用于自行车的电动辅助设备及具有该设备的电动辅助自行车的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于自行车的电动辅助设备以及配备这种设备的自行车。
【背景技术】
[0002]在该领域中，一定数量的市场上可得的设备为公知的。
[0003]这些设备中的一些使用设置于自行车的一个车轮中的轮毂中的电机。所述电机直接驱动车轮或经由减速系统来驱动车轮。所述类型的设备具有质量大的缺点，此外所述质量位于车轮的水平处，这意味着骑行人员对其非常敏感。此外，如果必须移除车轮，例如用以更换轮胎或修理扎孔，则由于存在为电机供电所需的电连接及传递驱动转矩所需的轮毂的特定附件而使得轮胎的去除较为复杂。
[0004]其他设备使用驱动自行车踏板的马达齿轮箱，因此使用现有的自行车传动装置。这种类型的设备具有如下缺点:其大大影响自行车的结构，从而特别地，必须特别地设计自行车的框架以容纳这些设备。
[0005]文献DE-20314210-U1描述了通过电动机驱动自行车的原理，其中驱动小齿轮与紧固至自行车的前轮辋的齿啮合，所述齿为内齿，即指向车轮轴的齿。该系统的缺点在于，轮辋上的齿容易留存石块。
【发明内容】
[0006]因此，为了消除这些问题中的一些或全部，本发明的一个目的是提出一种用于自行车的电动辅助设备以及配备这种设备的自行车。
[0007]为此，本发明提出了一种用于自行车的电动辅助设备，其包括:
[0008]-包括转子的电机，
[0009]-由所述电机的转子驱动的驱动小齿轮，
[0010]-用于将所述电机在所述自行车的车轮的轮胎的附近固定至自行车的固定装置，
[0011]-用于为所述电机供电的电能来源，
[0012]-用于控制所述电机的装置，
[0013]所述设备的特征在于所述驱动小齿轮包括旨在于紧固至所述轮胎的互补齿切向啮合的齿，且所述驱动小齿轮的齿为螺旋状齿。
[0014]相比于诸如摩擦辊系统的摩擦传动系统，使用小齿轮和齿的此类传动装置称为“正”传动装置。所述正传动系统不依赖于摩擦系数，因此对恶劣天气或所用部件的磨损相对不敏感。
[0015]所述电机优选为永磁无刷三相同步电机。所述转子优选为外转子。
[0016]所述驱动小齿轮的齿优选为包括驱动面和非驱动面的不对称齿，所述驱动面的张开角小于所述非驱动面的张开角。
[0017]所述驱动小齿轮优选经由飞轮机构而由所述电机驱动，从而当自行车向前移动时，轮胎不驱动所述电机。
[0018]所述设备更优选地还包括显示控制单元，所述显示控制单元连接至所述电机的控制装置，并适于构成骑行人员与所述控制装置之间的界面。
[0019]所述设备更优选地还包括连接至所述电机的控制装置的蹬车传感器。
[0020]所述固定装置更优选地包括铰接至支撑件的摇臂，所述支撑件旨在被紧固至自行车，所述摇臂承载所述电机，使得通过所述驱动小齿轮传递至轮胎的驱动力在齿轮中产生另外的径向压力。
[0021]弹性装置更优选地对所述摇臂的定向预加应力，从而在没有驱动力的情况下，所述驱动小齿轮使用非零承载力径向挤压轮胎。
[0022]所述固定装置更优选地限定所述电机相对于轮胎的至少两个位置，所述至少两个位置包括工作位置和折叠位置，在所述工作位置中，所述驱动小齿轮与轮胎的齿啮合，在所述折叠位置中，所述驱动小齿轮保持远离轮胎。
[0023]本发明也涉及一种包括如上所述的电动辅助设备的用于自行车的电动辅助成套部件，所述电动辅助成套部件还包括轮胎，所述轮胎为包括所述互补齿的充气轮胎。
[0024]所述互补齿优选设置于充气轮胎的侧面上。
[0025]所述互补齿更优选为不对称齿，其包括驱动面和非驱动面，所述驱动面的张开角小于所述非驱动面的张开角。
[0026]所述互补齿的节距更优选为1.8mm至5.5mm之间，优选为1.8mm至2.5mm之间。
[0027]本发明也涉及一种具有电动辅助的自行车，其包括如上所述的电动辅助成套部件。
[0028]所述电动辅助成套部件优选安装于自行车的后轮上。
【附图说明】
[0029]由于对优选实施方案的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显。附图分别表示:
[0030]-图1:根据本发明的第一实施方案的电动辅助自行车的示意性侧视图。
[0031]-图2:根据本发明的电动辅助自行车的第二实施方案的更详细的示意图。
[0032]-图3:显示了根据本发明的电机与电动辅助自行车的轮胎的配合的示意性截面图。
[0033]-图4:根据本发明的一个优选实施方案的驱动小齿轮与轮胎的齿啮合的详细截面图。
[0034]-图5:来自图4的驱动小齿轮的齿的示意性截面详细视图。
[0035]-图6:根据本发明的轮胎的一个优选实施方案的齿的示意性截面详细视图。
[0036]-图7:根据本发明的设备的一个优选实施方案的具有螺旋状齿的驱动小齿轮的侧视图。
[0037]-图8:配备根据本发明的自行车的充气轮胎的截面透视图。
[0038]-图9:根据本发明的电动辅助设备的一个优选实施方案的细节的示意性透视图。
[0039]-图10:图9实施方案的来自不同视角的示意性透视图。
[0040]附图表示根据本发明的电动辅助设备和电动辅助自行车的优选实施方案的不同的总体和细节视图。在各个附图中，相同或类似的元件具有相同的附图标记。为了简化对附图的理解，在每个附图中不系统重复附图标记。
【具体实施方式】
[0041]在图1中可见根据本发明的电动辅助自行车的主要元件。电机2在轮胎5的附近(在此处在后车轮61的轮胎附近)固定至自行车I的框架11。电能来源(此处为电池7)经由控制装置8为电机供电。驱动小齿轮3与轮胎5的齿51切向啮合，因此可将辅助骑行人员的驱动力传递至齿51。
[0042]图2表示另一实施方案，其中电动辅助设备旨在与自行车的前车轮62的轮胎配合。在该图中更好地看出电机2的固定装置4。所述固定装置优选包括围绕轴线43铰接至固定支撑件42的摇臂41，所述轴线43基本上平行于电机的轴。支撑件42紧固至自行车，在此处紧固至自行车的前叉12。驱动小齿轮3与紧固至轮胎5的侧面的齿51啮合。固定装置优选如此处构造为使得由驱动小齿轮传递的驱动力产生将小齿轮挤压至轮胎上的另外的动态力，并因此在齿轮中产生另外的径向压力。例如，如果枢轴线43如此处所示的远离啮合平面朝向在该构造中的轮胎的外部设置，则获得所述效果。
[0043]弹性装置(在图中不可见)优选地对摇臂的定向预加应力，从而在没有驱动力的情况下，驱动小齿轮3以非零承载力径向挤压轮胎。弹性装置可例如由围绕摇臂的旋转轴43起作用的扭力弹簧或者直接在摇臂41与支撑件42之间起作用的简单的张力弹簧或压缩弹費组成。
[0044]电机2与轮胎5之间的配合的一个优选实施方案表示为如在图3中的车轮平面中可见。可见驱动小齿轮3的齿31与轮胎的互补齿51切向啮合。电机相对于车轮61的平面611以角度α倾斜。根据本发明，角度α可变化，但优选为-10°至+30°之间。在该实施例中，α具有大约25°的值，齿51紧固至轮胎的侧面52，并径向设置于赤道54的下方。轮胎可为充气轮胎或非充气轮胎，或甚至实心轮胎。
[0045]电机优选直接驱动(也就是说在没有无中间减速装置的情况下)驱动小齿轮，小齿轮由电机的轴承载。根据本发明的一个优选实施方案，飞轮机构设置于轴与小齿轮之间，从而在自行车向前移动时轮胎不驱动电机。假设所述设备不包括飞轮，则当骑行人员制动时可实现电能的恢复。
[0046]如在所有附图中所表示，电机2优选相对于自行车的车轮的轴线径向设置于驱动小齿轮3的外部，也就是说在该构造中在驱动小齿轮3的上方。
[0047]图4详细显示了驱动小齿轮3与轮胎的啮合。小齿轮将驱动力FM传递至轮胎。在此处可见一个优选实施方案，其中小齿轮的齿32为不对称的，并构造为使得它们的驱动面33的张开角小于它们的非驱动面34的张开角。紧固至轮胎的互补齿51的形状自然相应地适应。该设置能够显著改进啮合的效率，并增加可传递的驱动力FM的最大值。还示出了小齿轮在轮胎上施加的力F。所