CN207166295U - 一种大扭矩高减速比轮毂电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大扭矩高减速比轮毂电机，包含主轴、旋转装配在主轴上的轮毂外壳及设于轮毂外壳内的电机和行星减速机构，其核心改进为两点，第一点是在转子铁芯中心孔与输出轴之间设置单向轴承取代原来行星减速机构端部的超越离合器，第二点针对的是行星减速机构，采用行星齿轮与行星轴齿配合结构取代原有的双联齿轮，并且行星轴齿直接与轮毂外壳内壁上的内齿圈啮合。这两点改进从整体上缩小了轮毂电机整体体积，使得其更加紧凑化，节约了生产成本，同时有利于获取更高减速比和更大的扭矩输出，而对于电机的输出扭矩要求则降低。

Description

一种大扭矩高减速比轮毂电机

技术领域

本实用新型涉及一种大扭矩高减速比轮毂电机。

背景技术

轮毂电机是目前电动助力自行车及类似代步工具上的主要驱动部件，其结构主要包含主轴、轮毂外壳、电机、行星减速机构和离合器。主轴与自行车的车架固定，轮毂外壳枢转设于主轴上，电机的外壳通过支架与主轴固定，而电机的输出轴(转子轴)端与行星减速机构装配，行星减速机构的输出端则通过离合器与轮毂内齿圈传动连接。

已知的上述轮毂电机存在如下问题：

一、现有轮毂电机中的离合器通常都是超越离合器，其作用是在自行车滑行时脱开电机和轮毂外壳之间的扭矩传递，从而减小阻力，提高车辆行驶安全性。然而众所周知，现有的超越离合器安装结构一方面延长了轮毂整体的轴向长度，加大了轮毂的材料利用，增加了生产成本；另一方面由于超越离合器为了适应与行星减速机构的安装，其结构都需要经过改装，离合器的内、外圈都经过特殊加厚设计，整体结构复杂臃肿，不仅装配难度高，维修不便，且不利于轮毂电机整体减速比的提高和输出扭矩的加大，而对于电机输出轴的扭矩要求反而较高，电机工作时，其轴上扭矩通常达到20～30Nm，这对于离合器的机械强度要求较高。

二、已知的行业内用于上述轮毂电机的行星减速机构中的行星齿轮都为双联齿轮，这种双联齿轮的中孔内要嵌置轴承，进而装配至行星支架的一根长轴上。双联齿轮中较小的一个通常与离合器内圈装配，再由离合器外圈与轮毂内齿圈装配，这种结构存在问题如下：

1)双联齿轮由于中孔内要嵌置轴承并安装至长轴上，故其径向尺寸不能进一步减小，这就导致与之配合的离合器外圈以及轮毂外壳规格不能缩减，最终造成轮毂电机整体无法实现紧凑化和节约生产材料；

2)由于双联齿轮装配结构的限制，其大齿轮的齿数无法有效增加，而小齿轮齿数又无法有效减少，导致整个轮毂电机无法获取较高的减速比以及较高扭矩的输出，也不利于电机能耗的降低。

3)由于双联齿轮加工时精度难以保证，故不利于整个行星减速机构装配精度的提高。

目前行业内技术人员一直在探索上述轮毂电机内部的离合器和行星减速机构装配结构的替代方案，但未取得有效成果。

发明内容

本实用新型目的是：针对背景技术中涉及的已有轮毂电机存在的诸多不足而提供一种大扭矩高减速比轮毂电机，这种轮毂电机针对内部离合器和行星减速机构加以改进，简化了结构和装配，能够确保整体结构更加紧凑，材料更加节省，且利于获得高的减速比和大的扭矩输出，而对于电机输出轴的扭矩要求则较低。

本实用新型的技术方案是：一种大扭矩高减速比轮毂电机，包含主轴、旋转装配在主轴上的轮毂外壳及设于轮毂外壳内的电机和行星减速机构，其特征在于：

所述电机包括电机外壳、内转子外定子构型的转子和定子，及输出轴，所述转子包括转子铁芯和固定其上的磁钢，所述转子铁芯的中心设置供所述输出轴穿过的孔，孔内设有至少一单向轴承，所述单向轴承的外圈与孔的内壁固定，而单向轴承的内圈套设于输出轴上；

所述行星减速机构包括行星支架、太阳齿轮及若干对行星齿轮和行星轴，所述太阳齿轮固定或一体成型于所述电机的输出轴上，所述行星支架与主轴固定或一体成型，行星支架上对应行星轴开有轴孔，所述行星轴通过行星轴承装配于对应的轴孔内，行星轴的一端与对应的行星齿轮固定，另一端成型有行星轴齿，所述行星轴齿与设于轮毂外壳内壁上的内齿圈直接啮合。

进一步的，本实用新型中所述太阳齿轮与行星齿轮之间，以及行星轴齿与内齿圈之间均为斜齿啮合，并且行星齿轮上因斜齿啮合而承受的轴向力与行星轴齿上因斜齿啮合而承受的轴向力反向相等，这样设计的目的是抵消行星减速机构两端在轴向上的受力，进一步提高机构运行可靠性，延长机构和部件寿命。

进一步的，本实用新型中当单向轴承为两个以上时，相邻的单向轴承之间藉由成型于孔内壁上的凸缘隔开。

进一步的，本实用新型中所述孔内还设有轴承。

更为优选的，所述轴承和单向轴承之间藉由成型于孔内壁上的凸缘隔开。

进一步的，本实用新型中所述主轴包括左右同轴线设置的空心轴和实心轴，而轮毂外壳包括一侧具有开口面的外壳本体和固定至开口面上的轮毂端盖，所述外壳本体与空心轴之间通过轴承旋转装配，而轮毂端盖与实心轴之间也通过轴承旋转装配，所述轮毂端盖上一体成型有一圈伸入开口面内的环沿，所述内齿圈固定或一体成型于所述环沿内侧。将内齿圈设计在轮毂端盖的环沿上更易于加工。

更进一步的，本实用新型中所述电机外壳包括电机前盖和电机后盖，其中电机前盖与行星减速机构内设有的行星支架固定，该行星支架同时与所述实心轴固定或一体设计，而电机后盖与所述外壳本体固定，所述电机定子包括定子铁芯和定子线圈，所述定子铁芯同时与电机前盖和电机后盖固定，而定子线圈上的引出线经所述空心轴的内腔引出。

更为优选的，本实用新型中所述电机前盖和电机后盖与所述输出轴之间均装配有轴承。

进一步优选的，本实用新型中所述行星轴上开有安装槽，槽内安装有连接键，而行星齿轮上设有与所述连接键配合的定位槽，所述行星轴藉由其上的连接键卡入行星齿轮上相应的定位槽内而与行星齿轮固定。

本实用新型的优点是：

本实用新型针对行星减速机构加以改进，采用行星齿轮与行星轴齿的配合结构取代原有的双联齿轮，具备如下优势：

1)采用行星齿轮与行星轴装配，而行星轴上成型的轴齿相比原有双联齿轮中的小齿轮，齿数进一步减小，这有利于轮毂外壳规格的缩减，使得轮毂电机整体能够实现紧凑化，并节约生产材料；

2)由于没有了双联齿轮装配结构的限制，本实用新型中行星齿轮的齿数进一步提高，而行星轴齿的齿数进一步减少，有利于整个轮毂电机获取更高的减速比以及更高的扭矩输出，也利于电机能耗的降低。

3)在行星轴上一体设置行星轴齿，相比原先的双联齿轮铸造更加简单，加工精度要求降低，并且行星齿轮与行星轴从行星支架两侧装配，大大提高了整个行星减速机构的装配精度，并且装配更加简单，能够提高生产效率。

4)在优选的方案中，本实用新型将行星齿轮上因(与输出轴的太阳齿轮)斜齿啮合而承受的轴向力与行星轴齿上因(与内齿圈)斜齿啮合而承受的轴向力反向相等，这样做抵消了行星减速机构两端在轴向上的受力，进一步提高了机构运行可靠性，延长了机构和部件寿命。

此外，本案同时采用转子中心孔内加设单向轴承的结构取代原先的超越离合器装配结构，单向轴承能够在自行车滑行时脱开转子与输出轴之间的扭矩传递，减小滑行阻力，起到与原先超越离合器相同的作用，但相比原有电机，其具备如下几点突出优势：

1.由于取消了原先减速机构一侧的超越离合器的装配，缩短了轮毂整体的轴向长度，减少了轮毂的材料利用，降低了生产成本。

2.省略了原先超越离合器与行星减速机构之间的安装，简化了工艺，且无需专门改进和设计结构复杂臃肿的超越离合器，取而代之的是转子铁芯内部的单向轴承安装，装配相对而言，更加简单，维修也更加简便，能够大大提高生产效率。

3.转子铁芯直接经单向轴承传递扭矩至输出轴，无需经过中间的减速机构，相比原先轮毂电机的传动结构，对于电机的扭矩输出要求大大降低，经实验，本实用新型电机工作时，其轴上扭矩输出仅为2Nm左右，这有利于电机功耗的降低。

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为本实用新型结构剖视图；

图2为本实用新型中行星减速机构的单独结构剖视图。

其中：1、输出轴；2、转子铁芯；3、磁钢；4、孔；4a、凸缘；5、单向轴承；6、内齿圈；7、轴承；8、空心轴；9、实心轴；10、外壳本体；11、轮毂端盖；11a、环沿；12、轮毂轴承；13、电机前盖；14、电机后盖；15、行星支架；16、定子铁芯；17、定子线圈；18、电机轴承；A、行星减速机构；19、太阳齿轮；20、行星齿轮；21、行星轴；22、行星轴齿；23、行星轴承。

具体实施方式

实施例：结合图1和图2所示对本实用新型提供的这种采用大扭矩高减速比行星减速机构的轮毂电机的具体实施方式做说明如下：其同常规技术一样具有主轴、旋转装配在主轴上的轮毂外壳及设于轮毂外壳内的电机和行星减速机构A。其中主轴由左右同轴线设置的空心轴8和实心轴9共同构成，空心轴8和实心轴9分别固定至自行车的车架上。而轮毂外壳由一侧具有开口面的外壳本体10和固定至开口面上的轮毂端盖11共同构成，所述外壳本体10与空心轴8之间通过轮毂轴承12旋转装配，而轮毂端盖11与实心轴9 之间也通过轮毂轴承12旋转装配，轮毂轴承12均为轴承，如图1所示。

本实施例中所述轮毂端盖11上一体成型有一圈伸入开口面内的环沿 11a，所述环沿11a内侧固定有内齿圈6。本实施例中所述电机由电机外壳、内转子外定子构型的转子和定子及输出轴1共同组成，其中的输出轴1与行星减速机构A相连，行星减速机构A的结构改进是本实用新型的重点。具体结合图1和图2所示，所述行星减速机构A由行星支架15、太阳齿轮19 及三对行星齿轮20和行星轴21，本实施例中所述太阳齿轮19一体成型于所述电机的输出轴1上，所述行星支架15与主轴一体成型，行星支架15上对应行星轴21开有轴孔，所述行星轴21通过行星轴承23装配于对应的轴孔内，行星轴21穿过行星支架15向内的一端与对应的行星齿轮20通过键槽配合固定，而行星轴21向外的一端成型有行星轴齿22，所述行星轴齿22 与设于轮毂外壳内壁上的所述内齿圈6啮合。

本实施例中所述三个行星齿轮20关于输出轴呈等角度间隔布置，图1 和2中仅能看见其中一个行星齿轮20。并且所述行星轴21上开有安装槽，槽内藉由弹簧安装有连接键，而行星齿轮20上设有与所述连接键配合的定位槽，所述行星轴21藉由其上的连接键卡入行星齿轮20上相应的定位槽内而与行星齿轮20固定，确保定位更加稳固。

并且，本实施例中所述太阳齿轮19与行星齿轮20之间，以及行星轴齿 22和内齿圈6之间均为斜齿啮合，其中行星齿轮20和行星轴齿22上的斜齿方向相反，并且行星齿轮20上因斜齿啮合而承受的轴向力与行星轴齿22上因斜齿啮合而承受的轴向力反向相等。

本实施例中所述转子由转子铁芯2和固定其上的磁钢3共同构成，本实用新型另一重点改进在于所述转子铁芯2的中心设置供输出轴1穿过的孔4，孔内设有一单向轴承5，所述单向轴承5的外圈与孔4的内壁固定，而单向轴承5的内圈与输出轴1固定。同时本实施例中在所述孔4内还设有轴承7。所述轴承7和单向轴承5之间藉由成型于孔4内壁上的凸缘4a隔开，具体见图1所示。

本实施例中所述电机外壳由电机前盖13和电机后盖14组成，其中电机前盖13与行星减速机构内的行星支架15固定，该行星支架15同时与所述实心轴9一体设计，而电机后盖14与所述轮毂外壳的外壳本体10固定，所述电机定子由定子铁芯16和定子线圈17组成，所述定子铁芯16同时与电机前盖13和电机后盖14固定，而定子线圈17上的引出线经所述空心轴8 的内腔引出。

并且本实施例中所述电机前盖13和电机后盖14与所述输出轴之间均装配有电机轴承18，电机轴承18均为轴承。

本实用新型针对行星减速机构加以改进，采用行星齿轮20与行星轴齿 22的配合结构取代原有的双联齿轮，具备如下优势：

1)采用行星齿轮20与行星轴21装配，而行星轴21上成型的轴齿22 相比原有双联齿轮中的小齿轮，齿数进一步减小，这有利于轮毂外壳规格的缩减，使得轮毂电机整体能够实现紧凑化，并节约生产材料；

2)由于没有了双联齿轮装配结构的限制，本实用新型中行星齿轮20的齿数进一步提高，而行星轴齿22的齿数进一步减少，有利于整个轮毂电机获取更高的减速比以及更高的扭矩输出，也利于电机能耗的降低。

3)在行星轴21上一体设置行星轴齿22，相比原先的双联齿轮铸造更加简单，加工精度要求降低，并且行星齿轮20与行星轴21从行星支架15 两侧装配，大大提高了整个行星减速机构的装配精度，并且装配更加简单，能够提高生产效率。

4)在优选的方案中，本实用新型将行星齿轮20上因(与输出轴1的太阳齿轮19)斜齿啮合而承受的轴向力与行星轴齿22上因(与内齿圈6)斜齿啮合而承受的轴向力反向相等，这样做抵消了行星减速机构两端在轴向上的受力，进一步提高了机构运行可靠性，延长了机构和部件寿命。

同时本实用新型中采用转子中心孔内加设单向轴承5的结构取代原先的超越离合器装配结构，单向轴承5能够在自行车滑行时脱开转子与输出轴 1之间的扭矩传递，减小滑行阻力，起到与原先超越离合器相同的作用，但相比原有电机，其具备如下几点突出优势：

1.由于取消了原先减速机构一侧的超越离合器的装配，缩短了轮毂整体的轴向长度，减少了轮毂的材料利用，降低了生产成本。

2.省略了原先超越离合器与行星减速机构之间的安装，简化了工艺，且无需专门改进和设计结构复杂臃肿的超越离合器，取而代之的是转子铁芯内部的单向轴承5安装，装配相对而言，更加简单，维修也更加简便，能够大大提高生产效率。

3.转子铁芯2直接经单向轴承5传递扭矩至输出轴1，无需经过中间的减速机构，相比原先轮毂电机的传动结构，对于电机的扭矩输出要求大大降低，经实验，本实用新型电机工作时，其轴上扭矩输出仅为2Nm左右，这有利于电机功耗的降低。

当然上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人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修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种大扭矩高减速比轮毂电机，包含主轴、旋转装配在主轴上的轮毂外壳及设于轮毂外壳内的电机和行星减速机构(A)，其特征在于：

所述电机包括电机外壳、内转子外定子构型的转子和定子，及输出轴(1)，所述转子包括转子铁芯(2)和固定其上的磁钢(3)，所述转子铁芯(2)的中心设置供所述输出轴(1)穿过的孔(4)，孔内设有至少一单向轴承(5)，所述单向轴承(5)的外圈与孔(4)的内壁固定，而单向轴承(5)的内圈套设于输出轴(1)上；

所述行星减速机构(A)包括行星支架、太阳齿轮(19)及若干对行星齿轮(20)和行星轴(21)，所述太阳齿轮(19)固定或一体成型于所述电机的输出轴(1)上，所述行星支架(15)与主轴固定或一体成型，行星支架(15)上对应行星轴(21)开有轴孔，所述行星轴(21)通过行星轴承(23)装配于对应的轴孔内，行星轴(21)的一端与对应的行星齿轮(20)固定，另一端成型有行星轴齿(22)，所述行星轴齿(22)与设于轮毂外壳内壁上的内齿圈(6)直接啮合。

2.根据权利要求1所述的一种大扭矩高减速比轮毂电机，其特征在于所述太阳齿轮(19)与行星齿轮(20)之间，以及行星轴齿(22)和内齿圈(6)之间均为斜齿啮合，并且行星齿轮(20)上因斜齿啮合而承受的轴向力与行星轴齿(22)上因斜齿啮合而承受的轴向力反向相等。

3.根据权利要求1所述的一种大扭矩高减速比轮毂电机，其特征在于当单向轴承(5)为两个以上时，相邻的单向轴承(5)之间藉由成型于孔(4)内壁上的凸缘(4a)隔开。

4.根据权利要求1或3所述的一种大扭矩高减速比轮毂电机，其特征在于所述孔(4)内还设有轴承(7)。

5.根据权利要求4所述的一种大扭矩高减速比轮毂电机，其特征在于所述轴承(7)和单向轴承(5)之间藉由成型于孔(4)内壁上的凸缘(4a)隔开。

6.根据权利要求1所述的一种大扭矩高减速比轮毂电机，其特征在于所述主轴包括左右同轴线设置的空心轴(8)和实心轴(9)，而轮毂外壳包括一侧具有开口面的外壳本体(10)和固定至开口面上的轮毂端盖(11)，所述外壳本体(10)与空心轴(8)之间通过轮毂轴承(12)旋转装配，而轮毂端盖(11)与实心轴(9)之间也通过轮毂轴承(12)旋转装配，所述轮毂端盖(11)上一体成型有一圈伸入开口面内的环沿(11a)，所述内齿圈(6)固定或一体成型于所述环沿(11a)内侧。

7.根据权利要求6所述的一种大扭矩高减速比轮毂电机，其特征在于所述电机外壳包括电机前盖(13)和电机后盖(14)，其中电机前盖(13)与所述行星支架(15)固定，该行星支架(15)同时与所述实心轴(9)固定或一体设计，而电机后盖(14)与所述外壳本体(10)固定，所述电机定子包括定子铁芯(16)和定子线圈(17)，所述定子铁芯(16)同时与电机前盖(13)和电机后盖(14)固定，而定子线圈(17)上的引出线经所述空心轴(8)的内腔引出。

8.根据权利要求7所述的一种大扭矩高减速比轮毂电机，其特征在于所述电机前盖(13)和电机后盖(14)与所述输出轴之间均装配有电机轴承(18)。

9.根据权利要求1所述的一种大扭矩高减速比轮毂电机，其特征在于所述行星轴(21)上开有安装槽，槽内安装有连接键，而行星齿轮(20)上设有与所述连接键配合的定位槽，所述行星轴(21)藉由其上的连接键卡入行星齿轮(20)上相应的定位槽内而与行星齿轮(20)固定。