TWI589486B

TWI589486B - 動力系統

Info

Publication number: TWI589486B
Application number: TW102115045A
Authority: TW
Inventors: 亞瑟德樂瓦
Original assignee: Ｅ２驅動裝置有限責任公司
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2017-07-01
Also published as: BE1020653A4; PL3323705T3; JP6118398B2; CN104520179B; US20150122565A1; EP3323705B1; ES2964748T3; EP3323705C0; CN104520179A; WO2013160477A1; EP3323705A1; EP2841328B1; TW201404657A; JP2015514635A; EP2841328A1; US9254890B2

Description

動力系統

本發明係有關用於腳踏車輛，特別是自行車之動力系統，該動力系統包括第一和第二馬達，以及具有行星齒輪座架和太陽齒輪之周轉齒輪系，其中，該第一馬達被連接到周轉齒輪系，該動力系統亦包括一踏板總成之軸，形成周轉齒輪系之第一輸入端之冠狀齒輪安裝於其上。

由WO 2010/092331之專利申請案已知一種此類動力系統。已知之動力系統用於電動支援自行車。此等電動支援自行車係藉由人力並藉由電動化所產生之機械力量共同驅動之自行車。此等自行車異於電動摩托車之處在於，當騎士踩踏時，電動動力化對單一傳輸系統提供動力。藉已知動力系統，踏板總成之軸驅動周轉齒輪系之行星齒輪座架。第二馬達主要用來發電以對電池充電，並增加續航時間。

已知動力系統之不便在於，儘管有二馬達，提供支援之動力卻低。事實上，單一馬達有助於提供用戶踏板支援。

本發明之目的在於實現一種動力系統，其可提供與二馬達貢獻之踏板轉矩(或踏板力)成正比之電動支援。

為此目的，根據本發明之動力系統之特徵在於，該第二馬達嚙合於該踏板總成之軸上，且該第一馬達連接到該太陽齒輪，該行星齒輪座架連接到該動力系統之輸出盤，該第一及第二馬達分別設有第一及第二傳感器，其配置來測量與其相關聯之馬達之角速度，該第一及第二傳感器連接至一控制單元，第三傳感器亦連接到該控制單元，並被配置來測量騎士發動自行車的速度，該動力系統包括一測量元件，其被配置來產生指出第一馬達所提供之轉矩之測量信號，該控制單元被配置來根據該傳感器所測得之角速度、預定的指示和指出轉矩之測量信號，產生第一及第二控制信號，該第一控制信號係供至該第一馬達之旋轉速度之操縱信號，該第二控制信號係供至該第二馬達之轉矩之操縱信號。該第二馬達在其嚙合到踏板總成之軸期間，支援騎士之踏板運動。騎士踩踏所產生之動力與第二馬達之動力總和經由冠狀齒輪傳輸至周轉齒輪系之第一輸出端。第一馬達同時經由太陽齒輪，和周轉齒輪系之第二輸出端一體，與其連接。通常經由一鏈條驅動車輪之輸出盤經由行星齒輪座架，與周轉齒輪系之輸出端連成一體。因此，輸出盤之速度成兩個輸入端，即冠狀齒輪和太陽齒輪之線性關係，且其轉矩因所強加指示而直接與兩個輸入端的轉矩有關。因此，這兩個馬達有助於保持騎士踩踏時之動力。在正常操作中，周轉齒輪系的第三獨立部分在同一方向旋轉。這提高限制軸承之摩擦力的效率，因為其與部件移動之相對速度成正比。

根據本發明之動力系統之第一較佳實施例的特徵在於，該控制單元包括一輸入端，其用於接收指出騎士從預定數目之變速比所選變速比之變速比信號，該控制單元亦被配置來依所接收之變速比信號，產生該第一控制信號。因此，其提供騎士變速比之的電子變速系統，取代現有系統(鏈變速器或改變內部速度之輪轂)。變速控制藉變速比信號，以電子方式進行。因此，比率之轉變可以二不同方式進行：變速比之手動改變(操縱方向盤)或由控制單元進行比率之自動變換。本發明亦提供獲得連續可變傳輸之可能性(不是離散比率)。而本發明則可對用戶共同建議兩種比率轉變模式：手動離散比率模式，用於寧可維持較傳統者，以及連續比率自動模式，使騎士一直處於最適變速比(從騎士輪速之2D轉矩表算出之比率)。這是最自然的方式，但是，它並不排除連續比率手動模式(扭轉把手)和離散比率自動模式。此外，該系統允許傳輸舒適度，因為其現在可在轉矩下，快速地且不會倏然停頓地變換速度。

根據本發明之動力系統之第二較佳實施例之特徵在於，該控制單元被配置來產生加權信號，其藉由該第二馬達所測得的角速度與從經過該第二馬達之減速比加權之接收變速比信號相乘獲得，並藉加權信號，產生該第一控制信號。變速比信號同樣可容易被考慮在內。

1‧‧‧踏板總成匣

2、3‧‧‧凸緣

4‧‧‧牽引馬達(第二馬達)

5‧‧‧變速馬達(第一馬達)

6‧‧‧關閉裝置

7‧‧‧主動小齒輪

9‧‧‧軸承

10‧‧‧密封薄壁

11‧‧‧踏板總成之軸

12‧‧‧冠狀齒輪

12'‧‧‧第一齒

12"‧‧‧第二齒

13‧‧‧太陽齒輪

14‧‧‧行星齒輪座架

15‧‧‧第一小行星組

16‧‧‧第二大行星組

17‧‧‧行星齒輪

18‧‧‧惰輪

19‧‧‧轉子

20‧‧‧定子筒管

21‧‧‧開槽皮帶

23‧‧‧輸出盤

24‧‧‧周轉齒輪系

27‧‧‧踏板總成

29‧‧‧底盤

30‧‧‧電池

31‧‧‧騎士

32‧‧‧減速器

35‧‧‧霍爾效應傳感器

36‧‧‧霍爾效應傳感器

37‧‧‧輪速傳感器

38‧‧‧控制單元

40‧‧‧自行車

41‧‧‧輪

43‧‧‧車架

50‧‧‧殼體

101‧‧‧殼體

102’‧‧‧右殼體

102”‧‧‧左殼體

103‧‧‧頂蓋

104‧‧‧第二馬達

105‧‧‧第一馬達

106‧‧‧電子控制電路

111‧‧‧踏板總成之軸

112‧‧‧冠狀齒輪

112’‧‧‧內齒

112”‧‧‧外齒

113‧‧‧太陽齒輪

114‧‧‧行星齒輪座架

114’‧‧‧行星齒輪座架的補強板

115‧‧‧行星

116’‧‧‧小行星

116”‧‧‧大行星

117‧‧‧行星軸

118‧‧‧惰輪

119‧‧‧轉子

120‧‧‧定子

123‧‧‧輸出盤

123’‧‧‧輸出軸

第1圖與設有根據本發明之動力系統之自行車的圖式有關。

第2圖顯示可容納本發明之動力系統之由踏板總成匣構成之自行車車架的圖式。

第3圖示意顯示根據本發明之動力系統之正常運轉之動力鏈條。

第4圖顯示根據本發明之動力系統的分解視圖。

第5圖顯示周轉齒輪系和輸出盤之安裝。

第6圖顯示根據本發明之動力系統的剖視圖。

第7圖顯示周轉齒輪系和踏板總成之軸之嚙合。

第8圖顯示行星齒輪座架。

第9圖顯示馬達控制所需不同元件之示意圖。

第10圖顯示變速馬達之速度指示之計算的示意方塊圖。

第11圖顯示加諸牽引馬達之轉矩之計算的示意方塊圖。

第12圖藉程序方框圖顯示控制單元之控制邏輯。

第13圖顯示根據本發明之動力系統之另一個實施例。

第14圖顯示踏板之角速度與第一馬達之角速度間的關係。

第15圖至第17圖顯示變速比。

第18圖示意顯示騎士所提供之支援。

第19圖顯示根據本發明之動力系統之另一個實施例。

現在將藉顯示根據本發明之動力系統之較佳實施例之形式的圖式，說明本發明。

在圖式中，相同的元件符號標示相同元件或類似元件。本發明說明動力系統於自行車之應用。然而，本發明並不限於自行車，且適用於所有腳踏車輛。

第1圖示意顯示設有根據本發明之動力系統之自行車40。如在第2圖更詳細顯示，自行車包括一車架43和一踏板總成27。該車架包括一個具有介於15與20厘米間之直徑的踏板總成匣1，其較自行車的傳統車架大。該車架允許容納根據本發明之動力系統之至少一部分。在動力系統之出口有輸出盤23，其驅動輪41後方之小齒輪。本發明所提議之動力系統係中央自動化，也就是說，位於自行車之踏板總成之高度，為自行車謀得盡可能低之重心，從而提高自行車之穩定性。動力系統的大部分作成匣體，被插入到自行車之踏板總成匣1內。在第2圖所示的例子中，只有構成動力系統之一部分之牽引馬達4被安裝在自行車之踏板總成匣1外。

如第3圖示意顯示，動力系統包括有兩個電動馬達：．稱為「變速器」(標示為MV)之第一個馬達5位於踏板總成匣內，．稱為「牽引器」(標示為MT)之第二個馬達4固定於踏板總成匣之外部。

動力系統連接到電池30，該電池30特別是用來對動力系統供電。動力系統大部分固定於踏板總成匣1內部。牽引馬達4經由減速器32，在踏板總成之軸上運轉。後者亦由騎士31帶動。牽引馬達和騎士所提供的牽引被添加33和傳輸至本身連接到輸出盤23上之周轉齒輪系24的冠狀齒輪12。

第2圖和4至8圖顯示根據本發明之動力系統實施例。除了第二馬達，動力系統位於踏板總成匣1內部，其由亦支撐於牽引馬達4之兩個凸緣2和3關閉。第一馬達5包括定子20，其相對於轉子19同軸安裝。定子筒管20固定在踏板總成匣內。第一馬達5連接至構成轉齒輪系24之一部分的太陽齒輪13。周轉齒輪系由三個獨立部分，即太陽齒輪13、行星齒輪座架14和冠狀齒輪12構成。較佳地，太陽齒輪一體地安裝至第一馬達5之轉子19。最好如於第5圖中所示，周轉齒輪系亦包括第一小行星組15和第二大行星組16。較佳地，每個行星組包括三個齒輪，因為這允許移動部件與周轉齒輪系之重量間的良好平衡。較佳地，第一和第二大、小行星組分別一體連到行星17的同一軸線。須知，小行星組15和大行星組16兩者都與行星齒輪17之軸連成一體。如在第5和8圖所示，第一和第二大、小行星組相互安裝在行星齒輪座架14。太陽齒輪與大行星16嚙合以增加行星齒輪座架14的速度。事實上，行星齒輪座架14之速度成冠狀齒輪12和太陽齒輪13之速度的線性關係。輸出盤23安裝在行星齒輪座架14上。輸出盤供安裝一鏈條或一帶齒開槽皮帶21，用來由其轉動驅動自行車後輪之小齒輪。第一小行星組15與設在冠狀齒輪12內部之第一齒12'相互嚙合，使其本身成為周轉齒輪系的一部分。冠狀齒輪之第二齒12"與第二馬達4嚙合，為此目的，其設有一主動小齒輪7。主動小齒輪7與冠狀齒輪之傳輸以密封方式，藉關閉裝置6之密封封閉。較佳地，例如藉圖中未顯示之槽，踏板總成之軸與周轉齒輪系之冠狀齒輪12連成一體。當然，可設置其他抗旋轉系統來使踏板總成之軸與冠狀齒輪12成為一體。

如在第6圖中顯示，踏板總成之軸11貫穿周轉齒輪系，並由軸承9支承。連接至踏板總成之軸之冠狀齒輪12形成為周轉齒輪系的之第一輸入端。在正常操作中，冠狀齒輪12驅動小行星15，從而旋轉與輸出盤18一體之行星齒輪座架14。輸出盤驅動鏈條或開槽皮帶21。密封薄壁10隔開周轉齒輪系與變速馬達5。複數個密封接頭確保變速馬達5與潤滑機械部件間之密封。最後，控制單元較佳地容納在靠近馬達放置之殼體50內，以限制電線之佈局。該殼體較佳地係圓形，以使其匹配踏板總成匣。

在正常操作中，牽引馬達4支援騎士，經由主動小齒輪7及冠狀齒輪12所形成之二齒輪系，驅動踏板總成之軸11。事實上，由於第二馬達4之小齒輪7嚙合於冠狀齒輪之齒12"上，第二馬達驅動之小齒輪旋轉將驅動冠冠狀齒輪旋轉。根據另一個實施例(未顯示)，小齒輪7可附有安裝於踏板總成之軸上之從動輪。第二馬達4所提供之轉矩與人力結合來轉動冠狀齒輪12。若第二馬達4完全如騎士所欲，獲益於速度之改變(可變傳輸)，從而竭力達到更佳效率，該配置即更有利。根據本發明之動力系統可藉複數個變速比，或單一變速比操作。

每一馬達有其功能。變速馬達旨在，不管是支援級別(=所提供總電力與所提供人力之比率)，或轉動速度，恆提供控制單元強加之傳輸比。實際上，傳輸比依變速馬達5與踏板總成之軸27的變速比而定。如於以下將更詳細說明，這個比率等於右邊表示隨著踏板總成之速度而變之MV之速度演變的角度係數。因此，其可保持在恆定的傳輸比而保持恆定的角度係數。為改變變速比，騎士改變此角度係數的值。因此，變速馬達以角速度操縱，以便完成其速度之變換功能。當然，該馬達亦將動力供入傳輸鏈條中，並因此其全部動力重返車輪，惟當然於附近會有摩擦。第一馬達之轉子19安裝在惰輪18上，該惰輪18本身安裝在底盤29上，以防止第一變速馬達在相反方向旋轉(與踏板總成之預定旋轉方向相反之方向)。此惰輪18之功能係允許純機械動力傳輸至車輪，在發生中斷情況下，藉所有種類的馬達之動力供給運作。在馬達故障情況下，騎士恆可踩踏回家。該運轉模式對應於最小傳輸比。在這種模式期間，第一變速馬達未通電，且第二變速馬達可提供來支援騎士。

牽引馬達4支援騎士之運動，以增加踏板總成上之轉矩。在某些操作情況期間，該馬達亦可剎制騎士於踏板總成上的運動。其作用在於不斷地注意控制單元所強加的支援級別，無論是「連動」傳輸比，且無論是轉動速度。該馬達在轉矩上被操縱。

上面安裝動力系統之自行車亦可配備傳統惰輪於車輪之後方小齒輪內，其在自行車因慣性而持續滾動時，防止鏈條(或皮帶)轉動。另一態樣(下文更詳細說明)使用固定於車輪之小齒輪，而無中間惰輪，從而允許剎制於變速馬達上，且從而對變速馬達再充電。

現在將更詳細說明兩個馬達之控制。第一馬達5提供給行星齒輪座架之轉矩藉道路指示強加。其在速度上操縱以遵照傳輸比之指示。第二馬達之速度經由騎士之踩踏節奏強加，因為其在運動上，藉齒輪系或其他傳輸系統連接到冠狀齒輪。因此，其將在轉矩上被操縱，以支援努力中的騎士。速度指示係踩踏速度之線性函數，倍增係數取決於騎士所選擇，或由控制單元依騎士行駛之速度來決定。為此目的，控制單元包括一輸入端，用於接收一變速比信號，該信號表示騎士選自預定數目的變速比的變速比。當速度變換為自動時，動力系統包括第三傳感器，其連接到控制單元，並配置來測量騎士推進自行車的速度。然後，控制單元被配置來根據所測得的速度，產生指出從預定數目之變速比中選出之變速比的變速比信號。

本動力系統之另一優點在於，若省略最初安裝在車輪後之小齒輪上之惰輪，其即有能制動，和從制動回收能量來對電池再充電的能力。此時，若自行車以某些慣性往前衝，或其下坡，鏈條即轉動，並驅動動力系統之輸出盤。由於輸出盤連接到行星齒輪座架，因而，後者現在起動力差的作用。它往往會旋轉變速馬達(於其正交方向)此時其被控制來作為發電機，以剎制自行車，並朝電池傳輸電力。例如，該系統可作為敞篷系統，藉由再踩踏激活。制動功率及從而提供給電池之能量的量可依騎士再踩踏的力量加以控制。

高於最小變速比，即不對第一馬達5供電。只有第二馬達參與電動支援。太陽齒輪藉連接框架(左凸緣(2))至第一馬達5之轉子19之惰輪18而被剎制。為增加傳輸比，須發動第一馬達5。然後，其開始參與整體電支援。第一馬達5之速度增加越高，傳輸比將增加更多，並將更加參與整體支援。

第9圖示意顯示馬達4和5和控制單元38之電聯接。較佳地，每個馬達都配備霍爾效應傳感器35、36，其能藉由轉子之旋轉計數直至數到6為止。這些傳感器的資訊向控制單元發送，用於分析。控制單元亦計算注入每一馬達內之電流，以計算每一馬達上的轉矩(轉矩與電流強度成正比)。最後，若變速差可自由處理，車輪之速度傳感器37對控制單元即係必要的。為了測量由騎士強加在踏板上的轉矩，控制單元使用兩個馬達軸上的轉矩，執行計算。這可容易測量，因為轉矩與通過直流馬達的感應線圈中的電流成正比。當騎士加速時，控制單元可例如以周轉齒輪系的運動方程式，從馬達速度計算自行車之速度。當自行車處於惰輪時，車輪速度與輸出盤之速度脫耦，並因此，需有速度傳感器37。

根據本發明之動力系統之操作的理解須訴諸物理，因此，首先將說明此物理。須知，將使用複數個縮寫，這些縮寫首先界定於下列表中。

*(s.u.)=無單位

於第一階段中，並為了便於理解數學方程式，將闡明無第二馬達4，即牽引馬達之道理。這是有助於該新的動力化之主要創新之周轉齒輪系。回歸周轉齒輪系統之方程式，須知：

R以雙周轉齒輪系之元件，亦即小、大行星齒輪之側面尺寸來界定。

旋轉速度ω_plat和盤上C_plat之轉矩由行駛狀況強加，其強加C_MV和C_ped(由關係式(2))。然而，其對ω_ped和ω_MV自由選擇。踏板的速度實際上由騎士強加，根據行駛狀況，其平均介於30和90轉/分之間。這允許調整旋轉速度，以提供支援，但在必要情況下，亦由騎士人為地改變變速比。根據關係式(2)，踩踏轉矩連接到變速馬達，藉由測量通過電感中的電流，這可容易測量。因此，根據本發明之動力系統無需任何踩踏轉矩傳感器。就機構的成本而言，這是不可忽視的優點，因為用在另一動力化類型中之轉矩傳感器複雜且非常昂貴。

當第一馬達5通電時，與踏板總成之軸一體之周轉齒輪系之冠狀齒輪12驅動行星6和15。藉惰輪連接到踏板總成匣之框架之太陽齒輪13在此時，被卡在零速，因為其未為第一馬達所驅動。因此，根據最小變速比，連接到輸出盤23之行星齒輪座架14不得不以略小於踩踏速度之速度被驅動：

為增加變速比，必須使第1馬達5運動，然後，其經由惰輪，驅動周轉齒輪系之太陽齒輪13。現在，後者使速度變成大於零。此次，該盤將其變換成以下等式所表示之速度：

根據已連動之變速比(把手上之電子選擇器或全自動模式)，第一馬達之旋轉速度ω_MV等於踩踏之旋轉速度ω_ped乘以一係數a。因此，來自騎士或自動控制器之請求將導致係數a的改變。因此，第1馬達5藉調整迴路，使用測量踏板總成之軸之角速度之傳感器的資訊，調整速度。這個操作藉由變速之界定(表示自行車之變速比的簡化術語)，使之有效。事實上，維持係數“a”恆定，變速比也保持恆定。增加係數“a”，變速比增大。

：ω _MV=a.ω _ped且a [0：val _lim]容易獲得

請注意，騎士所經歷變速比之人為變化對動力系統強加就已連動之每一變速比而言，不同的支援級別。事實上，為達到動力平衡，可計算除以人力之電力所界定之支援級別。

P _plat=P _ped+P _MV=C _ped.ω _ped+C _MV.ω _MV

藉上面界定之關係式改變ω_MV和C_MV，容易得到：

因此，支援級別界定為所供應之電力與供至輸出盤之總功率間的比率。在此，該界定歸納成以下式子：

因此，支援級別充份隨著第一馬達之旋轉速度之狀態增加。這意味著低變速比，支援級別低，且對大變速比，支援級別達到最大。

根據本發明之動力系統亦包括第二馬達4。稱為牽引馬達之第二馬達具有幾個有利作用。其第一作用顯然在於，在動力系統之控制下，獲得自由度，以使支援級別適於任何情況。第二馬達經由減速齒輪組，直接連接到踏板總成之軸上，俾其現在可增加支援級別，使之高於低變速比。第二馬達4於鏈條中之配置在運動上有利，因為完全如騎士所欲從變速比得到好處的該馬達容許在需要極大努力作為要務之行駛或在可變形之地面上行駛狀況下，有大的轉矩。支援級別被界定為電能對供至輸出盤之總能量之比例，其展開成：

以上面確立之等式修改該式子，得到以下結果：

因此，第二馬達將在容許良好支援級別之轉矩指示下，以封閉迴路方式控制，其旋轉速度經由其傳輸之幾何形狀決定的減速比，藉踩踏速度強加。

ω _MT=R _MT.ω _ped

直接連結於踏板，惟無惰輪，該馬達亦可以制動模式運作，允許在所有情況下，對支援級別之總量控制。送回能量如同產生於變速馬達般之發電機模式之功能也被認為是純踩踏模式(無來自電池之電流)，其用在大於調節速度之速度之行駛。此種第二周轉齒輪系之取代和添加方式需要該功能。

最後，自行車之後輪之速度經由藉小齒輪之幾何形狀強加之減速比在數學上連接於輸出盤之減速比。這個傳輸的關係為：ω _R=R _trans.ω _plat

第10圖顯示變速馬達之速度指示之計算的示意方塊圖。第二馬達所測得之角速度ω_MT與除以第二馬達之減速比R_MT之倍增係數a相乘，以形成對第一馬達之指示ω_MV之角速度。控制單元38被安裝在調整迴路中，以保證第一馬達以指示之角速度旋轉之方式有效地供電。為保持恆定的傳輸比，第一馬達之速度-踩踏速度之朝右角度係數恆定。因此，控制單元將與高於相同變速比之踩踏速度成正比之速度強加於變速馬達。為改變傳輸比，可改變標以“a”之角度係數值。

第11圖顯示強加至牽引馬達4之轉矩指示之計算的方塊圖。這取決於第一馬達5的轉子上的轉矩阻力。第二馬達之轉矩指示也取決於對騎士強加的支援級別。周轉齒輪系R之減速比、支援級別與倍增係數相加，接著乘以經判定的支援級別。然後，從經判定之支援級別及第一馬達所測得之轉矩開始，判定用於第二馬達之轉矩指示C_MT。亦提供調整迴路，以保證第二馬達提供指示轉矩所判定之轉矩。

第12圖藉程序方框圖顯示控制單元所實現之管理。當動力系統通電時，測量第二馬達的角速度。若其大於零，即判定第一馬達之指示速度及第二馬達之指示轉矩。較佳地，亦檢查在提供馬達指示之前，剎制傳感器是否被激活。

如前述，只要第一馬達轉動，即確保動力系統在高速下的良好運轉。然而，有些國家禁止電動支援超過一定的限制(歐洲25公里/小時，加拿大32公里/小時)。這意味著，一旦達到速限，變速馬達即應斷電，從高速比轉換到最低速比，且若其欲超過此速度，即會將騎士置於不舒服的境地。為了避免這種不快，必須找到一個技術解決方案，防止在超過速限前，騎士置身於逼近極限之變速比。

面對該問題，有三種可能的解決方案：

1.保持機構簡單，從而切斷兩個馬達。若騎士試圖超過速限，他即會被迫轉到較小變速比，這使其很難使用超過該極限。

2.建立更高的變速比機械閉鎖系統：

a.將第二周轉齒輪系集成於機構內，其中冠狀齒輪在「支援」功能自由轉動，一旦馬達被制動，且停在「純踩踏」模式，即經由此齒輪系開動輸出盤。

b.集成兩個大小不同之齒輪組成的軸，其中一者與軸成一體，而另一者是由離合器驅動。該軸連接該盤於踏板總成，變速比接近兩個。

c.添加軸在每一端設有帶齒之輪之軸承上，並直接連接踏板於輸出盤。

3.保持機構之簡單性，並使用第二個馬達於發電機模式，以供應MV。

以下將逐一說明三種解決方案。

第一解決方案具有簡單和最不昂貴的優點，儘管大於25公里每小時之速度很少被用在電動自行車上，仍可能嚇跑這種類型技術的未來買家。

第二解決方案須添加一移動部件，應用於基本機構，從而重量、複雜性和製造成本過大。然而，儘管這些約束，最終得到的機構有利。須知，用於此操作，添加惰輪於第一馬達之轉子與太陽齒輪間，允許太陽齒輪旋轉較轉子快。

第13圖顯示具有額外周轉齒輪系之選項(2a)之操作。周轉齒輪系TE2插入TE1之同一側。在此配置中，TE1(踏板總成)之冠狀齒輪事實上連接於TE2之行星齒輪座架，且TE1(盤)之行星齒輪座架連接於TE2之太陽齒輪。在「支援」模式中，TE2之冠狀齒輪空轉。一旦連動成「純踩踏」模式，致動器即剎住TE2之冠狀齒輪，TE1之太陽齒輪於此時以較第一馬達更快之速度旋轉，其被中斷(兩者間的惰輪)，且踏板總成經由依TE2之內部比率而固定的變速比，驅動對其唯一之輸出盤。

這種解決方案需要插入補充周轉齒輪系、機械閉鎖系統(制動型)和補充致動器，以確保這個電動支援自行車用戶極少使用的功能。該配置亦增加某一程度之製造和裝配困難，以及可能的密封問題。最後，部件之添加往往增加成本、重量和機構之體積。

根據第三解決方案，設有嚙合之齒輪。就基本機構而言，再添加一軸及多數齒輪於上部。軸經由軸承固定於動力系統之殼內。齒輪3a與該軸一體，並被TE1(踏板總成)之冠狀齒輪驅動。第2輪與軸旋轉，但軸向自由平移。第1輪安裝在軸承(或滾針軸承)上，並因此，在「支援」模式中，與其軸脫離。來自第二馬達之動力經由第2輪至螺旋齒，傳到踏板總成。螺旋齒輪所造成之軸向推力保持第2輪遠離第1輪。一旦連動成「純踩踏」模式，踏板總成即驅動第一馬達，且螺旋齒輪之軸向推力於此次將第2輪推向閉鎖於其中之第1輪。因此，根據相對於第1及3輪之齒數之適當減速比，輸出盤現在直接由踏板總成驅動。相較於解決方案(a)，該第二機械解決方案需要更少的部件，並因此更輕。亦似乎不太昂貴和較不複雜，因為它不需要新的致動器。然而，始終有與總成密封相關的風險，且有風險的解決方案軸向體積更大。

動力系統亦能以短路軸操作。一旦嚙合，設有兩個齒輪的軸實際上使踏板總成之軸和輸出盤短路。其為施加強制機械速度之齒輪比。這種替代方案是三個中最簡單的。這無疑地也是最便宜的。唯一的難處在於離合器。最後，部件之添加往往會增加機構之成本、重量和體積。

相對於第4至7圖中所示之基本系統，第三解決方案無需添加補充機械部件。該技術係在電力之電子中。其原理包含使用第二牽引馬達作為發電機，並注入，從而產生電力在變速馬達中。為使該解決方案運作，第二馬達與踏板總成間之機械連接須為可逆，因此，兩者之間未安裝任何惰輪。

以下係本系統之操作(第12圖)。在此，來自騎士之腿的能量以雙重方式進行。其中一者直接驅動TE1之冠狀齒輪，而另一者則經由第二馬達和第一馬達驅動太陽齒輪。實際上，第二馬達經由減速器驅動，由此產生供給第一馬達之電流。第二馬達藉制動轉矩操縱，以界定通過這個迴路之能量，從而界定整體傳輸之變速比。所提供之制動力，並因此，電力之控制電子式改變馬達電樞內之磁場的相位。這種解決方案的另一個優點在於，能夠重新發動轉矩的一部分，以在騎士努力防止第一馬達保持連動之變速比情況下，對電池進行充電。同樣地，可剎制踏板總成的運動，在惰輪運轉後，重新發動踏板之運動，至達到第一馬達重新開始其指示速度時之高速(以恢復其在進入惰輪之前所處之變速比)。

這種解決方案的缺點是第二能量迴路之效率低。事實上，無刷電動馬達具有約85%之效率(假設發電機模式之效率相同)，第二能量方式之傳輸效率約72%，從而降低整體傳輸之效率。這可以讓人以更需體力之「純踩踏」模式使用自行車。一種增加騎士所感知之傳輸效率，並因此使他覺得行駛於自行車上的「經典」感覺之方式由電池提供輕便能量。從而，電池彌補這種類型操作所引起的能量損失。這會導致電能損失並因此續航力損失，惟若考慮使用超過速限之VAE百分比，這個想法即站得住。此外，這種想法非常有前景，因為該機構係非常簡單的概念、質輕、小型且製造成本低。這就是這個解決方案被視為最有利的原因。

這種技術的一種變化係使用第二發馬達來發電，從而將所產生之電力送入電池，因此，從電池供給MV。由電池供電確實品質較佳(電壓輸出)，且自行車的操作更佳。這種類型的方案同樣回歸到如以上明示的想法，惟電使用另一途徑。然而，其須證實此種類型的操作接受至認可動力化的程度。

第三解決方案的另一大優點在於，如在電池發生故障或完全放電的情況下，允許在「純踩踏模式」，以複數個變速比行駛，而第二解決方案之第三變數則不僅允許傳輸之最小，且允許最大比率。

現在回到第9、10和11圖，以說明根據本發明之的動力系統的操作。每個馬達都設有其適合之霍爾傳感器，且如此測得之每個馬達的角速度被送到控制單元。控制單元亦配置成獲得轉矩阻力之測量，以測量通過定子之電感器中的電流。因此，在「支援」模式中，控制單元在任何時間自由處理用於兩個馬達之轉矩和角速度資訊，且其構成相當大的優勢。事實上，已知周轉齒輪系之太陽齒輪(第一馬達速度)及冠狀齒輪之速度(第2馬達旋轉速度)，輸出盤的速度由上面所給和下面列出之等式計算。然後，在僅知太陽齒輪(第1馬達)之轉矩下，很容易由以下關係，推出冠狀齒輪(踏板總成)之轉矩和行星齒輪座架(輸出盤)的轉矩。

因此，可由以下關係，具有由騎士應用於踏板之轉矩之標以C_Homme之資訊：

因此，控制單元藉調整迴路，調整第一馬達的轉矩。

因此，騎士之轉矩資訊藉此二馬達所提供之轉矩之測量彌補。後者之資訊，即安裝於前輪或後輪上之速度傳感器所提供之資訊，對動力系統之控制有必要。事實上，當自行車係所謂「惰輪」時，後輪之速度可異於車輪之小齒輪之速度。因此，有必要知道自行車之正確速度，以曉得是否能連動成支援。

第一馬達的主要作用是如前述及預先提供所欲傳輸比。因此，調整第一馬達，以遵循速度指示。該指示實際上是除以第二馬達之減速比，然後乘以裝配第二馬達之霍爾傳感器之速度測量的係數“a”。

根據動力化為「自動」或「手動」，該係數“a”由控制單元或騎士本人強加。這兩種速度管理模式將在下面闡述。

第二牽引馬達提供不足的力量，以遵守所欲“NivAssist”支援級別。所以，該馬達會特別起超過低變速比之作用(第一馬達給與車輪一些動力以進行該操作)，且其動力逐漸消失，並測出倍增係數“a”增加。請注意，支援級別被界定為所供給電力與動力化之輸出盤上之總動力間的比率。其特徵在於以下關係式之支援模式：

速度之倍增係數“a”由騎士所選擇，或藉由自動速度轉換之算法計算。R和馬達R_{DEUXIÈME MOTEUR}(第二馬達)係適於齒輪系之固定尺寸。C_MV可藉控制單元(電流強度測量)測量。為具有所需支援級別，只須控制第二馬達的轉矩即可。因此，調整牽引馬達，以遵循以下轉矩指示：

因此，控制單元必須納入調整第二馬達之轉矩之調整迴路(第11圖)。須知，第一馬達之轉矩指示可為正或負。在其為負情況下，第一馬達以發電機模式操作，且從而對電池充電。

如前述，變速比的變化經由倍增係數“a”之控制進行。a之最小值係零值，其在連接太陽齒輪至踏板總成匣之惰輪被剎住時，對應於第一機械變速比。在增加係數a時，踏板的減速比增加。這也可以圖形(第14圖)觀看，該係數a實際上是第一馬達的角速度的斜率。

ω _MV=a.ω _ped

從技術上來說，動力系統配備一個小電子匣，其由兩個電子按鈕構成，固定在自行車之把手上，並經由電線(或可能是無線的技術)送回控制單元之資訊。二按鈕之一用來升高速度，且另一者用來減降。因此，動力化系統以電子序列式變速箱來運作。因此，分別對應於係數a值的一些離散的變速比將被導入管理動力化之計算機中。按壓“+”按鈕，控制單元即自“a”值變換到後續較高值。按壓“-”，控制單元即切換到較“a”低的值。此操作藉於第15圖中重述之例子加以說明。動力化採用五個離散比。第1速度對應於a=0時，且第5例如對應於最大比率或a=2。然而，這些數字並不能代表最終尺寸。中間比率例如：a=0.4，a=1及a=1.5。在這種情況下，速度之組織如此表示。指數M表示該比率為「機械」，且指數E表示該比率為「電動」。

若從停止出發的騎士自每小時25公里開始加速，他即自後者連續切換變速比。在切換變速比時，他於控制單元中使a值上升。

該手動方式之優點在於提供騎士依所欲將變速比改成全變速器自行車，提供高品質之變速可能性。事實上，藉該系統，即使在停止的轉矩下，仍可一下子(雙擊，三擊)變速。此外，在此，速度之控制係電子或機械式，其提供依據操縱而增加的容易性，並提供堅固的系統。它既無調整(重新)，又無用壞，或無故障的風險(金屬纜線之斷裂)。總之，它在速度之使用舒適度上有極大的增益。

在有自動變速之方式中，騎士不再決定送到控制單元之係數“a”的值。係數“a”現在由控制單元根據某些參數計算。然後，將變速之映射植入控制單元(如用於汽車之自動車廂控制)。該映射提供“a”值，以根據兩個參數應用：自行車之速度及踏板總成上之轉矩。例如於第16圖提供映射。第16圖之示意圖顯示一個例子，濃黑「升檔」法則和「換低檔」的黑色法則，這表示速度上升和下降之變換點的位置(即係數“a”)，一變速箱三種速度。

就自動方式而言，它可增加能無限自由處理以獲得亦稱為“CVT”之連續可變傳輸比數目。這意味著，替代具有有限數量的離散率，馬達連續地改變倍增係數“a”。代表圖形顯示於第17圖中。鑒於無需更多的任何控制箱，自動方式的優點在於，作為建立之系統，它非常簡單。這也開放車把上的空間，並提供自行車更精緻的風格。這種類型的控制會更適合想要極大駕駛舒適性的人。

現在將說明以正常牽引模式(「支援」模式) 控制第一變速馬達5和第二牽引馬達4之方式。第18圖顯示根據騎士位移之地形提供的支援。發動意指自行車從停止發車移動。踏板總成之速度一到達一定閾值，即起動支援。於此情況下，踏板總成上之轉矩資訊可經由上述公式自由處理。因此，控制單元被配置來計算應用到第二馬達之轉矩指示，且從而該第二馬達起動。高於最小的變速比，第一馬達即切斷，高於其他變速比，其即起動。此時，二馬達均如前述調整。

對於這種反應性的支援，較佳係控制單元以短的響應時間接收第一馬達之速度資訊，因此，較佳係角度傳感器之解析很細。它不應該有任何這方面的問題，因為踏板和第二馬達為具有緊密變速比20之減速器所隔開，這表示當踏板總成轉二十分之一圈時，第二馬達轉一圈。若將第二馬達轉二十分之一圈霍爾傳感器發生三個狀態變化列入考慮，它即為我們提供踏板上6度的分辨率，這應該是足夠。

惟若電動支援對起動的響應太慢，解決方法即包含，當第一馬達切斷時，修改用來阻斷太陽齒輪之惰輪。該惰輪在踏板總成匣內自由旋轉(1或2度)，且具有彈簧之斷路器被插入遊隙中。當騎士推進踏板，使其自行車移動時，太陽齒輪會有欲於起動之相反方向中旋轉之傾向，這將起動第一馬達和第二馬達。

不管手動或自動變速，一旦改變係數“a”，第一馬達的指示即從而休改，且第一馬達改變其運轉狀態。手動模式可強加加速/減速斜坡，以獲得線性及平滑的變速。作為大多數電動支援自行車，動力系統附加安裝在剎車把手之斷路器。一旦控制單元接收到制動資訊，它即切斷兩個電動馬達。

當騎士測得之轉矩低於某一閾值時，第二馬達即被切斷。第一馬達降低其速度，因為其經由倍增係數“a”，受到踩踏速度約束。如果騎士向後踩踏，使自行車後方小齒輪之惰輪運轉，該第一馬達即被切斷。

重新發動正如起動，因為，在騎士重新使力於其踏板上之前，周轉齒輪系之所有部件均已停止。因為惰輪放置於後方小齒輪內(如用於典型自行車)，因此，冠狀齒輪(或鏈條)不旋轉。一旦感測到踩踏總成之速度測量值，第一馬達即起動(如果變速比異於最小者)，隨後，連動之變速比強加速度指示。第二馬達之調整迴路亦被重新激活。

純踩踏可實施於電池放電或故障的情況下。在這種情況下，騎士簡單踩踏，使其自行車移動。他的自行車首先以第一機械變速比運轉(太陽齒輪之惰輪為殼體所阻擋)。隨後之變速比手動或自動改變。供應第一馬達所需能量，隨後，如發電機模式運作之第二馬達取得速度指示。其制動轉矩藉由控制之相位轉換操縱。

當騎士接近「支援」模式之速度限制時，動力化首先逐漸減少其支援級別，然後，當自行車精確地到達此一限制時，歸零。從此刻起，除了電池可在動力低於或等於「第二馬達發電機」操作中的這個損失下部分供應第一馬達外，全部轉換都發成「純踩踏」操作。電池被再度充電，其可彌補就在此情況下動力化操作所發生的損失。以這種方式，騎士所供應的能量整體進入車輪(當然，除了傳輸造成之大量摩擦外)。

第19圖顯示根據本發明之另一個實施例的動力系統。在本實施例中，傳動系統的所有組成部分均位於密封殼體101內，且獨立於自行車車架外。殼體101包括三個組裝部分，即右殼體102’，左殼體102”和頂蓋103。殼體101藉由例如由緊固螺釘形成之固定，固定於自行車車架。必要情況下，自行車車架被改裝，或被設計來固定殼體。殼體101包括在其中心處之踏板總成之軸111、二電動馬達104和105，以及電子控制電路106。

第一馬達105包括一定子120，其相對於轉子119同軸安裝。定子線軸120被固定到右殼體102'。第一馬達連接於太陽齒輪113，構成周轉齒輪系124的一部分。周轉齒輪系由三個獨立部件構成，即太陽齒輪113，行星齒輪座架114和冠狀齒輪112。太陽齒輪較佳地一體安裝到第一馬達105之轉子119。該周轉齒輪系亦包括雙行星115組。每個雙行星115由兩個齒輪構成，相互連成一體，較佳地大小不同。較小齒輪被稱為「小行星」116’，且較大齒輪被稱為「大行星」116”。較佳地，有第三雙行星115，因為這容許運動部件與周轉齒輪系之重量間有良好平衡。每一雙行星115經由一個或兩個軸承被安裝在行星軸117上。較佳地，行星軸117藉其二端部固定到其一側之行星齒輪座架114，並固定到另一側之行星齒輪座架的補強板114’。太陽齒輪與大行星116”嚙合，以增加行星齒輪座架114之旋轉速度。事實上，行星齒輪座架114之旋轉速度成冠狀齒輪112與太陽齒輪113之旋轉速度之線性關係。輸出盤123與行星齒輪座架114連成一體。同軸繞踏板總成之軸111安裝之空心輸出盤123’之軸將轉矩自位於左側之行星齒輪座架114傳輸至位於殼體101右側之輸出盤。輸出盤123用於安裝一鏈條或帶齒皮帶，其用來轉而驅動自行車的後輪小齒輪。小行星116'與冠部齒輪112之內齒112'嚙合，使其本身成為周轉齒輪系的一部分。與冠狀齒輪112連成一體之外齒112”與第二馬達104嚙合，為此目的，其設置驅動小齒輪107。驅動小齒輪107與冠狀齒輪112間之傳輸藉左殼體102”，以密封方式封閉。踏板總成之軸111例如藉未圖示之槽，與周轉齒輪系之冠狀齒輪112連成一體。當然，可設置其他抗旋轉系統來使踏板總成之軸與冠狀齒輪成為一體。

第一馬達105的轉子119由容納在右殼體102'中的一個或兩個軸承導引。貫穿周轉齒輪系之踏板總成之軸111和輸出軸由兩個軸承支承。在右邊，軸承被連接到輸出軸123'。在左邊，軸承被容納在殼體101中。輸出軸123’和行星齒輪座架114組裝成由二軸承導引之剛性組件。在右邊，軸承被容納在殼體101中。在左邊，其關係到設有墮輪118，以及連接到踏板總成之軸111的軸承，以防止行星齒輪座架114以小於踏板總成之軸111的速度旋轉。若第一馬達未被供電，墮輪118即迫使第一馬達105的轉子119以與踏板總成之軸111 相同的速度旋轉。因此，以相同速度轉動之周轉齒輪系的兩個輸入端使輸出盤以相同速度旋轉(按照周轉齒輪系的運動方程式)。該配置容許萬一第一馬達105過載或控制系統故障，仍保持轉矩傳輸。