CN114929570A - 带侧装车轮的前电机驱动自行车 - Google Patents

Abstract

一种用于侧装自行车车轮的驱动系统，包括用于安装侧装自行车车轮的轮毂；用于驱动侧装自行车车轮的电机驱动器，所述电机驱动器包括电机和行星齿轮减速组件，该行星齿轮减速组件至少部分地定位在轮毂内并且包括一个或多个行星齿轮；以及，旋转轮毂轴承，其将轮毂可旋转地连接到所述电机驱动器，其中所述旋转轮毂轴承横向定位在电机和行星齿轮之间。

Description

带侧装车轮的前电机驱动自行车

背景技术

现有技术状态的电动自行车配备了驱动前轮或后轮或甚至踏板的电机。这些电机配有减速齿轮箱或链条或皮带传动系统，其可降低电机轴的输出转速，以在自行车以正常速度骑行时最佳匹配自行车的踏板或车轮的速度。在带齿轮的减速齿轮箱的情况下，齿轮的行星布置是最常用的并且很好理解。

对于电机变速箱直接安装在前轮上的电动自行车，电机变速箱安装在自行车前轮的轮毂内。这种轮毂通常与传统的无电机前轮轮毂相似，因为它装有一个适合安装到双腿前叉的轴，并且轮毂在轮毂法兰上具有孔以容纳自行车车轮的辐条。车轴刚性安装在前叉端部，能够通过与中心轴的连接将扭矩从电机传递到自行车前叉，从而使骑手和自行车能够在电机动力下加速。

然而，一些自行车和电动自行车具有仅从一侧安装的轮子。这种单侧安装车轮布置的一个明显好处是，如果轮胎是扁平的，使用者可以更换轮胎而无需从自行车上拆下车轮，例如必须使用传统的双侧安装车轮设计自行车来完成。然而，单侧安装前轮设计的一个缺点是由于悬臂式安装布置，前轴上存在扭转力矩。因此，单侧安装前轮需要的前轴的直径明显大于传统双侧安装设计中的轴。

单侧装轮式自行车的前轮安装电机和减速齿轮箱时，传统的双侧装电动自行车前轮毂电机仅从一侧固定在前叉上是根本不可能的，因为通轴的直径不足以承受悬臂弯曲力。如果增加轴的直径以解决悬臂弯曲力，则电机和行星齿轮和轮毂的直径会变得过大，重量会变得过大，以至于不合需要并且在商业上不可行。这是因为前轮毂电驱动的太阳轮切入车轴，并且如果增加车轴直径，行星齿轮箱的行星齿轮和齿圈也需要增加尺寸，以保持相同的齿轮减速比率。一些现有的侧装前轮电机驱动器将行星齿轮和电机容纳在大直径前轴内，并且安装在轴外径上的是两个旋转轴承，其便于前轮毂和车轮旋转。电机驱动器通过带有单向轴承联轴器的较大超大轴的一端连接到该外轮毂。这种布置的局限性在于要求太阳齿轮、行星齿轮和齿圈相对较小，而这种设计的缺点是这些小齿轮在处理足够高的扭矩方面的能力会受到限制。

设计人员可以通过使用高强度材料来克服这个问题，但是，这种解决方案的缺点是齿轮的噪音水平较高。这些设计的另一个缺点是，相对于电动自行车部件的成本基础，安装在超大轴上的旋转轴承往往较大、较重且昂贵。这是因为轴直径必须足够大，才能在其中包含行星齿轮驱动器。当行星齿轮驱动器设计为具有低噪音时，这一点尤其明显，这通常需要使用塑料齿轮，并且为了使这些齿轮能够传递足够的扭矩，它们的直径需要足够大。因此，现有的侧装式前置电机驱动器可以制造得既紧凑又轻巧但噪音大，或者安静但又大、重且昂贵，因为需要安装在行星齿轮箱周围的大型超大轴承。

现有单侧安装的前轮毂电驱动器的另一个缺点是，为了保持前电机驱动器的最短横向宽度，两个前轮毂轴承之间的距离通常被限制在单侧前叉安装臂和轮辐之间。如果使用盘式制动器，则该距离会进一步受到限制，结果可能是存在次优轮毂轴承间距，从而前轮可能具有高于可接受的跳动和摆动，或者需要过高的精度和成本来维持可接受的跳动和摆动。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种用于侧装车轮的驱动系统，包括用于安装侧装车轮的轮毂；用于驱动侧装车轮的电机驱动器，所述电机驱动器包括电机和行星齿轮减速组件，该行星齿轮减速组件至少部分地定位在轮毂内并且包括一个或多个行星齿轮；以及，旋转轮毂轴承，其将轮毂可旋转地连接到所述电机驱动器，其中所述旋转轮毂轴承横向定位在电机和行星齿轮之间。

本发明的轮毂轴承和轴安装布置解决了当前侧装式轮驱动电动车辆设计的缺点。与代之以具有围绕行星齿轮箱的外周定位的旋转轴承的已知布置相比，将旋转轮毂轴承定位在行星齿轮系统和电机部件之间的区域有利于使用尺寸合理的轮毂轴承，同时仍然允许能够使用安静的塑料齿轮的足够大直径的行星齿轮箱设计。这种配置利用了自然小直径电机小齿轮太阳轮直径周围的可用空间，这也有利于增加前轮毂轴承之间的距离以提供更优化的间距。

在使用中，侧安装车轮可以连接到轮毂，例如使用螺纹连接或类似连接，使得轮毂与车轮的旋转轴线同轴。

行星齿轮减速组件可以完全装在轮毂内，也可以外露一部分。

电机可以连接到电池或类似的电源。

优选地，旋转轮毂轴承与侧装车轮的车轮旋转轴线同轴。

优选地，所述旋转轮毂轴承的内径小于所述电机的定子的外径。任选地，旋转轮毂轴承的外径也可以小于电机定子的外径。

优选地，所述旋转轮毂轴承的内径小于所述行星齿轮减速组件的外径。可选地，旋转轮毂轴承的外径也可以小于行星齿轮减速组件的外径。

优选地，所述旋转轮毂轴承的内径小于所述行星齿轮减速组件的行星输入法兰的外径。可选地，旋转轮毂轴承的外径也可以小于行星齿轮减速组件的行星输入法兰的外径。

优选地，电机驱动器还包括与侧装车轮的车轮旋转轴线同轴的行星输入法兰和电机输出法兰，行星输入法兰和电机输出法兰与旋转轮毂轴承的内表面共享一个共用接口。

可选地，所述旋转轮毂轴承可以是第一旋转轮毂轴承，并且所述驱动系统还可以包括第二旋转轮毂轴承，所述第二旋转轮毂轴承将所述轮毂可旋转地连接到所述电机驱动器。

优选地，第二旋转轮毂轴承位于行星齿轮减速组件的与第一旋转轮毂轴承相反的一侧。

根据本发明的第二方面，提供了一种自行车，其包括安装在第一方面的驱动系统的轮毂上的侧装车轮。

可选地，侧装车轮可以是前侧安装车轮。或者，侧装车轮可以是后侧安装车轮。

可选地，自行车是踏板驱动的自行车。

根据本发明的第三方面，提供了一种电动车辆，其包括安装到第一方面的驱动系统的轮毂的侧装车轮。

可选地，电动车辆可以是电动滑板车。

附图说明

现在将参照附图详细描述本发明的实例，其中：

图1显示了带有侧装车轮的皮带传动自行车的侧视图；

图2是显示前叉组件和前电机组件的右侧立体图；和，

图3显示了图1和图2的前电机组件的垂直截面图。

具体实施方式

图1显示了具有前侧安装电机组件2的单侧安装前电机驱动自行车1的优选实施例。

图2显示了图1的单侧安装的前电机驱动自行车1的替代视图，其具有便于刚性安装前侧安装的电机组件2和前轮制动卡钳6的前单侧悬臂叉构件3，以使刚性连接到前单侧车轮组件4的前轮盘式制动器转子5减速。

图3是图1和图2的前侧安装电机组件2通过前轮旋转轴线7的垂直截面前视图。前侧安装的电机组件2包括前电机输出外壳15，该前电机输出外壳通过胶水、压配合、螺钉或螺栓型紧固件安装到能够接收前电机外壳9的前单侧悬臂叉构件3。

前电机外壳9形成为容纳前电机定子10和前电机小齿轮外轴承14，该前电机小齿轮外轴承可旋转地支撑前电机小齿轮12，该前电机小齿轮刚性地附接到前电机磁体旋转体11。前电机定子10相对于前电机磁体旋转体11的相互作用和控制是众所周知和理解的电机器种类。前电机小齿轮12由前电机小齿轮外轴承14和前电机小齿轮内轴承13可旋转地支撑，该前电机小齿轮内轴承可旋转地安装到前电机行星25内。前电机行星架又通过前电机行星架内轴承27由前电机行星齿轮箱输入法兰22支撑。前电机行星齿轮箱输入法兰22通过多个前电机紧固件16刚性地附接到前电机输出外壳15。

前电机行星齿轮箱输入法兰22通过多个前电机齿轮箱输出法兰紧固件24刚性地附接到前电机行星齿轮箱输出法兰23。前电机行星齿轮箱输入法兰22与前电机行星齿轮箱输出法兰23的接口和连接也可以是螺纹连接。

前电机输出外壳15与前电机行星齿轮箱输入法兰22的接合和装配的性质使得前电机输出外壳15和前电机行星齿轮箱输入法兰22共享由前轮毂内轴承20的内径接收的共用接口。

前电机行星架25以行星齿轮布置支撑前电机行星齿轮轴29和前电机行星齿轮26，以与前电机小齿轮12和前电机行星齿轮箱输入法兰22通过前电机行星齿圈齿部件31啮合，从而前电机行星架25的输出转速相对于前电机小齿轮12的输入转速降低了两倍到十倍之间。

前电机行星齿轮26的材料性质优选为塑料或低噪音复合材料。前电机小齿轮12的材料的性质理想地是金属，例如不锈钢。前电机行星齿轮箱输入法兰22的材料性质可以是黑色金属或不锈钢金属或金属合金。前电机行星齿圈齿部件31的构造和材料的性质可以是多种不同的种类，例如前电机行星齿圈齿部件31是一体的部分并且与前电机行星齿轮箱输入法兰22类似的材料，并通过滚齿工艺构造，或者前电机行星齿圈齿部件31可以是与前电机行星齿轮箱输入法兰22不同的材料，例如塑料，并且通过包覆成型和键控注塑连接构造并附接到前电机行星齿轮箱输入法兰22。

前电机行星架25进一步由前电机行星架外轴承28可旋转地支撑，该前电机行星架外轴承容纳在前电机行星齿轮箱输出法兰23内。前电机行星架25通过前电机单向离合器30例如单向楔形离合器可旋转地连接到前轮毂外件18，使得前轮毂外件18围绕前轮旋转轴线7的旋转相对于前电机行星架25仅可能在一个方向上。

前单侧车轮组件4在一侧用前轮组件紧固件8刚性地安装到前轮毂外件18。前轮毂外件18通过前轮毂外轴承21可旋转地安装到前电机行星齿轮箱输出法兰23，并且通过穿过前轮盘式制动器转子5的前盘式转子紧固件19刚性连接到前轮毂内件17。

前轮毂内件17通过前轮毂内轴承20可旋转地安装到前电机输出外壳15和前电机行星齿轮箱输入法兰22上。前轮制动钳6以众所周知的方式布置在前轮盘式制动转子5周围，以便为前单侧轮组件4提供制动力。

如图3所示，前轮毂内轴承20的位置一般在前电机行星齿轮26的一侧以及前电机定子10和前电机磁体旋转体11的一侧，使得前轮毂内轴承20横向定位在电机和行星齿轮系统之间，电机的至少一部分在一侧，例如前电机定子10，而行星齿轮系统的至少一部分在另一侧，例如行星前电机行星齿轮26或前电机行星架25。

前轮毂内轴承20与前轮旋转轴线7同轴，并位于行星齿轮系统与前电机定子10和前电机磁体旋转体11之间的区域，使得前轮毂内轴承20的内径小于前电机定子10和前电机行星齿轮箱输入法兰22的相应外径。换言之，轮毂内轴承20轴向位于前电机定子10和前电机行星齿轮26之间，并且径向位于由前电机定子10和前电机行星齿轮箱输入法兰22的径向外表面限定的相应圆周内。

与已知布置相比——该已知布置代之以具有围绕前电机行星齿轮箱输入法兰的外周定位的旋转轴承(即径向先于前电机行星齿轮箱输入法兰并且在轴向方向上与前电机行星齿轮箱输入法兰基本对齐)，将前轮毂内轴承20定位在行星齿轮系统和电机部件之间的区域具有促进使用合理尺寸的轮毂轴承同时仍然允许能够使用安静的塑料齿轮的足够大直径的行星齿轮箱设计的上述好处，并且还具有增加前轮毂轴承之间的距离以提供更佳间距的好处。

尽管以上描述是针对具有前侧安装的电机驱动轮的踏板驱动自行车给出的，但是设想了替代实施例，其中相同的电机组件用于其他车辆。例如，电机组件可用于一个或多个非踏板驱动自行车，作为用于后侧安装的电机驱动轮的电机，或作为用于电动踏板车上的侧面安装的前轮或后轮的电机，例如用于可能具有内置于后悬架摆臂中的驱动系统的小型摩托车(也称为轻便摩托车)、用于残疾使用者的辅助车辆和/或配置为在直立时使用的轮式车辆。

Claims (14)

1.一种用于侧装车轮的驱动系统，包括：

用于安装所述侧装车轮的轮毂；

用于驱动所述侧装车轮的电机驱动器，所述电机驱动器包括电机和行星齿轮减速组件，该行星齿轮减速组件至少部分地定位在所述轮毂内并且包括一个或多个行星齿轮；和，

旋转轮毂轴承，其将所述轮毂可旋转地连接到所述电机驱动器，

其中所述旋转轮毂轴承横向定位在所述电机和所述行星齿轮之间。

2.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中所述旋转轮毂轴承与所述侧装车轮的车轮旋转轴线同轴。

3.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中所述旋转轮毂轴承的内径小于所述电机的定子的外径。

4.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中所述旋转轮毂轴承的内径小于所述行星齿轮减速组件的外径。

5.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中所述旋转轮毂轴承的内径小于所述行星齿轮减速组件的行星输入法兰的外径。

6.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中所述电机驱动器还包括与所述侧装车轮的车轮旋转轴线同轴的行星输入法兰和电机输出法兰，并且其中所述行星输入法兰和所述电机输出法兰与所述旋转轮毂轴承的内表面共享共用接口。

7.根据任一前述权利要求所述的驱动系统，其中所述旋转轮毂轴承是第一旋转轮毂轴承，并且其中所述驱动系统还包括第二旋转轮毂轴承，所述第二旋转轮毂轴承将所述轮毂可旋转地连接到所述电机驱动器。

8.根据权利要求7所述的驱动系统，其中第二旋转轮毂轴承定位在所述行星齿轮减速组件的与第一旋转轮毂轴承相对的一侧。

9.一种自行车，其包括：

安装在任一前述权利要求所述的驱动系统的轮毂上的侧装车轮。

10.根据权利要求9所述的自行车，其中所述侧装车轮为前侧安装车轮。

11.根据权利要求9所述的自行车，其中所述侧装车轮为后侧安装车轮。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的自行车，其中所述自行车是踏板驱动的自行车。

13.一种电动车辆，其包括：

安装在任一前述权利要求所述的驱动系统的轮毂上的前侧安装车轮。

14.根据权利要求13所述的电动车辆，其中所述电动车辆是电动滑板车。

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