CN104220326A - 用于双动力自行车的传动系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及交通工具传动系统，特别是在电动自行车中使用的，但是还可以在其他双推进交通工具例如混合动力汽车中使用的那些传动系统。交通工具传动系统包括第一旋转输入件、第二旋转输入件和旋转输出件。第一旋转输入件和第二旋转输入件可将旋转传递至旋转输出件，其中第一旋转输入件和第二旋转输入件中的一个通过单向离合器连接到旋转输出件，且其中第一旋转输入件和第二旋转输入件中的另一个通过超越离合器连接到旋转输出件，其中所述单向离合器和所述超越离合器是旋转地联接的。

Description

用于双动力自行车的传动系统

发明领域

本发明涉及交通工具传动系统，特别是关于电动自行车所使用的那些传动系统。

发明背景

电动自行车是双动力交通工具的形式：它们采用手动的踏板和曲柄驱动件以及电马达两者。这两个驱动件可独立于彼此作用或可以一起作用以扩大彼此的起动力。用户可选择为选择性地接合电驱动件，或电驱动件可被自动地激活，取决于诸如测量的踏板速度、自行车速度等的条件。

电驱动件可定位在多个位置中；其可以驱动后轮的毂并定位在后轮的毂内；其可以为踏板曲柄供电；或其可以定位在这些两个末端之间的一些点处，从而驱动自行车的链条。可选择的是驱动前轮，但这带来其自身的缺点。

电源，通常是可再充电的电池，必须定位在自行车上，并且通常地，笨重的电池将被放置在后轮之上或围绕后轮放置。

主要为了用户的安全，世界各地的法律限制电驱动件可以推进这种自行车的速度。速度可被限于大约15mph。然而，用户可以自由地手动地推进自行车超过该速率。

当前的电动自行车的缺点包括驱动件/电池机构的体积使得对于骑行者而言自行车是笨重的。另外的缺点是，如果马达驱动曲柄，则曲柄驱动的蹬踏或突然的停止潜在地损害马达。例如，电动自行车可以在结合的电驱动和用户蹬踏的情况下行进。如果用户必须采取紧急停止，则他们的反应是立即地停止蹬踏，保持曲柄处于固定的角度。尽管自行车可以设置有安装电驱动切断件(cut-off)的制动杆，但是由用户引起的蹬踏的停止可能在该电驱动切断件被激活之前发生，且将是短的时间周期，其中电马达正驱动曲柄而用户试图同时保持曲柄静止。这可能导致马达被破坏和/或用户的足部被迫以不希望的、混乱的和可能不平衡的蹬踏动作来环行。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供一种交通工具传动系统，其包括第一旋转输入件、第二旋转输入件和旋转输出件，其中第一旋转输入件和第二旋转输入件可将旋转传递至旋转输出件，其中第一旋转输入件和第二旋转输入件中的一个通过单向离合器连接到旋转输出件，且其中第一旋转输入件和第二旋转输入件中的另一个通过超越离合器连接到旋转输出件，其中所述单向离合器和所述超越离合器是旋转地联接的。

第一旋转输入件的旋转轴线可以垂直于第二旋转输入件的旋转轴线。

旋转输出件的旋转轴线可以平行于第一旋转输入件的旋转轴线或第二旋转输入件的旋转轴线。

单向离合器可以通过支架旋转地联接到超越离合器。

支架可包括圆柱形壳体和圆柱形安装件。

单向离合器和超越离合器中的一个可安装在圆柱形壳体内，并且单向离合器和超越离合器中的另一个可围绕圆柱形安装件安装。

单向离合器可安装在圆柱形壳体内，其中所述单向离合器的外座圈旋转地联接到圆柱形壳体的内表面，并且超越离合器可围绕圆柱形安装件来安装。

单向离合器可以是斜撑离合器(sprag clutch)。

超越离合器可以是飞轮组件。

第一旋转输入件或第二旋转输入件可以是电马达。

第一旋转输入件或第二旋转输入件可以是手动地驱动的。

根据本发明的第二方面，提供一种包括根据第一方面所述的交通工具传动系统的自行车。

根据本发明的第三方面，提供一种包括根据第一方面所述的交通工具传动系统的交通工具。

附图简述

现在将参考附图仅通过示例来描述本发明的实施方式，在附图中：

图1是根据本发明的交通工具传动系统的分解透视图；

图2是图1的交通工具传动系统的截面透视图；

图3是图1的交通工具传动系统的分解端部视图；

图4是图1的交通工具传动系统的从不同的角度看的分解透视图；

图5是图1的交通工具传动系统的内底部支架的透视图；以及

图6是包括图1的交通工具传动系统的自行车的侧面正视图。

参考附图且初始地参考图1，示出了交通工具传动系统10。交通工具传动系统10包括第一旋转输入件12、第二旋转输入件16，第一旋转输入件12是自行车踏板曲柄14，第二旋转输入件16包括经由齿轮箱18驱动伞齿轮20的电马达72。伞齿轮20进而驱动环形齿轮22。

自行车踏板曲柄14是已知的装置，包括附接到曲柄臂26的踏板24。曲柄臂26连接到轮轴28。轮轴28是长形的、大体上圆柱形的部件，其中设置在每个端部处的花键28a提供轮轴28和曲柄臂26之间的更稳固的附接。键槽31设置在轮轴28上。

自行车框架100的框架底部支架30容纳交通工具传动系统10。框架底部支架30是大体上中空的圆柱形的形状，具有在圆柱形的侧壁30c中的两个孔30a、30b。两个圆形端部30d、30e是打开的，以使框架底部支架30接纳系统10的各种部件。

当组装时，轮轴28延伸穿过框架底部支架30。

各种已知的曲柄组部件设置在轮轴28的右手侧(从附图的视角来看)。这些是前链轮(sprocket)32、星形轮34、底部支架帽36、曲柄轴承38和花键链轮盘40。底部支架帽36充当密封件以减轻碎片或污染物的进入。

另外，已知的曲柄组部件设置在轮轴28的右手侧(从附图的视角来看)。这些是底部支架内轴承42和底部支架板盖44。底部支架外轴承44经由螺栓(未示出)附接到框架底部支架30，从而覆盖圆形端部30e并向轮轴28提供轴承支撑。

能使来自两个源头的动力传递至自行车100的后从动轮的各种部件在框架底部支架30内并且也围绕轮轴28布置。

从附图的右手侧，即，从曲柄组侧来看，这些首先是间隔件46。间隔件46是已知的形式并且是大体上环形的形式。其邻接花键链轮盘40的左边的表面。

环形齿轮22是环形的，具有大体上截锥形的横截面。第一凸缘22a在内部内，其向内地伸入到其中心孔22b中。第二凸缘22c从环形齿轮22的相对的表面伸出，轮齿(gear teeth)22d从该相对的表面定位于第一凸缘22a。

齿轮飞轮组件48经由第一凸缘和第二凸缘22a、22c附接到环形齿轮22；从而，其定位在环形齿轮22的中心孔22b内。螺栓50将齿轮飞轮组件48固定到环形齿轮22。

齿轮飞轮组件48和环形齿轮22两者围绕内底部支架52附接。内底部支架52包括两个圆柱形部分：在使用中朝着曲柄组定位的较小直径的第一圆柱形部分52a、和较大直径的第二圆柱形部分52b。第一圆柱形部分52a具有在其侧壁中的沿其长度延伸的多个槽52c。这些槽有助于通过减少材料而减少重量，增加由花键类型的装置引起的摩擦抓紧力(frictionalgrip)，并且可以通过张开使得扩展一定程度。

如从图2中可见，齿轮飞轮组件48和环形齿轮22围绕第一圆柱形部分52a附接。有配合的(在齿轮飞轮组件48上的)螺纹48a和(在第一圆柱形部分52a上的)螺纹52d，其允许部件被连接在一起。技术人员应理解，可采用其他合适的连接方法。在本实施方式中，第一圆柱形部分52a上的螺纹是在未开槽的部分上，但是在可选择的实施方式中，可以设置在开槽的部分上，排他地或连同未开槽的部分上的螺纹一起设置。

另外的长形间隔件54位于第一圆柱形部分52a的内部中，围绕轮轴28。两个飞轮侧的轴承56、58围绕间隔件54设置在间隔件54和轮轴28之间。

底部支架凸缘52e设置在第一圆柱形部分52a和第二圆柱形部分52b之间。壳体52f因此在第二圆柱形部分52b的内部中形成。单向斜撑离合器轴承60定位在该壳体52f内。

内底部支架52旋转地联接单向斜撑离合器轴承60和飞轮组件48。

单向斜撑离合器轴承60是环形形式的，且围绕轮轴28的轴承垫片(bearing shim)62被定位在其内部孔内。

底部支架轴承64夹在轴承垫片62和长形间隔件54之间，大体上与底部支架凸缘52e共平面地定位。

通过经由壳体槽52g和设置在单向斜撑离合器轴承60的外座圈的外周缘上的外轴承槽60a形成干涉配合，外斜撑离合器键66将单向斜撑离合器轴承60定位在壳体52f内。

类似地，通过经由垫片槽62a和设置在单向斜撑离合器轴承60的内座圈的内周缘上的内轴承槽60b形成干涉配合，内斜撑离合器键68将轴承垫片62定位在单向斜撑离合器轴承60内。内斜撑离合器键68也位于轮轴的键槽31内，从而引起干涉配合并且将斜撑离合器轴承60旋转地联接到内底部支架52。

底部支架间隔件70围绕轮轴28，在一侧(从附图的视角看的右手侧)上邻接轴承垫片62的凸缘62a，且在相对侧(从附图的视角看的左手侧)上邻接底部支架内轴承42。

伞齿轮20与环形齿轮22啮合。应注意，该两个部件垂直地啮合，即，伞齿轮的旋转轴线垂直于环形齿轮的旋转轴线。伞齿轮20穿过框架底部支架30的最上面的孔30b伸出。伞齿轮20由具有作为其电源的电池(未示出)的电马达72和齿轮箱18驱动。

电马达72、齿轮箱18和电池定位在自行车的下管(down tube)102内。下管102将通常通过一些形式的焊接(例如TIG焊接)而附接到框架底部支架30的最上面的孔30b。最下面的孔30a可具有简单的帽盖，使能接近定位在框架底部支架30内的部件。

电马达72、齿轮箱18和电池可以是任何合适的类型，并且可以具有用于自行车应用的大约8000 RPM的工作速度。对于其他应用，包括较大的交通工具，例如汽车，工作速度可以高达32000 RPM。

在使用中，电马达72将驱动环形齿轮22，环形齿轮22然后将通过以上描述的机构来驱动前链轮32。与现有技术的自行车一样，链条104将前链轮32直接地或经由例如变速器齿轮(derailleur gear)或毂齿轮的后轮传动系统连接到自行车的后轮。从而，电马达72向后轮106提供扭矩。

用户可以通过用经由其足部的蹬踏动作和踏板24/曲柄臂26使前链轮32旋转而增大该扭矩。

电马达72将被限于自行车被使用的当地法律的预定的速度。在本实施方式中，将是大约24.8 km/h(15.5 mph)。电马达72可具有允许用户决定是否增大用户的扭矩输入的控制系统。

在用户和马达72向系统10提供扭矩的情况下，用户和马达两者向前链轮32提供扭矩并且因此其对于用户而言是省力的。

在用户将要超过马达72的预定的速度限制的情况下，轮轴28将获得比环形齿轮22高的旋转速度。如果环形齿轮22和轮轴28是轴向地固定的话，这将存在用户可能迫使马达72超过其限制或马达可能阻止用户比其限制蹬踏得更快的问题。用户可能在最好的情况下费力，且在最坏的情况下损坏马达72。单向斜撑离合器轴承60的存在允许轮轴28和环形齿轮22获得不同的旋转速度，允许用户蹬踏超过马达72的限制。

在现有技术的电动自行车中，紧急制动可能是危险事件。紧急切断件将通过用户运用安装有制动杆的车把而被激活，从而为马达切断动力并且停止将扭矩施加到从动轮。

在这种情况下自行车用户的自然反应是首先停止蹬踏，即，保持他们的足部稳定不动，并且曲柄臂处于固定的角度，且然后运用制动器。由于电马达72的正旋转的内部部件的惯性，这两个动作可以分开仅微小的时间量，但是仍然有延迟。在该时间段中，马达将继续施加扭矩，并且可以抵抗用户的作用力而迫使曲柄臂环绕。尽管这可能仅发生零点几秒，但是其可能足以令人紧张或甚至使用户开始失去平衡；如果用户试图快速地但安全地停止，这是不期望的情况。

单向斜撑离合器轴承60意味着来自马达72的扭矩不驱动曲柄臂26，仅驱动前链轮32。因此，在如以上描述的紧急停止的情况下，用户停止蹬踏和马达18被切断之间的小的周期不太可能伴随用户的不平衡或紧张。

可以对以上描述的实施方式做出各种修改和改进而不偏离本发明的范围。例如，内底部支架52可被更换或可以完全由具有适当地设计的外和/或内座圈的单向离合器轴承来替换。

可以设置变速器齿轮组件和多个前链轮，以在交通工具的传动中提供更多的灵活性。轮轴28不一定具有圆柱形的形状，并且可以是任何合适的形状，例如具有三角形横截面、方形横截面、五边形横截面或任何多边形横截面的棱柱形。

飞轮组件48的环形齿轮22不一定是截锥形的装置，而是可以是任何合适的类型，例如螺旋或双螺旋类型，其中对伞齿轮20做出对应的改变。

飞轮组件48可以用另一种合适的超越离合器(overrunning clutch)来代替，并且斜撑离合器轴承60可以用其他合适的单向离合器来代替。

尽管被描述为由螺栓50附接，但是环形齿轮22可由任何其他合适的装置而附接到齿轮飞轮组件，例如在每个部件上的对应的且配合的螺纹。此外，它们可以整体地形成。

飞轮侧的轴承56、58可以由黄铜衬套代替。实际上，所描述的简单的轴承中的任一种可以由黄铜衬套代替。

尽管自行车100被描述为具有链条104，但是应理解，链条104可以用带状驱动件代替。

尽管关于电动自行车进行描述，但是应理解，交通工具传动系统可以施加到其他形式的双推进交通工具，例如电动汽车、货车、公共汽车、卡车等等。在这种应用中，交通工具传动系统可附接到KERS(动能回收系统)。

Claims (13)

1.一种交通工具传动系统，包括第一旋转输入件、第二旋转输入件和旋转输出件，其中所述第一旋转输入件和所述第二旋转输入件能够将旋转传递至所述旋转输出件，其中所述第一旋转输入件和所述第二旋转输入件中的一个通过单向离合器连接到所述旋转输出件，且其中所述第一旋转输入件和所述第二旋转输入件中的另一个通过超越离合器连接到所述旋转输出件，其中所述单向离合器和所述超越离合器是旋转地联接的。

2.根据权利要求1所述的交通工具传动系统，其中所述第一旋转输入件的旋转轴线垂直于所述第二旋转输入件的旋转轴线。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的交通工具传动系统，其中所述旋转输出件的旋转轴线平行于所述第一旋转输入件的旋转轴线或所述第二旋转输入件的旋转轴线。

4.根据任一前述权利要求所述的交通工具传动系统，其中所述单向离合器通过支架旋转地联接到所述超越离合器。

5.根据权利要求4所述的交通工具传动系统，其中所述支架包括圆柱形壳体和圆柱形安装件。

6.根据权利要求5所述的交通工具传动系统，其中所述单向离合器和所述超越离合器中的一个安装在所述圆柱形壳体内，并且所述单向离合器和所述超越离合器中的另一个围绕所述圆柱形安装件安装。

7.根据权利要求6所述的交通工具传动系统，其中所述单向离合器安装在所述圆柱形壳体内，其中所述单向离合器的外座圈旋转地联接到所述圆柱形壳体的内表面，并且所述超越离合器围绕所述圆柱形安装件来安装。

8.根据任一前述权利要求所述的交通工具传动系统，其中所述单向离合器是斜撑离合器。

9.根据任一前述权利要求所述的交通工具传动系统，其中所述超越离合器是飞轮组件。

10.根据任一前述权利要求所述的交通工具传动系统，其中所述第一旋转输入件或所述第二旋转输入件是电马达。

11.根据任一前述权利要求所述的交通工具传动系统，其中所述第一旋转输入件或所述第二旋转输入件是手动地驱动的。

12.一种自行车，其包括根据任一前述权利要求所述的交通工具传动系统。

13.一种交通工具，其包括根据任一前述权利要求所述的交通工具传动系统。