CN109802522B - 大传动比轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大传动比轮毂电机，包括：电机外壳；工作机组，设置于所述电机外壳的内部，包括外定子及内转子；行星传动机构，包括内齿圈、太阳轮、行星大齿轮、行星小齿轮与行星齿轮架，所述内齿圈固定于所述外定子上并与所述行星小齿轮啮合，所述太阳轮固定于所述内转子上并与所述行星大齿轮啮合，所述行星大齿轮与所述行星小齿轮共轴连接且周向固定，所述行星大齿轮可旋转地安装于所述行星齿轮架上，所述行星齿轮架与所述电机外壳连接。该大传动比轮毂电机于有限空间内实现了大传动比，从而提高了轮毂电机的输出功率与扭矩，于不同骑行环境均可提供理想的辅助动力，有效地拓展了电动助力车的适用范围。

Description

大传动比轮毂电机

技术领域

本发明属于轮毂电机技术领域，具体地来说，是一种大传动比轮毂电机。

背景技术

电动助力车是一种以自行车结构为基础，加配电力驱动单元的骑行车类型。电动助力车可根据骑行者的踩踏力度提供相应的动力支持，减轻骑行者的骑行负担，使骑行舒适度与骑行里程大为增加，因而逐渐受到市场的欢迎。

电动助力车具有动力辅助系统，一般以轮毂电机作为主要的辅助动力输出源。电动助力车用轮毂电机对于结构尺寸要求较为严格，造成轮毂电机内部空间狭小而使传动比局限于较小的数值范围，因而轮毂电机的输出功率与扭矩偏小，难以满足阻力较大的路面的骑行需要，对电动助力车的适用范围制约严重。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种大传动比轮毂电机，于有限空间内实现了大传动比，从而提高了轮毂电机的输出功率与扭矩，于不同骑行环境均可提供理想的辅助动力，有效地拓展了电动助力车的适用范围。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种大传动比轮毂电机，包括：

电机外壳；

工作机组，设置于所述电机外壳的内部，包括外定子及内转子；

行星传动机构，包括内齿圈、太阳轮、行星大齿轮、行星小齿轮与行星齿轮架，所述内齿圈固定于所述外定子上并与所述行星小齿轮啮合，所述太阳轮固定于所述内转子上并与所述行星大齿轮啮合，所述行星大齿轮与所述行星小齿轮共轴连接且周向固定，所述行星大齿轮可旋转地安装于所述行星齿轮架上，所述行星齿轮架与所述电机外壳连接。

作为上述技术方案的改进，所述电机外壳包括周转壳体及安装于所述周转壳体端部的壳体端盖，所述行星齿轮架与所述壳体端盖连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述行星齿轮架与所述电机外壳之间通过超越离合器或棘轮机构实现离合连接，所述超越离合器的内圈与所述行星齿轮架连接，所述超越离合器的外圈与所述电机外壳连接；所述超越离合器套设于所述行星齿轮架与所述电机外壳之间；所述棘轮机构的棘轮固定安装于所述电机外壳上，主动棘爪铰接安装于所述行星齿轮架上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述行星大齿轮的数量为复数个并圆环分布于所述行星齿轮架上，所述行星小齿轮与所述行星大齿轮的数量相等且一一对应地共轴连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述内齿圈、所述太阳轮、所述行星大齿轮与所述行星小齿轮的啮合齿均为斜齿或均为直齿。

作为上述技术方案的进一步改进，所述行星传动机构还包括行星轮轴，共轴连接的行星大齿轮与行星小齿轮沿轴向依次安装于所述行星轮轴上，所述行星轮轴一端固定于所述行星齿轮架上，另一端安装有护油盖。

作为上述技术方案的进一步改进，所述大传动比轮毂电机还包括固定心轴，所述外定子固定于所述固定心轴上，所述内转子可旋转地套设于所述固定心轴与所述外定子之间；所述太阳轮套设于所述内转子与所述固定心轴之间；所述电机外壳可旋转地套设于所述固定心轴上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述大传动比轮毂电机还包括快拆杆套件，所述固定心轴具有空心构造，所述快拆杆套件的快拆杆贯穿设置于所述空心构造内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述工作机组、所述行星小齿轮、所述行星大齿轮与所述行星齿轮架沿旋转轴向依次布置。

作为上述技术方案的进一步改进，所述大传动比轮毂电机还包括转速感测组，用于测量所述电机外壳的转速和/或运动方向。

本发明的有益效果是：

由内转子驱动太阳轮自转，太阳轮驱动与之啮合的行星大齿轮自转，行星大齿轮带动行星小齿轮同步自转，由于内齿圈固定于外定子上，使得与内齿圈啮合的行星小齿轮得以于内齿圈内实现公转，从而带动行星大齿轮公转及行星齿轮架自转，并由行星齿轮架将自转运动传递于电机外壳，从而由电机外壳带动电动助力车的车轮同步转动，在不增加轮毂电机尺寸的基础上实现了大传动比(可达12以上)，提高了轮毂电机的输出功率与扭矩，于不同骑行环境均可提供理想的辅助动力，有效地拓展了电动助力车的适用范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的大传动比轮毂电机的剖视结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的大传动比轮毂电机的电机外壳的分解结构示意图；

图3是本发明实施例1提供的大传动比轮毂电机的行星传动机构的局部分解结构示意图

主要元件符号说明：

P(a)-大传动比轮毂电机，100-电机外壳，110-周转壳体，120-壳体端盖，130-辐条连接圈，131-辐条安装孔，200-工作机组，210-外定子，211-外定子铁芯，212-外定子壳体，220-内转子，300-行星传动机构，310-内齿圈，320-太阳轮，330-行星大齿轮，340-行星小齿轮，350-行星齿轮架，360-行星轮轴，370-护油盖，400-超越离合器，500-固定心轴，600-快拆杆套件，700-自补偿密封圈。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对大传动比轮毂电机进行更全面的描述。附图中给出了大传动比轮毂电机的优选实施例。但是，大传动比轮毂电机可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对大传动比轮毂电机的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在大传动比轮毂电机的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1～3，本实施例公开一种大传动比轮毂电机P(a)，包括电机外壳100、工作机组200与行星传动机构300，在不增加轮毂电机尺寸的基础上实现了大传动比(可达12以上)，提高了轮毂电机的输出功率与扭矩，于不同骑行环境均可提供理想的辅助动力，有效地拓展了电动助力车的适用范围。

电机外壳100一方面用于容纳工作机组200与行星传动机构300，另一方面用于安装在电动助力车的车轮内而充当车轮轮毂。骑行时，电机外壳100与车轮同步转动。

示范性地，电机外壳100包括周转壳体110及安装于周转壳体110端部的壳体端盖120，周转壳体110与壳体端盖120包围而形成内部容腔。示范性地，电机外壳100具有盘式构造，较佳地适应车轮的应用空间要求。

示范性地，电机外壳100的外周具有用于安装车轮辐条的辐条安装孔131。车轮辐条用于连接电机外壳100与车轮，车轮辐条一般为复数个并形成圆环分布。相应地，辐条安装孔131与车轮辐条的数量相等且一一对应，亦即辐条安装孔131圆环分布于电机外壳100上。示范性地，电机外壳100外周具有辐条连接圈130，辐条安装孔131圆环分布于辐条连接圈130上。

工作机组200设置于电机外壳100的内部，包括外定子210及可旋转地保持于外定子210内的内转子220，将电能转换为机械能而输出旋转动力。可以理解，外定子210保持静止并提供驱动磁场，内转子220于驱动磁场内转动而输出旋转运动。可以理解，外定子210与内转子220之间可由现有的轴承结构实现活动连接，在此不再赘述。

行星传动机构300用于实现内转子220与电机外壳100之间的传动，包括内齿圈310、太阳轮320、行星大齿轮330、行星小齿轮340与行星齿轮架350。

其中，内齿圈310固定于外定子210上而保持静止，且内齿圈310的内圈具有啮合齿而与行星小齿轮340啮合。太阳轮320固定于内转子220而由内转子220驱动自转，且太阳轮320与行星大齿轮330啮合而驱动后者自转。

其中，行星大齿轮330与行星小齿轮340共轴连接，且二者之间周向固定，从而实现同步自转。行星大齿轮330安装于行星齿轮架350上，且行星大齿轮330可于行星齿轮架350上实现自由自转。行星齿轮架350与电机外壳100连接，且二者具有同步自转。

当大传动比轮毂电机P(a)上电工作时，内转子220自转而带动太阳轮320绕心轴自转。于啮合关系下，太阳轮320驱动行星大齿轮330绕心轴自转。行星小齿轮340随行星大齿轮330同步自转，使行星小齿轮340与内齿圈310之间具有相对运动。内齿圈310受限于外定子210而保持静止不动，于啮合关系下，行星小齿轮340沿内齿圈310的内圈实现公转运动。相应地，行星大齿轮330随行星小齿轮340一并实现公转，进而带动行星齿轮架350绕心轴旋转。于行星齿轮架350带动下，电机外壳100实现绕心轴旋转并带动电动助力车的车轮转动，从而实现运动传递。

于前述传动结构下，行星传动机构300的传动比可达12以上，实现大传动比目的，提高了轮毂电机的输出功率与扭矩。同时，该行星传动机构300无需增加轮毂电机的外形尺寸，可于有限空间内实现，从而突破了空间限制。

示范性地，当电机外壳100包括周转壳体110及壳体端盖120时，行星齿轮架350与壳体端盖120连接，实现较为简洁的连接目的。

示范性地，行星齿轮架350与电机外壳100之间通过超越离合器400实现离合连接。其中，超越离合器400的内圈与行星齿轮架350连接，超越离合器400的外圈与电机外壳100连接。其中，超越离合器400套设于行星齿轮架350与电机外壳100之间，进一步压缩大传动比轮毂电机P(a)的轴向尺寸及传动路径，实现减小乃至消除磁阻及由机械传动引起的机械阻尼的目的。

当无电骑行或无电推行时，人力向前骑行速度大于轮毂电机驱动速度时，电机外壳100的转速大于行星齿轮架350的转速，使得超越离合器400的外圈速度大于内圈速度，内圈与外圈分离而隔离电机外壳100与行星齿轮架350之间的运动传递，电机外壳100无法驱动行星齿轮架350旋转，消除工作机组200的磁阻及机械传动引起的机械阻尼，减少骑行阻力而降低骑行难度。

当人力向前骑行速度小于轮毂电机驱动速度时，电机外壳100的转速小于行星齿轮架350的转速，使得超越离合器400的外圈速度小于内圈速度，内圈与外圈接合而使电机外壳100与行星齿轮架350之间发生运动传递，行星齿轮架350驱动电机外壳100旋转而输出辅助动力，为骑行提供理想帮助。

另一种示范，行星齿轮架350与电机外壳100之间亦可通过棘轮机构实现离合连接。其中，棘轮机构包括棘轮、主动棘爪与止回棘爪。棘轮固定安装于电机外壳100上而使二者具有同步转动，主动棘爪铰接安装于行星齿轮架350上，止回棘爪用于阻止棘轮反转。

可以理解，棘轮与主动棘爪的啮合方式包括外啮合方式与内啮合方式。于外啮合方式下，棘轮的棘轮齿位于其外周面；于内啮合方式下，棘轮具有环形构造，棘轮齿位于其内周面。

当轮毂电机辅助骑行时，行星齿轮架350旋转而驱动主动棘爪插入棘轮表面的棘轮齿，由主动棘爪驱动棘轮旋转，从而使输出动力传递于电机外壳100及车轮，实现辅助骑行目的。

当无电骑行前进或推行前进时，车轮带动电机外壳100及棘轮同步转动。棘轮于该状态下的转动方向与轮毂电机辅助骑行时一致，使得棘轮与主动棘爪分离，棘轮无法驱动主动棘爪转动，从而隔离电机外壳100与行星齿轮架350之间的运动传递，电机外壳100无法驱动行星齿轮架350旋转，消除工作机组200的磁阻及机械传动引起的机械阻尼，减少骑行阻力而降低骑行难度。

当人力骑行后退时，基于棘轮机构的单向传动原理，棘轮受到止回棘爪的限制而无法反转，从而防止棘轮反转驱动主动棘爪，防止工作机组200意外被动反转而保证结构安全。

示范性地，行星大齿轮330的数量为复数个并圆环分布于行星齿轮架350上。同时，行星小齿轮340与行星大齿轮330的数量相等且一一对应地共轴连接。换言之，一行星大齿轮330与一行星小齿轮340形成一齿轮组，使行星齿轮架350分布圆环分布的多个齿轮组。

其中，内齿圈310、太阳轮320、行星大齿轮330与行星小齿轮340可分别具有直齿结构或斜齿结构。示范性地，内齿圈310、太阳轮320、行星大齿轮330与行星小齿轮340的啮合齿均为斜齿，具有运动平稳、噪声小、载荷能力大的优点。

示范性地，行星传动机构300还包括行星轮轴360。其中，共轴连接的行星大齿轮330与行星小齿轮340沿轴向依次安装于行星轮轴360上，行星轮轴360一端固定于行星齿轮架350上，另一端安装有护油盖370。例如，沿行星轮轴360的轴向，行星齿轮架350、行星大齿轮330、行星小齿轮340与护油盖370依次布置。可以理解，行星大齿轮330与行星小齿轮340可于行星轮轴360上实现同步自转。示范性地，行星大齿轮330与行星小齿轮340通过轴承安装于行星轮轴360上。

其中，护油盖370用于将行星传动机构300内部的齿轮润滑油脂有效地收纳在构架内，避免油脂溢出到工作机组200的结构表面，保护工作机组200的工作安全，提高大传动比轮毂电机P(a)的可靠性和安全性。

示范性地，大传动比轮毂电机P(a)还包括固定心轴500。外定子210固定于固定心轴500上，而内转子220可旋转地套设于固定心轴500与外定子210之间，压缩大传动比轮毂电机P(a)的轴向尺寸及轴向传动路径，减少磁阻、机械传动阻尼及传动误差。

可以理解，固定心轴500与外定子210之间保持静止，而内转子220与固定心轴500之间具有相对转动。进一步地，太阳轮320套设于内转子220与固定心轴500之间，进一步压缩大传动比轮毂电机P(a)的轴向尺寸及轴向传动路径。可以理解，太阳轮320与固定心轴500之间具有相对转动。示范性地，太阳轮320的内周面可通过轴承安装于固定心轴500上。

示范性地，外定子210包括外定子铁芯211与外定子壳体212。其中，外定子铁芯211设置于外定子壳体212上，而外定子壳体212与固定心轴500固定连接。示范性地，外定子铁芯211、内转子220、太阳轮320与固定心轴500沿电机外壳100的径向自外而内依次布置。

电机外壳100可旋转地套设于固定心轴500上，二者之间具有相对转动。其中，固定芯轴两端突出于电机外壳100之外，以便与电动助力车的车轮连接，实现可靠安装。

示范性地，壳体端盖120通过深沟球轴承安装于固定心轴500上，该深沟球轴承由自补偿密封圈700或蝶形垫片实现密封定位。自补偿密封圈700或蝶形垫片可自适应的消除由于各零件于制造和装配中的轴向累计误差，减少或消除因上述累计误差导致的深沟球轴承的轴向压力及由之引起的摩擦阻力，使得轮毂电机于骑行或推行时转动更为灵活，机械阻力大幅减小，兼具密封防油水的作用，并降低对零部件的加工精度和装配精度的要求，达到降低成本、提高合格率的目的。

示范性地，大传动比轮毂电机P(a)还包括快拆杆套件600，固定心轴500具有空心构造，快拆杆套件600的快拆杆贯穿设置于空心构造内。快拆杆套件600属于自行车领域的常用结构，用户通过旋转快拆扳手即可实现快速锁定与解锁，其具体结构在此不再赘述。

示范性地，工作机组200、行星小齿轮340、行星大齿轮330与行星齿轮架350沿旋转轴向依次布置，形成简洁而紧密的传动位置分布，压缩大传动比轮毂电机P(a)的轴向尺寸及轴向传动路径，减少磁阻、机械传动阻尼及传动误差。

示范性地，大传动比轮毂电机P(a)还包括转速感测组，用于测量电机外壳100的转速和/或运动方向。转速感测组的实现方式众多，示范性地，其包括霍尔传感器及磁体。霍尔传感器安装于外定子210上，而磁体安装于电机外壳100上。当大传动比轮毂电机P(a)工作时，电机外壳100与外定子210之间发生相对转动，使霍尔传感器与磁体之间发生相对转动，霍尔传感器由此实现位置感应并进而得到转速。当霍尔传感器的数量为至少两个时，二者配合即可实现转动方向的感测。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种大传动比轮毂电机，其特征在于，包括：

电机外壳；

工作机组，设置于所述电机外壳的内部，包括外定子及内转子；

行星传动机构，包括内齿圈、太阳轮、行星大齿轮、行星小齿轮与行星齿轮架，所述内齿圈固定于所述外定子上并与所述行星小齿轮啮合，所述太阳轮固定于所述内转子上并与所述行星大齿轮啮合，所述行星大齿轮与所述行星小齿轮共轴连接且周向固定，所述行星大齿轮可旋转地安装于所述行星齿轮架上，所述行星齿轮架与所述电机外壳连接；

所述行星齿轮架与所述电机外壳之间通过超越离合器或棘轮机构实现离合连接；所述超越离合器的内圈与所述行星齿轮架连接，所述超越离合器的外圈与所述电机外壳连接；所述超越离合器套设于所述行星齿轮架与所述电机外壳之间；所述棘轮机构的棘轮固定安装于所述电机外壳上，主动棘爪铰接安装于所述行星齿轮架上；

固定心轴，所述外定子固定于所述固定心轴上，所述内转子可旋转地套设于所述固定心轴与所述外定子之间；所述太阳轮套设于所述内转子与所述固定心轴之间；所述电机外壳可旋转地套设于所述固定心轴上。

2.根据权利要求1所述的大传动比轮毂电机，其特征在于，所述电机外壳包括周转壳体及安装于所述周转壳体端部的壳体端盖，所述行星齿轮架与所述壳体端盖连接。

3.根据权利要求1所述的大传动比轮毂电机，其特征在于，所述行星大齿轮的数量为复数个并圆环分布于所述行星齿轮架上，所述行星小齿轮与所述行星大齿轮的数量相等且一一对应地共轴连接。

4.根据权利要求1所述的大传动比轮毂电机，其特征在于，所述内齿圈、所述太阳轮、所述行星大齿轮与所述行星小齿轮的啮合齿均为斜齿或均为直齿。

5.根据权利要求1所述的大传动比轮毂电机，其特征在于，所述行星传动机构还包括行星轮轴，共轴连接的行星大齿轮与行星小齿轮沿轴向依次安装于所述行星轮轴上，所述行星轮轴一端固定于所述行星齿轮架上，另一端安装有护油盖。

6.根据权利要求1所述的大传动比轮毂电机，其特征在于，还包括快拆杆套件，所述固定心轴具有空心构造，所述快拆杆套件的快拆杆贯穿设置于所述空心构造内。

7.根据权利要求1所述的大传动比轮毂电机，其特征在于，所述工作机组、所述行星小齿轮、所述行星大齿轮与所述行星齿轮架沿旋转轴向依次布置。

8.根据权利要求1所述的大传动比轮毂电机，其特征在于，还包括转速感测组，用于测量所述电机外壳的转速和/或运动方向；和/或，所述电机外壳的外周具有用于安装车轮辐条的辐条安装孔。