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1、10申请公布号CN104185939A43申请公布日20141203CN104185939A21申请号201380018380522申请日20130327102012205672620120405DEH02K1/27200601B62M6/60200601B62M6/4020060171申请人罗伯特博世有限公司地址德国斯图加特72发明人A施图布纳S德蒙特N马丁M迪特里希74专利代理机构中国专利代理香港有限公司72001代理人李永波李婷54发明名称电驱动的双轮车57摘要本发明涉及一种电驱动的双轮车（1），其带有至少一个电机（4），电机具有位置固定的定子（6）和能转动地被支承的转子（7），其中转子。
2、（7）具有磁通环（9），磁通环带有多个在其上沿圆周分布布置的永磁体（8）。在此规定，永磁体被轮辐状地伴随交替的相切的磁化地布置在磁通环（9）中。此外本发明还涉及一种用于运行这种双轮车的方法。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014093086PCT国际申请的申请数据PCT/EP2013/0565452013032787PCT国际申请的公布数据WO2013/149911DE2013101051INTCL权利要求书1页说明书6页附图8页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图8页10申请公布号CN104185939ACN104185939A1/1页。
3、21电驱动的双轮车（1），带有至少一个电机（4），所述电机具有位置固定的定子（6）和能转动地得到支承的转子（7），其中所述转子（7）具有磁通环（9），所述磁通环带有多个在其上沿圆周分布布置的永磁体（8），其特征在于，所述永磁体被轮辐状地伴随交替的相切的磁化地布置在所述磁通环（9）中。2按权利要求1所述的双轮车，其特征在于，所述永磁体（8）的面朝所述定子（6）的沿径向的端面（13）至少基本上坦露。3按前述权利要求任一项所述的双轮车，其特征在于，所述永磁体（8）的背对所述定子的沿径向的端面（14）至少基本上坦露。4按前述权利要求任一项所述的双轮车，其特征在于，所述磁通环（9）的处在相邻的永磁体（8。
4、）之间的磁通环段（12）至少与所述永磁体（8）的面朝所述定子（6）的端面（13）齐平地收尾。5按前述权利要求任一项所述的双轮车，其特征在于，所述永磁体（8）是铁氧磁体。6按前述权利要求任一项所述的双轮车，其特征在于，所述永磁体（8）在所述磁通环（9）中沿周向看完全用所述磁通环（9）的材料所遮盖。7按前述权利要求任一项所述的双轮车，其特征在于，在所述双轮车（1）的驱动轮（3）和所述电机（4）之间连接了传动机构（5）尤其圆柱齿轮传动机构或行星齿轮传动机构。8按前述权利要求任一项所述的双轮车，其特征在于，所述电机（4）的功率电子器件被布置在承载所述驱动轮（3）的单臂摇杆（11）中。9用于运行双轮车（。
5、1）的方法，所述双轮车按前述权利要求任一项或多项构造，其特征在于，用提前换向或延迟换向来触发所述电机（4）以产生磁阻转矩。权利要求书CN104185939A1/6页3电驱动的双轮车技术领域0001本发明涉及一种电驱动的双轮车，其带有至少一个电机，电机具有位置固定的定子和被能转动地支承的转子，其中，转子具有磁通环，磁通环带有多个在其上沿圆周分布布置的永磁体。0002此外，本发明还涉及一种用于运行这种双轮车的方法。背景技术0003本文开头所述类型的双轮车由现有技术公知。电动车尤其在至4KW，部分也至11KW的功率级中经常用一个在后轮上的无传动机构的轮毂马达运行。这种马达通常涉及无刷的电换向马达。这。
6、些马达具有通常有很高的槽数的轴固定的定子。与定子配合作用的转子直接是轮辋的组成部分或布置成与轮辋固定且典型地具有一个布置在铁制的磁通环上的由永磁体，特别是有很大的极数的稀土磁体构成的环圈。永磁体在此通常在侧向彼此贴靠地布置在磁通环的内侧上。所用的稀土磁体的量绝大部分都贡献给了驱动的总成本。0004在这种实施形式中，缺陷在于，马达仅在衔铁调整区域中才能被有用地运行。一旦通过转子的转动在定子相内感应出的电压达到了最大可由运行电压源提供的相电压，那么马达就达到极限以及扭矩下降到接近零，由此限制了可能的最大转速。发明内容0005与此相反的是，按本发明的带有权利要求1的特征的双轮车，具有这样的优势，即，。
7、其一方面能被成本低廉地制造，因为可以取消使用昂贵的稀土磁体。通过按本发明的发动机布局的特殊性，可以在电机没有明显变大的情况下扩大双轮车的可用的扭矩范围和转速范围。按本发明的双轮车的特征在于，电机的永磁体轮辐状地伴随交替的相切的磁化地被布置在磁通环中。通过轮辐状的布置，相邻的永磁体径向于转子的旋转轴线以及由此在磁通环的材料中彼此呈V形地取向，因此转子的磁通的一个突出的特点或助益（SCHENKLIGKEIT）被赋予给了电机。现在，通过突出的特点可以通过合适的提前换向或延迟换向在整个运行区域中利用或产生一个附加的磁阻转矩。此外，还通过提前换向开启了主动去磁的可能性，由此可以越过纯粹的衔铁调整区域明显。
8、向上扩大可用的转速范围以及也在现在可用的去磁区域中使一个附加的磁阻转矩变得可用。双轮车优选被相应地这样触发，即，通过提前欢喜那个或延迟换向在需要时产生一个附加的磁阻转矩。此外，仅出现了很小的制造成本，因而尤其可以取消昂贵的稀土磁体材料。因此在相邻的永磁体之间置放着与永磁体磁性地相连的磁通环段。0006特别优选的永磁体的面朝定子的径向的端面分别至少基本上，优选全部坦露。基于磁通环的材料处在相邻的永磁体之间，所以确保了前述的特点。一种有十二个槽和五个极对的优选的布局以94具有特别高的绕组系数且造成了对目标应用而言足够小的止动转矩。永磁体的轮辐状的布置导致了一种有已经提到的突出的特点的在径向沿着定子。
9、方向有效的磁通集中。说明书CN104185939A2/6页40007特别优选的是永磁体的背对定子的径向的端面至少基本上，优选全部坦露。由此防止了在转子的内侧上通过磁通环的接地材料的接地。优选轮辐状取向的永磁体的面朝定子的径向的端面和背对定子的径向的端面都坦露，因而磁通环在永磁体的区域内基本上被中断以及由在相邻的永磁体之间的磁通环段形成。磁通环通过这样的分开保护了针对定子磁通的磁性接地的功能，但通过这种分开避免了在单个磁体的前面和背面之间的漏磁，磁体要不然就不再可供期望的磁通集中使用。若这在结构上是有必要的，那么面朝定子的或背对定子的径向的端面就可以由磁通环的从一个磁通环段朝着下一个磁通环段延伸。
10、的遮盖腹板形成，其中，优选在连接腹板和径向的端面之间留有气隙。腹板在此被构造得这样狭窄，使得它们能快速地磁饱和，因而漏磁损失被最小化。0008按照本发明的一种有利的扩展设计方案规定，磁通环的分别处在相邻的永磁体之间的磁通环段与永磁体的面朝定子的面齐平地收尾。由此改善了电机的声学，因为在运行中很少或仅出现很小的风噪。0009特别优选的是永磁体是铁氧磁体。这些铁氧磁体能成本低廉地获得以及因此造成了双轮车的一种更为成本低廉的构造。0010特别优选的是永磁体在磁通环中沿周向看，亦即在相邻的永磁体的彼此面对面的侧面上，完全被磁通环的材料遮盖，以便达到良好的磁通集中。此外，优选被构造成电换向的同步马达的电。
11、机的突出的特点的引入，再结合以磁场为导向的调节，使得通过例如借助在定子中的高频信号的注入对马达阻抗的测量以及对感应的答复的测量实现了一种耗费很少的、无编码器的转子位置检测。0011按照双轮车的一种有利的扩展设计方案规定，在双轮车的驱动轮和电机之间连接着传动机构，尤其是圆柱齿轮传动机构或行星齿轮传动机构。该传动机构可以基于仅具有很小的结构尺寸的特殊的马达布局而被毫无困难地集成在双轮车中。因此尤其可以制备针对牵引应用加以优化的圆柱齿轮传动机构的集成。与行星齿轮传动机构的结合虽然同样可行，但为这种应用建议了一种带中间轴的圆柱齿轮传动机构，因为用这种带中间轴的圆柱齿轮传动机构可以在类似的结构空间下以明。
12、显更低的耗费在技术上耐用地制备出双倍高的齿轮减速。传动机构可以被构造成能多挡地换挡。0012相宜的而是，电机具有功率电子器件用于其触发。特别优选的是，功率电子器件被布置在双轮车的承载驱动轮的单臂摇杆中。单臂摇杆在此可以通过功率电子器件被直接用作冷却面。当然也可以考虑将驱动轮设置在双臂摇杆上以及将功率电子器件相应地集成在双臂摇杆的一个、另一个或两个臂中。0013所建议的电机的布局结合集成的传动机构导致了很高的效率以及因此导致了双轮车的很小的损失功率密度，因而至少在大多数应用情形下可以取消在电机上的冷却肋本身，由此给予单臂摇杆或双臂摇杆的设计以极大的自由度。0014按本发明的用于运行上述双轮车的方。
13、法的特征在于，电机用提前换向或延迟换向来被触发，以便产生附加的磁阻转矩。有利的扩展设计方案和优势由之前的说明得出。附图说明0015接下来应当借助附图详细阐释本发明。附图中图1以立体图示出了双轮车；说明书CN104185939A3/6页5图2A和2B示出了双轮车的电机的磁流的特点；图3示出了电机的虚拟的电感的备用线路图；图4在剖面图中示出了电机的一个有利的实施方案；图5以立体图示出了电机；图6是电机的虚拟的电感的比较；以及图7以立体图示出了双轮车的驱动单元。具体实施方式0016图1以立体图示出了被电驱动的双轮车1，其前轮2能够转向以及其后轮3能够被通过传动机构5与后轮3连接的电机4驱动。电机4具。
14、有固定的定子6以及以能转动的方式被支承的转子7，其中，转子7与定子6同轴地布置和取向。0017此外，转子7配设有多个彼此贴靠的永磁体，典型地为稀土磁体，它们被布置在一个磁通环9上。常见的构造方式具有这样的缺陷，即，公知的转子好到没有突出的特点。来自英文“SALIENCE”的概念“特点”，应当参考图2A和2B加以详细阐释。如图2A和2B中所示那样，在被恒久励磁的同步电机的转子固定的坐标系中，所谓的Q轴说明了磁通环9的由定子电流产生的磁流的方向，即垂直于由永磁体8产生的励磁。D轴表明最初通过永磁体8产生的磁流的方向。0018在（没有提前换向地）触发电机时，定子6不产生沿D方向的任何磁通分量。在例如。
15、三相的马达中按此来计算沿D方向和Q方向的磁通以及马达转矩MMI其中，LD、LQ表示沿D方向和Q方向的瞬时的虚拟的定子电感，ZP对应极对数以及、和是沿D方向和Q方向的以及永磁体PM的各磁通分量。0019虚拟的电感LD和LQ在一种马达布局中按照逆向计算由沿着所观察的磁通的环积分得出。因为铁磁材料的磁渗透性几乎等同于空气的磁渗透性，所以明显可知，在带有处在典型的表面布置中的永磁体的马达中，虚拟的电感LD和LQ几乎相同，其中，在永磁体之间是否留有气隙或是否如常见的那样将永磁体在侧向彼此贴靠地安装，都无关紧要。0020电机4的永磁体如图4和5所示那样被有利地至少部分掩埋布置。通过永磁体在承载永磁体8的磁。
16、通环9内部的有利的布置，环积分提供了针对LD和LQ的不同的值。因为LD和LQ说明了瞬时的虚拟的电感，所以这些电感也典型地与电机4的运行工况，尤其是与它的转速相关。0021若有利地为这样构造的电机4选择一个从转子固定的坐标系的视角来看时间不变的相超前角，它使得LD分量不消失，然后如下得出运行参数，即磁通、，相电压UD、UQ，扭矩MMI，电旋转速度，极对的数量ZP和相电流IA、IB、IC之和说明书CN104185939A4/6页6这些公式在电机4的正弦换向时有效。更为成本低廉的电的阻塞换向（BLOCKKOMMUTIERUNG）给方程式添加了更高的和谐的项，但这些项不改变基本的相互关联。0022基于。
17、永磁体8在磁通环9内的至少部分掩埋的布置，一个附加的扭矩分量，亦即所谓的磁阻转矩（LDLQ）IDIQ，被加给扭矩。通过例如按MTPA（MAXTORQUEPERAMPERE每安的最大扭矩）或MTPV（MAXTORQUEPERVOLT每伏的最大扭矩）优化触发，现在可以为马达的每一种静态的或动态的运行工况选择一套经优化的触发参数。0023同时，一个分量LDID被加给电机的励磁。为此，在提前换向（ID0）时，沿D方向的励磁磁通以及因而被感应的机电的反向电压减小，因此为马达实现了更高的转速。00243相马达的可测量的终端电感LT用有图3所示的布置的虚拟的电感如下进行计算在此，说明了转子7的电的转子位置角。
18、。在突出的特点下，测得的终端电感随位置角的余弦在3/2LD和3/2LQ之间摆动。此后，为了最终识别转子位置，一个附加的符号识别就足以区别间隔0和2。在例如通过根据定子电压对有预定的D/Q取向的高频信号建模来测量终端电感时以及在分开求出由此产生的相电流ID和IQ时，可以通过合适的迭代方法在为此也无需附加的传感器的情况下解决余弦的含糊不清以及因此执行无编码器的转子位置角识别。0025图4和5示出了双轮车1的电机4的一个有利的实施例，其中，图4以剖面图示出了电机4以及图5以立体图示出了电机。0026图4示出了电机4，电机通过传动机构5与后轮3的轮辋联接。电机4具有位置固定的定子6以及被以能转动的方式。
19、支承的转子7。转子7具有磁通环9，永磁体8被轮辐状地伴随交替磁化地布置在该磁通环中，因而产生了沿定子方向有效的磁通集中。永磁体8就此而言参考转子7的旋转轴线沿径向取向。转子7在此被构造为，将永磁体8布置成，说明书CN104185939A5/6页7使永磁体的面朝定子的径向的端面13和背对定子的径向的端面14在径向坦露。永磁体8因此在径向没有被磁通环9的材料包围。由此防止了漏磁。就此而言，磁通环9在当前的实施例中由多个磁通环段12构成，这些磁通环段分别设置在相邻的永磁体8之间。磁通环段12可以例如通过粘接与永磁体8分别连接。为了在结构上加强磁通环9，也可以考虑在相邻的磁通环段12之间在内侧和/或在。
20、外侧设置各一个连接腹板，连接腹板将相邻的磁通环段相互连接以及在此在径向遮住置于其间的永磁体。在此要注意的是，在永磁体和连接腹板之间保留各一个气隙或气袋，以避免或减少漏磁。在此，连接腹板被相宜地构造得这样狭窄，使得它们能快速磁饱和。永磁体8被有利地构造成铁氧磁体。通过所选择的有例如12个槽和5个极对的布局，以94达到了特别高的绕组系数，该绕组系数为了在双轮车1中的目标应用而导致了足够小的止动转矩。0027通过永磁体8在磁通环9的材料中的掩埋式布置，达到了电机4的之前所说明的突出的特点。0028图6在图表中示出了在使用铁氧磁体（FM）和稀土磁体（SEM）用于永磁体8时，与电机4的转速N相关的电感的。
21、差LDLQ的对比。通过使用铁氧磁体，达到了在衔铁调整区域到去磁区域的过渡区域中的符号切换。通过永磁体8的掩埋式布置得出电感的差（LDLQ）0。因为每个定义的提前换向产生了负的相电流ID和正的相电流IQ，所以通过提前换向为电机在去磁区域内的扭矩获得了一个可用的、正的附加转矩（LDLQ）IDIQ。0029在衔铁调整区域中，电机具有正的电感差（LDLQ）0，这通过延迟换向实现了对巨大的磁阻转矩的利用。这一点既可以用来改善在这个区域内的效率，又可以用于通过名义的设计达到助推功率，例如用于驶上马路牙子。0030如已经提到的那样，电机4通过传动机构5与轮辋或后轮3以靠近车轮或与车轮固定的布置方式连接。通过。
22、所建议的发动机布局，使有近似正方形的纵剖面的电机4能有很小的结构尺寸，很小的结构尺寸允许了圆柱齿轮传动机构的毫无困难的集成。原则上也可以考虑将传动机构5构造成行星齿轮传动机构，但对这种应用来说则建议一种带中间轴的圆柱齿轮传动结构，因为用这种带中间轴的圆柱齿轮传动机构可以在类似的结构空间下以明显更低的耗费在技术上耐用地制备出双倍高的齿轮减速。带中间轴的圆柱齿轮传动机构此外提供了在车辆的已导入的车轮作用力之间与扭矩传递的路径的必要的脱耦。0031传动机构5可以设计成可多挡地换挡。被证实特别有利的是传动机构5的一种可两级切换的实施方案。用于双轮车1的简单的滚动运行自由轮的引入，同样如在两个方向上有效。
23、的制齿部一样可行，制齿部实现了制动能的回收利用。0032双轮车1的驱动系统的尽管有集成可能性但始终模块化的结构，也允许了电机在双轮车1的其它结构变型方案中的应用，其中，电机4也与其它的特性变扭器连接以及也可以规定与框架固定的装配。在与框架固定的装配中，电机4可以通过相应的传动机构或牵引工具牵引机构与驱动轮3连接。0033图7示出了在图1中已经勾画出的电机4在后轮3或后轮的轮辋上的与车轮固定的装配。图7示出了带电机4和集成的传动机构5的双轮车1的驱动系统的构造，电机和传动机构直接与双轮车的单臂摇杆10连接。电机4的功率电子器件被有利地集成在单臂摇杆10中且这个功率电子器件被用作冷却元件或用作冷却。
24、面。在电机4和传动机构5彼此间的布置被改变时，当然也可以考虑集成在双臂摇杆中。说明书CN104185939A6/6页80034电机4的所建议的布局结合集成的传动机构5导致了这样高的效率以及因此也导致了这样低的损失功率密度，使得可以取消在电机4上的冷却肋本身，由此给予单臂摇杆或双臂摇杆的设计以极大的自由度。0035在图7中所示的驱动单元，以在此看到的形式通过马达布局与很高的特点和与此匹配的借助提前换向和延迟换向的触发方法的结合，以最小的复杂度满足了对驱动器的若干要求，该驱动器尤其适合用作电驱动的双轮车1的靠近车轮的驱动器。通过这种布局，可以例如用一个冷却行驶风的、无稀土的、有直至例如四千瓦的功率。
25、的、有效质量小于五千克的马达，实现了在60伏以下的运行电压范围。通过在电机的同步运行中在去磁区域内的提前换向，产生了附加的磁阻转矩。通过在同步运行中在衔铁调整区域内的延迟换向，同样可以将附加的磁阻转矩用来提高扭矩。说明书CN104185939A1/8页9图1说明书附图CN104185939A2/8页10图2A说明书附图CN104185939A103/8页11图2B说明书附图CN104185939A114/8页12图3说明书附图CN104185939A125/8页13图4说明书附图CN104185939A136/8页14图5说明书附图CN104185939A147/8页15图6说明书附图CN104185939A158/8页16图7说明书附图CN104185939A16。