CN111469966A - 采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，包括壳体和安装在壳体内的电机机芯、中轴、单向离合器、一级齿轮减速机构和设于中轴上用于固定牙盘的牙盘定位轴套，电机机芯为外转子内定子形式，包括转子、定子及平行中轴的机芯轴，定子包括设于机芯轴外围并与壳体内壁固定的环形定子支架及其定子线圈；其特征在于所述单向离合器被设置在机芯轴上并与转子相连，环形定子支架与壳体上均安装至少一个用于支撑机芯轴的机芯轴轴承，而机芯轴的一端伸出环形定子支架形成悬臂，该悬臂与牙盘定位轴套之间通过所述一级齿轮减速机构传动连接。本发明在保持原有中置电机功能的基础上，更易装配，生产成本更低，而能够显著提高生产效率。

Description

采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机

技术领域

本发明涉及一种采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机。

背景技术

中置电机是电动自行车的动力核心部件，目前行业内对于中置电机的发展以结构紧凑、体积小、输出扭矩大为主流趋势。

申请人原先设计有一种一级齿轮减速传动的紧凑型中置电机，具体见已授权的发明专利，专利号为ZL201920051541.5。该中置电机的结构特点在于齿轮减速机构仅采用大、小齿轮啮合的一级齿轮减速传动，其中的大齿轮依靠中轴支撑定位，取消原先支撑定位中间齿轮的电机中盖和齿轮轴等诸多零件，使得壳体体积进一步缩减，电机更加紧凑，零部件更少，从而装配方便，便于生产。同时结合外转子内定子的电机本体构型来增大扭矩，故尤其适用于电机设计功率较小的电动自行车取代已有中置电机，能够大大节约生产成本。并且这类中置电机中，单向离合器被设置在中轴和大齿轮之间，单向离合器的内圈前端还要成型用于套置牙盘的牙盘定位套。

然而在后续的结构设计中，本着技术创新的理念，我们逐步发现这种中置电机依旧存在如下亟待改进的地方：

单向离合器被设置在中轴处，并装配在大齿轮内侧，具有如下几方面的问题：

1） 结构复杂、装配难度高，且繁琐，导致生产效率较低；

2） 由于要兼顾大齿轮尺寸，单向离合器的规格要大，同样承受的扭矩也大，这造成单向离合器的选用成本比较高；

3） 单向离合器内圈前端还要成型牙盘定位套，不仅导致单向离合器制造困难，成本增高，而且中轴上要设计专门的单向离合器轴承来支撑单向离合器，增强稳定性，这导致零部件增多，成本加大。

4） 由于机芯轴通过其上的轴齿或固定的小齿轮与大齿轮啮合，并且机芯轴两端分别通过轴承安装至凹壳和前盖上，故前盖上的轴承会干涉机芯轴和大齿轮移出，经常需要敲出轴承才能顺利取出机芯轴和大齿轮。但敲击容易损伤机芯轴上的轴齿或者小齿轮。

发明内容

本发明目的是：提供一种采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其在保持原有中置电机功能的基础上，更易装配，生产成本更低，而能够显著提高生产效率。

本发明的技术方案是：一种采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，包括壳体和安装在壳体内的电机机芯、中轴、单向离合器、一级齿轮减速机构和设于中轴上用于固定牙盘的牙盘定位轴套，电机机芯为外转子内定子形式，包括转子、定子以及同中轴平行布置的机芯轴，定子包括设于机芯轴外围并与壳体内壁固定的环形定子支架和固定在环形定子支架上的定子线圈；其特征在于所述单向离合器被设置在机芯轴上并与转子相连，环形定子支架与壳体上均安装至少一个用于支撑机芯轴的机芯轴轴承，而机芯轴的一端伸出环形定子支架形成悬臂，该悬臂与牙盘定位轴套之间通过所述一级齿轮减速机构传动连接。

进一步的，本发明中所述壳体由前盖和凹壳拼合固定而成，所述电机机芯位于凹壳内，环形定子支架靠近前盖的一端外周上成型有径向分布的连接环部，该连接环部通过若干螺钉固定至前盖上；凹壳内侧安装有一支撑机芯轴的机芯轴轴承，其为第一机芯轴轴承，而环形定子支架内周安装有另一支撑机芯轴的机芯轴轴承，其为第二机芯轴轴承，所述单向离合器位于第一机芯轴轴承和第二机芯轴轴承之间。

更进一步的，本发明中所述机芯轴上安装有两个支撑转子的转子轴承，并且这两个转子轴承沿机芯轴的轴向分别从两端紧贴所述单向离合器，这两个转子轴承中的一个与所述第二机芯轴轴承相邻，并且其与第二机芯轴轴承之间抵设有套于机芯轴上的机芯轴轴套，同时第二机芯轴轴承外侧与嵌装在环形定子支架内缘上的第一轴向锁止卡圈相抵；而两个转子轴承中的另一个与第一机芯轴轴承相邻，且其外侧与嵌装在机芯轴上的第二轴向锁止卡圈相抵。

更进一步的，本发明中所述前盖和凹壳的拼合处拼接形成有供所述连接环部的外周缘嵌入并夹紧的拼接夹槽。

更进一步的，本发明中所述转子包括转子飞轮罩和固定在转子飞轮罩内圈的磁钢，转子飞轮罩的罩口朝向前盖设置。罩口朝外的设计便于定子线圈的接线能够从前盖侧引出和排布，以更方便于装配。

更进一步的，本发明中所述一级齿轮减速机构包括一体设于机芯轴的所述悬臂上的轴齿或者固定在所述悬臂上的小齿轮，和与轴齿或者小齿轮啮合的大齿轮；所述牙盘定位轴套通过单向棘轮机构连接于中轴上并伸出所述前盖以固定牙盘，大齿轮内圈通过花键与牙盘定位轴套外周相连，而牙盘定位套外周与前盖之间安装有牙盘定位套支撑轴承，而牙盘定位套内周和所述凹壳上均安装有套于中轴上的若干中轴支撑轴承。

本发明中还包括安装在中轴上的力矩传感器，这种力矩传感器为常规的磁环霍尔式（轴套式）力矩传感器，其包括固定在中轴上的变形轴套，该变形轴套与牙盘定位轴套之间通过所述单向棘轮机构相连。具体的，前述力矩传感器还包括固定在所述凹壳上并位于变形轴套外围的霍尔元件支架，变形轴套上固定有感应磁环定位套，该感应磁环定位套上沿圆周固定有感应磁环，而霍尔元件支架上固定有与感应磁环配合的霍尔元件，霍尔元件与电动自行车的用于驱动电机机芯运转的控制器电连接。

进一步的，本发明中所述单向离合器为单向滚针离合器。

本发明的工作原理如下：

电机机芯工作状态，人踩踏安装至中轴两端曲柄上的脚踏，使力矩传感器产生感应信号，驱动电机机芯运转，借助单向离合器的咬合作用，机芯轴在转子带动下输出扭矩，经一级齿轮减速机构传递至牙盘定位轴套和牙盘上，牙盘经链条将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮上，驱动电动自行车行进。此状态下，由于单向棘轮机构的作用，牙盘定位轴套与中轴脱开，防止中轴跟转。

人骑行踩踏工作状态，脚不停踩踏安装至中轴两端曲柄上的脚踏，扭矩通过中轴和咬合的单向棘轮机构传递至牙盘定位轴套和牙盘上，使牙盘同样经链条将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮上，驱动电动自行车行进。这一过程中，扭矩同样经一级齿轮减速机构传递至机芯轴上，但由于机芯轴通过单向离合器与转子脱开，故不会受到电机机芯的输出干涉。

本发明实际装配时，先在凹壳内完成电机机芯部分的装配，包含机芯轴与单向离合器和转子的装配，然后是中轴、力矩传感器、牙盘定位轴套和大齿轮的装配，再将大齿轮与机芯轴的悬臂上的轴齿或者小齿轮完成啮合，最后合上前盖，通过螺钉将环形定子支架固定至前盖上。

本发明的优点是：

1. 本发明相比现有技术，将单向离合器从中轴移至了机芯轴上，消除了其与一级齿轮减速机构和牙盘定位轴套之间的联系，而改与电机机芯的转子进行装配，这一设计使得单向离合器的装配难度大大降低，能够极大的减少装配时间，提高生产效率。

2. 本发明中的单向离合器无需像已有技术中那样再兼顾大齿轮尺寸，且由于是制作在机芯轴上输出，故单向离合器的规格可以做小，承受的扭矩也变小，加上无需再在单向离合器内圈上成型牙盘定位轴套，因此降低了单向离合器的选用和制造成本，使得中置电机整体的成本大大降低；

3. 本发明中将机芯轴成型轴齿或固定小齿轮的一端制成悬臂，无需在该端为其装配轴承来支撑，这一设计便于机芯轴和同其上的轴齿或小齿轮啮合的大齿轮一同拆卸，极大的提高了拆卸便利性。同样也避免现有技术中因拆卸时敲击轴承而带来的机芯轴上轴齿或小齿轮的损坏。

4. 本发明中通过两个轴向锁止卡圈、机芯轴轴套来轴向定位锁紧环形定子支架上的机芯轴轴承、转子轴承和单向离合器，进一步增强了电机机芯的定位可靠性和稳定性，以便机芯轴能够更好的输出扭矩。

5. 本发明中在前盖和凹壳的拼合处拼接形成有供所述连接环部的外周缘嵌入并夹紧的拼接夹槽，以便进一步提高对于环形定子支架的定位稳固性和可靠性。

总结来说，本发明在保持原有中置电机功能的基础上，更易装配，生产成本更低，而能够显著提高生产效率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明一种具体实施例的主剖面图。

其中：1、中轴；2、单向离合器；3、牙盘定位轴套；4、牙盘；5、转子；501、转子飞轮罩；502、磁钢；6、定子；601、环形定子支架；601a、连接环部；602、定子线圈；7、机芯轴；701、悬臂；701a、轴齿；8、机芯轴轴承；9、壳体；9a、前盖；9b、凹壳；10、螺钉；11、第一机芯轴轴承；12、第二机芯轴轴承；13、转子轴承；14、机芯轴轴套；15、第一轴向锁止卡圈；16、第二轴向锁止卡圈；17、拼接夹槽；18、大齿轮；19、单向棘轮机构；20、牙盘定位套支撑轴承；21、中轴支撑轴承；22、力矩传感器；22a、变形轴套；22b、霍尔元件支架；22c、感应磁环定位套；22d、感应磁环；22e、霍尔元件。

具体实施方式

实施例：下面结合图1所示对本发明提供的这种采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机的具体实施方式进行说明如下：

本发明提供的这种采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其整体由中轴1、单向离合器2、牙盘定位轴套3、牙盘4、转子5、定子6、机芯轴7、轴齿701a、两个机芯轴轴承8（分别为第一机芯轴轴承11和第二机芯轴轴承12）、壳体9、螺钉10、两个转子轴承13、机芯轴轴套14、第一轴向锁止卡圈15、第二轴向锁止卡圈16、大齿轮18、单向棘轮机构19、牙盘定位套支撑轴承20、四个中轴支撑轴承21和力矩传感器22共同组成。

如图1所示，同已知技术一样，壳体9内装配有电机机芯、中轴1、单向离合器2、一级齿轮减速机构，并且中轴1上设置用于固定牙盘4的牙盘定位轴套3。本实施例中所述壳体9由前盖9a和凹壳9b拼合固定而成，所述电机机芯位于凹壳9b内，电机机芯为外转子内定子形式，由转子5、定子6以及同中轴1平行布置的机芯轴7构成，定子6由设于机芯轴7外围并与壳体内壁固定的环形定子支架601和固定在环形定子支架601上的定子线圈602共同构成；而所述转子5由转子飞轮罩501和固定在转子飞轮罩501内圈的磁钢502共同构成，转子飞轮罩501的罩口朝向前盖9a设置。罩口朝外的设计便于定子线圈602的接线能够从前盖9a侧引出和排布，以更方便于装配。

本发明的核心改进点在于将单向离合器2设置在机芯轴7上并与转子5相连，这种单向离合器2是单向滚针离合器，具体装配时，其外圈与转子飞轮罩501内侧压紧，而单向离合器2的内圈则紧配套于机芯轴7上。同时，环形定子支架601与凹壳9b上均安装用于支撑机芯轴7的机芯轴轴承8，而机芯轴7的一端伸出环形定子支架601形成悬臂701，该悬臂701与牙盘定位轴套3之间通过所述一级齿轮减速机构传动连接。

依旧结合图1所示，本实施例中环形定子支架601靠近前盖9a的一端外周上成型有径向分布的连接环部601a，该连接环部601a通过四个呈环形分布的螺钉10（图中仅能看到一个）固定至前盖9a上；凹壳9b内侧安装的机芯轴轴承8，我们称之为第一机芯轴轴承11，而环形定子支架601内周安装的支撑机芯轴7的机芯轴轴承8，我们称之为第二机芯轴轴承12，所述单向离合器2位于第一机芯轴轴承11和第二机芯轴轴承12之间。

同样如图1所示，本实施例中所述机芯轴7上安装有两个支撑转子5的转子轴承13，并且这两个转子轴承13沿机芯轴7的轴向分别从两端紧贴所述单向离合器2，这两个转子轴承13中的一个与所述第二机芯轴轴承12相邻，并且其与第二机芯轴轴承12之间抵设有套于机芯轴7上的机芯轴轴套14，同时第二机芯轴轴承12外侧与嵌装在环形定子支架601内缘上的第一轴向锁止卡圈15相抵；而两个转子轴承13中的另一个与第一机芯轴轴承11相邻，且其外侧与嵌装在机芯轴7上的第二轴向锁止卡圈16相抵。

并且，本实施例中所述前盖9a和凹壳9b的拼合处拼接形成有供所述连接环部601a的外周缘嵌入并夹紧的拼接夹槽17。

本实施例中所述一级齿轮减速机构由一体设于机芯轴7的所述悬臂701上的轴齿701a和与轴齿701a啮合的大齿轮18共同构成；中轴1一端采用一中轴支撑轴承21与凹壳9b装配，另一端套设牙盘定位轴套3，该牙盘定位轴套3伸出前盖9a以固定牙盘4，大齿轮18内圈通过花键与牙盘定位轴套3外周相连，而牙盘定位套3外周与前盖9a之间安装有牙盘定位套支撑轴承20，牙盘定位套3内周则安装有三个套于中轴1上的中轴支撑轴承21，均如图1所示。

本实施例中的力矩传感器22为磁环霍尔式（轴套式）力矩传感器，其安装在中轴1上，该力矩传感器22的构成包括固定在中轴1上的变形轴套22a，该变形轴套22a与牙盘定位轴套3之间通过单向棘轮机构19相连。力矩传感器22还包括固定在所述凹壳9b上并位于变形轴套22a外围的霍尔元件支架22b，变形轴套22a上固定有感应磁环定位套22c，该感应磁环定位套22c上沿圆周固定有感应磁环22d，而霍尔元件支架22b上固定有与感应磁环22d配合的霍尔元件22e，霍尔元件22e与电动自行车的用于驱动电机机芯运转的控制器电连接。

本发明的工作原理如下：

电机机芯工作状态，人踩踏安装至中轴1两端曲柄上的脚踏，使力矩传感器22产生感应信号，驱动电机机芯运转，借助单向离合器2的咬合作用，机芯轴7在转子5带动下输出扭矩，经一级齿轮减速机构传递至牙盘定位轴套3和牙盘4上，牙盘4经链条将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮上，驱动电动自行车行进。此状态下，由于单向棘轮机构19的作用，牙盘定位轴套3与中轴1脱开，防止中轴1跟转。

人骑行踩踏工作状态，脚不停踩踏安装至中轴1两端曲柄上的脚踏，扭矩通过中轴1和咬合的单向棘轮机构19传递至牙盘定位轴套3和牙盘4上，使牙盘4同样经链条将扭矩传递至电动自行车的驱动链轮上，驱动电动自行车行进。这一过程中，扭矩同样经一级齿轮减速机构传递至机芯轴7上，但由于机芯轴7通过单向离合器2与转子5脱开，故不会受到电机机芯的输出干涉。

本发明实际装配时，先在凹壳9b内完成电机机芯部分的装配，包含机芯轴7与单向离合器2和转子5的装配，然后是中轴1、力矩传感器22、牙盘定位轴套3和大齿轮18的装配，再将大齿轮18与机芯轴7的悬臂701上的轴齿701a完成啮合，最后合上前盖9a，通过螺钉10将环形定子支架601固定至前盖9a上。

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

Claims (9)

1.一种采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，包括壳体（9）和安装在壳体（9）内的电机机芯、中轴（1）、单向离合器（2）、一级齿轮减速机构和设于中轴（1）上用于固定牙盘（4）的牙盘定位轴套（3），电机机芯为外转子内定子形式，包括转子（5）、定子（6）以及同中轴（1）平行布置的机芯轴（7），定子（6）包括设于机芯轴（7）外围并与壳体（9）内壁固定的环形定子支架（601）和固定在环形定子支架（601）上的定子线圈（602）；其特征在于所述单向离合器（2）被设置在机芯轴（7）上并与转子（5）相连，环形定子支架（601）与壳体（9）上均安装至少一个用于支撑机芯轴（7）的机芯轴轴承（8），而机芯轴（7）的一端伸出环形定子支架（601）形成悬臂（701），该悬臂（701）与牙盘定位轴套（3）之间通过所述一级齿轮减速机构传动连接。

2.根据权利要求1所述的采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其特征在于所述壳体（9）由前盖（9a）和凹壳（9b）拼合固定而成，所述电机机芯位于凹壳（9b）内，环形定子支架（601）靠近前盖（9a）的一端外周上成型有径向分布的连接环部（601a），该连接环部（601a）通过若干螺钉（10）固定至前盖（9a）上；凹壳（9b）内侧安装有一支撑机芯轴（7）的机芯轴轴承（8），其为第一机芯轴轴承（11），而环形定子支架（601）内周安装有另一支撑机芯轴（7）的机芯轴轴承（8），其为第二机芯轴轴承（12），所述单向离合器（2）位于第一机芯轴轴承（11）和第二机芯轴轴承（12）之间。

3.根据权利要求2所述的采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其特征在于所述机芯轴（7）上安装有两个支撑转子（5）的转子轴承（13），并且这两个转子轴承（13）沿机芯轴（7）的轴向分别从两端紧贴所述单向离合器（2），这两个转子轴承（13）中的一个与所述第二机芯轴轴承（12）相邻，并且其与第二机芯轴轴承（12）之间抵设有套于机芯轴（7）上的机芯轴轴套（14），同时第二机芯轴轴承（12）外侧与嵌装在环形定子支架（601）内缘上的第一轴向锁止卡圈（15）相抵；而两个转子轴承（13）中的另一个与第一机芯轴轴承（11）相邻，且其外侧与嵌装在机芯轴（7）上的第二轴向锁止卡圈（16）相抵。

4.根据权利要求2所述的采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其特征在于所述前盖（9a）和凹壳（9b）的拼合处拼接形成有供所述连接环部（601a）的外周缘嵌入并夹紧的拼接夹槽（17）。

5.根据权利要求2或3所述的采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其特征在于所述转子（5）包括转子飞轮罩（501）和固定在转子飞轮罩（501）内圈的磁钢（502），转子飞轮罩（501）的罩口朝向前盖（9a）设置。

6.根据权利要求2所述的采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其特征在于所述一级齿轮减速机构包括一体设于机芯轴（7）的所述悬臂（701）上的轴齿（701a）或者固定在所述悬臂（701）上的小齿轮，和与轴齿（701a）或者小齿轮啮合的大齿轮（18）；所述牙盘定位轴套（3）通过单向棘轮机构（19）连接于中轴（1）上并伸出所述前盖（9a）以固定牙盘（4），大齿轮（18）内圈通过花键与牙盘定位轴套（3）外周相连，而牙盘定位套（3）外周与前盖（9a）之间安装有牙盘定位套支撑轴承（20），而牙盘定位套（3）内周和所述凹壳（9b）上均安装有套于中轴（1）上的若干中轴支撑轴承（21）。

7.根据权利要求6所述的采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其特征在于还包括安装在中轴（1）上的力矩传感器（22），该力矩传感器（22）包括固定在中轴（1）上的变形轴套（22a），该变形轴套（22a）与牙盘定位轴套（3）之间通过所述单向棘轮机构（19）相连。

8.根据权利要求7所述的采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其特征在于还包括固定在所述凹壳（9b）上并位于变形轴套（22a）外围的霍尔元件支架（22b），变形轴套（22a）上固定有感应磁环定位套（22c），该感应磁环定位套（22c）上沿圆周固定有感应磁环（22d），而霍尔元件支架（22b）上固定有与感应磁环（22d）配合的霍尔元件（22e），霍尔元件（22e）与电动自行车的用于驱动电机机芯运转的控制器电连接。

9.根据权利要求1所述的采用一级齿轮减速传动的易装配式中置电机，其特征在于所述单向离合器（2）为单向滚针离合器。

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