CN107438558B - 单电机动力单元和将该单元安装到自行车车架的方法 - Google Patents

单电机动力单元和将该单元安装到自行车车架的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单电机动力单元，其适于安装在自行车车架上，该单元包括一个电机(7)、相连的电源(13)、轴承(8)、曲轴小齿轮头(11)、推进小齿轮头(10)、行星齿轮箱(15)和至少一个中央处理器单元(12)。其中，推进小齿轮头(10)连接到大致同轴的具有测力系统的小齿轮(19)，并通过其连接到行星齿轮箱(15)，而轴承(8)的内部与曲轴(9)固定连接，轴承(8)的外部与曲轴小齿轮箱(11)固定连接。本发明还公开了一种将根据本发明的动力单元适当地安装在自行车车架中的方法。

Description

单电机动力单元和将该单元安装到自行车车架的方法
技术领域
本发明的主题是单电机动力单元，适用安装在自行车车架上，该自行车车架装配有一个马达，电源，轴承，曲轴小齿轮头，推进小齿轮头，行星齿轮箱和一个中央处理器单元，其中曲轴小齿轮头通过轴承连接到曲轴，并且中央处理器单元以有线或无线形式连接到该马达。本发明的主题还包括将该单元适当地安装到自行车车架上的方法。
背景技术
现有技术包括以下已知的解决方案。
欧洲公开文献EP2502819A1和欧洲专利文献EP 1878650B1描述了被称为VivaxAssist的产品。辅助发动机不可见，并且由座椅以上下方向安装。发动机以上下方向安装在座椅管中，并且适合于安装在各种车架中。与本发明相似，发动机支持在按压车把上的按钮之后脚蹬。大约1.8公斤重的装置的功率是200瓦特。发动机的缺点包括，例如在发生事故的情况下，如果发动机由于踏板卡住而不能保持转动，发动机甚至可能会损坏轴。另一个缺点是，小齿轮总是旋转，当发动机不运转时，从而受到摊销并产生阻力。
其他已知的解决方案包括安装在下部倾斜车架管中的辅助马达。并不是所有现有的车架都适合使用这种解决方案，并且这种方案的自行车也比最佳的重。一个显著的缺点是这样的电动自行车只能作为预先安装的单元购买和使用，并且不适合单独安装和使用独特的设置。
欧洲专利文献EP1193171B1和国际专利文献WO2005009831A2、WO2011146851A1描述了具有辅助发动机的电动自行车。
欧洲专利文献EP2228293A2描述了一种用于简单自行车的驱动自行车轴的发动机。
国际公开文献WO2011021164A2描述了用于电动自行车的装置。该发明将重点放在车轮的技术细节上。
国际公开文献WO2013067565A1描述了更传统的助力电动自行车，其比较重并且配备有外部辅助发动机。
现有的解决方案的共同缺点是它们明显重于15至20公斤，因此它们不适合运动活动或大量使用。另一个缺点是用户需要在上坡时保持设备开机。另一个缺点是这种装置的设计可能导致后轮在湿路上打滑，从而可能使用户处于危险之中。
发明内容
本发明的目的是消除已知解决方案的不足以实现一种安装有单个马达(单发动机)装置，该装置能够助力自行车骑行并且不被外界人员检测/察觉到的，并且可以通过使用具有测力系统的小齿轮轴以防止轴损坏和轴承自由旋转来以保护马达并防止推进小齿轮头磨损，从而以安全的方式实现这些目的。本发明的另一个目的是实现一个在安装后不能从外部看到的发动机，其尺寸和设计允许该发动机通过底部托架的安装孔装配到自行车的车架中。
本发明的方法的步骤基于认识到将小重量的不能从外部看到的发动机插入自行车车架中是有利的，使得具有测力系统的小齿轮也被安装，并且轴承可以在轴上自由旋转。这种认识允许发动机在某些必要的情况下安静地提高性能，而几乎不改变自行车的重量，并且发动机本身也被保护，因为安装的具有测力系统的小齿轮防止轴损坏，并且自由转动的轴承可以保护马达和推进小齿轮头免受磨损。
通常，该解决方案是单电机发动机用于有利地放置进自行车车架中，该自行车车架装配有一个马达，一个相连的电源，轴承，曲轴小齿轮头，推进小齿轮头，行星齿轮箱和一个中央处理器单元，其中曲轴小齿轮头通过轴承连接到曲轴，并且中央处理器单元与马达经由一开关通过有线或无线形式连接。
在一些实施例中，推进小齿轮头连接到至少近似同轴的具有测力系统的小齿轮并通过小齿轮连接到行星齿轮箱，而轴承的内部与曲轴固定连接并且轴承的外部与曲轴的小齿轮头固定连接。
在一个实施例中，该单元安置在座管中。在一个实施例中，该单元安置在车架管中。
在一个实施例中，带有测力系统的小齿轮具有弹簧、滚珠轴承和圆管，并且该具有测力系统的小齿轮通过位于圆管中的滚珠轴承连接到推进小齿轮头。
在一个实施例中，电源放置在自行车车架中或者放置在自行车的外部。
在通常的将本发明放置在自行车车架中的方法过程中，单电机动力单元被放置在座管或车架管中，并且通过底部托架的安装孔放置于车架管或座管的底部。
附图说明
下面结合附图和实施例更详细地说明本发明。
图1示出了单电机动力单元的轴视图；
图2示出了自行车的侧视图并呈现本发明的位置；
图3示出了单发动机电机动力单元的横截面；
图4示出了单发动机电机动力单元的另一横截面；
图5示出了具有测力系统的小齿轮的横截面。
具体实施方式
图1展示了单电机动力单元5以及连接的电源13的的空间视图。单电机动力单元5具有一个马达7和一个相应的电源13。电源13可以是产生运行马达7所需的电力的电池。电源13被连接到马达7，并且可以放置在几乎任何地方。电机控制器14也连接到马达7，其可由中央处理器单元12控制。中央处理器单元12与单电机动力单元5进行有线或无线连接。中央处理器单元12可以是可以启动马达7的任何东西，例如按钮、心率计、旋转计或速度计。甚至智能手机应用程序也可以用于此。在接收到给定的脉冲(过高的心率)，即将爬山以及用户按下按钮等情况下，中央处理器单元12通过马达控制器14启动马达7以支持曲轴9的驱动。马达7不需要连续工作，只在某些必要的情况下提供助力。这可能包括疲劳，上坡或其他情况。本发明中装配有三个小齿轮。在曲轴小齿轮头11和推进小齿轮头10之间构成齿轮连接。曲轴小齿轮头11是通过轴承8连接到曲轴9。轴承8的内部与曲轴9固定连接，轴承8的外部与曲轴小齿轮头11固定连接。推进小齿轮头10通过马达7和行星齿轮箱15驱动曲轴小齿轮头11。本发明的设备的新颖性在于，具有测力系统的小齿轮19位于行星齿轮箱15和推进小齿轮头10之间。具有测力系统的小齿轮19的曲轴和推进小齿轮头10的曲轴是相同的，并且是通过固定轴承18固定。该装置的一个基本特征是当用户简单地操作踏板时，马达7和推进式小齿轮头10不连接到曲轴9，因此它们不会磨损和撕裂。这是由于轴承8的安装，防止出现任何阻力。这提供了防止早期损坏和磨损的保护。当单电机动力单元5工作时，由于具有测力系统的小齿轮19和推进小齿轮头10是通过固定轴承18固定，马达7通过具有测力系统的小齿轮19驱动推进小齿轮头10，从而驱动曲轴小齿轮头11。因此，马达7和整个单电机动力单元5有助于驱动曲轴9并辅助人力。具有测力系统的小齿轮19在曲轴9的运动被阻止而马达7驱动曲轴9时确保单电机动力单元5不会损坏。由于事故或人力驾驶中断而导致的曲轴9的制动在装置上产生可能造成损伤和伤害的巨大和意想不到的动量。具有测力系统的小齿轮19的灵活性可以通过安装孔24设定。
图2示出了安装有从外部不可见的单电机动力单元5的普通自行车1的侧视图。因此，如果需要，可以使装置使用时保持安静。自行车1的车架2的主要部件是倾斜车架管3和基本竖直的座管4。单电机动力单元5从下方，曲轴9的方向，放置在后者，即座管4内部。单电机动力单元5也可以被从下方放置在前者，即车架管3内部。产生动力的电源13以不显眼的方式安装于座管4，隐藏于其中。当然，电源13可以安装在自行车1的其他部分，车架2中，或者甚至安装在用户身上。该图还示出了中央处理器单元12，在这种情况下，它是简单的按钮。中央处理器单元12与单电机动力单元5进行有线或无线连接，并指示运行的开始和结束。除了按钮之外，单电机动力单元5的中央处理器单元12还可以由里程表、手机、旋转计或心率计组成。
图3示出了曲轴9的一横截面，以及图4示出了曲轴9的另一纵向横截面，其中单电机动力单元5放置在座管4中。图3和图4详细呈现了单电机动力单元5的运行。单电机动力单元5的设计和尺寸使其适合于隐蔽地安装在任何自行车的座管4或另一框架管中，并且对自行车车架没有任何显着的改变。通过座管4的底部托架16的安装孔17进行安装。单电机动力单元5的部件包括马达7，相应的马达控制器14和提供动力的电源13。电机的运转取决于电源13的容量，电源13例如可以是一电池。该电池可以根据需要安装到自行车或车架中。嵌齿轮，曲轴小齿轮头11和推进小齿轮头10，在驾驶中起主要作用。曲轴小齿轮头11通过轴承8连接到曲轴9。推进小齿轮头10通过马达7和行星齿轮箱15驱动曲轴小齿轮头11。该装置的一新颖处之在于，作为主要安全方式的带有测力系统的小齿轮19位于行星齿轮箱15和推进小齿轮头10之间。具有测力系统的小齿轮19和推进小齿轮头10同轴，其由固定轴承18来保障。
图5更详细地示出了具有测力系统的小齿轮19。具有测力系统的小齿轮19通过滚珠轴承21连接到推进小齿轮头10。具有测力系统的小齿轮19和推进小齿轮头10同轴，其由固定轴承18来保障。具有测力系统的小齿轮19可以在两个方向上驱动，这使得电机单元的操作绝对静音和安静。当意外向后推动时，具有测力系统的小齿轮19防止对推进小齿轮头10的任何损坏。人力驱动自行车的中断会在装置上产生的巨大和意想不到的动量，这可能导致推进器小齿轮10损坏。具有测力系统的小齿轮19像扭矩扳手一样保护推进小齿轮10抵抗动量的有害冲击。圆管22和螺旋23可以在具有测力系统的小齿轮19中实现，使得滚珠轴承21位于圆管22中的螺旋23中，由弹簧20压下。弹簧20的路线可以通过安装孔24控制和调节。如果任何冲击或负载达到预设值，则由弹簧20压下的滚珠轴承21可以在圆管22中移动到下一个螺旋23，从而减小具有测力系统的小齿轮19上的压力。
本发明公开的装置具有许多优点。根据本发明的动力单元能够用于骑自行车并且可以内置在自行车车架。动力单元可用于助力用于爱好和旅游相关目的的自行车，以使上坡骑行不累，并有助于更长时间的骑行。本发明的另一个重要的优点是，当实际需要时，用户使用助力，而不是如同现有技术那样一直使用助力。本发明的另一个优点是外部不可察，这意味着它是安静的，并且由于其重量小，可以容易地运输。它可以轻松放在汽车上或放置在车顶行李架上。另一个重要的优点是由于向踏板轴线提供支持，将保持自行车的容易操纵性。本发明的另一个优点是，由于所安装的小齿轮具有测力系统，因此当轴不被人力驱动时，马达不会保持旋转。这也使得助力不被察觉。当发生事故时，由于脚踏板受到阻碍使得曲轴意外停止，该单元也能保护马达免于损坏。这也可以在强大的力量下保护曲轴免受破坏。系统也可以倒退行驶，使得设备的运行更加安静。实现这一点，使得具有测力系统的小齿轮防止推进小齿轮头在意外倒退行驶时损坏。人力驱动自行车的中断可能在装置上产生巨大和意想不到的动量，这可能导致齿轮箱的损坏。具有测力系统的小齿轮像扭矩扳手一样保护齿轮箱免受动量的有害影响。在具有测力系统的小齿轮中实现圆管和螺旋，使得滚珠轴承位于每个圆管中，由弹簧压下。如果任何冲击或负载达到预设值，则弹簧压下的滚珠轴承可以在圆管中移动到下一个螺旋，从而通过测力系统减小小齿轮的压力。由于其几何形状，单电机动力单元可以向后驱动，并且当关闭时，自行车可以由脚驱动而不会被嵌齿轮摩擦或转动，从而使得动力单元可不被察觉。如果用户开始意外地向后推动踏板，则具有测力系统的小齿轮可防止对推进小齿轮的任何损坏。在安装根据本发明的装置之后，自行车的重量可以保持8kg以下。由于重心位置偏低，使用者甚至不会注意到他骑着带有电动助力的自行车。当助力没有打开时，自行车就像任何其他自行车一样是普通的自行车。根据本发明安装动力单元使得疲劳的、训练有素的、甚至更年长或有病的人在更困难的情况下进行体育活动，并且可以完成更长的距离和上坡。本发明能够使自行车进行有效的运动，而不会在肌肉中产生任何乳酸，不会使心率变高，从而可以调节人力和动力单元的动力以及这两个因素的比例，从而促进受伤人员康复。这为用户提供了极好的机会，因为配备有这种装置的自行车的使用者可以通过结合自己的力量和动力单元的助力而行驶到更远地方并且骑行较长的距离，而不失去运动的乐趣，这是通过使用其他自行车、滑轮或不具有根据本发明的动力单元的类似物品无法比拟的。自行车个性化也是有利的。例如，可以设置动力单元何时接通，马达何时应该提供助力。设备的中央处理器单元可以是简单的按钮、旋钮、里程表、手机、旋转计，甚至心率计。例如，可以设定当心率较高时马达开启，并且一直提供助力，直到心率下降到期望阈值以下。由于单元的安置的设计，根据本发明的动力单元可以装配到任何自行车车架中是非常重要的优点。这个优点，即由于本发明可以装配到几乎任何现有的自行车车架中而不需要改变自行车车架，也可以通过将动力单元装配到垂直座管或倾斜的车架管中来确保。因此，动力单元增加了自行车和骑行者的性能/重量比，同时动力单元保持不被察觉和静默，并且自行车的重量仅增加大约1.5kg，而不会损害自行车的传统可用性和外观。如果需要酌情决定，也可以将单元的电源放置在自行车或用户的任何地方，甚至在皮包中或自行车车架内部也是重要的优点。电源可以是电池或用于生产和/或存储适合于该目的的电的任何其它单元。电源的容量可以个性化，容量更大的电池可以长时间驱动马达。该解决方案的新颖性和重要优点是由于在曲轴上自由运行的轴承，不产生阻力，并且在没有助力的情况下，齿轮和马达可以防止损坏和磨损。
除了上述示例性的实施例之外，本发明可以以其他形式实施和在保护范围内的其他制造程序来实现。

Claims (5)

1.一种适用于安装在自行车车架上的单电机动力单元，其特征在于，包括一个马达(7)、电源(13)、轴承(8)、曲轴小齿轮头(11)、推进小齿轮头(10)，行星齿轮箱(15)和中央处理器单元(12)，其中所述曲轴小齿轮头(11)通过轴承(8)连接到曲轴(9)并且中央处理器单元(12)与所述马达(7)进行有线或无线连接，其特征在于，推进小齿轮头(10)连接到具有大致同轴的具有测力系统的小齿轮(19)以及通过所述具有测力系统的小齿轮(19)连接到行星齿轮箱(15)，同时轴承(8)的内部与曲轴(9)固定连接，并且轴承(8)的外部与曲轴小齿轮头(11)固定连接，推进小齿轮头(10)通过马达(7)和行星齿轮箱(15)驱动曲轴小齿轮头(11)，其中，所述具有测力系统的小齿轮(19)包括弹簧(20)、滚珠轴承(21)、圆管(22)和螺旋(23)，并且所述具有测力系统的小齿轮(19)通过位于所述圆管(22)中的所述滚珠轴承(21)连接到所述推进小齿轮头(10)，其中所述圆管(22)和所述螺旋(23)可以在具有测力系统的小齿轮(19)中实现，使得所述滚珠轴承(21)位于所述圆管(22)中的所述螺旋(23)中，由所述弹簧(20)压下。
2.根据权利要求1所述的单电机动力单元，其特征在于，所述单电机动力单元被放置在座管(4)中。
3.根据权利要求1所述的单电机动力单元，其特征在于，所述单电机动力单元被放置在车架管(3)中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的单电机动力单元，其特征在于，所述电源(13)位于车架(2)的内部或自行车(1)的外部。
5.一种将权利要求1所述的动力单元适当地安装在自行车车架中的方法，其特征在于，通过底部托架(16)的安装孔(17)，于车架管(3)或座管(4)的端部，将所述单电机动力单元(5)放置在座管(4)或车架管(3)中。
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