[发明专利]车用特别是自行车用电动轮毂驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求1的前序部分所述的车用特别是自行车用电动轮毂驱动器。

背景技术

轮毂驱动器包括绕一轴枢轴式安装的轮毂外壳。轮毂驱动器进一步包括同轴布置在所述轴上并包括转子和定子的无刷电动机，其中电动机设置为驱动轮毂外壳。在使用这种无刷电动机的情况下，利用定子线圈生成交变磁场。与定子不同，转子没有任何绕组，但是具有一个或多个永久磁体，永久磁体与定子的交变磁场相互作用，从而使转子开始旋转。

这种电动轮毂驱动器是现有技术中已知的，例如用作自行车的辅助驱动器。对这种轮毂驱动器有很多不同的要求。通常，轮毂外壳和电动机彼此同轴布置，电动机封装在轮毂外壳内，在适当情况下，插入式齿轮系也封装在轮毂外壳内。由此，首先只有很少的空间可用于电动机和齿轮系，这意味着轮毂驱动器必须以较小的结构尺寸传递相对较高的功率。除此之外，客户仍然期望这种轮毂驱动器的转矩增加更多。只有电动机具有相对较大的径向尺寸，才能实现直接高转矩驱动。为了利用径向尺寸较小的电动机或轮毂驱动器获得高转矩，使用在电动机与轮毂外壳之间连接或布置的行星齿轮系。在高性能驱动的情况下，通常会产生相对大量的废热。为了防止对电动机或轮毂驱动器的内部特别是齿轮系造成损坏，这种废热必须向外消散。

上述种类的电动轮毂驱动器是已知的，例如EP1601083A1、EP1601085A1和EP1640261A1中已经公开了这种电动轮毂驱动器。全部所述的三个文档中都公开了轮毂驱动器，其中电动机和齿轮系都封装在轮毂外壳内。电动机的转子已经设计为内部转子，并且在其外周包括环形布置的永久磁体，所述永久磁体布置为一排并且极性交替相反。在电动机的定子中生成交变磁场。为此，定子包括封装转子的中空筒状叠片。所述叠片的多个磁极分布在周向上并缠绕有定子绕组，电力能够交替应用于所述定子绕组。在EP1601083A1中提及了散热问题。根据所述文档，已知在电动机的外壳与轮毂外壳之间提供冷却液，这有助于电动机的定子散热。然而，EP1601083A1说明了这种冷却方式会导致增加工作量，因为一方面必须将冷却液引入轮毂外壳中，而另一方面必须将冷却液安全地封入在轮毂外壳中。相应地，EP1601083A1建议将定子布置在侧面，从而不必设置电动机外壳。因而，可以更容易地使定子中产生的废热向外消散。与上述文档不同，EP1640261A1建议为轮毂外壳设置气泵，用于将环境空气供给到轮毂外壳中以冷却电动机。

EP1736347A1和WO2007/083995A1进一步公开了上述种类的轮毂驱动器。此外，在这两个说明书中描述的轮毂驱动器中，电动机和齿轮系封装在轮毂外壳内。然而，所述电动机的转子已经设计为外部转子。这意味着定子布置在中空筒状转子内。在具有外部转子的这种设计中，定子中产生的废热消散到外部的效果更差。相应地，这种驱动器通常无法设计为像上述具有内部转子的轮毂驱动器一样是有效率的。

US2008/0070736A1还公开了集成到车辆的轮圈中的轮毂驱动器。该驱动器包括具有外部定子和内部转子的交流电动机，定子直径相当于轮圈直径。由于外部定子圆周相对较长，因此有非常大的面积可用于散热。然而，该驱动器由此径向尺寸非常大，因此不适于例如自行车辅助驱动器。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮毂驱动器，所述轮毂驱动器已经相对于现有技术进行改进，其中虽然尺寸较小，但是实现了高性能和高转矩并同时确保了充分散热。此外，本发明的目的是提高轮毂驱动器的效率。除此之外，轮毂驱动器应该尽可能重量轻。

独立权利要求1的特征实现了该目的。根据这些特征，当定子设置有无铁心定子绕组时，能够实现本发明的目的。因而，能够提供一种生成相对较少废热的高性能和高转矩轮毂驱动器。根据本发明的无铁心定子绕组具有多个优点。一方面，不会发生磁心损耗，即无磁滞损耗、无涡流功率损耗及无剩余损耗，因此废热更少且效率更高。此外，具有无铁心绕组的电动机抗过载并且尤其在过载时效率高。由此，例如在陡坡上起动或行驶时，能够提供特别高的转矩。增强过载容量要求高散热能力。根据本发明的轮毂驱动器能够确保满足该要求。另一方面，轮毂驱动器的重量已经减轻，这对于配备根据本发明的轮毂驱动器的自行车特别有利。最后，与采用叠片的比较轮毂驱动器相比，根据本发明的轮毂驱动器噪声更小。优选地，电动机的转子具有多个磁极。这意味着设置有沿周向布置并且极性交替相反的多个永久磁体。优选地，定子绕组也具有多个磁极，并沿周向包括多个彼此重叠且通过电子系统交替供电的绕组。定子以不可旋转的方式安装到轴上。

本发明的优选实施例是从属权利要求的主题。