TW202315806A - 電輔助自行車 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於電輔助自行車之驅動系統，包括一輸入器、一輸出器、一電機以及一傳動系統。其中，傳動系統包括一周轉齒輪組，具有一中心齒輪、一行星架、複數行星齒輪及一內齒輪，該些行星齒輪被安裝在行星架上並與中心齒輪及內齒輪兩者嚙合，且內齒輪被連接至輸出器以在使用中隨著輸出器旋轉；周轉齒輪組在使用中透過行星架將驅動力從踏板傳遞至內齒輪；中心齒輪被連接成由電機驅動；以及傳動系統更包括一單向離合器，在行星架與驅動系統的一固定部分之間，以允許行星架僅沿一方向旋轉。

Description

電輔助自行車

本發明係涉及電輔助自行車。

自行車有多種形式。自行車的一種傳統形式為僅由自行車騎乘者施力至踏板來驅動，這種自行車有時被稱為「推動式自行車(push bikes)」。自行車的另一種較新形式為電輔助自行車，現在通常被稱為「電動自行車(e-Bike)」，其中，使用電力來輔助或取代騎乘者的施力。傳統的自行車和電動自行車兩者皆可以具有兩個、三個或四個輪胎，且在某些情況下甚至可以更多。在本文中，術語「自行車」用於包含傳統自行車和電動自行車兩者。

如先前所述，在電動自行車中，電力用來輔助，或者在某些情況下取代騎乘者的施力。因此，電動自行車包含用於儲存電能的工具，例如電池，以及設置成與踏板輸入結合或取代踏板輸入來推進的電動機。可以通過將電池插入電源，例如電源插座，來為電池充電；在某些情況下，也可以藉由再生制動(regenerative braking)的方式從自行車的運動中回收能量，以及在其他情況下，通過一系列混合構造(hybrid configuration)來產生電力。再生制動的原理對於本技術領域之技術人員是熟悉的。

電動自行車通常可以被區分在兩組中的其中一組。第一組是自行車可隨時根據需要提供電動輔助，無論自行車騎乘者是否有踩踏板，可以認為這組自行車通常等同於電動輕型機踏車(electric mopeds)。當電池放電後，踏板輸入可能很少使用或僅作為「自我保護(limp home)」功能。第二組自行車僅在自行車騎乘者踩踏板時提供電動輔助。這些被稱為「助力車(pedelecs) 」。

目前，在包含英國的許多國家中，助力車在法律上有效力地被歸類為傳統自行車，因此不需要駕照或保險就可以騎，但提供電動輔助限制的速度為25 kph (對於另一類具有速度限制為45 kph的「速度助力車」具有駕照和保險要求)。因此，擁有和操作助力車幾乎沒有障礙。

近年來，使用在電動自行車的機電(electro-mechanical)驅動裝置(drive arrangement)和相關的能量儲存和回收取得了技術進步。這些進步使得自行車騎乘者可以更有效率的操作電動自行車，因此更加輕鬆。

由於上述所有原因，電動自行車在世界各地變得越來越流行。

作為背景資料，讀者可參考我們的PCT公開案WO2010/092345、WO2017/021715和WO2018/020259，其中提供了許多關於電動自行車的資訊。特別關於在助力車中使用連續性變速傳動(continuously variable transmissions, CVTs)。

在助力車中使用CVTs是最近的事，且特點是明顯的易用性(ease-of-use)優勢。儘管如此，由於助力車早期採用直接驅動系統，需要適應CVT的騎行感覺，以使其表現和感覺相似於直接驅動，這已經成為常態。這涉及了修改CVT的機械結構，以在開始(launch)和高扭矩(torque)要求的情況下提供額外的推動能力，接著出現關於如何在受控制的以及平穩的方式下接通或斷開額外的電動輔助的問題。

本發明的較佳實施例的目的在於提供助力車和用於其的驅動系統，其中，可以在可預測和可重複的方式下提供電功率升高(electrical power boost)，以提供騎乘者感覺盡可能自然地騎行。本發明的實施例在CVT變速器中結合周轉變速器(epicyclic transmission)(兩個輸入器和一個輸出器)的3-分支動力(3-branch power)的使用中可能特別有效。

本發明的較佳實施例的目的在於提供電輔助自行車及用於其的驅動系統，其中，驅動系統相對輕盈且緊湊。

根據本發明的一態樣，其提供一種用於電輔助自行車之驅動系統，該系統包括： 一輸入器(input)，在使用中接收來自該自行車的一踏板的驅動力並環繞一軸旋轉； 一輸出器(output)，在使用中環繞所述軸旋轉以提供驅動力至該自行車之一從動輪(driven wheel)； 一電機(electrical machine)，在使用中為所述輸出器提供電動驅動力；以及 一傳動系統(drive train)，在使用中從該電機和該踏板接收驅動力並將驅動力傳遞至所述輸出器； 其中： 該傳動系統包括一周轉齒輪組(epicyclic gear set)，具有一中心齒輪(sun gear)、一行星架(planet carrier)、複數行星齒輪及一內齒輪，該些行星齒輪被安裝在該行星架上並與該中心齒輪及該內齒輪兩者嚙合，且該內齒輪被連接至所述輸出器以在使用中隨著所述輸出器旋轉； 該周轉齒輪組在使用中透過該行星架將驅動力從該踏板傳遞至該內齒輪； 該中心齒輪被連接成由該電機驅動；以及 該傳動系統更包括一單向離合器，在該行星架與該驅動系統的一固定部分之間，以允許該行星架僅沿一方向旋轉。

較佳地，該傳動系統更包括一單向離合器(one-way clutch)，在該行星架與該周轉齒輪組之內齒輪之間，以防止該行星架在使得該自行車向前行進之方向上比該內齒輪旋轉得更快。

該每一行星齒輪可為複合結構(compound configuration)，具有彼此旋轉為一體的一較小齒輪和一較大齒輪，該較小齒輪和該較大齒輪中之一者與該內齒輪嚙合，且該較小齒輪和該較大齒輪之另一者與該中心齒輪嚙合。

較佳地，該周轉齒輪組為一雙齒輪組，包括一第一組的第一中心齒輪、第一行星齒輪、第一行星架及第一內齒輪；以及一第二組的第二中心齒輪、第二行星齒輪、第二行星架及第二內齒輪；該第二中心齒輪與該第一行星架旋轉為一體；該第二行星架在使用中接收來自該踏板的驅動力；該第一中心齒輪在使用中接收來自該電動機的驅動力；以及該第一內齒輪和該第二內齒輪兩者在使用中隨著所述輸出器旋轉。

該第一內齒輪和該第二內齒輪可形成為一共同內齒輪(common annulus)。

於另一態樣中，本發明提供一種用於電輔助自行車之驅動系統，該系統包括： 一輸入器，在使用中接收來自該自行車的一踏板的驅動力並環繞一軸旋轉； 一輸出器，在使用中環繞所述軸旋轉以提供驅動力至該自行車之一從動輪； 一電機，在使用中為所述輸出器提供電動驅動力；以及 一傳動系統，在使用中從該電機和該踏板接收驅動力並將驅動力傳遞至所述輸出器； 其中該傳動系統包括一雙周轉齒輪組，具有一第一組的第一中心齒輪、第一行星齒輪、第一行星架及第一內齒輪；以及一第二組的第二中心齒輪、第二行星齒輪、第二行星架及第二內齒輪；該第二中心齒輪與該第一行星架旋轉為一體；該第二行星架在使用中接收來自一踏板的驅動力；該第一中心齒輪在使用中接收來自該電機的電動驅動力；以及該第一內齒輪與該第二內齒輪兩者在使用中隨著所述輸出器旋轉。

較佳地，該傳動系統更包括一單向離合器，在該第二行星架與該周轉齒輪組之內齒輪之間，以防止該第二行星架在使得該自行車向前行進之方向上比該內齒輪旋轉得更快。

該傳動系統可更包括一選擇性致動離合器(actuable clutch)，在該第二中心齒輪與該驅動系統之固定部分之間。

該第一內齒輪與該第二內齒輪可形成為一共同內齒輪。

較佳地，根據本發明任一前述態樣之驅動系統，更包括一飛輪機構(free-wheel mechanism)，在該踏板與該自行車之從動輪之間操作。

較佳地，在根據本發明任一前述態樣之驅動系統中，該電機被配置成選擇性地作為發電機或電動機運行，且該系統更包括一控制器，該控制器交替地將該電機作為發電機運行一第一時段，然後作為電動機運行一第二時段，該控制器得到施加在內輪轂處以作為發電機輸出扭矩的讀數，然後根據扭矩讀數向電動機施加功率。

根據本發明任一前述態樣之驅動系統可位於該自行車之中間位置處，其中所述軸為該踏板之旋轉軸。

或者是，根據本發明任一前述態樣之驅動系統可位於該自行車之從動輪之輪轂處，其中所述軸為該從動輪環繞其旋轉之輪軸。

較佳地，所述從動輪為該自行車之後輪。

本發明延伸至具有根據本發明任一前述態樣之驅動系統之電輔助自行車。

這種電輔助自行車可以是僅當騎乘者踩踏時才提供電動輔助之助力車。

或者是，當騎乘者踩踏時以及騎乘者不踩踏時都可以使用電動輔助。

這種電輔助自行車可具有一節流控制器(throttle control)，騎乘者可以透過該節流控制器施加或疊加所需量的電動輔助。

一種操作如上所述之電輔助自行車之方法，包括通過所述電機向該自行車之從動輪提供電動驅動力以及透過所述傳動系統向該自行車之從動輪提供踩踏驅動力之步驟。

於此說明書之內文中，術語「助力車」是指電輔助自行車，僅在騎乘者踩踏時才提供電動輔助。

為了更好的理解本發明，並表示出本發明的實施例如何生效，現通過示例的方式參考隨附的示意圖。

於圖式中，相似的元件符號表示相似或對應之部分。

應當理解的是，以下描述和/或在圖式中示出的各種特徵是較佳的，但並非為必須的。所描述和/或示出的特徵的組合不被認為是唯一可能的組合。除非有相反的說明，否則在可行的情況下，可以省略、改變或以不同的組合來組合個別特徵。

圖1示出了自行車10形式的助力車。自行車10與傳統自行車的相似之處在於，在前方具有可轉向輪20且在後方具有可驅動輪30。自行車10也具有設置在曲柄臂(crank arms)50上的傳統配置踏板40，其驅動是通過鏈條70連接至後鏈輪(rear sprocket)80的前牙齒輪(front toothed cog)60，後鏈輪與後輪30同軸(co-axially)安裝。然而，自行車10與傳統自行車的不同之處在於，後鏈輪80未固定安裝在後輪30的輪轂(hub)100上，以直接驅動該輪。相反地，後鏈輪80提供騎乘者的動力輸入至設置在輪轂100內的驅動系統。控制殼體(control housing)90和電池殼體92被裝配到自行車10的車架上。

驅動系統被安裝在輪轂100內，且參考圖2進行如下描述。為了容易說明，輪轂100在下文中稱為外輪轂100，且提供該系統的輸出。外輪轂100通常藉由輪輻(spokes)或藉由任何其他的連接而連接至後輪30的外側，以提供驅動力至後輪30。

如上所述，鏈輪80不像普通自行車那樣直接連接到外輪轂100。相反地，它連接到內輪轂2(剖面圖中未示出)，內輪轂2被安裝在軸承(bearing)上以環繞固定軸(axle)1旋轉，軸1固定在自行車車架上。鏈輪80包含飛輪機構(freewheel mechanism)，這在許多普通自行車中都有發現。外輪轂100通常為圓柱形，並藉由第一單向離合器K將外輪轂100的第一端安裝在內輪轂2，外輪轂100的相對端藉由軸承101安裝在軸1上。外輪轂100和內輪轂2可環繞共同軸線旋轉，該共同軸線為軸1的軸線。單向離合器K可以由軸承和單獨離合器所組成。

電機包含定子(stator)5，其被固定地安裝在軸1上；以及轉子(rotor)6，其被安裝在分離的軸(shaft)7A、7B上(剖面圖中未示出)，安裝在合適的軸承上以環繞軸1旋轉。單個周轉齒輪組EP將軸7B連接至外輪轂100。軸1是中空的並且接收電纜(cables)以將控制器91(和電池93)連接至驅動系統的元件。在一變形中，可以省略軸7A。

周轉齒輪組EP包含中心齒輪21，被安裝在電動機5、6的一側的軸7B上；三個行星齒輪22，被安裝在行星架23上；以及內齒輪24，固定在外輪轂100上。行星架23連接至內輪轂2，以隨其旋轉。周轉齒輪組EP因此在電機的轉子6與外輪轂100之間提供驅動力。它還在鏈輪80與外輪轂100之間提供驅動力。行星架23還通過第二單向離合器V連接至軸1。可能具有不同數量的行星齒輪22-2、3或更多。

周轉齒輪組EP藉由鏈輪80和行星架23將來自踏板40的身體施力(physical effort)轉換成後輪30的運動。單向離合器K防止行星架23在自行車向前行進之方向上比內齒輪24和外輪轂100旋轉得更快。

參考圖3A，當外輪轂100為靜止並因此內齒輪24為靜止時，如果電動機透過中心齒輪21阻止行星架23的逆時針旋轉(其可導致中心齒輪21逆時針旋轉)，將在內齒輪24上產生扭矩，趨於使內齒輪24和外輪轂100沿騎行方向逆時針旋轉。參考圖3B，當外輪轂100為靜止並因此內齒輪24為靜止時，如果中心齒輪21被轉子軸7B順時針驅動，且騎乘者通過鏈條和踏板阻止行星架23順時針旋轉，將在內齒輪上產生扭矩，趨於使內齒輪24和外輪轂100沿騎行方向逆時針旋轉。

來自轉子6的電動驅動力用於通過順時針驅動中心齒輪21來提高速度(如從圖2的左側沿箭頭A的方向觀察)。在這種情況下，如果騎乘者未逆時針旋轉行星架，行星架23也會趨於順時針旋轉，但其通過離合器V固定在軸1上，這使得行星架23只能沿逆時針方向旋轉。因此，行星齒輪22逆時針旋轉，導致內齒輪24的逆時針旋轉且外輪轂100因此沿騎行方向逆時針旋轉。

總而言之，騎乘者從踏板40輸入的動力通過鏈輪80傳遞至行星架23，並因此傳遞至外輪轂100以驅動後輪20。來自轉子6的電動輔助通過中心齒輪21提供。EP從而提供連續性變速器(CVT)。此類CVT的示例在我們上文提及的國際專利公開本中給出。

在出發時，通過周轉齒輪組提供電動助力。由於行星架23由單向離合器V鎖定，因此提供了從轉子6至中心齒輪21並由此通過齒輪系(gear train)到外輪轂100的直接驅動。在需要時，也可以在其他時間使用電動助力，例如，爬坡。當踩踏停止和/或使用自行車10的制動時，這將會被檢測到並且控制器91停止向電動機5、6供電。

通過採用對控制器91做出響應的扭矩感測器的選項，電動機5、6可以在曲柄旋轉一圈內對騎乘者踩踏扭矩的自然變化做出密切反應，並最大限度地減少隨之而來的騎乘者節奏變化。

在直接驅動的選項中，使用扭矩感測器的另一優點可以是通過感測踏板上的扭矩而不是通過使用用於扭矩調製的定製裝置來控制電機扭矩輸出的能力。

通過連接至固定的軸1，使行星架23接地(grounding)的離合器V允許電動機5、6直接驅動自行車。它還用作曲柄向後運動防止器，可以消除曲柄50被電動機5、6向後轉動的風險。描述的結構允許以步行模式推動自行車10，而不會鎖死輪轂100。在推動的同時，可以提供部分電動輔助。例如，根據歐盟的規定，在推動助力車時，推動車輛的人可以使用步行輔助按鈕來啟動電動機，為他/她提供額外的扭矩，最高可達6 km/h的自行車速度。

圖2的設計之優點在於，單個周轉齒輪組EP可以相對輕盈且緊湊。然而，可能希望達到相對較高的傳動比–例如15：1、18：1或25：1的等級。在圖2的結構中，這可能需要相對較大的總直徑。

圖4示出了採用複合周轉齒輪組的替代結構，以在已知扭矩能力下獲得相對較高的齒輪比(gear ratio)，而不會造成相對大的總直徑。在圖4中，對應的元件符號表示與圖2中的部件對應的部件，這些部件已在上文說明。圖4比圖2更簡略一些，但將與控制器91和電池93沿圖2中所示的線路連接。

在圖4中，踏板驅動力被傳遞至後鏈輪80，後鏈輪80連接至行星架23以驅動其旋轉。行星齒輪(22)將驅動力傳遞至與外輪轂100一起旋轉的內齒輪24。然而，在圖4中，每一行星齒輪(22)為複合結構，包括與內齒輪24嚙合的較小齒輪22a，且較小齒輪22a與由電動機5、6的轉子6驅動的中心齒輪21嚙合的較大齒輪22b旋轉固定連接。如此一來，可以增加中心齒輪21與內齒輪24之間的行星齒輪(22)所提供的齒輪比，而不會顯著增加周轉齒輪組的總直徑。

如前所述，單向離合器K連接在行星架23與外輪轂100之間。單向離合器V連接在行星架23與軸1之間。

在圖5的另一替代方案中，採用雙周轉齒輪組，以實現高齒輪比，特別是在已知扭矩能力下實現小的封裝空間(packaging space)。雙周轉齒輪組包括第一周轉組的第一中心齒輪21c、第一行星齒輪22c、第一行星架23c和第一內齒輪24c；以及第二周轉組的第二中心齒輪21、第二行星齒輪22、第二行星架23和第二內齒輪24。

如圖4所示，踏板驅動力被傳遞至後鏈輪80，後鏈輪80連接至行星架23以驅動其旋轉。行星齒輪22將驅動力傳遞給與外輪轂100一起旋轉的內齒輪24。然而，在圖5中，與行星齒輪22嚙合的中心齒輪21旋轉固定連接至第一周轉齒輪組的行星架23c。與內齒輪24c嚙合的行星架23c是與外輪轂100一起旋轉，並且還與由電動機5、6的轉子6驅動的中心齒輪21c嚙合。

如前所述，單向離合器K連接在行星架23與外輪轂100之間。單向離合器V連接在行星架23與軸1之間。

圖4和圖5的結構可以避免需要具有大量細齒的大型行星齒輪，同時仍實現高齒輪比。在具有大量細齒的大型行星齒輪的情況下，齒可能必須相對較寬，以具有傳遞所需扭矩所需的強度。使用額外的齒輪，如圖4和圖5所示，可以實現需要更小寬度的細齒，從而減少空間和重量。

使用更高的齒輪比可使電動機5、6能夠以更高的速度和更低的扭矩產生已知輸出功率，通常在變化的條件下導致更高的效率。

圖7顯示了與圖5類似的配置。然而，在圖7中，圖5的單向離合器V被連接在中心齒輪21與軸1之間的可鎖定離合器C替代。選擇性致動離合器可以是手動的或電子的，通過機械、電磁或液壓裝置。

圖6中所示的驅動系統以與圖2的系統相似的方式運行。然而，圖6的變形是配置成環繞連接兩個踏板曲柄50的主軸的中心或中間驅動位置。

來自踏板40的驅動力被傳遞至行星架23，在這種情況下，行星架固定到軸150，軸150被驅動與踏板曲柄50一起旋轉。因此，軸150提供輸入。

電動機5、6具有被安裝至殼體130的定子(stator)5，殼體130在140處固定到自行車的車架。殼體130在一端具有軸承101，其與軸150接合，以及在另一端與輸出構件100接合的軸承103，輸出構件100又安裝在與軸150接合並提供輸出的軸承上。輸出構件100和軸150可環繞共同軸線旋轉，該共同軸線是踏板曲柄50的旋轉軸線。殼體130具有中間壁131以形成環繞電動機5、6的外殼。

轉子6安裝在輸出軸7上，輸出軸7又通過軸承安裝在軸150上。中心齒輪21安裝在軸7上。行星架23通過單向離合器V連接至殼體130的中間壁131，或直接連接到殼體130，該單向離合器V使離合器V在一方向上接地。內齒輪24連接至輸出構件100。單向離合器K在行星架23與輸出構件100之間是有效的，以防止踏板旋轉得快於將驅動力傳遞至後輪的元件(在圖6中，此為鏈環(chain ring)或輪胎60)。

在使用中，來自踏板曲柄50的輸入被施加到行星架23。電機驅動力被提供給中心齒輪21。來自輸出構件100的驅動力通過鏈環或輪胎60傳遞至從動輪上，該鏈環或輪胎60連接至在從動輪上的驅動鏈輪，通常通過一飛輪機構。雖然鏈條驅動是最常見的，但其他例如皮帶驅動或傳動軸的結構也是可行的。

除了結構上的改變之外，圖6的驅動系統以與圖2相似的方式運作。然而，它更適合中央或中間驅動器定位，與踏板曲柄50和它們的連接主軸相鄰。在這種結構中，周轉齒輪組的齒輪比可以不同於後驅動結構中的齒輪比。

雖然圖6的驅動系統與圖2的實施例相關，具有單個周轉齒輪組，但它可以替代地沿著圖4、圖5和圖7的實施例的線路配置有複合或雙周轉齒輪組。

作為選項之一，電機5、6可以配置成選擇性地作為發電機或電動機運行，並且控制器91交替地將電機5、6作為發電機運行一第一時段，然後作為電動機運行一第二時段，控制器91得到施加在內輪轂2處以作為發電機輸出扭矩的讀數，然後根據扭矩讀數向電動機5、6施加功率。在我們的公開本W02017/021715 中揭示了這種配置。

上文描述是參考助力車而給出的，其中僅當騎乘者踩踏時才提供電動輔助。目前，助力車在商業上極具吸引力，因為在許多國家，如上所述，騎乘助力車不需要駕照。然而，不同的國家有不同的駕照制度，在一些國家，即使在騎乘者不踩踏板的情況下提供了電動輔助，也可以在沒有駕照的情況下騎乘電輔助自行車。因此，可以選擇修改上述實施例的操作以在騎乘者不踩踏板時包含電動輔助。

這種選項不需要修改上述驅動系統的機械配置。它可以通過為用戶提供節流控制器來實現–例如，在自行車車把中結合一扭轉握把控制器(twist-grip control)。以示例的方式參考圖2，節流控制器的輸出連接至控制器91。在正常的自行車模式下，控制器91運行實時計算PWM值作為控制電動機5、6的命令的演算法，該PWM值決定了向電動機施加的電流量以及電動機產生的扭矩。在騎乘者不踩踏板的情況下，如果騎乘者希望提高速度，騎乘者可以使用節流控制器通過增加PWM值來根據騎乘者的意願簡單地增加電動機扭矩。

上文和說明實施例的操作示例如下。

在圖5的實施例中，在助力車操作下，騎乘者開始踩踏板並且離合器K接合。在某些國家，法律要求在達到5 kph的速度之前不允許使用電動輔助。在5 kph或更高時，電動機5、6開始施加動力，並朝向導致踩踏動作減慢的方向旋轉，因此有助於為自行車提供動力，因為騎乘者會試圖抵抗阻力。

在節流器操作下，電動機5、6可以以任何速度為自行車提供動力，並且騎乘者不向踏板施加任何扭矩或旋轉踏板。在這種情況下，電動機將嘗試以與正常踏板運動相反的方向轉動行星架23c，但離合器V會阻止它這樣做，從而推動自行車前進。

現在轉向圖7的實施例，在助力車操作下，騎乘者開始踩踏板且如果離合器C未接合，則單向離合器K將防止行星架23旋轉得快於內齒輪24，因此允許騎乘者推動自行車前進。如果離合器C接合(無論是電子的或手動的)，這將改變騎乘者在相同自行車速度下的節奏。因此，離合器C充當為一種變速箱。

在5 kph或更高時，電動機5、6開始施加動力並且在一個方向上旋轉以減慢踩踏動作。同時，離合器C分離(如果之前已接合)，電動機5、6將開始減慢踩踏動作，因此有助於為自行車提供動力，因為騎乘者將試圖抵抗阻力。

在節流器操作下，如圖5中所示，電動機5、6可以以任何速度為自行車提供動力，並且騎乘者不向踏板施加任何扭矩。離合器C需要接合。然後，如前所述，電動機5、6將嘗試以與正常踏板運動相反的方向轉動行星架23c，但離合器C會阻止它這樣做，從而推動自行車前進。在這種模式下，離合器K不發揮作用。

離合器C可以允許騎乘者在助力車與節流器模式之間切換。

在圖7的一種變型中，省略了單向離合器K。助力車的操作與上文相似。然而，缺少離合器K使得騎乘者可以通過施加大的踏板扭矩來反轉電動機的旋轉，因此會感覺到踏板打滑，除非離合器C在適當的電機速度下迅速重新接合。圖7的變形中的節流器操作與前述相同。

在圖5和圖7兩者中，所有齒輪都對助力車模式下的整體齒輪比有所貢獻。在圖5中，所有齒輪都有助於從電機至輪胎的整體齒輪比。圖5和圖7兩者的實施例特別適合於傳遞對齒輪組的尺寸來說的高扭矩，因為扭矩通過內齒輪24和24c兩者傳遞至外輪轂100。

本發明的上文和說明示例可以提供用於電輔助自行車的驅動系統，該驅動系統有效率，同時相對輕盈且緊湊。它們有助於在騎乘者輸入與電動機輸入之間提供改進的匹配或平衡。

周轉齒輪組可以採用具有漸開線(involute)或擺線幾何(cycloidal geometry)形狀的齒型的直齒輪或斜齒輪–例如WO 2009/008767和EP 2177788中揭示的類型–實現封裝空間和扭矩能力的最佳平衡。

在本說明書中，動詞「包括」具有常規字典的含義，以表示非排他性包含。也就是說，使用單字「包括」(或其任何派生詞(derivatives))以包括一或多個特徵，並不排除還包括其他特徵的可能性。單字「較佳」(或其任何派生詞)表示一或多個特徵是較佳的，但不是必須的。

讀者的注意力指向與本申請有關的所有和任何優先權文件，以及與本申請同時或在本說明書之前提交並與本說明書一起向公眾公開的所有和任何論文和文件，且所有此類論文和文件的內容通過引用併入本文。

本說明書(包括任何所附請求項、摘要和圖式)中揭示的所有或任何特徵，和/或如此揭示的任何方法或過程的所有或任何步驟，可以以任何組合結合，除了組合其中至少一些這樣的特徵和/或步驟是相互排斥的。

除非另有明確說明，否則本說明書(包括任何所附請求項、摘要和圖式)中揭示的每個特徵都可以被用於相同、均等或相似目的的替代特徵所代替。因此，除非另有明確說明，否則所揭示的每個特徵僅是均等或相似特徵的通用系列的一個示例。

本發明不限於前述實施例的細節。本發明延伸至本說明書(包括任何所附請求項、摘要和圖式)中揭示的特徵的任何新穎的一個或任何新穎的組合，或是如此揭示的任何方法或過程的步驟的任何新穎的一個或任何新穎的組合。

1:軸 2:內輪轂 5:電機之定子 6:電機之轉子 7,7A,7B:軸 10:自行車 20:輪 21,21c:中心齒輪 22,22c:行星齒輪 22a:較小齒輪 22b:較大齒輪 23,23c:行星架 24,24c:內齒輪 30:輪 40:踏板 50:曲柄 60:前牙齒輪 70:鏈條 80:鏈輪 90:控制殼體 91:控制器 92:電池殼體 93:電池 100:輪轂 101,103:軸承 130:殼體 131:中間壁 150:軸 A:箭頭 EP:周轉齒輪組 C,K,V:離合器

圖1為助力車之側視圖； 圖2為用於助力車之驅動系統之主要截面圖； 圖3A及圖3B示出驅動系統之周轉齒輪組之齒輪的運動； 圖4為用於助力車之替代驅動系統之單線表示法(diagrammatic representation)，其採用複合周轉齒輪組； 圖5為用於助力車之另一替代驅動系統之單線表示法，其採用雙周轉齒輪組； 圖6為處於中置驅動結構之用於助力車之替代驅動系統之主要截面圖； 圖7為相似於圖5之單線表示法，但顯示出替代的離合器結構。

10:自行車

20:輪

30:輪

40:踏板

50:曲柄

60:前牙齒輪

70:鏈條

80:鏈輪

90:控制殼體

92:電池殼體

100:輪轂

Claims (22)

1. 一種用於電輔助自行車之驅動系統，該系統包括： 一輸入器，在使用中接收來自該自行車的一踏板的驅動力並環繞一軸旋轉； 一輸出器，在使用中環繞所述軸旋轉以提供驅動力至該自行車之一從動輪； 一電機，在使用中為所述輸出器提供電動驅動力；以及 一傳動系統，在使用中從該電機和該踏板接收驅動力並將驅動力傳遞至所述輸出器； 其中： 該傳動系統包括一周轉齒輪組，具有一中心齒輪、一行星架、複數行星齒輪及一內齒輪，該些行星齒輪被安裝在該行星架上並與該中心齒輪及該內齒輪兩者嚙合，且該內齒輪被連接至所述輸出器以在使用中隨著所述輸出器旋轉； 該周轉齒輪組在使用中透過該行星架將驅動力從該踏板傳遞至該內齒輪； 該中心齒輪被連接成由該電機驅動；以及 該傳動系統更包括一單向離合器，在該行星架與該驅動系統的一固定部分之間，以允許該行星架僅沿一方向旋轉。
2. 如請求項1所述之驅動系統，其中該傳動系統更包括一單向離合器，在該行星架與該周轉齒輪組之內齒輪之間，以防止該行星架在使得該自行車向前行進之方向上比該內齒輪旋轉得更快。
3. 如請求項1或2所述之驅動系統，其中該每一行星齒輪為複合結構，具有彼此旋轉為一體的一較小齒輪和一較大齒輪，該較小齒輪和該較大齒輪中之一者與該內齒輪嚙合，且該較小齒輪和該較大齒輪之另一者與該中心齒輪嚙合。
4. 如請求項1或2所述之驅動系統，其中該周轉齒輪組為一雙齒輪組，包括一第一組的第一中心齒輪、第一行星齒輪、第一行星架及第一內齒輪；以及一第二組的第二中心齒輪、第二行星齒輪、第二行星架及第二內齒輪；該第二中心齒輪與該第一行星架旋轉為一體；該第二行星架在使用中接收來自該踏板的驅動力；該第一中心齒輪在使用中接收來自該電動機的驅動力；以及該第一內齒輪和該第二內齒輪兩者在使用中隨著所述輸出器旋轉。
5. 如請求項4所述之驅動系統，其中該第一內齒輪和該第二內齒輪形成為一共同內齒輪。
6. 一種用於電輔助自行車之驅動系統，該系統包括： 一輸入器，在使用中接收來自該自行車的一踏板的驅動力並環繞一軸旋轉； 一輸出器，在使用中環繞所述軸旋轉以提供驅動力至該自行車之一從動輪； 一電機，在使用中為所述輸出器提供電動驅動力；以及 一傳動系統，在使用中從該電機和該踏板接收驅動力並將驅動力傳遞至所述輸出器； 其中該傳動系統包括一雙周轉齒輪組，具有一第一組的第一中心齒輪、第一行星齒輪、第一行星架及第一內齒輪；以及一第二組的第二中心齒輪、第二行星齒輪、第二行星架及第二內齒輪；該第二中心齒輪與該第一行星架旋轉為一體；該第二行星架在使用中接收來自一踏板的驅動力；該第一中心齒輪在使用中接收來自該電機的電動驅動力；以及該第一內齒輪與該第二內齒輪兩者在使用中隨著所述輸出器旋轉。
7. 如請求項6所述之驅動系統，其中該傳動系統更包括一單向離合器，在該第二行星架與該周轉齒輪組之內齒輪之間，以防止該第二行星架在使得該自行車向前行進之方向上比該內齒輪旋轉得更快。
8. 如請求項6或7所述之驅動系統，其中該傳動系統更包括一選擇性致動離合器，在該第二中心齒輪與該驅動系統之固定部分之間。
9. 如請求項6、7或8所述之驅動系統，其中該第一內齒輪與該第二內齒輪形成為一共同內齒輪。
10. 如前述請求項中任一項所述之驅動系統，更包括一飛輪機構，在該踏板與該自行車之從動輪之間操作。
11. 如前述請求項中任一項所述之驅動系統，其中該電機被配置成選擇性地作為發電機或電動機運行，且該系統更包括一控制器，該控制器交地替將該電機作為發電機運行一第一時段，然後作為電動機運行一第二時段，該控制器得到施加在內輪轂處以作為發電機輸出扭矩的讀數，然後根據扭矩讀數向電動機施加功率。
12. 如前述請求項中任一項所述之驅動系統，位於該自行車之中間位置處，其中所述軸為該踏板之旋轉軸。
13. 如請求項1至11中任一項所述之驅動系統，位於該自行車之從動輪之輪轂處，其中所述軸為該從動輪環繞其旋轉之輪軸。
14. 如請求項13所述之驅動系統，其中所述從動輪為該自行車之後輪。
15. 一種電輔助自行車，具有如前述請求項中任一項所述之驅動系統。
16. 如請求項15所述之電輔助自行車，其是僅當騎乘者踩踏時才提供電動輔助之助力車。
17. 如請求項15所述之電輔助自行車，其中當騎乘者踩踏時以及騎乘者不踩踏時都可以使用電動輔助。
18. 如請求項17所述之電輔助自行車，具有一節流控制器，騎乘者可以透過該節流控制器施加或疊加所需量的電動輔助。
19. 一種操作如請求項15至18中任一項所述之電輔助自行車之方法，包括通過所述電機向該自行車之從動輪提供電動驅動力以及透過所述傳動系統向該自行車之從動輪提供踩踏驅動力之步驟。
20. 一種用於電輔助自行車之驅動系統，該系統實質上如上文參照圖式所述。
21. 一種電輔助自行車實質上如上文參照圖式所述。
22. 一種操作電輔助自行車之方法，實質上如上文參照圖式所述。

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