CN102933453A - 具有电驱动系统的自行车 - Google Patents

Abstract

一种电驱动自行车，包括自行车车架。底支架壳体设置在车架的下管和后叉之间的接合处。电动机连接至底支架壳体，该电动机具有空心驱动轴，该空心驱动轴具有伸出至底支架壳体的第一侧的输出端。传动装置将驱动轴连接至自行车的车轮和传动系中的一个，以将电动机的驱动传递至后轮。曲柄组具有旋转地安装在空心驱动轴内的轮轴，以便独立于驱动轴旋转。提供了用于将曲柄组上的踩踏致动传递至后轮的装置，该装置位于底支架壳体的第二侧上。还提供了一种用于自行车的电驱动系统。

Description

具有电驱动系统的自行车

对相关申请的交叉参考

本申请要求美国临时专利申请第61/314,773号的优先权，该专利申请结合于此以供参考。

技术领域

本公开涉及电驱动自行车，更具体地，涉及自行车上的电驱动系统的各种元件的定位，并且涉及电驱动系统的构造。

背景技术

自行车使用电驱动系统是普遍公知的。在这种自行车中，自行车并不完全由电驱动系统提供动力。而是，电驱动系统对于由自行车使用者执行的踩踏提供额外的动力。因此，在例如爬山和逆风骑行的条件中，额外的动力允许骑车人保持相对高的速度，同时减小所需的额外踩踏动力的大小。

然而，电驱动系统的重要方面是将各种电子元件在自行车的车架内的定位位置，因为自行车的车架具有相对标准的几何形状，以及如何对车轮施加电功率。

发明内容

因此，本申请的一个目的是提供一种新颖的自行车车架和电驱动组件。

因此，根据第一实施方式，提供一种电驱动自行车，包括：自行车车架，具有前车架部分和后车架部分，前轮旋转地安装至前车架部分，且后轮旋转地安装至后车架部分，其中底支架壳体位于前车架部分的下管与后车架部分的后叉（stay，撑条）之间的接合处；连接至底支架壳体的电动机，该电动机具有空心驱动轴，该驱动轴具有伸出至底支架壳体的第一侧的输出端；传动装置，将驱动轴的输出端连接至自行车的后轮和传动系中的至少一个，以将电动机的驱动传递至后轮；以及传动系，包括曲柄组和用于将曲柄组上的踩踏致动传递至后轮的装置，曲柄组具有旋转地安装在空心驱动轴内以便独立于驱动轴旋转的轮轴，所述装置位于底支架壳体的第二侧上。

进一步，根据第一实施方式，电动机的线圈容纳于底支架壳体中。

更进一步，根据第一实施方式，空心驱动轴通过轴承旋转地安装于底支架壳体。

更进一步，根据第一实施方式，传动装置包括位于空心驱动轴的输出端与后轮的轮毂之间的驱动传递单元，以将电动机的驱动直接传递至后轮。

更进一步，根据第一实施方式，传动装置包括位于空心驱动轴的输出端与旋转地安装至后叉的传送轮轴之间的驱动传递单元，以将电动机的驱动通过传送轮轴传递至后轮。

更进一步，根据第一实施方式，传送轮轴具有与传动系的链条操作性地啮合的链轮。

更进一步，根据第一实施方式，曲柄组具有位于曲柄与传动系的链环之间的棘轮（ratchet）系统。

更进一步，根据第一实施方式，传送轮轴通过第二驱动传递单元操作性地连接至后轮，传送轮轴在输入端和输出端处具有齿轮、滑轮和链轮中的至少一个，以便改变驱动传递单元之间的传动比。

更进一步，根据第一实施方式，传动装置包括滑轮和至少一条皮带形式的传动装置以及链轮和至少一根链条形式的传动装置中的一种。

更进一步，根据第一实施方式，曲柄组的轮轴通过轴承旋转地安装在电动机的空心驱动轴内。

更进一步，根据第一实施方式，空心驱动轴的旋转轴线和轮轴的旋转轴线是重合的。

根据第二实施方式，提供一种用于自行车的电驱动系统，包括：定子，适于固定地容纳在自行车车架的底支架壳体中；空心驱动轴，支撑转子并适于通过转子和定子的配合的启动而旋转，空心驱动轴的尺寸被构造为具有伸出至底支架壳体的远离自行车的传动系的一侧的输出端；轮轴轴承，位于空心驱动轴的内腔中，适于滚动地支撑曲柄组的轮轴，使得该轮轴从驱动轴的两端伸出；以及传动装置，适于将驱动轴的输出端连接至自行车的后轮和传动系中的至少一个，以将电驱动系统的驱动传递至自行车。

进一步，根据第二实施方式，提供了底支架轴承，并且，空心驱动轴适于通过底支架轴承旋转地支撑于底支架壳体。

更进一步，根据第二实施方式，传动装置包括位于空心驱动轴的输出端与后轮的轮毂之间的驱动传递单元，以将电驱动系统的驱动直接传递至后轮。

更进一步，根据第二实施方式，传动装置包括位于空心驱动轴的输出端与适于旋转地安装至后叉的传送轮轴之间的驱动传递单元，以将电动机的驱动通过传送轮轴传递至后轮。

更进一步，根据第二实施方式，传送轮轴具有适于与传动系的链条操作性地啮合的链轮。

更进一步，根据第二实施方式，传送轮轴通过第二驱动传递单元操作性地连接至后轮，传送轮轴在输入端和输出端处具有齿轮、滑轮和链轮中的至少一个，以便改变驱动传递单元之间的传动比。

更进一步，根据第二实施方式，传动装置包括滑轮和至少一条皮带形式的传动装置以及链轮和至少一根链条形式的传动装置中的一种。

更进一步，根据第二实施方式，空心驱动轴的旋转轴线和轮轴轴承的旋转轴线是重合的。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施方式的具有电驱动系统的自行车的左侧正视图，其中电机位于座管后方；

图2是图1的自行车的右后侧透视图，断开以示出电驱动系统的部件；

图3是根据本公开的另一实施方式的具有电驱动系统的自行车的侧视图，其中电机位于底支架壳体中；

图4是图3中的自行车的底支架的放大透视图；

图5是包围图3中的自行车的电机的底支架的部分切开透视图；

图6是包围图3中的自行车的电动机的底支架的截面图；

图7是包围自行车的电机的底支架的部分剖开左侧透视图，其中传动装置使该电机与自行车的传动系相连；

图8是包围图7中的自行车的电机的底支架的右侧透视图；

图9是图7中的传动装置的截面图；以及

图10是包围自行车的电机的底支架的透视图，其中传动装置使该电机与自行车的后轮相连。

具体实施方式

参考附图，更特别地，参考图1和图2，通常以标号10示出根据本公开的一个实施方式的具有电驱动系统的自行车。在为了简单的目的而未描述的许多其他标准部件中，自行车10具有车架12、传动系13和车轮14。

车架12是自行车10的主要结构部件。

传动系13将踩踏动力传递至车轮14。

车轮14是自行车10与道路的接口（interface）。

车架12可以是任何类型的车架。对于本实施方式，描述了一种通常标准的车架，但是，该电驱动系统可以与任何其他类型的车架一起使用。车架12具有下管20和上管21。下管20和上管21通过前管22在车架12的前部互连。前管22通过车头碗（headset）支撑前叉，车头碗允许从车把控制自行车10的轨迹。

下管20和上管21朝着车架12的后部彼此分叉，并通过座管23互相连接。典型地，支撑座位的座杆插入到座管23中，以便伸缩地调节座位的高度。下管20、上管21和座管23同时形成车架12的前三角形。

后轮14由后下叉24和后上叉25的组合支撑。座管23、后下叉24和后上叉25同时形成车架12的后三角形。后下叉24在座管23附近具有支撑部分。底支架壳体26定位在下管20和座管23之间的接合处，并支撑曲柄组30（及其心轴）。底支架壳体26是被定向为具有自己的与车架12的平面垂直的纵向轴线的管子。

同时参考图1和图2，底支架壳体26包围将曲柄组30旋转地支撑至车架12的底支架。曲柄组30具有通过底支架的轮轴/心轴31A互连的曲柄31，所述轮轴/心轴31A通过轴承被枢轴支承（journal）。曲柄31支撑自行车10的踏板。在自行车10的右手侧上，至少一个链环32固定至曲柄组30。链环32连接至多个嵌齿轮（cog）的链盒（cassette）33（图2）。链环32和链盒33通过链条互连。替换地，可使用皮带-滑轮驱动装置将踩踏动力传递至后轮14，或者可使用其他驱动装置，例如轴驱动。

尽管未示出，但是，通过在链环32与链盒33的嵌齿轮之间移动链条，可以使前变速器和后变速器来改变齿轮比。典型地，链盒33通过飞轮支撑于后轮14，飞轮是看不见的，因为其位于链盒33的内部。飞轮允许后轮14在曲柄组30空转的时保持转动。后轮14围绕轮轴40旋转。轮轴40支撑链盒33。

仍参考图1和图2，电驱动系统具有电池组50，该电池组由车架支撑在下管20与座管23之间的接合处。电机51由后下叉24的支撑部分支撑，从而将电机定位在后轮14的外缘与座管23之间的间隙中，位于后下叉24与后上叉25之间。

通常，电机51的驱动轴可以平行于轮轴40并支撑滑轮（未示出）或链环/链轮。该驱动轴朝着车架12的左手侧伸出，而踏板传动系位于车架12的右手侧上。

滑轮容纳在三角形盖子中，皮带52（或链条，根据在驱动轴上使用的附件）从该盖子向后伸出。皮带52外围（peripherally）安装至大尺寸滑轮53，该滑轮安装于轮轴40。虽然以大尺寸示出，但是，滑轮53可具有任何适当的直径。因此，图1和图2中的自行车10以滑轮和皮带传动为特征，但也可使用链条和链轮构造。安装于轮轴40的滑轮53可相对于轮轴40是固定的，从而相对于车轮14是固定的。然而，也可以使用飞轮，以在没有来自电机51的驱动时允许惯性运动（coasting）。在一个实施方式中，使用链盒33的飞轮。滑轮-皮带传动可以是多v（multi-v）传动，或任何适当的传动（例如，同步带、三角带）。

由于与链盒33相比滑轮53定位在车轮14的另一侧上，所以，图1和图2中所示的电驱动系统允许来自自行车骑行者和电驱动系统的组合驱动。然而，也可考虑使滑轮53和链盒33位于同一侧上。滑轮53可通过飞轮连接至车轮14，或者没有飞轮。当电机不辅助踩踏时，飞轮的存在有利地消除了电机惯性的影响。在使用电机作为对电池再充电的交流电机的情况中，滑轮53相对于车轮14也可以是固定的。需要指出，电驱动系统的飞轮可以位于该电驱动系统中，以便通过使用电机51作为交流电机而利用惯性运动对电池组50再充电。

同时参考图3至图6，根据本公开的另一实施方式的自行车以标号10′示出。图3至图6的自行车10′具有许多与图1和图2的自行车10的部件相似的部件，由此，相似的元件将具有相似的参考标号。

自行车10和10′之间的明显差异在于电驱动系统的电机的定位。该电机位于大尺寸的底支架壳体60中。该大尺寸的底支架壳体60形成电机62和底支架隐藏于其中的外壳61。电机62可以是任何类型的电动机，例如无刷直流电机，具有固定地容纳于底支架壳体60中的定子62A，同时，转子62B（例如，永久磁体转子）位于定子62A内。因此，电机62由电源驱动，以使得转子62B旋转。

电机62的驱动轴是轮轴管63，由此其是空心的。轮轴管63与转子62B制成一体，并通过轴承63A支撑于底支架壳体60。轮轴管63的纵向轴线平行于自行车10′的轮轴40的旋转轴线。使用传动装置将来自电机62的驱动传递至后轮14。该传动装置可以以滑轮64为特征，该滑轮与自行车10′的左手侧上的轮轴管63制成一体，并由此位于与链环32和踏板传动系相反的一侧上。然而，滑轮64也可位于自行车10′的右手侧上。

通过电驱动系统的驱动装置的构造，轮轴管63的旋转独立于自行车的传动系的旋转。诸如皮带65的驱动传递单元使滑轮64与大尺寸的滑轮53互连。然而，可使用滑轮-皮带传动的替代方案，例如链条和链轮等。

参考图5和图6，支撑曲柄组30的底支架的轮轴以标号10示出。在所示实施方式中，轮轴70通过轴承71支撑在轮轴管63中，轮轴70的端部从轮轴管63的相对端伸出。轮轴70也可与轮轴管63分开。观察到，可在滑轮64的侧面上设置两个轴承，以在此处加强轮轴管63。因此，轴承71允许轮轴70的旋转和曲柄组30的旋转独立于轮轴管63的旋转。在所示实施方式中，轮轴管63的旋转轴线与曲柄组的轴线70是重合的，因为这种构造是节省空间的，但是，其他偏心构造也是可行的。也可以使用其他类型的底支架。

图3至图6中的自行车10′的电驱动系统的操作与图1和图2中的自行车10的电驱动系统的操作类似。

参考图7至图9，示出了图3至图6的电机62的替代驱动构造。然而，因为在图3至图6和图7至图9的实施方式中公同地使用了几个部件，所以，相似的部件将具有相似的参考标号。

图3至图6的实施方式与图7至图9的实施方式之间的明显差异在于，在图7至图9中，电机62不直接驱动后轮，而是借助于传动装置使用标准的自行车驱动装置，即，链环32与链盒33（图2）之间的链条。根据一个实施方式，传动装置具有旋转地安装于自行车的车架的传送轮轴81，例如，通过支撑架83中的轴承82，该支撑架是后下叉24的一部分或在其附近。支撑架83也可以连接至座管23（图2），连接至后上叉25。滑轮84（或链轮、齿轮等）在车架的左侧上固定于传送轮轴81，其中皮带85介于滑轮64与滑轮84之间，以将来自电机62的驱动传递至轮轴81。

链轮86固定于轮轴81的另一端。因此，链轮86与链条80啮合，以便与踩踏动力同时地将电机62的驱动传递至后轮14。在一个实施方式中，曲柄组30具有某种形式的飞轮机构（即，棘轮），以便在电机62驱动后轮时允许骑行者惯性运动，从而允许从链环32暂时释放曲柄31。这种类型的曲柄组叫做惯性滑行曲柄组。

替换地，链轮86可以是与链环32等啮合的齿轮。而且，可沿着轮轴81在链轮86的轴向位置中提供一些间隙，以允许链条80在多链条环曲柄组中的链环32之间移动。

参考图10，传送轮轴81示出为具有输出轮90（示出为滑轮，但替换地，齿轮、链轮等），该输出轮通过驱动传递单元91（示出为皮带，但替换地，齿轮、链条等）与后轮14相连。输出轮90位于车架的与滑轮84相同的一侧上，但是具有不同的直径，从而导致适于相对于自行车的预期速度范围使用的电机类型的机械优点。传送轮轴81可以使用任何适当的齿轮比。此外，通过使驱动传递单元91位于自行车的与传动系相同的一侧上，也可获得这样的机械优点。

Claims (19)

1.一种电驱动自行车，包括：

自行车车架，具有前车架部分和后车架部分，前轮旋转地安装至所述前车架部分，且后轮旋转地安装至所述后车架部分，其中底支架壳体位于所述前车架部分的下管与所述后车架部分的后叉之间的接合处；

电动机，连接至所述底支架壳体，所述电动机具有空心驱动轴，所述驱动轴具有伸出至所述底支架壳体的第一侧的输出端；

传动装置，将所述驱动轴的输出端连接至所述自行车的后轮和传动系中的至少一个，以将所述电动机的驱动传递至所述后轮；以及

传动系，包括曲柄组和用于将所述曲柄组上的踩踏致动传递至所述后轮的装置，所述曲柄组具有旋转地安装在所述空心驱动轴内以便独立于所述驱动轴旋转的轮轴，所述装置位于所述底支架壳体的第二侧上。

2.根据权利要求1所述的电驱动自行车，其中，所述电动机的线圈容纳于所述底支架壳体中。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的电驱动自行车，其中，所述空心驱动轴通过轴承旋转地安装于所述底支架壳体。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电驱动自行车，其中，所述传动装置包括位于所述空心驱动轴的输出端与所述后轮的轮毂之间的驱动传递单元，以将所述电动机的驱动直接传递至所述后轮。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的电驱动自行车，其中，所述传动装置包括位于所述空心驱动轴的输出端与旋转地安装至所述后叉的传送轮轴之间的驱动传递单元，以将所述电动机的驱动通过所述传送轮轴传递至所述后轮。

6.根据权利要求5所述的电驱动自行车，其中，所述传轮送轴具有与所述传动系的链条操作性地啮合的链轮。

7.根据权利要求6所述的电驱动自行车，其中，所述曲柄组具有位于曲柄与所述传动系的链环之间的棘轮系统。

8.根据权利要求5所述的电驱动自行车，其中，所述传送轮轴通过第二驱动传递单元操作性地连接至所述后轮，所述传送轮轴在输入端和输出端处具有齿轮、滑轮和链轮中的至少一个，以便改变所述驱动传递单元之间的传动比。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电驱动自行车，其中，所述传动装置包括滑轮和至少一条皮带形式的传动装置以及链轮和至少一根链条形式的传动装置中的一种。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的电驱动自行车，其中，所述曲柄组的轮轴通过轴承旋转地安装在所述电动机的空心驱动轴内。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的电驱动自行车，其中，所述空心驱动轴的旋转轴线和所述轮轴的旋转轴线是重合的。

12.一种用于自行车的电驱动系统，包括：

定子，适于固定地容纳在自行车车架的底支架壳体中；

空心驱动轴，支撑转子并适于通过所述转子和所述定子的配合的启动而旋转，所述空心驱动轴的尺寸被构造为具有伸出至所述底支架壳体的远离所述自行车的传动系的一侧的输出端；

轮轴轴承，位于所述空心驱动轴的内腔中，适于滚动地支撑曲柄组的轮轴，使得所述轮轴从所述驱动轴的两端伸出；以及

传动装置，适于将所述驱动轴的输出端连接至所述自行车的后轮和传动系中的至少一个，以将所述电驱动系统的驱动传递至所述自行车。

13.根据权利要求12所述的电驱动系统，进一步包括底支架轴承，并且其中，所述空心驱动轴适于通过所述底支架轴承旋转地支撑于所述底支架壳体。

14.根据权利要求12和13中的任一项所述的电驱动系统，其中，所述传动装置包括位于所述空心驱动轴的输出端与所述后轮的轮毂之间的驱动传递单元，以将所述电驱动系统的驱动直接传递至所述后轮。

15.根据权利要求12至13中的任一项所述的电驱动系统，其中，所述传动装置包括位于所述空心驱动轴的输出端与适于旋转地安装至所述后叉的传送轮轴之间的驱动传递单元，以将所述电动机的驱动通过所述传送轮轴传递至所述后轮。

16.根据权利要求15所述的电驱动系统，其中，所述传送轮轴具有适于与所述传动系的链条操作性地啮合的链轮。

17.根据权利要求15所述的电驱动系统，其中，所述传送轮轴通过第二驱动传递单元操作性地连接至所述后轮，所述传送轮轴在输入端和输出端处具有齿轮、滑轮和链轮中的至少一个，以便改变所述驱动传递单元之间的传动比。

18.根据权利要求12至17中的任一项所述的电驱动系统，其中，所述传动装置包括滑轮和至少一条皮带形式的传动装置以及链轮和至少一根链条形式的传动装置中的一种。

19.根据权利要求12至18中的任一项所述的电驱动系统，其中，所述空心驱动轴的旋转轴线和所述轮轴轴承的旋转轴线是重合的。

Images