CN203774952U - 电动自行车轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动自行车轮毂电机，它包括水平布置的主轴、可转动地安装在该主轴外的轮毂外壳、设于所述轮毂外壳内的定子和转子、以及齿轮减速机构，其中定子固定在主轴上，所述齿轮减速机构包括与转子固定且同轴套设在所述主轴外的转子齿轮、固定在主轴上的行星架、可转动地穿设在行星架上的行星轴、固定在所述行星轴上的左行星齿轮和右行星齿轮、以及与所述轮毂外壳固定且同轴套设在所述主轴外的太阳齿轮，其中左行星齿轮与转子齿轮啮合，右行星齿轮与太阳齿轮啮合。本实用新型这种轮毂电机输出力矩大且具有内变速功能。

Description

电动自行车轮毂电机

技术领域

本实用新型涉及一种轮毂电机，适用于电动车特别是电动自行车中。

背景技术

现有的普通轮毂电机一般均由主轴、绕线定子、转子、太阳轮、减速组件、轮毂壳、行星减速机构和单向离合器等组件构成，其详细结构可参照其结构专利号为ZL201220268825.8的中国实用新型专利。电机通电工作时，绕线定子与转子产生的动力源带动转子转动，转子上的转子齿轮带动行星减速系统和单向离合器转动，经过固定在轮毂上的内齿圈直接向轮毂传递扭矩，使轮毂旋转。这种轮毂电机所采用的行星减速机构存在减速比较小、输出扭矩小的缺点。

而且传统轮毂电机因其功能与结构的限制，只能与外置变速器配合使用，外观复杂，不美观，内部空间未得到合理的利用，不能植入内变速系统以更好的驱动电动自行车。

实用新型内容

本实用新型目的是：针对上述问题，提供一种输出力矩大且具有内变速功能的轮毂电机。

本实用新型的技术方案是：所述的电动自行车轮毂电机，包括水平布置的主轴、可转动地安装在该主轴外的轮毂外壳、设于所述轮毂外壳内的定子和转子、以及齿轮减速机构，其中定子固定在主轴上，所述齿轮减速机构包括与转子固定且同轴套设在所述主轴外的转子齿轮、固定在主轴上的行星架、可转动地穿设在行星架上的行星轴、固定在所述行星轴上的左行星齿轮和右行星齿轮、以及与所述轮毂外壳固定且同轴套设在所述主轴外的太阳齿轮，其中左行星齿轮与转子齿轮啮合，右行星齿轮与太阳齿轮啮合。

作为优选，所述太阳齿轮为一单向离合器，该单向离合器包括离合器内圈和与该离合器内圈单向锁紧的离合器外圈，其中，离合器内圈与所述轮毂外壳固定，离合器外圈上成型有与所述右行星齿轮啮合的轮齿。

作为优选，所述主轴上通过轴承旋转装配有一个介于所述离合器内圈和主轴之间的转套，该转套的右端伸出所述轮毂外壳外且安装有一牙盘，转套上还套设有至少一个能够绕转套周向转动而不能轴向移动的转套齿轮，每个转套齿轮的直径均不相同，且转套和转套齿轮之间上还设置能够将二者周向固定在一起的锁紧机构，所述行星轴上还固定有与所述转套齿轮啮合的助力行星齿轮。

作为优选，所述锁紧机构包括可轴向滑动地套设在所述主轴上的滑套、以及用于带动所述滑套在主轴上轴向滑动并能将滑套轴向定位在主轴上的滑移定位装置，所述滑套位于转套内，在所述转套上、对应于所述离合器内圈以及每个转套齿轮的部位均开设有相应的径向通孔，所述径向通孔处设置有卡在转套上的弹簧片，所述弹簧片上卡合固定有位于该弹簧片外侧的滚柱，所述弹簧片的内侧布置有位于所述径向通孔中的且能够沿径向通孔径向移动的滚珠，所述转套齿轮和离合器内圈上都制有与所述滚柱相对应的契合槽，所述滑套上成型有当滑套在主轴上轴向滑动时能够抵触所述滚珠沿所述径向通孔向外移动、进而压迫所述弹簧片使其发生形变、从而使固定在弹簧片上的滚柱移动至所述契合槽中、而使所述转套齿轮或离合器内圈与所述转套周向固定在一起的凸环。

作为优选，所述滑移定位装置包括套在主轴上且夹在主轴和滑套之间的压簧、主轴上开设的中心轴孔、布置在所述中心轴孔中且与滑套相连的顶针、以及与所述顶针接触配合用于拨动顶针在所述中心轴孔中轴向移动的拨片，所述拨片通过变速线与电动自行车车把上的变速手柄传动连接。

作为优选，所述滑移定位装置是一个电磁阀。

作为优选，所述滑套与主轴之间设置有支撑轴承，所述支撑轴承具有可相对转动的轴承内圈和轴承外圈，所述滑套固定在轴承外圈上，而轴承内圈可轴向滑动地套设在所述主轴上。

作为优选，所述滑套与所述主轴之间设置有支撑轴承，所述支撑轴承具有可相对转动的轴承内圈和轴承外圈，所述滑套可轴向滑动地套设在轴承外圈上，而轴承内圈固定在所述主轴上。

作为优选，所述转套齿轮共有两个，且这两个转套齿轮的直径不同。

作为优选，所述左行星齿轮通过行星齿轮单向离合器安装在所述行星轴上，所述行星齿轮单向离合器包括行星齿轮离合器内圈以及与该内圈单向锁紧的行星齿轮离合器外圈，其中行星齿轮离合器内圈与行星轴固定，而行星齿轮离合器外圈与左行星齿轮固定。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型这种轮毂电机，其采用的齿轮减速机构可以实现转子齿轮——左行星齿轮、左行星齿轮——右行星齿轮、以及右行星齿轮——太阳齿轮的多级减速，使得该齿轮减速机构具有很大的减速比，大大提高了该轮毂电机对自行车轮毂的输出力矩。

2、本实用新型这种轮毂电机，在电机通电工作时，骑行者还可以通过踩踏自行车脚蹬来为电机的运转提供助力，同时这一人工助力的大小可以调节。

3、本实用新型这种轮毂电机，在电机断电而使自行车处于骑行状态时，骑行者还可以通过踩踏自行车脚蹬来带动轮毂旋转前进，同时这一人工助力的大小可以调节。

总之，本实用新型利用优化后的电机结构和性能优势在轮毂外壳内部设计一个具有多级变速功能的内变速传动系统，该系统可保证机芯与轮毂的转向相同且实现自由换挡，使内变速系统和轮毂电机的各自优点巧妙地融为一体。当不需轮毂电机通电工作时可手动调节车把上的变速手柄换挡变速，以实现传统变速自行车的轻、平、快的变速功能，当轮毂电机通电正常工作时调节车把上的变速手柄换挡变速可增强骑行感觉，特别是在上坡、上桥、逆风，载物行驶时感觉很轻松、很舒适，同时可以减少体能的消耗。同时该内变速系统设计在轮毂电机内部，从而使材料以及空间都得到了非常大的节约，降低了制造成本，且外观简洁、美观。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型实施例中电动自行车轮毂电机结构示意图；

图2为本实用新型实施例中电动自行车轮毂电机的部件结构示意图之一；

图3为本实用新型实施例中电动自行车轮毂电机的部件结构示意图之二；

其中：1-主轴，2-轮毂外壳，2a-外壳本体，2b-外壳端盖，3-定子，4-转子，5-转子齿轮，6-行星架，7-行星轴，8-左行星齿轮，9-右行星齿轮，10-太阳齿轮，10a-离合器内圈，10b-离合器外圈，10c-轮齿，11-转套，12-牙盘，13-转套齿轮，14-滑套，14a-凸环，15-滚柱，16-顶针，17-压簧，18-中心轴孔，19-支撑滚珠，20-助力行星齿轮，21-行星轮单向离合器，22-弹簧片，23-滚珠。

具体实施方式

图1出示了本实用新型这种电动自行车轮毂电机的一个具体实施例，它包括水平布置的主轴1，该主轴1上通过轴承（图中未标注）安装有可以围绕该主轴旋转的轮毂外壳2，该轮毂外壳2由相互固定的外壳本体2a和外壳端盖2b共同构成。所述轮毂外壳2内设置有定子3、转子4和齿轮减速机构，其中定子固定在主轴1上，本例采用的外转子内定子结构。

本实施例第一大关键改进点在于所述齿轮减速机构与传统齿轮减速机构的结构完全不同，具体如下：

本例中的齿轮减速机构主要由转子齿轮5、行星架6、行星轴7、左行星齿轮8、右行星齿轮9和太阳齿轮10这些部件构成。其中转子齿轮5可旋转地同轴套设在所述主轴1上，且转子齿轮5与转子4固定，转子齿轮5与主轴1之间还设置有轴承（图中未标注）进行支撑。行星架6固定在主轴1上，行星轴7通过轴承（图中未标注）可转动地穿设在行星架6上，且行星轴7与主轴1平行布置。所述行星轴7可以有一根或多根，本例为三根（图中仅一根可视）。左行星齿轮8和右行星齿轮9的数量与行星轴7的数量相同，为了增大减速比，提高输出力矩，左行星齿轮8的直径一般要大于右行星齿轮9，左行星齿轮8和右行星齿轮9均固定（包括一体连接的固定方式）在行星轴7上。太阳齿轮10可旋转地同轴套设在所述主轴1上，且太阳齿轮10与所述轮毂外壳2固定。左行星齿轮8与转子齿轮5啮合，右行星齿轮9与太阳齿轮10啮合。

工作时，电机通电使转子在图1的右视方向作顺时针转动，转子4带动转子齿轮5围绕主轴1顺时针转动，转子齿轮5再带动与之啮合的左行星齿轮8作逆时针转动，左行星齿轮8又带动行星轴7和右行星齿轮9逆时针转动，右行星齿轮9又带动与之啮合的太阳齿轮10作顺时针转动，太阳齿轮10进而带动与之固定的轮毂外壳2顺时针转动，从而实现电动自行车轮毂的顺时针转动前行。

不难看出，本实施例中的这种齿轮减速机构，可以实现转子齿轮——左行星齿轮、左行星齿轮——右行星齿轮、以及右行星齿轮——太阳齿轮的多级减速，使得该齿轮减速机构具有很大的减速比，大大提高了电机对自行车轮毂的输出力矩。如果想进一步提高该齿轮减速机构的减速比，我们还可以在转子齿轮5和左行星齿轮8之间再增设相应的减速传动装置。

本实施例中，所述太阳齿轮10是一个单向离合器，该单向离合器采用现有常规结构，其包括离合器内圈10a和与该离合器内圈单向锁紧的离合器外圈10b，其中，离合器内圈10a与所述轮毂外壳2固定（而离合器外圈10b与轮毂外壳2不直接连接），离合器外圈10b上成型有与所述右行星齿轮9啮合的轮齿10c。只有当所述离合器外圈10b在图1的右视方向作顺时针转动时，才能带动离合器内圈10a与之同步作顺时针方向的转动，而离合器内圈10a在图1右视方向的顺时针转动并不会带动离合器外圈10b转动。太阳齿轮10采用这一结构的好处是：当电动自行车向前滑行时（此时轮毂外壳2在图1右视方向顺时针转动），轮毂外壳2并不会带动转子4转动，减小了自行车的滑行阻力。

为了进一步减弱电动自行车向前滑行的阻力，本实施例还采用了如下结构：所述左行星齿轮8是通过一个行星齿轮单向离合器21安装在所述行星轴7上的，所述行星齿轮单向离合器21也采用现有常规结构，其包括行星齿轮离合器内圈（图中未标注）以及与该行星齿轮离合器内圈单向锁紧的行星齿轮离合器外圈（图中未标注），其中行星齿轮离合器内圈与行星轴7固定，而行星齿轮离合器外圈与左行星齿轮8固定。只有当所述行星齿轮离合器外圈在图1右视方向作逆时针转动时，才能带动所述行星齿轮离合器内圈与之同步作逆时针方向的转动，而行星齿轮离合器内圈在图1右视方向的逆时针转动并不会带动行星齿轮离合器外圈转动。

本实施例的第二大关键改进点在于该轮毂电机还具有多档助力功能和多档内变速功能，具体是这样实现的：

所述主轴1上通过轴承（图中未标注）旋转装配有一个介于所述离合器内圈10a和主轴1之间的转套11，该转套11的右端伸出所述轮毂外壳2外且安装有一牙盘12，转套11上还套设有两个能够绕转套周向转动而不能轴向移动的转套齿轮13，这两个转套齿轮13的直径不同，且转套11和转套齿轮13之间上还设置能够将二者周向固定在一起的锁紧机构，所述行星轴7上还固定有与所述转套齿轮13啮合的助力行星齿轮20。需要说明的是，所述转套齿轮13的个数并不局限为两个，也可以为一个、三个、四个……。

具有上述功能的所述锁紧机构可以采用机械领域所熟知的各种结构，在本实施例中，所述锁紧机构采用了如下结构：参照图1、图2和图3所示，它包括可轴向滑动地套设在所述主轴1上的滑套14、以及用于带动所述滑套在主轴上轴向滑动并能将滑套轴向定位在主轴上的滑移定位装置。所述滑套14位于转套11内，在转套11上、对应于所述离合器内圈10a以及每个转套齿轮13的部位均开设有相应的径向通孔。所述径向通孔处设置有卡在转套11上的弹簧片22，所述弹簧片22上卡合固定有位于该弹簧片外侧的滚柱15，所述弹簧片22的内侧布置有位于所述径向通孔中的且能够沿径向通孔径向移动的滚珠23。所述转套齿轮13和离合器内圈10a上都制有与所述滚柱15相对应的契合槽。所述滑套14上成型有当滑套在主轴1上轴向滑动时能够抵触所述滚珠23沿所述径向通孔向外移动、进而压迫所述弹簧片22使其发生形变、从而使固定在弹簧片22上的滚柱15移动至所述契合槽中、而使所述转套齿轮或离合器内圈与所述转套周向固定在一起的凸环14a。

具有上述功能的所述滑移定位装置可以采用机械领域所熟知的各种结构，如电磁阀，而在本实施例中，所述滑移定位装置采用了如下结构：它包括套在主轴1上且夹在主轴1和滑套14之间的压簧17、主轴1上开设的中心轴孔18、布置在所述中心轴孔18中且与滑套14相连的顶针22、以及与所述顶针接触配合用于拨动顶针在所述中心轴孔18中轴向移动的拨片（图中未画出），所述拨片通过变速线（图中未画出）与电动自行车车把上的变速手柄（图中未画出）传动连接。

当电机通电带动轮毂顺时针转动带动自行车前行时，骑行者可以调动车把上的变速手柄，通过变速线带动拨片动作，拨片再推动顶针22沿主轴1的中心轴孔18在图1中向左移动，从而推动滑套14沿主轴1定量移动；或者，在压簧17的弹力作用下，推动滑套14和顶针16沿主轴1的中心轴孔18在图1中向右移动。通过滑套14及其上的凸环14a在多个位置的定量移动使得转套11上任一位置（骑行者可通过对变速手柄的控制自行选择）的滚珠23向外径向移动，进而压迫所述弹簧片22使弹簧片发生形变。弹簧片22发生形变后具有带动固定在其上的滚柱15向外移动的趋势，一旦转套11转动到相应的角度位置后，滚柱15在弹簧片22的形变弹力作用下就会部分进入所述契合槽中而另一部分任然处于转套11中，这样就使得相应的离合器内圈10a或某一个转套齿轮13与转套11周向锁紧固定在一起，当然我们还可以特别设置所述契合槽的槽型，以让外齿圈与离合器外圈10b只能单向锁紧在一起，其结构原理类似楔块式单向离合器，在此不再赘述。而那些没有与凸环14a相接触的滚珠23则保持原位而不会向外移动，相应的滚柱15也就不会伸入契合槽中，不具有周向锁紧功能。此时骑行者踩踏自行车的脚蹬而带动所述牙盘12在图1右视方向作顺时针旋转，牙盘再带动转套11以及与该转套11周向锁紧固定的那个转套齿轮13或离合器内圈10a作顺时针旋转。其中，转套齿轮13能够通过与之相啮合的那个助力行星齿轮20向轮毂外壳2施加除电机转子以外的额外顺时针扭矩，而离合器内圈10a直接向轮毂外壳2施加除电机转子以外的额外顺时针扭矩。可见，无论是骑行者通过变速手柄选择转套11与离合器内圈10a周向固定，还是选择转套11与某一个转套齿轮13周向固定，都能够协助电机转子4带动轮毂外壳2顺时针转动，对电机进行人工助力。由于每个转套齿轮13的直径都不相同，所以当骑行者选择转套11与离合器内圈10a或不同的转套齿轮13周向固定时，骑行者对该轮毂电机的人工助力大小也就不同，也即实现了该轮毂电机的多档助力功能。

当该轮毂电机断电而使自行车处于断电骑行模式时，同样的道理，骑行者也可以调动车把上的变速手柄，使得离合器内圈10a或某一个转套齿轮13与转套11周向锁紧固定。此时骑行者踩踏自行车的脚蹬而带动所述牙盘12在图1右视方向作顺时针旋转，牙盘再带动转套11以及与该转套11周向固定的那个转套齿轮13或离合器内圈10a作顺时针旋转，进而带动轮毂外壳2顺时针转动，实现自行车的前行。

可见，无论是骑行者通过变速手柄选择转套11与离合器内圈10a周向固定，还是选择转套11与某一个转套齿轮13周向固定，都能够带动轮毂外壳2顺时针前行。如果骑行者踩踏脚蹬的转速不变，由于每个转套齿轮13的直径各不相同，所以当骑行者选择转套11与离合器内圈10a或不同的转套齿轮13周向固定时，轮毂外壳2的转速也就不同，也即实现了该轮毂电机的多档内变速功能。一般来说，如果骑行者追求自行车的前行速度，可选择变速器内圈10a与转套11周向固定的档位；如果骑行者追求自行车的爬坡能力，可选择直径最小的那个转套齿轮13与转套11周向固定的档位。

为了避免转套11以及转套上的滚珠23在作旋转运动时，滚珠23与滑套14之间因直接接触和相对运动而产生的高速滑动摩擦，我们还可以采用以下结构：在所述滑套14与主轴1之间设置有支撑轴承（图中未画出），所述支撑轴承采用现有常规结构，其具有可相对转动的轴承内圈和轴承外圈，所述滑套14固定在轴承外圈上，而轴承内圈可轴向滑动地套设在所述主轴1上。当然，我们也可以将所述滑套14轴向滑动地套设在轴承外圈上，而将轴承内圈固定在所述主轴1上，同样能达到上述效果。

为了保证所述太阳齿轮10与轮毂外壳2间的连接强度，防止单向离合器内圈10a变形，本例在所述单向离合器的内圈10a与转套11之间还安装有支撑滚珠19。

本例中，所述右行星齿轮9和助力行星齿轮20的直径均小于所述左行星齿轮8的直径。

本实施例所说的“径向”和“轴向”，在没有特别说明的情况下，均是以主轴1为参照的。

当然，上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动自行车轮毂电机，包括水平布置的主轴（1）、可转动地安装在该主轴（1）外的轮毂外壳（2）、设于所述轮毂外壳（2）内的定子（3）和转子（4）、以及齿轮减速机构，其中定子（3）固定在主轴（1）上，

其特征在于：

所述齿轮减速机构包括与所述转子（4）固定且同轴套设在所述主轴（1）外的转子齿轮（5）、固定在主轴（1）上的行星架（6）、可转动地穿设在行星架（6）上的行星轴（7）、固定在所述行星轴（7）上的左行星齿轮（8）和右行星齿轮（9）、以及与所述轮毂外壳（2）固定且同轴套设在所述主轴（1）外的太阳齿轮（10），其中左行星齿轮（8）与转子齿轮（5）啮合，右行星齿轮（9）与太阳齿轮（10）啮合。

2.根据权利要求1所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述太阳齿轮（10）为一单向离合器，该单向离合器包括离合器内圈（10a）和与该离合器内圈单向锁紧的离合器外圈（10b），其中，离合器内圈（10a）与所述轮毂外壳（2）固定，离合器外圈（10b）上成型有与所述右行星齿轮（9）啮合的轮齿（10c）。

3.根据权利要求2所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述主轴（1）上通过轴承旋转装配有一个介于所述离合器内圈（10a）和主轴（1）之间的转套（11），该转套（11）的右端伸出所述轮毂外壳（2）外且安装有一牙盘（12），转套（11）上还套设有至少一个能够绕转套周向转动而不能轴向移动的转套齿轮（13），每个转套齿轮（13）的直径均不相同，且转套（11）和转套齿轮（13）之间上还设置能够将二者周向固定在一起的锁紧机构，所述行星轴（7）上还固定有与所述转套齿轮（13）啮合的助力行星齿轮（20）。

4.根据权利要求3所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述锁紧机构包括可轴向滑动地套设在所述主轴（1）上的滑套（14）、以及用于带动所述滑套在主轴上轴向滑动并能将滑套轴向定位在主轴上的滑移定位装置，所述滑套（14）位于转套（11）内，在所述转套（11）上、对应于所述离合器内圈（10a）以及每个转套齿轮（13）的部位均开设有相应的径向通孔，所述径向通孔处设置有卡在转套（11）上的弹簧片（22），所述弹簧片（22）上卡合固定有位于该弹簧片外侧的滚柱（15），所述弹簧片（22）的内侧布置有位于所述径向通孔中的且能够沿径向通孔径向移动的滚珠（23），所述转套齿轮（13）和离合器内圈（10a）上都制有与所述滚柱（15）相对应的契合槽，所述滑套（14）上成型有当滑套在主轴（1）上轴向滑动时能够抵触所述滚珠（23）沿所述径向通孔向外移动、进而压迫所述弹簧片（22）使其发生形变、从而使固定在弹簧片（22）上的滚柱（15）移动至所述契合槽中、而使所述转套齿轮或离合器内圈与所述转套周向固定在一起的凸环（14a）。

5.根据权利要求4所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述滑移定位装置包括套在主轴（1）上且夹在主轴（1）和滑套（14）之间的压簧（17）、主轴（1）上开设的中心轴孔（18）、布置在所述中心轴孔（18）中且与滑套（14）相连的顶针、以及与所述顶针接触配合用于拨动顶针在所述中心轴孔（18）中轴向移动的拨片，所述拨片通过变速线与电动自行车车把上的变速手柄传动连接。

6.根据权利要求4所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述滑移定位装置为电磁阀。

7.根据权利要求4或5或6所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述滑套（14）与主轴（1）之间设置有支撑轴承，所述支撑轴承具有可相对转动的轴承内圈和轴承外圈，所述滑套（14）固定在轴承外圈上，而轴承内圈可轴向滑动地套设在所述主轴（1）上。

8.根据权利要求4或5或6所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述滑套（14）与所述主轴之间设置有支撑轴承，所述支撑轴承具有可相对转动的轴承内圈和轴承外圈，所述滑套（14）可轴向滑动地套设在轴承外圈上，而轴承内圈固定在所述主轴（1）上。

9.根据权利要求4或5或6所中任一权利要求所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述转套齿轮（13）共有两个。

10.根据权利要求1或2或3或4中任一权利要求所述的电动自行车轮毂电机，其特征在于：所述左行星齿轮（8）通过行星齿轮单向离合器（21）安装在所述行星轴（7）上，所述行星齿轮单向离合器（21）包括行星齿轮离合器内圈以及与该内圈单向锁紧的行星齿轮离合器外圈，其中行星齿轮离合器内圈与行星轴（7）固定，而行星齿轮离合器外圈与左行星齿轮（8）固定。