CN110997472B - 驱动组件和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于能以肌力和/或尤其附加地以马达力驱动的车辆(1)、电动骑行车、电动自行车或电动助力车的驱动组件(80)，所述驱动组件具有(i)能绕旋转轴线(Y)旋转的曲柄轴(15)，以接收尤其以肌力产生的第一转矩和(ii)传递装置(20)，用于将第一转矩从曲柄轴(15)传递给能与车辆(1)的驱动轮(9‑2)耦合的输出元件(4)并且借助可换档的、尤其可自动换档的多级行星轮变速器(21)形成可变的传动比，在所述行星轮变速器中：(a)能经由档位变换并且通过经由与对应的太阳轮(55、56)抗扭耦合的携动元件(64)来受控地连接和/或释放相应的行星轮级(57，58)的对应太阳轮(55，56)来调整行星轮变速器(21)的传动比，(b)对应的携动元件(64)在径向和/或轴向上布置在对应耦合的太阳轮(55，56)外并且(c)对应的携动元件(64)能通过与制动元件(66)的可控的摩擦锁合被可控地制动、止动和/或释放。

Description

驱动组件和车辆

技术领域

本发明涉及一种驱动组件和车辆。本发明尤其涉及一种以能肌力和/或在必要情况下附加地能以马达力驱动的车辆、电动骑行车、电动自行车、电动助力车或类似车辆的驱动组件，以及一种能以肌力和/或在必要情况下附加地能以马达力驱动的车辆、电动车、电动自行车、电动助力车或类似车辆。

背景技术

自行车、电动自行车和类似车辆通常在被驱动的后轮处构造有链条换档装置或轮毂换档装置。替代于此也可以设置具有集成的换档变速器的踏板轴承驱动装置。

在具有布置在踏板轴承上的换档变速器的已知驱动组件中有问题的是这些换档变速器的增大的尺寸和/或其减小的效率。这尤其涉及构造在踏板轴承驱动装置上的摩擦环变速器、具有空心轴马达的换档变速器或类似变速器。在已知的驱动组件中，缺乏负载换档能力、缺乏无牵引力中断性和出现空程也是不利的。此外，在具有需要避免这些缺点的形状锁合式换档机构的方案中有问题的是，换档过程之间的过渡是冲击式的，这妨碍平稳的运动过程并且被认为是不舒适的。

WO 2011/090958 A1和WO 2018/041460 A1说明了一种用于自行车的行星轮变速器机构，在所述行星轮变速器机构中，能可控地借助制动机构经由摩擦锁合释放和止动太阳轮。

EP 3 239 033 A2公开了一种用于自行车或类似车辆的驱动组件，在所述驱动组件中行星轮换挡变速器的太阳轮能由按照换挡指类型的携动元件并且由换挡连杆被释放和止动。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种替代的驱动组件，其中，在踏板轴承的区域内的安装空间相对较小的情况下能够以相对较高的效率、也就是在损失减小的情况下实现转矩传递，并且此外也能够在负载下并从而在牵引力不中断的情况下、在空程特别小或完全消失的情况下并且在低冲击或无冲击的换档过程中实现转矩传递。

根据本发明，该任务借助本发明的特征解决。有利扩展方案是各优选实施方式的内容。

本发明提出一种用于以肌力和/或尤其附加地能以马达力驱动的车辆、尤其用于电动骑行车、电动自行车、电动助力车或类似车辆的驱动组件，其具有能绕着旋转轴线旋转的曲柄轴以接收尤其以肌力产生的、第一转矩，并且具有传递装置，所述传递装置构造为用于将第一转矩从曲柄轴传递给能与车辆的驱动轮耦合的输出元件并且借助可换档的、尤其可自动换档的多级行星轮变速器构造出可变的传动比。根据本发明，能经由档位变换并且通过经由与对应的太阳轮抗扭耦合的携动元件来受控地连接和/或释放相应的行星轮级的对应的太阳轮来调整行星轮变速器的传动比。根据本发明，对应的携动元件在径向和/或轴向上关于太阳轮的旋转轴线至少布置在对应耦合的太阳轮以外。此外，经由与制动元件的可控的摩擦锁合能可控地使对应的携动元件制动并且止动或释放。将行星轮变速器用作形状锁合的变速器在沿输出方向传递转矩时实现特别高的效率。此外，通过将与对应的太阳轮抗扭耦合的携动元件设置在对应耦合的太阳轮以外能特别可靠地连接、锁止、闭锁和/或释放或解锁对应的太阳轮，因为基于携动元件的远离轴线的布置并且基于由此在相同力矩下减小的力需考虑特别少的失效和磨损现象。最后，对应的携动元件由摩擦锁合而可控的可制动性/可止动性和可释放性确保换档过程无冲击。对应的携动元件构造在与对应的太阳轮抗扭耦合的制动钳环的在径向上外置的或最外的区段上或构造为该区段，所述制动盘尤其在垂直于所述制动钳环的旋转轴线的平面中或以该平面在横截面中或俯视图中具有圆环形状。

根据本发明，对应的携动元件也可以关于太阳轮的旋转轴线在径向上构造在太阳轮以内，但在轴向上构造在太阳轮以外。在太阳轮更大的情况下，携动元件可以在太阳轮的半径以内，但在侧面与所述太阳轮间隔开并且与通常的棘爪或滑键相比仍较远离轴线地布置而具有力方面的相应优点。

优选实施方式示出本发明的优选扩展方案。

根据本发明的以携动元件与制动元件之间的可控的摩擦锁合来止动和释放携动元件和制动元件的原理能以多种结构细节实现。

在根据本发明的驱动组件的另一有利的构型方式中，对应的制动元件可以相应地构造为用于与配属的携动元件、尤其与配属的制动钳环可控地摩擦锁合地接合。

为了在所有换档过程中避免由于携动元件的回转时间而不从驾驶员传递功率到输出元件的踏板曲柄轴空程，在一个扩展方案中以有利的方式设置：多个携动元件经由机械式自换档的自由轮与对应的太阳轮连接，尤其以与对应的太阳轮在档位变换时的旋转方向变换和/或与对应的携动元件在两个旋转方向上的固定相关，尤其通过例如具有一个或多个液压缸的操纵器组件来连接。

因此，一些携动元件可以经由机械式自换档的自由轮与对应的太阳轮连接。

此外，在一个有利的扩展方案中，多级行星轮变速器的与旋转轴线并从而与曲柄轴同轴布置是特别节约空间的并且引起相对较紧凑的结构方式。

替代地或附加地，可以提高在踏板轴承换档变速器意义上的本发明驱动组件的紧凑结构方式，其方式是，行星轮变速器也与旋转对称地构造的输出元件同轴地构造，使得得到输出元件构造为与曲柄轴的旋转轴线并且与行星轮变速器同轴的旋转对称部件的布置方式。输出元件可以根据驱动方式优选构造为链轮或齿形带轮。

根据本发明的驱动组件的另一改进方案具有扩展的档位数量和/或可换档的传动比数量，即在具有加速传动比的多级行星轮变速器中，通过使用一个或多个尤其用于实现1：1的传动比的自由轮，在整个传动比中通过直接档和/或以能主动换档的方式或机械式自换档。在此尤其可以设置为，这些传动比不能主动换档，而是机械式自换档地构造。

如果按照根据本发明的驱动组件的一个优选实施方式，行星轮变速器限定有多个档位、尤其具有七个档位，这些档位具有恒定的档位级差，所述档位级差不大于约为26％的平均值和/或在个别情况下处于约25％至27％的范围内，限定约为400％的传动比总变化和/或与附加的直接档并且与使用自由轮相关，通过所述自由轮能在具有加速传动比的行星轮变速器中将太阳轮与行星架连接，则对用户产生特别方便的处置方式。然而也能想到其他构型。

能以合适的方式控制基于摩擦等引起的损失，其方式是，构造具有相应数量换档变速器换档级的行星轮变速器，例如最高具有四个换档变速器换档级。然而也能实现其它数量的换档变速器换档级

在根据本发明的驱动组件的一个具体的构型方式中设置，所述行星轮变速器的变速器换档级由(i)具有加速的总传动比的、尤其两级的第一行星轮变速器和(ii)与该第一行星轮变速器串联连接的、具有减速的总传动比的、优选呈多级行星轮变速器形式的、尤其两级的第二行星轮变速器形成。

在此，(iii)在所述变速器换档级前面在输入侧连接有升速传动级，所述升速传动级具有行星轮变速器或呈所述行星轮变速器的形式，所述行星轮变速器具有用于降低高的驾驶员转矩的加速传动比。

替代地或附加地，(iv)所述变速器换档级的两个串联连接的行星轮变速器经由共同的齿圈相互耦合。

在根据本发明的驱动组件的另一有利构型方式中，能够如下实现特别可靠的档位变换，其方式是：这种档位变换能通过操纵器组件实施，在所述操纵器组件中，为每个制动元件配属地构造可控的操纵器，其按照液压活塞的方式，通过该操纵器能将配属的制动元件以可控的摩擦锁合的方式置入与配属给所述制动元件的携动元件的接合中。

本发明不仅能应用于仅以肌力运行的车辆、例如传统自行车中，而尤其能应用于如开头已提及的电动骑行车、电动自行车、电动助力车或类似车辆中。

因此，在根据本发明的驱动组件的一个优选实施方式中设置，电驱动装置构造为用于产生马达转矩，并且所述电驱动装置为了传递马达转矩能经由行星轮变速器可控地耦合到输出元件上。

在根据本发明的驱动组件的一个特别有利的扩展方案中，电驱动装置具有空心轴马达，所述空心轴马达具有在输出侧的空心轴。

在此，空心轴马达可以整体或至少以其空心轴布置和构造为与曲柄轴的旋转轴线、与行星轮变速器、与行星轮变速器的输入侧行星架和/或与可能设置的升速传动级的太阳轮同轴。

附加地或替代地，空心轴马达的空心轴可以间接地例如经由马达减速变速器或直接地与行星轮变速器的输入侧行星架和/或与可能设置的升速传动级的太阳轮已耦合或可耦合，尤其以可控的方式耦合或可耦合。

在此，能够以不同方式实现电驱动装置的耦接并从而将马达转矩从马达轴传递给行星轮变速器。

在根据本发明的驱动组件的一个优选的构型方式中设置，在电驱动组件与行星轮变速器之间构造有例如呈多级直齿轮变速器、行星轮变速器或多级行星轮变速器形式的马达减速变速器，其具有与空心轴马达的空心轴、与曲柄轴的旋转轴线、与行星轮变速器、与行星轮变速器的输入侧行星架和/或与可能设置的升速传动级的太阳轮同轴的布置和/或呈集成在空心轴马达中的形式。

如果按照根据本发明的驱动组件的一个替代的构型方式，在电驱动装置和行星轮变速器之间构造有呈渐开线齿轮变速器形式的马达减速变速器，则得到在径向上特别紧凑的结构。该渐开线齿轮变速器可以内啮合或外啮合地构造。

与马达减速器变速器如何构造的方式不相关地，如果对应的马达减速变速器的一个、多个或全部部件具有塑料材料或由塑料材料制成，则是特别有利的。因此，在根据本发明的驱动组件中能进一步减小运行噪声和/或所述运行噪声的传递。

特别优选一种驱动组件，所述驱动组件具有中置马达驱动装置结构并且尤其包括共同的壳体，在所述壳体中接收有行星轮变速器、调节驱动装置、电驱动装置、马达减速变速器并且至少部分地接收有曲柄轴。

本发明还涉及一种能以肌力和/或尤其附加地以马达力驱动的车辆，尤其电动骑行车、电动自行车、电动助力车或类似的车辆。根据本发明的车辆具有至少一个车轮以及根据本发明构造的驱动组件，以所述驱动组件能驱动所述车辆的至少一个车轮。

附图说明

参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1是电动自行车类型的车辆示例的示意图，在所述电动自行车中实现本发明的第一实施方式；

图2是具有曲柄传动装置并且具有电驱动装置的本发明驱动组件的实施方式的示意性俯视图；

图3至图5以立体侧视图示出可以在本发明驱动组件的一个实施方式中使用的制动单元；

图6和图7以立体侧视图示出本发明驱动组件的一个实施方式，着重于电驱动装置；

图8示出本发明驱动组件的另一实施方式。

具体实施方式

下面，参照图1至8详细说明本发明的实施例。以同一附图标记标注相同的和等同的以及作用相同或等同的元件和部件。对所标注的元件和部件的详细说明不是在这些元件和部件每次出现时都再现。

所示出的特征和进一步的特性能够在不偏离本发明核心的情况下以任意形式相对彼此分离并且任意相互组合。

首先参照图1详细说明示例性地作为根据本发明的车辆1的优选实施方式的电动自行车。

车辆1作为电动自行车包括框架12、在所述框架上布置有前轮9-1、后轮9-2和具有两个曲柄7，8的曲柄传动装置2，这些曲柄具有踏板7-1和8-1。电驱动装置3集成到曲柄传动装置2中。在后轮9-2上布置有小齿轮6。

由驾驶员和/或由电驱动装置3提供的驱动力矩从曲柄传动装置2处的链轮4经由链条5传递给小齿轮6。

此外，在车辆1的车把上布置有控制单元10，所述控制单元与在必要情况下构造的电驱动装置3连接。在框架12中或上还构造有电池11，所述电池用于给电驱动装置3供电。

在框架12中集成有曲柄轴承13或踏板轴承，所述曲柄轴承或踏板轴承具有曲柄壳体14和曲柄轴15。

图1的根据本发明的车辆1的根据本发明的驱动组件80具有曲柄传动装置2和电驱动装置3，其中，能由该曲柄传动装置和该电驱动装置产生的转矩能被相应的且在图1中未示出的、具有可换档的多级行星轮变速器21的传递装置20接收并传递给作为输出元件4的链轮。

图2是根据本发明的驱动组件80的一个实施方式的示意性俯视图，具有电驱动装置3和曲柄传动装置2。

为了传递曲柄传动装置2和电驱动装置3的转矩而构造传递装置20，所述传递装置具有与由曲柄轴15限定的旋转轴线Y同轴地布置的行星轮变速器21。

行星轮变速器21一方面由具有升速传动级40的行星轮变速器41的升速传动级40和多级换档变速器50组成，所述换档变速器具有在这里为双级的第一行星轮变速器51，即输入侧，其面向升速传动级40并且背离输出元件4，和在这里为双级的第二行星轮变速器52，即输出侧，其面向输出元件4并且背离升速传动级40。

换档变速器50的第一和第二行星轮变速器51和52具有相应的第一和第二太阳轮55或56以及配属于所述太阳轮55，56的行星轮57和58，这些行星轮支承在行星架22，23上并且经由共同的齿圈53耦合。

通过可拆卸的连接件以受控的方式引起太阳轮55，56与驱动组件80的壳体14的连接。这在根据图2的实施方式中通过可受控切换地闭锁和释放与太阳轮55，56抗扭连接的、回转的携动元件64来实现。

通常，对应的携动元件64根据本发明构造为用于与配属的制动元件可控地、摩擦锁合地相互作用并且能可控地被制动和止动和释放。

在图2中示出的驱动组件80中，对应的携动元件64具有制动盘65或整体构造为制动盘65。

在图2示出的驱动组件80中，能可控地操纵的制动钳67构造为配属于对应的携动元件64的制动元件66。

在这里呈制动盘65形式的或具有制动盘65的对应的携动元件64和在这里呈制动钳67形式的对应的制动元件66与旋转轴线Y在径向上间隔开。

变速器换档级50的第一行星轮变速器51的每个太阳轮55和第二行星轮变速器52的每个太阳轮56具有各自的且与对应的太阳轮55，56抗扭耦合或可抗扭耦合的、作为携动元件64的制动盘65。携动元件64关于构造为制动钳67的制动元件66相协调地布置，使得通过受控地操纵制动元件并从而通过受控的摩擦锁合能够分开或组合地释放或闭锁换档变速器的变速器换档级50的第一和第二行星齿轮51，51的单个太阳轮55和56。

此外，在换档变速器50的不同部位处分别构造有自由轮59和59-1，其中，所述自由轮59-1与直接挡相关。

具有用于引入以肌力产生的转矩的行星轮变速器41的升速传动级40具有齿圈42、在内部运动的太阳轮43以及在所述齿圈和所述太阳轮之间运动的、具有升速传动级40的行星轮44的行星架45。

另一方面，由电驱动装置3产生的马达转矩通过马达轴31输出给马达减速变速器30并且最终传递给作为马达减速变速器30的输出元件的直齿轮35，所述直齿轮与换档变速器50的输入侧行星架22在材料上连接。

在图2中所示出的情况下，马达减速变速器30由多个直齿轮32至34的组件组成，这些直齿轮在输出侧将马达转矩传递给与输入侧行星架22耦合的直齿轮35。

图3至5示出太阳轮55，56与制动单元60相结合的不同立体图，所述制动单元具有或包括作为携动元件64的制动盘65和配属的作为制动元件66的制动钳67，示出该制动钳可以如何与根据本发明的驱动装置80的一个实施方式的调节单元60相关地使用。

图6和7示出根据本发明的驱动组件80的另一实施方式的不同视图，着重于电驱动装置3和其马达减速变速器30。

在根据图6和7的实施方式中，不设置直齿轮变速器来将马达轴31的转矩传递给直齿轮级的齿轮35，而设置具有渐开线小齿轮36的渐开线齿轮变速器，所述渐开线小齿轮安装在马达轴31上。渐开线小齿轮与渐开线齿轮37啮合。在齿圈38的外部存在齿部，所述齿部与马达减速变速器30的直齿轮级的输出侧齿轮35啮合并且向输出侧提供转矩。

马达3位于马达壳体39内部的芯中。

图8示出根据本发明的驱动组件80的另一实施方式，在所述实施方式中由或具有制动钳环69地形成对应的携动元件64，在所述携动元件的凹槽69-1中可以受控地、摩擦锁合地接合有对应的制动单元60的制动元件66，以便受控地使配属的携动元件64制动、止动或释放。

根据下面的说明进一步阐明本发明的上述和进一步的特征和特性：

本发明尤其涉及电动骑行车、电动助力车、电动自行车和类似车辆，尤其具有中置马达驱动装置和自行车换档装置以使驾驶员的有限驱动力适配于不同的行驶阻力。

本发明的目的是，例如按照轮毂换档装置的基本原理实现自行车换档装置并且将该自行车换档装置集成到例如电动助力车或类似车辆的踏板轴承13上的驱动组件80中。

然后可以根据本发明省去后轮9-2上的通常的换档设备。

在此要实现具有高效率的驱动组件80的特别紧凑的构型，所述驱动组件是可负载换档的，允许在牵引力不中断的情况下换档，并且可以没有或具有少量空程并且实现特别少冲击或者甚至无冲击的换档过渡。

具有集成的换档变速器的踏板轴承驱动装置是已知的，所述踏板轴承驱动装置具有与踏板曲柄轴同轴的空心轴马达和与脚蹬曲柄轴轴线平行的换档变速器。

此外，将摩擦环变速器作为可无级变速的自行车换档变速器集成到电动助力车/电自行车踏板驱动装置中是已知的。摩擦环变速器相比于摩擦锁合的变速器具有效率相对更低的缺点，所述更低的效率在没有马达支持的情况下对电池有效距离和可行驶性产生影响，尤其在电动助力车中以超过25km/h的速度行驶时。

另一方案是具有基于直齿轮变速器的集成换档装置的踏板轴承驱动装置。这些踏板轴承驱动装置具有转矩密度相对较低的缺点。这些踏板轴承驱动装置尤其在降挡到更低档位时也不能在负载下或仅能在部分负载下换档。此外，这些挡装置不具有机电式促动的自动档位选择装置。

其他方案具有以下缺点：不能无牵引力中断地实现换档。驾驶员在换档时、尤其在加速踩踏板时经历踏板曲柄轴的可明显察觉到的空程和在换档过渡时出现的冲击。

在其他已知的机构中，通过借助棘爪来固定或释放齿轮进行换档，这些棘爪绕着齿轮的中心轴布置并且在径向上从内部形状锁合地接合到轮体中。在这里也不能得到无冲击的换档过渡。

本发明例如也具有以下任务：实现可负载换档的、无牵引力中断且高效的自动自行车换档装置并且集成到电动助力车的踏板轴承13上的驱动单元80中，所述自动自行车换档装置此外低冲击地或无冲击地换档并且紧凑地构型。

可以省去后轮9-2上的换档设备。在此应实现电动助力车驱动装置80的特别紧凑的表现。

本发明还通过将可换档的行星轮变速器21使用和集成在与踏板曲柄轴15和链轮4同轴的布置中来解决所提出的任务。可换档的行星轮变速器21承担自行车换档或者说对驾驶员驱动力的传动比变化的任务。

传动比的变化或换档通过锁止或释放行星轮变速器21的换档变速器50的太阳轮55、56来实现。与集成的摩擦锁合的变速器相比，通过使用形状锁合的变速器可以改进效率。

在换档变速器50的太阳轮55，56上分别安装有制动单元60的例如为制动盘65或为制动钳环69的携动元件64，这些携动元件与太阳轮55，56抗扭连接或可抗扭连接并且随太阳轮回转。

借助制动单元60的分别配属的制动元件66，携动元件64、从而太阳轮55，56单独地或组合地在两个旋转方向上通过摩擦锁合而受控地被制动、止动和锁止或替代地被释放。摩擦锁合的可控性确保低冲击的或无冲击的换档过渡。

利用携动元件64和制动元件66和该制动元件相对于踏板曲柄轴15远离轴线的布置，可以在相应的轴距下以距太阳轮55，56的中轴线Y更大的距离来形状锁合地锁定、保持和释放太阳轮55，56并从而实现更小的力消耗。

因此，即使在特别危险地降低档位的情况下也可以无磨损地、在保持齿轮的紧凑表现并且无冲击的情况下实现在最大负荷下的传动比变化或者说换挡。

一个或多个携动元件64可以通过机械式自换档的自由轮与太阳轮55，56连接。由此，能在所有换档过程中避免踏板曲柄7，8的不传递功率的空程。

在携动元件64中，借助制动元件66和该制动元件的可控性与自由轮59，59-1相结合可以在对应的太阳轮55，56变换旋转方向时防止携动元件64的反向转动，使得在太阳轮55、56锁止的情况下不出现踏板曲柄7，8的不传递功率的空程。

因此，根据本发明，在所有换档过程中功率从驾驶员传递给链轮4或后轮9-2并从而无牵引力中断。

对于根据本发明的原理、即通过受控的摩擦锁合来变换档位，还实施下述内容：

本发明通过将可换档的行星轮变速器使用和集成在与踏板曲柄轴和链轮同轴的布置中与借助制动单元60的摩擦锁合的换档机构相结合地来解决所提出的任务，所述制动单元60由具有携动元件64和制动元件66以受控地相互摩擦锁合地接合的制动装置组成。通过对换档过程使用制动装置，能在换档档位之间实现连续的、受控的过渡。具有行星轮变速器51，52的可换档的行星轮变速器21，50承担自行车换档或者说对驾驶员驱动力的传动比变化的任务。通过锁止或释放太阳轮55，56来实现传动比变化或换档。与集成的摩擦锁合的变速器相比，通过使用形状锁合的变速器来改进效率。

在行星轮变速器50，51，52的太阳轮55，56上分别在侧面安装盘65，这些盘与太阳轮55，56抗扭连接并且随太阳轮回转。盘66、从而太阳轮55，56借助制动装置66能够单个地或组合地在两个旋转方向上锁止。

利用盘65和制动装置66相对于踏板曲柄轴15远离轴线的布置可以在盘65的相应直径的情况下以距太阳齿轮55，56的中轴线Y更大的距离摩擦锁合地锁止、保持和释放太阳轮55，56并从而实现更小的力消耗。

因此，即使在特别危险地降低档位时也能以连续且受控的方式、并从而低冲击或无冲击地、并且在保持齿轮的紧凑表现的情况下实现在最大负荷下的传动比变化或换档。

在本发明的一个优选扩展方案中，一些盘65通过机械式自换档的自由轮59，59-1与对应的太阳轮55，56连接。

由此能更简单地在所有换档过程中避免踏板曲柄7，8的不传递功率的空程。盘65一旦被制动，则可以继续保持被锁止，因为借助自由轮59，59-1和对应的太阳轮55，56的旋转方向变换可以进行进一步的换档过程。

因此能够以简单的方式防止由于盘65的制动时间引起的踏板曲柄7，8的不传递功率的空程。根据本发明，通过受控地制动和释放盘65或者说太阳轮56，56，在所有换档过程中将功率从驾驶员传递给作为输出元件4的链轮或后轮9-2并从而无牵引力中断。

为锁止盘65而对制动装置66的操纵可以自动地优选借助液压装置、通过具有变速器的电动马达或借助升降磁体来实现。

通过将可换档的行星轮变速器50实现为具有行星轮变速器51和52的双多级行星轮变速器以及经由共同的齿圈53将这两个多级行星轮变速器50连接并且通过连接在可换档的行星轮变速器50前面的、降低驾驶员的高转矩的升速传动级40来实现具有高效率和大量换档级或可转换的档位的特别紧凑的表现。

在此，面向驾驶员输入转矩的多级行星轮变速器55进行加速传动，而面向链轮4的第二多级行星轮变速器56进行减速传动。在具有加速传动比的多级行星轮变速器55中可以通过自换档的自由轮将两个轴相互连接并从而以简单的方式在该多级行星齿轮变速器55中附加地实现1：1的传动比。

由此并且通过两个多级行星轮变速器55，56的可切换传动比的组合，能够因而总计实现比所示出的变速器级更多的档位。

通过将踏板曲柄轴15经由自由轮59-1与进行减速传动的多级行星轮变速器56的行星架23连接，以紧凑的方式得到另一档位级，即直接档。

如果行星轮变速器50的所有太阳轮55，56未被锁止，则自由轮59-1自换档地使踏板曲柄轴15与行星架23连接并从而也直接与链轮4连接。

置入到或者说切换到直接档引起效率的进一步改进。

与踏板曲柄轴15并且与链轮4同轴地布置的变速器50能够选择式地经由优选处于升速传动级40和行星轮变速器50之间的减速变速器30附接马达3。

图1以优选实施方式示意性地示出电动助力车/电自行车踏板轴承驱动装置80的结构，具有集成的、与曲柄轴15并且与链轮4同轴布置的、可负载换档的行星轮变速器50。

如在图2中所示，可换档的行星轮变速器50可以由分别具有多级行星轮57，58的两个多级行星轮变速器51，52组成，这些多级行星轮由相互抗扭连接的两个具有不同直径的行星轮组成。两个多级行星轮变速器51，52经由共同的齿圈53相互连接。

面向链轮4的多级行星轮变速器56进行减速传动，而在多级行星轮变速器56左侧旁的面向升速传动级40的多级行星轮变速器55进行加速传动。

通过安装在行星轮变速器50的太阳轮55，56的侧面上的、呈制动盘形式或也可呈制动钳环69形式的携动元件64，太阳轮55，56可以单个或组合地借助换档滑槽66在其旋转运动方面被锁止或者说与壳体14抗扭连接，并且可以再被释放。

图2以一个优选实施方式示出电动助力车/电自行车踏板轴承驱动装置80的结构，具有集成的、与曲柄轴15和链轮4同轴布置的、可负载换档的行星轮变速器50以及带有制动单元60的摩擦锁合式切换机构，所述制动单元具有携动元件64并且具有制动元件66用于受控地摩擦锁合。可换档的行星轮变速器50由分别具有多级行星轮的两个多级行星轮变速器51，52组成，这些多级行星轮由具有相互抗扭连接的两个不同直径的行星轮57，58组成。两个多级行星轮变速器51，52经由共同的齿圈53相互连接。面向链轮4的多级行星轮变速器52进行减速传动，而在该第一多级行星轮变速器52左侧旁的第二多级行星轮变速器51进行加速传动。

通过将安装在行星轮变速器50的太阳轮56，57的侧面上的制动盘65作为携动元件64，太阳轮55，56可以单个或组合地借助制动元件66或制动装置以在其旋转运动方面受控地被制动、锁止或者说与壳体14抗扭连接，并且可以再被释放。

通过锁止和释放四个太阳轮55，56可以总共体现出四个传动比。通过使用自由轮59，59-1得出进一步的传动比，通过这些自由轮，一方面在左侧的具有加速传动比的多级行星轮变速器51内行星架22与太阳轮57连接，而另一方面踏板曲柄轴15与右侧的进行减速传动的多级行星轮变速器52的行星架23连接并从而直接与链轮4连接来作为直接档。

在这两种情况下，不但在左侧的多级行星轮变速器51中而且在作为直接档的总传动装置中都可以附加地实现1：1的传动比。

在此，直接档意味着相应的特别高的效率。借助自由轮59，59-1实现的这两个传动比不必主动换档，而是通过这两个超越自由轮分别机械式地自换档。

尤其能实现七个档位。传动比从第一档、即直接档中的传动比1到第七档中的传动比0.25。得到为400％的传动比总变化和平均约26％的档位级差。由此涵盖标准自行车所需的从2m至8m的扩展。

根据图2的四个制动装置66可以相对彼此独立受控地并且自动地并且优选如在图3至7中所示地借助液压装置通过具有变速器的电动马达或者借助可升降磁体被操纵。

通过携动元件64、和尤其制动盘65的同时制动和同时释放，能以连续且受控的方式并从而低冲击或无冲击地实现在负载下的传动比变化或换档。

图2还示出，在本发明的一个优选的扩展方案中，四个制动盘65中的每两个制动盘分别经由自换档的超越自由轮59，59-1与对应的太阳轮55，56连接。

因此，制动盘65可以借助制动装置66保持在锁止位置中并且同时为了档位变换而再次释放太阳轮55，56。这通过在档位变换时使太阳轮55，56经历旋转方向反转并且自由轮59，59-1在此时同时使制动盘65与对应的太阳轮55，56脱耦来实现。在重新锁止制动盘65或者说太阳轮55，56时，通过防止制动盘65运动来避免由于制动盘直至静止状态的制动时间引起的踏板曲柄7，8的不传递功率的空程。因此能更简单地使得针对所有档位变换都不产生踏板曲柄7，8的不传递功率的空程。在每次档位变换时发生从驾驶员到链轮4或后轮9-2的功率传递并从而无牵引力中断。

根据本发明，通过受控地制动和释放制动盘65或者说太阳轮55，56，在所有换档过程中将功率从驾驶员传递给链轮或后轮并从而无牵引力中断。

在图3至5中以不同的视图示出按照在太阳轮55，56上的本发明制动单元60类型的摩擦锁合换档机构的一个实施例，所述制动单元由作为携动元件64的制动盘65、带有作为制动元件66的制动钳67的两个制动杆和作为操纵器的液压缸61组成。

在制动过程中，借助液压缸61通过两个制动杆68将两个制动钳67压到制动盘65上并从而使对应的太阳轮55，56制动。

这通过调节液压缸61连续地且以受控的方式发生。

在图6中看到电动助力车/电自行车踏板轴承驱动装置80的整体结构，具有集成的、与曲柄轴15和链轮4同轴布置的、可负载换档的7档行星轮换档变速器20，50以及具有马达附接装置和摩擦锁合的换档机构60，所述摩擦锁合的换档机构由按照四个太阳轮55，56的四个制动盘65、带有制动钳67的八个制动杆68和四个液压缸61组成。

为了踏板轴承驱动装置80的特别紧凑的设计，优选为四个制动盘65中的每个制动盘分别使用具有制动钳67的两个制动杆68。

图7以截面图示出电动助力车/电自行车踏板轴承驱动装置80的整体结构，具有集成的、与曲柄轴15和链轮4同轴布置的、可负载换档的7档行星轮换档变速器20，50以及具有马达附接装置和摩擦锁合的换档机构60，所述摩擦锁合的换档机构由按照四个太阳轮的四个制动盘65、带有制动钳67的八个制动杆68和四个液压缸61组成。

在此，以优选的方式在对应的制动盘65的端部上实施有摩擦元件64-1。四个制动盘65中的两个制动盘为了踏板轴承驱动装置80的紧凑表现而在轴向上错开地构型。

在图8中示出携动元件64的端部上的摩擦元件64-1的替代实施方式。环形的制动钳在那里位于携动元件64的端部上，所述端部因此起到制动钳环69的作用，而现在在相应的制动杆68上，制动元件66为了受控地或可控地摩擦锁合地接合到作为摩擦钳环69的摩擦元件64-1的凹槽69-1中而构造为携动元件64。

基于由制动盘65、具有制动钳67的制动杆68和液压缸61组成的摩擦锁合的换档机构60与踏板曲柄轴15或太阳轮55，56的中轴线Y的径向距离和由此更小的周向力，即使在由驾驶员的高的最大转矩引起高的转矩密度和自行车驱动装置80的尺寸紧凑的情况下也可以在最大负载下改变传动比或换档。

通过锁止和释放四个太阳轮55，56可以总共体现出四个传动比。

如在图2中所示，在具有加速传动比的左侧多级行星轮变速器55内，通过将以行星架22与太阳轮55经自由轮连接得出另一传动比。由此，在该多级行星轮变速器50中可以附加地实现1∶1的传动比。通过两个多级行星轮变速器51，52的传动比的组合就可以总共表现出六个传动比。

经由另一自由轮可以将踏板曲柄轴15与右侧的进行减速传动的多级行星轮变速器56的行星架23连接并从而直接与链轮4连接。

在释放或者说未锁止行星轮变速器50的所有四个太阳轮55，56的情况下得到踏板曲柄轴15与链轮4的这种直接连接，对于驾驶员来说意味着他的驾驶员功率到链轮4没有传动比或者说传动比为1∶1。

通过该传动比和上述六个传动比现在提供总共七个传动比给使驾驶员功率到链轮4的传递，从而实现针对驾驶员的驱动力具有七个档位的自行车换档装置。在此，1∶1的传动比意味着具有相应地特别高的效率的直接档。借助自由轮实现的两个传动比不必主动换档，而是通过两个超越自由轮分别机械式地自换档。

在下面的表格中列出优选实施例的所实现的七个档位。传动比从第一档、即直接档中的传动比1到第七档中的传动比0.25。得出400％的传动比总变化和平均约26％的档位级差。因此涵盖标准自行车所需的从2m至8m的扩展。

因此在该示例中，以根据本发明的方式能够特别紧凑地以四个换档变速器级50总共表现出七个档位。换档变速器级50优选设计为，使得档位级差是恒定的并且例如不大于25％至27％，如在下面的表格中所列出。

换档变速器的传动比总变化在该示例中达到400％。如果太阳轮55与行星架22连接，则针对行星轮变速器51得出1∶1的总传动比。

档位	传动比	档位级差/％
			1	1.000
2	0.790	26
			3	0.630	25
4	0.500	26
			5	0.398	26
6	0.317	26
			7	0.250	27
		总变化：400％

图2示出，呈制动盘65形式的四个携动元件64中的两个携动元件分别经由自换档的超越自由轮59与对应的太阳轮55，56连接。因此可能的是，在通过配属的制动元件闭锁携动元件64之后在档位变换时阻止携动元件64旋转离开制动元件66。携动元件64可以通过制动元件65保持在闭锁位置中，同时太阳轮55，56为了档位变换而再被释放。这通过在档位变换时使太阳轮55，56经历旋转方向反转并且自由轮59在此时同时使携动元件64与对应的太阳轮55，56脱耦来实现。

将太阳轮55与行星架22连接的那个自由轮也与超越自由轮59相关。

在重新闭锁携动元件64或者说太阳轮55，56时，通过阻止携动元件64旋转离开制动元件66来避免由换档指到达换档滑槽的位置的回转时间引起的、踏板曲柄7，8的不传递功率的空程。因此确保，对于所有档位变换都不产生踏板曲柄7，8的不传递功率的空程。在每次档位变换时发生从驾驶员到链轮4或者说后轮9-2的功率传递，从而无牵引力中断。

基于由携动元件64和制动元件66组成的换档机构与踏板曲柄轴15或太阳轮55，56的中轴线Y的距离和由此较小的周向力，即使在由驾驶员的高的最大转矩引起高的转矩密度和自行车驱动装置80的尺寸紧凑的情况下也可以在最大负载下无磨损地改变传动比或换档。

如由图2和图6中可见，为了行星轮换档变速器50的紧凑设计，连接在行星轮换档变速器50前面的行星轮变速器41作为具有加速传动比的升速传动级40来降低高的驾驶员转矩。

在此，升速传动级40的行星架45是升速传动级40的驱动元件或者或输入元件并且直接与踏板曲柄轴15抗扭连接。升速传动级40的从动元件或者说输出端元件是太阳轮43，所述太阳轮与具有加速传动比的左侧多级行星轮变速器51的行星架22连接。升速传动级的齿圈42与壳体14固定连接。

图1、6和7以优选实施方式示出用于支持使驾驶员功率的马达3在换档变速器50上的附接。马达3的附接通过将减速变速器30接到具有加速传动比的左侧多级行星轮变速器的行星架22上来实现。在此，行星架22形成马达减速变速器30的输出齿轮35的轮体的一部分并从而集成到马达变速器30中。由此得到踏板轴承驱动装置80的特别紧凑的结构方式。

对于2至7档，在行星架22上发生驾驶员转矩和马达转矩的相加。对于第一档，在踏板曲柄轴15上发生驾驶员转矩和马达转矩的相加。

马达减速变速器30由两级直齿轮变速器组成，其中，靠近马达的变速器级实施为具有小齿轮36的特别紧凑的渐开线齿轮变速器，所述小齿轮在马达轴31上，具有五个齿。在马达变速器的中间轴上布置有自由轮75。自由轮75是超越自由轮并且在驾驶员“超越”马达的情况下用于使马达3脱耦，也就是例如在马达失效的情况下或在速度超过25km/h的情况下。

图7以一个优选实施方式示出电动助力车/电动自行车的踏板轴承驱动装置80的结构的截面图，具有换档变速器50和带有马达减速变速器30的马达3。

尤其示出通过轴承和壳体结构的零件转化本发明。通过升速传动级40的行星架45和太阳轮43在轴向上错开的轴连接，得到踏板轴承驱动装置80的轴向安装空间的特别紧凑的表现。

因此能在升速传动级40的行星架45和太阳轮43下方安装踏板曲柄轴15的轴承。

在根据本发明的驱动组件80的特别紧凑的扩展方案中，电驱动装置3具有空心轴马达，所述空心轴马达具有输出侧的空心轴。

在此，空心轴马达能够整体或至少以其空心轴布置且构造为与曲柄轴15的旋转轴线Y、与行星轮变速器21、与行星轮变速器21的输入侧行星架22和/或与可能设置的升速传动级40的太阳轮43同轴。

这具体意味着，在根据图2的实施方式中，在那里在径向/轴向上侧面错开地布置的电驱动装置3被与空心轴马达同轴布置来代替。

在此，电驱动装置3的空心轴马达的空心轴可以间接地例如经由马达减速变速器30或直接地与行星轮变速器21的输入侧行星架22和/或与可能设置的升速传动级40的太阳轮43耦合或可耦合，尤其以可控的方式耦合或可耦合。

Claims (36)

1.用于能以肌力和/或马达力驱动的车辆（1）的驱动组件（80），

具有：

- 能绕旋转轴线（Y）旋转的曲柄轴（15），用于接收第一转矩，和

- 传递装置（20），所述传递装置构造为用于将第一转矩从所述曲柄轴（15）传递给能与所述车辆（1）的驱动轮（9-2）耦合的输出元件（4）并且借助可换档的多级的行星轮变速器（21）实现可变的传动比，

在所述传递装置中：

- 能经由档位变换并且通过经由与对应的太阳轮（55、56）抗扭耦合的携动元件（64）来受控地连接和/或释放相应的行星轮级（57，58）的对应的太阳轮（55，56）来调整所述行星轮变速器（21）的传动比，

- 对应的携动元件（64）在径向和/或轴向上布置在分别耦合的太阳轮（55，56）之外，并且

- 对应的所述携动元件（64）能通过与制动元件（66）的可控的摩擦锁合而能够可控地被制动、止动和/或释放，

在所述驱动组件中，对应的制动钳环（69）构造在与对应的太阳轮（55，56）抗扭耦合的携动元件（64）的在径向上外置的区段上或构造为该区段。

2.根据权利要求1所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述第一转矩是以肌力产生的转矩。

3.根据权利要求1所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述可换档的多级的行星轮变速器（21）是可自动换档 的多级的行星轮变速器。

4.根据权利要求1所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述制动钳环在垂直于所述制动钳环（69）的旋转轴线的平面中具有圆环形状。

5.根据权利要求1所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中，对应的制动元件（66）构造为用于与配属的携动元件（64）可控地、摩擦锁合地接合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中，多个携动元件（64）经由机械式自换档的自由轮（59）与对应的太阳轮（55，56）连接。

7.根据权利要求6所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中，所述连接以与对应的太阳轮（55，56）在档位变换时的旋转方向变换和/或与对应的携动元件（64）在两个旋转方向上的固定相关的方式进行。

8.根据权利要求7所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中，对应的太阳轮在档位变换时的所述旋转方向变换和/或对应的携动元件在两个旋转方向上的所述固定能通过操纵器组件操纵。

9.根据权利要求8所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述操纵器组件具有一个或多个液压缸（61）。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中：

- 可换档的多级的行星轮变速器（21）构造为与曲柄轴（15）的旋转轴线（Y）基本同轴，和/或

- 所述输出元件（4）构造为旋转对称并且与所述曲柄轴（15）的旋转轴线（Y）和与所述行星轮变速器（21）同轴。

11.根据权利要求10所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述输出元件（4）是链轮或齿形皮带轮或者具有链轮或齿形皮带轮。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中，在具有加速传动比的多级行星轮变速器（51）中，通过使用一个或多个自由轮（59，59-1），在整个传动比中通过直接档和/或以能主动换档的方式或机械式自换档的方式，构造有扩展的档位数量和/或可换档的传动比数量。

13.根据权利要求12所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述一个或多个自由轮（59，59-1）用于实现1：1的传动比。

14.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中，所述行星轮变速器（21）限定多个档位，这些档位具有恒定的档位级差，所述档位级差为25%至27%和/或平均为26％，限定为400%的传动比总变化和/或与附加的直接档并且与使用自由轮（59）相关，通过所述自由轮能在具有加速传动比的行星轮变速器（51）中将太阳轮（55）与行星架（22）连接。

15.根据权利要求14所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述多个- 档 位包括七个档位。

16.根据权利要求12所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中：

- 所述行星轮变速器（21）的变速器换档级（50）由（i）具有加速的总传动比的第一行星轮变速器（51）和（ii）与该第一行星轮变速器串联连接的、具有减速的总传动比的第二行星轮变速器（52）形成。

17.根据权利要求16所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述第一行星轮变速器（51）是两级的行星轮变速器。

18.根据权利要求16所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述第二行星轮变速器是两级的行星轮变速器。

19.根据权利要求18所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述第二行星轮变速器以多级行星轮变速器的形式构造。

20.根据权利要求16所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，（iii）在所述变速器换档级（50）前面在输入侧连接有升速传动级（40），所述升速传动级具有行星轮变速器（41）或呈行星轮变速器（41）的形式，所述行星轮变速器（41）具有用于降低高的驾驶员转矩的加速传动比，和/或

（iv）所述变速器换档级（50）的两个串联连接的行星轮变速器（51，52）经由共同的齿圈（53）相互耦合。

21.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中，能经由操纵器组件实施档位变换，在所述操纵器组件中，为每个制动元件（66）配属地构造可控的操纵器，通过所述操纵器能将配属的制动元件（66）以可控的摩擦锁合的方式置入与配属给所述制动元件（66）的携动元件（64）的接合中。

22.根据权利要求21所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述可控的操纵器按照液压活塞的方式构造。

23.根据权利要求20所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中：

- 构造有用于产生马达转矩的电驱动装置（3），

- 所述电驱动装置（3）为了传递马达转矩能经由所述行星轮变速器（21）可控地耦合到所述输出元件（4）上，和/或

- 所述电驱动装置（3）具有空心轴马达，所述空心轴马达具有在输出侧的空心轴。

24.根据权利要求23所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中：

- 所述空心轴马达整体或至少以其空心轴布置为与所述曲柄轴（15）的旋转轴线（Y）、与所述行星轮变速器（21）、与所述行星轮变速器（21）的输入侧行星架（22）和/或与升速传动级（40）的太阳轮（43）同轴，和/或

- 所述空心轴间接地或者直接地与所述行星轮变速器（21）的输入侧行星架（22）和/或与所述升速传动级（40）的太阳轮（43）已耦合或可耦合。

25.根据权利要求23所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，

所述空心轴间接地经由马达减速变速器（30）与所述行星轮变速器（21）的输入侧行星架（22）和/或与所述升速传动级（40）的太阳轮（43）已耦合或可耦合。

26.根据权利要求23所述的驱动组件（80），

在所述驱动组件中，在所述电驱动装置（3）和所述行星轮变速器（21）之间构造有呈多级的直齿轮变速器（32-34）或渐开线齿轮变速器（36）形式的马达减速变速器（30）。

27.根据权利要求26所述的驱动组件（80），在所述驱动组件中，所述马达减速变速器具有塑料材料或由塑料材料制成。

28.根据权利要求23所述的驱动组件（80），

所述驱动组件具有中置马达驱动装置结构。

29.根据权利要求25所述的驱动组件（80），所述驱动组件包括共同的壳体（14），在所述壳体中接收有所述行星轮变速器（21）、调节驱动装置（60）、电驱动装置（3）、马达减速变速器（30）并且至少部分地接收有所述曲柄轴（15）。

30.根据权利要求1所述的驱动组件（80），其中，所述车辆（1）是电动骑行车。

31.根据权利要求1所述的驱动组件（80），其中，所述车辆（1）是电动自行车。

32.根据权利要求1所述的驱动组件（80），其中，所述车辆（1）是电动助力车。

33.能以肌力和/或以马达力驱动的车辆（1），具有：

- 至少一个车轮（9-1，9-2）和

- 根据权利要求1至32中任一项所述的驱动组件（80），用于驱动所述至少一个车轮（9-1，9-2）。

34.根据权利要求33所述的能以肌力和/或以马达力驱动的车辆（1），所述车辆是电动骑行车。

35.根据权利要求33所述的能以肌力和/或以马达力驱动的车辆（1），所述车辆是电动自行车。

36.根据权利要求33所述的能以肌力和/或以马达力驱动的车辆（1），所述车辆是电动助力车。

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