CN112797090A - 电动助力车的单向离合器和电动助力车 - Google Patents

电动助力车的单向离合器和电动助力车 Download PDF

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Abstract

提供一种用于电动助力车的单向离合器，其包括外圈和滚动体组，滚动体组包括多个滚动体，外圈的内周面具有斜坡，斜坡包括沿周向接连排布的缓坡和陡坡，滚动体和陡坡的接触点的切线与滚动体和滚动体组的内包络圆的接触点的切线之间的夹角大于滚动体和缓坡的接触点的切线与滚动体和滚动体组的内包络圆的接触点的切线之间的夹角，在从陡坡指向缓坡的方向上，陡坡和缓坡连续地向径向外侧倾斜，当中轴承载预定的正常扭矩时，滚动体位于缓坡，外圈转动且滚动体保持不动，当中轴承载过载扭矩时，滚动体位于陡坡并打滑。滚动体到达陡坡时打滑，从而中轴的扭矩不能传递至外圈，电机、传动部件均受到保护。

Description

电动助力车的单向离合器和电动助力车
技术领域
本发明涉及电动助力车，且特别涉及电动助力车的单向离合器和电动助力车。
背景技术
电动助力车采用电机输出扭矩以辅助骑行者骑行，当骑行者踩踏脚踏板时，中轴扭矩传感器感知该扭矩，电机控制器指令电机开始工作以支持骑行者骑行。电机轴的旋转输出通过减速系统进行减速增扭，然后通过棘轮棘齿传递到中轴和链轮，并最终传递到后轮。
在现有的电动助力车中存在以下问题：
第一，当骑车者反向踩踏脚踏板时，由于棘轮棘齿自身的结构特点，将存在无法消除的噪音，导致较差的骑行体验；
第二，当骑行者施加过载扭矩时，例如骑行者踩着脚踏板跳上自行车，棘轮棘齿会将过载扭矩传递到中轴扭矩传感器，以及棘轮棘齿的上游的齿轮和轴承，造成这些部件的过载及提前失效。
因而，亟待本领域技术人员解决的技术问题是，如何使得在骑行者施加过载扭矩时，电动助力车的部件不受损坏。
发明内容
鉴于上述现有技术的状态而做出本发明。本发明的目的在于提供一种电动助力车的单向离合器和电动助力车，当骑行者施加过载扭矩时，单向离合器不会将过载扭矩传向电机。
提供一种用于电动助力车的单向离合器，其包括外圈和滚动体组，所述滚动体组包括多个滚动体，所述外圈用于接收来自所述电动助力车的电机的输出扭矩，所述多个滚动体沿所述外圈的周向均匀地布置于所述外圈的径向内侧，所述多个滚动体的径向内侧部用于所述电动助力车的中轴连接，
所述外圈的内周面具有斜坡，所述斜坡包括沿所述周向接连排布的缓坡和陡坡，所述滚动体和所述陡坡的接触点的切线与所述滚动体和所述滚动体组的内包络圆的接触点的切线之间的夹角大于所述滚动体和所述缓坡的接触点的切线与所述滚动体和所述滚动体组的内包络圆的接触点的切线之间的夹角，在从所述陡坡指向所述缓坡的方向上，所述陡坡和所述缓坡连续地向径向外侧倾斜，
当所述中轴承载预定的正常扭矩时，所述滚动体位于所述缓坡，所述外圈转动且所述滚动体保持不动，当所述中轴承载过载扭矩时，所述滚动体位于所述陡坡并打滑。
在至少一个实施方式中，所述滚动体和所述缓坡的接触点的切线与所述滚动体和所述内包络圆的接触点的切线之间的夹角的一半为锁定角度，当所述滚动体位于所述缓坡时，所述锁定角度大于0度小于或等于4度。
在至少一个实施方式中，所述滚动体和所述陡坡的接触点的切线与所述滚动体和所述内包络圆的接触点的切线之间的夹角的一半为释放角度，当所述滚动体位于所述陡坡时，所述释放角度大于所述锁定角度。
在至少一个实施方式中，所述外圈沿所述周向具有多个凹陷部，所述多个凹陷部形成所述斜坡。
在至少一个实施方式中，所述单向离合器还包括摩擦片，所述摩擦片设于所述外圈的内周面，所述滚动体与所述摩擦片的表面接触。
在至少一个实施方式中，所述外圈在轴向上的两端具有挡边，所述挡边限制所述滚动体沿所述轴向脱离所述外圈，所述单向离合器包括两个所述摩擦片，所述两个摩擦片为环形，所述两个摩擦片分别布置在两个所述挡边的轴向内侧。
在至少一个实施方式中，所述缓坡具有多个锁定位置，当所述中轴承载不同大小的扭矩时，所述滚动体能够在所述多个锁定位置在所述缓坡和所述中轴之间传递扭矩。
在至少一个实施方式中，所述斜坡还包括反向坡，所述反向坡和所述陡坡位于所述缓坡的相反的两侧，
所述滚动体和所述反向坡的接触点的切线与所述滚动体和所述内包络圆的接触点的切线之间的夹角大于所述滚动体和所述缓坡的接触点的切线与所述滚动体和所述内包络圆的接触点的切线之间的夹角，在从所述反向坡指向所述缓坡的方向上，所述反向坡向径向外侧倾斜，
所述单向离合器还包括弹簧，当所述中轴承载反向扭矩时，所述滚动体位于所述反向坡，所述滚动体空转，所述弹簧向所述滚动体施加弹力，当去除所述反向扭矩时，所述滚动体在所述弹力的作用下返回所述缓坡。
在至少一个实施方式中，所述弹簧与所述陡坡位于所述滚动体的相反的两侧，所述弹簧的一端固定于所述外圈，所述弹簧的另一端抵靠所述滚动体从而向所述滚动体施加推力。
提供一种电动助力车，所述电动助力车包括：
根据上述技术方案所述的单向离合器；
中轴，所述中轴安装于所述单向离合器的径向内侧；
电机和减速机构，所述电机经由所述减速机构连接到所述外圈，从而向所述外圈传递扭矩；以及
扭矩传感器，所述扭矩传感器感测所述外圈的扭矩。
上述技术方案至少具有以下有益效果：
滚动体到达陡坡时打滑，从而中轴的扭矩不能传递至外圈，电机、传动部件均受到保护。
上述技术方案还可以具有以下有益效果：
滚动体到达反向坡时空转，从而反向离合器切断电机与中轴的力矩传递，并且不会产生异响。
滚动体在打滑的同时受到来自摩擦片的阻力，能够防止骑行者由于失去支撑而摔倒。
外圈结合两个环形的摩擦片的结构较简单，而且两个环形的摩擦片能够向滚动体施加大小适当的对称的摩擦力。
附图说明
图1示出了本公开提供的电动助力车的单向离合器的一个具体实施方式的正视截面图。
图2示出了图1中的单向离合器的剖视立体图。
图3示出了图1中的单向离合器的分解图。
图4示出了电动助力车处于正常状态时，即中轴承载预定的正常扭矩时的滚动体的状态。
图5示出了电动助力车处于过载状态时，即中轴承载过载扭矩时的滚动体的状态。
图6示出了电动助力车从正常状态进入反转状态时的滚动体的状态。
附图标记说明：
1外圈、10凹陷部、11本体、12保持架、121基部、122臂部、13挡边、2摩擦片、3弹簧、4滚动体、5斜坡、51缓坡、52陡坡、53反向坡、7中轴、510、520、71、72切线；
a锁定角度、b释放角度。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
如图1至图3所示，本公开提供一种电动助力车的单向离合器和包括该单向离合器的电动助力车，该单向离合器用于接合或者断开电机(电动助力车的中置电机)与中轴7(中轴7与链轮抗扭地连接)之间的扭矩传递。
单向离合器包括外圈1和滚动体组，滚动体组包括多个滚动体4，外圈1接收电机的输出扭矩，外圈1例如可以为冲压外圈并压装于减速齿轮的内孔。多个滚动体4沿外圈1的周向均匀地布置于外圈1的径向内侧，中轴7在滚动体组的径向内侧安装，从而滚动体组在中轴7和外圈1之间传递扭矩。中轴7可以直接连接于滚动体组，也可以通过例如内圈或轴套等连接于滚动体组，本文以中轴7直接连接于滚动体组为例进行说明。
如图4至图6所示，外圈1的具有多个内周面凹陷的凹陷部10，滚动体4一一对应地安装于凹陷部10，从而在凹陷部10限定的周向范围内运动。凹陷部10的内周面形成斜坡5，滚动体4和斜坡5的接触点的切线与滚动体4和中轴7(滚动体组的径向内侧的包络圆)的接触点的切线不平行。
斜坡5包括缓坡51和陡坡52，陡坡52的坡度大于缓坡51的坡度，即滚动体4和陡坡52的接触点的切线520与滚动体4和中轴7的接触点的切线72之间的夹角(如图5，当滚动体4位于陡坡52时)大于滚动体4和缓坡51的接触点的切线510与滚动体4和中轴7的接触点的切线71之间的夹角(如图4，当滚动体4位于缓坡51时)。在从陡坡52指向缓坡51的方向上，陡坡52和缓坡51连续地向径向外侧倾斜。
斜坡5还包括反向坡53，反向坡53和陡坡52位于缓坡51的相反的两侧。反向坡53的坡度大于缓坡51的坡度，即滚动体4和反向坡53的接触点的切线与滚动体4和中轴7的接触点的切线之间的夹角(当滚动体4位于反向坡53时)大于滚动体4和缓坡51的接触点的切线510与滚动体4和中轴7的接触点的切线71之间的夹角(当滚动体4位于缓坡51时)。在从反向坡53指向缓坡51的方向上，反向坡53向径向外侧倾斜。
凹陷部10的内周面的一部分形成陡坡52、缓坡51和反向坡53，在单向离合器的不同的工况下，滚动体4择一地与陡坡52、缓坡51和反向坡53接触。利用凹陷部10形成斜坡5，这能够减小外圈1占据的径向空间，缩小单向离合器的尺寸。
如图4所示，当中轴7承载预定的(不变的)正常扭矩时，扭矩传感器感受外圈1承载的扭矩并转化成电信号，电信号传递至电机控制器，电机控制器控制电机输出扭矩以实现助力。电机的输出扭矩例如通过减速齿轮传递至外圈1，外圈1转动，滚动体4位于缓坡51并与缓坡51和中轴7同时接触从而处于锁定位置。滚动体4在锁定位置将电机的输出扭矩传递至中轴7，中轴7再将该扭矩传递至链轮和后轮。该工况下外圈1和中轴7的转动方向分别如图3中的箭头O和I所示。
如图5所示，当中轴7承载过载扭矩时，电机控制器控制电机断电，滚动体4受到中轴7的摩擦力f并滚动至陡坡52同时脱离缓坡51从而处于释放位置。滚动体4在释放位置打滑，中轴7的扭矩不能传递至外圈1从而扭矩传感器感测到的扭矩为零或者很小，电机、传动部件和扭矩传感器均受到保护。该工况下中轴7的转动方向如图5中的箭头I所示，滚动体4的转动方向如图5中的箭头R所示。
如图6所示，当中轴7承载反向扭矩时，中轴7反向旋转，滚动体4受到中轴7的摩擦力f’并滚动。随着反向扭矩的施加，滚动体4滚动至反向坡53同时脱离缓坡51从而处于超越位置。滚动体4在超越位置空转，从而反向离合器切断电机与中轴7的力矩传递，并且不会产生异响。该工况下中轴7的转动方向如图6中的箭头I所示，滚动体4的转动方向如图6中的箭头R所示。
滚动体4和缓坡51的接触点的切线510与滚动体4和中轴7的接触点的切线71之间的夹角的一半为锁定角度a，锁定角度a可以为大于0度小于或等于4度，从而滚动体4能够在锁定位置传递扭矩。滚动体4和陡坡52的接触点的切线520与滚动体4和中轴7的接触点的切线72之间的夹角的一半为释放角度b，释放角度b大于锁定角度a，优选地大于4度，从而滚动体4能够在释放位置打滑。
力矩传感器具有额定扭矩，当力矩传感器感测的扭矩超过该额定扭矩时可能损坏。上述正常扭矩是指不超出该额定扭矩的扭矩，过载扭矩是指超出该额定扭矩的扭矩，上述反向扭矩是指当骑行者倒着踩踏脚踏板时中轴7承载的扭矩。
定义缓坡51的一端与陡坡52对接，缓坡51的另一端与反向坡53对接。缓坡51具有锁定区域，在锁定区域具有多个锁定位置，滚动体4能够在每个锁定位置与外圈1和中轴7同时接触并保持不动从而传递扭矩。滚动体4的锁定位置与中轴7承载的扭矩大小有关，中轴7承载的扭矩越大，锁定位置越靠近缓坡51的一端，中轴7承载的扭矩越小，锁定位置越靠近缓坡51的另一端。
例如，当中轴7承载很小的扭矩时，比如当小朋友骑行时，锁定位置靠近缓坡51的另一端；当中轴7承载更大的扭矩时，比如中等体格的骑行者以大众的骑行习惯骑行时，锁定位置位于缓坡51的中间；当中轴7承载大致额定扭矩时，锁定位置位于缓坡51的一端，此时中轴7承载的扭矩一旦超过额定扭矩，滚动体4就滚动至与陡坡52接触。
缓坡51设置成能够提供多个锁定位置，这些锁定位置使得电动助力车正常工作时所对应的扭矩范围较大，从而能够适应多种骑行风格和更多的骑行者。
在缓坡51上还具有平衡位置，平衡位置位于释放区域和反向坡53之间。当骑行者不骑行时，滚动体4位于该平衡位置，此时一旦骑行者正常骑行，滚动体4就向锁定区域滚动并最终位于锁定位置；一旦骑行者施加过载扭矩，滚动体4就向锁定区域滚动并最终在陡坡52打滑；一旦骑行者施加反向扭矩，滚动体4就向反向坡53滚动并最终在反向坡53空转。
继续参考图1至图3，单向离合器还可以包括弹簧3，外圈1可以包括一体形成的挡边13、本体11和保持架12。本体11为环形，斜坡5形成于本体11的内周面。挡边13位于本体11的轴向两端，挡边13限制滚动体4沿轴向脱离外圈1。保持架12包括基部121和臂部122，基部121连接于挡边13，臂部122从基部121伸出并位于本体11的径向内侧，弹簧3的一端固定于保持架12的臂部122，弹簧3的另一端抵靠滚动体4。
单向离合器包括多个弹簧3，每两个滚动体4之间设置一个弹簧3。向滚动体4施加作用力的弹簧3可以位于相应的滚动体4的反向坡53侧，即陡坡52和弹簧3位于相应的滚动体4的相反的两侧，从而向相应的滚动体4施加从反向坡53指向缓坡51的推力(如图4至图6所示)。
当骑行者不再反向骑行，即撤去中轴7原来承载的反向扭矩时，滚动体4在弹簧3的作用下回到平衡位置。当骑行者不再施加过载扭矩时，需要骑行者反向小幅度踩踏踏板，滚动体4将克服弹簧3的弹力回到平衡位置。
弹簧3在滚动体4的反向坡53侧施加推力，这样的话，弹簧3的另一端抵靠滚动体4即可，而无需采用更为复杂的连接方式，使得单向离合器的结构简单。
在其他实施方式中，向滚动体4施加作用力的弹簧3可以位于相应的滚动体4的陡坡52侧从而向相应的滚动体4施加从反向坡53指向缓坡51的拉力。
该单向离合器还包括摩擦片2，摩擦片2设于所述外圈1的内周面并位于滚动体4和外圈1的内周面之间，滚动体4能够与摩擦片2的表面接触，从而摩擦片2向滚动体4提供摩擦力。单向离合器例如包括两个摩擦片2，摩擦片2为环形，两个摩擦片2分别设于外圈1的两个挡边13的轴向内侧。
摩擦片2可以不固定地连接至外圈1，比如套装在外圈1和滚动体4之间，也可以固定地连接至外圈1。
在其他实施方式中，摩擦片2可以具有其他的数目和形状，比如单向离合器可以包括多个沿周向分散的摩擦片2，摩擦片2可以在轴向上覆盖外圈1内周面，多个摩擦片2例如通过粘接的方式与外圈1固定连接。
滚动体4在打滑的同时受到来自摩擦片2的阻力，能够防止骑行者由于失去支撑而踏空。
外圈1结合两个环形的摩擦片2的结构较简单，而且两个环形的摩擦片2能够向滚动体4施加大小适当的对称的摩擦力。
本公开提供的单向离合器同时具有过载保护功能和阻尼功能，既能够在中轴7承载过载扭矩时保护单向离合器的内部部件，还能够防止骑行者踏空摔倒。
应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，其包括外圈(1)和滚动体组，所述滚动体组包括多个滚动体(4)，所述外圈(1)用于接收来自所述电动助力车的电机的输出扭矩，所述多个滚动体(4)沿所述外圈(1)的周向均匀地布置于所述外圈(1)的径向内侧，所述多个滚动体(4)的径向内侧部用于所述电动助力车的中轴(7)连接，
所述外圈(1)的内周面具有斜坡(5)，所述斜坡(5)包括沿所述周向接连排布的缓坡(51)和陡坡(52)，所述滚动体(4)和所述陡坡(52)的接触点的切线(520)与所述滚动体(4)和所述滚动体组的内包络圆的接触点的切线(72)之间的夹角大于所述滚动体(4)和所述缓坡(51)的接触点的切线(510)与所述滚动体(4)和所述滚动体组的内包络圆的接触点的切线(71)之间的夹角，在从所述陡坡(52)指向所述缓坡(51)的方向上，所述陡坡(52)和所述缓坡(51)连续地向径向外侧倾斜，
当所述中轴(7)承载预定的正常扭矩时，所述滚动体(4)位于所述缓坡(51)，所述外圈(1)转动且所述滚动体(4)保持不动，当所述中轴(7)承载过载扭矩时，所述滚动体(4)位于所述陡坡(52)并打滑。
2.根据权利要求1所述的用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，所述滚动体(4)和所述缓坡(51)的接触点的切线(510)与所述滚动体(4)和所述内包络圆的接触点的切线(71)之间的夹角的一半为锁定角度(a)，当所述滚动体(4)位于所述缓坡(51)时，所述锁定角度(a)大于0度小于或等于4度。
3.根据权利要求2所述的用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，所述滚动体(4)和所述陡坡(52)的接触点的切线(520)与所述滚动体(4)和所述内包络圆的接触点的切线(72)之间的夹角的一半为释放角度(b)，当所述滚动体(4)位于所述陡坡(52)时，所述释放角度(b)大于所述锁定角度(a)。
4.根据权利要求1所述的用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，所述外圈(1)沿所述周向具有多个凹陷部(10)，所述多个凹陷部(10)形成所述斜坡(5)。
5.根据权利要求1所述的用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，所述单向离合器还包括摩擦片(2)，所述摩擦片(2)设于所述外圈(1)的内周面，所述滚动体(4)与所述摩擦片(2)的表面接触。
6.根据权利要求5所述的用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，所述外圈(1)在轴向上的两端具有挡边(13)，所述挡边(13)限制所述滚动体(4)沿所述轴向脱离所述外圈(1)，所述单向离合器包括两个所述摩擦片(2)，所述两个摩擦片(2)为环形，所述两个摩擦片(2)分别布置在两个所述挡边(13)的轴向内侧。
7.根据权利要求1所述的用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，所述缓坡(51)具有多个锁定位置，当所述中轴(7)承载不同大小的扭矩时，所述滚动体(4)能够在所述多个锁定位置在所述缓坡(51)和所述中轴(7)之间传递扭矩。
8.根据权利要求1所述的用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，所述斜坡(5)还包括反向坡(53)，所述反向坡(53)和所述陡坡(52)位于所述缓坡(51)的相反的两侧，
所述滚动体(4)和所述反向坡(53)的接触点的切线与所述滚动体(4)和所述内包络圆的接触点的切线之间的夹角大于所述滚动体(4)和所述缓坡(51)的接触点的切线与所述滚动体(4)和所述内包络圆的接触点的切线之间的夹角，在从所述反向坡(53)指向所述缓坡(51)的方向上，所述反向坡(53)向径向外侧倾斜，
所述单向离合器还包括弹簧(3)，当所述中轴(7)承载反向扭矩时，所述滚动体(4)位于所述反向坡(53)，所述滚动体(4)空转，所述弹簧(3)向所述滚动体(4)施加弹力，当去除所述反向扭矩时，所述滚动体(4)在所述弹力的作用下返回所述缓坡(51)。
9.根据权利要求8所述的用于电动助力车的单向离合器，其特征在于，所述弹簧(3)与所述陡坡(52)位于所述滚动体(4)的相反的两侧，所述弹簧(3)的一端固定于所述外圈(1)，所述弹簧(3)的另一端抵靠所述滚动体(4)从而向所述滚动体(4)施加推力。
10.一种电动助力车，其特征在于，所述电动助力车包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的单向离合器；
中轴，所述中轴安装于所述单向离合器的径向内侧；
电机和减速机构，所述电机经由所述减速机构连接到所述外圈，从而向所述外圈传递扭矩；以及
扭矩传感器，所述扭矩传感器感测所述外圈(1)的扭矩。
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