电动自行车用可变减速比的轮毂电机.pdf

本发明涉及一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机，包括外壳、中间壳体、定子固定架、定子、磁铁、行星轮支撑轴承、第一、第二太阳轮、第一、第二行星轮、行星轮连接花键套、行星轮支撑轴，其特征是：同轴径向设置的大、小减速比输出飞轮结构，飞轮结构包括外圈、内圈、滚珠和千斤片，所述外圈和内圈通过中间固定圈构成径向双层的第一飞轮结构及第二飞轮结构的复合式结构飞轮，中间固定圈上设有矩形凹槽,矩形凹槽内装有双向千斤控制机构。有益效果：采用双向千斤控制机构，当中间固定圈作为主动件逆时针运动时，形成正反两个方向运动的二选一，保证单一方向运动，另一方向呈自由状态。避免千斤片同时勾住内、外圈棘轮齿，导致减速机构卡死。

权利要求书
1.  一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机，包括右侧轮毂外壳、左侧轮毂外壳，右侧轮毂外壳轴承、左侧轮毂外壳轴承、中间壳体、定子固定架、定子、若干个磁铁、行星轮支撑轴承、第一太阳轮、第一行星轮、第二太阳轮、第二行星轮、行星轮连接花键套、行星轮支撑轴、主轴和线圈，所述转子右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，其左侧通过小减速比输出单向超越离合器支撑在左侧轮毂外壳上，所述转子及与其固接的两个行星架上固接有行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合，所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述行星架直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在同轴径向设置，其特征是：同轴径向设置的大、小减速比输出单向超越离合器为机械变速式飞轮结构，所述机械变速式飞轮结构包括外圈、内圈、滚珠和千斤片，所述外圈和内圈通过中间固定圈构成径向双层的第一飞轮结构及第二飞轮结构的复合式结构飞轮，所述中间固定圈上设有矩形凹槽,所述矩形凹槽内装有双向千斤控制机构，所述双向千斤控制机构包括千斤片、复位弹簧和滚针，所述千斤片后端面设有圆弧凸起，所述圆弧凸起与内矩形凹槽槽壁上的圆弧凹槽匹配，所述千斤片外圆周千斤片卡簧钢丝槽中设有卡簧钢丝，所述千斤片下表面依次设有复位弹簧和滚针，所述双向千斤控制机构的千斤片侧表面设有包容复位弹簧和滚针的阶梯凹台，所述复位弹簧形状呈S形板簧，复位弹簧前端镶嵌在千斤片阶梯凹台底面的切 槽中，复位弹簧后端下表面与滚针触接，所述内圈与第二太阳轮固接。

2.  根据权利要求1所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述机械变速式飞轮结构的外圈内径周圈均布有棘轮齿,及其内圈的外径周圈均布有棘轮齿，所述中间固定圈分别通过双排外圈滚珠支承在外圈内侧以及通过双排内圈滚珠支承在内圈外侧，所述中间固定圈与外圈、内圈呈滚动连接，所述中间固定圈外表面上螺接有外圈侧挡圈，所述中间固定圈内表面上螺接内圈侧挡圈。

3.  根据权利要求1所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述磁铁通过磁铁支撑圈固定在定子外圈，所述磁铁支撑圈通过螺栓与行星架固接。

4.  根据权利要求1所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述第一行星轮和第二行星轮呈连体式整体结构，整体第一行星轮和第二行星轮两端通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上。

说明书电动自行车用可变减速比的轮毂电机
技术领域
本发明属于轮毂电机，尤其涉及一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机。
背景技术
现有电动自行车轮毂电机大致可分为两大类，一是直接驱动方式，二是减速驱动方式，无论哪种方式其共同点均为固定减速比。电机初始设计就只有一个最佳效率转速。如果按高速行驶时为最佳效率来设计则低速性能很差，即起步爬坡能力差；如果按起步爬坡时为最佳效率来设计则高速行驶性能很差，即费电。高速特性与低速特性只能进行取舍，电机设计时还是主要考虑电动自行车的续航能力的提高上，因此将电机设计成高速行驶时效率最佳方案来设计，一般为20-25km/h。现有电动自行车的最大缺点是起步和爬坡能力很差，起步和爬坡时必须脚蹬辅助才可以。如果紧靠电机来起步或爬坡，因负荷大，使电机发生阻转现象，易烧毁电机，而且大电流放电对蓄电池造成冲击性伤害，缩短蓄电池使用寿命。上述缺点是目前电动自行车行业的最大未解决课题。专利申请号201420402729.7公开了一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机，包括主轴、外壳，定子，转子，其特征是：所述转子右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，左侧通过小减速比输出单向超越离合器支撑在左侧轮毂外壳上，所述转子及与其固接的两个行星架上固接有行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮内 圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合，所述第二太阳轮内圈与第二太阳轮输出套一端键接、外齿与第二行星轮啮合，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太阳轮输出套另一端固接、外圈与左侧轮毂外壳固接，所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述行星架直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在同轴径向设置。该种电机通过一个驱动机构和两个输出机构使轮毂电机可以输出两种不同转速的动力，解决了电动自行车起步能力和爬坡能力差的问题。电动自行车同时具有正常快速行驶和低速启动两种功能，保持电池性能延长使用寿命。但是，在使用过程中发现电机里两套同轴径向设置的输出单向超越离合器存在致命的技术问题。当安装上述电机的电动自行车从车库里推出需要倒行时，两个输出单向超越离合器都会参与工作，正反向同时工作，导致减速机构卡死，无法工作。电动自行车行业亟待解决这一致命问题，期待在市场上推广应用。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机，安装在电机里的机械变速式电机用飞轮，通过一套双向千斤控制机构，避免千斤片同时勾住内、外圈棘轮齿，导致减速机构卡死；又实现了两种动力选择性地传递功能。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机，包括右侧轮毂外壳、左侧轮毂外壳，右侧轮毂外壳轴承、左侧轮毂外壳轴承、中间壳体、定子固定架、定子、若干个磁铁、行星轮支撑轴承、第一太阳轮、第一行星轮、第二太阳轮、第二行星轮、行星轮连接花键套、行星轮支撑轴、主轴和线圈，所述转子右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，其左侧通过小减速比输出单向超越离合器 支撑在左侧轮毂外壳上，所述转子及与其固接的两个行星架上固接有行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合，所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述行星架直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在同轴径向设置，其特征是：同轴径向设置的大、小减速比输出单向超越离合器为机械变速式飞轮结构，所述机械变速式飞轮结构包括外圈、内圈、滚珠和千斤片，所述外圈和内圈通过中间固定圈构成径向双层的第一飞轮结构及第二飞轮结构的复合式结构飞轮，所述中间固定圈上设有矩形凹槽,所述矩形凹槽内装有双向千斤控制机构，所述双向千斤控制机构包括千斤片、复位弹簧和滚针，所述千斤片后端面设有圆弧凸起，所述圆弧凸起与内矩形凹槽槽壁上的圆弧凹槽匹配，所述千斤片外圆周千斤片卡簧钢丝槽中设有卡簧钢丝，所述千斤片下表面依次设有复位弹簧和滚针，所述双向千斤控制机构的千斤片侧表面设有包容复位弹簧和滚针的阶梯凹台，所述复位弹簧形状呈S形板簧，复位弹簧前端镶嵌在千斤片阶梯凹台底面的切槽中，复位弹簧后端下表面与滚针触接，所述内圈与第二太阳轮固接。
所述机械变速式飞轮结构的外圈内径周圈均布有棘轮齿,及其内圈的外径周圈均布有棘轮齿，所述中间固定圈分别通过双排外圈滚珠支承在外圈内侧以及通过双排内圈滚珠支承在内圈外侧，所述中间固定圈与外圈、内圈呈滚动连接，所述中间固定圈外表面上螺接有外圈侧挡圈，所述中间固定圈内表面上螺接内圈侧挡圈。
所述磁铁通过磁铁支撑圈固定在定子外圈，所述磁铁支撑圈通过螺栓与行星架固接。
所述第一行星轮和第二行星轮呈连体式整体结构，整体第一行星轮和 第二行星轮两端通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上。
有益效果：与现有技术相比，本发明在现有飞轮结构基础上，对千斤机构进行改进，构成双向千斤控制机构，当中间固定圈作为主动件逆时针运动时，形成正反两个方向运动的二选一，保证单一方向运动，另一方向呈自由状态。避免千斤片同时勾住内、外圈棘轮齿，导致减速机构卡死。结构紧凑体积小，节省电动自行车电机内部空间。解决了电动自行车电机内部空间不足，从而满足机械变速式电机需要两个动力传递到同一结构件的设计要求。相同的定子尺寸条件下，磁铁由定子内侧移动到定子外侧，使转子力矩加大，有利于提高输出转矩。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是图1中机械变速式飞轮结构的结构示意图；
图3是图2的纵向剖面图；
图4-1是图3中千斤片与内圈接触状态A-A剖面示意图；
图4-2是图3中千斤片与内外圈均不接触状态A-A剖面示意图；
图4-3是图3中千斤片与外圈接触状态A-A剖面示意图。
图中：1、右侧轮毂外壳，1-1、左侧轮毂外壳，2、右侧轮毂外壳轴承，2-2、左侧轮毂外壳轴承，3、中间壳体，4、定子固定架，5、定子，6、行星齿轮支撑套筒，7、磁铁，8、行星轮支撑轴承，9、第一太阳轮，10、第一行星轮，11、第二太阳轮，12、第二行星轮，13、磁铁支撑圈，14、磁铁支撑圈固定螺栓，15、行星轮连接花键套，16、行星轮支撑轴，17、主轴，18、右侧行星架，18-1、左侧行星架，19、右侧行星架支撑轴承，20、中间固定圈，20-1、中间固定圈卡簧钢丝槽，21、外圈，22、中间固定圈固定螺栓，23、内圈，24、第二太阳轮固定螺栓，25、右侧轮毂外壳固定螺栓，25-1、左侧轮毂外壳固定螺栓，26、线圈，27、注油孔，28、外置飞轮，29、刹车盘，30、行星架固定螺栓，31、外圈滚珠，32、内圈滚珠，33、内圈棘轮齿，34、外圈棘轮齿，35、千斤片，35-1、板 簧固定切槽，35-2、千斤片卡簧钢丝槽，36、卡簧钢丝，37、板簧，38、滚针，39、中间固定圈螺纹孔，40、外圈连接孔，41、内圈连接孔，42、外圈侧挡圈，43、内圈侧挡圈，44、矩形凹槽。
具体实施方式
以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式详述如下：实施例
详见附图1、2、3，本实施例提供了一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机，包括右侧轮毂外壳1、左侧轮毂外壳1-1，右侧轮毂外壳轴承2、左侧轮毂外壳轴承2-2、中间壳体3、定子固定架4、定子5、若干个磁铁7、行星轮支撑轴承8、第一太阳轮9、第一行星轮10、第二太阳轮11、第二行星轮12、行星轮连接花键套15、行星轮支撑轴16、主轴17、左、右侧行星架18-1、18和线圈26，右侧轮毂外壳上固接有外置飞轮28，左侧轮毂外壳上固接有刹车盘29，右侧轮毂外壳1、左侧轮毂外壳1-1分别通过右侧轮毂外壳固定螺栓25、左侧轮毂外壳固定螺栓25-1与中间壳体3固接呈整体，所述转子右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架4上，其左侧通过小减速比输出单向超越离合器支撑在左侧轮毂外壳上，所述转子及与其固接的两个行星架上固接有行星轮支撑轴16，行星轮支撑轴上套有第一行星轮10、第二行星轮11、行星轮支撑轴承8、行星轮连接花键套15，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合，所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述行星架直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，同轴径向设置的大、小减速比输出单向超越离合器为机械变速式飞轮结构，所述机械变速式飞轮结构包括外圈21、内圈23、滚珠和千斤片35，所述外圈和内圈通过中间固定圈20构成径向双层的第一飞轮结构及第二飞轮结构的复合式结构飞轮，所述外圈的内径周圈 均布有外圈棘轮齿34,所述内圈的外径周圈均布有内圈棘轮齿33，所述中间固定圈分别通过双排外圈滚珠31支承在外圈内侧以及通过双排内圈滚珠32支承在内圈外侧，所述中间固定圈与外圈、内圈呈滚动连接，所述中间固定圈外表面上螺接有外圈侧挡圈42，所述中间固定圈内表面上螺接内圈侧挡圈43。所述中间固定圈上设有矩形凹槽44,所述矩形凹槽内装有双向千斤控制机构，所述双向千斤控制机构包括千斤片35、复位弹簧和滚针，所述千斤片后端面设有圆弧凸起，所述圆弧凸起与内矩形凹槽槽壁上的圆弧凹槽匹配，所述千斤片外圆周的千斤片卡簧钢丝槽35-2中设有卡簧钢丝36，所述卡簧钢丝除卡在千斤片卡簧钢丝槽以外的部分置于中间固定圈卡簧钢丝槽20-1中，所述千斤片下表面依次设有复位弹簧和滚针，所述双向千斤控制机构的千斤片侧表面设有包容复位弹簧和滚针的阶梯凹台，所述复位弹簧形状呈S形板簧37，板簧前端镶嵌在千斤片阶梯凹台底面的板簧固定切槽35-1中，板簧后端下表面与滚针38触接，通过滚针顺时针或逆时针滚动，以及卡簧钢丝和板簧协同作用，当中间固定圈作为主动件逆时针运动时，飞轮实现正反两个方向运动的二选一，保证单一方向运动，另一方向呈自由状态。避免千斤片同时勾住内、外圈棘轮齿，导致减速机构卡死。所述内圈23通过第二太阳轮固定螺栓24与第二太阳轮11固接
本实施例的优选方案是，所述磁铁7通过磁铁支撑圈固定在定子外圈，所述磁铁支撑圈13通过磁铁支撑圈螺栓14与左侧行星架18-1固接。右侧行星架18上安装有右侧行星架支撑轴承19，磁铁支撑圈13、外圈21及行星齿轮支撑套筒6依次通过磁铁支撑圈螺栓14与左侧行星架18-1固接；且右侧行星架18通过行星架固定螺栓30也与左侧行星架固接。
本实施例的优选方案是，所述第一行星轮和第二行星轮呈连体式整体结构，整体第一行星轮和第二行星轮两端通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮和第二行星轮预制成连体式整体结构，取消了与行星轮键接的花键套，既可以降低行星轮的生产成本，又可以提高齿轮的加工精度。
所述主轴中心设置注油孔27，通过注油孔的润滑油进入由左右侧行星架以及行星齿轮支撑套筒构成的空间中。
安装时，中间固定圈上装上千斤片及滚针，在中间固定圈上装上一排外圈滚珠，将外圈支承后，再将余下一排外圈滚珠装好，旋接外圈侧挡圈，组装成第一飞轮结构；以此顺序可以组装好第二飞轮结构。中间固定圈上通过中间固定圈螺纹孔39及中间固定圈固定螺栓22与轮毂连接。内圈与外圈分别通过内圈连接孔41、外圈连接孔40各自连接动力源，两个动力源转动方向始终相反，当外圈顺时针方向旋转时将动力传递到中间固定圈上，内圈则逆时针旋转不传递动力。当内圈顺时针方向旋转时将动力传递到中间固定圈上，外圈则逆时针旋转不传递动力。内圈与外圈始终只有一个动力源传递到中间固定圈上。
工作过程:
转子的旋转动力通过两种路径输出，一个为转子直接输出的小减速比正向输出，另一个为经过差动行星齿轮减速机构输出的大减速比反向输出。当电机转子旋转时，转子运动动力通过行星架传递到第一、第二行星轮，两个行星轮各自围绕第一、第二太阳轮旋转，由于两个行星轮为一体，因此两个行星轮的运动规律是完全相同的。两个太阳轮和两个行星轮模数相同，为1.5，第一太阳轮齿数Z1＝25、第一行星轮齿数Z2＝16，第二太阳轮齿数Z4＝21、第二行星轮齿数Z3＝20，由于第一太阳轮为固定的，传递到行星轮上的动力由第二太阳轮输出，且动力输出减速比和转向由太阳轮和行星轮齿数组合来决定。第二太阳轮输出减速比为：i2＝1/[1-(Z1*Z3)/(Z2*Z4)]＝-2.0，为大减速比且转向与转子转向相反。输出到第二太阳轮的动力通过第二太阳轮输出套传递到大减速比输出飞轮内圈。转子直接输出为小减速比正向输出，直接输出到小减速比输出飞轮外圈。两个飞轮动力传递方向相同。当转子转向与轮毂转向相同，即转子正转时，小减速比输出飞轮将行星架动力传递到轮毂外壳，而第二太阳轮反转，因此大减速比输出飞轮不传递动力，此时为小减速比传动，用于高速行驶的情况。当转子转向与轮毂转向相反，即转子反转时，第二太阳轮正转，因此大减速比输出飞轮将动力传递到轮毂外壳，而行星架反转，因此小减速比输出飞轮不传递动力，此时为大减速比传动，用于起步和爬坡的情况。
本实施例的双向千斤控制机构之千斤片侧表面设有包容复位弹簧和滚针的阶梯凹台，所述复位弹簧形状呈S形的板簧10，板簧前端镶嵌在千斤片阶梯凹台底面的板簧固定切槽35-1中，板簧后端下表面与滚针11触接。双向千斤控制机构还可以采用以下结构(未有附图)：包括千斤片、千斤片上侧滚珠，千斤片下侧滚珠和滚珠弹簧，所述千斤片后端径向设有圆孔，所述圆孔中依次放置千斤片上侧滚珠、滚珠弹簧和千斤片下侧滚珠，或弹簧钩形状呈Z形，弹簧钩前端镶嵌在千斤片上表面的切槽中，其后端与内圈棘轮齿表面触接。
附图4-1所示，滚针位于千斤片下方右侧时，板簧变形量小向上顶起弹力小于卡簧钢丝缩紧力，千斤片在卡簧钢丝缩紧力的作用下下探与内圈棘爪接触。
图4-2所示，内圈逆时针旋转时，滚针在内圈带动下向左滚动移动，由于板簧与内圈外表面之间间隙右侧大左侧小，滚针向左移动则板簧压缩量加大，滚针位于千斤片正下方时，板簧向上顶起弹力克服卡簧钢丝缩紧力，将千斤片顶起，与内圈棘爪分离。
图4-3所示，内圈继续逆时针旋转时，滚针在内圈带动下向左滚动移动到极限位置，此时板簧与内圈外表面之间间隙最小，板簧压缩量最大，板簧向上顶起弹力克服卡簧钢丝缩紧力，将千斤片完全顶起，与外圈棘爪接触。
上述参照实施例对该一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。