CN115313757A - 一种轻质高效的通轴式轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻质高效的通轴式轮毂电机，包括通轴、安装在通轴上的轮毂壳体及设于其内沿通轴依次装配的机芯、行星减速机构和离合器，离合器包括外圈和内圈，内圈固定在通轴上，行星减速机构包括设于机芯输出端上的太阳齿轮和若干行星齿轮，行星齿轮设于行星轴上，行星轴固定至离合器外圈上；太阳齿轮经行星齿轮同固定在轮毂壳体内侧的齿圈传动连接；其特征在于行星齿轮为双联齿轮，包括同轴分体设置的大、小齿轮，大齿轮为塑料齿轮，与太阳齿轮啮合，小齿轮为金属齿轮，与齿圈啮合，并且小齿轮中心一体设有延伸轴套以固定大齿轮。该通轴式轮毂电机在降低重量的前提下能确保较高输出功率和较好的内部结构强度，体积也进一步得到减小。

Description

一种轻质高效的通轴式轮毂电机

技术领域

本发明涉及一种轻质高效的通轴式轮毂电机。

背景技术

已知技术中，一类轮毂电机被制造并应用在公路电动助力自行车上，业内对于这类轮毂电机的整体重量、体积、结构强度和输出功率方面往往都有更高的生产要求。

众所周知，相比于分段轴架构的轮毂电机，通轴式轮毂电机对于机芯部分支撑时的结构强度更大，不会限制输出扭矩，而且无需矫正两段轴之间的同心度，零部件又少，结构相对简单，制造和装配也更容易。因此目前行业内采用较多的是通轴式轮毂电机。

通轴式轮毂电机的结构特点是主轴采用一根通轴，将机芯（包含定子和转子）、行星减速机构和离合器均沿这根通轴依次装配。目前常规的结构设计中，为使结构紧凑化，往往将行星减速机构中的各行星齿轮与离合器整合设计，即将离合器固定至通轴上作为行星支架，将行星齿轮中心的行星轴直接固定至离合器外圈上。机芯的输出端上固定套于通轴上的太阳齿轮，该太阳齿轮经行星减速机构中的若干行星齿轮同固定在轮毂壳体内侧的齿圈传动连接。行星齿轮通常被做成一体成型的双联齿轮，其大齿轮与太阳齿轮啮合，而小齿轮则与齿圈啮合。然而目前这类通轴式轮毂电机在实际使用中依旧存在下述问题：

1）为了进一步减轻质量，已知技术中行星齿轮惯于采用整体塑料一体制造成型的塑料双联齿轮，例如POM（聚甲醛）塑料、PEEK（聚醚醚酮）塑料以及尼龙塑料如 PA66和PA46，但却不可避免的带来结构强度下降的问题。为了弥补这一缺陷，目前的做法常常会将这种塑料双联齿轮做厚做大来增强结构强度，然而当双联齿轮中的大齿轮直径增大后，会造成其与转子输出端太阳齿轮的转速比下降，最终造成电机整体输出功率的降低。

2）同样的问题，行星齿轮中的大齿轮外径增大后，会造成整个轮毂外壳的外径尺寸增大，最终导致轮毂电机整体的体积增大，材料用量增加，重量变大，成本变高。

3）现有的这类通轴式轮毂电机，其行星齿轮与离合器整合之后并未缩减整个电机的轴向尺寸，内部结构也依旧不够紧凑优化，还有较大的改进空间来满足用作公路电动助力自行车的轮毂电机的要求。

发明内容

本发明目的是：提供一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其在重量更轻的前提下，依旧能够确保具有较高的输出功率和较好的内部结构强度，并且体积更小，内部结构更紧凑，更适合用于公路电动助力自行车。

本发明的技术方案是：一种轻质高效的通轴式轮毂电机，包括通轴、两端均通过壳体轴承安装在通轴上的轮毂壳体及设于轮毂壳体内并沿通轴依次装配的机芯、行星减速机构和离合器，离合器包括外圈和内圈，内圈固定在通轴上，行星减速机构包括设于机芯输出端上的太阳齿轮和若干行星齿轮，行星齿轮设于行星轴上，而行星轴固定至离合器的外圈上；太阳齿轮经行星齿轮同固定在轮毂壳体内侧的齿圈传动连接；其特征在于行星齿轮为双联齿轮，包括同轴但分体设置的大齿轮和小齿轮，其中大齿轮为塑料齿轮，与太阳齿轮啮合，而小齿轮为金属齿轮，与齿圈啮合，并且小齿轮中心一体设有延伸轴套以固定大齿轮。

进一步的，本发明中所述离合器的外圈端面上对应各行星齿轮设有供其小齿轮嵌入的让位凹腔，并且外圈的外周上对应各让位凹腔设有开口，以供小齿轮外周齿部突出与齿圈啮合。

进一步的，本发明中所述大齿轮注塑压固于小齿轮的所述延伸轴套外围，或者大齿轮通过键槽结构配合嵌装于小齿轮的所述延伸轴套外围。

进一步的，本发明中所述轮毂壳体上设有分别供通轴两端伸出的机芯端轴孔和离合器端轴孔；其中经由离合器端轴孔伸出轮毂壳体的通轴区段上安装有卡基机构；同时通轴上成型有轴肩部，用于装配支撑位于机芯端轴孔内的壳体轴承，该轴肩部上开有若干引出线孔用于将机芯的引出线缆引出至轮毂壳体外部。

进一步的，本发明中所述机芯为外转子内定子结构，太阳齿轮套于通轴上并同转子固定。

更进一步的，所述转子包括设于定子外围的转子飞轮罩和固定在转子飞轮罩内壁上与内侧定子相对的磁钢，转子飞轮罩通过转子轴承装配于通轴上，所述太阳齿轮同转子飞轮罩外端固定。

进一步的，本发明中所述小齿轮的延伸轴套通过若干行星轴承装配设于行星轴上，行星轴承采用滑动轴承。相比深沟球轴承，采用滑动轴承能够进一步缩减行星齿轮在径向上的尺寸，进而利于增大其中大齿轮与转子输出端太阳齿轮的转速比，以便提高功率，同时减小整个轮毂电机外壳的径向尺寸。

进一步的，本发明中所述齿圈为塑料齿圈，以进一步减轻重量，并减小其与金属的小齿轮啮合时的噪音。

进一步的，本发明中所述通轴为中空的筒轴，用于贯穿设置快拆轴。快拆轴为已知技术，其用于装配固定至公路电动助力自行车的两侧车架上。

进一步的，本发明中所述行星齿轮关于太阳齿轮呈中心对称分布，且数量为3个以上。

需要说明，本发明中作为塑料齿轮的大齿轮和塑料齿圈，其实际生产用的塑料可以采用行业内任意现有的常用材料，例如POM（聚甲醛）塑料、PEEK（聚醚醚酮）塑料以及尼龙塑料如 PA66和PA46等。

而作为金属齿轮的小齿轮，以及本发明中未作改进的常规的太阳齿轮，其金属材料也同样是行业内任意现有的常用材料，例如40Cr、45 Cr、20CrMnTi等合金钢以及常规的铜合金（如黄铜）和铝合金等，其成型方式可以是铣削加工、锻造、冷挤压、拉型材以及粉末冶金等。

本发明的优点是：

本发明整体重量更轻，体积更小，内部结构更紧凑，并且具有较高的输出功率和较好的内部结构强度，满足公路电动助力自行车使用的轮毂电机要求，其具体表现如下：

1）本发明中的行星齿轮不同于现有一体制造的塑料双联齿轮，其大、小齿轮分体设置，大齿轮采用塑料齿轮能够减轻行星齿轮整体重量，而小齿轮采用金属齿轮并由其上一体设置的延伸轴套来固定大齿轮，这种结构使得小齿轮自身具有强度的同时也能够给予大齿轮一定的支撑强度，使得大齿轮无需像常规技术那样将外径和厚度尺寸做大来增加强度，相反可以进一步减小其外径尺寸，从而保证其与转子输出端太阳齿轮有较高的转速比，进而提高电机整体的输出功率。

2. 同样，由于本发明的行星齿轮结构设计中金属的小齿轮能够给予大齿轮足够的支撑强度，因此可以进一步减小大齿轮的外径尺寸和厚度尺寸，这有利于缩减整个轮毂壳体的径向和轴向尺寸，从而减小整个轮毂电机的体积和重量。

3. 同时，本发明在离合器的外圈端面上对应各行星齿轮设有供其小齿轮嵌入的让位凹腔，小齿轮被容纳于让位凹腔内后，能够进一步缩减行星齿轮部分在轮毂壳体内腔中的轴向占据长度，进而方便缩减整个轮毂壳体的轴向长度，减小其体积，使内部结构更紧凑。同时节省生产材料，降低重量，降低生产成本。

4. 本发明中我们还将齿圈做成塑料齿圈，能够进一步减轻轮毂电机的重量，并且塑料齿圈与金属的小齿轮啮合可以降低噪音，同样塑料的大齿轮与常规的转子输出端金属的太阳齿轮啮合也能降低噪音，从而使得本发明轮毂电机的整体工作噪音大大降低。

5. 本发明中行星轴上采用滑动轴承来支撑小齿轮及其延伸轴套，相比深沟球轴承，采用滑动轴承能够进一步缩减行星齿轮在径向上的尺寸，进而利于增大其中大齿轮与转子输出端太阳齿轮的转速比，以便提高功率，同时减小整个轮毂电机外壳的径向尺寸。

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为本发明的整体主剖面图；

图2为图1中离合器的单独立体结构示意图（其上固定行星轴）；

图3为离合器正面视图；

图4为图1中通轴左侧轴向视图。

其中：1、通轴；101、轴肩部；101a、引出线孔；2、壳体轴承；3、轮毂壳体；4、离合器；401、外圈；401a、让位凹腔；401b、开口；402、内圈；5、太阳齿轮；6、行星齿轮；601、大齿轮；602、小齿轮；602a、延伸轴套；7、行星轴；8、齿圈；9、机芯端轴孔；10、离合器端轴孔；11、卡基机构；12、引出线缆；A、机芯；13、定子；14、转子；14a、转子飞轮罩；14b、磁钢；15、转子轴承；16、行星轴承；17、快拆轴；18、车架。

具体实施方式

实施例：下面结合图1~图4所示对本发明提供的这种轻质高效的通轴式轮毂电机的具体实施方式进行说明如下：

其同已知技术一样具有通轴1、两端均通过壳体轴承2安装在通轴1上的轮毂壳体3及设于轮毂壳体3内并沿通轴1依次装配的机芯A、行星减速机构和离合器4，如图1中从左到右所示。所述轮毂壳体3上设有分别供通轴1两端伸出的机芯端轴孔9（图1中左侧）和离合器端轴孔10（图1中右侧），其中经由离合器端轴孔10伸出轮毂壳体3的通轴1区段上安装有常规的卡基机构11。

依旧如图1所示，本发明中所述离合器4具有外圈401和内圈402，内圈402固定在通轴1上，行星减速机构的构成中由设于机芯A输出端上的太阳齿轮5以及三个行星齿轮6和三根行星轴7共同构成，三个行星齿轮6关于太阳齿轮5呈中心对称分布。本实施例中所述机芯A为外转子14内定子13结构，太阳齿轮5套于通轴1上并同转子14固定。行星齿轮6设于相应的行星轴7上，而行星轴7则固定至离合器4的外圈401上，太阳齿轮5经行星齿轮6同固定在轮毂壳体3内侧的齿圈8传动连接。机芯A具有引出线缆12。

本发明的核心改进在于：所述行星齿轮6为双联齿轮，由同轴但分体设置的大齿轮601和小齿轮602构成，其中大齿轮601为塑料齿轮，与太阳齿轮5啮合，而小齿轮602为金属齿轮，其中心一体设有延伸轴套602a以固定大齿轮601。本实施例中所述大齿轮601是注塑压固于延伸轴套602a外围的。同时结合图1~图3所示，本实施例中的离合器4的外圈401端面上对应各行星齿轮6设有供其小齿轮602嵌入的让位凹腔401a，并且外圈401的外周上对应各让位凹腔401a设有开口401b，以供小齿轮602突出与齿圈8啮合。

本实施例中所述齿圈8为塑料齿圈。

本实施例中作为塑料齿轮的大齿轮601和上述塑料齿圈，其实际生产用的塑料为目前常用的尼龙塑料PA66，而作为金属齿轮的小齿轮602，以及本发明中未作改进的常规的太阳齿轮5，都采用行业内常用的40Cr合金钢通过粉末冶金工艺制造。

再结合图1和图4所示，本实施例中在通轴1上成型有轴肩部101，用于装配支撑位于机芯端轴孔9内的壳体轴承2（图1中左侧），该轴肩部101上开有若干引出线孔101a用于将机芯A的引出线缆12引出至轮毂壳体3外部，本实施例中总计4个引出线孔101a。

再结合图1所示，本实施例中所述转子14由设于定子13外围的转子飞轮罩14a和固定在转子飞轮罩14a内壁上与内侧定子13相对的磁钢14b共同构成，转子飞轮罩14a通过两个转子轴承15装配于通轴1上，所述太阳齿轮5同转子飞轮罩14a外端固定。

同时所述小齿轮602的延伸轴套602a内通过两个行星轴承16装配设于行星轴7上，且行星轴承16采用滑动轴承。相比深沟球轴承，采用滑动轴承能够进一步缩减行星齿轮6在径向上的尺寸，进而利于增大其中大齿轮601与转子14输出端太阳齿轮5的转速比，以便提高功率，同时减小整个轮毂电机外壳的径向尺寸。

本实施例中所述通轴1为中空的筒轴，用于贯穿设置快拆轴17，快拆轴17为已知技术，其用于装配固定至公路电动助力自行车的两侧车架18上，如图1所示。

本实施例的轮毂电机具有的技术效果如下：

1）本实施例中的行星齿轮6不同于现有一体制造的塑料双联齿轮，其大齿轮601和小齿轮602分体设置，大齿轮601采用塑料齿轮能够减轻行星齿轮6整体重量，而小齿轮602采用金属齿轮并由其上一体设置的延伸轴套602a来固定大齿轮601，这种结构使得小齿轮602自身具有强度的同时也能够给予大齿轮601一定的支撑强度，使得大齿轮601无需像常规技术那样将外径和厚度尺寸做大来增加强度，相反可以进一步减小其外径尺寸，从而保证其与转子14输出端太阳齿轮5有较高的转速比，进而提高电机整体的输出功率。

2. 同样，由于行星齿轮6结构设计中金属的小齿轮602能够给予大齿轮601足够的支撑强度，因此可以进一步减小大齿轮601的外径尺寸和厚度尺寸，这有利于缩减整个轮毂壳体3的径向和轴向尺寸，从而减小整个轮毂电机的体积和重量。

3. 同时，本实施例离合器4的外圈401端面上对应各行星齿轮6设有供其小齿轮602嵌入的让位凹腔401a，小齿轮602被容纳于让位凹腔401a内后，能够进一步缩减行星齿轮6部分在轮毂壳体3内腔中的轴向占据长度，进而方便缩减整个轮毂壳体3的轴向长度，减小其体积，使内部结构更紧凑。同时节省生产材料，降低重量，降低生产成本。

4. 本实施例中我们还将齿圈8做成塑料齿圈，能够进一步减轻轮毂电机的重量，并且塑料齿圈与金属的小齿轮602啮合可以降低噪音，同样塑料的大齿轮601与常规的转子14输出端金属的太阳齿轮5啮合也能降低噪音，从而使得本发明轮毂电机的整体工作噪音大大降低。

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 (10)

1.一种轻质高效的通轴式轮毂电机，包括通轴（1）、两端均通过壳体轴承（2）安装在通轴（1）上的轮毂壳体（3）及设于轮毂壳体（3）内并沿通轴（1）依次装配的机芯（A）、行星减速机构和离合器（4），离合器（4）包括外圈（401）和内圈（402），内圈（402）固定在通轴（1）上，行星减速机构包括设于机芯（A）输出端上的太阳齿轮（5）和若干行星齿轮（6），行星齿轮（6）设于行星轴（7）上，而行星轴（7）固定至离合器（4）的外圈（401）上；太阳齿轮（5）经行星齿轮（6）同固定在轮毂壳体（3）内侧的齿圈（8）传动连接；其特征在于行星齿轮（6）为双联齿轮，包括同轴但分体设置的大齿轮（601）和小齿轮（602），其中大齿轮（601）为塑料齿轮，与太阳齿轮（5）啮合，而小齿轮（602）为金属齿轮，与齿圈（8）啮合，并且小齿轮（602）中心一体设有延伸轴套（602a）以固定大齿轮（601）。

2.根据权利要求1所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述离合器（4）的外圈（401）端面上对应各行星齿轮（6）设有供其小齿轮（602）嵌入的让位凹腔（401a），并且外圈（401）的外周上对应各让位凹腔（401a）设有开口（401b），以供小齿轮（602）外周齿部突出与齿圈（8）啮合。

3.根据权利要求1或2所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述大齿轮（601）注塑压固于小齿轮（602）的所述延伸轴套（602a）外围，或者大齿轮（601）通过键槽结构配合嵌装于小齿轮（602）的所述延伸轴套（602a）外围。

4.根据权利要求1或2所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述轮毂壳体（3）上设有分别供通轴（1）两端伸出的机芯端轴孔（9）和离合器端轴孔（10）；其中经由离合器端轴孔（10）伸出轮毂壳体（3）的通轴（1）区段上安装有卡基机构（11）；同时通轴（1）上成型有轴肩部（101），用于装配支撑位于机芯端轴孔（9）内的壳体轴承（2），该轴肩部（101）上开有若干引出线孔（101a）用于将机芯（A）的引出线缆（12）引出至轮毂壳体（3）外部。

5.根据权利要求1或2所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述机芯（A）为外转子（14）内定子（13）结构，太阳齿轮（5）套于通轴（1）上并同转子（14）固定。

6.根据权利要求5所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述转子（14）包括设于定子（13）外围的转子飞轮罩（14a）和固定在转子飞轮罩（14a）内壁上与内侧定子（13）相对的磁钢（14b），转子飞轮罩（14a）通过转子轴承（15）装配于通轴（1）上，所述太阳齿轮（5）同转子飞轮罩（14a）外端固定。

7.根据权利要求1或2所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述小齿轮（602）的延伸轴套（602a）通过若干行星轴承（16）装配设于行星轴（7）上，行星轴承（16）采用滑动轴承。

8.根据权利要求1或2所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述齿圈（8）为塑料齿圈。

9.根据权利要求1所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述通轴（1）为中空的筒轴，用于贯穿设置快拆轴（17）。

10.根据权利要求1所述的一种轻质高效的通轴式轮毂电机，其特征在于所述行星齿轮（6）关于太阳齿轮（5）呈中心对称分布，且数量为3个以上。

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