331。啮合件(33)从纵向收容槽(10)方向向外设置，以便与齿件(47)接触。

每个纵向卡爪(3)还包括引导件(34)，引导件(34)具有与纵向收容槽(10)的内部部分配合的外部部分。因此，因此，纵向收容槽(10)容纳相应的纵向卡爪(3)，纵向卡爪(3)沿着互锁方向(De)固定卡爪纵轴(37)，从而纵向卡爪(3)能够沿该方向滑动。

互锁方向(De)在上述局部Da-Dr-Dt三面体中具有其坐标(Dea，Der，Det)的固定值。因此，对于每个纵向收容槽(10)，定义了局部互锁方向(De)，纵向收容槽(10)具有与局部Da-Dr-Dt三面体中的轴向，径向和切向分量相同的值，因此具有不同的互锁方向的集合(De)对应于所有的纵向收容槽(10)，符合旋转双曲面的直母线。

互锁方向(De)具有可促进此牵引力的主要径向分量，因为扭矩传递是由纵向卡爪(3)和齿件(47)之间的切向推力形成的，更具体地，是通过啮合件(33)的推动面(332)横向地抵靠齿件(47)。此外，互锁方向(De)的切向分量对应于齿件(47)的齿滑动斜率，其足够小以允许纵向卡爪(3)在单向转动时滑过齿件(47)。此外，互锁方向(De)具有足够大的轴向分量，以便于齿环(4)轴向滑动，这是由于齿件(47)在由偏置装置(5)偏置的互锁方向(De)上被纵向卡爪(3)推动的结果，从而齿环(4)能够分离。

第二承载件(2)具有外周表面，第一扭矩承载传递件(200)与布置在齿环(4)的外周表面中的第二扭矩承载传递件(400)配合。这些件使得两个元件共同旋转，且齿环(4)相对于第二承载件(2)轴向滑动，并由决定第二分离位置的轴向限制件(21)限制轴向位移。飞轮机构构造成使得在由第一承载件(1)施加的推力驱动时，齿环(4)经由与第一扭矩承载传递件(400)啮合的第二扭矩承载传递件(200)将扭矩传递到第二承载件(2)。

齿环(4)在与纵向卡爪(3)的接触区域中设有齿件(47)，齿件(47)设有多个凹槽(40)，多个凹槽(40)之间形成周向布置的卡齿(49)。每个凹槽(40)包括两个主表面：位于凹槽(40)底部的滑动表面(41)和侧表面(44)。侧表面(44)还包括外侧表面(421)，推动表面(42)和内侧表面(422)，测表面(44)依据正切向方向(Dt)形成凹表面。

推动表面(42)在正切线方向(Dt)上界定滑动表面(41)并且分别和外侧表面(421)、内侧表面(422)侧面连接，后者位于增加的轴向方向(DA)上。

在每个凹槽(40)中，外侧表面(421)在滑动表面(41)和外侧边缘(4211)之间径向限定。外侧边缘(4211)在前一凹槽(40)的滑动表面(41)的切削边缘中开始，并且大致在相应凹槽(40)的滑动表面(41)的中间结束。

该卡齿(49)可以具有齿尖，因此当连续的凹槽(40)重叠时，每个凹部滑动表面(41)在下一个凹槽(40)的沿着单向转动的方向的推动表面(42)中结束。

在每个凹槽(40)中，当非单向转动时，推动表面(42)与接合在凹槽(40)中的相应的纵向卡爪(3)的啮合件(33)的推动面(332)配合，因此推动表面(42)确保相应纵向卡爪(3)的切向支撑。

而且，每个凹槽(40)的滑动表面(41)基本上垂直于在非单向转动时啮合在凹槽(40)中的相应纵向卡爪(3)的互锁方向(De)。另外，在一个优选实施例中，互锁方向的轴向分量(Dea)的非零值极大地便于制造设置在齿环(4)内周中的齿件(47)。

偏置装置(5)迫使每个纵向卡爪(3)在其相应的互锁方向(De)上抵靠齿件(47)，从而产生偏置载荷。在互锁方向(De)的径向，切向和轴向分量中施加的所有纵向卡爪(3)的偏置载荷的总和对本发明的整个飞轮机构产生以下影响：

·径向偏置载荷的总和为零，因为径向分量彼此偏移。

·切向偏置负载的总和在齿件(47)上产生合成扭矩，驱使其与啮合(33)的推动面(332)啮合。

·轴向偏置负载的总和轴向驱使齿件(47)，从而齿环(4)到达第二分离位置。

从上可知，轴向偏置负载的合力具有与切向偏置负载的合力相反的效果，因此在它们之间的合力部分地抵消。从而，与现有技术中存在的传统飞轮机构相比，减小了总偏置负载。

以上描述了形成本发明机构的部件的几何形状，现将其操作描述为四个分离的工作状态：非单向转动(E1)，分离(E2)，单向转动(E3)和攫合(E4)。

系统变量定义如下：

(Ω)＝第二承载件(2)相对于第一承载件(1)的角速度，在飞轮旋转中为正，称为向前。

(Fd)＝浮动距离。它是从第一攫合位置到齿环(4)的瞬时位置的轴向距离。该浮动距离在0和最大浮动距离(FdM)之间的范围内变化，分别对应于非单向转动(E1)和单向转动(E3)的状态。因此，最大浮动距离(FdM)是第一攫合位置和第二分离位置之间的距离，第二分离位置由轴向限制件(21)确定。

·非单向转动状态(E1)

从构造型态上来看，在这一状态中，齿环(4)处于第一攫合位置，第一攫合位置是相对零浮动距离(Fd)且零角速度的轴向位置：F＝0，Ω＝0。

在此状态中，至少一啮合件(33)，且优选为是每一啮合件(32)，完全啮合在齿环(4)的推动表面(42)的底部。也就是说，纵向卡爪(3)的啮合件(33)部分被凹槽(40)的推动表面(42)所包覆，因此在推动表面(42)的底部的切线方向上受到支撑，且滑动面(31)与凹槽(40)的滑动表面(41)相接触。

显然，当纵向卡爪(3)与齿环(4)共同移动时，第一承载件(1)与第二承载件(2)也随之共同移动，因此达成二承载件间的扭矩传递。

·分离状态(E2)：

从构造型态上来看，在此中间状态时，浮动距离(Fd)从0增加到最大浮动距离(FdM)，且第二承载件(2)的相对角速度为正值：Ω>0。

这一状态为从非单向转动状态(E1)切换到单向转动状态(E3)，自由转动开始时的中间状态。此时承载件(1、2)之间停止共同转动而展开相对旋转运动。

因此，先前处于啮合状态的推动表面(42)开始沿切线方向离开部分受包覆的纵向卡爪(3)。但在偏置装置(5)的作用下，纵向卡爪(3)在先前状态(E1)所啮合的凹槽(40)的滑动表面(41)与卡爪的滑动面(31)间仍保持接触。因此，齿环(4)受到轴向推压滑离纵向卡爪(3)的啮合件(33)以增加浮动距离(Fd)。在这一分离状态开始时，齿环(4)以及齿件(47)开始轴向滑动并接触凹槽(40)的外侧表面(421)，这一过程始终受到卡爪的啮合件(33)的轴向移动限制。因此，因此齿环(4)进行结合三维旋转与同步轴向位移运动，产生鬆转或螺旋运动，直到纵向卡爪(3)不受外侧表面(421)包覆为止。此时，齿环(4)轴向滑离第一承载件(1)，直到达到最大浮动距离(FdM)，当轴向限制件(21)接触齿环(4)，分离状态(E2)结束。

于本发明机构一种优选的实施例中，各凹槽(40)的内侧表面(422)为侧面斜坡形状，因此在解除啮合过程中，当齿环(4)转动且沿切线方向前移时，内侧表面(422)由对应的纵向卡爪(3)的啮合件(33)引导，会于接触纵向卡爪(3)侧面(30)时提供导引，从而轴向推动齿环(4)。若偏置装置因润滑不足、灰尘累积或其他导致轴向位移摩擦加大之原因，或因偏置装置(5)所施加的总力大幅降低，而使偏置装置负载不足时，每一个内侧表面(422)与对应的啮合件(33)相接触。迫使齿环(4)在对应于偏置装置(5)的合成轴向偏置负载变得不足的情况下轴向滑动。

·纯单向转动状态(E3)：

从构造形态上来看，齿环4)保持在第二分离位置，对应于最大浮动距离(FdM)，因此Fd＝FdM，并且第二承载件(2)的相对角速度(Ω)保持为正：Ω>0。

在这种状态下，齿环(4)旋转，使得齿件(47)在每个纵向卡爪(3)的啮合件(33)的滑动面(331)上滑动，因此每个纵向卡爪(3)通过每个卡齿(49)抵抗偏置装置(5)的作用在相应的纵向收容槽(10)中反复移入和移出。但是，与现有技术中已知的卡爪机构相比，当单向转动时最重要的区别在于由于齿环(4)的轴向可浮动性而产生的分离功能，因此使得纵向卡爪(3)不再面对凹槽(40)的推动表面(42)。因此，当纵向卡爪(3)的啮合件(33)的滑动面(331)失去与某个凹槽(40)的滑动表面(41)的接触时，纵向卡爪(3)因受其对应偏置装置(5)的力而不会减少接触，而不是直接跳入下一个凹槽(40).而是首先向下滑到下一个凹槽(40)的外侧边缘(4211)上；然后，当失去对该外侧边缘(4211)的支撑时，在较小的跳跃之后，与该下一个凹槽(40)的滑动表面(41)接触。

因此，齿环(4)的这种新颖的分离功能导致本发明的飞轮机构中的部件之间的冲击以构造形态的区别得到缓解。因此，这为本发明的飞轮机构提供了以下有益效果：当纵向卡爪(3)在单向转动时与连续的凹槽(40)碰撞时产生的噪音减小；由于齿环(4)与攫合位置的轴向距离，卡齿(49)远离纵向收容槽(10)，减小了纵向卡爪(3)进入纵向收容槽(10)的行程，从而减少相应的偏置负载；进一步的，当纵向卡爪(3)向下滑动到凹槽(40)的外侧边缘(4211)上时，不再与凹槽(40)的底部接触，减小了纵向卡爪(3)从纵向收容腔(10)中出来的向外行程。因此减少了抵抗偏置装置(5)所需的能量。

换言之，在传统的机构中，卡爪以阶梯的方式从一个齿到另一个齿跳跃，但是在本发明的机构中，存在一个中间斜面缓和了跳跃冲击，也限制了纵向卡爪(3)的进出运动，从而减少摩擦，噪音，磨损和偏置装置(5)的能量消耗。

·攫合状态(E4)：

在这一中间状态的构造形态上看，第二承载件(2)的相对角速度(Ω)为负：Ω<0，而浮动距离(Fd)从最大浮动距离(FdM)减小到0。

这是当机构改变旋转方向，从单向转动状态(E3)切换到非单向转动状态(E1)时的中间状态。当两个承载件(1，2)共同移动以传递扭矩时，第二承载件(2)的相对角速度(Ω)保持为负，直到进入非单向转动状态(E1)。

在攫合状态(E4)开始时，当纵向卡爪(3)滑动到齿件(47)上时，纵向卡爪(3)的啮合件(33)的每个滑动面(331)可以仅处于这两钟接触中的一个：滑动面(331)与凹槽(40)的外侧边缘(4211)接触，或者滑动面(331)与凹槽(40)的滑动表面(41)接触。

在第一接触情况下，齿环(4)向后旋转，而纵向卡爪(3)在外侧边缘(4211)上滑动，沿负向互锁方向(De)向内进入其壳体，抵抗偏置装置(5)。这种接触情况一直持续到齿环(4)旋转产生滑动面(331)和下一个凹槽(40)的滑动表面(41)之间的接触为止。此时，纵向卡爪(3)在纵向收容槽(10)中到达其壳体中的最深位置，然后开始第二接触情况。

在该第二接触情况下，齿环(4)继续向后旋转，而每个卡爪的啮合件(33)在凹槽(40)的滑动表面(41)上滑动，并且每个纵向卡爪(3)在相应的互锁方向(De)向外移动，从纵向收容槽(10)中出来。这一状态称之为非单向转动开始瞬间(E4e)，卡爪的推动面(332)与凹槽(40)的外侧表面(421)接触，并且与外侧表面(421)正交的力产生齿环(4)上的轴向载荷。当齿环(4)继续向后旋转并且卡爪的推动面(332)保持与外侧表面(421)接触时，轴向载荷使齿环(4)偏置以轴向滑动，从而产生螺纹效应，由此齿环(4)描述了旋转和同时的轴向位移螺旋运动。

因此，最大浮动距离(FdM)必须足够小，优选地在纵向卡爪(3)横向尺寸的10％-20％的范围内，从而在非单向转动始时刻(E4e)外侧表面(421)能够部分地包裹卡爪的推动面(332)。

只要在凹槽(40)的底部固定至少一个纵向卡爪(3)，当啮合件(33)与滑动面(331)接触并同时与推动表面(42)接触时，攫合状态(E3)结束，并能够切换到非单向转动状态(E1)。

在现有技术的已知的带卡爪的飞轮机构中，卡爪与齿的互锁发生在从单向转动到非单向转动的中间状态，并且是由于偏置载荷和齿的推动表面与相应的卡爪表面接触的特定斜率。

然而，在本发明的飞轮机构中，纵向卡爪(3)与卡齿(49)的互锁发生在从单向转动到非单向转动的中间状态，即攫合状态(E4)。并且由于偏置载荷和齿环(4)的轴向可浮动性，使得啮合件(33)在非单向转动状态(E3)下在凹槽(40)的底部处完全啮合成为可能。

在所提到的两种机构中。但当卡爪正从从一凹槽变换至另一凹槽时，此等偏置装置不足以在发生非单向转动时将卡爪啮合于底部。在这种情况下，卡爪和齿只能靠它们的尖端啮合，并且在传递高扭矩的情况下会导致卡爪和齿尖的断裂，并因此破坏机构。因此，需要改变机构构造(已知的卡爪斜面，或本发明的齿环的轴向可浮动性)，从而扭矩能够驱使整个啮合过程。

此外，如在本发明的飞轮机构中，切向力是传递扭矩的主要负载，从而机构的重量很轻。

与现有技术中的带齿环和卡爪的飞轮轮机构相比，由于齿环(4)的轴向可浮动性和纵向卡爪(3)的简单性，本发明的飞轮机构可以更容易地组装和拆卸。方便维护，这是本发明的另一个重要的有益效果。

附图说明

图1为本发明的自行车飞轮机构，包括两个轴向固定但可旋转地安装在旋转轴(111)上的同轴主件，即第一承载件(1)和第二承载件(2)，示出了包括其三个正交方向的局部笛卡尔坐标系：平行于旋转轴(111)的轴向方向(Da)，径向方向(Dr)和切向方向(Dt)；

图2示出了链轮组件(9)的后视图，其通过相应的内部啮合装置(900)驱动第一承载件(1)；

图3为图1中第二承载件(2)的立体图，第二承载件(2)具有一扭矩承载传输件(200)；

图4A图及图4B图分别为图1中飞轮机构的侧视图及A-A’截面图，显示第一承载件(1)、第二承载件(2)及设于两者间的齿环(4)，其中纵向卡爪(3)受偏置装置(5)驱动啮合。还示出了轮毂轴(7)，轴承组件(81，82)和轴向限制件(21)，当齿环(4)与轴向抵接件(43)接触时，轴向限制齿环(4)滑动，还示出了对应于齿环(4)的轴向滑动的攫合方向(D2)和分离方向(D1)；

图5A及图5B图分别为图1中飞轮结构的前视图及B-B'截面图。示出了齿件(47)，用于与纵向卡爪(3)啮合和滑动，还示出了布置在第一承载件(1)中以容纳纵向卡爪(3)的的纵向收容槽(10)，以及在纵向卡爪(3)的互锁方向(De)上朝向齿环(4)施力的偏置装置(5)；

图6示出了包括管状件(11)和滚筒件(12)的第一承载件(1)的分解图，齿环(4)包括内开口(45)，用于拖动第二承载件(2)的第二扭矩承载传递件(400)，由偏置装置(5)推动的纵向卡爪(3)和容纳纵向卡爪(3)的纵向收容槽(10)；

图7A、图7B及图7C显示齿环(4)的一种实施例的不同视图包括截面图C-C'、D-D'以及细节图；其中齿(49)是由重叠相邻的凹槽(40)形成，图中描绘各凹槽(40)的主要部分：滑动面(41)及推动表面(42)，还公开了推动表面(42)的两个侧表面：外侧表面(421)和内侧表面(422)；图中亦显示此实施例中之轴向抵接件(43)，其界定了齿环(4)在接触第二承载件(2)对应轴向限制件(21)时的浮动距离或轴向滑动；

图8A和图8B和图8C示出了一替代实施例的不同视图：截面图E-E'、F-F'以及细节图，其中齿环(4)具有受引导的可浮动性，还公开了齿件(47)，滑动表面(41)和每个凹槽(40)的推动表面(42)，推动表面包括外侧表面(421)及内侧表面(422)，以及凹槽(40)对应于外侧表面(421)的外侧边缘(4211)；

图9示出了图5中飞轮机构的截面示意图的四个不同的工作状态E1，E2，E3，E4，描述了本发明的机构对象的运作，示出了每个状态，啮合件(33)和上沿轴向滑动的齿件(47)的不同位置，在分离方向(D2)，齿件(47)在E2期间，啮合件(33)从E1移动到E3，以及在攫合方向(D1)，反向移动，齿件(47)在E4期间，啮合件(33)从开始时刻E4e移动到E1；

图10示出了图5机构的两个部分：对应于非单向转动状态(E1)的G-G'和对应于续流状态(E3)的F-F'。

图11示出了图11的两个操作状态的细节图，非单向转动状态(E1)和单向转动状态(E3)。还示出了具有与纵轴(37)正交的滑动面(331)的啮合件(33)；

图12示出了本发明的一种替代实施例的分解图，其中每个纵向卡爪(3)的啮合件(33)包括圆锥形推动面(332)；

图13示出了处于非单向转动状态(E1)时图12的在一中替代实施例的横截面图，其中每个推动表面(41)是圆锥形的，以与相应的卡爪的推动面(332)配合；

图14示出了第一承载件(1)的不同视图，其具有用于容纳纵向卡爪(3)的纵向收容槽(10)，局部笛卡尔坐标系对应于由三个正交方向：轴向方向(Da)，径向方向(Dr)和切向方向(Dt)；还示出了对应于纵向收容槽(10)的局部互锁方向(De)；

图15示出了图14中的局部笛卡尔坐标系的详细视图，还公开了切向倾斜角(φt)和轴向倾斜角(φa)；

图16示出了通过铣刀(401)在齿环(4)上的多个凹槽(40)的铣削过程的模拟，以更好地理解每个凹槽(40)的表面的形成；

图17示出了图16中公开的齿环(4)的详细视图，齿环(4)包括具有旋转表面(46)的内开口(45)。

具体实施方式

在本发明的一种优选实施例中，提出了一种自行车后轮毂的飞轮，其中第一承载件(1)通常被称为链轮支撑体，用于啮合链轮组件(9)，并且第二承载件(2)是轮毂壳体。所述第一承载件(1)沿旋转轴(111)可旋转地安装；所述第二承载件(2)与所述第一承载件(1)同轴可旋转且轴向固定。

轴向方向(Da)对应于所述第二承载件(2)相对所述第一承载件(1)单向转动时的旋转方向。切向方向(Dt)对应于所述第二承载件(2)相对所述第一承载件(1)单向转动时的旋转方向。

齿环(4)沿所述旋转轴(111)同轴并且不可旋转地连接到所述第二承载件(2)。所述齿环(4)包括径向设置的具有切向斜面和轴向斜面的齿件(47)，所述齿件(47)设有多个凹槽(40)，所述凹槽(40)之间形成等间隔且周向布置的卡齿(49)。

所述第一承载件(1)包括滚筒件(12)，所述滚筒件(12)设有至少一个纵向收容槽(10)，用于容纳至少一个纵向卡爪(3)。所述纵向卡爪(3)能够与所述齿件(47)接合和脱离，从而驱动所述齿环(4)与所述第一承载件(1)共同旋转或分开地旋转。

每个所述纵向收容槽(10)的纵向轴线主要是径向的，但具有限定了互锁方向(De)的一个轴向倾斜角(φa)和一个切向倾斜角(φt)。收容在所述纵向收容槽(10)中的所述纵向卡爪(3)具有与所述纵向收容槽(10)的纵向轴线重合的纵轴(37)，从而允许所述纵向卡爪(3)滑动到所述纵向收容槽(10)中，通过偏置装置(5)偏向所述齿件(47)。

所述纵向卡爪(3)一端设有啮合件(33)，所述啮合件(33)面向所述纵向收容槽(10)，以便与所述齿件(47)接触。所述啮合件(33)包括与所述纵轴(37)正交的滑动面(331)和横向设置的推动面(332)。所述滑动面(331)能够在单向转动时滑动接触齿件(47)，并且在非单向转动时，所述推动面(332)能够推动所述齿件(47)的所述凹槽(40)以在所述第一承载件(1)和所述第二承载件(2)之间传递扭矩。

所述第二承载件(2)包括第一扭矩承载传递件(200)，其与设置在所述齿环(4)中的第二扭矩承载传递件(400)配合，驱动所述第二承载件(2)和所述齿环(4)始终保持共同旋转。所述第一扭矩承载传递件(200)和所述第二扭矩承载传递件(400)允许所述齿环(4)沿轴向方向(Da)双向运动，从而在非单向转动到单向转动切换时，使所述齿环(4)的轴向运动从第一攫合位置移动到第二分离位置。并且在单向转动到非单向转动切换时，驱动所述齿环(4)的轴向运动从第二分离位置移动到到第一攫合位置。这两个反向运动总是被至少一个所述纵向卡爪(3)驱动。具体的，当施加扭矩时，通过所述啮合件(33)沿轴向方向(Da)远离所述滚筒件(12)并偏向所述齿环(4)的所述滑动面(331)。或是通过所述推动面(332)轴向引导所述齿环(4)朝向所述滚筒件(12)拧紧，从而所述啮合件(33)与所述凹槽(40)中的一个啮合，直到所述啮合件(33)完全啮合在所述凹槽(40)的底部。

两个承载件(1和2)通过轴承组件(81，82)同轴且可旋转地安装到不可旋转的轮毂轴(7)上，并且以公知的方式通过所述轮毂轴(7)轴向固定。所述轮毂轴(7)固定在自行车上，包括不同的元件(70，71，72，73，74)和两对轴承组件(81，82)，从而以轴向定位两个承载件(1，2)，限制它们之间的轴向距离。

所述第一承载件(1)还包括外周表面，所述外周表面设置有外部啮合装置(100)，所述外部啮合装置(100)为与设置在所述链轮组件(9)中的对应的内部啮合装置(900)配合的带槽轮廓。

在一个优选实施例中，所述纵向卡爪(3)在主体为径向但具有一个切向和一个轴向倾斜的互锁方向(De)上从内侧击打所述齿环(4)，所述切向倾斜是负向的，举例来说，即在切向反方向上，切向倾斜角(φt)是径向方向(Dr)和互锁方向(De)在轴向方向(DA)的垂直平面上的投影之间形成的角度。所述切向倾斜角(φt)在10°-15°的范围内，优选为12.5°。因此，所述齿环(4)能够在最大深度的推动表面(42)和最小倾斜度的滑动表面(41)之间取得平衡。所述最大深度对于最大化扭矩传递是必要的，并且所述最小倾斜度对于优化平滑的所述纵向卡爪(3)滑动是必要的，且有助于所述纵向卡爪(3)脱离并且在单向转动时减小摩擦和噪音。

所述轴向倾斜是轴向正方向的，即轴向倾斜角(φa)，是径向方向(Dr)与互锁方向(De)在切线方向(Dt)的垂直平面上的的投影之间形成的角度。所述切向倾斜角(φa)在10°-15°的范围内，优选为12°。因此，这个角度一方面有利于机构的滑动和攫合/分离，另一方面极大地方便了所述齿环(4)本身的可制造性，例如通过铣削环形元件进行制作。

在本发明的更优选实施例中，每个所述纵向卡爪(3)设置为包括两个同轴件的旋转部件。两个同轴件分别为圆柱形引导件(34)和旋转的啮合件(33)。圆柱形引导件(34)具有一个固定的外部圆形横截面，所述外部圆形横截面与相应纵向收容槽(10)内部的圆形横截面配合，使得所述纵轴(37)与所述纵向收容槽(10)的互锁方向(De)重合。

这一具有旋转的所述纵向卡爪(3)的优选实施例还具有其他优点。其中之一是便于攫合，因为在攫合状态(E4)中，两个表面之间的摩擦力使得每个所述纵向卡爪(3)在外侧表面(421)上滚动，使元件之间的接触平滑直到完全啮合。因此，每个所述纵向卡爪(3)在相应的所述纵向收容槽(10)内自动开启，所述纵向收容槽(10)能够保证在互锁方向(De)上与所述纵向卡爪(3)同轴定位。

进一步的，每个所述啮合件(33)包括略微凸起的所述滑动面(331)，以便在与所述齿环(4)的所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)接触时始终滑动。每个所述纵向卡爪(3)通过所述偏置装置(5)在互锁方向(De)上朝向所述齿环(4)受力。所述偏置装置(5)为收容在所述第一承载件(1)的所述纵向收容槽(10)内的扭转弹簧。为了实现更紧凑和轻质的设计，每个所述纵向卡爪(3)在与所述啮合件(33)相对的端部中设置有所述引导件(34)。所述引导件(34)中设有壳体孔(35)，用于在互锁方向(De)上部分地收容和引导所述偏置装置(5)。

这一具有旋转的所述纵向卡爪(3)的优选实施例能够满足简单但是高精度的制造，因为可以通过铣削所述第一承载件(1)的所述纵向收容槽(10)来制造，所述纵向收容槽(10)为钻孔，与所述齿环(4)的所述凹槽(40)的制作方法相同。优选的，所述纵向卡爪(3)能够使用车床加工制作，因此工业化成本低。

如上所述，为了开始非单向转动(E4e)，限制所述齿环(4)轴向滑离所述滚筒件(12)的最大浮动距离(FdM)必须足够小，优选地小于25％。所述啮合件(3)的最大横向尺寸或直径，更优选地在10％-20％的范围内。在这一优选实施例中，最大浮动距离(FdM)是所述啮合件(3)最大直径的13.7％，确保相应的所述凹槽(40)的所述外侧表面(421)与所述啮合件(33)的所述推动面(332)接触。

进一步的，在该特定实施例中，所述第二承载件(2)通过所述第一扭矩承载传递件(200)与所述齿环(4)的相应的所述第二扭矩承载传递件(400)配合实现和所述齿环(4)的啮合连接。所述第二承载件(2)还包括轴向限制件(21)，所述轴向限制件(21)布置在所述第二承载件(2)中的齿环壳体(20)的底部。

在另一个优选实施例中，所述第一承载件(1)包括管状件(11)，在所述管状件(11)的外周表面设置有用于啮合链轮组件(9)的所述外部啮合装置(100)。所述第一承载件(1)还包括所述滚筒件(12)。在所述齿环(4)附近设置有圆锥台形的外表面(120)，其直径在正轴向方向(Da)上减小。在所述滚筒件(12)的所述外表面(120)上周向设置有所述纵向收容槽(10)的开口，用于容纳和引导所述纵向卡爪(3)。

据此，在本实施例中，所述齿环(4)是环形的，具有与所述滚筒件(12)的所述外表面(120)配合的内开口(45)，以允许壳体与所述齿环(4)、所述滚筒件(12)之间具有径向游隙。所述内开口(45)还包括一个在与所述纵向卡爪(3)的接触区域内的与所述旋转轴(111)相关联的旋转表面(46)。所述旋转轴(111)径向尺寸在正向轴向方向(Da)上减小，以便于机构的抓紧和分离。此外，所述旋转表面(46)设有N1个所述凹槽(40)，形成等角度间隔的所述卡齿(49)。基于所述旋转表面(46)的结构设计，外侧边缘(4211)大致在相应的所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)的中间部位结束。

如图16和17所示，每个所述凹槽(40)的加工过程优选地以恒定的深度铣削，使得每个所述滑动表面(41)是扁平形状并且具有轴向倾斜角(φa)和切向倾斜角(φt)。从所述纵向卡爪(3)的角度看，所述推动表面(42)是弯曲的和凹入的。优选的，所述齿环(4)的所述卡齿(49)具有一个齿尖，使得所述凹槽(40)连续且弧度相同，并且在非单向转动旋转中，每一所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)在下一所述凹槽(40)的所述推动表面(42)中终止。

在一个优选实施例中，当非单向转动状态(E1)时，每个啮合件(33)被啮合状态的所述凹槽(40)的所述推动表面(42)部分地包裹因此，所述推动表面(42)和所述啮合件(33)的横截面部分重合，并且限定所述推动表面(42)的纵向轴线与所述啮合件(33)的纵向轴线配合，与相应的所述纵向收容槽(10)的互锁方向(De)一致。

在本发明的一个替代实施例中，连续的所述凹槽(40)是不重叠的，因为N1足够小，在连续的所述凹槽(40)之间提供更大的角度间隔。因此，所述齿环(4)的所述卡齿(49)是扁平的并且是平台形的；连接连续的所述凹槽(40)的所述齿环(4)表面是所述滑动表面(41)的延伸。

在一个优选实施例中，所述第一扭矩承载传递件(200)设在所述第二承载件(2)的内周表面中，所述第一扭矩承载传递件(200)与布置在所述齿环(4)的外周表面中的所述第二扭矩承载传递件(400)配合。所述第一扭矩承载传递件(200)和所述第二扭矩承载传递件(400)均具有平行于所述旋转轴(111)的轴向延伸的轮廓且具有在接触区域沿轴向方向(Da)延伸的周向设置的凹部和突起，用于不可旋转地接合所述齿环(4)和所述第二承载件(2)。优选的，所述第一扭矩承载传递件(200)沿轴向方向(Da)的尺寸大于所述第二扭矩载荷传递件(400)的相应的轴向尺寸，从而允许所述齿环(4)的轴向位移。在轴向方向(Da)上，所述轴向限制件(21)设置在第二承载件(2)中，用于在所述轴向限制件(21)通过轴向抵接件(43)与所述齿环(4)接触时轴向限制所述齿环(4)滑动。

在本发明的一个优选实施例中，每个所述凹槽(40)的内侧表面(422)形成横向斜面，该横向斜面相对于切线方向(Dt)倾斜12°角，从而闭合所述凹槽(40)的出口。因此，当分离时，当所述齿环(4)沿切线方向向前旋转时，所述内侧表面(422)变成引导斜面，在与所述啮合件(33)的所述推动面(332)接触的情况下，迫使所述齿环(4)沿分离方向(D2)轴向移动远离所述滚筒件(12)并靠近所述轴向限制件(21)。

在本发明的另一个优选实施例中，每个所述凹槽(40)的所述外侧表面(421)形成横向斜面，该横向斜面相对于切线方向(Dt)以锐角倾斜，优选为45°，从而打开所述凹槽(40)的开口。因此，当攫合时，所述齿环(4)沿负向切线方向(Dt)向后旋转时，所述外侧表面(421)成为啮合件(33)的推动面(332)的引导斜面，因此，轴向地驱动所述齿环(4)沿攫合方向(D1)朝向所述滚筒件(12)移动。所述锐角限定了啮合开始瞬间(E4e)，当开始旋转时，轴向地驱动所述齿环(4)滑动，与所述轴向限制件(21)隔开。

如在其他现有技术的飞轮机构中所发生的那样，为了保证正确的操作，所述凹槽(40)的数量N1必须具有一个平衡的工作值：足够小以使所述推动表面(42)的深度最大化从而当非单向转动时允许适当的啮合和所需的扭矩传递，但同时又需要大到足以使连续的所述凹槽(40)之间的角度间隔最小。

所述第一承载件(1)包括N2个所述纵向收容槽(10)，其功能是容纳N3个旋转的所述纵向卡爪(3)。

根据与最小死角，最大转矩，最小重量，单向转动时所需噪声等有关的不同要求，本发明的飞轮机构有多种工作组合，具有不同的N1，N2和N3值。因此，提出了以下N1，N2和N3的优选值：

在一个优选实施例中，N2>N3，并且N3和N2是N1的除数，因此具有其他的优点：首先，减少所述第一承载件(1)的重量，同时因为它提供了许多额外的备用纵向收容槽，当磨损限制了工作寿命时能够替代使用，便于维护操作。第二，通过增加额外的所述纵向卡爪(3)同时啮合来增加承载传递能力，最大时N3＝N2。引用两个更优选的例子：

(N1＝36，N2＝12，N3＝6)：产生的死角＝360/N1＝10°

(N1＝30，N2＝10，N3＝5)：产生的死角＝12°

在另一个优选实施例中，N2＝N3，并且N3和N2是N1的除数：

(N1＝30，N2＝6，N3＝6)：产生的死角＝12°

在另一个优选实施例中，N2>N3，N3是N1的除数，N3是N2的除数，但N2是N1的非除数，这个方案具有另一个优点：第一，减少所述第一承载件(1)的重量，同时它提供了许多备用的所述纵向收容槽(10)，当磨损限制了工作寿命时，便于维护操作。第二，通过增加多个所述纵向卡爪(3)同时啮合来选择减小死角，最大时N3＝N2。引用一个更优选的例子：

(N1＝25，N2＝10，N3＝5)：产生的死角＝14，4°

在另一个优选实施例中，N2＝N3，并且N3是N1的除数，N3是N2的除数，但N2是N1的非除数：

(N1＝25，N2＝10，N3＝10)：产生的死角＝7.2°

因此，在本实施例中，由于仅有5个所述纵向卡爪(3)同时啮合，所以第二组5个纵向卡爪(5)处于下一个啮合位置的中间，对比先前案例产生50％的死角。

在本发明的具体应用中，必须特别指出拆卸和维护的简易性，本发明解决了现有技术自行车轮毂中现有的拆卸问题。在这些已知的飞轮机构中，一旦齿环拧入轮毂壳中，由于齿环表面的形状设计，几乎不可移除。在这种已知的机构中，齿环很容易利用凹槽的推动表面拧入固定，但是拆卸几乎是不可能的，因为这种操作需要将工具倾斜在所述凹槽的滑动表面上，不能够充分地支撑所述工具。

因此，在本发明的机构中，收容在轮毂壳体或所述第二承载件(2)中的所述齿环(4)不需要用于移除的工具。当需要进入所述第二承载件(2)内部以进行维护操作，例如移除轴承组件时，用户只需要移除第二端盖(71)，从而能够自由进入所述第二承载件(2)或轮毂壳体，在此期间，所述齿环(4)，所述纵向卡爪(3)和所述第一承载件(1)能够保持组装在一起，这极大地方便了维护操作。

替代实施方案

在本发明的一个替代实施例中，旋转的所述纵向卡爪(3)的外形为圆柱形，因此所述引导件(34)的侧面(30)和所述啮合件(33)的所述推动面(332)包含在相同的圆柱形表面中。因此，在该实施例的相应的所述齿环(4)中，每个所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)基本垂直于每个所述凹槽(40)中的所述推动表面(42)母线，这个母线平行于互锁方向(De)对应于在非单向转动时接合在所述凹槽(40)中的所述啮合件(33)；因此所述推动表面(42)确保了相应的所述啮合件(33)的切向支撑。

在一个优选的替代实施例中，所述啮合件(33)的形状被优化以避免磨损并延长飞轮机构的寿命。在这种情况下，所述啮合件(33)的所述推动面(332)优选为锥形，所述推动面(332)朝向所述滑动面(331)的径向尺寸增加。为了保证所述纵向卡爪(3)和所述齿环(4)之间的啮合和脱离，每个所述推动表面(42)也是圆锥形的，与相应的所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)形成锐角。并且，与设置在所述啮合件(33)中的所述推动面(332)配合。所述啮合件(33)是锥形的，因而防止任何啮合件(33)部分地啮合在所述凹槽(40)中，从而防止所述卡齿(49)的尖端和所述啮合件(33)的尖端之间的任何扭矩传递，延长了飞轮机构的寿命。

在本实施例中，当N3个所述纵向卡爪(3)不同时啮合时，能够发生上述的部分啮合，因此至少一个所述啮合件(33)保持与所述凹槽(40)的所述推动表面(42)对齐，同时所述啮合件(33)仍然与前一个所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)接触，因此产生所述卡齿(49)的尖端和所述啮合件(33)的尖端之间的接触。

此外，在本实施例中，所述啮合件(33)为锥形，所述部分啮合不会发生，因为即使在N3个所述纵向卡爪(3)不同时啮合的情况下，处于非啮合状态的所述啮合件(33)保持收容在在与所述滑动表面(41)接触的前一所述凹槽(40)上，而不是所述推动表面(42)上。

此外，在本实施例中，所述啮合件(33)为锥形，所述滑动面(331)保持与所述纵向卡爪(3)的纵向轴线正交，优选的，具有略微圆顶和凸起，以便在与所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)接触时始终保持滑动。

在一个优选的实施例中中，所述啮合件(33)还包括连接面(333)，所述连接面(333)连接所述推动面(332)与所述引导件(34)。

在另一优选的实施例中，每个所述纵向卡爪(3)的所述引导件(34)是棱柱形的，且所述所述引导件(34)有与相应所述纵向收容槽(10)的内部横截面相配合的恒定的外部多边形横截面，且多边形横截面至少具有两个平行表面。

在本发明的另一个替代的实施例中，所述齿环(4)的齿朝外，所述凹槽(40)位于所述所述齿环(4)的外周边区域中，使得所述纵向卡爪(3)通过减小的径向组件作用在互锁方向(De)中，而不是如上述的优选实施例中所述的增加的径向组件。在更优选的实施例中，这一安装方式的所述齿环(4)具有引导的可浮动性，这种构造可以特别地通过具有没有轴向组件的互锁方向(De)来设置，这与机构的最小轴向尺寸的应用相关。

本发明的另一个替代实施例中，飞轮机构是能够完全分离的飞轮机构，而不是上述的可部分地分离的飞轮机构。为了实现这一点，用于限制所述齿环(4)的轴向可浮动性的所述轴向限制件(21)设置在不同于的一个外部件中。所述所述轴向限制件(21)能够设置为至少在两个不同的和预定的轴向位置之间，并通过现有装置，由用户手动完成限定：

·根据上述情况，对应于最大浮动距离(FdM)的位置为部分脱离并且能够在产生非单向转动旋转时重新啮合的位置；

·第二位置，其中齿环(4)的轴向滑动超过最大浮动距离(FdM)值导致完全脱离，产生分离位置，在此奋力为之，两个承载件(1，2)独立地旋转而不管旋转方向如何。

本发明的另一个替代的实施例是一种飞轮机构，其中两个承载件(1，2)之间的轴向固定和预定距离能够由使用者预先选择，至少在两个可选位置之间选择，通过现有手段分离或组装两个承载件(1，2)：

·根据本申请中的上述内容，对应于最大浮动距离(FdM)的位置为部分脱离并能够在产生非单向转动旋转时重新啮合；

·第二位置，其中齿环(4)的轴向可浮动性超过最大浮动距离(FdM)值，导致完全脱离。

本飞轮发明具有多种机械应用，且适用于不同技术领域，能够替代已知的用于单向传输的「单向轴承」机构，以及其他惯有的飞轮机构。因此，在此所述对于本发明在自行车轮毂的特定应用仅用于清楚地说明发明的目的，不应构成对于本发明的限制。

Claims (19)

1.一种飞轮机构，包括：

第一承载件(1)，以可旋转的方式沿着旋转轴(111)安装；

第二承载件(2)，与所述第一承载件(1)同轴，能够相对所述第一承载件(1)旋转且轴向固定，其中轴向方向(Da)对应于所述第二承载件(2)在相对所述第一承载件(1)单向转动时的旋转方向，因此，切向方向(Dt)对应于所述第二承载件(2)在相对所述第一承载件(1)单向转动时的旋转方向；

齿环(4)，沿旋转轴(111)同轴且不可旋转地连接于第二承载件(2)，并包括径向设置的齿件(47)，所述齿件(47)设有多个凹槽(40)，形成周向排列且等间距的卡齿(49)，所述卡齿(49)具有一个切向斜面和一个轴向斜面；

所述第一承载件(1)包括滚筒件(12)，所述滚筒件(12)设有至少一个纵向收容槽(10)，用于容纳至少一个纵向卡爪(3)，所述纵向卡爪(3)能够与所述齿件(47)啮合和脱离，从而能够分别驱使所述齿环(4)与所述第一承载件(1)共同或分开地旋转，其中每个所述纵向收容槽(10)的纵向轴线主要是径向的，但具有一个轴向倾斜角(φa)和一个切向倾斜角(φt)，定义了一个互锁方向(De)；

其中收容在所述纵向收容槽(10)中的所述纵向卡爪(3)具有与所述纵向收容槽(10)的纵向轴线重合的纵轴(37)，从而允许所述纵向卡爪(3)滑动到所述纵向收容槽(10)，通过偏置装置(5)的作用推抵所述齿件(47)；

其中所述纵向卡爪(3)的一端设有啮合件(33)，所述啮合件(33)面向所述纵向收容槽(10)朝外设置，以便与所述齿件(47)接触，所述啮合件包括与所述纵轴(37)正交的滑动面(331)和横向设置的推动面(332)；

其中所述滑动面(331)能够在单向转动时滑动接触所述齿件(47)，并且所述推动面(332)能够推动所述齿件(47)的所述凹槽(40)以在非单向转动时在第一和第二承载件(1，2)之间传递扭矩；

其中所述第二承载件(2)包括第一扭矩承载传递件(200)，所述第一扭矩承载传递件(200)与设置在所述齿环(4)中的第二扭矩承载传递件(400)配合，迫使所述第二承载件(2)和所述齿环(4)始终保持共同旋转；

其特征在于，所述第一扭矩承载传递件(200)和所述第二扭矩承载传递件(400)允许所述齿环(4)沿轴向方向(Da)双向运动，从对应于非单向转动的第一攫合位置到对应于单向转动的第二分离位置的分离轴向运动，或是所述齿环(4)的轴向运动从第二分离位置到第一攫合位置，并且这两个运动方向相反的运动总是被至少一个所述纵向卡爪(3)的所述啮合件(33)的所述滑动面(331)驱使偏置，使所述齿环(4)沿轴向方向(Da)远离所述滚筒件(12)，并且当施加扭矩时，所述啮合件(33)与所述凹槽(40)中的一个啮合，所述推动面(332)轴向引导所述齿环(4)朝向所述滚筒件(12)拧紧，直到所述啮合件(33)完全啮合在所述凹槽(40)的底部为止。

2.根据权利要求1所述的飞轮机构，其特征在于，所述纵向卡爪(3)还包括一个引导件(34)，所述引导件(34)具有与所述纵向收容槽(10)的内横截面配合的外横截面，允许所述纵向卡爪(3)沿着容纳所述纵向卡爪(3)的相应所述纵向收容槽(10)的互锁方向(De)滑动。

3.根据权利要求1所述的飞轮机构，其特征在于，所述第一扭矩承载传递件(200)和所述第二扭矩承载传递件(400)被设置为具有周向设置的凹部和凸部在轴向方向(Da)上延伸，所述第一扭矩承载传递件(200)的轴向方向(Da)的尺寸大于所述第二扭矩承载传递件(400)的相应轴向尺寸，从而所述齿环(4)能够沿轴向方向(Da)进行轴向位移。

4.根据权利要求1所述的飞轮机构，其特征在于，对应于非单向转动的第一攫合位置是当至少一个所述纵向卡爪(3)与所述齿件(47)啮合时驱使两个承载件(1，2)共同旋转以传递扭矩，并且第二分离位置由所述齿环(4)的轴向抵接件(43)与设置在所述第二承载件(2)中的轴向限制件(21)之间的接触确定，所述齿环(4)的每个瞬时位置与第一攫合位置之间的轴向距离称为浮动距离(Fd)，因此第二分离位置对应的距离称为最大浮动距离(FdM)。

5.根据权利要求4所述的飞轮机构，其特征在于，限制所述齿环(4)轴向滑离所述滚筒件(12)的所述最大浮动距离(FdM)需要足够小，小于所述啮合件(33)的最大横向尺寸的25％。

6.根据权利要求5所述的飞轮机构，其特征在于，所述最大浮动距离(FdM)在所述啮合件(33)的最大横向尺寸的10％-20％的范围内。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的飞轮机构，其中每个所述凹槽(40)包括位于所述凹槽(40)底部的滑动表面(41)和根据切线方向(Dt)凹入的侧表面(44)。

8.根据权利要求7所述的飞轮机构，其特征在于，每个所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)基本垂直于在非单向转动时啮合在所述凹槽(40)中的相应的所述纵向卡爪(3)的互锁方向(De)。

9.根据权利要求7所述的飞轮机构，其特征在于，所述侧表面(44)包括一个在正切线方向(Dt)上限定所述滑动表面(41)的推动表面(42)，一个外侧表面(421)和一个内侧表面(422)，后两者均沿轴向方向(Da)与所述推动表面(42)侧面相连接，所述内侧表面(422)位于增大的轴向方向(Da)上，所述外侧表面(421)在径向界定与所述滑动表面(41)和一个外侧边缘(4211)之间。

10.根据权利要求9所述的飞轮机构，其特征在于，所述推动表面(42)与相应的所述啮合件(33)的所述推动面(332)配合。

11.根据上述任意一项权利要求所述的飞轮机构，其特征在于，所述纵向卡爪(3)是旋转部件，包括一个具有圆形横截面的所述引导件(34)。

12.根据权利要求10所述的飞轮机构，其特征在于，在非单向转动状态(E1)中，每个所述啮合件(33)在所述推动表面(42)的底部处完全啮合，并且被所述推动表面(42)部分地包裹，并且在切线方向(Dt)受到所述凹槽(40)的支撑，并且所述滑动面(331)与所述啮合状态的所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)接触。

13.根据权利要求11所述的飞轮机构，其特征在于，每个所述凹槽(40)的所述内侧表面(422)相对于切线方向(Dt)呈横向斜坡形状，因此当分离时，随着所述齿环(4)在切向方向(Dt)上向前旋转，所述内侧表面(422)成为与所述推动面(332)接触的引导斜面，驱使所述齿环(4)轴向移动远离所述滚筒件(12)。

14.根据权利要求13所述的飞轮机构，其特征在于，每个所述凹槽(40)的所述内侧表面(422)形成相对于切线方向(Dt)以12°的角度倾斜的横向斜面。

15.根据权利要求11所述的飞轮机构，其特征在于，每个所述凹槽(40)的所述外侧表面(421)形成相对于切线方向(Dt)以锐角倾斜的横向斜面，因此，当攫合时，所述齿环(4)在负切线方向(Dt)上向后旋转，所述外侧表面(421)成为支撑所述推动面(332)的引导斜面，驱使所述齿环(4)轴向朝向所述滚筒件(12)移动。

16.根据权利要求15所述的飞轮机构，其特征在于，每个所述凹槽(40)的所述外侧表面(421)形成相对于切线方向(Dt)以45°角倾斜的横向斜面。

17.根据权利要求1所述的飞轮机构，其特征在于，所述互锁方向(De)具有在10°-15°范围内的所述切向倾斜角(φt)，所述切向倾斜角是在径向方向(Dr)与互锁方向(De)在与轴向方向(Da)正交的平面的投影之间形成的角度。

18.根据权利要求1所述的飞轮机构，其特征在于，互锁方向(De)具有在10°-15°范围内的所述轴向倾斜角(φa)，所述轴向倾斜角是径向方向(Dr)与互锁方向(De)在与切线方向(Dt)正交的平面上的投影之间形成的角度。

19.根据权利要求12所述的飞轮机构，其特征在于，所述滑动面(331)在互锁方向(De)上略微凸起，以便在与每个所述凹槽(40)的所述滑动表面(41)接触时便于滑动。