TW202138238A - 具有中央馬達驅動單元的自行車能量回收裝置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種在具有中央馬達驅動單元和至少一個後輪的自行車中進行能量回收用的裝置，其包含： 第一構件，該第一構件是以下述方式與後輪輪轂或後輪的元件連接，即該後輪的轉動是獨立於轉動方向地傳遞到該第一構件上； 與該第一構件一起作用的能量傳遞裝置； 回收元件，其與該能量傳遞裝置一起作用，以及， 發電機，其為回收該後輪旋轉運動的轉動能量而與該回收元件一起作用。

Description

具有中央馬達驅動單元的自行車能量回收裝置及其操作方法
本發明涉及一種在具有中央馬達驅動單元的自行車中進行能量回收的裝置。
本發明還涉及一種用於驅動在具有中央馬達驅動單元的自行車中進行能量回收的裝置的方法。
本發明還涉及一種自行車。
雖然適用於任意形式的自行車，但本發明特別以雙輪形式的自行車來解釋。
現今自行車通常具有支持騎士的驅動器，例如在騎駛上坡路段時。在此，除了直接裝在後軸的後輪驅動器外，還有所謂中央馬達驅動單元，其中在踏板元件為騎士用的驅動單元基本上是配置在前輪和後輪之間踏板的高度。在已知用於自行車或電動自行車的中央馬達驅動單元，騎士用的腳踏板透過已知的飛輪機制通常由齒輪和鍊條所組成的鍊條驅動器而與後輪輪轂連接。該飛輪機制在此是以已知的方式構成，即踏板單元的踏板可在推動驅動時靜止不動，也就是在踏板單元之底部支架中的傳動軸在自行車處於推動驅動時不會轉動。自行車後輪輪轂的已知自行車慣用飛輪機制會導致自行車鍊條在推動驅動時不需要移動。因此，在下坡路段時鍊條、底部支架傳動軸和踏板靜止不動。
缺點是，在自行車的推動驅動時，在旋轉的後輪和位在底部支架傳動軸的驅動單元之間沒有能量傳遞。因此，例如具有中央馬達驅動單元的電動自行車不能將在下坡路段時透過後輪轉動所形成的能量，在中央馬達驅動單元中進行能量回收或為能量回收所使用。
本發明的目的在於提供一種在具有中央馬達驅動單元的電動自行車中進行能量回收。
本發明的另一個目的是提供一種便宜且簡易製造的裝置，其用於在具有中央馬達驅動單元的自行車中進行能量回收。
在實施例中，本發明透過能在具有中央馬達驅動單元與至少一個後輪的自行車中進行能量回收的裝置來達成前述目的，該裝置包含：第一構件，該第一構件是以下述方式與後輪輪轂或後輪的元件連接，即該後輪的轉動是獨立於轉動方向傳遞到該第一構件上；與該第一構件一起作用的能量傳遞裝置；能量回收元件，其與該能量傳遞裝置一起作用，以及，發電機，其回收該後輪旋轉運動的轉動能量，並與該能量回收元件一起作用。
在另一實施例中，本發明透過一種用於驅動如請求項1至15中任一項所述的裝置的方法來達成前述目的，其中藉助於該裝置可根據該自行車的行駛驅動來執行能量回收。
在另一實施例中，本發明透過一種具有如請求項1至15中任一項所述裝置的自行車來達成前述目的。
以這種方式實現的優點之一是，能夠在具有中央馬達驅動單元的自行車(特別是雙輪或三輪車)中進行能量回收。另一個優點是，提供一種在具有中央馬達驅動單元的自行車中進行能量回收用之便宜且簡易製造的裝置，以及一種簡單的驅動方法。另一個優點是，特別在至少一個車輪之間的力量傳遞採機械性固定且不可拆卸之連接時，尤其在自行車後輪和具有發電機的驅動單元之間，提供一種車輪旋轉方向與旋轉速度持續且恆定的動力傳遞，從而可以非常精準的確定自行車的速度，進而無法影響驅動器之預期用途的操縱。藉此使得符合具有中央馬達驅動單元的雙輪車的各種類型都是可能的，換言之，速度測量的操作變得更加困難。
術語「後輪輪轂」被理解為自行車後輪的輪轂，其在自行車的車輪上繞固定在凹口的夾緊軸旋轉。基本構件可特別是轉軸、軸承和輪轂殼體以及可能有的額外元件如剎車或飛輪。然後，在此將各個輪的輪輻條固定在輪轂殼體。
術語「自行車」被廣義理解且包含雙輪或三輪車輛。
其他特徵、優點和發明的其他實施例在下述中被描述或因此顯而易見。
根據有利的方案，能量傳遞裝置包含至少一個機械性傳遞元件及/或至少一個液壓傳遞元件。機械性傳遞元件的優點是，其可被輕易製造且需較少的維修，而液壓元件使得在自行車的靈活配置成為可能。
根據另一有利的方案，能量傳遞裝置具有牽引驅動器(德文：Zugmitteltrieb；英文：traction mechanism drive)，特別是具有齒帶、鍊條驅動器及/或萬向軸。這以靈活的方式提供了簡單且便宜的能量傳遞裝置或元件。例如齒帶的優點在於，其可被特別簡易安裝並被便宜更換，而例如萬象軸則提供了特別可靠的能量傳遞。
根據另一有利的方案，回收能量元件具有傳動軸。藉此，後輪輪轂的旋轉運動能以特別簡單的方式轉換成能夠借助發電機進行簡單能量回收的旋轉運動。
根據另一有利的方案，回收能量元件配置在底部支架和該後輪輪轂之間的區域中，或以垂直方向配置在該底部支架上方。這樣做的優點是，可以使回收能量元件相對於行駛方向簡單地配置在騎士高度或後方。
根據另一有利的方案，回收能量元件配置成至少部分在該中央馬達驅動單元的殼體外部，或完全配置在該殼體的內部。當其配置成至少部分在殼體外部時，使得在能量傳遞裝置的特別簡單連接是可能的。在完全配置於殼體內部時，則保護其免受如濕氣或這類的環境因素影響。
根據另一有利的方案，配置有能量傳遞裝置用的適配裝置，其被設計成能至少部分補償由於該能量傳遞裝置所造成的能量傳遞惡化。這樣做的優點是，整體上使得能量傳遞裝置的使用壽命延長成為可能，特別是機械柔性元件的使用壽命延長，其中透過適配裝置補償惡化的機械性張力。這樣的例子是用於齒帶或鍊的張緊裝置。
根據另一有利的方案，回收能量元件形成為發電機的一部分，特別是形成為該發電機之環繞定子用的發電機傳動軸的形式。藉此使得回收能量元件和發電機的節省空間配置成為可能。
根據另一有利的方案，回收能量元件形成為具有至少一個耦合器的變速器驅動軸。以這種方式實現的優點之一是，中央馬達驅動單元的馬達可被用作為發電機：在推動驅動時，轉動能量可以傳遞至驅動器、更確切的說是傳遞至驅動器的電動機(E-Maschine)，所以其可被用作為發電機。在此該傳遞可以是直接或透過傳動裝置執行。尤其是，特別透過控制機構或控制裝置電性控制的耦合器首先形成以馬達進行能量傳遞的連接，該馬達特別是電動機(E-Maschine)。在此，該控制是設計成即使在行駛下坡路段時仍能在具有能量回收的推動驅動與驅動之間進行快速轉換。
根據另一有利的方案，能量傳遞裝置配置在該中央馬達驅動單元的驅動傳遞裝置上方，其中該驅動傳遞裝置用於驅動後輪。這樣做的優點是在保養時更容易接近。
根據另一有利的方案，能量傳遞裝置至少部分配置在保護殼體中。藉此優化了在驅動能量傳遞裝置時的可靠性。
根據本方法的另一有利方案，借助控制裝置評估用於辨識行駛驅動的感測器數據，並根據所辨識出的行駛驅動來執行能量回收。藉此可自動並以可靠的方式提供能量回收的控制或進行能量回收。
根據本方法的另一有利方案，能量回收可根據雙輪車的行駛驅動來連續及/或逐步執行。藉此可根據所辨識出的行駛狀態或行駛驅動來進行定量且協調的能量回收。
根據本方法的另一有利方案，能量回收可被手動啟動。這樣做的優點是增加了靈活性，因為雙輪車的騎士可自行決定，是否以及若需要的話，應該如何啟動能量回收。因此，例如可在控制單元中，配置一或多個自動啟動用的手動模式。
根據另一有利的方案，能量傳遞裝置及/或該回收能量元件及/或該第一構件配置在一側，且驅動後輪用的該中央馬達驅動單元的傳遞裝置配置在另一側，其基本上是在自行車中空間上被分開的區域，特別是配置在自行車2的不同側。以這種方式實現的優點之一是易於實施。
根據另一有利的方案，第一構件是與該後輪輪轂固定連接，或可拆卸地與該後輪輪轂及/或後輪接合。以這種方式實現的優點之一是，一方面執行後輪轉動的可靠傳遞，另一方面亦可以簡單方式進行後輪的保養。術語「接合(德文：Eingriff；英文：to join in)」在此應被廣義理解並且還涉及螺栓連接或之類的連接。
根據另一有利的方案，用於轉動的第一構件接合在該後輪的輪輻中。這確保了第一構件從後輪的簡單且迅速地拆卸。
根據另一有利的方案，第一構件包含至少一個銷，特別是包含用於接合在該輪輻中的多個銷。以這種方式實現的優點之一是便宜且容易實施。
本發明的其他重要特徵和優點可從附屬請求項、圖式和根據圖式之其所屬的圖式簡單說明中得到。
應理解的是，上述與下述將描述的特徵不僅可以在各自給定的組合中使用，也可以以其他組合或單獨使用，在不超過本發明的範圍內。
本發明的優選實施和實施例是展現在圖式中，並將在以下敘述中被進一步說明，其中相同的圖式符號是表示相同或相似或功能相同的構件或元件。
圖1顯示根據本發明實施例裝置的俯視圖。
在圖1中詳細顯示雙輪車用的能量回收裝置1。該雙輪車具有中央馬達驅動單元3，其包含具有底部支架軸8和鍊環9的底部支架5。該鍊環9透過鍊6與齒環16連接，該齒環16是與雙輪車的後輪輪轂4固定連接。透過鍊環9的轉動可執行雙輪車之後輪的驅動。
此外，在圖1中，中央馬達驅動單元3殼體7的上右側部分有凹部，其寬度是建構成使得能以平行於鍊環9與齒環16之間連接的方式透過鍊6來接納齒帶11。該齒帶11是一邊透過部分從殼體7伸出的回收能量軸12與中央馬達驅動單元3連接，而另一邊是與齒輪盤10連接，該齒輪盤10又與雙輪車的後輪輪轂4固定連接。回收能量軸12在此是配置在底部支架軸8的「後方」(也就是於圖1中在其右側)，但其亦可配置在其上方或與其機械性獨立。在此回收能量軸12是以能對後輪的旋轉運動提供盡可能小的旋轉阻力的方式安裝。
在中央馬達驅動單元3中另外配置有回收能量用的發電機13和用於齒帶11的張緊裝置14。例如，具有張緊輪(德文：Spannrolle；英文：tension pulley)形式的張緊裝置14是用於延長齒帶11的使用壽命。同樣地，在中央馬達驅動單元3中配置有用於控制回收能量的控制單元15。然此亦可配置在雙輪車之上或之中的其他位置。
總結來說，雙輪車的構件、特別是構件之齒輪盤10、齒帶11和回收能量軸12具有盡可能低的能量消耗，這意味著提供了盡可能低的總功率損耗。例如在行駛驅動時，裝置1的總功率損耗低於1%。
換言之，圖1顯示包含小輪的裝置1，該小輪是與後輪輪轂4固定連接，特別是形成為齒輪盤10，該小輪特別借助齒帶11來將特別是在推動驅動狀態(此意即沒有空轉時)的後輪旋轉運動、旋轉運動與因此包含在此旋轉運動中的後輪能量傳遞至中央馬達驅動單元3的回收能量軸12上，在此所包含的可用能量可透過發電機13而被用於回收能量。
在另一個未顯示的實施例中，回收能量用的回收能量軸12亦可形成為具有環繞定子的發電機軸，該定子是永磁性及/或具有電磁體，或者該回收能量軸12也可以是具有耦合器的變速器驅動軸，其是用於在推動驅動時將轉動能量傳遞至中央馬達驅動單元3或其馬達/電動機(E-Maschine)上，其中中央馬達驅動單元3是被用作為回收能量用的發電機。在最後的實施例中可省略分開的發電機13。
圖2顯示根據本發明實施例裝置的側視圖。
在圖2中詳細顯示根據圖1的裝置1。在此回收能量軸12是如在圖1中般配置在底部支架軸8的後方，也就是在底部支架軸8和後輪輪轂4之間。如在圖2中顯示，在此齒帶11平行於鍊6延伸，並且在圖2中以垂直於圖式平面的視線方向配置在鍊6的後方。
圖3顯示根據本發明實施例裝置的側視圖。
在圖3中基本上詳細顯示根據圖1的裝置1。不同於根據圖1的裝置1，在根據圖3的裝置1中，回收能量軸12垂直配置在底部支架軸8的上方，也就是配置在底部支架軸8的水平「高度」。如在圖3中顯示，在此齒帶11以與鍊6成一個角度延伸，並且在圖3中配置在鍊6的上方。
圖4顯示根據本發明實施例裝置的側視圖。
在圖4中基本上詳細顯示根據圖3的裝置1。不同於根據圖3的裝置1，在根據圖4的裝置1中，回收能量軸12和齒帶11是至少在圖4之圖式平面外的方向上為保護殼體17所保護。
回收能量軸12可在中央馬達驅動單元3的兩側(即垂直於圖式平面)被引導向外。為避免與腳踏板的鍊環9碰撞，該回收能量軸12可如在圖1中所示，在一凹部中或如在圖3中所示在中央馬達驅動單元3的殼體7中被引導向外。根據該回收能量軸12在殼體3的位置，齒帶11繞框架的鏈條或在其上延伸。若齒帶11在鏈條上延伸的話(如在圖3中所示)，則可在其周圍配置例如具有保護板17形式的蓋件，藉以保護齒帶11不受汙染，並保護使用者不受連續一起轉動齒帶11的影響。
在回收能量軸12的可用轉動能量是否能用於回收能量是特別取決於雙輪車2的行駛驅動狀態。馬達控制裝置15可自動開始回收能量，當基於不同的感測器數據(腳踏板的轉速、傾斜角度等)而辨識出便利的行駛驅動(例如下坡行駛)時。此外，可以想見的是，回收能量亦可在雙輪車2的剎車作用時被自動啟動。藉此，剎車能量被用於回收能量且減輕剎車本身的負擔。
透過可選性配置的車載電腦能讓使用者手動啟動回收能量，當該使用者有意在行駛時對能量儲存器(例如電池)充電時，例如在還不能被視為對回收是便利行駛驅動的輕微下坡路段行駛時。透過逐步式啟動可增加功能的可用性和便利性。
圖5顯示根據本發明實施例的裝置。
在圖5中基本上詳細顯示根據圖3的裝置1。不同於根據圖3的裝置1，在根據圖5的裝置1中齒輪盤10、齒帶11和回收能量軸12是配置在自行車2後輪18之相對於齒環16、鍊6和鍊環9的一側。換言之，回收能量和驅動基本上是在自行車2空間上互相分開的的區域中進行，特別是在自行車2的不同側。驅動齒輪或齒輪盤10在此是特別安裝在後輪輪轂4上，並在實施例中透過一或多個元件(例如銷)接合在後輪的元件(例如輪輻)中，因此齒輪盤10可隨著後輪18的轉動而動作。以這種方式可輕易地將齒輪盤10從後輪輪轂4移除，當後輪18被移除時。就這點來說，後輪輪轂4的結構改變可以是非必要的。同樣地，在後輪18被移除時亦可省卻拆卸齒帶11。此外亦可藉由透過在齒輪盤10和回收能量軸12之間的對應傳動來提供轉速的改變，特別是提供回收能量軸的轉速提升，這改善了在馬達單元3中的能量回收並且不需要透過在馬達單元3中組件進行這種改變。
綜上所述，本發明的至少一個實施例具有至少一個下述優點： -簡單組裝或實施； -便宜製造或驅動； -在具有中央馬達單元的雙輪車之能量回收； -易於維護，特別是在回收能量和驅動在不同側及/或在不同區域中執行時。
儘管根據優選的實施例來說明本發明，但本發明不限於此，而是能以多種方式進行修改。
1:能量回收裝置 2:自行車 3:中央馬達單元 4:後輪輪轂 5:底部支架 6:鍊 7:殼體 8:底部支架軸 9:鍊環 10:齒輪盤 11:齒帶 12:回收能量軸 13:發電機 14:用於齒帶的張緊裝置 15:控制裝置 16:齒環 17:保護殼體 18:後輪
在此以圖示顯示： 圖1顯示根據本發明實施例裝置的俯視圖。 圖2顯示根據本發明實施例裝置的側視圖。 圖3顯示根據本發明實施例裝置的側視圖。 圖4顯示根據本發明實施例裝置的側視圖 圖5顯示根據本發明實施例裝置。
1:能量回收裝置
3:中央馬達單元
4:後輪輪轂
5:底部支架
6:鍊
7:殼體
8:底部支架軸
9:鍊環
10:齒輪盤
11:齒帶
12:回收軸
13:發電機
14:用於齒帶的張緊裝置
15:控制裝置
16:齒環

Claims (20)

  1. 一種在具有中央馬達驅動單元(3)和至少一個後輪(4)的自行車(2)中進行能量回收用的裝置(1)，其包含： 第一構件(10)，該第一構件(10)是以下述方式與後輪輪轂(4)或後輪(18)的元件連接，即該後輪(18)的轉動是獨立於轉動方向地傳遞到該第一構件(10)上； 與該第一構件(10)一起作用的能量傳遞裝置(11)； 回收能量元件(12)，其與該能量傳遞裝置(11)一起作用，以及， 發電機(13)，其為回收該後輪旋轉運動的轉動能量而與該回收能量元件(12)一起作用。
  2. 如請求項1所述的裝置，其中，該能量傳遞裝置(11)包含至少一個機械性傳遞元件及/或至少一個液壓傳遞元件。
  3. 如請求項2所述的裝置，其中，該能量傳遞裝置(11)具有牽引驅動器，特別是具有齒帶、鍊條驅動器及/或萬向軸。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的裝置，其中，該回收能量元件(12)具有傳動軸。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的裝置，其中，該回收能量元件(12)配置在底部支架(5)和該後輪輪轂(4)之間的區域中，或以垂直方向配置在該底部支架(5)上方。
  6. 如請求項1至5中任一項所述的裝置，其中，該回收能量元件(12)配置成至少部分在該中央馬達驅動單元(3)的殼體(7)外部，或完全配置在該殼體(7)的內部。
  7. 如請求項1至6中任一項所述的裝置，其中，配置有該能量傳遞裝置(11)用的適配裝置(14)，其被設計成能至少部分補償由於該能量傳遞裝置(11)所造成的能量傳遞惡化。
  8. 如請求項1至7中任一項所述的裝置，其中，該回收能量元件(12)形成為該發電機的一部分，特別是形成為該發電機之環繞定子用的發電機傳動軸的形式。
  9. 如請求項1至8中任一項所述的裝置，其中，該回收能量元件(12)形成為具有至少一個耦合器的變速器驅動軸。
  10. 如請求項1至9中任一項所述的裝置，其中，該能量傳遞裝置(11)配置在該中央馬達驅動單元(3)的驅動傳遞裝置(6)上方，其中該驅動傳遞裝置(6)是用於驅動後輪。
  11. 如請求項1至10中任一項所述的裝置，其中，該能量傳遞裝置(11)至少部分地配置在保護殼體(17)中。
  12. 如請求項1至11中任一項所述的裝置，其中，該能量傳遞裝置(11)及/或該回收能量元件(12)及/或該第一構件(10)配置在一側，且驅動該後輪用的該中央馬達驅動單元(3)的傳遞裝置(9)配置在另一側，其基本上是在自行車(2)中空間上被分開的區域，特別是配置在自行車(2)的不同側。
  13. 如請求項1至12中任一項所述的裝置，其中，該第一構件是與該後輪輪轂(4)固定連接，或可拆卸地與該後輪接合。
  14. 如請求項13所述的裝置，其中，轉動用的該第一構件接合在該後輪的輪輻中。
  15. 如請求項14所述的裝置，其中，該第一構件包含至少一個銷，特別是包含用於接合在該輪輻中的多個銷。
  16. 一種用於驅動如請求項1至15中任一項所述的裝置的方法，其特徵在於藉助於該裝置可根據該自行車(2)的行駛驅動來執行能量回收。
  17. 如請求項16所述的方法，其中，借助控制裝置(15)可評估用於辨識該自行車(2)之行駛驅動的感測器數據，並根據所辨識出的行駛驅動來執行能量回收。
  18. 如請求項16至17中任一項所述的方法，其中，該能量回收可根據該自行車(2)的行駛驅動來連續及/或逐步執行。
  19. 如請求項16至18中任一項所述的方法，其中，該能量回收可被手動啟動。
  20. 一種具有如請求項1至15中任一項所述裝置的自行車。
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