CN111327152A - 一种紧凑型轮毂电机及具有其的电动自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种紧凑型轮毂电机及具有其的电动自行车，驱动机构为内转子电机，电机转子和电机定子依次套设在中心轴上，电机转子与所述中心轴连接，电机转子内均匀并且切向设置有磁钢，电机定子设置在定子座和行星架之间，定子座的开口端内侧设置有第一凹槽，行星架靠近定子座的开口端内侧设置有第二凹槽，电机定子设置在所述第一凹槽和第二凹槽之间，定子座相对驱动机构的一面设置有多个开口，开口用于气流流通。本发明电机转子采用切向磁钢设置，电机定子设置在定子座和行星架之间，在增大电机输出力矩的同时能使电机径向结构更紧凑，齿轮件采用韧性较高的尼龙或塑胶，运行噪音低、耐腐蚀性强。

Description

一种紧凑型轮毂电机及具有其的电动自行车

技术领域

本发明涉及电动车轮毂电机技术领域，尤其涉及一种紧凑型轮毂电机及具有其的电动自行车。

背景技术

汽车、摩托车、燃油型助动车是城市空气污染和噪声污染的主要来源之一,并且其能源主要局限于石油。相比之下,电动车就不存在这些不利因素,因此也必将得到越来越广泛的应用。中国是一个“自行车大国”,随着人民生活水平的提高,又限于居民的购买能力及城市道路设施等因素,电动自行车将是比电动汽车更具竞争力、更易大众化的“绿色”代步工具。

电动自行车的关键技术之一电机，据电机的设计结构和性能特点，电动自行车轮毂电机主要分为两大类：一是永磁式有刷直流电机；另一种是永磁式无刷直流电机。有刷直流电机的驱动是由电刷与换向器进行机械式换向，其内部结构由定子磁极、转子、电刷等组成，具有结构简单、制造成本低等特点；而无刷直流电机的驱动是采用半导体开关器件(如霍尔元件)来实现电子换向，由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成，具有可靠性高、能耗低、无换向火花、机械噪声低等优点。

现有自行车小高速带齿轮毂电机磁路普遍采用表贴磁路设计，输出力矩小且电机线包温升较高。为保证齿轮箱齿轮强度，现有带齿轮毂电机齿轮件多采用带玻纤尼龙注塑工艺，由于玻纤本身材质较硬且注塑齿轮精度低，会导致电机噪音较大；或采用多齿或大模数齿轮设计，会导致电机体积增大、重量增大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明针对现有技术的不足和缺陷，电机转子采用切向磁钢设置，电机定子设置在定子座和行星架之间，在增大电机输出力矩的同时能使电机径向结构更紧凑，齿轮件采用韧性较高的尼龙或塑胶，运行噪音低、耐腐蚀性强。

本发明实施例提供了一种紧凑型轮毂电机，包括设置在所述外部壳体内的驱动机构和行星齿轮减速机构，所述驱动机构与行星齿轮减速机构连接，所述驱动机构为内转子电动机，所述驱动机构包括电机转子和电机定子，所述电机转子和电机定子依次套设在中心轴上，所述电机转子与所述中心轴连接，所述电机转子内均匀并且切向设置有磁钢，所述电机定子设置在定子座和行星架之间；所述电机转子靠近定子座的一端设置有第一轴承，所述电机转子靠近行星架的一端设置有第二轴承；

所述定子座的开口端内侧设置有第一凹槽，所述行星架靠近定子座的开口端内侧设置有第二凹槽，所述电机定子设置在所述第一凹槽和第二凹槽之间；所述定子座相对驱动机构的一面设置有多个开口，所述开口用于气流流通。

进一步地，所述电机转子与所述中心轴过盈连接、键连接或冲筋连接。

进一步地，所述电机定子上还设置有绝缘骨架，所述绝缘骨架用于支撑定子绕组。

进一步地，所述行星齿轮减速机构包括太阳轮、内齿圈和支撑在行星架上的至少三组双联行星齿轮，所述双联行星齿轮分别与太阳轮和内齿圈啮合，所述内齿圈通过单向轴承与第二端盖连接。

具体地，所述双联行星齿轮包括大行星轮和小行星轮，所述大行星轮和小行星轮过盈配合或一体成型。

具体地，所述双联行星齿轮的材料为塑胶或尼龙，用于减小传动噪音。采用塑胶或尼龙齿轮可以减轻电机整体重量，具有更好的相容性、耐久性和耐磨性。

进一步地，所述外部壳体包括第一端盖、轮毂壳体和第二端盖；

所述第一端盖设置在所述轮毂壳体的一端，所述第二端盖设置在所述轮毂壳体的另一端；所述第一端盖套设在第一半轴上，所述第二端盖套设在第二半轴上，所述第一端盖和第二端盖分别与所述第一半轴和第二半轴配合的外侧均设置有紧固螺母，使所述外部壳体构成封闭的空间结构，所述驱动机构和所述行星齿轮减速机构均位于所述空间结构内。

进一步地，所述第一端盖上开设有出线孔，所述出线孔用于引出所述电机定子绕组的电源线缆和信号线缆。

具体地，所述第二半轴上还设有圆形槽，所述圆形槽用于安装O型密封圈，所述O型密封圈设置于轴端轴承和第二半轴之间。

进一步地，所述定子座和行星架的外侧均匀地设有多组散热槽，所述轮毂壳体靠近所述定子座的一面均匀设置有多条散热筋。

本发明还提供一种电动自行车，包括车轮、多个辐条和所述轮毂电机，所述辐条以所述中心轴的中点所在的垂直面为对称面，对称设置在所述轮毂电机的两侧。

需要给与说明的是，利用本发明所述轮毂驱动机构进行设计的产品不仅仅是用于电动车，还可以是电助力自行车或是自平衡车等一类的产品，均属于本发明的保护范围。

本发明提供的一种紧凑型轮毂电机，当轮毂电机通电后，中心轴会转动，与中心轴一体成型的太阳轮同时转动，带动与太阳轮啮合的多组双联行星齿轮转动，双联行星齿轮与内齿圈啮合，经过双联行星齿轮和内齿圈减速；单向轴承的外圈与内齿圈连接，单向轴承的内圈与第二端盖连接，内齿圈外侧与第二端盖固连，第二端盖与轮毂壳体固定连接，双联行星齿轮带动内齿圈转动，内齿圈通过单向轴承带动第二端盖和轮毂壳体转动，轮毂壳体与车轮通过辐条连接，最终驱动车轮前进。

当电机电源关闭，车子滑行时，由于单向轴承的单向功能和车辆惯性，此时车辆带动轮毂壳体转动，轮毂壳体带动第二端盖，第二端盖带动单向轴承滑行；轮毂电机内部齿轮件及电机定子、转子都未转动，故轮毂电机阻力较小，自行车能进行较长距离的滑行，骑行感好。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明磁钢切向设置在所述电机转子内，电机定子设置在定子座和行星架形成的凹槽内，在增大电机输出力矩的同时能使电机径向结构更紧凑。本发明齿轮件采用塑胶或尼龙棒料加工而成，有效的降低了运行噪音，可以无润滑运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种紧凑型轮毂电机的结构示意图；

图2是本发明驱动机构磁钢设置剖面示意图；

图3是本发明定子座的结构示意图；

图4是本发明行星架的结构示意图。

其中，附图标记为：1-第一半轴，2-中心轴，3-驱动机构，4-第二半轴，5-行星齿轮减速机构，6-外部壳体，7-定子座，8-行星架，9-行星轮支撑架，10-单向轴承，11-第一凸台，21-第一轴段，22-第一轴承，23-第二轴段，24-第二轴承，31-电机定子，32-电机转子，33-磁钢，34-绝缘骨架，41-第二凸台，42-圆形槽，43-轴端轴承，51-太阳轮，52-双联行星齿轮，53-内齿圈，54-销轴，61-轮毂壳体，62第一端盖，63-第二端盖，71-第一凹槽，81-第二凹槽。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“顶”、“底”、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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

实施例1：

如图1-4所示，本发明提供一种紧凑型轮毂电机，包括同轴设置的第一半轴1、中心轴2和第二半轴4，设置在所述外部壳体6内的驱动机构3和行星齿轮减速机构5，所述驱动机构3与行星齿轮减速机构5连接，所述驱动机构3包括电机转子32和电机定子31，所述驱动机构3为内转子电机，所述电机转子32和电机定子31依次套设在中心轴2上，所述电机转子32与所述中心轴2连接，所述电机转子32内均匀并且切向设置有磁钢33，所述电机定子31设置在定子座7和行星架8之间；所述电机转子32靠近定子座7的一端设置有第一轴承22，所述电机转子32靠近行星架8的一端设置有第二轴承24。

所述定子座7的开口端内侧设置有第一凹槽71，所述行星架8靠近定子座7的开口端内侧设置有第二凹槽81，所述电机定子31设置在所述第一凹槽71和第二凹槽81之间；所述定子座7相对驱动机构的一面设置有多个开口，所述开口用于气流流通。

具体地，所述电机转子32与所述中心轴2过盈连接、键连接或冲筋连接。

具体地，所述电机定子31上还设置有绝缘骨架34，所述绝缘骨架34用于支撑定子绕组。

具体地，所述中心轴2的第一轴段21设置有第一轴承22，所述中心轴2的第二轴段23设置有第二轴承24，所述第二轴段23的直径大于所述第一轴段21，所述中心轴2靠近第二轴段23的一端设置有太阳轮51，所述太阳轮51与中心轴2一体成型，不同直径轴段的设计为了在减小太阳轮尺寸的同时保证轴芯强度。

具体地，所述中心轴2通过太阳轮51与行星齿轮减速机构5连接，所述行星齿轮减速机构5包括太阳轮51、内齿圈53和通过销轴支撑在行星架8上的至少三组双联行星齿轮52，所述双联行星齿轮52与分别于太阳轮51和内齿圈53啮合，所述内齿圈53通过单向轴承与第二端盖63连接。

具体地所述行星架8上设置有与多个销轴54配合的凸台，所述销轴54与其对应凸台过盈配合，销轴54上设计有多个环槽，其中上端、下端两个环槽装配O型圈，中间段环槽用于盛放润滑脂；当双联行星齿轮52绕销轴54旋转时，O型圈具有缓冲作用，能有效吸收制造或装配误差带来的啮合冲击，减少振动及噪音。同时，上端、下端O型圈的装配，能有效避免双联行星齿轮52内孔的润滑脂外露，有助于减小运转过程中双联行星齿轮52内孔与销轴54的摩擦，提升整机效率；中间段环槽，既能盛润滑脂，同时减小了双联行星齿轮52内孔与销轴的摩擦面，有助于减小运转过程中双联行星齿轮52内孔与销轴54的摩擦，提升整机效率。

具体地，所述双联行星齿轮52包括大行星轮和小行星轮，所述大行星轮和小行星轮过盈配合或一体成型。所述双联行星齿轮52的材料为塑胶或尼龙，用于减小传动噪音。采用塑胶齿轮或尼龙齿轮可以降低运行噪音，减轻电机整体重量，具有更好的相容性、耐久性和耐磨性。

具体地，所述行星齿轮减速机构5通过销轴与行星轮支撑架9连接，所述行星轮支撑架9与第二半轴4过盈配合，所述第二半轴4一端设置有螺纹，另一端设置有第二凸台41，所述第二凸台41用于第二半轴4与行星轮支撑架9的安装定位。所述第二半轴上还设有圆形槽42，所述圆形槽42用于安装O型密封圈，所述O型密封圈设置于轴端轴承43和第二半轴4之间。

具体地，所述外部壳体6包括第一端盖62、轮毂壳体61和第二端盖63；所述第一端盖62设置在所述轮毂壳体61的一端，所述第二端盖63设置在所述轮毂壳体61的另一端；所述第一端盖62套设在所述第一半轴1上，所述第一端盖通过螺栓与定子座连接，所述第二端盖63套设在所述第二半轴4上，所述第一端盖和第二端盖分别与所述第一半轴和第二半轴配合的外侧都设置有紧固螺母，使所述外部壳体6构成封闭的空间结构，所述驱动机构2和所述行星齿轮减速机构5均位于所述空间结构内；并且所述第一端盖62上开设有出线孔，所述出线孔用于引出所述电机定子绕组的电源线缆和信号线缆。

具体地，所述定子座7和行星架8的外侧均匀设置有多组散热槽，所述轮毂壳体61靠近所述定子座7的一面均匀设置有多条散热筋，用于增大散热面积，在驱动机构工作时，带动壳体旋转，可以带动电机内部空气流动加快散热，提高了散热效果，减少热量给轮毂电机内部的零件带来的损坏，增加轮毂电机的使用寿命。

本发明实施例还提供一种电动自行车，包括车轮、多个辐条和所述轮毂电机，所述辐条以所述中心轴的中点所在的垂直面为对称面，对称设置在所述轮毂电机的两侧。

需要给与说明的是，在实际应用中，利用本发明所述轮毂驱动机构进行设计的产品不仅仅是用于电动车，还可以是电助力自行车或是自平衡车等一类的产品，均属于本发明的保护范围。

轮毂电机工作原理：当轮毂电机通电后，中心轴2会转动，带动与中心轴2一体成型的太阳轮51同时转动，带动与太阳轮51啮合的多组双联行星齿轮52转动，双联行星齿轮52与内齿圈53啮合，经过双联行星齿轮52和内齿圈53进行减速；单向轴承10的外圈与内齿圈53连接，单向轴承10的内圈与第二端盖63连接，内齿圈53外侧与第二端盖63固连，第二端盖63与轮毂壳体61固定连接，双联行星齿轮52带动内齿圈53转动，内齿圈53通过单向轴承10带动第二端盖63和轮毂壳体61转动，轮毂壳体61与车轮通过辐条连接，最终驱动车轮前进。

当电机电源关闭，车子滑行时，由于单向轴承的单向功能和车辆惯性，此时车辆带动轮毂壳体61转动，轮毂壳体61带动第二端盖63，第二端盖63带动单向轴承10滑行；轮毂电机内部齿轮件及电机定子、转子都未转动，故轮毂电机阻力较小，自行车能进行较长距离的滑行，骑行感好。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明磁钢切向设置在所述电机转子内，电机定子设置在定子座和行星架形成的凹槽内，在增大电机输出力矩的同时能使电机径向更紧凑。本发明齿轮件采用尼龙棒料加工而成，有效的降低了运行噪音，可以无润滑运行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，包括设置在所述外部壳体(6)内的驱动机构(3)和行星齿轮减速机构(5)，所述驱动机构(3)与行星齿轮减速机构(5)连接，所述驱动机构(3)为内转子电动机，所述驱动机构(3)包括电机转子(32)和电机定子(31)，所述电机转子(32)和电机定子(31)依次套设在中心轴(2)上，所述电机转子(32)与所述中心轴(2)连接，所述电机转子(32)内均匀并且切向设置有磁钢(33)，所述电机定子(31)设置在定子座(7)和行星架(8)之间；所述电机转子(32)靠近定子座(7)的一端设置有第一轴承(22)，所述电机转子(32)靠近行星架(8)的一端设置有第二轴承(24)；

所述定子座(7)的开口端内侧设置有第一凹槽(71)，所述行星架(8)靠近定子座(7)的开口端内侧设置有第二凹槽(81)，所述电机定子(31)设置在所述第一凹槽(71)和第二凹槽(81)上；所述定子座(7)相对驱动机构的一面设置有多个开口，所述开口用于气流流通。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，所述电机转子(32)与所述中心轴(2)过盈连接、键连接或冲筋连接。

3.根据权利要求2所述的一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，所述电机定子(31)上还设置有绝缘骨架(34)，所述绝缘骨架(34)用于支撑定子绕组。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，所述行星齿轮减速机构(5)包括太阳轮(51)、内齿圈(53)和支撑在行星架(8)上的至少三组双联行星齿轮(52)，所述双联行星齿轮(52)分别与太阳轮(51)和内齿圈(53)啮合，所述内齿圈(53)通过单向轴承10与第二端盖(63)连接。

5.根据权利要求4所述的一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，所述双联行星齿轮(52)包括大行星轮和小行星轮，所述大行星轮和小行星轮过盈配合或一体成型。

6.根据权利要求4所述的一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，所述双联行星齿轮(52)的材料为塑胶或尼龙，用于减小传动噪音。

7.根据权利要求1所述的一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，所述外部壳体(6)包括第一端盖(62)、轮毂壳体(61)和第二端盖(63)；

所述第一端盖(62)设置在所述轮毂壳体(61)的一端，所述第二端盖(63)设置在所述轮毂壳体(61)的另一端；所述第一端盖(62)套设在第一半轴(1)上，所述第二端盖(63)套设在第二半轴(4)上，所述第一端盖和第二端盖分别与所述第一半轴和第二半轴配合的外侧都设置有紧固螺母，使所述外部壳体(6)构成封闭的空间结构，所述驱动机构(2)和所述行星齿轮减速机构(5)均位于所述空间结构内；

并且所述第一端盖(62)上开设有出线孔，所述出线孔用于引出所述电机定子绕组的电源线缆和信号线缆。

8.根据权利要求7所述的一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，所述第二半轴上还设有圆形槽(42)，所述圆形槽(42)用于安装O型密封圈，所述O型密封圈设置于轴端轴承(43)和第二半轴(4)之间。

9.根据权利要求1所述的一种紧凑型轮毂电机，其特征在于，所述定子座(7)和行星架(8)的外侧均匀设置有多组散热槽，所述轮毂壳体(61)靠近所述定子座(7)的一面均匀设置有多条散热筋。

10.一种电动自行车，其特征在于，包括车轮、多个辐条和权利要求1-9任一所述的装置，所述辐条以所述中心轴的中点所在的垂直面为对称面，对称设置在所述轮毂电机的两侧。

Images