CN107406119A - 用于自行车的电动辅助设备和装配有该设备的自行车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于自行车的电动辅助设备，其包括：电机(4)，所述电机(4)设置有支撑臂(7)并且包括转轴(16)，所述转轴(16)通过飞轮(19)支撑在其上的用于驱动的辊子(5)，支撑臂通过枢转轴(8)安装在自行车上用于在驱动位置和分离位置之间枢转；定位装置(28)，所述定位装置(28)可以被驱动用于在分离位置可释放地保持支撑臂；用于控制电机操作的装置(44)，所述装置(44)能够向电机供电以在自行车的车轮被驱动向前移动的方向上产生马达扭矩，并且能够将电脉冲输出至电机以在与所述马达扭矩相反的方向上产生反扭矩，引起支撑臂枢转并且驱动所述定位装置。

Description

用于自行车的电动辅助设备和装配有该设备的自行车
技术领域
本发明涉及用于自行车的电动辅助设备和装配有该设备的自行车。
背景技术
目前已知用于自行车的各种电动辅助设备。
一些设备使用设置在自行车轮之一的轮毂中的电机。
在文献DE-20314210-U1中描述的设备中，电动马达的小齿轮与自行车前轮的轮辋的内齿啮合。
另外在文献WO 2014/086728-A1中描述的设备中，电动马达的小齿轮与自行车轮的轮胎的侧齿啮合。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的电动辅助设备。
根据一个实施方案，提供一种用于自行车的电动辅助设备，所述电动辅助设备包括：
电机，所述电机设置有支撑臂并且包括转轴，所述转轴通过飞轮承载驱动辊，支撑臂通过枢转轴安装在自行车上，所述枢转轴的枢转轴线离转轴的轴线一定距离，使得在驱动位置，支撑臂能够在第一枢转方向上枢转以使驱动辊与自行车的车轮的环形区域接触，并且能够在第二枢转方向上枢转以分离驱动辊和该环形接触区域，
复位装置，所述复位装置在所述第一枢转方向上作用于所述支撑臂，
可驱动定位装置，所述可驱动定位装置用于在驱动辊的分离位置可释放地保持支撑臂，
以及用于控制电机操作的装置，所述装置能够向电机供应电能以通过飞轮构件和驱动辊在自行车的车轮被驱动向前移动的方向上产生驱动扭矩，并且能够将电脉冲传递至电机以在与所述驱动扭矩相反的方向上产生反扭矩，引起支撑臂在所述第二枢转方向上枢转，以及引起所述定位装置的驱动。
所述控制装置可以包括自行车的向前移动速度的传感器和电子装置，所述电子装置用于传递脉冲以根据由所述速度传感器发送的信号选择性地使转轴在反方向上旋转。
所述控制装置可以包括自行车的踏板的旋转的传感器和电子装置，所述电子装置用于传递脉冲以根据由所述旋转传感器发送的信号选择性地使转轴在反方向上旋转。
所述控制装置可以包括支撑臂的位置的传感器。
所述控制装置可以包括用于在向前移动的方向上向电机供电的控制手柄。
所述可驱动定位装置可以包括：连杆，所述连杆连接至所述支撑臂并且设置有互锁指状物；保持止动件；第一凸轮，在驱动辊的所述分离位置，当支撑臂在所述第二枢转方向上枢转时，所述第一凸轮用于引导互锁指状物直至该互锁指状物到达保持止动件；以及第二凸轮，当支撑臂在所述第一枢转方向上枢转时，所述第二凸轮用于引导互锁指状物，使得互锁指状物与保持止动件释放。
所述驱动辊可以包括齿，所述齿能够在驱动位置与自行车的车轮的所述环形接触区域的齿接合。
所述环形接触区域可以设置在自行车的车轮的轮胎上。
所述电机可以包括转子，所述转子被所述转轴承载并且围绕定子设置。
所述电机可以包括外围罩，所述外围罩固定至转轴并且承载转子。
当所述驱动辊处于所述分离位置时，所述用于控制电机操作的装置能够在产生所述驱动扭矩之后传递产生所述反扭矩的所述电脉冲。
还提供一种自行车，所述自行车装配有如上所述的电动辅助设备。
附图说明
现在将通过附图中显示的非限制性实施例描述电动辅助设备和装配有所述设备的自行车，在附图中：
-图1示出了装配有电动辅助设备的自行车的局部示意性侧视图；
-图2示出了电动辅助设备的侧视图；
-图3示出了电动辅助设备的电机的纵截面；
-图4示出了电动辅助设备在驱动位置的仰视图；
-图5示出了电动辅助设备在驱动位置的局部放大仰视图；
-图6示出了电动辅助设备在分离位置的仰视图；
-图7示出了电动辅助设备在分离位置的局部放大仰视图；
-图8示出了电动辅助设备的电子控制单元的电路图。
具体实施方式
图1显示了装配有电动辅助设备2的自行车1，所述电动辅助设备2能够产生驱动力用于驱动自行车的车轮3(例如其后轮)，使其旋转并且向前移动以辅助自行车手。
电动辅助设备2包括电机4，所述电机4包括驱动辊5，所述驱动辊5围绕电机4的轴线6旋转并且设置有侧面支撑臂7，所述侧面支撑臂7通过枢转轴8安装在自行车上，所述枢转轴8的枢转轴线9离电机4的轴线6一定距离，使得电机4以悬臂方式安装。
轴线6和9相对于彼此设置，使得在驱动位置，支撑臂7可以在第一枢转方向R1(图4)上枢转从而使驱动辊5与自行车的车轮3的环形区域10接触，并且可以在第二枢转方向R2(图4)上枢转从而分离驱动辊5和该环形接触区域10。
根据所示的实施例，自行车的车轮3包括安装在轮辋12上的轮胎11。环形接触区域10设置在轮胎11的胎侧上。驱动辊5具有外围齿，并且环形接触区域10具有齿，这几组齿在所述驱动位置彼此接合。根据特定布置，电机4的轴线6相对于该环形接触区域10基本上沿径向延伸。电机4的轴线6和枢转轴8的轴线9基本上平行，使得驱动辊5在基本上平行于环形接触区域10的轴线的平面中枢转。然而，电机4的轴线6可以相对于环形接触区域10倾斜，并且电机4的轴线6和枢转轴8的轴线9可以相对于彼此倾斜，使得驱动辊5在相对于环形接触区域10的轴线倾斜的平面中枢转。
根据所示的具体示例性实施方案，电动辅助设备2设置于在自行车的后轮3上方延伸的后行李架13的侧部的下方，并且枢转轴8安装在固定在后行李架13下方的固定支撑板14上，并且支撑臂7的一部分在该板14下方延伸。枢转轴8基本上竖直设置，使得支撑臂7可以基本上水平地枢转。
根据所示的实施例，电动辅助设备2设置在车轮3的左侧并且电机4设置在枢转轴8的前方。
如图2和3中具体显示，电机4包括支撑件15，所述支撑件15例如与支撑臂7以单独件形成并且例如通过沿轴向隔开的两个滚动轴承17和18而承载转轴16。驱动辊5通过飞轮19安装在转轴16的悬臂下端。该飞轮19设置成使得当供应电能时，电机4可以产生驱动扭矩并且使转轴16在一个旋转方向上旋转并且将其旋转移动传递至驱动辊5，在自行车的车轮3的向前运动的旋转方向上，特别是当驱动辊5与车轮3的环形区域10接合时。
根据所显示的可选的实施方案，转轴16穿过支撑件15，并且转轴16的上端设置有径向盘20，所述径向盘20装配有圆筒罩21，所述圆筒罩21以离支撑件15的上方芯部22一定的径向距离延伸。该圆筒罩21的内部设置有转子23，并且芯部22的外部设置有定子24。电机4因此具有旋转外保持架，支撑臂7从支撑件15的下部25开始侧向延伸，该下部通过上方芯部22向上延伸，同时从下方穿过圆筒罩21的下端。
现在将参考图4至图7描述能够定位旋转的支撑臂7的装置。
支撑臂7包括部分7a和部分7b，所述部分7a在枢转轴8和电机4的支撑件15之间延伸，所述部分7b延续该部分7a使其超过枢转轴8。
复位弹簧26水平地介于支撑臂7的部分7b和固定支撑板14的突出部27之间，并且在第一枢转方向R1上作用于支撑臂7。
电动辅助设备2包括可驱动定位装置28，所述可驱动定位装置28用于决定支撑臂7的角位置，更确切地用于将支撑臂7可释放地保持于角保持位置并且使支撑臂到达角释放位置，所述角保持位置对应于驱动辊5的上述分离位置，所述角释放位置对应于引导辊5的上述驱动位置。
定位装置28可以在传递至电机4的电脉冲的作用下被驱动，从而在定子24和转子23之间产生与所述驱动扭矩方向相反的反扭矩。由于存在飞轮19，能够实现该反扭矩。该反扭矩引起在枢转方向R2上抵抗复位弹簧26的支撑臂7的枢转，使得支撑臂7可以从角保持位置转变成角释放位置，反之从角释放位置转变成角保持位置。
根据一个可选的实施方案，定位装置28包括细长连杆29，所述细长连杆29位于垂直于枢转轴8的平面中并且一端以铰接方式通过轮轴30安装在支撑臂7的部分7b的端部上，并且所述细长连杆29在其另一端的附近承载突出的竖直互锁指状物31。
定位装置28包括引导板32，所述引导板32垂直于枢转轴8固定在固定支撑板14的下方。
引导板32具有开口33，所述开口33大致具有心形形状并且形成保持止动件34，所述保持止动件34位于该开口33内并且离开口33的侧壁一定距离。连杆29的互锁指状物31接合在引导开口33中并且可以在保持止动件34周围的空间中移动。
如图4和图5所示，在上述驱动位置下，互锁指状物31在自由位置下位于开口33的尖端35的附近。在该驱动位置下，通过驱动辊5决定支撑臂7的相应的角释放位置，所述驱动辊5在复位弹簧26的作用下挤压车轮3的环形接触区域10。互锁指状物31在支撑臂7的枢转方向上是自由的，复位弹簧26决定在自行车的车轮3的环形接触区域10上的驱动辊5的接触力。
如图6和图7所示，在确定的分离位置下，互锁指状物31互锁至保持止动件34的位于轮轴30相反侧的凹陷表面36，并且在弹簧26的作用下保持于该互锁保持位置，因此将支撑臂7保持在一定的角位置，在所述角位置下驱动辊5保持在与自行车的车轮3的环形驱动区域10分离的位置。
开口33的一侧限定第一引导凸轮37并且另一侧限定第二引导凸轮38。保持止动件34在与其凹陷表面36相反的侧面上限定引导凸轮39。
第一引导凸轮37和引导凸轮39用于引导互锁指状物31，使得在施加至电机4的电脉冲的作用下，该互锁指状物31在从上述自由位置(图4和5)向前移动的过程中抵抗复位弹簧26围绕保持止动件34的侧端40行进，然后在复位弹簧26的作用下并且在复位移动中，该互锁指状物31在上述互锁位置(图5和6)下支承在保持止动件34的凹陷表面36上。在这种情况下，驱动辊5从驱动位置(图4)转变成分离位置(图6)。
第二引导凸轮37用于引导互锁指状物31，使得在施加至电机4的电脉冲的作用下，该互锁指状物31抵抗复位弹簧远离保持止动件34的凹陷表面36移动并且从其互锁位置(图6和7)向前移动，然后在上述释放位置(图4和5)，在复位弹簧26的作用下并在在复位移动中，围绕保持止动件34的另一个侧向端部42行进从而位于保持止动件34的凹陷表面36上。在这种情况下，驱动辊5从分离位置(图6)转变成驱动位置(图4)。
如图1所示，自行车装配有用于控制电机4的电能供应的电池43和电子单元44，所述电池43和电子单元44例如固定在行李架13的下方。设置向前移动旋转传感器45以检测自行车的踏板46的旋转。进一步设置速度传感器47以检测自行车向前移动的速度。
此外，如图6所示，设置位置传感器48以检测例如连杆29的对应于驱动辊5的驱动位置和分离位置的极端位置。
如图7所示，电子单元44包括用于控制电机4的电能供应的电子电路49。该电子电路49接收由旋转传感器45传递的信号、由速度传感器47传递的信号、由位置传感器48传递的信号和由手柄50(图1中未显示)传递的信号从而进行可以由自行车手操作的加速控制或减速控制。电子电路49连接至电池3和电机4。
电子电路49可以编程从而根据由所述传感器传递的信号特别以如下方式操作。
在初始情况下，踏板46静止并且驱动辊5处于与自行车的车轮3的环形接触区域10分离的位置。
当踏板46转动时，电子电路49向电机4发送电脉冲从而造成转轴16在相反方向上移动，并且如上所述，造成引导辊5从分离位置转变成驱动位置。所述电脉冲的持续时间可以为约十分之一秒。
只要自行车的速度例如小于8千米/小时，驱动辊5保持于驱动位置。
当自行车的速度在8千米/小时和例如25千米/小时之间时，电子电路49一方面向电机4发送电脉冲以产生上述反扭矩，如上所述如果踏板46静止的话造成驱动辊5从驱动位置转变成分离位置，并且另一方面向电机4发送电脉冲以产生反扭矩，如上所述如果踏板46在向前移动方向上转动的话使驱动辊5从分离位置转变成驱动位置。
根据一个可选的实施方案，在所述传感器的控制下，当驱动辊5处于分离位置时，如果踏板46在向前移动方向上转动的话，电机4被供电以在第一阶段产生驱动扭矩，使得驱动辊5的速度基本上对应于环形接触区域的速度。然后在第二阶段，电脉冲传递至电机4从而产生反扭矩，并且如上所述造成驱动辊5从分离位置转变成驱动位置。其次，再次施加驱动扭矩。这避免了当最初静止的驱动辊5与轮胎的接触区域10接触时突然旋转而造成的震动、噪声和磨损。
借助于手柄50，当驱动辊5处于驱动位置时，自行车手可以控制电子电路49使得电子电路49向电机4供电从而使转轴16在向前移动的方向上旋转，以将辅助驱动力传递至自行车的车轮3。
本发明不限于上述实施例。
车轮3的环形接触区域10可以例如在轮辋12上形成。
电机4可以设置在车轮3外围的不同位置，并且辅助设备2可以安装在自行车的框架上。
定位装置28可以具有不同结构，为了实现支撑臂7的两个位置，定位装置28可以包括倾斜止动构件、具有弹簧的止动构件或旋转止动构件。
电动辅助设备2可以被设置成驱动自行车的前轮。
电子电路49可以根据不同于上述的控制规律进行编程。
电机4可以包括设置在定子内的转子。
支撑臂7可以连接至电机4的壳体。
本发明不限于上述实施例。在不偏离本发明的范围可能存在许多可选的实施方案。

Claims (12)

1.用于自行车的电动辅助设备，所述电动辅助设备包括：
电机(4)，所述电机(4)设置有支撑臂(7)并且包括转轴(16)，所述转轴(16)通过飞轮(19)承载驱动辊(5)，支撑臂通过枢转轴安装在自行车上，所述枢转轴的枢转轴线离转轴的轴线一定距离，使得在驱动位置，支撑臂能够在第一枢转方向上枢转以使驱动辊与自行车的车轮的环形区域(10)接触，并且能够在第二枢转方向上枢转以分离驱动辊和该环形接触区域，
复位装置(26)，所述复位装置(26)在所述第一枢转方向上作用于所述支撑臂，
能够驱动的定位装置(28)，所述能够驱动的定位装置(28)用于在驱动辊的分离位置能够释放地保持支撑臂，以及
用于控制电机操作的装置(44)，所述装置(44)能够向电机供应电能以通过飞轮构件和驱动辊在自行车的车轮被驱动向前移动的方向上产生驱动扭矩，并且能够将电脉冲传递至电机以在与所述驱动扭矩相反的方向上产生反扭矩，引起支撑臂在所述第二枢转方向上枢转，以及引起所述定位装置的驱动。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，控制装置包括自行车的向前移动速度的传感器(47)和电子装置，所述电子装置用于传递脉冲以根据由速度传感器发送的信号选择性地使转轴在反方向上旋转。
3.根据权利要求1和2任一项所述的设备，其中，控制装置包括自行车的踏板的旋转的传感器(45)和电子装置，所述电子装置用于传递脉冲以根据由所述旋转传感器发送的信号选择性地使转轴在反方向上旋转。
4.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中，控制装置包括支撑臂的位置的传感器(48)。
5.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中，控制装置包括用于在向前移动的方向上向电机供电的控制手柄(50)。
6.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中，所述能够驱动的定位装置包括：
连杆(29)，所述连杆(29)连接至所述支撑臂并且设置有互锁指状物(31)，
保持止动件(34)，
第一凸轮(37)，在驱动辊的所述分离位置，当支撑臂在所述第二枢转方向上枢转时，所述第一凸轮(37)用于引导互锁指状物直至该互锁指状物到达保持止动件，
以及第二凸轮(38)，当支撑臂在所述第一枢转方向上枢转时，所述第二凸轮(38)用于引导互锁指状物，使得互锁指状物与保持止动件释放。
7.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中，所述驱动辊(5)包括齿，所述齿能够在驱动位置与自行车的车轮的所述环形接触区域(10)的齿接合。
8.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中，所述环形接触区域(10)设置在自行车的车轮的轮胎上。
9.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中，电机包括转子(23)，所述转子(23)被所述转轴承载并且围绕定子(21)设置。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，电机包括外围罩，所述外围罩固定至转轴并且承载转子。
11.根据前述权利要求任一项所述的设备，其中，当所述驱动辊处于所述分离位置时，用于控制电机操作的装置(44)能够在产生所述驱动扭矩之后传递产生所述反扭矩的所述电脉冲。
12.自行车，所述自行车装配有根据前述权利要求任一项所述的电动辅助设备。
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