一种可换挡变速轮毂电机的制作方法

一种可换挡变速轮毂电机
1.技术领域 本名称为一种可换挡变速轮毂电机的实用新型涉及一种电机，特别是一种可换挡变速的轮毂电机，适用于两轮电动车和有脚踏机构可骑行的两轮电动助力自行车。
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背景技术：
现已有的一般两轮电动车用的电机大部分是外转子直接驱动轮毂的轮毂电机，现已有的两轮电动助力自行车用的轮毂电机大部分是包含有固定减速比的行星减速机构的有齿轮毂电机，上述减速比固定不变的轮毂电机在爬坡等大负载条件时，由于不能通过换挡增大减速比以降低输出转速并增大输出扭矩，存在电流大和能量利用效率低的缺陷，因而爬坡能力差。申请号为201510374196.5的发明专利公开的电动自行车用可变减速比的中置电机，虽然可通过电机转子的正、反向运行能以两种不同的减速比输出动力，但只能往一个方向输出动力使车前进，当要推动车往后退时，由于单向离合器的逆止作用，这种电机驱动的车轮不能往后退方向转动，因而往后推动车很费劲，使用起来很不方便。申请号为201010132353.9的发明专利公开的电动车变档驱动轮毂的离合式输出机构，能在电机停止运行时，通过离合式输出机构使输出齿轮与轮毂分离，从而轮毂可往后退方向转动，但该发明的变档驱动轮毂整体结构过于复杂。
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技术实现要素：
本实用新型的目的是避免现已有的用于两轮电动车和两轮电动助力自行车的电机存在的一些不足，提供一种可换挡变速的轮毂电机。本名称为一种可换挡变速轮毂电机的实用新型包括：一包含有左、右端盖和轮毂的外壳、一放置于所述外壳内部的外转子无刷电机、一用于产生低速挡速度的行星减速机构、若干超越离合器、若干轴承、一制动器以及一制动器控制机构，其特征在于：通过操作所述制动器控制机构可控制所述制动器对所述行星减速机构的行星架是否进行制动，当改变所述外转子无刷电机运行方向为一运行方向且所述制动器对所述行星减速机构的行星架制动时，可换低速挡前进；当改变所述外转子无刷电机运行方向为另一与上述运行方向相反的运行方向时，可换高速挡前进；当所述外转子无刷电机不运行且所述制动器对所述行星减速机构的行星架不制动时，由于所述行星减速机构的行星架和太阳轮以及内齿圈都不受约束，因此所述外壳还能往后退方向转动。以方便推动车辆往后退。所述的一种可换挡变速轮毂电机只有一级所述用于产生低速挡速度的行星减速机构时，所述制动器优选为一刹车装置，所述刹车装置为一鼓刹，所述制动器控制机构为一脚刹机构，该脚刹机构与所述鼓刹连接，所述鼓刹的刹车鼓固定于所述行星减速机构的行星架上或与其连成一体，所述脚刹机构还具有可检测所述脚刹踏板是否踩到位的开关，该开关通断两状态能各自分别对应所述鼓刹的刹车和松刹两状态，电机驱动控制器可根据该开关的状态及调速转把复位信号来控制所述外转子无刷电机运行方向的变化，以进行换挡，当所述鼓刹为刹车状态且将调速转把重新复位后可换低速档前进，反之，当所述鼓刹为松刹状态且将调速转把重新复位后可换高速档前进。所述的一种可换挡变速轮毂电机还包括一用于二级减速的行星减速机构时，所述制动器为一湿式多盘制动器，所述制动器控制机构为一可由放置于方向把上的按钮开关来操控的由电机或电磁铁驱动的电动液压控制机构，所述外壳的一侧端盖的内侧沿圆周方向等间距间隔装有用于检测其转速的若干块状磁钢，并且在所述用于二级减速的行星减速机构靠近所述块状磁钢一
侧装有霍尔传感器，当所述外壳转动时，所述霍尔传感器会产生脉冲宽度与所述外壳转速负相关的脉冲信号，在所述用于产生低速挡速度的行星减速机构的行星架被制动时，电机驱动控制器可根据其接收到的该脉冲信号来控制所述外转子无刷电机改变运行方向，以自动换挡，当所述外壳转速低于一预先设定转速时可换低速挡前进，反之，当所述外壳转速高于另一预先设定转速时可换高速挡前进。本实用新型的有益效果是：(一)由于本实用新型的一种可换挡变速轮毂电机通过对其所述行星减速机构的行星架是否进行制动，就能在实现通过改变其内所述外转子无刷电机运行方向即可换挡变速的同时，还能通过不对其所述行星减速机构的行星架进行制动实现在其内所述外转子无刷电机不运行时其所述外壳可向后退方向转动，所以其换挡变速机构比较简单，并且使用也比较方便；(二)由于本实用新型的一种可换挡变速轮毂电机可换挡变速，能在不同负载时，以不同减速比输出动力，所以能量利用效率高，爬坡能力强。综上，本实用新型提供了一种换挡变速机构简单且使用更方便的可换挡变速的轮毂电机，可更适用于需要有换挡变速功能的两轮电动车和两轮电动助力自行车。
4.附图说明 图1是本实用新型的一较佳实施例的结构图。图中：1、左端盖；2、轮毂；3、右端盖；4、超越离合器；5、左主轴承；6、轴承；7、内齿圈；8、行星轮；9、行星架；10、太阳轮；11、左盖；12、外壳筒体；13、右盖；14、定子；15、转子；16、中心轴；17、制动器；18、铜套；19、超越离合器；20、右主轴承；21、轴承。
5.图2是本实用新型的一较佳实施例的用来说明机械传动原理的运动简图。图中：4、超越离合器；7、内齿圈；8、行星轮；9、行星架；10、太阳轮；16、中心轴；17、制动器；19、超越离合器；30、机壳；31、外壳。
6.图3是本实用新型的另一较佳实施例的结构图。图中：1、左端盖；2、轮毂；3、右端盖；4、超越离合器；5、左主轴承；6、轴承；7、内齿圈；8、行星轮；9、行星架；10、太阳轮；11、左盖；12、外壳筒体；13、右盖；14、定子；15、转子；16、中心轴；17、制动器；19、超越离合器；20、右主轴承；21、轴承；22、行星架；23、太阳轮；24、霍尔传感器；25、块状磁钢；26、轴承；27、内齿圈；28、行星轮；29、套筒。
7.图4是本实用新型的另一较佳实施例的用来说明机械传动原理的运动简图。图中：4、超越离合器；7、内齿圈；8、行星轮；9、行星架；10、太阳轮；16、中心轴；17、制动器；19、超越离合器；22、行星架；23、太阳轮；27、内齿圈；28、行星轮；29、套筒。30、机壳；31、外壳。
8.具体实施方式 下面结合附图及本实用新型的一较佳实施例对本实用新型作进一步的描述和举例说明。如图1和图2所示，本实用新型的一较佳实施例的一种可换挡变速轮毂电机包括一包含有左端盖1和右端盖3及轮毂2的外壳31、一放置于外壳31内部的外转子无刷电机、一用于产生低速挡速度的行星减速机构、若干超越离合器、若干轴承、一制动器17以及一制动器控制机构。通过操作所述制动器控制机构可控制制动器17对所述行星减速机构的行星架9是否进行制动。该外转子无刷电机包括一由左盖11和右盖13及外壳筒体12组成的机壳30、一定子14、一固定于外壳筒体12内壁的转子15和一可固定于车架的中心轴16以及用于支撑其机壳30的两外转子无刷电机轴承21。定子14固定安装于中心轴16上，左盖11和右盖13均固定于外壳筒体12上。左主轴承5用于支撑左端盖1，右主轴承20用于支撑右端盖3，左端盖1和右端盖3均固定于轮毂2上。所述用于产生低速挡速度的行星减速机构包括内齿圈7、行星轮8、行星架9及固定于外转子无刷电机的左盖11上的太阳轮10，行星架9
上的轴承6用于支撑行星轮8。制动器17为一鼓刹，所述制动器控制机构为一脚刹机构，该脚刹机构与所述鼓刹连接，所述鼓刹的刹车鼓与所述行星减速机构的行星架9连成一体。当所述鼓刹处于松刹状态时，行星架9及铜套18可绕中心轴16转动。当踩下所述脚刹踏板使所述鼓刹处于刹车状态时，所述鼓刹可阻止行星架9及铜套18绕中心轴16转动，如果同时改变所述外转子无刷电机运行方向为一运行方向时，其转子15带动其机壳30及右盖13可使超越离合器19打滑，机壳30不能通过超越离合器19输出扭矩，同时机壳30带动左盖11上的太阳轮10，通过行星轮8再带动内齿圈7以与所述外转子无刷电机运行方向相反的方向减速转动，并且由于此时与超越离合器4可传递扭矩的方向一致，从而进一步通过超越离合器4带动外壳31以低速挡速度转动，即换低速挡前进；当松开所述脚刹踏板使所述鼓刹处于松刹状态时，改变所述外转子无刷电机运行方向为另一与上述运行方向相反的运行方向时，其转子15带动其机壳30及右盖13以与超越离合器19可传递扭矩的方向一致的方向转动，于是机壳30能通过超越离合器19直接带动外壳31以高速挡速度转动，即换高速挡前进，同时由于此时超越离合器4打滑，所述用于产生低速挡速度的行星减速机构不能再通过超越离合器4输出扭矩。即：通过操作所述制动器控制机构可控制制动器17对所述行星减速机构的行星架9是否进行制动，当改变所述外转子无刷电机运行方向为一运行方向且制动器17对所述行星减速机构的行星架9制动时，可换低速挡前进；当改变所述外转子无刷电机运行方向为另一与上述运行方向相反的运行方向时，可换高速挡前进。当所述外转子无刷电机不运行且制动器17对所述行星减速机构的行星架9不制动时，由于所述行星减速机构的行星架9和太阳轮10以及内齿圈7都不受约束，因此外壳31还能往后退方向转动。以方便推动车辆往后退。所述脚刹机构还具有可检测所述脚刹踏板是否踩到位的开关，该开关通断两状态能各自分别对应所述鼓刹的刹车和松刹两状态，电机驱动控制器可根据该开关的状态及调速转把复位信号来控制所述外转子无刷电机运行方向的变化，以进行换挡，当所述鼓刹为刹车状态且将调速转把重新复位后可换低速档前进，反之，当所述鼓刹为松刹状态且将调速转把重新复位后可换高速档前进。
9.下面结合附图及本实用新型的另一较佳实施例对本实用新型作进一步的描述和举例说明。如图3和图4所示，本实用新型的另一较佳实施例的一种可换挡变速轮毂电机包括一包含有左端盖1和右端盖3及轮毂2的外壳31、一放置于外壳31内部的外转子无刷电机、一用于产生低速挡速度的行星减速机构、一用于二级减速的行星减速机构、若干超越离合器、若干轴承、一制动器17以及一制动器控制机构。通过操作所述制动器控制机构可控制制动器17对所述行星减速机构的行星架9是否进行制动。该外转子无刷电机包括一由左盖11和右盖13及外壳筒体12组成的机壳30、一定子14、一固定于外壳筒体12内壁的转子15和一可固定于车架的中心轴16以及用于支撑其机壳30的两外转子无刷电机轴承21。定子14固定安装于中心轴16上，左盖11和右盖13均固定于外壳筒体12上。左主轴承5用于支撑左端盖1，右主轴承20用于支撑右端盖3，左端盖1和右端盖3均固定于轮毂2上。所述用于产生低速挡速度的行星减速机构包括内齿圈7、行星轮8、行星架9及固定于外转子无刷电机的左盖11上的太阳轮10，行星架9上的轴承6用于支撑行星轮8。所述用于二级减速的行星减速机构包括与中心轴16通过键连接的内齿圈27、行星轮28、与外壳31通过键连接的行星架22及固定于套筒29一端上的太阳轮23，套筒29另一端以花键齿方式与所述用于产生低速挡速度的行星减速机构内齿圈7连接，轴承26用于支撑行星轮28。制动器17为一湿式多盘制动器，所述制
动器控制机构为一可由放置于方向把上的按钮开关来操控的由电机或电磁铁驱动的电动液压控制机构，该电动液压控制机构通过液压油管与所述湿式多盘制动器的液压油缸连接。当所述湿式多盘制动器处于不制动状态时，行星架9可绕中心轴16转动。当所述湿式多盘制动器处于制动状态时，所述湿式多盘制动器可阻止行星架9绕中心轴16转动，如果同时改变所述外转子无刷电机运行方向为一运行方向时，其转子15带动其机壳30及左盖11可使超越离合器19打滑，机壳30不能通过超越离合器19输出扭矩，同时由于此时所述外转子无刷电机运行方向与超越离合器4可传递扭矩的方向一致，机壳30可通过超越离合器4带动装于其上的太阳轮10，太阳轮10通过行星轮8再带动内齿圈7以与所述外转子无刷电机运行方向相反的方向减速转动，内齿圈7再带动与其连接的套筒29及固定于套筒29上的所述用于二级减速的行星减速机构的太阳轮23，从而进一步经过所述用于二级减速的行星减速机构减速后带动行星架22及外壳31以低速挡速度转动，即换低速挡前进；此时如果改变所述外转子无刷电机运行方向为另一与上述运行方向相反的运行方向，由于运行方向改为与超越离合器19可传递扭矩的方向一致，其转子15带动其机壳30及左盖11，再由左盖11可通过超越离合器19直接带动内齿圈7，内齿圈7再带动与其连接的套筒29及固定于套筒29上的所述用于二级减速的行星减速机构的太阳轮23，从而进一步经过所述用于二级减速的行星减速机构减速后带动行星架22及外壳31以高速挡速度转动，即换高速挡前进，同时由于此时超越离合器4打滑，所述外转子无刷电机不能再通过超越离合器4向所述用于产生低速挡速度的行星减速机构输出扭矩。即：通过操作所述制动器控制机构可控制制动器17对所述用于产生低速挡速度的行星减速机构的行星架9是否进行制动，当改变所述外转子无刷电机运行方向为一运行方向且制动器17对所述用于产生低速挡速度的行星减速机构的行星架9制动时，可换低速挡前进；当改变所述外转子无刷电机运行方向为另一与上述运行方向相反的运行方向时，可换高速挡前进。当所述外转子无刷电机不运行且制动器17对所述用于产生低速挡速度的行星减速机构的行星架9不制动时，由于所述用于产生低速挡速度的行星减速机构的行星架9和太阳轮10以及内齿圈7都不受约束，因此外壳31还能往后退方向转动。以方便推动车辆往后退。外壳31的左侧端盖即左端盖1的内侧沿圆周方向等间距间隔装有用于检测其转速的若干块状磁钢25，并且在所述用于二级减速的行星减速机构靠近块状磁钢25一侧装有霍尔传感器24，当外壳31转动时，霍尔传感器24会产生脉冲宽度与外壳31转速负相关的脉冲信号，在所述用于产生低速挡速度的行星减速机构的行星架9被制动时，电机驱动控制器可根据其接收到的该脉冲信号来控制所述外转子无刷电机改变运行方向，以自动换挡，当外壳31转速低于一预先设定转速时可换低速挡前进，反之，当外壳31转速高于另一预先设定转速时可换高速挡前进。综上所述，通过二级减速和可基于外壳31转速进行自动换挡使得本实用新型更适用于对电机重量和扭矩性能均有更高要求的两轮电动助力自行车。
10.虽然本实用新型已以一较佳实施例和另一较佳实施例公布如上，然本实用新型的保护范围应不限于上述实施例所描述的内容，而应包括不脱离本实用新型的更动和修改，并以本实用新型的申请所提出的权利要求限定的范围为准。