电动自行车用可变减速比的轮毂电的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机，包括主轴、外壳，定子，转子，其特征是：所述转子径向内部设有差动行星齿轮减速机构和输出选择机构，所述差动行星齿轮减速机构通过行星架与转子构成一体，所述输出选择机构包括两个单向超越离合器，所述单向超越离合器的内圈与差动行星齿轮减速机构的输出套固接，单向超越离合器的外圈与轮毂外壳固接，两个所述单向超越离合器动力传递方向相同。有益效果：通过一个驱动机构和两个输出机构使轮毂电机可以输出两种不同转速的动力，解决了电动自行车起步能力和爬坡能力差的问题。同时减小对电池的冲击，保持电池性能延长使用寿命。
【专利说明】电动自行车用可变减速比的轮毂电机
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于轮毂电机，尤其涉及一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机。
【背景技术】
[0002] 目前，我国电动自行车保有量已超过2亿辆，而且具有逐年递增趋势。现有电动自 行车轮毂电机大致可分为两大类，一是直接驱动方式，二是减速驱动方式，无论哪种方式其 共同点均为固定减速比。电机初始设计就只有一个最佳效率转速。如果按高速行驶时为最 佳效率来设计则低速性能很差，即起步爬坡能力差；如果按起步爬坡时为最佳效率来设计 则高速行驶性能很差，即费电。高速特性与低速特性只能进行取舍，电机设计时还是主要考 虑电动自行车的续航能力的提高上，因此将电机设计成高速行驶时效率最佳方案来设计， 一般为20?25km/h。现有电动自行车的最大缺点是起步和爬坡能力很差，起步和爬坡时必 须脚蹬辅助才可以。如果紧靠电机来起步或爬坡，因负荷大，使电机发生阻转现象，易烧毁 电机，而且大电流放电对蓄电池造成冲击性伤害，缩短蓄电池使用寿命。上述缺点是目前电 动自行车行业的最大未解决课题。专利申请号：201010140900. 8公开了一种电动自行车轮 毂，包括固定在车架上的主轴，所述主轴上通过轮毂外壳轴承安装有轮毂外壳，轮毂外壳内 安装有电机、行星轮减速机构和离合器，所述电机采用内定子外转子结构，转子上固定有套 在主轴上的太阳齿轮，太阳齿轮啮合有行星齿轮，行星齿轮与固定在轮毂外壳上的轮毂内 齿圈啮合，行星齿轮通过行星轴承安装在行星轴上，行星轴固定在离合器上；其特征在于： 所述离合器与车架相固定。本发明利用车架来承受离合器工作时的扭矩，这样就大大减少 了主轴上承受的扭力，从而能在保证主轴强度的前提下把主轴做细来减小太阳齿轮的齿 数，达到增大太阳齿轮与轮毂内齿圈的减速比，进一步提高轮毂输出扭矩，减小轮毂体积 的目的。专利申请号：200780002816. 6公开了一种电动自行车轮毂，具有固定的轮轴，所 述轮轴旋转支撑轮毂壳体，在所述轮毂壳体中设置转子，所述转子可绕轮轴旋转并包括第 一部件，所述第一部件与所述轮轴平行并承载与一圈定子绕组协作的一圈永磁体；以及第 二部件，所述第二部件通过所述轮轴被旋转支撑并借助于过渡部件连接至所述第一部件， 所述轮毂还具有轮式变速器，其由该第二转子部件驱动并且减小其的转速，所述轮式变速 器的输出部驱动所述轮毂壳体，该轮式变速器容纳在所述定子绕组与所述轮轴之间的空 间内。优选地，所述第一转子部件旋转支撑在与其相对的一个轮毂壁上，而密封件设置在 圆柱形绕组支架与同其相对的部件之间。综合上述两项现有技术代表了目前电动自行车采 用的普遍技术。即，具有单一固定减速比的减速轮毂电机，只是将低速电机换成高速电机， 并未解决电动自行车在正常行驶和起步爬坡两种工况下电机均能工作在最佳效率转速上 的技术难题。 实用新型内容
[0003] 本实用新型为了克服现有技术中的不足，提供一种电动自行车用可变减速比的轮 毂电机，改变了现有技术中轮毂电机只有一种减速比的缺陷，通过转子的正反向转动，实现 可以在两种减速比输出中选择一种使用，解决了电动自行车续航能力和起步、爬坡能力二 者不能兼得的问题。
[0004] 本实用新型为了实现上述目的，通过以下技术方案实现，一种电动自行车用可变 减速比的轮毂电机，包括主轴，所述主轴上通过轮毂外壳轴承支撑有轮毂外壳，定子和转 子，其特征是：所述定子固定在定子固定架上，所述定子固定架与主轴键接，所述定子内设 有转子，所述转子径向内部设有差动行星齿轮减速机构和输出选择机构，所述差动行星齿 轮减速机构通过行星架与转子构成一体，所述输出选择机构包括两个单向超越离合器，所 述单向超越离合器的内圈与差动行星齿轮减速机构的输出套固接，单向超越离合器的外圈 与轮毂外壳固接，两个所述单向超越离合器动力传递方向相同，所述差动行星齿轮减速机 构和输出选择机构的组合共同构成能够选择不同减速比旋转运动输出。
[0005] 所述差动行星齿轮减速机构包括转子及若干个磁铁、行星架、第一太阳轮、三个第 一行星轮、第二太阳轮、三个第二行星轮、第三太阳轮、三个第三行星轮、第二太阳轮输出 套、第三太阳轮输出套，所述转子通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，所述磁铁固定 在转子外圆周上，所述转子及与其固接的两个行星架上固接有三根行星轮支撑轴，三根所 述行星轮支撑轴上分别套装有行星轮支撑轴承、第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮和行 星轮连接花键套，所述第一行星轮和第三行星轮分别通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支 撑轴上，第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述 行星轮连接花键套与行星轮支撑轴呈间隙配合，所述第一太阳轮与主轴键接，并与第一行 星轮啮合构成第一行星轮动力输入组件；所述第二太阳轮与第二太阳轮输出套一端键接， 并与第二行星轮啮合构成第二行星轮动力输出组件；所述第三太阳轮与第三太阳轮输出套 一端键接，并与第三行星轮啮合构成第三行星轮动力输出组件；所述输出选择机构包括大 减速比输出单向超越离合器和小减速比输出单向超越离合器，所述大减速比输出单向超越 离合器内圈与第二太阳轮输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接，所述小减速比 输出单向超越离合器内圈与第三太阳轮输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接； 第二太阳轮输出套套装在主轴上并与主轴呈间隙配合，第三太阳轮输出套套装在第二太阳 轮输出套上并与第二太阳轮输出套呈间隙配合，所述转子、行星架及第一行星轮动力输入 组件构成动力输入部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成 大减速比反向运动的动力输出部，所述第三行星轮动力输出组件及小减速比输出单向超越 离合器构成小减速比正向运动的动力输出部。
[0006] 所述大减速比输出单向超越离合器和小减速比输出单向超越离合器在同轴轴向 并排设置。
[0007] 所述转子通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，三根所述行星轮支撑轴上分 别套装有行星轮支撑轴承、第一行星轮、第二行星轮和行星轮连接花键套，所述第一行星轮 和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过 行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮 合构成第一行星轮动力输入组件；所述第二太阳轮内圈与第二太阳轮输出套一端键接、夕卜 齿与第二行星轮啮合构成第二行星轮动力输出组件；所述大减速比输出单向超越离合器内 圈与第二太阳轮输出套另一端固接、外圈与左侧轮毂外壳固接；所述行星架凸出部与所述 小减速比输出单向超越离合器内圈键接，所述小减速比输出单向超越离合器外圈与左侧轮 毂外壳固接；所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力 输出部，即所述行星架直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动 力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反 向的动力输出部，小减速比正向输出的单向超越离合器和大减速比反向输出的单向超越离 合器在同轴轴向并排设置。
[0008] 所述转子右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，左侧通过小减速比输出单 向超越离合器支撑在左侧轮毂外壳上，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太阳 轮输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接，所述行星架与小减速比输出单向超越 离合器外圈固接，小减速比输出单向超越离合器内圈与左侧轮毂外壳固接；所述转子、行星 架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述行星架直接输 出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动 力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，小减速比输 出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在同轴轴向并排设置。
[0009] 所述转子通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，两个所述行星架上固接有行 星轮支撑轴，右侧行星架凸出部通过行星架支撑轴承支撑在定子固定架上，所述行星轮支 撑轴上套有第一行星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和 第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行 星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合， 所述转子内侧固接有内齿圈，所述内齿圈与第一行星轮啮合构成第一行星轮动力输入组 件；所述第二太阳轮内圈与第二太阳轮输出套一端键接、其外齿与第二行星轮啮合构成第 二行星轮动力输出组件；所述转子凸出部与小减速比输出单向超越离合器内圈键接，小减 速比输出单向超越离合器外圈与左侧轮毂外壳固接，所述大减速比输出单向超越离合器内 圈与第二太阳轮输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接；所述转子及第一行星轮 动力输入组件既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述转子直接输出并与小减速比输出单 向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比 输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，所述小减速比输出单向超越离合器 和大减速比输出单向超越离合器在同轴轴向并排设置。
[0010] 所述转子右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，左侧通过小减速比输出单 向超越离合器支撑在左侧轮毂外壳上，所述小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出 单向超越离合器在同轴径向设置。
[0011] 所述转子通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，转子与行星架独立分体设 置，左侧行星架凸出部与所述小减速比输出单向超越离合器内圈键接，所述小减速比输出 单向超越离合器外圈与左侧轮毂外壳固接，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二 太阳轮输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接；所述转子为动力输入部，所述左侧 行星架凸出部输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所 述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输 出部，所述小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在同轴轴向并排 设置。
[0012] 有益效果：与现有技术相比，减速机构设置在转子内，使轮毂电机整体尺寸缩小； 通过一个驱动机构和两个输出机构使轮毂电机可以输出两种不同减速比的动力，克服了目 前电动自行车用轮毂电机只有单一固定减速比的缺陷，解决了电动自行车起步能力及爬坡 能力差的问题。将电动车的使用范围从平原地区扩展到山区丘陵地区。同时减小对电池的 冲击，保持电池性能延长使用寿命。另外，扩大电机最佳效率范围，省电延长续航距离。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本实用新型的外观立体图；
[0014] 图2是本实用新型的分解立体图；
[0015] 图3是本实用新型的行星齿轮部分分解立体图；
[0016] 图4是本实用新型的实施例1横向剖面图；
[0017] 图5是本实用新型的实施例2横向剖面图；
[0018] 图6是本实用新型的实施例3横向剖面图；
[0019] 图7是本实用新型的实施例4横向剖面图；
[0020] 图8是本实用新型的实施例5横向剖面图；
[0021] 图9是本实用新型的实施例6横向剖面图；
[0022] 图10是本实用新型与驱动器接线图；
[0023] 图11是图4的齿轮啮合工作原理简图；
[0024] 图12是图5、6的齿轮啮合工作原理简图；
[0025] 图13是图7、8的齿轮啮合工作原理简图；
[0026] 图14是图9的齿轮啮合工作原理简图。
[0027] 图中：1、右侧轮毂外壳，2、右侧轮毂外壳轴承，3、中间壳体，4、定子固定架，5、定 子，6、转子，6-1、转子凸出部，7、磁铁，8、行星轮轴承，9、第一太阳轮，10、第一行星轮，11、第 二太阳轮，12、第二行星轮，13、第三太阳轮，14、第三行星轮，15、行星轮连接花键套，16、行 星轮支撑轴，17、主轴，18、行星架，18-1、行星架凸出部，19、转子支撑轴承，20、第三太阳轮 输出套，21、小减速比输出单向超越离合器，22、第二太阳轮输出套，23、大减速比输出单向 超越离合器，24、左侧轮毂外壳轴承，25、左侧轮毂外壳，26、线圈，27、线圈U相，28、线圈V 相，29、线圈W相，30、霍尔A相，31、霍尔B相，32、霍尔C相，33、霍尔电源线（-)，34、霍尔电 源线⑴，35、继电器常闭端，36、继电器共用端，37、继电器常开端，38、继电器控制端，39、电 机，40、驱动器，41、内齿圈，42、行星轮支撑轴承，43、继电器。
【具体实施方式】
[0028] 以下结合较佳实施例，对依据本实用新型提供的【具体实施方式】详述如下：
[0029] 详见附图1-4,与现有技术相比，本实用新型提供了一种电动自行车用可变减速比 的轮毂电机，包括主轴17,所述主轴上通过轮毂外壳轴承安装有轮毂外壳、中间壳体3,定 子5和转子6,所述定子5固定在定子固定架4内，所述定子固定架4与主轴键接，所述定 子内置有转子，所述转子径向内部设有差动行星齿轮减速机构和输出选择机构，所述差动 行星齿轮减速机构通过行星架与转子构成一体，所述输出选择机构包括两个单向超越离合 器，所述单向超越离合器的内圈与差动行星齿轮减速机构的输出套固接，单向超越离合器 的外圈与左侧轮毂外壳固接，两个所述单向超越离合器动力传递方向相同，所述差动行星 齿轮减速机构和输出选择机构的组合共同构成能够选择不同减速比旋转运动输出。该种设 计不占用轴向空间可以使轮毂电机整体尺寸缩小。所述差动行星齿轮减速机构包括三组行 星齿轮，构成两组差动行星齿轮减速输出机构，所述两组差动行星齿轮减速输出机构分别 输出正向小减速比和反向大减速比运动，所述两组差动行星齿轮减速输出机构分别连接有 单向超越离合器（包括大减速比输出单向超越离合器和小减速比输出单向超越离合器）， 单向离合器可以采用常规棘轮棘爪结构的飞轮。两个单向超越离合器动力传递方向相同。 根据转子的转向两种减速比、不同转向的输出中选择性地将一种运动输出到轮毂外壳，实 现了高速行驶时使转子正转，使用小减速比正向传动，起步和爬坡时使转子反转，使用大减 速比反向传动，解决了电动自行车既可以保证高速高效行驶又能解决起步和爬坡能力差的 问题。
[0030] 实施例1
[0031] 详见附图4、附图11，所述差动行星齿轮减速机构包括转子6、行星架18、若干个 磁铁7、第一太阳轮9、三个第一行星轮10、第二太阳轮11、三个第二行星轮12、第三太阳轮 13、三个第三行星轮14,第二太阳轮输出套22,第三太阳轮输出套20以及大减速比输出单 向超越离合器23、小减速比输出单向超越离合器21，所述第一太阳轮与主轴键接，主轴17 分别通过左右侧轮毂外壳轴承24、2支撑在左右侧轮毂外壳25、1上，左右侧轮毂外壳25、1 与中间壳体3构成整体轮毂外壳。所述转子通过转子支撑轴承19支撑在左侧轮毂外壳上， 所述磁铁固定在转子外圆周边上，所述转子及与其固接的两个行星架上固接有行星轮支撑 轴16,所述行星轮支撑轴数量为三只，均布在行星架上，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、 第二行星轮和第三行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第三行星轮 通过行星轮支撑轴承42支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮和第三行星轮通 过行星轮连接花键套15键接构成一体，所述行星轮连接花键套与行星轮支撑轴呈间隙配 合，所述第一太阳轮内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合构成第一行星轮动力输入组 件，所述第二太阳轮内圈与第二太阳轮输出套一端键接、外齿与第二行星轮啮合构成第二 行星轮动力输出组件，所述第三太阳轮内圈与第三太阳轮输出套一端键接、外齿与第三行 星轮啮合构成第三行星轮动力输出组件，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太 阳轮输出套另一端固接、外圈与左侧轮毂外壳固接，所述小减速比输出单向超越离合器内 圈与第三太阳轮输出套另一端固接、外圈与左侧轮毂外壳固接，所述转子、行星架及第一行 星轮动力输入组件为动力输入部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越 离合器构成大减速比反向输出部，所述第三行星轮动力输出组件并与小减速比输出单向超 越离合器构成小减速比正向输出部。
[0032] 工作过程：转子的旋转动力通过差动行星齿轮减速机构分成两种减速比、两种转 向的运动，其中第二太阳轮输出为大减速比反向输出、第三太阳轮输出为小减速比正向输 出。当电机转子旋转时，转子运动动力通过行星架传递到第一、第二、第三行星轮，三个行星 轮各自围绕第一、第二、第三太阳轮旋转，由于三个行星轮为一体，因此三个行星轮的运动 规律是完全相同的。第一太阳轮和第一行星轮模数为1. 25,第一太阳轮齿数Zl = 29、第一 行星轮齿数Z2 = 19,第二、第三太阳轮和第二、第三行星轮模数为1. 5,第二太阳轮齿数Z4 =24、第二行星轮齿数Z3 = 16,第三太阳轮齿数Z6 = 25、第三行星轮齿数Z5 = 15,由于 第一太阳轮为固定的，传递到行星轮上的动力由第二、第三太阳轮输出，且动力输出减速比 和转向由各自太阳轮和行星轮齿数组合来决定。对第二太阳轮而言，其减速比为：il = I/ [1-(Z1*Z3V(Z2*Z4)] = -57,为大减速比且转向与转子转向相反；对第三太阳轮而言，其 减速比为丨2 = 1/[1-(21*25)八22松6)]=11.9，为小减速比且转向与转子转向相同。输出 到第二太阳轮的动力通过第二太阳轮输出套传递到大减速比输出单向超越离合器内圈，输 出到第三太阳轮的动力通过第三太阳轮输出套传递到小减速比输出单向超越离合器内圈。 大减速比输出单向超越离合器和小减速比输出单向超越离合器动力传递方向相同。当转子 转向与轮毂转向相同，即转子正转时第二太阳轮反转，因此大减速比输出单向超越离合器 不传递动力，而第三太阳轮正转，因此小减速比输出单向超越离合器将动力传递到轮毂外 壳，此时为小减速比传动，用于高速行驶的情况。当转子转向与轮毂转向相反，即转子反转 时第二太阳轮正转，因此大减速比输出单向超越离合器将动力传递到轮毂外壳，而第三太 阳轮反转，因此小减速比输出单向超越离合器不传递动力，此时为大减速比传动，用于起步 和爬坡的情况。
[0033] 实施例2
[0034] 详见附图5、附图12,所述转子通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，所述转 子及与其固接的两个行星架上固接有行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第 二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑 轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一 体，所述第一太阳轮内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合构成第一行星轮动力输入组 件；所述第二太阳轮内圈与第二太阳轮输出套一端键接、外齿与第二行星轮啮合构成第二 行星轮动力输出组件；所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太阳轮输出套另一端 固接、外圈与左侧轮毂外壳固接，所述行星架凸出部18-1与所述小减速比输出单向超越离 合器内圈键接，所述小减速比输出单向超越离合器外圈与左侧轮毂外壳固接，所述转子、行 星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述行星架直接 输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮 动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，小减速比 输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在同轴轴向并排设置。实施例2与实 施例1相比，减少一组齿轮，结构相对简化。
[0035] 工作过程：转子的旋转动力通过两种路径输出，一个为行星架直接输出的小减速 比正向输出，另一个为经过差动行星齿轮减速机构输出的大减速比反向输出。当电机转子 旋转时，转子运动动力通过行星架传递到第一、第二行星轮，两个行星轮各自围绕第一、第 二太阳轮旋转，由于两个行星轮为一体，因此两个行星轮的运动规律是完全相同的。两个太 阳轮和两个行星轮模数相同，为1.5,第一太阳轮齿数Zl = 19、第一行星轮齿数Z2 = 18， 第二太阳轮齿数Z4 = 18、第二行星轮齿数Z3 = 19,由于第一太阳轮为固定的，传递到行星 轮上的动力由第二太阳轮输出，且动力输出减速比和转向由太阳轮和行星轮齿数组合来决 定。第二太阳轮输出减速比为：i2 = 1/[1-(Z1*Z3V(Z2*Z4)] = -8. 8,为大减速比且转向 与转子转向相反。输出到第二太阳轮的动力通过第二太阳轮输出套传递到大减速比输出单 向超越离合器内圈。行星架凸出部18-1直接输出为小减速比正向输出，直接输出到小减速 比输出单向超越离合器内圈。两个单向超越离合器动力传递方向相同。当转子转向与轮毂 转向相同，即转子正转时，小减速比输出单向超越离合器将行星架动力传递到轮毂外壳，而 第二太阳轮反转，因此大减速比输出单向超越离合器不传递动力，此时为小减速比传动，用 于高速行驶的情况。当转子转向与轮毂转向相反，即转子反转时，第二太阳轮正转，因此大 减速比输出单向超越离合器将动力传递到轮毂外壳，而行星架反转，因此小减速比输出单 向超越离合器不传递动力，此时为大减速比传动，用于起步和爬坡的情况。
[0036] 实施例3
[0037] 详见附图6、附图12,所述转子右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，左侧 通过小减速比输出单向超越离合器支撑在左侧轮毂外壳上，所述转子及与其固接的两个行 星架上固接有行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴 承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑 轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述第一太阳轮内圈 与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合，所述第二太阳轮内圈与第二太阳轮输出套一端键接、 外齿与第二行星轮啮合，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太阳轮输出套另一 端固接、外圈与左侧轮毂外壳固接，所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈 动力输入部又呈动力输出部，即所述行星架直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构 成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离 合器构成大减速比反向的动力输出部，小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向 超越离合器在同轴径向设置。实施例3与实施例2的区别在于直接输出的部件和两个单向 超越离合器设置位置不同。实施例3是行星架输出，单向超越离合器径向设置；实施例2是 转子输出，单向超越离合器轴向设置。
[0038] 工作过程：转子的旋转动力通过两种路径输出，一个为转子直接输出的小减速比 正向输出，另一个为经过差动行星齿轮减速机构输出的大减速比反向输出。当电机转子旋 转时，转子运动动力通过行星架传递到第一、第二行星轮，两个行星轮各自围绕第一、第二 太阳轮旋转，由于两个行星轮为一体，因此两个行星轮的运动规律是完全相同的。两个太阳 轮和两个行星轮模数相同，为1. 5,第一太阳轮齿数Zl = 19、第一行星轮齿数Z2 = 18,第二 太阳轮齿数Z4 = 18、第二行星轮齿数Z3 = 19,由于第一太阳轮为固定的，传递到行星轮上 的动力由第二太阳轮输出，且动力输出减速比和转向由太阳轮和行星轮齿数组合来决定。 第二太阳轮输出减速比为：丨2=1/[1-(21*23)八22*24)]=-8.8，为大减速比且转向与转 子转向相反。输出到第二太阳轮的动力通过第二太阳轮输出套传递到大减速比输出单向超 越离合器内圈。转子直接输出为小减速比正向输出，直接输出到小减速比输出单向超越离 合器外圈。两个单向超越离合器动力传递方向相同。当转子转向与轮毂转向相同，即转子正 转时，小减速比输出单向超越离合器将行星架动力传递到轮毂外壳，而第二太阳轮反转，因 此大减速比输出单向超越离合器不传递动力，此时为小减速比传动，用于高速行驶的情况。 当转子转向与轮毂转向相反，即转子反转时，第二太阳轮正转，因此大减速比输出单向超越 离合器将动力传递到轮毂外壳，而行星架反转，因此小减速比输出单向超越离合器不传递 动力，此时为大减速比传动，用于起步和爬坡的情况。
[0039] 实施例4
[0040] 详见附图7、附图13,所述转子通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，所述 磁铁固定在转子外圆周边上，两个所述行星架上固接有行星轮支撑轴，右侧行星架凸出部 18-1通过行星架支撑轴承支撑在定子固定架上，所述行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第 二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑 轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键固接成一 体，所述第一太阳轮内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合，所述转子内侧固接有内齿圈 41，所述内齿圈与第一行星轮啮合构成第一行星轮动力输入组件；所述第二太阳轮内圈与 第二太阳轮输出套一端键接、其外齿与第二行星轮啮合构成第二行星轮动力输出组件；所 述转子凸出部6-1与小减速比输出单向超越离合器内圈键接，小减速比输出单向超越离合 器外圈与左侧轮毂外壳固接，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太阳轮输出套 另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接；所述转子及第一行星轮动力输入组件既呈动力 输入部又呈动力输出部，即所述转子直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减 速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构 成大减速比反向的动力输出部，所述小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超 越离合器向在同轴轴向并排设置。
[0041] 工作过程：转子的旋转动力通过两种路径输出，一个为转子直接输出的小减速比 正向输出，另一个为经过差动行星齿轮减速机构输出的大减速比反向输出。当电机转子旋 转时，转子运动动力通过转子内齿圈传递到第一行星轮，两个行星轮各自围绕第一、第二太 阳轮旋转，由于两个行星轮为一体，因此两个行星轮的运动规律是完全相同的。两个太阳 轮、两个行星轮和齿圈模数相同，为1.5,第一太阳轮齿数Zl = 19、第一行星轮齿数Z2 = 18,第二太阳轮齿数Z4 = 18、第二行星轮齿数Z3 = 19、转子内齿圈齿数Z5 = 55,由于第 一太阳轮为固定的，传递到行星轮上的动力由第二太阳轮输出，且动力输出减速比和转向 由太阳轮和行星轮齿数组合来决定。第二太阳轮输出减速比为i2= [(Z1+Z5)/Z5]*{1/ [1-(21*23)八22松4)]}=-11.8，为大减速比且转向与转子转向相反。输出到第二太阳轮 的动力通过第二太阳轮输出套传递到大减速比输出单向超越离合器内圈。转子直接输出为 小减速比正向输出，直接输出到小减速比单向超越离合器内圈。两个单向超越离合器动力 传递方向相同。当转子转向与轮毂转向相同，即转子正转时，小减速比单向超越离合器将转 子动力传递到轮毂外壳，而第二太阳轮反转，因此大减速比输出单向超越离合器不传递动 力，此时为小减速比传动，用于高速行驶的情况。当转子转向与轮毂转向相反，即转子反转 时，第二太阳轮正转，因此大减速比输出单向超越离合器将动力传递到轮毂外壳，而转子反 转，因此小减速比输出单向超越离合器不传递动力，此时为大减速比传动，用于起步和爬坡 的情况。
[0042] 实施例5
[0043] 详见附图8、附图13,所述转子右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，左侧 通过小减速比输出单向超越离合器支撑在左侧轮毂外壳上，所述磁铁固定在转子外圆周边 上，所述两个行星架上固接有行星轮支撑轴，行星轮支撑轴上套有第一行星轮、第二行星 轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行星轮支撑轴承支 撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述 第一太阳轮内圈与主轴键接、其外齿与第一行星轮啮合，所述第二太阳轮内圈与第二太阳 轮输出套一端键接、外齿与第二行星轮啮合，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第 二太阳轮输出套另一端固接、外圈与左侧轮毂外壳固接，所述转子内部设有内齿圈，所述内 齿圈与第一行星轮啮合，所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入 部又呈动力输出部，即所述行星架直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速 比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成 大减速比反向的动力输出部，小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合 器在同轴径向设置。
[0044] 工作过程：转子的旋转动力通过两种路径输出，一个为转子直接输出的小减速比 正向输出，另一个为经过差动行星齿轮减速机构输出的大减速比反向输出。当电机转子旋 转时，转子运动动力通过转子内齿圈传递到第一行星轮，两个行星轮各自围绕第一、第二太 阳轮旋转，由于两个行星轮为一体，因此两个行星轮的运动规律是完全相同的。两个太阳 轮、两个行星轮和齿圈模数相同，为1.5,第一太阳轮齿数Zl = 19、第一行星轮齿数Z2 = 18,第二太阳轮齿数Z4 = 18、第二行星轮齿数Z3 = 19、转子内齿圈齿数Z5 = 55,由于第 一太阳轮为固定的，传递到行星轮上的动力由第二太阳轮输出，且动力输出减速比和转向 由太阳轮和行星轮齿数组合来决定。第二太阳轮输出减速比为i2= [(Z1+Z5)/Z5]*{1/ [1-(21*23)八22松4)]}=-11.8，为大减速比且转向与转子转向相反。输出到第二太阳轮 的动力通过第二太阳轮输出套传递到大减速比输出单向超越离合器内圈。转子直接输出为 小减速比正向输出，直接输出到小减速比单向超越离合器外圈。两个单向超越离合器动力 传递方向相同。当转子转向与轮毂转向相同，即转子正转时，小减速比单向超越离合器将转 子动力传递到轮毂外壳，而第二太阳轮反转，因此大减速比输出单向超越离合器不传递动 力，此时为小减速比传动，用于高速行驶的情况。当转子转向与轮毂转向相反，即转子反转 时，第二太阳轮正转，因此大减速比输出单向超越离合器将动力传递到轮毂外壳，而转子反 转，因此小减速比输出单向超越离合器不传递动力，此时为大减速比传动，用于起步和爬坡 的情况。
[0045] 实施例6
[0046] 详见附图9、附图14,所述转子通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，转子与 行星架独立分体设置，左侧行星架凸出部与所述小减速比单向超越离合器内圈键接，所述 小减速比单向超越离合器外圈与左侧轮毂外壳固接，所述大减速比输出单向超越离合器内 圈与第二太阳轮输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接；所述转子为动力输入部， 所述左侧行星架凸出部输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力 输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向 的动力输出部，所述小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器向在同 轴轴向并排设置。
[0047] 工作过程：转子的旋转动力通过两种路径输出，一个为行星架输出的小减速比正 向输出，另一个为经过差动行星齿轮减速机构输出的大减速比反向输出。当电机转子旋转 时，转子运动动力通过转子内齿圈传递到第一行星轮，两个行星轮各自围绕第一、第二太 阳轮旋转，由于两个行星轮为一体，因此两个行星轮的运动规律是完全相同的。两个太阳 轮、两个行星轮和齿圈模数相同，为1.5,第一太阳轮齿数Zl = 19、第一行星轮齿数Z2 = 18,第二太阳轮齿数Z4 = 18、第二行星轮齿数Z3 = 19、转子内齿圈齿数Z5 = 55,由于第 一太阳轮为固定的，传递到行星轮上的动力由第二太阳轮输出，且动力输出减速比和转向 由太阳轮和行星轮齿数组合来决定。第二太阳轮输出减速比为i2= [(Z1+Z5)/Z5]*{1/ [1-(21*23)八22*24)]}=-11.8，为大减速比且转向与转子转向相反；行星架输出减速比 为il = (Zl+Z5)/Z5 = I. 34,为小减速比且转向与转子转向相同。输出到第二太阳轮的动 力通过第二太阳轮输出套传递到大减速比输出单向超越离合器内圈。行星架输出为小减速 比正向输出，输出到小减速比单向超越离合器内圈。两个单向超越离合器动力传递方向相 同。当转子转向与轮毂转向相同，即转子正转时，小减速比单向超越离合器将行星架动力传 递到轮毂外壳，而第二太阳轮反转，因此大减速比输出单向超越离合器不传递动力，此时为 小减速比传动，用于高速行驶的情况。当转子转向与轮毂转向相反，即转子反转时，第二太 阳轮正转，因此大减速比输出单向超越离合器将动力传递到轮毂外壳，而行星架反转，因此 小减速比输出单向超越离合器不传递动力，此时为大减速比传动，用于起步和爬坡的情况。
[0048] 详见附图10，
[0049] 工作过程：众所周知，无刷直流电机转子的转向控制可通过调换电机线圈U相27 和V相28,霍尔线A相30和C相32连接顺序来实现，具体方案为在现有电机驱动器40电 路基础上增加了两个继电器43, 一个继电器调换电机线圈相线，另一个继电器调换霍尔线 相线。连线举例：电机线圈U相27、V相28、W相29三相中W相直接与驱动器W相连接，其 余两相U相与V相通过继电器以交叉接线方式连接到驱动器U相与V相上，继电器处于常 闭端35时电机线圈U相与驱动器U相相连，电机线圈V相与驱动器V相相连；电机霍尔线 A相30、B相31、C相32三相中B相直接与驱动器B相连接，其余两相A相与C相通过继电 器以交叉接线方式连接到驱动器A相与C相上，继电器处于常闭端35时电机霍尔线A相与 驱动器A相相连，电机霍尔线C相与驱动器C相相连，当继电器不工作，即继电器共用端36 与继电器常闭端35连接时电机正转：当继电器工作，即继电器共用端与继电器常开端37连 接时，电机线圈U相与V相对调，霍尔线A相与C相对调，此时电机39反转。
[0050] 附表1 --实施例中啮合齿轮的传动比明细
[0051]
【权利要求】
1. 一种电动自行车用可变减速比的轮毂电机，包括主轴，所述主轴上通过轮毂外壳轴 承支撑有轮毂外壳，定子和转子，其特征是：所述定子固定在定子固定架上，所述定子固定 架与主轴键接，所述定子内设有转子，所述转子径向内部设有差动行星齿轮减速机构和输 出选择机构，所述差动行星齿轮减速机构通过行星架与转子构成一体，所述输出选择机构 包括两个单向超越离合器，所述单向超越离合器的内圈与差动行星齿轮减速机构的输出套 固接，单向超越离合器的外圈与轮毂外壳固接，两个所述单向超越离合器动力传递方向相 同，所述差动行星齿轮减速机构和输出选择机构的组合共同构成能够选择不同减速比旋转 运动输出。
2. 根据权利要求1所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述差动 行星齿轮减速机构包括转子及若干个磁铁、行星架、第一太阳轮、三个第一行星轮、第二太 阳轮、三个第二行星轮、第三太阳轮、三个第三行星轮、第二太阳轮输出套、第三太阳轮输出 套，所述转子通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，所述磁铁固定在转子外圆周上，所 述转子及与其固接的两个行星架上固接有三根行星轮支撑轴，三根所述行星轮支撑轴上分 别套装有行星轮支撑轴承、第一行星轮、第二行星轮、第三行星轮和行星轮连接花键套，所 述第一行星轮和第三行星轮分别通过行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星 轮、第二行星轮和第三行星轮通过行星轮连接花键套键接构成一体，所述行星轮连接花键 套与行星轮支撑轴呈间隙配合，所述第一太阳轮与主轴键接，并与第一行星轮啮合构成第 一行星轮动力输入组件；所述第二太阳轮与第二太阳轮输出套一端键接，并与第二行星轮 啮合构成第二行星轮动力输出组件；所述第三太阳轮与第三太阳轮输出套一端键接，并与 第三行星轮啮合构成第三行星轮动力输出组件；所述输出选择机构包括大减速比输出单向 超越离合器和小减速比输出单向超越离合器，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第 二太阳轮输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接，所述小减速比输出单向超越离 合器内圈与第三太阳轮输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接；第二太阳轮输出 套套装在主轴上并与主轴呈间隙配合，第三太阳轮输出套套装在第二太阳轮输出套上并与 第二太阳轮输出套呈间隙配合，所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成动力输 入部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向运 动的动力输出部，所述第三行星轮动力输出组件及小减速比输出单向超越离合器构成小减 速比正向运动的动力输出部。
3. 根据权利要求2所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述大减 速比输出单向超越离合器和小减速比输出单向超越离合器在同轴轴向并排设置。
4. 根据权利要求2所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述转子 通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，三根所述行星轮支撑轴上分别套装有行星轮支 撑轴承、第一行星轮、第二行星轮和行星轮连接花键套，所述第一行星轮和第二行星轮通过 行星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套 键接构成一体，所述第一太阳轮的内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合构成第一行星 轮动力输入组件；所述第二太阳轮的内圈与第二太阳轮的输出套一端键接、外齿与第二行 星轮啮合构成第二行星轮动力输出组件；所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太 阳轮的输出套另一端固接、外圈与左侧轮毂外壳固接；所述行星架凸出部与所述小减速比 输出单向超越离合器内圈键接，所述小减速比输出单向超越离合器外圈与左侧轮毂外壳固 接；所述转子、行星架及第一行星轮动力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力输出部，即 所述行星架直接输出并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部， 所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力 输出部，小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在同轴轴向并排设 置。
5. 根据权利要求4所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述转子 右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，左侧通过小减速比输出单向超越离合器支撑 在左侧轮毂外壳上，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太阳轮输出套另一端固 接、其外圈与左侧轮毂外壳固接，所述行星架与小减速比输出单向超越离合器外圈固接，小 减速比输出单向超越离合器内圈与左侧轮毂外壳固接；所述转子、行星架及第一行星轮动 力输入组件构成既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述行星架直接输出并与小减速比输 出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减 速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，小减速比输出单向超越离合器 和大减速比输出单向超越离合器在同轴径向设置。
6. 根据权利要求2所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述转子 通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，两个所述行星架上固接有行星轮支撑轴，右侧 行星架凸出部通过行星架支撑轴承支撑在定子固定架上，所述行星轮支撑轴上套有第一行 星轮、第二行星轮、行星轮支撑轴承、行星轮连接花键套，第一行星轮和第二行星轮通过行 星轮支撑轴承支撑在行星轮支撑轴上，第一行星轮、第二行星轮通过行星轮连接花键套键 接构成一体，所述第一太阳轮的内圈与主轴键接、外齿与第一行星轮啮合，所述转子内侧固 接有内齿圈，所述内齿圈与第一行星轮啮合构成第一行星轮动力输入组件；所述第二太阳 轮的内圈与第二太阳轮的输出套一端键接、其外齿与第二行星轮啮合构成第二行星轮动力 输出组件；所述转子凸出部与小减速比输出单向超越离合器内圈键接，小减速比输出单向 超越离合器外圈与左侧轮毂外壳固接，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太阳 轮的输出套另一端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接；所述转子及第一行星轮动力输入组 件既呈动力输入部又呈动力输出部，即所述转子直接输出并与小减速比输出单向超越离合 器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力输出组件及大减速比输出单向超 越离合器构成大减速比反向的动力输出部，所述小减速比输出单向超越离合器和大减速比 输出单向超越离合器在同轴轴向并排设置。
7. 根据权利要求6所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述转子 右侧通过转子支撑轴承支撑在定子固定架上，左侧通过小减速比输出单向超越离合器支撑 在左侧轮毂外壳上，所述小减速比输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在 同轴径向设置。
8. 根据权利要求6所述的电动自行车用可变减速比的轮毂电机，其特征是：所述转子 通过转子支撑轴承支撑在左侧轮毂外壳上，转子与行星架独立分体设置，左侧行星架凸出 部与所述小减速比输出单向超越离合器内圈键接，所述小减速比输出单向超越离合器外圈 与左侧轮毂外壳固接，所述大减速比输出单向超越离合器内圈与第二太阳轮的输出套另一 端固接、其外圈与左侧轮毂外壳固接；所述转子为动力输入部，所述左侧行星架凸出部输出 并与小减速比输出单向超越离合器构成小减速比正向的动力输出部，所述第二行星轮动力 输出组件及大减速比输出单向超越离合器构成大减速比反向的动力输出部，所述小减速比 输出单向超越离合器和大减速比输出单向超越离合器在同轴轴向并排设置。
【文档编号】F16H3/70GK204190553SQ201420402729
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】严振华 申请人:严振华