CN105764786A - 用于轻量级轮式运输车辆的电力推进的系统 - Google Patents

Abstract

要求保护的是一种用于自行车(电动自行车)的电力推进系统。该系统包括电动机、至少三个减速级和输出齿轮(从动齿轮)。电机具有朝该系统的一侧定向的输出轴，而输出齿轮位于该系统的相反侧上。第一减速级和第二减速级位于与被安装在电机的输出轴上的驱动齿轮相同的一侧上。从属权利要求指定第一减速级是行星齿轮组并且指定第三减速级的位置。进一步将电机限定为高速电机并且将该系统指定为用于安装到自行车底部支架上的模块。

Description

用于轻量级轮式运输车辆的电力推进的系统

技术领域

本发明涉及用于推进自行车、轻便摩托车或者轻量级轮式运输车辆和机器人应用的任何其他的装置的电力发动机。

背景技术

用于推进自行车、轻便摩托车或者轻量级轮式运输车辆的任何其他的装置的已知电力发动机具有以下两种类型：车轮驱动轮毂发动机(其中电力发动机位于车轮中)以及中间驱动发动机(其中电力发动机位于自行车中间驱动上)。

车轮驱动轮毂发动机是电机，其中自行车车轮与电机的转子一起旋转并且电机的轴也是车轮的轴。

在车轮驱动轮毂电力发动机中，运动是直接传递至车轮的，并且作为结果，电机的转速与车轮的转速是相同的，并且因此，它们通常具有大、重且低速的电动机。车轮驱动轮毂发动机的其他重要的缺点是，它们产生高滚动阻力、它们具有低动力重量比、它们的推进是单速的并且它们给车轮增加了显著的重量，这改变了自行车的骑行几何学和平衡。

以上缺点使得车轮驱动轮毂电机与在现代自行车的高功率推进系统中使用不相容，现代自行车包括具有轻量级部件的山地自行车。

另一方面，已知并且可商购的中间驱动发动机具有与自行车的尺寸和重量成比例的高重量和体积。由于其尺寸和形状，中间驱动发动机只可以在仅特别设计用于特定发动机的自行车车架上使用。这意味着，已知的中间驱动发动机不能在任何可商购的自行车车架上使用或添加到其上。

已知的中间驱动发动机的安装改变了施加到自行车车架上的已知的力的分布。即，在中间驱动电力发动机中，底部支架被紧固到电力发动机上并且这个电力发动机进而被紧固到自行车车架上，而通常在自行车中，底部支架被直接紧固到自行车车架上。其结果是，在底部支架不是直接紧固到车架上的情况中，当在自行车的曲柄组上施加高的力时，底部支架弯曲并且底部支架可能制动。对于自行车而言，高的力的施加是惯常的，即，如在山地自行车的情况下。同样，因为中间驱动发动机通常是由塑料材料制成的发动机，底部支架的支撑变形得非常快，自行车不能正确地运行。

目前用于电力推动自行车、轻便摩托车或轻量级轮式运输车辆的任何其他的装置的现有使用的设备和系统的严重缺点在于它改变了它们所应用在的装置的基本原理。当添加这种设备和系统以改变现有非电动装置并且将其转变为电力推进装置时，或者当在车辆的初始制造阶段中包含这种装备和系统时，情况就是这样。

其结果是，例如，在其上应用已知电力发动机以用于将其转变为电力推进自行车(如在轮毂电机的情况下)的自行车不再可以被认为是自行车。原因是在重量方面的急剧增加和不相等的重量分布。同样，由于与自行车的尺寸和重量支撑能力成比例使用的发动机的高质量，现有轮毂电机电力发动机影响并减少自行车车架的强度。

至于目前已知的中间驱动发动机，多数不能应用于自行车车架，但在自行车的初始设计中需要。至于理论上可以在以后的时期应用于不同自行车车架的很少知道的中间驱动发动机，这些中间驱动发动机特别重并且尺寸特别大，超过四(4)千克。

所有已知的中间驱动发动机的显著较大的尺寸具有的重要缺点是，大幅度地减小了车辆的离地间距，并且这对于所有车辆存在显著的行驶限制、尤其是对于行驶在不平整表面上。在山地自行车的情况下，这是非常显著的缺点。

已知的是，中间驱动发动机具有以下必要的特征：

在已知的电力推动发动机中，将动力传递至发动机的电机的驱动轴总是平行于自行车的底部支架，并且电机的小齿轮指向自行车的进行经由链条将动力传递至自行车的后车轮的一侧(也被称为自行车的链条驱动)。

在多数已知的自行车中存在驱动侧和非驱动侧。进行动力从踏板曲柄传递至后车轮的驱动侧通常在骑行者的右侧。驱动侧包括自行车的链条或同步皮带、链条圈和后变速系统。已知的电力发动机的电机输出小齿轮轴面朝与驱动侧相同的一侧，即其面对具有以下部件的一侧：链条圈、链条或皮带以及变速系统。

至于非驱动侧，不存在用于将动力传递至后车轮的链条链轮。

发明内容

本发明的目的是呈现一种电力发动机，该电力发动机用于推进任何类型的轻量级轮式运输车辆和机器人应用，包括但不限于自行车车架，该电力发动机具有以下在现有技术中未发现的优化特征：低重量、小尺寸、中央重量分布和高功率。这种电力发动机不需要是其所应用在的车辆和机器人应用的永久固定装置，而是能快速且不费力气地紧固或拆卸。

更具体地：

本发明描述了一种用于电力发动机的系统，该系统用于推进自行车、轻便摩托车或者轻量级轮式运输车辆和机器人应用的任何其他的装置，所述系统的特征在于：

-该系统包括至少三个或更多个减速级，

-电机(1)的小齿轮轴(18)齿轮的输出齿轮(19)总是朝该发动机的将运动从发动机传递至车轮的轴(8)的输出(14)的相反侧指向，

-第一减速级(19，20，22)和第二减速级(4，5)总是面朝同一侧，并且

-电机(1)的将运动传递至第一减速级(19，20，22)的系统输出小齿轮轴(19，18)总是在最后一个减速级(14，15)的相反侧上。

优选地，所述系统包括：

-电机(1)，

-被直接安装在电机(1)的小齿轮轴输出齿轮(18，19)上的行星驱动(2)，作为减速的第一级，

-至少两个齿轮(4，5)，作为减速的第二级，

-单向轴承(6)，

-轴(8)，该轴将动力从最后一个减速级之前的减速级(4，5)传递至该最后一个减速级(14，15)，该轴(8)平行于自行车的底部支架(11)并且平行于电机(1)的轴(18)，

-包括至少两个齿轮(14，15)的最后一个减速级，并且最后一个齿轮(14)在电机(1)的小齿轮轴输出(18，19)的相反侧上，

其中，该电机的小齿轮输出轴总是在最后一个减速级的相反侧上指向。

有利地，在本发明的系统中，电机(1)是高速电机(即，3.000rpm至10000rpm)。

优选地，在本发明的系统中，单向轴承(6)被定位在第二减速级的大齿轮(5)之内，该大齿轮(5)则必须是空心的。

有利地，在本发明的系统中，单向轴承(6)被定位在最后一个减速级的这些齿轮(14，15)中任何一个齿轮之内，则该齿轮必须是空心的。

优选地，本发明的系统被支撑在多个平行安装板(3)和壳体(23)上，该壳体然后通过多个安装支架(10)被紧固在该自行车的底部支架(11)上。

本发明的系统应用于任何准备好的自行车车架或者可以在自行车车架的生产阶段中结合。

优选地，在本发明的系统中，相同的壳体系统(23，3)包括底部支架(11)和存在于底部支架(11)中的轴(12)，并且所述壳体(23，3)被结合在自行车车架之内。

本发明的系统的重要优点是，该系统不需要是其所应用在的车辆和机器人应用的永久固定装置，而是它可以被容易地、不需要具体技术知识地随意地紧固或拆卸。

附图说明

根据图1至图4展示了本发明，这些附图必须被认为是指示性的并且不应该局限的认为是本发明的范围。

图1示出了在本发明中披露的安装在自行车车架上的系统的横切俯视图。

图2示出了从自行车的驱动侧来看的在本发明中披露的安装在自行车车架上的电力发动机(电机)的系统的侧视图。

图3示出了从自行车的非驱动侧来看的在本发明中披露的安装在自行车车架上的电力发动机的系统的侧视图。

图4示出了本发明的系统的侧视图，其中包括底部支架(11)和存在于底部支架(11)中的曲柄的轴(12)的壳体(23，3)被结合在自行车车架中，从设计阶段已经在自行车车架上。

附图详细说明

在图1中，以下数字示出本发明的系统的特定特征：

1.电机

2.行星减速器

3.平行安装板

4.第二减速级的第一齿轮(小)

5.第二减速级的第二齿轮(大)

6.斜撑类型的单向轴承

7.行星齿轮减速级的轴(axle)(本文也称为轴(shaft))

8.使第二减速级的大齿轮(5)和单向轴承系统(6)与将动力传递至自行车链条链轮(15)的链条链轮(14)连接的轴(axle)(本文也称为轴(shaft))。

9.将轴(8)支撑在安装板(3)上的多个滚珠轴承。

10.将发动机连接至自行车车架并且被紧固在底部支架上的多个支架。

11.自行车的底部支架，即对连接这两个踏板曲柄的轴进行支撑的壳体。

12.自行车的底部支架的轴。

13.自行车的曲柄组，即踏板臂。

14.处于第三减速级的发动机链条链轮驱动(小链轮)。

15.自行车的前链条链轮--第三减速级(大链轮)。

16.通过链条将动力传递至后车轮的自行车的前链条圈(链轮)。

17.将平行板(3)与紧固到底部支架(11)上的支架(10)紧固的多个紧固件。

18.电机的小齿轮输出轴，即通过电机将动力传递至发动机的点。

19.太阳齿轮，即第一减速级的行星齿轮，该太阳齿轮被连接至电机(1)的输出轴(18)以形成输出小齿轮轴系统(18，19)。

20.多个行星齿轮(行星式减速齿轮箱)。

21.行星齿轮架(行星式减速齿轮箱)。

22.环齿轮(行星式减速齿轮箱)。

23.将这些平行板(3)保持分离并且封闭发动机的壳体。

图2示出了从自行车的驱动侧来看的本发明的安装在自行车上的系统。

图3示出了从自行车的非驱动侧来看的本发明的安装在自行车上的系统。

图4示出了从自行车的驱动侧来看的本发明的安装在自行车上的系统，并且发动机壳体包括底部支架(11)和曲柄组轴(13)。发动机壳体然后被直接紧固到车架上。

具体实施方式

参照图1至图3，根据以下实例展示了本发明。

本发明呈现了将动力直接传递至自行车的踏板的中间驱动发动机(电机)，如在图1中所示的，在该图中自行车的曲柄组被示出为(13)，并且前链条圈为(15，16)。

所述发动机与四千克的常用中间驱动发动机相比具有低重量，例如1.8千克。在我们的实例中，它还具有高功率(超过2HP)和小尺寸(140mmx100mmx80mm)。

所述发动机在自行车车架下方装配至自行车的底部支架(11)，并且这进而给予自行车真正的中央重量分布。由于发动机的小尺寸，本发明的发动机所安装在的自行车具有高离地间隙。

发动机的电机可以是无刷直流先驱电机(BrushlessDCoutrunnermotor)，其从小于0.600千克重量的电机给予我们1200瓦特的持续功率。

电机的速度处于在6000rpm与5000rpm之间的区域中并且通过三个减速级减小至曲柄组(13)的120rpm。

在我们的实例中，在头两个减速级(2，4，5)中的齿轮是由复合材料或金属制成的，其提供低重量、低摩擦和低噪音。第三(并且在我们的实例中为最后一个)减速级是可以从发动机将动力传递至自行车的前链条圈(15，16)的大部分并且以小的重量和尺寸传递大量转矩的链条驱动(14，15)。多数可商购的自行车具有这种链条圈并且这允许我们使用链轮(14)从而在第三减速级中具有与多数可商购的自行车的兼容性。通过使用链接第三减速级链轮(14，15)的额外链条可以将这些连接起来从而将动力从发动机传递至踏板曲柄组。

可替代地，第三减速级(14，15)可以是通过同步皮带连接的同步皮带轮或(正齿或螺旋)齿轮。

同样存在被安装至第二减速级的单向轴承(6)，其允许我们具有通向第三减速级的较小的链轮(14)，从而降低了在发动机与自行车的底部支架之间的距离。在链轮(14，15)之间的小距离是非常重要的，因为它们变得越近，在这些安装支架(10)上在这些链轮(14，15)之间的弯曲力减小。

单向轴承(6)用于，当骑行者踩踏板时，通过隔绝从齿轮(5)至齿轮(4)的动力的传递，电机(1)是不运动的，所以不存在干扰骑行者运动的阻力。

单向轴承(6)可以在第三减速级上，但是在这种情况下我们将失去在发动机与底部支架(11)之间的小距离优势。支撑电机与减速级的这些平行板(3)是由复合材料制成的，例如碳纤维复合材料或铝合金。这些平行支撑板(3)与壳体(23)产生封闭，这给予我们将速度控制器和电子器件放置在内的可能性。

最后，通过使发动机固定不产生移动的两个相反放置的金属支架而将发动机紧固到底部支架(11)上，并且可以快速地拆卸发动机。

本发明的创新在于，通过所描述的系统，我们在非常狭窄的非常小的空间中获得至少三个(3)减速级。所述尺寸具有的优点是，它不影响自行车的几何学，并且最重要的是，它不影响离地距离以及曲柄组(13)轴(12)的宽度。例如，标准曲柄组具有9cm至12cm的宽度，而在已知的电力中间驱动自行车中，标准宽度为16cm至20cm并且甚至22cm。这显著地使骑行者的膝盖受到应力。

用于电力推动的系统的小尺寸和大小允许我们使用非常小尺寸的高速电机。

此外，我们可以将本发明的所述系统附接到自行车上的某些其他位置，例如在踏板曲柄组(13)的轴(12)周围或在侧面惯常制造的自行车车架中。

由于本文中描述的用于电力推动的系统的特定特征，即其小尺寸和窄宽度，这使我们能够使用相同的电力推动系统并且将其应用于不仅用于推动自行车、还用于推动需要轻重量、高速度和窄宽度的轻便摩托车或轻量级轮式运输车辆和机器人应用的任何其他的装置的电力发动机。

Claims (9)

1.一种用于电力发动机的系统，该系统用于推进自行车、轻便摩托车或者轻量级轮式运输车辆和机器人应用的任何其他的装置，所述系统的特征在于

该系统包括至少三个减速级，

-电机(1)的轴(18)的输出齿轮(19)总是朝该发动机的轴(8)的输出齿轮(14)的相反侧指向，

-第一减速级(19，20，22)和第二减速级(4，5)总是在同一侧并且

-该电机(1)的输出小齿轮轴(19，18)总是在最后一个减速级(14，15)的相反侧上。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括：

-一个电机(1)，

-被直接安装在该电机(1)的小齿轮轴输出(18，19)上的一个行星驱动(2)，作为减速的第一级，

-构成减速的第二级的至少两个齿轮(4，5)，

-一个单向轴承(6)，

-一个轴(8)，该轴将动力从最后一个减速级之前的减速级(4，5)传递至该最后一个减速级(14，15)，该轴(8)平行于自行车的底部支架(11)并且平行于该电机(1)的轴，

-包括至少两个齿轮(14，15)的最后一个减速级，并且最后一个齿轮(14)在该电机(1)的小齿轮轴输出(18，19)的相反侧上，

其中，该电机的输出轴总是在该最后一个减速级的相反侧上指向。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的系统，其中，该电机(1)是一个高速电机(即，4.000rpm至10.000rpm)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，该单向轴承(6)被定位在该第二减速级的大齿轮(5)之内，该大齿轮(5)则必须是空心的。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，该单向轴承(6)被定位在该最后一个减速级的这些齿轮(14，15)中的任何一个齿轮之内，则该齿轮必须是空心的。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述系统被安装在多个平行安装板(3)上，这些平行安装板通过多个安装支架(10)来紧固在该自行车的底部支架(11)上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其中，所述系统能应用于任何准备好的自行车车架或者可在生产阶段中已经被结合在该自行车的车架中。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，在相同的壳体(3，23)中包括该底部支架(11)和存在于该底部支架(11)中的轴(12)，并且所述壳体被结合在自行车车架之内。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，该系统不需要是其所应用在的车辆和机器人应用的永久固定装置，而是能随意地、不需要具体技术知识地紧固或拆卸。