CN207200495U - 直流电动机和发电机相结合共用转子和定子的新型电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流电动机和发电机相结合共用转子和定子的新型电机，通过定子和转子结构上的设计和离合器的配置，可设置在自行车的前轮主轴、后轮主轴或五通主轴。本实用新型实现短距骑行没有安装电池状态下通过链条或者轴传动并使行星减速机构处于打滑状态直接带动转子转动实现发电功能，极大减小骑行的阻力；装上电池骑行时，通过传感器检测助力状态的信号，带有电池的驱动***供电，直流电动机开始通过太阳齿轮输入，内齿圈固定，行星架输出，电动助力骑行状态，使骑行更加的轻松省力。在车辆滑行时，主轴通过转子内的离合器带动转子转动，和定子做磁力线切割发电，由于减少齿轮的变速，转子的阻力减少，提升了骑行的舒适性和发电效率。

Description

直流电动机和发电机相结合共用转子和定子的新型电机

技术领域

本实用新型涉及电动单车，特别涉及一种直流电动机和发电机相结合共用转子和定子的新型电机。

背景技术

当下共享自行车越来越普及，方便了民众的出行。伴随着共享单车的普及也带来一些问题。为了给共享单车电子锁和GPS定位模块等设备模块提供电力，需要发电设备。人们在无助力状态下骑行较长距离时会很疲惫。所以提供一种没有电池骑行能够发电，装上电池骑行变成电动车助力骑行的单车才能满足人们的需求。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种直流电动机和发电机相结合共用转子和定子的新型电机，在没有安装电池状态骑行时使行星减速机构处于打滑状态直接带动转子转动实现发电功能，极大地减小骑行的阻力，并给给单车电子锁和GPS定位模块等设备模块的提供电力，在装上电池状态下，通过传感器检测单车中轴或助力运动部件的助力状态的信号（例如力矩，转速，位置，角度等），带有电池的驱动***供电，直流电动机开始通过太阳齿轮输入，内齿圈固定，行星架输出，电动助力骑行状态，使骑行更加的轻松省力，集成发电功能和电动功能的电机。

本实用新型的技术方案是：

一种直流电动机和发电机相结合共用定子和转子的新型电机，包括定子和转子，所述转子通过单向滚针轴承与自行车的转轴连接，由自行车的转轴带动转子转动实现发电功能，所述新型电机还包括感应自行车行走的传感器，传感器感应到自行车行走的信号，定子工作驱动转子转动，为自行车提供动力。

优选的，所述自行车的转轴为自行车的前轮主轴、后轮主轴或五通主轴。

进一步优选的，所述自行车的转轴采用自行车的后轮主轴，自行车的行星减速器的行星支架连接有行星支架离合器，所述后轮主轴上通过轴承安装有后轴齿轮，后轴齿轮上通过螺纹固定有棘轮，后轴齿轮又和行星支架离合器芯轮螺纹固定，所述棘轮所适配的棘爪与后轮主轴键连接；后轴齿轮向前转动，棘轮、棘爪离合器卡死，带动后轮主轴转动，进而带动车轮转动，行星支架离合器打滑。

进一步优选的，所述转子内侧固定安装有转子内衬套，转子内衬套内侧固定安装有单向滚针轴承，后轮主轴向前转动，单向滚针轴承卡死，带动转子转动，定子切割转子磁力线构成发电机，行星离合器处于失效状态不增加骑行阻力。

进一步优选的，所述自行车滑行时，后轴齿轮不动，后轮主轴转动，棘轮、棘爪以及行星支架离合器处于失效状态；后轮主轴通过单向滚针轴承和转子处于同步转动状态，定子切割转子磁力线构成发电机，行星离合器处于失效状态不增加骑行阻力。

进一步优选的，自行车行走需要电动助力时，通过传感器检测中轴或助力运动部件的助力状态的信号（例如力矩，转速，位置，角度等），转子高速转动，转子和其内侧的转子内衬套固定，转子内衬套和行星减速器的太阳轮一体，单向滚针轴承处于打滑状态，动力从转子内衬套输入、从行星支架离合器输出，内齿圈固定；减速大扭矩输出，行星支架离合器处于卡死状态，棘爪和后轮主轴固定，带动后轮主轴转动，后轮主轴和车轮固定车轮转动。

优选的，所述自行车的转轴采用自行车的五通主轴，五通主轴和棘爪键连接，棘轮和五通齿轮螺纹固定，五通齿轮又和行星离合器芯轮连接固定，棘轮、五通齿轮和行星支架离合器芯轮组合成一体，五通主轴向前转动，此时棘轮、棘爪离合器处于卡死状态，行星离合器处于打滑状态；五通主轴和转子通过单向滚针轴承连接，此时单向滚针轴承处于卡死状态，转子铁芯转动，绕线切割转子磁力线构成发电机；行星离合器处于失效状态不增加骑行阻力。

进一步优选的，所述自行车滑行时，车轮和后轮主轴转动，后轮主轴转动带动后传动轴后齿轮，后传动轴后齿轮通过传动轴带动传动轴前齿轮转动，进而带动五通齿轮，行星离合器处于打滑状态；棘爪和棘轮也处于打滑状态。

进一步优选的，自行车行走需要电动助力时，通过传感器检测中轴或助力运动部件的助力状态的信号（例如力矩，转速，位置，角度等），转子高速转动，转子和其内侧的转子内衬套固定，转子内衬套和行星减速器的太阳轮一体，单向滚针轴承处于打滑状态，动力从转子内衬套输入、从行星支架减速器、行星离合器两级减速输出，内齿圈固定；减速大扭矩输出，行星支架离合器处于卡死状态，五通齿轮转动带动传动轴前齿轮转动，通过传动轴，传动轴后齿轮转动带动后主轴齿轮转动，后主轴齿轮和后轮主轴固定，后轮主轴带动车轮转动前行。

进一步优选的，所述转子类型不局限于内转子或者外转子。

本实用新型的优点是：

本实用新型所提供的直流电动机和发电机相结合共用转子和定子的新型电机，兼具发电和电动功能，发电的时候是行星减速器失效，极大地减小骑行阻力；电动的时候通过行星减速器实现减速大扭矩输出。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型实施例1中电动机和发电机相结合的新型电机的结构***图；

图2为本实用新型实施例1中电动机和发电机相结合的新型电机的结构剖视图；

图3为本实用新型实施例1中定子总成的结构***图；

图4为本实用新型实施例1中转子总成的结构***图；

图5为本实用新型实施例1中离合器总成的结构***图；

图6为本实用新型实施例1中后轴齿轮的结构***图；

图7为本实用新型实施例2中电动机和发电机相结合的新型电机的结构***图；

图8为本实用新型实施例2中电动机和发电机相结合的新型电机的结构剖视图；

图9为本实用新型实施例2中转子总成的结构***图；

图10为本实用新型实施例2中行星支架减速器的结构***图；

图11为本实用新型实施例2中行星离合器总成的结构***图；

图12为本实用新型实施例2中五通齿轮的结构***图；

图13为本实用新型实施例2中棘轮总成的结构***图；

图14为本实用新型实施例3中电动机和发电机相结合的新型电机的结构***图；

图15为本实用新型实施例3中电动机和发电机相结合的新型电机的结构剖视图；

图16为本实用新型实施例3中转子总成的结构***图；

图17为本实用新型实施例3中行星离合器总成的结构***图；

图18为本实用新型实施例3中五通齿轮的结构***图。

具体实施方式

本实用新型所揭示的直流电动机和发电机相结合共用转子和定子的新型电机，包括定子和转子，通过定子和转子结构上的设计和离合器的配置，设置在自行车的前轮主轴、后轮主轴或五通主轴都可以。本实用新型实现没有安装电池状态下通过链条或者轴传动并使行星减速机构处于打滑状态直接带动转子转动实现发电功能，极大的减小骑行的助力。装上电池骑行状态下，通过传感器检测中轴或助力运动部件的助力状态的信号（例如力矩，转速，位置，角度等），电池供电转子转动，太阳轮输入，行星架输出，内齿圈固定。电动助力骑行状态，使骑行更加的轻松省力。

实施例1

如图1和2所示，定子和转子设置在自行车的后轮主轴，图中包括：M4*12十字沉头螺钉1、定子总成2、∅12轴用卡簧3、转子总成4、衬套5、行星离合器总成6、棘爪7、棘轮8、后轴齿轮9、∅15轴用卡簧10、内齿圈11、6004轴承12、传动轴后齿轮13、后主轴14、传动轴15、左护板16、6203轴承17、传动轴前齿轮18、五通齿轮19、16003轴承20。

所述行星减速器的行星支架连接有行星支架离合器，所述后主轴上通过轴承安装有后轴齿轮，后轴齿轮上通过螺纹固定有棘轮，后轴齿轮又和行星支架离合器螺纹固定，所述棘轮所适配的棘爪与后主轴键连接；后轴齿轮向前转动，棘轮、棘爪、离合器卡死，带动后主轴转动，进而带动车轮转动，行星支架离合器打滑。

如图3所示，所述定子总成2包括：定子端盖2-1，16001轴承2-2，绕线定子2-3，M3*25十字盘头螺钉2-4。

如图4所示，所述转子总成4包括：6901轴承4-1、单向滚针轴承4-2、转子内衬套4-3、转子铁芯4-4，∅32轴用卡簧4-5。转子铁芯和其内侧的转子内衬套固定，转子内衬套和行星减速器的太阳轮一体，转子内衬套内侧的单向滚针轴承，与后主轴固定连接，后主轴向前转动，单向滚针轴承卡死，带动转子铁芯转动，

如图5所示，所述离合器总成6包括：∅8轴用卡簧6-1、619-8轴承6-2，尼龙轮6-3，16001轴承6-4，行星支架离合器6-5。

如图6所示，所述后轴齿轮9的总成包括：6802轴承9-1，后轴齿轮本体9-2。

一、本实施例的骑行不安装电池状态-发电功能：

踩踏出力：踩动脚踏，五通齿轮19转动带动传动轴前齿轮18转动，通过传动轴15带动传动轴后齿轮13转动，带动后轴齿轮9转动，棘轮8和后轴齿轮9螺纹固定，后轴齿轮9又和行星支架离合器6-5螺纹固定，棘轮8、后轴齿轮9和行星支架离合器6-5芯轮组合成一体。棘爪7和后主轴14键连接。后轴齿轮9转动，此时棘轮棘爪离合器卡死，带动主轴转动，主轴和车轮固定，车轮转动。行星支架离合器6-5打滑。后主轴14和转子铁芯4-4通过单向滚针轴承4-2连接，此时单向滚针轴承4-2处于卡死状态，转子铁芯转动，绕线定子2-3切割转子磁力线构成永磁发电机。电机处于发电状态。转子4转动通过行星离合器6减速输出，太阳轮输入、行星架输出、内齿圈固定，因为行星架输出的转速要远小于后轴齿轮带动行星离合器芯轮的转速，所以行星离合器6处于失效状态不增加骑行阻力。

车辆滑行：车轮和后主轴转动，棘轮8和棘爪7离合器处于失效状态。主轴通过单向滚针轴承4-2和转子铁芯4-4处于同步转动状态，绕线定子2-3切割转子磁力线构成永磁发电机。转子4转动通过行星离合器6减速输出，太阳轮输入、行星架输出、内齿圈固定，因为行星架输出的转速要远小于后轴齿轮带动棘轮8的转速所以行星离合器6处于失效状态不增加骑行阻力。

二、本实施例的安装电池电动主力状态-电动功能：

人力踩踏力的传导：踩动脚踏，五通齿轮19转动带动传动轴前齿轮18转动，通过传动轴15带动传动轴后齿轮13传动，带动后轴齿轮9转动，棘轮8和后轴齿轮9螺纹固定，后轴齿轮9又和行星支架离合器6-5螺纹固定，棘轮8、后轴齿轮9和行星支架离合器6-5组合成一体。棘爪7和后主轴14键连接。后轴齿轮9转动，此时棘轮8棘爪7离合器卡死，带动主轴转动，主轴和车轮固定，车轮转动。

电动助力：踩动脚踏五通中轴感应到信号，电机工作。转子铁芯4-4高速转动，转子铁芯4-4和转子内衬套4-3固定，单向滚针轴承4-2处于打滑状态。动力从转子内衬套输入、从行星支架离合器6-5输出，内齿圈11制动。减速大扭矩输出，行星支架离合器6-5处于卡死状态，因为棘轮8、后轴齿轮9和行星支架离合器6-5芯轮组合成一体。棘轮8棘爪7离合器卡死，棘爪7和后主轴14固定，带动主轴转动，主轴和车轮固定车轮转动。

具体实施时，后轴齿轮内部装入一个6802轴承，保证齿轮转动的稳定性。行星支架离合器芯轮装入一个7001C角接触轴承，保证行星支架离合器输出的稳定性，同时卸掉传动轴后齿轮13施加到后轴齿轮9上的轴向推力，避免常规轴承内外圈同时受力损伤轴承。两个12的轴用卡簧3和衬套5保证转子位置固定不窜动。

实施例2

如图7和8所示，所述定子和转子自行车的五通主轴，图中包括：右护板1，内齿圈2，6003轴承3，∅17轴用卡簧4，速度传感磁盘5，绕线定子6，M3*25十字盘头螺钉7，转子总成8，衬套9，行星支架减速器10，太阳轮11，M4*8十字沉头螺钉12，行星离合器总成13，五通齿轮14，五通主轴15，棘爪16，棘轮17，传动轴前齿轮18，6203轴承19，传动轴20，传动轴后齿轮21，后主轴齿轮22，左护板23。

所述五通主轴和棘爪键连接，棘轮和五通齿轮螺纹固定，五通齿轮又和行星离合器芯轮连接固定，棘轮、五通齿轮和行星支架离合器芯轮组合成一体，五通主轴和转子铁芯通过单向滚针轴承连接，转子转动通过行星支架减速器、行星离合器两级输出。

如图9所示，所述转子总成8包括：6901轴承8-1，单向滚针轴承8-2，转子内衬套8-3，转子铁芯8-4，∅32轴用卡簧8-5。

如图10所示，所述行星支架减速器10包括：∅8轴用卡簧10-1，619-8轴承10-2，尼龙轮10-3，6903轴承10-4，行星支架10-5。

如图11所示，所述行星离合器总成13包括：∅8轴用卡簧10-1，619-8轴承10-2，尼龙轮10-3，6903轴承10-4，行星离合器13-5。

如图12所示，所述五通齿轮14的总成包括：6903轴承10-4，五通齿轮本体14-1，

如图13所示，所述棘轮17包括：棘轮本体17-1，6903轴承10-4。

一、本实施例的骑行不安装电池状态-发电功能：

踩踏出力：踩动脚踏，五通主轴15转动，五通主轴15和棘爪16键连接。棘轮17和五通齿轮14螺纹固定，五通齿轮14又和行星离合器13芯轮螺钉连接固定，棘轮17-1、五通齿轮14和行星支架离合器6-5芯轮组合成一体。此时棘轮棘爪离合器处于卡死。14五通齿轮转动带动传动轴前齿18轮转动，通过传动轴20，传动轴后齿轮21转动带动后主轴齿轮22转动，传动轴后齿轮21和后主轴固定，后主轴和车轮固定，车轮转动前行。行星离合器13处于打滑。五通主轴15和转子铁芯8-4通过单向滚针轴承8-2连接，此时单向滚针轴承8-2处于卡死状态，转子铁芯转动，绕线定子6切割转子磁力线构成永磁发电机。电机处于发电状态。转子8转动通过行星支架减速器10、行星离合器两级输出，太阳轮输入、行星架输出、内齿圈固定，因为行星架输出的转速要远小于五通齿轮带动行星离合器13芯轮的转速所以行星离合器13处于失效状态不增加骑行阻力。

车辆滑行：车轮和后主轴转动，后轮主轴22转动带动传动轴后齿轮21，通过传动轴20传动轴前齿轮18转动带动五通齿轮，行星离合器13处于打滑。棘爪16和棘轮17也处于打滑。

二、安装电池电动主力状态-电动功能：

人力踩踏力的传导：踩动脚踏，五通主轴15转动，五通主轴15转动和棘爪16键连接。棘轮17和五通齿轮14螺纹固定，五通齿轮14又和行星离合器13芯轮螺钉连接固定，棘轮17、五通齿轮14和行星支架离合器6-5芯轮组合成一体。此时棘轮棘爪离合器处于卡死。五通齿轮14转动带动传动轴前齿轮18转动，通过传动轴20，传动轴后齿轮21转动带动后主轴齿轮22转动，传动轴后齿轮21和后主轴固定，后主轴和车轮固定，车轮转动前行。

电动助力：踩动脚踏五通主轴15，速度传感磁盘5五通主轴15固定。速度传感磁盘5转动绕线定子6上的速度感应霍尔感应到信号，电机工作转子转动。转子铁芯8-4高速转动，转子铁芯8-4和转子内衬套8-3固定，单向滚针轴承8-2处于打滑状态。动力从转子内衬套8-3输入、从行星支架减速器10、行星离合器13两级减速输出，内齿圈2制动。减速大扭矩输出，行星支架离合器13处于卡死状态，因为棘轮17、五通齿轮14和行星离合器13芯轮组合成一体。五通齿轮14转动带动传动轴前齿轮18转动，通过传动轴20，传动轴后齿轮21转动带动后主轴齿轮22转动，传动轴后齿轮21和后主轴固定，后主轴和车轮固定，车轮转动前行。

实施例3

以上两个实施例的转子均为内转子，本实施例揭示一种外转子结构的新型电机。

如图14和15所示，定子和转子设置在自行车的五通主轴，采用外转子结构。图中包括：

M3*20十字沉头螺钉1，右护板2，6903轴承3，内齿圈4，传感磁环5，绕线定子6，转子总成7，太阳轮8，M4*8十字沉头螺,9，∅17轴用卡簧10，M2*15十字沉头螺钉11，离合器总成12，∅13圆柱销13，五通齿轮14，五通主轴15，6003轴承16，左护板17，棘轮总成18，棘爪19，键销20，传动轴前齿轮21，传动轴22，6004轴承23。传动轴后齿轮24，后主轴齿25，后主轴26.

所述五通主轴和棘爪键连接，棘轮和五通齿轮螺纹固定，五通齿轮又和行星离合器芯轮连接固定，棘轮、五通齿轮和行星支架离合器芯轮组合成一体，五通主轴和转子铁芯通过单向滚针轴承连接，转子转动通过行星离合器输出。

如图16所示，所述转子总成7包括：6803轴承7-1，单向滚针轴承7-2，磁钢7-3，转子铁芯7-4。

如图17所示，所述行星离合器总成12包括：∅8轴用卡簧12-1，608轴承12-2，尼龙轮12-3，6803轴承12-4，行星离合器12-5。

如图18所示，所述五通齿轮14的总成包括：6803轴承12-4，五通齿轮本体14-1，

本实施例也可以分为不安装电池状态的发电功能、安装电池电动主力状态的电动功能，与实施例2的工作原理类似，区别主要在于将内转子改为外转子，这里不作重复介绍。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.直流电动机和发电机相结合共用转子和定子的新型电机，包括定子和转子，其特征在于：所述转子通过单向滚针轴承与自行车的转轴连接，由自行车的转轴带动转子转动实现发电功能，所述新型电机还包括感应自行车行走的传感器，传感器感应到自行车行走的信号，定子工作驱动转子转动，为自行车提供动力。

2.根据权利要求1所述的新型电机，其特征在于：所述自行车的转轴为自行车的前轮主轴、后轮主轴或五通主轴。

3.根据权利要求2所述的新型电机，其特征在于：所述自行车的转轴采用自行车的后轮主轴，自行车的行星减速器的行星支架连接有行星支架离合器，所述后轮主轴上通过轴承安装有后轴齿轮，后轴齿轮上通过螺纹固定有棘轮，后轴齿轮又和行星支架离合器芯轮螺纹固定，所述棘轮所适配的棘爪与后轮主轴键连接；后轴齿轮向前转动，棘轮、棘爪离合器卡死，带动后轮主轴转动，进而带动车轮转动，行星支架离合器打滑。

4.根据权利要求3所述的新型电机，其特征在于：所述转子内侧固定安装有转子内衬套，转子内衬套内侧固定安装有单向滚针轴承，后轮主轴向前转动，单向滚针轴承卡死，带动转子转动，定子切割转子磁力线构成发电机，行星离合器处于失效状态不增加骑行阻力。

5.根据权利要求4所述的新型电机，其特征在于：所述自行车滑行时，后轴齿轮不动，后轮主轴转动，棘轮、棘爪以及行星支架离合器处于失效状态；后轮主轴通过单向滚针轴承和转子处于同步转动状态，定子切割转子磁力线构成发电机，行星离合器处于失效状态不增加骑行阻力。

6.根据权利要求4所述的新型电机，其特征在于：自行车行走需要电动助力时，传感器感应到自行车行走的信号，转子高速转动，转子内衬套和行星减速器的太阳轮一体，单向滚针轴承处于打滑状态，动力从转子内衬套输入、从行星支架离合器输出，内齿圈固定；减速大扭矩输出，行星支架离合器处于卡死状态，棘爪和后轮主轴固定，带动后轮主轴转动，后轮主轴和车轮固定车轮转动。

7.根据权利要求2所述的新型电机，其特征在于：所述自行车的转轴采用自行车的五通主轴，五通主轴和棘爪键连接，棘轮和五通齿轮螺纹固定，五通齿轮又和行星离合器芯轮连接固定，棘轮、五通齿轮和行星支架离合器芯轮组合成一体，五通主轴向前转动，此时棘轮、棘爪离合器处于卡死状态，行星离合器处于打滑状态；五通主轴和转子铁芯通过单向滚针轴承连接，此时单向滚针轴承处于卡死状态，转子转动，绕线切割转子磁力线构成发电机；行星离合器处于失效状态不增加骑行阻力。

8.根据权利要求7所述的新型电机，其特征在于：所述自行车滑行时，车轮和后轮主轴转动，后轮主轴转动带动后传动轴后齿轮，后传动轴后齿轮通过传动轴带动传动轴前齿轮转动，进而带动五通齿轮，行星离合器处于打滑状态；棘爪和棘轮也处于打滑状态。

9.根据权利要求7所述的新型电机，其特征在于：自行车行走需要电动助力时，传感器感应到自行车行走的信号，转子高速转动，转子和其内侧的转子内衬套固定，转子内衬套和行星减速器的太阳轮一体，单向滚针轴承处于打滑状态，动力从转子内衬套输入、从行星支架减速器、行星离合器两级减速输出，内齿圈固定；减速大扭矩输出，行星支架离合器处于卡死状态，五通齿轮转动带动传动轴前齿轮转动，通过传动轴，传动轴后齿轮转动带动后主轴齿轮转动，后主轴齿轮和后轮主轴固定，后轮主轴带动车轮转动前行。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的新型电机，其特征在于：所述转子类型不局限于内转子或者外转子。