CN107107987B

CN107107987B - 用于电动踏板辅助脚踏车的推进单元及脚踏车

Info

Publication number: CN107107987B
Application number: CN201580059257.7A
Authority: CN
Inventors: 保罗·卡波泽拉; 卢卡·卡尔米尼亚尼; 卢卡·努蒂; 乔治·普罗斯佩罗尼
Original assignee: Piaggio and C SpA
Current assignee: Piaggio and C SpA
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2035-10-27
Also published as: WO2016067200A1; MY183952A; KR102366036B1; US10392076B2; EP3212493A1; CN107107987A; EP3212493B1; US20170334515A1; JP2017533141A; KR20170094158A

Abstract

一种用于电动踏板辅助脚踏车的推进单元(8)及相关脚踏车，该推进单元包括电机(12)，具有定子(14)和能围绕马达轴线(M‑M)旋转的转子(16)，转子(16)操作地连接到曲柄销(18)，曲柄销限定曲柄轴线(X‑X)，其中，推进单元(8)包括用于操作和控制电机(12)的运行的至少一个电子单元(32)，其中，推进单元(8)包括至少一对外壳(24，26)，外壳限定容纳电机(12)并且至少部分地容纳曲柄销(18)的容纳空间(28)，其中，电子单元(32)容纳在容纳空间(28)内并在容纳空间内通过中间支撑元件(40)支撑，中间支撑元件(40)与外壳(24，26)中的至少一个接触，以便通过其将热量散发到推进单元(8)的外部。

Description

用于电动踏板辅助脚踏车的推进单元及脚踏车

技术领域

本发明涉及用于称为“EPAC”(电动踏板辅助脚踏车)的踏板辅助脚踏车的推进单元，以及包括所述推进单元的相关的踏板辅助脚踏车。

具体地，本发明涉及一种具有推进单元的脚踏车，该推进单元根据适当的控制方案对骑行者在使用该装置中通过踏板产生的踏板行程提供辅助。

背景技术

众所周知，这种类型的脚踏车解决方案的关键成功因素是紧凑性、轻便性、使用实用性、有吸引力的外观以及并非最不重要的合理的成本。

为了解决上述问题，在配备有布置在曲柄轴线附近的推进单元的现有技术的脚踏车中已经采用了若干解决方案，以便在需要时提供扭矩以辅助使用者。

然而，已知的现有技术的这些解决方案涉及一些缺点。

事实上，已知的解决方案相当庞大且重，这是因为推进单元包括各种部件，包括设置有定子和转子的马达单元、电池组以及将马达单元的运动传送到曲柄轴线的传动装置。

很明显，人们必须在驱动扭矩/马达自主性的需要与轻重量、紧凑、流线化和低成本之间寻找合适的折衷方案，驱动扭矩/马达自主性将涉及采用更大的马达单元和更重的电池组，而使用者对这种类型的踏板辅助车辆又期望轻重量、紧凑、流线化和低成本。

此外，为了限制整体尺寸，一些已知的解决方案需要非常紧密地包装推进单元的所有部件，这不可避免地使马达经受到相当大的热应力。

另外，为了防止总是由于过度加热而导致的电子单元的故障，因此总是将电子单元放置在推进单元外部的位置中，使得其可被容易地冷却。

然而，电子单元的这种布置从审美学的角度来看是不吸引人的，并且不可避免地增加了整体尺寸。

发明内容

因此，需要解决参考现有技术提到的缺点和限制。

通过根据本发明的推进单元满足该需要。

本发明提供了一种用于电动踏板辅助脚踏车的推进单元，包括：

-电机，具有定子和能围绕马达轴线旋转的转子，转子操作地连接到曲柄销，曲柄销限定机械地连接到踏板的曲柄轴线，

-其中，推进单元包括用于操作和控制电机的运行的至少一个电子单元，

-其中，推进单元包括至少一对外壳，外壳限定容纳电机并且至少部分地容纳曲柄销的容纳空间，

-其中，推进单元包括将运动从转子传送到曲柄销的传动装置，

-其中，电子单元被容纳在容纳空间内并在容纳空间内通过中间支撑元件支撑，中间支撑元件与外壳中的至少一个外壳接触，以便通过该至少一个外壳将热量散发到推进单元的外部。

附图说明

从以下实施方式的优选且非限制性实例的描述中，本发明的另外的特征和优点将是更可理解的，其中：

图1是根据本发明实施方式的推进单元的透视图；

图2-图4是从不同角度看到的图1的推进单元的剖视图；

图5是其中侧盖或外壳被移除后推进单元的侧视图；

图6是其中已经去除侧盖的推进单元的透视图；

图7是从图6的箭头VII一侧看到的图6的推进单元的侧面的正视图。

图8是其中省略了几个元件的根据本发明的推进单元的截取后的透视图；

图9是本发明的部分地组装的推进单元的透视图；

图10-图12是根据本发明的推进单元的部件的透视图；

图13是应用于脚踏车的根据本发明的推进单元的运动传递的示意图。

下面描述的实施方式之间的共同的构件或构件的部分将用相同的附图标记表示。

具体实施方式

参考上述附图，附图标记4总括地表示包括根据本发明的推进单元8的脚踏车的总体示意图。

本发明具体涉及通常称为“EPAC”(电动踏板辅助脚踏车)的踏板辅助脚踏车。

为了本发明的目的，脚踏车框架的类型是不相关的，也指具有多于两个车轮(前车轮和后车轮)的脚踏车。

推进单元8包括具有定子14和可围绕马达轴线M-M旋转的转子16的电机12，所述转子16操作地连接到曲柄销18，该曲柄销限定曲柄轴线X-X，其机械地连接到踏板20。

曲柄轴线X-X与马达轴线M-M同轴。

转子16与定子14同轴并且在定子的外部，以便径向地包围转子16；径向方向是指垂直于曲柄的轴线X-X并且与其相交的方向。

以这种方式，转子16包围并径向围绕定子14。

推进单元8包括至少一对外壳24、26，该外壳限定容纳电机12并且至少部分地容纳曲柄轴线X-X的容纳空间28。

优选地，外壳24、26由诸如金属的导热材料制成。

推进单元8包括用于操作和控制电机12的运行的至少一个电子单元32。电子单元32例如搁置在对应的支撑板34上。

推进单元8还包括将转子16的运动传递到曲柄轴线X-X的传动装置36，所述传动装置36整体布置在不对称位置中并且与曲柄轴线X-X偏离，以便在垂直于曲柄轴线X-X的投影平面上位于转子的投影的外部。

电子单元32被容纳并被支撑在所述容纳空间28内。

优选地，电子单元32被定位成落入垂直于曲柄轴线X-X的投影平面上的转子16的投影内。

根据一个实施方式，电子单元32相对于曲柄轴线X-X被整体定位在与驱动装置36相对的侧面上。

例如，电子单元32通常为“C”形并且围绕曲柄轴线X-X进行布置。

根据一个实施方式，推进单元8包括固定形式的中间支撑元件40，其以固定的方式支撑电子单元32；根据一个实施方式，中间支撑元件40可旋转地支撑转子16；中间支撑元件40也包含在容纳空间28内。

例如，转子16和电子单元32沿着曲柄轴线X-X相对于所述中间支撑元件40被定位在轴向相对的侧面上。

以这种方式，中间支撑元件40实现了不仅电机12的转子16和定子14之间的支撑和轴向分离，另一方面实现了对电子单元32的支撑。

所述中间支撑元件40围绕曲柄轴线X-X进行布置并且相对于其被固定。

中间支撑元件40接收并传送由电机12和电子单元两者产生的热量。通过中间支撑元件40在基本上轴向方向上接收到的这种热量由中间支撑元件径向散发，即远离曲柄轴线X-X。

事实上，中间支撑元件40与所述外壳24、26中的至少一个接触，以便通过这些外壳将热量从推进单元8径向向外散发。

优选地，中间支撑元件40由诸如金属的导热材料制成。

根据一个实施方式，推进单元8包括将所述中间支撑元件40机械地连接到电子单元32的至少一个柱形元件44，所述柱形元件44是热导体，其使得有可能将热量从电子单元32提取到中间支撑元件40，并且从中间支撑元件到外壳24、26的外部。

根据一个实施方式，至少一个所述柱形元件44相对于垂直于所述柱形元件的主延伸轴线的截面平面具有椭圆形截面。

例如，与圆形截面相比，对于相等的总体尺寸，椭圆形截面确保更大的热交换容量。

根据一个实施方式，电子单元32设置有至少一根电缆48和至少一个相关导管52；导管52借助诸如螺钉的至少一个附接装置56固定到电子单元32。

导管52和/或附接固定装置56是用于从电子单元本身散发热量的热导体。

如上所述，推进单元8包括传动装置36，以将移动从转子16传递到曲柄销18。

根据一个实施方式，传动装置36包括第一传动级60，其具有与转子16一体旋转并与其同轴的第一输入齿轮64，以及可围绕相对于旋转轴线X-X平行且偏移的第一轴线Y-Y旋转的第一输出齿轮68。第一输入齿轮64和第一输出齿轮68与彼此啮合。

根据一个实施方式，第一输入齿轮64由中间支撑元件可旋转地支撑。

例如，中间支撑元件40包括并界定容纳轴承72的孔70；轴承72包括固定并装配到限定孔70的中间支撑元件40的壁上的第一环73以及可移动并与所述第一输入齿轮64的一部分一体旋转的第二环74。以这种方式，由于插置有轴承72，中间支撑元件40可旋转地支撑第一输入齿轮64；此外，根据一个实施方式，由于杯状元件76，第一输入齿轮64与转子16一体旋转。例如，杯状元件76包括安置成与轴承72的第二环74干涉的环。

推进单元8包括第二传动级80，其具有与第一输出齿轮68一体旋转并与其同轴的第二输入齿轮84，以及与第二输入齿轮84啮合并且可与第二轴92一体旋转的第二输出齿轮88，第二轴限定与旋转轴线X-X和第一轴线Y-Y偏离并平行的第二轴线或基准轴线W-W。

例如，第二输入齿轮84借助凹槽形轮廓同轴地连接到第一传动级60的第一输出齿轮68。

例如，外壳24、26限定容纳用于所述第二轴92的支撑轴承100的底座98(图3)。

推进单元8包括第三传动级104，其具有与第二输出齿轮88一体旋转并与其同轴的第三输入齿轮106，并具有第三输出齿轮108，其与第三输入齿轮106啮合并且将动力传递到实现踏板辅助的旋转轴线XX上。

推进单元8包括安装在第三输出齿轮108与曲柄销18之间且和曲柄轴线XX同轴的第一飞轮112，以便当将曲柄放置在反向旋转中时(相对于行进的方向相反地推动推进)或者当车辆在与前进方向相反的方向上移动时，防止拖动(drag)推进单元8。

以这种方式，避免了使用者在脚踏车的反向推进和手动移动的阶段中遭受由于推进单元8的拖动引起的阻力。

优选地，推进单元8包括安装在第二轴92和第二输出齿轮88之间的第二飞轮116，以便将扭矩传递释放到第二输出齿轮88，从而在推进单元8不提供踏板辅助时，防止使用者拖动旋转中的推进单元的机构。

例如，所述第二飞轮116被配置成当第三传动级104的旋转速度大于或等于第二轴92的旋转速度时，使第二输出齿轮88与第二轴92成一体。

例如，第二飞轮116被配置为使得，如果第二轴92的旋转速度高于第二输出齿轮88的旋转速度，则由于与汽缸脱离接合，第二飞轮116使得有可能前进，因此防止了骑行者必须也将推进单元置于旋转中。

如可见的，根据本发明的推进单元8安装在脚踏车4上；曲柄销18例如通过链条传动运动地连接到脚踏车4的驱动轮120。

此外，已经限定了脚踏车4的前进方向F，推进单元8与脚踏车框架相关联，并且相对于脚踏车框架定向，使得电子单元32被至少部分地定位在前进方向F一侧上。

以这种方式，外壳24、26的围绕电子单元的部分被与运动中的车辆相遇的正面空气流直接且完全地包围，从而优化了电子单元32以及因此推进单元8的冷却。

现在将描述根据本发明的用于脚踏车的推进单元的操作。

具体地，基于所提供的逻辑来检测边界条件的电子单元32激活电机12，以便提供被添加到骑行者所产生的动力的动力辅助。不做详细讨论，管理踏板辅助的控制逻辑取决于通过部署在EPAC上的特殊传感器不时检测到的操作变量(诸如，例如斜率、速度、所需的扭矩等)以及适用于车辆类别的任何管制限制(通常它们可能考虑最大速度和电动马达的最大辅助力，超过最大速度时辅助必须停止)。

当达到干预条件时，电机被激活，即也是在这种情况下，不做详细讨论，根据合适的逻辑，一定的电流通过定子绕组14。

电流在定子14中通过之后，转子16进入旋转，提供踏板辅助，即施加扭矩并且因此将动力施加在曲柄销18上。操作整个系统所需的电力以化学能的形式包含在车载地安装在车辆上的电池组中。

进一步了解其机械操作的细节，在其运动中，转子16将装配在其上的第一输入齿轮64置于旋转中，第一输入齿轮与第一输出齿轮68一起构成第一传动级60的齿轮对。

例如借助凹槽形轮廓同轴连接到第一输出齿轮68的第二输入齿轮84将运动传递到第二输出齿轮88。

第二输入齿轮84和第一输出齿轮围绕第一轴线Y-Y一体地旋转，第一轴线Y-Y相对于旋转轴线X-X或曲柄轴线平行且轴向偏移。

第二输出齿轮88装配在第二轴92上，第二轴因此进入旋转。

第二轴92将第三传动级104的第三输入齿轮106置于旋转中，第三输入齿轮与第三输出齿轮108一起形成第三传动级104的齿轮对。

第三输出齿轮108最终传递曲柄轴线X-X的动力，从而实现踏板辅助。

在推进单元8中存在两个飞轮112,116。

如可见的，第一飞轮112安装在与曲柄轴线XX同轴的第三输出齿轮108和曲柄销18之间，以便当将曲柄或踏板20置于反向旋转中或者当车辆在与前进方向相反的方向上移动时，防止拖动(drag)推进单元8。

以这种方式，避免了使用者在脚踏车的反向推进和手动移动阶段中遭受由于推进单元8的拖动引起的阻力。

例如通过使用闩锁，借助各种技术方案可获得飞轮功能，并且优选地，飞轮与曲柄轴线X-X同轴地安装。由于闩锁的作用，曲柄销18可能会超过第三输出齿轮108，因此第三输出齿轮保持脱离接合，因此，在反向推进或脚踏车反向移动的情况下防止拖动推进单元8。

此外，如可见的，推进单元8包括安装在第二轴92和第二输出齿轮88之间的第二飞轮116，以便将扭矩传递释放到第二输出齿轮88，从而在不提供踏板辅助时，防止使用者拖动旋转中的推进单元8的机构。

例如，第二飞轮116被配置为使得，如果第二轴92的旋转速度高于第二输出齿轮88的旋转速度，则由于脱离汽缸，第二飞轮116有可能前进，因此防止了骑行者必须也将推进单元置于旋转中。

以这种方式，如果在向前行进中的使用者的动作如此以确保踏板的旋转速度高于由推进单元8施加的速度，则第二自动空转轮116使推进单元8脱离，推进单元8将以其他方式用作对于由使用者施加的驱动动作的制动器。相反，如果使用者施加在踏板20上的动作如此以产生低于由推进单元8施加的旋转速度的踏板旋转速度，则第二飞轮116允许扭矩从推进单元8传递到踏板。在这种情况下，使用者提供比由推进单元8产生的扭矩/功率更低的扭矩/功率；在任何情况下，使用者对踏板20施加的扭矩永远不会脱离，而是始终传递到曲柄销18，并且例如通过链传动件122传递到驱动轮。换句话说，使用者施加的作用在曲柄销18上的扭矩被添加到由推进单元传送的扭矩作用，该推进单元用作辅助使用者的动作的元件。

链传动件122可包括与曲柄销18和小齿轮126一体旋转的冠部124：冠部124和小齿轮126是齿形的，以便与链传动件122的链节适当地啮合。

显然，上述操作进而经受基于多个操作参数通过电子单元32实现的电机12的操作/干预逻辑。

从描述可理解，根据本发明的推进单元允许克服现有技术中存在的缺点。

具体地，被实现为向踏板辅助的脚踏车(EPAC)提供驱动动力(动力系单元)的本发明是非常紧凑的，因为其实施已经被提供在中心毂或曲柄轴线中。

事实上，为了在径向方向上获得高的紧凑性，单元设计成以便使得输出扭矩的轴线与踏板轴线同轴。

通过提供最小可能数量的参考来寻求紧凑性的目标，以将推进单元所施加的扭矩带到曲柄轴线上。事实上，从获得在所有方向上都可能的最紧凑的解决方案的角度来看，齿轮(由齿形轮的轴形成的三角形)的布局是优化的。

此外，使用前述齿轮对允许避免采用昂贵的行星齿轮组件，同时还实现了用于将运动从马达传递到曲柄销18的紧凑性的目的。

另外，涉及将电子单元插入马达单元的外壳内的所描述的架构允许进一步的紧凑性，以及将单元本身放置在安全和受保护的位置中。

由于单元围绕曲柄轴线并且与传动装置相对的“C”配置，进一步获得了紧凑性，一方面，有可能将电子单元容纳在单个紧凑的部件中，该紧凑的部件落入垂直于曲柄的轴线的投影平面上的转子的投影内，另一方面有可能将传动装置布置在仍然靠近曲柄轴线的位置中。此外，如可见的，由于在行驶期间从前方包围脚踏车的空气流，可更有效地冷却电子单元，并且另一方面，传动装置直接布置在后轮侧上。

电子单元可有利地插入到垂直于曲柄轴线的投影平面上的转子的投影中：以这种方式，实现推进单元的显著的紧凑。

此外，传动装置的后部和凸起布置有助于：

-使脚踏车的重心居中，改善动态行为和稳定性，

-增加车辆的所谓离地间隙，允许更容易克服诸如减速带的障碍物。

曲柄轴线和马达轴线之间的同轴性也允许优化电机的转子和定子元件的布局。

在这种情况下，我们选择了外部转子和内部定子的解决方案。对于相等的总体尺寸,使用位于定子外部的转子的设计允许优化由推进单元施加的扭矩，因为这增大了由转子产生的电动势所施加的臂。

因此，它也达到了以相等的总体尺寸优化驱动扭矩的目的。

此外，给定脚踏车的前进方向，推进单元优选地与脚踏车框架相关联，并且相对于脚踏车框架相定向成，使得电子单元至少部分地被定位在前进方向一侧。以这种方式，由于在推进运动期间空气撞击包围电子单元本身的外壳，使得可受益于冷却。

根据本发明的推进单元还采用了用于更有效的热量散发的技术：这一要求是由于以下事实，如果一方面电子单元在外壳内部的布置改善了推进单元的紧凑性，另一方面，则其增加了使电子单元过热的风险，因为其被发现处于封闭位置并且不与外部空气直接热交换。此外，推进单元的极端紧凑性使得转子/定子单元的热量散发更为关键。

为此，本发明提供了拓扑水平和机械紧固件水平下的技术，以便不仅优化电子单元的冷却，还优化马达的冷却。

事实上，在拓扑水平下，单元的优先定位要求单元在行进方向上定向，以便受益于由于脚踏车前面的空气进行的冷却。

此外，转子相对于定子在径向外部，使得外壳的覆盖其的对应部分可在脚踏车行进期间受到增加的冷却空气流的撞击。

此外，如可见的，柱形元件和相关导管被设计成有利于热交换，以便排放由电子单元产生的热量。

另外，被固定的中间元件能够接收来自马达的热流并且通过外壳将其传送到单元的外部。

换句话说，中间元件是接收来自电子单元和发动机的热量并将其传输到外部以便散发其的元件。

根据一个实施方式，中间元件接收沿轴向来自相对的侧面(分别来自电子单元的侧面和马达的侧面)的热量，并通过所述外壳将其朝向外部径向地发送。

为了满足可能的和具体的需要，本领域技术人员可对上述推进单元进行许多修改和改变，但是所有这些都包含在由所附的权利要求限定的本发明的范围内。

Claims

1.一种用于电动踏板辅助脚踏车的推进单元(8)，包括

-电机(12)，具有定子(14)和能围绕马达轴线(M-M)旋转的转子(16)，所述转子(16)操作地连接到曲柄销(18)，所述曲柄销限定机械地连接到踏板(20)的曲柄轴线(X-X)，

-其中，所述推进单元(8)包括用于操作和控制所述电机(12)的运行的至少一个电子单元(32)，

-其中，所述推进单元(8)包括至少一对外壳(24，26)，所述外壳限定容纳所述电机(12)并且至少部分地容纳所述曲柄销(18)的容纳空间(28)，

-其中，所述推进单元(8)包括将运动从所述转子(16)传送到所述曲柄销(18)的传动装置(36)，

-其中，所述电子单元(32)被容纳在所述容纳空间(28)内并在所述容纳空间内通过中间支撑元件(40)支撑，其中，所述中间支撑元件(40)还支撑所述转子(16)并且被包含在由所述外壳(24，26)形成的所述容纳空间(28)中，所述中间支撑元件(40)与所述外壳(24，26)中的至少一个外壳接触，以便通过该至少一个外壳将热量散发到所述推进单元(8)的外部。

2.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，所述推进单元(8)包括将所述中间支撑元件(40)机械地连接到所述电子单元(32)的至少一个柱形元件(44)，所述柱形元件(44)是热导体且使得能够将热量从所述电子单元(32)提取到所述中间支撑元件(40)并且从所述中间支撑元件提取到所述外壳(24、26)的外部。

3.根据权利要求2所述的推进单元(8)，其中，所述柱形元件(44)中的至少一个相对于垂直于所述柱形元件的主延伸轴线的截面平面具有椭圆形截面。

4.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，所述电子单元(32)设置有至少一个电缆(48)和至少一个对应的导管(52)，所述导管(52)通过至少一个附接装置(56)附接到所述电子单元(32)，所述导管(52)和/或所述附接装置(56)是热导体，以使热量从所述电子单元(32)散发。

5.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，固定式的所述中间支撑元件(40)能旋转地支撑所述转子(16)。

6.根据权利要求5所述的推进单元(8)，其中，所述转子(16)和所述电子单元(32)沿着所述曲柄轴线(X-X)相对于所述中间支撑元件(40)被定位在轴向相对的侧面上。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的推进单元(8)，其中，所述中间支撑元件(40)围绕所述曲柄轴线(X-X)进行布置并且相对于所述曲柄轴线被固定。

8.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，所述曲柄轴线(X-X)与所述马达轴线(M-M)同轴。

9.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，所述传动装置(36)与所述曲柄轴线(X-X)偏离并整体布置在非对称位置中，以便在垂直于所述曲柄轴线(X-X)的投影平面上位于所述转子的投影的外部。

10.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，所述转子(16)与所述定子(14)同轴并位于所述定子的外部，从而所述转子(16)径向地围绕所述定子(14)。

11.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，所述电子单元(32)被定位成在垂直于所述曲柄轴线(X-X)的投影平面上落在所述转子(16)的投影内。

12.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，所述电子单元(32)相对于所述曲柄轴线(X-X)被整体定位在与所述传动装置(36)相对的侧面上。

13.根据权利要求1所述的推进单元(8)，其中，所述电子单元(32)围绕所述曲柄轴线(X-X)大致成形为“C”形。

14.一种脚踏车(4)，包括根据权利要求1至13中任一项所述的推进单元，其中，在已经定义了所述脚踏车(4)的前进方向的情况下，所述推进单元(8)与所述脚踏车(4)的框架相关联并且相对于所述脚踏车(4)的框架定向成使得所述电子单元(32)被至少部分地定位在所述前进方向所在的侧面上。