一种在外转子轴心孔设置九齿太阳轮的行星减速轮毂电机的制作方法

1.本发明涉及电动自行车技术领域，具体的说是涉及一种外转子、单级行星减速的永磁无刷轮毂电机。


背景技术：

2.在电动自行车领域，轮毂电机基本采用外转子，直驱或行星减速，外转子和定子都安装在电机轴上，外转子和定子都以电机轴为安装基准，两者的位置公差靠电机轴的形位公差保证。定子与电机轴过盈配合，外传子与电机轴之间设置双轴承。太阳轮通过螺钉锁在外转子的端面，电机轴贯穿太阳轮、外转子、定子、电机壳、电机盖，贯穿式电机轴限制了太阳轮的齿数不能太小，故限制了单级行星减速的速比，普遍在4-6之间，限制了电机的启动扭矩，在24寸以上车轮的驱动中限制了电机的小型化。也有轮毂电机采用内转子行星减速，太阳轮也采用九齿齿数，行星轮多采用双联齿增加减速比，行星架与右半轴固定成整体，左半轴与定子固定成整体，太阳轮作扭矩输入，齿圈输出，齿圈与单向离合器的外圈焊接固定，单向离合器的内圈再与电机外壳连接，扭矩传递到轮毂上。电机实现了小型化并减少了磁钢用量，但内部结构相对复杂，内传子惯量小，虽响应快，但匹配26寸以上的大惯量负载车轮容易引起控制震荡。


技术实现要素：

3.为增大单级行星减速的速比，以提高外转子的转速，增大外转子的转动惯量，增大电机功率密度和扭矩密度，高转动惯量也使得轮毂电机具备陀螺效应，自行车行驶更稳定。
4.本发明以电机壳和电机盖的轴承孔作为设计和电机的安装基准，并在外转子轴心孔设置九齿太阳轮，仍采用单级行星减速，在相同齿圈齿数和模数下，做大减速比，提高启动扭矩和转速，增加转动惯量。
5.要实现在外转子轴心孔安装九齿太阳轮，则要断开贯穿式电机轴，分开成三段，左右两段同样采用螺母锁在车架后叉上，并支撑电机壳体，是名左半轴和右半轴，中间段则由九齿的太阳轮替代，简称九齿太阳轮。
6.进一步地，九齿太阳轮两端设置轴伸，其上设置太阳轮左轴承和右轴承分别与左半轴和右半轴连接，构成新的电机轴，是名三段式电机轴，两端的轴伸与太阳轮左右轴承的内圈都是间隙配合。进一步地，九齿太阳轮的右端设置轴环与外转子连接，其上设置键槽，容纳平键传递扭矩；设置卡环槽安装弹性卡环对外转子轴向限位；左端设置螺旋齿，齿数为九，法向模数根据电机功率大小选1.0或1.25；设置的螺旋方向使得太阳轮上的轴向力压向外转子。
7.进一步地，外转子的中心剖面设计成e字形，轴颈作为电机的中心和安装基准；轴心设为通孔，是名轴心孔，与九齿太阳轮轴环配合；轴颈上设置双列转子轴承，定子铝芯与转子轴承的外圈配合，定子以外转子的轴颈为安装基准，取消中介载体的贯穿式电机轴。
8.进一步地，定子铝芯外圆柱与铁芯过盈装配成整体；铝芯内腔上开设数条凹陷的
工艺槽，增加散热面积和减轻重量；内腔设置右端内螺纹与右半轴连接。
9.进一步地，右半轴左端设置沉孔，与太阳轮右轴承外圈配合；右半轴左端轴颈上设置外螺纹和定子铝芯螺纹连接紧固成整体或者右半轴与定子铝芯采用6061铝棒一体热锻成型；设置轴肩和卡环槽固定轮毂右轴承；轴肩上钻过线孔与轴心贯穿孔组成电机出线的通路。
10.进一步地，左半轴右端设置沉孔，与太阳轮左轴承外圈配合；行星架套在左半轴右端轴颈上，在两者配合的圆柱面之间设置三个以上的滚柱与弹簧，共同组成单向滚柱式离合器，避免滑行时车轮带动电机转子转动；右端轴颈分别设置轴环与卡环槽，安装弹性卡环对行星架进行轴向限位；设置轮毂左轴承卡环槽固定轮毂左轴承。
11.进一步地，要保证电机壳与电机盖装配后成整体且两端轴承孔的同心度，电机壳与电机盖的接触装配面设计成圆锥面。
12.进一步地，为减少温升铁损，高转速并要降低基频，常用的18槽铁芯配20极外转子磁钢改为18槽配16极磁钢，或者12槽铁芯配14极磁钢；磁钢为“面包式”，即磁钢与外转子贴合面为弧面，与铁芯靠近面为直身平面，铁芯外圆再开设假槽，降低齿槽扭矩波动与谐波噪音。
13.进一步地，因左半轴与右半轴都属于悬臂梁单挑结构，为减小翘曲程度，与电机壳和电机盖配合的轮毂左右轴承都设置成双列；轮毂左右轴承的外圈分别与电机壳和电机盖过度配合，并且双列轴承分别位于其轴承孔台肩的两侧；轮毂左右轴承的内圈分别与左半轴和右半轴间隙配合，采用弹性卡环和轴肩限制轴承的内圈；左半轴与电机壳不能轴向窜动，右半轴与电机盖不能轴向窜动，避免外界轴向冲击力传导至电机内部。
14.进一步地，右半轴的右端与旋飞的右端内圈之间再加设一个支撑的轴承铜套，增加右半轴的支撑跨距，旋飞的内圈与电机盖螺纹连接成整体。
15.进一步地，可以取消轮毂右轴承，将右半轴与电机盖过盈连接成整体，即行星齿圈固定，左半轴输出电机扭矩，转向与外转子一致，减速比为行星齿圈齿数除九再加一。将电机壳或电机盖及右半轴固定在车架五通位置，左半轴固连小牙盘，轮毂电机变成中置电机。
16.附图说明
[0017] 图1轮毂电机剖面示意图； 图2轮毂电机爆炸示意图； 图3三段式电机轴示意图；图4三段式电机轴与外转子和定子铝芯装配剖面示意图；图5左半轴与行星架组成的滚柱式单向离合器剖面示意图；图6九齿太阳轮示意图；图7左半轴示意图；图8右半轴示意图； 图9定子铝芯示意图； 图10外转子示意图；图11电机壳与电机盖装配剖面示意图；
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图12轮毂电机做中置电机使用的示意图。
[0018]
附图中标记：1电机壳、2电机盖、3左半轴、4右半轴、5九齿太阳轮、6外转子、7铁芯、8定子铝芯、9行星架、10轮毂左轴承、11轮毂右轴承、12a太阳轮左轴承、12b太阳轮右轴承、13转子轴承、14卡环、15平键、16电机线、3a左半轴右端轴颈、3b左半轴沉孔、3c左半轴卡环槽、3e轮毂左轴承卡环槽、4a右半轴左端外螺纹、4b右半轴沉孔、4c过线孔、4f右半轴轴肩、4e轮毂右轴承卡环槽、5a右轴伸、5b左轴伸、5c太阳轮轴环、5d太阳轮键槽、5e太阳轮卡环槽、6a外转子轴心孔、6b外转子轴颈、6c轴心键槽、8a铝芯右端内螺纹、8b铝芯内腔、8c内腔工艺槽、8d铝芯外圆柱。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0020]
如图1、图2所示，永磁无刷轮毂电机，采用外传子6，铁芯7套在定子铝芯8上。单级行星减速，行星齿圈固定在电机壳1上，输出电机扭矩。没有贯穿定子、转子、电机壳1的电机轴。
[0021]
九齿太阳轮5位于外转子轴心孔6a，平键15位于外转子6的轴心键槽6c和太阳轮键槽5d内。双列转子轴承13位于外转子轴颈6b与铝芯内腔8b之间。
[0022]
双列轮毂左轴承10在左半轴3上支撑电机壳1，双列轮毂左轴承10的外圈卡住电机壳1的轴承孔台肩，内圈由弹性卡环限位，左半轴3和电机壳1轴向固定。双列轮毂右轴承11在右半轴4上支撑电机盖2，双列轮毂右轴承11的外圈卡住电机盖2的轴承孔台肩，内圈由弹性卡环限位，右半轴4和电机盖2轴向固定。
[0023]
太阳轮左轴承12a位于左半轴沉孔3b和左轴伸5b之间，太阳轮右轴承12b位于右半轴沉孔4b和右轴伸5a之间。电机线16从过线孔4c穿过右半轴4的轴心通孔引出到电机外面。
[0024]
如图3所示，左半轴3、右半轴4、九齿太阳轮5、太阳轮左轴承12a、太阳轮右轴承12b构成三段式电机轴，左半轴3的左端螺纹与右半轴4的右端螺纹分别用螺母锁在后车架上，九齿太阳轮随外转子6转动。
[0025]
如图4、图5所示，左半轴右端轴颈3a插入行星架9作为离合器的内圈或轴，支撑行星架9。卡环14限制行星架9轴向移动。
[0026]
如图6所示，九齿太阳轮5的左端设置螺旋齿，齿数为九。右端设置太阳轮轴环5c与外转子轴心孔6a配合，其上设置太阳轮键槽5d，容纳平键15传递扭矩。设置太阳轮卡环槽5e安装转子卡环对外转子6轴向限位。
[0027]
如图7所示，左半轴3的右端设置左半轴沉孔3b，容纳太阳轮左轴承12a，使得左半轴3与太阳轮5同轴心。在左半轴右端轴颈3a设置左半轴卡环槽3c安装卡环14对行星架9轴向限位。左半轴3的左端车螺纹并铣对称扁位，与贯穿式电机轴相同结构，螺母固定锁在车架上。
[0028]
如图8所示，右半轴4的左端设置右半轴沉孔4b，容纳太阳轮右轴承12b，使得右半轴4与太阳轮5同轴心。左端设置右半轴左端外螺纹4a，与铝芯右端内螺纹8a螺纹连接。左端
设置过线孔(4c)，让电机线16穿出电机。右半轴4的右端车螺纹并铣对称扁位，与贯穿式电机轴相同结构，螺母固定锁在车架上。
[0029]
如图9所示，设置铝芯右端内螺纹8a与右半轴左端外螺纹4a连接成整体。设置内腔工艺槽8c，增大散热面积，减轻重量。
[0030]
如图10所示，外转子6与磁钢装配示意图，磁钢为16片，磁钢为“面包式”，磁钢与外转子6贴合面为弧面，与铁芯7靠近面为直身平面。
[0031]
外转子6的中心剖面成e字形，外转子轴颈6b的长度尽可能与磁钢贴合圈口平齐，增大双列转子轴承13的跨距。外转子轴心孔6a为通孔，是整个电机的轴心，在轴心孔6a上开设轴心键槽6c。
[0032]
如图11所示，电机壳1与电机盖2装配的结合面示意图，结合面为圆锥面，锁紧电机盖2能使两者自动对准轴心。
[0033]
如图12所示，将轮毂电机的电机壳1和右半轴4固定在车架的五通位置，左半轴3固定连接一个小牙盘，再增加一个张紧链轮，与中轴大牙盘一起链传动输出扭矩，轮毂电机可做中置电机来使用。
[0034]
以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。