无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机的制作方法

专利名称：无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机的制作方法
技术领域：
本发明属于电动自行车变速系统领域，具体地说是 一种可自 动调节转速及扭力的无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机,，
背景技术：
习知电动机的变速系统， 一 般常见者为单 一 速度如行星齿轮 减速器、皮带或链条传动方式来减速，但都受限于设计的空间。 齿轮比要大就得采用多层齿轮传动方式或增加皮带或链条的-6 度，这样一来，相对的体积和空间得加大，同时也降低很多的传 动效率，且只能以单一速度的传输，无法在行进中变速，增加不 少能源的消耗和材料的成本。从事电动机业者都极盼能突破现有 技术以改良产品，增加附加价值。

发明内容
本发明的目的在于提供一种无段变速系统及具有此系统的轮 圈电动机。是将变速系统装置在电动机的动力输出部，可依电动 机传动的扭力大小以改变变速系统以不同半径的偏心角度旋转， 使变速系统随其改变的半径角度而自动加以变速调整。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的 本发明包括穿设在中心轴上的电动机及变速装置，变速装置
包括多槽孔浮动带动盘及 一 具单向离合功能的第 一 动力输d;座， 多槽孔浮动带动盘套接在电动机的动力输出部上，两者之间设有 活动偏心环，在活动偏心环与动力输出部之间容置有第 一 弹性元
件；第一动力输出座位于多槽孔浮动带动盘的一恻，与多槽孔浮 动带动盘连动；电动机的动力输出部为动力源，带动活动偏心环 与多槽孔浮动带动盘转动，进而带动第一动力输出座输出动力。
其中所述电动机的动力输出部套接在中心轴上，变速装置 的多槽孔浮动带动盘套接在动力输出部上，与其连动，第一动力 输出座套接在中心轴上；所述第一弹性元件上设有限缩结构，可 为轴柱或U型铁等效物；所述多槽孔浮动带动盘的外缘上均布有
多个槽孔，其内均容置有第一滾动元件，在第一滚动元件的中央 孔中穿设有传动轴，传动轴的另一端联接第一动力输出座；在多 槽孔浮动带动盘的中央孔中加设有第二滾动元件，活动偏心环容 置在第二滚动元件与动力输出部之间，在活动偏心环与动力输出
部之间设有第一弹性元件；所述第一动力输出座为盘状体，圆周 上均布有供传动轴穿入的轴孔，第一动力输出座的外缘上设有第 一动力输出外环，两者之间容置有第一单向离合机构，在第一动 力输出座的中央孔与中心轴之间容置有第二单向离合机构；在第 一动力输出座的 一侧设有套接在中心轴上的拨杆座，其与第 一 动 力输出座相对的圆周表面上均布有多个拨杆，拨杆的另 一端插入
第 一单向离合机构内；在拨杆座的中央孔与中心轴之间容置有第
三单向离合机构；所述第二单向离合机构及第三单向离合机构直 接套在中心轴上，并与中心轴相固接为 一体；所述第二单向离合 机构及第三单向离合机构与中心轴之间加设有中空轴，其套在中 心轴上，与中心轴相固接为一体；
带有无段变速系统的轮圈电动机，包括轮壳、壳盖、电动机 及变速装置，电动机及变速装置容置在轮壳内，变速装置的第一 动力输出座与轮壳的内壁相联接，电动机的动力输出通过第一动 力输出座带动轮壳及壳盖旋转；轮壳与壳盖组成一中空壳体，屮 心轴穿设在中空壳体的两恻，电动机及变速装置套接在中心轴上。
本发明的优点与积极效果为
习知的变速系统只有一种速比，设计者仅能就客户的使用情 况和要求来设计，高扭力高耗电或低扭力低耗电等单一电力输 出。若是相反使用设计则电池寿命不长或者马达过热容易损坏， 若再加上骑乘者体重因素，更难满足消费者真正的需求。本发明 的优点和积极效果刚好满足此设计缺陷，平地行驶变速系统转换 成低扭力高速度，体重较重的骑乘者或爬坡，本发明的变速系统 则转换成高扭力低转速来达到如汽车的排档变换自如，骑乘舒适 也节能，是从事此行业最希望突破的技术领域。


图1为本发明无段变速系统安装在电动机上的剖面示意图2为本发明多槽孔带动盘的剖面示意图3为本发明无段变速系统动力输出部剖面示意图4为具无段变速系统的轮圏电动机剖面示意图5为本发明拨杆座的剖面示意图6A为本发明离合器脱离前结构剖面示意图6B为本发明离合器脱离后结构剖面示意图7为本发明棘轮式单向离合器脱离结构剖面示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进 一 步详述。
如图1、图2所示，本发明的无段变速系统包括电动机22、
变速装置23,电动机的中心轴25穿设于电动机22及变速装置23 的中央孔中。而电动机22可为外转子式或内转子式，在本实施例 中是以无刷电动机的外转子式来作说明，并非以此局限于本发明 的应用范畴。电动机22的动力输出部221是指电动机经过减速机 构或增速机构，或未经减速或增速而直接或间接由电动机2 2传输 出来的动力源。本实施例是以一中空轴状的动力输出部221做电 动机的动力源。动力输出部221套接在一多槽孔浮动带动盘2" 的中央内孔中。多槽孔浮动带动盘232的外缘上均布有多个槽孔 232 1，其内均容置有第一滾动元件201。每个第一滚动元件201 的中央孔中均穿设有传动轴202,传动轴202的另一端则联接一具 单向离合机构的第一动力输出座304。第一滚动元件201与电动机 22的动力输出部221同轴线绕行。多槽孔浮动带动盘232的屮央 孔中容置第二滚动元件2011以利于多槽孔浮动带动盘232无阻力 地旋转。在第二滚动元件2011的内缘设置有活动偏心环2211,其 内孔套入电动机的动力输出部221。活动偏心环2211的内孔上下 空间大于动力输出部221的外缘，故动力输出部221可在空间中 上下活动位移。动力输出部221为绕行于中心轴25旋转，则活动 偏心环2211会相对其上下浮动位移，亦即多槽孔浮动带动盘232 相对于电动机22的动力输出部221作不同半径角度上下浮动。为 了让其浮动上下位移更顺畅，则在活动偏心环2 211与动力输部 221之间设置第一弹性元件203 第一弹性元件203可为弹簧、辨' 片、优利胶等效物抅成。
多槽孔浮动带动盘232的外缘上均布有多个槽孔232 1，其内 均设置有第一滚动元件20.1，第一滾动元件201的外径小于槽孔 2321的内径。第一滚动元件201中央孔穿设一传动轴202，传动 轴202的另一端联接第一动力输出座304。第一动力输出座3()4 为一具单向离合机构的盘状体，以同轴线绕行于中心轴25。而多 槽孔浮动带动盘232内孔中的第二滾动元件20il内缘壁上因设有 活动偏心环2211，故多槽孔浮动带动盘232的槽孔232 1会相对于 第一动力输出座304的传动轴202及第一滚动元件201浮动位移， 来改变多槽孔浮动带动盘232的不同偏心半径动作。如图3所示， 无段变速系统动力输出部剖面示意图，其是为本实施例的单向离 合机构剖面示意图。其中，第一滚动元件201的传动轴202另一 端插接在第一动力输出座304圆周表面均布的轴孔250中。第… 动力输出座304内孔中容置多个第二单向离合机构500，第二单向
离合机构500包括多个第二异形槽4031、第四滚动元件510、第 四弹性元件520、异形槽座505，此为习知的离合器结构，不再此 多述。其目的是让第一动力输出座304只作单向离合旋转。为便 于组装与加大单向离合机构更大的接触面，第二单向离合机构500 与中心轴25之间套入一中空轴350，再由中空轴350套入中心轴 25并固定于中心轴25上。当然第二单向离合机抅50()亦可直接套 入中心轴25上，第二单向离合机构500可为单向轴承、单向棘轮、
超越离合机构等具单向离合功能的等效物。
借由上述的结构，当电动机22的动力输出部221输出动力时，
视动力输出的实际欲带动的外部荷重大小、扭力需求、速度快慢 的条件，而造成多槽孔浮动带动盘232中央孔中的活动偏心环 22U因不同受力而相对于电动机22的动力输出部221作上下浮动 位移，改变多槽孔浮动带动盘232的槽孔2321以不同半径变化作 偏心卡塞于第:动力输口出座^ 304的传动轴202所穿设的第-「f动
环2211受力大时，多槽孔浮动带动盘232的偏心度较小，输出扭 力较大，速度较慢；活动偏心环2211受力较小时，多槽孔浮动带 动盘232的偏心度较大，输出扭力较小，速度较快。而多槽孔浮 动带动盘232上下浮动的同时也以槽孔2321的内缘推压着第一滚 动元件201外侧与第一动力输出座304同时绕行于中心轴25的轴 心线。借由第一滚动元件201的传动轴202同时带动第一动力输 出座304以间歇摆线运动绕行于中心轴25的轴心线旋转，亦借山 具单向离合机构的第一动力输出座304作为无段变速系统的最终 动力输出源，来联接于需要变速的各类电动机所应用的不同产^ 上，以改善习用的传统电动机只有单速运行的缺失。
上述较佳实施例只作为叙述本发明的动作原理，举凡利用此 原理作零件等同置换，皆不脱离本发明的范畴。如本发明所述的 单向离合机构可为单向棘轮、单向轴承、超越式离合器等效物。 弹性元件可为弹簧、钢片、橡胶、石油制品如PU(优力胶)等具 弹性的等效物。滚动元件如自润轴承、轴套、滚珠、滚柱等效物。
又依上述动作原理，活动偏心环2211受力大时，多槽孔浮动 带动盘232的偏心度较小，输出扭力较大；活动偏心环2211受力 较小时，多槽孔浮动带动盘232的偏心度较大，输出扭力较小。 理论上偏心度接近零时，扭力无限大，电动机22的输出动力几乎 接近被强压住，启动效率极低，不符合实际用途，解决方式可以 在第一弹性元件203上设一限缩结构204，如在第一弹性元件203
中置放一轴柱或U型铁等效物，使多槽孔浮动带动盘232的偏心 度大于零，则电动机22的效率不至于太低。
为使本发明的优点及精神能进 一 步的被揭示，再配合 一 较佳
如图4所示，具无段变速系统的轮圏电动机剖面示意图。其 至少包括一轮壳21、 一壳盖212、 一电动机22及一变速装置23,. 轮壳21与壳盖212的中空壳体中容置着电动机2 2及变速装置2 3,, 轮壳21内壁上联接着变速装置23的第一动力输出座304上的第 一动力输出外环400,借由电动机22的动力输出而使变速装置23 的第一动力输出外环400输出动力，进而带动轮壳21与壳盖2U 旋转，构成一具无段变速系统的轮圈电动机，其动作原理和方式 与无段变速系统相同。
其中，变速装置2 3包括多槽孔浮动带动盘2 3 2及 一 具单向离 合功能的第一动力输出座304。多槽孔浮动带动盘2.32与电动机 22的动力输出部221之间设有活动偏心环2211。活动偏心环2211 与电动机22的动力输出部221之间容置有第一弹性元件203。通 过电动机22的动力输出部221的动力输出，带动活动偏心环2211 与多槽孔浮动带动盘232转动，进而带动变速装置23的第一动力 输出座3(M输出动力。
其中，电动机22的动力输出部221及变速装置23的中心孔 中穿设一中心轴25。
其中，多槽孔浮动带动盘232的中央孔中容置第二滚动元件 2011。
其中，多槽孔浮动带动盘232的外缘上设有多个槽孔232 1, 槽孔2321内均容置有第一滾动元件201。在第一滾动兀件201的 中央孔中穿设有传动轴202，传动轴202的另一端联接一具单向离 合功能的第一动力输出座304。
其中，具单向离合功能的第一动力输出座304的中央孔容置 着第二单向离合机构500。
其中，具单向离合功能的第一动力输出座304的外缘与第一 动力输出外环4 0 0之间容置第 一 单向离合机构3 0 0 。
其中，拨杆620的一端固接在拨杆座610上，另一端插入第 一单向离合机构300的第一异形槽403内，位于第三滚动元件310 的一侧。拨杆座610的中夹孔中容置第三单向离合机构600。
其中，具单向离合功能的第一动力输出座304与具单向离合 功能的拨杆座610的中央孔中所容置的第二单向离合机构500及第三单向离合机构600套接在一中空轴350上，中心轴25穿设在 中空轴350内，并与其固接为一体。
其中该具单向离合功能的第一动力输出座304与具单向离合
功能的拨杆座610的中央孔中所容置的第二单向离合机构设置于 一中心轴上。
其中，活动偏心环2211与电动机22的动力输出部221之间 所容置的第一弹性元件203上设置一限缩结构204。
为进一步提升产品的应用，前述变速装置23的第 一 动力输出 座304与欲带动的第一动力输出外环400之间设置第一单向离合 机构300，如图3所示，无段变速系统动力输出部剖面示意图，其 是在第一动力输出座304与第一动力输出外环400之间设置第--单向离合机构300，包括第一异形槽403、第三滚动元件31()、第 二弹性元件320。此亦为习用的单向离合机构，其功能为使第一动 力输出外环400作单向离合旋转，进而带动联接物或轮圈电动机 的轮壳21作单向离合旋转。
再更进 一 步能让联接物或轮圈电动机可以轻易的让第 一 动力 输出座304与第一动力输出外环400的第一单向离合机构300脱 离卡合，以方便无动力时的后退转动，于第一单向离合结构300 的第一异形槽403内插设一拨杆620,如图5、图6A及图6B所示， 图6A及图其是包括第一动力输出座304、第一动力输出外环 400、第三滾动元件310、第二弹性元件320及拨杆620,拨杆620 的一端固接在拨杆座610上，另一端容置在第一动力输出座3U4 的第一异形槽403与第一动力输出外环400之间。拨杆座610的 中央孔中容置第三单向离合机构600,固定在一中空轴350」:。插 设在第一异形槽403中的拨杆620,位于第三滚动元件31 ()的 一侧， 只能作单向旋转而不能后退。当电动机22动力输出而带动第一动 力输出座304时，如图示箭头方向往前转动，推挤第三滚动元件 310往第一异形槽403狭窄处卡塞而同时带动第一动力输出外环 "0往前转动。因第一动力输出座304亦只作单向动作，只能往前 转动，因此当第一动力输出外环400受第一动力输出座304带动 往前转动，如果第一动力输出外环400往前转动的速度快于第--动力输出座304的速度时，第三滚动元件310则被其带动推往第 一异形槽403较宽处，达成脱离效果。此为习知的单向离合机构 动作原理。然而当第一动力输出环400想要后退时就非常困难， 因被第三滚动元件310所卡塞住，此时的拨杆620就能发挥脱离 的功能。拨杆620受第三单向离合机构600的单向限制只能往图
示箭头方向位移，亦即第一动力输出座304旋转时，会同时带着 拨杆620往箭头方向旋转。当电动机22停止动力输出时，第一动 力输出座304亦在停止状态，插设于第三滚动元件310 —侧的拨 杆620亦为静止状态，此时若将第一动力输出外环400以外力向 图示箭头反方向往后推动，第三滾动元件310受第一动力输出环 4 0 0拖动而碰触到不动的拨杆6 2 0而往第 一 异形槽4 0 3较宽阔的地 方位移。如图6B的位移状态而使第一动力输出座304与第一动力 输出外环400完全脱离。此时第一动力输出外环400就可如图示 箭头方向自由的后转或前移而达到与第一动力输出座304完全脱 离的目的。例如在电动车要后退时轮壳21能与无段变速的传动系 统如第:动力输出外环400脱离而无阻力时，将非常的省力、省
拨杆座610上的拨杆620所插设的第一单向离合机构300形 态很多，例如图7所示，其包括第二动力输出座3041、棘爪槽660、 棘爪640、第三弹性元件3201、中心轴孔251。此结构为习知单向 离合器构造，卡扣状态如卡扣处6601。拨杆座610的拨杆620插 设在棘爪640的上端，棘爪640如拨动前状态11，具单向离合功 能的拨杆620不动，第二动力输出外环4001往图示箭头方向8推 动时，棘爪640会受拨杆620的顶压而向异形槽孔内凹方向往内 缩并固定如内缩状态12,此时第二动力输出座3041与第二动力输 出外环4001则完全脱离状态。单向功能的离合结构形态很多，如 单向轴承、单向离合器、超越离合器等。举凡零件的等同置换， 目的相同皆为本发明的范畴。
综上所述，本发明的无段变速系统及具无段变速系统的轮圈 电动机，经本发明人十多年的电动车生产实际经验，诚为一实用 性优异的发明，可有效改善现有电动车只有单速齿轮比的缺点。
权利要求
1.一种无段变速系统，其特征在于包括穿设在中心轴(25)上的电动机(22)及变速装置(23)，变速装置包括多槽孔浮动带动盘(232)及一具单向离合功能的第一动力输出座(304)，多槽孔浮动带动盘(232)套接在电动机(22)的动力输出部(221)上，两者之间设有活动偏心环(2211)，在活动偏心环(2211)与动力输出部(221)之间容置有第一弹性元件(203)；第一动力输出座(304)位于多槽孔浮动带动盘(232)的一侧，与多槽孔浮动带动盘(232)连动；电动机(22)的动力输出部(221)为动力源，带动活动偏心环(2211)与多槽孔浮动带动盘(232)转动，进而带动第一动力输出座(304)输出动力。
2. 按权利要求l所述的无段变速系统，其特征在于所述电 动机(")的动力输出部(221 )套接在中心轴(25)上，变速装 置U3)的多槽孔浮动带动盘(232 )套接在动力输出部(221 ) 上，与其连动，第一动力输出座(304 )套接在中心轴(")上。
3. 按权利要求l所述的无段变速系统，其特征在于所述第 一弹性元件(203 )上设有限缩结构(204 )，可为轴柱或U型铁等
4. 按权利要求l所述的无段变速系统，其特征在于所述多 槽孔浮动带动盘(232 )的外缘上均布有多个槽孔(232 1 )，其内 均容置有第一滚动元件(201)，在第一滚动元件(201)的中央孔 中穿设有传动轴(202 )，传动轴(202 )的另一端联接第一动力输 出座(304 );在多槽孔浮动带动盘(232 )的中央孔中加设有第二 滾动元件(2011 、活动偏心环(2211 )容置在第二滚动元件(20U ) 与动力输出部("l)之间，在活动偏心环(2211)与动力输出部(221)之间设有第一弹性元件(203 )。
5. 按权利要求l所述的无段变速系统，其特征在于所述第 一动力输出座(304 )为盘状体，圆周上均布有供传动轴(202 ) 穿入的轴孔(250 )，第一动力输出座(304 )的外缘上设有第一动 力输出外环(400 ),两者之间容置有第一单向离合机构(300 )， 在第一动力输出座(304 )的中央孔与中心轴(25)之间容置有第 二单向离合机构(500 )。
6. 按权利要求l所述的无段变速系统，其特征在于在第--动力输出座(3(H)的一恻设有套接在中心轴(25)上的拨杆座 (610),其与第一动力输出座(304 )相对的圆周表面上均布有多 个拨杆(620 ),拨杆(620 )的另 一端插入第一单向离合机构(300 ) 内；在拨杆座(610)的中央孔与中心轴(25)之间容置有第三单 向离合机构(600 )。
7. 按权利要求5或6所述的无段变速系统，其特征在于所 述第二单向离合机构(500 )及第三单向离合机构(600 )直接套 在中心轴(25)上，并与中心轴(25)相固接为一体。
8. 按权利要求5或6所述的无段变速系统，其特征在于所 述第二单向离合机构(500 )及第三单向离合机构(600 )与中心 轴(25)之间加设有中空轴(350 )，其套在中心轴(25)上.，与 中心轴(25)相固接为一体。
9. 一种带有按权利要求1至8所述无段变速系统的轮圈电动 机，其特征在于包括轮壳(21)、壳盖(212)、电动机(22)及 变速装置U3),电动机(22)及变速装置(23)容置在轮壳(21) 内，变速装置U3)的第一动力输出座(304 )与轮壳(21 )的内 壁相联接，电动机(22)的动力输出通过第一动力输出座(304-) 带动轮壳(21)及壳盖(212)旋转。
10. 按权利要求9所述的具有无段变速系统的轮圈电动机， 其特征在于轮壳(21)与壳盖(212)组成一中空壳体，中心轴(25)穿设在中空壳体的两侧，电动机(22)及变速装置(23) 套接在中心轴(25)上。
全文摘要
本发明属于电动自行车变速系统领域，具体地说是一种可自动调节转速及扭力的无段变速系统及具有此系统的轮圈电动机，包括穿设在中心轴上的电动机及变速装置，变速装置包括多槽孔浮动带动盘及一具单向离合功能的第一动力输出座，多槽孔浮动带动盘套接在电动机的动力输出部上，两者之间设有活动偏心环，在活动偏心环与动力输出部之间容置有第一弹性元件；第一动力输出座位于多槽孔浮动带动盘的一侧，与多槽孔浮动带动盘连动；电动机的动力输出部为动力源，带动活动偏心环与多槽孔浮动带动盘转动，进而带动第一动力输出座输出动力。本发明的变速系统转换成高扭力低转速来达到如汽车的排档变换自如，骑乘舒适也节能。
文档编号F16H49/00GK101110534SQ200610047220
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月19日 优先权日2006年7月19日
发明者李宝玲 申请人:李宝玲