專利名稱：尤其用于兩輪車的電動的驅動機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種尤其用于驅動用踏板運行的車輛比如兩輪車的電動的驅動機構。
背景技術：
對于兩輪車尤其自行車或所謂的電動踏板車(Pedelecs)(具有電氣的輔助馬達的自行車)的驅動來說，以往知道電動的驅動裝置，所述電動的驅動裝置用獨立于踏板鏈條的驅動鏈條驅動著兩輪車的后輪。這樣的電動的驅動裝置比如安裝在兩輪車的書包架上，使得所述驅動鏈條在側面從后輪的旁邊經過。作為替代方案，這樣的電動的驅動裝置也可以安裝在前叉上并且驅動著前輪。對于兩輪車來說，在這期間常見的是，將后輪有彈性地與兩輪車的車架連接起來， 使得支撐著相應的后輪的后輪叉以能夠有彈性地回轉運動的方式固定在兩輪車的車架上。 回轉軸線沿水平方向相對于后輪的旋轉軸線錯移地布置在踏板軸的附近，所述踏板軸支撐著踏板單元，通過所述踏板單元兩輪車的駕車人可以通過自身的力來驅動著兩輪車。后輪叉的回轉軸線靠近踏板車，這結合傳統的用于換擋的鏈條張緊器保證踏板鏈條可靠地安放在齒輪上。這樣的布置結構不適合于設置在后輪上方安裝在書包架上的電氣的驅動裝置， 因為后輪的沿垂直方向的偏移使這樣的布置結構的實現變得困難。在用電動的驅動裝置來驅動前輪時，按行駛狀況尤其在轉彎行駛的過程中出現驅動力矩的變化時會出現危險的狀況，在所述危險的狀況中兩輪車的駕車人再也無法控制兩輪車并且由此存在著較高的事故危險。此外知道同軸的驅動裝置，所述同軸的驅動裝置通過多級的行星齒輪變速器直接或者說用自由輪作用于傳統的鏈條驅動裝置。但是在這些情況中必須在踏板軸上設置自由輪，實現這一點通常比較麻煩并且這一點不允許使用以往的踏板軸。此外，傳統的用于用踏板運行的車輛的驅動裝置在電機內部的位置傳感器的基礎上設置了所述電機的換向。這樣的位置傳感器的實現比較麻煩并且尤其與電機控制儀之間的額外的布線對驅動系統的可靠性來說隱藏著風險。此外，通常規定，只有轉矩通過駕車人施加到踏板上時才激活通過電機進行的行駛支持。為此一般設置了麻煩的踏板轉矩傳感器，該踏板轉矩傳感器同樣降低了整個系統的可靠性。

發明內容
本發明的任務是，提供一種用于用踏板運行的車輛尤其兩輪車的電動的驅動裝置，該驅動裝置可以與后輪的彈動的能夠回轉運動的支承結構一起使用并且可以與傳統的
踏板單元一起使用。此外，本發明的任務是，降低所述驅動裝置中的所使用的傳感器的數目。該任務通過按權利要求1所述的用于車輛的電動的驅動裝置并且通過按并列的權利要求所述的用踏板運行的車輛得到解決。
其它有利的設計方案在從屬權利要求中得到說明。按照第一方面，設置了尤其用于用踏板運行的車輛的驅動裝置。該驅動裝置包括
-具有踏板軸的踏板機構，所述踏板軸支撐著用于與驅動輪相耦合的第一耦合單元，驅動輪與所述踏板軸同軸布置；
-具有旋轉的電機的電動的驅動機構，所述電機的轉子以圍繞著所述踏板軸同軸并且能夠關于所述踏板軸進行旋轉運動的方式來布置，其中所述電機的轉子與同所述第一耦合單元分開的用于與所述驅動輪相耦合的第二耦合單元相耦合，用于通過所述第二耦合單元來傳輸由所述電機提供的驅動力矩。上述驅動裝置的構思在于，將所述電動的驅動裝置如此與所述包括踏板軸和第一耦合單元的踏板機構組合起來，從而可以以特別簡單的方式比如通過鏈條驅動裝置將所述電動的驅動機構與驅動輪連接起來。通過將所述第二耦合單元設置在踏板軸的附近或者甚至關于踏板軸來同軸設置所述第二耦合單元，由此可以以能夠有彈性地圍繞著回轉軸線進行回轉運動的方式將驅動輪支承在所述驅動裝置的附近，而未設置額外的用于使所述驅動裝置與相應的驅動輪轂耦合起來的措施，因為驅動鏈條的回轉軸線和踏板鏈條的(后輪叉) 的回轉軸線基本上相同或者彼此靠得較近。通過上述的電動的驅動裝置，可以為踏板機構使用商業上常見的踏板曲柄和商業上常見的鏈條線路。所述電動的驅動裝置和用于踏板軸的軸通路(Wellengang)可以在機械方面容易并且毫無問題地構成并且不僅允許電動機的行駛支持而且允許發電機的行駛支持。此外，踏板機構從電動的驅動機構上分開，這種安排的優點是，驅動輪在踏板機構的一側上可以借助于商業上常見的具有用于鏈條線路的自由輪的小齒輪組來驅動并且在電動的驅動裝置的一側上可以借助于用于電動的驅動裝置的鏈輪來運行。由此在踏板驅動側上對駕車人來說可以得到所述鏈條線路的所期望的傳動比并且在電動的驅動機構的一側上傳動比可以更為有利地與電動的驅動裝置相協調。此外，所述第一和/或第二耦合單元可以構造為輸出小齒輪。尤其所述第一輸出小齒輪可以構造為關于踏板軸同軸的結構。按照另一種實施方式，所述第二輸出小齒輪可以構造為關于踏板軸同軸的結構， 其中尤其所述第二輸出小齒輪在軸向上與行星齒輪變速器的太陽輪相連接。可以規定，所述電機通過行星齒輪變速器與所述第二耦合單元相耦合，其中所述第二輸出小齒輪是輸出單元的一部分，所述輸出單元通過耦合小齒輪使所述第二輸出小齒輪與行星齒輪變速器的太陽輪相耦合。按照另一種實施方式，所述輸出單元構造為能夠運動的，用于建立或者松開太陽輪與耦合小齒輪之間的耦合。此外，可以設置電機控制單元，用于借助于無傳感器的檢測方法通過至少一個電氣的參量尤其相電壓和/或相電流的測量來探測所述電機的轉子的轉子位置，并且在所探測到的轉子位置的基礎上來實施所述電機的換向。此外可以設置傳感器，用于探測踏板軸的運動，其中設置了電機控制單元，用于根據踏板軸的所探測到的運動來觸發所述電機。按照一種實施方式，可以設置傳感器，用于探測踏板軸的運動，其中設置了電機控制單元，其中所述電機控制單元在沒有探測到踏板軸的運動時以發電機方式運行所述電機。所述第一和第二耦合單元可以布置在所述電機的沿軸向方向對置的側面上。按照另一方面，設置了用踏板運行的車輛，尤其兩輪車。該車輛包括 -車架；
-布置在所述車架上的驅動輪；
-上述的驅動裝置，該驅動裝置布置在所述車架上并且通過傳力機構與后輪相連接以傳輸驅動力。此外，所述第一耦合單元可以通過第一鏈條與所述驅動輪相連接并且所述第二耦合單元可以通過第二鏈條與所述驅動輪相連接，用于傳輸驅動力，其中所述第一和第二鏈條布置在所述驅動裝置的沿軸向方向對置的側面上。所述驅動輪可以懸掛在后輪叉上，其中所述輪叉以能夠回轉運動的方式支承在所述驅動裝置的附近，從而在驅動輪偏移時所述第二耦合機構與驅動輪的輪轂之間的間距的變化不超過10%優選5%的相對變化。


下面借助于附圖對優選的實施方式進行詳細解釋。附圖示出如下 圖1是具有電動的驅動裝置的兩輪車的側視圖2是按第一種實施方式的電動的驅動裝置的橫向于軸向方向的剖面圖；并且圖3是按另一種實施方式的用于兩輪車的電動的驅動裝置的橫向于軸向方向的剖面圖。
具體實施例方式下面對按本發明的實施方式的電動的驅動機構進行描述。所述電動的驅動機構設置在驅動缸中，該驅動缸應該取代兩輪車的內軸承。圖1作為用于用踏板運行的車輛的實施例示意性地示出了兩輪車1，該兩輪車1具有車架2，在該車架2上布置了后輪3和前輪4。該車架2取代底支承(Tretlager)而擁有驅動裝置5，在該驅動裝置5上不僅設置了踏板驅動機構6而且也設置了電動的驅動機構 7。所述踏板驅動機構6作為傳力機構具有輸出小齒輪61 (第一耦合單元)，該輸出小齒輪61在所述兩輪車1的一側上通過踏板鏈條63與相應的后輪小齒輪62相連接。所述后輪小齒輪62通過(未示出的)自由輪與后輪3的后輪輪轂相連接。所述電動的驅動機構7在踏板驅動機構6的區域中具有驅動單元71，該驅動單元 71可以通過輸出小齒輪72 (第二耦合單元)在所述兩輪車1的另一側上將轉矩加載到后輪上。所述輸出小齒輪72為此通過驅動鏈條73與另一個后輪小齒輪74相連接。所述驅動單元71通過布置在所述電動的驅動機構71附近的電機控制儀75來觸發。借助于布置在車架2中的能源8比如電池組或者蓄電池來向所述電動的驅動單元71供給電能。圖2示意性地示出了所述驅動裝置5的橫截面視圖。所述驅動裝置5包括殼體 10，該殼體10構造得比較結實，優選由金屬的材料制成。該殼體取代傳統的兩輪車的底支承固定在所述車架2上。 所述殼體10具有軸通路11，在該軸通路11中支承著所述踏板驅動機構6的踏板軸12。這種支承借助于軸承環14來進行，該軸承環14套裝在所述軸通路11的外面的端部上并且基本上將踏板軸12保持在支承的狀態中。所述軸承環14可以構造為滾動軸承或者球軸承。此外，所述踏板驅動機構6包括輸出小齒輪61，該輸出小齒輪61與所述踏板軸12 進行了剛性連接。在所述踏板軸12的外面的端部上沿軸向的方向布置了踏板臂16，所述踏板臂16支撐著腳踏板(未示出)。所述殼體10基本上構造為封閉的結構并且具有電機16，該電機16比如可以構造同步電機的形式尤其構造為高極(hochpolig)的結構。所述同步電機具有定子裝置17，該定子裝置在(未示出的)定子齒上擁有定子線圈18。所述定子裝置具有基本上圓形的內空隙，所述內空隙關于踏板軸12同軸地布置在所述軸通路11中。所述定子線圈18通過連接導線與所述電機控制儀75相連接。此外，所述電機控制儀75與能源8相連接，用于獲得電能。所述連接導線從所述殼體10中引出并且比如用一個或者多個橡膠密封件來密封。在安裝時，在用蓋子在側面將殼體10封閉之前將所述橡膠密封件連同電機連接導線一起輕易地在側面也就是沿關于踏板軸線的軸向方向推到相應的殼體凹部中。所述軸通路11通過所述殼體10的軸承區段19來形成。在所述定子17的內空隙中設置了設有永久磁鐵20的轉子21 (轉子)，該轉子21借助于構造為同軸結構的支座15 支承在具有軸承環22的軸承區段19的外側面上，使得所述轉子21可以圍繞著軸承區段19 自由地運動。所述轉子21包圍著支座15。所述軸承環22可以設置為球軸承或者滾動軸承。所述電機16關于踏板軸12同軸布置，但是完全在機械方面從這根踏板軸12上退耦。所述轉子21具有轉子輸出小齒輪23，該轉子輸出小齒輪23優選與所述轉子21的支座15構造為一體結構。所述轉子輸出小齒輪23與行星齒輪M相嚙合。比如可以設置三個行星齒輪對，這三個行星齒輪M可以以位置固定的并且能夠旋轉運動的方式基本上固定在所述殼體10的內部。比如所述行星齒輪M可以固定地與所述電機16的定子17相連接。行星齒輪M的支撐通過行星齒輪軸26來進行，在所述行星齒輪軸沈上優選以支承的方式布置了所述行星齒輪對。將用于行星齒輪M的支架固定在定子17上，這樣做的優點是，可以以簡單的方式通過將定子17裝入到殼體10中來實施安裝。將太陽輪27套裝到所述行星齒輪M上，所述太陽輪27基本上相當于具有內齒部的內齒輪。行星齒輪中的每一個都嚙合到所述太陽輪27的內齒部中，從而將由所述電機提供的力矩傳輸到所述太陽輪上。該太陽輪27關于踏板軸12同軸布置。此外，該太陽輪27 在沿軸向方向相對于內齒輪錯移的情況下具有太陽輪輸出小齒輪27，所述太陽輪輸出小齒輪27則具有外齒部。在此設置了輸出單元30，該輸出單元30具有一根設有輸出小齒輪72的輸出軸 31，該輸出小齒輪72通過所述輸出軸31與耦合齒輪33相耦合。將所述耦合齒輪33擠壓到所述太陽輪輸出小齒輪27上，從而保證了太陽輪輸出小齒輪27與耦合齒輪33的嚙合。借助于軟套管鋼絲索，駕車人可以使耦合齒輪33與太陽輪輸出小齒輪27相耦合或者說使其去耦。作為替代方案，在出現驅動裝置的過載或者說閉鎖情況時安放在所述輸出小齒輪72上的驅動鏈條73的增加的鏈條張力將支承在滑座中的耦合齒輪33從與太陽輪輸出小齒輪27之間的傳動嚙合狀態中松開并且中斷閉鎖狀態。通過這種方式可以防止所述電動的驅動機構過載。所述驅嚙合狀態的松開可以通過所述輸出單元30的沿軸平行的方向的移動或者通過支撐臂(未示出)的偏移來進行，在所述支撐臂上布置了所述輸出單元30。所示出的驅動裝置5能夠不僅用所述電動的驅動機構7的輸出小齒輪72而且用所述踏板機構6的輸出小齒輪61通過驅動鏈條73或者說踏板鏈條63來驅動兩輪車的后輪。因為所述鏈條在驅動裝置5中圍繞著彼此靠得較近的軸線得到導引，所以后輪3可以有彈性地得到支承，而不必為驅動鏈條73設置麻煩的鏈條張緊機構或類似機構。優選后輪的有彈性地圍繞著布置在驅動裝置5的附近的回轉軸線支承，使得用于用來保證鏈條張力的措施的開銷比較小。所述電機控制儀75借助于換向方法承擔以電子方式換向的電機的觸發工作。對于無刷的電機的換向來說，必須知道轉子21的轉子位置。在這里的實施例中可以在無傳感器的情況下實施轉子位置的檢測，用于避免內部的轉子位置傳感器(經常構造為絕對值發送器，比如旋轉變壓分解器或者AMR傳感器)的設置及其與電機控制儀之間的電纜敷設。所述驅動系統能夠通過無傳感器的換向來觸發所述電機。但是，這種方法只有在要么所述電機旋轉時要么所述電機可以在無負荷的情況下起動時才可以使用。如果駕車人使耦合齒輪33與太陽輪輸出小齒輪27相耦合，那么兩輪車在起動時就自動地帶動所述電機到轉速，并且所述電機控制儀75的電子裝置現在可以自動地從發電機電壓也就是相電壓中檢測到轉子位置。而后可以進行無傳感器的換向。此外，駕車人可以首先用脫耦的耦合齒輪33來起動并且在起動之后才聯接所述電機。也可以設想，所述電機可以在脫嚙的狀態中在沒有負荷的情況下比如在受控制的運行中通過以預先給定的頻率旋轉的電機磁場本身來起動并且通過額外的對驅動鏈條73的速度進行探測的脈沖傳感器來使電機的轉速與耦合齒輪33的轉速相匹配。通過這種方式， 如此使所述驅動機構7同步，使得所述耦合齒輪33可以與太陽輪輸出小齒輪27相耦合。所述電機控制儀應該如此觸發所述電機，從而實現行駛支持。這樣的行駛支持比如可以借助于踏板轉矩傳感器來識別，所述踏板轉矩傳感器可以通過力矩升高的確定來探測到通過駕駛員將力傳輸到踏板上的情況。所述踏板轉矩傳感器要么必須作為專門的具有相應的電子的傳感器元件比如具有DMS線路的扭力元件安裝到踏板室(Pedalraum)中并且加以調整，或者說使用其它的部分高敏感的和特殊的測量原理。這樣的傳感器的實現非常麻煩并且與電機控制儀75的電纜敷設提高了系統的故障可能性，在所述電機控制儀75中檢測行駛支持的必要性。通過兩個彼此獨立的鏈條驅動裝置也就是踏板鏈條63和驅動鏈條73，在踏板驅動側上只有駕駛員可以將踏板鏈條63置于運動之中。通過所述踏板鏈條63，駕車人由此將其進行行駛支持的愿望信號化，方法是其將踏板鏈條63保持在運動之中(或者說操縱踏板)；否則踏板鏈條由于后輪輪轂中的自由輪而處于空轉之中。所述踏板鏈條63的運動可以通過運動傳感器比如脈沖傳感器來探測。所述運動傳感器在探測到踏板鏈條63的運動時將行駛支持愿望報告給電機控制儀75。如果駕車人不踩踏板，那就不提供行駛支持。所述電機控制儀75可以根據踏板鏈條63的運動的速度來調節由所述電機16提供的轉矩。在另一種實施方式中，放棄用于對由駕駛員施加的轉矩進行探測的踏板轉矩傳感器并且取而代之利用無傳感器的轉子位置檢測的機構，用于推導出踏板轉矩。在這種情況下不必設置敏感的用于檢測踏板轉矩的傳感器元件，并且不僅在電氣方面而且在磁性方面都不需要進行額外的調整、采取額外的密封措施并且進行額外的隔離。用于干預電動的驅動機構的支持愿望，比如通過設置在所述鏈條線路的張緊鏈輪上的脈沖傳感器9 (圖1)來信號化。一旦駕車人操縱踏板并且張緊鏈輪旋轉，那就產生脈沖并且根據表明支持力矩的預選直至所述驅動裝置的功率極限來加入恒定的電機電流或者說提供恒定的支持力矩。在空載運行中或者說在滾動運行中，如此設置所述電機控單元 (75)，從而應該自動地對空轉損失進行補償，以便通過額外的機構引起的制動作用能夠不被所覺察。圖3示出了所述驅動裝置5的另一種實施方式的示意圖。這種實施方式規定，所述太陽輪輸出小齒輪27通過相應的支承結構35沿軸向方向向外延伸并且在那里驅動著另一個輸出小齒輪36，該輸出小齒輪36固定地與所述電機16相耦合。通過這種方式，以相對于彼此同軸的方式不僅設置所述電動的驅動機構的輸出小齒輪36而且設置所述踏板機構 6的輸出小齒輪61，這還改進了這樣的驅動裝置5的關于有彈性地得到支承的后輪的性能。 過載保護功能和驅動裝置5與后輪之間的耦合的斷開功能在這種情況下優選集成到后輪3 的后輪輪轂中。
權利要求
1.尤其用于用踏板運行的車輛的驅動裝置(5)，包括-具有踏板軸(12)的踏板驅動機構(6)，所述踏板軸(12)支撐著用于與驅動輪(3)相耦合的第一耦合單元(61)，所述第一耦合單元(61)關于所述踏板軸(12)同軸布置；-具有旋轉的電機(16)的電動的驅動機構(71)，所述電機(16)的轉子(21)以圍繞著所述踏板軸(12)同軸并且能夠關于所述踏板軸(12)進行旋轉運動的方式來布置，其中所述電機(16)的轉子(21)與同所述第一耦合單元(61)上分開的、用于與所述驅動輪(3)相耦合的第二耦合單元(72)相耦合，用于通過所述第二耦合單元(72)來傳輸由所述電機(16)提供的驅動力矩。
2.按權利要求1所述的驅動裝置(5)，其中所述第一和/或第二耦合單元(61、72)構造為輸出小齒輪。
3.按權利要求2所述的驅動裝置(5)，其中所述第一輸出小齒輪(61)構造為關于踏板軸(12)同軸的結構。
4.按權利要求2或3所述的驅動裝置(5)，其中所述第二輸出小齒輪(72)構造為關于踏板軸(12)同軸的結構，尤其其中所述第二輸出小齒輪(72)在軸向上與行星齒輪變速器的太陽輪相連接。
5.按權利要求1到3中任一項所述的驅動裝置(5)，其中所述電機(16)通過行星齒輪變速器與所述第二耦合單元(72)相耦合，其中所述第二耦合單元(72)是輸出單元的一部分，所述輸出單元通過耦合小齒輪使所述第二耦合單元(72)與所述行星齒輪變速器的太陽輪相耦合。
6.按權利要求5所述的驅動裝置(5)，其中所述輸出單元構造為能夠運動的結構，用于建立或者松開太陽輪與耦合小齒輪之間的耦合。
7.按權利要求1到6中任一項所述的驅動裝置(5)，其中設置了電機控制單元(75)，用于借助于無傳感器的檢測方法通過至少一個電氣的參量尤其相電壓和/或相電流的測量來探測所述電機(16)的轉子(21)的轉子位置并且用于在所探測到的轉子位置的基礎上實施所述電機(16)的換向。
8.按權利要求1到7中任一項所述的驅動裝置(5)，其中設置了傳感器，用于探測踏板軸的運動，其中設置了電機控制單元(75)，用于根據踏板軸(12)的所探測到的運動來觸發所述電機(16)以進行行駛支持。
9.按權利要求1到8中任一項所述的驅動裝置(5)，其中設置了傳感器，用于探測踏板軸(12)的運動，其中設置了電機控制單元(75)，其中所述電機控制單元(75)在沒有探測到踏板軸(12 )的運動時以發電機方式運行所述電機(16 )。
10.按權利要求1到9中任一項所述的驅動裝置(5)，所述第一和第二耦合單元(61、 72)布置在所述電機(16)的沿軸向方向對置的側面上。
11.用踏板運行的車輛(1)尤其兩輪車，包括-車架(2);-布置在所述車架(2 )上的驅動輪(3 )；-按權利要求1到9中任一項所述的驅動裝置(5)，該驅動裝置(5)布置在所述車架(2) 上并且通過傳力機構(61、62、63)與后輪(3)相連接以傳輸驅動力。
12.按權利要求11所述的車輛(1)，其中所述第一耦合單元(61，62)通過第一鏈條(63)與所述驅動輪(3 )相連接并且所述第二耦合單元通過第二鏈條(73 )與所述驅動輪(3 ) 相連接，用于傳輸驅動力，其中所述第一和第二鏈條(63、73)布置在所述驅動裝置(5)的沿軸向方向對置的側面上。
13.按權利要求11或12所述的車輛(1)，其中所述驅動輪(3)懸掛在輪叉上，其中所述輪叉以能夠回轉運動的方式支承在所述驅動裝置(5)的附近，從而在驅動輪(3)偏移時所述第二耦合機構(72)與驅動輪(3)的輪轂的間距的變化不超過相對變化的10%、優選5%。
全文摘要
本發明涉及一種尤其用于用踏板運行的車輛的驅動裝置(5)，該驅動裝置(5)包括-具有踏板軸(12)的踏板驅動機構(6)，所述踏板軸(12)支撐著用于與驅動輪(3)相耦合的第一耦合單元(61)，所述第一耦合單元(61)關于所述踏板軸(12)同軸布置；-具有旋轉的電機(16)的電動的驅動機構(7)，所述電機(16)的轉子(21)以圍繞著所述踏板軸(12)同軸并且能夠關于所述踏板軸(12)進行旋轉運動的方式來布置，其中所述電機(16)的轉子(21)與從所述第一耦合單元(61)上分開的用于與所述驅動輪(3)相耦合的第二耦合單元(72)相耦合，用于通過所述第二耦合單元(72)來傳輸由所述電機(16)提供的驅動力矩。
文檔編號B62M6/55GK102530172SQ20111040045
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月6日 優先權日2010年12月7日
發明者G.德克 申請人:羅伯特·博世有限公司