CN1581646A - 无刷通轴减速轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无刷通轴减速轮毂电机，其特征为：在心轴上装有叠片铁心，铁心绕有绕组并安装有霍尔位置传感器。贴有稀土磁钢的内转子围绕心轴高速旋转。以上部件构成了一台无刷电动机。内转子上装有行星齿轮减速器的太阳轮，太阳轮是空心的，以便让心轴穿过。行星齿轮减速器的内齿圈通过单向逆止器装于心轴，由与电机外壳为一体的行星架输出动力，构成了NGW型行星齿轮减速器的BAX传动方式。心轴的结构是整根的。本发明无刷通轴减速轮毂电机与现有产品相比，采用通轴结构和BAX传动方式，显著提高了减速器和整机效率，而且结构简单、零件少、体积小、重量、轻、材料节省成本低，工艺性改善。本发明特别适用于各种电动自行车、电动摩托车和电动轮椅车的驱动。

Description

无刷通轴减速轮毂电机

技术领域

本发明涉及一种无刷通轴减速轮毂电机。(以下简称为本电机)

本电机所采用的技术属于机械、电机设计制造技术领域。本电机特别适用于各种型式的电动车辆的驱动应用，如电动自行车、电动汽车和电动轮椅车等。本发明可以显著减小驱动用轮毂电机的体积和重量，节省材料，降低成本，提高效率。明显提高电动车辆大电流工况(起步以及爬坡)时驱动电机的力矩和效率，节省蓄电池电源消耗。其应用分类属于电动车辆的驱动技术。

背景技术

本发明其主要原理与功能，以及相关技术为：

用于电动车辆驱动的轮毂电机与同转速的普通电机相比，具有结构紧凑、体积小、传动方式简单、传动效率高等特点，而且不需要占用车辆的其他有效空间来布置安装驱动电机。当今电动汽车、电动自行车和电动轮椅车的驱动普遍采用了轮毂电机，属于新一代无污染、微噪音的绿色驱动方式和交通工具。随着对污染控制的重视和购买力的增强，社会需求量正在稳步增长。

目前采用现有技术的中小功率轮毂电机，可分为直流无刷电机和直流有刷电机两大类。以上每一类又可以分为低速转子直接传动和高速转子经过齿轮减速传动的两种。无刷电机具有寿命长、免维护的优点，但也有对电子元器件要求高、控制器电路复杂、系统总体成本高的缺点。有刷电机的特点正好与此相反，系统总体成本较低，控制器简单故障率也较低，但是电机需要定期更换碳刷和加以维护。多年来，无刷和有刷轮毂电机一直在平行发展中，各占有相当数量的市场份额。

采用齿轮减速的高速转子的轮毂电机与普通低速转子轮毂电机相比，虽然电机结构比较复杂，零件数量增加，但是电机的总体积大大减小，重量可以减轻一半左右。以普通电动自行车轮毂电机为例，低速电机(无刷或有刷)重量约为6至7kg，而高速转子减速式轮毂电机重量约在3至3.6kg。由于重量大大减轻，主要材料如硅钢片和铜线的消耗量大幅度降低。在大批量生产的条件下，成本可与低速电机相当或更低，并有进一步节省的潜力。随着市场对轻小型轮毂电机需求的稳步增加，减速电机将占有愈来愈大的市场分额。

目前市场上所出现，并且逐步得到广泛认同的无刷减速轮毂电机，正是应顺了这种行业共识和市场需求。但是这种电机由于其总体布局方面的特点，只能采用半轴结构，使得轴系的复杂性和零件数量显著增加，而轴系零件的加工精度要求提高。又由于此种电机的行星齿轮减速器采用了内齿圈输出动力的XAB结构方式，使得减速器的效率相对偏低，电机的最高效率点只能达到80％左右，额定功率时的效率大约在78％左右。

本发明的无刷通轴减速轮毂电机，采用了整根通轴的总体结构方式。电机高速转子的动力，经过NGW型行星齿轮减速器减速，并且以BAX方式输出动力。因此克服了现有小外形无刷半轴减速电机的两大缺点：

1.由于采用整根通轴结构，使轴系刚度良好，结构简单，零件减少，加工容易成本低。不需要因为采用半轴结构而提高零件加工精度。

2.由于采用了NGW型行星齿轮减速器的BAX输出方式，也就是由行星架输出动力的方式，使减速传动效率提高了约2％。电机的效率明显提高。

由于本发明无刷通轴减速轮毂电机的以上两大特征，在保持现有减速轮毂电机体积小、重量轻的优点的前提下，达到了简化结构、降低成本和提高效率的良好效果，是电动车行业未来轻小型轮毂电机的良好选择。

发明内容与附图说明

本发明“无刷通轴减速轮毂电机”的构成为：

在心轴1上压装有硅钢片叠片铁心2，铁心槽绕有定子绕组3，并安装有霍尔位置传感器4。内转子5依靠轴承6的支承围绕心轴1高速旋转。在内转子的内柱面贴有稀土磁钢7，铁心2和绕组3组成的定子与内转子5就构成了一台磁场旋转式的常规高速无刷电机。

在内转子5的端盖8上安装有行星齿轮减速器的太阳齿轮9，太阳齿轮9是空心的，以便让心轴1穿过。太阳齿轮9与行星齿轮10相啮合，行星齿轮10由轴承11支承，且又与内齿圈12相啮合。内齿圈12固定在单向逆止器13的外圈，而单向逆止器13的内圈固定安装在心轴1上。

行星齿轮10的心轴14固定安装在与本电机的外转子15铸为一体的行星架16上。当高速内转子5通过太阳齿轮9带动行星齿轮10旋转时，外齿圈12依靠单向逆止器13保持与心轴1固定不转的状态，因此行星减速器的动力将经过行星架16输出，并带动外转子15旋转。外转子15依靠端盖17和轴承18的支承，也围绕心轴1旋转。外转子15通过突缘和孔19与辐条以及轮圈和轮胎组合为电动车的驱动轮。本电机通过心轴1端部的螺帽20固定在车架上。心轴1具有防止转动的扁方，以传递本电机的扭矩和防止心轴1相对于车架转动。电机绕组和霍尔传感器的引线通过心轴1的中心孔引出。

当电动车处于滑行状态和推行状态时，本电机可以不通电、不转动。此时单向逆止器的内、外圈处于相对自由转动的状态，车辆的驱动轮不能反过来带动电机转动，使本电机不会对电动车的滑行和推行造成附加的阻力。

由于本电机采用了整根的通轴方式结构设计，取得了电机轴系结构简单、刚度好、加工容易和零件数量少的效果。由于内转子为高速方式，在相同功率的条件下，电机的体积和重量与低速轮毂电机相比可以大大减小，主要材料消耗量大幅度下降，电机本身的效率明显提高。即使加上行星齿轮减速器和单向逆止器以后，整台电机的总重量也只相当于低速电机的一半左右。在行星齿轮减速器和单向逆止器大批量高效率生产的条件下，本电机的生产成本可以显著低于传统结构的低速轮毂电机。

本电机的内装NGW型行星齿轮减速器设计采用了BAX传动方式，也就是将内齿圈固定，太阳齿轮为主动轮，行星架为被动并且对外输出动力。与现有的无刷半轴减速轮毂电机采用的XAB传动方式(将行星架固定，太阳齿轮为主动轮，内齿圈为被动且对外输出动力)相比具有三大优点：其一，行星齿轮减速器的传动损耗大大减小，可以减小50％以上。传动效率明显提高，按照设计手册计算实际传动效率可以从95-96％提高到98-98.5％。这是因为在BAX方式下与XAB方式相比，行星齿轮减速器啮合齿轮副之间的相对速度和啮合齿面之间的滑动量大大减小。其二，由于上述的原因，各个齿轮的磨损和摩擦发热大大减小，齿轮的工作寿命成倍的延长。其三，BAX传动方式与XAB传动方式相比，在行星齿轮减速器参数完全相同的条件下，减速比可以增加1，从XAB方式下的K0变为BAX方式下的K0+1。因而可以使本电机的减速比增大，使电机内转子转速更趋合理，结构更加紧凑，体积更小，材料更节省。

由于本电机以上的设计特点和布局特征，使本电机在技术指标和性能优于现有的无刷半轴减速电机的前提下，在经济性方面包括生产成本、工时消耗和使用中的节能、行驶里程、可靠性方面都得到显著的改善。因此本电机特别适合于电动车要求小型轻量和高效率高性能轮毂电机的应用场合。

附图为本电机的纵剖面图。

Claims (3)

1.无刷通轴减速轮毂电机，其特征为：永磁直流无刷轮毂电机的高速转子通过行星齿轮减速器减速后输出动力，轮毂电机的心轴是整根的。心轴穿过行星齿轮减速器太阳齿轮中心的孔，太阳齿轮在心轴的外围旋转。

2.基于权利要求1，该电机的行星齿轮减速器为NGW型式，传动方式为BAX方式，亦即内齿圈固定，太阳齿轮主动，行星架输出动力的方式。

3.基于权利要求1，该电机的电枢固定于心轴，高速转子是磁场，电机外壳是与行星架结合的经过减速后低速转动的轮毂。