CN111295325A - 用于自行车的电气驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种用于自行车的电气驱动装置包括带有从动轴(16)的电动机(2)和角度传动装置(5)，从动轴(16)利用其起驱动作用地与自行车的车轮(10)可连接，设置有固定装置(4)，其承载电动机(2)且其构造用于将电动机(2)固定在车轮(10)的旋转轴(3)处。

Description

用于自行车的电气驱动装置

技术领域

本发明涉及一种用于自行车的电气驱动装置，包括带有从动轴的电动机和角度传动装置(Winkelgetriebe)，利用其，从动轴可起驱动作用地(antriebswirksam)与自行车的车轮连接。

本发明此外涉及一种自行车，其包括框架、前轮和后轮，其相应可旋转地支承在框架处，且此外包括电气的驱动装置。

背景技术

电动自行车在过去一些年应用越来越广泛且以最不同的特性(Auspraegung)在世界范围大批量地来生产。被应用于山地和野外的电动自行车也有高增长率，所谓的电动山地自行车。存在电驱动器的最不同的安装变体，其从毂马达(Nabenmotor)、中间马达(Mittelmotor)、摩擦马达、曲轴马达直至安装在框架的鞍-或下管中的马达。同，已知一变体，(DE 102010026405 A1)，在其中电动机直接经由角度传动装置驱动后轮，其中，被驱动的锥齿轮例如固定在后轮-制动盘上。

在所有已知的实施变体中，驱动器固定地且不可分离地安装在自行车框架处或者可作为改装套件(Nachruestsatz)附加地或多或少复杂地被安装到现有的自行车中。

发明内容

本发明目的在于将电气驱动装置改进成使得自行车在需要时能够以简单的方式以电驱动器来改装且驱动器又以简单的方式来移除。在此，驱动器的可靠的工作方式和改装也应在带有可动框架件的自行车中实现或确保，如例如在带有后轮弹性部(Hinterradfederung)的自行车中。

为了实现该目的，本发明的第一方面对于用于自行车的电气驱动装置主要在于，设置有固定装置，其承载电动机且其构造用于将电动机固定在车轮的旋转轴(Drehachse)处。通过将电动机固定在被驱动的车轮的旋转轴处，确保电机相对于车轮的限定的位置和因此角度传动装置的最佳接合。电动机的布置尤其不受框架件相对于被驱动的车轮的可能的相对运动影响。根据本发明的电气驱动装置因此也可容易地被用于驱动有弹性的后轮。

固定装置在车轮轴处的固定此外实现驱动器的快速装配和拆卸，其中，为了将车轮固定在自行车框架处存在的或设置的快速装配设备(例如快速张紧设备)尤其可被一起用于固定装置的固定。驱动器因此可无工具地被固定且又取下。这对于用户例如具有优点，即自行车在可无耗费地在需要时选择性地带有或不带有驱动器地来使用或者实现有效的防盗。

在车轮的旋转轴处的固定使能够围绕旋转轴可旋转地布置驱动装置，也就是说以可选的角度取向来定位，并且然后以所选择的角度取向来固定。由此可将驱动装置以简单的方式定位在与相应的自行车框架适配的部位处。由此可操作大量自行车品牌和型号。固定装置在期望的位置中固定在旋转轴处优选地可借助于夹持或旋拧无级地实现。

在本发明的范围中，固定装置在车轮的旋转轴处固定意味着，固定装置尤其固定在旋转轴的从轮毂伸出的区域处、优选地在旋转轴的自由端处。本发明因此不包括驱动器集成到轮毂中(毂马达)的实施方案。

根据本发明的驱动装置设计成之后安装到存在的自行车中，但是当然也可安装到新的自行车中且与驱动器一起来销售。

根据本发明的驱动装置包括角度传动装置，利用其，电机的从动轴可起驱动作用地与自行车的车轮连接。驱动装置的固定在此优选地实现成使得马达的从动轴径向于车轮的旋转轴延伸。用于固定驱动器的固定装置尤其构造成使得马达的从动轴的想象的延长部以90度的角度或者在另一实施型式中以不同于90度的角度与车轮的旋转轴相交。

角度传动装置根据本发明的一优选构造包括可与车轮、尤其车轮的毂或制动盘抗扭地连接的传动元件。

角度传动装置尤其构造为锥齿轮传动装置，其冠状齿轮(Tellerrad)可抗扭地固定在车轮、尤其车轮的毂或制动盘处，且其锥形小齿轮(Kegelritzel)布置在马达的从动轴处。

角度传动装置优选地不位于固定的传动装置壳体中，而是冠状齿轮和锥形小齿轮布置在相应分离的构件中，其由用户在使用中通过所说明的夹持机构接合在一起且又分离。

a) 冠状齿轮与自行车的毂固定地连接，其中，自行车该情况也可无驱动器地、然而带有冠状齿轮地如常见的自行车那样来使用。

b) 管状小齿轮固定地与电动车相连接。通过由用户将电机固定在自行车轴处才将两个构件固定地且力配合地彼此相连接。

根据一优选的构造方案，固定装置具有固定接板(Befestigungslasche)，其构造用于优选地可围绕旋转轴旋转地固定在车轮的旋转轴处。固定装置尤其包括用于电动机的支架(Halterung)，固定接板从该支架优选地平行于马达的从动轴延伸远离。固定接板优选地在电动机侧面且仅在其一侧上延伸，从而在固定接板与传动元件、尤其冠状齿轮之间留有足够的间距用于驱动小齿轮、尤其锥形小齿轮的布置。固定接板尤其在驱动小齿轮的背对传动元件、尤其冠状齿轮的侧面处延伸。固定接板在此可推到旋转轴的端部区域上或可固定在该端部区域上，该端部区域从自行车的框架件、尤其叉端(Ausfallende)向外伸出。换言之，车轮的旋转轴在角度传动装置的传动元件、尤其冠状齿轮与固定接板之间的轴向区域中穿过自行车的框架件、尤其叉端。

优选地在此设置成，固定装置、尤其固定接板具有用于容纳车轮的旋转轴的凹口、尤其孔，这样使得凹口、尤其孔的轴线以90度的角度或者在另一实施型式中以不同于90度的角度与从动轴的想象的延长部相交。固定接板因此可被推上或拧上到旋转轴上，其中，由此立刻确保从动轴的正确取向，即与车轮的旋转轴相交。

固定装置的因此需要的固定优选地由此实现，即固定装置、尤其固定接板具有用于在车轮的旋转轴上固定其轴向位置的固定器件。特别优选的是一构造方案，在其中固定接板可被推上到旋转轴上且可在占据合适的轴向位置之后借助于固定器件固定在其轴向位置中。

固定器件可包括夹持装置、尤其偏心夹(Exzenterklemme)。当固定接板如上所述具有凹口、尤其孔用于容纳车轮的旋转轴时，优选地设置成，固定器件构造用于改变凹口、尤其孔的直径。孔在此可构造在固定接板的开槽的区域中，从而例如由偏心操纵引起的槽宽度的减小导致直径的减小，由此在偏心夹的意义中夹持发生在车轮的旋转轴处。

通过所提及的固定，优选地同时也可固定驱动装置的角度取向、也就是说围绕车轮的旋转轴的旋转角度，从而由此提供扭转止动(Verdrehsicherung)，其阻止驱动装置由于驱动力或反作用力围绕车轮的旋转轴旋转。

这样的效果备选地或补充地也可由此来获得，即固定装置具有连接器件用于与自行车的未一起旋转的构件、优选地与后轮的盘式制动器的制动钳(Bremssattel)、制动钳容纳部或者自行车框架的一部分刚性连接。连接器件优选地包括夹持装置。

如果驱动装置可支撑在自行车的未一起旋转的构件处，不需要固定装置在车轮的旋转轴处抗扭的固定。在该情况中，因此可设置成，固定装置围绕车轮的旋转轴可自由旋转地布置在旋转轴处。驱动装置那么优选地包括车轮轴或可安装在车轮轴处的轴延长部(Achsverlaengerung)，其具有相对于车轮轴可旋转地支承的头部，固定装置可固定在头部上。

本发明根据第二方面涉及一种自行车，包括框架、前轮和后轮，其相应可旋转地支承在框架处，并且另外包括根据本发明的第一方面的电气驱动装置，其固定装置固定在后轮的旋转轴上，其中，角度传动装置的传动元件与后轮、尤其后轮的毂或制动盘抗扭地相连接，从而电动机的从动轴经由角度传动装置起驱动作用地与后轮相连接。

优选地，从动轴的想象的延长部与后轮的旋转轴相交。

优选地，固定装置、尤其固定接板抗扭地固定在后轮的旋转轴上。备选地可设置成，固定装置可围绕旋转轴旋转地来布置，从而固定装置仅在轴向上固定地布置在后轮的旋转轴上。

优选地，固定装置固定在布置在旋转轴的端部处的头部处。头部例如可具有比旋转轴的其余部分更大的直径。头部可不仅在轴向上而且在径向上固定地与旋转轴相连接。优选地然而设置成，头部围绕旋转轴可旋转地来支承且仅轴向固定地与旋转轴相连接。在车轮轴与固定装置之间那么没有在周向上起作用的力必须或能够再被接收，而是仅接收轴向力。由此总体上可在轴向上接收更高的力。这样可旋转的头部的另一优点在于，阻止不期望的旋转力到旋转轴(其用于将轮毂和由此后轮固定在自行车框架处)上。作用到旋转轴上的旋转力可引起轴的不期望的拧松或拧紧。优选地因此设置成，固定装置固定在布置在旋转轴的端部处的头部处，其中，头部可旋转地围绕旋转轴支承。

备选地，固定装置、尤其固定接板借助于夹持装置、尤其偏心夹抗扭地固定在后轮的旋转轴上。

优选地，固定装置借助于连接器件与自行车的未一起旋转的构件、优选地与后轮的盘式制动器的制动钳、制动钳容纳部或者自行车框架的一部分刚性地相连接。

同样，至自行车框架的连接可非刚性地、而是经由减震器实现。减震器可由橡胶或弹性元件构成。这具有优点，即出现的转矩峰值(其例如可在以自行车驶过地面不平时出现)被动态地捕获并且待引入的力被减小。

优选地，后轮的旋转轴穿过固定装置的、尤其固定接板的凹口、尤其孔。

优选地，后轮的旋转轴在角度传动装置的传动元件、尤其冠状齿轮与固定接板之间的轴向区域中穿过自行车的框架件、尤其叉端。

优选地，角度传动装置的传动元件、尤其冠状齿轮和后轮的制动盘具有相互对齐的孔，其容纳用于固定在轮毂处的固定器件、尤其螺栓。由此，在以根据本发明的电驱动器改装自行车的过程中可将制动盘的存在的螺栓接合一起用于冠状齿轮的固定。备选地，可设置有适配器，以便将冠状齿轮抗扭地装配在不具有制动盘的毂上。驱动器因此可被装配在带有任意毂的几乎任何自行车型式上，尤其还简单的城市自行车或负载自行车(Lastenrad)。

附图说明

接下来根据在附图中示意性示出的实施例更详细地来阐述本发明。其中：

图1示出了带有布置在后轮处的驱动装置的自行车的侧视图，

图2示出了后轮制动盘连同驱动器的详细视图，以及

图3示出了驱动装置的示意性剖视图。

具体实施方式

驱动器包括驱动单元1，电动机2、优选地无刷直流马达，可固定在自行车的后轮的旋转轴3上的固定装置4，锥齿轮传动装置5、电气控制装置6，用于测量踏板转数的传感装置7，可重复充电的电池(未示出)和操作单元8，其优选地被装配在转向器(Lenker)9处并且将控制信号缆线连接地或经由无线电(例如蓝牙)传输到控制单元6处。

根据本发明的电驱动器直接经由锥齿轮传动装置5驱动自行车的后轮10。锥齿轮传动装置5包括在从动轴上的锥形小齿轮21和锥齿轮(冠状齿轮)13。后轮10通常以快速张紧轴、所谓的插过轴(Steckachse)或另一轴(例如FG9,5，其中“FG”表示根据DIN 79012的自行车螺纹)固定在框架11处。根据具体的发明，存在的轴、尤其快速张紧轴或插过轴能够以延长的旋转轴3以如下方式来替换，即其如标准轴那样被推过框架11和毂22且在相对而置的侧面上以螺母或经由螺纹被旋拧在框架中。对于一些轴(例如FG9,5)，存在的螺母在驱动侧上通过可安装在轮轴处的、延长的旋转轴来替换。

延长的旋转轴3此外在驱动侧上具有头部12，其根据本发明用于容纳驱动单元1的固定装置4。

锥齿轮传动装置5的被驱动的锥齿轮13优选地被制造成使得其可与后轮-制动盘14的存在的螺栓一起来装配。用于不带盘式制动器的自行车的另一实施型式在于，被驱动的锥齿轮13在后轮毂上可通过适配器来固定。被驱动的锥齿轮13的直径和厚度优选地刚好构造成使得其在自行车框架11与制动盘14或后轮毂之间具有空间。在被驱动的锥齿轮13的装配和旋转轴3的替换之后，驱动单元1经由在固定装置4的固定接板15中的孔无级地被推到轴头部12上且优选地利用夹子固定在适合于精确地接合锥齿轮的部位处。夹持装置可直接集成在固定装置4中。夹持例如可经由偏心杆或经由螺栓接合实现。

驱动单元1的从动轴16以90度的角度或者在另一实施型式中以不同于90度的角度与后轮10的旋转轴3相交。旋转轴3的头部12的长度优选地构造成使得自行车框架的所有通用宽度可被操作。在固定接板15与锥齿轮13之间的区域中，轴3贯穿框架(在图3中未示出)。

转矩力一方面经由驱动单元1在轴头部12上的固定且附加地经由固定装置4与自行车框架11的偏心连接、优选地经由在带有盘式制动器的任何自行车中存在的制动钳容纳部17来接收。该连接的实施可包括被装配在制动钳容纳部17处的圆形芯轴(Runddorn)18和打孔的、可旋转地支承在固定装置4处的连接件20。

备选地，轴头部12可旋转地支承在轴3上，使得转矩力不在轴头部12处、而是仅经由固定装置4与自行车框架11的偏心连接来接收，例如根据上述的至制动钳容纳部的连接或在自行车框架件处的简单的支撑。

优选地，至自行车框架11的偏心连接可非刚性地、而是经由减震器实现，从而力被动态地接收。减震器例如可由橡胶或弹性元件构成。

电动机2优选地容纳在防水的壳体19中。

在另一实施方案中，将控制装置6直接与电动机2防水地集成在壳体19中。

在另一实施方案中，将控制装置6和电池直接与电动机2防水地集成在壳体19中。

在另一实施方案中，驱动单元1的位置不经由在轴头部12处的夹持来固定，而是经由螺纹套筒，其可被拧入马达支架中且在到达对于锥齿轮的精确接合正确的位置时借助于螺旋环(Schraubring)摆正(kontern)且利用偏心夹固定在自行车框架处。

Claims (18)

1.一种用于自行车的电气驱动装置，其包括带有从动轴(16)的电动机(2)和角度传动装置(5)，利用所述角度传动装置所述从动轴(16)能够起驱动作用地与所述自行车的车轮(10)连接，其特征在于固定装置(4)，所述固定装置承载所述电动机(2)且所述固定装置构造用于将所述电动机(2)固定在所述车轮(10)的旋转轴(3)处。

2.根据权利要求1所述的电气驱动装置，其特征在于，所述角度传动装置(5)包括能够与所述车轮(10)、尤其所述车轮(10)的毂或制动盘(14)抗扭地连接的传动元件(13)。

3.根据权利要求1或2所述的电气驱动装置，其特征在于，所述角度传动装置(5)构造为锥齿轮传动装置，其冠状齿轮(13)能够抗扭地固定在所述车轮(10)、尤其所述车轮(10)的毂或制动盘(14)处，且其锥形小齿轮(21)布置在所述从动轴(16)处。

4.根据权利要求1、2或3所述的电气驱动装置，其特征在于，所述固定装置(4)包括固定接板(15)，其构造用于优选地围绕所述旋转轴可旋转地固定在所述车轮(10)的旋转轴(3)处，其中，所述固定接板从用于所述电动机(2)的支架优选地平行于所述从动轴(16)延伸远离所述电动机(2)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电气驱动装置，其特征在于，所述固定装置(4)、尤其所述固定接板(15)如此具有凹口、尤其孔用于容纳所述车轮(10)的旋转轴(3)，这样使得所述凹口、尤其孔的轴线以90度的角度或者以不同于90度的角度与所述从动轴(16)的想象的延长部相交。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气驱动装置，其特征在于，所述固定装置(4)、尤其所述固定接板(15)具有用于将其轴向位置在所述车轮(10)的旋转轴(3)上固定的固定器件。

7.根据权利要求6所述的电气驱动装置，其特征在于，所述固定器件包括夹持装置、尤其偏心夹。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电气驱动装置，其特征在于，所述固定装置(4)具有连接器件用于与所述自行车的未一起旋转的构件、优选地与后轮(10)的盘式制动器的制动钳、制动钳容纳部或者自行车框架(11)的一部分刚性或弹性连接。

9.一种自行车，所述自行车包括框架(11)、前轮和后轮(10)，其相应可旋转地支承在所述框架(11)处，且另外包括根据权利要求1至8中任一项所述的电气驱动装置，其固定装置(4)固定在所述后轮(10)的旋转轴(3)上，其中，所述角度传动装置(5)的传动元件(13)与所述后轮(10)、尤其所述后轮(10)的毂或制动盘(14)抗扭地相连接，使得所述电动机(2)的从动轴(16)经由所述角度传动装置(5)起驱动作用地与所述后轮(10)相连接。

10.根据权利要求9所述的自行车，其特征在于，所述从动轴(16)的想象的延长部与所述后轮(10)的旋转轴(3)相交。

11.根据权利要求9或10所述的自行车，其特征在于，所述固定装置(4)、尤其所述固定接板(15)抗扭地固定在所述后轮(10)的旋转轴(3)上。

12.根据权利要求9或10所述的自行车，其特征在于，所述固定装置(4)围绕所述旋转轴(3)可旋转地来布置。

13.根据权利要求9、10或11所述的自行车，其特征在于，所述固定装置(4)、尤其所述固定接板(15)借助于夹持装置、尤其偏心夹抗扭地固定在所述后轮(10)的旋转轴(3)上。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的自行车，其特征在于，所述固定装置(4)固定在布置在所述旋转轴(3)的端部处的头部(12)处，其中，所述头部(12)围绕所述旋转轴(3)可旋转地来支承。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的自行车，其特征在于，所述固定装置(4)借助于连接器件与所述自行车的未一起旋转的构件、优选地与所述后轮(10)的盘式制动器的制动钳、制动钳容纳部或者所述自行车框架(11)的一部分刚性地或弹性地相连接。

16.根据权利要求9至15中任一项所述的自行车，其特征在于，所述后轮(10)的旋转轴(3)贯穿所述固定装置(4)、尤其所述固定接板(15)的凹口。

17.根据权利要求9至16中任一项所述的自行车，其特征在于，所述后轮(10)的旋转轴(3)在所述角度传动装置(5)的传动元件(13)、尤其所述冠状齿轮与所述固定接板(15)之间的轴向区域中贯穿所述自行车的框架件、尤其叉端。

18.根据权利要求9至17中任一项所述的自行车，其特征在于，所述角度传动装置的传动元件(13)、尤其所述冠状齿轮和所述后轮(10)的制动盘(14)具有相互对齐的孔，其容纳用于固定在轮毂处的固定器件、尤其螺栓。

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