CN115335279A - 用于在具有中央马达驱动单元的自行车中进行能量回收的装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在具有中央马达驱动单元和至少一个后轮的自行车中进行能量回收的装置，所述装置包括：第一构件，该第一构件是以下述方式与后轮轮毂或后轮的元件连接，即该后轮的转动独立于转动方向地传递到该第一构件上；与该第一构件相配合的能量传递装置；回收元件，其与该能量传递装置相配合；以及发电机，其为回收该后轮的旋转运动的转动能量而与该回收元件相配合。

Description

用于在具有中央马达驱动单元的自行车中进行能量回收的装 置及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种在具有中央马达驱动单元的自行车中进行能量回收的装置。

本发明还涉及一种用于驱动在具有中央马达驱动单元的自行车中进行能量回收的装置的方法。

本发明还涉及一种自行车。

虽然适用于任意形式的自行车，本发明仍以双轮形式的自行车来解释。

背景技术

现今自行车通常具有例如在上坡路段时辅助骑行人的驱动器。在此，除了直接装在后轴上的后轮驱动器外，还有所谓中央马达驱动器，其中在用于骑行人的踏板元件的驱动单元基本上是布置在前轮和后轮之间的踏板的高度。在已知用于自行车或电动自行车的中央马达驱动器中，用于骑行人的脚踏板通过已知的飞轮机构通常由齿轮和链条所组成的链条驱动器而与后轮轮毂连接。该飞轮机构在此是以已知的方式构成，即踏板单元的踏板可在推动驱动时静止不动，也就是在踏板单元的底部支架中的轴在自行车处于推动驱动时不会转动。自行车后轮轮毂的已知的自行车惯用飞轮机构会导致自行车链条在推动驱动时不需要移动。因此，在下坡路段时链条、底部支架轴和踏板静止不动。

因此，缺点是，在自行车的推动驱动时，在旋转的后轮和位于底部支架轴的驱动单元之间没有能量传递。因此，例如具有中央马达驱动器的电动自行车不能将在下坡路段时通过后轮转动所形成的能量在中央马达驱动器中用于能量回收或回收再利用。

发明内容

本发明的目的在于在具有中央马达驱动单元的电动自行车中提供能量回收。

本发明的另一个目的是提供一种成本低廉且易于制造的装置，其用于在具有中央马达驱动单元的自行车中进行能量回收。

在实施方式中，本发明通过能在具有中央马达驱动单元与至少一个后轮的自行车中进行能量回收的装置来达成前述目的，该装置包括：第一构件，该第一构件是以下述方式与后轮轮毂的元件或后轮的元件连接，即该后轮的转动独立于转动方向地传递到该第一构件上；与该第一构件相配合的能量传递装置；回收元件，其与该能量传递装置相配合；以及，发电机，其为了回收该后轮的旋转运动的转动能量而与该回收元件相配合。

在另一实施方式中，本发明通过一种用于驱动根据权利要求1至15中任一项所述的装置的方法来达成前述目的，其中，借助于该装置可根据该自行车的行驶驱动来执行能量回收。

在另一实施方式中，本发明通过一种具有根据权利要求1至15中任一项所述装置的自行车来达成前述目的。

以这种方式实现的优点之一是，能够在具有中央马达驱动单元的自行车(特别是双轮或三轮车)中进行能量回收。另一个优点是，提供一种用于在具有中央马达驱动单元的自行车中进行能量回收的成本低廉且易于制造的装置，以及一种成本低廉且易于驱动的方法。另一个优点是，特别是对于在至少一个车轮之间的力量传递方面采用机械固定且不可拆卸的连接，尤其在自行车后轮和具有发电机的驱动单元之间，提供一种车轮的旋转方向与旋转速度持续且恒定的动力传递，从而可以非常精准的确定自行车的速度，进而无法影响对驱动器的预期用途的操纵。因此使得符合具有中央马达驱动单元的双轮车的各种类型都是可能的，换言之，对速度测量的操作变得更加困难。

术语“后轮轮毂”被理解为自行车的后轮的轮毂，轮毂在自行车的车轮上绕固定在凹口中的夹紧轴旋转。通常组成构件可以特别是轴、轴承和轮毂壳体以及可能是附加元件如制动器或飞轮。然后，在此将各个轮的轮辐固定在轮毂壳体上。

术语“自行车”被广义理解且包括双轮或三轮车辆。

本发明的其他特征、优点和其他实施方式在下面进行描述或因此变得显而易见。

根据有利的改进方案，能量传递装置包括至少一个机械传递元件和/或至少一个液压传递元件。机械传递元件的优点是，易于制造且需较少的维修，而液压元件使得在自行车的灵活布置成为可能。

根据另一有利的改进方案，能量传递装置包括牵引驱动器(德文：Zugmitteltrieb)，特别是具有齿带、链条驱动器和/或万向轴。这以灵活的方式提供了简单且成本低廉的能量传递装置或能量传递元件。因此，例如齿带的优点在于，其可被特别简单地安装并被成本低廉地更换，而例如万向轴则提供了特别可靠的能量传递。

根据另一有利的改进方案，回收元件具有轴。因此，后轮轮毂的转动运动能以特别简单的方式转换成能够借助发电机进行简单回收的转动运动。

根据另一有利的改进方案，回收元件布置在底部支架和该后轮轮毂之间的区域中，或沿竖直方向布置在该底部支架上方。这样做的优点是，可以使回收元件相对于行驶方向简单地布置在骑行者的高度或后方。

根据另一有利的改进方案，回收元件布置成至少部分在该中央马达驱动单元的壳体外部，或完全布置在该壳体的内部。当回收元件至少部分地布置在壳体外部时，能够与能量传递装置特别简单地连接。在完全布置于壳体内部时，则保护回收元件免受诸如湿气的环境因素的影响。

根据另一有利的改进方案，布置有用于能量传递装置的适配装置，其被设计成至少部分补偿由于该能量传递装置所造成的能量传递恶化。这样做的优点是，整体上使得能量传递装置的使用寿命延长成为可能，特别是机械柔性元件的使用寿命延长，在机械柔性元件中通过适配装置补偿恶化的机械张力。例如用于齿带或链条的张紧装置。

根据另一有利的改进方案，回收元件设计为发电机的一部分，特别是设计为用于该发电机的环绕定子的发电机轴的形式。因此使得回收元件和发电机的节省空间的布置成为可能。

根据另一有利的改进方案，回收元件设计为具有至少一个联轴器的变速器驱动轴。以这种方式实现的优点之一是，中央马达驱动单元的马达可被用作为发电机：因此，在推动驱动时，转动能量可以传递至驱动器、更确切的说是传递至驱动器的电动机(E-Maschine)，从而该驱动器可被用作为发电机。在此该传递可以是直接或通过传动装置进行。尤其是，特别通过控制装置或控制设备电控制的联轴器首先建立连接以通过马达进行能量传递，该马达特别是电动机。在此，该控制设计成即使在行驶下坡路段时仍能在能够回收的推动驱动与驱动之间进行快速转换。

根据另一有利的改进方案，能量传递装置布置在用于驱动后轮的该中央马达驱动单元的驱动传递装置上方。这样做的优点是在维护时更容易接近。

根据另一有利的改进方案，能量传递装置至少部分布置在保护壳体中。因此优化了在驱动能量传递装置时的可靠性。

根据本方法的另一有利方案，借助控制设备评估用于识别行驶驱动的传感器数据，并根据所识别出的行驶驱动来执行能量回收。因此能够自动并以可靠的方式提供对回收再利用或能量回收的控制。

根据本方法的另一有利方案，能量回收可根据双轮车的行驶驱动来连续和/或逐步执行。因此可根据所识别出的行驶状态或行驶驱动来进行定量且协调的能量回收。

根据本方法的另一有利方案，能量回收可以手动启动。这样做的优点是增加了灵活性，因为双轮车的骑行者可自行决定，是否以及必要时应该如何启动能量回收。因此，例如可在控制单元中，设置一个或多个用于自动启动的手动模式。

根据另一有利的改进方案，一方面的能量传递装置和/或该回收元件和/或该第一构件，和另一方面的用于驱动后轮的该中央马达驱动单元的传递装置，基本上是布置在自行车中在空间上被分开的区域，特别是布置在自行车2的不同侧上。以这种方式实现的优点之一是易于实施。

根据另一有利的改进方案，第一构件与该后轮轮毂固定连接，或可拆卸地与该后轮轮毂和/或后轮接合。以这种方式实现的优点之一是，一方面执行后轮转动的可靠传递，另一方面也可以简单方式进行后轮的维护。术语“接合”(德文：Eingriff)在此应被广义理解并且还涉及螺栓连接或诸如此类。

根据另一有利的改进方案，用于转动的第一构件接合在该后轮的轮辐中。这确保了第一构件能够从后轮的简单且迅速地拆下。

根据另一有利的改进方案，第一构件包括至少一个销，特别是包括用于接合在该轮辐中的多个销。以这种方式实现的优点之一是成本低廉且容易实施。

本发明的其他重要特征和优点可从附属权利要求、附图和根据附图的所属的附图说明中得出。

应理解的是，在不超出本发明的范围的情况下，上述与下文还将描述的特征不仅可以在各自给定的组合中使用，也可以以其他组合或单独使用。

本发明的优选实施方案和实施方式在附图中示出，并将在以下叙述中被进一步说明，其中，相同的附图符号是表示相同或相似或功能相同的构件或元件。

附图说明

在此以示意的方式：

图1以俯视图示出根据本发明的实施方式的装置。

图2以侧视图示出根据本发明的实施方式的装置。

图3以侧视图示出根据本发明的实施方式的装置。

图4以侧视图示出根据本发明的实施方式的装置

图5示出根据本发明的实施方式的装置。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施方式的装置的俯视图。

在图1中详细示出用于双轮车的能量回收的装置1。该双轮车具有中央马达驱动单元3，中央马达驱动单元包括具有底部支架轴8和链环9的底部支架5。该链环9通过链条6与齿环16连接，该齿环16与双轮车的后轮轮毂4固定连接。通过链环9的转动可执行对双轮车的后轮的驱动。

此外，在图1中，中央马达驱动单元3的壳体7的上部右侧部分设有凹部，凹部的宽度设计成使得能以平行于链环9与齿环16之间连接的方式通过链条6来接纳齿带11。该齿带11一方面通过部分从壳体7伸出的回收轴12与中央马达驱动单元3连接，另一方面与齿轮盘10连接，该齿轮盘10又与双轮车的后轮的轮毂4固定连接。回收轴12在此是布置在底部支架轴8的“后方”(也就是图1中在其右侧)，但回收轴也可以布置在其上方或与其机械独立。在此，回收轴12以对后轮的旋转运动产生尽可能小的旋转阻力的方式来安装。

在中央马达驱动单元3中另外布置有用于回收再利用的发电机13和用于齿带11的张紧装置14。例如，具有张紧轮(德文：Spannrolle)形式的张紧装置14用于延长齿带11的使用寿命。同样地，在中央马达驱动单元3中布置有用于控制回收再利用的控制单元15。然而，也可以布置在双轮车之上或之中的其他位置。

总的来说，双轮车的部件、特别是部件齿轮盘10、齿带11和回收轴12具有尽可能低的能量消耗，这意味着提供了尽可能低的总功率损耗。例如在行驶驱动时，装置1的总功率损耗低于1％。

换言之，图1示出包括小轮的装置1，该小轮与后轮轮毂4固定连接、特别是设计为齿轮盘10，该小轮特别是借助齿带11来将特别是在推动驱动状态(即没有空转时)下的后轮的旋转运动，旋转运动和因此包括在此旋转运动中的后轮能量传递至中央马达驱动单元3的回收轴12上，在此可用能量能够通过发电机13而被用于回收再利用。

在另一个未示出的实施方式中，用于回收的回收轴12也可以设计为具有环绕定子的发电机轴，该定子是永磁性和/或具有电磁体，或者该回收轴12也设计成具有联轴器的变速器驱动轴，以用于在推动驱动时将转动能量传递至中央马达驱动单元3或其马达/电动机上，中央马达驱动单元3用作用于回收的发电机。在最后的实施方式中可省略分开的发电机13。

图2示出根据本发明的实施方式的装置的侧视图。

在图2中详细示出根据图1的装置1。在此，回收轴12与图1中类似地布置在底部支架轴8的后方，也就是布置在底部支架轴8和后轮轮毂4之间。如在图2中所示，在此齿带11平行于链条6延伸，并且在图2中以垂直于附图平面的视线方向布置在链条6的后方。

图3示出根据本发明的实施方式的装置的侧视图。

在图3中基本上详细示出根据图1的装置1。不同于根据图1的装置1，在根据图3的装置1中，回收轴12竖直地布置在底部支架轴8的上方，也就是布置在底部支架轴8的水平“高度”上。如在图3中所示，在此齿带11以与链条6成一个角度延伸，并且在图3中布置在链条6的上方。

图4示出根据本发明的实施方式的装置的侧视图。

在图4中基本上详细示出根据图3的装置1。不同于根据图3的装置1，在根据图4的装置1中，回收轴12和齿带11至少在图4的附图平面向外的方向上为保护壳体17所保护。

回收轴12可在中央马达驱动单元3的两侧(即垂直于附图平面)被向外引导。为避免与脚踏板的链环9碰撞，该回收轴12可如在图1中所示，在一凹部中或如在图3中所示在中央马达驱动单元3的壳体7中被向外引导。根据该回收轴12在壳体3的位置，齿带11围绕或绕过框架的链条支撑件延伸。若齿带11绕过链条支撑件延伸的话(如在图3中所示)，则可在其周围布置例如具有保护板17形式的盖件，以便保护齿带11不受污染，并保护使用者不受连续一起转动的齿带11的影响。

在回收轴12上提供的可用转动能量是否能用于回收特别是取决于双轮车2的行驶驱动状态。当基于不同的传感器数据(脚踏板的转速、倾斜角度等)而识别出便利的行驶驱动(例如下坡行驶)时，马达控制设备15可自动开始回收。此外，可以设想的是，回收也可以在双轮车2的制动器作用时被自动启动。因此，制动能量被用于回收且减轻制动器本身的负担。

通过可选布置的车载计算机也可以设置成，使得当该使用者有意在行驶时对能量储存器(例如电池)充电时，例如在还不能被视为不便于回收的行驶驱动的轻微下坡路段行驶时，使用者可以手动启动回收能量。通过逐步或者说分级启动可增加功能的可用性和便利性。

图5示出根据本发明的实施方式的装置。

在图5中基本上详细示出根据图3的装置1。不同于根据图3的装置1，在根据图5的装置1中，齿轮盘10、齿带11和回收轴12布置在自行车2后轮18的相对于齿环16、链条6和链环9的相反侧。换言之，回收和驱动基本上是在自行车2的在空间上互相分开的的区域中进行，特别是在自行车2的不同侧进行。驱动齿轮或齿轮盘10在此特别是安装在后轮轮毂4上，并在一个实施方式中通过一个或多个元件(例如销)接合在后轮的元件(例如轮辐)中，因此，齿轮盘10可随着后轮18的转动而运动。当后轮18被移除时，以这种方式可轻易地将齿轮盘10从后轮轮毂4移除。就这点来说，可以不必对后轮轮毂4进行结构改变。同样地，在后轮18被移除时也可以省去拆卸齿带11。此外也可以由此通过在齿轮盘10和回收轴12之间的对应传动来提供转速的改变，特别是提供回收轴的转速提升，这改善了在驱动单元3中的能量回收并且不需要通过在驱动单元3中元件进行这种改变。

综上所述，本发明的至少一个实施方式具有至少一个下述优点：

-简单的组装或实施；

-成本低廉的制造或驱动；

-在具有中央马达单元的双轮车中进行回收；

-易于维护，特别是在不同侧和/或在不同区域中执行回收和驱动时。

尽管已经根据优选的实施例来说明本发明，但本发明不限于此，而是能以多种方式进行修改。

附图标记列表

1 用于能量回收的装置

2 自行车

3 中央马达单元

4 后轮轮毂

5 底部支架

6 链条

7 壳体

8 底部支架轴

9 链环

10 齿轮盘

11 齿带

12 回收轴

13 发电机

14 齿带张紧装置

15 控制设备

16 齿环

17 保护壳体

18 后轮

Claims (20)

1.一种用于在具有中央马达驱动单元(3)和至少一个后轮(4)的自行车(2)中进行能量回收的装置(1)，所述装置包括：

第一构件(10)，所述第一构件以下述方式与后轮轮毂(4)的元件或后轮(18)的元件连接：所述后轮(18)的转动独立于转动方向地传递到所述第一构件(10)上；

与所述第一构件(10)相配合的能量传递装置(11)；

回收元件(12)，所述回收元件与所述能量传递装置(11)相配合，以及，

发电机(13)，所述发电机为回收后轮的旋转运动的转动能量而与所述回收元件(12)相配合。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述能量传递装置(11)包括至少一个机械传递元件和/或至少一个液压传递元件。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述能量传递装置(11)具有牵引驱动器，特别是具有齿带、链条驱动器和/或万向轴。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述回收元件(12)具有轴。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述回收元件(12)布置在底部支架(5)和所述后轮轮毂(4)之间的区域中，或沿竖直方向布置在所述底部支架(5)上方。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述回收元件(12)至少部分地布置在所述中央马达驱动单元(3)的壳体(7)外部，或完全布置在所述壳体(7)的内部。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，布置有用于所述能量传递装置(11)的适配装置(14)，所述适配装置被设计成至少部分补偿由所述能量传递装置(11)所造成的能量传递的恶化。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述回收元件(12)设计为所述发电机的一部分，特别是设计为用于所述发电机的环绕定子的发电机轴的形式。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述回收元件(12)设计为具有至少一个联轴器的变速器驱动轴。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，所述能量传递装置(11)布置在用于驱动后轮的所述中央马达驱动单元(3)的驱动传递装置(6)上方。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述能量传递装置(11)至少部分地布置在保护壳体(17)中。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其中，一方面的所述能量传递装置(11)和/或所述回收元件(12)和/或所述第一构件(10)，以及另一方面的用于驱动后轮的中央马达驱动单元(3)的传递装置(9)，基本上布置在自行车(2)上的在空间上彼此分开的区域中，特别是布置在自行车(2)的不同侧上。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述第一构件与所述后轮轮毂(4)固定连接，或能够拆卸地与所述后轮连接。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，用于转动的所述第一构件接合在所述后轮的轮辐中。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述第一构件包括至少一个销，特别是包括多个销，用于接合在所述轮辐中。

16.一种用于驱动根据权利要求1至15中任一项所述的装置的方法，其特征在于，借助于所述装置能够根据自行车(2)的驱动来执行能量回收。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，借助控制设备(15)能够评估用于识别自行车(2)的行驶驱动的传感器数据，并根据所识别出的行驶驱动来执行能量回收。

18.根据权利要求16至17中任一项所述的方法，其中，所述能量回收能够根据自行车(2)的驱动来连续和/或逐步地执行。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中，所述能量回收能够手动启动。

20.一种具有根据权利要求1至15中任一项所述的装置的自行车。

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