CN111683867B

CN111683867B - 动力系

Info

Publication number: CN111683867B
Application number: CN201980011891.1A
Authority: CN
Inventors: 亚瑟·德拉瓦
Original assignee: E2 Drives SA
Current assignee: E2 Drives SA
Priority date: 2018-02-16
Filing date: 2019-02-12
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2039-02-12
Also published as: JP2021513931A; WO2019158503A1; EP3752415B1; BE1026017B1; US11091225B2; JP7213256B2; EP3752415A1; CN111683867A; BE1026017A1; US20200407016A1

Abstract

本发明涉及一种用于脚踏车辆的动力系(1)。所述动力系(1)包括主输出板(3)和次级输出板(4)，该次级输出板经由第一自由轮(16)联接至底部托架(2)。底部托架(2)与主输出板(3)之间的联接通过可变形的传动元件(15)和周转齿轮系进行。

Description

动力系

技术领域

本发明涉及一种用于脚踏车辆的动力系，特别是用于自行车或电动自行车的动力系。

背景技术

文献WO2016/034574描述了一种自行车动力系，其由周转齿轮、曲柄轴、输出链轮齿盘、第一马达和第二马达组成。周转齿轮由圈形齿轮、太阳齿轮和行星架组成。

在该动力系中，行星架包括双行星齿轮，该行星架的制造、组装是复杂的并且价格昂贵。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于脚踏车辆的动力系，该动力系制造简单、轻质、坚固、紧凑且特别有效。

为此，本发明提供了一种用于脚踏车辆的动力系，该动力系包括：

·曲柄轴，该曲柄轴被布置成围绕第一旋转轴线旋转，

·主输出链轮齿盘，该主输出链轮齿盘被布置成驱动输出传动链条或皮带，

·第一马达，

·第二马达，

·周转齿轮，该周转齿轮包括第一输入元件、输出元件和太阳齿轮，

曲柄轴和第二马达经由第一输入元件连接至周转齿轮，以便形成周转齿轮的第一输入部，

第一马达经由太阳齿轮连接至周转齿轮，以便形成周转齿轮的第二输入部，

输出元件将周转齿轮连接至主输出链轮齿盘，以便形成周转齿轮的输出部，

其特征在于，

-主输出链轮齿盘、第一输入元件、输出元件和太阳齿轮被布置成围绕不同于第一旋转轴线的同一第二旋转轴线旋转，

-主输出链轮齿盘与输出元件成一体，并且

-动力系包括：

·次级输出链轮齿盘，该次级输出链轮齿盘被布置成围绕第一旋转轴线旋转并且与输出传动链条或皮带啮合，

·第一自由轮，该第一自由轮被布置成当曲柄轴沿正常踩踏方向旋转时防止次级输出链轮齿盘旋转得比曲柄轴慢，

·变速齿轮减速系统，该变速齿轮减速系统维持旋转方向以在曲柄轴与第一输入元件之间传递旋转。

在根据本发明的动力系中，主输出链轮齿盘、第一输入元件、输出元件和太阳齿轮的旋转轴线在空间上从曲柄轴的旋转轴线偏移。这使得太阳齿轮的尺寸与曲柄轴的直径无关。于是，这使得能够安装具有更小直径的太阳齿轮并因此提高加周转齿轮的速比。因此，能够在不使用双行星齿轮的情况下获得周转齿轮的足够的减速比。这使得动力系更易于制造、更易于安装并且更便宜。

根据本发明的动力系还使得能够在第一马达与输出链轮齿盘之间实现高减速比。实际上，该减速比取决于周转齿轮的减速比、曲柄轴与周转齿轮的第一输入部之间的齿轮减速比以及次级输出链轮齿盘与主输出链轮齿盘之间的齿数之比。

主输出链轮齿盘与输出元件的连接使得周转齿轮的输出能够在不降低速度的情况下驱动主输出链轮齿盘。这使得动力系的组装特别容易，并且使得动力系特别轻质和紧凑。另外，这形成了特别高的效率。

围绕与主输出链轮齿盘不同的轴线旋转的次级输出链轮齿盘围绕曲柄轴引导输出传动链条或皮带，以分散链条的下段和上段。因此，这确保了在传动链条或皮带的段至后轮之间存在足够的空间，以使车架的后基座通过。该后基座是车架的管，用于将后轮的附接点连接至中央马达的安装托架。优选地，次级输出链轮齿盘位于动力系的壳体的外部。

由于曲柄轴不同于第一输入元件的轴，因此在曲柄与第一输入元件之间存在第一齿轮减速装置。这减小了周转齿轮中的转矩，同时增加了周转齿轮的转速。结果，降低了周转齿轮的鲁棒性要求，并且可能使周转齿轮更轻。另外，周转齿轮的部件的更快旋转使其与较小的马达兼容，该较小的马达通常比较大的马达旋转得更快并且转矩更小。

第一自由轮被设计成允许将机械动力从曲柄轴传递至次级输出链轮齿盘。第一自由轮被布置、优选地被直接布置在曲柄轴与次级输出链轮齿盘之间。在锁定位置，曲柄轴直接驱动次级输出链轮齿盘。在自由位置，次级输出链轮齿盘可以比曲柄轴旋转得更快。自由轮的该位置使得能够实现动力系的特别低的第一齿轮比。

另外，在某些情况下，第一自由轮使得曲柄轴能够直接驱动次级输出链轮齿盘，该次级输出链轮齿盘继而对驱动后轮的输出传动链条或皮带进行驱动。于是，所有的踩踏动力经由次级输出链轮齿盘被直接传递至输出传动链条或皮带。因此，包括周转齿轮的传动系统的其余部分是空载的，从而允许高的机械效率。例如，如果关闭动力系的电气系统或者如果禁用动力辅助并且选择动力系的最低齿轮比，则会发生这种情况。

如果曲柄上的瞬时转矩超过某个阈值并且第一马达饱和在其最大转矩下，则次级输出链轮齿盘也可以传递部分动力。在该踏板输入的持续时间内，动力系的齿轮比的瞬时值减小，例如，如果设定的齿轮比低，则第一自由轮可以开始运作并驱动次级输出链轮齿盘，然后该次级输出链轮齿盘将骑车者的多余转矩传递至输出传动链条或皮带。当发生这种情况(当激活动力辅助时可能发生)时，输出传动链条或皮带一方面经由周转齿轮和主输出链轮齿盘并且另一方面经由次级输出链轮齿盘接收动力。次级输出链轮齿盘和第一自由轮的存在防止动力系的齿轮比小于1。

应当注意，动力系具有一种运作模式，其可以被称为“正常运作模式”，其中，总动力(其为两个马达的动力与骑车者的动力之和)被供应至主输出链轮齿盘。该主输出链轮齿盘经由输出传动链条或皮带将动力传递至后轮。这种运作模式是使用电动自行车的骑车者最常用的一种运作模式。

在根据本发明的动力系中，在曲柄轴与周转齿轮的第一输入部之间存在由维持旋转方向的变速齿轮减速系统进行的传动。该变速齿轮减速系统允许角速度的齿轮减速，这是特别令人关注的，因为曲柄的速度远低于电动马达的速度。

出于该文献的目的，正常踩踏方向是曲柄轴的与脚踏车辆的向前运动相对应的旋转方向。由于动力系中的联接，动力系的元件优选地各自具有对应于该正常踩踏方向的旋转方向。

根据本发明的动力系的不同特性允许该动力系的元件具有特别大的机械减速/齿轮减速比，同时保持相对较小的传动级数量。因此，动力系在保持尺寸小和重量轻的同时提供了优异的效率。

传动级数少优化了传动效率。另外，传动级数少还减小了动力系的元件之间的传动间隙，这可以提高动力系的控制精度。特别地，如果基于第二马达的速度来对第一马达进行速度控制，则该控制精度尤其有用。

动力系的优点在于，其允许将齿轮减速装置置于曲柄轴与周转齿轮的第一输入元件之间。这意味着周转齿轮的所有元件旋转得更快并且转矩更小。这减小了对这些元件的机械应力。

根据本发明的动力系的另一优点在于，其提供了连续可变的传动比。

优选地，主输出链轮齿盘和次级输出链轮齿盘直接或间接地与传动链条或皮带啮合，该传动链条或皮带驱动脚踏车辆的后轮。然而，在本发明的范围内，用于驱动输出传动链条或皮带的任何其他机构都是可能的。

优选地，动力系包括用于控制第一马达和第二马达的控制单元。

曲柄轴和次级输出链轮齿盘具有相同的旋转轴线的事实意味着曲柄轴不在输出传动链条或皮带的将主输出链轮齿盘连接至后轮的路径上。

优选地，第一旋转轴线和第二旋转轴线是平行的。优选地，第二马达的旋转轴线也平行于该第一旋转轴线和第二旋转轴线。

出于该文献的目的，两个连接或连结的元件可以直接或间接地进行连接或连结。这两个连接或连结的元件可以例如经由至少一个中间齿轮、皮带和/或辊而直接或间接地啮合。

出于该文献的目的，术语“输入”和“输出”应理解为意指动力链中的输入和输出。输入优选地是机械动力输入，并且输出优选地是机械动力输出。

出于该文献的目的，周转齿轮的比率是周转齿轮的减速比。在具有单个行星齿轮的周转齿轮的情况下，该比率是圈形齿轮的直径与太阳齿轮的直径之比。周转齿轮的比率在此优选地介于五至十之间。

出于该文献的目的，脚踏车辆可以例如是自行车、轻便摩托车、三轮车。

出于该文献的目的，“动力系的齿轮比”被定义为次级输出链轮齿盘的速度与曲柄轴的速度之间的比率。其也可以被称为“齿轮比参数”。该齿轮比参数是可以由骑车者经由控制界面手动地控制或者由控制单元基于其他参数自动计算出的参数。

出于该文献的目的，“被布置成围绕旋转轴线旋转”的元件优选地是关于该轴线基本上对称的元件。

出于该文献的目的，两个对象之间的“固定比率”是指它们的转速为恒定比率。

出于该文献的目的，“动力系的辅助级别”是指由电动辅助设备给予的动力相对于由骑车者给予的动力的一部分。可以将其计算为两个马达的组合的动力除以两个马达的组合的动力与骑车者的动力之和。其也可以被称为“辅助级别参数”。该辅助级别参数是可以由骑车者经由控制界面手动地控制或者由控制单元基于其他参数自动计算出的参数。

出于该文献的目的，角位置测量等于角速度测量。实际上，根据本发明的动力系优选地包括用于根据马达中的一个的角位置来确定该马达的角速度的装置。

出于该文献的目的，电流测量等于转矩测量。实际上，根据本发明的动力系优选地包括用于根据被供应至马达中的一个的电流来确定该马达的转矩的装置。

周转齿轮包括圈形齿轮、行星架和太阳齿轮。行星架包括行星齿轮。太阳齿轮也可以被称为内部太阳齿轮或太阳轮。圈形齿轮也可以被称为外部太阳齿轮。太阳齿轮和圈形齿轮优选地经由卫星齿轮连接。

优选地，行星架仅包括单行星齿轮。实际上，根据本发明的动力系避免使用双行星齿轮。

优选地，动力系包括一个或多个电池。

优选地，主输出链轮齿盘被固定至中空轴，该中空轴围绕第一马达的轴线布置并且与周转齿轮同轴。

优选地，次级输出链轮齿盘被附接至中空轴，该中空轴围绕曲柄轴布置并且与曲柄轴同轴。

主输出链轮齿盘可以被称为“第一输出链轮齿盘”，并且次级输出链轮齿盘可以被称为“第二输出链轮齿盘”。

曲柄轴与第一输入元件之间的传动是经由传动机构进行的，使得第一输入元件沿与曲柄轴相同的方向旋转。

优选地，主输出链轮齿盘和次级输出链轮齿盘经由输出传动链条或输出传动皮带连接至脚踏车辆的后轮。

曲柄轴的旋转是由使用脚踏车辆的骑车者的踩踏运动引起的。使用将曲柄轴用作输入部的周转齿轮允许改变曲柄轴的旋转与主输出链轮齿盘的旋转以及次级输出链轮齿盘的旋转之间的齿轮比。

优选地，马达的控制是反馈控制，也称为闭环控制。

根据本发明的动力系可以运作为后踏板制动器，该后踏板制动器允许回收制动能量以给电池充电。优选地，动力系于是被布置成使得后轮能够驱动链条以将运动传递至主输出链轮齿盘。例如，这可以通过将后轮的小齿轮安装在后轮的轮毂上的固定位置来实现。因此，如果脚踏车辆正在下坡，则链条在驱动主输出链轮齿盘的同时自旋。这将导致第一马达和/或曲柄沿对应于正常踩踏方向的方向旋转。如果骑车者想要刹车，则他可以向后操作曲柄，即沿与正常踩踏方向相反的方向操作曲柄。曲柄的位置可以通过第二马达的角位置测量元件、例如借助于第二传感器来确定。优选地，于是第二马达不受控制单元的控制。优选地，第一马达是转矩或电流控制的，其中负转矩设定点对应于马达充当发电机的事实。该负转矩设定点优选地与由曲柄形成的负角度成比例。当骑车者向后操作曲柄时，该角度的测量值被设定为零。因此，当骑车者使曲柄向后移动时，第一马达开始制动自行车。骑车者感受到与第一马达的制动转矩成比例的趋于使曲柄向前移动的转矩。因此，这是一个稳定的系统。骑车者越向后推动，第一马达的制动就越多。如果骑车者释放曲柄上的向后压力，则曲柄将向前移动并且第一马达将停止制动自行车。如果主输出链轮齿盘连接至行星架，则该行星架充当差速器。因此，这趋于使第一马达沿对应于正常踩踏方向的方向转动。于是，第一马达被控制为类似于发电机以制动自行车并因此将电能传递至电池。该系统可以例如通过后踏板而被激活，类似于鱼雷系统(torpedo system)。根据由骑车者施加的后踩踏力可以控制制动的动力并因此控制供应至电池的能量的量。

在本发明的第一实施例中，第一输入元件是周转齿轮的圈形齿轮，并且输出元件是周转齿轮的行星架。

根据该实施例的优选示例，曲柄轴以一固定比率连接至圈形齿轮；第二马达的转子以一固定比率连接至圈形齿轮；第一马达的转子以一固定比率连接至太阳齿轮；圈形齿轮形成周转齿轮的第一输入部，并且太阳齿轮形成周转齿轮的第二输入部；行星架形成周转齿轮的输出部；行星架与主输出链轮齿盘成一体。更优选地，第一马达的转子与太阳齿轮成一体。

在本发明的第二实施例中，第一输入元件是周转齿轮的行星架，并且输出元件是周转齿轮的圈形齿轮。

根据该实施例的优选示例，曲柄轴以一固定比率连接至行星架；第二马达的转子以一固定比率连接至行星架；第一马达的转子以一固定比率连接至太阳齿轮；行星架和太阳齿轮形成周转齿轮的两个输入部；圈形齿轮形成周转齿轮的输出部，圈形齿轮以一固定比率连接至主输出链轮齿盘。更优选地，第一马达的转子与太阳齿轮成一体。

在本发明的实施例中，维持旋转方向的变速齿轮减速系统包括可变形的传动元件，例如链条或皮带。

出于该文献的目的，可变形的传动元件可以是例如柔性的皮带。该可变形的传动元件可以是优选地由柔性材料制成并且优选地在其内表面上带有齿或凹口的皮带。该可变形的传动元件也可以是链条。

与使用齿轮相比，使用可变形的传动元件还使得能够减小传动装置中的公差裕度，即间隙。

优选地，保持旋转方向的变速齿轮减速系统是可变形的传动元件、双齿轮级或其中一个齿轮具有内齿部的齿轮，因为在这些传动系统中的每一个中，输入部的旋转方向与输出部的旋转方向相同。

与齿轮传动不同，借助于可变形的传动元件进行的传动使得对旋转元件之间的中心距离的选择留在了两端。这给予了很多设计自由。还使得能够在曲柄轴与周转齿轮的第一输入部之间实现大的齿轮减速比，而不增加系统的尺寸。该高的齿轮减速比允许选择直径相对小的曲柄轴，这减轻了动力系的重量。该高的齿轮减速比还减小了电动马达的尺寸。这增加了曲柄轴与第一输入元件之间的齿轮减速比，而不增加动力系的尺寸。

另外，使用可变形的传动元件来将曲柄轴的速度降低至周转齿轮的第一输入部导致曲柄轴与周转齿轮的轴线之间的距离特别大。这使得能够增加周转齿轮的圈形齿轮的尺寸，以增加其比率。增加周转齿轮的比率的目的在于增加两个电动马达的速度，并因此减小这些马达的尺寸。这减小了动力系的重量和体积。按照这种方式，能够减小两个电动马达的直径，从而允许将两个马达定位在动力系的同一侧上。

可变形的传动元件使曲柄与可能由电动马达或传动装置引起的振动隔离。这缓冲了由骑车者的脚部感受到的振动，从而提高舒适度。

在本发明的实施例中，第二马达通过单级减速机构连接至周转齿轮的第一输入元件。例如，第二马达的转子可以直接与第一输入元件啮合。这限制了损失和齿轮间隙。

在本发明的一个实施例中，第一马达与太阳齿轮成一体。

在本发明的一个实施例中，第一马达和第二马达位于周转齿轮的同一侧上。这种设计使得能够减小动力系的体积并有利于组装，因为两个马达因此靠近同一电子板，两个马达均可以连接到该电子板。优选地，马达位于动力系的与输出链轮齿盘相对的一侧上。

在本发明的一个实施例中，动力系进一步包括：

·第一马达的角位置测量元件，

·第二马达的角位置测量元件，

·第一马达的电流测量元件，

·第二马达的电流测量元件，

·控制单元，该控制单元连接至第一马达、第二马达并且被布置成基于第一马达的角位置、第二马达的角位置、第一马达的电流和第二马达的电流来控制第一马达和第二马达，控制单元被布置成根据电流或转矩控制来控制第二马达并且根据角位置或角速度控制来控制第一马达。

在本发明的实施例中，第一马达的作用是控制动力系的齿轮比。该第一马达的功能之一是提供给定的传动比。该传动比是曲柄轴的角速度与次级输出链轮齿盘的角速度之间的比率。例如，该传动比可以基于由脚踏车辆的使用者提供的齿轮比参数来确定或者由控制单元确定，以便向骑车者提供自动齿轮变速。这种确定可以特别地由齿轮变速算法执行。第一马达优选地以角位置或角速度进行控制，例如经由控制第一马达的控制单元进行控制，使得遵守角位置或角速度设定点。

在本发明的实施例中，第二马达的作用是管理动力系的适当的辅助级别。该第二马达的功能之一是通过对曲柄增加转矩来辅助骑车者的移动。优选地，辅助级别由控制单元尤其基于辅助级别参数来确定。辅助级别参数可以由使用者确定或者由动力系的控制单元自动地确定。优选的是，辅助级别与动力系的齿轮比无关。第二马达优选地以电流或转矩进行控制，例如经由控制第二马达的控制单元进行控制，使得满足电流或转矩设定点。

优选地，控制单元电连接至第一马达的角位置测量元件、第二马达的角位置测量元件、第一马达的电流测量元件以及第二马达的电流测量元件。

应当注意，位置控制与速度控制之间没有根本区别，因为这两个值之间存在直接的数学关系。角速度是角位置的时间导数。例如，控制马达以固定不变的角速度运行就像控制马达遵循随时间线性变化的角位置一样。

例如，在第一实施例中，可以下述方式进行对第一马达和第二马达的控制。

自行车的后轮的角速度ω_R与次级输出链轮齿盘的角速度ω_plat成比例：

ω_R＝R_R.ω_plat

其中，R_R是自行车的后轮的角速度与次级输出链轮齿盘的角速度之间的传动比。

次级输出链轮齿盘的角速度由下式给出。

其中，R_out是次级输出链轮齿盘与主输出链轮齿盘之间的齿数的比率，R_C是曲柄轴与圈形齿轮之间的齿轮减速比，ω_M1是第一马达的角速度，ω_ped是曲柄的角速度，并且R是周转齿轮的比率。

曲柄角速度可以根据第二马达的所测得的角速度

来确定为如下。

其中，R_M2是第二马达与圈形齿轮之间的减速比。R_M2优选地介于5至15之间。

控制单元使用齿轮比参数GC(齿轮系数)和第二马达的所测得的角速度

来确定被施加在第一马达上的角速度设定点

使得当GC参数是固定不变的时，后轮的角速度与曲柄的角速度成比例。通过组合等式，可以获得：

因此是施加在第一马达上的角速度设定点。按照相同的方式，能够通过对第一马达分配一位置设定点(其仅为该速度设定点

的积分)来控制第一马达就位。

周转齿轮的转矩等式给出如下：

其中，C_M1是第一马达的转矩，C_cour是圈形齿轮的转矩，并且C_PS是行星架的转矩。

已知曲柄的转矩和第二马达的转矩被添加在圈形齿轮处，能够根据在第一马达上测量的转矩C_M1和在第二马达上测量的转矩C_M2来计算曲柄的转矩C_ped。

C_ped＝R_c.(C_M1.R-C_M2.R_M2)

像大多数脚踏车辆的动力系一样，这消除了对转矩传感器的需求。

可以考虑辅助级别参数AF(辅助因数)例如等于由电动马达供应的动力与供应至主输出链轮齿盘的总动力的比率。

由于考虑到动力等于转矩乘以角速度，因此能够基于第一马达的转矩C_M1由以下等式确定足以达到所需的辅助级别参数的第二马达的转矩。

因此是施加在第二马达上的转矩或电流设定点。

如上所述，第一马达的速度控制对传动间隙非常敏感。实际上，太阳齿轮与周转齿轮的第一输入部的同步是经由与动力系的齿轮比成比例的某个倍增系数完成的。经由第一马达的角位置传感器已知太阳齿轮的瞬时角位置。周转齿轮的第一输入部的角位置根据由第二马达的角位置传感器读取的角位置得出。因此，优选的是，限制第二马达与周转齿轮的第一输出部之间的传动间隙。因此，优选的是，在第二马达与周转齿轮的第一输入部之间仅具有一个减速级，以便减小传动间隙。类似地，周转齿轮组的第一输入部的位置受到第一输入部与曲柄轴之间的传动间隙的影响。应当注意，使用诸如为有齿的带的可变形的传动元件也大大减小了传动间隙。

在本发明的实施例中，控制单元被布置成确定电流或转矩设定点并且将所述电流或转矩设定点施加在第二马达上，电流或转矩设定点被确定为与由第一马达的电流测量元件获得的第一马达的转矩或电流直接成比例并且取决于动力系的齿轮比参数(GC)和动力系的辅助级别参数(AF)。

在本发明的实施例中，曲柄轴和第一输入元件被连接，使得第一输入元件比曲柄轴旋转得更快。这实现了齿轮减速。由于转矩较低，因此周转齿轮几乎不经受机械应力。另外，这增大了周转齿轮的元件的转速，这使得能够使用旋转得更快并因此尺寸更小的电动马达。

在本发明的一个实施例中，主输出链轮齿盘的直径小于次级输出链轮齿盘的直径。次级输出链轮齿盘的直径例如可以为主输出链轮齿盘的直径的1.5倍至3倍大。

在本发明的实施例中，第二马达连接至第一输入元件，使得第一输入元件比第二马达的转子旋转得更慢。这使得能够减小转矩并增加第二马达的转子的转速，从而使第二马达的尺寸最小化。

在本发明的实施例中，动力系进一步包括印刷电路板，并且第一马达的角位置测量元件包括第一传感器，第二马达的角位置测量元件包括第二传感器，第一传感器和第二传感器优选地被布置在印刷电路板上。印刷电路板优选地是平坦的。

在本发明的实施例中，动力系进一步包括第二自由轮，该第二自由轮被布置成防止第二马达沿与脚踏车辆的向前移动相对应的旋转方向驱动曲柄轴。

本发明进一步提供了一种脚踏车辆，其包括：

·根据本发明的实施例之一的动力系，

·轮子，以及

·输出传动链条或皮带，该输出传动链条或皮带与主输出链轮齿盘、次级输出链轮齿盘和轮子的小齿轮啮合。

该轮子优选地是脚踏车辆的后轮。另外，脚踏车辆可以包括与输出传动链条或皮带接合的张紧辊，以改善输出驱动链条或皮带的张力。

附图说明

当阅读下面的详细描述时，本发明的其他特征和优点将显现，为了理解本发明的其他特征和优点，应当参考附图，在附图中：

-图1示出了本发明的第一实施例的第一变体的示意性截面；

-图2示出了本发明的第一实施例的第二变体的示意性截面；

-图3非常示意性地示出了根据本发明的实施例的动力系的内部运动链；

-图4示出了根据本发明的实施例的动力系以及向脚踏车辆的后轮的传动部的侧视图；

-图5示出了根据本发明的使动力辅助平稳的第一方法；以及

-图6示出了防止传动打滑的方法，该方法可以应用于根据本发明的动力系。

具体实施方式

通过特定实施例并参考附图对本发明进行描述，但本发明不限于此。所描述的图示或附图仅为示意性的并且为非限制性的。

对于该文献的意图，术语“第一”和“第二”仅用于区分不同元件而并不暗指这些元件之间的顺序。

在附图中，相同或相似的元件可以具有相同的附图标记。

图1示出了本发明的第一实施例的第一变体的示意性截面。

动力系1包括具有相同旋转轴线的曲柄轴2和次级输出链轮齿盘4。该轴线可以被称为第一旋转轴线30。优选地，曲柄轴2附接至两个曲柄18。优选地，动力系1包括壳体19。

动力系1包括主输出链轮齿盘3，该主输出链轮齿盘优选地在行星架6的一端处附接至行星架6，以便与行星架6一起旋转。

动力系1还包括附接至次级输出中空轴25的次级输出链轮齿盘4，该次级输出中空轴穿过壳体19的侧壁。次级输出中空轴25被安装在围绕曲柄轴2的轴承中。第一自由轮16应被安装在曲柄轴2与次级输出中空轴25之间，使得当沿正常踩踏方向致动曲柄轴2时，次级输出链轮齿盘4不能以低于曲柄轴2的速度进行旋转。

动力系1包括第一马达40和第二马达50。第一马达40包括定子46和转子47，该转子优选地包括磁体48。转子47被布置成围绕第二旋转轴线31旋转。转子47的转矩经由转子43的轴被传递至太阳齿轮5。第二马达50包括定子56和转子57，该转子优选地包括磁体58。转子57被布置成围绕第三旋转轴线32旋转。转子57的转矩经由转子53的轴被传递至小齿轮12。

第一自由轮16的功能在于，即使马达40、50未通电，也能够将完全的机械动力从曲柄轴2传递至传动链条23。在锁定位置，自由轮16使曲柄轴2与次级输出链轮齿盘4成一体，而在自由位置，当沿正常踩踏方向致动曲柄轴2时，输出链轮齿盘4比曲柄轴2更快地自由旋转。

动力系1优选地包括第一马达40的电流测量元件和第二马达50的电流测量元件。

此外，动力系1优选地包括控制单元，该控制单元优选地附接至印刷电路板20。印刷电路板20优选地垂直于第二旋转轴线31和第三旋转轴线32定位。

优选地，第一测量磁体42附接至第一马达40的轴43的一端，并且第二测量磁体52附接至第二马达50的轴53的一端。

优选地，第一传感器41附接至印刷电路板20并大致与第二旋转轴线31成一直线。第一传感器41和第一测量磁体42是第一马达40的转子47的角位置测量元件的一部分。

优选地，第二传感器51附接至印刷电路板20并大致与第三旋转轴线32共线。第二传感器51和第二测量磁体52是第二马达50的转子57的角位置测量元件的一部分。

控制单元基于第一马达40的角位置、第二马达50的角位置、第一马达40的电流和第二马达50的电流来控制第一马达40和第二马达50，这些信息已经通过测量元件供应给该控制单元。

控制单元以电流或转矩控制第二马达50。控制单元以角位置或角速度控制第一马达40。

动力系1包括周转齿轮，该周转齿轮包括第一输入元件、输出元件和太阳齿轮5。

动力系1进一步包括可变形的传动元件15，例如链条或皮带，用于在曲柄轴2与第一输入元件之间传递旋转。该可变形的传动元件15形成维持旋转方向的变速齿轮减速系统。

在图1和图2中示出的本发明的第一实施例中，第一输入元件是圈形齿轮9，并且输出元件是行星架6。优选地，行星架6包括至少一个卫星齿轮8，该至少一个卫星齿轮被布置成围绕行星齿轮轴7旋转。优选地，圈形齿轮9经由其内齿部10与至少一个行星齿轮8啮合。优选地，太阳齿轮5与至少一个行星齿轮8啮合。

在本发明的一个实施例中，第一齿轮13与曲柄轴2成一体。第一齿轮13通过可变形的传动元件15连接至第二齿轮14。第二齿轮14与圈形齿轮9成一体。优选地，第一齿轮13具有比第二齿轮14大的直径，以便增加相对于曲柄轴2的转速的转速。例如，第一齿轮13的直径可以为第二齿轮14的直径的1.5倍至3倍大。

在正常运行模式下，根据本发明的第一实施例的动力系1的功能如下。曲柄轴2和第二马达50驱动圈形齿轮9，曲柄轴2与圈形齿轮9之间通过可变形的传动元件15进行驱动。圈形齿轮9是周转齿轮的第一输入部。第一马达40驱动太阳齿轮5，该太阳齿轮是周转齿轮的第二输入部。圈形齿轮9和太阳齿轮5驱动行星架6，该行星架是周转齿轮的输出部。行星架6驱动主输出链轮齿盘3。主输出链轮齿盘的转速将等于圈形齿轮9的转速与太阳齿轮5的转速的加权和。因此，通过增加太阳齿轮5的转速，能够增加主输出链轮齿盘3的速度，从而保持曲柄轴2处的转速固定不变。因此，该动力系是连续可变传动装置(CVT)。

小齿轮12连接至第二马达50的转子57，使得该小齿轮与该转子57一起旋转。小齿轮12与圈形齿轮9的外齿部11直接啮合。小齿轮12的直径小于圈形齿轮9的直径，目的是与马达的转速相比降低转速。

太阳齿轮5连接至第一马达40的转子47，使得该太阳齿轮与该转子47一起旋转。

行星架6穿过壳体19的侧壁，使得附接至行星架6的主输出链轮齿盘3位于壳体19的外部。

当曲柄轴2沿正常踩踏方向旋转时，第一自由轮16防止次级输出链轮齿盘4旋转得比曲柄轴2慢。该自由轮16的目的在于，动力系的齿轮比不能小于1:1。在高踩踏转矩的情况下，第一自由轮16的该位置使得能够避免传动装置的其余部分中的高转矩。因此，动力系的某些部件不经受高转矩。以这种方式，当该动力系包括诸如为皮带的可变形的传动元件15时，尤其关注将周转齿轮和传动系统保持在曲柄轴2之间。

图2示出了动力系1的变体，其中，第二自由轮17被安装在曲柄轴2与第一齿轮13之间。该自由轮17的功能在于，当沿正常踩踏方向致动曲柄轴2时，防止第二马达50驱动曲柄轴2。

当沿正常踩踏方向致动曲柄轴2时，第二自由轮17驱动第一齿轮13，但是当沿正常踩踏方向致动曲柄轴2时，第一齿轮13不能驱动曲柄轴2。

添加第二自由轮17提供了更大的控制灵活性，因为该第二自由轮允许第二马达50在不操作曲柄轴2的情况下进行旋转。例如，这使得能够借助加速器来操作马达，而无需骑车者操作曲柄。

图3非常示意性地示出了根据本发明的实施例的动力系1的内部动力链。根据该动力链，骑车者经由踏板21向系统提供输入动力，从而经由曲柄18驱动曲柄轴2。与曲柄轴2成一体的第一齿轮13经由可变形的传动元件15驱动圈形齿轮9，使得该圈形齿轮旋转得比曲柄轴2快。与第二马达(在该简化图中未示出)的转子57成一体的小齿轮12以一固定比率连接至圈形齿轮9。圈形齿轮9是周转齿轮的第一输入部。与第一马达(在该简化图中未示出)的转子47成一体的太阳齿轮5是周转齿轮的第二输入部。太阳齿轮5和圈形齿轮9借助于包括至少一个行星齿轮8的行星架6连接在一起。一个或多个行星齿轮8由行星架6的轴7保持并能够自由旋转。行星架6是周转齿轮的输出部。

图3中的箭头示出了在动力系1的正常运作期间各个部件的旋转方向。为了简化和清晰显示图3中的图，不同的传动部件(轮子、小齿轮、皮带)均显得平滑并且可能建议进行摩擦传动。当然，这并不排除使用齿状齿来制造齿轮或有齿的带。

图4示出了本发明的实施例的脚踏车辆的侧视图：动力系1、输出传动链条23、后轮小齿轮24和张紧辊22。输出传动链条23包括上段23a、下段23b和中间段23c。中间段23c是输出传动链条23的在主输出链轮齿盘3与次级输出链轮齿盘4之间的一部分。

张紧辊22的功能是当传动装置处于负载状态时去除输出传动链条或皮带23中的松弛。该张紧辊允许中间段23c保持拉紧。该张紧辊22可以被整合到动力系1中或附接至脚踏车辆的车架上。该张紧辊被定位成使得其与下段23b接触。还可能考虑在不具有张紧辊22的情况下进行静态操作。

在动力系1的正常运行模式下，主输出链轮齿盘3驱动输出传动链条或皮带23。次级输出链轮齿盘4优选地与主输出链轮齿盘3啮合在同一传动链条23上并以比曲柄轴2更高的速度旋转。次级输出链轮齿盘4借助于第一自由轮16从曲柄轴2脱离。次级输出链轮齿盘4的第一功能是围绕曲柄轴2引导传动链条23，从而增加链条上段23a与链条下段23b之间的距离。按照这种方式，在将推进系统安装在自行车车架上的情况下，有足够的空间使车架的右后基座穿过。该右后车架基座是将后轮附接点连接至动力系安装托架的车架管。该右后车架基座在图4中未示出。

在与动力系1的正常运作模式不同的一些特定运作模式下，第一自由轮16锁定并防止次级输出链轮齿盘4旋转得比曲柄轴2慢。在这种情况下，次级输出链轮齿盘4全部或部分地驱动输出传动链条23，并因此也驱动主输出链轮齿盘3。如果关闭了电气系统和/或停用了动力辅助装置并且选择了动力系1的最低齿轮比(由使用者或由控制系统选择)，则骑车者的所有动力将经由次级输出链轮齿盘4传递至传动链条23。因此，传动装置的其余部分是空载的，并且传动装置的机械效率较高。

如果骑车者的瞬时转矩超过某个阈值并且第一马达40饱和在其最大转矩下，则次级输出链轮齿盘4也可以在动力系1的正常运作期间传递部分动力。在踩下踏板21的持续时间内，动力系的齿轮比的瞬时值将减小，并且如果程序化的齿轮比较低，则第一自由轮16可以激活并驱动次级输出链轮齿盘4，该次级输出链轮齿盘将骑车者的多余转矩传递至传动链条23。次级输出链轮齿盘4和第一自由轮16的相互作用防止动力系的齿轮比达到小于1的值。

图5中示出了根据本发明的使动力辅助平稳的第一方法。该第一方法涉及通过对由第二马达给予的推力进行随时间的转移来使由两个电动马达提供的转矩平稳。图5中的曲线图以转矩101关于曲柄角度102的曲线图示出了使用者的转矩103、第一马达的转矩104以及第二马达的转矩105。使用者经由曲柄18传递其施加至曲柄轴2的力，这在曲柄轴2中引发往复转矩。当两个曲柄中的一个接近于水平时，由使用者提供的转矩最大。优选地调节第一马达40来以某一转速运作，该转速与曲柄40的曲柄角速度的速度成比例。当使用者在两个曲柄18中的一个上施加推力时，曲柄加速，从而引起第一马达40的角位置的延迟。该第一马达通过增加其转矩来校正该延迟。因此，由骑车者所提供的转矩以及由第一马达40所提供的转矩相对同相。

本发明提出了对施加在第二马达50上的转矩进行相移，以便填充第一马达40的转矩谷段，从而使供应至后轮的总转矩平稳。这稳定了调节、提高了效率、减小了传动装置中的应力并且允许减小第一马达40的尺寸。为了实现这种平稳方法，例如能够根据曲柄的角位置来转移或过滤在第一马达40上测得的电流信号，从而引起被施加在第二马达50上的转矩的转移。

图6示出了防止传动打滑的方法，该方法可以应用于根据本发明的动力系。图6中的曲线图以转矩101关于曲柄角度102的曲线图示出了使用者的转矩103、第一马达的转矩104以及第二马达的转矩105。人们能够在较短的时间段内在低踩踏速度下在曲柄中提供高的转矩值。由于施加至曲柄的转矩直接与第一马达40相反地传递(根据周转齿轮的转矩定律)，这意味着第一马达40必须快速地传递大量转矩，并因此消耗大量电流以便遵循其位置设定点。为了限制能量消耗并保护第一马达40的绕组以及齿轮，本发明提出了限制由所述第一马达40传递的最大转矩。该限制的缺点为当第一马达40饱和在其最大转矩(电流限制)下时，该第一马达将不再能够适当地遵循其位置伺服设定点，这将产生打滑感觉，在该打滑感觉期间骑车者将感觉其齿轮比在过度的踏板推力的短暂时刻期间下降。因此，动力系被布置成对第二马达50的电流或转矩设定点应用延迟，使得第二马达50的辅助峰值与第一马达40的转矩谷段同相。

由本发明提出的防打滑方法包括当骑车者在踏板上施加过大的推力时，将第二马达50用作发电机，以制动骑车者的运动。在该过大的推力期间，实际的电动辅助级别将降低，但是第一马达40将能够遵循其角位置设定点并因此遵循设定点齿轮比。图6示出了由使用者提供的转矩快速增大并到达高的值的情形。根据本发明的方法减小了第二马达50的设定点电流(并因此减小转矩)，并且甚至在短时间内施加负电流(负转矩)，以允许第一马达40在不提供过度转矩的情况下最大程度地遵循其角位置设定点。在第二马达50制动曲柄的时段期间，由第二马达50供应的电流可以为电池供电或者被供应至第一马达40。图6中用阴影表示该再发电区。因此，动力系被布置成使得当第一马达40不再能够遵循其角位置设定点时，将第二马达50的电流或转矩设定点降低至负电流值或负转矩值。

应当注意，根据本发明的动力系的布置与文献WO2013/160477中或文献WO2016/034574中描述的动力系变体兼容，或者与其他已知的动力系变体兼容。

换句话说，本发明涉及一种用于脚踏车辆的动力系1。动力系1包括主输出链轮齿盘3和次级输出链轮齿盘4，该次级输出链轮齿盘通过第一自由轮16联接至曲柄轴2。曲柄轴2与主输出链轮齿盘3之间的联接经由可变形的传动元件15和周转齿轮进行。

已经结合特定实施例描述了本发明，这些特定实施例是完全说明性的并且不应被视为是限制性的。通常，本发明不限于上文所示出和/或所描述的示例。动词“含有”、“包含”、“包括”或任何其他变体及其词形变化的使用绝不排除存在除所提及的元件之外的元件。使用不定冠词“一个”或定冠词“该”来引入不排除存在多个这种元件的元件。权利要求中的附图标记不限制其范围。

Claims

1.一种用于脚踏车辆的动力系(1)，所述动力系包括：

·曲柄轴(2)，所述曲柄轴被布置成围绕第一旋转轴线(30)旋转，

·主输出链轮齿盘(3)，所述主输出链轮齿盘被布置成驱动输出传动链条或皮带(23)，

·第一马达(40)，

·第二马达(50)，

·周转齿轮，所述周转齿轮包括第一输入元件、输出元件和太阳齿轮(5)，

所述曲柄轴(2)和所述第二马达(50)经由所述第一输入元件连接至所述周转齿轮，以便形成所述周转齿轮的第一输入部，

所述第一马达(40)经由所述太阳齿轮(5)连接至所述周转齿轮，以便形成所述周转齿轮的第二输入部，

所述输出元件将所述周转齿轮连接至所述主输出链轮齿盘(3)，以便形成所述周转齿轮的输出部，

其特征在于，

-所述主输出链轮齿盘(3)、所述第一输入元件、所述输出元件和所述太阳齿轮(5)被布置成围绕不同于所述第一旋转轴线(30)的同一第二旋转轴线(31)旋转，

-所述主输出链轮齿盘(3)与所述输出元件成一体，并且

-所述动力系(1)包括：

·次级输出链轮齿盘(4)，所述次级输出链轮齿盘被布置成围绕所述第一旋转轴线(30)旋转并且与所述输出传动链条或皮带(23)啮合，

·第一自由轮(16)，所述第一自由轮被布置成当所述曲柄轴(2)沿正常踩踏方向旋转时防止所述次级输出链轮齿盘(4)旋转得比所述曲柄轴(2)慢，

·变速齿轮减速系统，所述变速齿轮减速系统维持旋转方向以在所述曲柄轴(2)与所述第一输入元件之间传递旋转。

2.根据权利要求1所述的动力系(1)，其中，所述第一输入元件是所述周转齿轮的圈形齿轮(9)，并且所述输出元件是所述周转齿轮的行星架(6)。

3.根据权利要求1所述的动力系(1)，其中，所述第一输入元件是所述周转齿轮的行星架(6)，并且所述输出元件是所述周转齿轮的圈形齿轮(9)。

4.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，其中，维持旋转方向的所述变速齿轮减速系统包括可变形的传动元件(15)。

5.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，其中，所述第二马达(50)通过单级减速机构连接至所述周转齿轮的所述第一输入元件。

6.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，其中，所述第一马达(40)与所述太阳齿轮成一体。

7.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，其中，所述第一马达(40)和所述第二马达(50)位于所述周转齿轮的同一侧上。

8.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，所述动力系进一步包括：

·所述第一马达(40)的角位置测量元件，

·所述第二马达(50)的角位置测量元件，

·所述第一马达(40)的电流测量元件，

·所述第二马达(50)的电流测量元件，

·控制单元，所述控制单元连接至所述第一马达(40)、所述第二马达(50)并且被布置成基于所述第一马达(40)的角位置、所述第二马达(50)的角位置、所述第一马达(40)的电流和所述第二马达(50)的电流来控制所述第一马达(40)和所述第二马达(50)，所述控制单元被布置成根据电流或转矩控制来控制所述第二马达(50)并且根据角位置或角速度控制来控制所述第一马达(40)。

9.根据权利要求8所述的动力系(1)，其中，所述控制单元被布置成进一步依靠齿轮比参数来控制所述第一马达。

10.根据权利要求9所述的动力系(1)，其中，所述控制单元被布置成确定角速度设定点并且将所述角速度设定点施加在所述第一马达(40)上，所述角速度设定点被确定为与由所述第二马达(50)的角位置测量元件获得的所述第二马达(50)的角速度直接成比例，并且与所述齿轮比参数成比例。

11.根据权利要求8所述的动力系(1)，其中，所述控制单元进一步基于所述动力系的齿轮比参数和辅助级别参数来控制所述第二马达(50)。

12.根据权利要求11所述的动力系(1)，其中，所述控制单元被布置成确定电流或转矩设定点并且将所述电流或转矩设定点施加在所述第二马达(50)上，所述电流或转矩设定点被确定为与由所述第一马达(40)的电流测量元件获得的所述第一马达(40)的转矩或电流直接成比例并且取决于所述动力系的齿轮比参数和所述动力系的辅助级别参数。

13.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，其中，所述曲柄轴(2)和所述第一输入元件被连接，使得所述第一输入元件比所述曲柄轴(2)旋转得更快。

14.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，其中，所述主输出链轮齿盘(3)的直径比所述次级输出链轮齿盘(4)的直径小。

15.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，其中，所述第二马达(50)连接至所述第一输入元件，使得所述第一输入元件比所述第二马达(50)的转子旋转得更慢。

16.根据权利要求1或2所述的动力系(1)，所述动力系进一步包括第二自由轮(17)，所述第二自由轮被布置成防止所述第二马达(50)沿与所述脚踏车辆的向前移动相对应的旋转方向驱动所述曲柄轴(2)。

17.根据权利要求4所述的动力系(1)，其中，所述可变形的传动元件是链条或皮带。

18.一种脚踏车辆，所述脚踏车辆包括：根据权利要求1或2所述的动力系(1)；轮子；以及输出传动链条或皮带，所述输出传动链条或皮带与主输出链轮齿盘(3)、次级输出链轮齿盘(4)以及所述轮子的小齿轮啮合。