用于電動自行車的輪轂電機和包括所述輪轂電機的電動自行車的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電動車輛，特別是用于踏板助力電動自行車的輪轂電機一一即內(nèi)部包括電機和相關的減速裝置的輪轂。
[0002]本發(fā)明還涉及一種包括輪轂電機的電動自行車或踏板助力自行車。
[0003]本發(fā)明可以在電迀移率的技術領域中找到有用的應用。
【背景技術】
[0004]眾所周知，一些年以來，隨著人們對環(huán)境問題越來越重視，所謂的“零排放車輛(ZEV) ”已變得更加普遍。實際上，這些車輛的特征在于:它們幾乎釋放零污染排放物到大氣中。
[0005]特別地，最常見的零排放車輛是電力推進運輸裝置或電動車輛。
[0006]電動車輛的特有特征是它們具有用作能量源的電機，所述能量存儲在一個或多個可充電電池中并由這些電池將其以電力的形式供應到電機。
[0007]盡管這種類型的車輛的廣泛使用目前受限于電池尺寸和自主性的已知問題，但是它們實現(xiàn)用戶操作成本的顯著降低以及受追捧的零污染排放物。
[0008]考慮所有的電動電動車，受到與電池的使用相關的缺點影響最小并且由于它們在短距離上使用而因此它們的自主性是自行車的電動自行車，具有低重量且需要少量的電力。
[0009]要強調(diào)的是，在電動自行車中，電機通常用作輔助工具而不用作蹬踏動作的替代物。
[0010]這種自行車更準確地被稱為“電動踏板助力自行車(EPAC) ”，或還被稱為“腳踏電動自行車”，即人為推進作用與電機的推進作用相結(jié)合的自行車。術語“電動自行車”也是經(jīng)常使用的，但是它在含義上更廣泛，因為它還包括其中電機獨立于蹬踏動作而運行的自行車。
[0011]踏板助力自行車是非常安靜的，因為它不具有任何污染排放物并借助于電機確保幾十千米的自主性，并且在更復雜的模型的情況下甚至超過150km，尤其是帶有鋰電池的那些踏板助力自行車，其中電機和騎自行車的人之間的工作分配是可變的，并且通?？梢杂沈T自行車的人進行選擇。
[0012]迄今，對于消費者，獲取電動自行車的主要障礙是它的購買價格；因此，這是防止電動自行車的廣泛分布并基本上限制了潛在用戶的數(shù)量的主要因素。
[0013]對于電動自行車的擴散同樣是障礙的一個因素是它們特有的龐大和難以操縱，主要是由于電機和電池的定位以及一般來說它們的外觀，這與傳統(tǒng)的非電動自行車稍有不同。
[0014]根據(jù)上述觀察，因此，重要的是將電機單元和驅(qū)動系統(tǒng)的總體體積和機械復雜性的程度限制到最小可能。
[0015]在這方面特別有效的技術解決方案是將電機單元結(jié)合在車輛的輪轂中的一個內(nèi)，即設計一種避免使用帶有相應的驅(qū)動鏈的外部電機的輪轂電機。
[0016]清楚這種結(jié)構設計如何在電機單元方面產(chǎn)生主要的質(zhì)量和尺寸限制:電機和任何減速單元實際上必須完全容納在小尺寸的轂殼中。
[0017]另一方面，生產(chǎn)成本的降低施加了不同種類的限制。實際上，如果永磁同步電機由于其高的轉(zhuǎn)矩密度而無疑優(yōu)選應用于本領域中，那么在近期，它們的使用已經(jīng)由于稀土成本的顯著增加而下降，在傳統(tǒng)上所述稀土用于它們的生產(chǎn)。
[0018]為了維持具有競爭力的價格，制造商已經(jīng)因此不得不求助于不利于電機單元的緊湊性的可選的更重和更大體積的解決方案(例如異步電機或受激轉(zhuǎn)子同步電機)。
[0019]在輪轂電機要被安裝在前輪上的情況下，上述限制更大；在這種情況下，實際上，過大的重量以不可接受的方式不利于車輛的機動性。
[0020]另一方面，準確地說，將輪轂電機結(jié)合在前輪中是可取的，因為它允許通過使坐在鞍座上的騎自行車的人平衡的電機的重量更好的控制牽引和質(zhì)量的最佳平衡。
[0021]還要指出的是，結(jié)合到具有小尺寸和令人滿意的傳動比的減速單元的輪轂電機中被證明是困難的。特別地，迄今生產(chǎn)的輪轂電機最多具有一個傳動比不能低于1:7的值的周轉(zhuǎn)減速齒輪。針對用戶的合成轉(zhuǎn)矩數(shù)量級為20-25Ν.πι，而更高的轉(zhuǎn)矩將允許更好的控制牽引。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]本發(fā)明的技術問題是設計一種用于電動自行車的輪轂電機，所述電動自行車具有例如克服迄今影響根據(jù)現(xiàn)有技術生產(chǎn)的輪轂電機的限制和缺點的結(jié)構和功能特征，特別是具有特別緊湊且令人滿意的內(nèi)部減速比的配置，而不會過多增加其生產(chǎn)成本。
[0023]上述技術問題通過一種用于電動自行車的輪轂電機來解決，所述輪轂電機包括:固定軸，其可與電動自行車車架相關聯(lián)；轂殼，其可相對于所述固定軸轉(zhuǎn)動且可以被結(jié)合在所述電動自行車的車輪結(jié)構中；電機，其被容納在所述轂殼內(nèi)，所述電機具有剛性地連接到固定軸的內(nèi)定子和相對于其可轉(zhuǎn)動移動的外轉(zhuǎn)子；以及減速單元，其將所述外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動運動學地連接到所述轂殼的轉(zhuǎn)動。減速單元包括兩個減速級，這兩個減速級沿軸向方向彼此并排布置在轂殼內(nèi):第一減速級，其包括至少一個第一小齒輪，該第一小齒輪剛性地連接到外轉(zhuǎn)子并與固定軸同軸且與剛性地連接到安裝在中間構件上的偏心軸的至少一個第一大齒輪嚙合；以及第二減速級，其包括至少一個第二小齒輪，該第二小齒輪剛性地連接到所述偏心軸且與剛性地連接到所述轂殼的第大二齒輪嚙合。
[0024]本領域的技術人員將立即意識到包括彼此并排布置的兩個減速級的上述減速單元如何能夠?qū)崿F(xiàn)顯著小于在本領域中使用的行星減速齒輪的傳動比的傳動比，而同時維持總體結(jié)構，該結(jié)構緊湊并且與容納在轂殼內(nèi)兼容。
[0025]特別地，由減速單元提供的傳動比可以在1:14與1:20之間，例如1:17，而根據(jù)現(xiàn)有技術的輪轂電機的傳動比最多等于1:7。
[0026]顯然，車輪和小齒輪的直徑和齒數(shù)可以由本領域技術人員根據(jù)特定的減速要求進行選擇。特別地，清楚的是，第一小齒輪如何優(yōu)選地具有小于第一大齒輪的直徑和齒數(shù)的直徑和齒數(shù)，所述第一大齒輪具有大于第二小齒輪的直徑和齒數(shù)的直徑和齒數(shù)，它又具有小于第二大齒輪的直徑和齒數(shù)的直徑和齒數(shù)。
[0027]第二大齒輪優(yōu)選地是直接與轂殼的支撐表面相關聯(lián)的內(nèi)部帶齒的齒輪。
[0028]中間構件優(yōu)選地為搖桿，其在其臂的第一個的端部處支撐偏心軸；在另一臂的相對端部處，它可以有利地具有配重。
[0029]相反，中間構件可以具有可選的結(jié)構形式，例如它可以由帶有承載相應多個第二大齒輪的多個臂的行星傳動裝置組成，所述行星傳動裝置的構造與太陽和行星齒輪系統(tǒng)的構造類似。
[0030]中間構件優(yōu)選地在至少一個方向上例如通過自由輪被可轉(zhuǎn)動地限制到固定軸上。
[0031]布置在中間的自由輪的上述布置允許電機在車輪的速度大于賦予到轉(zhuǎn)子上的速度的情況下脫離。
[0032]另一方面，這種結(jié)構形式，雖然從第一方面來說是有利的，但是具有防止再生的缺點，這在理論上是可能的，其中所使用的電機是同步電機。
[0033]在設想再生的可能性的可選變型中，中間構件通過摩擦離合器被限制到固定軸上或者被剛性地限制在兩個轉(zhuǎn)動方向上。
[0034]第一減速級的第一小齒輪和第一大齒輪中的至少一個至少在嚙合表面的區(qū)域中可以有利地由塑料材料制成。
[0035]由于由第一減速級傳遞的相對低的轉(zhuǎn)矩不需要使用具有高機械強度的材料，這種措施限制生產(chǎn)成本，而不會對系統(tǒng)的機械強度產(chǎn)生負面影響。
[0036]另一方面，第二級的第二小齒輪和第二大齒輪至少在它們的嚙合表面的區(qū)域中優(yōu)選地由金屬材料(例如鋼)制成。
[0037]第一大齒輪可以特別地具有共模制到由金屬材料制成的襯套的塑料材料制成的周邊部分，以便在由塑料制成的傳動部分與由金屬制成的傳動部分之間提供有效的接口。
[0038]第一小齒輪和第一大齒輪可形成螺旋嚙合，同時第二小齒輪和第二大齒輪優(yōu)選地為直齒類型。因此，僅僅在減速齒輪的第一級中實現(xiàn)噪聲的有效減少，其中，在運行的角速度相對較高。由于齒輪的分化，可以有利地僅在塑料齒輪上提供螺轉(zhuǎn)動矩，避免大得多的金屬機械加工的成本。
[0039]電機優(yōu)選地為同步電機，外轉(zhuǎn)子包括使用塑磁性鐵氧體模制的永磁體。
[0040]由于針對定子的簡單的模制和注射操作而以低成本制成，而從未發(fā)現(xiàn)在電迀移率的特定領域中的應用的這種電機與傳統(tǒng)稀土電機相比具有明顯的成本相關的優(yōu)點。
[0041]為了使電機的效率最大，內(nèi)定子可以具有設置有成形極靴的多個極，所述極靴由燒結(jié)的磁性材料，例如SMC (軟磁性復合材料)制成。
[0042]上述技術問題還通過一種包括至少一個上述類型的輪轂電機的電動自行車來解決。
[0043]鑒于上述輪轂電機的特定特性的緊湊性，其在踏板助力電動自行車的前輪上的用途似乎特別有利。
[0044]此外，相同的輪轂電機可以應用到后車輪或應用到兩個車輪上。在后一種情況下，可以設想在主/從類型配置中的主電機和輔助電機。
【附圖說明】
[0045]圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明所述的輪轂電機的電動自行車車輪的側(cè)視圖；
[0046]圖2示出了根據(jù)圖1的輪轂電機的沿平面C-C剖開的正視圖；
[0047]圖3示出了根據(jù)圖1的輪轂電機的沿平面D-D局部剖開的透視圖；
[0048]圖4示出了根據(jù)圖1的輪轂電機的分解透視圖。
【具體實施方式】
[0049]本發(fā)明的另外的特有特征和優(yōu)點將從說明書中體現(xiàn)出來，在下面進行提供，其為參照附圖以非限制性實例的方式提供的實施例的優(yōu)選實例。
[0050]參照附圖，圖1 一般用于表示被設計成結(jié)合在電動自行車、特別是踏板助力類型的電動自行車中的輪轂電機。
[0051]參照附圖1，該輪轂電機I可以以已知的方式被結(jié)合在電動自行車的車輪結(jié)構100中，最好是前輪中。
[0052]輪轂電機I包括固定軸2，該固定軸2的相對螺紋端被設計成以不可轉(zhuǎn)動的方式與電動自行車的車架的一部分剛性地相關聯(lián)；特別地，在目前描述的前輪輪轂電機I的優(yōu)選情況下，所述固定軸2與車輛的前叉相關聯(lián)。
[0053]固定軸2由用于輪轂的轂殼3覆蓋，該轂殼可相對于輪轂轉(zhuǎn)動并限定基本上圓柱形的盒狀主體。設置有用于前輪100的輻條的緊固點的兩個橫