CN104925187A - 用于电动踏板车的电力推动单元和扭矩传动组以及踏板车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个用于操作具有跨型的本体(2)和直立的坐位部分(6)的电动踏板车(1)的后轮(13)的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)。电力推动单元(10)包括至少一个同步电机(30)，该同步电机(30)包括内定子(32)和具有杯状形状的外转子(29)的类型，外转子(29)在与定子(32)刚性连接的固定轴(33)上转动；电机安装在大致在具有固定轴(33)的直立的坐位部分(6)的底部的重心位置，所述固定轴横向于踏板车(2)的纵向轴线(X-X)，并且传动组(11)包括至少一个第一减速级和一个第二减速级(24、26)。

Description

用于电动踏板车的电力推动单元和扭矩传动组以及踏板车
技术领域
本发明涉及一个用于电动踏板车的电力推动单元和扭矩传动组以及在其上安装有所述推进装置的相应的踏板车。
更具体地，本发明涉及一个用于操作具有跨型的本体和直立的坐位部分的电动踏板车的后轮的电力推动单元和扭矩传动组，所述电力推动单元包括至少一个同步电机。
背景技术
近些年来，人们对环境问题越来越重视，已经开发出所谓的“零排放车辆(ZEV)”并且使其变得越来越普及。事实上，这些车辆的特征在于：它们将几乎零污染的排放物释放到大气中。
特别是，最常见的零排放车辆为电力推进运输工具或电动车辆。
这些电动车辆的性能特征为：它们具有用作存储在一个或者多个可充电的电池内的能源的电机。众所周知，阻碍电动推进车辆广泛使用的一个主要问题是：较差的能量储存效率和电池充电循环。
所有电动车辆中，那些受电池的使用的相关联的缺点的影响较小，并且因此具有自主性的电动车辆为踏板车，这是因为它们用于相对短的距离，通常只在城市环境中，它们有平衡重量/功率比，并且能够传输电池组或电池包，适于使用和踏板车必须具有的自主性。
电动踏板车是非常安静的，不产生任何污染排放物并且确保几十千米的自主性，在最先进的模型的情况下甚至长达60-80千米，特别是装备有锂电池的那些电动踏板车。
目前这些电动踏板车设计用于特定的市场领域。例如，为数众多的三轮电动踏板车或四轮电动踏板车，以较低或非常低的速度运行并且主要设计为满足老人和残疾人的移动性需要，目前在市场上可以购买到。
另一个不同类型的踏板车由类似于摩托车(而不是踏板车)构成，虽然其能够达到高速，但相当昂贵和复杂，并且专门用于用户精英，该用户精英对生态问题特别敏感，但并不因为高价购买和维修费用而担心。
中间范围的较轻的和更易控制的两轮踏板车已被替代开发并且已经变得非常普遍，用于公共领域中进行日常任务，例如邮件分发。
虽然满足如以上所简要描述的用户的各种不同的要求，但这些电动踏板车还没有变得普及，主要是因为它们的生产仍然受阻于尚未被解决的技术问题。除了与电池包相关联的上述问题之外，还有电机驱动踏板车的问题和以可竞争性的成本生产用于踏板车的电机和传动装置的困难，该踏板车能够确保良好的响应于在所有驾驶条件中沿着弯曲或起伏道路的操作命令。
目前，由于个人消费者对生态问题日益敏感，因此获取电动踏板车的最大障碍是相对于可实现的性能特征和自主性的购买成本。
因此，阻碍电动踏板车大规模分布的主要因素是潜在目标用户的实质性限制。
阻碍电动踏板车发展的另一个因素是它们的典型的较差的操作性，较差的斜坡上的初始加速以及需要频繁地对电池充电。
鉴于这些问题，基本的需要是开发电机和传动组以试图使其效率更高、初始加速期间实现较低的能量消耗和整体获得更大的使用自主性，而所有这些都是在低成本的情况下。
迄今为止，通过例如试图优化电动踏板车的每个部件部分，即通过使用可能最佳的电机，最好的传动装置以及最好的电池，已知技术已试图对这些问题提供解决方案。结果已经确切，提供了成本很高并且基本没有市场的踏板车。
此外，最近已注意到：该技术可能似乎转向使用永磁同步电机作为这种类型的踏板车的推进装置，但矛盾的是由于通常被用于生产这些电机的稀土金属的成本的显著增加，因此对这种电机的使用已经减少。
为了保持具有竞争力的价格，制造商已经不得不采取可选择的更重和更大体积的解决方案，例如异步电机或激励转子同步电机，其不利于电机装置的紧凑性和电力消耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：设计一个用于具有结构和功能特征的电动踏板车的发动机装置和传动组，以便能够克服现有技术所提出的解决方案的限制和缺点，并且保证特别紧凑的结构，令人满意的传动比以及较低电功率消耗，同时减少了用于制造所述组的生产成本。
所提出的形成本发明的基础的技术方案已经在协同电机装置和扭矩传动组中开发，以便提供一个用于电动踏板车的牵引的特别设计的新颖的技术方案，即虽然避免使用已经证明的技术方案，但是着重于该类型的电动车辆必须具有移动性、自主性以及可靠性的需要。
用于操作具有跨型的本体和直立的坐位部分的电动踏板车的后轮的电力推动单元和扭矩传动组，已经解决了该技术问题，所述电力推动单元包括至少一个同步电机，其特征在于，所述同步电机的类型为包括内定子和具有杯状形状的外转子的类型，外转子在刚性地连接到定子的固定轴上转动，所述电机安装在基本上在直立的坐位部分的底部的重心位置，且固定轴横向于踏板车的纵向轴线(X-X)，并且所述传动组包括至少一个第一减速级和一个第二减速级。
有利地，所述至少一个第一减速级和第二减速级是由带-轮传动装置形成。进一步地，传动装置是由齿形轮和带形成。
可设想提供包含所述传动组的壳体，壳体也包含在所述壳体内滑动的支撑件，用于在所述第一减速级和第二减速级之间***中间轴，以允许传动带的相对张紧。
形成固定驱动轴的轴向延伸的散热器与电机的定子相关联。
同步电机的类型是无刷型，并借助于逆变器驱动。
在直立的坐位部分还提供了用于容纳电池的隔室。由充电电池组成的至少两个结构上独立的电池包容纳在所述隔室的内部。
电池是可拆卸的并且设置有用于快速连接电力供应网络的电池充电器和电力供应插头连接器。
此外，每个电池包是独立地可拆卸的，以便允许独立的外部充电。
在实施例的一个变型中，推进装置包括第二同步电机，第二同步电机可以通过自由轮机构选择性地联接到所述传动组。
附图说明
图1示出了根据本发明提供的电动踏板车的立体侧视图；
图2示出了根据图1的电动踏板车的透视图，其中显示出座位下面用于容纳电池的隔室；
图3显示了根据图1的踏板车的透视图，没有车体以便可看到图2所示的隔室的内部；
图4示出了根据图3从另一个观侧面观测到的踏板车的另一透视图；
图5和图6为根据本发明的无整流罩的踏板车的中央部分的细节的相对的侧面图和相反的侧面图；
图7示出了根据本发明的踏板车的扭矩传动组的部分的分解透视图；
图8示出了连接到电动电力推动单元的根据图7的传动组的部分的前视图；
图9示出了根据本发明的踏板车的扭矩传动组的根据图7的部分在装配结构中的透视图；
图10示出了沿图8中的线A-A的水平截面图；
图11示出了扭矩传动组作为一个整体的前视图；
图12示出了根据本发明的用于踏板车的电力推动单元和扭矩传动组的俯视图；
图13示出了根据本发明的电力推动单元和扭矩传动组的实施例的变型的透视图；
图14示出了根据图13的实施例的变型的横截面图。
具体实施方式
根据本发明的电力推动单元和扭矩传动组的特征和优点将从下文通过非限制性示例并参照附图提供的实施例的优选示例的描述中变得清楚。
参考这些附图，特别是图1的示例，附图标记1表示整体和以图解形式根据本发明设计的电动推进车辆，并且这些电动推进车辆在下面将被称为踏板车或电动踏板车。
通过非限制性示例的方式在这里所述的优选实施例中，电动推进车辆是具有与传统的电动踏板车保持一致的重量、功率和最大速度的两轮踏板车。通过引导的方式，根据本发明的电动踏板车的重量可小于60kg，功率高达2kW以及最大速度小于45km/h，例如根据意大利法律相当于电动踏板车或轻型摩托车。
本文所公开的车辆包括跨型的框架或本体2，即骑车者通过跨过本体2的较低的中央部分5骑上或坐上踏板车，坐在包括坐位3的直立的坐位部分6上，并且抓住前操纵把手4。
踏板车1具有支撑架20，具有中央跨步部分5的本体2安装在支撑架20上。
保护骑车者的腿的前防护罩7设置在车把4与本体2的中央较低部分5之间。也设有将防护罩7连续地连接到座位3的直立的部分6的脚踏部分9。
直立的部分6设置有整流罩并且隐藏了座位下面用于容纳电池的宽敞隔室15，这将参考图2至图6在下文进行详细描述。
电动踏板车1包括沿车辆的纵向轴线X-X成一条直线的两个车轮12、13。
前轮12通常空转安装在前叉14、16上，同时后轮13为驱动轮。车轮的顶部由各自的挡泥板17和27保护。
踏板车由具有设计用于连接到后轮13的相关联的扭矩传动组11的电力推动单元10操作。
有利地，电力推动单元10包括具有内定子32和外转子29的类型的至少一个无刷同步电机30。电机30由与电子板28相关联的用于调节和控制电机的操作的逆变器驱动。
如上所述，电机30的类型为所谓的内定子和外定子的类型，即转子29安装在筐状的支撑壳体上相应定子32的外侧上的那种类型。例如以同一申请人的名义申请的欧洲专利No.EP1,691,470描述了电机30的结构。
为了说明书的完整起见，要指出的是，电机30的定子32具有基本上圆柱形结构并且包括本身已知的多个极靴，例如通过一个叠一个并且彼此接触设置成包，并且固定安装在中心轴线上的多个叠片形成。
内定子32具有多个磁极，多个磁极围绕由电绕组围绕的大量径向叠片被限定。烧结端元件由形成极靴的软磁性复合材料(SMC)制成，位于每个叠片包外侧。
外转子29包括主杯形体；外转子29的边缘的内表面，面向定子的气隙或合成材料，支撑使用热塑性成型(注塑成型)技术注入的塑料磁铁制成的磁环。
内定子32被锁合到对应的固定轴33上。
外转子29的主杯形体，围绕该内定子32，具有一个连接到管状部分25的底面，该管状部分25远离内定子32的方向延伸，并且通过轴承可转动地支撑在固定轴33上。
径向膨胀离心式离合器38可设置为刚性连接到管状部分25所在的一侧上的外转子29。
离合器38的存在是可选择的，并且它是完全可以将转子29的管状部分直接连接到第一传动轮21，第一传动轮21形成传动组11的一部分，其将在下文描述。
同步电机30还包括电连接到该电机上的电子控制板28，和与电子管理和控制电路板28相关联的散热器34。板28还包含常驻软件和踏板车的扭矩要求，常驻软件控制电机的操作，这将从下文的描述中变得清楚。然而在本说明书中并不包括驱动器电子设备操作的详细解释。
电子板28本身是已知的，也是散热器元件34，具有类似层压的形式，具有宽的热交换表面面积，在图4和5中可见。根据本发明，散热器元件20沿着轴向延伸方向安装在定子5上，以预定的关系离开其一定距离以便允许在之间布置电子板。
此外，如图11所示，与逆变器相关联的电子控制板28通过散热器元件34被支撑在后者的一侧上，以获得与少量线路的电连接。
电机30和散热器34构成的组件被容纳在具有翅片盖35的铝隔室的内部，以便有助于热量的消散。
有利地，根据本发明，同步电机30被安装在基本上在直立的坐位部分6的底部的重心位置，直立的坐位部分6具有电机30的轴33，该轴横向于踏板车2的纵向轴线X-X。
这种布置使踏板车的整个结构具有特定的稳定性并且保证具有更好的重量的整体分布的车辆的重量平衡。
此外，为了增加功率输出性能，所述电机30被设计为具有适当的尺寸，优化转子和定子磁极之间的尺寸比例。该电机已经为模块化设计，即其性能特性与它的轴向长度是相关联的，而它的径向尺寸保持不变，允许模具的有效性和低成本管理，模具用于制造使用各向异性的铁氧体磁体，注塑成型过程中其由磁场定向，通过形成在模具中磁路产生磁场。
电力推动单元10和相应的传动组11由外壳19或壳体从外面包围。该外壳19的前端和后端具有用于紧固到踏板车1的框架20的各点。
现在将更详细地研究该机构的结构。
使得电机30被运动学地连接到后轮13的扭矩传动组11包括具有齿形带和轮的两个传动级24、26。
外壳19具有以基本上纵向方向延伸的形状，并且相对于中心倾斜，对应于第一传动级和第二传动级24、26的角度布置。
基本上，级24和26构成两个运动学上连接的减速级，其中第一减速级24包括将运动从转子29传送到中间轴的传动构件并且第二减速级26还包括将运动从中间轴传送到用于驱动后轮的轴的传动构件。
第一级24包括在第一传动轮21和第一传动带轮22之间延伸的带23，第一传动轮21刚性连接到同步电机30的转子29，第一传动带轮22可转动安装在中间轴上之间，该中间轴设置在包含传动组11的外壳或壳体19的内侧。
第二级26包括在第二传动轮31和第二牵引轮36之间延伸的带37，第二传动轮31与传动轮22同轴，第二牵引轮36刚性连接到牵引轴，后轮13的轮毂39锁合到该牵引轴上。
第一传动轮21和第二牵引轮36具有固定的轴间距离并且带23和37的相对张力的调整通过同轴传动轮22和传动轮31的特定支撑布置执行。
更具体地，同轴和中央轮被支撑在同一中间轴上，该中间轴通过包含传动组11的外壳中的孔眼形的槽19滑动地依次安装在具有预定运动自由度的滑动件40上。
在实施例的变型中，仍然基于本发明的原理，对电力推动单元10和扭矩传动组11进行改进以增加该踏板车的功率输出。图13和图14示出该实施例的变型的一个示例。
在实施例的变型中，设想了使用两个永磁体同步电机50和52。
电机50和52的内部结构对应于上面已经描述的关于同步电机30的结构。
具有两个电机的变型具有两级带传动的自由轮53。这允许使用再次由逆变器驱动的两种电机中的一个。
有利地，这依赖于所需的功率，例如在启动或在上坡时，可能需要操作这两个电机50、52，而在正常的使用条件下，例如在平地上以恒定的速度，也可能只需要操作一个电机，以节约能源。
更具体地，以与实施例中的第一示例相似的方式，该替代实施例的传动组11包括第一带-轮减速级54，其中第一传动轮58刚性地连接到第一电机50的转子，在运动学上经由齿形带55连接至安装在自由轮53上的轮59。自由轮53通过轴承61被支撑在主轴51上。
第一减速级54具有对应的第二带-轮减速级56，其中第二传动轮62刚性地连接到第二电机52的转子，在运动学上经由齿形带63连接到第二传动轮57。只有第二电机52总是被连接，而第一电机50根据扭矩要求进行干预。
自由轮53和传动轮57彼此同轴，并被支撑在中间主轴51，中间主轴51通过轴承64有利地可转动地安装在包含传动组的外壳19上。
当踏板车沿直线行驶并且需要较小的驱动扭矩和功率时，电机50通过电子控制***被切断，并且自由轮53将它与轴51脱离；只有仍被接合的电机52能够提供扭矩和功率足以维持用户设定的速度。在更恶劣的条件下，例如在上坡行驶时，当达到与电机52同步的速度时，电机50被自动接通，并且同时将其刚性地连接到轴51的自由轮被锁定。两个电机50、52因此连接在一起，并且能够满足剩余扭矩和功率要求。
具有机构60的末级利用可转动主轴51将轮刚性地连接至后轮13的传动轮毂。
现在通过关于构成踏板车1的电力供应的电池***的细节完成了本发明的描述。
踏板车1设计为用于在座位下方的隔室15内部容纳至少两个可抽出的电池包44、45；每个包44、45具有在其内部的电池管理***(BMS)，用于管理电池充电，被并入在用于监督和控制踏板车1的操作的电子控制单元41。
图3和图4中可以清楚的看见可移动电池包44、45，控制单元41和从直立的座位部分6的整流装置的外表面突出的外部可访问的连接器48并且允许快速装配连接到电力供应网络，用于对保持在踏板车上的电池进行充电。
可在图6中看到互连元件49，并且使整个电池组件从隔室15移除，互连元件49设置在外部连接器48和电池组之间的电连接线路上。
然而，两个电池包44、45是结构上相互独立的，并通过连接器47还是独立地可移动的，在图5中清晰可见该连接器，并允许它们能够迅速地向/从彼此连接或断开。
此外，在踏板车中专门设计的隔室15容纳具有相关联的电缆43和电力供应插头的电池充电器42，用于连接到传统的电力供应插座，整个可移动组件通过快速装配接头被连接到上述控制单元41。
电池充电器42明显设置有电流互感器。
该***允许电池状态的充电和检查，同时使包44、45在踏板车中相互连接；然而，可选地，有可能手动取出电池包44、45并且直接连接电池充电器42，也只连接到电池包中的一个，从而使部件更容易地被移动到的一个位置，该位置是通过踏板车本身不能轻易地或方便地达到电力供应插座的位置。
根据以上描述，可以清楚地了解到根据本发明的踏板车如何可以以明显低的成本大规模地生产，同时确保沿着弯曲或起伏道路的最佳性能并且通常将其付诸于实践应用。

Claims (12)

1.电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，用于操作电动踏板车(1)的后轮(13)，所述电动踏板车(1)具有跨型的本体(2)和直立的坐位部分(6)，所述电力推动单元(10)包括至少一个同步电机(30)，其特征在于，所述同步电机(30)的类型为包括内部的定子(32)和杯状的外部的转子(29)的类型，所述转子(29)在刚性地连接到所述定子(32)的固定轴(33)上转动，所述电机安装在所述踏板车(2)的重心位置，基本上在直立的坐位部分(6)的底部，且所述固定轴(33)横向于所述踏板车(2)的纵向轴线(X-X)，所述传动组(11)包括至少一个第一减速级和至少一个第二减速级(24、26)。
2.根据权利要求1所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，所述至少一个第一减速级和至少一个第二减速级(24、26)是由传动带-轮式的传动装置形成。
3.根据权利要求2所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，所述传动装置由齿形轮和传动带形成。
4.根据权利要求2所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，包括外壳(19)，所述外壳包含所述传动组(11)和支撑件，所述支撑件在所述外壳内滑动用于在所述第一减速级和第二减速级(24，26)之间***中间轴，以允许传动带(23、37)的相对张紧。
5.根据权利要求1所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，形成固定轴(33)的轴向延伸部的散热器与所述电机(30)的所定子相关联。
6.根据权利要求1所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，所述同步电机(30)是借助于逆变器驱动的无刷型。
7.根据权利要求1所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，包括电池容纳隔室(15)，所述电池容纳隔室能够结合到所述踏板车(2)的直立的坐位部分(6)。
8.根据权利要求7所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，所述隔室内装有至少两个结构上独立的可充电电池组(44、45)。
9.根据权利要求7所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，所述电池是可拆卸的并且设置有电池充电器(42)和电流插头连接器，用于快速连接到电力供应网络。
10.根据权利要求7所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，每个电池组(44，45)能够被单独拆卸用于外部充电。
11.根据权利要求1所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组(11)，其特征在于，所述电力推动单元包括第二同步电机(52)，所述第二同步电机(52)通过包括自由轮(53)的机构(54)选择性地耦合到所述传动组(11)。
12.一个电动车，尤其是两轮电动踏板车(1)，其特征在于，包括根据前述任一权利要求所述的电力推动单元(10)和扭矩传动组。
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