专利名称：驱动单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有扭矩测量作用的用于肌力驱动(muscle-powered)车辆的驱动单元。
背景技术：
在用于肌力驱动车辆尤其是自行 车的驱动单元的情形中，存在各种用于测量在肌力驱动的曲轴处的扭矩的方法。扭矩测量可以例如用来测量驾驶者的表现或用来控制车辆的辅助马达。在现有技术中，在旋转和/或活动部分处具有扭矩测量作用的驱动单元是已知的。因此，旋转扭矩冲击套筒可以装备有磁体，并且基于由磁体传递的扭矩，感应地测量出该套筒的变形。或者，通过测量循环链条的张紧力而执行扭矩测量，所述循环链条用来联接车辆的曲轴和驱动轮。涉及上述装置的技术的努力是在旋转和/或活动部分处的这种扭矩测量的缺点。相应地，测量驱动轮的固定轴的弯曲度也是已知的。这样的具有扭矩测量作用的驱动单元的缺点是进一步由具体地改变轮轴的应变所引起的扰动的影响。例如如果坐在车座上的骑车人从车座上起立并且继续在直立的位置上骑行，则可能发生这样的应变改变。与这相比，本发明的目的是提供具有扭矩测量作用的驱动单元，该驱动单元相对于装置技术是简单的并且还在很大程度上没有使测量结果失真的外部效应。
发明内容
通过具有权利要求I的特征的驱动单元来解决该目的。根据本发明，用于肌力驱动车辆的驱动单元具有曲轴，该曲轴安装在曲轴箱中或安装在车架中。至少一个用于将驾驶者的肌力传递到车辆的驱动轮的曲柄被紧固到曲轴。此外，设置了齿轮单元或齿轮机构，该齿轮单元或齿轮机构布置在从曲轴到齿轮单元或齿轮机构的从动齿轮的传动系中，其中齿轮单元或齿轮机构的从动齿轮联接到车辆的驱动轮。根据本发明，用于确定曲轴的总扭矩的齿轮单元或齿轮机构的大体固定部分或被固定地安装在车架上的那部分被支撑在曲轴箱上或被支撑在车架上。根据本发明的驱动单元相于装置技术是简单的并且还在很大程度上没有使测量结果失真的外部效应。在从属权利要求中描述本发明的进一步有利的设计。在优选的进一步的发展中，车辆是自行车，其中曲轴箱是中轴五通(bottombracket shell)，并且其中两个曲柄被紧固到曲轴。由骑车人的腿产生肌力。在这样的车辆中，扭矩例如对于测量骑车人的表现或对于控制车辆的辅助马达来说是有意义的。优选地，从动齿轮是齿轮或经由链条而联接到车辆的驱动轮的链轮。为了最小化根据本发明的驱动单元的制造和装配努力，如果大体固定部分经由扭矩传感器而被支撑在标准的中轴五通上，则是优选的。因此，根据本发明的包括扭矩传感器的驱动单元也可以随后被安装到具有适当标准的中轴五通的整车。在这方面,如果扭矩传感器借助于国际标准的导链器支架(chainguide mount)(ISCG)而被紧固到标准的中轴五通，则是优选的。中轴五通的国际标准(BB30)或BSA标准可被认为是标准的中轴五通。如果曲轴的纵轴线与驱动机构的中心轴线或与驱动机构的从动齿轮的纵轴线重合，其中该从动齿轮与驱动轮连接，则产生具有相应的审美印象的很大程度上旋转对称的布置结构。在优选的进一步发展中，扭矩传感器包括套筒，该套筒与曲轴近似同中心地布置并且具有紧固到该套筒的应变仪或压电元件。该套筒通过国际标准的导链器支架(ISCG)而被紧固到标准的中轴五通。如果齿轮机构是行星齿轮机构，其中该行星齿轮机构具有安装在其上面的环状齿圈、太阳齿轮、行星架和行星齿轮，并且如果从动齿轮紧固到环状齿圈，则从动齿轮比现有技术的从动齿轮小是可能的。根据第一变型，大体固定部分或被固定地安装在车架上的部分是太阳齿轮，而行星架直接或间接地被紧固到曲轴。根据第二变型，大体固定部分或被固定地安装在车架上的部分是行星架，而太阳齿轮直接或间接地被紧固到曲轴。用于车辆的驱动单元的优选的进一步的发展包括曲轴，该曲轴安装在曲轴箱中或安装在车架中并且具有紧固到该曲轴上的两个曲柄，其中齿轮布置在该两个曲柄之间，骑车人的肌力可以通过该齿轮而传递到的车辆的驱动轮。设置了马达，作为曲轴的总扭矩的函数的扭矩从马达被传递到曲轴。此外，设置了行星齿轮机构，该行星齿轮机构具有安装在其上面的环状齿圈、太阳齿轮、行星架和行星齿轮，其中齿轮紧固到环状齿圈的外圆周。行星架或太阳齿轮紧固到曲轴。相应地，太阳齿轮或行星架紧固到曲轴箱或紧固到车架。因此，可以通过固定部分(太阳齿轮或行星架)的相对位置来测量曲轴的扭矩。如果设置至少一个扭矩传感器，一方面，该传感器与曲轴箱或与车架操作连接，并且另一方面，该传感器与太阳齿轮或与行星架操作连接，则是特别优选的。可以通过该扭矩传感器来测量曲轴的总扭矩。取决于实施例，太阳齿轮或行星架可以安装在曲轴上。在优选的进一步的发展中，齿轮和行星齿轮机构被定位在曲轴箱和第一曲柄之间，而马达则被定位在第二曲柄和曲轴箱之间。优选地，马达(例如电动马达)的壳体被紧固到曲轴箱或紧固到车辆的车架。齿轮机构可以设置在扭矩传动系中并且被容纳在马达的壳体中，其中所述扭矩传动系位于马达和曲轴之间。因此，也可以使用额定速度偏离曲轴的速度范围的马达。在特别优选的实施例中，车辆是自行车，其中由骑车人的腿产生肌力，并且其中每个曲柄具有踏板，并且其中曲轴箱是中轴五通。或者，车辆是手摇自行车，其中由骑车人的手臂产生肌力，并且其中每个曲柄具有手柄。
在下文中，将通过附图详细地描述本发明的不同的实施例。附图示出图I根据本发明的驱动单元的第一实施例的示意图；以及图2根据本发明的驱动单元的第二实施例的截面图。
具体实施例方式图I示出根据本发明的驱动单元的第一实施例。在与(未详细图示的)自行车的车架固定地连接的中轴五通I中，经由两个轴承12a、12b安装曲轴2，其中每一个曲柄10a、10b均紧固到该曲轴的端部。在每个曲柄10a、IOb处，踏板IlaUlb被布置成旋转，通过所述踏板，自行车的骑车人驱动曲柄10a、IOb且因此驱动曲轴2。根据现有技术，该驱动经由链轮或齿轮7来实现，并且经由链条来驱动自行车的后轮。根据本发明，链轮或齿轮7与曲轴2不是固定地连接，而是经由行星齿轮机构而被 驱动。曲轴2驱动行星架4，该行星架与所述曲轴固定地连接并且具有多个布置在所述行星架的圆周处的行星轮，在图中图示了其中的两个行星轮5。行星轮5绕固定的太阳齿轮8环行，经由与旋转曲轴12相对的至少一个轴承13而安装该太阳齿轮。太阳齿轮8通过扭矩传感器9而固定到中轴五通I或固定到自行车的车架，其中可以由扭矩传感器9通过该扭矩传感器相对于中轴五通I的扭转来测量太阳齿轮8的扭矩。因此，根据本发明，可以经由固定部分(太阳齿轮8和中轴五通I)而测量出曲轴2的扭矩。行星齿轮机构的环状齿圈6被布置在链轮或齿轮7的内部。因此，在骑车人的踩踏板或摇动运动的情形中，行星齿轮机构4和行星轮5随着曲轴2 —起环行，并且经由环状齿圈6而驱动链轮或齿轮7。随着载荷或扭矩增加，电动马达3被接通，其中该电动马达3具有比较扁平的结构并且被布置在中轴五通I的背对位于中轴五通和第二曲柄IOb之间的行星齿轮机构的那一侧处。电动马达3的不同的特性曲线是可能的，例如可以持续按比例执行接通或通过不同的特性曲线执行接通。齿轮机构(未图示)可以被整合在电动马达3的壳体中，具体地以便补偿电动马达3和曲轴2之间的基本的速度差。因此，电动马达3经由齿轮机构直接或间接地驱动曲轴2。与第一实施例不同，行星架4可以替代太阳齿轮8而被紧固到曲轴箱I或紧固到车架。因此，扭矩传感器9 一方面与曲轴箱I或与车架连接，并且另一方面与行星架4连接。这还能够经由固定部分测量出曲轴2的扭矩，并且因此控制电动马达3。因此，可以提供与本发明一致的下列结构在安装在中轴五通I中的曲轴2上，马达或马达的齿轮单元3被安装在中轴五通I的一侧上，而行星齿轮机构则被安装在另一侧上。曲柄10和踏板11被布置在两侧处。行星架4与曲轴2固定地连接。可以安装在曲轴2上的太阳齿轮8经由扭矩支撑件9与中轴五通I固定地连接。用于测量在太阳齿轮8处的扭矩的传感器布置在扭矩支撑件9处。经由环状齿圈6，整个驱动功率从马达并且从骑车人传送到链轮或齿轮7。图2示出根据本发明的驱动单元的第二实施例的截面图。
带有ISCG设备的中轴五通101紧固到自行车的车架(未详细图示)。带有两个轴承112的中轴总成(bottom bracket assembly)设置在所述中轴五通中，每个所述轴承经由轴承杯114而被容纳在中轴五通101中。包括连续空心轴和实心轴的曲轴134经由中轴总成112、114而被安装成在中轴五通101中旋转。实心轴被容纳在空心轴的(图2中的)顶部中并且被紧固到该顶部。每个曲柄均紧固在曲轴134的两个端部处，其中在图2中仅图示了一个曲柄107的中心部。行星齿轮机构布置在曲柄107的中心部的外圆周处。该行星齿轮机构包括壳体，该壳体由(图2中的)顶壳体部104和底壳体部105组成。存在与壳体104、105整体地形成的环状齿圈103，该环状齿圈具有 沿环状齿圈的内圆周分布的四个行星齿轮或行星轮，其中在图2中仅图示了两个行星轮111。所述行星齿轮经由适当的行星齿轮轴110而被容纳在行星架109处并且被安装成在行星架109处旋转，其中行星架109经由曲柄107以抗旋转的方式与曲轴134相连接。太阳齿轮102邻接在行星轮111的各个内侧处，而行星轮111的轮齿沿着该太阳齿轮经由扭矩传感器106的套筒106a以很大程度抗旋转的方式与中轴五通101连接。根据“国际标准的导链器支架”(ISCG)设置扭矩传感器106与中轴五通101的抗旋转连接。行星齿轮机构的壳体部104被安装成经由轴承而在曲柄107处旋转，而壳体部105被安装成经由轴承而在设置在太阳齿轮102和套筒106a之间的连接部处旋转。在曲轴134的空心轴和曲柄107之间的由箭头标记的接触区域处，设置了轴毂接头。同样地，在曲柄107和行星架109之间设置了由箭头标记的轴毂接头。在行星齿轮机构的(图2中的)下壳体部105处，紧固了链环或链轮108，该链环或链轮经由链条(未示出)而联接到自行车的驱动轮或后轮(亦未图示)。在下文中，将根据图2解释本发明的第二实施例的功能。在从曲柄107到链轮108的传动系中布置行星齿轮机构，该行星齿轮机构将曲轴134的扭矩和速度转换成链轮108的扭矩和速度。行星架109和行星齿轮轴110随着曲轴134 —起旋转。由于太阳齿轮102经由扭矩传感器106而大体以固定安装在车架上的方式保持在中轴五通101处，所以行星轮111经由环状齿圈101带动壳体104、105且因此带动链轮108。作为在曲轴134处引入的扭矩的函数，在太阳齿轮102处产生扭矩，这导致产生套筒106的扭转，其中该套筒被紧固到中轴五通101。该紧固对应于“国际标准的导链器支架，，(ISCG)。以相对于装置技术简单的方式在齿轮机构的固定部分中借助于应变仪或压电元件而测量出该固定套筒106a的扭转，并且没有干扰。具有紧固到其的链轮108的行星齿轮机构和扭矩传感器106可以在相对较低的组装努力下作为一个模块而被拧紧到现有的中轴五通101，其中该现有中轴五通具有ISCG设备。与图示的实施例不同，也可以在简单的正齿轮单元处，即在正齿轮的安装架或其轴处执行根据本发明的很大程度上固定的齿轮构件处的扭矩测量。本发明涉及一种用于肌力驱动车辆的驱动单元，该驱动单元具有安装在曲轴箱中或安装在车架中的曲轴。至少一个用于将驾驶者的肌力传递到车辆的驱动轮的曲柄被紧固到曲轴。设置了齿轮单元，该齿轮单元被布置在从曲轴到齿轮单元的从动齿轮的传动系中，其中从动齿轮联接到车辆的驱动轮。根据本发明，用于确定曲轴的总扭矩的齿轮单元的大体固定部分被支撑在曲轴箱上或被支撑在车架上。附图标记列表 I; 101中轴五通2; 134 曲轴3电动马达4; 109 行星架5; 111 行星轮6; 103环状齿圈7 齿轮8; IO2太阳齿轮9; 106扭矩传感器10a，IOb ; 107 曲柄11a，Ilb 踏板12a，12b，13 ; 112 轴承104,105 壳体部106a 套筒108 链轮110行星齿轮轴114轴承杯
权利要求
1.一种用于肌力驱动车辆的驱动单元，所述驱动单元具有曲轴(2;134)以及齿轮机构，所述曲轴被安装在曲轴箱(I ;101)中或被安装在车架中并且具有至少一个曲柄(10a，IOb ;107)，所述至少一个曲柄被紧固到所述曲轴，用于将骑车人的肌力传递到所述车辆的驱动轮，所述齿轮机构布置在从所述曲轴(2 ;134)到所述齿轮机构的从动齿轮(7 ；108)的传动系中，所述齿轮机构的从动齿轮(7;108)联接到所述驱动轮，其特征在于，用于确定所述曲轴(2 ;134)的总扭矩的所述齿轮机构的大体固定部分(8 ；102)被支撑在所述曲轴箱上或被支撑在车架上。
2.根据权利要求I所述的驱动单元，其中所述车辆是自行车，并且其中所述曲轴箱是中轴五通(I ;101)，并且其中两个曲柄(10a, IOb ；107)被紧固到所述曲轴(2 ;134)。
3.根据权利要求I或2所述的驱动单元，其中所述从动齿轮是齿轮(7)或经由链条而联接到所述车辆的驱动轮的链轮(108)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中所述大体固定部分(8；102)经由扭矩传感器(9 ；106)而被支撑在标准的中轴五通' (I ；101)上。
5.根据权利要求4所述的驱动单元，其中所述扭矩传感器(106)借助于国际标准的导链器支架(ISCG)而被紧固到所述标准的中轴五通(101)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中所述曲轴(2;134)的纵轴线与所述齿轮机构的中心轴线重合。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的驱动单元，其中所述扭矩传感器具有套筒(106a)，所述套筒与所述曲轴(134)近似同中心地布置，应变仪或压电元件紧固到所述曲轴，其中所述套筒(106a)借助于国际标准的导链器支架(ISCG)而被紧固到所述标准的中轴五通(101) ο
8.根据前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中所述齿轮机构是行星齿轮机构(4,5,6,8 ;102，103，109，111)，所述行星齿轮机构具有安装在其上面的环状齿圈(6 ;103)、太阳齿轮(8 ;102)、行星架(4 ；109)和行星齿轮(5 ;111)，并且其中所述从动齿轮(7 ；108)被紧固到所述环状齿圈出；103)。
9.根据权利要求8所述的驱动单元，其中所述大体固定部分是所述太阳齿轮(8；102),并且其中所述行星架(4 ；109)直接或间接地被紧固到所述曲轴(2 ;134)。
10.根据权利要求8所述的驱动单元，其中所述大体固定部分是所述行星架，并且其中所述太阳齿轮直接或间接地被紧固到所述曲轴。
11.根据权利要求I所述的用于车辆的驱动单元，其中两个曲柄(10a，IOb)被紧固到所述曲轴(2)，其中齿轮(7)布置在所述两个曲轴之间，骑车人的肌力可以经由所述齿轮(7)而传递到所述车辆的驱动轮，并且具有马达(3)，作为所述曲轴(2)的总扭矩的函数的扭矩可以通过马达(3)来传递到所述曲轴(2)，其中所述齿轮机构是行星齿轮机构，所述行星齿轮机构具有安装在其上面的环状齿圈￠)、太阳齿轮(8)、行星架(4)和行星齿轮(5)，其中所述齿轮(7)紧固到所述环状齿圈￠)的外圆周，所述行星架(4)紧固到所述曲轴(2)，而所述太阳齿轮(8)紧固到所述曲轴箱(I)或紧固到所述车架。
12.根据权利要求I所述的驱动单元，其中两个曲柄被紧固到所述曲轴，其中齿轮布置在所述两个曲轴之间，骑车人的肌力可以经由所述齿轮而传递到所述车辆的驱动轮，并且具有马达，作为所述曲轴的总扭矩的函数的扭矩可以经由马达来传递到所述曲轴，其中所述齿轮机构是行星齿轮机构，所述行星齿轮机构具有安装在其上面的环状齿圈、太阳齿轮、行星架和行星齿轮，其中所述齿轮紧固到所述环状齿圈的外圆周，所述太阳齿轮紧固到所述曲轴，而所述行星架紧固到所述曲轴箱或紧固到所述车架。
13.根据权利要求11所述的驱动单元，包括至少ー个扭矩传感器(9)，所述至少ー个扭矩传感器与所述曲轴箱(I)或与所述车架操作连接并且与所述太阳齿轮(8)操作连接，并且可以通过所述至少ー个扭矩传感器来測量所述曲轴(2)的总扭矩。
14.根据权利要求12所述的驱动单元，包括至少ー个扭矩传感器，所述至少一个扭矩传感器与所述曲轴箱或与所述车架操作连接并且与所述行星架操作连接，并且可以通过所述至少ー个扭矩传感器来测量所述曲轴的总扭矩。
15.根据权利要求11或13所述的驱动单元，其中所述太阳齿轮(8)被安装在所述曲轴(2)上。
16.根据权利要求12或14所述的驱动单元，其中所述行星架被安装在所述曲轴上。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的驱动单元，其中所述齿轮(7)和所述行星齿轮机构被布置在所述曲轴箱(I)和第一曲柄(IOa)之间，并且其中所述马达(3)被布置在第二曲柄(IOb)和所述曲轴箱(I)之间。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的驱动单元，其中所述马达是电动马达(3)，其中所述电动马达(3)的壳体被紧固到所述曲轴箱(I)或紧固到所述车辆的车架。
19.根据权利要求18所述的驱动单元，其中容纳在所述马达(3)的壳体中的齿轮机构被分配到所述马达(3)。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的驱动单元，其中所述车辆是自行车，并且其中由骑车人的腿产生肌力，并且其中每个曲柄(10a，10b)具有踏板(11a，11b)，并且其中所述曲轴箱是中轴五通(I)。
21.根据权利要求11至19中任一项所述的驱动单元，其中所述车辆是手摇自行车，并且其中由骑车人的手臂产生肌力，并且其中每个曲柄具有手柄。
全文摘要
本发明涉及一种用于肌力驱动车辆的驱动单元，该驱动单元具有安装在曲轴箱中或安装在车架中的曲轴(134)。至少一个用于将驾驶者的肌力转移到车辆的驱动轮的曲柄(107)被紧固到所述曲轴。设置齿轮单元，该齿轮单元布置在从所述曲轴(134)到所述齿轮单元的从动齿轮(108)的传动系中，其中所述齿轮单元的从动齿轮联接到车辆的驱动轮。根据本发明，用于确定所述曲轴的总扭矩的齿轮单元的大体固定部分(102)被支撑在曲轴箱上或被支撑在车架上。
文档编号B62M1/36GK102625762SQ201080038423
公开日2012年8月1日 申请日期2010年8月24日 优先权日2009年8月28日
发明者安德烈亚斯·费尔斯, 弗洛里安·勒费尔 申请人:B-莱博斯股份公司