本發(fā)明涉及用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，屬于電機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電動(dòng)自行車(chē)用有齒輪轂電機(jī)，一般是在輪轂內(nèi)安置高速驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)，采用了一級(jí)減速的定軸行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，并在其行星齒輪架上組合了單向超越離合器，使用這種輪轂電機(jī)的自行車(chē)保留了自行車(chē)的滑行能力和蹬踏騎行功能，但自行車(chē)的續(xù)行里程并沒(méi)有得到實(shí)質(zhì)性的提高，這種有齒輪轂電機(jī)使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)際上就是直徑減小了的低速輪轂電機(jī)，其轉(zhuǎn)速一般不超過(guò)1500轉(zhuǎn)/分鐘，嚴(yán)格意義上講還算不上是高速電機(jī)，減速比通常為1:4.3，輪轂電機(jī)對(duì)輪徑的適應(yīng)性較差，而且這種內(nèi)置于輪轂內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其繞組、永磁體等在輪轂內(nèi)是開(kāi)放的，無(wú)法使用液體潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，減速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)效率不高，機(jī)械磨損較大。

中國(guó)專(zhuān)利號(hào)201010247971.8公開(kāi)了一種超薄大功率直流永磁電機(jī)，提出了一種優(yōu)選使用扁平漆包線(xiàn)繞制的外圈形狀為扇形的線(xiàn)圈，加以疊加組合成線(xiàn)圈繞組，單層繞組繞制好后，在其表面涂上固定的膠水進(jìn)行固定，繞組安裝在定子架的槽內(nèi)并由內(nèi)壓圈和外壓圈固定。實(shí)際的狀況是，要保證線(xiàn)圈的外圈形狀為扇形，線(xiàn)圈的三角形內(nèi)孔的面積需足夠大，減少繞組的匝數(shù)，而如此繞制的線(xiàn)圈，定子盤(pán)空間利用率低，磁場(chǎng)集聚性差，為減少磁通損失，永磁體必須有足夠的徑向長(zhǎng)度，因此內(nèi)壓圈、外壓圈與扇形繞組的重疊區(qū)域很小，僅在表面涂上固定膠水的線(xiàn)圈繞組在振動(dòng)、發(fā)熱等狀況下很容易像鐘表發(fā)條一樣散架損壞。而采用圓形導(dǎo)線(xiàn)繞制的線(xiàn)圈，則需選擇線(xiàn)徑較小的屈服強(qiáng)度低的圓導(dǎo)線(xiàn)才能保持外圈形狀為扇形，也不可能生產(chǎn)出大功率的直流永磁電機(jī)。大電流的大功率電機(jī)必然會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，需要有可靠的散熱方案，該發(fā)明采用了高強(qiáng)度、高硬度、耐熱、耐沖抗擊、抗老化的工程塑料精密注塑成型的定子架，其熱導(dǎo)系數(shù)一般只有0.04W/mK，而且扁平線(xiàn)繞制的線(xiàn)圈繞組要求定子盤(pán)兩側(cè)的氣隙磁密?chē)?yán)格相等，靠扁薄定子架中心的兩個(gè)軸承固定的轉(zhuǎn)子盤(pán)是很難滿(mǎn)足如此高的要求的，轉(zhuǎn)子盤(pán)稍有偏置扁平漆包線(xiàn)線(xiàn)圈就會(huì)發(fā)熱，而且轉(zhuǎn)速越高產(chǎn)熱越多，大量的熱量被封閉在轉(zhuǎn)子盤(pán)內(nèi)，也無(wú)法通過(guò)工程塑料制成的定子架消散，其技術(shù)方案本身就具有重大缺陷。

中國(guó)專(zhuān)利號(hào)201010289645.3公開(kāi)了一種節(jié)能輪轂電機(jī)，同樣采用了盤(pán)式無(wú)鐵芯直流電機(jī)，并以電動(dòng)車(chē)輪轂作為轉(zhuǎn)子盤(pán)，直接由輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車(chē)，該發(fā)明還在輪轂內(nèi)組合了結(jié)構(gòu)形式相同的盤(pán)式無(wú)鐵芯發(fā)電機(jī)，用于收集車(chē)輛制動(dòng)所產(chǎn)生的電能回充給蓄電池，從而起到節(jié)能的效果。實(shí)質(zhì)上，盤(pán)式無(wú)鐵芯直流電機(jī)的電感量較小，屬小功率電機(jī) 的范疇，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是高轉(zhuǎn)速低扭矩且無(wú)磁滯阻力，低轉(zhuǎn)速時(shí)的效率非常低，而市場(chǎng)上對(duì)電機(jī)功率要求較小的72V電壓的低速觀(guān)光電動(dòng)車(chē)，其電機(jī)額定功率也要求有5000W，電動(dòng)車(chē)輪轂上輪轂螺栓孔的節(jié)圓到輪輞螺栓孔的節(jié)圓間的空間是有限的，在這有限的空間內(nèi)設(shè)置大功率的盤(pán)式無(wú)鐵芯直流電機(jī)及盤(pán)式無(wú)鐵芯發(fā)電機(jī)是無(wú)法做到的，況且按該發(fā)明的描述，該節(jié)能輪轂電機(jī)的電動(dòng)車(chē)只能安裝無(wú)需充氣的實(shí)心輪胎。

申請(qǐng)?zhí)?01310033295.8公開(kāi)了一種盤(pán)式無(wú)鐵芯永磁直流電機(jī)，是一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，其采用的技術(shù)方案是：線(xiàn)圈繞組是由多段圓弧組成的軸對(duì)稱(chēng)錐形環(huán)環(huán)形繞組，錐形環(huán)的尖端靠近定子軸心，軸對(duì)稱(chēng)錐形環(huán)的中心軸線(xiàn)三等分后形成兩個(gè)不同的內(nèi)徑尺寸，其中錐形環(huán)尖端的內(nèi)徑是另一內(nèi)徑的三分之二，這種環(huán)形繞組，定子盤(pán)的空間利用率很低，磁場(chǎng)集聚性更差，方案中提及的“定子電樞繞組采用無(wú)鐵心結(jié)構(gòu)，直接有繞組注塑而成”，也無(wú)實(shí)現(xiàn)的可能，注塑過(guò)程中是無(wú)法理清無(wú)序的繞組出線(xiàn)的，產(chǎn)品合格率會(huì)非常低。該發(fā)明“環(huán)形繞組中間隔設(shè)置霍爾磁敏傳感器”，更是有違常識(shí)的方案，三個(gè)霍爾傳感器的九個(gè)管腳，需要在很小的氣隙空間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)串接，其工藝難度非常大，而且設(shè)置在環(huán)形繞組中間的霍爾傳感器，其金屬管腳在交變磁場(chǎng)作用下會(huì)迅速發(fā)熱，燒毀霍爾傳感器。

專(zhuān)利號(hào)201310310431.3公開(kāi)了一種盤(pán)式無(wú)鐵芯永磁無(wú)刷直流電機(jī)，采用了與申請(qǐng)?zhí)?01310033295.8公開(kāi)的一種盤(pán)式無(wú)鐵芯永磁直流電機(jī)相似的環(huán)狀線(xiàn)圈繞組，其遠(yuǎn)離軸端的圓弧半徑是靠近軸端的圓弧半徑的1.5－2倍，兩腰線(xiàn)部分的圓弧半徑是遠(yuǎn)離軸端的圓弧半徑的3－5倍，定子盤(pán)的空間利用率很低，磁場(chǎng)集聚性更差，而且線(xiàn)圈繞組缺少限位裝置，難以限制線(xiàn)圈在軸向的位移；該發(fā)明電機(jī)采用了一種外轉(zhuǎn)子殼體轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)式無(wú)鐵芯直流電機(jī)，發(fā)明目的不明確，設(shè)置四個(gè)O形密封圈的針對(duì)性不強(qiáng)，電機(jī)缺少動(dòng)力輸出裝置和固定裝置，電機(jī)軸上采用兩種規(guī)格迥異的軸承也似有不妥，電機(jī)采用無(wú)位置hall位置傳感器，啟動(dòng)時(shí)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)遲滯現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種采用高效高轉(zhuǎn)速的盤(pán)式無(wú)鐵芯直流電機(jī)為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的，用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，在保持通軸結(jié)構(gòu)前提下，采用兩級(jí)減速的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，保證了輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性；并且由于減速機(jī)構(gòu)減速比的可選擇性較強(qiáng)，提高了本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)對(duì)電動(dòng)自行車(chē)輪圈規(guī)格的適應(yīng)性。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，包括左端蓋、右端蓋、主軸和輪轂，所述左端蓋通過(guò)第一軸承和第一油封套在主軸上，左端蓋或右端蓋或輪轂上設(shè)有注油口，右端蓋通過(guò)第二軸承和第二油封套在主軸上，左 端蓋和右端蓋通過(guò)密封圈與輪轂連接，所述左端蓋通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與太陽(yáng)輪齒圈連接，太陽(yáng)輪齒圈固定在電機(jī)上，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)太陽(yáng)輪齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)左端蓋轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)，左端蓋、右端蓋和輪轂通過(guò)第一油封、第二油封和密封圈將減速機(jī)構(gòu)和電機(jī)密封；所述減速機(jī)構(gòu)包含行星架、若干個(gè)第一行星輪、若干個(gè)第二行星輪和中心輪，所述第一行星輪與太陽(yáng)輪齒圈嚙合，第一行星輪與第二行星輪通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第三軸承安裝在行星架上，行星架套在主軸上，第二行星輪與固定在左端蓋上的中心輪嚙合。

作為優(yōu)選，所述行星架套裝在主軸上，在其中心孔開(kāi)有鍵槽，由主軸上的凸檔作靠山定位，通過(guò)卡簧、軸銷(xiāo)與主軸鎖定。

作為優(yōu)選，所述電機(jī)包含定子盤(pán)，所述主軸上依次套有第一甩油環(huán)、第四軸承、定子盤(pán)、第二甩油環(huán)和第五軸承，第一甩油環(huán)和第四軸承上套有第一轉(zhuǎn)子盤(pán)，第二甩油環(huán)和第五軸承上套有第二轉(zhuǎn)子盤(pán)，第一轉(zhuǎn)子盤(pán)和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)的內(nèi)側(cè)分別設(shè)有第一凹槽，第一凹槽內(nèi)安裝有永磁體，所述定子盤(pán)上安裝有若干個(gè)周向均布的線(xiàn)圈，第一轉(zhuǎn)子盤(pán)外側(cè)與太陽(yáng)輪齒圈固定連接，通過(guò)太陽(yáng)輪齒圈輸出扭矩，所述太陽(yáng)輪齒圈設(shè)有第一排油孔，第二轉(zhuǎn)子盤(pán)上設(shè)有第二排油孔。

作為優(yōu)選，所述定子盤(pán)中心嵌有導(dǎo)熱環(huán)，導(dǎo)熱環(huán)套在主軸上。

作為優(yōu)選，所述第一轉(zhuǎn)子盤(pán)的端部設(shè)有圓環(huán)凸臺(tái)，第二轉(zhuǎn)子盤(pán)的端部設(shè)有圓環(huán)凹槽，圓環(huán)凸臺(tái)插入到圓環(huán)凹槽內(nèi)，圓環(huán)凸臺(tái)上設(shè)有密封膠條將第一轉(zhuǎn)子盤(pán)和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)密封。

作為優(yōu)選，所述永磁體為扇形釹鐵硼永磁材料，其徑向長(zhǎng)度即扇形永磁體的內(nèi)外半徑差是線(xiàn)圈的徑向直徑即長(zhǎng)直徑的0.5-0.8倍。

作為優(yōu)選，所述永磁體包含若干個(gè)永磁體單元，相鄰兩個(gè)永磁體單元之間留有間隙，間隙的大小與電氣性能參數(shù)適配。

作為優(yōu)選，所述線(xiàn)圈為圓銅漆包線(xiàn)繞制的空心線(xiàn)圈，其內(nèi)孔形狀為三角形，繞制后的外圈形狀為梨形；所述線(xiàn)圈的三角形內(nèi)孔位于定子盤(pán)內(nèi)側(cè)的內(nèi)角小于60°，三角形內(nèi)孔的徑向長(zhǎng)度小于線(xiàn)圈的徑向直徑即長(zhǎng)直徑的三分之一。

作為優(yōu)選，所述第一甩油環(huán)和第二甩油環(huán)的內(nèi)圓有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋的內(nèi)直徑與其所在位置的主軸的直徑一致，第一甩油環(huán)和第二甩油環(huán)的內(nèi)螺紋方向相反。

本發(fā)明的有齒輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，采用了軸向磁場(chǎng)無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)，電機(jī)氣隙磁通密度較小，電機(jī)轉(zhuǎn)速高，其高效率區(qū)間與電動(dòng)自行車(chē)正常騎行所需的動(dòng)力區(qū)間匹配好，可大幅度提高電動(dòng)自行車(chē)的續(xù)行里程；這種盤(pán)式永磁直流電機(jī)，在定子兩側(cè)各有一個(gè)平底碗狀的轉(zhuǎn)子盤(pán)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子盤(pán)在永磁體磁場(chǎng)的作用下緊密地咬合在一起，電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 封閉在兩轉(zhuǎn)子盤(pán)內(nèi)；這種具有高速特性的封閉結(jié)構(gòu)的盤(pán)式永磁直流電機(jī)，非常適合作為有齒輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并且能使用液體潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑；這種用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，需要通過(guò)上述技術(shù)方案，有效地阻止?jié)櫥拖蜉嗇炌庖约跋蝌?qū)動(dòng)電機(jī)內(nèi)部的滲漏，改善驅(qū)動(dòng)電機(jī)的散熱性能。

有益效果：本發(fā)明的用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用了盤(pán)式無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)，電機(jī)重量輕，高速性能好，空載電流小且無(wú)磁滯阻力，從而使電動(dòng)自行車(chē)具有良好的蹬踏騎行功能；在保持通軸結(jié)構(gòu)前提下，采用兩級(jí)減速的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，保證了輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性；并且由于減速機(jī)構(gòu)減速比的可選擇性較強(qiáng)，提高了本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)對(duì)電動(dòng)自行車(chē)輪圈規(guī)格的適應(yīng)性；本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，行星齒輪減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率高，周期壽命長(zhǎng)；行星齒輪減速機(jī)構(gòu)中，由于一級(jí)減速齒輪所承受的扭矩較小，因而采用了鋼齒輪與工程塑料齒輪相嚙合的形式，既保證了減速結(jié)構(gòu)的可靠性，又能有效地降低傳動(dòng)噪聲。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的整體結(jié)構(gòu)剖示圖。

圖3是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)剖示圖。

圖4是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的擋油環(huán)示意圖。

圖5是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的第一排油孔位置示意圖。

圖6是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的第二排油孔位置示意圖。

圖7是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的行星減速機(jī)構(gòu)安裝示意圖。

圖8是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的線(xiàn)圈通電后的外部磁場(chǎng)分析圖。

圖9是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的相鄰永磁體間隙調(diào)整測(cè)試的扭矩效率圖。

圖10是本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)與市售有鐵芯有齒輪轂電機(jī)的扭矩－功率－效率－轉(zhuǎn)速對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖7所示，本發(fā)明的一種用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，包括左端蓋3、右端蓋4、主軸13和輪轂2，左端蓋3通過(guò)第一軸承5和第一油封6套在主軸13上，左端蓋3、右端蓋4或輪轂2上設(shè)有注油口7，右端蓋4通過(guò)第二軸承51和第二油封61套在主軸13上，左端蓋3和右端蓋4通過(guò)密封圈8、81與通過(guò)螺絲與輪轂2連接，密封圈為橡膠制成，左端蓋3通過(guò)減速機(jī)構(gòu)與太陽(yáng)輪齒圈14連接，太陽(yáng)輪齒圈14固定在電機(jī)1上，通過(guò)電機(jī)1帶動(dòng)太陽(yáng)輪齒圈14轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)左端蓋3轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而帶動(dòng)輪轂2轉(zhuǎn)動(dòng)，左端蓋3、右端蓋4和輪轂2通過(guò)第一油封6、第二油封61和密封圈將減速機(jī)構(gòu)和電機(jī)1密封；減速機(jī)構(gòu)包含行星架9、若干個(gè)第一行星輪10、若干個(gè)第二行星輪11和中心輪12，第一行星輪10與太陽(yáng)輪齒圈14嚙合，第一行星輪10與第二行星輪11通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過(guò)第三軸承15安裝在行星架9上，行星架9套裝在主軸13上，在其中心孔開(kāi)有鍵槽，由主軸13上的凸檔作靠山定位，通過(guò)卡簧26、軸銷(xiāo)25與主軸13鎖定，第二行星輪11與固定在左端蓋3上的中心輪12嚙合，構(gòu)成了兩級(jí)減速的定軸行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。

在本發(fā)明中，電機(jī)1包含定子盤(pán)21，主軸13上依次套有第一甩油環(huán)16、第四軸承20、定子盤(pán)21、第二甩油環(huán)161和第五軸承201，第一甩油環(huán)16和第四軸承20上套有第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18，第二甩油環(huán)161和第五軸承201上套有第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19，第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19的內(nèi)側(cè)分別設(shè)有第一凹槽，第一凹槽內(nèi)安裝有永磁體22，第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18外側(cè)與太陽(yáng)輪齒圈14固定連接，通過(guò)太陽(yáng)輪齒圈14輸出扭矩，太陽(yáng)輪齒圈14設(shè)有第一排油孔24，第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19上設(shè)有第二排油孔25，定子盤(pán)21中心嵌有導(dǎo)熱環(huán)17，導(dǎo)熱環(huán)17套在主軸13上，以改善電機(jī)1的散熱性能。第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18的端部設(shè)有圓環(huán)凸臺(tái)，第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19的端部設(shè)有圓環(huán)凹槽，圓環(huán)凸臺(tái)插入到圓環(huán)凹槽內(nèi)，圓環(huán)凸臺(tái)上設(shè)有密封膠條26將第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19密封，密封膠條26、第一甩油環(huán)16和第二甩油環(huán)161以防止?jié)櫥拖螂姍C(jī)1內(nèi)部滲漏。第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19在永磁體22磁場(chǎng)的作用下，緊壓在密封膠條26上。第一甩油環(huán)16和第二甩油環(huán)161由聚四氟乙烯、尼龍等韌性好、耐腐蝕性強(qiáng)、摩擦系數(shù)小的工程塑料制成，其外圓直徑與第四軸承20、第五軸承201直徑相等，緊密安裝在第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19的軸承室內(nèi)，并與第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19作同步轉(zhuǎn)動(dòng)。第一甩油環(huán)16和第二甩油環(huán)161內(nèi)圓有內(nèi)螺紋29，內(nèi)螺紋29的內(nèi)直徑與其所在位置的主軸13的直徑一致，第一甩油環(huán)16和第二甩油環(huán)161的內(nèi)螺紋29方向相反，具體方向的選擇由電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向決定；第一甩油環(huán)16和第二甩油環(huán)161隨第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)內(nèi)螺紋29的擠出效應(yīng)，油液被甩出電機(jī)1外。

在本發(fā)明中，永磁體22為扇形釹鐵硼永磁材料，其徑向長(zhǎng)度即扇形永磁體的內(nèi)外半徑差是線(xiàn)圈23的徑向直徑即長(zhǎng)直徑的0.5-0.8倍。永磁體22包含若干個(gè)永磁體單元，相鄰兩個(gè)永磁體22單元之間留有間隙，間隙的大小與電氣性能參數(shù)適配。

如圖5和圖6所示，電機(jī)1還設(shè)有排油孔，其中第一排油孔24的開(kāi)孔方向?yàn)檩S向，開(kāi)設(shè)在太陽(yáng)輪齒圈14上，使第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18的軸承室與電機(jī)1外界相連通，孔的數(shù)量視需要確定，孔直徑為1～2mm，孔位位于第一甩油環(huán)16的外圓處；第二排油孔25的開(kāi)孔方向可選擇徑向或斜向，本實(shí)施例開(kāi)孔方向?yàn)閺较?，孔位位于第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19的軸承室 內(nèi)的第二甩油環(huán)161處，使第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19的軸承室與電機(jī)1外界相連通，孔的數(shù)量視需要確定，孔直徑為1～2mm。設(shè)置有排油孔的用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，在半浸潤(rùn)狀態(tài)下，即使有少量油液從第一甩油環(huán)16和第二甩油環(huán)161處滲入轉(zhuǎn)子盤(pán)的軸承室內(nèi)，也會(huì)在電機(jī)1的高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，將該部分油液從排油孔中排出。

如圖1、3所示，電機(jī)1中的定子盤(pán)21中心嵌裝有導(dǎo)熱環(huán)17，其軸向高度與定子盤(pán)21的軸向高度一致；導(dǎo)熱環(huán)17的內(nèi)孔開(kāi)有鍵槽，通過(guò)軸銷(xiāo)套接在主軸13上；導(dǎo)熱環(huán)17由銅、高強(qiáng)度鋁合金、鐵質(zhì)金屬等導(dǎo)熱性能良好的金屬材料制成，在電機(jī)1定子盤(pán)21模壓成型時(shí)將其作為嵌件，嵌合在定子盤(pán)21的中心。電機(jī)1工作時(shí)由線(xiàn)圈繞組所產(chǎn)生的熱量，通過(guò)導(dǎo)熱環(huán)17傳導(dǎo)到電機(jī)1主軸13上，再通過(guò)軸承、潤(rùn)滑油、輪轂電機(jī)外殼向外消散；同時(shí)，由于電機(jī)1內(nèi)的扇形永磁體22留有間隙，電機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在電機(jī)1內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)氣流，將熱量傳導(dǎo)到鐵質(zhì)材料的第一轉(zhuǎn)子盤(pán)18和第二轉(zhuǎn)子盤(pán)19上并向外散熱。

如圖1、7所示，行星架9套裝在主軸13上，在其中心孔開(kāi)有鍵槽，由主軸13上的凸檔作靠山定位，通過(guò)軸銷(xiāo)27、卡簧28與主軸13鎖定；第一行星輪10用強(qiáng)度高耐磨性好的尼龍或聚甲醛等工程塑料制成，第二行星輪11、中心輪12采用鋼質(zhì)材料制成，其中第二行星輪11為聯(lián)軸式齒輪，第一行星輪10和第二行星輪11通過(guò)嵌裝在行星架9上的第三軸承15組合安裝。

如圖1、2所示，左端蓋3、右端蓋4的軸承室內(nèi)位于輪轂電機(jī)的內(nèi)側(cè)設(shè)有第一油封6、第二油封61與第一軸承5和第二軸承51并列套裝在電機(jī)1的主軸13上；在輪轂2或左端蓋3或右端蓋4的適當(dāng)位置設(shè)有一個(gè)液體潤(rùn)滑油的注油口7。作為優(yōu)選，本實(shí)施例將注油口7布置在左端蓋3的外圓處，并有螺栓及“O”形橡膠圈封堵，方便添加或更換潤(rùn)滑油。

在實(shí)際生產(chǎn)中，在鑄造工藝中，可將輪轂2與左端蓋3或右端蓋4合并鑄造為組合體形式。

基于通電空心線(xiàn)圈外部磁場(chǎng)分析及實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明提出了用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的線(xiàn)圈23與永磁體22的最經(jīng)濟(jì)有效的組合。如圖8，通過(guò)對(duì)單個(gè)通電空心線(xiàn)圈外部磁場(chǎng)的有限元分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通電空心線(xiàn)圈中心位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著線(xiàn)圈半徑的增加先增大然后再逐漸減小，在空心的邊緣附近出現(xiàn)一個(gè)峰值，空心面積越小，磁場(chǎng)集聚越明顯；通電空心線(xiàn)圈表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度出現(xiàn)在線(xiàn)圈的軸線(xiàn)附近，距離線(xiàn)圈中心越遠(yuǎn)，特別是在線(xiàn)圈的外邊緣，衰減很快；氣隙部分線(xiàn)圈表面磁場(chǎng)強(qiáng)度最大，隨著離線(xiàn)圈表面距離的增加，磁場(chǎng)強(qiáng)度迅速衰減，數(shù)值很小；通過(guò)對(duì)通電空心線(xiàn)圈磁感應(yīng)強(qiáng)度規(guī)律的分析驗(yàn)證，得出了用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的技術(shù)路徑是：適當(dāng)減小扇形永 磁體的徑向長(zhǎng)度(扇形磁鐵的內(nèi)外半徑差)、盡可能減小線(xiàn)圈空心部分的面積。

減小扇形永磁體的徑向長(zhǎng)度，會(huì)產(chǎn)生部分磁通損失，下表為永磁體的徑向長(zhǎng)度變化對(duì)用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)成本、效率影響的實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)(空心線(xiàn)圈徑向直徑為D＝32mm，線(xiàn)圈高10.0mm，銅漆包線(xiàn)線(xiàn)徑0.6mm，通電電流3.5A，空心徑向長(zhǎng)度9.6mm，扇形永磁體內(nèi)、外直徑平均值68mm)。從表1的對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，隨著永磁體的徑向長(zhǎng)度的減小，線(xiàn)圈磁通損失隨之增大并呈加速增大的趨勢(shì)，電機(jī)最大效率也相應(yīng)降低，效率降低的程度小于磁通損失程度，永磁體材料成本的降幅更為明顯。按價(jià)值工程理論，適度減小扇形永磁體的徑向長(zhǎng)度，電機(jī)的效率和扭矩會(huì)有所降低，但能更多的降低稀土永磁的消耗，電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性更好，競(jìng)爭(zhēng)力更強(qiáng)。

表1

永磁體22徑向長(zhǎng)度(扇形永磁體的內(nèi)外半徑差)小于線(xiàn)圈23的徑向直徑的技術(shù)方案，為固定線(xiàn)圈23而設(shè)置限位裝置提供了必要的空間，兩者的比例關(guān)系，決定了限制線(xiàn)圈軸向位移的效果，如取永磁體22徑向長(zhǎng)度為0.9D，限位裝置與線(xiàn)圈的疊壓寬度小于0.05D，固定效果較差；而取永磁體22徑向長(zhǎng)度小于0.5D，則磁通損失較大，電機(jī)扭矩和效率也會(huì)相應(yīng)地降低；實(shí)驗(yàn)表明，正確處理好永磁體22徑向長(zhǎng)度與線(xiàn)圈23的徑向直徑的比例關(guān)系，能使電機(jī)的先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性得到較佳的平衡。

實(shí)施例

用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，繞組由6個(gè)線(xiàn)圈23組成，線(xiàn)圈23的徑向直徑為D＝32mm，高10.0mm，銅漆包線(xiàn)線(xiàn)徑0.67mm，三角形空心徑向長(zhǎng)度9.6mm，8個(gè)永磁體22單元的內(nèi)、外直徑平均值68mm，軸向高度6mm，徑向長(zhǎng)度20mm，輪轂采用減速比為1:8.74的行星減速機(jī)構(gòu)減速，扇形永磁體的圓心角分別取45°、41°、38°進(jìn)行對(duì)比測(cè)試；圖9中a表示永磁體圓心角為45°扭矩與效率的曲線(xiàn)，b表示永磁體圓心角為41°扭矩與效率的曲線(xiàn)，c表示永磁體圓心角為38°扭矩與效率的曲線(xiàn)，從圖9所示的扭矩效率 曲線(xiàn)圖上看，三種電機(jī)的最高效率分別為83.8％、83.1％、80.6％，相鄰兩個(gè)永磁體22單元之間留出間隙后，對(duì)電機(jī)效率影響不明顯，在高扭矩段的影響更小，這種結(jié)果也與通電空心線(xiàn)圈外部磁場(chǎng)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合；永磁體22之間的間隙變化對(duì)電機(jī)的速度影響較大，三種電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速分別為281轉(zhuǎn)/分鐘、330轉(zhuǎn)/分鐘、361轉(zhuǎn)/分鐘，由此可以有針對(duì)性地調(diào)整相鄰永磁體22之間的間隙，改善電機(jī)的電氣性能以適應(yīng)輪轂電機(jī)減速機(jī)構(gòu)減速比以及電動(dòng)自行車(chē)輪圈尺寸的變化。

相對(duì)于有鐵芯電機(jī)，盤(pán)式無(wú)鐵芯電機(jī)的線(xiàn)圈繞組的電感量較小，較小的電感量使電機(jī)的電氣性能表現(xiàn)為高轉(zhuǎn)速低扭矩，增加線(xiàn)圈繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度可以提高其電感量，可采取加大線(xiàn)圈的直徑或減小導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)徑兩種技術(shù)路徑；減小導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)徑會(huì)使繞組電阻上升并降低電機(jī)功率，而增加線(xiàn)圈繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度又會(huì)增加電機(jī)的成本和體積，因此要求在定子盤(pán)21有限的空間里盡可能地增加設(shè)定線(xiàn)徑的導(dǎo)線(xiàn)的匝數(shù)和長(zhǎng)度，優(yōu)選的繞線(xiàn)方法是：繞線(xiàn)夾具以經(jīng)倒角處理后的三角形棒為芯棒，層疊繞制導(dǎo)線(xiàn)，由此繞制的線(xiàn)圈23，其內(nèi)孔形狀為三角形，外圈形狀受三角形芯棒的形狀大小、導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)徑、導(dǎo)線(xiàn)的屈服強(qiáng)度以及繞線(xiàn)張力等綜合影響呈梨形。

基于空心線(xiàn)圈外部磁場(chǎng)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)盡可能減小線(xiàn)圈空心部分的面積，而空心面積越小，線(xiàn)圈外圈形狀越接近于圓形，并不能充分利用定子盤(pán)的空間。線(xiàn)圈23的內(nèi)孔和外圈形狀應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線(xiàn)的線(xiàn)徑、導(dǎo)線(xiàn)的屈服強(qiáng)度、定子盤(pán)直徑的大小、繞組的線(xiàn)圈數(shù)量決定，經(jīng)反復(fù)繞制和測(cè)試，線(xiàn)圈23的三角形內(nèi)孔位于定子盤(pán)內(nèi)側(cè)的內(nèi)角小于60°，三角形內(nèi)孔的徑向長(zhǎng)度小于線(xiàn)圈23的徑向直徑即長(zhǎng)直徑的三分之一的設(shè)計(jì)方案，能較好地滿(mǎn)足定子盤(pán)21的空間利用及磁場(chǎng)向線(xiàn)圈23中心集聚的要求。

本發(fā)明的用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，電氣性能優(yōu)越，除了傳統(tǒng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、體積小、效率高、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)外，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用了盤(pán)式無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)，電機(jī)重量輕，高速性能好，空載電流小且無(wú)磁滯阻力，從而使電動(dòng)自行車(chē)具有良好的蹬踏騎行功能；在保持通軸結(jié)構(gòu)前提下，采用兩級(jí)減速的行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，既保證了輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性，又能使盤(pán)式無(wú)鐵芯直流電機(jī)的高速性能得到充分發(fā)揮；并且由于減速機(jī)構(gòu)減速比的可選擇性較強(qiáng)，提高了本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)對(duì)電動(dòng)自行車(chē)輪圈規(guī)格的適應(yīng)性；本發(fā)明用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，行星齒輪減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率高，周期壽命長(zhǎng)；行星齒輪減速機(jī)構(gòu)中，由于一級(jí)減速齒輪所承受的扭矩較小，因而采用了鋼齒輪與工程塑料齒輪相嚙合的形式，既保證了減速結(jié)構(gòu)的可靠性，又能有效地降低傳動(dòng)噪聲。

本發(fā)明的用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)，空載電流僅有0.3A，低扭矩狀況下就能達(dá)到高效率，如圖10，圖10中P1、N1、η1分別表示本發(fā)明電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速和效 率，P2、N2、η2分別表示對(duì)比電機(jī)的功率、轉(zhuǎn)速和效率，功率在75W時(shí)效率就能達(dá)到75％，在電動(dòng)自行車(chē)正常騎行所需的80－150W的功率區(qū)間，本發(fā)明的有齒輪轂電機(jī)均能在80％左右的高效率運(yùn)行，與市售的有齒輪轂電機(jī)相比，優(yōu)勢(shì)非常明顯，在相同的騎行條件、相同的電能消耗、純電力行駛的狀況下，其續(xù)行里程比目前市場(chǎng)上普遍采用的有齒輪轂電機(jī)的電動(dòng)車(chē)的續(xù)行里程提高了35％以上，比采用低速輪轂電機(jī)的電動(dòng)車(chē)的續(xù)行里程提高了45％以上。另外本申請(qǐng)的發(fā)明人對(duì)采用本發(fā)明的用液體潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的有齒輪轂電機(jī)的電動(dòng)自行車(chē)樣機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證，可按批量生產(chǎn)的要求進(jìn)行，個(gè)別重要方案的模具制作也進(jìn)行了有效的嘗試，電動(dòng)自行車(chē)樣車(chē)已無(wú)故障騎行了六千多公里，并在某次具體實(shí)驗(yàn)中采用48V18AH鋰電池組，成功地進(jìn)行了單次充電從南京到常州全長(zhǎng)119公里的純電動(dòng)超遠(yuǎn)距離騎行測(cè)試。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。