电动自行车中置高速圈式电机及其安装方法与流程

1.本发明涉及一种中置电机，具体涉及一种永磁中置盘式圈式电机及其安装方法。


背景技术：

2.传统的电动自行车中置电机安装在五通外。这种位于车架五通部分，取代中轴位置，带有齿轮箱结构的电机，市场普遍称之为“中置电机”，这种有铁芯电机效率只有80%左右。
3.市场上e
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mtb电动自行车，即传统的电动山地自行车在越野腾空飞跃时经常失去平衡而摔倒。
4.盘式电机由于轴向尺寸短、结构紧凑，外形呈薄饼状，主要由定子和转子两部分组成。无刷电机的定子是电枢盘，转子是由铁轭盘和永磁体组成。
5.永磁盘式电机由于使用了永磁材料而无励磁损耗，定子没有铁芯，因此没有铁损耗，且定转子盘平行排列，使得电机效率比圆柱式电机高。便携移动设备电机，如何提高电机效率，减少锂电池的用量，是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.山地电动自行车需要爬坡能力强，电机效率高，其往往行驶在没有路的山地或森林，骑行者摔倒受伤是经常发生，于是需要防摔功能。
7.本发明的技术方案是：采用中置圈式高速电机，中间设有较大的通孔，足可以容纳中轴。本发明将自行车五通管剖切镂空，减轻了重量，分成左右体，留两个端头来固定连接车架的前下管和后下叉，这样增加了自行车抗摇摆刚性，中间空出来的区域用于安装盘式圈式电机。
8.本发明将盘式圈式电机经减速机构与中轴连接。
9.本发明电机转子设计转速达数千转，这样会产生陀螺效应，利用转子飞轮巨大的惯量来控制车架自平衡，给骑行者提供稳定的姿态，如雪地、冰面，在方向轮失控情况下，车架也能保持直立，抗摔倒或减缓摔倒。
10.所述五通管分开两端受力，扩大了中轴支撑距离，容易通过抗摇摆踩踏测试。
11.本发明盘式圈式电机转速高达数千转，会产生高速旋转的惯量，让自行车车架自动平衡，也能实现两轮自行车的无人空车平衡行驶，满足现今社会智能共享的需求，实现智能自行车自己来到用户身边。
12.进一步地，所述电机采用盘式无铁芯无刷电机。
13.所述自行车盘式圈式电机转子高速旋转的惯量储存了速度能力，使自行车遇到攀岩陡坡能够保持蓄能攀爬，瞬间释放动能。
14.以250w，4000r/min的电机为例，其电机效率能够达到90%以上，可以节约10%锂电池的用量，并且能够控制电机重量小于1公斤，比行业轻一半。
15.本发明电机壳体固定连接在车架上。行星齿轮轴固定在电机壳体上。行星轮上小
齿与大齿轮盘啮合。大齿轮盘为内齿式，大内齿盘经单向离合器连接中轴。这里采用内齿盘优点是比外齿式传递扭矩更大，传递效率也更高。
16.进一步地，本发明小齿轮内孔小于中轴，所述将中轴的中间车细，呈细腰式中轴。小齿轮分两片式，通过组装在中轴中间，再合在一起，实现了太阳轮的减小设计，少齿数，得到大变速比的行星减速器。
17.本发明为了降低噪声，在输出轴上设置柔性套管。套管一端连接转子；另外一端连接小齿轮。套管用塑料材质制造。套管安装在电机内圈中，转子在电机一侧连接输出套管，由套管引到电机另外一侧连接小齿轮。
18.本发明车架前下管设置通风孔，一边利用前下管保护电机结构，又利用前下管通风功能给电机提供散热。前下管下弧面经过五通管下方，包覆电机，与后下叉固定连接。后下叉前端设置横臂，电机壳体与横臂固定连接。电机壳体与车架固定连接。
19.本发明盘式电机电枢绕组的导体在空间沿径向呈辐射状分布，所述外端部边越过壳体，裸露在定子套外，利用电机外部空气来散热。以上在保证合理温升特性前提下，增大盘式电机的极限驱动电流、改善转矩特性及功率密度。
20.进一步地，本发明所述贴有永磁体的磁轭转子盘裸露在中置电机的最外侧设置，利用电机外部空气来散热，减少永磁体高温退磁。中置电机中间设置壳体，另外的一侧设置减速机构。
21.以上所述盘式电机套管的引入，能够使贴有永磁体的磁轭转子盘与齿轮变速机构分别布置在电机两侧，从而降低了电机温度，提高了电机效率。
22.所述转子经套管连接小齿轮。小齿轮与行星齿轮啮合。行星齿轮与内齿盘啮合。内齿盘经单向离合器连接中轴。以上电机经过两级减速，得到低速大扭矩来驱动链条大齿盘旋转，构成高效的中置电机驱动方案。
23.所述圈式电机，包括电枢线圈、定子套，其特征在于：所述线圈导体的外端部边越过定子套裸露在电机壳体外，利用电机外部空气来散热。
24.所述圈式电机转子是由铁质盘片贴装永磁体，转子很重，其高速转速大于4000转，产生高速旋转的陀螺效应，能够让车架直立不倒。
25.本发明实现功能一：陀螺效应，让车架直立不倒，抗摔倒或减缓摔倒。
26.本发明实现功能二：蓄能攀爬。
27.本发明实现功能三：电枢定子线圈外端部边裸露在外散热性能好。
28.本发明实现功能四：采用无铁芯盘式电机，无铁耗，效率提升10%。
29.本发明实现功能五：轻量化，重量小于1公斤。
30.本发明实现功能六：利用车架本体给电机提供防止碰撞保护，这样电机就可以设计的更加轻薄。
31.下面结合附图及实施例对本作进一步描述：图1为本中置电机安装剖视结构示意图；图2为本中置电机的机芯剖视结构示意图；图3为中置电机小齿轮两片式示意图；其中：1、五通管；2、中轴；3、壳体；4、圈式电机；5、小齿轮； 6、行星齿轮；7、内齿盘； 8、车架；9、永磁体；10、磁轭转子；11、单向离合器；12、套管；13、横臂；14、电枢线圈；15、定子
套。
具体实施方式
32.实施例：结合图1所示，所述五通管（1）中间镂空来安装圈式电机（4），中轴（2）穿过圈式电机（4），电机转子连接小齿轮（5），后经两级减速齿轮与中轴（2）连接。
33.所述圈式电机（4）的磁轭转子（10）经螺丝与套管（12）连接。小齿轮（5）经螺丝与套管（12）连接。小齿轮（5）是太阳轮与行星齿轮（6）啮合。行星齿轮（6）与内齿盘（7）啮合。行星齿轮（6）安装一个或安装三个。内齿盘（7）经单向离合器（11）连接中轴（2）。以上电机经过两级减速，得到低速大扭矩来驱动链条大齿盘旋转，构成高效的中置电机驱动方案。
34.所述内齿盘（7）经单向离合器（11）与中轴（2）连接。单向离合器（11）可以是单向轴承或棘轮式离合器。
35.所述圈式电机（4）由铁制的转子盘上贴装永磁体（9），构成磁轭转子（10）。转子设计转速大于4000转，高速旋转的惯量储存了速度能力，使自行车遇到攀岩陡坡能够保持蓄能攀爬，瞬间释放动能。
36.所述圈式电机（4），包括电枢线圈（14）、定子套（15），其特征在于：所述线圈导体的外端部边越过定子套（15）裸露在电机壳体（3）外，利用电机外部空气来散热。
37.本发明将自行车车架（8）上焊接五通管（1）后再将五通管（1）中间区域切除，镂空，分成左右体，留两个端头来刚性连接车架（8），电机安装在中间处。中轴（2）贯穿圈式电机（4）中。
38.进一步地，所述电机采用盘式无铁芯无刷电机。所述将盘式圈式电机（4）经减速机构与中轴（2）连接，电机壳体（3）固定连接在车架（8）上。
39.进一步地，所述电机设计转速4000转左右，其电机效率能够达到90%以上，可以节约10%锂电池的用量，并且能够控制电机重量小于1公斤。
40.进一步地，所述行星齿轮（6）轴固定在电机壳体（3）上。行星轮上小齿与大齿轮盘啮合。大齿轮盘为内齿式，大内齿盘（7）经单向离合器（11）连接中轴（2）。
41.进一步地，本发明小齿轮（5）内孔小于中轴（2），所述将中轴（2）的中间车细，呈细腰式中轴（2），将两片小齿轮（5）在中轴（2）的细腰处组装，利用两级减速，变速比大于20:1。
42.本发明为了降低噪声，在输出轴上设置柔性套管（12）。套管（12）一端连接转子；另外一端连接小齿轮（5）。套管（12）用塑料材质制造。套管（12）安装在电机内圈中，转子在电机一侧连接输出套管（12），由套管（12）引到电机另外一侧连接小齿轮（5）。
43.本发明车架（8）前下管设置通风孔，一边利用前下管保护电机结构，又利用前下管通风功能给电机提供散热。前下管下弧面经过五通管（1）下方，包覆电机，与后下叉固定连接。后下叉前端设置横臂（13），电机壳体（3）与横臂（13）固定连接。电机壳体（3）与车架（8）固定连接。
44.本发明盘式电机的电枢绕组的导体在空间沿径向呈辐射状分布，所述电枢线圈（14）由多个线圈单元组成，环绕电枢盘一圈均布。每个线圈经永磁体对应位置的称为有效边，内外连接的线称为端部边。本发明每个线圈的外端部边越过定子套（15），裸露在外设置，利用电机外部空气来散热。以上在保证合理温升特性前提下，增大盘式电机的极限驱动电流、改善转矩特性及功率密度。
45.进一步地，本发明所述贴有永磁体（9）的磁轭转子（10）盘裸露在中置电机的最外侧设置，利用电机外部空气来散热，减少永磁体（9）高温退磁。中置电机中间设置壳体（3），另外的一侧设置减速机构。所述圈式电机（4）转子转速大于3000转或大于4000转，产生高速旋转的陀螺效应，让车架直立不倒。