CN101855123A - 带或不带行星齿轮机构的外转子电机、带外转子电机的电动车以及操作该车的方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一种用于电动车的电机(25)具有定子(1)，该定子具有用于连接至车辆框架的预定区域(4)，其中，所述定子(1)到车辆框架的连接通过例如螺钉连接或焊接实现。另外，根据本发明的电机(25)具有转子(13)，其中，转子(13)可以安装在驱动杆(17)上，驱动杆(17)可转动地安装在定子(1)上。电机(25)为外转子电机并具有行星齿轮机构(26)。

Description

带或不带行星齿轮机构的外转子电机、带外转子电机的电动车以及操作该车的方法
技术领域
本发明涉及用于电动车(motor vehicle)的外转子电机，该转子电机可以带有行星齿轮机构，尤其用于带电推进(electric propulsion)的自行车。本发明还涉及带这样的外转子电机的电动车以及操作该车的方法。
背景技术
带有电机作为辅助驱动的自行车通常带有诸如链条的第一驱动装置和第二驱动装置，该第一驱动装置将骑车人通过脚踏产生的扭矩从前链轮传到后链轮从而传到车轮，该第二驱动装置将电机产生的扭矩传给车辆的车轮。
美国专利US5,570,752A公开了一种带电机的自行车，其用于传输电机扭矩的传动装置的设计复杂、精巧。
德国专利DE 195 22 419 A1也公开了一种带电机的自行车以及电机转子的构成，该电机为盘式无刷电机，其前链轮为永磁体。定子盘(statordisc)在脚踏轴承区域夹有线圈(绕组)，该轴承作用于所述永磁体。
这种设置的缺点在于，必须有支撑销用于支撑车辆框架上的扭矩，以使车辆操作结实、耐用。而且，由于永磁体的这种设计，链轮昂贵且笨重、电效率低。
其他参考文献还有DE 196 29 788 A1，U 3 884 317 A，GB 2 414 452 A，DE 196 21 440 A1，EP 0 258 041 A2，EP 0 590 674 A1，DE 195 22 419 A1，DE 4421 428 C1，US 5 570 752 A，US 6 629 574 B2和DE 100 26 528 A1。所有这些文件均与本申请的权利要求的主题名称无关。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带电机的轻型、紧凑车辆，其结构简单、牢固并具有满意的效率。
根据本发明，该目的通过独立权利要求的目的实现。本发明的进一步的改进是从属权利要求的目的。
根据本发明的用于电动车的电机设有定子(stator)，该定子带有至少一个或多个用于连接车辆框架的预定区域，其中所述定子和所述车辆框架的连接例如可以通过焊接或螺钉拧紧实现，用于连接的区域为相应的匹配设计。另外，本发明的电机设有转子以及容接(receiving)驱动装置的预定区域。该电机为外转子并带有行星齿轮机构。
在此，所述转子可以为该行星齿轮机构的一部分或者与该行星齿轮机构的一部分的成一体。
所述外转子电机为径向设计，包括一中心杆，该杆由所述定子的轴承支撑所支撑。所述定子的电磁体径向连接所述轴承支撑，并带有带线圈的铁磁轭(yoke)，其中所述线圈设置的方式为其纵向轴朝向径向，因而产生类似的朝向径向的磁场。该转子的多个永磁体设置在包围所述定子的环内并位于所述轭末端的对侧，并且径向链接到所述轭末端。
在一个实施例中，所述转子设置在一驱动杆上，该杆可转动地支撑在所述定子上。该实施例尤其适合于电机安装在自行车上的情形。在这种情况下，脚踏的曲柄可以啮合所述驱动杆，并且根据本发明的电机具有如下优点：其可以牢固地且紧凑地结合在框架的脚踏支撑区域，并且可以为车辆框架的组成部分，因此结实、可靠。
如果所述电机要装在摩托车或小型摩托车(motor bike)上，它们不必带有设在曲柄上的驱动脚踏，一方面，有必要的话，可以设有缩短的驱动杆，在驱动杆上例如设有容接链条的小齿轮、容接万向轴(cardanshaft)的万向(cardan)小齿轮或容接带齿的传送带的皮带轮。另一方面，也可以不设驱动杆，但是设有容接驱动装置的预定区域，该区域将诸如小齿轮或皮带轮直接连接到行星齿轮机构的元件。在该实施例中，根据本发明的电机也可以为框架的组成部分，因此特别可靠。
例如，所述定子可以用螺钉固定在或焊接在车辆的框架管上，尤其是自行车或摩托车的情形。因此，另外的扭矩支撑是不必要的。
另外，由于所述电机的合适的几何形状，有多个小的永磁体替代一个固体盘，根据本发明的电机具有如下优点：其可以设计为相对紧凑、节省空间。外转子电机有较大的惯性矩，在本发明中可以非常有利地转化为车辆的平稳运转。
借助行星齿轮机构，可以实现齿轮加速或减速。也可以设有可切换的行星齿轮机构。尤其是，尽管骑车人脚踏的节奏与电机的频率不同，可以实现骑车人通过脚踏产生的扭矩和电机提供的扭矩同时传递给车辆的车轮。因此，尽管骑车人脚踏的正常节奏有限，仍可以在高效率或较合适的一定频率范围操作电机。因此，电机的通常操作的频率明显高于骑车人脚踏的节奏。
可以理解，行星齿轮机构有多种形式的实施例。在一个实施例中，行星齿轮机构的行星架(planet carrier)牢固连接在电机的定子上。在此，有可能是行星齿轮机构的环形齿轮牢固连接在转子上，也有可能是行星齿轮机构的恒星轮牢固连接在转子上。
在另一个实施例中，行星齿轮机构的恒星轮牢固连接在定子上。在该实施例中，行星齿轮机构的行星架或环形齿轮牢固连接在转子上。在该实施例中，如果有的话，驱动杆有利地由一中空杆支撑。
在另一个实施例中，行星齿轮机构的环形齿轮牢固连接在定子上。在此，行星齿轮机构的恒星轮或行星架牢固连接在转子上。
在一优选实施例中，电机为电整流的直流外转子电机。用于操作该电机的储能器诸如蓄电池可以设置在后轮区域或车座下。在该实施例中，电机为无刷型而且转子带有多个永磁体。无刷电机的优点是，比带刷电机寿命更长、效率更高。通过防止所谓的电刷火花，可以减小高频电磁干扰。
用于容接驱动装置的区域可以例如为链轮或带齿的输送带盒。优选地，用于容接驱动装置的区域用螺钉紧固在驱动杆或行星齿轮区域。
在一个实施例中，带脚踏的曲柄可以固定在驱动干的末端。因此，电机可以与自行车脚踏轴承一体成型，或者电机的部件构成脚踏轴承，而电机和通过骑车人能量操作的脚踏连接在同一个杆上。因此，根据本发明的电机的构造特别简单、紧凑。
在一个有利的实施例中，驱动杆到转子的传动区域带有自由轮(free-wheeling)装置。其优点是，车辆可以滑行下坡(coasting)而甚至无需驱动杆的同步转动，这样骑车人不必不停地蹬车。在有用于自行车的电机的情况下，提供自由轮是有利的。
在一个实施例中，转子的直径D的范围为250mm≤D≤350mm。转子的高度h的范围例如为30mm≤h≤60mm。因此，该电机足够紧凑以设置在车辆的脚踏曲柄之间的脚踏轴承区域，并且因而也接近车辆的重心。
根据本发明的车辆，例如带有电机的自行车或摩托车，包括根据本发明的电机，其中电机的定子连接在框架管上并且驱动杆通过驱动装置连接到该电动车的一个轮上。定子可以焊接或螺钉连接在该电动车的框架管上。在每种情况，定子均牢固地连接在车辆框架上，因而对自行车框架无需扭矩支撑。
有利的是，链轮牢固连接至驱动杆以及行星齿轮的行星架、恒星轮或环形齿轮之一。
在一个实施例中，带脚踏的曲柄固定在驱动杆的末端。因此，电机可以附接在自行车的脚踏轴承区域并替代它，由此，电机和骑车人可以用同一驱动杆。
根据本发明使用电机操作电动车的方法，其中行星齿轮机构为外转子，包括以下步骤：电机的定子设有线圈，以径向方向产生电磁场，其中所述线圈连接至一电源电压。另外，电机的转子设有永磁体，这些永磁体以转子的转动轴为参考设置在位于所述线圈径向对侧。电源电压以这样一种方式切换，使得电流流过所述线圈产生的磁场产生对转子的永磁体的吸引力并因而在转子上产生扭矩。
有利地使用用于切换电源电压的电整流器，使得电机可以是无刷式。电源电压例如用霍尔传感器或评价所述线圈的感应电流触发。以这种方式，确保了电源电压非常精确地触发，使得电机的电机速度的高精度成为可能。
构成本发明基础的构思之一包括定子的支撑区域为车框架的组成部件或自支撑部件，该支撑区域例如可以为板或栅格板。以这种方式，根据本发明的电机可以很好地、简单地在车中集成。与现有技术相反的是，现有技术需要复杂的附加部件，而根据本发明的电机可以适合框架设计，由此有利的是，在一个特定实施例中，例如对于曲柄驱动的车辆，电机的输出杆为脚踏轴承的轴，
如果车辆的后轮悬挂用摇臂(rocker arm)提供，这在摩托车中很常见，根据本发明的电机有利地设置为使得其轴转动；换句话说，转子的转动轴或驱动杆与摇臂的旋转轴相同或者至少区域上接近摇臂的旋转轴。在此，如果合适的话，摇臂的臂也可以连接车辆的两侧。
在本实施例中，电机效率明显高于现有技术的电机。
在一个实施例中，永磁体设置为径向位于转子的周围，通过类似径向设置的定子线圈可以施加电磁力。永磁体设置在径向周围而相应的电磁轭很好地匹配，这是因为空隙变化很小，提供了高效。对于已知的现有技术的电机，定子和转子之间的空隙会有很大波动。
本发明的示例性实施例基本上描述为永磁体在转子上而电磁线圈在定子上。但是也可以永磁体在定子上而电磁体在转子上操作，这样线路更复杂。另外，电磁体也可以设在定子上和转子上而不超出本发明的基本概念。
附图说明
以下结合附图详细描述本发明的实施例。
图1图解式示出了根据本发明第一实施例的用于自行车的电机的定子的俯视图；
图2图解式示出了根据本发明的电机的转子的俯视图；
图3图解式示出了根据本发明的电机的转子的剖视图；
图4图解式示出了根据第一实施例和根据本发明的电机的转子的剖视图；
图5图解式示出了根据本发明的电机的定子根据本发明第二、第三实施例的俯视图；
图6图解式示出了根据本发明的电机的转子的剖视图；
图7图解式示出了根据本发明第三实施例的电机的转子的剖视图；
图8图解式示出了根据本发明的电机的替代实施例的剖视图。
具体实施方式
图1-4图解式示出了根据本发明第一实施例的电机。
根据本发明的外转子电机的定子1如图1俯视图图解式所示，其带有板2，该板在该实施例中为自行车框架的组成部件且未详细示出，图1仅示出三个框架管3的局部。板2在其外边缘有区域4，区域4设置为固定至框架管3。在该实施例中，每个区域4成型为矩形凸缘轴承。
定子1的板2内有一轴承支撑8，轴承支撑8带有滚珠轴承12。滚珠轴承12包括外环9、内环11和位于外环9和内环11之间的多个滚珠10。图1未示出用于连接驱动杆的开口24。di例如可以为20mm。
定子1的轴承支撑8被基部环5包围，该基部环承载定子1的多个轭6。每个轭6带有线圈7，线圈7通过仅仅图解性示出的电源线23供应电流。带线圈7的轭6从基部环5径向向外延伸并有径向连接至线圈7的轭连接34。图1中未示出的电机转子的运转区域35连接轭末端。
该图仅示出了几个轭6。但是为了平稳操作自行车以及提供高扭矩，可以设有更多的带线圈7的轭6。
图2图解式示出了根据本发明的电机的转子13的俯视图。转子13为类似杯形，具有底部14和边缘15。转子13的直径D的范围为250mm≤D≤350mm。
多个永磁体16设置在边缘15的内部26。多个永磁体16设置使得它们的极性沿箭头36所示的转子13的周围方向变化。
转子13在该实施例中设置固定在自行车的驱动杆17上，也可以为与驱动杆17成一体。因此，驱动杆直径da例如可以为20mm。在其每一端，驱动杆17有用于安装脚踏20的曲柄19的矩形连接18。在此，脚踏用紧固件21诸如螺钉附接在曲柄19上。
图3示出了转子13的剖视图。从该图可以看出，转子13的高度h通常为30到60mm。
从该图还可以看出，转子13在其底部14区域有一链轮22，用于啮合未示出的链条。在该实施例中，小齿轮22可以用螺钉连接在转子13的底部14上。出于此目的，设有带螺纹的孔27。
图4图解式示出了沿图1A-A线的剖视图，其不仅示出了定子1，还示出了转子13。转子13设置为使得驱动杆17沿滚珠轴承12的内环11中的开口24延伸，并安装在滚珠轴承12上，所示的滚珠轴承仅为象征性。在此，中心孔24的直径di与驱动杆17的直径da基本相同。
转子13的边缘15设有多个永磁体16，并设置在定子1的运转区域35，径向连接至定子1的轭末端34。转子14的永磁体16位于带线圈7的轭6的轭末端34的对侧。
根据本发明的电机按如下程序装配：如该示例性实施例所示，通过例如将其焊接到框架管3将定子1的板2附接在自行车框架的区域4。然后，滚珠轴承12安装在轴承支撑8上，轭6连接到轭末端34，线圈7连接到轴承支撑8的基部环5上。
另外，转子13连接到设置在其边缘15上的永磁体16。转子13插入定子1，然后通过将驱动杆17插入内环11的开口24内将其连接到滚珠轴承12，其中定子1在该实施例中为杯形。完成这些后，在定子的运转区域35将边缘15与永磁体16对齐。然后，将曲柄19以及脚踏20安装在驱动杆17上。
也可以通过先将转子13插入定子1来安装电机25，随后将其连接至框架管3。这尤其在定子1的板2到框架管3的连接为螺钉连接而不是焊接时可行。
操作时，电流流经线圈7，产生磁场，磁场通过与转子13的永磁体16相互作用产生扭矩。为实现这一目的，通过线圈产生电流的电压随时切换，使得永磁体16被轭连接24所吸引，在转子13的周围随动，而它们被刚经过的轭末端34排斥。
电整流器可以用于切换供给线圈(7)的电源电压。在该例中，触发电压通过诸如霍尔传感器或分析线圈中的感应电流而无接触式实现。
使用未示出的链条，通过牢固安装在转子13上的链轮22将扭矩传递给自行车的车轮。在一个未示出的实施例中，替代链轮的是带齿的输送盒，替代链条的是带齿的输送带。
而且，带有根据本发明的电机25的自行车也可以由骑车人使用安装在驱动杆17上的脚踏20驱动。因此，电机25和脚踏20均啮合同一驱动杆17，因而仅需要单个公用的链条或带齿的输送带来传递扭矩。
图5图解式示出了根据本发明的电机的定子根据本发明第二、第三实施例的俯视图。在该实施例中，定子1的板2没有直接焊接在框架管3上。而是，安装板28焊接到框架管3上，图5中以虚线示出。除了用于每一框架管3的分别的安装板28，也可以设有共同的安装环31或其他类型的共同的安装板，图5中安装环31也用虚线示出。由此，共同的安装环31或共同的安装板其他设置的优点是连接自行车的框架以及甚至无需电机而自我支撑。
定子1的板2具有用于紧固到安装板28或框架的安装环31的区域4，在该实施例中，区域4为用于容接紧固部件的板和通孔29，该紧固部件例如是螺钉。
图6示出了根据图5的电机25沿A-A线的剖视图。所示的第二实施例中，定子1的板2在其区域4附接在框架管3的分别的安装板28上。
图7图解式示出了带共同安装环31的第三实施例。安装环25类似于第二实施例的安装板28附接在定子1的板2上。再次，设有容接诸如螺钉的紧固件的孔29。
图8图解式示出了电机25的替代实施例的剖视图。在该实施例中，转子有带有阻塞叶片(blocking blade)或夹辊(clamp roller)的自由轮装置33。该实施例的优点在于无须骑车人连续蹬踏。在该实施例中，由于有自由轮33，骑车人无须连续操作脚踏，而且驱动轮17的转动也可以从转子13的运动分离，这样自行车的驱动完全由电机25完成，无须骑车人的支持。
在上述示例性实施例中，用到了下述参考标记：
1    定子
2    板
3    框架管
4    区域
5    基部环
6   轭
7   线圈
8   轴承支撑
9   外环
10  滚珠
11  内环
12  滚珠轴承
13  转子
14  基部
15  边缘
16  永磁体
17  驱动杆
18  矩形连接
19  曲柄
20  脚踏
21  紧固元件
22  链轮
23  电源
24  内环开口
25  电机
26  内部
27  带螺纹的支撑
28  安装板
29  孔
31  安装环
33  自由轮装置
34  轭末端
35  运转区域
da  曲柄10外径
dj  中央孔内径
D  转子直径
h  转子高度
示例性实施例也可以用根据编码1-20的如下解释和特征来描述，其中，重点在于使用引用编码产生的特征组合。
1.一种用于电动车的电机(25)，具有：
-定子(1)，该定子具有用于连接至车辆框架的预定区域(4)；
-转子(13)，该转子具有用于容接驱动装置的预定区域，其中，转子(13)设置在驱动杆(17)上，驱动杆(17)可旋转式固定在定子(1)上；
-电机(25)为外转子电机。
2.根据编码1所述的电机(25)，其中，电机(25)为电整流的直流外转子电机。
3.根据编码1或2所述的电机(25)，其中，电机(25)为无刷式且转子(13)有多个永磁体(16)。
4.根据编码1-3之一所述的电机(25)，其中，所述用于容接驱动装置的预定区域为链轮(22)。
5.根据编码1-3之一所述的电机(25)，其中，所述用于容接驱动装置的预定区域为带齿的输送带盒。
6.根据编码1-5之一所述的电机(25)，其中，带脚踏(20)的曲柄(19)可以附接在所述驱动杆(17)的末端。
7.根据编码1-6之一所述的电机(25)，其中，所述用于容接驱动装置通过螺钉连接在转子(13)上。
8.根据编码1-7之一所述的电机(25)，其中，驱动杆(17)在传递到转子(13)的区域带有自由轮装置(33)。
9.根据编码1-8之一所述的电机(25)，其中，转子(13)的直径D的范围为250mm≤D≤350mm。
10.根据编码1-9之一所述的电机(25)，其中，转子(13)的高度h的范围为30mm≤h≤60mm。
11.一种带有根据编码1-10之一所述的电机(25)的电动车，其中，电机(25)的定子(1)连接到该电动车的框架管(3)，所述驱动杆通过一驱动装置连接到该电动车的一个轮。
12.根据编码11所述的电动车，其中，所述的电动车为自行车。
13.根据编码11或12所述的电动车，其中，所述驱动装置为链条。
14.根据编码11或12所述的电动车，其中，所述驱动装置为带齿的输送带。
15.根据编码11-14之一所述的电动车，其中，电机(25)焊接在该车的框架管(3)上。
16.根据编码11-14之一所述的电动车，其中，电机(25)通过螺钉连接在该车的框架管(3)上。
17.一种操作带电机(25)的电动车的方法，该电机为外转子电机，包括如下步骤：
-对电机(25)的定子(1)提供线圈，用于产生电磁场，其中线圈(7)有到电源电压的连接(23)；
-对电机(25)的转子(13)提供永磁体，其中永磁体(16)参考驱动杆(17)位于线圈(7)的对侧；
-电源电压切换使得通过电流流经线圈(7)所产生的磁场对转子(13)的永磁体(16)施加吸引力，并因而在转子(13)上施加扭矩。
18.根据编码17所述的方法，其中，使用电整流器切换电源电压。
19.根据编码18所述的方法，其中，电源电压由霍尔传感器触发。
20.根据编码18所述的方法，其中，电源电压通过分析线圈(7)的感应电流触发。
图9图解式示出了根据本发明的电动车的第一实施例的电机的剖视图；
图10图解式示出了根据本发明的电动车的第二实施例的电机的剖视图；
图11图解式示出了根据本发明的电动车的第三实施例的电机的剖视图；
图12图解式示出了根据本发明的电动车的第四实施例的电机的剖视图；
图13图解式示出了根据本发明的电动车的第五实施例的电机的剖视图；
图14图解式示出了根据本发明的电动车的第六实施例的电机的剖视图；
图15图解式示出了根据本发明的电动车的第七实施例的电机的剖视图。
因为图1和图2的电机在示例性实施例中带有齿轮，以下描述特别有帮助。图1和图2示出了根据本发明的电机的定子和转子的原理。出于简明的目的，作为根据本发明的电机的一部分，行星齿轮没有示出。
根据本发明的外转子电机的定子1如图1俯视图图解式所示，其带有板2，该板在该实施例中为自行车框架的组成部件(未详细示出)，图1仅示出三个框架管3的局部。板2在其外边缘有区域4，区域4设置为固定在框架管上。在该实施例中，每个区域4成型为矩形凸缘轴承。
定子1的板2内有一轴承支撑8，轴承支撑8带有滚珠轴承12。滚珠轴承12包括外环9、内环11和位于外环9和内环11之间的多个滚珠10。开口24(图1未示出)用于连接驱动杆。di例如可以为20mm。
定子1的轴承支撑8被基部环5包围，该基部环承载定子1的多个轭6。每个轭6带有线圈7，线圈7通过电源线23(仅仅图解性示出)供应电流。带线圈7的轭6从基部环5径向向外延伸并有径向连接至线圈7的轭连接34。电机转子的运转区域35(图1中未示出)连接轭末端。
该图仅示出了几个轭6。但是为了平稳操作自行车以及提供高扭矩，可以设有更多的带线圈7的轭6。
图2图解式示出了根据本发明的电机的转子13的俯视图。转子13为类似杯形，具有底部14和边缘15。转子13的直径D的范围为250mm≤D≤350mm。
多个永磁体16设置在边缘15的内部26。多个永磁体16设置使得它们的极性沿箭头36所示的转子13的周围方向变化。
转子13在该实施例中支撑在自行车的驱动杆17上。在此，驱动杆17的直径例如可以为20mm。在其每一端，驱动杆17有用于安装脚踏20的曲柄19的矩形连接18。显然，可以使用六边形连接、多种连接及类似连接来替代矩形连接18。在此，脚踏用紧固件21诸如螺钉附接在曲柄19上。
图9-15图解式示出了根据本发明的电机的不同实施例。
图9图解式示出了根据本发明的电动车的第一实施例的电机25的剖视图，该电机具有结合附图1和2所描述的转子13和定子1。
电机25具有行星齿轮机构26，该行星齿轮机构设置成恒星轮、通过行星架31连接的行星轮28和环形齿轮29。图3的视图中仅仅可以看到一个行星轮28，但是可以有多个行星轮。
在图9所示的实施例中，行星架31固定连接在电机25的定子1上。因此，参考定子1，行星轮28的中心32静止。行星轮28的齿轮边缘33支撑在中心32上，恒星轮27啮合齿轮边缘33，其固定在驱动杆27上。也啮合齿轮边缘33的环形齿轮固定连接到转子13的基部14。
根据本发明的电机按如下程序装配：如该示例性实施例所示，通过例如将其焊接到框架管3将定子1的板2附接在自行车框架的区域4。然后，滚珠轴承12安装在轴承支撑8上，轭6连接到轭末端34，线圈7连接到轴承支撑8的基部环5上。
另外，转子13带有安装在边缘15内部的永磁体16，并带有连接基部的环形齿轮29。转子13插入定子1，然后通过将驱动杆17插入内环的开口内而恒星轮27固定连接至驱动杆17，将其连接到滚珠轴承12和转子13的滚珠轴承9，其中定子1在该实施例中为杯形。完成这些后，在定子的运转区域35将边缘15与永磁体16对齐。最后，插入行星架31，行星轮28位于环形齿轮29和恒星轮27之间，行星架31固定在定子1上。
然后，带脚踏的曲柄安装在驱动杆17上。
也可以通过先将转子13插入定子1来安装电机25，随后将其连接至框架管3。这尤其在定子1的板2到框架管3的连接为螺钉连接而不是焊接时可行。
操作时，电流流经线圈7，产生磁场，磁场通过与转子13的永磁体16相互作用产生扭矩。为实现这一目的，通过线圈产生电流的电压随时切换，使得永磁体16被轭连接24所吸引，在转子13的周围随动，而它们被刚经过的轭末端34排斥。
电整流器可以用于切换供给线圈7的电源电压。在该例中，触发电压通过诸如霍尔传感器或分析线圈中的感应电流而无接触式实现。
以这种方式，转子13产生转动，该转动通过行星轮28和恒星轮27一致地转动环形齿轮28而传给驱动杆17。骑车人类似地可以将扭矩通过脚踏传给驱动杆17。
使用链条(未示出)，通过牢固安装在驱动杆17上的链轮22将扭矩传递给自行车的车轮。在一个实施例(未示出)中，替代链轮的是带齿的输送盒，替代链条的是带齿的输送带。在该实施例和其余实施例中，可以设有带弹簧销或夹持辊的自由轮装置。这样的优点是，由于有自由轮15，骑车人不必连续操作脚踏而驱动杆17的转动也可以从脚踏的运动中脱离开，这样无须骑车人的帮助实现仅仅通过电机25驱动自行车。
在该例中，有利的是可以选择环形齿轮29的速度以及进而转子13的速度，使之高于驱动杆17的速度。因此可以在骑车人踩踏节奏正常时，在高于踩踏节奏的频率操作电机25。在许多应用中，这可能是有利的，但是在该实施例和其他实施例中，可以通过行星齿轮实现反向传输，使得在低于踩踏节奏的频率操作电机25。这些完成后，通过适当选择恒星轮27、行星轮28和环形齿轮29的直径来很灵活地调节理想的频率关系。
另外，有利的是，本实施例中的行星齿轮26结构特别简单，因此重量轻、结实、具有高效率。
图10示出了根据本发明的电机25的第二实施例。该实施例与第一实施例相比，构成行星齿轮机构26的设置不同。在该实施例中，恒星轮27通过焊接缝11连接到中空杆10，该杆焊接到定子1的基部2。轭6的基部环5也固定连接在中空杆10上。结果，在该实施例中，恒星轮27固定在定子1的系统中。
转子13通过滚珠轴承9支撑在该中空杆上，并且类似于第一实施例。转子13的基部14固定连接到环形齿轮29。
行星轮28通过其中心32可转动地支撑在行星架31上，与环形齿轮29和恒星轮啮合。行星架31固定连接在驱动杆17上。因此，行星架31将其转动直接传给驱动杆17，驱动杆17依次连接带脚踏的曲柄19。当操作本实施例的自行车时，固定连接至转子13的环形齿轮29以转子13转动的同样的频率转动。在环形齿轮29和固定式的恒星轮27之间滚动的行星轮28将扭矩传给行星架31，在行星架处扭矩通过与驱动杆17的连接而提取。安装在驱动杆17上的链轮22通过一驱动装置(未示出)将扭矩进一步传给自行车轮。
在该实施例中特别有利的是，环形齿轮29的转动速度和进而转子13的转动速度高于行星架31的转动速度，结果也高于驱动杆17的转动速度。因此在该实施例中，也可以在骑车人踩踏节奏正常时，在高于踩踏节奏的频率操作电机25。这些完成后，通过适当选择恒星轮27、行星轮28和环形齿轮29的直径来很灵活地调节理想的频率关系。更有利的是，由于去除了滚珠轴承，有更多的空间用于定子，因此轭6可以设计得更长并带有更多的线圈。
图11示出了根据本发明的电机25的第三实施例。该实施例与第一、第二实施例相比，构成行星齿轮机构26的设置不同。在该实施例中，类似于第一实施例，环形齿轮29固定连接至定子1，结果，固定在定子1的系统中。
恒星轮27固定连接到中空杆10或与之成一体。中空杆10依次固定连接到转子13的基部14。因此，恒星轮27与转子同频率转动。
驱动杆17可转动地安装在中空杆10上，中空杆通过链轮22连接行星架31。行星架31通过滚珠轴承24支撑在中空杆10上。结果，在本实施例中类似于第二实施例，扭矩在行星架31被提取。
在该实施例中特别有利的是，恒星轮27的转动速度和进而转子13的转动速度高于行星架31的转动速度，结果也高于驱动杆17的转动速度。因此在该实施例中，也可以在骑车人踩踏节奏正常时，在高于踩踏节奏的频率操作电机25。这些完成后，通过适当选择恒星轮27、行星轮28和环形齿轮29的直径来很灵活地调节理想的频率关系。
图12示出了根据本发明的电机25的第四实施例。该实施例与前面描述的几个实施例相比，构成行星齿轮机构26的设置不同。在该实施例中，行星齿轮机构26在电机25两侧对称设置。而且，定子1在基部2对侧设有盖部。
在该实施例中，行星架31固定连接基部2或定子盖部36，结果，固定在定子1的系统中。恒星轮27固定连接到转子13的基部14，因此，恒星轮27与转子13同频率转动。在该实施例中，驱动杆17没有成型为一体，而是在行星齿轮机构26每侧断开。恒星轮27在行星轮28的齿轮边缘33的每一侧啮合，以在环形齿轮29内滚动。环形齿轮29固定连接至链轮22。
在该实施例中有利的是，恒星轮27的转动速度和进而转子13的转动速度高于行星架31的转动速度，结果也高于驱动杆17的转动速度。因此在该实施例中，也可以在骑车人踩踏节奏正常时，在高于踩踏节奏的频率操作电机25。这些完成后，通过适当选择恒星轮27、行星轮28和环形齿轮29的直径来很灵活地调节理想的频率关系。
另外，在该实施例中，电机25以及特别是行星齿轮机构26自然地相对复杂，但是对称设计且因此平衡性好。
图13示出了根据本发明的电机25的第五实施例。该实施例与前面描述的几个实施例相比，构成行星齿轮机构26的设置不同。在该实施例中，环形齿轮29固定连接至定子1，结果，固定在定子1的系统中。
恒星轮27固定连接至驱动杆17或者与之一体成型。驱动杆17固定连接至转子13的基部14，进而以与转子13相同的频率转动。
链轮22固定在行星架31上或行星轮28中心32上，由此，扭矩通过驱动装置(未示出)传给自行车轮。
在该实施例中有利的是，行星齿轮机构特别简单因此构造轻且结实。转子13固定连接至驱动杆17，骑车人(未示出)用的脚踏曲柄如图所示装在驱动杆17。因此，在该实施例中骑车人的踩踏节奏对应转子13的频率。
借助链轮22到行星轮28中心32的连接以及进而到行星架31的连接，在恒星轮28和链轮22之间产生齿轮减速，可以通过适当选择恒星轮27、行星轮28和环形齿轮29的直径来调节齿轮减速。
图14示出了根据本发明的电机25的第六实施例。该实施例与前面描述的几个实施例相比，构成行星齿轮机构26的设置不同。在该实施例中，恒星轮27固定连接至中空杆10或者与之一体成型。中空杆10本身固定连接至定子1的基部2。结果，恒星轮27固定在定子1的系统。
转子13通过滚珠轴承9支撑在中空杆10。转子13的基部14固定连接至行星架31。
行星轮28啮合环形齿轮29和恒星轮，恒星轮及其中心32可转动地支撑在行星架31上。环形齿轮29固定连接至驱动杆17。因此，转子13通过行星架31将其转动传给行星轮28，行星轮28随后啮合固定式恒星轮27和环形齿轮28，结果通过环形齿轮29作用于驱动杆17。
链轮(本图未示出)可以例如附接在环形齿轮29的外部或者直接固定在驱动杆17上。
在该实施例中，或者转子13的频率对应环形齿轮29的频率，进而对应骑车人的踩踏节奏，或者如果链轮固定在行星轮28时，转子的频率小于骑车人的踩踏节奏。在后者中，电机仅适合特殊应用。
在第六实施例中有利的是，类似于第二实施例，有大量空间提供给转子13，因此，带线圈7的轭6可以设计得特别的大。
图15图解式示出了根据本发明的电动车的第七实施例的电机的剖视图。其基本对应根据图5的第三实施例。区别在于，驱动杆17稍短并没有容接带脚踏的曲柄。在该实施例中，电机尤其适合驱动摩托车。当然，其他实施例中，例如图12-14，也可以适用于摩托车，其中无需设有带脚踏的曲柄。
在上述示例性实施例中，用到了下述参考标记：
1  定子
2  板
3  框架管
4  区域
5  基部环
6  轭
7  线圈
8  轴承支撑
9  滚珠轴承
10  中空杆
11  焊接缝
12  滚珠轴承
13  转子
14  基部
15  边缘
16  永磁体
17  驱动杆
18  矩形连接
19  曲柄
20  脚踏
21  紧固元件
22  链轮
23  电源
24  滚珠轴承
25  电机
26  行星齿轮
27  恒星轮
28  行星轮
29  环形齿轮
31  行星架
32  中心
33  齿轮边缘
34  轭末端
35  运转区域
36  盖部
带齿轮的示例性实施例也可以用根据编码1-38的如下解释和特征来描述，其中，重点在于使用引用编码产生的特征组合。
1.一种用于电动车的电机(25)，具有：
-定子(1)，该定子具有用于连接至车辆框架的预定区域(4)；
-转子(13)；
-用于容接驱动装置的预定区域；
-行星齿轮机构(26)；
-电机(25)为外转子电机。
2.根据编码1所述的电机(25)，其中，转子(13)设置在驱动杆(17)上，驱动杆(17)可转动地安装在定子(1)上。
3.根据编码2所述的电机(25)，其中，驱动杆(17)安装在中空杆(10)上。
4.根据编码2或3所述的电机(25)，其中，带脚踏(20)的曲柄(19)可以附接在驱动杆(17)末端。
5.根据编码1-4之一所述的电机(25)，其中，驱动杆在到转子(13)的传动区域具有自由轮装置(33)。
6.根据编码1-5之一所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的行星架(31)固定连接在定子(1)上。
7.根据编码6所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的环形齿轮(29)固定连接在转子(13)上。
8.根据编码6所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的恒星轮(27)固定连接在转子(13)上。
9.根据编码1-5之一所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的恒星轮(27)固定连接在定子(1)上。
10.根据编码9所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的环形齿轮(29)固定连接在转子(13)上。
11.根据编码9所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的行星架(31)固定连接在转子(13)上。
12.根据编码1-5之一所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的环形齿轮(29)固定连接在定子(1)上。
13.根据编码12所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的恒星轮(27)固定连接在转子(13)上。
14.根据编码12所述的电机(25)，其中，行星齿轮机构(26)的行星架(31)固定连接在转子(13)上。
15.根据编码1-14之一所述的电机(25)，其中，电机(25)为电整流的直流外转子电机。
16.根据编码1-15之一所述的电机(25)，其中，电机(25)为无刷式且转子(13)有多个永磁体(16)。
17.根据编码1-16之一所述的电机(25)，其中，所述用于容接驱动装置的预定区域为链轮(22)。
18.根据编码1-16之一所述的电机(25)，其中，所述用于容接驱动装置的预定区域为带齿的输送带盒。
19.根据编码1-16之一所述的电机(25)，其中，所述用于容接驱动装置的预定区域为万向小齿轮。
20.根据编码17-19之一所述的电机(25)，其中，所述用于容接驱动装置的区域固定连接至驱动杆(17)或行星齿轮机构(26)的区域。
21.根据编码1-20之一所述的电机(25)，其中，转子(13)的直径D的范围为250mm≤D≤350mm。
22.根据编码1-21之一所述的电机(25)，其中，转子(13)的高度h的范围为30mm≤h≤60mm。
23.一种具有根据编码1-22之一所述的电机(25)的电动车，其中，电机(25)的定子(1)连接到该电动车的框架管(3)，电机(25)的链轮(22)通过一驱动装置连接到该电动车的一个轮。
24.根据编码23所述的电动车，其中，所述电动车为自行车。
25.根据编码23所述的电动车，其中，所述电动车为摩托车。
26.根据编码23-25之一所述的电动车，其中，所述驱动装置为链条。
27.根据编码23-25之一所述的电动车，其中，所述驱动装置为带齿的输送带。
28.根据编码23-27之一所述的电动车，其中，链轮(22)固定连接至驱动杆(17)。
29.根据编码23-28之一所述的电动车，其中，链轮(22)固定连接至行星齿轮机构(26)的行星架(31)。
30.根据编码23-28之一所述的电动车，其中，链轮(22)固定连接至行星齿轮机构(26)的环形齿轮(29)。
31.根据编码23-28之一所述的电动车，其中，链轮(22)固定连接至行星齿轮机构(26)的恒星轮(31)。
32.根据编码23-31之一所述的电动车，其中，电机(25)焊接在该车的框架管(3)上。
33.根据编码23-32之一所述的电动车，其中，电机(25)通过螺钉连接在该车的框架管(3)上。
34.根据编码23-33之一所述的电动车，其中，所述电动车有带摇臂的轮悬挂，该摇臂绕一旋转轴可转动地安装在所述电动车上，该摇臂的旋转轴基本对应转子(13)的旋转轴。
35.一种操作带电机(25)的电动车的方法，该电机为带行星齿轮机构(26)的外转子电机，包括如下步骤：
-对电机(25)的定子(1)提供线圈，用于产生电磁场，其中线圈(7)有到电源电压的连接(23)；
-对电机(25)的转子(13)提供永磁体，其中永磁体(16)参考转子(13)的旋转轴位于线圈(7)的对侧；
-电源电压切换使得通过电流流经线圈(7)所产生的磁场对转子(13)的永磁体(16)施加吸引力，并因而在转子(13)施加扭矩。
36.根据编码35所述的方法，其中，使用电整流器切换电源电压。
37.根据编码36所述的方法，其中，电源电压由霍尔传感器触发。
38.根据编码36所述的方法，其中，电源电压通过分析线圈(7)的感应电流触发。

Claims (15)

1.一种用于电动车的电机(25)，具有：
-定子(1)，该定子具有用于连接至车辆框架的预定区域(4)；
-转子(13)；
-用于容接驱动装置的预定区域；
-行星齿轮机构(26)；
-电机(25)为外转子电机，其中，转子(13)安装为可相对定子(1)转动；其中，
驱动杆(17)安装在中空杆(10)上；
行星齿轮机构(26)的环形齿轮(29)连接在转子(13)上；
行星齿轮机构(26)的恒星轮(27)连接在中空杆(10)上；
行星齿轮机构(26)的行星架(31)连接在驱动杆(17)上。
2.根据权利要求1所述的电机(25)，其特征在于，带脚踏(20)的曲柄(19)附接在驱动杆(17)末端。
3.根据权利要求1或2所述的电机(25)，其特征在于，驱动杆(17)在到转子(13)的传动区域具有自由轮装置(33)。
4.根据权利要求1-3之一所述的电机(25)，其特征在于，电机(25)为电整流的直流外转子电机。
5.根据权利要求1-4之一所述的电机(25)，其特征在于，电机(25)为无刷式且转子(13)有多个永磁体(16)。
6.根据权利要求1-5之一所述的电机(25)，其特征在于，所述用于容接驱动装置的预定区域为链轮(22)。
7.根据权利要求1-6之一所述的电机(25)，其特征在于，所述用于容接驱动装置的预定区域为带齿的输送带盒。
8.根据权利要求1-7之一所述的电机(25)，其特征在于，所述用于容接驱动装置的预定区域为万向小齿轮。
9.根据权利要求1-8之一所述的电机(25)，其特征在于，所述用于容接驱动装置的区域固定连接至驱动杆(17)或固定连接至行星齿轮机构(26)的区域。
10.一种具有根据权利要求1-9之一所述的电机(25)的电动车，其中，电机(25)的定子(1)连接到该电动车的框架管(3)，电机(25)的链轮(22)通过一驱动装置连接到该电动车的一个轮。
11.根据权利要求10所述的电动车，其特征在于，转子(13)的直径D的范围为250mm≤D≤350mm，转子(13)的高度h的范围为30mm≤h≤60mm。
12.根据权利要求10或11所述的电动车，其特征在于，所述驱动装置为链条。
13.根据权利要求10-12之一所述的电动车，其特征在于，所述驱动装置为带齿的输送带。
14.根据权利要求10-13之一所述的电动车，其特征在于，电机(25)通过螺钉连接在或焊接在该电动车的框架管(3)上。
15.根据权利要求10-14之一所述的电动车，其特征在于，所述电动车有带摇臂的轮悬挂，该摇臂绕一旋转轴可转动地安装在所述电动车上，该摇臂的旋转轴基本对应转子(13)的旋转轴。
CN200880107500A 2007-07-18 2008-07-18 带或不带行星齿轮机构的外转子电机、带外转子电机的电动车以及操作该车的方法 Pending CN101855123A (zh)

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