CN110770114B - 具有功率分流的电动自行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于自行车(1)的电驱动器(2)，所述电驱动器包括：具有驱动轴(8)的电动马达(5)；从动轴，不可转动地连接至驱动轮(11)以与自行车(1)的轮驱动器(4)耦联的从动轴(6)；变速器(7)，其将驱动轴(8)驱动连接到从动轴(6)，‑其中，变速器(7)包括：在驱动转动方向(13)上不可转动地连接到从动轴(6)的从动轮(12)，以及至少两个输出轮，即第一输出轮(14)和第二输出轮(15)，其分别与从动轮(12)啮合以驱动从动轮，并在圆周方向(16)相互错开；其中，变速器(7)具有将电动马达(5)的驱动功率分配到输出轮(14、15)的功率分流(17)。

Description

具有功率分流的电动自行车

本发明涉及一种用于自行车的电驱动器或辅助驱动器，以及一种配备有这种电驱动器或辅助驱动器的自行车。

具有电驱动器的自行车通常被称为“电动自行车”。这里电驱动器可以用作唯一的驱动器，即作为主驱动器，但是优选地作为辅助驱动器。在本文中，术语“驱动器”既理解为主驱动器，也理解为辅助驱动器。在辅助驱动器中，电动马达支持相应骑车人的驱动力。在所谓的“助力自行车”中，仅实现这种驱动支持。在助力自行车中，不能只有对自行车的电动驱动而没有骑车者的驱动力。如果驱动器设计为主驱动器，则自行车也能够只通过电驱动器来驱动。在本文中，术语“自行车”应理解为不仅指两轮车，而且还指三轮车或四轮车。

这种电驱动器通常包括具有驱动轴的电动马达。此外设置了不可转动地连接至驱动轮的从动轴。该驱动轮耦联到链条驱动器或皮带驱动器或其他车轮驱动器，这些驱动器用于驱动自行车的从动轮，通常是自行车的后轮。换句话说，在安装后，驱动轮通过链条或皮带或其他耦联方式与自行车后轮驱动连接。此外，电驱动器包括将驱动轴驱动连接到从动轴的变速器。电动马达的相对较高的转速由此可以减小到从动轴的相对较低的转速。同时，由电动马达提供的转矩由此可以相应地增加。变速器例如可以具有从动轮，该从动轮在驱动转动方向上与从动轴不可转动地连接。变速器的“轮”优选是齿轮。

如果将电驱动器布置在踏板曲柄轴的区域中，则从动轮的直径会受到限制，从而不会损害自行车的离地间隙。相应地，必须向该从动轮引入相对较高的转矩。对此，变速器具有例如与从动轮啮合的输出轮。为了传递高转矩，在传统电驱动器中从动轮和输出轮必须由金属制成。金属轮比较昂贵，并且通常是驱动器中出现噪音问题的原因。

本发明解决的问题是，给出了针对上述类型的电驱动器或配备有上述类型的电驱动器的自行车的改进的实施例，其特点尤其在于廉价的可制造性和/或降低的噪音。

根据本发明，该问题通过独立权利要求的主题解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。

本发明基于一种总体思想，即在变速器上配备两个输出轮，用于驱动从动轮，并且因此分别与从动轮啮合。因此，所述至少两个输出轮布置在从动轮的周向上，沿周向方向彼此偏移。在变速器中还实现了将电动马达的驱动功率分配给至少两个输出轮的功率分流。这些措施导致在从动轮上要引入的总转矩被分配给至少两个啮合位置，即在至少两个输出轮的啮合位置上。由此，从动轮和各个输出齿轮上在相应的啮合中的负载显著降低。在将功率刚好均匀分配给两个输出轮的情况下，各个啮合位置上的转矩减半。在下文中被称为“第一输出轮”和“第二输出轮”的至少两个输出轮由此分别将一部分驱动功率引入从动轮。由于在各个啮合位置处的转矩明显减小，因此尤其可以生产由塑料制成的输出轮和/或从动轮。在这方面，可以降低制造成本。另外降低了噪声的危险。

有利地可以设置，第一输出轮绕其转动的第一转动轴线和第二输出轮绕其转动的第二转动轴线固定布置在变速器内。由此实现了容易实现的紧凑构造。

特别有利的是这种实施方式，其中第一输出轮绕其转动的第一转动轴线和第二输出轮绕其转动的第二转动轴线几何上布置在从动轴绕其转动的从动轴线与驱动轴绕其转动的驱动轴线之间。由此，一方面支持紧凑的构造。另一方面，这会增加驱动范围中自行车的离地间隙。在安装状态下，当自行车静置或在地面上行驶时，驱动器基本上布置在自行车的踏板曲柄轴上方。在此安装状态下，从动轴位于踏板曲柄轴的区域中，并因此形成驱动器的最低区域。因此，在安装状态下，输出轮位于从动轴上方以及驱动轴下方。

根据特别有利的实施方式，变速器可以包括行星变速器。现在，该行星变速器可以在输入侧例如通过相应的齿部或传动级与驱动轴耦联，在输出侧通过功率分流与输出轮耦联。然后，功率分流最终由输出轮和行星变速器的输出侧，或者由输出轮与行星变速器的输出侧的耦联形成。

这样的行星变速器可以具有太阳轮、至少两个行星轮、行星架和空心轮。通常，太阳轮和空心轮通过安装在行星架上的行星轮相互驱动地连接。这种行星变速器的特点是极其紧凑的结构和较大的传动比。在行星变速器内部，构成行星变速器输入侧的太阳轮经由行星架和/或空心轮上的行星轮进行内部功率分流，除了所讨论的功率分流，还提供了该内部功率分流，该功率分流在行星变速器的输出侧将驱动功率分配给输出轮。行星变速器的输出侧由行星架和/或空心轮形成。

换句话说，此处介绍的将驱动功率分配到输出轮的功率分流还用于在行星变速器内部形成的功率分配。

空心轮不可转动地连接到第一输出轮的实施方式现在是有利的。结果，太阳轮由电动马达驱动。然后，空心轮以明显降低的转速驱动第一输出轮。

特别有利的是一种改进，其中行星架不可转动地连接至与第二输出轮啮合的中间轮。在该实施例中，在太阳轮转动时同样转动的行星架用于驱动第二输出轮。就此，在行星变速器内完成变速器的功率分流。这里需要中间轮来同步两个输出轮的转动方向。此外，可以通过调节中间轮的尺寸(即，直径和齿的数量)来调节两个输出轮的功率分流比。优选1：1的功率分流比，以便两个输出轮分别将50％的驱动功率传递到从动轮。

另一改进提出，太阳轮不可转动地连接到太阳轴，太阳轴不可转动地连接到输入轮。电动马达的驱动轴又不可转动地连接到与输入轮啮合的驱动轮。有利地，驱动轮和输入轮的啮合构造为正齿轮传动。在正齿轮传动中，两个轮通过它们的齿部彼此径向啮合。有利地，两个输出轮与从动轮的啮合也分别配置为正齿轮传动。第二输出轮还可以与中间轮一起形成这种正齿轮传动。

根据特别有利的实施方式，输出轮现在可以是塑料轮。此外或替代地，从动轮可以是塑料轮。显然，这里可以使用纤维增强塑料。

有利地，从动轮可以通过自由轮组件与从动轴连接，该自由轮组件沿驱动转动方向将转矩从从动轮传递到从动轴，并且允许从动轮和从动轴沿与驱动转动方向相反的转动方向相对转动。特别地，由此从动轴可以在驱动转动方向上比从动轮转动得更快。

另一实施方式提出，从动轴设计为空心轴并且被踏板曲柄轴同轴穿过。在操作安装状态下，由此，在自行车上，踏板曲柄轴在纵向端分别设有踏板曲柄，其中各个踏板曲柄分别承载踏板，从而骑车人可以通过踏板，踏板曲柄和踏板曲柄轴将其驱动功率带入驱动器中。为此，踏板曲柄轴在驱动转动方向上与从动轴不可转动地连接。

优选地，踏板曲柄轴可以通过自由轮组件连接至从动轴，该自由轮组件沿驱动转动方向将转矩从踏板曲柄轴传递至从动轴，并且在与驱动转动方向相反的反向转动方向上允许踏板曲柄轴与从动轴之间的相对转动。借助该自由轮组件，从动轴在驱动转动方向上的转动速度可以比踏板曲柄轴更快。同样，踏板曲柄轴可以以与从动轴的转动方向相反的转动方向转动。

另一实施方式提出，驱动轴绕驱动轴线转动，而从动轴绕从动轴线转动。布置电动马达和从动轴使得驱动轴线与从动轴线平行，同时保持驱动轴线和从动轴线之间的径向距离。特别地，在自行车上的安装转台，电动马达布置在驱动轴上方，即在从动轴背离放置自行车的地面的一侧上。

在本文中，“轴”被理解为是实体构件，而“轴线”被理解为是假想直线。因此，在转动的轴中，相关的转动轴线与轴的纵向中心轴线重合。

适合地，输出轮几何上布置在驱动轴和从动轴之间。因此，除了从动轮之外，变速器仅在从动轴上方构建，这有利于自行车的离地间隙。

根据本发明的自行车，除了至少一个前轮和至少一个后轮之外，还包括踏板曲柄轴、轮驱动器(例如链条驱动器或皮带驱动器)以及上述类型的电驱动器。踏板曲柄轴也可以属于该驱动器的范围。轮驱动器用于驱动自行车的从动轮，该从动轮通常是后轮。

优选一种结构，其中当自行车静置或在地面上行驶时，输出轮布置在从动轴背离地面的一侧上。这样自行车可以在驱动范围内获得离地间隙。

特别有利的是一种设计，其中，当自行车在地面上静置或行驶时，除了从动轮，变速器布置在从动轴上方。

根据从属权利要求，附图以及参考附图的相关附图描述，本发明的其他重要特征和优位置将变得显而易见。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，不仅可以以给定的特定组合，而且可以以其他组合或单独地使用上述特征和下面将要说明的特征。

在附图中示出了本发明的优选实施例，并且在下面的描述中将更详细地解释本发明的优选实施例，其中，相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的组件。

分别示意性地示出，

图1是电驱动器的示意图，

图2至图4分别是驱动器在不同方向上的各部分的等距视图。

根据图1中，仅示出了自行车1的电驱动器2的区域包括踏板曲柄轴3和轮驱动器4，轮驱动器优选地设计为链条传动器4或皮带传动器4。通常还可以考虑万向节驱动器4。轮驱动器4用于驱动自行车1的未示出的从动轮，该从动轮优选是自行车1的后轮。另外，自行车1包括上述驱动器2。在此，自行车1的装配完成状态下，作为驱动器2的结构体的一部分的踏板曲柄轴3在其纵向端分别与踏板曲柄(未示出)不可转动地连接，踏板(也未示出)位于踏板曲柄上。

与图1至图4相应地，电驱动器2包括电动马达5，从动轴6和变速器7。电动马达5具有绕驱动轴线9转动的驱动轴8。从动轴6绕从动轴线10转动并且不可转动地连接到驱动轮11，优选齿轮。驱动器2通过驱动轮11连接到轮驱动器4，特别是链条驱动器4或皮带驱动器4或万向节驱动器4。

变速器7包括从动轮12，优选齿轮，该从动轮在以箭头指示的驱动转动方向13上与从动轴6不可转动地连接。从动轮12绕与从动轴6的从动轴线10重合的第三转动轴线35转动。变速器7还具有至少两个输出轮，优选分别为一个齿轮，即第一输出轮14和第二输出轮15。在其他示例中，可以存在两个以上的输出轮14、15。各个输出轮14、15用于驱动从动轮12，并为此与从动轮12啮合。这里，两个输出轮14、15在从动轮12的由图2中的双箭头所示的周向方向16上彼此偏移地布置在从动轮12上。第一输出轮14绕第一转动轴线33转动，而第二输出轮15绕第二转动轴线34转动。这些转动轴线33、34是固定的，也就是说，两个转动轴线33、34固定布置在变速器7内。换句话说，两个转动轴线33、34在驱动器2的操作期间不改变它们在变速器7内的空间位置或空间定向。变速器7配备有功率分流17，其将电动马达5的驱动功率分配给输出轮14、15。

在图2中可以清楚地看到，两个输出轮14、15在周向方向16上如何彼此偏移地分别与从动轮12啮合。由此大大减少了各个啮合位置的负担。第一输出轮14和从动轮12之间的第一啮合位置由18表示，而第二输出轮15和从动轮12之间的第二啮合位置由19表示。在图1的高度示意性侧视图中，第一输出轮14和从动轮12之间的第一啮合位置18是直接可看到的。然而，在该视图中不能直接看到第二输出轮15和从动轮12之间的第二啮合位置19，并且因此由虚线表示的作用连接表示。

在图2中还可以看出，输出轮14、15在几何上布置在驱动轴8和从动轴6之间。在驱动器2的安装状态下，当自行车1在地面(未示出)上静置或行驶时，驱动轴8位于从动轴6的背离地面的一侧。因此，除了从动轮12之外，变速器7的其余部分全部位于从动轴6的上方。

在此处所示的优选示例中，变速器7具有行星变速器20。该行星变速器20具有太阳轮21，至少两个行星变速器22，行星架23和空心轮24，所有的轮优选是齿轮。太阳齿轮21同轴布置在空心轮24中，并且通过行星轮22驱动连接到该空心轮。为此，行星轮22径向向内与太阳轮21啮合并且径向向外与空心轮24啮合。在该示例中，正好设置了四个行星轮22。

太阳轮24不可转动地连接到第一输出轮14。结果，太阳轮24经由第一输出轮14驱动从动轮12。此外，这里行星架23不可转动地连接到中间轮25，其中所述中间轮25与第二输出轮15啮合。因此，行星架23还经由中间轮25和第二输出轮15驱动从动轮12。有利地，设计功率分流17使得电动马达5的功率被平均分配到两个输出轮14、15。为此，选择中间轮25的直径和齿的数量，以使两个输出轮14、15的转动方向和转速同步。

有利地，太阳轮21不可转动地连接到太阳轴26，太阳轴又不可转动地连接到优选为齿轮的输入轮27。电动马达5的驱动轴8不可转动地连接到优选是齿轮的驱动轮28，该驱动轮与输入轮27啮合。太阳轴26与行星变速器20的平行于驱动轴线9和从动轴线10延伸的太阳轴线29同轴延伸。

由于啮合位置18、19的机械负荷的减小，根据一个有利的实施方式，两个输出轮14、15和/或从动轮12可以设计成塑料轮。

有利地，从动轮12通过自由轮组件30与从动轴6连接。该自由轮组件30沿驱动转动方向13将转矩从从动轮12传递至从动轴6。而在图2中由箭头指示的与驱动转动方向13相反的反向转动方向31上，自由轮组件30允许从动轮12和从动轴6之间的相对转动。由此，从动轴6例如可以在驱动转动方向13上转动，而从动轮12在驱动转动方向13上不转动或转动速度低于从动轴6。

有利地，从动轴6构造为空心轴，并且被踏板曲柄轴3同轴穿过。踏板曲柄轴3在驱动转动方向13上与从动轴6不可转动地连接。有利地，踏板曲柄轴3通过另一自由轮组件32与从动轴6连接。该另一自由轮组件32像上述自由轮组件30一样在从动轮12和从动轴6之间工作。相应地，另一自由轮32在驱动转动方向13上将转矩从踏板曲柄轴3传递至从动轴6，而在反向转动方向31上允许踏板曲柄轴3与从动轴6之间的相对转动。由此，从动轴6可在驱动转动方向13上转动，而踏板曲柄轴3不转动或沿反向转动方向31转动，或者沿驱动转动方向13以比从动轴6低的转速转动。

有利地，驱动轴线9和从动轴线10彼此平行，但彼此径向隔开。太阳轴线29还平行于驱动轴线9以及从动轴线10延伸。特别地，太阳轴线29几何上在驱动轴线9和从动轴线10之间延伸。从图2可以看出，驱动轴线9，从动轴线10和太阳轴线29可优选地在同一平面内延伸。此外，电动马达5和变速器7的布置使得输出轮14、15在几何上布置在驱动轴9和从动轴6之间。在安装状态下，输出轮14、15在从动轴6的上方。也位于从动轴6上方的电动马达5驱动驱动轴8。有利地，驱动轴8是电动马达5的内转子的组成部分。

Claims (16)

1.一种用于自行车(1)的电驱动器(2)，包括：

-电动马达(5)，其具有驱动轴(8)，

-从动轴(6)，其不可转动地连接至驱动轮(11)，以与所述自行车(1)的轮驱动器(4)耦联，

-变速器(7)，其将所述驱动轴(8)驱动连接到所述从动轴(6)，

-其中，所述变速器(7)具有：从动轮(12)，其在驱动转动方向上不可转动地连接至所述从动轴(6)；以及至少两个输出轮，即第一输出轮(14)和第二输出轮(15)，其分别与所述从动轮(12)啮合以驱动所述从动轮(12)，并且在周向方向(16)上相互错开；

-其中，所述变速器(7)具有功率分流(17)，所述功率分流将所述电动马达(5)的驱动功率分配给输出轮(14、15)；

所述变速器还包括：

不可转动地连接到所述驱动轴(8)的驱动轮(28)，

输入轮(27)，其与所述驱动轮(28)啮合，并且与所述第一输出轮(14)同轴布置；以及

中间轮(25)，其与输入轮(27)同轴布置，并且与所述第二输出轮(15)啮合。

2.根据权利要求1所述的驱动器(2)，其特征在于，所述变速器(7)具有行星变速器(20)，其在输入侧耦联至所述驱动轴(8)，并且在输出侧经由所述功率分流(17)耦联至所述输出轮(14、15)。

3.根据权利要求1或2所述的驱动器(2)，其特征在于，所述第一输出轮(14)绕其转动的第一转动轴线(33)和所述第二输出轮(15)绕其转动的第二转动轴线(34)固定布置在所述变速器(7)内部。

4.根据权利要求1或2所述的驱动器(2)，其特征在于，所述第一输出轮(14)绕其转动的第一转动轴线(33)和所述第二输出轮(15)绕其转动的第二转动轴线(34)几何上布置在从动轴(6)绕其转动的从动轴线(10)和驱动轴(8)绕其转动的驱动轴线(9)之间。

5.根据权利要求1所述的驱动器(2)，其特征在于，

-所述变速器(7)具有行星变速器(20)，其具有太阳轮(21)、至少两个行星轮(22)、行星架(23)和空心轮(24)，

-所述空心轮(24)不可转动地连接到所述第一输出轮(14)。

6.根据权利要求5所述的驱动器(2)，其特征在于，所述行星架(23)不可转动地连接到所述中间轮(25)。

7.根据权利要求5或6所述的驱动器(2)，其特征在于，

-所述太阳轮(21)不可转动地连接到太阳轴(26)，所述太阳轴(26)不可转动地连接到所述输入轮(27)。

8.根据权利要求1或2所述的驱动器(2)，其特征在于，所述输出轮(14、15)是塑料轮。

9.根据权利要求1或2所述的驱动器(2)，其特征在于，所述从动轮(12)通过自由轮组件(30)连接到所述从动轴(6)，所述自由轮组件(30)沿驱动转动方向(13)将转矩从所述从动轮(12)传递到所述从动轴(6)，并且在和所述驱动转动方向(13)相反的反向转动方向(31)上允许从动轮(12)和从动轴(6)之间的相对转动。

10.根据权利要求1或2所述的驱动器(2)，其特征在于，

-所述从动轴(6)设计为空心轴，并且被踏板曲柄轴(3)同轴穿过，

-所述踏板曲柄轴(3)在驱动转动方向(13)上不可转动地连接到所述从动轴(6)。

11.根据权利要求10所述的驱动器(2)，其特征在于，所述踏板曲柄轴(3)通过自由轮组件(32)连接到所述从动轴(6)，所述自由轮组件(32)沿驱动转动方向(13)将转矩从所述踏板曲柄轴(3)传递到所述从动轴(6)，并且在和驱动转动方向(13)相反的反向转动方向(31)上允许踏板曲柄轴(3)和从动轴(6)之间的相对转动。

12.根据权利要求1或2所述的驱动器(2)，其特征在于，

-所述驱动轴(8)绕驱动轴线(9)转动，

-所述从动轴(6)绕从动轴线(10)转动，

-所述驱动轴线(9)平行于所述从动轴线(10)并布置为与所述从动轴线(10)径向间隔开。

13.根据权利要求1或2所述的驱动器(2)，其特征在于，所述输出轮(14、15)在几何上布置在所述驱动轴(8)和从动轴(6)之间。

14.一种自行车(1)，包括：

-踏板曲柄轴(3)，

-轮驱动器(4)，其用于驱动所述自行车(1)的从动轮，

-根据前述权利要求中任一项所述的电驱动器(2)。

15.根据权利要求14所述的自行车(1)，其特征在于，当所述自行车(1)静置于地面或在地面上行驶时，所述输出轮(14、15)布置在所述从动轴(6)的背离地面的一侧。

16.根据权利要求14或15所述的自行车，其特征在于，在所述自行车(1)静置于地面或在其上行驶时，所述变速器(7)除了所述从动轮(12)之外都设置在所述从动轴(6)上方。

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