CN109895924A - 一种中置电机的倒刹装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中置电机的倒刹装置，包括丝杆、离合块、挡块和中轴，中轴包括左轴和右轴，右轴的一端安装曲柄，另一端插入左轴内部，并且插入部分的端部与左轴的内部呈键配合，左轴的一端安装曲柄，另一端与丝杆的内圈的一部分呈键配合，丝杆的内圈的另一部分与右轴呈键的间隙配合，离合块套在丝杆上，离合块的内圈与丝杆的外圈呈螺纹配合，离合块的一侧与链轮支架固定连接，另一侧与电机输出部呈摩擦配合，电机输出部的内圈与丝杆呈滚动配合，挡块用于对离合块进行限位。通过离合块挡块与丝杆螺纹连接，限制离合块的移动范围，且中轴采用左右轴设计，实现了挡块的可调节，用户根据实际喜好调节离合块活动范围以改变倒刹响应灵敏度。

Description

一种中置电机的倒刹装置

技术领域

本发明涉及倒刹技术领域，特别涉及一种中置电机的倒刹装置。

背景技术

现在自行车的倒刹通过倒刹轮毂，将脚踏板反向踩下，链条反向运动，驱动倒刹轮毂进行刹车制动。现有技术中，该刹车制动技术也有用于电动车上的尝试，通过反向踩踏脚踏板，在驱动倒刹花鼓进行刹车制动的同时，通过检测倒刹信号来切断电动车的电机输出，从而实现快速制动。

更进一步的，在专利文献CN 106394789 A中公开的一种中置电动自行车的倒刹分离装置。该装置包括丝杆和离合块，丝杆安装在中轴上，离合块套在丝杆上，并且与丝杆螺纹配合，外圈与电机输出部摩擦配合，通过踩踏中轴，使中轴转动，带动离合块与电机输出部接触，进而将电机输出部的动力传递到离合块上；当需要倒刹时，中轴反向转动，离合块向远离电机输出部的一侧移动，电机惯性输出力被切断，从而实现了快速倒刹。

该专利技术能够在倒刹时，尝试通过离合块的位移来切断电机的惯性力，但因为没有解决离合块径向移动的不稳定性，通常会导致离合块不能有效传递反向踩踏力到倒刹轮毂上，造成倒刹失灵。

在专利文献CN 107651094 A中公开的中置电动自行车的倒刹分离装置。该装置虽然增加了离合块挡块，限制了离合块的运动范围，为后轮提供有效并且可靠的反向力，但是，挡块的内圈通过键与中轴固定，外圈与丝杆螺纹配合，能够知道，通过螺纹配合来调节挡块的轴向位置需要对挡块进行旋转，而挡块与中轴键配合恰好限制了挡块的旋转；在其实施例1中虽然采用了左右轴结构，但是左轴的端部直接延伸至挡块的边缘处，而左轴在电机组装时就需要固定在电机上，而无法单独拆除。因此，能够知道的，挡块的轴向位置只能在出厂时就已经固定调试，后期用户无法根据自己的使用习惯进行自行调节，限制了不同人群的使用喜好。另外，中轴采用左右轴结构，其扭矩均通过左轴传递到丝杆上，左轴因为要有一定的扭变才能输出力矩信号，通常做的的壁厚较薄，不同人群踩踏力大小不一，往往会造成左轴变形过大而无法复原，减少其使用寿命。

发明内容

针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种中置电机的倒刹装置，包括丝杆、离合块、挡块和中轴，所述中轴为包括左轴和右轴，所述右轴的一端安装曲柄，另一端插入所述左轴内部，并且其端部与所述左轴内部固定配合，所述左轴的一端安装曲柄，另一端与所述丝杆的内圈的一部分呈键配合，所述丝杆的内圈的另一部分与所述右轴呈键的间隙配合，所述离合块套在所述丝杆上，所述离合块的内圈与所述丝杆的外圈呈螺纹配合，所述离合块的一侧与链轮支架固定连接，另一侧与电机输出部呈摩擦配合，所述电机输出部的内圈与所述丝杆呈滚动配合，所述挡块用于对所述离合块进行限位。

进一步地，所述间隙配合为单侧间隙。

进一步地，所述挡块包括连接部和挡圈，所述连接部的外圈为螺纹结构，内圈与所述右轴呈键配合，所述挡圈的外景大于所述离合块的内径，所述连接部的外圈与所述丝杆螺纹连接。

进一步地，所述丝杆的内圈为阶梯孔，所述阶梯孔较大一部分设置与所述连接部螺纹连接，较小一部分与所述中轴呈键配合。

进一步地，所述滚动配合是轴承配合。

进一步地，所述轴承为角接触轴承或者推力轴承。

进一步地，还包括扭力传感器，所述扭力传感器安装在所述左轴的外表面上，用于采集所述左轴的扭变信号给电机控制器。

进一步地，还包括速度传感器，所述速度传感器安装在所述左轴上，用于采集所述中轴转动速度给电机控制器。

进一步地，所述右轴的另一端的端部与所述左轴内部呈键配合。

进一步地，所述键配合为花键配合。

本发明取得的有益效果：

本发明通过离合块挡块与丝杆螺纹连接，限制了离合块的移动范围，并且中轴采用左右轴设计，实现了挡块的可调节，用户根据实际喜好调节离合块活动范围以改变倒刹响应灵敏度。另外，左轴与丝杆滑动配合，右轴与丝杆间隙配合，通过该结构，在使用中有效防止左轴变形过度而无法恢复，提高了中轴的使用寿命；并且在未驱动时第一键齿和第二键齿的刹车侧齐平，使得在倒刹时候左轴和右轴成为整体轴，进一步提高了中轴的使用寿命和倒刹的可靠性。

附图说明

图1为具有倒刹系统的立体图；

图2为电机的右视图；

图3为图2中A-A的剖视图；

图4为图3中B-B的剖视图；

图5为图4中A的放大图；

图6为图3中C-C的剖视图；

图7为图6中B的放大图；

图8为图3中D-D的剖视图；

图9为图8中C的放大图；

图10为倒刹系统的爆炸图；

图11为丝杆的结构示意图；

图12为挡块的结构示意图；

图13为离合块的结构示意图；

图14为左轴的结构示意图；

图15为右轴的结构示意图；

图16为电机输出部与电机连接部的安装示意图；

图17为中轴的结构示意图；

图18为第一键槽与第二键齿另一连接结构示意图；

图19为另一种挡块安装方式的示意图；

图20为挡块的另一种安装机构示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

定义：滑动配合，键槽与键齿之间的间隙微乎其微，保证键槽和键齿之间能够顺畅插拔，但无法进行相对移动；

间隙配合，键槽和键齿之间能够发生相对移动。

本发明的一种中置电机的倒刹装置，如图1-17所示，包括丝杆1、离合块2和中轴，中轴包括左轴6和右轴7，右轴7的一端安装右曲柄，另一部分插入左轴6内部，并且插入部分的端部与左轴6的内部固定配合，其可以采用键配合；优选的，采用花键配合，增加右轴7端部与左轴接触面积，增加受力面积，使力的传力更加稳定。左轴6的一端安装曲柄，另一端与丝杆1的内圈的一部分呈键配合，丝杆1的内圈的另一部分与右轴7呈键的间隙配合；离合块2套在丝杆1上，离合块2的内圈与丝杆1的外圈呈螺纹配合，离合块2的一侧与链轮支架固定连接，另一侧与电机输出部3呈摩擦配合，电机输出部3的内圈与丝杆1呈滚动配合，挡块5用于对离合块2进行限位。

具体的，丝杆1的内圈设置第一键槽11，左轴6的一端设置有第一键齿61，并且与第一键槽11的一部分滑动配合，另一端安装左曲柄；右轴7上设置第二键齿71，并且与第一键槽11的另一部分通过扭矩行程间隙相配合。

具体的，电机输出部3外套接电机连接部31，通过电机连接部31将电机的扭矩传递给电机输出部3，在使用时，离合块2的摩擦面与电机输出部3紧密接触，进而将扭矩通过离合块2传递至链轮支架上，实现电机的驱动；优选的，电机输出部3与电机连接部31之间设置棘轮结构。通过挡块5和丝杆1的配合，有效防止离合块2从挡块5一侧脱落；同时，离合块2受到挡块5的止动，满足倒刹制动的需求以及倒刹的稳定性和安全性。

上述实施例中，右轴7插入左轴6的插入部分的端部与左轴6固定配合可以采用其他形式；例如，右轴7的端部设置三角形结构或者多边形结构等，并且在左轴6的内部设置与右轴7端部相互匹配的安装部，使用时，将右轴7的端部插入安装部后，使得左轴6和右轴7形成一个整体，通过右轴7将力传递给左轴6，同样的，左轴6也传递给右轴7。为了使左轴6和右轴7在使用时不发生脱离，右轴7插入左轴6一端的轴心处轴向设置固定螺孔，通过螺丝将左轴6和右轴7在轴向进行固定。

上述实施例中的丝杆1为单头丝杆或者多头丝杆。优选的，丝杆1为多头丝杆，其优势在于，只需要很小的旋转角度就能够快速的使离合块2与电机输出部3相接处或者分离。

上述实施例中的挡块5能够安装在中轴上，也可以安装在丝杆1上。优选的，挡块5设置在丝杆1上。挡块5包括连接部51和挡圈52，连接,51内设置贯通且能套装在中轴上的轴孔511，挡圈52的外径大于离合块2的内径，连接部51与丝杆1螺纹连接。为了使结构更加紧凑合理，丝杆1的内圈为阶梯孔，阶梯孔较大一部分设置与连接部51相配合的螺纹，较小一部分设置第一键槽11。优选的，轴孔511内设置第二键槽512，右轴7的第二键齿71延伸设置；并且，第二键槽512与第二键齿71相互配合，其可以为紧配合，也可以为滑动配合；当然，紧配合为最佳选择；从加工工艺和加工成本考虑，优选的采用滑动配合，虽然滑动配合会使得键槽和键齿之间存在一定的间隙，但是，该行程的旋转运动驱动挡块5轴向移动的距离可忽略不计。另外，结合附图10可知，该结构的整体安装步骤为，丝杆1安装入电机输出部3，离合块2安装在电机输出部3的另一侧，并且与丝杆1螺纹配合，而后安装挡块5，其与丝杆1螺纹配合，最后安装中轴，首先将左轴6插入丝杆1的左侧，将挡块5内的键槽与丝杆1内的键槽对其，最后插入右轴7进行键配合。能够理解的，该结构能够调整离合块2的轴向移动范围；只需要部分拔出右轴7，通过右轴6的键与挡块5的键槽相互配合，旋转右轴7带动挡块5转动，通过挡块5与丝杆1的螺纹配合，调节丝杆1与挡块5的相对位置，然后将右轴7插入即可完成限位调节，使得用户能够根据自己的喜好进行调节。其中，还有一个优势为，挡块5与丝杆1采用键配合，其根据键和键槽的数量，旋转相邻键槽中线之间的夹角，必然可以实现键槽与键齿的对其，降低装配难度；另外，最小调节角度仅为相邻键槽中线之间的夹角，提高了调节精度，适应性更好。

此外，丝杆1的外圈的一部分与电机输出部3通过轴承滚动连接。优选的，轴承4为角接触轴承或者推力轴承。其优势在于，在离合块2与电机输出部3摩擦面接触后，丝杆1的左侧与电机输出部3之间存在轴向的挤压力，通过角接触轴承或者推力轴承的设置，能够保证电机输出部3与丝杆1之间滚动连接的可靠性。

为了采集信号，在左轴6上安装传感器。其中，传感器可以为扭力传感器，也可以为速度传感器。扭力传感器采集中轴扭力信号，而后传递给电机控制器。速度传感器用来采集中轴转动速度，实现方式不限，例如可以通过中轴上设置磁钢，霍尔传感器设置在相对应的位置。

在上述实施例中，第一键齿61和第二键齿71为花键齿，第一键槽11为花键槽。即上述键配合均采用花键配合。

实施步骤如下：

行驶时，右脚向前踩踏曲柄，右轴7转动，踩踏力传递到右轴7的另一端，因为该端与左轴6内部紧配合，扭力传递至左右6，左轴6继续将该踩踏力传递给与之键配合的丝杆1，丝杆1转动，驱动离合块2向电机输出部3移动，进而使离合块2与电机输出部3之间形成摩擦配合，在上述过程中，因为左轴6受到扭力，安装在其表面的扭力传感器检测到左轴6的形变量，发送信号给电机，电机启动，将动力传递至电机输出部3，此时，人的踩踏力和电机的驱动力共同作用在离合块2上，通过离合块2将电机的驱动力传递给链轮支架，通过链条驱动后轮转动。而后通过左脚踩踏向前踩踏的曲柄，踩踏力直接通过左轴3传递给丝杆1，重复上述过程。

另外，左轴6的一端与丝杆1通过键槽和键齿进行紧配合，右轴7端部的一部分与丝杆1通过键槽和键齿进行间隙配合。该间隙能够根据实际需求进行调整，例如，如果需要使得增加左轴6变形量，则增大间隙；反之则减小。能够理解的，如果踩踏曲柄的力较小，第二键齿71和第一键槽11不接触，其驱动力完全通过左轴传递给丝杆1。而如果暴力踩踏，踩踏力超过上限后，通过左轴6将踩踏力传递给丝杆1；此时，右轴7的第二键齿71与第一键槽11接触，左轴6不在发生变形，踩踏力通过右轴7直接传递给丝杆1，从而达到延长左轴6的使用寿命。而如果不采用上述结构，很可能对左轴造成不可逆转的变形，尽管材质可以选择刚性更强的，但可能会造成使用中左轴6变形不够，传感器无法很好地采集变形信号。

停止向前踩踏曲柄，电机输出部3驱动离合块2转动，因离合块2与丝杆1螺纹配合，离合块2向远离电机输出部3的一侧移动，使得电机输出部3与离合块2分离，保证电机不会带动曲柄转动，进而保护使用者的安全。

需要倒刹时，右脚向后踩踏曲柄，右轴7反向转动，踩踏力从左轴3传递给丝杆1，驱动丝杆1反向转动，因其一侧受到挡块5的限位，反向踩踏力通过离合块2传递给链轮支架，并且通过链条将反向踩踏力传递给后轮花鼓，带动后轮花鼓锁紧，实现倒刹。

而电机关闭或者电池没电时，由于电机输出部3依靠棘轮机构与电机连接部31连接，此时的电机形成对骑行的阻力，棘轮机构顺祥运动，是的电机输出部3与电机连接部31分离，此时的电动自行车与普通自行车相同。

在另一实施例中，与上述实施例不同的是，如图4-7及图17所示，第一键齿61的刹车侧611与第二键齿71的刹车侧711齐平，第一键齿61的输出侧712与第二键齿71的输出侧712错开；即在未使用时，第二键齿71的输出侧712与第一键槽11之间存在间隙，刹车侧711与第一键槽11紧密贴合。电机控制器通过扭力传感器采集左轴6变形量，进而控制电机的转速，但左轴6的变形量是有极限的，如果超过极限，则有可能造成不可逆转的变形。因此，通过增加右轴7的第二键齿71与第一键槽11之间设置间隙，当左轴6超过预定的最大变形时，右轴7的第二键齿71的输出侧712与第一键槽11紧密贴合，而左轴6则不再继续变形，对左轴6进行保护。而在倒刹时，需要反向踩踏曲柄，需要给后轮花鼓提供反向力，此时，左轴6变形复位，右轴7直接介入驱动链条向后轮花鼓传动，该过程不会对左轴6造成变形，左轴6和右轴7形成整体，在保护左轴6的同时也为中轴的传动提供保证，提高了倒刹的响应程度。

在另一实施例中，如图18所示，在不使用时，第二键齿71置于第一键槽11内，并且其两侧边与第一键槽11两侧边之间均存在间隙，从而确保在向前踩踏时，首先通过左轴进行传动，直至超过左轴的限额，第二键齿71与第一键槽11之间的间隙消失，右轴7介入进行驱动，从而对左轴6进行保护；同样的，当倒刹时，反向驱动中轴，刚开始仍然是通过左轴6进行传动，而后右轴7介入同时传动，也对左轴6进行了保护。进而提高中轴的使用寿命。

上述实施例中提及，挡块5能够安装在中轴上，也可以安装在丝杆1上。具体他的，如图19-20所示，图19示出的是挡块5安装在丝杆1上的结构示意图，当丝杆1与离合块2螺纹配合安装完成后，挡块5直接固定在丝杆1的端部，挡块5和丝杆1能够通过螺纹配合，也可以通过焊接方式进行固定。图20示出的是挡块5安装在中轴上的结构示意图，挡块5直接固定在右轴7上；优选的，挡块5与右轴7可以一体成型，其外径大于离合块2的内径，就可以实现对离合块的限位。离合块2的限位结构不限于上述结构。

以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，包括丝杆、离合块、挡块和中轴，所述中轴为包括左轴和右轴，所述右轴的一端安装曲柄，另一端插入所述左轴内部，并且其端部与所述左轴内部固定配合，所述左轴的一端安装曲柄，另一端与所述丝杆的内圈的一部分呈键配合，所述丝杆的内圈的另一部分与所述右轴呈键的间隙配合，所述离合块套在所述丝杆上，所述离合块的内圈与所述丝杆的外圈呈螺纹配合，所述离合块的一侧与链轮支架固定连接，另一侧与电机输出部呈摩擦配合，所述电机输出部的内圈与所述丝杆呈滚动配合，所述挡块用于对所述离合块进行限位。

2.根据权利要求1所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，所述间隙配合为单侧间隙。

3.根据权利要求1所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，所述挡块包括连接部和挡圈，所述连接部的外圈为螺纹结构，内圈与所述右轴呈键配合，所述挡圈的外景大于所述离合块的内径，所述连接部的外圈与所述丝杆螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，所述丝杆的内圈为阶梯孔，所述阶梯孔较大一部分设置与所述连接部螺纹连接，较小一部分与所述中轴呈键配合。

5.根据权利要求1所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，所述滚动配合是轴承配合。

6.根据权利要求5所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，所述轴承为角接触轴承或者推力轴承。

7.根据权利要求1所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，还包括扭力传感器，所述扭力传感器安装在所述左轴的外表面上，用于采集所述左轴的扭变信号给电机控制器。

8.根据权利要求7所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，还包括速度传感器，所述速度传感器安装在所述左轴上，用于采集所述中轴转动速度给电机控制器。

9.根据权利要求1所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，所述右轴的另一端的端部与所述左轴内部呈键配合。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种中置电机的倒刹装置，其特征在于，所述键配合为花键配合。