CN103171732B - 用于自行车的曲柄传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自行车（2）的曲柄传动装置（1），包括：一个踏板轴（9），用于将两个踏板（3）安设在踏板轴（9）的自由端（10，11）上；一个用于将力传递到自行车（2）的一个轮（5）上的从动轮（4）；一个具有一个太阳轮（13）、一个齿圈（14）、至少一个行星轮（15）和一个行星支架（16）的行星齿轮传动装置（12），其中，该行星支架（16）抗旋转地固定在踏板轴（9）上；和一个设置在齿圈（14）上的、用于求出齿圈（14）的支撑力矩的传感器（19）。

Description

用于自行车的曲柄传动装置
技术领域
本发明涉及一种用于自行车的曲柄传动装置以及一种具有该曲柄传动装置的自行车和一种用于电动自行车的控制装置。本发明尤其是涉及一种用于具有电辅助驱动器的自行车的曲柄传动装置。
背景技术
在自行车中部分地值得追求的是，测量直接由骑行者在踏板上产生的力矩。尤其是对于具有电辅助驱动器的自行车，骑行者对牵引力的愿望可以直接从由骑行者在踏板上产生的力矩推导出来。为此如今常见的是直接在踏板轴上的转矩传感器。这些转矩传感器是费劲且昂贵的。也已知这样的传动装置，其求出在中间轴中的反应力，该中间轴形成一个在踏板轴和从动链盘之间的传动装置的一部分。这样一个传动装置导致，链盘不再以自行车的转速旋转。链盘的较高的转速通过较小的链盘简单地补偿，使得在链条上存在与没有传动装置时相同的拉力和相同的速度。
发明内容
按照本发明的用于自行车的曲柄传动装置具有一个在踏板轴和从动轮、尤其是从动链轮之间的可承受高载荷的且坚固的传动装置。由驾驶员引入的转矩可以非常精确地且简单地被测量。通过所使用的行星齿轮总成能够简单地传递高的力矩。高的力矩优选分布在多个行星轮上。在此在例如大于0且小于0.5的传动比中可良好地实现。通过行星齿轮传动装置的同心结构，位置需求很小并且因为不仅由电动机驱动的力传递轮、而且行星齿轮传动装置的齿圈仅这么远地安装在踏板轴上，如在其它自行车中链盘也做的那样，曲柄传动装置允许很好地装入自行车的车架中。按照本发明的用于自行车的曲柄传动装置包括一个用于将两个踏板安设在踏板轴的自由端部上的踏板轴和一个用于将力传递到自行车轮、尤其是后轮上的从动轮。此外该曲柄传动装置包括一个具有一个太阳轮、一个齿圈、至少一个星形轮和一个行星支架的行星齿轮传动装置，其中，行星支架抗旋转地固定在踏板轴上。特别优选地，使用三个或四个行星轮。按照本发明的曲柄传动装置还包括一个设置在齿圈上的用于求出齿圈的支撑力矩的传感器。按照本发明，由骑行者引入的力矩在这里作为齿圈的支撑力矩被测量。尤其是通过站立传动(Standübersetzung)增强由骑行者引入的力矩，由此即便在较低力矩时也实现传感器上的高分辨率。由此按照本发明不再必须直接在自行车的踏板轴上测量转矩并且测量信号不再必须由旋转的踏板轴耦合输出。按照本发明，由骑行者引入的在滥用情况中可能为多个100Nm的力矩通过行星齿轮传动装置传导。因此没有如在传动曲柄传动装置中那样对圆柱齿轮级的过载荷。
在优选的实施方式中，齿圈在圆周方向上的运动仅仅通过传感器支撑。该传感器尤其是包括一个按键。该按键以一个端部与传感器连接并且以另一个端部与齿圈连接。按键也可以被称为测量栓。优选齿圈通过至少一个弹性元件支承在曲柄传动装置的壳体中。此外优选齿圈被安设在壳体的一个槽中。
作为通过弹性元件支承的变换，齿圈也可以松动地支承在壳体的槽中。特别优选地，然后在壳体和齿圈的外表面之间设有一个薄的润滑膜。
传感器优选被构造为力传感器。足够的是，齿圈可旋转运动很少角度地在壳体中导向，从而待测量的力通过按键可以传递到传感器上。根据在齿圈上测得的力计算出齿圈上的支撑力矩和由骑行者引入踏板轴中的力矩。
在优选实施方式中，曲柄传动装置包括一个齿圈。在该齿圈上抗转动地固定从动轮。从踏板轴向空心轴的力传递通过太阳轮进行。为此太阳轮与空心轴同轴地设置并且抗转动地与空心轴连接。
优选地，曲柄传动装置包括一个用于支持对自行车的驱动的电动机。该电动机的转矩被引入到空心轴上。为此在空心轴上尤其是布置一个力传递轮。该电动机的转矩被引入到该力传递轮上。尤其地，力传递轮被构造为齿轮。因此，由驾驶员产生的转矩通过踏板轴传递到行星支架上。行星支架驱动行星轮。行星轮又引起齿圈中的支撑力矩。该支撑力矩通过传感器测量。同时行星轮驱动太阳轮。太阳轮与空心轴连接。从动轮位于空心轴上，从而通过从动轮能够将力矩传递到自行车的后轮上。在空心轴上有电动机引入的转矩加到由骑行者产生的转矩上。
对于曲柄传动装置的紧凑结构形式，踏板轴尤其是支承在空心轴中。力传递轮优选位于从动轮和行星齿轮传动装置之间。
本发明此外包括一个具有刚刚描述的曲柄传动装置和两个固定在曲柄轴的自由端上的踏板或脚踏的自行车。在本发明的曲柄传动装置的范围中描述的设计方案相应地有利地应用在按照本发明的自行车上。
此外按照本发明设置一种用于电动自行车的控制装置。该控制装置被构造用于分析上述传感器的信号以及用于控制上述电动机。根据传感器的测量值通过控制装置确定由骑行者引入的转矩。电动机的支持力基于由骑行者引入的转矩被控制或调节。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明的一个实施例。在此示出：
图1示出具有按照本发明的按照一个实施例的曲柄传动装置的自行车；
图2示出按照本发明的按照该实施例的曲柄传动装置的详细结构；
图3示出按照本发明的按照该实施例的曲柄传动装置的具有力传感器的齿圈的细节视图。
具体实施方式
在下面根据图1至3更详细地阐述按照本发明的曲柄传动装置1的一个实施例。
图1示出一个具有曲柄传动装置1的自行车2。一个构造为链轮的从动轮4位于该曲柄传动装置1上。通过该从动轮4借助一个链条将转矩传递到自行车2的后轮5上。在曲柄传动装置1上在两侧分别安装一个踏板3。
骑行者能够通过这些踏板3将转矩引入到曲柄传动装置1中。为了支持骑行者，该曲柄传动装置1包括一个电动机6。在自行车2的车架上固定一个蓄电池7。该蓄电池7对电动机6馈电或者电动机6也能够作为发电机运行并且由此对蓄电池7馈电。此外一个控制和分析单元8位于自行车2上。一个手控装置9位于自行车2的转向器上，骑行者能够在该手控装置上接通和调节电动机6。
根据图2更详细地阐述曲柄传动装置1的结构。该曲柄传动装置1包括一个具有第一自由端10和第二自由端11的踏板轴9。在两个自由端10、11上安装踏板3。
该曲柄传动装置1还包括一个行星齿轮传动装置12。该行星齿轮传动装置12由一个构造为空心太阳轮的太阳轮13、一个齿圈14、四个行星轮15和一个行星支架16组成。行星支架16抗旋转地安装在踏板轴9上。多个行星轴18位于行星支架16上。各个行星轮15在行星轴18上延伸。行星轮15与齿圈14以及与太阳轮13配合。齿圈14在曲柄传动装置1的壳体22中导向。为此该壳体22具有一个环绕的槽23。齿圈14借助四个围绕齿圈14的圆周分布的弹性元件21保持在该槽23中。
此外在壳体22中安装一个传感器19。该传感器19包括一个按键20。该按键以一个端部与齿圈14连接。作用在齿圈14上的力矩通过该按键20支撑在传感器19上。传感器19被构造为力传感器并且能够由此测量在圆周方向上作用在齿圈14上的力。基于所测得的力求出齿圈14上的力矩并且由此求出由骑行者通过踏板轴9引入的转矩。分析在控制和分析单元8中进行。
此外该曲柄传动装置1包括一个空心轴24。踏板轴9在该空心轴24中延伸并且部分地相对于该空心轴24被支承。太阳轮13与空心轴24同轴地布置并且固定地与空心轴24连接。行星轮15与太阳轮13配合，由此通过踏板轴9引入的转矩通过行星支架16和行星轮15传递到太阳轮13上并且由此传递到空心轴24上。踏板轴9通过一个第一滚动轴承25相对于壳体22被支承。一个第二滚动轴承26用于相对于空心轴24支承踏板轴9。一个第三滚动轴承27用于相对于壳体22支承空心轴24。通过一个构造为滚针轴承的第四轴承28相对于空心轴24支承踏板轴9。
行星齿轮传动装置12位于踏板轴9或曲柄传动装置1的一侧上。在曲柄传动装置1的另一侧上该从动轮4抗旋转地固定在空心轴24上。在从动轮4和行星齿轮传动装置12之间在壳体22中一个力传递轮34位于空心轴24上。该力传递轮34被构造为齿轮并且相对于空心轴24通过一个第五滚动轴承35支承。此外一个自由轮机构36位于力传递轮34和空心轴24之间，使得在一个转动方向上力矩能够从力传递轮34传递到空心轴24上。
该曲柄传动装置1还包括一个用于支持对自行车2的驱动的电动机29。该电动机29包括一个定子30和一个转子31。在电动机29的电枢轴32的一个端部上设有一个小齿轮33。该小齿轮33与力传递轮34的齿配合。变换地在电枢轴32上的小齿轮33与力传递轮34之间还设有另外的传动级。
在空心轴24上由骑行者引入的转矩和由电动机29产生的转矩相加。总转矩然后用于驱动从动轮4和用于驱动自行车2。
图3详细地示出具有传感器19和弹性元件21的行星齿轮传动装置12的齿圈14。如图3所示，代替图2中的四个弹性元件21也可以仅使用三个弹性元件21。图3示出齿圈14在圆周方向37上的运动。该运动通过按键20传递到传感器19上。由此能够在传感器19上测量合成的力38。由该力38计算由骑行者引入的转矩。代替弹性元件21，齿圈14也可以自由地在壳体22的槽23中导向。关键是，齿圈14在圆周方向37的运动中仅仅支撑在传感器19上。

Claims (10)

1.用于自行车(2)的曲柄传动装置(1)，包括：
一个踏板轴(9)，用于将两个踏板(3)安设在踏板轴(9)的自由端(10，11)上；
一个用于将力传递到自行车(2)的一个轮(5)上的从动轮(4)；
一个具有一个太阳轮(13)、一个齿圈(14)、至少一个行星轮(15)和一个行星支架(16)的行星齿轮传动装置(12)，其中，该行星支架(16)抗旋转地固定在踏板轴(9)上；和
一个设置在齿圈(14)上的、用于求出齿圈(14)的支撑力矩的传感器(19)，其中该齿圈(14)在圆周方向(37)上仅通过传感器(19)支撑，传感器(19)是力传感器。
2.根据权利要求1的曲柄传动装置，其特征在于，该齿圈(14)通过至少一个弹性元件(21)支承。
3.根据权利要求1或2的曲柄传动装置，其特征在于，该齿圈(14)支承在壳体(22)的一个槽(23)中。
4.根据权利要求1或2的曲柄传动装置，其特征在于，设有一个空心轴(24)，从动轮(4)抗旋转地固定在该空心轴上，其中，该太阳轮(13)抗旋转地与空心轴(24)连接。
5.根据权利要求4的曲柄传动装置，其特征在于，设有一个在空心轴(24)上的力传递轮(34)和一个电动机(29)，该电动机的转矩被引入到力传递轮(34)上。
6.根据权利要求4的曲柄传动装置，其特征在于，该踏板轴(9)支承在空心轴(24)中。
7.根据权利要求5的曲柄传动装置，其特征在于，该力传递轮(34)设置在从动轮(4)和行星齿轮传动装置(12)之间。
8.根据权利要求5的曲柄传动装置，其特征在于，该力传递轮(34)是齿轮。
9.自行车(2)，包括一个根据以上权利要求之一的曲柄传动装置(1)和两个固定在踏板轴(9)的自由端(10，11)上的踏板(3)。
10.用于根据权利要求9的自行车的控制装置，其中，该控制装置被构造用于根据通过传感器(19)测得的齿圈的支撑力矩来计算由骑行者引入踏板轴(9)上的转矩并且基于由骑行者引入的转矩来控制电动机(29)。
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