CN206442199U - 一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电机领域。本实用新型涉及一种多级变速永磁无铁心轮毂电机。本多级变速永磁无铁心轮毂电机的主要特征是：端盖法兰(8)及主轴(45)利用螺钉(17)及螺母(12)固定在车架上，并由螺钉(9)固定在端盖一(2)上。电动机外壳(1)与端盖一(2)、端盖二(22)联接并将定子(19)固定在其内部、变速箱盖(51)由螺钉(50)与外壳相固定。永磁片压块(6)利用螺钉(7)将永磁片(4)固定在挡磁板(5)上，挡磁板(5)利用平键(14)固定在转轴(15)上，转轴(15)靠榫接结构与初级主动齿轮(47)联接。初级被动齿轮(25)、一挡主动齿轮(26)、二挡主动齿轮(27)装在主动轴(23)上，通过轴承(24)、轴承(28)固定在端盖二(22)及变速箱盖(51)上。一挡被动齿轮(29)、二挡被动齿轮(30)固定在输出轴(34)上，输出轴(34)通过轴承(31)、轴承(35)、轴承(36)、轴承(46)与主轴(23)、变速箱盖(51)固定。输出轴(34)上固定着缓冲体(43)和轴承(33)，通过轴承固定板(32)与轮毂(50)连接。主轴(23)上装固定有轴承顶套(40)、是轴承安装套(41)，输出轴(34)、主轴(23)通过轴承(36)与轮毂(50)连接。电磁阀(37)安装在车架上，换挡顶杆(38)与电磁阀(37)连接固定，换挡顶杆(38)上固定着换挡推板(45)，通过控制换挡开关(39)来调节输出轴(34)速度。磁环(13)固定在转轴(15)上，霍尔传感器(10)通过螺钉(11)固定在端盖一(2)上。

Description

一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机

技术领域

本实用新型属于电动车用电机领域，特别是适合于一种要求小体积，大扭矩，变比可调，大调速范围的，一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机。

背景技术

电动摩托车、电动自行车等电动车因为使用方便、节能、环保等优点，得到广泛的应用。现有电动车的电机安装方式有：①电机直接装到轮毂内，该类电机属于外转电机，转子固定在轮毂上，轮毂实际就是电机的转子，整个转动没有经过变速机构直接驱动轮毂，这种驱动方式对于电机和轮毂来说属于直驱方式，电机转速就是轮毂的转速，电机转速不能很高，转速只有几百转每分钟，功率相对较小，电机的效率低、扭矩小，只能在平路及低负载范围使用。同时，它的调速只能通过电机控制器进行电子调速，靠增加电机电流来增加功率和扭矩，但这种控制电机方式电机温度会很高，电机效率会变得更低，只能短时间使用，无法长时间运行，同时作用到轮毂的扭矩增加也不会很大。这样制约了电动摩托车、电动自行车的使用范围；②普通电机装变速机构的，输出的扭矩增大了，但普通电机体积大、长度比较长，由于受轮毂的尺寸限制，电机及变速机构很难装配在轮毂内，只能装在外面，然后通过链条等传动轮毂进行轮毂驱动。因为该类电机的效率比较低，再经过变速机构和链条等传动后，电机传到轮毂的效率就更加低，对整车的续航能力影响较大，为了达到同样的续航能力，在电池功率密度没有显著提高的前提下，只能增加电池的数量或容量，造成成本增加，同时电池的重量增加，整车的重量也随着增加。

以上无论使用那一种方式，在现有条件下都制约着电动摩托车、电动自行车的发展，造成电动摩托车、电动自行车无法在山区或丘陵等区域大范围、长距离续航使用，只能在平路或短距离使用。

发明内容

为了解决电动自行车、电动摩托车的直驱轮毂电机的转速不能太高、扭矩小、效率低等问题，为了解决电动自行车、电动摩托车带调速机构的电机效率低、质量重、续航能力低等问题，本实用新型通过采用体积小、重量轻、高速、高效、高功率密度的永磁无铁心电机，采用紧凑的、棘爪的、多挡变速的高效变速箱及轮毂，很好地解决了上述问题。

本实用新型所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机由外壳、端盖一、端盖二、端盖法兰、定子、挡磁板、永磁片、永磁片压块、平键、螺钉、转轴、轴承、磁环、霍尔传感器、初级主动齿轮、初级被动齿轮、一挡主动齿轮、一挡被动齿轮、二挡主动齿轮、二挡被动齿轮、主动轴、输出轴、主轴、一挡棘爪、弹簧圈、二挡棘爪、棘爪销、换挡套、换挡顶杆、换挡推板、电磁阀、轮毂等组成。

一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机固定在车架上，电机转子部分通过轴承与电动机定子部分连接成整体，定子部分外壳通过螺钉与车架固定止转。转子部分的转轴与变速箱的初级主动齿轮通过隼接结构联接，变速箱输出轴与轮毂通过缓冲体进行连接。将电机的扭矩传递到车轮毂上，主轴穿过转轴固定在车架上。从而实现电动机在车架上的固定。

转子部分采用将永磁片固定到金属挡磁板上的结构，使永磁片与金属挡磁板紧密联接，从而大大增加了联接的可靠性并提高电动机的功率密度和效率。

本一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机的结构特征是：转轴上装有轴承、挡磁板、永磁片；永磁片固定在挡磁板上；挡磁板采用导磁材料制成，其形状为凹凸型圆盘；电动机转子部分通过轴承与电机外壳部分联接；电动机外壳与端盖一、端盖二联接并将定子固定在其内部，端盖法兰与车架通过螺钉连接止转；电机转轴上固定有磁环，端盖一上安装有霍尔板，专用控制器通过霍尔板反馈信号控制电机运行；电机转轴与变速箱通过隼接结构联接，变速箱将电机转动所产生的扭矩由输出轴上的缓冲体与轮毂通过螺钉固定；通过电磁阀驱动换挡顶杆实现换挡功能，通过电机控制器和变速箱实现调速功能。

本一种多级变速永磁无铁心电机的定子采用无铁心线绕盘式绕组并由高分子材料固化工艺制成，无铁心线绕盘式绕组被封装在高分子材料之中。

本一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机结构可用做其它交通工具原动机，如电动自行车、电动摩托车、电动汽车等。

本实用新型的有益效果是：

1)一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机与车架车轴紧密联接，牢固可靠，节省空间。

2)永磁片与挡磁板可靠联接。

3)组装工艺简单。

4)气隙小，提高了磁能利用率。

5)线圈绕组定子无铁心。

6)电动机效率高。

7)输出转矩大。

8)无齿槽效应，转速平稳。

9)电磁换挡系统可靠、灵活，解决了换挡过程中齿轮易损坏问题。

附图说明

以下结合说明书附图及实施例进一步说明本实用新型的具体结构特征。

图1是本实用新型一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机总体装配图。1是外壳、2是端盖一、3是螺钉、4是永磁片、5是挡磁板、 6是永磁片压块、7是螺钉、8是端盖法兰、9是螺钉、10是霍尔传感器、11是螺钉、12是螺母、13是磁环、14是平键、15是转轴、 16是轴承、17是螺钉、18是锁紧螺母、19定子、20是轴承、21是油封、22是端盖二、23是主动轴、24是轴承、25是初级被动齿轮、 26是一挡主动齿轮、27二挡主动齿轮、28是轴承、29是一挡被动齿轮、30是二挡被动齿轮、31是轴承、32是轴承固定板、33是轴承、 34是输出轴、35是轴承、36是轴承、37是电磁阀、38是换挡顶杆、 39是换挡开关、40是轴承顶套、41是轴承安装套、42是轴承固定套、 43是缓冲体、44是换挡套、45是换挡推板、46是主轴、47是螺钉、48轴承、49是初级主动齿轮、50是轮毂、51是变速箱盖、52是螺钉。

图2是本实用新型一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机动力 输出结构图。15是转轴、23是主动轴、25是初级被动齿轮、26是一 挡主动齿轮、27二挡主动齿轮、29是一挡被动齿轮、30是二挡被动 齿轮、34是输出轴、46是主轴、53是一挡棘爪、54是弹簧圈。

图3是本实用新型一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机二挡 变速齿轮啮合状态结构图。29是一挡被动齿轮、30是二挡被动齿轮、 34是输出轴、38是换挡顶杆、44是换挡套、45是换挡推板、46是 主轴、55是二挡棘爪、56是棘爪销、57是弹簧。

具体实施方式

在图1中，一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机端盖法兰(8) 及主轴(45)利用螺钉(17)及螺母(12)固定在车架上，并由螺钉 (9)固定在端盖一(2)上。电动机外壳(1)与端盖一(2)、端盖 二(22)联接并将定子(19)固定在其内部、变速箱盖(51)由螺钉 (50)与外壳相固定。永磁片压块(6)利用螺钉(7)将永磁片(4) 固定在挡磁板(5)上，挡磁板(5)利用平键(14)固定在转轴(15) 上，转轴(15)靠榫接结构与初级主动齿轮(47)联接。初级被动齿轮(25)、一挡主动齿轮(26)、二挡主动齿轮(27)装在主动轴(23) 上，通过轴承(24)、轴承(28)固定在端盖二(22)及变速箱盖(51) 上。一挡被动齿轮(29)、二挡被动齿轮(30)固定在输出轴(34) 上，输出轴(34)通过轴承(31)、轴承(35)、轴承(36)、轴承(48) 与主轴(46)、变速箱盖(51)固定。输出轴(34)上固定着缓冲体 (43)和轴承(33)，通过轴承固定板(32)与轮毂(50)连接。主 轴(23)上装固定有轴承顶套(40)、是轴承安装套(41)，输出轴(34)、 主轴(23)通过轴承(36)与轮毂(50)连接。电磁阀(37)安装在 车架上，换挡顶杆(38)与电磁阀(37)连接固定，换挡顶杆(38) 上固定着换挡推板(45)，通过控制换挡开关(39)来调节输出轴(34) 速度。磁环(13)固定在转轴(15)上，霍尔传感器(10)通过螺钉 (11)固定在端盖一(2)上。

在图2中，一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机动力输出的实施方式：电机旋转，带动由轴承支撑在主轴(46)上的初级主动齿轮 (49)旋转，初级主动齿轮(49)带动与其啮合的初级被动齿轮(25) 旋转，由于初级被动齿轮(25)采用花键结构与主动轴(23)连接，初级被动齿轮(25)旋转带动主动轴(23)及装配在其上的一挡主动齿轮(26)和二挡主动齿轮(27)旋转，一挡主动齿轮(26)带动与其啮合的一挡被动齿轮(29)旋转，在一挡棘爪(53)的作用下，带动输出轴(34)旋转，由于轮毂(图1中50)与输出轴(34)相连，从而实现电动机动力输出给轮毂，推动车辆行驶。二挡的动力输出为：二挡主动齿轮(27)带动与其啮合的二挡被动齿轮(30)旋转，在二挡棘爪(55)的作用下，带动输出轴(34)旋转，实现电动机动力输出。

在图3中，一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机一挡被动齿轮、二挡被动齿轮与输出轴啮合与分离及变速的实施方式：

一挡被动齿轮(29)套装在输出轴(34)的一挡位置，该位置装有两对一挡棘爪(图2中53)，并由弹簧圈(54)的收缩力将一挡棘爪顶起；一挡被动齿轮(29)的旋转通过一挡棘爪传递给输出轴(34)。一挡被动齿轮(29)、输出轴(34)、一挡棘爪为长期啮合状态。弹簧圈(54在输出轴(34)前端的槽中，利用其弹性收缩将一挡棘爪顶起，确保一挡棘爪始终顶在一挡被动齿轮(29)的棘槽凸缘部位。

二挡被动齿轮(30)套装在输出轴(34)的二挡位置，该位置装有一对二挡棘爪(55)，并由弹簧(57)将二挡棘爪(55)顶起；二挡被动齿轮(30)的旋转通过二挡棘爪(55)传递给输出轴(34)。二挡被动齿轮(30)、输出轴(34)、二挡棘爪(55)的啮合状态由换挡套(44)的位置决定，当换挡套(44)插入二挡棘爪(55)下部时，二挡棘爪(55)前部凸缘收回在输出轴(34)的棘爪槽中，此时二挡被动齿轮(30)空套在输出轴(34)上，无法带动输出轴(34)旋转；当换挡套(44)离开二挡棘爪(55)下部时，二挡棘爪(55)前部凸缘靠弹簧(57)的弹力弹起，与二挡被动齿轮(30)的棘槽凸缘啮合，输出轴(34)与二挡被动齿轮(30)一同旋转。

如前所述，一挡被动齿轮(29)、输出轴(34)、一挡棘爪(53) 为长啮合状态，此时换挡套(44)插入二挡棘爪(55)下部时，二挡棘爪(55)前部凸缘收回在输出轴的棘爪槽中，此时二挡被动齿轮(30) 空套在输出轴(34)上，无法带动输出轴旋转，此时输出轴(34)的旋转就是一挡被动齿轮(29)带动输出轴(34)的旋转，变速箱处于一挡状态(慢速挡)；

当换挡套(44)离开二挡棘爪(55)下部时，二挡棘爪(55)前部凸缘靠弹簧(57)的弹力弹起，与二挡被动齿轮(30)的棘槽凸缘啮合，输出轴(34)与二挡被动齿轮(30)一同旋转。由于二挡齿轮组的变速比小于一挡齿轮组，此时输出轴(34)的转速快于一挡齿轮组的转速，输出轴(34)上的一挡棘爪(53)的旋转速度快于一挡被动齿轮(29)，处于被超越状态，因此，此时的输出轴(34)转速由二挡齿轮组决定，变速箱处于二挡状态(快速挡)。

在电机定速条件下实现变速箱的换挡动作的实施方式：

换挡套(44)装在主轴(46)与输出轴(34)之间，换挡套(44) 后部装有换挡推板(45)；主轴(46)的轴心为中空结构，其中装有换挡顶杆(38)，其前端与换挡推板(45)紧固，其后部与换挡电磁阀(37)连接。换挡电磁阀(37)中两组线圈通过换挡开关(39)的位置来确定两组线圈的正负极方向，从而实现对换挡顶杆(38)的推进和拉出状态，实现电控状态下的换挡。

本电动机结构可用做其它交通工具原动机，如电动自行车、电动摩托车、电动汽车等，这些应用都属于本专利保护范围。

Claims (10)

1.一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机，其特征是：端盖法兰(8)及主轴(46)利用螺钉(17)及螺母(12)固定在车架上，并由螺钉(9)固定在端盖一(2)上，电动机外壳(1)与端盖一(2)、端盖二(22)联接并将定子(19)固定在其内部、变速箱盖(51)由螺钉(52)与外壳相固定，永磁片压块(6)利用螺钉(7)将永磁片(4)固定在挡磁板(5)上，挡磁板(5)利用平键(14)固定在转轴(15)上，转轴(15)靠榫接结构与初级主动齿轮(49)联接。初级被动齿轮(25)、一挡主动齿轮(26)、二挡主动齿轮(27)装在主动轴(23)上，通过轴承(24)、轴承(28)固定在端盖二(22)及变速箱盖(51)上。一挡被动齿轮(29)、二挡被动齿轮(30)固定在输出轴(34)上，输出轴(34)通过轴承(31)、轴承(35)、轴承(36)、轴承(48)与主轴(46)、变速箱盖(51)固定，输出轴(34)上固定着缓冲体(43)和轴承(33)，通过轴承固定板(32)与轮毂(50)连接，主轴(46)上装有轴承顶套(40)、轴承安装套(41)，输出轴(34)、主轴(46)通过轴承(36)与轮毂(50)连接，电磁阀(37)安装在车架上，换挡顶杆(38)与电磁阀(37)连接固定，换挡顶杆(38)上固定着换挡推板(45)，通过控制换挡开关(39)来调节输出轴(34)速度，磁环(13)固定在转轴(15)上，霍尔传感器(10)通过螺钉(11)固定在端盖一(2)上。

2.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机，其特征是：定子(19)的无铁心线绕盘式绕组被封装在高分子材料之中。

3.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机，其特征是：将电动机本体通过转轴(15)的榫卯结构与变速箱及轮毂(50)、主轴(46)联接固定在车架上，与机架通过螺钉(17)、螺母(12)固定防止转动。

4.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机，其特征是：转轴(15)上固定有磁环(13)，霍尔传感器(10)通过螺钉(11)固定在端盖一(2)上，霍尔传感器(10)利用磁环(13)采集信号反馈给电机专用的控制器来精准控制电机转动。

5.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机包含有一种电控多挡变速箱，其特征在于，包括主轴组件{包括：主轴(46)及通过轴承装配在主轴(46)上的初级主动齿轮(49)}，与主轴(46)平行的主动轴(23)组件{包括：初级被动齿轮(25)、一挡主动齿轮(26)、二挡主动齿轮(27)、主动轴(23)等}，通过轴承装配在主轴(46)上的输出轴(34)组件{包括输出轴(34)、一挡被动齿轮(29)、一挡棘爪(53)、二挡被动齿轮(30)、二挡棘爪(55)等}，装在主轴(46)上的换挡组件{包括：换挡套(44)、换挡推板(45)、换挡顶杆(38)、电磁阀(37)等}。

6.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机中多挡变速箱中的主轴组件{包括：主轴(46)及通过轴承装配在主轴(46)上的初级主动齿轮(49)}，其特征在于：

(1)主轴(46)为半空心结构，即电机安装部分为实心轴，变速器安装部分为空心轴；

(2)主轴(46)在空心与实心部位之间开有一定尺寸的腰形槽孔，用于换挡推板(45)活动。

7.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机中多挡变速箱与主轴(46)平行的主动轴组件{包括：初级被动齿轮(25)、一挡主动齿轮(26)、二挡主动齿轮(27)、主动轴(23)等}的特征在于：

(1)初级被动齿轮(25)、一挡主动齿轮(26)、二挡主动齿轮(47)均通过花键与主动轴(23)啮合，均以相同速度旋转；

(2)级被动齿轮(25)为吸震型结构。

8.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机的多挡变速箱是通过轴承装配在主轴(46)上的输出轴组件{包括输出轴(34)、一挡被动齿轮(29)、一挡棘爪(53)、二挡被动齿轮(30)、二挡棘爪(55)等}来实施变挡动作。其特征在于：

一挡被动齿轮(29)通过安装在输出轴(34)上棘爪槽内的4只一挡棘爪(53)及弹簧圈(54)，共同作用实现与输出轴(34)常啮合，一挡被动齿轮(29)带动输出轴(34)旋转，此时变速箱的挡位为一挡，变速箱输出轴(34)的转速由一挡速比决定；当输出轴(34)转速高于一挡被动齿轮(29)时，输出轴(34)带动二挡棘爪(55)实现对一挡被动齿轮(29)的超越，此时一挡齿轮组无法带动输出轴旋转；

二挡被动齿轮(30)通过安装在输出轴上棘爪槽内的2只二挡棘爪(55)及弹簧(57)，共同作用实现与输出轴(34)常啮合，由于二挡速比小于一挡速比，二挡被动齿轮(30)带动输出轴(34)的旋转速度大于一挡被动齿轮(29)带动输出轴(34)的旋转速度，输出轴(34)带动一挡棘爪(53)对一挡被动齿轮(29)实现了超越，一挡齿轮组无法带动输出轴(34)旋转，此时变速箱的挡位为二挡，变速箱输出轴(34)的转速由二挡速比决定。

9.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机的电控变挡结构为主轴(46)上的换挡组件{包括：换挡套(44)、换挡推板(45)、换挡顶杆(38)、电磁阀(37)等}，其特征在于：

(1)换挡套(44)装在主轴(46)上，与换挡推板(45)、换挡顶杆(38)及电磁阀(37)连接为一体，其前部可伸入到二挡棘爪(55)的下部，并顶起二挡棘爪(55)，使其与二挡被动齿轮(30)分离；

(2)采用电磁阀(37)来驱动换挡顶杆(38)的伸缩运动，实现换挡套(44)的位置移动，进而实现变速箱的一二挡转换。

10.权利要求1所述的一种多级机械变挡永磁无铁心轮毂电机，其特征是：本电动机结构可用做其它交通工具原动机，如电动自行车、电动摩托车、电动汽车等。