CN113697023A - 一种同轴双单向结构电机及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了包括一种同轴双单向结构电机，包括设置于自行车齿盘上的电机总成，所述自行车齿盘中部设置有曲柄主轴；所述电机总成包括啮合连接曲柄主轴的驱动组件；所述曲柄主轴上套接设置有双单向离合组件，所述双单向离合组件包括套接设置于曲柄主轴上的离合套筒，所述离合套筒与曲柄主轴之间设置有第一单向离合结构，所述离合套筒与驱动组件之间设置有第二单向离合结构，所述第一单向离合结构与第二单向离合结构的锁合方向相反。利用双单向离合组件实现电机助力功能的启停切换，简化减速单元的结构，提高整体结构利用率，降低整体零件加工成本及组装成本。

Description

一种同轴双单向结构电机及其工作方法

技术领域

本发明涉及骑行车辆轮毂电机技术领域，尤其是涉及一种同轴双单向结构电机及其工作方法。

背景技术

传统的电助力自行车都是通过骑乘者的踩踏力量搭配一动力输出机构（如中置电机）所提供的电助力而获得前进的动力，使得点助力自行车不会对骑乘者的体力造成太大的负担，并且在休闲之余又能达到健身的效果。在输出电助力的过程中，中置电机必须要有合适的结构完成脚踏与电机输出助力相互间无明显相互干扰显现。

例如中国专利文献（公告号：CN210461469U）公开了“一种电动车用中置电机单向离合器结构”，包括电机壳、电机组件、中轴、大齿、中间齿，所述电机组件设置在电机壳中，所述电机组件包括电机轴，所述中间齿与所述电机轴啮合，所述大齿套于所述中轴上，所述大齿与所述中间齿啮合，还包括单向离合组件，所述单向离合组件包括内圈、外圈，所述内圈外侧设置有棘爪，所述外圈内侧设置有与所述棘爪配合的棘齿，所述棘爪与所述棘齿单向卡接，所述内圈连接在所述中轴上，所述外圈外周壁设置有反牙螺纹，所述外圈通过所述反牙螺纹与所述大齿螺纹连接。

上述中置电机的单向结构为不同轴的两个单向器设计，其结构复杂，零部件数量较多，中置电机内空间利用率低。

发明内容

针对背景技术中提到的受现有电机内部空间限制无法根据扭力需求调整电机及其部件的问题，本发明提供了一种同轴双单向结构电机，利用双单向离合组件实现电机助力功能的启停切换，简化减速单元的结构，提高整体结构利用率，降低整体零件加工成本及组装成本。

本发明的第二发明目的是解决同轴双单向电机的双单向离合组件在用户大力踩动踏板时产生应力集中易损坏的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种同轴双单向结构电机，包括设置于自行车齿盘上的电机总成，所述自行车齿盘中部设置有曲柄主轴；所述电机总成包括啮合连接曲柄主轴的驱动组件；所述曲柄主轴上套接设置有双单向离合组件， 所述双单向离合组件包括套接设置于曲柄主轴上的离合套筒，所述离合套筒与曲柄主轴之间设置有第一单向离合结构，所述离合套筒与驱动组件之间设置有第二单向离合结构，所述第一单向离合结构与第二单向离合结构的锁合方向相反。所述双单向离合组件包括离合套筒，还包括分设于离合套筒内、外的第一单向离合结构和第二单向离合结构，两者同轴设置，能够显著优化中置电机的内部空间布置，精简部件数量，提高中置电机助力启停的响应性。自行车前行时，锁合方向相反的第一单向离合结构与第二单向离合结构能够保证电机处于助力工况下，用以实现骑行脚踏出力和电机出力间不存在干扰。

作为优选，所述离合套筒包括套筒主体和设置于套筒主体上的第一锁合部和第二锁合部，所述第一锁合部的内径大于套筒主体内径，所述第一单向离合结构套合设置于第一锁合部内壁；所述第二锁合部的外径大于套筒主体外径，所述第二单向离合结构套合设置于第二锁合部外壁。所述第一锁合部与第二锁合部分设于套筒主体中线两侧，即第一锁合部与第二锁合部设置于中置电机中线的左右两侧，这种布置方式可以保证在第一单向离合结构与第二单向离合机构均处于锁合状态（即中置电机进行电助力工况）并进行载荷传递时，中置电机中线两侧的扭矩能够平衡，避免载荷集中于一侧进行传递时整个电机总成及驱动组件承受单侧偏移力矩而导致电机损坏。特别的是，当第一锁合部与第二锁合部设置于中置电机中线的同侧时，用户在大力踩踏脚踏板时，中置电机进行电助力会导致第一单向离合结构与第二单向离合机构的载荷传递件产生应力集中现象，进一步加速电机寿命缩短。

进一步的，所述第一单向离合结构与第二单向离合结构均为锲块式单向器。楔块式单向离合器由外环、内环、楔块、保持架组成，楔块装于内外圈之间，这种结构使得内外圈之间产生楔紧作用，且能够减少部件之间的磨损。当外圈相对于内圈作顺时针旋转时，楔块在摩擦力的作用下被卡死，此时单向离合器锁止；当外圈相对于内圈作逆时针旋转时，楔块在摩擦力的作用下倾斜，内外圈可以相对转动，此时单向离合器自由。

进一步的，所述第一单向离合结构与第二单向离合结构均为单向滚针轴承。单向滚针轴承又称为滚柱式单向离合器，这种单向离合器相较于锲块式单向器成本更低，装配更为便捷。

作为优选，所述驱动组件包括啮合连接曲柄主轴的接合齿轮，所述驱动组件包括转子轴和啮合转子轴的减速单元。

作为优选，所述离合套筒与自行车齿盘之间设置有滚针轴承。滚针轴承用于承受径向作用力，避免用户对单侧曲柄上的脚踏板进行踩踏时齿盘与离合套筒之间剧烈摩擦，提升装置整体的耐久性。

本发明还公开了上述同轴双单向结构电机的工作方法，包括以下步骤：

S1：用户向前踩脚踏板时，带动曲柄主轴绕中轴线正向旋转，第一单向离合结构锁合离合套筒与曲柄主轴，旋转的曲柄主轴会带动离合套筒旋转，同时自行车齿盘会随曲柄主轴旋转，自行车齿盘连接自行车链条或皮带，实现自行车前行；

S2：用户向后踩脚踏板时，带动曲柄主轴绕中轴线反向旋转，第一单向离合结构解除离合套筒与曲柄主轴之间的锁合状态，实现曲柄轴在离合套筒内部空转，不影响骑行状态；

S3：在步骤S1的进行当中，当电机带动旋转的接合齿轮转速大于由人力踩踏驱动的曲柄主轴的旋转速度时，第二单向离合结构处于锁合状态，此时接合齿轮带动曲柄主轴加速旋转，从而实现电机辅助功能；

S4：在步骤S1的进行当中，当电机带动旋转的接合齿轮转速小于由人力踩踏驱动的曲柄主轴的旋转速度时，第二单向离合结构处于解锁状态，此时接合齿轮不会影响曲柄主轴的原有运动状态，电机停止辅助功能。

本装置包括一个减速单元，一个助力输出单元，一个自行车齿盘，该助力输出单元包括：一个曲柄主轴与一个用于感应脚踏力的离合套筒，该离合套筒顶部直接与自行车齿盘连接，其中，曲柄主轴内、外分别设有第一单向离合结构与第二单向离合结构。

当用户骑行时，离合套筒内的第一单向离合结构与曲柄主轴锁合，第二单向离合结构与离合套筒呈脱开状态，此时，曲柄主轴带动离合套筒旋转，离合套筒旋转带动自行车齿盘旋转，从而实现车子前行。在此过程中，离合套筒会将收集到的脚踏信号传递助力输出单元，助力输出单元得到信号后开始驱动并通过减速单元将动力传递至离合套筒，此时，第二单向离合结构与离合套筒锁合，离合套筒内的第一单向离合结构与曲柄主轴解除锁合，动力可通过离合套筒直接传递至自行车齿盘，实现电助力状态。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）利用双单向离合组件实现电机助力功能的启停切换，简化减速单元的结构，提高整体结构利用率，降低整体零件加工成本及组装成本；（2）第一锁合部与第二锁合部分设于套筒主体中线两侧，即第一锁合部与第二锁合部设置于中置电机中线的左右两侧，中置电机在电助力工况并进行载荷传递时，中置电机中线两侧的扭矩能够平衡，避免载荷集中于一侧进行传递时整个电机总成及驱动组件承受单侧偏移力矩而导致电机损坏；（3）当第一锁合部与第二锁合部设置于中置电机中线的同侧时，用户在大力踩踏脚踏板时，中置电机进行电助力会导致第一单向离合结构与第二单向离合机构的载荷传递件产生应力集中现象，进一步加速电机寿命缩短。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A处的剖面图；

图3是图1中B-B处的剖面图；

图4是本发明的俯视图；

图中：1：电机总成；2、自行车齿盘；3、曲柄；4、齿盘禁锢螺母；5：第一垫片；6：单向滚针轴承；7：转子轴；8：离合套筒；9：第一锁合部；10：第二锁合部；11：定子；12：接合齿轮；13：减速单元；14：第一齿轮；15：第二垫片；16：第二齿轮；17：曲柄主轴；18：第一单向离合结构；19：套筒主体；20：第二单向离合结构。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，一种同轴双单向结构电机，包括设置于自行车齿盘2上的电机总成1，所述自行车齿盘2中部设置有曲柄主轴17，脚踏板通过曲轴连接曲柄主轴17；所述电机总成1包括啮合连接曲柄主轴17的驱动组件；所述曲柄主轴17上套接设置有双单向离合组件，所述双单向离合组件包括套接设置于曲柄主轴17上的离合套筒8，所述离合套筒与曲柄主轴17之间设置有第一单向离合结构18，所述离合套筒与驱动组件之间设置有第二单向离合结构20，所述第一单向离合结构18与第二单向离合结构20方向相反。如图2、3所示，所述离合套筒8包括套筒主体19和设置于套筒主体19上的第一锁合部9和第二锁合部10，所述第一锁合部9的内径大于套筒主体19内径，所述第一单向离合结构18套合设置于第一锁合部9内壁；所述第二锁合部10的外径大于套筒主体19外径，所述第二单向离合结构20套合设置于第二锁合部10外壁。所述驱动组件包括啮合连接曲柄主轴17的接合齿轮12，所述驱动组件包括套设于电机的定子11外侧的转子轴7，电机转子轴上啮合有减速单元13。

如图4所示，所述双单向离合组件包括离合套筒8，还包括分设于离合套筒8内、外的第一单向离合结构18和第二单向离合结构20，两者同轴设置，能够显著优化中置电机的内部空间布置，精简部件数量，提高中置电机助力启停的响应性。所述第一锁合部9与第二锁合部10分设于套筒主体19中线两侧，即第一锁合部9与第二锁合部10设置于中置电机中线的左右两侧，这种布置方式可以保证在第一单向离合结构18与第二单向离合机构均处于锁合状态（即中置电机进行电助力工况）并进行载荷传递时，中置电机中线两侧的扭矩能够平衡，避免载荷集中于一侧进行传递时整个电机总成1及驱动组件承受单侧偏移力矩而导致电机损坏。特别的是，当第一锁合部9与第二锁合部10设置于中置电机中线的同侧时，用户在大力踩踏脚踏板时，中置电机进行电助力会导致第一单向离合结构18与第二单向离合机构的载荷传递件产生应力集中现象，进一步加速电机寿命缩短。

所述第一单向离合结构18与第二单向离合结构20均为锲块式单向器。楔块式单向离合器由外环、内环、楔块、保持架组成，楔块装于内外圈之间，这种结构使得内外圈之间产生楔紧作用，且能够减少部件之间的磨损。当外圈相对于内圈作顺时针旋转时，楔块在摩擦力的作用下被卡死，此时单向离合器锁止；当外圈相对于内圈作逆时针旋转时，楔块在摩擦力的作用下倾斜，内外圈可以相对转动，此时单向离合器自由。

所述离合套筒与自行车齿盘2之间设置有滚针轴承6。滚针轴承6用于承受径向作用力，避免用户对单侧曲柄3上的脚踏板进行踩踏时齿盘与离合套筒之间剧烈摩擦，提升装置整体的耐久性。

本发明所公开的同轴双单向结构电机的工作方法如下：

S1：用户向前踩脚踏板时，带动曲柄主轴17绕中轴线正向旋转，第一单向离合结构18锁合离合套筒8与曲柄主轴17，旋转的曲柄主轴17会带动离合套筒8旋转，同时自行车齿盘2会随曲柄主轴17旋转，自行车齿盘2连接自行车链条或皮带，实现自行车前行；

S2：用户向后踩脚踏板时，带动曲柄主轴17绕中轴线反向旋转，第一单向离合结构18解除离合套筒8与曲柄主轴17之间的锁合状态，实现曲柄轴在离合套筒8内部空转，不影响骑行状态；

S3：在步骤S1的进行当中，当电机带动旋转的接合齿轮12转速大于由人力踩踏驱动的曲柄主轴17的旋转速度时，第二单向离合结构20处于锁合状态，此时接合齿轮12带动曲柄主轴17加速旋转，从而实现电机辅助功能；

S4：在步骤S1的进行当中，当电机带动旋转的接合齿轮12转速小于由人力踩踏驱动的曲柄主轴17的旋转速度时，第二单向离合结构20处于解锁状态，此时接合齿轮12不会影响曲柄主轴17的原有运动状态，电机停止辅助功能。

本装置包括一个减速单元13，一个助力输出单元，一个自行车齿盘2，该助力输出单元包括：一个曲柄主轴17与一个用于感应脚踏力的离合套筒8，该离合套筒8顶部直接与自行车齿盘2连接，其中，曲柄主轴17内、外分别设有第一单向离合结构18与第二单向离合结构20。第二单向离合结构20通过接合齿轮12与减速单元13连接，所述减速单元13包括相啮合的第一齿轮14和第二齿轮16，接合齿轮12外侧安装有一个防止脱落的第一垫片5，第一单向离合结构18外侧安装有防止脱出第一锁合部9的第二垫片15，自行车齿盘2外侧设置有用于轴向限位的齿盘禁锢螺母4。

当用户骑行时，离合套筒8内的第一单向离合结构18与曲柄主轴17锁合，第二单向离合结构20与离合套筒8呈脱开状态，此时，曲柄主轴17带动离合套筒8旋转，离合套筒8旋转带动自行车齿盘2旋转，从而实现车子前行。在此过程中，离合套筒8会将收集到的脚踏信号传递助力输出单元，助力输出单元得到信号后开始驱动并通过减速单元13将动力传递至离合套筒8，此时，第二单向离合结构20与离合套筒8锁合，离合套筒8内的第一单向离合结构18与曲柄主轴17解除锁合，动力可通过离合套筒8直接传递至自行车齿盘2，实现电助力状态。

实施例2

与实施例1不同的是，所述第一单向离合结构18与第二单向离合结构20均为单向滚针轴承6，单向滚针轴承又称为滚柱式单向离合器，这种单向离合器相较于锲块式单向器成本更低，装配更为便捷。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种同轴双单向结构电机，包括设置于自行车齿盘上的电机总成，所述自行车齿盘中部设置有曲柄主轴；所述电机总成包括啮合连接曲柄主轴的驱动组件；

其特征是，所述曲柄主轴上套接设置有双单向离合组件， 所述双单向离合组件包括套接设置于曲柄主轴上的离合套筒，所述离合套筒与曲柄主轴之间设置有第一单向离合结构，所述离合套筒与驱动组件之间设置有第二单向离合结构，所述第一单向离合结构与第二单向离合结构的锁合方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种同轴双单向结构电机，其特征在于，所述离合套筒包括套筒主体和设置于套筒主体上的第一锁合部和第二锁合部，所述第一锁合部的内径大于套筒主体内径，所述第一单向离合结构套合设置于第一锁合部内壁；所述第二锁合部的外径大于套筒主体外径，所述第二单向离合结构套合设置于第二锁合部外壁。

3.根据权利要求1所述的一种同轴双单向结构电机，其特征在于，所述第一单向离合结构与第二单向离合结构均为锲块式单向器。

4.根据权利要求1所述的一种同轴双单向结构电机，其特征在于，所述第一单向离合结构与第二单向离合结构均为单向滚针轴承。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种同轴双单向结构电机，其特征在于，所述驱动组件包括啮合连接曲柄主轴的接合齿轮，所述驱动组件包括转子轴和啮合转子轴的减速单元。

6.根据权利要求5所述的一种同轴双单向结构电机，其特征在于，所述接合套筒与自行车齿盘之间设置有滚针轴承。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述的同轴双单向结构电机的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：用户向前踩脚踏板时，带动曲柄主轴绕中轴线正向旋转，第一单向离合结构锁合离合套筒与曲柄主轴，旋转的曲柄主轴会带动离合套筒旋转，同时自行车齿盘会随曲柄主轴旋转，自行车齿盘连接自行车链条或皮带，实现自行车前行；

S2：用户向后踩脚踏板时，带动曲柄主轴绕中轴线反向旋转，第一单向离合结构解除离合套筒与曲柄主轴之间的锁合状态，实现曲柄轴在离合套筒内部空转，不影响骑行状态；

S3：在步骤S1的进行当中，当电机带动旋转的接合齿轮转速大于由人力踩踏驱动的曲柄主轴的旋转速度时，第二单向离合结构处于锁合状态，此时接合齿轮带动曲柄主轴加速旋转，从而实现电机辅助功能；

S4：在步骤S1的进行当中，当电机带动旋转的接合齿轮转速小于由人力踩踏驱动的曲柄主轴的旋转速度时，第二单向离合结构处于解锁状态，此时接合齿轮不会影响曲柄主轴的原有运动状态，电机停止辅助功能。

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