CN105848921A - 用于车辆的驱动轮的轮毂传输单元，驱动轮及具有辅助驱动的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的驱动轮(1)的轮毂传输单元，其具有：轮轴(2)；小齿轮毂架(7)，所述小齿轮毂架与所述轮轴(2)同心地布置且至少一个小齿轮可以旋转刚性方式安装在所述小齿轮毂架上以便驱动所述驱动轮(1)；以及扭矩传输装置(9)，所述扭矩传输装置径向布置在所述小齿轮毂架(7)和所述轮轴(2)之间且具有传输套筒(10)，所述传输套筒与所述轮轴(2)同心地布置且由以磁性方式编码的材料制成，且所述传输套筒具有：第一纵向末端(11)，输入耦合(13)提供在所述第一纵向末端上，所述第一纵向末端(11)和所述小齿轮毂架(7)借助于所述输入耦合而以旋转刚性方式耦合到彼此；以及第二纵向末端(12)，所述第二纵向末端背离所述第一纵向末端(11)且与所述第一纵向末端相距某一轴向距离而布置，且在所述第二纵向末端处提供输出耦合(17)，扭矩可以借助于所述输出耦合从所述传输套筒(10)传输到所述驱动轮，使得用于测量所述扭矩的所述传输套筒(10)的测量区域(20)轴向形成于耦合(13、17)，其中所述传输套筒(10)为在所述输入耦合(13)的轴向延伸区域的所述轮轴(2)上，借助于一所述径向轴承(21)，其以一飘浮方式在所述传输套筒的所述第一纵向末端上，並且与所述轮轴(2)相距某一径向间隔而被支撑。

Description

用于车辆的驱动轮的轮毂传输单元，驱动轮及具有辅助驱动 的车辆
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的驱动轮的轮毂传输单元、涉及具有轮毂传输单元的驱动轮，且涉及具有用驱动轮进行辅助驱动的车辆。
背景技术
针对满足不同个别移动性要求，电驱动车辆正获得越来越大的重要性。具体来说，电动自行车在增加，所述电动自行车是具有借助于电动机的辅助驱动的自行车。电动驾驶辅助常规地通过踏板借助于踩踏板来请求，所述踏板紧固到自行车的踏板曲柄，所述踏板曲柄以相对应明显的方式被交替下压。链环安装在踏板曲柄上以便将扭矩传输到自行车的驱动轮，通常为后轮，所述链环经由链条耦合到小齿轮，所述小齿轮在驱动方向上以扭转刚性方式安装在后轮上。电动机常规地容纳在后轮的毂中作为毂电机，对所述毂电机的电力供应由可再充电电池单元实现。踩踏板的强度借助于扭矩测量装置检测到，电力借助于控制装置以与所述扭矩测量装置相对应的方式从可再充电电池小区提供，所述电力被馈送到毂电机以用于电动自行车的辅助驱动。
对于扭矩测量装置，已知使用安装在后轮的毂上的测量套筒。测量套筒由具有相对应的磁化模式的非磁性材料产生，所述磁化模式在测量套筒上的扭矩的作用下改变。磁化模式中的此改变可以借助于电动操作的线圈对检测到，其结果是，可以得出关于扭矩的量值的结论。为了分接磁化模式，线圈对紧邻测量套筒而布置。此外，为了扭矩的足够准确的测量，测量套筒具有相对应较长的测量段，其结果是，测量套筒以径向和轴向稳定的方式安装在其两个纵向末端处。这引起以下问题：线圈对的布线较困难，且测量套筒不利地需要在毂处的大量安装空间。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于车辆的驱动轮的轮毂传输单元、具有轮毂传输单元的驱动轮以及具有用驱动轮进行辅助驱动的车辆，所述轮毂传输单元具有简单构造且是空间节约的。
所述目标借助于专利权利要求1、13和14的特征来实现。就此而言的优选改进在另外的专利权利要求中指定。
根据本发明的用于车辆的驱动轮的轮毂传输单元具有：轮毂；轮毂架，所述轮毂架相对于轮毂同心地布置，且至少一个小齿轮可以扭转刚性方式安装在所述轮毂架上以便驱动驱动轮；以及扭矩传输装置，所述扭矩传输装置径向布置在小齿轮毂架和轮轴之间且具有传输套筒，所述传输套筒相对于轮轴同心地布置且由以磁性方式编码的材料产生，所述传输套筒具有：第一纵向末端，驱动耦合提供在所述第一纵向末端上，第一纵向末端和小齿轮毂架经由所述驱动耦合以旋转刚性方式耦合到彼此；以及第二纵向末端，所述第二纵向末端经布置以便背离第一纵向末端且与其相距某一轴向间隔，在所述第二纵向末端处提供输出耦合，扭矩可以通过传输套筒经由所述输出耦合而传输到驱动轮，其结果是，传输套筒的测量区域轴向配置在所述耦合之间，以便借助于传输套筒的以磁性方式编码的材料的磁特性测量扭矩，所述磁特性在扭矩的影响下改变，传输套筒借助于径向轴承在驱动耦合的轴向范围区域中在其第一纵向末端处悬臂安装在轮轴上且与轮轴相距某一径向间隔而被支撑，其结果是，用于容纳用于分接测量区域的传感器线圈的环形空间径向提供在测量区域中的传输套筒与轮轴之间，所述环形空间可从传输套筒的外部在第二纵向末端处轴向进入。根据本发明的驱动轮具有：轮毂；轮毂传输单元；以及以扭转刚性方式安装在小齿轮毂架上的小齿轮中的至少一个，所述轮毂借助于输出耦合而耦合到小齿轮以便将扭矩从所述小齿轮传输到所述轮毂。根据本发明的具有用驱动轮进行的辅助驱动的车辆具有：用于驱动轮的定量辅助驱动的控制装置的驱动组合件；以及传感器线圈，所述传感器线圈被容纳在环形空间中以便分接传输线圈的测量区域，借助于所述传感器线圈可以致动控制装置，其方式为使得驱动组合件的驱动力矩被调适到将通过轮毂传输单元传输的扭矩。
作为环形空间由于传输套筒借助于径向轴承的悬臂安装而可从传输套筒的外部轴向进入这一事实的结果，(举例来说)内部传感器线圈在第二纵向末端处的布线将被有利地引导到传输套筒的外部，而不需要在轮轴中提供用于布线的另外通道。因此，轮毂传输单元的构造有利地是简单的。此外，传输套筒有利地具有较短配置，但提供测量区域以便足够长以用于所需的测量准确性。因此，轮毂传输单元的安装空间有利地较小，其结果实，轮毂传输单元可以容易地整合到驱动轮中。
优选的是，在扭矩的传输期间，输出耦合使传输套筒的第二纵向末端以轮轴为中心。这有利地实现以下情况，其中尽管传输套筒借助于径向轴承悬臂安装在第一纵向末端处，然而，在扭矩的传输期间在相对应的机械负荷的情况下，传输套筒在第二纵向末端处平滑地延伸。因此，在扭矩的传输期间传输套筒的机械弯曲疲劳负荷有利地较低。此外，传输套筒在第二纵向末端处的相对应的非圆形延伸将具有借助于传感器线圈在测量区域中测量的扭矩量值的错误的结果。输出耦合在第二纵向末端处的定心动作抵消此错误，其结果是，扭矩传输装置具有高测量准确性。
输出耦合优选地是自由轮。此处，优选的是，输出耦合是具有至少三个锁紧棘爪的锁紧棘爪自由轮，所述锁紧棘爪以相同间隔布置在圆周上；或者是具有至少三个辊的辊自由轮，所述辊以相同间隔布置在圆周上且在驱动旋转方向上自锁紧；或者是锯齿盘自由轮。具有其至少三个均匀布置的锁紧棘爪的锁紧棘爪自由轮以及具有其至少三个均匀布置的辊的辊自由轮具有围绕在第二纵向末端处的轮轴的自定心动作。锯齿盘自由轮在圆周上均匀构造，其结果是，锯齿盘自由轮具有自定心动作。以轮轴为中心意味着(举例来说)在扭矩通过输出耦合的传输期间，固持传输套筒的第二纵向末端，使得它同心地以轮轴为中心，弯曲力矩几乎像未出现在传输套筒上一样。
小齿轮毂架优选地是套筒，所述套筒挡住外部而覆盖传输套筒的测量区域。因此，通过传输套筒保护测量区域不受外部影响，其结果是，测量区域(举例来说)并不经受有害的环境影响，例如污垢或颠簸等。此外，因此给定小齿轮毂架某一长度，所述长度如此之大，使得多个小齿轮可以令人满意地容纳在小齿轮毂架上以便位于彼此相邻处。此外，优选的是，小齿轮毂架的外侧具有花键轴型面，所述花键轴型面通过交替地平行于轮轴延伸的凹槽和板条形成。小齿轮具有毂，所述毂以相对于花键轴型面负向的方式相对应地成形，其结果实，小齿轮可在周向方向上以正向锁紧方式以扭转刚性方式安装在小齿轮毂架上。
驱动耦合优选地具有轴向块，所述轴向块以轴向固定方式耦合到轮轴，且小齿轮毂架和/或传输套筒支承抵靠着所述轴向块以用于轴向固定。此处优选的是，轴向块是突起，所述突起从小齿轮毂架径向突出到内部，且紧固到所述小齿轮毂架，且传输套筒轴向支撑在所述突起上。此外，优选的是，驱动耦合在各种情况下都具有在传输套筒的第一纵向末端的外侧上和在小齿轮毂架的内侧上的一个螺纹，所述螺纹接合到彼此中且围绕轮轴螺旋，且传输套筒的第一纵向末端的端侧支承抵靠着轴向块。螺纹的卷绕方向优选地为如此，使得在扭矩的传输期间，传输套筒在轴向方向上朝向轴向块驱动。作为替代方案，优选的是，驱动耦合具有在传输套筒的第一纵向末端的外侧与小齿轮毂架的内侧之间的定位配合，所述传输套筒的第一纵向末端的端侧支承抵靠着轴向块。驱动耦合优选地具有粘合在小齿轮毂架和传输套筒之间的胶粘剂。
驱动耦合的稳定且紧凑的整体设计借助于驱动耦合的上述优选实施例实现，径向轴承提供在传输套筒的内侧与轮轴之间的驱动耦合的轴向范围区域中。作为径向轴承与螺纹或定位配合的对准的结果，在将扭矩从驱动耦合传输到输出耦合期间实现最优功率流。扭矩经由螺纹或定位配合以及端侧从小齿轮传输到小齿轮毂架，且经由轴向块传输到传输套筒，传输套筒的测量区域立刻从径向轴承和驱动耦合轴向突出。因此，在扭矩的传输期间在没有弯曲力矩的情况下使测量区域的扭转变得可能，所述弯曲力矩将损害施加在传输套筒上的扭矩测量。
轴向块优选地与小齿轮毂架一片式配置。作为轴向块径向突出到小齿轮毂架上的内部且螺纹配置在传输套筒和小齿轮毂架上这一事实的结果，在小齿轮毂架和传输套筒之间在轴向方向和径向方向上稳定的组合件借助于驱动耦合通过螺纹的螺纹连接和第一纵向末端的端侧支承抵靠着轴向块来实现。在扭矩经由驱动耦合从小齿轮毂架传输到传输套筒期间，(举例来说)没有破坏性翘曲和应力不均从驱动耦合传输到测量区域。因此，测量区域可以紧紧邻接驱动耦合，也就是说，径向轴承和定位配合的螺纹，其结果是，举例来说，不需要提供用于使测量区域中的应力峰值衰减的转变。因此，传输套筒的整体长度可以保持较低，但测量区域以其必要的轴向长度提供。此外，测量区域可以经引导远至输出耦合，其结果是，也不需要提供用于减少输出耦合和测量区域之间的翘曲和应力不均的转变。
作为提供输出耦合的结果，小齿轮毂架和传输套筒可以在各种情况下由适合于其的材料产生，所述材料优选地为用于小齿轮毂架的铝合金和用于传输套筒的高强度非磁性钢。另外，具有辅助驱动的车辆优选地是电动自行车。
附图说明
在以下文本中，将使用附加的图解图式解释本发明的一个优选实施例，其中：
图1示出轮毂的透视图示，以及
图2示出来自图1的轮毂的纵截面的图示。
附图标号说明
1 轮毂
2 轮轴
3 毂主体
4 第一轮毂轴承
5 第二轮毂轴承
6 轮毂传输单元
7 小齿轮毂架
8 小齿轮毂架轴承
9 扭矩传输装置
10 传输套筒
11 第一纵向末端
12 第二纵向末端
13 驱动耦合
14 轴向块
15 内螺纹
16 外螺纹
17 输出耦合
18 锁紧棘爪自由轮
19 锁紧棘爪
20 测量区域
21 悬臂安装
22 第一深凹槽滚珠轴承
23 第二深凹槽滚珠轴承
24 环形空间
25 传感器线圈
26 端侧
具体实施方式
如从图中可见，轮毂1具有轮轴2和毂主体3。毂主体3安装在轮轴2上，使得所述毂主体可以借助于第一轮毂轴承4和第二轮毂轴承5同心地围绕轮轴2旋转。轮轴2完全轴向延伸通过轮毂主体3，第一轮毂轴承4布置在轮毂主体3的一个纵向末端处且第二轮毂轴承5布置在轮毂主体2的另一个纵向末端处。彼此相距某一轴向间隔而布置的两个平面环提供在轮毂主体3上，平面环辐条可以钩到所述轮毂主体中。
此外，轮毂1具有轮毂传输单元6，所述轮毂传输单元围绕轮轴2与第二轮毂轴承5侧向相邻而布置且在第一轮毂轴承4的另一侧上。轮毂传输单元6具有小齿轮毂架7，所述小齿轮毂架被配置为套筒且具有在其外侧上用于将至少一个小齿轮安装在小齿轮毂架7上的花键轴型面。小齿轮毂架7从毂主体3侧向突出，轮轴2既延伸通过毂主体3也延伸通过小齿轮毂架7。在小齿轮毂架7的面向轮毂主体3的那个侧面上，小齿轮毂架7借助于小齿轮毂架轴承8径向安装在毂主体3上，小齿轮毂架轴承8支承其在小齿轮毂架7上的内环且支承其抵靠着毂主体3的外环。
轮毂传输单元6具有扭矩传输装置9，其具有传输套筒10。传输套筒10布置在小齿轮毂架7内，且像小齿轮毂架7一样，同心地围绕轮轴2。传输套筒10具有第一纵向末端11和第二纵向末端12，第一纵向末端11经布置以便背离毂主体3且第二纵向末端12经布置以便面向毂主体3。在第一纵向末端11处，传输套筒10借助于驱动耦合13而耦合到小齿轮毂架7。驱动耦合13具有径向突出到小齿轮毂架7上的内部的轴向块14。轴向块14完整地配置在小齿轮毂架7上且布置在小齿轮毂架7的背离毂主体3的那个纵向末端处。此外，驱动耦合13具有内螺纹15，所述内螺纹配置在传输套筒10的第一纵向末端11的外侧上。以与内螺纹15相对应的方式，驱动耦合13具有外螺纹16，所述外螺纹配置在小齿轮毂架7的内侧上，轴向块14布置在小齿轮毂架7的背离毂主体3的那个侧面上。传输套筒10借助于其外螺纹16旋拧到小齿轮毂架7的内螺纹15，外螺纹16邻接传输套筒10的第一纵向末端11的端侧26，其结果是端侧26支承抵靠着轴向块14。
通过锁紧棘爪自由轮18形成的输出耦合17配置在传输套筒10的第二纵向末端12处。锁紧棘爪自由轮18具有至少三个锁紧棘爪19，所述锁紧棘爪均匀地分布在圆周上，在扭矩的传输期间，锁紧棘爪自由轮18利用其锁紧棘爪19以定心动作作用于传输套筒10的第二纵向末端12。
传输套筒10由以磁性方式编码的材料产生，驱动耦合13和输出耦合17之间的区域被配置为测量区域20。用于传输套筒10的悬臂安装21提供在驱动耦合13的轴向区域中，也就是说，提供在螺纹15、16和轴向块14的轴向范围的区域中。悬臂安装21通过第一深凹槽滚珠轴承22和第二深凹槽滚珠轴承23形成，所述第一深凹槽滚珠轴承和第二深凹槽滚珠轴承布置在轮轴2上以便位于彼此相邻处，且以距轮轴2某一径向间隔支撑在第一纵向末端11处的传输套筒10。紧邻于深凹槽滚珠轴承22、23，测量区域20延伸远至刚好到驱动耦合13。环形空间24产生在测量区域20之下，在所述环形空间24中布置有具有用于分接测量区域20的两个线圈的传感器线圈25。传感器线圈25的布线铺设在传输套筒10的第二纵向末端12处，因为传输套筒10由于悬臂安装21的缘故在此处可从外部进入。布线布置在轮轴2和传输套筒10之间。未提供用于在传输套筒10或轮轴中布线的通道。
根据驱动旋转方向定向的扭矩作用于小齿轮以便驱动毂主体3。锁紧棘爪自由轮18安装到轮毂1中，其方式为使得锁紧棘爪19在驱动旋转方向上锁紧。扭矩经由轮毂架7的花键轴型面从小齿轮传输到所述轮毂架。作为螺纹15、16的螺纹连接和端侧26抵靠着轴向块14的支承的结果，扭矩从轮毂架7传输到传输套筒10的第一纵向末端11。传输套筒10的径向支撑和安装通过深凹槽滚珠轴承22、23实现。扭矩借助于锁紧棘爪自由轮18被传输到在传输套筒10的第二纵向末端12处的毂主体3。纵向末端11、12经由测量区域20以扭转刚性方式耦合，其结果是测量区域20被扭转。应用在测量区域20上的磁化模式以取决于扭转的量值的方式改变。所述改变通过传感器线圈25检测到。借助于传感器线圈25的布线，将所述传感器线圈的电信号引导到轮毂1的外部。

Claims (15)

1.一种用于车辆的驱动轮(1)的轮毂传输单元，其具有：轮轴(2)；小齿轮毂架(7)，所述小齿轮毂架相对于所述轮轴(2)同心地布置且至少一个小齿轮可以扭转刚性方式安装到所述小齿轮毂架上以便驱动所述驱动轮(1)；以及扭矩传输装置(9)，所述扭矩传输装置径向布置在所述小齿轮毂架(7)和所述轮轴(2)之间且具有传输套筒(10)，所述传输套筒相对于所述轮轴(2)同心地布置且由以磁性方式编码的材料产生，所述传输套筒具有：第一纵向末端(11)，驱动耦合(13)提供在所述第一纵向末端上，所述第一纵向末端(11)和所述小齿轮毂架(7)经由所述驱动耦合而以旋转刚性方式耦合到彼此；以及第二纵向末端(12)，所述第二纵向末端经布置以便背离所述第一纵向末端(11)且与其相距某一轴向间隔，在所述第二纵向末端(12)处提供输出耦合(17)，扭矩可以通过所述传输套筒(10)经由所述输出耦合而传输到所述驱动轮，其结果是，所述传输套筒(10)的测量区域(20)轴向配置在所述耦合(13、17)之间，以便借助于所述传输套筒(10)的所述以磁性方式编码的材料的磁特性测量所述扭矩，所述磁特性在所述扭矩的影响下改变，所述传输套筒(10)借助于径向轴承(21)在所述驱动耦合(13)的轴向范围区域中在其第一纵向末端处悬臂安装在所述轮轴(2)上且与所述轮轴(2)相距某一径向间隔而被支撑，其结果是，用于容纳用于分接所述测量区域(20)的传感器线圈(25)的环形空间(20)径向提供在所述测量区域(20)中的所述传输套筒(10)与所述轮轴(2)之间，所述环形空间(20)可从所述传输套筒(10)的外部在所述第二纵向末端(12)处轴向进入。
2.根据权利要求1所述的轮毂传输单元，在所述扭矩的所述传输期间，所述输出耦合(17)使所述传输套筒(10)的所述第二纵向末端(12)以所述轮轴(2)为中心。
3.根据权利要求2所述的轮毂传输单元，所述输出耦合(17)是自由轮。
4.根据权利要求3所述的轮毂传输单元，所述输出耦合是具有至少三个锁紧棘爪(19)的锁紧棘爪自由轮(18)，所述锁紧棘爪以相同的间隔布置在圆周上；或者是具有至少三个辊的辊自由轮，所述辊以相同的间隔布置在圆周上且在驱动旋转方向上自锁紧；或者是锯齿盘自由轮。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的轮毂传输单元，所述小齿轮毂架(7)是套筒，所述套筒挡住所述外部而径向覆盖所述传输套筒(10)的所述测量区域(20)。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的轮毂传输单元，所述驱动耦合(13)具有轴向块(14)，所述轴向块以轴向固定方式耦合到所述轮轴(2)，且所述小齿轮毂架(7)和/或所述传输套筒(10)支承抵靠着所述轴向块以用于轴向固定。
7.根据权利要求6所述的轮毂传输单元，所述轴向块(14)是突起，所述突起从所述小齿轮毂架(7)径向突出到所述内部，且紧固到所述小齿轮毂架，且所述传输套筒(10)轴向支撑在所述突起上。
8.根据权利要求7所述的轮毂传输单元，所述驱动耦合(13)在各种情况下都具有在所述传输套筒(10)的所述第一纵向末端(11)的所述外侧上以及在所述小齿轮毂架(7)的所述内侧上的一个螺纹(15、16)，所述螺纹(15、16)接合到彼此中且围绕所述轮轴(2)螺旋，且所述传输套筒(10)的所述第一纵向末端(11)的端侧(26)支承抵靠着所述轴向块(14)。
9.根据权利要求8所述的轮毂传输单元，所述螺纹(15、16)的卷绕方向是如此，使得在所述扭矩的所述传输期间，所述传输套筒(10)在所述轴向方向上朝向所述轴向块(14)驱动。
10.根据权利要求7所述的轮毂传输单元，所述驱动耦合(13)具有在所述传输套筒(10)的所述第一纵向末端(11)的所述外侧与所述小齿轮毂架(7)的所述内侧之间的定位配合，所述传输套筒(10)的所述第一纵向末端(11)的所述端侧(26)支承抵靠着所述轴向块(14)。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的轮毂传输单元，所述驱动耦合(13)具有粘合在所述小齿轮毂架(7)和所述传输套筒(10)之间的胶粘剂。
12.根据权利要求1到11中任一项所述的轮毂传输单元，所述小齿轮毂架(7)由铝合金制成且所述传输套筒(10)由高强度非磁性钢制成。
13.一种驱动轮，其具有：轮毂(1)；根据权利要求1到12中任一项所述的轮毂传输单元(6)；以及以扭转刚性方式安装在小齿轮毂架(7)上的小齿轮中的至少一个，所述轮毂(1)借助于输出耦合(17)耦合到所述小齿轮，以便将扭矩从所述小齿轮传输到所述轮毂(1)。
14.一种车辆，其具有：用根据权利要求13所述的驱动轮进行的辅助驱动；具有用于所述驱动轮的定量辅助驱动的控制装置的驱动组合件；以及传感器线圈(25)，所述传感器线圈被容纳在环形空间(24)中以便分接传输套筒(10)的测量区域，借助于所述传感器线圈(25)可以致动所述控制装置，其方式为使得所述驱动组合件的驱动力矩被调适到将通过轮毂传输单元(6)传输的扭矩。
15.一种具有根据权利要求13所述的辅助驱动的车辆，所述具有辅助驱动的车辆是电动自行车。
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