CN114302845B - 自行车驱动系统及套件 - Google Patents

Abstract

一种自行车驱动系统(10)包括：驱动单元(15)，该驱动单元包括壳体、容纳在壳体内的电机单元(20)和第一级减速单元(30)，其中，电机单元具有定子(21)、转子(22)以及电机单元的输出轴，而第一级减速单元具有输入部和输出部，输入部连接到电机单元的输出轴；安装单元(50)，其构造成将驱动单元固定并保持到自行车本体(70)上；以及第二级减速单元(40)，第二级减速单元在驱动单元的外部可拆卸地安装到第一级减速单元上并连接到脚踏组件(80)，以便将来自第一级减速单元的输出部的驱动力传送到脚踏组件的牙盘(82)，其中驱动单元、安装单元和第二级减速单元各自模块化地组装到自行车上。该驱动系统能够灵活地配置，满足用户个性化的要求。

Description

自行车驱动系统及套件

技术领域

本发明涉及一种用于自行车的驱动系统，该系统能够为自行车提供动力或为诸如踏板组件提供动力辅助。

背景技术

近年来，为减少自行车骑行者的体力消耗，开发出了一种为自行车提供电动助力的辅助驱动系统。辅助驱动系统中包括一种中置辅助驱动系统，其被构造成对自行车的脚踏组件、尤其是以脚踏组件中由曲柄带动的牙盘进行驱动，进而通过连接牙盘的链条将驱动力传递到车轮，从而实现辅助驱动，达到节省骑行者体力的目的。

现有的自行车中置辅助驱动系统的一个典型且常见的不足在于，电动机尺寸过大且电动机与自行车的底架外壳之间的间隙较小。这导致了许多问题，包括在安装到自行车底部支架后的离地间隙不足，以及不同类型和形状的自行车车架与中置辅助驱动系统兼容性差。辅助驱动系统在自行车车架底部支架上的安装定向常常受到电机单元形状的限制。特别是当中置辅助驱动系统用在山地车上时，对于辅助驱动系统与地面之间的间隙有更高的要求。

另一方面，现有的不同的自行车车架上具有各种不同类型的中轴，即装在车架内的用于连接左右曲柄的转动部件，例如市场上在售的BSA 68-83、100、120、BB92和BB107，不同的中轴标准使得中轴具有不同的尺寸和不同的固定方法。现有的中置辅助驱动系统缺少可互换的零件，这也使得中置辅助驱动系统与不同标准中轴的适配性存在问题。

当前的自行车中置辅助驱动系统不能满足用户个性化的要求，因此，仍需要对现有的自行车中置辅助驱动系统进行改进。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种自行车驱动系统，该系统构造成为自行车的脚踏组件提供辅助动力，其中，所述驱动系统包括：驱动单元，驱动单元包括壳体、容纳在壳体内的电机单元和第一级减速单元，其中电机单元具有定子、转子以及电机单元的输出轴，而第一级减速单元具有输入部和输出部，第一级减速单元的输入部连接到电机单元的输出轴，以在壳体内将来自电机单元的驱动力传递到第一级减速单元；安装单元，安装单元构造成将驱动单元固定并保持到脚踏组件上；以及第二级减速单元，第二级减速单元在所述驱动单元的外部可拆卸地安装到第一级减速单元上并连接到脚踏组件，构造将来自第一级减速单元的输出部的驱动力传送到脚踏组件的牙盘，其中驱动单元、安装单元和第二级减速单元各自模块化地设置并相对彼此可拆卸地安装。

根据本发明的另一个方面，第一级减速单元为行星齿轮减速机构，并且电机单元的输出轴与第一级减速单元的输入部同轴布置。

根据本发明的另一个方面，第一级减速单元包括：太阳齿轮，太阳齿轮作为输入部附连到电机单元的输出轴；多个行星齿轮，多个行星齿轮围绕太阳齿轮并与太阳齿轮啮合；齿圈，齿圈与多个行星齿轮啮合；行星齿轮架，行星齿轮架保持多个行星齿轮；以及单向传动装置，单向传动装置设置在行星齿轮架和输出部之间。

根据本发明的再一个方面，驱动单元的壳体包括电机单元壳体部和第一级减速单元壳体部，电机单元壳体部和第一级减速单元壳体部彼此可拆卸地连接。

根据本发明的再一个方面，第二级减速单元构造成链式减速机构、带式减速机构和齿轮减速机构中的至少一种减速机构。较佳地，该减速机构包括安装到第一级减速单元的输出部的第一传动轮和安装到所述脚踏组件的第二传动轮，所述第二传动轮通过单向传动装置安装到脚踏组件的中轴。

根据本发明的再一个方面，系统还包括控制单元，所述控制单元与电机单元电气连接，并且所述控制单元具有独立的外壳，并且模块化地、可拆卸地安装在安装单元上。

根据本发明的再一个方面，安装单元包括成对的彼此隔开的支承板，支承板具有隔开预定距离的第一安装部和第二安装部，第一安装部固定到脚踏组件的中轴上，第二安装部附连到驱动单元的相对的两个端部，从而当自行车驱动系统安装到自行车上后，驱动单元远离中轴布置。

根据本发明的再一个方面，系统还包括踏频传感器，踏频传感器包括磁环和传感件，磁环安装到脚踏组件并随脚踏组件的曲柄旋转而旋转，传感件邻近磁环保持在安装单元上以便感测磁环的转动，并且踏频传感器连接到所述自行车驱动系统的控制单元。

根据本发明的再一个方面，系统还包括扭矩传感器，扭矩传感器包括应变套，所述应变套设到脚踏组件上，以测量施加在脚踏组件上的力，并且扭矩传感器连接到自行车驱动系统的控制单元。

较佳地，扭矩传感器的应变套安装到脚踏组件的中轴的轴芯上，并且应变套连接到第二级减速单元的第二传送轮设置的单向传动装置。

此外，本发明还提供了一种用于自行车辅助驱动的套件，该套件包括：驱动单元，驱动单元包括壳体、容纳在壳体内的电机单元和第一级减速单元，其中电机单元具有定子、转子以及电机单元的输出轴，而第一级减速单元具有输入部和输出部，第一级减速单元的输入部同轴地连接到电机单元的输出轴，以在壳体内将来自电机单元的驱动力传递到第一级减速单元；安装单元，安装单元构造成将电机单元和第一级减速单元固定并保持到自行车本体上，安装单元包括一对或多对支承板，支承板具有不同间隔和/或可选的延伸长度；以及第二级减速单元，所述第二级减速单元在所述驱动单元的外部可拆卸地安装到第一级减速单元上并连接到脚踏组件，构造成将来自第一级减速单元的输出部的驱动力传送到脚踏组件的牙盘，第二级减速单元包括可选的减速比的传送轮组。当安装单元具有多对支承板时，尤其是，不同的支承板对的固定到脚踏组件的第一安装部之间可以具有不同的间隔，可以根据自行车本体的结构和安装位置的要求来选择适合的支承板。

此外，安装单元还可包括用于调整间隔的垫片，垫片设置在支承板与驱动单元之间，以适应不同型号的中轴。此外，安装单元也可包括用于适配不同型号中轴的转换器。

根据本发明的自行车驱动系统提供了一种模块化的构造，客户能够按照需要安装的自行车的本身构造，灵活地选择并布置相应的单元。

在根据本发明的自行车驱动系统中的驱动单元整合了高功率的电机单元和带有单向传动装置的第一级减速单元，其在高功率输出的前提下，提高了驱动单元的安全性。整个驱动单元结构紧凑，安装方便。

通过安装单元，自行车驱动系统的驱动单元能够布置在脚踏组件的上方、自行车本体的三角框架的范围内，驱动单元能够远离地面安装，提供充足的离地间隔，避免刮蹭。

本发明的自行车辅助驱动单元还提供了独立的控制单元，并可以多种传感器适配，从而实现个性化的控制需求。

根据本发明的用于自行车辅助驱动的套件，其中配备有了模块化的安装单元和模块化的第二级减速单元，因此，采用根据本发明的套件能够方便地对现有市售的各种型号自行车进行动力改装，满足个性化的要求。

附图说明

以下，结合附图对根据本发明的较佳实施例作具体说明，附图分别为：

图1示出了根据本发明一较佳实施例的驱动单元的分解立体图；

图2示出了根据本发明一较佳实施例的驱动单元的剖视图，其中驱动单元包括电机单元和第一级减速单元；

图3示出了根据本发明一较佳实施例的第一级减速单元的剖视图；

图4示出了根据本发明一较佳实施例的第二级减速单元的示意图；

图5A至图5C分别示出了根据本发明另一较佳实施例的第二级减速单元的示意图；

图6示出了根据本发明的较佳实施例的安装到自行车三角形框架部的自行车驱动系统的示意图；

图7A示出了根据本发明较佳实施例的带有脚踏频率传感器的自行车驱动系统的立体图；

图7B示出了根据本发明较佳实施例的图7A所示的脚踏频率传感器细节的放大图；

图8A示出了根据本发明较佳实施例的自行车驱动系统中的带有扭矩传感器的剖示图；

图8B示出了适用于根据本发明较佳实施例的自行车驱动系统的自行车曲柄心轴的立体图；

图9A至图9C分别示出了根据本发明的较佳实施例的具有不同的支承板的自行车驱动系统的示意图；以及

图10A至图10C分别示出了适用于不同的支承板、安装到自行车曲柄的心轴和托架罩的剖视图。

附图标记列表

10驱动系统

15驱动单元

20电机单元

21定子

22转子

23转轴

24壳体部

25端盖

27 PCB板

28线圈

30第一级减速单元

31太阳齿轮

32行星齿轮

33齿圈

34行星齿轮架

35单向传动装置

36输出轴

37壳体部

38大轴承

40，40’第二级减速单元

41小齿轮

42大齿轮

41’小链轮

42’大链轮

43’链条

46辊子

47弹簧

48单向传动装置

50安装单元

511、512、513、514、515、516支承板

60控制单元

65踏频传感器

651磁环

652传感件

68扭矩传感器

681应变套

70自行车本体

80脚踏组件

81曲柄

82牙盘

83中轴

831轴芯

832中轴碗

833张紧螺母

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

常见的自动车中的动力组件为脚踏组件80。脚踏组件80通常包括脚踏部、曲柄81、牙盘82以及中轴83(又称为BB轴)，中轴83被组装到车架底部的安装部上，通常这个安装部被称为五通。骑行人踩动脚踏，带动曲柄81、牙盘82旋转，牙盘82的旋转通过链条传送到自行车的后轮。

图6示范性地示出了根据本发明的一较佳实施例的安装在车架上的中置驱动系统10。该中置驱动系统10被布置在自行车脚踏组件80附近，对脚踏组件80尤其是其中的牙盘82提供辅助驱动，以节省骑车人的体力。

特别地，自行车驱动系统10主要包括驱动单元15、第二级减速单元40、安装单元50以及控制单元60。这些单元各自以模块化的方式提供，使用者能够根据自行车的本身结构和实际需求适当地对各功能单元进行选择并整合安装到自行车上。在本发明的系统10中，单元模块化特别指驱动系统10的各个单元被设置成能够分割、独立更换并彼此安装的单位元素，各个单元均能够独立地进行变化和设计，从而满足个性化的需求。

图1和图2分别示出了根据本发明较佳实施例的自行车辅助驱动中的驱动单元15的剖视图和立体图。驱动单元15进一步包括电机单元20和第一级减速单元30。较佳地，电机单元20和第一级减速单元30被同轴地整合在一起，容纳在驱动单元15的壳体内，从而构成了模块化的驱动单元15。

在较佳实施例的驱动单元15中，电机单元20为内转子式无刷电动机。电机单元20包括大致圆柱形的壳体部24、固定于壳体部24的定子21、沿转动轴线延伸的转轴23和安装到转轴23并与定子21相对布置的转子22。定子21包括多个定子齿，每个定子齿上缠绕着线圈28。为转子22的磁体在高速转动过程中脱出，应将磁体牢固地固定到转子22，使得根据本发明的电机单元20能够实现高功率的输出。例如，在一种实施方式中，磁体可以通过粘合剂粘附到转子22上。在另一种实施方式中，可以借助于燕尾槽的结构将磁体通过形状配合附连到转子22上。

在较佳的实施例中，壳体部24包括圆筒壁和位于圆筒壁一侧的端盖25，它们两者通过紧固件可拆卸地连接。此外，如图2所示，电机单元20的圆筒壁的外表面一体地形成有多个散热翅片，通常，壳体部24的圆筒壁由金属材料质成，从而利于电机单元20的散热。较佳地，壳体部24由铝合金材料制成。在一个较佳实施方式中，端盖25由透明材料制成，例如可采用钢化玻璃或硬质的透明树脂材料制成端盖25，电机单元20内部的定子21和转子22紧挨着端盖25设置，这样定子21和转子22是能够从外侧可见，以便于检测电机运行的状况。

此外，在电机单元20的内部、在透明端盖25的相对一端布置有用于控制电机单元20运行的PCB板27。为了将电机单元20连接到驱动系统10的系统的独立的控制单元60，控制线(未示出)从PCB板27上引出到壳体部24之外。

有利地，在电机单元20内部可采用导热型密封胶进行密封处理。具体地，电机单元20内的静态部分采用导热型密封胶密封填充，静态部分包括定子21、线圈28和PCB板27。这样，可以有利地将电机单元20在运行过程中产生的热量通过散热翅片发散到周围环境中，这不仅能够提高电机单元20运行的可靠性，还可以确保电机单元20内部免受外界水和湿气的影响。

如图1和图2所示，驱动单元15中的第一级减速单元30采用了行星齿轮减速机构，并且行星齿轮32减速单元相对电机单元20同轴布置，即电机单元20的转轴23的输出端与第一级减速单元30的输入部的旋转轴线在同一轴线上。较佳地，电机单元20与第一级减速单元30之间设有定位部，例如定位台阶，通过定位部的配合确保电机单元20的转出端和第一级减速单元30的输入部保持在同一轴线上。

在较佳实施例中，第一级减速单元30主要包括太阳齿轮31、行星齿轮32、齿圈33、行星齿轮架34、作为输出部的输出轴36以及壳体部37。如图3所示，太阳齿轮31例如通过键连接到电机单元20的转轴23的输出端。3个行星齿轮32由行星齿轮架34保持，它们相互间隔开地围绕太阳齿轮31布置并与之啮合。围绕行星齿轮32的外周设置有一个齿圈33，该齿圈33相对第一级减速单元30的壳体部37固定设置，使得外周齿圈33与每一个行星齿轮32啮合。

在较佳实施例中，行星齿轮架34的外周设有大轴承38，大轴承38连接到减速单元30的壳体部37以使行星齿轮架34能够在壳体部37内旋转。

行星齿轮架34的内侧有一个单向传动装置35，该单向传动装置35具有内环和外环，其内环连接着一输出轴36。单向传动装置35和输出轴36例如通过紧配合或键连接的方式相互连接，从而实现了周向方向的移动限制。在第一级减速单元30中集成一个单向传动装置35对于自行车中置驱动系统10而言是尤为亦利的。一方面，单向传动装置35可以限制第一级减速单元30的输出轴36反向驱动电动单元20，这是因为当反向旋转力施加到第一级减速单元30的输出轴36上时，旋转力会使单向传动装置35空转，从而不能进一步传递电机单元20中。另一方面，单向传动装置35也在当电机单元20出现不希望的旋转方向的情况下对用户起到了保护作用，也就是说，当电机单元20以与驱动方向相反的方向旋转时，单向传动装置35也会出现空转，使得电机单元20的反向驱动力不会被传递到第一级减速单元的输出轴36上。较佳地，第一级减速单元30的前端盖与减速单元30的壳体部37之间设有定位台阶，从而通过定位台阶的定位作用，确保输出轴36与电机单元20和第一级减速单元30布置在同一轴线上。

在根据较佳实施例的第一级减速单元30中，大轴承、行星齿轮架34、单向传动装置35以及输出轴36连接形成分隔部，使得太阳齿轮31、行星齿轮32和齿圈33所在空间与输出轴36向外伸出的一段所在空间相对彼此密封地隔开，这样灰尘、水不会进入到减速单元30的各齿轮构件所在空间中，从而能够避免对各齿轮构件进行润滑的润滑剂被污染。

在较佳实施例中，第一级减速单元30的减速比被设定在3∶1到10∶1的范围内。该减速单元30中各齿轮构件的齿均采用直齿。但应当理解，也可以替代使用其他形状的齿。

如图2所示，在根据本发明的较佳实施例中，电机单元20和第一级减速单元30被集成在一起，构成一个整体的驱动单元15，从而提供了一种紧凑的结构。电机单元20和第一级减速单元30具有基本相同的外径的圆筒壁，它们之间较佳地通过分隔壁隔开，第一级减速单元30的转轴23延伸通过分隔壁中的孔进入第一级减速单元30的壳体部内。如图1所示，圆筒壁上以及驱动单元15两侧的端盖设有紧固部，通过螺栓穿过这些紧固部将外壳部的各部分紧固定在一起，组装成的集成化的驱动单元15可以模块化地组装到自行车上。

进一步，驱动单元15与自行车脚踏组件80之间设置有第二级减速单元40、40’，第二级减速单元40布置成实现在垂直于脚踏组件80的中轴83旋转轴线的平面的方向两个平行的旋转轴线之间的驱动力传递。特别地，根据本发明的第二级减速单元40、40’有多种实现形式。

图4示出了构造成齿轮减速机构的第二级减速单元40。如图4所示，该第二组减速单元包括安装在第一级减速单元30的输出轴36上的小轮齿41以及相对自行车牙盘82固定的大齿轮42。小轮齿41可借助于键连接件固定到第一级减速单元30的输出轴36，而大齿轮42通过单向传动装置48套设在中轴83上，并且可拆卸地固定到自行车的牙盘82。通过小轮齿41和大齿轮52相互啮合，来自第一级减速单元30的输出轴36的驱动力被传送到自行车的牙盘82，直接或与骑行人的脚踏力形成合力，对自行车进行辅助驱动。第二级减速单元40的大齿轮42与小齿轮41的齿轮比可以设置在3∶1到10∶1的范围中，从而提供相应的减速比。

图5A示出了构造成链式减速机构的第二级减速单元40’。该链条形式的第二级减速单元40’包括安装在第一级减速单元30的输出轴36上的小链轮41’、安装在脚跳组件的大链轮42’以及连接两个链轮41’、42’的链条43’。另外，在大链轮42’的内周通过单向传动装置连接到中轴83，这样驱动单元15的动力不会引起曲柄81旋转，从而保护骑车人避免潜在的危险。

对于采用链式减速机构的第二级减速单元40’，还可包括一个张紧器，用于在链条43’组装时提供适当的张紧力。如图5A所示，张紧器主要包括辊子46和弹簧47，弹簧47附连到辊子46，以使辊子46在弹簧47的弹性力的作用下抵靠链条43’以使链条43’处于张紧状态。链式减速机构的减速单元40’使得驱动单元15的安装位置更为灵活。

在较佳实施例中，链条形式的第二级减速单元可以包括多个不同尺寸的大链轮作为选配件。如图5B和图5C所示，其中示出了两种不同尺寸的大链轮42’-1和42’-2，从而能够提供不同的输出扭矩和减速比。对于例如山地自行车而言，可以选用较大的大链轮42’-1，从而向自行车轮提供较高的扭矩输出，并且也能防止链轮损坏。另一方面，采用链式减速机构的第二级减速单元40，驱动单元15的安装位置的灵活性更大。

在根据本发明的较佳实施例中，通过第一级减速单元30和第二级减速单元40、40’的组合，使得总减速比设定在9∶1到100∶1的范围中。

此外，在替代实施例中，第二级减速单元也可采用皮带的带式减速机构，其布置方式与链式减速机构类似，此处不再赘述。

根据本发明较佳实施例的驱动系统10还提供了一种模块化的安装单元50，用于将驱动单元15和第二级减速单元40、40’安装到自行车本体70上，并且能够适配于不同规格的自行车中轴83。在较佳实施例中，安装单元50包括成对的支承板51，成对的支承板51之间可设置连接到两个支承板51的内表面的附加的支承杆。每一个支承板51的一端具有安装部，分别连接到驱动单元15的两个相对端部上，即分别附连到电机单元20的透明端盖25和相对的第一级减速单元30的端盖处。当安装单元50附连到驱动单元15的端部之后，第一级减速单元30的输出轴36可从支承板51的外侧表面向外延伸出，这样在第二级减速单元40、40’安装之后，小齿轮41或小链轮41’相应地位于支承板51的外侧表面的外部。

支承板51通常由刚性材料制成，例如由金属材料制成，其材料和厚度的选择使得支承板的刚度应能够足以保持驱动单元15的重量。当根据本发明的驱动系统10安装到自行车上之后，如图6所示，支承板51从脚踏组件80的中轴83所在位置向上方延伸，将驱动单元15保持在脚踏组件80的上方。特别是，可将驱动单元15保持在自行车本体70的三角框架包围的空间中。这样的布置使得驱动单元15整体远离地面，解决了现有技术中可能出现的中置驱动电机容易刮蹭地面的问题。

对应于不同类型的自行车以及不同的第二级减速单元40、40’，本发明的驱动系统10的安装单元50包括多种形式的支承板，如图9A、9B和图9C所示的那样。图9A示出了第一种安装单元50’，其具有两个平行设置的支承板511和512，这两个支承板511和512均是呈平面状的，并且具有基本相等的延伸长度。支承板511和512在驱动单元15处的宽度与中轴83位置处的间隔距离相等，可适配于轴向较长的中轴。图9B示出了第二种安装单元50”，其中支承在第一级减速单元30一侧的支承板513上形成一个偏移部，另一块支承板514从相对于驱动单元15的透明材料的端盖25的外表面向内偏移的位置平面地延伸出。

图9C示出了第三种安装单元50”’，其中支承在第一级减速单元30一侧的支承板515呈平面地延伸出，另一块支承板516从相对于驱动单元15的透明材料的端盖的外表面向内偏移的位置平面地延伸出，从而两个支承板515、516在中轴83位置处呈现一个较小的间隔距离，可适配于轴向较短的中轴。

这些支承板51可以根据安装条件灵活选择，使得根据本发明的驱动辅助系统能够组装到各种类型的自行车上。为了适应一些型号的中轴可以调整支承板511和512、513和514以及515和516之间的间隔距离，较佳地，可以在支承板511、513、515与驱动单元15的端盖之间设置垫片，以调节两者的间隔距离。垫片可以采用一块或多块，每块垫片可以具有不同的厚度。此外，也可以利用转换器针对不同型号的中轴实施安装。

在一种较佳实施方式中，可以通过以下步骤将例如图9A所示的支承板511和512安装到图8A所示的脚踏组件上并装配上相应的驱动单元15。可先将驱动单元15支承在支承板511和512的端部上。接着，将支承板511和512的另一端部与自行车的脚踏组件80中的中轴83对齐，而通常由两个部分组成的中轴碗832插入并螺纹紧固到中轴的两侧上。接着，再将轴芯831插入到中轴碗832中，随后用张紧螺母833锁紧，从而将轴芯831紧固到中轴碗832中，从而将支承板511和512和中轴83安装在一起。此时，支承板511和512能够以用户需要的位置定向在自行车本体的框架内，例如可以辅助地利用系带或悬挂件(未示出)。

图10A至图10C示出了对应于图9A至图9C的安装单元50的三种不同构造的脚踏组件80的中轴83，它们具有不同的轴向长度。中轴83具有轴芯831和成对的中轴碗832。对于安装有根据本发明的自行车驱动系统10的中轴83的装拆也十分方便，只需要将原来的中轴83的紧固件拧松，然后将其从自行车本体70中拔出，再插入选定的规格的轴芯831和成对的中轴碗832，再安装上图9A至图9C之一的相应构造的安装单元50的支承板51卡合到中轴碗832上，从而实现了驱动单元15的安装和固定。

通过上述示例可知，根据本发明的中置驱动系统10能够被安装到具有不同长度以及不同直径的中轴上。例如，根据本发明的安装单元50能够适配的中轴的长度可以在68mm-120mm之间，能够适配的中轴的直径可以在36mm-45mm之间。

此外，从图7A中可以看到，安装单元50还设有用于控制单元60的安装部。例如，支承板51中的一个设有控制单元安装部，该安装部可靠近驱动单元15布置，例如，可以通过螺栓将控制单元60固定到一块支承板51上。根据本发明的较佳实施例，控制单元60是一个具有独立外壳的模块化器件，它包括外壳和容纳在外壳内的电路板，引线从电路板引出到控制单元60的外壳之外，以便于与电机单元20的PCB板27相连，从而实现控制单元60对电机单元20的控制。

在其他替代实施方式中，根据自行车本身的构造和人们的个性化要求，控制单元也可借助于延长的连接线路安装在支承板之外的位置上，例如直接安装在自行车的框架本体上。

优选地，控制单元60的外壳的内部采用绝缘密封胶密封，该绝缘密封胶使控制单元60内部的电气组件不会与控制单元的外壳或安装单元50生短路。此外，优选地，控制单元60的外壳由金属材料制成，而绝缘密封胶具有导热性能，这也有利于将热量从控制单元60内部散热。

附加地或替代地，控制单元60还可设置有散热器(未示出)，散热器布置在控制单元60的壳体上，以将热量散发到周围环境中。

根据本发明的较佳实施例，该控制单元60连接到位于脚踏组件80的传感器，从而通过采集到指示自行车运行状态的信号对电机单元20进行控制。

在一个较佳实施例中，传感器包括踏频传感器65，用于采集自行车曲柄81的转速。如图7A和图7B所示，踏频传感器65包括磁环651和传感件652，两者紧密布置。具体地，磁环651安装到脚踏组件80，随着曲柄81的旋转而旋转，传感件652邻近磁环651保持在安装单元50上以便感测磁环651的转动。磁环651的外周具有多个磁极，磁环651设置成随着自行车曲柄81转动，当磁环651转动时，传感件652对经过其的磁极651的数量计数并记录下来。传感件652将记录下的磁极651的数量发送到控制单元60，控制单元60就能对曲柄81的旋转时间和速度进行计算。当速度达到一定值时，驱动系统10可以介入到驱动操作中，为脚踏组件80提供辅助动力。另一方面，踏频传感器65还能检测到曲柄81的旋转方向，控制单元60被设置成当传感器检测到曲柄81反向旋转时，驱动系统10不会被激活，这也为驱动辅助系统10提供了安全保障。

较佳地，控制单元60中的传感器也可采用如图8A和图8B所示的扭矩传感器68。在一较佳实施例中，扭矩传感器68主要包括应变套681。应变套681套设在中轴83的轴芯831上。应变套681具有多个微传感件，它们能够检测应变套681本体内的微小扭曲量。当骑车人踩动脚踏提供动力时，动力通过曲柄81、中轴83的轴芯831传递到应变套681。此外，应变套681例如通过花键齿连接到第二级减速单元的单向传动装置48。当自行车被骑行时，应变套681随之转动，并且与静态的单向传动装置48接触，从而扭矩传感器68能够测量骑行人员在脚踏组件80产生的力，并将测得的信号传送到控制单元60，经过计算和判断后，控制单元60控制驱动单元15在条件满足的情况下提供辅助动力。

根据本发明的自行车驱动系统10提供了一种模块化的构造，根据需要安装的自行车的本身构造，可以灵活地选择适当的安装单元50和第二级减速单元40、40’，将电机单元20和第一级减速单元30构造的驱动单元15安装到自行车本体70上，为脚踏组件80的牙盘82提供辅助动力。

在上述较佳实施例中，电机单元20为内转子无刷电机，在替代实施例中，也可以采用外转子无刷电机，外转子刷电机与行星齿轮减速机构集成为模块化的驱动单元。

本发明具有两级减速单元，第一级减速单元30能够与电机单元20集成为一个整体，而第二级减速单元40外置于驱动单元15，并能方便地安装到自行车本体70上，通过选择不同规格的链轮或齿轮，客户能够灵活地设定驱动单元15的优先输出扭矩。

有利地，根据本发明的自行车驱动系统10以套件形式提供。具体地，系统中的安装单元50可以包括一对支承板或可选的多对支承板，例如，如图9A-图9C中所示的支承板511和512、支承板513和514以及支承板515和516。在一种较佳实施方式中，多个支承板可以具有彼此不同的延伸长度。

此外，作为一种较佳实施方式，套件中的安装单元50可以具有垫片，垫片用于设置在驱动单元15和支承板的安装部之间，用户可以选择利用垫片来调整成对的支承板之间的间隔，以适配不同型号的中轴。另一方面，安装单元50可以包括适用于适配不同型号中轴的转换器。

另一方面，在自行车驱动系统套件中，第二级减速单元可以包括可选的减速比的传送轮组，例如具有如图5B和5C所示的那样多个传送轮，从而最大化地满足客户的个性化要求。

根据本发明的驱动系统10可以用来对现有的自行车进行动力辅助升级，从而为骑行人员进行动力辅助。但应当理解，在其他替代实施方式中，驱动系统10也可以作为纯动力设备单独使用在车辆上。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种用于对自行车进行动力辅助升级的驱动系统，所述驱动系统构造成为所述自行车的脚踏组件提供动力，所述驱动系统包括：

驱动单元，所述驱动单元包括壳体、容纳在壳体内的电机单元和第一级减速单元，其中所述电机单元具有定子、转子以及电机单元的输出轴，而所述第一级减速单元具有输入部和输出部，所述第一级减速单元的输入部连接到电机单元的输出轴，以在所述壳体内将来自所述电机单元的驱动力传递到所述第一级减速单元；

以及

第二级减速单元，所述第二级减速单元在所述驱动单元的外部可拆卸地安装到第一级减速单元上并连接到脚踏组件，从而布置成将来自所述第一级减速单元的输出部的驱动力传送到所述脚踏组件的牙盘，其特征在于，

所述系统还包括适于安装到所述脚踏组件的中轴的安装单元，其中，所述安装单元包括彼此间隔并且从所述中轴的所在位置向上方延伸的一对或多对支承板，所述安装单元构造成能够将所述驱动单元保持在所述自行车的三角框架包围的空间中，亦能够将所述驱动单元保持在所述的空间外；其中，所述支承板具有不同间隔和/或可选的延伸长度；

所述安装单元还包括垫片；其中，所述垫片设置在支承板与驱动单元之间并用于调整所述支承板与驱动单元的间隔；

其中，所述电机单元和第一级减速单元具有基本相同的外径的圆筒壁，并通过分隔壁隔开；所述电机单元的输出轴延伸通过分隔壁中的孔进入所述第一级减速单元的壳体部内；所述圆筒壁上以及驱动单元两侧的端盖设有紧固部；所述紧固部配置为通过螺栓的穿入以与所述壳体形成连接；

其中所述驱动单元、所述安装单元和所述第二级减速单元各自模块化地提供并相对彼此可拆卸地安装。

2.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述第一级减速单元为行星齿轮减速机构，

并且所述电机单元的输出轴与所述第一级减速单元的输入部同轴布置。

3.如权利要求1或2所述的驱动系统，其特征在于，所述第一级减速单元包括：

太阳齿轮，所述太阳齿轮作为所述输入部附连到所述电机单元的输出轴；

多个行星齿轮，所述多个行星齿轮围绕所述太阳齿轮并与所述太阳齿轮啮合；

齿圈，所述齿圈与所述多个行星齿轮啮合；

行星齿轮架，所述行星齿轮架保持所述多个行星齿轮；以及

单向传动装置，所述单向传动装置设置在所述行星齿轮架和所述输出部之间。

4.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动单元的壳体包括电机单元壳体部和第一级减速单元壳体部，所述电机单元壳体部和所述第一级减速单元壳体部彼此可拆卸地连接。

5.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述第二级减速单元构造成链式减速机构、带式减速机构和齿轮减速机构中的至少一种减速机构，

所述减速机构包括安装到所述第一级减速单元的所述输出部的第一传动轮和安装到所述脚踏组件的第二传动轮，所述第二传动轮通过单向传动装置安装到所述脚踏组件的中轴。

6.如权利要求1所述的驱动系统，所述系统还包括控制单元，所述控制单元与所述电机单元电气连接，并且所述控制单元具有独立的外壳，并且模块化地、可拆卸地安装在所述安装单元上。

7.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述支承板具有隔开预定距离的第一安装部和第二安装部，

所述第一安装部固定到所述脚踏组件的中轴上，所述第二安装部附连到所述驱动单元的相对的两个端部，从而当所述驱动系统安装到所述自行车上后，所述驱动单元远离所述中轴布置。

8.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述系统还包括踏频传感器，所述踏频传感器包括磁环和传感件，所述磁环安装到所述脚踏组件并随所述脚踏组件的曲柄旋转而旋转，所述传感件邻近磁环保持在所述安装单元上以便感测磁环的转动，

并且所述踏频传感器连接到所述驱动系统的控制单元。

9.如权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述系统还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器包括应变套，所述应变套设到所述脚踏组件上，以测量施加在所述脚踏组件上的力，

并且所述扭矩传感器连接到所述驱动系统的控制单元。

10.如权利要求9所述的驱动系统，其特征在于，所述应变套安装到所述脚踏组件的中轴的轴芯上，并且所述应变套连接到所述第二级减速单元的传送轮设置的单向传动装置。

11.如权利要求3所述的驱动系统，其特征在于，所述第一级减速单元包括大轴承、行星齿轮架、单向传动装置以及输出轴；

所述大轴承、行星齿轮架、单向传动装置以及输出轴连接并形成分隔部；所述分隔部配置为使得所述太阳齿轮、行星齿轮和齿圈所在空间与所述输出轴向外伸出的一段所在空间相对彼此密封地隔开。

12.一种用于对自行车进行动力辅助升级的驱动套件，所述套件被模块化地构造以包括：

驱动单元，所述驱动单元包括壳体、容纳在壳体内的电机单元和第一级减速单元，其中所述电机单元具有定子、转子以及电机单元的输出轴，而所述第一级减速单元具有输入部和输出部，所述第一级减速单元的输入部同轴地连接到电机单元的输出轴，以在所述壳体内将来自所述电机单元的驱动力传递到所述第一级减速单元；

以及

第二级减速单元，所述第二级减速单元在所述驱动单元的外部可拆卸地安装到第一级减速单元上并连接到脚踏组件，构造成将来自所述第一级减速单元的输出部的驱动力传送到所述脚踏组件的牙盘，所述第二级减速单元包括可选的减速比的传送轮组，其特征在于，

所述驱动套件还包括适于安装到所述脚踏组件的中轴的安装单元，其中，所述安装单元包括彼此间隔并且从所述中轴的所在位置向上方延伸的一对或多对支承板，所述安装单元构造成能够将所述驱动单元保持在所述自行车的三角框架包围的空间中，亦能够将所述驱动单元保持在所述的空间外；其中，所述支承板具有不同间隔和/或可选的延伸长度；

所述安装单元还包括垫片；其中，所述垫片设置在支承板与驱动单元之间并用于调整所述支承板与驱动单元的间隔；

其中，所述电机单元和第一级减速单元具有基本相同的外径的圆筒壁，并通过分隔壁隔开；所述电机单元的输出轴延伸通过分隔壁中的孔进入所述第一级减速单元的壳体部内；所述圆筒壁上以及驱动单元两侧的端盖设有紧固部；所述紧固部配置为通过螺栓的穿入以与所述壳体形成连接。

13.如权利要求12所述的驱动套件，其特征在于，所述安装单元还包括：

用于调整所述间隔的垫片，所述垫片设置在所述支承板与所述驱动单元之间，或者

用于适配不同型号中轴的转换器。

14.如权利要求12所述的驱动套件，其特征在于，所述安装单元还包括：所述第一级减速单元包括大轴承、行星齿轮架、单向传动装置以及输出轴；

所述大轴承、行星齿轮架、单向传动装置以及输出轴连接并形成分隔部；所述分隔部配置为使得太阳齿轮、行星齿轮和齿圈所在空间与所述输出轴向外伸出的一段所在空间相对彼此密封地隔开。