本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)單元，其中所述驅(qū)動(dòng)單元具有一個(gè)電動(dòng)機(jī)以及用于容納該電動(dòng)機(jī)的殼體，并且該驅(qū)動(dòng)單元還有一個(gè)踏板曲軸以及安裝在曲軸上面的輸出法蘭。

背景技術(shù)：

我們已經(jīng)知道電動(dòng)自行車需要配備電動(dòng)機(jī)，且要安裝在自行車架的中軸上。電動(dòng)機(jī)和相關(guān)聯(lián)的齒輪單元集合在自行車架的中軸區(qū)域中(中置發(fā)動(dòng)機(jī))，并且在電動(dòng)機(jī)單元和中軸或者輸出軸之間建立扭矩傳遞的機(jī)械連接。

此外，在這種車輛的后輪上還安裝了一個(gè)齒輪單元(齒輪轂或撥鏈器)，以便在不同速度下實(shí)現(xiàn)最佳的扭矩和速度比。

這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生額外的成本和增加車體重量。此外，電動(dòng)機(jī)的關(guān)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于相應(yīng)的檔位。因此，為了監(jiān)控最大允許電機(jī)支持轉(zhuǎn)速，需要額外的速度測(cè)量裝置。

因此，本發(fā)明的任務(wù)就在于，改進(jìn)上述類型的驅(qū)動(dòng)單元，以形成一個(gè)無(wú)需外部傳感器或額外的齒輪傳動(dòng)組件(如齒輪轂或撥鏈器)的緊湊單元。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明中提供的解決方案的特征在于，所述驅(qū)動(dòng)單元還包括一個(gè)安裝在軸上的行星齒輪傳動(dòng)單元以及太陽(yáng)輪、空心輪、行星齒輪架和行星齒輪，并且所述行星齒輪傳動(dòng)單元的行星齒輪架與踏板曲軸以扭矩傳遞的方式連接，而行星齒輪傳動(dòng)單元的空心輪也可以經(jīng)由耦合裝置與輸出法蘭建立扭矩傳遞形式的連接。

耦合裝置最好是作為可控飛輪的一部分。

行星齒輪傳動(dòng)單元最好是與電動(dòng)機(jī)安裝在一個(gè)共同的殼體中。

驅(qū)動(dòng)單元最好是具有一個(gè)減速電機(jī)，用于將電動(dòng)機(jī)連接到行星齒輪傳動(dòng)單元，并且該減速電機(jī)與電動(dòng)機(jī)安裝在共同的殼體中。

行星齒輪傳動(dòng)單元和輸出法蘭之間的扭矩傳遞部件最好設(shè)計(jì)為至少2級(jí)可調(diào)的正齒輪減速器。此外，最好安裝一個(gè)電動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，以便進(jìn)行至少2級(jí)可調(diào)的正齒輪減速器的檔位切換。

此外，最好安裝一個(gè)用于測(cè)量施加在行星齒輪傳動(dòng)單元太陽(yáng)輪上的扭矩的裝置，以及用于根據(jù)測(cè)得的扭矩控制和/或調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的裝置。

此外，還可以安裝一個(gè)用于在耦合裝置操作期間切斷電動(dòng)機(jī)電源的裝置。

另外，最好還要設(shè)置信號(hào)裝置，以便在操作耦合裝置前觸發(fā)踏板變速信號(hào)。這樣就可以提示騎車人需要進(jìn)行換檔操作。

此外，還可以安裝用于產(chǎn)生腳踏回轉(zhuǎn)剎車功能的裝置。

應(yīng)選擇合適的驅(qū)動(dòng)單元傳動(dòng)比，使得安裝在自行車后輪中的小齒輪的齒數(shù)等于自行車車輪直徑(單位：英寸)。

根據(jù)本發(fā)明所提出的解決方案，后輪上無(wú)需安裝附加的齒輪單元，也不需要外部傳感器，從而實(shí)現(xiàn)了更加經(jīng)濟(jì)有效、輕便和免于維護(hù)的電動(dòng)自行車設(shè)計(jì)。

依照本發(fā)明，在安裝在自行車架上的驅(qū)動(dòng)單元中，不僅要安裝現(xiàn)有的組件(電動(dòng)機(jī)、減速器、踏板致動(dòng)器和控制器)，還要在踏板致動(dòng)器的合并線路和安裝在驅(qū)動(dòng)單元上的輸出軸之間安裝一個(gè)至少2個(gè)檔位的減速器，以及一個(gè)腳踏回轉(zhuǎn)剎車功能裝置。

對(duì)于最大允許速度為25公里/小時(shí)的電動(dòng)自行車來(lái)說(shuō)，2個(gè)檔位的傳動(dòng)比就足夠了。而對(duì)于更高的速度，則可能需要更多的齒輪減速器調(diào)節(jié)檔位。

因此騎車人可以完全專注于駕駛上。這樣可以大大簡(jiǎn)化自行車的維修，并降低故障率。

附圖說(shuō)明

下文將結(jié)合附圖和下述實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，其中：

圖1所示是依照本發(fā)明第一種實(shí)施例的電動(dòng)自行車的驅(qū)動(dòng)單元截面圖；以及

圖2所示是圖1實(shí)施例的替代實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

在這些實(shí)施例中，都是使用2個(gè)檔位的減速器。為了簡(jiǎn)化，圖中的所有組件都是以平面圖形式顯示。

驅(qū)動(dòng)單元的踏板力通過(guò)曲柄臂1a和1b傳遞到安裝在殼體中的曲軸2上。集成到曲軸中的正齒輪可驅(qū)動(dòng)安裝在軸19上的行星齒輪的帶有正齒輪齒部的行星齒輪架3。借助軸4連接行星齒輪架3和行星齒輪5，以便將力傳導(dǎo)到空心輪8上。

輸出驅(qū)動(dòng)通過(guò)空心輪8實(shí)現(xiàn)。太陽(yáng)輪6連接到套筒7，并且可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸19上。套筒7上產(chǎn)生的扭矩與踏板力成正比，并用于電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。扭矩的測(cè)量可通過(guò)應(yīng)變計(jì)、角度編碼器或其他已知的直接和間接方法進(jìn)行。

在空心輪8上還安裝了附加的外部正齒輪齒部，它可以驅(qū)動(dòng)正齒輪9并通過(guò)飛輪10形成2檔位減速器的第一個(gè)變速檔位，從而將驅(qū)動(dòng)扭矩傳導(dǎo)到安裝在曲軸上的可旋轉(zhuǎn)輸出法蘭11上。

第二個(gè)變速檔位由通過(guò)可控飛輪13、14啟動(dòng)的正齒輪12組成，后者又可以驅(qū)動(dòng)固定連接到輸出法蘭11上的正齒輪。由于提高了輸出法蘭的轉(zhuǎn)速，飛輪10將被超越。如果正齒輪12重新被關(guān)閉，則飛輪10會(huì)自動(dòng)接管，從而可靠地防止踏板致動(dòng)器1a、1b和輸出法蘭11之間的力流被中斷。

電動(dòng)機(jī)18可通過(guò)正齒輪17驅(qū)動(dòng)正齒輪組合16中的大正齒輪。而正齒輪組合16中的小正齒輪則驅(qū)動(dòng)正齒輪組合15中的大正齒輪。正齒輪組合15中的小正齒輪則驅(qū)動(dòng)空心輪8。這樣電動(dòng)機(jī)18的力就疊加到踏板力上，然后再通過(guò)正齒輪9和12傳遞到輸出法蘭11上。

在不使用電機(jī)輔助力騎行時(shí)，為了不必同時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，可以在電動(dòng)機(jī)18和空心輪8之間安裝一個(gè)飛輪。電動(dòng)機(jī)18的安裝可以是軸向平行的(如圖1所示)，也可以是偏轉(zhuǎn)90度(如圖2所示)。

為了更好地利用空間，也可以使用兩個(gè)小型的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)正齒輪組合16中的大正齒輪。

在最簡(jiǎn)單形式的扭矩檢測(cè)裝置中，套筒7朝向預(yù)緊的彈簧旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)第一個(gè)觸點(diǎn)，以啟動(dòng)電子設(shè)備并釋放用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的基本負(fù)載。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)套筒驅(qū)動(dòng)第二個(gè)觸點(diǎn)，并釋放最大電機(jī)輔助力。從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的2檔位電機(jī)輔助。通過(guò)其他觸點(diǎn)可很容易地實(shí)現(xiàn)中間檔位。通過(guò)套筒7和角度檢測(cè)裝置之間合適的傳動(dòng)比可擴(kuò)大可評(píng)估旋轉(zhuǎn)角度。

電動(dòng)自行車的最大電機(jī)轉(zhuǎn)速在最大傳動(dòng)比時(shí)必須對(duì)應(yīng)25公里/小時(shí)的速度。

一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)針對(duì)每個(gè)車輪直徑使用適當(dāng)編程的驅(qū)動(dòng)單元。在上述驅(qū)動(dòng)單元中，應(yīng)選擇合適的傳動(dòng)比，使得28英寸自行車正好使用28齒的小齒輪，24英寸的自行車正好使用24齒的小齒輪，以次類推。這樣，驅(qū)動(dòng)單元就可以用于所有車輪直徑，并方便通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)檢查誤操作情況。

由于內(nèi)部傳動(dòng)比，輸出鏈環(huán)20可以保持很小，并且可以安置在驅(qū)動(dòng)器的受保護(hù)區(qū)域中。這樣就可以省略傳統(tǒng)的鏈罩。

另外，如圖中所示，還可以整合腳踏回轉(zhuǎn)剎車功能裝置。

在回踏時(shí)，可通過(guò)與曲軸2連接的正齒輪驅(qū)動(dòng)安裝在軸21上的可旋轉(zhuǎn)正齒輪22前進(jìn)。通過(guò)合適的連接機(jī)構(gòu)23驅(qū)動(dòng)通常可自由運(yùn)行的正齒輪24，并向后旋轉(zhuǎn)輸出法蘭11。輸出法蘭11和后輪轂之間的連接元件也同樣向后旋轉(zhuǎn)，從而促動(dòng)集成在后輪轂中的腳踏回轉(zhuǎn)剎車。

這種解決方案的功能可以總結(jié)如下：

腳踏曲柄通過(guò)固定連接在曲軸上的齒輪驅(qū)動(dòng)安裝在第二個(gè)軸上的行星齒輪的行星齒輪架朝著相反的方向運(yùn)動(dòng)。在固定的太陽(yáng)輪上，行星齒輪的空心輪與行星齒輪架同向旋轉(zhuǎn)。太陽(yáng)輪在朝著相同的方向上受到推壓。

安裝在空心輪外徑上的齒部通過(guò)較小的齒輪和夾緊輥飛輪驅(qū)動(dòng)安裝在曲軸上的可旋轉(zhuǎn)空心軸?？招妮S可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體中，并且在外側(cè)上支撐“鏈環(huán)”20。

行星齒輪的太陽(yáng)輪被固定在空心軸上，而后者被可旋轉(zhuǎn)地安裝在第二個(gè)軸上。行星齒輪架被可旋轉(zhuǎn)地安裝在該空心軸上。

太陽(yáng)輪的反力矩可通過(guò)安裝在空心軸上的夾緊輥飛輪沿著驅(qū)動(dòng)方向在殼體上提供支撐。太陽(yáng)輪的反力矩與踏板扭矩成正比。因此，可借助安裝在夾緊輥飛輪支架杠桿臂上的應(yīng)變計(jì)來(lái)檢測(cè)和處理踏板扭矩。

如果腳踏曲柄向后轉(zhuǎn)，則固定空心輪上的太陽(yáng)輪朝著相反方向運(yùn)動(dòng)。夾緊輥飛輪驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪。行星齒輪向后轉(zhuǎn)，并且不發(fā)生扭矩傳遞。

如果固定行星齒輪架的空心輪在驅(qū)動(dòng)方向上運(yùn)動(dòng)，那么夾緊輥飛輪也會(huì)驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪。在行星齒輪架上不產(chǎn)生扭矩，因此在踏板上也不產(chǎn)生扭矩。

電動(dòng)機(jī)通過(guò)兩個(gè)齒形皮帶和一個(gè)齒輪將其扭矩傳遞到空心輪的外齒部上。

在不使用電機(jī)輔助力騎行時(shí)，可以在電機(jī)和空心輪之間安裝一個(gè)夾緊輥飛輪。對(duì)于配有低慣性轉(zhuǎn)子的電機(jī)(例如無(wú)刷外轉(zhuǎn)子)，也可以不使用這種飛輪。額外所需的電量可能在1至3瓦的范圍內(nèi)波動(dòng)。相對(duì)于自行車的慣性在千分比范圍內(nèi)。在腳踏曲柄停止旋轉(zhuǎn)時(shí)的“后推”可通過(guò)太陽(yáng)輪的空轉(zhuǎn)來(lái)阻止。

在第二個(gè)軸上，除了行星齒輪，還安裝了可旋轉(zhuǎn)的正齒輪12，后者的直徑要大于空心輪8。正齒輪12可以借助合適的離合器機(jī)構(gòu)連接到空心輪，并防止旋轉(zhuǎn)。

為了耦合連接兩個(gè)齒輪，可軸向移動(dòng)安裝在第二個(gè)正齒輪中的可活動(dòng)銷釘。它們可借助機(jī)動(dòng)或手動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)推壓到空心輪的相對(duì)凹槽中。

第二個(gè)大齒輪12在解耦狀態(tài)下的速度要小于空心輪的速度。這樣離合銷就有足夠的時(shí)間來(lái)達(dá)到所要求的位置。

大齒輪12按照與空心軸8相同的速度旋轉(zhuǎn)。大齒輪12驅(qū)動(dòng)固定在空心輸出軸上并且不可旋轉(zhuǎn)的小齒輪?？招妮敵鲚S的轉(zhuǎn)速要大于由空心軸所驅(qū)動(dòng)的夾緊輥飛輪的轉(zhuǎn)速。由空心軸驅(qū)動(dòng)的齒輪空轉(zhuǎn)。

當(dāng)從外部經(jīng)由“鏈環(huán)”驅(qū)動(dòng)時(shí)，空心輸出軸上的夾緊輥飛輪在第一檔位上直接從其余齒輪脫離。

在第二檔位上(空心軸8和大齒輪12相互連接并且不可旋轉(zhuǎn))，夾緊輥飛輪旋轉(zhuǎn)慢于空心軸，以避免被卡住。

空心輪通過(guò)行星齒輪和太陽(yáng)輪驅(qū)動(dòng)第二個(gè)軸上的空心軸在作用于空心軸的夾緊輥飛輪的空轉(zhuǎn)方向上運(yùn)動(dòng)。

如果沒(méi)有安裝飛輪，則電機(jī)將在驅(qū)動(dòng)方向上運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)這種與“鏈環(huán)”和踏板的脫離，可以省略后輪飛輪。

但是這種設(shè)計(jì)只建議在安裝封閉鏈箱的情況下使用，因?yàn)檫@樣可以防止在行駛過(guò)程中觸碰到運(yùn)動(dòng)的鏈條。

如果在電機(jī)和空心輪之間沒(méi)有安裝飛輪，那么電機(jī)可以在第二檔位上用作發(fā)電機(jī)。