CN103997159A - 驱动设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种驱动设备（1），其包括电动机（30），电动机（30）具有布置在固定至轴（10）的电机壳体（20）的内侧的定子（31）、转子（40）和转子轴（41）。转子轴（41）的旋转通过第一减速装置（51）和第二减速装置（60）传递至可相对于电机壳体（20）旋转的毂（70）。第一减速装置（51）布置在缠绕在定子（31）周围的线圈（34）的线圈端部（341）的径向内侧。这样，线圈端部（341）和第一减速装置（51）通过利用布置在电机（30）的线圈端部（341）的径向内侧上的空间沿径向彼此重叠。

Description

驱动设备

技术领域

本发明涉及一种驱动设备。

背景技术

此前，已知一种驱动设备，所述驱动设备安装至电动自行车的轮子，以使得所述驱动设备有助于骑行者的踩踏力或自推进电动自行车。

在JP2000-53068A中所述的驱动设备中，轴固定至电动自行车的前叉，并且电动机安装至轴。在所述电机中，转子轴相对于固定至轴的定子可旋转。转子轴的旋转通过第一减速装置、第二减速装置和单向离合器传递至毂。电动自行车的轮子通过毂的旋转而旋转。

在JP2000-53068A的驱动设备中，所述电机的外径、第一减速装置的外径和第二减速装置的外径基本彼此相等。由于第一减速装置和第二减速装置在电机的一个轴侧上一个接一个地布置，因此驱动设备的轴向尺寸不利地增大。

发明内容

鉴于以上缺点提出本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种驱动设备，其能够减小驱动设备的尺寸。

根据本发明，提供了一种驱动设备，其包括固定轴、电机壳体、电动机、可旋转体、第一减速装置和第二减速装置。电机壳体固定至固定轴。电动机包括定子、转子和转子轴。定子固定至电机壳体。转子可相对于定子旋转。转子轴可与转子一体地旋转。可旋转体被构造为管形，并且可相对于电机壳体旋转。第一减速装置布置在缠绕在定子周围的线圈的线圈端部的径向内侧上。第一减速装置减小从转子轴接收的旋转的转速，并输出转速减小的旋转。第二减速装置布置在第一减速装置的与电动机相对的一侧上。第二减速装置的外径大于第一减速装置的外径，并且第二减速装置将从第一减速装置接收的转速减小的旋转输出至可旋转体。第一减速装置包括第一太阳齿轮、第一行星齿轮和第一环形齿轮。第一太阳齿轮接收转子轴的旋转。第一行星齿轮与第一太阳齿轮的外齿啮合，并绕着第一太阳齿轮绕转。第一环形齿轮布置在第一行星齿轮的外侧并固定至电机壳体。第一环形齿轮与第一行星齿轮的外齿啮合。第二减速装置包括第二太阳齿轮、第二行星齿轮和第二环形齿轮。第二太阳齿轮通过第一行星齿轮的（绕转）转动而旋转。第二行星齿轮与第二太阳齿轮的外齿啮合，并且可绕着第二行星齿轮的旋转轴线旋转。第二环形齿轮布置在第二行星齿轮的外侧，并且通过第二行星齿轮的旋转而旋转，以将驱动力传递至布置在第二环形齿轮的径向外侧的可旋转体。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的驱动设备的剖视图；

图2是图1中的区域II的局部放大图；

图3是沿图2中的线III-III截取的剖视图；

图4是根据本发明的第一实施例的驱动设备的分解图；

图5是根据本发明的第一实施例的驱动设备的另一分解图；以及

图6是根据本发明的第二实施例的驱动设备的剖视图。

具体实施方式

将参照附图描述本发明的实施例。

（第一实施例）

图1至图5示出了本发明的第一实施例。在当前实施例中，将描述用作电动自行车的驱动源的驱动设备1。驱动设备1安装至电动自行车的轮子，并输出对应于电动自行车的骑行者的踩踏力的驱动力。

驱动设备1包括作为固定轴的转轴10、电机壳体20、电动机30、减速装置50、作为可旋转体的毂70和单向离合器80。

转轴10包括彼此同轴的第一转轴11和第二转轴12。第一转轴11和第二转轴12分别固定至电动自行车的左前叉和右前叉。示于图1上侧的第一转轴11包括轴13和固定板14。固定板14从轴13的端部径向向外地延伸。第一转轴11的固定板14通过螺栓15固定至电机壳体20（将在稍后描述）。示于图1的下侧的第二转轴12通过螺母16固定至电机壳体20。

电机壳体20由例如铝制成。此外，电机壳体20包括被构造为杯形的第一壳体21和被构造为碟形的第二壳体22。第一壳体21的沿轴向从第一壳体21的第一转轴侧端面突出的挡块211通过螺栓15固定至第一转轴11的固定板14。第一壳体21包括定子保护部分23和转子保护部分24。定子保护部分23覆盖电机30的定子31。转子保护部分24布置在定子保护部分23的径向内侧上，并且沿轴向朝转子40侧凹入。

第二转轴12插入至形成在第二壳体22的中间部分中的孔内。第二壳体22和第二转轴12通过螺母16固定在一起。

电机30是安装在电机壳体20的内侧的例如无刷电机。电机30包括定子31、转子40和转子轴41。

定子31包括环形定子芯32、绝缘体33和线圈34。

定子芯32由磁性材料制成并且通过位于第一壳体21和第二壳体22之间的位置的贯穿螺栓25固定至定子保护部分23的内侧。

线圈34通过绝缘体33缠绕至定子芯32的狭槽（未示出）。线圈34的沿轴向从定子芯32突出的端部被称作线圈端部341。

线圈34通过设置在线圈端部341的第二转轴侧上的母线35相对于彼此连接，以形成Y连接或Δ连接。

如图1和2所示，转子40布置在定子31的径向内侧，并且其相对于定子31可旋转。转子40包括转子芯42、磁体43和连接部分44。转子芯42由磁性材料制成并且形成为具有等于定子芯32的轴向厚度的轴向厚度。磁体43安装至形成在转子芯42中的孔。磁体43形成N极和S极，它们沿着转子芯42的旋转方向一个接一个交替布置。连接部分44连接在转子芯42和转子轴41之间。因此，转子轴41与转子40一体地旋转。

转子轴41的一个端部通过轴承45由第一壳体21可旋转地支承，并且转子轴41的另一端部通过轴承46由第二壳体22可旋转地支承。转子轴41具有从第一转轴侧向第二转轴侧沿轴向凹入并接纳减速装置50的接纳孔47。

磁性传感器（未示出）安装至电路板48，其被构造为圆盘形并且沿轴向布置在转子40的第二转轴侧上。用该磁性传感器感测转子40的旋转位置。当根据转子40的旋转位置通过母线35从安装至第二壳体22的线束36向线圈34供应电流时，定子芯32产生旋转磁场。这样，转子40和转子轴41相对于定子31旋转。

将两个单向离合器80安装在转子轴41的接纳孔47的内侧中。每个单向离合器80的一侧连接至转子轴41，并且单向离合器80的另一侧连接至第一减速装置51的输入轴55，这将在稍后描述。也就是说，转子轴41、单向离合器80和输入轴55沿径向彼此重叠。换句话说，转子轴41、对应的一个单向离合器80和输入轴55沿着径向一个接一个地布置。

每个单向离合器80形成为例如打捆针传动离合器（needle clutch）。这两个单向离合器80沿轴向一个接一个地串联布置。

每个单向离合器80包括外圈81和滚柱82。外圈81固定地压配合至转子轴41的接纳孔47的内壁。第一减速装置51的输入轴55插入至滚柱82的径向内侧上的位置的外圈81的内侧中。

如图3所示，当转子轴41和外圈81沿着图3中的箭头A的方向旋转时，每个滚柱82运动至图3中的虚线B指示的对应位置。因此，每个滚柱82连接在外圈81的对应斜面83与输入轴55之间。这样，转子轴41的旋转传递至输入轴55。

相比之下，当输入轴55沿着图3中的箭头C的方向旋转时，每个滚柱82布置为图3中的实线指示的状态。因此，释放了外圈81的斜面83与输入轴55之间的连接。这样，阻挡了输入轴55的旋转传递至转子轴41。

这里，应该注意，图3所示的结构是单向离合器80的一个示例。

如图1和图2所示，减速装置50布置在第一壳体21与第一转轴11之间。减速装置50包括第一减速装置51和第二减速装置60。

第一减速装置51布置在被构造为凹陷的壳体21的转子保护部分24的内侧。转子保护部分24布置在定子31的线圈端部341的径向内侧。具体地说，第一减速装置51布置在定子31的线圈端部341的径向内侧，以使得转子保护部分24沿径向布置在线圈端部341与第一减速装置51之间。

第一减速装置51是例如行星齿轮减速装置，并包括第一太阳齿轮52、第一行星齿轮53和第一环形齿轮54。在第一减速装置51中，第一太阳齿轮52形成输入侧，并且第一行星齿轮53形成输出侧。此外，第一环形齿轮54形成固定侧。

第一太阳齿轮52固定至接收第一壳体21的转子轴41的旋转的输入轴55。作为另外一种选择，第一太阳齿轮52可与输入轴55一体形成。

在第一环形齿轮54中，突起542（每个突起径向向外地突出）分别配合至形成在转子保护部分24中的凹槽241中，并且所述突起542通过螺钉56固定至转子保护部分24的径向内侧部分（见图4和图5）。

第一行星齿轮53的数量是例如三个，并且这三个第一行星齿轮53布置在第一环形齿轮54的径向内侧上。如图2所示，每个第一行星齿轮53包括轴构件531、轴承532和外齿533。外齿533按照环形布置，并通过轴承532连接至轴构件531。

第一行星齿轮53的外齿533与第一太阳齿轮52的外齿啮合，并且还与第一环形齿轮54的内齿啮合。

每个第一行星齿轮53的轴构件531的第二转轴侧端部固定至下支承构件57，并且轴构件531的第一转轴侧端部固定至上支承构件58。

下支承构件57通过轴承26连接至输入轴55，并且通过轴承27连接至第一壳体21。

如图1所示，上支承构件58包括可旋转板581和第二输入轴582。每个第一行星齿轮53的轴构件531的端部固定至可旋转板581。第二输入轴582从可旋转板581朝着第一转轴侧延伸。第二输入轴582通过轴承18连接至第一转轴11的凹陷17的内侧部分。

下支承构件57和上支承构件58通过第一行星齿轮53的轴构件531和螺钉59彼此连接。

当固定至输入轴55的第一太阳齿轮52旋转时，每个第一行星齿轮53绕其轴线旋转并围绕第一太阳齿轮52绕转。作为输入轴55的旋转的转速降低的结果，实现每个行星齿轮53的绕转（revolution），并将其从上支承构件58的第二输入轴582输出至第二减速装置60。

第二减速装置60布置在第一减速装置51的沿轴向与电机30相对的一侧上。此外，第一转轴11布置在第二减速装置60的沿轴向与电机30相对的一侧上，并且第二转轴12布置在电机30的沿轴向与第二减速装置60相对的一侧上。第二减速装置60的外径大于第一减速装置51的外径。

第二减速装置60是例如行星齿轮减速装置，并包括第二太阳齿轮61、第二行星齿轮62和第二环形齿轮63。在第二减速装置60中，第二太阳齿轮61形成输入侧，并且第二行星齿轮62形成固定侧。此外，第二环形齿轮63形成输出侧。

第二太阳齿轮61固定至接收第一减速装置51的旋转的第二输入轴582。作为另外一种选择，第二太阳齿轮61与第二输入轴582一体形成。

第二环形齿轮63通过螺钉64固定至将在稍后描述的毂70的径向内部。

第二行星齿轮62的数量为例如三个，并且这三个第二行星齿轮62布置在第二环形齿轮63的径向内侧上。每个第二行星齿轮62包括轴构件621、轴承622和外齿623。外齿623按照环形布置，并通过轴承622连接至轴构件621。

第二行星齿轮62的外齿623与第二太阳齿轮61的外齿啮合，并且还与第二环形齿轮63的内齿啮合。

每个第二行星齿轮62的轴构件621的第二转轴侧端部固定至下支承构件57的对应孔541，并且轴构件621的第一转轴侧端部固定至第一转轴11的固定板14。在转子保护部分24的刚度较高的情况下，第二行星齿轮62的轴构件621的第二转轴侧端部可固定至转子保护部分24。

当固定至第二输入轴582的第二太阳齿轮61旋转时，每个第二行星齿轮62绕其轴线旋转，以使第二环形齿轮63旋转。作为第二输入轴582的旋转的转速降低的结果，实现第二环形齿轮63的旋转。第二环形齿轮63的旋转驱动力输出至布置在第二环形齿轮63的径向外侧上的毂70。

毂70被构造为管形，并且布置在电机壳体20和减速装置50的外侧上，以使得毂70可相对于电机壳体20和减速装置50旋转。

毂70包括：第一毂71，其被构造为碟形；和第二毂72，其被构造为管形。在图1的上侧示出的第一毂71通过轴承73连接至第一轴11。在图1的下侧示出的第二毂72通过轴承74连接至第二壳体22。第一毂71和第二毂72通过螺栓75固定在一起。因此，当第二减速装置60的旋转从第二环形齿轮63输出至第一毂71时，第一毂71和第二毂72一起旋转。

电动自行车（未示出）的辐条可连接至形成在毂70的凸缘中的孔76。电动自行车的辐条通过轮圈连接至轮胎。这样，电机30的旋转通过单向离合器80、减速装置50和毂70传递至电动自行车的轮子，以使电动自行车的轮子旋转。

然而，在电动自行车沿着向前的方向运动时电动自行车的轮子的旋转通过单向离合器80被阻挡，并且不传递至电机30。

现在，将描述当前实施例的优点。

（1）在当前实施例中，第一减速装置51布置在电机30的线圈端部341的径向内侧上。

这样，线圈端部341沿径向与第一减速装置51重叠。换句话说，第一减速装置51的轴向延伸部分与线圈端部341的轴向延伸部分重叠。因此，驱动设备1的轴向尺寸可减小。

此外，在电机30中，定子芯32的轴向尺寸和转子芯42的轴向尺寸不改变。因此，驱动设备1的轴向尺寸可减小，而电机30的输出扭矩不受电机30与第一减速装置51的径向重叠的影响。

此外，由于设置了多个减速装置，因此减速比可增大。因此，电机30的输出扭矩可减小，并且电机30的尺寸可减小。

（2）根据当前实施例，在第二减速装置60中，与第二太阳齿轮61的外齿啮合的每个第二行星齿轮62绕其旋转轴线旋转，并且与第二行星齿轮62的外齿啮合的第二环形齿轮63将驱动力传递至布置在第二环形齿轮63的径向外侧的毂70。这样，第二减速装置60的轴向尺寸可减小。因此，驱动设备1的轴向尺寸可减小。

（3）在当前实施例中，第一减速装置51的外径小于第二减速装置60的外径。

转子轴41的旋转输入至第一减速装置51，并且第一减速装置51的旋转输入至第二减速装置60。因此，施加至第一减速装置51的扭矩小于施加至第二减速装置60的扭矩。因此，通过减小第一减速装置51的外径和将第一减速装置51布置在电机30的线圈端部341的径向内侧上，驱动设备1的轴向尺寸可减小。

（4）在当前实施例中，电机壳体20包括定子保护部分23和转子保护部分24。转子保护部分24布置在定子保护部分23的径向内侧上，并且在转子侧上凹陷以接纳第一减速装置51。

当电机壳体20置于第一减速装置51和电机30之间时，可限制外部杂质从第一减速装置侧侵入到电机30的内侧。

（5）在当前实施例中，每个第二行星齿轮62的轴构件621的一个端部固定至第一转轴11的固定板14，并且轴构件621的另一端部固定至电机壳体20的第一环形齿轮54或转子保护部分24。

这样，不需要额外提供用于在第一减速装置51和第二减速装置60之间的位置固定第二行星齿轮62的轴构件621的构件。因此，驱动设备1的轴向尺寸可减小。

（6）在当前实施例中，驱动设备1包括输入轴55和转子轴41之间的单向离合器80。

这样，与单向离合器80布置在第二减速装置60和毂70之间的比较情况相比，施加至单向离合器80的扭矩变小。因此，单向离合器80的尺寸可减小，并且驱动设备1的尺寸可减小。

（7）在当前实施例中，行星齿轮减速机构用于第一减速装置51和第二减速装置60的每个中。因此，减速装置的可旋转轴不颤动，从而可减小驱动设备1的振动。

（第二实施例）

图6示出了本发明的第二实施例。在第二实施例中，与在第一实施例中讨论的那些组件相似的组件将由相同的标号指代，并且将不进一步讨论。

在第二实施例中，驱动设备1在转子轴41的内侧不包括单向离合器80。转子轴41用作第一减速装置51的输入轴。转子轴41与第一太阳齿轮52一体地形成，或者固定至第一太阳齿轮52。

在第二实施例中，驱动设备1在用作可旋转体的第二毂72与第二减速装置60的第二环形齿轮63之间的位置包括第二单向离合器85。

第二单向离合器85包括外圈86和滚柱87。第二单向离合器85的外圈86固定地压配合至第二毂72的内壁。第二环形齿轮63的径向外壁插入沿径向第二单向离合器85的滚柱87的内侧上的位置。当前实施例示出了第二单向离合器85的一个示例。

电机30的驱动力传递至电动自行车的轮子，以通过第一减速装置51、第二减速装置60、第二单向离合器85和毂70使所述轮子旋转。

在电动自行车向前运动时，电动自行车的轮子的旋转通过第二单向离合器阻挡，并且不传递至第一减速装置51、第二减速装置60和电机30。

现在，将描述第二实施例的优点。

（1）在第二实施例中，第二单向离合器85布置在第二减速装置60的第二环形齿轮63与第二毂72之间。

这样，与第一实施例的单向离合器80相比，第二单向离合器85的转速减小。因此，可减小例如第二单向离合器85的滚柱87的磨损。因此，可提高单向离合器85相对于老化的可靠性。

（2）在第二实施例中，在电动自行车向前运动时轮子的旋转被第二单向离合器85阻止，并且不传递至第一减速装置51、第二减速装置60和电机30。因此，在电动自行车向前运动时，可减小由例如第一减速装置51、第二减速装置60和电机30的滑动阻力导致的能量损失。

此外，即使在第一减速装置51或第二减速装置60的齿轮锁定的情况下，毂70也可通过第二单向离合器85旋转。因此，电动自行车的骑行者可通过踩踏电动自行车的踏板使轮子旋转。

（其它实施例）

在上述实施例中，描述了用作电动自行车的驱动源的驱动设备。另外，在另一实施例中，驱动设备可用作各种其它类型的驱动源。

在以上实施例中，描述了使用无刷电机的驱动设备。另外，在另一实施例中，在驱动设备中使用的电机可为另一类型的电动机，诸如有刷电机。

在以上实施例中，描述了使用行星齿轮减速装置的驱动设备。另外，在另一实施例中，用于驱动设备中的减速装置可为另一类型的减速装置，诸如摆线减速装置。

在以上实施例中，描述了使用打捆针单向离合器的驱动设备。另外，在另一实施例中，用于驱动设备中的单向离合器可为任何其它类型的单向离合器。例如，上述单向离合器可相对于外圈或滚柱的构造或数量进行修改，或可修改为使用凸轮离合器。

作为另外一种选择，在另一实施例中，可取消单向离合器。在这种情况下，转子轴和输入轴一体地形成。这样，可在电机中实现再生充电功能。

如上所述，本发明不限于以上实施例，并可按照在本发明的范围内的任何其它多种方式实现。

Claims (5)

1.一种驱动设备，包括：

固定轴（10）；

电机壳体（20），固定至固定轴（10）；

电动机（30），包括：

定子（31），固定至电机壳体（20）；

转子（40），相对于定子（31）可旋转；以及

转子轴（41），与转子（40）可一体地旋转；

可旋转体（70），被构造为管形，并且相对于电机壳体（20）可旋转；

第一减速装置（51），布置在缠绕在定子（31）周围的线圈（34）的线圈端部（341）的径向内侧上，其中第一减速装置（51）减小从转子轴（41）接收的旋转的转速，并且输出转速减小的旋转；以及

第二减速装置（60），布置在第一减速装置（51）的与电动机（30）相对的一侧上，其中第二减速装置（60）的外径大于第一减速装置（51）的外径，并且第二减速装置（60）将从第一减速装置（51）接收的转速减小的旋转输出至可旋转体（70），其中：

第一减速装置（51）包括：

第一太阳齿轮（52），接收转子轴（41）的旋转；

第一行星齿轮（53），与第一太阳齿轮（52）的外齿啮合，并且绕着第一太阳齿轮（52）绕转；以及

第一环形齿轮（54），布置在第一行星齿轮（53）的外侧，并固定至电机壳体（20），其中第一环形齿轮（54）与第一行星齿轮（53）的外齿啮合；以及

第二减速装置（60）包括：

第二太阳齿轮（61），通过第一行星齿轮（53）的绕转而旋转；

第二行星齿轮（62），与第二太阳齿轮（61）的外齿啮合，并绕着第二行星齿轮（62）的旋转轴线旋转；以及

第二环形齿轮（63），布置在第二行星齿轮（62）的外侧，并且通过第二行星齿轮（62）的旋转而旋转，以将驱动力传递至布置在第二环形齿轮（63）的径向外侧的可旋转体（70）。

2.根据权利要求1所述的驱动设备，其特征在于，电机壳体（20）包括：

定子保护部分（23），覆盖定子（31）和线圈端部（341）；以及

转子保护部分（24），布置在定子保护部分（23）的径向内侧，并且沿轴向朝着转子（40）凹陷，以接纳第一减速装置（51）。

3.根据权利要求1所述的驱动设备，其特征在于：

固定轴（10）包括：

第一转轴（11），布置在第二减速装置（60）的沿轴向与电动机（30）相对的一侧上；以及

第二转轴（12），布置在电动机（30）的沿轴向与第二减速装置（60）相对的一侧上；以及

第二行星齿轮（62）的形成第二行星齿轮（62）的旋转轴线的轴构件（621）具有固定至第一转轴（11）的一个端部和固定至第一环形齿轮（54）或电机壳体（20）的转子保护部分（24）的另一端部。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的驱动设备，其特征在于，包括布置在从第一太阳齿轮（52）延伸出的输入轴（55）与转子轴（41）之间的单向离合器（80）。

5.根据权利要求1至3的任一项所述的驱动设备，其特征在于，包括布置在第二减速装置（60）的第二环形齿轮（63）与可旋转体（70）之间的第二单向离合器（85）。