集成中驱电动自行车推进系统的制作方法

本发明总体上涉及的领域包括电动自行车，并更具体地包括具有中驱推进系统的电动自行车。

背景技术：

电动自行车可具有各种车轮布置并可包括可用于自行车的推进的车载电动机。

技术实现要素：

若干变型可涉及一种推进系统，其可包括电机和可与电机可操作地连接的齿轮组。曲轴可延伸穿过电机和齿轮组。电池阵列可设置在电机和齿轮组周围。

本发明范围内的其它说明性变型将根据本文提供的详细描述而变得显而易见。应理解，详细描述和特定实例在公开本发明范围内的变型的同时旨在仅用于说明目的而并非旨在限制本发明的范围。

附图说明

本发明范围内的变型的所选实例将根据详细描述和附图变得更易透彻理解，其中：

图1示出了根据若干变型的电动自行车。

图2示出了根据若干变型的电动自行车动力单元的等距视图。

图3示出了根据若干变型的电动自行车动力单元的示意性轮廓横截面。

图4示出了图3的电动动力单元的一部分的等距、示意性、轮廓剖视图。

图5示出了图3的电动动力单元的一部分的轮廓剖视图。

图6示出了图3的电动动力单元的一部分的轮廓、等距、示意性剖视图。

图7示出了图3的电动动力单元的一部分的示意性轮廓视图。

图8示出了图3的电动动力单元的一部分的等距轮廓视图。

图9示出了图3的电动动力单元的一部分的示意性轮廓视图。

图10示出了图3的电动动力单元的一部分的轮廓等距分解图。

图11示出了组装阶段中的图3的电动动力单元的一部分的轮廓剖视图。

图12示出了组装阶段中的图3的电动动力单元的一部分的轮廓剖视图。

图13示出了展示为已组装的图3的电动动力单元的一部分的轮廓剖视图。

图14示出了展示为已组装的图3的电动动力单元的一部分的示意性轮廓视图。

具体实施方式

以下对变型的描述在本质上仅仅为说明性的并且决不旨在限制本发明的范围、其应用或使用。

图1示出了可包括电动自行车40的若干变型。在若干变型中的任何一者中，电动自行车40可包括框架42，框架44可包括连接到座管46的上管44。上管44可包括铰接接头41以使得能够折叠框架42，使得电动自行车40可更容易地运输和存放。转向管45可从上管44延伸。转向管45可以可操作地连接到前叉56，前叉56可附接到前轮54。车把48可附接到转向管45并可用于通过前叉56控制前轮54的方向。控制杆50可提供在车把48上并可构造和布置成与一个或多个输入或控制装置和/或电动机通信。一个或多个电子控制装置可包括电子处理组件以接收输入信号并发送信号来控制电动自行车40的各种组件，这可包括发送输出信号来控制可包含在动力单元60中的电动机的操作。在若干变型中，一个或多个电子控制装置可包括处理输入信号并产生输出信号的存储器、处理器和软件和/或硬件，并可包括公式、查找表或用于比较并处理数据的其它工具。一个或多个电子控制装置59(图3中所示)可提供在外壳61中，并可包括动力电子器件，所述动力电子器件包括将来自电池的直流电变成交流电的逆变器57。

电动自行车40还可包括推进系统55，推进系统55可包括动力单元60。推进系统55还可包括曲柄组件62，曲柄组件62可包括曲轴64，所述曲轴可与第一踏板组件66和第二踏板组件70连接。第一踏板组件66可包括第一脚踏板68，并且第二踏板组件70可包括第二脚踏板72。可为链轮或皮带轮或用于与驱动轮82链接的另一装置的链接元件71可以可操作地连接到曲轴64以用于驱动链接部件76。连接部件76可为链条或皮带或适用于接合链接元件71的另一链接件，并可以可操作地连接到后链接元件78，后链接元件78可以可操作地连接到驱动轮82的轮毂80。驱动轮82可为行走轮，原因在于其接触自行车40在其上操作的表面。链接元件78可为链轮或皮带轮或适用于与链接部件76接合的另一装置。

电动自行车40可构造和布置成允许骑车者旋转第一踏板组件66和第二踏板组件70来为电动自行车40提供动力，或可允许骑车者使用基于踏板力的推进系统，其中第一踏板组件66和第二踏板组件70可固定在大致水平的位置以使得骑车者可通过在顺时针或逆时针方向上对附接到第一踏板组件66的第一脚踏板68或附接到第二踏板组件70的第二脚踏板72施加力来提供直观的输入命令。输入命令对于骑车者可为直观的并可类似于骑非机动自行车，其中骑车者通过对向前定位脚踏板施加力来对自行车曲柄施加顺时针力以在向前方向上移动自行车，并且骑车者通过对向后定位脚踏板施加力来对自行车曲柄施加逆时针力以减慢自行车。本文对顺时针或逆时针的参考是相对于自行车的右手侧作出的，其中操作者面向电动自行车40的移动的向前方向。电动自行车40可为具有曲柄组件62的自行车、三轮车或四轮电动自行车，曲柄组件62构造和布置成允许骑车者使用第一踏板组件66和第二踏板组件70向其提供输入。

参考图2和图3以及图1，在若干变型中，电动自行车40的推进系统55可包括动力单元60，动力单元60可包括用于容置各种组件的壳体101。壳体101可具有可与右部125结合的左部123，左右根据骑车者的角度来确定。动力单元60可被有利地封装以使得能够使用在折叠框架42上。如图2中所示，通过内部组件的有效封装，壳体101在外周壁117处其最外圆周的直径63可小于链接元件71在其最外圆周的直径65。外壳61可提供在壳体101的顶部，或可由壳体101形成以包含电子控制装置59。动力单元60可在框架42处附接到电动自行车40。动力单元60可支承链接元件71以及包括作为一个单元的踏板组件66、70的曲柄组件62。曲柄组件62可通过曲轴64连接到动力单元60。曲轴64可延伸到壳体101中或穿过壳体101，并且可通过在这个变型中认定为扭矩传递元件102的扭矩管可操作地与链接元件71接合。扭矩管/扭矩传递元件102可完全穿过壳体101延伸并可离开左侧和右侧。

另外参考图4示出的是不包括壳体101的若干变型的各种驱动组件。驱动轴环104和适配器106也可连接以在曲轴64与链接元件71之间传递扭矩。可由轴承108、109支撑驱动轴环104以便旋转。扭矩传递元件102的形状可为管状，曲轴64延伸穿过扭矩传递元件102。若干轴承108可支撑动力单元60中的扭矩传递元件102。在若干变型中，四个轴承108可具有接合在扭矩传递元件102上的内座圈。接合联接件110可以可操作地连接在扭矩传递元件102与驱动轴环104之间。接合联接件110可包括可固定到扭矩传递元件102的内座圈105和可固定到驱动轴环104的外座圈107。如本领域已知的若干锁定元件(未示出)可支承在内座圈105与外座圈107之间以在一个旋转方向上锁定座圈并允许相反旋转方向上座圈之间的相对旋转。接合联接件110可配置成使得当闭合时，扭矩可从曲柄组件62传递到链接元件71。接合联接件110可作为单向离合器操作，所述单向离合器可被接合使得扭矩可容易地从曲柄组件62传递到链接元件71。在若干变型中，接合联接件110可为离合器和/或可包括本领域已知的选择性操作的离合器机构以在扭矩传递元件102与驱动轴环104之间提供打开和闭合状态。接合联接件110可为机械地、电动地或以其它方式致动或通过其组合致动。在若干变型中，接合联接件110可允许驱动轴环104超过扭矩传递元件102。

在若干变型中，动力单元60可包括电机112，电机112可为电动机/发电机，所述电动机/发电机可用于推进电动自行车40并(例如)通过再生制动产生电力。电机112可包括若干类型的电动机/发电机(包括但不限于永磁AC电动机)中的任何一者。电机112可为通过包括逆变器57来支持的交流电装置并可具有低扭矩波动。电机112可包括定子组件114和转子组件116。转子组件116可在定子组件114内旋转，定子组件114可保持或接到壳体101上并可包括若干绕组。电机112可由电池或任何数量的电池或电池组件供电。动力单元60可包括可为被称为电池阵列121的电池组或封包的一部分的电池118、119。电池阵列121可按圆形图案邻近外周壁117在图2的标号115处设置在动力单元60的内部周围。包括电池118、119的电池阵列121可定位在壳体101的外周壁117与电机112和齿轮组120之间。包括电池118、119的阵列中的每一个电池可在链接元件71的侧上具有其末端127，末端127由绝缘壳129覆盖以减少电池与壳体101之间的热传递。如图2中所示，电连接器67可与外壳61连接或提供在外壳61上以用于从外部来源为电池阵列121充电。

在若干变型中，一个或多个齿轮组120可在电池阵列121内部径向位于动力单元60内。在一个变型中，齿轮组120可为行星齿轮组，其可与电机112可操作地连接并可用于在电机112与链接元件71之间提供所选齿轮比。齿轮组120可邻近电机112设置在曲轴64周围。齿轮组120和电机112两者可容置在电池阵列121内部径向限定的空间内。在若干变型中，齿轮组120可包括齿轮122，齿轮122可为太阳齿轮并可通过被认定为扭矩传递元件124的转子管与转子组件116可操作地接合。扭矩传递元件124可通过轴承111支撑在壳体101上以便旋转。可用定位在齿轮122与扭矩传递元件102之间的一个轴承108支撑齿轮122以便相对于扭矩传递元件102旋转。齿轮122可与一个或多个齿轮126可操作地接合，一个或多个齿轮126可为行星齿轮并可与齿轮122刚性啮合，使得在齿轮122旋转时，其可引起一个或多个齿轮126旋转。一个或多个齿轮126可啮合在齿轮128内，齿轮128可为可保持和/或可接到壳体101上的反作用环形齿轮。在若干变型中，一个或多个齿轮126可以可操作地连接到托架130并可在一个或多个齿轮126可在齿轮122内旋转时引起托架130旋转。可用定位在托架130与扭矩传递元件120之间的一个轴承108将托架130支撑在相对于扭矩传递元件102的可旋转状态下。在若干变型中，可存在三个所述一个或多个齿轮126，每一个齿轮可用如图5中所示的支撑滚针轴承支承在托架130的销上。一个或多个齿轮126可为阶式小齿轮，较大直径的小齿轮132与齿轮128刚性啮合，并且较小直径的小齿轮134与齿轮136接合，齿轮136可为具有可与小齿轮134刚性啮合的内齿的环形齿轮。齿轮136可连接到驱动轴环104。在若干变型中，齿轮136可为齿轮组120的输出齿轮。齿轮136和齿轮128可具有不同数量的齿。

在若干变型中，齿轮组120可由电机112通过转子组件116、扭矩传递元件124和齿轮122驱动。齿轮组120可通过齿轮136、驱动轴环104和适配器106与链接元件71可操作地连接。链接元件71可通过链接部件76驱动后链接元件78或由后链接元件78驱动。因此，电机112可通过齿轮组120驱动链接元件71或由链接元件71驱动。在若干变型中，接合联接件110可构造和布置成使得在闭合时，到链接元件71的扭矩可由转子102的旋转产生，并且回收扭矩可从后链接元件78传递到电机112，电机112随后可作为发电机操作。

另外参考图5，在若干变型中，齿轮126可分别通过销131安装在托架130上，销131可固定到托架130。若干滚针轴承133可设置在齿轮126与销131之间。齿轮126可由阶式小齿轮132和134组成。小齿轮132可制成单件并可安装到管状轴139上，管状轴139可从小齿轮134延伸。销131可穿过止推垫圈135，止推垫圈135可定位于托架130与齿轮126之间。销131可穿过另一个止推垫圈137，止推垫圈137可定位在齿轮126的与止推垫圈135相反的末端。止推垫圈137可设置在齿轮126与托架130之间。止推垫圈135和137可支承齿轮组120上的轴向负荷，尤其是由于齿轮旋转时横跨啮合齿移动接触点而可在螺旋齿轮中固有的负荷。齿轮组120可在可为太阳齿轮的齿轮122与可为输出环形齿轮的齿轮136之间提供20:1的齿轮比。齿轮122、128、136的每一个和小齿轮132、134的每一个可为用于减小噪音和振动的螺旋齿轮。在操作中，齿轮组120可产生可施加到齿轮122的扭矩141、可施加到齿轮128的扭矩143和可施加到齿轮136的扭矩145。扭矩141、143和145可导致齿轮组120上在轴向方向151上施加的推力。轴向推力147可由齿轮122施加到小齿轮132。轴向推力148可由齿轮128施加到小齿轮132。轴向推力149可由齿轮136施加到小齿轮134。在若干变型中，齿轮126上和因此托架130上的轴向推力可通过使用具有相同旋向性的小齿轮132的螺旋角153与小齿轮134的螺旋角155的独特组合来减小或消除。如将理解的，可切换小齿轮132、134的旋向性。小齿轮132和134的螺旋角和旋向性可改变到必要的程度，使得产生的推力抵消。因此，托架130可不受轴向推力，并且止推垫圈135和137可卸载或基本上卸载。

在若干变型中，驱动轴环104可为鼓形并可设置在曲轴64周围，曲轴64可穿过驱动轴环104。驱动轴环104的内侧边缘140可连接到齿轮136或与齿轮136一起形成。驱动轴环104的阶式部分144可延伸出壳体101。驱动轴环104的外侧边缘142可与适配器106接合并可与其连接。接合联接件110可设置在由驱动轴环104限定的环形区域146内。

在若干变型中，扭矩测量装置150可构造并布置成感测或测量扭矩并可包括但不限于如本领域已知地操作的应变计。扭矩测量装置150可操作地连接在壳体101与扭矩传递元件102之间，并可用于测量来自曲柄组件62上的踏板输入的反作用扭矩。这可通过所测量扭矩提供关于骑车者踩踏板的努力程度的数据，这可用于确定提供电动驱动辅助的时间和量。扭矩测量装置150可通过曲柄组件62响应于的骑车者输入扭矩来测量反作用扭矩。扭矩测量装置150可用于控制通过电机112的推进或通过电机112的再生制动中的至少一者的操作。

参考图6，若干变型可包括齿轮128，齿轮128可接到壳体101上。在动力单元60中，一个或多个齿轮126可各具有三种啮合，一个是与齿轮122的啮合，一个是与齿轮128的啮合，并且一个是与齿轮136的啮合。在具有三个齿轮126的变型中，可产生总共九个啮合。使一个或多个齿轮126上的负荷平衡可通过用于扭矩的传输的一组凸片160和配合狭槽162来协助。壳体101可包括可在齿轮128上方突出的环形壁164。狭槽162可由延伸穿过其末端166的壁164形成。齿轮128可具有若干凸片160，每一个凸片160可径向向外突出。每一个凸片160可接收在其相应狭槽162内，并且齿轮128可通过扣环172轴向固定，扣环172可固定到壁164。另外参考图7，径向间隙174可提供在齿轮128的外径176与壁164的内径175之间。径向间隙174可允许齿轮128相对于壳体101径向移动以找到齿轮126上的负荷均摊的位置。间隙空间178和179可提供在每一个凸片160与每一个狭槽162内的壁164之间。间隙空间178、179可允许齿轮128相对于壳体101成角度地移动等于间隙空间的量。可选择间隙空间178、179以允许补偿(例如)可由制造公差导致的齿轮传动的变化。齿轮128的成角度移动可支持动力单元60的密集封装，同时提供扩展的服务以及减小的噪音和振动。

参考图8，在若干变型中，齿轮136可与驱动轴环104接合。驱动轴环104可由图3中所示的轴承109支撑在壳体101上。驱动轴环可在轴承109内旋转但可在轴向上受到限制。可允许齿轮136相对于驱动轴环104的成角度运动，使得实现齿轮126之间的相等负荷分摊。因此，可减少噪音和振动，并且可扩展服务。成角度移动可通过齿轮136与驱动轴环104之间的形状连接来实现。齿轮136可为环形的并可包括若干狭槽182。驱动轴环104可包括若干凸片180，凸片180可径向向外突出并可接收在狭槽182内。齿轮136上的扭矩可由凸片180支承。连接可与扣环184轴向固定，扣环184可接合在齿轮136的狭槽中并可将凸片180约束在狭槽182中。另外参考图9，径向间隙186可提供在驱动轴环104的外表面188与齿轮136的内表面190之间。径向间隙186可允许齿轮136相对于驱动轴环104径向移动，以找到齿轮126上的负荷均摊的位置。间隙192和194可提供在每一个凸片180与相应狭槽182内的齿轮136之间以提供有限的成角度移动。可选择成角度移动的量以允许补偿(例如)可由制造公差导致的齿轮传动的变化。

如图10至图14中所示的若干变型可涉及接合联接件110的外座圈107与驱动轴环104的组件200。外座圈107可包括组装前在前缘上面向驱动轴环104的倒角202。倒角202可具有可小于形成在驱动轴环104中的开口208的内径206的外径204。外座圈107可在其外表面212处具有导向直径210。导向直径210可小于内径206并可大于外径204。外座圈107的外表面212可具有若干滚花花键齿214。齿214可为从外座圈107径向向外突出的薄的轴向延伸结构。齿214可均等分布在外座圈107的周边周围并可彼此间隔约15至30度。如图11中所示，外座圈107可插入驱动轴环104，引入倒角202进入开口208。倒角202可使外座圈107位于开口208的中心。齿214可向外径向延伸经过开口208并可沿外座圈107的仅部分表面轴向形成，以与倒角202间隔开。参考图12，随着外座圈107进一步插入到开口208中，齿214与驱动轴环104的表面216在开口208内接合。齿214可切入表面216中，这可继续直至外座圈107到达开口208的端面218为止，如图13中所示。随着齿214被力压入驱动轴环104中，来自齿和/或表面216的材料可如图14中所示移位。移位的材料220可在齿214附近被推离。为了容纳移位的材料，径向间隙222可提供在其在齿214间的较小直径处的外表面212与驱动轴环104的表面216之间。因此，外座圈107可精确地居中并固定地保持在驱动轴环104内。当接合联接件110接合在锁定旋转方向上时，扭矩可在外座圈107与驱动轴环104之间有效传递。达到的精确同心度可确保所有锁定元件同时接合。

以下对变型的描述仅仅是对被视为在本发明的范围内的组件、元件、动作、产品和方法的说明，并且决不旨在通过具体地公开或未明确陈述的事物来限制此范围。本文所描述的组件、元件、动作、产品和方法可组合和重新布置而并非如本文中所明确描述一般，并且仍被视为在本发明的范围内。

变型1可涉及一种推进系统，其可包括电机和可与电机可操作地连接的齿轮组。曲轴可延伸穿过电机和齿轮组。电池阵列可设置在电机和齿轮组周围。

变型2可包括根据变型1的推进系统，并可包括包围电池阵列、电机和齿轮组的壳体。

变型3可包括根据变型2的推进系统，其中电池阵列可按圆形图案设置在壳体内。

变型4可包括根据变型2的推进系统，其中齿轮组可包括具有凸片的环形齿轮。壳体可限定狭槽，凸片可定位在狭槽内。间隙可提供在凸片与狭槽中的壳体之间，使得环形齿轮可相对于壳体移动达到间隙的量。

变型5可包括根据变型1的推进系统并可包括可与曲轴接合的扭矩传递元件。曲轴可延伸穿过扭矩传递元件。

变型6可包括根据变型1的推进系统，其中齿轮组可驱动可具有若干凸片的驱动轴环。环形齿轮可具有若干狭槽，每一个狭槽可接收凸片。间隙可提供在凸片与狭槽中的环形齿轮之间，使得环形齿轮可相对于驱动轴环移动达到间隙的量。

变型7可包括根据变型1的推进系统，并可包括连接到齿轮组的驱动轴环。接合机构可具有可固定到驱动轴环的外座圈。内座圈可连接到曲轴。外座圈可包括可切入驱动轴环的若干齿。

变型8可包括根据变型1的推进系统，其中齿轮组可包括各具有第一小齿轮的若干行星齿轮，所述第一小齿轮可具有以第一旋向定向按第一螺旋角设置的第一齿。第二小齿轮可具有第二齿，所述第二齿以第二旋向定向并以第二螺旋角设置，使得由第一和第二小齿轮产生的推力可抵消。

变型9可包括根据变型1的推进系统，并可包括可包围电机和齿轮组的壳体。链接元件可具有有第一直径的第一最外圆周，并且壳体可具有有第二直径的第二最外圆周。第二直径可小于第一直径。

变型10可包括根据变型1的推进系统，并可包括曲柄组件，所述曲柄组件可连接到曲轴并且人工输入可通过所述曲柄组件提供到动力单元。

变型11可包括根据变型1的推进系统，其中电机可具有通过扭矩传递元件与齿轮组连接的转子，所述扭矩传递元件的形状为管状。曲轴可延伸穿过扭矩传递元件。

变型12可涉及可包括动力单元的推进系统。电机可包括在动力单元中。齿轮组可包括在动力单元中并可以可操作地连接到电机。电池可包括在动力单元中并可为电机供电。链接元件可以可操作地连接到齿轮组并可提供来自动力单元的输出。

变型13可包括根据变型12的推进系统并可包括车轮。第二链接元件可连接到车轮。链接元件可使链接元件与第二链接元件接合。

变型14可包括根据变型13的推进系统并可包括可由动力单元支承的电子控制装置。逆变器可提供在电子控制装置中以将直流电变成交流电。

变型15可包括根据变型13的推进系统并可包括可延伸穿过动力单元的曲轴。曲柄组件可连接到曲轴以用于通过动力单元到车辆的人工动力输入。

变型16可包括根据变型12的推进系统并可包括可与齿轮组接合的扭矩传递元件。曲轴可延伸穿过电机、齿轮组和扭矩传递元件。

变型17可包括根据变型16的推进系统，并可包括曲柄组件，所述曲柄组件可连接到曲轴，人工输入可通过所述曲轴提供到动力单元。

变型18可包括根据变型12的推进系统，其中电机可具有通过扭矩传递元件与齿轮组连接的转子，所述扭矩传递元件的形状为管状。曲轴可延伸穿过扭矩传递元件。曲柄组件可连接到曲轴，人工输入可通过所述曲轴提供到动力单元。

变型19可涉及用于自行车的推进系统并可包括可安装到自行车的动力单元。电机可包含在动力单元中。齿轮组可以可操作地连接到电机并可包含在动力单元中。电池可为电机供电并可包含在动力单元中。

变型20可包括根据变型19的推进系统，并可包括曲柄组件，所述曲柄组件可以可操作地连接到动力单元并且可将人工输入扭矩传递到动力单元。

以上对本发明范围内的所选变型的描述在本质上仅为说明性的，并且因而其变型或变型不被认为脱离本发明的精神和范围。