本實(shí)用新型屬于電動(dòng)車用電機(jī)領(lǐng)域，特別是適合于一種要求小體積，大扭矩，變比可調(diào)，大調(diào)速范圍的，一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)。

背景技術(shù)：

電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車等電動(dòng)車因?yàn)槭褂梅奖?、?jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有電動(dòng)車的電機(jī)安裝方式有：①電機(jī)直接裝到輪轂內(nèi)，該類電機(jī)屬于外轉(zhuǎn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子固定在輪轂上，輪轂實(shí)際就是電機(jī)的轉(zhuǎn)子，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)沒有經(jīng)過變速機(jī)構(gòu)直接驅(qū)動(dòng)輪轂，這種驅(qū)動(dòng)方式對(duì)于電機(jī)和輪轂來說屬于直驅(qū)方式，電機(jī)轉(zhuǎn)速就是輪轂的轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速不能很高，轉(zhuǎn)速只有幾百轉(zhuǎn)每分鐘，功率相對(duì)較小，電機(jī)的效率低、扭矩小，只能在平路及低負(fù)載范圍使用。同時(shí)，它的調(diào)速只能通過電機(jī)控制器進(jìn)行電子調(diào)速，靠增加電機(jī)電流來增加功率和扭矩，但這種控制電機(jī)方式電機(jī)溫度會(huì)很高，電機(jī)效率會(huì)變得更低，只能短時(shí)間使用，無法長時(shí)間運(yùn)行，同時(shí)作用到輪轂的扭矩增加也不會(huì)很大。這樣制約了電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車的使用范圍；②普通電機(jī)裝變速機(jī)構(gòu)的，輸出的扭矩增大了，但普通電機(jī)體積大、長度比較長，由于受輪轂的尺寸限制，電機(jī)及變速機(jī)構(gòu)很難裝配在輪轂內(nèi)，只能裝在外面，然后通過鏈條等傳動(dòng)輪轂進(jìn)行輪轂驅(qū)動(dòng)。因?yàn)樵擃愲姍C(jī)的效率比較低，再經(jīng)過變速機(jī)構(gòu)和鏈條等傳動(dòng)后，電機(jī)傳到輪轂的效率就更加低，對(duì)整車的續(xù)航能力影響較大，為了達(dá)到同樣的續(xù)航能力，在電池功率密度沒有顯著提高的前提下，只能增加電池的數(shù)量或容量，造成成本增加，同時(shí)電池的重量增加，整車的重量也隨著增加。

以上無論使用那一種方式，在現(xiàn)有條件下都制約著電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車的發(fā)展，造成電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車無法在山區(qū)或丘陵等區(qū)域大范圍、長距離續(xù)航使用，只能在平路或短距離使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車的直驅(qū)輪轂電機(jī)的轉(zhuǎn)速不能太高、扭矩小、效率低等問題，為了解決電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車帶調(diào)速機(jī)構(gòu)的電機(jī)效率低、質(zhì)量重、續(xù)航能力低等問題，本實(shí)用新型通過采用體積小、重量輕、高速、高效、高功率密度的永磁無鐵心電機(jī)，采用緊湊的、棘爪的、多擋變速的高效變速箱及輪轂，很好地解決了上述問題。

本實(shí)用新型所述的一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)由外殼、端蓋一、端蓋二、端蓋法蘭、定子、擋磁板、永磁片、永磁片壓塊、平鍵、螺釘、轉(zhuǎn)軸、軸承、磁環(huán)、霍爾傳感器、初級(jí)主動(dòng)齒輪、初級(jí)被動(dòng)齒輪、一擋主動(dòng)齒輪、一擋被動(dòng)齒輪、二擋主動(dòng)齒輪、二擋被動(dòng)齒輪、主動(dòng)軸、輸出軸、主軸、一擋棘爪、彈簧圈、二擋棘爪、棘爪銷、換擋套、換擋頂桿、換擋推板、電磁閥、輪轂等組成。

一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)固定在車架上，電機(jī)轉(zhuǎn)子部分通過軸承與電動(dòng)機(jī)定子部分連接成整體，定子部分外殼通過螺釘與車架固定止轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子部分的轉(zhuǎn)軸與變速箱的初級(jí)主動(dòng)齒輪通過隼接結(jié)構(gòu)聯(lián)接，變速箱輸出軸與輪轂通過緩沖體進(jìn)行連接。將電機(jī)的扭矩傳遞到車輪轂上，主軸穿過轉(zhuǎn)軸固定在車架上。從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在車架上的固定。

轉(zhuǎn)子部分采用將永磁片固定到金屬擋磁板上的結(jié)構(gòu)，使永磁片與金屬擋磁板緊密聯(lián)接，從而大大增加了聯(lián)接的可靠性并提高電動(dòng)機(jī)的功率密度和效率。

本一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是：轉(zhuǎn)軸上裝有軸承、擋磁板、永磁片；永磁片固定在擋磁板上；擋磁板采用導(dǎo)磁材料制成，其形狀為凹凸型圓盤；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部分通過軸承與電機(jī)外殼部分聯(lián)接；電動(dòng)機(jī)外殼與端蓋一、端蓋二聯(lián)接并將定子固定在其內(nèi)部，端蓋法蘭與車架通過螺釘連接止轉(zhuǎn)；電機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定有磁環(huán)，端蓋一上安裝有霍爾板，專用控制器通過霍爾板反饋信號(hào)控制電機(jī)運(yùn)行；電機(jī)轉(zhuǎn)軸與變速箱通過隼接結(jié)構(gòu)聯(lián)接，變速箱將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的扭矩由輸出軸上的緩沖體與輪轂通過螺釘固定；通過電磁閥驅(qū)動(dòng)換擋頂桿實(shí)現(xiàn)換擋功能，通過電機(jī)控制器和變速箱實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。

本一種多級(jí)變速永磁無鐵心電機(jī)的定子采用無鐵心線繞盤式繞組并由高分子材料固化工藝制成，無鐵心線繞盤式繞組被封裝在高分子材料之中。

本一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)可用做其它交通工具原動(dòng)機(jī)，如電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車等。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1)一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)與車架車軸緊密聯(lián)接，牢固可靠，節(jié)省空間。

2)永磁片與擋磁板可靠聯(lián)接。

3)組裝工藝簡單。

4)氣隙小，提高了磁能利用率。

5)線圈繞組定子無鐵心。

6)電動(dòng)機(jī)效率高。

7)輸出轉(zhuǎn)矩大。

8)無齒槽效應(yīng)，轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。

9)電磁換擋系統(tǒng)可靠、靈活，解決了換擋過程中齒輪易損壞問題。

附圖說明

以下結(jié)合說明書附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)特征。

圖1是本實(shí)用新型一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)總體裝配圖。1是外殼、2是端蓋一、3是螺釘、4是永磁片、5是擋磁板、 6是永磁片壓塊、7是螺釘、8是端蓋法蘭、9是螺釘、10是霍爾傳感器、11是螺釘、12是螺母、13是磁環(huán)、14是平鍵、15是轉(zhuǎn)軸、 16是軸承、17是螺釘、18是鎖緊螺母、19定子、20是軸承、21是油封、22是端蓋二、23是主動(dòng)軸、24是軸承、25是初級(jí)被動(dòng)齒輪、 26是一擋主動(dòng)齒輪、27二擋主動(dòng)齒輪、28是軸承、29是一擋被動(dòng)齒輪、30是二擋被動(dòng)齒輪、31是軸承、32是軸承固定板、33是軸承、 34是輸出軸、35是軸承、36是軸承、37是電磁閥、38是換擋頂桿、 39是換擋開關(guān)、40是軸承頂套、41是軸承安裝套、42是軸承固定套、 43是緩沖體、44是換擋套、45是換擋推板、46是主軸、47是螺釘、48軸承、49是初級(jí)主動(dòng)齒輪、50是輪轂、51是變速箱蓋、52是螺釘。

圖2是本實(shí)用新型一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)動(dòng)力 輸出結(jié)構(gòu)圖。15是轉(zhuǎn)軸、23是主動(dòng)軸、25是初級(jí)被動(dòng)齒輪、26是一 擋主動(dòng)齒輪、27二擋主動(dòng)齒輪、29是一擋被動(dòng)齒輪、30是二擋被動(dòng) 齒輪、34是輸出軸、46是主軸、53是一擋棘爪、54是彈簧圈。

圖3是本實(shí)用新型一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)二擋 變速齒輪嚙合狀態(tài)結(jié)構(gòu)圖。29是一擋被動(dòng)齒輪、30是二擋被動(dòng)齒輪、 34是輸出軸、38是換擋頂桿、44是換擋套、45是換擋推板、46是 主軸、55是二擋棘爪、56是棘爪銷、57是彈簧。

具體實(shí)施方式

在圖1中，一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)端蓋法蘭(8) 及主軸(45)利用螺釘(17)及螺母(12)固定在車架上，并由螺釘 (9)固定在端蓋一(2)上。電動(dòng)機(jī)外殼(1)與端蓋一(2)、端蓋 二(22)聯(lián)接并將定子(19)固定在其內(nèi)部、變速箱蓋(51)由螺釘 (50)與外殼相固定。永磁片壓塊(6)利用螺釘(7)將永磁片(4) 固定在擋磁板(5)上，擋磁板(5)利用平鍵(14)固定在轉(zhuǎn)軸(15) 上，轉(zhuǎn)軸(15)靠榫接結(jié)構(gòu)與初級(jí)主動(dòng)齒輪(47)聯(lián)接。初級(jí)被動(dòng)齒 輪(25)、一擋主動(dòng)齒輪(26)、二擋主動(dòng)齒輪(27)裝在主動(dòng)軸(23) 上，通過軸承(24)、軸承(28)固定在端蓋二(22)及變速箱蓋(51) 上。一擋被動(dòng)齒輪(29)、二擋被動(dòng)齒輪(30)固定在輸出軸(34) 上，輸出軸(34)通過軸承(31)、軸承(35)、軸承(36)、軸承(48) 與主軸(46)、變速箱蓋(51)固定。輸出軸(34)上固定著緩沖體 (43)和軸承(33)，通過軸承固定板(32)與輪轂(50)連接。主 軸(23)上裝固定有軸承頂套(40)、是軸承安裝套(41)，輸出軸(34)、 主軸(23)通過軸承(36)與輪轂(50)連接。電磁閥(37)安裝在 車架上，換擋頂桿(38)與電磁閥(37)連接固定，換擋頂桿(38) 上固定著換擋推板(45)，通過控制換擋開關(guān)(39)來調(diào)節(jié)輸出軸(34) 速度。磁環(huán)(13)固定在轉(zhuǎn)軸(15)上，霍爾傳感器(10)通過螺釘 (11)固定在端蓋一(2)上。

在圖2中，一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)動(dòng)力輸出的實(shí)施方式：電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)由軸承支撐在主軸(46)上的初級(jí)主動(dòng)齒輪 (49)旋轉(zhuǎn)，初級(jí)主動(dòng)齒輪(49)帶動(dòng)與其嚙合的初級(jí)被動(dòng)齒輪(25) 旋轉(zhuǎn)，由于初級(jí)被動(dòng)齒輪(25)采用花鍵結(jié)構(gòu)與主動(dòng)軸(23)連接，初級(jí)被動(dòng)齒輪(25)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)主動(dòng)軸(23)及裝配在其上的一擋主動(dòng)齒輪(26)和二擋主動(dòng)齒輪(27)旋轉(zhuǎn)，一擋主動(dòng)齒輪(26)帶動(dòng)與其嚙合的一擋被動(dòng)齒輪(29)旋轉(zhuǎn)，在一擋棘爪(53)的作用下，帶動(dòng)輸出軸(34)旋轉(zhuǎn)，由于輪轂(圖1中50)與輸出軸(34)相連，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出給輪轂，推動(dòng)車輛行駛。二擋的動(dòng)力輸出為：二擋主動(dòng)齒輪(27)帶動(dòng)與其嚙合的二擋被動(dòng)齒輪(30)旋轉(zhuǎn)，在二擋棘爪(55)的作用下，帶動(dòng)輸出軸(34)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出。

在圖3中，一種多級(jí)機(jī)械變擋永磁無鐵心輪轂電機(jī)一擋被動(dòng)齒輪、二擋被動(dòng)齒輪與輸出軸嚙合與分離及變速的實(shí)施方式：

一擋被動(dòng)齒輪(29)套裝在輸出軸(34)的一擋位置，該位置裝有兩對(duì)一擋棘爪(圖2中53)，并由彈簧圈(54)的收縮力將一擋棘爪頂起；一擋被動(dòng)齒輪(29)的旋轉(zhuǎn)通過一擋棘爪傳遞給輸出軸(34)。一擋被動(dòng)齒輪(29)、輸出軸(34)、一擋棘爪為長期嚙合狀態(tài)。彈簧圈(54在輸出軸(34)前端的槽中，利用其彈性收縮將一擋棘爪頂起，確保一擋棘爪始終頂在一擋被動(dòng)齒輪(29)的棘槽凸緣部位。

二擋被動(dòng)齒輪(30)套裝在輸出軸(34)的二擋位置，該位置裝有一對(duì)二擋棘爪(55)，并由彈簧(57)將二擋棘爪(55)頂起；二擋被動(dòng)齒輪(30)的旋轉(zhuǎn)通過二擋棘爪(55)傳遞給輸出軸(34)。二擋被動(dòng)齒輪(30)、輸出軸(34)、二擋棘爪(55)的嚙合狀態(tài)由換擋套(44)的位置決定，當(dāng)換擋套(44)插入二擋棘爪(55)下部時(shí)，二擋棘爪(55)前部凸緣收回在輸出軸(34)的棘爪槽中，此時(shí)二擋被動(dòng)齒輪(30)空套在輸出軸(34)上，無法帶動(dòng)輸出軸(34)旋轉(zhuǎn)；當(dāng)換擋套(44)離開二擋棘爪(55)下部時(shí)，二擋棘爪(55)前部凸緣靠彈簧(57)的彈力彈起，與二擋被動(dòng)齒輪(30)的棘槽凸緣嚙合，輸出軸(34)與二擋被動(dòng)齒輪(30)一同旋轉(zhuǎn)。

如前所述，一擋被動(dòng)齒輪(29)、輸出軸(34)、一擋棘爪(53) 為長嚙合狀態(tài)，此時(shí)換擋套(44)插入二擋棘爪(55)下部時(shí)，二擋棘爪(55)前部凸緣收回在輸出軸的棘爪槽中，此時(shí)二擋被動(dòng)齒輪(30) 空套在輸出軸(34)上，無法帶動(dòng)輸出軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)輸出軸(34)的旋轉(zhuǎn)就是一擋被動(dòng)齒輪(29)帶動(dòng)輸出軸(34)的旋轉(zhuǎn)，變速箱處于一擋狀態(tài)(慢速擋)；

當(dāng)換擋套(44)離開二擋棘爪(55)下部時(shí)，二擋棘爪(55)前部凸緣靠彈簧(57)的彈力彈起，與二擋被動(dòng)齒輪(30)的棘槽凸緣嚙合，輸出軸(34)與二擋被動(dòng)齒輪(30)一同旋轉(zhuǎn)。由于二擋齒輪組的變速比小于一擋齒輪組，此時(shí)輸出軸(34)的轉(zhuǎn)速快于一擋齒輪組的轉(zhuǎn)速，輸出軸(34)上的一擋棘爪(53)的旋轉(zhuǎn)速度快于一擋被動(dòng)齒輪(29)，處于被超越狀態(tài)，因此，此時(shí)的輸出軸(34)轉(zhuǎn)速由二擋齒輪組決定，變速箱處于二擋狀態(tài)(快速擋)。

在電機(jī)定速條件下實(shí)現(xiàn)變速箱的換擋動(dòng)作的實(shí)施方式：

換擋套(44)裝在主軸(46)與輸出軸(34)之間，換擋套(44) 后部裝有換擋推板(45)；主軸(46)的軸心為中空結(jié)構(gòu)，其中裝有換擋頂桿(38)，其前端與換擋推板(45)緊固，其后部與換擋電磁閥(37)連接。換擋電磁閥(37)中兩組線圈通過換擋開關(guān)(39)的位置來確定兩組線圈的正負(fù)極方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)換擋頂桿(38)的推進(jìn)和拉出狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電控狀態(tài)下的換擋。

本電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)可用做其它交通工具原動(dòng)機(jī)，如電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)汽車等，這些應(yīng)用都屬于本專利保護(hù)范圍。