CN115065199A - 一种轮毂式内转子电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轮毂式内转子电机，包括轮毂外壳、内转子电机、电机轴、行星齿轮组，内转子电机通过带动行星齿轮组的转动，从而带动轮毂外壳的整体转动；内转子电机包括位于外侧的环形定子冲片、以及位于环形定子冲片中心的转子，转子的转子齿轮所在的中部贯穿有电机轴，并通过电机轴的转动同步带动转子齿轮的转动，转子齿轮的端部向中部延伸并形成外齿结构，通过离合器组件对电机轴的切换，实现电机轴相对于轮毂外壳的驱动方式切换。相比较外转子电机来说，在有限的空间中，将外转子替换成内转子，可以通过减少磁钢的用料比，降低电机的整体生产成本，在对扭矩要求不高的电机领域，具有较强的市场。

Description

一种轮毂式内转子电机
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种轮毂式内转子电机。
背景技术
轮毂式电机作为作为电动自行车的动力系统和传动系统的重要组成部分，一般采用的是外转子电机轮毂，这种外转子电机具有节省空间，设计紧凑的忒单，并且无需V型带，适合安装在叶轮里。
由于外转子电机的设计结构，其外侧为圆环状转子，内侧为激磁线圈的定子，这种外转子电机结构可以应用于低速大转矩的场景，对于相同体型的电机来说，内转子的转子直径不如外转子大，转矩一般与转子直径成正比关系，而且外转子在低速下可产生大转矩，外转子的转动惯量大，可以实现稳定运行。
但是外转子的外周方向设置的环形磁钢结构，虽然能够产生加大扭矩，所使用的磁钢用量较大，因而在设计时的设计成本也会大大增加，而对于外转子的磁钢位于外侧，在一些对于体积较为有限的位置来说，安装外转子电机会压缩其他部件的位置，限制了输出扭矩的提升，反而会影响整体的功率。
在中国专利CN201420400308.0中公开了一种外转子电机定子冲片、外转子电机定子、电机和风扇，在该装置中，其定子冲片采用单槽绕组设计，避免共槽设计，对落线工艺及自动化实现有较大帮助，在一对第一单槽、第二单槽设计中心有独立的第一齿部、第二齿部，可增加磁场回路，提升磁场均匀度，减低漏磁损耗，提升有效磁感应面积，增大磁通量，输出能力提升，提升电机能效，但是在增大磁通量的同时，位于外侧的磁钢定子的外径必然增大，进而对于体型的限制受到影响，同时增加磁钢定子的数据也大大增加了设备成本的投入。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种轮毂式内转子电机，解决了现有技术中存在的上述技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种轮毂式内转子电机，包括轮毂外壳、内转子电机、电机轴、行星齿轮组，所述内转子电机、行星齿轮组位于轮毂外壳内侧，同时内转子电机通过带动行星齿轮组的转动，从而带动轮毂外壳的整体转动；
所述内转子电机包括位于外侧的环形定子冲片、以及位于环形定子冲片中心的转子，所述转子由转子齿轮、磁钢片，所述磁钢片等间距固定分布于转子齿轮外侧，同时转子齿轮所在的中部贯穿有电机轴，并通过电机轴的转动同步带动转子齿轮的转动，同时所述转子齿轮的端部向中部延伸并形成外齿结构；
所述行星齿轮组包括主齿轮、钢齿轮、齿轮轴，所述转子齿轮所在的外齿同步带动与其相互啮合的主齿轮转动，所述齿轮轴同心设置于主齿轮所在的中部位置并随主齿轮同步转动，所述齿轮轴所在的前端部与钢齿轮相互啮合并带动钢齿轮的同步转动，同时所述钢齿轮与卡飞端盖固定，使卡飞端盖与轮毂外壳形成包裹整体，随钢齿轮的转动同步带动轮毂外壳的整体转动。
进一步的，位于所述卡飞端盖所在的外侧设置有离合器组件，所述离合器组件同步套设于电机轴所伸出的端部位置；通过离合器组件对电机轴的切换，实现电机轴相对于轮毂外壳的驱动方式切换。
进一步的，所述转子齿轮所在的外齿与外环且同心设置，并采用一体成型结构，同时位于外环所在的外周以中心轴为中心等间距开设有槽口，所述磁钢片嵌入在槽口所在的位置。
进一步的，所述磁钢片所在的端部向外伸出槽口所在的端面1-3mm。
进一步的，位于其中一对相邻两组的磁钢片之间设置有霍尔元件传感器。
进一步的，所述主齿轮采用尼龙齿轮。
进一步的，所述主齿轮与转子齿轮所在的外齿采用斜齿方式相互啮合。
进一步的，所述齿轮轴通过第一单向轴承同心设置于主齿轮所在的中心位置，当内转子电机驱动时，则通过转子齿轮带动主齿轮上的齿轮轴在一个方向的传动；当人力驱动电机轴时，所述电机轴的转动方向改变，同时位于电机轴上的转子齿轮直接作用于卡飞端盖上，并同步传动。
进一步的，所述转子齿轮与离合器组件所在的连接处采用第二单向轴承连接。
本发明的有益效果：
1、本装置在有限的空间中，采用的内转子电机驱动轮毂整体转动，电机轴为两端部贯穿的通轴式设置，相比较半轴式输出方式，实现两端部均匀受力，同时采用减速齿轮而非行星减速方式，其偏置方式的设置，可以提高其整体的使用寿命，且稳定性更好，有利于提升输出扭矩。
2、本装置主齿轮上的第一单向轴承与离合器组件上的第二单向轴承相互配合使用，可以实现电动驱动和人工驱动的方式切换自由，实现两种驱动方式互不影响，可操作性强。
3、本装置采用的主齿轮为尼龙齿轮，这种尼龙齿轮与转子齿轮在啮合传动时，可以提高其耐磨性，并且可以减少机械噪音的产生，同时主齿轮的斜齿轮安装方式实现结构紧凑，在产生相同传动比时，能节省有限的空间，可提高其整体的啮合性能，承载能力提高，且啮合时锯齿之间充分接触受力分散，延长了齿轮的使用耐疲劳度。
4、本装置上的霍尔元件传感器安装在相邻两组磁钢片之间间隙位置，可以方便安装和拆卸更换，减少其安装在外部的定子上，影响其整体的安装，且安装时不受定子槽数的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例的整体内部结构示意图；
图2是本发明实施例的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例的内转子电机部分示意图；
图4是本发明实施例的转子齿轮结构示意图；
图5是本发明实施例行星齿轮组结构示意图；
图6是本发明实施例的整体外部轮毂结构示意图。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，本发明实施例提供一种轮毂式内转子电机，包括轮毂外壳1、内转子电机2、电机轴3、行星齿轮组4以及离合器组件5，其中内转子电机2、行星齿轮组4位于轮毂外壳1内侧，并通过卡飞端盖11将其整体包裹其中，同时内转子电机2通过带动行星齿轮组4的转动，从而带动轮毂外壳1 的整体转动。位于卡飞端盖11所在的外侧设置有离合器组件5，离合器组件5 同步套设于电机轴3所伸出的端部位置，通过离合器组件5对电机轴3的切换，实现电机轴3相对于轮毂外壳1的驱动方式切换，进而改变轮毂外壳1采用电机驱动还是人力驱动的改变。
如图3、图4所示，内转子电机2包括位于外侧的环形定子冲片21、以及位于环形定子冲片21中心的转子22，转子22由转子齿轮221、磁钢片222组成，转子齿轮221所在的外齿与外环且同心设置，并采用一体成型结构，同时位于外环所在的外周以中心轴为中心等间距开设有槽口201，磁钢片222嵌入在槽口201所在的位置，此时磁钢片222所在的端部向外伸出槽口201所在的端面1-3mm，这种设置会使得磁钢片222相邻两组之间产生间隙，位于其中两组的磁钢片222上嵌装有霍尔元件传感器202。
一般内转子电机的霍尔片都放在外测的冲片槽内，这种设计时较为稳定放置，避免脱落，一但冲片槽过于密集会影响霍尔位置的安装(因为相邻定子槽内会缠绕匝线，缠绕匝线过于密集，会挤压霍尔位置的安装)。本申请中这种霍尔元件传感器202摆放在磁钢片222内侧，而不放置位于外侧定子槽内，可以不受到槽数影响(较为密集的区域内并不容易脱落)，即便槽数较为密集也不影响，可以根据需要定制霍尔元件传感器202的具体安装位置，并且方便更换，而传统的霍尔位置会跟环形定子冲片21上的匝线缠绕，拆卸维修会需要整体将其更换，费事费力，不影响安装更换。
同时转子齿轮221所在的中部贯穿有电机轴3，并通过电机轴3的转动同步带动转子齿轮221的转动，转子齿轮221的端部向中部延伸并形成外齿结构。
如图5所示，行星齿轮组4包括主齿轮41(主齿轮41采用尼龙齿轮，这种尼龙齿轮在齿合传动时减少齿轮异响的产生，并且提高其整体的耐磨性)、钢齿轮42、齿轮轴43，转子齿轮221所在的外齿同步带动与其相互啮合的主齿轮 41转动(可采用斜齿方式相互啮合，其结构紧凑，在产生相同传动比时，能节省有限的空间，同时可提高其整体的啮合性能，承载能力提高，且啮合时锯齿之间充分接触受力分散，延长齿轮的使用耐疲劳度)，齿轮轴43同心设置于主齿轮41所在的中部位置并随主齿轮41同步转动，齿轮轴43所在的前端部与钢齿轮42相互啮合并带动钢齿轮42的同步转动(可采用斜齿方式相互啮合)，钢齿轮42与卡飞端盖11固定(通过背部的螺栓进行固定，提高牢固性的同时，还可以方便拆卸维修与安装)，使卡飞端盖11与轮毂外壳1形成包裹整体，随钢齿轮42的转动同步带动轮毂外壳1的整体转动。
使用时，齿轮轴43通过第一单向轴承401同心设置于主齿轮41所在的中心位置，当内转子电机2驱动时，则通过转子齿轮221带动主齿轮41上的齿轮轴43在一个方向的传动(此时主齿轮41的传动会同步带动齿轮轴43的传动，进而实现与齿轮轴43相互啮合的钢齿轮42产生转动)，而转子齿轮221与离合器组件5所在连接处的第二单向轴承111为非传动式连接，因而转子齿轮221 的转动并不带动与其相连的卡飞端盖11传动。当采用离合器组件5改变传动方式时，即人力脚踏驱动电机轴3时，电机轴3的转动方向改变，位于电机轴3 上的转子齿轮221通过第二单向轴承111直接作用于卡飞端盖11上，并实现同步传动，而此时转子齿轮221在带动主齿轮41转动后，由于第一单向轴承401 为单向传动，并不会再次带动钢齿轮42的转动。
如图6所示，为整体结构示意图，本申请相比较外转子电机来说，在有限的空间中，将外转子替换成内转子，可以通过减少磁钢的用料比，降低电机的整体生产成本，同时采用减速齿轮而非行星减速方式，其偏置方式的设置，可以提高其整体的使用寿命，在对扭矩要求不高的电机领域，具有较强的市场。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种轮毂式内转子电机，包括轮毂外壳(1)、内转子电机(2)、电机轴(3)、行星齿轮组(4)，其特征在于，所述内转子电机(2)、行星齿轮组(4)位于轮毂外壳(1)内侧，同时内转子电机(2)通过带动行星齿轮组(4)的转动，从而带动轮毂外壳(1)的整体转动；
所述内转子电机(2)包括位于外侧的环形定子冲片(21)、以及位于环形定子冲片(21)中心的转子(22)，所述转子(22)由转子齿轮(221)、磁钢片(222)组成，所述磁钢片(222)等间距固定分布于转子齿轮(221)外侧，同时转子齿轮(221)所在的中部贯穿有电机轴(3)，并通过电机轴(3)的转动同步带动转子齿轮(221)的转动，同时所述转子齿轮(221)的端部向中部延伸并形成外齿结构；
所述行星齿轮组(4)包括主齿轮(41)、钢齿轮(42)、齿轮轴(43)，所述转子齿轮(221)所在的外齿同步带动与其相互啮合的主齿轮(41)转动，所述齿轮轴(43)同心设置于主齿轮(41)所在的中部位置并随主齿轮(41)同步转动，所述齿轮轴(43)所在的前端部与钢齿轮(42)相互啮合并带动钢齿轮(42)的同步转动，同时所述钢齿轮(42)与卡飞端盖(11)固定，使卡飞端盖(11)与轮毂外壳(1)形成包裹整体，随钢齿轮(42)的转动同步带动轮毂外壳(1)的整体转动。
2.根据权利要求1所述的轮毂式内转子电机，其特征在于，位于所述卡飞端盖(11)所在的外侧设置有离合器组件(5)，所述离合器组件(5)同步套设于电机轴(3)所伸出的端部位置；通过离合器组件(5)对电机轴(3)的切换，实现电机轴(3)相对于轮毂外壳(1)的驱动方式切换。
3.根据权利要求1所述的轮毂式内转子电机，其特征在于，所述转子齿轮(221)所在的外齿与外环且同心设置，并采用一体成型结构，同时位于外环所在的外周以中心轴为中心等间距开设有槽口(201)，所述磁钢片(222)嵌入在槽口(201)所在的位置。
4.根据权利要求3所述的轮毂式内转子电机，其特征在于，所述磁钢片(222)所在的端部向外伸出槽口(201)所在的端面1-3mm。
5.根据权利要求4所述的轮毂式内转子电机，其特征在于，位于其中一对相邻两组的磁钢片(222)之间设置有霍尔元件传感器(202)。
6.根据权利要求1所述的轮毂式内转子电机，其特征在于，所述主齿轮(41)采用尼龙齿轮。
7.根据权利要求6所述的轮毂式内转子电机，其特征在于，所述主齿轮(41)与转子齿轮(221)所在的外齿采用斜齿方式相互啮合。
8.根据权利要求1所述的轮毂式内转子电机，其特征在于，所述齿轮轴(43)通过第一单向轴承(401)同心设置于主齿轮(41)所在的中心位置，当内转子电机(2)驱动时，则通过转子齿轮(221)带动主齿轮(41)上的齿轮轴(43)在一个方向的传动；当人力驱动电机轴(3)时，所述电机轴(3)的转动方向改变，同时位于电机轴(3)上的转子齿轮(221)直接作用于卡飞端盖(11)上，并同步传动。
9.根据权利要求8所述的轮毂式内转子电机，其特征在于，所述转子齿轮(221)与离合器组件(5)所在的连接处采用第二单向轴承(111)连接。
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