CN102530172A - 尤其用于两轮车的电动的驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其用于用踏板运行的车辆的驱动装置（5），该驱动装置（5）包括：-具有踏板轴（12）的踏板驱动机构（6），所述踏板轴（12）支撑着用于与驱动轮（3）相耦合的第一耦合单元（61），所述第一耦合单元（61）关于所述踏板轴（12）同轴布置；-具有旋转的电机（16）的电动的驱动机构（7），所述电机（16）的转子（21）以围绕着所述踏板轴（12）同轴并且能够关于所述踏板轴（12）进行旋转运动的方式来布置，其中所述电机（16）的转子（21）与从所述第一耦合单元（61）上分开的用于与所述驱动轮（3）相耦合的第二耦合单元（72）相耦合，用于通过所述第二耦合单元（72）来传输由所述电机（16）提供的驱动力矩。

Description

尤其用于两轮车的电动的驱动机构

技术领域

本发明涉及一种尤其用于驱动用踏板运行的车辆比如两轮车的电动的驱动机构。

背景技术

对于两轮车尤其自行车或所谓的电动踏板车（Pedelecs）（具有电气的辅助马达的自行车）的驱动来说，以往知道电动的驱动装置，所述电动的驱动装置用独立于踏板链条的驱动链条驱动着两轮车的后轮。这样的电动的驱动装置比如安装在两轮车的书包架上，使得所述驱动链条在侧面从后轮的旁边经过。作为替代方案，这样的电动的驱动装置也可以安装在前叉上并且驱动着前轮。

对于两轮车来说，在这期间常见的是，将后轮有弹性地与两轮车的车架连接起来，使得支撑着相应的后轮的后轮叉以能够有弹性地回转运动的方式固定在两轮车的车架上。回转轴线沿水平方向相对于后轮的旋转轴线错移地布置在踏板轴的附近，所述踏板轴支撑着踏板单元，通过所述踏板单元两轮车的驾车人可以通过自身的力来驱动着两轮车。后轮叉的回转轴线靠近踏板车，这结合传统的用于换挡的链条张紧器保证踏板链条可靠地安放在齿轮上。这样的布置结构不适合于设置在后轮上方安装在书包架上的电气的驱动装置，因为后轮的沿垂直方向的偏移使这样的布置结构的实现变得困难。

在用电动的驱动装置来驱动前轮时，按行驶状况尤其在转弯行驶的过程中出现驱动力矩的变化时会出现危险的状况，在所述危险的状况中两轮车的驾车人再也无法控制两轮车并且由此存在着较高的事故危险。

此外知道同轴的驱动装置，所述同轴的驱动装置通过多级的行星齿轮变速器直接或者说用自由轮作用于传统的链条驱动装置。但是在这些情况中必须在踏板轴上设置自由轮，实现这一点通常比较麻烦并且这一点不允许使用以往的踏板轴。

此外，传统的用于用踏板运行的车辆的驱动装置在电机内部的位置传感器的基础上设置了所述电机的换向。这样的位置传感器的实现比较麻烦并且尤其与电机控制仪之间的额外的布线对驱动系统的可靠性来说隐藏着风险。

此外，通常规定，只有转矩通过驾车人施加到踏板上时才激活通过电机进行的行驶支持。为此一般设置了麻烦的踏板转矩传感器，该踏板转矩传感器同样降低了整个系统的可靠性。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于用踏板运行的车辆尤其两轮车的电动的驱动装置，该驱动装置可以与后轮的弹动的能够回转运动的支承结构一起使用并且可以与传统的踏板单元一起使用。此外，本发明的任务是，降低所述驱动装置中的所使用的传感器的数目。

该任务通过按权利要求1所述的用于车辆的电动的驱动装置并且通过按并列的权利要求所述的用踏板运行的车辆得到解决。

其它有利的设计方案在从属权利要求中得到说明。

按照第一方面，设置了尤其用于用踏板运行的车辆的驱动装置。该驱动装置包括：

-具有踏板轴的踏板机构，所述踏板轴支撑着用于与驱动轮相耦合的第一耦合单元，驱动轮与所述踏板轴同轴布置；

-具有旋转的电机的电动的驱动机构，所述电机的转子以围绕着所述踏板轴同轴并且能够关于所述踏板轴进行旋转运动的方式来布置，其中所述电机的转子与同所述第一耦合单元分开的用于与所述驱动轮相耦合的第二耦合单元相耦合，用于通过所述第二耦合单元来传输由所述电机提供的驱动力矩。

上述驱动装置的构思在于，将所述电动的驱动装置如此与所述包括踏板轴和第一耦合单元的踏板机构组合起来，从而可以以特别简单的方式比如通过链条驱动装置将所述电动的驱动机构与驱动轮连接起来。通过将所述第二耦合单元设置在踏板轴的附近或者甚至关于踏板轴来同轴设置所述第二耦合单元，由此可以以能够有弹性地围绕着回转轴线进行回转运动的方式将驱动轮支承在所述驱动装置的附近，而未设置额外的用于使所述驱动装置与相应的驱动轮毂耦合起来的措施，因为驱动链条的回转轴线和踏板链条的（后轮叉）的回转轴线基本上相同或者彼此靠得较近。

通过上述的电动的驱动装置，可以为踏板机构使用商业上常见的踏板曲柄和商业上常见的链条线路。所述电动的驱动装置和用于踏板轴的轴通路（Wellengang）可以在机械方面容易并且毫无问题地构成并且不仅允许电动机的行驶支持而且允许发电机的行驶支持。此外，踏板机构从电动的驱动机构上分开，这种安排的优点是，驱动轮在踏板机构的一侧上可以借助于商业上常见的具有用于链条线路的自由轮的小齿轮组来驱动并且在电动的驱动装置的一侧上可以借助于用于电动的驱动装置的链轮来运行。由此在踏板驱动侧上对驾车人来说可以得到所述链条线路的所期望的传动比并且在电动的驱动机构的一侧上传动比可以更为有利地与电动的驱动装置相协调。

此外，所述第一和/或第二耦合单元可以构造为输出小齿轮。尤其所述第一输出小齿轮可以构造为关于踏板轴同轴的结构。

按照另一种实施方式，所述第二输出小齿轮可以构造为关于踏板轴同轴的结构，其中尤其所述第二输出小齿轮在轴向上与行星齿轮变速器的太阳轮相连接。

可以规定，所述电机通过行星齿轮变速器与所述第二耦合单元相耦合，其中所述第二输出小齿轮是输出单元的一部分，所述输出单元通过耦合小齿轮使所述第二输出小齿轮与行星齿轮变速器的太阳轮相耦合。

按照另一种实施方式，所述输出单元构造为能够运动的，用于建立或者松开太阳轮与耦合小齿轮之间的耦合。

此外，可以设置电机控制单元，用于借助于无传感器的检测方法通过至少一个电气的参量尤其相电压和/或相电流的测量来探测所述电机的转子的转子位置，并且在所探测到的转子位置的基础上来实施所述电机的换向。

此外可以设置传感器，用于探测踏板轴的运动，其中设置了电机控制单元，用于根据踏板轴的所探测到的运动来触发所述电机。

按照一种实施方式，可以设置传感器，用于探测踏板轴的运动，其中设置了电机控制单元，其中所述电机控制单元在没有探测到踏板轴的运动时以发电机方式运行所述电机。

所述第一和第二耦合单元可以布置在所述电机的沿轴向方向对置的侧面上。

按照另一方面，设置了用踏板运行的车辆，尤其两轮车。该车辆包括：

-车架；

-布置在所述车架上的驱动轮；

-上述的驱动装置，该驱动装置布置在所述车架上并且通过传力机构与后轮相连接以传输驱动力。

此外，所述第一耦合单元可以通过第一链条与所述驱动轮相连接并且所述第二耦合单元可以通过第二链条与所述驱动轮相连接，用于传输驱动力，其中所述第一和第二链条布置在所述驱动装置的沿轴向方向对置的侧面上。

所述驱动轮可以悬挂在后轮叉上，其中所述轮叉以能够回转运动的方式支承在所述驱动装置的附近，从而在驱动轮偏移时所述第二耦合机构与驱动轮的轮毂之间的间距的变化不超过10%优选5%的相对变化。

附图说明

下面借助于附图对优选的实施方式进行详细解释。附图示出如下：

图1是具有电动的驱动装置的两轮车的侧视图；

图2是按第一种实施方式的电动的驱动装置的横向于轴向方向的剖面图；并且

图3是按另一种实施方式的用于两轮车的电动的驱动装置的横向于轴向方向的剖面图。

具体实施方式

下面对按本发明的实施方式的电动的驱动机构进行描述。所述电动的驱动机构设置在驱动缸中，该驱动缸应该取代两轮车的内轴承。

图1作为用于用踏板运行的车辆的实施例示意性地示出了两轮车1，该两轮车1具有车架2，在该车架2上布置了后轮3和前轮4。该车架2取代底支承(Tretlager)而拥有驱动装置5，在该驱动装置5上不仅设置了踏板驱动机构6而且也设置了电动的驱动机构7。

所述踏板驱动机构6作为传力机构具有输出小齿轮61（第一耦合单元），该输出小齿轮61在所述两轮车1的一侧上通过踏板链条63与相应的后轮小齿轮62相连接。所述后轮小齿轮62通过（未示出的）自由轮与后轮3的后轮轮毂相连接。

所述电动的驱动机构7在踏板驱动机构6的区域中具有驱动单元71，该驱动单元71可以通过输出小齿轮72（第二耦合单元）在所述两轮车1的另一侧上将转矩加载到后轮上。所述输出小齿轮72为此通过驱动链条73与另一个后轮小齿轮74相连接。所述驱动单元71通过布置在所述电动的驱动机构71附近的电机控制仪75来触发。借助于布置在车架2中的能源8比如电池组或者蓄电池来向所述电动的驱动单元71供给电能。

图2示意性地示出了所述驱动装置5的横截面视图。所述驱动装置5包括壳体10，该壳体10构造得比较结实，优选由金属的材料制成。该壳体取代传统的两轮车的底支承固定在所述车架2上。

所述壳体10具有轴通路11，在该轴通路11中支承着所述踏板驱动机构6的踏板轴12。这种支承借助于轴承环14来进行，该轴承环14套装在所述轴通路11的外面的端部上并且基本上将踏板轴12保持在支承的状态中。所述轴承环14可以构造为滚动轴承或者球轴承。

此外，所述踏板驱动机构6包括输出小齿轮61，该输出小齿轮61与所述踏板轴12进行了刚性连接。在所述踏板轴12的外面的端部上沿轴向的方向布置了踏板臂16，所述踏板臂16支撑着脚踏板（未示出）。

所述壳体10基本上构造为封闭的结构并且具有电机16，该电机16比如可以构造同步电机的形式尤其构造为高极（hochpolig）的结构。所述同步电机具有定子装置17，该定子装置在（未示出的）定子齿上拥有定子线圈18。所述定子装置具有基本上圆形的内空隙，所述内空隙关于踏板轴12同轴地布置在所述轴通路11中。

所述定子线圈18通过连接导线与所述电机控制仪75相连接。此外，所述电机控制仪75与能源8相连接，用于获得电能。所述连接导线从所述壳体10中引出并且比如用一个或者多个橡胶密封件来密封。在安装时，在用盖子在侧面将壳体10封闭之前将所述橡胶密封件连同电机连接导线一起轻易地在侧面也就是沿关于踏板轴线的轴向方向推到相应的壳体凹部中。

所述轴通路11通过所述壳体10的轴承区段19来形成。在所述定子17的内空隙中设置了设有永久磁铁20的转子21（转子），该转子21借助于构造为同轴结构的支座15支承在具有轴承环22的轴承区段19的外侧面上，使得所述转子21可以围绕着轴承区段19自由地运动。所述转子21包围着支座15。所述轴承环22可以设置为球轴承或者滚动轴承。

所述电机16关于踏板轴12同轴布置，但是完全在机械方面从这根踏板轴12上退耦。所述转子21具有转子输出小齿轮23，该转子输出小齿轮23优选与所述转子21的支座15构造为一体结构。所述转子输出小齿轮23与行星齿轮24相啮合。比如可以设置三个行星齿轮24，这三个行星齿轮24可以以位置固定的并且能够旋转运动的方式基本上固定在所述壳体10的内部。比如所述行星齿轮24可以固定地与所述电机16的定子17相连接。行星齿轮24的支撑通过行星齿轮轴26来进行，在所述行星齿轮轴26上优选以支承的方式布置了所述行星齿轮24。将用于行星齿轮24的支架固定在定子17上，这样做的优点是，可以以简单的方式通过将定子17装入到壳体10中来实施安装。

将太阳轮27套装到所述行星齿轮24上，所述太阳轮27基本上相当于具有内齿部的内齿轮。行星齿轮中的每一个都啮合到所述太阳轮27的内齿部中，从而将由所述电机提供的力矩传输到所述太阳轮上。该太阳轮27关于踏板轴12同轴布置。此外，该太阳轮27在沿轴向方向相对于内齿轮错移的情况下具有太阳轮输出小齿轮27，所述太阳轮输出小齿轮27则具有外齿部。

在此设置了输出单元30，该输出单元30具有一根设有输出小齿轮72的输出轴31，该输出小齿轮72通过所述输出轴31与耦合齿轮33相耦合。将所述耦合齿轮33挤压到所述太阳轮输出小齿轮27上，从而保证了太阳轮输出小齿轮27与耦合齿轮33的啮合。

借助于软套管钢丝索，驾车人可以使耦合齿轮33与太阳轮输出小齿轮27相耦合或者说使其去耦。作为替代方案，在出现驱动装置的过载或者说闭锁情况时安放在所述输出小齿轮72上的驱动链条73的增加的链条张力将支承在滑座中的耦合齿轮33从与太阳轮输出小齿轮27之间的传动啮合状态中松开并且中断闭锁状态。通过这种方式可以防止所述电动的驱动机构过载。所述驱啮合状态的松开可以通过所述输出单元30的沿轴平行的方向的移动或者通过支撑臂（未示出）的偏移来进行，在所述支撑臂上布置了所述输出单元30。

所示出的驱动装置5能够不仅用所述电动的驱动机构7的输出小齿轮72而且用所述踏板机构6的输出小齿轮61通过驱动链条73或者说踏板链条63来驱动两轮车的后轮。因为所述链条在驱动装置5中围绕着彼此靠得较近的轴线得到导引，所以后轮3可以有弹性地得到支承，而不必为驱动链条73设置麻烦的链条张紧机构或类似机构。优选后轮的有弹性地围绕着布置在驱动装置5的附近的回转轴线支承，使得用于用来保证链条张力的措施的开销比较小。

所述电机控制仪75借助于换向方法承担以电子方式换向的电机的触发工作。对于无刷的电机的换向来说，必须知道转子21的转子位置。在这里的实施例中可以在无传感器的情况下实施转子位置的检测，用于避免内部的转子位置传感器（经常构造为绝对值发送器，比如旋转变压分解器或者AMR传感器）的设置及其与电机控制仪之间的电缆敷设。

所述驱动系统能够通过无传感器的换向来触发所述电机。但是，这种方法只有在要么所述电机旋转时要么所述电机可以在无负荷的情况下起动时才可以使用。

如果驾车人使耦合齿轮33与太阳轮输出小齿轮27相耦合，那么两轮车在起动时就自动地带动所述电机到转速，并且所述电机控制仪75的电子装置现在可以自动地从发电机电压也就是相电压中检测到转子位置。而后可以进行无传感器的换向。

此外，驾车人可以首先用脱耦的耦合齿轮33来起动并且在起动之后才联接所述电机。也可以设想，所述电机可以在脱啮的状态中在没有负荷的情况下比如在受控制的运行中通过以预先给定的频率旋转的电机磁场本身来起动并且通过额外的对驱动链条73的速度进行探测的脉冲传感器来使电机的转速与耦合齿轮33的转速相匹配。通过这种方式，如此使所述驱动机构7同步，使得所述耦合齿轮33可以与太阳轮输出小齿轮27相耦合。

所述电机控制仪应该如此触发所述电机，从而实现行驶支持。这样的行驶支持比如可以借助于踏板转矩传感器来识别，所述踏板转矩传感器可以通过力矩升高的确定来探测到通过驾驶员将力传输到踏板上的情况。所述踏板转矩传感器要么必须作为专门的具有相应的电子的传感器元件比如具有DMS线路的扭力元件安装到踏板室（Pedalraum）中并且加以调整，或者说使用其它的部分高敏感的和特殊的测量原理。这样的传感器的实现非常麻烦并且与电机控制仪75的电缆敷设提高了系统的故障可能性，在所述电机控制仪75中检测行驶支持的必要性。

通过两个彼此独立的链条驱动装置也就是踏板链条63和驱动链条73，在踏板驱动侧上只有驾驶员可以将踏板链条63置于运动之中。通过所述踏板链条63，驾车人由此将其进行行驶支持的愿望信号化，方法是其将踏板链条63保持在运动之中（或者说操纵踏板）；否则踏板链条由于后轮轮毂中的自由轮而处于空转之中。所述踏板链条63的运动可以通过运动传感器比如脉冲传感器来探测。所述运动传感器在探测到踏板链条63的运动时将行驶支持愿望报告给电机控制仪75。如果驾车人不踩踏板，那就不提供行驶支持。所述电机控制仪75可以根据踏板链条63的运动的速度来调节由所述电机16提供的转矩。

在另一种实施方式中，放弃用于对由驾驶员施加的转矩进行探测的踏板转矩传感器并且取而代之利用无传感器的转子位置检测的机构，用于推导出踏板转矩。在这种情况下不必设置敏感的用于检测踏板转矩的传感器元件，并且不仅在电气方面而且在磁性方面都不需要进行额外的调整、采取额外的密封措施并且进行额外的隔离。

用于干预电动的驱动机构的支持愿望，比如通过设置在所述链条线路的张紧链轮上的脉冲传感器9（图1）来信号化。一旦驾车人操纵踏板并且张紧链轮旋转，那就产生脉冲并且根据表明支持力矩的预选直至所述驱动装置的功率极限来加入恒定的电机电流或者说提供恒定的支持力矩。在空载运行中或者说在滚动运行中，如此设置所述电机控单元（75），从而应该自动地对空转损失进行补偿，以便通过额外的机构引起的制动作用能够不被所觉察。

图3示出了所述驱动装置5的另一种实施方式的示意图。这种实施方式规定，所述太阳轮输出小齿轮27通过相应的支承结构35沿轴向方向向外延伸并且在那里驱动着另一个输出小齿轮36，该输出小齿轮36固定地与所述电机16相耦合。通过这种方式，以相对于彼此同轴的方式不仅设置所述电动的驱动机构的输出小齿轮36而且设置所述踏板机构6的输出小齿轮61，这还改进了这样的驱动装置5的关于有弹性地得到支承的后轮的性能。过载保护功能和驱动装置5与后轮之间的耦合的断开功能在这种情况下优选集成到后轮3的后轮轮毂中。

Claims (13)

1.尤其用于用踏板运行的车辆的驱动装置（5），包括：

-具有踏板轴（12）的踏板驱动机构（6），所述踏板轴（12）支撑着用于与驱动轮（3）相耦合的第一耦合单元（61），所述第一耦合单元（61）关于所述踏板轴（12）同轴布置；

-具有旋转的电机（16）的电动的驱动机构（71），所述电机（16）的转子（21）以围绕着所述踏板轴（12）同轴并且能够关于所述踏板轴（12）进行旋转运动的方式来布置，

其中所述电机（16）的转子（21）与同所述第一耦合单元（61）上分开的、用于与所述驱动轮（3）相耦合的第二耦合单元（72）相耦合，用于通过所述第二耦合单元（72）来传输由所述电机（16）提供的驱动力矩。

2.按权利要求1所述的驱动装置（5），其中所述第一和/或第二耦合单元（61、72）构造为输出小齿轮。

3.按权利要求2所述的驱动装置（5），其中所述第一输出小齿轮（61）构造为关于踏板轴（12）同轴的结构。

4.按权利要求2或3所述的驱动装置（5），其中所述第二输出小齿轮（72）构造为关于踏板轴（12）同轴的结构，尤其其中所述第二输出小齿轮（72）在轴向上与行星齿轮变速器的太阳轮相连接。

5.按权利要求1到3中任一项所述的驱动装置（5），其中所述电机（16）通过行星齿轮变速器与所述第二耦合单元（72）相耦合，其中所述第二耦合单元（72）是输出单元的一部分，所述输出单元通过耦合小齿轮使所述第二耦合单元（72）与所述行星齿轮变速器的太阳轮相耦合。

6.按权利要求5所述的驱动装置（5），其中所述输出单元构造为能够运动的结构，用于建立或者松开太阳轮与耦合小齿轮之间的耦合。

7.按权利要求1到6中任一项所述的驱动装置（5），其中设置了电机控制单元（75），用于借助于无传感器的检测方法通过至少一个电气的参量尤其相电压和/或相电流的测量来探测所述电机（16）的转子（21）的转子位置并且用于在所探测到的转子位置的基础上实施所述电机（16）的换向。

8.按权利要求1到7中任一项所述的驱动装置（5），其中设置了传感器，用于探测踏板轴的运动，其中设置了电机控制单元（75），用于根据踏板轴（12）的所探测到的运动来触发所述电机（16）以进行行驶支持。

9.按权利要求1到8中任一项所述的驱动装置（5），其中设置了传感器，用于探测踏板轴（12）的运动，其中设置了电机控制单元（75），其中所述电机控制单元（75）在没有探测到踏板轴（12）的运动时以发电机方式运行所述电机（16）。

10.按权利要求1到9中任一项所述的驱动装置（5），所述第一和第二耦合单元（61、72）布置在所述电机（16）的沿轴向方向对置的侧面上。

11.用踏板运行的车辆（1）尤其两轮车，包括：

-车架（2）；

-布置在所述车架（2）上的驱动轮（3）；

-按权利要求1到9中任一项所述的驱动装置（5），该驱动装置（5）布置在所述车架（2）上并且通过传力机构（61、62、63）与后轮（3）相连接以传输驱动力。

12.按权利要求11所述的车辆（1），其中所述第一耦合单元（61，62）通过第一链条（63）与所述驱动轮（3）相连接并且所述第二耦合单元通过第二链条（73）与所述驱动轮（3）相连接，用于传输驱动力，其中所述第一和第二链条（63、73）布置在所述驱动装置（5）的沿轴向方向对置的侧面上。

13.按权利要求11或12所述的车辆（1），其中所述驱动轮（3）悬挂在轮叉上，其中所述轮叉以能够回转运动的方式支承在所述驱动装置（5）的附近，从而在驱动轮（3）偏移时所述第二耦合机构（72）与驱动轮（3）的轮毂的间距的变化不超过相对变化的10%、优选5%。

Images