CN103402803A - 用于电动车的机电的转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电动车的，并且尤其是用于轻型电动车的转换系统（1，1’，1’’）。转换系统（1，1’，1’’）具有：用于与车辆连接的承载壳体（10，10’，10’’）；至少部分地设置在承载壳体（10，10’，10’’）中的机电的能量转换器，所述机电的能量转换器具有至少一个定子（21，21’）和能够围绕驱动轴线（7，40）相对于定子（21，21’）转动的转子（22，22’）；以及力传递设备，所述力传递设备将转子（22，22’）与连接元件连接。为了能够实现尤其低成本且便于维护的构造并且减少热方面的问题，承载壳体（10，10’，10’’）具有至少一个第一轴向部段（14）和第二轴向部段（15），其中第一部段（14）在横向于驱动轴线（7，40）的方向上具有与第二部段（15）相比更大的直径。在此，承载壳体（10，10’，10’’）的第二部段（15）构成为用于支承转子（22，22’）和/或连接元件。能量转换器的转子（22，22’）和定子（21，21’）至少部分地设置在承载壳体（10，10’，10’’）的第一部段（14）中。

Description

用于电动车的机电的转换系统

技术领域

本发明涉及一种用于电动车并且尤其是用于轻型电动车的机电的转换系统。

背景技术

用于车辆的电的或机电的转换系统在现有技术中多样地已知并且例如用于将用于驱动所谓的电动车的电能转换成机械驱动能。在另一种应用中，机电的转换系统应用在车辆中，以便从机械功中产生电能。在此包括例如机动车发电机，所述机动车发电机从内燃机的功中产生电能以用于为电的车轮驱动装置（增程器，Range Extender）馈电。

由于上涨的能源价格，在近期继续研发多种车辆类型、例如电动汽车，但是也提出新型的类型，尤其在轻型电动车的领域中。除了也称作“E-Bikes”的电动自行车之外，同时也可购得适合日常使用的电动滑板车和电动轻便摩托车。这在通常情况下完全地或部分地利用电能经由机电的转换系统、如电动马达来驱动。

轻型电动车的一个特殊类型是所谓的“混合电动自行车（Hybrid-E-Bike）”，所述“混合电动自行车”虽然至少部分地利用电能来驱动，但是通常情况下也能够以借助乘客的肌肉力量辅助的方式来驱动。尤其在最后提到的车辆类型中，除电驱动马达之外，也能够使用在发电机运行时做功的机电的转换系统，以便将由乘客产生的机械能转换成电能并且又将所述电能直接输送给马达或在此期间进行储存。

然而，目前可用的机电的转换系统并非最优地适合于应用在电动车并且尤其在轻型电动车中，并且具有大多数情况下仅不足的效率。然而，尤其是效率确定了车辆的在实践中重要的可持续行驶里程（Reichweite）。

常用的转换系统、例如轮毂马达在运行时产生构造相关的高的温度，这在转换系统的使用寿命短的情况下造成高的维护耗费。

发明内容

因此，目的在于，提供一种用于车辆的电转换系统，所述转换系统适配于在电动车中的并且尤其在轻型电动车中的技术要求，能够实现简单的维护并且具有长的使用寿命。

所述目的通过根据权利要求1所述的电转换系统和根据权利要求15所述的电的车辆来实现。从属权利要求说明了本发明的优选的实施形式。

本发明的核心观点是至少一个机电能量转换器在具有至少一个第一和第二轴向部段的承载壳体中的特殊的设置，其中横向于驱动轴线的第一部段与第二部段相比具有更大的直径。能量转换器构成为具有定子和转子，其中定子和转子至少部分地设置在第一部段中。第二部段构成为用于支承转子或连接元件。

由此可能的是，将在能量转换器运行时主要在定子中产生的热能以有利的方式经由承载壳体的大表面导出，同时第二部段适合于支承转子和/或连接元件。因此，例如有利地可能的是，应用特别低成本的和/或易维护的支承件。

因此，根据本发明的转换系统在制造成本降低的同时允许改进的散热。此外，由于改进的散热，有利地减少了维护耗费，因为转换系统的所有部件更少地热负荷。那么当驱动具有润滑剂的能量转换器和/或力传递设备时，这是尤其有利的，因为在热负荷较小的情况下，润滑剂能够最优化地设定成高效率。

在本发明的范围中，将电动车理解成单辙（einspurig）或多辙（mehrspurig）的、至少部分地电驱动的车辆并且尤其是道路行驶车辆。优选的是，电的车辆是轻型电动车，例如电的双轮车或三轮车，例如电动自行车、电动助力车（Pedelec）、滑板车、轮椅、四驱车（Quad）或卡丁车（Kart）。尤其优选的是净重不大于500kg的轻型电动车,更优选连同电池在内不大于100kg。

根据本发明，转换系统具有用于与车辆连接的承载壳体。承载壳体至少部分地容纳带有至少一个转子和一个定子的机电能量转换器并且如同在开始时讨论地那样构成为用于与车辆连接。相应地，承载壳体能够构成为例如用于与电动车或与车辆的框架或车身螺旋连接、插接连接或焊接连接。

至少一个机电的能量转换器用于将电能转换成机械能和/或用于将机械能转换成电能。因此，机电的能量转换器能够优选具有一个或多个电机，例如电动马达和/或发电机。当然，不必要的是，机电能量转换器既能够在从机械能产生电能的发电机运行时、也能够在从电能产生机械能的马达运行时工作，其中这根据相应的应用能够是特别优选的。

至少一个转子设置成能够相对于定子围绕驱动轴线转动并且与力传递设备连接，所述力传递设备将转子与连接元件连接。在此，力传递设备能够具有用于将转矩从转子传递到连接元件上和/或从连接元件传递到转子上的适当的设计方案。

连接元件用于转换系统的驱动和/或输出并且同样能够具有任意适当的设计方案。当然，材料和设计方案能够根据在相应的应用中发生的力来选择。连接元件例如能够包括轴和/或法兰并且优选地至少部分地设置在承载壳体之外，以便允许与车辆的其他部件简单地连接。

尤其优选的是，连接元件构成为用于与车轮装置、例如与用于电动车的驱动轮或转动轮的轮毂连接，例如在将系统用作驱动装置的情况下。特别优选的是，连接元件与轮毂一体地构成。在该情况下，连接元件能够符合目的地构成为具有例如机械的、液压的或电磁的制动设备。

替选地，例如在作为脚踏发电机或马达使用的情况下，连接元件能够构成为用于与脚踏轴连接。符合目的的是，连接元件在此与脚踏轴一体地构成。连接元件优选能够具有一个或多个链轮或齿盘，以至于对电动车的车轮装置的驱动例如能够经由链条或齿带进行。

根据本发明，承载壳体具有至少一个第一轴向部段和第二轴向部段，其中第一轴向部段在横向于或垂直于驱动轴线的方向上与第二部段相比具有更大的直径。第一部段和第二部段在平行于驱动轴线的方向上、也就是说轴向地设置。

能量转换器的定子以及转子至少部分地设置在承载壳体的第一部段中。第二部段构成为用于支承转子和/或连接元件并且例如能够具有支承单元，例如滚动轴承或径向轴承。

前面说明的由能量转换器、力传递设备和连接元件构成的装置能够实现在构造上简单的进而低成本的结构。此外，承载壳体构成为具有不同直径的至少一个第一部段和第二部段能够实现特别好的冷却能力，因为第一部段的增大的直径导致承载壳体在定子的区域中的增大的表面。因为热量在机电能量转换器中主要在定子的区域中产生，因此，所述装置允许对机电转换器的良好的冷却，而同时第二部段能够实现最优地支承转子和/或连接元件。

因此，例如能够在现有的能量转换器中提高车轮驱动装置关于最大转矩的功率。由此，以有利的方式改进了例如在挂车的拉力的方面的有效负荷和相应的电动车的攀登/爬坡能力。

如同在开始所讨论的，机电能量转换器能够包括将电能转换成机械能或者将机械能转换成电能的所有适宜的设备。

如同在开始所讨论的，能量转换器的定子至少部分地设置在承载壳体的第一部段中。为了实现改进的散热，定子优选完全设置在第一部段中。

根据机电能量转换器的构造，定子例如能够构成为具有永磁极靴或电磁体或线圈，以便在运行时产生相应的磁场。转子例如能够具有一个或多个线圈装置，所述线圈装置必要时与机械的整流器装置连接。优选的是，转子构成为具有永磁元件。由此，转换器能够借助电子整流、也就是说在没有电刷的情况下运行。当然，转子还能够包括一个或多个支承装置，借助所述支承装置，转子固定或支承在承载壳体上。

机电能量转换器优选具有至少一个马达和/或发电机。当然，相应的马达或发电机应适配于电动车尤其在功率方面的特殊要求。

根据本发明的机电能量转换器例如能够构成为轴流式、横流式或径流式机器。可设想的是内转子或外转子装置，其中出于散热的原因，内转子构造是优选的，也就是说下述构造，在所述构造中，空心圆柱形的定子在垂直于驱动轴线的方向上包围转子。尤其优选的是，能量转换器构成为无刷直流电机（BDLC）或永磁同步电机（PMSM）。同样可设想的是使用所谓的“非铁质”的机器，例如具有非铁质的定子的机器，以便能够弃用机械空转并且能够实现有效的电空转。

如果机电能量转换器具有多个马达，所述马达的相能够根据应用并联或串联。机电能量转换器符合目的地具有控制装置，以便控制所述转换器的运行并且确保尽可能高的效率。

控制装置例如能够构成为用于单象限运行或多象限运行（1至4象限），其中在多象限运行的情况下，能够实现马达运行和发电机运行。由此，能够尤其灵活地使用转换系统。

替选地或补充地，控制装置能够构成为用于电子整流。为此，控制装置能够符合目的地包括至少一个转子位置传感器，例如霍尔传感器或“磁性霍尔编码器”。

控制装置还能够构成为，以便允许能量转换系统的电子空转。在此，例如在马达的情况下，所述马达在具有低驱动功率的模式下在具有尤其低的损耗功率的工作点处运行。

控制装置同样能够在多个马达/发电机的情况下构成为用于将各个机器与连接元件以可切换的方式连接，例如借助于电磁耦合。这种构造还允许进行负载分配，尤其在不同的马达/发电机的情况下或在具有不同的工作点的马达/发电机的情况下。

控制装置能够与机电转换器一体地构成。优选的是，控制装置经由插接连接与转换器连接，以便在维护情况下能够实现简单的拆卸。

如同在开始时已经讨论的，根据本发明，承载壳体构成为用于与车辆连接并且将具有转子和定子的机电能量转换器至少部分地例如容纳在相应的空腔中。承载壳体自身能够相应地适配于车辆的相应的构造并且例如构成为矩形的。然而，优选的是，承载壳体基本上圆柱形地构成并且更优选地以其纵轴线平行于开始提及的驱动轴线而定向。符合目的的是，承载壳体沿着驱动轴线对称地或旋转对称地构成。

然而，因为承载壳体不必完全圆柱形地构成，在本发明的范围中，将术语第一部段和第二部段的直径理解成相应的部段在径向方向上，从而垂直于驱动轴线的相应的最大的纵向伸展。

承载壳体能够由任意适宜的材料构成，例如由钢、铝、铸造材料或复合材料构成。优选的是，承载壳体由不锈钢构成。承载壳体能够一件式地或多件式地构成，其中承载壳体以及尤其是第一部段和第二部段优选一体地构成。

承载壳体能够具有一个或多个开口以用于冷却和/或用于穿引构件，例如轴或电导线。然而优选的是，承载壳体在运行时基本上闭合地构成，以便避免可移动的部件的污染。在最后提到的情况下，承载壳体能够符合目的地构成为具有用于至少部分地容纳转子和定子的空腔。优选的是，空腔至少部段地构成在壳体的第一部段中。

符合目的地，承载壳体能够替选地或补充地构成为尤其在外侧上在第一部段上具有冷却元件或者冷却肋或冷却板，以便进一步改进散热。

除机电能量转换器之外，承载壳体当然能够容纳其他组件，例如在开始时所讨论的力传递设备和/或用于能量转换器的控制装置。

如同在开始所讨论的那样，第一部段和第二部段轴向地设置。在此，部段能够沿着驱动轴线原则上在必要时通过另一部段间隔开地设置，其中优选的是，承载壳体的第一部段和第二部段轴向地并排设置。

承载壳体的第一部段和第二部段的尺寸应根据相应的应用来选择，其中第一部段的直径应适当地大，以便允许尽可能好的散热。在将系统用作电动自行车的驱动装置的情况下，直径能够优选在5cm至10cm之间选择。如同在开始所讨论的那样，第二部段与第一部段相比具有更小的直径，其中第二部段的直径优选为第一部段的直径的25%至50%。

承载壳体的第一部段符合目的地具有固定机构以用于与电动车连接。此外，除整体构造的改进的稳定性之外，本发明的所述优选的构造还能够实现机电能量转换器的进一步改进的冷却，因为所产生的热量既能够导出到外部空气处，也能够部分地经由车辆框架以及必要时固定在承载壳体上的组件，例如侧支架导出。当然，连接优选能够提供良好的热接触。

固定机构能够具有所有适宜的设计方案并且能够尤其通过一个或多个螺旋连接或相应的孔来构成。固定机构能够与承载壳体在其制造时一体地构成或者后续例如经由焊接连接与所述承载壳体连接。符合目的地，固定机构构成为用于与车辆框架的脱扣端（Ausfallende）连接。

承载壳体的第二部段优选具有轴向的贯通开口，并且转子具有转子轴，其中转子轴延伸穿过贯通开口。

本实施方案允许转子与力传递设备经由引导穿过开口的转子轴简单地连接。在此，转子轴用于在能量转换器和力传递设备之间传递转矩。

在本文中，转子能够符合目的地构成为具有设置在第一部段中的并且与转子轴连接的、必要时圆柱形的转子轮。在这种情况下，转子轮用于在运行时产生磁场，也就是说，所述转子轮能够根据能量转换器的结构而具有至少一个电线圈和/或磁体。在IPM机器的情况下，磁体符合目的地放在转子板中。

优选的是，转子轴的直径小于转子轮的直径，由此能量转换器在朝向力传递设备的方向上的热传导是尽可能低的。尤其优选地，转子轴的直径最大相应于转子轮的直径的一半。在将系统用作电动自行车的驱动装置的情况下，转子轴的直径例如能够为1cm至2cm。

如同在开始所提及的，承载壳体的第二部段构成为用于支承转子和/或连接元件。根据本发明的一个优选的改进形式，第二部段具有至少一个径向外面，所述径向外面构成为用于支承连接元件。

在此，第二部段的外面理解成承载壳体的在径向上与轴向的贯通开口相对置的面。径向外面优选平行于驱动轴线地设置并且特别优选构成为圆柱形。符合目的的是，径向外面与驱动轴线同轴地设置。

这种设置进一步改进了系统的稳定性，尤其因为能够可靠地消除可能作用到连接元件上的横向力。这尤其在将系统用作脚踏发电机的情况下由于在运行时摆动的脚踏运动是有利的。

符合目的的是，设有至少一个第一支承单元，所述第一支承单元将连接元件可转动地支承在承载壳体的第二部段上并且尤其支承在径向外面上。在这种情况下，第二部段的相对小的径向直径允许使用具有小直径的支承单元，这进一步降低了转换系统的制造成本，而在承载壳体上的外侧的设置有利地进一步提高了构造的稳定性。

支承单元能够具有所有适宜的设计方案，优选的是，支承单元是滚动轴承，尤其是径向轴承。符合目的的是，支承单元与驱动轴线同轴地设置。

力传递设备与能量转换器的转子以及与用于传递转矩的连接元件连接。为此，如同在开始所讨论的那样，力传递设备能够具有所有适宜的设计方案并且与能量转换器的转子或转子轴相应地连接。

优选的是，力传递设备和机电能量转换器沿着驱动轴线设置成，使得转子轴轴向延伸到力传递设备中。这种设置允许所述转换系统的尤其紧凑的结构形式，并且因此是极其有利的。

在转子轴的相应的构造中，力传递设备在此轴向地设置在承载壳体的第二部段的旁边，以至于转子轴穿过承载壳体中的在开始提到的轴向的贯通开口将力传递设备与转子或转子轮连接。优选的是，力传递设备设置在承载壳体的第二部段的区域中。

如同前面已经提到的，力传递设备能够具有所有适宜的设计方案。力传递设备符合目的地具有至少一个传动装置。所述传动装置具有适配于相应的应用的加速或降速并且能够实现进一步改进的效率，因为运行转速范围能够匹配于能量转换器的工作点。对于在电动车中的应用而言，传动装置能够符合目的地具有约1:10至约1:30，优选1:12至1:21并且尤其优选为1:18的传动比。

在这种情况下，传动装置能够具有一个或多个传动级和/或构成为变速器。传动装置例如能够构成为齿带变速器。替选地或补充地，传动装置能够构成为CVT变速器（可连续调整的变速器）和/或包括机械的或电子的耦合器。电子变速器的控制和/或电子的耦合能够优选通过在开始提到的控制装置来实现。

根据本发明的一个优选的改进形式，力传递设备具有行星齿轮传动装置。行星齿轮传动装置优选具有至少一个轴向设置的太阳轮并且此外能够具有一个或多个传动级。行星齿轮传动装置例如能够构成为行星齿轮串联传动装置或行星齿轮分级传动装置。尤其优选的是单级分级的行星齿轮传动装置，因此，传动装置具有总共两个传动级，但是必要时每个行星齿轮组仅具有一个滚动轴承。

太阳轮能够盘状地或圆柱形地构成。除太阳轮之外，行星齿轮传动装置具有单独的或多个行星齿轮和/或齿圈，其中太阳轮和行星齿轮以及行星齿轮和齿圈相互啮合，以便传递转矩。根据设置，齿轮，也就是说，太阳轮、行星齿轮以及齿圈能够构成为具有外齿和/或内齿。至少一个行星齿轮能够可转动地支承在固定的或转动的行星齿轮架上。

根据本发明的一个优选的改进形式，转子和太阳轮一体地构成。由此，转换系统的结构进一步简化。太阳轮例如能够借助于柔性的耦合器而与转子连接，由此在转换器弯曲时由于刚性的车辆框架，支承件不夹紧。

符合目的的是，转子和太阳轮至少部分地构成为空心的，由此实现了转换系统的降低的重量。此外，相应的空腔例如能够用于穿引电连接线、轴或用于借助于由流体，例如空气穿流来进一步改进冷却。

在使用行星齿轮传动装置时，能够在驱动和输出方面设想不同的设置，所述设置在下文中阐明。根据本发明的一个有利的改进形式，转换系统是用于电动车、尤其用于轻型电动车的车轮驱动系统。

尤其在这种构造中符合目的的是，连接元件具有与太阳轮同轴地设置的齿圈，所述齿圈为了传递转矩与太阳轮在必要时经由至少一个行星齿轮啮合。齿圈优选能够具有固定机构以用于与电动车的车轮装置，例如与驱动轮或转动轮的轮毂连接。替选地或补充地，齿圈能够与轮毂或轮毂体一体地构成。

因此可能的是，力传递设备基本上与电动车的车轮装置同轴地构成，由此得出非常紧凑的设置。由此得到的能量转换器沿着驱动轴线、然而侧向地在车轮平面之外的设置是极其有利的，因为由此在运行时存在非常好的冷却。

在将转换系统用作为用于电动车的车轮驱动系统的现有情况下，驱动经由构成为马达的能量转换器进而经由与马达连接的太阳轮来进行。为了适于传递转矩，太阳轮能够与齿圈直接连接，然而优选的是，太阳轮与至少一个行星齿轮并且行星齿轮与齿圈连接，以便传递转矩。

在此，如同在开始所提到的那样，行星齿轮能够可转动地支承在行星齿轮架上，其中相应的转动轴符合目的地平行于驱动轴线。优选的是，行星齿轮架与承载壳体并且尤其优选与承载壳体的第二部段牢固地连接。因此获得从与太阳轮连接的转子到车辆车轮的降速。

如同在开始所讨论的那样，根据本发明的转换系统能够灵活地使用。除构成为与车轮装置直接连接的驱动系统之外，转换系统能够替选地用作为尤其用于混合电动车系列的脚踏发电机和/或马达。

尤其在将系统用作脚踏发电机或马达的情况下，行星齿轮传动装置能够构成为，以便在太阳轮和构成为行星齿轮架的连接元件之间传递转矩。符合目的的是，在该情况下，齿圈优选固定在承载壳体上并且行星齿轮架可转动地支承在承载壳体的第二部段上。

在用作脚踏发电机的情况下，能够通过脚来操作的脚踏板轴借助相应的脚踏板来驱动例如行星齿轮架。行星齿轮在具有内齿的齿圈上行进并且驱动太阳轮，以至于能够在具有脚踏板的连接元件和能量转换器的转子上的太阳轮之间传递转矩。

转子优选具有轴向的空腔。尤其优选地，连接元件具有驱动轴，所述驱动轴至少部分地设置在空腔中。符合目的的是，轴向的空腔构成为以贯通的方式，也就是说作为贯通开口穿过转子和承载壳体。因此可能的是，例如对于在脚踏发电机中的使用目的而言，以简单的方式引导驱动轴或脚踏板轴穿过承载壳体和力传递设备，由此得出转换系统的极其紧凑的结构形式。尤其优选地，连接元件具有两个与驱动轴连接的脚踏板。

根据本发明的一个优选的改进形式，承载壳体具有带有至少一个第二支承单元的第三轴向部段。第二支承单元将驱动轴可转动地支承在第三部段上。如同之前实施的那样，第二支承单元也优选构成为滚动轴承。

现有设置允许转换系统的一个特别牢固的实施方案，因为能够可靠地消除可能在运行时产生的横向力。优选的是，第二支承单元以与驱动轴线同轴的方式设置在承载壳体的第三部段的径向外面上。

承载壳体的各个部段的沿着驱动轴线的设置原则上是任意的并且能够根据相应的应用来选择。符合目的的是，第三部段设置在承载壳体的在轴向上与力传递设备相对置的侧上。由此，驱动轴轴向地支承在机电能量转换器的两侧，由此系统在该改进形式中是尤其牢固的。

根据本发明的一个优选的改进形式，转换系统具有分别带有能量转换器的第一承载壳体和第二承载壳体。所述承载壳体沿着驱动轴线设置并且通过力传递设备而间隔开，也就是说，第一承载壳体和第二承载壳体沿着驱动轴线在力传递设备上相对置地设置。

根据该优选的实施方案的转换系统的构造，例如在用作为车轮驱动系统的情况下是有利的，以便增大驱动装置的最大转矩。替选地，在所需要的功率下能够使用更小的能量转换器，这能够实现转换系统的进一步减小的结构形式。

在此，第一承载壳体和第二承载壳体、相关的两个能量转换器以及力传递设备能够如同在上文中描述的那样构成，其中不必要的是，承载壳体和/或能量转换器在任何情况下相同地构建。例如可设想的是，第一能量转换器具有不同于第二能量转换器的功率。因此，能够根据待输送的重量或根据坡度通过接通和断开各个能量转换器来有利地控制驱动功率，由此进一步提高转换系统的效率。

符合目的的是，第一承载壳体和第二承载壳体设置成，使得相应的能量转换器的转子轴延伸到力传递设备中。为此，承载壳体应能够与相应的第二部段在力传递设备上相应地相对置。

设置在第一承载壳体和第二承载壳体中的能量转换器优选具有一体地构成的转子。在这种情况下，第一转子轮尤其能够设置在第一承载壳体的第一部段中，并且第二转子轮设置在第二承载壳体的第二部段中。特别优选的是，转子还与至少一个太阳轮一体地构成。

电动车、尤其是轻型电动车具有至少一个转换系统。在此，转换系统构成为具有用于与车辆连接的承载壳体、至少部分地设置在承载壳体中的机电能量转换器以及力传递设备。能量转换器具有至少一个定子以及能够围绕驱动轴线相对于定子转动的转子。力传递设备将转子与连接元件连接。承载壳体具有至少一个第一轴向部段和第二轴向部段，其中第一部段在横向于驱动轴线的方向上与第二部段相比具有更大的直径。第二部段构成为用于支承转子和/或连接元件；能量转换器的定子和转子设置在第一轴向部段中。

在根据本发明的电动车的各个组件的构造方面，参考转换系统的在上文中所说明的优选的实施形式。

附图说明

下面根据实施例来阐明本发明。

附图示出：

图1a示出根据本发明的转换系统的第一实施例在电动车的车轮装置上的使用位置中的立体视图；

图1b示出图1a的实施例的第二立体视图；

图2示出图1的实施例的沿驱动轴线的示意剖视图；

图3示出根据本发明的转换系统的第二实施例的沿驱动轴线的示意剖视图；

图4示出根据本发明的转换系统的第三实施例的沿驱动轴线的示意剖视图。

具体实施方式

图1a和1b示出根据本发明的转换系统1的第一实施例的立体视图。转换系统1在图中在电动车——在此为电动轻便脚踏车——的后轮装置上的使用位置中示出。电动车包括框架（未示出），在所述框架上固定有后轮平衡杆2。如同所示出的，后轮平衡杆2构造成能够与框架拧紧，以便允许简单地安装和拆卸所述装置。此外，车轮装置还具有转动轮3，所述转动轮当前具有轮辋和相应的内胎5。

如同能够从图1a和图1b的视图中可知的，转换系统1具有承载壳体10，所述承载壳体与电动车的框架经由后轮平衡杆2的环形构造的停车端6连接。承载壳体10构成为圆柱形并且与驱动轴线7同轴地定向。在轴向方向上在转换系统1的承载壳体10的旁边设置有齿圈11，所述齿圈一方面容纳行星齿轮传动装置12（在图1a和1b中未示出）并且另一方面构成为用于与转动轮3连接。在这种情况下，齿圈11构成为轮毂体并且具有用于多个轮辐18的容纳部（未示出），所述轮辐将齿圈11与转动轮3连接。齿圈11或轮毂体当然能够具有用于换挡的制动装置和/或链盘，然而，所述制动装置和/或链盘由于概观在此未示出。

在齿圈11的与承载壳体10相对置的侧上，转换系统1构造成具有轴向地、也就是沿着驱动轴线7设置的支承轴13，所述支承轴在使用位置中保持在后轮平衡杆2的另一叉形的脱扣端8中。

下面根据图2的示意图来阐明转换系统1的当前的第一实施例的详细结构。在此，图2示出转换系统1的沿着驱动轴线7的剖视图。为了概观，电动车的其他组件、例如后轮平衡杆2和转动轮3没有在图2中示出。

如同在开始参考图1a和1b已经阐明的，根据本实施例的转换系统1具有三个主要的组件，即承载壳体10、具有行星齿轮传动装置12的齿圈11和支承轴13。承载壳体10具有在车轮平面9之外设置的第一部段14和在第一部段14旁边轴向地设置的第二部段15。如同所示出的，第一部段在横向于驱动轴线7的方向上，从而在平行于车轮平面9的方向上与第二部段15相比具有更大的直径，这在下面还将更详细地阐明。

如同从图2中还得出的，承载壳体10一体地构成为具有第一和第二部段14、15。承载壳体10具有旋转对称的圆柱形的基本形状并且沿着驱动轴线7同轴地设置。根据本示例，承载壳体10由不锈钢制成。

承载壳体10的第一部段14容纳机电能量转换器、即根据本实施例容纳马达20。马达20具有同轴地设置在第一部段14中的空心圆柱形的定子21，所述定子在本示例中以从现有技术中已知的方式构成为具有多个电的线圈（未示出）以用于产生磁场。马达20还包括能够围绕驱动轴线7转动的转子22，所述转子具有构成为圆柱形的转子轮23和从转子轮23轴向延伸到承载壳体10的第二部段15中的转子轴24。

转子轮23当前具有永磁体装置，使得在运行时、也就是说，在用电流为定子21的线圈馈电时，产生驱动转子22的旋转磁场。

在该情况下，马达20构成为三相的、无电刷的DC马达。为了概观，电端子、必要时需要的整流器以及用于马达20的控制装置没有在图中示出。在本实施形式中，马达20具有大约1Nm至3Nm的连续转矩并且能够产生4Nm至10Nm的最大转矩。由于置于下部的传动装置12，因此，转换器1实现在30Nm至60Nm之间的持续转矩以及大约100Nm的最大转矩。

如同图2还能够可知，转子轴24延伸穿过承载壳体10的第二部段15。在这种情况下，第二部段15构成为具有轴向的贯通开口，所述贯通开口的直径仅略大于转子轴24的直径。

因此，承载壳体10的第二部段15一方面用于穿引转子轴24进而将力或转矩从马达20传递到构成为行星齿轮传动装置12的力传递设备上。然而，第二部段15此外还用于可转动地支承构成为齿圈11的连接元件。为此，在承载壳体10的第二部段15的径向外面16上固定有径向轴承25。因此，在该情况下，承载壳体10的第二部段15用于可转动地支承转换系统1的输出装置。在这种情况下，承载壳体10的第二部段15的小的直径是有利的，因为由此能够应用具有约为30mm至40mm的相对小的内直径的常规的径向轴承25。

此外，通过承载壳体10的第一部段14的相对大的表面能够将在定子21中在运行时产生的热量良好地导出。在这种情况下，一方面，将承载壳体10的第一部段14设置在车轮平面9之外确保了通过外部空气或在运行时通过行驶风对马达20进行良好冷却，并且另一方面，后轮平衡杆2的停车端6的环形的接触面确保了承载壳体10和电动车的框架（未示出）之间的良好的热接触，以至于在马达20中产生的热量同样能够有利地经由后轮平衡杆2和电动车的框架导出。

根据本实施例，齿圈11还经由第二径向轴承26支承在支承轴13上。为此，支承轴13具有空心圆柱形地构造的支承部段，其中支承部段的直径在垂直于驱动轴线7的方向上相应于承载壳体10的第二部段15的直径。

具有两个径向轴承25、26的当前的设置提供对齿圈11进而对与齿圈连接的转动轮3的尤其有利的支承，以至于尤其例如在转弯行驶时的横向力能够经由承载壳体10和支承轴13以及后轮平衡杆2可靠地转移到电动车的框架上。此外，所述设置允许齿圈11的基本上闭合的构造，以至于保护设置在齿圈11中的行星齿轮传动装置12还有马达20免受湿气和污染，而不需要沿着转子轴24的特殊的密封措施。

在电流流过马达20的情况下在使用位置中，在定子21和转子22之间作用的场产生力或转矩以用于驱动齿圈11。在这种情况下，所产生的转矩由转子22传递到行星齿轮传动装置12上进而传递到齿圈11上。为此，转子轴24与具有外齿的轴向设置的太阳轮（未示出）一体地构成。构成为太阳轮的转子轴24经由太阳轮的齿驱动总计三个或四个行星齿轮27，所述行星齿轮为了与太阳轮啮合同样具有外齿。行星齿轮27可转动地支承在第一行星齿轮架28a和第二行星齿轮架28b之间。行星齿轮27的转动轴平行于驱动轴线7延伸。如同从图2尤其可知的，第一行星齿轮架28a与承载壳体10的第二部段15并且第二行星齿轮架28b与支承轴13的支承部段以转矩固定的方式连接。行星齿轮27均匀地设置在行星齿轮架28a、28b的周向上。为了更稳定，在径向方向上在行星齿轮27之间设置有三个接片29，所述接片将这两个行星齿轮架28a、28b抗扭地相互连接。

在输出侧上，行星齿轮27还啮合到与齿圈11抗扭地连接的具有内齿的齿环30上，所述齿环具有相应于行星齿轮27的内齿。因此，马达20的驱动转矩能够经由太阳轮、行星齿轮27和齿环30传递到齿圈11上进而用于驱动电动车的转动轮3。

行星齿轮传动装置12构成为单级的行星齿轮级传动装置并且从而具有两个传动级。因此，通过将驱动装置设置在太阳轮上和将输出装置设置在齿圈11上，有利地实现约为1:16的传动比的传动比。传动比应当在1:12和1:21之间选择。

为了改进效率，齿圈11能够包含润滑剂，以至于行星齿轮传动装置12或太阳轮至少部分地由润滑剂浸润。由此，能够有利地减少行星齿轮传动装置中的磨损。根据本实施例的转换系统1的构造尤其在本文中是有利的，因为在马达20中产生的热量仅少量地经由承载壳体10的第二部段15传递到齿圈11进而传递到润滑剂上。

此外，转换系统1的本实施例是有利的，因为所述设置允许使用所示出的圆柱形地构造的马达20，所述马达相对于盘状的马达成本更低地制造并且尽管如此仍能够产生相对高的转矩。

对于需要特别高的转矩的应用而言，转换系统1能够替选地构成为具有多个马达20。在图3中示出根据本发明的转换系统1’的相应的第二实施例的相应于图2的视图的示意剖视图。

转换系统1’的第二实施例基本上相应于参考图1和2阐明的第一实施例，其中根据图3的转换系统1’构成为总计具有两个马达20’。马达20’与在之前阐明的马达20相比更小地构成，以至于引起转换系统1’的更紧凑的结构形式。

马达20’中的每个设置在相关联的承载壳体10’中，其中具有第一部段14和第二部段15的承载壳体10’的基本结构相应于之前参考图1和2所阐明的实施例。

在这种情况下，承载壳体10’和马达20’基本上轴对称于车轮平面9地构建，其中马达20’具有共有的转子轴24。马达20’又构成为圆柱形的、三相的并且无电刷的DC马达，与转子轴24一体地构成的太阳轮（未示出）的驱动如之前说明的那样进行。

在这种情况下，马达20’的定子21和转子22机械地定向成，使得不发生感生电压的相位移动。因此可行的是，借助仅一个控制单元或功率电子装置（未示出）来操控两个马达20’。为此，例如能够设置用于转子位置识别的传感器，所述传感器与控制装置连接。各个马达相的电连接和接触实施成，使得充满电平衡进而在马达之间不出现补偿电流或仅出现最小的补偿电流。

与之前阐明的根据图1和2的实施例相比，当前改进了承载壳体10’的表面与体积的比例，也就是说，在马达20’中产生的热量能够改进地散出到外部空气或后轮平衡杆2上。因此，马达能够持久地以高电流运行，以至于高的连续转矩是可能的。

开始提及的控制单元（未示出）能够在设置有多个马达20’的情况下尤其构成为用于产生具有仅有限的波纹的连续的电流分布。控制单元例如能够具有磁场定向调节装置，在这种情况下，调节装置借助所谓的“弱磁”而允许大的速度范围，以至于必要时能够弃用变速器。控制装置能够在长形壳体（未示出）中安装在后轮平衡杆2的内侧或外侧上，这允许不复杂的维护。

此外，控制装置还能够构造成用于使转动轮3能够空转。为此，控制装置能够具有电的空转换挡装置（Freilaufschaltung）。电空转换挡装置是能够设定参数的并且允许，为了补偿空转损耗以有限的尺度驱动马达20’或容易地制动，以至于能够电制动和相应地对能量进行回收。

在未示出的替选的实施形式中，马达20’的转子22和定子21围绕半极距空间地转动。如同在使用四极马达时那样，所述措施导致小的转矩波动，但是却是成本更低的，因为对例如三相的马达20’而言仅能够使用一个控制装置。

在图4中示出根据本发明的转换系统1’’的替选的第三实施例的示意剖视图。根据本实施例的转换系统1’’构成为脚踏发电机或马达以用于容纳在例如电动自行车的脚踏区域中。

在这种情况下，转换系统1’’的示意图沿着驱动轴线或脚踏轴线40以剖开的方式示出。作为脚踏发电机或马达的当前的设置尤其能够用于混合电动车系列，也就是说，用于下述车辆，在所述车辆中，驱动能够通过脚并且以借助于电池馈电的电动马达辅助地进行。

在这种情况下，根据图4的转换系统1’’的实施例尽可能相应于之前参考图1至3所阐明的实施例；因此，相符的构件或组件用相同的标记标识。

如同之前阐明的，根据本实施例的转换系统1’’也具有带有第一部段14和第二部段15的承载壳体10’’。当前，在承载壳体10的第一部段14中设置有脚踏发电机41，所述脚踏发电机具有空心圆柱形的定子21’和转子22’。在此，转子22也构成为具有转子轮23’和转子轴24’。然而，相对于之前阐明的实施例，转子22’沿着脚踏轴线40构成为具有轴向贯通的空腔。在空腔中、进而与转子22’同轴地设置有构成为脚踏轴线的驱动轴42。驱动轴42构成为用于在端部侧与相应的脚踏板（未示出）进行连接。为此，驱动轴42具有连接部段43，当前，所述连接部段经由另一径向轴承44支承在承载壳体的第三部段17的径向外面16上。在与承载壳体10’’的第三部段17相对置的侧上，驱动轴42与作为行星齿轮架28’b连接的连接元件一体地构成。当前，行星齿轮架28’b构成为用于与另一脚踏板（未示出）进行连接并且如同之前阐明的那样经由三个接片29与行星齿轮架28’a抗扭地连接。

在转换系统1’’用作为脚踏发电机的当前情况下，驱动通过脚经由与驱动轴42连接的脚踏板（未示出）进行。因此，驱动经由与驱动轴抗扭地连接的行星齿轮架28’a和28’b进行。在此，行星齿轮架28’a、28’b经由径向轴承25支承在承载壳体10’’的第二部段15的径向外面16上。

根据图4，径向轴承25、44与承载壳体10’’的第一部段14相比具有更小的直径。在运行时，行星齿轮架28’a、28’b驱动三个径向均匀地间隔开的行星齿轮27，所述行星齿轮在与承载壳体10’’抗扭地连接的、具有内齿的传动装置壳体45和与转子轴24’一体地构成的太阳轮（未示出）之间运行，进而在运行时将力或转矩从行星齿轮架28’a、28’b传递到脚踏发电机41的转子22’上。由此，转子22’被驱动，因此在转子轮23’和定子21’之间又形成磁场并且在发电机41中产生电流。

在运行时产生的电能能够直接储存在马达中，或者在所述马达刚好没有接收功率的情况下例如储存在电池或蓄电器中并且在需要时输送给例如根据图1至3构成的驱动装置。

在上文中已经根据实施例来阐明本发明。然而，本发明不局限于上面的实施形式。所阐明的实施例尤其允许大量的改变或补充。例如，可设想的是，

-根据按照图4的实施例的脚踏发电机41能够作为脚踏马达运行，

-驱动轴42具有一个或多个链盘，所述链盘构成为用于借助于链条或齿带与车辆后轮上的小齿轮连接，

-在图1至2的实施例中，转换系统1不是在双侧上，而是仅经由承载壳体10与平衡杆2连接，例如用于在三轮的和四轮的车辆中的应用，

-在所有上面的实施例中，设有机械的或电的空转，

-在转子22、22’和行星齿轮传动装置12、12’或齿圈11之间设有制动单元、换挡器和/或耦合器，

-在根据图1至3的实施例中，齿圈11与电动车的转动轮3一体地构成，

-承载壳体10至少部分地由塑料或铝构成，

-承载壳体的第一部段14和第二部段15借助于拧紧或快速闭锁而相互连接，并且/或者

-马达20构成为永磁同步电机（PMSM）。

Claims (15)

1.一种用于电动车、尤其是用于轻型电动车的机电的转换系统，具有：

-用于与车辆连接的承载壳体（10，10’，10’’）；

-至少部分地设置在所述承载壳体（10，10’，10’’）中的机电的能量转换器，所述机电的能量转换器具有至少一个定子（21，21’）和能够围绕驱动轴线（7，40）相对于所述定子（21，21’）转动的转子（22，22’），以及

-力传递设备，所述力传递设备将所述转子（22，22’）与连接元件连接，其中

-所述承载壳体（10，10’，10’’）具有至少一个第一轴向部段（14）和第二轴向部段（15），

-所述第一部段（14）在横向于所述驱动轴线（7，40）的方向上具有与所述第二部段（15）相比更大的直径，

-定子（21，21’）和转子（22，22’）至少部分地设置在所述承载壳体（10，10’，10’’）的所述第一部段（14）中，并且

-所述第二部段（15）构成为用于支承所述转子（22，22’）和/或所述连接元件。

2.根据权利要求1所述的转换系统，其中所述承载壳体（10，10’，10’’）的所述第一部段（14）具有用于与所述电动车连接的固定机构。

3.根据上述权利要求之一所述的转换系统，其中所述承载壳体（10，10’，10’’）的所述第二部段（15）具有轴向贯通开口，并且所述转子（22，22’）具有转子轴（24，24’），并且其中所述转子轴（24，24’）延伸穿过所述开口。

4.根据上述权利要求之一所述的转换系统，其中所述承载壳体（10，10’，10’’）的所述第二部段（15）具有径向外面（16），所述径向外面构成为用于支承所述连接元件。

5.根据上述权利要求之一所述的转换系统，其中设有支承单元，所述支承单元将所述连接元件能转动地支承在所述承载壳体（10，10’，10’’）的所述第二部段（15）上。

6.根据上述权利要求之一所述的转换系统，其中承载壳体（10，10’，10’’）和力传递设备沿着所述驱动轴线（7，40）设置成，使得所述转子轴（24，24’）轴向地延伸到所述力传递设备中。

7.根据上述权利要求之一所述的转换系统，其中所述力传递设备具有带有至少一个轴向设置的太阳轮的行星齿轮传动装置（12，12’）。

8.根据权利要求7所述的转换系统，其中转子轴（24，24’）和太阳轮一体地构成。

9.根据权利要求7或8所述的转换系统，其中所述连接元件具有与所述太阳轮同轴地设置的齿圈（11），所述齿圈（11）与所述太阳轮啮合以便传递转矩。

10.根据权利要求9所述的转换系统，其中所述齿圈（11）具有用于与所述电动车的车轮装置连接的固定机构。

11.根据上述权利要求之一所述的转换系统，其中所述连接元件具有驱动轴（42），所述驱动轴至少部分地设置在轴向空腔中，所述轴向空腔形成在所述转子（24，24’）中。

12.根据权利要求11所述的转换系统，其中所述承载壳体（10，10’，10’’）还具有带有至少一个第二支承单元的第三轴向部段（17），并且其中所述第二支承单元将所述驱动轴（42）能转动地支承在所述承载壳体（10，10’，10’’）的所述第三部段（17）上。

13.根据权利要求12所述的转换系统，其中所述第三部段（17）设置在所述承载壳体（10，10’，10’’）的与所述力传递设备轴向对置的侧上。

14.根据上述权利要求之一所述的转换系统，其中至少一个第一和第二承载壳体（10，10’，10’’）分别设有能量转换器，并且所述第一和第二承载壳体（10，10’，10’’）沿着所述驱动轴线（7，40）并且通过所述力传递设备间隔开地设置。

15.一种具有根据上述权利要求之一所述的转换系统（1，1’，1’’）的电动车、尤其是轻型电动车。

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