本發(fā)明涉及盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)，屬于電動(dòng)機(jī)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有電動(dòng)自行車，多采用低速輪轂電機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)在于：電機(jī)功率大，電機(jī)一般無需維護(hù)，傳動(dòng)效率高，但由于這種電機(jī)存在磁滯阻力，弱化了甚至失去了電動(dòng)自行車的騎行功能，電動(dòng)助力型自行車逐漸走上了摩托化舒式化的發(fā)展路線，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率及行駛速度遠(yuǎn)超現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)。摩托化了的電動(dòng)自行車，交通事故頻發(fā)，已成為一種亟須解決的社會(huì)問題。

為克服驅(qū)動(dòng)電機(jī)存在磁滯阻力，以八方電機(jī)為代表的電機(jī)廠商，推出了通軸式的高速有齒輪轂電機(jī)。這種電機(jī)的額定功率符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，且在其行星齒輪架上組合了單向超越離合器，有效地解決了電機(jī)的磁滯阻力對(duì)騎行的影響。這種有齒輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)質(zhì)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1500轉(zhuǎn)/分鐘，嚴(yán)格意義上講還算不上是高速電機(jī)，所以采用了一級(jí)減速的定軸行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，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。

以上兩種主流電機(jī)，均為釹鐵硼永磁直流電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、體積小、重量輕、額定效率高、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)，但由于電動(dòng)自行車的低轉(zhuǎn)速特性，在實(shí)際騎行過程中電機(jī)往往運(yùn)行在低效率區(qū)間，電動(dòng)自行車的續(xù)行里程不高，難以滿足大眾對(duì)提高續(xù)行里程的消費(fèi)需求。

中國專利號(hào)201010247971.8公開了一種超薄大功率直流永磁電機(jī)，提出了一種優(yōu)選使用扁平漆包線繞制的外圈形狀為扇形的線圈，加以疊加組合成線圈繞組，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，要保證線圈的外圈形狀為扇形，線圈的三角形內(nèi)孔的面積需足夠大，減少繞組的匝數(shù)，而如此繞制的線圈，定子盤空間利用率低，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)線繞制的線圈，則需選擇線徑較小的屈服強(qiáng)度低的圓導(dǎo)線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，而且扁平線繞制的線圈繞組要求定子盤兩側(cè)的氣隙磁密嚴(yán)格相等，靠扁薄定子架中心的兩個(gè)軸承固定的轉(zhuǎn)子盤是很難滿足如此高的要求的，轉(zhuǎn)子盤稍有偏置扁平漆包線線圈就會(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)子盤內(nèi)，也無法通過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。

中國專利號(hào)201010289645.3公開了一種節(jié)能輪轂電機(jī)，同樣采用了盤式無鐵芯直流電機(jī)，并以電動(dòng)車輪轂作為轉(zhuǎn)子盤，直接由輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車，該發(fā)明還在輪轂內(nèi)組合了結(jié)構(gòu)形式相同的盤式無鐵芯發(fā)電機(jī)，用于收集車輛制動(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，盤式無鐵芯直流電機(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電壓的低速觀光電動(dòng)車，其電機(jī)額定功率也要求有5000W，電動(dòng)車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)置大功率的盤式無鐵芯直流電機(jī)及盤式無鐵芯發(fā)電機(jī)是無法做到的，況且按該發(fā)明的描述，該節(jié)能輪轂電機(jī)的電動(dòng)車只能安裝無需充氣的實(shí)心輪胎。

申請(qǐng)?zhí)?01310033295.8公開了一種盤式無鐵芯永磁直流電機(jī)，是一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)，其采用的技術(shù)方案是：線圈繞組是由多段圓弧組成的軸對(duì)稱錐形環(huán)環(huán)形繞組，錐形環(huán)的尖端靠近定子軸心，軸對(duì)稱錐形環(huán)的中心軸線三等分后形成兩個(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鐵心結(jié)構(gòu)，直接有繞組注塑而成”，也無實(shí)現(xiàn)的可能，注塑過程中是無法理清無序的繞組出線的，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)霍爾傳感器的九只管腳，需要在很小的氣隙空間內(nèi)通過導(dǎo)線串接，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。

專利號(hào)201310310431.3公開了一種盤式無鐵芯永磁無刷直流電機(jī)，采用了與申請(qǐng)?zhí)?01310033295.8公開的一種盤式無鐵芯永磁直流電機(jī)相似的環(huán)狀線圈繞組，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，定子盤的空間利用率很低，磁場(chǎng)集聚性更差，而且線圈繞組缺少限位裝置，難以限制線圈在軸向的位移；該發(fā)明電機(jī)采用了一種外轉(zhuǎn)子殼體轉(zhuǎn)動(dòng)的盤式無鐵芯直流電機(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)明提供一種盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)，采用本發(fā)明的盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)后，自行車仍具有良好的蹬踏騎行功能，在純電力驅(qū)動(dòng)狀況下的續(xù)行里程，比目前市售的電動(dòng)自行車有了大幅度的提高。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)，包括左端蓋、右端蓋、主軸和輪轂，所述左端蓋通過第一軸承套在主軸上，右端蓋通過第二軸承套在主軸上，左端蓋和右端蓋與輪轂連接，所述左端蓋通過減速機(jī)構(gòu)與太陽輪齒圈連接，太陽輪齒圈固定在電機(jī)上，通過電機(jī)帶動(dòng)太陽輪齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)左端蓋轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)；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輪齒圈嚙合，第一行星輪與第二行星輪通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過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，所述太陽輪齒圈包含輪齒和與輪齒同軸的安裝圈，安裝圈固定在電機(jī)上，安裝圈外套有防油罩，防油罩與左端蓋密封連接，將減速機(jī)構(gòu)包裹在左端蓋和防油罩形成的空間內(nèi)。

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

作為優(yōu)選，所述電機(jī)包含定子盤，所述主軸上依次套有第四軸承、定子盤和第五軸承，第四軸承和第五軸承上分別套有第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤，第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤的內(nèi)側(cè)分別設(shè)有第一凹槽，第一凹槽內(nèi)安裝有永磁體，第一轉(zhuǎn)子盤外側(cè)與太陽輪齒圈固定連接，通過太陽輪齒圈輸出扭矩，所述定子盤上設(shè)有若干個(gè)環(huán)形分布的用于安裝線圈的梨形孔，線圈通過限位裝置固定在梨形孔內(nèi)，線圈與用于電力和信號(hào)傳輸?shù)碾娎|線束連接。

作為優(yōu)選，所述限位裝置包含內(nèi)圈擋邊、外圈擋邊、環(huán)形電路板和壓圈，所述定子盤的一面延伸有內(nèi)圈擋邊和外圈擋邊，定子盤另一側(cè)安裝有環(huán)形電路板和壓圈，環(huán)形電路板固定在定子盤內(nèi)側(cè)，壓圈位于定子盤外側(cè)，通過內(nèi)圈擋邊、外圈擋邊、環(huán)形電路板和壓圈限制線圈的軸向位移。

作為優(yōu)選，所述定子盤遠(yuǎn)離內(nèi)圈擋邊的一面順序設(shè)有三個(gè)第二凹槽，第二凹槽排列在相鄰兩梨形孔之間位于定子盤的圓心一側(cè)，第二凹槽內(nèi)安裝霍爾傳感器，霍爾傳感器的管腳與固定在定子盤上的環(huán)形電路板焊接，環(huán)形電路板與電纜線束連接。

作為優(yōu)選，所述線圈為圓銅漆包線繞制的空心線圈，其內(nèi)孔形狀為三角形，繞制后的外圈形狀為梨形并與梨形孔相匹配；所述線圈的三角形內(nèi)孔位于定子盤內(nèi)側(cè)的內(nèi)角小于60°，三角形內(nèi)孔的徑向長度小于線圈的徑向直徑即長直徑的三分之一。梨形的線圈為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，每個(gè)線圈的對(duì)稱軸指向永磁體的圓心，線圈對(duì)稱軸的長度即為長直徑，三角形的內(nèi)孔為等腰三角形，內(nèi)孔底邊的高即為三角形的徑向長度，即三角形內(nèi)孔沿永磁體直徑方向上的長度。

作為優(yōu)選，所述第一轉(zhuǎn)子盤和第二轉(zhuǎn)子盤上均設(shè)有散熱孔。

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

有益效果：本發(fā)明的盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)，在保持通軸結(jié)構(gòu)前提下，采用行星齒輪機(jī)構(gòu)兩級(jí)減速，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)明的盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)對(duì)電動(dòng)自行車輪圈規(guī)格的適應(yīng)性；其兩級(jí)減速的行星齒輪減速機(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，既保證了減速機(jī)構(gòu)的可靠性，又能有效地降低傳動(dòng)噪聲。

附圖說明

圖1是本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)行星減速機(jī)構(gòu)圖。

圖3是本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)側(cè)視圖。

圖4是本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)的行星減速機(jī)構(gòu)安裝示意圖。

圖5是本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)的定子盤示意圖。

圖6是本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)的線圈、霍爾傳感器及環(huán)形電路板安裝示意圖。

圖7是本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)的線圈通電后的外部磁場(chǎng)分析圖。

圖8是本發(fā)明無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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9是本發(fā)明無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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)明的一種盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)，包括左端蓋3、右端蓋4、主軸10和輪轂2，所述左端蓋3通過第一軸承5套在主軸10上，右端蓋4通過第二軸承51套在主軸10上，左端蓋3和右端蓋4通過螺絲與輪轂2連接，在鑄造工藝中，可將所述輪轂2與左端蓋3或右端蓋4合并鑄造為組合體形式，所述左端蓋3通過減速機(jī)構(gòu)與太陽輪齒圈11連接，太陽輪齒圈11固定在電機(jī)1上，通過電機(jī)1帶動(dòng)太陽輪齒圈11轉(zhuǎn)動(dòng)，從而通過減速機(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)；所述減速機(jī)構(gòu)包含行星架6、若干個(gè)第一行星輪7、若干個(gè)第二行星輪8和中心輪9，所述第一行星輪7與太陽輪齒圈11嚙合，第一行星輪7與第二行星輪8通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸同軸連接，轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過第三軸承20安裝在行星架6上，行星架6套在主軸10上，第二行星輪8與固定在左端蓋3上的中心輪9嚙合，構(gòu)成了兩級(jí)減速的定軸行星齒輪減速機(jī)構(gòu)，其減速機(jī)構(gòu)使用固體潤滑油進(jìn)行潤滑。

在本發(fā)明中，所述太陽輪齒圈11包含輪齒和與輪齒同軸的安裝圈，安裝圈固定在電機(jī)1上，安裝圈外套有防油罩12，防油罩12與左端蓋3密封連接，將減速機(jī)構(gòu)包裹在左端蓋3和防油罩12形成的空間內(nèi)。防油罩12為底部有圓孔的平底碗狀結(jié)構(gòu)，由工程塑料模壓制成，安裝在左端蓋3上，限制了潤滑油在輪轂2內(nèi)的擴(kuò)散。

在本發(fā)明中，第一行星輪7的材質(zhì)為強(qiáng)度高耐磨性好的尼龍或聚甲醛等工程塑料，第二行星輪8、中心輪9的材質(zhì)為鋼質(zhì)，所述行星架6套裝在主軸10上，在其中心孔開有鍵槽，由主軸10上的凸檔作靠山定位，通過卡簧28、軸銷29與主軸10鎖定，其中第二行星輪8為聯(lián)軸式齒輪。

在本發(fā)明中，所述電機(jī)1包含定子盤13，所述主軸10上依次套有第四軸承14、定子盤13和第五軸承141，第四軸承14和第五軸承141上分別套有第一轉(zhuǎn)子盤15和第二轉(zhuǎn)子盤16，所述第一轉(zhuǎn)子盤15和第二轉(zhuǎn)子盤16上均設(shè)有散熱孔27，有利于消散電機(jī)1工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量，第一轉(zhuǎn)子盤15和第二轉(zhuǎn)子盤16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17，第一轉(zhuǎn)子盤15外側(cè)與太陽輪齒圈11固定連接，通過太陽輪齒圈11輸出扭矩，所述定子盤13上設(shè)有若干個(gè)環(huán)形分布的用于安裝線圈18的梨形孔21，線圈18通過限位裝置固定在梨形孔21內(nèi)，所述線圈18為圓銅漆包線繞制的空心線圈，其內(nèi)孔形狀為三角形，其外圈形狀為與梨形孔21匹配的形狀，線圈18與用于電力和信號(hào)傳輸?shù)碾娎|線束19連接。

在本發(fā)明中，所述限位裝置包含內(nèi)圈擋邊24、外圈擋邊25、環(huán)形電路板22和壓圈23，所述定子盤13的一面延伸有內(nèi)圈擋邊24和外圈擋邊25，定子盤13另一側(cè)安裝有環(huán)形電路板22和壓圈23，環(huán)形電路板22固定在定子盤13的內(nèi)側(cè)，壓圈23位于定子盤13的外側(cè)，通過內(nèi)圈擋邊24、外圈擋邊25、環(huán)形電路板22和壓圈23限制線圈18的軸向位移。

在本發(fā)明中，所述定子盤13遠(yuǎn)離內(nèi)圈擋邊的一面順序設(shè)有三個(gè)第二凹槽30，第二凹槽30排列在相鄰兩梨形孔21之間位于定子盤13的圓心一側(cè)，第二凹槽30內(nèi)安裝霍爾傳感器26，霍爾傳感器26的管腳與固定在定子盤13上的環(huán)形電路板22焊接，環(huán)形電路板22與電纜線束19連接。

在本發(fā)明中，所述永磁體17為扇形釹鐵硼永磁材料，其徑向長度即扇形永磁體17的內(nèi)外半徑差是線圈18的徑向直徑即長直徑的0.5-0.8倍。所述永磁體17包含若干個(gè)永磁體17單元，相鄰兩個(gè)永磁體17單元之間留有間隙，間隙的大小與電氣性能參數(shù)適配。

在本發(fā)明中，所述第一轉(zhuǎn)子盤15和第二轉(zhuǎn)子盤16由鐵質(zhì)材料制成，其外形為平底碗狀，第一轉(zhuǎn)子盤15的軸承室在其內(nèi)側(cè)，由固定在其外側(cè)的太陽輪齒圈11作為軸承擋；第二轉(zhuǎn)子盤16的軸承室位置偏向其外側(cè)并設(shè)有軸承擋。所述第一轉(zhuǎn)子盤15和第二轉(zhuǎn)子盤16也可以由鐵質(zhì)圓環(huán)與鋁合金或與工程塑料復(fù)合制成，其外形為平底碗狀，第一轉(zhuǎn)子盤15的軸承室在其內(nèi)側(cè)，由固定在其外側(cè)的太陽輪齒圈11作為軸承擋；第二轉(zhuǎn)子盤16的軸承室位置偏向其外側(cè)并設(shè)有軸承擋。該方案的優(yōu)點(diǎn)是：在扁薄的電機(jī)1內(nèi)部留出了主軸10上的出線孔位置，以及線束與繞組出線、環(huán)形電路板相連接的空間，采用復(fù)合材料制造第一轉(zhuǎn)子盤15和第二轉(zhuǎn)子盤16，電機(jī)1的重量會(huì)更輕。

基于通電空心線圈外部磁場(chǎng)分析及實(shí)驗(yàn)，本發(fā)明提出了盤式無鐵芯直流電機(jī)的線圈18與永磁體17的最經(jīng)濟(jì)有效的組合。如圖5，通過對(duì)單個(gè)通電空心線圈外部磁場(chǎng)的有限元分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通電空心線圈中心位置，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著線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；通電空心線圈表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度出現(xiàn)在線圈的軸線附近，距離線圈中心越遠(yuǎn)，特別是在線圈的外邊緣，衰減很快；氣隙部分線圈表面磁場(chǎng)強(qiáng)度最大，隨著離線圈表面距離的增加，磁場(chǎng)強(qiáng)度迅速衰減，數(shù)值很??；通過對(duì)通電空心線圈磁感應(yīng)強(qiáng)度規(guī)律的分析驗(yàn)證，得出了盤式無鐵芯直流電機(jī)的技術(shù)路徑是：適當(dāng)減小扇形永磁體17的徑向長度(扇形磁鐵的內(nèi)外半徑差)、盡可能減小線圈18空心部分的面積。

減小扇形永磁體17的徑向長度，會(huì)產(chǎn)生部分磁通損失，下表為永磁體17的徑向長度變化對(duì)盤式無鐵芯直流電機(jī)成本、效率影響的實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)(空心線圈徑向直徑為D＝32mm，線圈高10.0mm，銅漆包線線徑0.6mm，通電電流3.5A，三角形空心的徑向長度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17的徑向長度的減小，線圈18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17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17的徑向長度，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17徑向長度(扇形永磁體的內(nèi)外半徑差)小于線圈18的徑向直徑的技術(shù)方案，為固定線圈18而設(shè)置限位裝置提供了必要的空間，兩者的比例關(guān)系，如取永磁體17徑向長度為0.9D，限位裝置與線圈18的疊壓寬度小于0.05D，固定效果較差；而取永磁體17徑向長度小于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17徑向長度與線圈18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

盤式無鐵芯直流電機(jī)，繞組由6個(gè)線圈18組成，線圈18的徑向直徑為D＝32mm，高10.0mm，銅漆包線線徑0.67mm，三角形空心徑向長度9.6mm，8個(gè)永磁體17單元的內(nèi)、外直徑平均值68mm，軸向高度6mm，徑向長度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17的圓心角分別取45°、41°、38°進(jìn)行對(duì)比測(cè)試；圖8中a表示永磁體圓心角為45°扭矩與效率的曲線，b表示永磁體圓心角為41°扭矩與效率的曲線，c表示永磁體圓心角為38°扭矩與效率的曲線，從圖8所示的扭矩效率曲線圖上看，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17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)果也與通電空心線圈外部磁場(chǎng)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合；永磁體17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17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)自行車輪圈尺寸的變化。

相對(duì)于有鐵芯電機(jī)，盤式無鐵芯電機(jī)的線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，增加線圈繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線的長度可以提高其電感量，可采取加大線圈18的直徑或減小導(dǎo)線的線徑兩種技術(shù)路徑；減小導(dǎo)線的線徑會(huì)使繞組電阻上升并降低電機(jī)功率，而增加線圈繞組的匝數(shù)和導(dǎo)線的長度又會(huì)增加電機(jī)的成本和體積，因此要求在定子盤13有限的空間里盡可能地增加設(shè)定線徑的導(dǎo)線的匝數(shù)和長度，優(yōu)選的繞線方法是：繞線夾具以經(jīng)倒角處理后的三角形棒為芯棒，層疊繞制導(dǎo)線，由此繞制的線圈18，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)線的線徑、導(dǎo)線屈服強(qiáng)度以及繞線張力等綜合影響呈梨形。

基于空心線圈外部磁場(chǎng)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)盡可能減小線圈空心部分的面積，而空心面積越小，線圈外圈形狀越接近于圓形，并不能充分利用定子盤13的空間。線圈18的內(nèi)孔和外圈形狀應(yīng)根據(jù)導(dǎo)線的線徑、導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度、定子盤13直徑的大小、繞組的線圈18數(shù)量決定，經(jīng)反復(fù)繞制和測(cè)試，線圈18的三角形內(nèi)孔位于定子盤內(nèi)側(cè)的內(nèi)角小于60°，三角形內(nèi)孔的徑向長度小于線圈的徑向直徑即長直徑的三分之一的設(shè)計(jì)方案，能較好地滿足定子盤13的空間利用及磁場(chǎng)向線圈18中心集聚的要求。

本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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)采用了盤式無鐵芯結(jié)構(gòu)，電機(jī)重量輕，高速性能好，空載電流小且無磁滯阻力，從而使電動(dòng)自行車具有良好的蹬踏騎行功能；在保持通軸結(jié)構(gòu)前提下，采用行星齒輪機(jī)構(gòu)兩級(jí)減速，既保證了輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性，又能使盤式無鐵芯直流電機(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)明的盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)對(duì)電動(dòng)自行車輪圈規(guī)格的適應(yīng)性；本發(fā)明盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)，其兩級(jí)減速的行星齒輪減速機(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)明的盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)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，圖9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，如圖9，功率在75W時(shí)效率就能達(dá)到75％，在電動(dòng)自行車正常騎行所需的80－150W的功率區(qū)間，本發(fā)明的有齒輪轂電機(jī)均能以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)明的盤式無鐵芯直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的有齒輪轂電機(jī)的電動(dòng)自行車樣機(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)自行車樣車已無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)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。