CN117879267A - 电动马达和具有电动马达的轮毂驱动装置 - Google Patents

电动马达和具有电动马达的轮毂驱动装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种外转子结构形式的电子换向的电动马达(12)，所述电动马达具有位置固定地布置在轮毂(19)的区域中的定子(14)，其中，所述定子(14)具有电线圈(20)，该线圈距所述轮毂(19)的轴线(18)以第一径向距离(R)来布置，其中，所述定子(14)的线圈(20)在径向上由具有磁性元件(41)的转子(40)包围，其中，在所述线圈(20)通电时，所述转子(40)的磁性元件(41)与所述线圈(20)共同作用，其中，所述转子(40)以能够围绕所述轮毂(19)的轴线(18)转动的方式得到支承；并且所述电动马达具有至少一个传感器元件(44)以用于检测所述转子(40)的磁性元件(41)的旋转角度位置。

Description

电动马达和具有电动马达的轮毂驱动装置
技术领域
本发明涉及一种外转子结构形式的电子换向的电动马达，该电动马达能够实现特别高功率和特别可靠的运行。此外，本发明涉及一种轮毂驱动装置，尤其是用于两轮车的驱动轮、优选地用于电动摩托车，该轮毂驱动装置具有根据本发明构造的电动马达。
背景技术
从DE 10 2013 208 226 A1已知一种具有权利要求1前序部分的特征的外转子结构形式的电子换向的电动马达。已知的电动马达是轮毂驱动装置的组成部件并且典型地用于电动摩托车(E-Scooter)。为了对具有磁性元件的转子的旋转角度位置进行检测，已知的电动马达典型地能够具有被构造为霍尔传感器的至少一个传感器元件，该传感器元件布置在定子的电线圈的区域中。定子上的传感器元件典型地位于朝向磁性元件的侧部上，以便能够实现距转子的磁性元件尽可能小的间距，由此传感器元件能够可靠地检测到它们。在上述文献中提到，这类霍尔传感器对温度敏感，且因此尤其在高负载的情况下会出现故障。因此，在已知的轮毂驱动装置中设置的是，驱动轮的盖盘(所述盖盘用于可转动地支承转子并且保护驱动装置免受环境影响)同时设有用作冷却元件的结构，以便向外散发在驱动装置运行时通过磁场在线圈中产生的热量。
发明内容
具有权利要求1的特征的根据本发明的外转子结构形式的电子换向的电动马达具有以下优点：所述电动马达通过可靠地检测转子的旋转角度位置能够实现特别高的功率密度或特别高的功率和/或在使用寿命上来看特别可靠的运行。
本发明基于以下构思：舍弃在开头引用的文献中提到的、用于减少布置在定子的线圈区域中的传感器元件而尽可能好地冷却传感器元件或者说将热量从线圈的区域中排出的这种方法途径，并且取而代之设置的是，布置至少一个传感器元件用于检测转子的旋转角度位置，该传感器元件具有相对于电线圈的尽可能大的距离。由此，即使在无法通过如在开头提到的文献中那样的风扇盘或类似部件进行主动冷却的情况下、例如在驱动装置关停之后，也能够将至少一个传感器元件中的热负荷最小化。此外，在驱动装置运行中也使至少一个传感器元件中的热负荷最小化，由此能够在不发生至少一个传感器元件的热过载的情况下实现相对较大的电流并且因此实现驱动装置的高功率。
因此在前面阐述的背景下，具有权利要求1的特征的根据本发明的电动马达具有至少一个传感器元件，该传感器元件布置在线圈的朝向轴线的一侧上。传感器元件的这种布置方案能够实现朝向轴线的方向偏移地布置传感器元件，以便在线圈和传感器元件之间形成尽可能大的间距，用以减少传感器元件的热负荷。
根据本发明的外转子结构形式的电子换向的电动马达的有利的改型方案列举在从属权利要求中。
为了使线圈与至少一个传感器元件之间的间距最大化，特别优选的是将至少一个传感器元件布置在靠近轮毂或与轮毂贴靠接触的区域中。
在使用霍尔元件作为传感器元件的情况下，所述电动马达的一种优选的结构构造方案设置的是，至少一个传感器元件与独立于转子的磁性元件的至少一个磁性部件共同作用，该磁性部件至少间接地与转子旋转固定地连接，其中，至少一个单独的磁性部件距所述轴线以第二径向距离进行布置，其中，所述第二径向距离小于线圈与轴线之间的第一径向距离、优选地最大为所述第一径向距离的一半，并且所述至少一个传感器元件布置在所述至少一个单独的磁性部件的背离转子的侧部上。
在所述至少一个单独的磁性部件的一种优选的设计方案中，该磁性部件尤其构造为磁环，该磁环与轮毂的轴线同心地布置，其中，至少一个单独的磁性部件在径向上由热屏蔽元件包围，该热屏蔽元件布置在至少一个单独的磁性部件和线圈之间。因此，所述热屏蔽元件促成了对至少一个传感器元件特别好地屏蔽以免受线圈中产生的热量的影响。换言之，这意味着通过该屏蔽元件除了促成与线圈的间距尽可能大之外，还促成了至少一个传感器元件的热解耦。
在屏蔽元件的结构上优选的设计方案中，该屏蔽元件构造成同心地包围轮毂轴线的壁的形式，其中，所述壁是风扇盘的组成部分，该风扇盘与盖盘旋转固定地连接。因此，所述屏蔽元件不作为必须与风扇盘分开制造的单独构件进行构造，而是能够在风扇盘的强度得到提高的同时简单且价廉地构造为风扇盘的整体组成部分。
作为补充方案提到的是，风扇盘优选地构造为塑料注塑件，而盖盘典型地构造为压铸铝件。
在最后提出的方案的改型方案中设置的是，风扇盘的壁和至少一个磁性部件以至少局部地彼此贴靠接触的方式布置。由此，所述壁或者屏蔽元件充当了用于对磁环进行相对于轴线的同轴支承的定位辅助件，其中，在磁环与屏蔽元件的壁之间例如能够形成压合连接部或粘合连接部，以便将磁环与风扇盘的壁旋转固定地连接。
代替霍尔传感器，传感器元件也能够构造为感应式运转的传感器元件，该传感器元件与至少间接地连接到转子的发送器元件(Geberelement)(例如以齿圈或类似物的形式)共同作用。
此外特别优选的是，风扇盘具有用于对线圈进行冷却的结构元件。由此能够使通过线圈的以及在线圈中的热负荷减少，以便也能够实现通过线圈的相对较大的电流以用于达到高功率。
为了能够实现特别可靠或者说精确地检测转子的旋转角度位置，能够设置的是，设置多个单独的传感器元件，这些传感器元件与至少一个单独的磁性部件共同作用。
通过下述方式实现一种沿轴线方向观察特别紧凑的轮毂：沿轮毂轴线的方向观察，至少一个磁性部件和至少一个传感器元件布置在风扇盘的朝向定子的侧部上。
此外，本发明还包括一种尤其用于车辆的驱动轮的轮毂驱动装置，所述轮毂驱动装置具有根据本发明构造的电动马达。
附图说明
本发明其他的优点、特征和细节由以下对本发明的优选实施方式的描述以及借助附图得出。
图1示出了具有外转子结构形式的电子换向电动马达的轮毂驱动装置的沿轴向平行方向的剖视图，并且
图2在立体图中示出了穿过按照图1的轮毂驱动装置的风扇盘的纵向剖面，在其中布置有磁环。
在附图中，相同的元件或具有相同功能的元件设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中以简化方式示出了轮毂驱动装置10的主要组成部件。轮毂驱动装置10优选地用作两轮车、尤其是电动摩托车形式的车辆的驱动装置。
轮毂驱动装置10包括以外转子结构形式构造的电子换向电动马达12，该电子换向电动马达具有基本上盘形构造的定子14。所述定子14在与轮毂19的轴线18相距(平均的)第一径向距离R处具有沿着围绕轴线18的周向方向布置在定子承载件15上的线材绕组16，该线材绕组以已知的方式形成电线圈20。定子14与轮毂19旋转固定地连接。定子14的线圈20以已知的方式电连接成电动马达12的三个电相(未被示出)并且与未被示出的能量源(电池)以及控制装置连接，以便提供定子磁场，该定子磁场例如用于驱动图1中仅部分示出的两轮车(电动摩托车)的后轮21。
后轮21具有轮辋22，该轮辋与未被示出的轮胎连接。轮辋22示例性地由盖盘26和罐形的基本元件28构成，该盖盘和基本元件借助于紧固螺纹件30彼此连接。盖盘26和基本元件28尤其构造为压铸铝件并且具有中心开口32、33，上述这些元件通过该中心开口经由轴承元件34、36以可转动的方式支承在轮毂19上或围绕轴线18得到支承。所述轮辋22形成了容纳空间37，在其中容纳有定子14。
此外，与所述轮辋22的基本元件28旋转固定地连接的转子40在朝向定子14的侧部上布置在基本元件28的同心地包围轴线18或轮毂19的壁区段38上。转子40具有以已知方式沿着围绕轴线18的周向方向布置的(永久)磁性元件41，在给定子14的线圈20通电的情况下，该磁性元件与定子14共同作用以便在后轮21上提供驱动扭矩。
为了时间精确地或角度精确地对线圈20进行操控(通电)，需要检测转子40的磁性元件41的旋转角度位置。为此使用传感器装置42。传感器装置42包括至少一个、优选地三个传感器元件44，这些传感器元件以相同的方式构造并且沿着围绕轴线18的周向方向观察彼此偏移地布置。在此，在图1中示出或者说能够看到仅一个传感器元件44。此外，传感器元件44位置固定地布置在轮毂19的区域中。传感器元件44尤其以霍尔传感器的形式构造，该传感器元件与呈磁环46形式的磁性部件45共同作用，所述磁性部件独立于转子40的磁性元件41、用作传感器触发元件，该磁环具有沿周向方向彼此邻接的多个磁体。
重要的是，传感器元件44布置在与轴线18相距(平均的)第二半径r处，该第二半径小于定子14上的线圈20所在的第一半径R。第二半径r优选尽可能小地选取，这意味着传感器元件44直接地布置在轮毂19的区域中或者与该轮毂贴靠接触。然而，第二半径r至多是第一半径R的一半大。
径向包围至少一个传感器元件44的磁环46(参见图2)在朝向定子14的侧部上布置在与盖盘26旋转固定地连接的风扇盘50的区域中。为此，尤其如借助图2能够看到的那样，风扇盘50具有空隙部52，磁环46容纳在该空隙部中。此外，空隙部52形成了径向包围磁环46和轴线18的壁54，该壁以局部地与磁环46贴靠接触的方式布置。
通过力锁合、夹紧锁合或材料锁合的连接或者通过未被示出的(单独的)紧固元件来实现将磁环46紧固在风扇盘50上。此外重要的是，壁54形成热屏蔽元件55，以便保护或屏蔽至少一个传感器元件44使其免受在线圈20通电时由磁场产生的热量的影响。
风扇盘50构造为径向风扇盘56并且具有例如肋片或类似形式的结构元件58，该结构元件布置在风扇盘50的朝向线圈20的侧部上并且用于散发电动马达12运行时通过磁场在线圈20中产生的热量，方法是：使空气穿流线圈20区域。
到目前为止所描述的轮毂驱动装置10能够以多种方式进行修改或变化，而不偏离本发明的构思。本发明的构思在于，通过至少一个传感器元件44来检测转子40的磁性元件41的旋转角度位置，该传感器元件以相对于线圈20尽可能大的距离进行布置或者说尽可能靠近轮毂19进行布置。因此本发明尤其不应局限于作为车辆的轮毂驱动装置10来使用，而是原则上应该能够用于所有的以外转子结构形式构造的电子换向电动马达12。
本发明也不应局限于以磁性运转的传感器装置42或霍尔传感器的使用。而是，所有的物理测量原理(即还有感应、光学或其他测量原理)方法均应当可以用于检测转子40的磁性元件41的旋转角度位置，使得代替与传感器元件44共同作用的磁性部件45而普遍地使用与传感器元件44共同作用的传感器触发元件。

Claims (12)

1.一种外转子结构形式的电子换向的电动马达(12)，所述电动马达具有位置固定地布置在轮毂(19)的区域中的定子(14)，其中，所述定子(14)具有电线圈(20)，该线圈距所述轮毂(19)的轴线(18)以第一径向距离(R)来布置，其中，所述定子(14)的线圈(20)在径向上由具有磁性元件(41)的转子(40)包围，其中，在所述线圈(20)通电时，所述转子(40)的磁性元件(41)与所述线圈(20)共同作用，其中，所述转子(40)以能够围绕所述轮毂(19)的轴线(18)转动的方式得到支承；并且所述电动马达具有至少一个传感器元件(44)以用于检测所述转子(40)的磁性元件(41)的旋转角度位置，
其特征在于，
所述至少一个传感器元件(44)布置在所述线圈(20)的朝向所述轴线(18)的侧部上。
2.根据权利要求1所述的电动马达，
其特征在于，
所述至少一个传感器元件(44)布置在靠近所述轮毂(19)或与所述轮毂贴靠接触的区域中。
3.根据权利要求1或2所述的电动马达，
其特征在于，
所述至少一个传感器元件(44)与独立于所述转子(40)的磁性元件(41)的至少一个传感器触发元件共同作用，该传感器触发元件尤其是磁性部件(45)，其至少间接地与所述转子(40)旋转固定地连接，其中，至少一个单独的传感器触发元件以相对于所述轴线(18)的第二径向距离(r)来布置，其中，所述第二径向距离(r)小于所述第一径向距离(R)、优选最大是所述第一径向距离(R)的一半；并且所述至少一个传感器元件(44)布置在至少一个单独的传感器触发元件的背离所述转子(40)的侧部上。
4.根据权利要求3所述的电动马达，
其特征在于，
至少一个单独的传感器触发元件尤其构造为磁环(46)，该磁环与所述轮毂(19)的轴线(18)同心地布置，并且至少一个单独的传感器触发元件在径向上被热屏蔽元件(55)包围，所述热屏蔽元件布置在至少一个单独的传感器触发元件和所述线圈(20)之间。
5.根据权利要求4所述的电动马达，
其特征在于，
屏蔽元件(55)构造成同心地包围所述轴线(18)的壁(54)的形式，并且所述壁(54)是风扇盘(50)的组成部分，所述风扇盘与盖盘(26)旋转固定地连接。
6.根据权利要求5所述的电动马达，
其特征在于，
所述风扇盘(50)的壁(54)与至少一个单独的磁性部件(45)以至少局部地彼此贴靠接触的方式布置。
7.根据权利要求5或6所述的电动马达，
其特征在于，
至少一个单独的传感器触发元件和所述风扇盘(50)通过形状锁合连接部和/或力锁合连接部和/或材料锁合连接部来彼此连接。
8.根据权利要求1或2所述的电动马达，
其特征在于，
所述至少一个传感器元件(44)构造成感应地工作的传感器元件(44)并且与发送器元件共同作用，所述发送器元件至少间接地与所述转子(40)连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电动马达，
其特征在于，
所述风扇盘(50)具有用于冷却所述线圈(20)的结构元件(58)。
10.根据权利要求1至7中任一项所述的电动马达，
其特征在于，
设置有多个传感器元件(44)，这些传感器元件沿着围绕所述轴线(18)的周向方向彼此偏移地布置，并且这些传感器元件与至少一个单独的传感器触发元件共同作用。
11.根据权利要求5至7、9或10中任一项所述的电动马达，
其特征在于，
沿着所述轮毂(19)的轴线(18)的方向观察，至少一个单独的传感器触发元件和至少一个传感器元件(44)布置在所述风扇盘(50)的朝向所述定子(14)的侧部上。
12.尤其用于车辆的驱动轮的轮毂驱动装置(10)，所述轮毂驱动装置构造有根据权利要求1至11中任一项所述的电动马达(12)。
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