CN201663515U - 永磁电机可控滑行及制动回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一套与永磁电机配套的机械操控装置，包括双向棘轮、电机、分线器及电刷。双向棘轮包括主动圈、从动圈、棘爪、棘齿、弹簧、操纵头及操纵架。棘爪整体呈对称的“T”字形，中间为转轴，两边各一个爪，两端的爪面平行或向内有夹角，转轴上刻有底面与对称轴约20度夹角的、方向相反的2个凹槽。分线器包括滑轮、销轴、滑轮架及长方形的外壳。双向棘轮与电机之间的具体连接方式为：a)双向棘轮位于电机跟安装轴之间，其主动圈与安装轴同轴地固接，从动圈与电机永磁组件或电枢绕组之一同轴固接，然后电机另一部分再与轮圈同轴固接；b)双向棘轮位于电机跟轮圈之间，电机永磁组件或电枢绕组之一先与轮轴同轴固接，其另一部分再与双向棘轮的主动圈同轴固接，最后双向棘轮的从动圈再与轮圈同轴固接；c)双向棘轮位于电机外部，其主动圈直接同轴地固接在电机轴上，从动圈再通过传动装置与轮圈相连。本实用新型的双向棘轮的棘爪可以在2个弹簧作用下向顺时针、逆时针两个方向转动并抓住棘齿，所以可以有选择性地向顺、逆两个方向的其中一个传力。当电机断电或蹬骑时棘爪自动解锁电机与车轮，车轮空滑，电机静止不产生此阻力；当电机加电时，棘爪锁定电机与车轮，电机驱动车轮前进；当需要制动时，棘爪反转锁定电机永磁体或电枢，车轮推动电机转动从而使其发电并存至电瓶，电机发电反过来给车轮制动。综上可知，本实用新型可做到滑行与制动回收兼顾：使用本装置后蹬骑更轻松、滑行距离更长，又不影响制动回收，行驶里程必然显著增加。绿色、节能、环保，适用于各种车辆，尤其是电动双轮车、电动助力车及电动三轮车。

Description

永磁电机可控滑行及制动回收装置

技术领域

本实用新型涉及一套与永磁电机配套的机械操控装置，属于机电领域。

背景技术

永磁电机由于装有永磁体励磁，电能转化效率较高，而且结构简单、重量也较轻，又有良好的转速——转矩特性及制动、发电功能，从而被广泛用在各种车辆上。但有一个固有缺点是断电滑行时磁阻力较大，这点在其用于电动自行车及电动助力车上时尤为不宜。现有的电机通过普通棘轮装置(超越式离合器)解决了滑行问题，却丢掉了永磁电机的制动、发电功能。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一套与永磁电机相配套的双向棘轮及其操纵装置，此装置可以让电机的电枢组件与永磁组件在车轮滑行时保持相对静止，从而消除磁阻力、延长滑行距离并使蹬骑更加轻松；同时在车辆制动时又能使两者相对转动从而回收制动能量。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：包括双向棘轮、电机、分线器及电刷。

双向棘轮包括主动圈、从动圈、棘爪、棘齿、弹簧、操纵头及操纵架：主动圈与从动同轴，两者交接处有滚珠或轴承；棘爪整体呈对称的“T”字形，中间为转轴，两边各一个爪，两端的爪面平行或向内有夹角，转轴上刻有底面与对称轴约20度夹角的、方向相反的2个凹槽；棘爪安装于主动圈外环面上向内刻的半圆形凹槽内，凹槽两边各切去一块扇形的区域，棘爪可以在此扇形区域里向两边各转动约20度并且其端面可以与扇形的直边平行并接触，扇形的直边有向内转折但并不进入棘爪转动范围内；主动圈外环面上还刻有与棘爪上的凹槽分别共面的2个凹槽，凹槽内装弹簧；主动圈外环面上与棘爪位置错开的地方有2个方形的缺口，这两个缺口穿过凹槽；操纵头插入缺口，其工作面朝内与2个弹簧外相切接触；2个操纵纵头通过操纵臂、操纵环与圆柱连为一体形成操纵架，圆柱的一端通过钢丝与分线器相连，此端还装有复位弹簧；棘齿刻在从动圈内环面上，与棘爪端面啮合，形状为梯形。

分线器包括滑轮、销轴、滑轮架及长方形的外壳：滑轮架主断面为“L”形，滑轮(21)通过销轴固定在滑轮架内，两者可共同在外壳里来回滑动，外壳上与滑轮架底部对应的一面中间有螺纹孔，螺纹孔内有一套螺丝及螺母，两端有2个圆孔，一整根钢丝由一个圆孔穿入外壳内，绕滑轮半周后由另一个圆孔穿出，此钢丝一端连接手把或脚踏板，另一端连接制动器，“L”形滑轮架上端固定另一根钢丝，此钢丝穿过圆孔与双向棘轮的圆柱相连，圆孔上固定钢丝套管。

电机包括永磁组件及电枢绕组。

电刷包括刷片组件及刷环组件，两者嵌套共轴或并排共轴并通过刷片与刷环连接，其中一个与安装轴同轴固接，另一个与电枢绕组同轴固接。刷环为整体的、带状的圆环形导电环。

双向棘轮与电机之间的具体连接方式为：

a)、双向棘轮位于电机跟安装轴之间，其主动圈与安装轴同轴地固接，从动圈与电机永磁组件或电枢绕组之一同轴固接，然后电机另一部分再与轮圈同轴固接；

b)、双向棘轮位于电机跟轮圈之间，电机永磁组件或电枢绕组之一先与轮轴同轴固接，其另一部分再与双向棘轮的主动圈同轴固接，最后双向棘轮的从动圈再与轮圈同轴固接；

c)、双向棘轮位于电机外部，其主动圈直接同轴地固接在电机轴上，从动圈再通过传动装置与轮圈相连。

操纵头的工作面为底部倒圆角的“V”形坡面，V形两端各有一个半圆形的凹槽。

安装轴、电机轴为管状，内部容纳操纵架的圆柱及复位弹簧壁上开有方孔让操纵臂(18)穿过并可以来回滑动约5mm，管壁上还开有圆形的电线孔，电线由此孔引入然后直接或通过电刷连至电枢绕组上。

弹簧包括“M”形的连接件及弹簧丝：连接件上的缺口宽度与主动圈上的缺口相同并且两者对齐安装，缺口的底面边线处倒圆角并与操纵头的工作面相切接触并，连接件下方两端各有一个凹槽；弹簧丝两端有同朝向的“U”形弯头，弹簧丝向弯头底部方向平滑弯折后弯头卡入凹槽内，2个弹簧丝及2个连接件即组成一个完整的弹簧。

操纵架的圆柱伸出电机轴外，端部有轴帽，轴帽下方有凸轮与其接触，凸轮外侧有臂及圆轴，凸轮与臂之间有约45度的夹角，圆轴置于固定在基板上的“U”形口内，基板上还有顶部带圆孔的方柱，圆孔上固定钢丝套管，钢丝穿过此孔一端与轴相连，另一端与滑轮架连接，整个基板部件都固定在电机外壳上。凸轮46转动时其突出的部分转向基板方向，后部正圆形的部分挺起轴帽及圆柱。

本实用新型的优点是：

由于本实用新型的双向棘轮的棘爪可以在2个弹簧作用下向顺时针、逆时针两个方向转动并抓住棘齿，所以可以有选择性地向顺、逆两个方向的其中一个传力。当电机断电或蹬骑时棘爪自动解锁电机与车轮，车轮空滑，电机静止不产生此阻力；当电机加电时，棘爪锁定电机与车轮，电机驱动车轮前进；当需要制动时，棘爪反转锁定电机永磁体或电枢，车轮推动电机转动从而使其发电并存至电瓶，电机发电反过来给车轮制动。综上可知，使用本装置后蹬骑更轻松、滑行距离更长，又不影响制动回收。绿色、节能、环保！

附图说明

图1是本实用新型实施例1的主剖视图，

图2是本实用新型实施例2的主剖视图，

图3是本实用新型的棘爪的轴测图，

图4是本实用新型的棘爪的顶视图，

图5是本实用新型的棘爪的凹槽的剖视图，

图6是本实用新型的棘爪的另一凹槽的剖视图，

图7是本实用新型的双向棘轮内部的轴测图，

图8是本实用新型正常工作时双向棘轮的原理简图，

图9是本实用新型制动时双向棘轮的原理简图，

图10是本实用新型的双向棘轮的弹簧装配图，

图11是本实用新型的双向棘轮的弹簧丝安装前的侧视图，

图12是本实用新型的双向棘轮的操纵架的剖视图，

图13是本实用新型的分线器的轴测图，

图14是本实用新型实施例3的轴测图，

图15是本实用新型实施例3的动作机构的轴测图。

具体实施方式

下面以结合附图对本实用新型的具体实施方式进一步详细描述。

由图1-图15可知本操控装置，包括双向棘轮、分线器、电机及电刷：

双向棘轮包括主动圈1、从动圈2、棘爪3、棘齿4、弹簧14、操纵头5及操纵架：主动圈1与从动圈2同轴，两者交接处有滚珠或轴承。棘爪3整体呈对称的“T”字形，中间为转轴7，两边各一个爪8，两端的爪面17平行或向内有夹角，转轴7上刻有底面与对称轴约20度夹角的、方向相反的2个凹槽9、凹槽10，，槽内装弹簧14，如图3至图6所示，两个凹槽底部的短转折面用来调节弹簧力的作用点及棘爪3转动时该受力点的位移大小在弹簧14的变形范围内；棘爪3安装于主动圈1外环面上向内刻的半圆形凹槽11内，凹槽11两边各切去一块扇形的区域，棘爪3可以在此扇形区域里向两边各转动约20度并且其端面可以与扇形的直边平行并接触，扇形的直边有向内转折但并不进入棘爪转动范围内，此转折用来在棘爪受力很大时压住棘爪这头，从而阻止其另一头从棘齿4上脱开；主动圈1外环面上还刻有与棘爪3上的凹槽9、凹槽10分别共面的2个凹槽12及凹槽13，凹槽9、10、12、13内也装弹簧14；主动圈1外环面上与棘爪3位置错开90°的地方还有2个方形的缺口16，这两个缺口16穿过凹槽12、凹槽13；操纵头5插入缺口16，其工作面6朝内与2个弹簧14外相切接触，操纵头5的工作面6为底部倒圆角的“V”形坡面，V形两端各有一个半圆形的凹槽33可以锁定操纵头5的位置；弹簧14包括“M”形的连接件34及弹簧丝：连接件35上的缺口宽度与主动圈上的缺口16相同并且两者对齐安装，缺口的底面边线37处倒圆角并与操纵头5的工作面6相切接触并，连接件34下方两端各有一个凹槽36；弹簧丝两端有同朝向的“U”形弯头38，如图11所示；弹簧丝向弯头38底部方向平滑弯折后弯头38卡入凹槽36内，2个弹簧丝及2个连接件34即组成一个完整的弹簧14。如图10所示，当向中间推动连接件34时，弹簧丝曲率变大，其中部向上移动，从而放开棘爪3，当连接件向两端移动时，弹簧丝中部向下移动，从而压住棘爪3凹槽顶端使棘爪转向预定方向。这样，操纵头5通过其“V”形的工作面的左右移动来带动两个弹簧的交替变化就可使棘爪3向两边来回转动；棘齿4刻在从动圈2内环面上，与棘爪端面啮合，形状为梯形，其左右两边都可以被棘爪擒住。2个操纵纵头5通过操纵臂18、操纵环15与圆柱19连为一体形成操纵架，圆柱19的一端通过钢丝与分线器相连，此端还连有弹簧44，以使其复位。

分线器如图13所示，包括滑轮21、销轴22、滑轮架23及长方形的外壳24等：滑轮架23主断面为“L”形，滑轮21通过销轴22固定在滑轮架23内，两者可共同在外壳24里来回滑动，外壳24上与滑轮架23底部对应的一面中间有螺纹孔25，螺纹孔25内有一套螺丝及螺母用来调节滑轮21及滑轮架23的滑动行程，两端有圆孔26及圆孔27，一整根钢丝由圆孔26穿入外壳24内，绕滑轮21半周后由圆孔27穿出，此钢丝一端连接手把或脚踏板，另一端连接制动器，“L”形滑轮架23上端的小圆孔里固定另一根钢丝，此钢丝穿过圆孔28与双向棘轮的圆柱19相连，圆孔26、圆孔27及圆孔28还用来固定钢丝套管。分线器可安装在车架立管附近，它将手把或脚踏板上的动作分别传至双向棘轮和制动器。整个分线器利用动滑轮原理，可以保证先启动双向棘轮，再启动制动器，同时又有很高的容错度，即使双向棘轮由于故障不能动作，制动器也可照样启动，并且是提前启动，给使用者以警示，保证了安全。

电机包括永磁组件29及电枢绕组30。

电刷包括刷片组件41及刷环组件42，两者嵌套共轴或并排共轴并通过刷片与刷环连接，其中一个与安装轴31同轴固接，另一个与电枢绕组30同轴固接，此处的刷环为整体的、带状的圆环形导电体，只起导电作用，不换向，也不产生电火花。

安装轴31、电机轴32为管状，内部容纳操纵架的圆柱19及复位弹簧44，壁上开有方孔32让操纵臂18穿过并可以来回滑动约5mm，管壁上还开有圆形的电线孔，电线由此孔引入然后直接或通过电刷连至电枢绕组上。

双向棘轮与电机之间的连接方式主要有以下3种：

a)、如图1所示，双向棘轮位于电机跟安装轴31之间，其主动圈1与安装轴31同轴地固接，因此其操纵架无需使用操纵环15，如图图7所示，其从动圈2与电机的电枢绕组30同轴固接，然后电机永磁体29与轮圈41同轴固接，电刷用来将电线从固定的安装轴31连接至可转动的电枢绕组30；若电机的两部分位置互换，电枢绕组30同轴固定在轮毂外壳39上，电刷的刷环组件43也与轮毂外壳39同轴固定，此种方案属于轮毂式电机，机械效率高，其结构紧凑，空间利用充分，但双向棘轮跟电机之间需做隔磁处理，又有电刷，滑行时转动惯量也较大。

b)、如图2所示，双向棘轮位于电机跟轮圈41之间，电机的电枢绕组30先与安装轴31同轴固接，其永磁组件29再通过机架40与双向棘轮的从动圈2同轴固接，最后双向棘轮的主动圈1再通过轮毂外壳39与轮圈41同轴固接，由于主动圈1与安装轴31之间有相互转动，所以其操纵架需使用操纵环15，同时其操纵臂18两端被缩小已插入操纵环15内，如图12所示。若电机两部分位置互换，则需加装电刷。此种方案同属轮毂式电机，机械效率高，可以无电刷，滑行时转动惯量小，但结构复杂，有机架40，空间利用不充分。

c)、如图14所示，双向棘轮位于电机外部，其主动圈1直接同轴地固接在电机轴32上，因此其操纵架也无需操纵环15，从动圈2再通过链轮与轮圈41相连，此种方案与以上两者的差别在于其电机轴32是转动的，因此其操纵架的圆柱19的一端伸出电机轴32外，端部有轴帽45，轴帽45下方有凸轮46与其接触，凸轮外侧有臂48及圆轴47，凸轮46与臂48之间有约45度的夹角，圆轴47置于固定在基板51上的“U”形口52内，基板51上还有顶部带圆孔50的方柱，圆孔50上固定钢丝套管，钢丝穿过此孔一端与轴49相连，另一端与滑轮架23连接，整个基板51部件都固定在电机外壳上。此即为轴移式凸轮机构，其用凸轮46的尖端与底板接触，凸轮46后部的正圆面来推动轴帽及轴，力的作用线偏离电机轴32的轴线很小，对整个电机的转动影响也小。撬杆式的结构反应也较灵敏。此种方案可以用在中置式的两轮车及三轮车上。

车辆初始状态时，双向棘轮的状态如图8所示，图中左方为车辆前进方向(下同)。我们假定双向棘轮的从动圈2(图中外圈)外连车轮，其主动圈1(图中内圈)连电机输出轴。当开始蹬骑时链条及普通飞轮带动车轮及从动圈2逆时针转动，棘爪3自动解锁，电机不转动，滑行时也是如此；当电机加电启动时，即带动主动圈1逆时针转动，棘爪3锁住并推动从动圈2及车轮逆时针转动；当需要制动时，使用者捏动手把5％-15％(可调)，动作由钢丝传到分线器，接着分线器先带动双向棘轮的棘爪3转至图9所示的状态，此时棘爪自动锁住，电机驱动电路被切断(由电子控制器完成)，从动圈及车轮推动主动圈及电机逆时针转动，电机开始发电并在电子控制器控制下向电瓶充电，同时电机也对车轮进行制动，此即为电磁制动；使用者继续捏动手把，分线器就会带动机械制动器开始工作，直至车辆完全停下或所需速度。使用分线器的好处是不需给双向棘轮设专门的转换开关，而是直接与制动鼓或制动盘共用同一个手把或脚踏板，使用者不需改变以往的操作习惯就可熟练操作。在专门的运动型车辆上也可为双向棘轮设定专门的开关而省去分线器。

本实用新型是通过几个具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可对本实用新型作各种变换及等同替代。另外针对特定情形和具体情况，还可对本实用新型做各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此本实用新型并不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (5)

1.一种与永磁电机配套的操控装置，包括双向棘轮、分线器、电机及电刷，其特征是：

双向棘轮包括主动圈(1)、从动圈(2)、棘爪(3)、棘齿(4)、弹簧(14)、操纵头(5)及操纵架：主动圈(1)与从动圈(2)同轴，两者交接处有滚珠或轴承；棘爪(3)整体呈对称的“T”字形，中间为转轴(7)，两边各一个爪(8)，两端的爪面(17)平行或向内有夹角，转轴(7)上刻有底面与对称轴约20度夹角的、方向相反的2个凹槽(9、10)；棘爪(3)安装于主动圈(1)外环面上向内刻的半圆形凹槽(11)内，凹槽(11)两边各切去一块扇形的区域，棘爪(3)可以在此扇形区域里向两边各转动约20度并且其端面可以与扇形的直边平行并接触，扇形的直边有向内转折但并不进入棘爪转动范围内；主动圈(1)外环面上还刻有与棘爪(3)上的凹槽(9、10)分别共面的2个凹槽(12、13)，凹槽(9、10、12、13)内装弹簧(14)；主动圈(1)外环面上与棘爪(3)位置错开90°的地方有2个方形的缺口(16)，这两个缺口(16)穿过凹槽(12、13)；操纵头(5)插入缺口(16)，其工作面(6)朝内与2个弹簧(14)外相切接触；2个操纵纵头(5)通过操纵臂(18)、操纵环(15)与圆柱(19)连为一体形成操纵架，圆柱(19)的一端通过钢丝与分线器相连，此端还装有复位弹簧(44)；棘齿(4)刻在从动圈(2)内环面上，与棘爪端面啮合，形状为梯形，

分线器包括滑轮(21)、销轴(22)、滑轮架(23)及长方形的外壳(24)：滑轮架(23)主断面为“L”形，滑轮(21)通过销轴(22)固定在滑轮架(23)内，两者可共同在外壳(24)里来回滑动，外壳(24)上与滑轮架(23)底部对应的一面中间有螺纹孔(25)，螺纹孔(25)内有一套螺丝及螺母，两端有圆孔(26、27)，一整根钢丝由圆孔(26)穿入外壳(24)内，绕滑轮(21)半周后由圆孔(27)穿出，此钢丝一端连接手把或脚踏板，另一端连接制动器，“L”形滑轮架(23)上端固定另一根钢丝，此钢丝穿过圆孔(28)与双向棘轮的圆柱(19)相连，圆孔(26、27、28)上固定钢丝套管，

电机包括永磁组件(29)及电枢绕组(30)，

电刷包括刷片组件(41)及刷环组件(42)，两者嵌套共轴或并排共轴并通过刷片与刷环连接，其中一个与安装轴(31)同轴固接，另一个与电枢绕组(30)同轴固接；刷环为整体的、带状的圆环形导电环，

双向棘轮与电机之间的具体连接方式为：

a)、双向棘轮位于电机跟安装轴(31)之间，其主动圈(1)与安装轴(31)同轴地固接，从动圈(2)与电机永磁组件(29)或电枢绕组(30)之一同轴固接，然后电机另一部分再与轮圈(41)同轴固接；

b)、双向棘轮位于电机跟轮圈(41)之间，电机永磁组件(29)或电枢绕组(30)之一先与轮轴(31)同轴固接，其另一部分再与双向棘轮的主动圈(1)同轴固接，最后双向棘轮的从动圈(2)再与轮圈(41)同轴固接；

c)、双向棘轮位于电机外部，其主动圈(1)直接同轴地固接在电机轴(32)上，从动圈(2)再通过传动装置与轮圈(41)相连。

2.根据权利要求1，所述操控装置的操纵头(5)的工作面(6)为底部倒圆角的“V”形坡面，V形两端各有一个半圆形的凹槽(33)。

3.根据权利要求1，所述操控装置的安装轴(31)、电机轴(32)为管状，内部容纳操纵架的圆柱(19)及复位弹簧(44)，壁上开有方孔(32)让操纵臂(18)穿过并可以来回滑动约5mm，管壁上还开有圆形的电线孔，电线由此孔引入然后直接或通过电刷连至电枢绕组上。

4.根据权利要求1，所述操控装置的弹簧(14)包括“M”形的连接件(34)及弹簧丝：连接件(35)上的缺口宽度与主动圈上的缺口(16)相同并且两者对齐安装，缺口的底面边线(37)处倒圆角并与操纵头(5)的工作面(6)相切接触并，连接件(34)下方两端各有一个凹槽(36)；弹簧丝两端有同朝向的“U”形弯头(38)，弹簧丝向弯头(38)底部方向平滑弯折后弯头(38)卡入凹槽(36)内，2个弹簧丝及2个连接件(34)即组成一个完整的弹簧(14)。

5.根据权利要求1，所述操控装置的操纵架的圆柱(19)伸出电机轴(32)外，端部有轴帽(45)，轴帽(45)下方有凸轮(46)与其接触，凸轮(46)外侧有臂(48)及圆轴(47)，凸轮(46)与臂(48)之间有约45度的夹角，圆轴(47)置于固定在基板(51)上的“U”形口(52)内，基板(51)上还有顶部带圆孔(50)的方柱，圆孔(50)上固定钢丝套管，钢丝穿过此孔一端与轴(49)相连，另一端与滑轮架(23)连接，整个基板(51)部件都固定在电机外壳上；凸轮(46)转动时其突出的部分转向基板(51)方向，后部正圆形的部分挺起轴帽(45)及圆柱(19)。

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