专利名称：轮轴轴内驱动装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自行车或其他车辆的动力机，更具体地涉及与车轮轴同轴安装且可用于人力驱动车辆作为助推器的驱动装置。
目前，对自行车或类似车辆的交通工具，安装助推器可以改善车辆的性能。一般的助推器中采取与车轮轴同轴安装的结构，可以提高传动效率，是一个发展的方向，这种驱动装置一般为电机驱动，其电机通常与车轮轴同轴安装且具有较小的轴向尺寸，用于自行车时，电机旁设置齿轮减速机构或离合机构。由于上述助推器的安装空间狭小，电机工作的条件比较差，所以驱动装置的结构各有所不同。
本实用新型的目的在于提出一种使动力机构紧凑、便于安装的车轮轴轴内驱动装置的结构设计，使它以比较低的成本和一般现有的可行工艺技术来实现生产制造。
上述目的采用以下的设计来实现一种轮轴轴内驱动装置，包括轮轴，轴壳，设在轴壳内的直流电机，齿轮变速机构，直流电机设有扁盘形状的定子转子组件，定子基座与轮轴同轴安装且固定连接，转子设有由轮轴转动支承的转子基座且与变速机构输入元件成可折卸连接，所述直流电机定子转子的基座各有一径向凸缘，该凸缘侧面固定连接平面磁极、平面线圈构成定子转子组件。
该驱动装置可以利用不同的转子定子组件，构成带电刷的有刷直流电机或者带电子换向开关装置的无刷直流电机。定子转子组件中的线圈绕组缠绕形式是以盘香形式在一个平面上成为平面线圈，在需要时，把两个、四个以致于更多个平面线圈的绕组相互重叠成为一个轴向厚度很小的盘形线圈；上述线圈、磁极可以采取机械连接或有机粘结剂粘接等手段固定在转子定子组件中，使直流电机正常运转。
本实用新型的结构紧凑，制造成本低，用于自行车等类似的交通工具可以作为助推器，也可以提高或减少电机功率用作其他各种用途的驱动装置。
以下结合实施例及附图，详细叙述本实用新型。
图1是设置电动机的轮轴轴内驱动装置结构示意图；图2是
图1装置中的有刷电动机结构的定子转子组件示意图；图3是图2定子转子的线路原理图；图4是
图1装置中的无刷电动机结构的定子转子组件示意图；图5是图4电动机电子换向装置原理图；图6是图4电动机位置检测元件的方位示意图；图7是图4定子极靴的示意图。
图中相同或相类似的元件用相同的标号表示。
参照
图1、图2和图3，介绍一种用于自行车的助推器驱动装置。
图1所示是驱动装置的剖面图，图2、图3表示有刷电机的定子转子组件结构和工作原理。
装置的总体结构中，包括的机械部件有45号钢的车轮轴辊1、A3钢的轴外壳4、电机定子5、转子6、与转子6连接的行星支架8、与轴壳4螺纹连接的侧盖9、同轴的两个行星齿轮11和12、行星齿轮芯座10轴承12和芯轴13、设置在侧盖9内壁上的棘轮机构14、侧盖9的滚动轴承15挡圈17垫片16、左防尘盖2和右防尘盖18、以及安装在本轮轴上的隔套19、从动齿轮20和它的滚动轴承21、固定齿轮22和它的键23、转子轴承24、隔圈25、定子键26。
装置中的行星减速机构的运动，是由电动机转子6驱动行星支架8转动，行星齿轮11和12也一起随着行星支架8公转，由于固定齿轮22与行星齿轮10啮合而使行星齿轮10自转，通过行星齿轮11与从动齿轮20啮合，使从动齿轮20以一定的差速转动。
从动齿轮20获得力矩，通过与其啮合的棘轮机构14带动轴壳4，最终使自行车前进。
对于常用的自行车，电动机定子5转子6的直径取为145毫米，电源为直流12V(或24V)，功率为100W－200W，可选用四极电机；行星齿轮取为三组120度均布，齿轮10取20齿、齿轮11取21齿，从动齿轮20取为59齿、固定齿轮取为60齿。这样所得到的减速比约为201，电机的转速为4000rpm－500rpm，车轮轴壳的转速可以变速为150rpm－30rpm，适合自行车每小时18公里的要求。
参照图2和图3，上述装置的电机转子定子采用有电刷电动机的结构，它的定子5、转子6组合部件中包括定子组件带径向凸缘的支座31、采用低碳钢材料；用于电刷电极的环氧材料绝缘环32；固定且调节电刷压力的金属件33；铜制电刷座34；定子组件的绝缘填料35；永磁体组成的固定磁极36；电刷压力弹簧37；铜碳电刷38；平面线圈39；环形的电极电枢40及其绝缘体41；由软磁体组成的转子基体42及其轴承24。
上述电机的设计，采用如图3所示的绕组，线圈共有33个绕组，每个绕组为16圈；电刷根据金属石墨电刷单位通电量(10－15A／cm)选用，四极电机取电刷数为4个，以间隔90度均布，电刷的截面积为0.72cm2时每个电刷最大通过电流为7A左右、选用压力为140g(200－250g／cm2)。
另外，转子6上的平面线圈39，是由导线在一个平面中绕成盘香状绕组，所绕出的绕组形状可以为扇形的平面形状，这些平面的绕组可以相互重叠为双层、四层或更多层。本实例中的平面线圈的绕制，是采用0.5毫米直径导线每个绕组8圈，F绝缘等级、制成为双层重叠，用有机粘结剂紧贴于转子基座凸缘的侧面，线圈的厚度小于1毫米，定子5转子6组件中两极平面间隙不大于0.5毫米。
定子5的永磁固定磁极36，它的恒磁体表面磁性强度取为1500高斯以上。
因此上述电机的转速为4000rpm－500rpm，转矩大于0.5Nm，电刷与电枢使用寿命为3000小时与1000小时。经过201的变速，力矩转变为10Nm的动力驱动自行车前进。自行车速18公里／小时、总阻力约为12－20N时，车轮半径0.3m(24英寸)、0.33m(26英寸)、0.35m(28英寸)的自行车所需转矩小于7Nm，因此动力源的输出力矩大于阻力矩，自行车可以正常运行，并可以不失速行驶于5度斜坡路面。
若不用机动力时，可以人力带动链条和车飞(
图1中未示)，通过侧盖9和棘轮机构14使轴壳4和车轮转动；并且因为棘轮机构14的单向传动作用，人力带动轴壳4而不带动从动齿轮20，使轴壳4与电机和变速机构分离，实现自行车机动力与人力两种方式分别运行。
上述驱动装置的成本较低，可以制成为市场价格所接受的产品，电源可采用市售铅酸蓄电池。自行车的适当部位安装蓄电池，同时可用切换电池组或加装晶体管脉冲调速器进行调速。
上述实例的技术数据，可以作相应的改动，用适当的电动机功率与合理的变速机构相配合，成为用于其他场合的驱动装置。
参照图4图5和图6，一种无刷直流电动机的自行车助推器驱动装置，它是应用
图1结构的另一个实施例。如图4所示，它以电子换向装置代替了一般直流电动机的机械换向装置，定子5线圈电流的换向是通过霍尔元件检测转子6的磁极位置，并通过开关晶体管控制定子5线圈的电流换向。
图4中定子转子组件包括定子组件的支座31，它用软磁材料制成；电子换向开关装置44，它由电子检测件和控制器件构成并用导热绝缘材料进行封装；定子线圈46，它呈平面形状与定子支座31的径向凸缘固定连接；转子磁极49，它由永磁材料组成且与转子基体42的径向凸缘固定连接；以及安装了轴承24的转子基体42，它可以采用A3钢制成。
上述电子换向装置44与线圈46的连接原理如图5所示。组成电子开关检测元件的是霍尔磁敏元件B1、B2、B3、B4；控制器件是Voms功率开关晶体管T1、T2、T3、T4；每副霍尔磁敏元件和功率开关管、例如B1和T1与对应的一副绕组L1连接，构成四路并联回路。这样构成的定子组件线圈46，由霍尔元件B1－B4对应不同的转子位置而依次输出不同信号，使定子绕组顺序轮流通电，形成跳跃式旋转磁场，使转子6旋转。
用于自行车助推器时，无刷直流电机可与有刷直流电机取相同的外形尺寸，它的转子磁极49的材料选择为高磁能的稀土磁铁，设置12极均布磁极，S、N极(每隔30度角)相间，其端部对着定子5，固定在转子基体42的径向凸缘上。
使用于自行车上的电机功率设计为100－200瓦，电源为12V或24V，本实例中定子线圈46为24极分为24×4个绕组。导线中通过的平均电流总和为17A，选用的线径为直径0.15毫米，所通过的电流为0.2A，电流密度8A／mm2，每个绕组30圈。
线圈46的连接以及磁极49，霍尔磁敏元件元件44的安置如图6所示。定子线圈46均布在24个极靴43(如图7所示)上，每个极靴上设4个绕组，其中两个绕组的磁性方向与另两个绕组相反。例如L1L2L4L3绕组中L1L4与L2L3为相反的磁性方向；L1L3L2L4绕组中L1L2与L3L4为相反的磁性方向，并且与前后两绕组中两个L2为相反的磁性方向；以下各极靴上的绕组依次类推地排列。转子42的基座凸缘侧面粘接磁极49，共12个均布的平面形磁极。4个磁敏元件接B1、B2、B3、B4的顺序排列在定子组件中且它们所占的位置与一对SN磁极相对应。
如图6左端所示，磁敏元件B受到对应的NS极磁感应，使线路中的T2导通、L2中流过电过电流，位于上述左端第一、二两个极靴上的两个L2绕组分别产生N、S两个磁极极性，使转子42转过一个角度；然后B3受到对应的NS极磁感应，重复上述的电磁感应过程……，定子转子组件中产生跳跃式的旋转磁场，使电机旋转工作。
参照图7，定子基座31的单个极靴43上配置线圈46的绕组，在本实例中，极靴43与定子31基座为一体，24个极靴沿半径方向均布；每个极靴上重叠4个绕组，每个绕组的外形是扇形且在一个平面上以盘香形式绕制而成；绕组的平面线圈之间以及与极靴固定连接是采用有机粘结剂粘接。
上述无刷直流电机转速600－1500rpm，转矩2Nm左右，配合的变速机构速比可以取101左右，其调速方式为电压调速。该电机配备于自行车助推器，成本较低，使用寿命可达到或超过滚动轴承的使用寿命。
无刷直流电机驱动装置只需稍作改动就可以获得1KW的功率和10kgM的转矩；若加强散热、加大电子换向的功率管，将能有更高的输出功率，使用于较大的交通工具或其他驱动场合。
权利要求1.一种轮轴轴内驱动装置，包括轮轴，轴壳，设在轴壳内的直流电机，齿轮变速机构，直流电机设有扁盘形状的定子转子组件，定子基座与轮轴同轴安装且固定连接，转子设有由轮轴转动支承的转子基座且与变速机构输入元件成可拆卸连接，其特征在于，所述直流电机定子转子的基座各有一径向凸缘，该凸缘侧面固定连接平面形磁极、平面线圈构成定子转子组件。
2.根据权利要求1所述的轮轴轴内驱动装置，其特征在于所述电机是有刷直流电机，包含与定子基座凸缘侧面粘接的永磁固定磁极，粘接在转子基座径向凸缘侧面的平面线圈，由软磁材料构成的转子基座及其凸缘，电刷及其固定压力调节部件。
3.根据权利要求1所述的轮轴轴内驱动装置，其特征在于所述电机是无刷直流电机，包含粘接在定子基座凸缘正面极靴位置的线圈绕组，设在该凸缘背面由霍尔磁敏元件、晶体管构成的电子换向开关装置，与转子基座凸缘侧面粘接的平面形转子磁极。
4.根据权利要求1、2或3所述的轮轴轴内驱动装置，其特征在于所述平面线圈的绕组由导线在一个平面上绕为盘香形式且绕组外形呈扇形，绕组由有机粘结剂粘接固定在定子转子组件中。
专利摘要轮轴轴内驱动装置，包括轮轴，轴壳，设在轴壳内的直流电机，齿轮变速机构。该装置可以与车轮轴同轴安装，用作自行车等交通工具的助推器，动力源，或者其他驱动动力场合。装置中直流电机轴向尺寸小，制作成本低，它的定子转子组件中设有平面线圈和平面磁极；定子转子组件可以制成有电刷或无电刷两种形式，其中无刷直流电机采用平面线圈，平面磁极和磁敏电子换向开关装置，成本低，使用寿命长。
文档编号B62M7/00GK2042818SQ8822097
公开日1989年8月16日 申请日期1988年12月7日 优先权日1988年12月7日
发明者谈浩勤 申请人:谈浩勤