用于雙動力自行車的傳動系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本公開涉及交通工具傳動系統(tǒng)，特別是在電動自行車中使用的，但是還可以在其他雙推進交通工具例如混合動力汽車中使用的那些傳動系統(tǒng)。交通工具傳動系統(tǒng)包括第一旋轉(zhuǎn)輸入件、第二旋轉(zhuǎn)輸入件和旋轉(zhuǎn)輸出件。第一旋轉(zhuǎn)輸入件和第二旋轉(zhuǎn)輸入件可將旋轉(zhuǎn)傳遞至旋轉(zhuǎn)輸出件，其中第一旋轉(zhuǎn)輸入件和第二旋轉(zhuǎn)輸入件中的一個通過單向離合器連接到旋轉(zhuǎn)輸出件，且其中第一旋轉(zhuǎn)輸入件和第二旋轉(zhuǎn)輸入件中的另一個通過超越離合器連接到旋轉(zhuǎn)輸出件，其中所述單向離合器和所述超越離合器是旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的。
【專利說明】用于雙動力自行車的傳動系統(tǒng)發(fā)明領域
[0001]本發(fā)明涉及交通工具傳動系統(tǒng)，特別是關于電動自行車所使用的那些傳動系統(tǒng)。
[0002]發(fā)明背景
[0003]電動自行車是雙動力交通工具的形式:它們采用手動的踏板和曲柄驅(qū)動件以及電馬達兩者。這兩個驅(qū)動件可獨立于彼此作用或可以一起作用以擴大彼此的起動力。用戶可選擇為選擇性地接合電驅(qū)動件，或電驅(qū)動件可被自動地激活，取決于諸如測量的踏板速度、自行車速度等的條件。
[0004]電驅(qū)動件可定位在多個位置中；其可以驅(qū)動后輪的轂并定位在后輪的轂內(nèi)；其可以為踏板曲柄供電；或其可以定位在這些兩個末端之間的一些點處，從而驅(qū)動自行車的鏈條。可選擇的是驅(qū)動前輪，但這帶來其自身的缺點。
[0005]電源，通常是可再充電的電池，必須定位在自行車上，并且通常地，笨重的電池將被放置在后輪之上或圍繞后輪放置。
[0006]主要為了用戶的安全，世界各地的法律限制電驅(qū)動件可以推進這種自行車的速度。速度可被限于大約15mph。然而，用戶可以自由地手動地推進自行車超過該速率。
[0007]當前的電動自行車的缺點包括驅(qū)動件/電池機構的體積使得對于騎行者而言自行車是笨重的。另外的缺點是，如果馬達驅(qū)動曲柄，則曲柄驅(qū)動的蹬踏或突然的停止?jié)撛诘負p害馬達。例如，電動自行車可以在結合的電驅(qū)動和用戶蹬踏的情況下行進。如果用戶必須采取緊急停止，則他們的反應是立即地停止蹬踏，保持曲柄處于固定的角度。盡管自行車可以設置有安裝電驅(qū)動切斷件(CUt-Off)的制動桿，但是由用戶引起的蹬踏的停止可能在該電驅(qū)動切斷件被激活之前發(fā)生，且將是短的時間周期，其中電馬達正驅(qū)動曲柄而用戶試圖同時保持曲柄靜止。這可能導致馬達被破壞和/或用戶的足部被迫以不希望的、混亂的和可能不平衡的蹬踏動作來環(huán)行。
[0008]發(fā)明概述
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種交通工具傳動系統(tǒng)，其包括第一旋轉(zhuǎn)輸入件、第二旋轉(zhuǎn)輸入件和旋轉(zhuǎn)輸出件，其中第一旋轉(zhuǎn)輸入件和第二旋轉(zhuǎn)輸入件可將旋轉(zhuǎn)傳遞至旋轉(zhuǎn)輸出件，其中第一旋轉(zhuǎn)輸入件和第二旋轉(zhuǎn)輸入件中的一個通過單向離合器連接到旋轉(zhuǎn)輸出件，且其中第一旋轉(zhuǎn)輸入件和第二旋轉(zhuǎn)輸入件中的另一個通過超越離合器連接到旋轉(zhuǎn)輸出件，其中所述單向離合器和所述超越離合器是旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的。
[0010]第一旋轉(zhuǎn)輸入件的旋轉(zhuǎn)軸線可以垂直于第二旋轉(zhuǎn)輸入件的旋轉(zhuǎn)軸線。
[0011]旋轉(zhuǎn)輸出件的旋轉(zhuǎn)軸線可以平行于第一旋轉(zhuǎn)輸入件的旋轉(zhuǎn)軸線或第二旋轉(zhuǎn)輸入件的旋轉(zhuǎn)軸線。
[0012]單向離合器可以通過支架旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到超越離合器。
[0013]支架可包括圓柱形殼體和圓柱形安裝件。
[0014]單向離合器和超越離合器中的一個可安裝在圓柱形殼體內(nèi)，并且單向離合器和超越離合器中的另一個可圍繞圓柱形安裝件安裝。
[0015]單向離合器可安裝在圓柱形殼體內(nèi)，其中所述單向離合器的外座圈旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到圓柱形殼體的內(nèi)表面，并且超越離合器可圍繞圓柱形安裝件來安裝。
[0016]單向離合器可以是斜撐離合器(sprag clutch)。
[0017]超越離合器可以是飛輪組件。
[0018]第一旋轉(zhuǎn)輸入件或第二旋轉(zhuǎn)輸入件可以是電馬達。
[0019]第一旋轉(zhuǎn)輸入件或第二旋轉(zhuǎn)輸入件可以是手動地驅(qū)動的。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種包括根據(jù)第一方面所述的交通工具傳動系統(tǒng)的自行車。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種包括根據(jù)第一方面所述的交通工具傳動系統(tǒng)的交通工具。
[0022]附圖簡述
[0023]現(xiàn)在將參考附圖僅通過示例來描述本發(fā)明的實施方式，在附圖中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的交通工具傳動系統(tǒng)的分解透視圖；
[0025]圖2是圖1的交通工具傳動系統(tǒng)的截面透視圖；
[0026]圖3是圖1的交通工具傳動系統(tǒng)的分解端部視圖；
[0027]圖4是圖1的交通工具傳動系統(tǒng)的從不同的角度看的分解透視圖；
[0028]圖5是圖1的交通工具傳動系統(tǒng)的內(nèi)底部支架的透視圖；以及
[0029]圖6是包括圖1的交通工具傳動系統(tǒng)的自行車的側面正視圖。
[0030]參考附圖且初始地參考圖1,示出了交通工具傳動系統(tǒng)10。交通工具傳動系統(tǒng)10包括第一旋轉(zhuǎn)輸入件12、第二旋轉(zhuǎn)輸入件16，第一旋轉(zhuǎn)輸入件12是自行車踏板曲柄14，第二旋轉(zhuǎn)輸入件16包括經(jīng)由齒輪箱18驅(qū)動傘齒輪20的電馬達72。傘齒輪20進而驅(qū)動環(huán)形齒輪22。
[0031]自行車踏板曲柄14是已知的裝置，包括附接到曲柄臂26的踏板24。曲柄臂26連接到輪軸28。輪軸28是長形的、大體上圓柱形的部件，其中設置在每個端部處的花鍵28a提供輪軸28和曲柄臂26之間的更穩(wěn)固的附接。鍵槽31設置在輪軸28上。
[0032]自行車框架100的框架底部支架30容納交通工具傳動系統(tǒng)10?？蚣艿撞恐Ъ?0是大體上中空的圓柱形的形狀，具有在圓柱形的側壁30c中的兩個孔30a、30b。兩個圓形端部30d、30e是打開的，以使框架底部支架30接納系統(tǒng)10的各種部件。
[0033]當組裝時，輪軸28延伸穿過框架底部支架30。
[0034]各種已知的曲柄組部件設置在輪軸28的右手側(從附圖的視角來看)。這些是前鏈輪(sprocket) 32、星形輪34、底部支架帽36、曲柄軸承38和花鍵鏈輪盤40。底部支架帽36充當密封件以減輕碎片或污染物的進入。
[0035]另外，已知的曲柄組部件設置在輪軸28的右手側(從附圖的視角來看)。這些是底部支架內(nèi)軸承42和底部支架板蓋44。底部支架外軸承44經(jīng)由螺栓(未示出)附接到框架底部支架30，從而覆蓋圓形端部30e并向輪軸28提供軸承支撐。
[0036]能使來自兩個源頭的動力傳遞至自行車100的后從動輪的各種部件在框架底部支架30內(nèi)并且也圍繞輪軸28布置。
[0037]從附圖的右手側，即，從曲柄組側來看，這些首先是間隔件46。間隔件46是已知的形式并且是大體上環(huán)形的形式。其鄰接花鍵鏈輪盤40的左邊的表面。
[0038]環(huán)形齒輪22是環(huán)形的，具有大體上截錐形的橫截面。第一凸緣22a在內(nèi)部內(nèi)，其向內(nèi)地伸入到其中心孔22b中。第二凸緣22c從環(huán)形齒輪22的相對的表面伸出，輪齒(gearteeth) 22d從該相對的表面定位于第一凸緣22a。
[0039]齒輪飛輪組件48經(jīng)由第一凸緣和第二凸緣22a、22c附接到環(huán)形齒輪22 ;從而，其定位在環(huán)形齒輪22的中心孔22b內(nèi)。螺栓50將齒輪飛輪組件48固定到環(huán)形齒輪22。
[0040]齒輪飛輪組件48和環(huán)形齒輪22兩者圍繞內(nèi)底部支架52附接。內(nèi)底部支架52包括兩個圓柱形部分:在使用中朝著曲柄組定位的較小直徑的第一圓柱形部分52a、和較大直徑的第二圓柱形部分52b。第一圓柱形部分52a具有在其側壁中的沿其長度延伸的多個槽52c。這些槽有助于通過減少材料而減少重量，增加由花鍵類型的裝置引起的摩擦抓緊力(frict1nal grip),并且可以通過張開使得擴展一定程度。
[0041]如從圖2中可見，齒輪飛輪組件48和環(huán)形齒輪22圍繞第一圓柱形部分52a附接。有配合的(在齒輪飛輪組件48上的)螺紋48a和(在第一圓柱形部分52a上的)螺紋52d，其允許部件被連接在一起。技術人員應理解，可采用其他合適的連接方法。在本實施方式中，第一圓柱形部分52a上的螺紋是在未開槽的部分上，但是在可選擇的實施方式中，可以設置在開槽的部分上，排他地或連同未開槽的部分上的螺紋一起設置。
[0042]另外的長形間隔件54位于第一圓柱形部分52a的內(nèi)部中，圍繞輪軸28。兩個飛輪側的軸承56、58圍繞間隔件54設置在間隔件54和輪軸28之間。
[0043]底部支架凸緣52e設置在第一圓柱形部分52a和第二圓柱形部分52b之間。殼體52f因此在第二圓柱形部分52b的內(nèi)部中形成。單向斜撐離合器軸承60定位在該殼體52f內(nèi)。
[0044]內(nèi)底部支架52旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接單向斜撐離合器軸承60和飛輪組件48。
[0045]單向斜撐離合器軸承60是環(huán)形形式的，且圍繞輪軸28的軸承墊片(bearingshim) 62被定位在其內(nèi)部孔內(nèi)。
[0046]底部支架軸承64夾在軸承墊片62和長形間隔件54之間，大體上與底部支架凸緣52e共平面地定位。
[0047]通過經(jīng)由殼體槽52g和設置在單向斜撐離合器軸承60的外座圈的外周緣上的外軸承槽60a形成干涉配合，外斜撐離合器鍵66將單向斜撐離合器軸承60定位在殼體52f內(nèi)。
[0048]類似地，通過經(jīng)由墊片槽62a和設置在單向斜撐離合器軸承60的內(nèi)座圈的內(nèi)周緣上的內(nèi)軸承槽60b形成干涉配合，內(nèi)斜撐離合器鍵68將軸承墊片62定位在單向斜撐離合器軸承60內(nèi)。內(nèi)斜撐離合器鍵68也位于輪軸的鍵槽31內(nèi)，從而引起干涉配合并且將斜撐離合器軸承60旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到內(nèi)底部支架52。
[0049]底部支架間隔件70圍繞輪軸28，在一側(從附圖的視角看的右手側)上鄰接軸承墊片62的凸緣62a，且在相對側(從附圖的視角看的左手側)上鄰接底部支架內(nèi)軸承42。
[0050]傘齒輪20與環(huán)形齒輪22嚙合。應注意，該兩個部件垂直地嚙合，即，傘齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線垂直于環(huán)形齒輪的旋轉(zhuǎn)軸線。傘齒輪20穿過框架底部支架30的最上面的孔30b伸出。傘齒輪20由具有作為其電源的電池(未示出)的電馬達72和齒輪箱18驅(qū)動。
[0051]電馬達72、齒輪箱18和電池定位在自行車的下管(down tube) 102內(nèi)。下管102將通常通過一些形式的焊接(例如TIG焊接)而附接到框架底部支架30的最上面的孔30b。最下面的孔30a可具有簡單的帽蓋，使能接近定位在框架底部支架30內(nèi)的部件。
[0052]電馬達72、齒輪箱18和電池可以是任何合適的類型，并且可以具有用于自行車應用的大約8000 RPM的工作速度。對于其他應用，包括較大的交通工具，例如汽車，工作速度可以高達32000 RPM。
[0053]在使用中，電馬達72將驅(qū)動環(huán)形齒輪22，環(huán)形齒輪22然后將通過以上描述的機構來驅(qū)動前鏈輪32。與現(xiàn)有技術的自行車一樣，鏈條104將前鏈輪32直接地或經(jīng)由例如變速器齒輪(derailleur gear)或轂齒輪的后輪傳動系統(tǒng)連接到自行車的后輪。從而，電馬達72向后輪106提供扭矩。
[0054]用戶可以通過用經(jīng)由其足部的蹬踏動作和踏板24/曲柄臂26使前鏈輪32旋轉(zhuǎn)而增大該扭矩。
[0055]電馬達72將被限于自行車被使用的當?shù)胤傻念A定的速度。在本實施方式中，將是大約24.8 km/h (15.5 mph)。電馬達72可具有允許用戶決定是否增大用戶的扭矩輸入的控制系統(tǒng)。
[0056]在用戶和馬達72向系統(tǒng)10提供扭矩的情況下，用戶和馬達兩者向前鏈輪32提供扭矩并且因此其對于用戶而言是省力的。
[0057]在用戶將要超過馬達72的預定的速度限制的情況下，輪軸28將獲得比環(huán)形齒輪22高的旋轉(zhuǎn)速度。如果環(huán)形齒輪22和輪軸28是軸向地固定的話，這將存在用戶可能迫使馬達72超過其限制或馬達可能阻止用戶比其限制蹬踏得更快的問題。用戶可能在最好的情況下費力，且在最壞的情況下?lián)p壞馬達72。單向斜撐離合器軸承60的存在允許輪軸28和環(huán)形齒輪22獲得不同的旋轉(zhuǎn)速度，允許用戶蹬踏超過馬達72的限制。
[0058]在現(xiàn)有技術的電動自行車中，緊急制動可能是危險事件。緊急切斷件將通過用戶運用安裝有制動桿的車把而被激活，從而為馬達切斷動力并且停止將扭矩施加到從動輪。
[0059]在這種情況下自行車用戶的自然反應是首先停止蹬踏，即，保持他們的足部穩(wěn)定不動，并且曲柄臂處于固定的角度，且然后運用制動器。由于電馬達72的正旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部部件的慣性，這兩個動作可以分開僅微小的時間量，但是仍然有延遲。在該時間段中，馬達將繼續(xù)施加扭矩，并且可以抵抗用戶的作用力而迫使曲柄臂環(huán)繞。盡管這可能僅發(fā)生零點幾秒，但是其可能足以令人緊張或甚至使用戶開始失去平衡；如果用戶試圖快速地但安全地停止，這是不期望的情況。
[0060]單向斜撐離合器軸承60意味著來自馬達72的扭矩不驅(qū)動曲柄臂26，僅驅(qū)動前鏈輪32。因此，在如以上描述的緊急停止的情況下，用戶停止蹬踏和馬達18被切斷之間的小的周期不太可能伴隨用戶的不平衡或緊張。
[0061]可以對以上描述的實施方式做出各種修改和改進而不偏離本發(fā)明的范圍。例如，內(nèi)底部支架52可被更換或可以完全由具有適當?shù)卦O計的外和/或內(nèi)座圈的單向離合器軸承來替換。
[0062]可以設置變速器齒輪組件和多個前鏈輪，以在交通工具的傳動中提供更多的靈活性。輪軸28不一定具有圓柱形的形狀，并且可以是任何合適的形狀，例如具有三角形橫截面、方形橫截面、五邊形橫截面或任何多邊形橫截面的棱柱形。
[0063]飛輪組件48的環(huán)形齒輪22不一定是截錐形的裝置，而是可以是任何合適的類型，例如螺旋或雙螺旋類型，其中對傘齒輪20做出對應的改變。
[0064]飛輪組件48可以用另一種合適的超越離合器(overrunning clutch)來代替,并且斜撐離合器軸承60可以用其他合適的單向離合器來代替。
[0065]盡管被描述為由螺栓50附接，但是環(huán)形齒輪22可由任何其他合適的裝置而附接到齒輪飛輪組件，例如在每個部件上的對應的且配合的螺紋。此外，它們可以整體地形成。
[0066]飛輪側的軸承56、58可以由黃銅襯套代替。實際上，所描述的簡單的軸承中的任一種可以由黃銅襯套代替。
[0067]盡管自行車100被描述為具有鏈條104，但是應理解，鏈條104可以用帶狀驅(qū)動件代替。
[0068]盡管關于電動自行車進行描述，但是應理解，交通工具傳動系統(tǒng)可以施加到其他形式的雙推進交通工具，例如電動汽車、貨車、公共汽車、卡車等等。在這種應用中，交通工具傳動系統(tǒng)可附接到KERS (動能回收系統(tǒng))。
【權利要求】
1.一種交通工具傳動系統(tǒng)，包括第一旋轉(zhuǎn)輸入件、第二旋轉(zhuǎn)輸入件和旋轉(zhuǎn)輸出件，其中所述第一旋轉(zhuǎn)輸入件和所述第二旋轉(zhuǎn)輸入件能夠?qū)⑿D(zhuǎn)傳遞至所述旋轉(zhuǎn)輸出件，其中所述第一旋轉(zhuǎn)輸入件和所述第二旋轉(zhuǎn)輸入件中的一個通過單向離合器連接到所述旋轉(zhuǎn)輸出件，且其中所述第一旋轉(zhuǎn)輸入件和所述第二旋轉(zhuǎn)輸入件中的另一個通過超越離合器連接到所述旋轉(zhuǎn)輸出件，其中所述單向離合器和所述超越離合器是旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接的。
2.根據(jù)權利要求1所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述第一旋轉(zhuǎn)輸入件的旋轉(zhuǎn)軸線垂直于所述第二旋轉(zhuǎn)輸入件的旋轉(zhuǎn)軸線。
3.根據(jù)權利要求1或2中任一項所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)輸出件的旋轉(zhuǎn)軸線平行于所述第一旋轉(zhuǎn)輸入件的旋轉(zhuǎn)軸線或所述第二旋轉(zhuǎn)輸入件的旋轉(zhuǎn)軸線。
4.根據(jù)任一前述權利要求所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述單向離合器通過支架旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述超越離合器。
5.根據(jù)權利要求4所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述支架包括圓柱形殼體和圓柱形安裝件。
6.根據(jù)權利要求5所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述單向離合器和所述超越離合器中的一個安裝在所述圓柱形殼體內(nèi)，并且所述單向離合器和所述超越離合器中的另一個圍繞所述圓柱形安裝件安裝。
7.根據(jù)權利要求6所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述單向離合器安裝在所述圓柱形殼體內(nèi)，其中所述單向離合器的外座圈旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到所述圓柱形殼體的內(nèi)表面，并且所述超越離合器圍繞所述圓柱形安裝件來安裝。
8.根據(jù)任一前述權利要求所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述單向離合器是斜撐離合器。
9.根據(jù)任一前述權利要求所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述超越離合器是飛輪組件。
10.根據(jù)任一前述權利要求所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述第一旋轉(zhuǎn)輸入件或所述第二旋轉(zhuǎn)輸入件是電馬達。
11.根據(jù)任一前述權利要求所述的交通工具傳動系統(tǒng)，其中所述第一旋轉(zhuǎn)輸入件或所述第二旋轉(zhuǎn)輸入件是手動地驅(qū)動的。
12.一種自行車，其包括根據(jù)任一前述權利要求所述的交通工具傳動系統(tǒng)。
13.—種交通工具，其包括根據(jù)任一前述權利要求所述的交通工具傳動系統(tǒng)。
【文檔編號】B62M6/55GK104220326SQ201380010896
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年2月22日 優(yōu)先權日:2012年2月24日
【發(fā)明者】尼爾·麥克馬丁 申請人:弗里弗勞技術有限公司