用于电动踏板辅助自行车的推进单元及其踏板辅助自行车的制作方法

本发明涉及一种用于叫做“epac”(电动踏板辅助自行车)的踏板辅助自行车的推进单元，以及包括所述推进单元的相关踏板辅助自行车。

特别地，其涉及一种具有推进单元的自行车，该推进单元根据适当的控制方案而对骑行者在通过踏板使用装置时产生的踏板行程提供辅助。

背景技术：

众所周知，对于此类型的自行车解决方案来说关键的成功因素是紧凑、重量轻、使用的实用性、吸引人的外观，并且特别是合理的成本。

技术实现要素：

为了解决上述问题，已经采用了一些解决方案，给现有自行车配备布置于曲柄轴线附近的推进单元，以当需要时提供转矩来帮助用户。

然而，已知的现有技术的这种解决方案包含一些缺点。

实际上，已知的解决方案相当庞大且笨重，因为推进单元包括多种部件，这些部件包括：具有定子和转子的电机单元、电池组以及将电机单元的运动传送至曲柄轴线的传动装置。

明显地，必须在对驱动转矩/电机自治的需求(其将包括采用更大的电机单元和更重的电池组)与用户期望此类型的踏板辅助交通工具所具有的轻量、紧凑、流线型及低成本之间找到正确的折中方案。

在采用更加复杂的传动解决方案(例如，使电机连接到曲柄的行星齿轮)的电机单元的现有技术中也存在解决方案，以尽可能多地限制推进单元的总尺寸。

这些解决方案，尽管复杂且不庞大，但是也相当昂贵且笨重。

因此，需要解决参考现有技术提到的缺点和限制。

通过根据权利要求1所述的后推进单元来满足此需求。

附图说明

从这些实施例的优选的且非限制性的示例的以下描述中，本发明的进一步特征和优点将变得更好理解，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的推进单元的透视图；

图2至图4是图1的推进单元的从不同角度看的剖视图；

图5是推进单元的侧视图，其中已经移除了侧盖或壳体；

图6是推进单元的透视图，其中已经移除了侧盖；

图7是从图6的推进单元的侧面看(从图6的箭头vii的侧面看)的前视图；

图8是根据本发明的推进单元的剖面中的透视图，其中省略了几个元件；

图9是本发明的部分装配的推进单元的透视图；

图10至图12是根据本发明的推进单元的部件的透视图；

图13是应用于自行车的根据本发明的推进单元的运动传动装置的示意图。

以下描述的实施例之间共同的构件或构件的零件，将用相同的参考标号表示。

具体实施方式

参考以上附图，参考标号4整体上表示包括根据本发明的推进单元8的自行车的总体示意图。

本发明特别涉及一种踏板辅助自行车，通常叫做“epac”(电动踏板辅助自行车)。

为了本发明的目的，自行车架的类型是无关的，意味着也可以是具有超过两个轮子(前轮和后轮)的自行车。

推进单元8包括电机12，其具有定子14和可围绕电机轴线m-m旋转的转子16，所述转子16可操作地连接到曲柄销18，该曲柄销限定曲柄轴线x-x并机械地连接到踏板20。

曲柄轴线x-x与电机轴线m-m同轴。

转子16与定子14同轴且位于定子14外部，以径向地封闭转子16；径向方向表示与曲柄轴线x-x垂直且与其相关的方向。

这样，转子16封闭并径向地包围定子14。

推进单元8包括至少一对壳体24、26，其限定容纳电机12并至少部分地容纳曲柄轴线x-x的容纳空间28。

优选地，壳体24、26由导热材料制成，例如金属。

推进单元8包括用于操作并控制电机12的功能的至少一个电子单元32。电子单元32例如位于对应的支撑板34上。

推进单元8还包括将运动从转子16传送至曲柄轴线x-x的传动装置36，所述传动装置36布置在与曲柄轴线x-x整体上不对称且分散的位置中，以处于转子16在与曲柄轴线x-x垂直的投影平面上的投影之外。

电子单元32被包含并支撑在所述容纳空间28内。

优选地，将电子单元32定位为，落在转子16在与曲柄轴线x-x垂直的投影平面上的投影内。

根据一个实施例，将电子单元32相对于曲柄轴线x-x整体上定位在与驱动装置36相对的一侧上。

例如，电子单元32是大致“c”形的且围绕曲柄轴线x-x布置。

根据一个实施例，推进单元8包括固定类型的中间支撑元件40，其可旋转地支撑所述转子16并以固定的方式支撑电子单元32；中间支撑元件40也包含在容纳空间28内。

例如，将转子16和电子单元32沿着曲柄轴线x-x相对于所述中间支撑元件40定位在轴向相对的侧面上。

这样，中间支撑元件40在一方面的电机12的转子16及定子14与另一方面的电子单元32之间，不仅实现支撑元件而且实现轴向隔离元件。

将所述中间支撑元件40围绕曲柄轴线x-x布置并相对于其固定。

优选地，中间支撑元件40接收并传递由电机12和电子单元产生的热量。由中间支撑元件40在基本上轴向的方向上接收的此热量，通过中间支撑元件而径向地向外消散，即，远离曲柄轴线x-x。

实际上，中间支撑元件40与所述壳体24、26中的至少一个接触，以通过这些壳体而使热量从推进单元8径向地向外消散。

优选地，中间支撑元件40由导热材料制成，例如金属。

根据一个实施例，推进单元8包括至少一个柱形元件44，其使所述中间支撑元件40机械地连接到电子单元32，所述柱形元件44是热导体，其使得可能从电子单元32向中间支撑元件40提取热量，并从中间支撑元件40向壳体24、26的外部提取热量。

根据一个实施例，至少一个所述柱形元件44相对于与所述柱形元件的主延伸轴垂直的横截面具有椭圆形横截面。

该椭圆形横截面是这样的横截面，如果例如与圆形截面相比，对于相等的总尺寸，该椭圆形横截面确保更大的热交换能力。

根据一个实施例，电子单元32具有至少一条线缆48和至少一个相关管道52；将管道52通过至少一个附接装置56(例如螺钉)固定至电子单元32。

管道52和/或连接固定装置56是用于从电子单元本身消散热量的热导体。

如上所述，推进单元8包括将运动从转子16传送至曲柄销18的传动装置36。

根据一个实施例，传动装置36包括第一传动级60，其具有第一输入齿轮64和第一输出齿轮68，第一输入齿轮与转子16整体旋转且与其同轴，第一输出齿轮可围绕第一轴线y-y旋转并相对于旋转轴线x-x偏移。第一输入齿轮64和第一输出齿轮68彼此啮合。

根据一个实施例，第一输入齿轮64由中间支撑元件可旋转地支撑。

例如，中间支撑元件40包括并限制容纳轴承72的孔70；轴承72包括第一环73和第二环74，第一环固定并安装在限制孔70的中间支撑元件40的壁上，第二环是可运动的并与所述第一输入齿轮64的一部分整体旋转。这样，由于轴承72的插入，中间支撑元件40可旋转地支撑中间支撑元件40；而且，根据一个实施例，第一输入齿轮64由于杯元件76的原因而与转子16整体旋转。例如，杯元件76包括环，将轴承72的第二环74干扰地布置在所述环上。

推进单元8包括第二传动级80，其具有第二输入齿轮84和第二输出齿轮88，第二输入齿轮与第一输出齿轮68整体旋转且与其同轴，第二输出齿轮与第二输入齿轮84啮合并可与第二轴92整体旋转，第二轴限定第二轴线或参考轴线w-w，其与旋转轴线x-x并与第一轴线y-y偏离且平行。

例如，通过有槽的轮廓，使第二输入齿轮84同轴地连接到第一传动级60的第一输出齿轮68。

例如，壳体24、26限定座98，其容纳用于所述第二轴92的支撑轴承100(图3)。

推进单元8包括第三传动级104，其具有第三输入齿轮106和第三输出齿轮108，第三输入齿轮与第二输出齿轮88整体旋转且与其同轴，第三输出齿轮与第三输入齿轮106啮合并在旋转轴线x-x上传递动力，实现踏板辅助。

推进单元8包括第一自由轮112，其安装在第三输出齿轮108和曲柄销18之间并与曲柄轴线x-x同轴，以当使曲柄反向旋转(相对于行进方向相反地推动)时或当交通工具在与向前的方向相反的方向上移动时，防止拖拽推进单元8。

这样，在自行车的反向推动中和反向手动运动阶段中，可避免由于推进单元8的拖拽而使用户遇到阻力。

优选地，推进单元8包括第二自由轮116，其安装在第二轴92和第二输出齿轮88之间，以释放传递至第二输出齿轮88的转矩，从而当这不提供踏板辅助时，防止用户旋转地拖拽推进单元8的机构。

例如，将所述第二自由轮116构造为，当第三级传动104的旋转速度大于或等于第二轴92的旋转速度时，使第二输出齿轮88与第二轴92形成一体。

例如，将第二自由轮116构造为，使得，如果第二轴92的旋转速度高于第二输出齿轮88的旋转速度，那么第二自由轮116使得可能由于柱体的脱离而前进，从而防止骑行者也必须使推进单元旋转。

如图所示，将根据本发明的推进单元8安装在自行车4上；使曲柄销18运动学地连接到自行车4的驱动轮120，例如通过链传动。

而且，已经定义自行车4的前进方向f，使推进单元8相对于自行车架相连并定向，使得将电子单元32至少部分地定位在前进方向f的一侧上。

这样，壳体24、26的包围电子单元的部分直接且完全地由在运动中接触交通工具的正面气流包围，优化电子单元32的冷却，从而优化推进单元8的冷却。

我们现在将描述根据本发明的用于自行车的推进单元的操作。

特别地，基于所提供的逻辑，检测边界条件，电子单元32激活电机12，以提供对骑行者所产生的动力增加的动力辅助。管理踏板辅助的控制逻辑取决于由布置在epac上的特殊传感器不时地(timetotime，时常地)检测的操作变量(不逐一细说)，例如，斜率、速度、所需转矩，等等，以及任何适用于该类别的交通工具的监管限制(通常其可能涉及超过则必须停止辅助的最大速度，及电动机的最大辅助动力)。

当达到干预条件时，激活电机，即，在此情况中也不逐一细说，根据合适的逻辑，使一定量的电流通过定子绕组14。

在电流在定子14中通过之后，转子16进入旋转，提供踏板辅助，即，在曲柄销18上施加转矩并由此施加动力。将操作整个系统所需的电以化学能的形式包含在安装在交通工具上的电池组中。

更详细地描述其机械操作，在其运动中，转子16使第一输入齿轮64旋转地安装至转子，与第一输出齿轮68一起组成第一传动级60的齿轮对。

例如通过有槽的剖面而同轴地连接到第一输出齿轮68的第二输入齿轮84，将运动传送至第二输出齿轮88。

第二输入齿轮84和第一输出齿轮围绕第一轴线y-y整体地旋转，第一轴线y-y相对于旋转轴线x-x或曲柄轴线平行且轴向地偏移。

将第二输出齿轮88安装在第二轴92上，从而第二轴进入旋转。

第二轴92使第三传动级104的第三输入齿轮106旋转，其与第三输出齿轮108一起形成第三传动级104的对。

第三输出齿轮108最终传送曲柄轴线x-x的动力，实现踏板辅助。

在推进单元8中存在两个自由轮112、116。

如图所示，安装在第三输出齿轮108和曲柄销18之间的第一自由轮112与曲柄轴线x-x同轴，以当使曲柄或踏板20反向旋转时或当交通工具在与向前的方向相反的方向上移动时，防止拖拽推进单元8。

这样，在自行车的反向推动中和反向手动运动阶段中，避免由于推进单元8的拖拽而使用户遇到阻力。

可通过多种技术解决方案来获得自由轮功能，例如通过使用插销(latch，闩锁，弹簧锁)，并且，将自由轮功能优选地与曲柄轴线x-x同轴地安装。由于插销的作用，曲柄销18可超过由此保持脱离的第三输出齿轮108：因此，在反向推动或自行车反向运动的情况中，防止拖拽推进单元8。

而且，如图所示，推进单元8包括安装在第二轴92和第二输出齿轮88之间的第二自由轮116，以释放对第二输出齿轮88的转矩传递，从而当这不提供踏板辅助时，防止用户旋转地拖拽推进单元8的机构。

例如，将所述第二自由轮116构造为，当第三级传动104的旋转速度大于或等于第二轴92的旋转速度时，使第二输出齿轮88与第二轴92形成一体。

例如，将第二自由轮116构造为，使得，如果第二轴92的旋转速度高于第二输出齿轮88的旋转速度，那么第二自由轮116使得可能由于柱体的脱离而前进，从而防止骑行者也必须使推进单元旋转。

这样，如果用户在向前行进时的动作是例如确保踏板的旋转速度高于由推进单元8施加的旋转速度，那么第二自动自由轮116与推进单元8脱离，该推进单元将会对用户所传递的驱动作用制动。相反，如果用户施加在踏板20上的作用产生低于由推进单元8施加的旋转速度的踏板的旋转速度，那么第二自由轮116允许将转矩从推进单元8传送至踏板。在此情况中，用户供应比推进单元8产生的转矩/功率低的转矩/功率；在任何情况中，用户在踏板20上传递的转矩绝不脱离，但是总是传递至曲柄销18，并通过例如链传动122传递至驱动轮。换句话说，在曲柄销18上对由推进单元传递的转矩作用增加由用户传递的转矩作用，推进单元用作对用户的作用的辅助元件。

链传动122可包括与曲柄销18和小齿轮126整体旋转的冠部124；冠部124和小齿轮126是有齿的，以与链传动122的链节适当地啮合。

明显地，上述操作接着受到由电子单元32基于多个操作参数而执行的电机12的操作/干预逻辑。

如可从该描述中理解的，根据本发明的推进单元允许克服在现有技术中提到的缺点。

特别地，实现为对踏板辅助自行车(epac)提供驱动力(动力系单元)的本发明，非常紧凑，因为已经在中心轮轴或曲柄轴线中提供了其实现方式。

实际上，为了在径向方向上获得较高的紧凑性，以这样的方式设计单元，以使输出转矩的轴线与踏板轴线同轴。

通过提供最小可能数量的参考物来追求紧凑性的目标，以在曲柄轴线上带来推进单元所经受的转矩。实际上，始终从在所有方向上获得可能最紧凑的解决方案的观点来看，优化了齿轮的布局(由齿轮的轴形成的三角形)。

而且，对于从电机到曲柄销18的运动传递，上述多对齿轮的使用允许避免在仍实现紧凑性的目的的同时采用昂贵的行星齿轮组件。

另外，所述结构(其包括在电机单元的壳体内插入电子单元)允许进一步紧凑并将单元本身放在安全且受保护的位置中。

由于在曲柄轴线周围且与传动装置相对的单元的“c”形构造的原因而进一步获得此紧凑性：这样，一方面可能将电子单元容纳在单个紧凑部件(其落在转子在与曲柄轴线垂直的投影平面上的投影内)中，另一方面使传动装置布置在仍靠近曲柄轴线的位置中。而且，如图所示，由于在行进过程中来自前面的环绕自行车的气流的原因，而使电子单元更有效地冷却，另一方面，将传动装置直接布置在后轮的侧面上。

可将电子单元有利地插入转子在与曲柄轴线垂直的投影平面上的投影中：这样，可实现明显紧凑的推进单元。

另外，传动装置的后部凸起布置有助于：

-使自行车的重心位于中央，改进运动学性能和稳定性，

-增加交通工具的所谓的离地间隙，允许更简单地克服诸如路面减速装置的障碍物。

曲柄轴线和电机轴线之间的同轴性还允许优化电机的转子和定子元件的布局。

在此情况中，我们选择具有外部转子和内部定子的解决方案。对于相等的总尺寸，使用位于定子外部的转子允许优化推进单元所施加的转矩，因为其可增加由转子产生的电动势所施加的力臂。

因此，对于相等的总尺寸，其也实现了优化驱动转矩的目的。

而且，设定自行车的前进方向，优选地以这样的方式使推进单元相对于自行车架相连并定向，使得将电子单元至少部分地定位在前进方向的一侧上。这样，可能从由于在前进运动过程中撞击壳体的空气的原因而产生的冷却中获益，该壳体包围电子单元本身。

根据本发明的推进单元还使用用于更有效地散热的技术：此需求是由于以下事实的原因，如果一方面将电子单元布置在壳体内可改进推进单元的紧凑性，另一方面其增加使电子单元过热的危险，因为发现其处于封闭位置中且不受到与外部空气的直接热交换。而且，推进单元的极端紧凑性使得转子/定子单元的散热更关键。

为此，本发明提供了拓扑水平(topologicallevel)和机械紧固件水平的技术，从而不仅优化电子单元的冷却而且优化电机的冷却。

实际上，在拓扑水平下，该单元的优选定位要求使单元在行进方向上定向，以从由于自行车前面的空气而产生的冷却中获益。

而且，使转子相对于定子径向地位于外部，使得可通过自行车行进过程中增加的冷却空气的气流，来撞击覆盖其的壳体的对应部分。

而且，如图所示，将圆柱形元件和相关管道设计为有利于热交换，以排出电子单元所产生的热量。

另外，固定的中间元件能够接收来自电机的热流并将其通过壳体朝向单元外部运送。

换句话说，中间元件是接收来自电子单元和发动机的热量并将其传送至外部以使其消散的元件。

根据一个实施例，中间元件接收轴向地来自相对侧(分别是来自电子单元一侧和电机一侧)的热量，并将其通过所述壳体径向地朝向外部输送。

为了满足依情况而定的和具体的需求，本领域技术人员可对上述推进单元进行许多修改和变化，然而所有这些修改和变化都包含在如由所附权利要求书限定的本发明的范围内。