WO2019153446A1 - 大扭矩外转子电机 - Google Patents

Abstract

一种大扭矩外转子电机，芯轴（1）上设有位于定子（2）一侧的第一轴承（5），第一外转子（4）安装在第一轴承上后，第一外转子环绕在定子的周围，磁钢（3）安装在第一外转子的内圆周面上，第二轴承（6）设置在芯轴上且位于定子的另一侧；摩擦盘（7）安装在第二轴承上后与第一转子的一端固定连接；电磁制动器设置在芯轴上，电磁制动器与摩擦盘结合时产生制动作用力；减速传动机构设置在芯轴上，减速传动机构的输入端与第一外转子的另一端固定连接；第二外转子（21）环绕在第一外转子周围，芯轴上设有第三轴承（22），第二外转子的一端与第三轴承连接，第二外转子的内圆周面上设有轮齿，轮齿与减速传动机构的输出端啮合。该电机安全可靠且输出扭矩大。

Description

大扭矩外转子电机 技术领域

本发明涉及电机领域，特别涉及大扭矩外转子电机。

背景技术

随着电动车等电动交通工具的日益普及，由电机带动轮毂转动的轮毂电机被广泛的应用带电动车及其它转动结构，但是有的轮毂电机的功能仅限于带动轮毂转动，其内部不含有电磁制动器，不具备电磁刹车功能。

专利公告号为CN202121438U的专利公开了一种轮毂电机，它由电机转子、电机定子、电机轴、电机端盖四大部分构成，电机定子上设置电机引线；轮毂电机内设置电磁制动器，电磁制动器由电磁制动器动片和电磁制动器定片构成；电磁制动器动片与电机端盖为一体连接，电磁制动器上设置电磁制动器引线；电机引线从电机轴的一端穿心而出，电磁制动器引线从电机轴的另一端穿心而出，轮毂电机的外面直接包裹轮胎构成驱动轮整体。

上述轮毂电机中，电磁制动器定片固定在电机轴上，当对电磁制动器通电时，电磁制动器动片与电磁制动器定片吸合，从而使电磁制动器动片与电磁制动器定片形成摩擦，而电磁制动器动片与电机端盖固定在一起，因此，电机端盖获得减速，进而使与电机端盖固定的电机转子获得制动。

对于上述的轮毂电机的外面直接包裹轮胎构成驱动轮整体，这样，电机转子转动时，直接形成扭矩的输出，然而，这种结构所输出的扭矩是以定子与磁钢之间产生的旋转磁场来决定的，因此，这种结构的轮毂电机的输出扭矩小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大扭矩外转子电机，本发明具有安全可靠且输出扭矩大的特点。

解决上述技术问题的技术方案如下：

大扭矩外转子电机，包括芯轴、定子、磁钢以及具有腔体的第一外转子，定子固定在芯轴上，芯轴上设有位于定子一侧的第一轴承，第一外转子安装在第一轴承上后，第一外转子环绕在定子的周围，磁钢安装在第一外转子的内圆周面上，还包括：

设置在芯轴上且位于定子另一侧的第二轴承；

摩擦盘，该摩擦盘安装在第二轴承上后与第一转子的一端固定连接；

设置在芯轴上的电磁制动器，该电磁制动器与摩擦盘结合时产生制动作用力；

设置在芯轴上的减速传动机构，减速传动机构的输入端与第一外转子的另一端固定连接；

环绕在第一外转子周围的第二外转子，所述芯轴上设有第三轴承，第二外转子的一端与第三轴承连接，第二外转子的内圆周面上设有轮齿，轮齿与减速传动机构的输出端啮合。

采用了上述方案，当第一外转子转动时，第一外转子带动太阳轮旋转，太阳轮带动行星轮旋轮，行星轮带动第二外转子旋转，这样，第一外转子输出的扭矩通过行星传动机构传递到第二外转子，显然地，从第二外转子输出的扭矩大于第一外转子输出的扭矩。而且在芯轴上设置了电磁制动器后，使用者可以根据需要对电机进行制动，由此可提高电机在使用过程中的安全性。

当电磁制动器采用失电电磁制动器，失电电磁制动器通电时，通过激磁线圈产生的磁场对摩擦片产生吸合作用力，该吸合作用力克服第二弹性部件的作用力，使摩擦片与摩擦盘分离，此时如果定子上的线圈获电，则可驱动第一外转子转动。当失电电磁制动器断电时，激磁线圈失去产生磁场的作用，对摩擦片不存在吸合作用力，第二弹性部件释放的张力使摩擦片与摩擦盘结合或抵顶，从而在摩擦盘与摩擦片之间产生摩擦作用力对摩擦盘进行制动，进而使与摩擦盘固定的第一外转子获得制动作用力，这种情况下适用上对设备(例如轮椅)的制动或者驻车。由此可以看出，本发明对于在一些需要制定或者驻车的场合，由于失电磁制动器不但可在人为控制失电状态下对设备起到了刹车的作用，而且对于设备(例如轮椅)在运行情况下，外转子电机突然意外失电也能自动地进行制动，因此本发明的外转子电机有助于提高设备在失电情况下的安全性。

附图说明

图1为本发明的失电制动的外转子电机的外形结构示意图；

图2为图1的剖面结构示意图；

图3为在图1的基础上隐藏了第二外转子和轮毂后的示意图；

图4为在图3的基础上隐藏减速传动机构后并从另一个方向观察图3的示意图；

图5为图4的剖面结构示意图；

图6为本发明中的摩擦盘的结构示意图；

图7为本发明中磁轭的立体结构示意图；

图8为本发明中磁轭在另一个方向的立体结构示意图；

图9为本发明中的手动解除机构的一种优选实施例的示意图；

图10为图6中的释放盘的结构示意图；

图11为图6中的转套的结构示意图；

图12为本发明中的行星传动机构的结构示意图；

1为芯轴，2为定子，3为磁钢，4为第一外转子，5为第一轴承，6为第二轴承，7为摩擦盘，7a为让位凹槽，8为限位套，9为磁轭，9a为第一通孔，9b为安装孔，9c为环套，9d为装配腔体，9e为第四轴承，10为摩擦片，11为连接部件，12为轴向限位部件，13为容纳腔体，14为螺母，15为第一弹性部件，16为释放盘，16a为通孔，16b为第一凹槽，16c为第二通孔，17为转套，17a为抵顶块，18为手柄，19为开关，20为压片，21为第二外转子，22为第三轴承，23为太阳轮，23a为连接盘，24为行星架，24a为轴，25为行星轮，26为轮毂。

具体实施方式

如图1至图12所示，本发明的大扭矩外转子电机，包括芯轴1、定子2、磁钢3以及具有腔体的第一外转子4，设置在芯轴1上且位于定子2另一侧的第二轴承6、摩擦盘7、设置在芯轴1上的电磁制动器、设置在芯轴上的减速传动机构、环绕在第一外转子周围的第二外转子21，下面对每部分以及它们之间的结构进行详细地说明：

如图2和图5所示，定子2固定在芯轴1上，定子2上设有绕组，芯轴1上设有位于定子2一侧的第一轴承5，第一外转子4安装在第一轴承5上后，第一外转子4环绕在定子2的周围，磁钢3安装在第一外转子4的内圆周壁面上。

如图2和图5所示，芯轴1的轴身上设有第一轴肩和第二轴肩，第一轴承5的一端通过第一轴肩轴向限位，第二轴承6的一端通过第二轴肩轴向限位。摩擦盘7安装在第二轴承6上后与第一转子4固定连接，摩擦盘7通过螺钉与第一转子4固定连接，当对定子2上的绕组通电，在定子与磁铁钢3之间产生旋转磁场，使第一外转子4旋转时，第一外转子4带动摩擦盘7转动。

如图2和图5所示，电磁制动器与摩擦盘7结合时产生制动作用力，在本实施方式中，电磁制动器优先采用失电电磁制动器，失电电磁制动器在失电时与所述摩擦盘7结合，摩擦盘7在失电电磁制动器与该摩擦盘7之间产生的摩擦作用力下获得制动，进而使与摩擦盘7固定的第一外转子4获得制动作用力，从而与第一外转子4停止转动，失电电磁制动器在得电时与摩擦盘7分离。

下面对优选的失电电磁制动器的结构进行详细说明：在一个或多个实施例中，失电电磁制动器包括：固定在芯轴上的磁轭9，在失电时与摩擦盘进行结合的摩擦片10，连接部件11，轴向限位部件12，第二弹性部件，失电电磁制动器中各部件的关系如下：

如图5所示，磁轭9上设有中心孔，磁轭9套在芯轴1上并与芯轴1周向紧固为一体，优选地，磁轭9与芯轴1通过键进行周向固定。磁轭9的轴向受到限制，优选地，在磁轭9与第二轴承6之间，设有限位套8，该限位套8空套在芯轴1上，限位套8的一端与第二轴承6进行抵顶，限位套8的另一端与磁轭9面向摩擦片10的一端进行抵顶，在芯轴1上固定有螺母14，磁轭9的另一端与螺母14抵顶，从而磁轭9以及第二轴承6均获得了轴向限位。

如图5、图7和图8所示，磁轭9上设有激磁线圈(图中未示出)，磁轭9面向摩擦片10的轴向端面上形成容纳腔体13，所述激磁线圈安装在该容纳腔体中。磁轭9上设有第一通孔9a，该第一通孔9a供连接部件11穿过。在磁轭9上还设有安装孔9b，安装孔9b用于安装第二弹性部件。

如图5和图6所示，摩擦片10空套在芯轴1上，连接部件11的一端与摩擦片连接，连接部件11的另一端穿过磁轭9上设置的第一通孔9a，连接部件11与第一通孔9a间隙配合，这样，连接部件11可以沿着第一通孔9a的轴向运动，以便于使与连接部件11连接的摩擦片10能够轴向运动。所述摩擦盘7面向摩擦片10的轴向端面上设有让位凹槽7a，所述连接部件11与摩擦片10连接的端部位于该让位凹槽7a中，即，连接部件11的端部是穿过摩擦片10的，优选地，连接部件11与摩擦片10连接的一端设有螺纹，而摩擦片10上设有螺孔，连接部件11与摩擦片10通过螺纹进行固定连接。

如图5所示，轴向限位部件12与连接部件11穿过所述第一通孔9a的另一端固定，轴向限位部件12与连接部件11可以是整体成型，以在连接部件11的另一端形成的径向凸起部。轴向限位部件12也可以是一个限位螺母，该限位螺母与连接部件11螺纹连接，在这种情况下，连接部件11为一个双头螺杆。

如图5、图7所示，第二弹性部件的一端安装在磁轭9上，第二弹性部件的另一端与摩擦片10抵顶。第二弹性部件位于磁轭9上的安装孔9b中，安装孔9b可以是盲孔，这时，第二弹性部件与磁轭9抵顶。安装孔9b也可以是通孔，在该通孔中连接一个堵头，第二弹性部件与堵头抵顶，堵头可以是带有螺纹的堵头，安装孔9b为螺纹孔，堵头螺纹连接在安装孔9b中，通过调整堵头可以调节第二弹性部件对摩擦片10的张紧作用力。在一个或多个实施例中，第二弹性部件优选采用弹簧。

失电电磁制动器的工作过程为：当失电电磁制动器通电时，通过激磁线圈产生的磁场对摩擦片10产生吸合作用力，该吸合作用力克服第二弹性部件的作用力，使摩擦片10与摩擦盘7分离，此时如果定子2上的线圈获电，则可驱动第一外转子4转动。当失电电磁制动器断电时，激磁线圈失去产生磁场的作用，对摩擦片10不存在吸合作用力，第二弹性部件释放的张力使摩擦片10与摩擦盘7结合或抵顶，从而在摩擦盘7与摩擦片10之间产生摩擦作用力对摩擦盘7进行制动，进而使与摩擦盘7固定的第一外转子4获得制动作用力。

然而由于失电时，失电电磁制动器与摩擦盘7产生摩擦作用力虽然可以起到制定或者驻车的作用，但是，在失电状态下，如果需要使设备(例如轮椅)通过手动驱动其运动(轮椅不能停在公路中央)，如果在没有电量补充的情况下，使用者就无法解除失电电磁制动器与摩擦盘7之间的结合，从而导致设备不能(例如轮椅)手动地驱动其运动。因此，作为本发明的进一步方案，所述失电电磁制动器远离摩擦盘7的一端设有在失电时驱使失电电磁制动器与摩擦盘7分离的手动解除机构，通过手动解除机构使失电电磁制动器与摩擦盘7分离后，摩擦盘7不再受到限制，从而第一外转子4在手动驱动作用下能够转动，这样，就可以使设备通过手动驱动其运动了。

如图5和图8所示，磁轭9背离摩擦片10的轴向端面上设有环套9c，在环套9c与磁轭9之间形成装配腔体9d，所述手动解除机构的至少一部分位于该装配腔体9d中，在一个或多个具体实施例中，手动解除机构包括：

如图5、图9至图11所示，具有通孔16a且与失电电磁制动器连接的释放盘16以及空套在芯轴上的转套17，释放盘16位于装配腔体9d中，释放盘16的轴向端面上设有第一凹槽16b，第一凹槽16b优先设置于释放盘16面向磁轭9的轴向端面上。在增设了手动解除机构后，连接部件11需要穿过释放盘16后与轴向限位部件12固定，即轴向限位部件12限位于释放盘16的背离磁轭9的轴向端面上，从而使手动解除机构与失电电磁制动器形成连接。释放盘16上设有第二通孔16c，第二通孔16c为台阶孔，连接部件11穿过第二通孔16c后 与轴向限位部件12固定。

如图5、图9至图11所示，在失电电磁制动器上设有第一弹性部件15，该第一弹性部件15的一端与手动解除机构抵顶后，该第一弹性部件15张紧在手动解除机构与失电电磁制动器之间。第一弹性部件15优先采用弹簧，第一弹性部件15套在连接部件11上，第一弹性部件15一端位与第二通孔16c中且与第二通孔16c的台阶面抵顶，第一弹性部件15的另一端与轴向限位部件12抵顶，由于第一弹性部件15具有弹性作用力，因此，第一弹性部件15被张紧在手动解除机构与失电电磁制动器之间，从而使释放盘16处于受力状态。

如图5、图9至图11所示，转套17的一端穿过释放盘的通孔16a，转套17的另一端至少设有一个沿该转套径向延伸的抵顶块17a，抵顶块17间隙配合在释放盘16与磁轭9的设置环套9c的轴向端面之间，抵顶块17a的一部分嵌入到所述第一凹槽16b中，所述第一凹槽16b的表面为弧形面，所述抵顶块17a的表面为弧形面。进一步的优化设置的是，在转套17上固定连接一个手柄18，以便于随时通过手柄18可以转动转套17。

如图5和图9所示，通过手柄18转动转套17，使脱离第一凹槽16a的抵顶块17a与释放盘16的轴向端面抵顶，以推动释放盘16以及失电电磁制动器沿芯轴1的轴向位移，该过程中，动力的传递过程为：释放盘16通过第一弹性部件15将动力传递给轴向限位部件12，轴向限位部件12将动力传递给连接部件11，从而连接部件11带动摩擦片10轴向移动，进而使摩擦片10与摩擦盘7分离。

如图9所示，还包括一个开关19以及控制电机工作的控制器(图中未示出)，开关19与控制器电连接，开关19固定在释放盘16上，开关19上设有压片20，该压片20与转套17的周面抵顶。优选地，转套17的周面由圆弧面和斜切面组成，其中，压片20与斜切面抵顶。假如电源(电池)有电，但设备(例如轮椅)需要通过人为地手动驱动行驶，这时，通过转动手动解除机构的转套17，转套17在转动时对压片20施加压力，从而开关19被接通，控制器获得开关接通的信号后，控制器断开电源对外转子电机的供电，以确保外转子电机不处于电驱动的工作状态，这样就可以安全可靠地手动驱动设备进行工作。

如图2、图3和图12所示，减速传动机构设置在芯轴1上，减速传动机构的输入端与第一外转子4的另一端固定连接；所述芯轴1上设有第三轴承22，第二外转子21的一端与第三轴承22连接，在磁轭9的环套9c的外圆周面上设有第四轴承9e，第二外转子21的另一端安装在第四轴承9e上，第二外转子21的内圆周面上设有轮齿，轮齿与减速传动机构的输出端啮合。

如图12所示，所述减速传动机构优先采用行星传动机构，行星传动机构包括太阳轮23、行星架24、行星轮25，该太阳轮23空套在芯轴1上，太阳轮的一端与第一外转子4固定连接，太阳轮23与第一外转子4连接的一端设有连接盘23a，该连接盘23a优先采用与太阳轮23一体成型的方式，连接盘23a与第一外转子4固定连接。行星架24固定在芯轴1上，行星架24面向第一外转子4的一端设有轴24a，轴24a上设置有轴承，行星轮25可转动地装配在行星架24的轴24a上，行星轮25与太阳轮23啮合，行星轮25还与第二外转子21内圆周面上的轮齿啮合。

如图2和图5所示，当第一外转子4转动时，第一外转子4带动太阳轮23旋转，太阳轮23带动行星轮25旋轮，行星轮25带动第二外转子21旋转，这样，第一外转子4输出的扭矩通过行星传动机构传递到第二外转子21，显然地，从第二外转子21输出的扭矩大于第一外转子4输出的扭矩。

对于本发明的外转子电机而言，可在第二外转子4上安装轮毂26，将轮胎安装在轮毂26上，从而形成电动驱动轮。

本发明不限于上述实施方式，例如：

1、电磁制动器除采用失电电磁制动器外，还可以采用得电电磁制动器。

2、所述手动解除机构与上述实施不同之处在于：释放盘16上不在设置第一凹槽16a，而是在失电电磁制动器面向抵顶块的轴向端面上设有第二凹槽，即第二凹槽位于磁轭9设置环套9c的轴向端面上，转动转套17使脱离第二凹槽的抵顶块17a挤压释放盘16轴向位移，释放盘16带动与该释放盘连接的失电电磁制动器与摩擦盘分离。手动解除机构的其余结构与上述实施方式相同，在此不再赘述。

3、抵顶块17a为矩形状，该矩形状的抵顶块上的至少有两个角为经过倒角处理的角，倒角处理可以是倒直角处理，也可以是倒圆角处理。第一凹槽16b的形状与抵顶块17a表面形状吻合。或者抵顶块17a的表面还可以是球形面，第一凹槽的表面也为球形面。

4、减速传动机构除采用行星减速机构外，减速传动机构还可以为齿轮，该齿轮空套在芯轴1上，齿轮的一端与第一外转子4固定连接，在第二外转子的内壁面上固定有齿圈，齿圈上的轮齿设置在齿圈的内圆周壁面上，齿轮与齿圈啮合。

Claims (10)

1. 大扭矩外转子电机，包括芯轴、定子、磁钢以及具有腔体的第一外转子，定子固定在芯轴上，芯轴上设有位于定子一侧的第一轴承，第一外转子安装在第一轴承上后，第一外转子环绕在定子的周围，磁钢安装在第一外转子的内圆周面上，其特征在于，还包括：

   设置在芯轴上且位于定子另一侧的第二轴承；

   摩擦盘，该摩擦盘安装在第二轴承上后与第一转子的一端固定连接；

   设置在芯轴上的电磁制动器，该电磁制动器与摩擦盘结合时产生制动作用力；

   设置在芯轴上的减速传动机构，减速传动机构的输入端与第一外转子的另一端固定连接；

   环绕在第一外转子周围的第二外转子，所述芯轴上设有第三轴承，第二外转子的一端与第三轴承连接，第二外转子的内圆周面上设有轮齿，轮齿与减速传动机构的输出端啮合。
2. 根据权利要求1所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：所述电磁制动器为失电电磁制动器，该失电电磁制动器在失电时与所述摩擦盘结合，摩擦盘在失电电磁制动器与该摩擦盘之间产生的摩擦作用力下获得制动，失电电磁制动器在得电时与摩擦盘分离。
3. 根据权利要求2所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：所述失电电磁制动器远离摩擦盘的一端设有在失电时驱使失电电磁制动器与摩擦盘分离的手动解除机构。
4. 根据权利要求3所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：在失电电磁制动器上设有第一弹性部件，该第一弹性部件的一端与手动解除机构抵顶后，该第一弹性部件张紧在手动解除机构与失电电磁制动器之间。
5. 根据权利要求3所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：磁轭背离摩擦片的轴向端面上设有环套，在环套与磁轭之间形成装配腔体，所述手动解除机构的至少一部分位于该装配腔体中。
6. 根据权利要求3至5任意一项所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：手动解除机构包括：具有通孔且与失电电磁制动器连接的释放盘，释放盘的轴向端面上设有第一凹槽；

   空套在芯轴上的转套，转套的一端穿过释放盘的通孔，转套的另一端至少设有一个沿该转套径向延伸的抵顶块，抵顶块的一部分嵌入到所述第一凹槽中，转动转套使脱离第一凹槽的抵顶块与释放盘轴向端面抵顶，以推动释放盘以及失电电磁制动器沿芯轴的轴向位移。
7. 根据权利要求6所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：还包括一个开关以及控制电机工作的控制器，开关与控制器电连接，开关固定在释放盘上，开关上设有压片，该压片与转套的周面抵顶。
8. 根据权利要求1至5任意一项所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：失电电磁制动 器包括：固定在芯轴上的磁轭，磁轭上设有激磁线圈，磁轭上设有第一通孔；

   在失电时与摩擦盘进行结合的摩擦片，该摩擦片空套在芯轴上；

   连接部件，连接部件的一端与摩擦片连接，连接部件的另一端穿过磁轭上设置的第一通孔，连接部件与第一通孔间隙配合；

   轴向限位部件，轴向限位部件与连接部件穿过所述第一通孔的另一端固定；

   第二弹性部件，第二弹性部件的一端安装在磁轭上，第二弹性部件的另一端与摩擦片抵顶。
9. 根据权利要求8所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：所述摩擦盘面向摩擦片的轴向端面上设有让位凹槽，所述连接部件与摩擦片连接的端部位于该让位凹槽中。
10. 根据权利要求1至5任意一项所述的大扭矩外转子电机，其特征在于：所述减速传动机构为行星传动机构。

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