用于电池驱动的轻型车辆的电驱动系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电池驱动的轻型车辆的电驱动系统，所述电驱动系统具有至少一个驱动马达(1)、由驱动马达(1)驱动的变速器(2)以用于至少两个挡位的换挡和致动器(10)以用于将变速器(2)操作到换挡位置中，其特征在于，设有自动化的变速器(2)，尤其是具有空转轮的变速器。
【专利说明】用于电池驱动的轻型车辆的电驱动系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电驱动系统。
【背景技术】
[0002]电池驱动的电的小型车辆要求高的整体效率，以便实现尽可能高的行程。
[0003]已知在自行车或电动摩托车中的电的轮毂马达。轮毂马达提高了未支撑在弹簧上的质量进而在电动摩托车的情况下是不期望的。因此，越来越多地将中央马达连同皮带或链条变速装置用于后轮，所述后轮按照需要与行星齿轮变速器或蜗轮蜗杆变速器组合。同样已知的是具有内转子马达和位于内部的变速器作为后轮驱动器的变速器马达。
[0004]用于借助内燃机运行的双轮车的驱动系统通常具有CVT变速器(Variamatic原
理)。这能够实现高的变速范围(Gbersetziingsspreiziing )，使得在内燃机的低转矩
的情况下也能够实现可接受的加速性能。所述CVT变速器具有差的效率进而不适合于电池驱动的电动车辆，因为系统成本通过维持较大的电池容量而强烈地提高。
[0005]为了提高效率或加速性能，使用部分地也能够手动换挡的变速器。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是，实现具有高效率的紧凑的且低成本的驱动系统并且满足双轮车的行驶性能的要求。
[0007]所述目的通过权利要求1的特征来实现。
[0008]换言之，根据本发明的目的通过高效的电马达与自动化的有效的两挡变速器或三挡变速器的组合来实现。在所述驱动系统中，能够经由简单的低成本的换挡致动器来进行没有离合的换挡过程和挡位的调整。快速地进行经由电马达的同步，使得实际上不能够感觉到转矩中断。
[0009]本发明的其他的实施形式和设计方案以及其优点包含在其他的权利要求中。
[0010]有利地，驱动系统设计成，使得不仅制动能量的恢复是可能的并且同时滑翔运行、也就是车辆在驱动器脱耦的情况下的行驶是可能的。后者在双轮车中、尤其在车辆的滑行中是期望的。
[0011]驱动系统的一个重要特征是电马达经由变速器油进行冷却，这能够适当地通过下述方式实现:马达和变速器形成集成的单元并且位于一个壳体中。
[0012]此外，变速器设计成，三个挡位能够借助换挡致动器和换挡套管来操作，而双轮车的传统的变速器具有至多三个换挡套管。
[0013]变速器还具有非常有利的换挡致动器，所述换挡致动器仅受控(没有传感器)地操作，并且能够实现三个换挡位置并且能够由简单的电子电路经由PWM来激发。
[0014]根据本发明的驱动器和其实施方案相对于替选的驱动系统具有下述优点:
[0015]-紧凑的结构
[0016]-小的质量[0017]-车辆运行时的高的效率(以马达的最佳点移动)
[0018]-高的加速度和爬坡能力
[0019]-与较大的马达相比成本更低
[0020]-低成本的换挡致动器
[0021]-小的热负荷
【专利附图】
【附图说明】
[0022]在下面的附图描述中参照附图详细描述本发明的实施例和其设计方案。
[0023]附图示出:
[0024]图1示出具有线性换挡致动器的两挡变速器的结构；
[0025]图2示出具有向外移位的线性换挡致动器的两挡变速器的另一个实施形式；
[0026]图2a不出原理方面根据图2的具有小的竖直力的一个实施方案；
[0027]图2b示出对车轮具有两级变速比的驱动单元；
[0028]图2c示出一个替选的实施方案；
[0029]图2d示出具有两个马达的一个实施形式；
[0030]图3示出在加速时的换挡过程的时间上的变化；
[0031]图4示出调整致动器的力特性曲线族；
[0032]图5示出三挡变速器的原理图；并且
[0033]图6示出两挡变速器的原理图。
【具体实施方式】
[0034]在图1中示出的第一实施形式中，示出具有两挡变速器2的电马达1，所述两挡变速器设置在变速器壳体3中。驱动轴4从马达I通向变速器壳体中，所述驱动轴带有两个抗扭地设置在其上的变速轮5、6。在设置在变速器壳体中的第二轴7上以能转动的方式支承两个另外的变速轮8、9。在所述变速轮8、9上安置齿环8a、9a。在变速轮8、9之间设置线性致动器10。所述线性致动器基本上具有换挡套管11，所述换挡套管抗扭地且可轴向移动地设置在轴7上并且所述换挡套管具有第一齿环Ila和第二齿环11b，所述第一齿环在相应的换挡位置中与齿环8a共同作用并且所述第二齿环在相应的换挡位置中与齿环9a共同作用。操作装置12以固定至壳体的方式设置在齿环IlaUlb之间并且具有磁体装置13，所述磁体装置能够借助于(在此没有示出的)电磁装置来操作，以便将换挡套管11轴向地从在图1中示出的第一换挡位置中经由中立的第二换挡位置移动到第三换挡位置中。在第一换挡位置中，变速轮5和8起作用。在没有操作磁体装置的情况下采用该换挡位置，因为支撑在轴7上的或支撑在与所述轴连接的圆盘15上的弹簧14轴向地相对于换挡套管11作用，以便将所述换挡套管按压到所述换挡位置中。通过操作磁体装置，能够使换挡套管克服弹簧14的力在图中向右移动。在一定的路径之后，可轴向移动地设置在换挡套管11中的阶梯套管16碰到圆盘15上。由此，另一个弹簧17起作用，所述另一个弹簧尤其相对于第一弹簧14同心地设置并且所述另一个弹簧一方面支撑在换挡套管11上并且另一方面支撑在阶梯套管16上。由于附加的弹簧17的起作用的力是起作用的磁力，因此不能够继续移动换挡套管以使得换挡套管在该磁力下到达到中立的中间位置并且保留在其中，直至通过提高电流来增大磁力并且换挡套管然后也能够克服附加的弹簧17的力，以便到达到另一个换挡位置中，在所述另一个换挡位置中，离合器轮6和9接合。
[0035]图2示出两挡变速器的一个实施形式，所述两挡变速器轴向更紧凑。这能够通过下述方式来实现:线性致动器20基本上径向地设置在变速轮的外部。线性致动器20在此具有爪22，所述爪轴向可移动地设置在引导装置、尤其引导螺栓22a上并且所述爪接合到换挡套管21中，所述换挡套管可轴向移动地位于轴27上并且承载两个齿环21a、22a，所述齿环与相应的变速轮共同作用。为了线性地移动爪22，所述爪轴向可移动地位于引导元件上。在变速器壳体23中设置有可操作的磁体装置23。借助所述磁体装置能够将爪轴向地相反于弹簧14的力从(示出的)第一换挡位置经由中立的位置移动到另一个换挡位置中，在所述另一个换挡位置中，齿环21b与相关联的变速轮接合。所述过程对应于图1。
[0036]图2a示出在致动器的设置方面尽可能相应于图2的一个实施形式，也就是说，线性致动器30径向地设置在离合器轮的外部。固定至壳体的操作装置31在此具有可操作的磁体装置32，以便将轴向可移动地设置在轴33上的致动器元件34克服弹簧35的力来拉动进而(在图中向左)移动。与致动器元件34连接的爪或拨杆34a由此将换挡套管36从(示出的)第一换挡位置经由中立位置移动到另一个换挡位置中，其中所述换挡套管轴向可移动地位于变速器轴47上并且具有齿环37、38，其中在所述另一个换挡位置中，齿环38接合到变速轮40中。换挡套管36能够适当地设置在由具有低摩擦系数的材料制成的轴衬36a上，以便减少换挡过程中的摩擦。中立位置在此也通过另一个弹簧35a来实现，所述另一个弹簧在致动器元件34的特定的路径之后除弹簧35的力之外起作用。在此，致动器元件34例如作用于圆盘，所述圆盘设置在致动器元件和弹簧35a之间。借助所述实施形式，能够实现尤其小的调整力。在所述实施方案中，设有拨杆48，所述拨杆在与轴47径向间隔的情况下承载栓48a，所述栓经由轴衬接合到齿环37的相应的凹部中。借助所述实施方案，能够实现尤其小的调整力。
[0037]图2b示出对所驱动的车轮60具有两级变速比的驱动单元。第一变速级在变速器中实现并且第二变速级65例如借助于至车轮60的皮带或链条来实现。变速器结构和排挡(Schaltung)很大程度地相应于图2或2a，使得对此在此为了简单性而参照所述附图。
[0038]电马达51在此具有外转子53，所述外转子经由马达轴54和马达轴与变速器轴56的连接部55来驱动变速器。变速器壳体58在此分开并且在延长的部段中共同容纳电马达。在马达壳体部段的背离驱动侧的一侧上安置有用于容纳电子装置的壳体59。在安装时，将马达推入到所述部段中并且经由连接部(例如，滑键)与变速器轴连接。连接部尤其以可拆开的方式构造，使得马达能够作为模块来插入。驱动器也具有用于冷却马达的装置。对此在壳体的容纳变速器的部分和容纳马达的部分之间设有具有通孔62、63的分隔壁61，使得能够实现变速器油循环。
[0039]图2c示出一个实施方案，其中马达71再次设置在变速器壳体78的区域中。马达或壳体的容纳所述马达的区域在此设置成与壳体的容纳变速器的部分错开或设置在壳体的容纳变速器的部分旁边。在所述区域中也设置有容纳电子装置的壳体。马达轴74的转动在此在第一变速级中经由变速器传递，所述变速器设置在变速器壳体之外并且所述变速器例如借助于壳体覆盖件78a覆盖。所述变速器将移动传递到换挡变速器的输入轴上。换挡变速器的输出轴直接通向驱动的车轮60或例如借助于链条或皮带79再次变速。在所述实施方案中也设有冷却系统，如关于图2b所描述的那样。
[0040]在图2d中示出一个实施方案的示意图，其中并排设置两个马达101、102，其轴101a、102a经由小齿轮103并且例如经由皮带或链条104和小齿轮105作用于变速器的输入轴106。马达101设有空转轮109。变速器的输出轴用107表示。所有这些部件安置在共同的壳体108中。替选地，两个马达也能够经由齿轮连接。借助这种实施方案，具有高的功率密度的紧凑的设置是可能的。此外，能够关断马达以用于避免在部分负荷运行时的牵引损耗。
[0041]图3示出在加速时的换挡过程的时间变化，其中Mm表示马达力矩，MFze表示车轮上的力矩，η表示马达转速，hSA表示换挡致动器的上升位置，Vfzg表示车辆速度。示出了具有全力矩的加速过程和此后根据功率标准降低力矩(通常通过电池预设)。换挡过程以四个步骤执行:
[0042](a)使马达无力矩以脱开，也就是说Mm— 0，nM—恒定，hSA—没有操作(在图中作为曲线Mm的分支a示出)；
[0043](b)在下述情况下的换挡过程，hSA —调整致动器，同时减小到相应的转速，例如在il/i2 = 0.5时减小到一半转速，Mm为负以用于马达的制动(在图中作为曲线Mm的分支b示出)；
[0044](c)致动器用于接合的新的位置:Mm = O, nM = 一半转速，hSA =略微移动致动器以用于锁定(在图中作为曲线Mm的分支c+d示出)；
[0045](d)转换挡位:Mm —双倍力矩，hSA —继续加速。
[0046]通过这种换挡过程，在换挡时不能够感觉到车轮上的力矩变化。在此，决定性的是马达转速的快速同步和借助于操作换挡致动器的快速的换挡过程，使得不能够感觉到转矩变化。在图中相对长地示出时间上的变化。在实际中，这能够在小于0.1秒中执行。对此，具有小的惯性质量的小的驱动马达是尤其有利的，所述马达以高的转速运转并且经由转速产生功率。
[0047]图4示出调整致动器的力特性曲线族。在不同的电流的情况下，示出了两级的弹簧特性曲线和磁力变化。如在变化中能够清楚识别的，通过力突变KS和磁力/电流关系得出明确的并且稳定的中间位置，如这在更上文中结合图1所描述的那样。
[0048]在图5中示出扩展成三挡变速器的示意图。第一挡由变速轮81和82、第二挡由变速轮83、84并且第三挡由变速轮85和86实现。输出轴上的变速轮82设有空转轮82a。在变速轮84和86之间设置有致动器88。所述制动器能够具有如在上文中描述的结构。通过空转轮还能够实现，车辆能够在第一挡中轻微移动，而没有使马达联动。
[0049]当在所述变速器中换挡至第二挡时，在输出轴的转速提高时，空转轮起作用。所述实施方案的优点在于，借助仅一个致动器就能够实现三挡变速器，其中在第一挡中车辆的滑行是可能的，在第二和第三挡中能够进行复原并且马达的刹住表现得相对弱。
[0050]在图6中示出简化的换挡变速器，其具有:马达；驱动轴；从动轴；用于第一挡的变速轮91、92 ;用于第二挡的变速轮93、94 ;和换挡致动器98。在变速轮上设有空转轮92a。换挡致动器设置在第二挡的变速轮上。在该实施方案中，两个换挡位置能够借助短的冲程来实现，并且通过减小换挡致动器的冲程能够简化换挡致动器并且能够省掉第二弹簧。所述实施方案的优点相应于根据图5的实施方案的优点，其中范围较小。[0051]附图标记列表:
[0052]I电马达
[0053]2两档变速器
[0054]3变速器壳体
[0055]4驱动轴
[0056]5变速轮
[0057]6变速轮
[0058]7轴或从动轴
[0059]8变速轮
[0060]8a齿环
[0061]9变速轮
[0062]9a齿环
[0063]10 线性致动器
[0064]11换挡套管
[0065]Ila齿环
[0066]Ilb齿环
[0067]12操作装置
[0068]13磁体装置
[0069]14弹簧
[0070]15圆盘
[0071]16阶梯套管
[0072]20线性致动器
[0073]21换挡套管
[0074]21a齿环
[0075]21b齿环
[0076]22爪
[0077]22a引导螺栓
[0078]23磁体装置
[0079]27轴
[0080]30线性致动器
[0081]31致动器元件
[0082]32磁体装置
[0083]33轴
[0084]34致动器元件
[0085]34a爪或拨杆
[0086]35弹簧
[0087]36换挡套管
[0088]36a轴衬
[0089]47轴[0090]48拨杆
[0091]48a栓
[0092]51电马达
[0093]53外转子
[0094]54马达轴
[0095]55连接部
[0096]56变速器轴
[0097]58变速器壳体
[0098]59电子装置壳体
[0099]60驱动的车轮 [0100]62分隔壁
[0101]62通孔
[0102]63通孔
[0103]65变速级
[0104]70驱动的车轮
[0105]71电马达
[0106]74马达轴
[0107]77第一变速级
[0108]78变速器壳体
[0109]78a壳体覆盖件
[0110]79链条或皮带
[0111]81变速轮
[0112]82变速轮
[0113]82a空转轮
[0114]83变速轮
[0115]84变速轮
[0116]85变速轮
[0117]86变速轮
[0118]88致动器
[0119]91变速轮
[0120]92变速轮
[0121]92a空转轮
[0122]93变速轮
[0123]94变速轮
[0124]101马达
[0125]102a轴
[0126]102马达
[0127]102a轴
[0128]103小齿轮[0129]104链条或皮带
[0130]105小齿轮
[0131]106变速器的输入轴
[0132]107变速器的输出轴
[0133]108壳体
[0134]109空 转轮
【权利要求】
1.一种用于电池驱动的轻型车辆的电驱动系统，所述电驱动系统具有至少一个驱动马达、由所述驱动马达驱动的变速器以用于至少两个挡位的换挡和致动器以用于将所述变速器操作到换挡位置中，其特征在于，设有自动化的变速器，尤其是具有空转轮的变速器。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，设有电子装置，以便在触发换挡过程时操作所述致动器(10 ；20 ；30 ；88 ；98)并且借助于所述驱动马达执行同步。
3.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述制动器(10；20 ；30 ；88 ；98)是尤其能够磁性操作的、线性换挡致动器，所述线性换挡致动器具有两个(有效的/中立的)换挡位置或三个(左边有效的/中立的/右边有效的)换挡位置。
4.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，为了实现所述换挡位置而设有两级的弹簧装置(14，16 ;35，35a)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述致动器(30)基本上径向地设置在变速轮的区域的外部并且具有用于所述变速器的换挡的爪或拨杆(36)，所述爪或拨杆接合到换挡套 管(36a)中，所述换挡套管以能够轴向移动的方式设置在变速器从动轴上。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述致动器(10)基本上设置在所述从动变速轮之间并且具有换挡套管，所述换挡套管以能够轴向移动的方式设置在所述变速器从动轴上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，在所述变速器从动轴(47)上抗扭地设置有具有两个齿环的换挡套管(36)，其中抗扭的设置尤其借助于抗扭设置的传递装置(48)来实现，所述传递装置具有相对于传动轴径向错位的传递元件(48a)。
8.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，马达(51)和变速器形成集成的单元，所述集成的单元尤其设置在共同的壳体(58)中。
9.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，在容纳所述马达(51)和变速器的壳体上、尤其在马达侧上设置有容纳电子装置的壳体(58)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述马达具有冷却装置，尤其是油冷却循环。
11.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，所述制动器能够仅受控地(在没有传感器的情况下)操作并且借助于简单的电路借助于脉冲宽度调制(PWM)来激励。
12.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，在两挡变速器中，在第一挡的从动变速轮(92)上设置有空转轮(92a)并且在第二挡的主动变速轮(93)上设置有致动器(98)。
13.根据上述权利要求1至11中任一项所述的驱动系统，其特征在于，在三挡变速器中，在第一挡的从动变速轮(82)上设置有空转轮(82a)并且在第二挡的从动变速轮和第三挡的从动变速轮(84，86)之间设置有致动器(88)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，在输入到所述变速器中之前尤其借助于皮带或链条设有变速装置(77)，其中尤其地，所述变速器平行于所述马达设置。
15.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，在所述变速器的输出端上设有尤其借助于皮带或链条的变速装置(65 ;79)。
16.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，要驱动的车轮(60)由所述变速器从动轴直接驱动。
17.根据上述权利要求中任一项所述的驱动系统，其特征在于，两个马达作用于变速器输入端，其中一个马达经由空转轮与所述变速器连接。
【文档编号】B60L11/18GK103974847SQ201280054101
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年8月30日 优先权日:2011年9月2日
【发明者】海因茨·莱贝尔, 托马斯·莱贝尔, 约亨·凯勒 申请人:Cpm小型电动马达有限公司