CN113853333B - 用于自行车的电动辅助设备 - Google Patents

Abstract

一种用于自行车的辅助设备，包括马达(3)、减速装置(5)、飞轮(6)和轴(4)，该轴与右曲柄(16、161)和左曲柄(16')一起旋转；马达(3)经由飞轮(6)将辅助扭矩传递至轴(4)；所述设备用于容纳在脚踏组件外壳(2)内；所述轴借助于两个球轴承(224，234)安装成能相对于所述外壳旋转；所述飞轮(6)由置于马达(3)与轴(4)间的多个部件(63，61，65)构成；该设备还包括扭矩传递环(44，44'，44”')，其使得飞轮的部件之一(61，65)能被固定到轴(4)上或固定到曲柄(16，16'，161)之一上，该传递环(44，44'，44”)至少部分地布置在所述两个球轴承(224，234)之一的下方。所述扭矩传递环(44，44'，44”，44”')与飞轮的部件之一形成第一机械连接，并且与轴(4)或与曲柄(16，16'，161)之一形成第二机械连接；这两个机械连接中的至少一个能被释放以移除所述轴(4)。该传递环能被置于右曲柄(16、161)附近或左曲柄(16')附近。可释放的机械连接可以是环(44，44')与所述飞轮的部件之一(65)间的连接，或者是环(44、44')与轴(4)或左曲柄(16')间的连接。

Description

用于自行车的电动辅助设备

技术领域

本发明涉及装备有电动辅助马达的自行车。更具体地，本发明涉及用于在辅助马达和自行车的传动链之间传递扭矩的装置。

背景技术

在更具体地谈论本发明所解决的问题之前，在此适当的是回忆电动辅助自行车的许多一般特征。这种类型的自行车的具体特征是需要两个动力传输路径：传递由骑车人产生的扭矩的脚踏组件-车轮路径，及马达-车轮路径。这两个传动路径需要能重叠，因为理论上并且为了满足规定，马达仅在骑车人自己经由脚踏组件向车轮提供转矩的程度内向车轮提供转矩。

现在已有各种电动辅助自行车构型，并且本发明涉及其中辅助马达居中地定位在自行车中、特别是集成到脚踏组件中的自行车。

在使用电动辅助自行车时，需要考虑到各种不同的操作阶段：无辅助蹬踏(阶段1)，辅助蹬踏(阶段2)，以大于由马达产生的最大转速的转速蹬踏(阶段3)、骑车人突然停止蹬踏(阶段4)和反向蹬踏(阶段5)。

在无辅助蹬踏期间，对于骑车人而言，自行车的行为必须尽可能类似于没有马达的自行车的行为，这意味着辅助所需的所有部件、例如电动马达、机械减速装置或任何其它传动构件必须既不增加额外的摩擦，也不产生额外的噪音，还不增加额外的惯性。

为此，通常的做法是将飞轮装置串联地插入马达与车轮之间的传动路径中。传统的自行车，即那些没有电动辅助的自行车，实际上也都已经在脚踏组件和车轮之间配备有飞轮机构。因此，需要提供两个飞轮装置，每个飞轮装置定位在两个不同传动路径中的一个中：马达-车轮和脚踏组件-车轮。

还应注意，存在两种主要的飞轮技术：棘轮式飞轮，其重量轻但容易产生噪音；以及摩擦式飞轮，其通过摩擦传递扭矩，具有安静、接合角度非常小的优点，但具有笨重和庞大的缺点，在其实施中需要高水平的精度，这使得它们相当昂贵，并且具有残余摩擦扭矩，其在惯性滑行模式中由于施加至摩擦凸轮部或针的接合预应力而通常较高。

在辅助蹬踏期间(阶段2)，马达-车轮传动路径需要是可操作的。脚踏组件-车轮传动路径也需要是可操作的。

在具有中心安装的马达的自行车的情况下，通常的做法是将自行车设计成使得马达-车轮传动路径和脚踏组件-车轮传动路径共用尽可能多的共同部件。通常，马达和踏板驱动通过传统的连杆式自行车链条连接到车轮的公共链轮。在这种情况下，马达必须能被机械地连接，以便将辅助马达扭矩供应至脚踏组件或链轮。

在该辅助蹬踏阶段，当骑车人希望比马达的最大速度更快地踩踏时，马达需要断开连接，使得骑车人不被马达制动(阶段3)。这就是在马达的输出端设置简单飞轮的原因。通常，这些飞轮有两种类型：棘轮式或滚轮式。

这些类型的飞轮中的每一种都具有缺点。棘轮式飞轮会变得有噪音，而滚轮式飞轮无可否认地是安静的，但会很重，并且会在飞轮阶段产生更高的摩擦力矩。

当骑车人希望突然停止蹬踏时(阶段4)，出于舒适和安全的原因，有必要：用于切断马达的响应时间非常短，并且马达及其传动链的惯性低，以避免其继续驱动骑车人的腿，或者当骑车人希望立即停止时继续使自行车前进。不幸的是，这并不总是在现有技术的自行车中发生的。

例如，在现有技术US 9,616,969和US 8,757,311中，与大多数电动辅助自行车一样，存在一种驱动链轮，其由脚踏组件经由第一飞轮并行驱动以传递骑车人的蹬踏转矩，并由辅助马达经由第二飞轮并行驱动以传递来自马达的辅助转矩。通过这种布置，如果骑车人突然停止蹬踏，则骑车人的腿将不再被驱动旋转，因为脚踏组件的第一飞轮将脱离接合，并且骑车人将能立即停止蹬踏。相反，马达将在其起动期间继续驱动自行车减速所花费的时间量，并且如果骑车人需要紧急停止，则这可能证明是危险的。此外，这些解决方案具有相对较重和体积大的缺点，因为在马达和链轮之间安装平行驱动装置以及安装与其相关联的第二飞轮需要存在额外的机械部件。这种情况的另一个结果是这种电动辅助自行车的总体外观有些不平坦。例如，脚踏组件外壳尺寸过大。即使这最后一个特征对于越野自行车或城市自行车来说可以被认为不太麻烦，对于越野自行车或城市自行车来说美观性舒适地坐在具有相当大体积的元件(与框架的管的大直径相比)上，但对于道路赛车来说，这代表了严重的障碍，在道路赛车中重量轻、空气动力学和精细度是重要的并且需要能够从技术和美观的角度进行评估。

在其它构型中，例如在EP2502819中，链轮不是由两个不同的飞轮并行驱动的，因为链轮直接连接到脚踏组件，从而当骑车人决定突然停止蹬踏时，他/她还需要使整个马达传动链停止。此外，因为停止马达传动链需要一定量的时间，所以踏板将在该短的时间间隔内继续转动并驱动骑车人的腿。这导致了不愉快的感觉，降低了骑车人体验的舒适度和质量。另外，当骑车人突然停止蹬踏时，非常高的制动扭矩可能施加在马达传动链上，这可能导致其损坏或断裂。这种结构最终采取辅助功能简单地改装到现有自行车上的形式。尽管自行车的整体美观在这些构造中可能不会受到很大影响，但在使用舒适性和系统可靠性方面的缺点使得它们既不可取也不推荐。

最后，在使用电动辅助自行车时存在最后的功能阶段，这在某些构造中存在问题(阶段5)。第一种结构是当骑车人希望向后蹬踏板以重新定位踏板时、例如在接近弯道时，使得它们不会刮擦路面，或者当骑车人希望拉开踏板并将他们的前脚定位在基本上水平的位置时。

存在第二种构型，在该构型期间发生反向操作，并且该构型出现在当操纵自行车以便将其放下时。具体地，如果自行车向后行驶，后轮传动飞轮将锁定并使踏板向后转动。在这个阶段，可以被称为反向蹬踏，在马达-车轮传动路径中包括简单的飞轮例如棘轮式飞轮的电动辅助自行车将发现，这个轮同样在反向操作中锁住，因此驱动马达向后。马达反向转动产生高摩擦转矩和非常高的当量惯性。在这种情况下，骑车人能提供高的反向蹬踏扭矩，这将产生高的负角加速度，并且因此由于马达的高当量惯性而产生非常高的负扭矩，具有破坏马达变速箱中的齿轮的风险。此外，对于这种类型的机动化驱动，马达的转速与底托架轴的转速之间的减速比为100的量级，这不可避免地降低了这种类型的减速装置的输出。一旦发生最轻微的润滑缺乏或最轻微的磨损量，减速装置甚至可能变得不可逆并锁定，这就是专利WO 2016/128789中结合了转矩限制器的原因，该转矩限制器使得马达在过高转矩的情况下能够断开以避免齿断裂。

当购买自行车时，这种反向蹬踏阶段也经常在商店中进行。实际上，对于老练的骑车人来说，通常的做法是向后转动曲柄以估计传动链中的摩擦损失(包括脚踏组件外壳中的密封件和轴承、链及其滚子和后飞轮的滚动轴承的摩擦)，因为这使得能估计传动中的摩擦质量。当在具有简单飞轮的电动自行车(电动辅助自行车)上执行该测试时，飞轮在向后行驶时锁住并开始向后驱动马达，因为马达和脚踏组件之间的减速比高，并且马达因此以高转速被向后驱动，因此增加了惯性感觉，并且由于马达的机械和电磁摩擦而产生高摩擦扭矩，该摩擦力乘以高减速比和减速装置的效率的倒数，使得该向后行驶评估具有很大的负面影响。

此外，在现有技术的电动助力自行车中使用的飞轮是简单飞轮，当正的马达转矩施加到输入元件(助力马达)上并且然后传递到输出元件(脚踏组件轴)时，飞轮被锁住。相反，飞轮不允许负扭矩沿相反方向传递到同一输入元件，然后将开始沿该飞轮方向自由转动。因此，当旋转方向是正常使用方向时，一切都如所希望的那样工作，但当输出元件、脚踏组件轴上的旋转方向反向时，一切都反向，这意味着飞轮将锁定并且反向传递扭矩，从而反向驱动整个传动链，这具有上述缺点。

此外，向脚踏组件提供辅助的电动辅助设备有时包括马达和减速装置，马达的主轴定位在脚踏组件轴的前方，减速装置使得马达的速度能减小但增加其扭矩。马达通常从脚踏组件轴偏移，因为脚踏组件轴周围的空间在宽度方向上非常有限以便不增加曲柄之间的宽度，并且在径向(在直径方向上)也非常有限以便不将后轮进一步向后推动，以便确保其轮胎具有足够的空间以使其不摩擦马达的外壳。将后轮从底托架主轴向后移开使得自行车更长，因此操作性较差，并且更难以运输和存放，并且还具有使自行车更重的效果。这些具有偏置马达的自行车通常具有减速装置，该减速装置具有一个或多个串联的齿轮组，或者使用链条或皮带。与此相对，在电动助力自行车中，存在与脚踏组件轴同轴且转子为以中轴为中心同轴旋转的筒状的马达、和能够增大助力转矩的减速装置。

更具体地，关于本发明，应记得自行车的脚踏组件轴是自行车的非常重要的部件，因为它：通过提供右曲柄和左曲柄二者的枢转连接而提供骑车人的蹬踏运动，从而承受来自骑车人的所有载荷；支承链传动的传动链轮或通常位于右侧的链轮；并且通过显著地传递由左踏板提供的驱动扭矩以传递到传动链轮来确保右曲柄和左曲柄之间的结合。

自从自行车被发明以来，主轴及其曲柄和链轮就已经经历了许多改进，以便减轻和/或加强和/或增加整个组件的坚固性。

值得注意的是，在当今赛车的脚踏组件中，链轮或多个链轮通过四个或五个螺钉直接设置在右曲柄臂中，以优化组件的刚度和总质量，在链轮将所有驱动载荷传递至链条的情况下，本发明的应用需要通过经由主轴传递或直接传递至主轴而将辅助扭矩直接提供至右曲柄或左曲柄。

在最近的变化中，可以注意到专利EP 1449760中描述了一组曲柄，其包括刚性地连接到管状的脚踏组件轴和传动链轮的右曲柄，以及通过花键和连接螺钉固定到该管状脚踏组件轴的左端的可拆卸的左曲柄。这种包括直接设置在右曲柄中的大的中空脚踏组件轴的结构比可拆卸的连接更轻，并且左曲柄通过花键设置在该轴上，花键还允许轴向平移，使得在使用两个紧固螺钉固定组件之前，可以调节脚踏组件外壳的滚动轴承中的游隙。

该技术方案提供了极其轻重量的优点，同时具有非常高的刚度和非常好的坚固性，另外，其组装简单且快速，使得在组装和/或维护期间可以实现时间节省。

不幸的是，这种解决方案不能应用于助力直接传递到脚踏组件轴的电动助力自行车。这是因为电动辅助自行车的曲柄装置通常由连接左右两个曲柄的中心脚踏组件轴构成，其中在该中心轴上设置有外围管，该管允许将传递扭矩传递到驱动链轮，该扭矩是来自骑车人的扭矩加上辅助扭矩的和(参见EP2724926的图3中的附图标记30)。

另外，这些脚踏组件通常由实心轴和通过可拆卸的固定装置固定到这些实心轴的端部的独立脚踏组件成。基本上与30年前在传统自行车中采用的技术方案等同的这种组件远比现今自行车的优化方案重。

目前，在所有已知的辅助系统中，不可能简单地轴向移除脚踏组件轴而不完全拆卸脚踏板外壳。这是因为所述轴的移除系统地需要打开脚踏组件外壳并且有时需要拆卸整个辅助设备。

发明内容

本发明的目的一方面在于将对自行车的脚踏组件(曲柄组，曲柄踏板组)所作的所有技术改进应用于电动辅助自行车的构造，以便优化其重量、刚性及坚固性。另一方面，本发明的目的是便于电动辅助自行车上的脚踏组件的组装和维护。最后，本发明的目的还在于使传统脚踏组件与电动辅助自行车的装配标准化，以减少在整个自行车行业中从其商店中的修理工到自行车制造商以及直到脚踏组件制造商需要管理的部件参考的数量。

本发明的另一目的是提供一种用于自行车的电动辅助设备，其能在上述可变功能阶段中最佳地操作，几乎不或不增加自行车的附加重量，不会妨碍骑车人的舒适性，并且对自行车的美观具有最小可能的不利影响。本发明的另一目的是提出一种提供安静操作和极低摩擦的辅助设备。本发明的另一个目的是提出一种体积尽可能小且尽可能轻的辅助设备。

本发明的目的通过提供一种用于自行车的辅助设备来实现，该辅助设备包括马达、减速装置(齿轮减速器，减速齿轮组)、飞轮和轴，所述轴与右曲柄和左曲柄一起旋转；所述马达与所述轴同轴并且经由所述飞轮将辅助扭矩传递至所述轴；所述设备设计用于容纳在脚踏组件外壳(底托架壳体)内；所述轴借助于两个球轴承安装成能相对于所述外壳旋转；所述飞轮由多个部件构成，这些部件被置于该马达与该轴之间；该设备还包括扭矩传递环，该扭矩传递环使得飞轮的部件之一能被固定到所述轴上或固定到所述曲柄之一上；所述传递环至少部分地放置在所述两个滚珠轴承之一的下方(下面，里面，之内)。

本发明的目的还通过提供一种电动辅助设备来实现，该电动辅助设备具有以下特征中的一个或多个，这些特征能任何技术上可接受的组合：

-所述扭矩传递环包括与所述飞轮的部件中的一个部件的第一机械连接和与所述轴或所述曲柄中的一个曲柄的第二机械连接；这两个机械连接中的至少一个可以断开以便移除所述轴；

-传递环位于右曲柄附近，可断开的机械连接是环和飞轮的一个部件之间的机械连接；

-飞轮包括至少一个能与棘轮的齿邻接的棘爪，所述棘轮可以通过花键固定到所述传递环；

-所述传递环包括花键部分和截头锥形部分；

-所述传递环通过粘结、收缩配合(冷缩配合，箍紧，套紧)或径向压入式螺钉固定到所述轴上；

-传递环包括用于围绕轴的柱形部分和从柱形部分伸出的径向臂，所述径向臂包括与右曲柄卡锁在一起的装置；

-所述传递环设置在左曲柄附近，并且可断开的机械连接是所述环与所述轴或所述左曲柄之间的机械连接；

-所述传递环包括第一部分和第二部分，该第一部分包括齿组，该齿组的每个齿能与飞轮的棘爪接触，该第二部分包括用于阻止与左曲柄或轴一起旋转的装置；

-所述旋转阻止装置包括键；

-所述旋转阻止装置包括能与形成在所述轴上的外花键配合的内花键；

-所述轴和所述右曲柄构成独立的子组件，其可以被从该设备拆卸而不需要移除该设备的滚珠轴承。

-轴具有在其整个长度上基本恒定的直径D4，并且该直径小于或等于放置在右曲柄附近的球轴承的内径D224。

有利地，根据本发明的设备能解决具有居中定位的马达的辅助设备的两个主要技术问题：辅助转矩向主轴的传递以及在移除主轴时设备的部件的保持。特别地，如果辅助转矩通过主轴传递到链轮，而不是通过独立地连接到链轮的附加部件，则需要在轴上设置传动装置，该设备可以构成与滚珠轴承环抵触的径向突起，因为脚踏组件外壳在其两端由两个相同直径的滚珠轴承封闭。此外，由于中心马达容腔的机构相对复杂并且包括许多同轴的部件(飞轮、滚动轴承、间隔件、齿轮、马达、传感器等)，并且由于所有这些部件都设计成容纳在有限的径向空间中，因此主轴本身通常是对于各种部件的位置来说必不可少的中心元件。这就是为什么存在这样的风险的原因，即当主轴被移除时，与其相邻的某些部件可能落入容腔中，从而使得难以重新装配主轴或者使得不可能或难以用另一主轴来替换。

在第一实施例中，扭矩传递环设置在脚踏组件轴上，该环能支承在右曲柄的肩部上。该环具有形状与形成在飞轮棘轮内侧的内花键互补的外花键。这种插入可以通过收缩配合来实现。

在第一实施例的变型中，插入也可以通过粘接、销连接、通过曲柄上的挡块(toc)(支承在曲柄上以传递扭矩的切向突起)防止旋转的主轴上的枢转配合、或者作为主轴上的枢转配合而实现，其中扭矩反作用臂通过螺钉或销连接固定。

在所有情况下，轴承在右手侧(也就是说与链轮在同一侧)的内径需要大于(或等于)花键顶部的直径。

例如，对于具有24mm轴径的脚踏组件，花键顶部的直径为29mm，右手侧上的滚动轴承的内径为30mm，左手侧上的滚动轴承的直径需要为至少24mm。然而，如果要插入环，则它需要为25mm或30mm。

在本发明的第二实施例中，通过传递环进行扭矩传递，该传递环将从左侧(链轮的相对侧)传递扭矩，所述环具有与左曲柄的夹紧槽连接的键。

在本发明的第二实施例的变型中，传递环具有形状与已经存在于轴的端部处的外花键的形状互补的内花键，以用于将轴连接到左曲柄。

附图说明

根据下面的描述将更好地理解本发明。附图包括：

图1是结合有根据本发明一个示例的电动辅助系统的自行车的整体视图。

图2是根据本发明第一实施例的脚踏组件外壳和辅助设备的分解图。

图3是外壳在平面A-A上的纵向剖视图。

图4是外壳在平面B-B上的纵向剖视图。

图5a是减速装置的局部剖视透视图。

图5B是传递环的透视图。

图6是平面C-C上的横截面图。

图7是盘状件之一的透视图。

图8是两个偏心件的透视图。

图9是十字滑块联轴器的分解透视图。

图10是十字滑块联轴器的局部剖开的透视图。

图11是平面D-D上的横截面图。

图12是平面E-E上的横截面图。

图13是平面F-F上的剖视图。

图14是本发明第一实施例的一个变型的局部透视图。

图15是从与图14不同的另一角度观察的透视图。

图16是根据本发明的第二实施例的辅助设备的透视图。

图17是根据第二实施例的设备的纵向剖视图。

图18是根据第二实施例的传递环的透视图。

图19是本发明第二实施例的一个变型的透视图。

图20是根据第二实施例的变型的传递环的透视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的结合有辅助系统的电动辅助自行车1。以已知的方式，这种自行车包括车架，两个车轮固定到该车架上。后轮15提供运动动力并由脚踏组件(曲柄组)驱动，该脚踏组件由一对曲柄16、16'和两个踏板17组成。右曲柄包括星形件161，其端部用于附装至少一个带齿的链环181、182。传动链19将所述带齿的链环181、182中的一个机械地连接到后轮15。

图2示出了根据本发明第一实施例的辅助设备的分解图。脚踏组件外壳2形成车架的一体部分，并连接形成该车架的一定数量的管。可以看到斜管13的下部部分、座管12的下部部分和后叉端14的前端部。容纳一定数量的辅助设备部件的壳体21将被容纳在脚踏组件外壳2内。

脚踏组件本身包括左曲柄16'以及由轴4、右曲柄16和星形件161组成的子组件。右曲柄16包括称为星形件161的延伸部，其用于链环180、182的连接。右曲柄16优选永久地固定到轴4上，该轴4具有外径D4，其在其大致整个长度上是恒定的。在星形件161附近在该轴上固定有扭矩传递环44、也称为花键环(带有键槽的环)44。

该环44执行两个机械连接。这些机械连接中的第一个是将其连接到轴4的连接，第二个是将其连接到飞轮6的连接，在本发明的第一实施例中，第一机械连接是永久的或半永久的，而第二机械连接可以容易地断开，例如当用户希望更换脚踏组件而不必为此拆卸整个装置时。

将该环44与轴结合的第一种方式是使用高剪切强度粘合剂将其结合到标准脚踏组件的轴4上，所述粘合剂例如为双组分环氧树脂或厌氧固化粘合剂，其根据现有技术规则(减少、可能喷砂等)预先准备表面。这种解决方案的优点在于，它可以使用有限的装置在市场上可买到的标准脚踏组件上执行。

该花键环也可以通过直接加工到轴4或右曲柄中而形成所述轴或所述右曲柄的一体部分。在这种情况下，轴4需要从开始就特别设计和制造，以便与本发明兼容。

第三种解决方案是通过收缩配合将环44安装在轴4上，注意确保在轴4和花键环之间总是有足够的夹紧力以便以安全裕度传递辅助扭矩。这种收缩配合式安装可以与在花键环的孔中形成的纵向条纹结合，以便增加可以传递的扭矩量，如果轴4上的公差足够小，则对于标准的脚踏组件，这种解决方案需要几百分之一毫米的夹紧是可以想到的。这种收缩配合安装可以通过在组装它们之前冷却所述轴4并加热所述花键环而变得容易。

在第四方案中，花键环44可以简单地以非常小的间隙枢转安装在轴4上，其外端抵靠右曲柄，该右曲柄上布置有盘状件或至少一个径向臂，该径向臂优选非常平坦以便最小化轴向体积，并且该臂的径向远离脚踏组件的中心轴线的端部包括轴向突出区域，该轴向突出区域与在右曲柄或脚踏组件星形件中形成的面或开口协作，以便能在右曲柄或脚踏组件星形件之间提供能传递辅助扭矩的旋转连接。这种变型将在说明书的后面描述。

为了使这最后的解决方案适于可在市场上获得的许多标准脚踏组件并且没有复杂的干涉，上文所述的轴向突出区域可以借助于附接到花键环44的臂的可互换部件产生，该部件可以例如使用3D打印以热塑性材料生产，以便与右曲柄的设计完美地匹配。类似地，位于花键环44的端部处的盘状件可以包括与小的销协作的一个或多个孔，所述小的销附接在形成在右曲柄的内表面中的一个或多个孔中。

在轴4的远侧端部中形成花键(键槽)45。这些花键用于将扭矩从左曲柄16'传递到轴4。该左曲柄16'通过垂直于脚踏组件的旋转轴线X布置的螺钉162夹紧在轴上。以已知的方式，螺钉46能将两个曲柄通过轴4轴向地夹紧在一起，以便将轻微的轴向预载荷施加到滚珠轴承。

此外，这种具有与主轴形成一体的右曲柄的脚踏组件具有维护和组装时间极短的巨大优点，从而能够降低组装和维修成本。

图3示出壳体21和容纳在其中的各种部件在A-A平面中的纵向截面。

将被容纳在外壳2内的该壳体21包含辅助设备的大部分元件。它通过螺钉或任何其它等效的固定装置固定在外壳内。它由两个并列的隔室组成，每个隔室由盖封闭。左隔室211容纳马达3和测量装置9。它在一侧由左盖23封闭，在另一侧由中心壁213封闭。右隔室212在中心壁213的水平处抵靠左隔室211固定。它容纳减速装置5和飞轮6。它被右盖22封闭。右隔室212和盖22的固定使用长螺钉222(在图4的横截面中可见)执行，该长螺钉将盖22固定到中心壁213，以将右隔室夹在它们之间。

测量装置9容纳在该壳体内，这些装置特别地使得能命令和控制马达。放置在盖22上的第一测量装置(将不详细描述)使得能测量由位于脚踏组件侧的球轴承224承受的载荷的水平分量。水平分量的这种测量结果主要受链条中的负载影响，因此使得可以确定链条中的负载，并由此计算出在脚踏组件处传递的总扭矩。申请人的另一专利申请描述了如何从总转矩的测量结果中推导出由骑车人提供的转矩，从而使辅助转矩基本上与骑车人传递的转矩成比例。

第二测量装置由与第一编码盘92相关联的第一角度传感器91构成，该第一编码盘与脚踏组件轴的旋转相连。该第二测量装置特别地使得能检测脚踏组件的旋转及其旋转方向，使得在反向蹬踏动作的情况下不提供辅助扭矩，如强制标准所规定的。该传感器实际上是在辅助不起作用时有用的，以便确定骑车人的蹬踏速度和加速度。这对于检测辅助的开始是特别有用的，使得辅助能快速开始，并且还检测蹬踏的停止，即使蹬踏的停止也可以由第二个传感器更精细地管理。

第三测量装置也由与第二编码器94相关联的第二角度传感器93构成，其通过测量环37与马达的旋转相连。

例如位于后轮附近—此时在外壳外部—的第四测量装置检测自行车的向前行进速度，以便能在自行车的速度接近编程的速度限制时管理辅助力矩的切断，从而符合现行法规。

马达3是多极无刷式三相马达，具有包括永磁体的中心转子；它被电子功率控制器覆盖，该电子功率控制器本身由附着到车架或容纳在车架内的电池(未示出)供电。转子32与测量环37一起旋转，经过相对于壳体21固定的传感器93，使得能精确测量转子相对于定子的角位置，需要该信息以便允许控制器根据转子的位置来完美地管理三个相的电控制，而且还管理要产生的辅助转矩的设定点。该传感器可以是感应型或霍尔效应型磁传感器或光学传感器，但期望其具有优于360/(6.n)的角分辨率，其中n表示马达的极对的数量，例如，对于具有十个极对的马达，该传感器的角分辨率需要远远优于6°，以便在正确点处适当地切换相位以用于梯形波切换。如果希望使用正弦电压控制马达，则该分辨率将需要进一步提高至少5倍，以便相对于转子的角度正确地对正弦信号进行相位调整。对关于转子的这种高精度角度信息的获取还使得可以以非常高的精度确定该转子的速度和角加速度。在辅助系统起作用时，这个转子的速度和角加速度与脚踏组件的角速度和角加速度成比例，并且因此监测这个信号使得可以优化关于蹬踏的反馈控制，特别地使得可以快速检测突然停止的阶段，以便例如在紧急停止过程中起作用。

马达3呈现环形的整体形状，具有直径大于D4的中心开口，以便允许轴4穿过它。马达3由包括用于马达的三个相的多个绕组的定子34构成，转子32和固定到其上的磁体33在定子内部转动。转子32还与驱动部件31一起旋转，其目的是通过减速装置5和飞轮6来驱动轴4。该驱动部件31包括紧密地安装在转子中的第一部分311和构成减速装置5的中心部分的第二部分312。两个球轴承313和314使驱动部件31在壳体21中居中。两个偏心件315和316装配到驱动部件31的第二部分312上，并由螺母318轴向夹紧，使得转子32、驱动部件31和偏心件315、316在旋转方面彼此完全固定。

偏心件315和316是相同的，并且在图8中以透视图示出，它们包括垫圈3103，该垫圈在其每个侧面上具有突出的凸轮部。在第一侧面上，也称为横向(侧向)凸轮部3101的第一凸轮部在角度范围α上突出。它包括直径为D31的柱形内表面31012和直径为D504的柱形外表面31013，但该外表面的轴线相对于该内表面31012的轴线偏心量“e”。从几何上也可注意到，外径D504需要大于或等于内径D31与两倍的偏心距“e”的总和(D504≥D31+2e)，以使这两个直径不相交。为使减速装置的径向体积最小化，优选直径D504刚好等于(在功能间隙内)D31和两倍的“e”的和(D504＝D31+2e)，在这种情况下，内径D31和外径D504刚好变成切向的，从而使径向体积最小化，因此这两个直径的相切在图6的截面C-C中清晰可见。

在实践中，为了限制辅助设备的径向体积，选择30mm的直径D504是明智的。

垫圈3103在其第二侧面上包括第二凸轮部，也称为中心凸轮部3102，其在角度范围α上突出。它包括直径D31的柱形内表面31022和直径D50的柱形外表面31023，该外表面相对于该内表面31022的轴线偏心一定量“e”。横向凸轮部3101的顶点31015和中心凸轮部3102的顶点31025在直径上相对，这相当于两个凸轮部3101和3102相对于它们的板D31的轴线相移180°，即半圈。

可以注意到，凸轮部3101和3102在径向方向上的厚度是变化的，并且它在其两个角端具有最小值。由于技术生产的原因，以过于细长和过于脆弱而不能产生或甚至处理的翼片结束是非常棘手的，因此优选地限制角度α以使得凸轮部的最小厚度大于十分之几毫米。角度α大于180°并且可以达到360°的值。在后一种情况下，横向凸轮部和中心凸轮部从垫圈的侧面的整个圆周突出。角度α越小，偏心件的重量就越轻，尽管它们的对中将不是那么好。在这里描述的构成优选实施例的实施例中，角度α等于大约260°。

偏心件315和316彼此相对地安装，使得偏心件315的中心凸轮部抵靠偏心件316的中心凸轮部放置，它们各自的顶点具有相同的角位置。

尽管偏心件315和316固定到驱动构件31上并与其一起旋转，但它们的目的是驱动行星小齿轮，如稍后将解释的。这两个偏心件315和316一方面通过装配在驱动轴31的第二部分312的轴上的孔D31定中心，但也通过装配在共用球轴承521的孔中的外径D504定中心，这种双重定中心因此迫使它们彼此正确地保持角度同相。

这些偏心件可以由铝合金棒料加工而成以用于小的生产量，或者可以以Zamak型锌合金压铸而成以用于大的生产量，从而能以低成本获得非常精细和非常精确的部件。

减速装置5是摆线类型的，即包括三个不同的部件，这些部件能相对于彼此旋转并且相对于彼此同轴。这三个部件中的一个保持固定。这些部件中的与马达相连的部件被称为减速装置的“输入”，而这些部件中的与该输入同轴旋转的另一部件被称为减速装置的“输出”。在本发明的第一实施例中，减速装置5的输入由驱动部件31构成，如上所述，该驱动部件与转子32固定在一起。减速装置5的输出本身由环形齿轮55和牢固地连接到该环形齿轮上的驱动环56构成。在减速装置5的输出和输入之间有行星架57。

在该第一实施例中，行星架57在旋转方面被固定，并且主要包括通过六个螺钉572和六个间隔件571固定到中心壁上的右凸缘573。在该实施例中，中心壁213构成行星架的左凸缘574。因此在右凸缘573和左凸缘574(即中心壁213)之间界定了空间或罩。三个行星小齿轮51、52和53位于该空间内。图6是截面C-C的平面上的横截面，其示出了六个螺钉572和六个间隔件571均匀地分布在圆周上。

被称为横向行星小齿轮的第一和第三行星小齿轮51、53是相同的，并且每个都由在图7的透视图中可见的单个齿盘50构成。被称为中心行星小齿轮的第二行星小齿轮52由两个相同且并置的齿盘50构成。

每个齿盘50包括直径为D504的中心孔504和具有节圆直径D50的外齿组503。它还包括均匀分布在圆周上的第一系列的六个宽开口501。当盘50在行星架中就位时，宽开口501具有穿过它们的螺钉572和间隔件571。

所述齿盘还包括均匀分布在周边处的直径为D502的第二系列的六个圆形开口502。这些圆形开口502的作用在作为平面B-B上的纵向截面的图4的视图中可见，并且在图6中可见。

这些圆形开口502中的每一个具有穿过其的六个小轴574之一，所述小轴经由小滚珠轴承576和577安装在右凸缘573和左凸缘574之间。这些小轴575具有基本上等于D502减去两倍偏心距“e”的外径D575(D575+2e＝D502)。虽然小轴575具有小于圆形开口502的直径，但它们在时刻保持彼此接触。因为这些小轴575在旋转弯曲时受到很高的应力，所以它们需要足够坚固。然而，为了限制设备的总体体积以及重量，它们被选择为具有约4mm的直径。

行星小齿轮以如下方式安装在偏心件315、316上：横向行星小齿轮51通过球轴承511安装在偏心件315的横向凸轮部3101上。类似地，横向行星小齿轮53通过球轴承531安装在偏心件316的横向凸轮部3101上。可以回想的是，中心行星小齿轮52的厚度是横向行星小齿轮的两倍，因为它包括两个并置的盘50，而横向行星小齿轮仅包括一个。该中心行星小齿轮通过球轴承521安装在偏心件315和偏心件316的并置的中心凸轮部上。应当注意，偏心件315、316的垫圈3103用作滚动轴承511、521和531的内圈之间的间隔件。

行星小齿轮51、52和53的安装迫使它们与齿圈55的内齿组551啮合，该齿圈的节圆直径为D55。此外，因为它们具有穿过它们的小轴575，所述小轴不绕轴线X旋转并且还与它们接触，所以它们仅可能的运动是轴线X的圆形平移运动，其路径是半径等于“e”的圆。行星小齿轮的运动因此产生了围绕齿圈55的轴线X的旋转。

与传统的行星齿轮组不同，三个行星小齿轮51、52和53不是均匀地分布在圆周上，即不是例如以120°的角距彼此分开。实际上，如上所述，这些行星小齿轮安装在具有凸轮部的偏心件315、316上，所述凸轮部的顶点在直径上相对，这意味着在每个瞬间，中心行星小齿轮52与齿圈55的啮合点的角位置在直径上与横向行星小齿轮51和53的啮合点的角位置相对，这种结构的效果是平衡除了绕三个行星小齿轮使齿圈55所承受的轴线X的旋转扭矩之外的所有力和力矩，因为另一方面，齿圈55和与其连接的驱动环56通过十字滑块联轴器(见下文)连接到飞轮，所以可以说齿圈55承受轴线X的纯转动力矩。

实际上，马达以正角速度ω1的旋转导致驱动构件31和偏心件315、316以相同的速度旋转。偏心件产生行星小齿轮51、52和53的特定运动，它们以远小于ω1的速度ω2的正向旋转来驱动齿圈55。

减速比R等于(D55-D50)/D55。如果减速比R以齿圈55的齿数Z55和行星小齿轮50的齿数Z50表示，则这产生以下公式：

[公式1]

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有利地，将选择包括在1/30和1/60之间的减速比。高于1/30，所使用的马达将能够提供显著的转矩，这意味着其磁路也将需要很大，因此有些重。使用低于1/60的减速比意味着使用非常快地旋转的马达，并且其中涡流损耗是显著的，这显著地降低了效率。

在这里描述的实施例中，我们具有R＝1/46(Z55＝138，Z50＝135)。

已知偏心率“e”被定义为等于(D55-D50)/2，可以推断：e＝R×D55/2。在所述实施例中，我们具有e＝0.7mm。

在该第一实施例中描述的齿组是具有等于14/30(约0.467mm)齿组模数的直切渐开线齿组，具有138个齿的外环55因此具有64.4mm的节圆直径，行星小齿轮51、52和53具有135个齿，因此具有63mm的节圆直径，并且因为这两个齿轮组具有非常相似的节圆直径，它们的啮合存在许多设计问题，以便允许它们的齿在没有干涉的情况下啮合，因此本领域技术人员可以实现的齿组的标准设计，其中20°的压力角和等于模数的齿顶以及等于模数1.25倍的齿根，即2.25倍的齿高，完全不适合于这种类型的减速装置，这是因为在输入和输出处的齿组之间的干涉阻碍了齿轮传动，并且在目前的情况下，通过使用毫米级的14/30小模数，等于(或大于)31°的压力角和等于(或小于)0.9倍的齿顶的齿高于模数的绝对等于或等于0.9倍的齿顶，这个问题已经在严格地解决了。应当注意，优选地将压力角限制在非干涉的极限内，以便使产生的径向分量最大化，并因此使减速装置的效率最大化。压力角的增大会减小齿组的理论接触角，但对齿组变形的有限元研究表明，尽管如此，大量的齿也会接触并传递齿组的线，这是因为具有一百三十五个齿的小齿轮51、52和53以及具有一百三十八个齿的齿圈55具有非常相似的齿数，导致齿廓非常相似并在具有低曲率和相同符号的大量齿上啮合，从而导致非常低的接触压力，使得可以传递高转矩而仅产生很少的振动和噪声。

齿组干涉的问题与齿的齿顶高和压力角相关联，因此非常优选的是在减小模数的同时添加齿，这种折衷在此对于本领域技术人员而言绝非微不足道的事情，并且必须针对每个期望的减速比进行优化，因为已知干涉问题对于1/30的比率比对1/45的比率不太关键；利用1/30的比率，可以减小齿的压力角和/或增加齿顶高。

行星小齿轮在齿组的接触点处以及在小轴575在其中滚动而不滑动的圆形开口502中受到应力，这种接触产生相对高的接触压力，并且对于小轴575以及行星小齿轮51、52和53的圆形开口502需要足够的硬度水平，所述圆形开口可以由对于这种类型的接触非常良好的预处理或硬化钢或表面硬化或氮化钢制成。

在另一变型中，小齿轮可以由热塑性塑料制成，在每个圆形开口中添加金属插入件，以便更好地承受小轴的压力。

在第一实施例中提出的齿轮传动式马达单元能在100rpm的转速下传递30N.m的连续辅助转矩，这对应于约315瓦的连续功率，其体积非常有限，因为外壳具有90mm的总长度，并且其插入车架中的外径仅为79mm。它的减速装置的长度L5为23.5mm，而包括减速装置和轮机构在内的总长度L5+L6仅为36.7mm。齿轮传动式马达单元的质量仅为345g，而马达的质量为260g，齿轮传动式马达壳体的总质量为950g以下。

有利地，在该实施例中，相对于两个成对的中心盘反相偏心的两个外部盘的布局确保了完美的动态平衡，从而不产生振动或不希望的噪声。

减速装置的输出通过飞轮6连接到轴4上。为了吸收驱动环56的转动和飞轮63的本体之间的任何同心度的缺乏，十字滑块联轴器64被安装在两个元件之间(见图9和10)。十字滑块联轴器64采用环的形式，在其一个面上包括两个直径上相对的右突出部641、641'，在其另一面上包括另外两个同样在直径上相对的左突出部642、642'。右突起所在的直径和左突起所在的直径相互垂直。右突出部641、641'被接收在形成于飞轮体63内并且其形状与突出部的形状互补的右容腔631、631'中，左突出部642、642'被容纳在形成于驱动环56中的左容腔562、562'中。

该十字滑块联轴器可由具有减振特性的材料制成，以便滤除齿组啮合的任何缺陷以及由马达引起的扭矩的任何变化，从而限制由齿轮传动的马达单元发出的噪音。

在该第一构造中，马达的旋转当然与脚踏组件的中心轴整体上同轴，但其运行设置绝对不涉及该脚踏组件中心轴，因此转子在定子中的定心非常确定并且完全独立于可能作用在中心轴上并使中心轴变形的高负载，其中由于转子和定子之间的气隙非常小，转子在定子中的定心需要非常精确。在此，十字滑块联轴器具有连接两者的功能，而不增加静态不确定性效应的负担。

现在将详细描述飞轮6。它以传统的方式包括两个棘爪61和一个同步环62。棘爪61围绕小轴612枢转地安装在形成于飞轮体63中的容腔631内。棘爪61在“接合”位置(未示出)和图11(截面D-D)所示的“脱离”位置之间枢转，在所述“接合”位置中，这些棘爪的远侧端部与形成于棘轮65上的齿652之一啮合。

同步环62(见图12)使两个棘爪61的枢转运动同步。该环通过两个销613连接所述棘爪。它通过轮缘631安装成能围绕轴线X枢转，该轮缘引导该环并通过抵靠飞轮体63夹持上而保持该环。同步环62相对于飞轮体63具有小的旋转幅度。具体地，同步环在距棘爪的枢转点数毫米的距离处固定到棘爪，使得棘爪61围绕小轴612的枢转导致销613移动数度。

两个棘爪61分开180°，使得有可能通过在理论上传递没有径向分量的纯转矩并基本上将由每个棘爪传递的负载减半来平衡所传递的负载。棘爪优选具有这样的端部，该端部具有与形成在棘轮65上的齿652接合的突出部。因此，一旦棘爪的端部与棘轮65接触，则棘爪将继续其行程，以自动接合到齿的底部而不管与其接合相反的摩擦如何，从而允许它们一旦接合就保持完全稳定，枢转安装在减速装置的输出部上的同步环62使它们的旋转同步，以使它们确实同时接合。

飞轮还包括使得能控制棘爪61并且特别地允许它们保持在脱离位置的装置。所述装置包括摩擦环72和两个销73。图13示出摩擦环72的几何形状和操作。该摩擦环是弹性可变形的环，其在至少两个区域上以预载荷抵靠设备的固定部分。在所示的实施例中，所述固定部分是从盖22的内表面突出的柱形筒221。该环包括形成在该环的内表面上的沿直径相对的两个隆起721。这些隆起用于在来自盖22的筒221的内表面上滑动。摩擦环72通过两个销73与同步环62一起旋转，所述两个销插入在两个在直径上相对的径向长圆孔内。为了确保摩擦环在筒221上的一定程度的夹紧，在未约束状态下，两个隆起之间的外径比筒221的外径略大出大约0.5mm。摩擦环的装配将导致其一定的椭圆化，并且该摩擦环的几何形状需要被定尺寸为当其椭圆化0.5mm时产生两个在直径上相对的径向力，而不在其上产生高应力，从而其能在产品的整个寿命期间承受该水平的应力而不发生蠕变。可以选择PBT或POM类型的材料用于该环，因为该摩擦件需要具有非常好的耐磨性和非常好的弹性，并且还要在操作温度下适当地运转，以便确保在产品的整个使用寿命期间其夹紧预载的高稳定性。

摩擦环72在筒221上的直径夹紧将引起稳定且受控的摩擦扭矩，该摩擦扭矩抵抗该环相对于筒221的旋转，该筒本身连接到车架1的外壳上。

例如，非常好的操作可以这样实现：将摩擦环的尺寸设计成在0.5mm的直径夹紧下且在该环上具有10MPa以下的应力水平的情况下在摩擦隆起处获得约5N的两个在直径上相对的径向力，从而避免随时间松弛或蠕变的任何风险，产生在35mm直径的筒上的这些径向力允许在两个旋转方向上都产生约25mN.m的摩擦转矩，这完全足以接合和脱离棘爪，同时产生足够低的转矩，使得当棘爪滑动时不会引起显著的动力损失，因为25mN.m的摩擦转矩在每分钟80转下产生仅0.2瓦的损失，这与辅助动力相比是可忽略的，并意味着隆起的与筒221接触的区域不会发热或磨损。

棘轮65和轴4之间的扭矩传递通过扭矩传递环44。这是扭矩传递环44的第二机械连接。在本发明的第一实施例中，该机械连接可以容易地断开。环44包括花键部分441和截头锥形部分442，该截头锥形部分具有约15°的角度，具有足够的锥度以便能反转并且易于拆卸而不需要拔出器，但不是太锥形以致于在锁定两个螺钉162之前，在用于预加载组件的螺钉46的适度轴向载荷下，它不再提供脚踏组件轴的良好径向对中。当脚踏组件就位时，环44位于棘轮65内，其花键部分441面对棘轮65的内花键654。矩传递环44然后位于球轴承224下方。

现在将详细描述辅助设备的操作。

在第一阶段，骑车人希望由电动马达辅助。他们已经打开辅助设备并且可能选择了辅助水平。马达的转子将开始沿正方向转动。因此，减速装置的输出将沿正方向(正常蹬踏方向，在图中用+符号表示)以比马达速度低46倍的速度驱动同步环62，该同步环也将沿与其相同的方向驱动摩擦环72旋转。该摩擦环的两个隆起721在盖22的筒上的摩擦将产生摩擦力矩，该摩擦力矩将被传递到同步环62。因为后者相对于驱动环56具有低幅度的相对旋转，所以摩擦力矩将具有迫使它在与行进相反的方向上运动并因此相对于减速装置的输出反向旋转的效果。这种相对转动具有使棘爪沿其接合方向枢转的趋势，使马达转动地连接到驱动轴4。因此飞轮接合，并且在随后将描述的短暂过渡连接阶段之后将非常迅速地发生转动联接，以确保柔和且无噪音的联接，优选在每次重新开始辅助时限制马达电流一小段时间以确保柔和且无噪音的联接。为了改善该联接阶段，还优选减小棘轮65的齿652的角间距，如在图6的截面中可以看到的，完全可以在棘轮65上结合32个齿652，这将使得可以确保有限的啮合间距(11.25°)，因此联接是灵活且快速的。在联接后，两个棘爪正确且稳定地接合在齿的底部中，这对应于飞轮6的状态1、称为辅助状态，或者对应于当骑车人不比由马达供应的辅助蹬踏更快地蹬踏时的带有辅助的蹬踏模式(阶段2)。

如果骑车人增加其蹬踏频率，直到超过减速装置的输出速度(阶段3)，则棘轮65的齿652将在经过每个齿时提升棘爪61，并且在驱动环和轴4之间将不传递扭矩，因此飞轮滑动。这是飞轮的常规操作。它对应于飞轮6的状态2、称为飞轮状态。可以注意到，当棘爪将被棘轮65的齿652抬起时，同步环62和摩擦环72将相对于驱动环略微前进，但摩擦环的摩擦力矩—其由隆起721在盖22上的摩擦产生—将保持基本恒定，从而一旦齿652已经通过，就立即重新接合棘爪。因此在该飞轮阶段，摩擦环以与传统棘轮型飞轮的复位弹簧类似的方式作用。

现在，如果骑车人决定反向蹬踏(阶段5)，则沿负方向转动的轴4将通过棘爪驱动驱动环56和摩擦环72。隆起721在盖221上的摩擦产生与旋转相反的摩擦转矩，并使同步环相对于驱动环旋转，直到两个棘爪抬起为止，从而使马达的连接不可能。飞轮然后处于状态3、称为断开状态，如图10所示。

事实上，棘爪的这种脱离与减速装置的齿圈和脚踏组件外壳的盖(其是固定的)之间的相对旋转方向相关联，因此棘爪的接合能通过控制马达的旋转方向而被控制，使得所需要的只是命令马达沿倒退方向略微旋转，以使驱动环56沿负方向后退枢转至少几度，并且因此脱离飞轮。

在实践中，如果骑车人在马达的辅助下向前行进(阶段2)，则棘爪被接合。从这种状态，如果骑车人决定突然向后行进(阶段5)或停止蹬踏以便停下(阶段4)，因为棘爪具有接合突出部，所以可能的是，棘爪将不能容易地脱离，尽管摩擦转矩施加到同步环，并且出于该原因，期望控制微控制器(未示出)能经由突然变为零或负的蹬踏转矩传感器(未示出)、或者经由被角度传感器(未示出)检测的零脚踏组件旋转速度、或者通过急剧的角减速、或者通过马达或脚踏组件的旋转方向的反向检测到该情况，然后命令马达以大于骑车人的反向加速度或一转的一部分的反向加速度向后旋转，这将使棘爪脱离并且允许它们抬起，这种向后操作能几乎立即停止，并且飞轮然后将保持在脱离的稳定状态中，而不会对骑车人引入最轻微的摩擦或最轻微的额外噪音。

最后，当骑车人决定弃用辅助时或当电池耗尽时(阶段1)，微控制器将命令马达向后旋转以将飞轮置于脱离状态。因此，辅助设备的存在不会引入任何额外的噪音或摩擦。

根据本发明的辅助设备的特征尤其在于带齿的链环181、182，其用于将扭矩从脚踏件传递到与脚踏组件轴4一起旋转的自行车后轮，所述脚踏组件轴即为支承右曲柄16和左曲柄16'的主轴。这种作为用于无电力辅助的自行车的通常构型的构型在其中辅助马达位于自行车的脚踏组件区域中的电力辅助自行车中几乎从未出现过。为了保证根据本发明的辅助设备的正确运行，采取步骤以确保电动马达将辅助扭矩传递到脚踏组件轴。当然，这种扭矩传递是通过飞轮实现的，该飞轮从功能上讲位于马达的输出和轴4之间，扭矩从马达到脚踏组件轴4的传递使用了传递环44，该传递环至少部分地设置在用于安装脚踏组件轴的滚柱轴承之一的下方。

有利地，在根据本发明的辅助设备中，脚踏组件易于在不必拆卸整个辅助设备的情况下拆卸。实际上，在第一实施例的具体情况下，所需要的是拧松螺母46，然后拧松螺钉162，以便能移除左曲柄16'。在轴4的端部上用锤子敲击几次，就可以抽出由轴4、链轮161、18和右曲柄16构成的子组件。因此，传递环44的第一机械连接与棘轮65断开。所抽出的子组件处于图2所示的构造，即带有环44。

图14和15示出本发明第一实施例的变型。

不是必须将扭矩传递环44'—在本实施例中也称为花键环44'—结合到轴4上，而是将该环简单地以非常小的间隙枢转安装在该轴上，扭矩的传递依靠拨动件，下文将进行说明。

花键环44'包括柱形部分443，在其外表面上形成有花键441，该花键设计成与形成在飞轮的棘轮65的内侧上的互补花键654(见图3)配合。当脚踏组件被组装时，环44'在球轴承224下方。

花键环44'还包括完全固定到柱形部分443上的径向臂444。优选地，为了减小轴向体积，臂444采用板的形式。它可以通过任何适当的方式、例如通过焊接或卷边固定到该板上。还可以设想通过机加工将花键环44'形成为单件。

在径向臂的远侧端部设有用于阻止该环44'相对于右曲柄16旋转的装置。所述装置特别地包括从该臂的外表面突出的两个凸销445和插件446。凸销445能被插入两个孔口447中，所述两个孔口具有与凸销互补的形状并且形成在独立插件446中。

插件446具有特定于将被安装在根据本发明的辅助设备中的脚踏组件的外部形状。在这里描述的实施例中，右曲柄16与链环181、182所旋拧到的星形件161形成仅一个单件式元件。星形件161的臂163之间限定有挖空部166。

图15示出，插件446能被楔入并固定在挖空部166的底部中。因此，当花键环44'在轴4上就位并且插件446接合在凸销445上且楔入挖空部166中时，为了能将辅助扭矩传递到脚踏组件的链轮，只需将脚踏组件插入到辅助设备中就足够了。

当然，插件可以根据需要采用多种外部形状，以适应多个脚踏组件。这是本发明的显著优点之一。在本发明的辅助设备中可以安装任何标准的脚踏组件。

此外，对于其中右曲柄和星形件通过锻造获得的标准脚踏组件，可以提供这样一种插件，该插件的形状使得其可以楔入仅在星形件161的内表面(它通常是隐藏的)上可见的空腔166之一中。

在该变型中，由环44'提供的两个机械连接可以容易地断开，所述两个机械连接中的一个通过花键将该环连接到棘轮65，另一个将该环连接到右曲柄16的星形件161。

图16是根据本发明第二实施例的设备的透视图。该辅助设备包括壳体21和脚踏组件。该设备旨在被容纳于自行车的脚踏组件外壳中。图16示出了在将脚踏组件与设备的其余部分组装之前的设备。

壳体21在一侧由左盖23封闭，在另一侧由右盖22封闭。在该第二实施例中，执行辅助转矩从马达到轴4的传递的环44″不再被置于右曲柄16的一侧，而是被置于左曲柄16'的一侧。该环在壳体21的外侧是可见的，因为其位于形成在左盖23中的球轴承234的下方。

图17是整个设备的纵向剖面图。以类似于第一实施例所述的方式，该设备包括马达3、减速装置5、飞轮6和测量装置9。

测量装置9特别地包括形成在右盖22上并允许测量脚踏组件所承受的力的装置。所述测量装置以这样的方式定位，使得可以测量由骑车人和马达产生的机械功率。

马达3和一个机械动力传递路径被容纳在壳体21内。该机械动力传递路径包括机械减速装置5和可脱开的飞轮6。在该动力传递路径链的末端，存在扭矩传递环44”。该环包括两个部分。

图18是扭矩传递环44”的透视图。该扭矩传递环的第一部分448在其周缘包括齿组，其中每个齿4481能与飞轮的棘爪接触，从而提供与飞轮6的部件之一的第一机械连接。在这种情况下，所述的第一机械连接是飞轮的棘爪61抵接齿4481。环44”的该第一部分用作飞轮6的棘轮。在本发明的该实施例中，环44”的第一机械连接不容易断开。实际上，这样做将相当于拆卸飞轮。

扭矩传递环44”的第二部分449包括用于阻止环44”相对于左曲柄16'旋转的装置。所述装置包括从环44″的前表面沿轴线X的方向突出的键4491。当辅助设备完全组装并且脚踏组件就位时，该键4491变成容纳在左曲柄16'的夹紧狭槽165'中，因此提供了传递环44”与左曲柄16'的第二机械连接。由于曲柄16'上的花键164'和轴4上的相应花键的存在，传递环44形成机械连接并在马达3和轴4之间传递扭矩。第二机械连接可容易地断开。实际上，一旦左曲柄16'被移除，就发生第二机械连接的断开。

根据本发明，传递环44”位于脚踏组件外壳的左主球轴承234的下方，即位于左盖23的下方。因此，在马达和轴之间传递动力的功能可以被从壳体21“取出”。在这种情况下，这是在用于固定马达3和轴4的键4491的范围内有效地发生的，以确保它们作为一个位于壳体21外部的部件旋转，因为它与左曲柄16'接触。

有利地，在根据本发明的辅助设备中，脚踏组件易于在不必拆卸整个辅助设备的情况下拆卸。具体地，在第二实施例的特定情况下，所需要的只是拧松螺母46，然后拧松螺钉162，以便能移除左曲柄16'。因此，传递环44的第二机械连接与左曲柄16'断开。在轴4的端部上用锤子敲击几次，就可以抽出由轴4、链轮161、18和右曲柄16组成的子组件。所取出的子组件处于图16所示的构造。

图19和20示出本发明第二实施例的变型。这种变型需要特殊的脚踏组件，其特殊之处在于，它需要一定长度的花键45，该花键通常形成在轴4的端部处，以用于在左曲柄16'和轴4之间传递扭矩。

花键45包括两个相邻部分。第一部分451是用于在左曲柄16'和轴4之间传递扭矩的部分。第二部分452用作阻止传递环44”'和轴4之间转动的装置。优选地，第一部分的花键和第二部分的花键相同，并且实际上仅是一个相同的花键区域，但比通常在标准脚踏组件轴的端部处见到的花键区域更长。具体地，花键区域的长度需要使得当轴就位时，第二部分452位于左球轴承234的下方，该左球轴承位于左盖23处。

扭矩传递环44”'与飞轮的一个部件即棘爪61进行第一机械连接，该机械连接是通过在环44”'的周缘形成的齿4481实现的。事实上，环44”'用作飞轮棘轮。由环44”'执行的第二机械连接是通过形成在该环内侧的内花键4492实现的。内花键4492与第二花键部分452协作。

本发明不限于在此通过示例描述的几个实施例和变型。实际上，在不脱离本发明的范围的情况下，可以想到其它实施例。例如，仅描述了棘轮型飞轮，但也可以用其它类型的飞轮例如摩擦型飞轮来代替它们。

Claims (12)

1.一种用于自行车的辅助设备，包括马达(3)、减速装置(5)、飞轮(6)和轴(4)，该轴与右曲柄(16、161)和左曲柄(16')一起旋转；至少一个链环(181，182)与所述右曲柄(16、161)和所述轴(4)一起旋转；所述马达(3)经由所述飞轮(6)向所述轴(4)传递辅助扭矩；所述辅助设备旨在被容纳于脚踏组件外壳(2)内；所述轴借助于两个球轴承(224，234)安装成能相对于所述外壳旋转；所述飞轮(6)由置于所述马达(3)和所述轴(4)之间的多个部件(63，61，65)构成；该辅助设备还包括扭矩传递环(44，44'，44”')，该扭矩传递环使得所述飞轮的部件之一(61，65)能被固定到所述轴(4)上或固定到所述右曲柄(16，161)或左曲柄(16')之一上，其特征在于，所述扭矩传递环(44，44'，44”)至少部分地布置在所述两个球轴承(224，234)之一的下方，其中，所述扭矩传递环(44')包括旨在围绕所述轴(4)的柱形部分(443)和从所述柱形部分(443)延伸的径向臂(444)，所述径向臂(444)包括与所述右曲柄(16，161)锁止在一起的装置。

2.根据权利要求1所述的辅助设备，其特征在于，所述扭矩传递环(44，44'，44”，44”')与所述飞轮的部件之一形成第一机械连接，并且与所述轴(4)或与所述曲柄(16，16'，161)之一形成第二机械连接；这两个机械连接中的至少一个能断开以移除所述轴(4)。

3.根据权利要求2所述的辅助设备，其特征在于，所述扭矩传递环(44，44')定位在右曲柄(16，161)附近，能断开的机械连接是所述扭矩传递环与所述飞轮的部件之一之间的机械连接。

4.根据前一权利要求所述的辅助设备，其特征在于，所述飞轮包括能抵接在棘轮(65)的齿(652)上的至少一个棘爪(61)，所述棘轮(65)能通过花键(654、441)固定到所述扭矩传递环(44)上。

5.根据前一权利要求所述的辅助设备，其特征在于，所述扭矩传递环包括花键部分(441)和截头锥形部分(442)。

6.根据前一权利要求所述的辅助设备，其特征在于，所述扭矩传递环(44)通过粘结、收缩配合或径向压入式螺钉固定到所述轴(4)。

7.根据权利要求2所述的辅助设备，其特征在于，所述扭矩传递环(44”、44”')置于所述左曲柄(16')的附近，并且能断开的机械连接是所述扭矩传递环(44”、44”')与所述轴(4)或与所述左曲柄(16')之间的机械连接。

8.根据前一权利要求所述的辅助设备，其特征在于，所述扭矩传递环(44”、44”')包括第一部分(448)和第二部分(449)，所述第一部分包括齿组，所述齿组中的每个齿(4481)能与所述飞轮(60)的棘爪(61)接触，所述第二部分包括用于阻止该扭矩传递环相对于所述左曲柄(16')旋转的装置。

9.根据前一权利要求所述的辅助设备，其特征在于，用于阻止该扭矩传递环相对于所述左曲柄旋转的装置包括键(4491)。

10.根据权利要求8所述的辅助设备，其特征在于，用于阻止该扭矩传递环相对于所述左曲柄旋转的装置包括内花键(4492)，该内花键能与形成在所述轴(4)上的外花键(452)配合。

11.根据前述权利要求之一所述的辅助设备，其特征在于，所述轴(4)和所述右曲柄(16，161)构成独立的子组件，该子组件能被从所述辅助设备拆卸而不需要移除所述辅助设备的球轴承(224，234)。

12.根据权利要求1-10之一所述的辅助设备，其特征在于，所述轴(4)具有在其整个长度上基本恒定的直径D4，并且该直径小于或等于设置在右曲柄(16)附近的球轴承(224)的内径D224。