能够与车辆的底部支架同轴地安装的、用于具有两个或三个轮的车辆的齿轮马达系统以及包括所述系统的车辆技术方案

本发明专利技术涉及用于具有两个或三个轮的车辆的电动齿轮马达系统，其能够在外部安装在车辆自身的底部支架上。该系统应用于具有两个和三个轮的车辆，该车辆包括标准自行车框架(1、101)，具有杠杆(6)和踏板曲柄，以用于传递车辆的前进运动。所述齿轮马达单元是“外转式”类型的，即转子(24、50、14、124、150、114)处于定子(12、112)外侧，齿轮箱是行星式类型的，嵌入在定子腔体内；该系统的特征在于，该系统借助于轮毂19、119与框架(1、101)的底部支架同轴地安装，该轮毂适当地成形为插入到标准自行车框架上具有的底部支架的腔体中，使得马达、齿轮箱和踏板曲柄轴的旋转轴线重合；马达处于框架外侧。描述并要求保护两个优选实施例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于具有两个或三个轮的车辆(尤其是自行车或三轮车)的电动推进系统的领域。
技术介绍
近年来，用于电动自行车的电动马达通常安装在轮的轮毂中(称为“轮毂马达”或“直接轮毂”或“驱动轮”)，以便由于这些马达所要求的体积而利用否则不会用到的空间。多年来，这些马达已经开始显示出它们的限制。实际上，通常是具有外部转子的无刷马达，其中磁体在没有减速级的情况下直接固定到轮的轮毂，马达吸收大量的电流，以便产生必要的转矩。此外，转矩的缺乏阻碍电动自行车行驶于显著的上坡路(例如：大于20％的倾斜度)。随后，为了克服这个问题，引入了无刷马达，其中与轮的轮毂的联接不再是直接的，而且运动通过周转级而被减速(例如EP2 308 436 A1)。这样的周转级以同轴的方式相对于马达的主动部分侧向地安置。相对于没有减速级的马达而言，这种权宜之计能够减小尺寸和体积(并由此降低成本)，原因在于能够以较高速度(例如每分钟1000-2000转)旋转的马达在传递相同功率的情况下需要的驱动转矩较小，并且因此在下部绕组中需要的电流较小。安置在轮毂上的、具有一个或两个周转减速级的马达的这种构造通常定义为“行星轮毂”并且具有若干缺陷。第一个缺陷在于，周转级的总体积减少了马达的主动部分(即用来产生能量的部分(定子、转子、绕组))的宝贵空间。第二个缺陷在于，传动装置在减速时可能
依赖于单个固定的减速比，由此马达不得不在宽的旋转工况区间(例如：每分钟从0至2000转)内操作，从而在大部分时间极大地背离了确保最大效率的工况。自行车的后轮毂的轴向尺寸是有限的(在大多数情况下小于150mm)。具有周转级的马达的方案必须将这样有限的体积划分在环形齿轮的轮、周转级以及马达的主动部分(定子、绕组、转子)之间。还需要考虑的是，该方案中采用的行星系统由于有限的体积而在可获得的最大减速比上存在限制，对于每个减速级而言，该减速比的范围通常为从3:1至5:1。这些组合的因素确保了这样的系统即使在改进的情况下也不能够完全发挥出电动马达的固有的潜能。实际上，电动马达的最佳重量/功率、体积/功率比常常在每分钟2000至4000转的范围内，该系统并不能实现这样的最佳状况。考虑到在最大速度下电动自行车的后轮通常每分钟完成60至300转，所需的减速比应当在6:1-66:1的范围内。考虑到自行车的后轮毂的体积约束和要求传递的转矩，利用一个或多个周转减速级很难获得这样的比。为了克服这个障碍，最近出现了具有“底部支架”的系统，其中电动马达不再安装在轮的轮毂上，而是安装在自行车自身的底部支架附近，从而借助于具有齿轮的传动装置或者具有链条的传动装置而将传递的转矩传动到自行车链条所接合的环形齿轮。这种构造(称为“中间驱动”或“曲柄驱动”)提供的优点在于，能够使马达以接近最佳数值(每分钟2000-4000转)的转速旋转并且依赖于后续减速级/链轮(自行车自身的，包括一个或多个环形齿轮、传动链条以及与后轮的轮毂一体形成的一个或多个链轮，参考二次传动装置302)，这允许将电动马达保持在最接近最大效率的旋转范围内。在相同的电池组的情况下，这些优点使得马达具有更加受限的尺寸、较小的电流消耗，并且由此具有较大的自主性(例如：EP2615023(A1)-2013-07-17，WO2008120311(A1)，WO 00/43259)。然而，“中间驱动”构造使其具有若干缺陷：相对于马达定位在轮
毂上，复杂度增大，并且一次传动系统(其将运动从电动马达传递到自行车的底部支架)所需的体积和重量增大，这迫使寻求用于定位马达-传动装置单元的新方案。当前已有的最佳方案追求获得最小体积(与自行车的日常使用相容)和轮可以获得的高转矩(这需要使用马达或较大尺寸的一次传动装置)的相反需求之间的折中，当然同时追求最低的成本。上述专利(EP2615023)和其它专利(例如：DE102011089559)依赖于高的一次减速比来获得可获取的高转矩，这对体积而言是不利的。因此，接受了大尺寸自行车具有显著增大的体积的缺陷，电动推进系统具有确保高转矩和高效率的优点。这些系统中的一些引入了其扩散的另一个限制：它们要求自行车具有用于接纳这些装置的框架(WO 00/43259)。虽然任何人都可以在某人的常规自行车上安装马达，马达被安置在后轮的轮毂上，从而将自行车转换为电动自行车，但是现在不再能够将已有的自行车转换为具有这些系统。其它系统(例如：EP2463189A1和EP1144242(A1)-2001-10-17)通过将马达与底部支架同轴地容纳在自行车的踏板之间而追求有限的体积。这防止了过大的尺寸，但是再次引入了马达单元的轴向尺寸的约束，和在本部分开始处调查的马达-轮系统一样。实际上，这些系统必须确保有限的轴向和径向体积(例如轴向小于100mm，径向小于200mm)，这由于可能的周转级所要求的体积而阻止获得高的一次减速比(踏板马达-环形齿轮)，并且由此阻止高的转矩传递到轮。为此，某些制造商提出解决方案，其中利用周转减速级(一种称为“周转中间驱动”的构造)进行补偿来限制马达的体积(US6296072)，并且某些制造商提出了其它的解决方案，其目的在于使得马达的尺寸最大化，排除一次减速和/或使用缺少减速级的轴向通量构造(EP2562071 A1)，类似于本专利技术的目的。在将同轴马达与多个周转减速级的优点结合起来的尝试中(例如：EP2463189和US6296072)，通过限制必须与周转级共同存在的马达的主动元件的尺寸(转子的直径，定子组的轴向长度，绕组头部的体
积)，以及通过在有限的轴向体积下齿轮的最大可支持转矩，来限制最大功率。在这个简要段中分析的大多数马达的最大功率被限制为250W。最大功率约束从来不是大问题，原因在于在大多数欧洲法律中不允许电动自行车传递更大的功率。随着电动自行车具有较高法定功率限制的国家(例如美国，其电动自行车能够交付使用的最大功率限制为750W)对电动自动车越来越关注，并且欧洲法律授权销售相对于公路而言用途不同的、具有较大功率的电动自行车，最大可获得功率的约束变得越来越不利。必须要考虑的是，上述系统中的一些可以用来短时间传递甚至大于250W(例如：1000W)的功率，但是效率以及由此自主性将受到严重妨碍。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种推进系统，通过使用相对于车辆的中央系统(通常称为“中间驱动”)，其能够在多种不同的情形下(例如大于80％的情况为，在平地上中等速度，在陡峭上坡路上中等速度，在平地上高速，在陡峭上坡路上高速)获得较高水平的马达效率，以便获得车辆的较大的自主性。本专利技术的另一个目的在于提供一种推进系统，其能够借助于高的一次减速比为电动车辆提供面对陡峭上坡路(例如：大于30％的倾斜度)所需的驱动转矩。本专利技术的另一个目的在于提供一种推进系统，其通过使得一次传动装置的体积最小化而能够获得系统的最大转矩/体积比。本专利技术的另一个目的在于向还没有设置电动推进装置的全部现有车辆提供上述优点。所述目的和优点均通过根据本专利技术的目的的电动齿轮马达系统来实现，该电动齿轮马达系统用于具有两个或三个轮的车辆(例如：电动自行车、电动踏板车、三轮车)，能够与车辆自身的底部支架同轴...

【技术保护点】
一种用于具有两个或三个轮的车辆的电动齿轮马达系统，所述车辆包括标准自行车框架(1、101)，该标准自行车框架具有踏板曲柄(6、16、106、116)以用于传递车辆的前进运动；所述齿轮马达单元是“外转式”类型的，即转子(24、50、14、124、150、114)处于定子(12、112)外侧，其与框架(1、101)的底部支架同轴地安装，齿轮箱是行星式类型的，嵌入在定子腔体内，该系统的特征在于，该系统借助于轮毂(19、119)与标准自行车框架(1、101)的底部支架同轴地安装，该轮毂适当地成形为插入到底部支架的腔体中，使得马达、齿轮箱和踏板曲柄轴的旋转轴线重合；并且其中马达和齿轮箱处于框架外侧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.18 IT PR2013A0001011.一种用于具有两个或三个轮的车辆的电动齿轮马达系统，所述车辆包括标准自行车框架(1、101)，该标准自行车框架具有踏板曲柄(6、16、106、116)以用于传递车辆的前进运动；所述齿轮马达单元是“外转式”类型的，即转子(24、50、14、124、150、114)处于定子(12、112)外侧，其与框架(1、101)的底部支架同轴地安装，齿轮箱是行星式类型的，嵌入在定子腔体内，该系统的特征在于，该系统借助于轮毂(19、119)与标准自行车框架(1、101)的底部支架同轴地安装，该轮毂适当地成形为插入到底部支架的腔体中，使得马达、齿轮箱和踏板曲柄轴的旋转轴线重合；并且其中马达和齿轮箱处于框架外侧。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，齿轮箱的输出运动被传递到旋转钟形元件(3、103)，齿轮马达完全容纳在该旋转钟形元件内。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在旋转钟形元件(3、103)上固定有用于运动的二次传动的环形齿轮(或带轮)。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，杯状物15、151在一侧上与框架101成一体，而在另一侧上在外部用作定子(12、112)的支撑件且在内部用作行星齿轮箱的内部齿23、123。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，运动借助于最终级的中空的行星齿轮壳152从齿轮马达离开，该行星齿轮壳在前面级的太阳轮内旋转，踏板轴109在所述行星齿轮壳152内旋转。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述行星齿轮壳152具有前齿153，该前齿借助于与齿环107的适当联接而实现运动的单向传递的机构功能。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，靠近所述环107具有类似的环108；齿环107和108两者均设置有轴向齿和径向齿，能够沿着轴109滑动，并且通过弹性元件而保持被压缩，也就是它们
\t受到推力，该弹性元件为例如中间弹簧，适于保持齿环与元件152和160的对应齿抵靠接触。8.根据权利要求5、6、7所述的系统，其特征在于，轴向齿107A和108A的布置是成镜像的，也就是彼此相反的，使得当马达旋转时，元件107能够与第二级行星齿轮壳152啮合，考虑到元件107总是与附图标记为103的外部壳体接合，元件107能够驱动车辆的环形齿轮102，并且元件108自由地旋转。9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，到旋转钟形元件(3、103)的运动从踏板曲柄106、116传递到轴109，并且从该轴借助于元件160的前部连接件利用方形座部传递到元件108，并最终传递到旋转钟形元件(3、103)。10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用于具有两个或三个轮的车辆的所述电动齿轮马达包括具有至少一个定子(12)的齿轮马达单元；所述定子(12)容纳由多个导电线材构成的绕组(21)，所述电动齿轮马达包括轴(9)，该轴支撑转动副，至少一个环形齿轮(22)和一个转子(11)在该轴上同轴地旋转，转子(11)继而包括：a、环形齿轮(50)，其具有的平均直径大于最大定子内径，也就是在不是圆形的情况下大于定子腔体的最大尺寸；所述环形齿轮(50)容纳多个永久磁体(24)b、转子凸缘(14)所述转子凸缘(14)与轴(9)同轴地旋转，并且用作用于多个行星齿轮(18)...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·斯帕吉亚里，
申请(专利权)人：雷伊小姐有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT