專利名稱：電動自行車的輪轂電機單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動自行車的輪轂電機單元。更特別地，本發明涉及一種整體安裝在電動自行車的后輪的輪轂處的電動自行車的輪轂電機單元。
背景技術：
電動自行車的輪轂電機單元存在的問題是，由于上坡負載的效率退化，電機可能會過載，并且發生過度的動力損失。因此，已開發出沒有降速單元的高轉矩型輪轂電機單元以及具有降速單元的輪轂電機單元。另外，將常規的自行車的外部或內部傳動裝置應用于電動自行車，以便減小電機的負載。必須使用這種外部或內部傳動裝置，以便在由于電池放電等原因而沒能提供電機轉矩時維持自行車的性能。圖1是具有常規輪轂電機單元的電動自行車的示意圖。如果駕駛員通過踏板來轉動主動鏈輪101，則轉矩通過鏈條103傳遞到后輪105 的從動鏈輪107。因此，由于駕駛員的足部作用力所產生的驅動轉矩以及輪轂電機單元 100(或者電機部分)的轉矩被傳遞到通過輪輻109連接的后輪105。在這里，電機控制器111檢測由于駕駛員的足部作用力所產生的轉矩和后輪105 的轉速，并與電池系統一同基于該轉矩和轉速控制輪轂電機單元100 (或者電機部分)的輸出O在如圖2所示應用外部傳動裝置的情況下，足部作用力所產生的轉矩通過主動鏈輪101的齒輪傳動比變換，并被傳遞到后輪105。變換后的轉矩與輪轂電機單元100(電機部分)處產生的轉矩相加并驅動后輪105。在應用內部傳動裝置的情況下，傳遞到主動鏈輪101的轉矩通過該傳動裝置傳遞到后輪。另外，變換后的轉矩與輪轂電機單元100(電機部分)處產生的轉矩相加并驅動后輪 105。根據使用輪轂電機單元100(電機部分)和外部或內部傳動裝置的常規技術，外部或內部傳動裝置增大由于駕駛員的足部作用力所產生的轉矩，輪轂電機單元100(電機部分)為增大的轉矩輔助提供額外的轉矩。在常規技術的電動自行車中，在輪轂電機單元100輔助提供更多的轉矩的情況下，可以將降速單元200應用于輪轂電機單元100，或者可以將用于提高高速駕駛區域和低速駕駛區域的效率的傳動裝置應用于輪轂電機單元100。如果除了用于輔助駕駛員的足部作用力的傳動裝置以外，還使用額外的降速單元200或傳動裝置，則電動自行車的重量可能會增加。
在常規電動自行車在諸如上坡駕駛之類的行駛阻力較大的駕駛區域以低檔速度 (low shift-speed)行駛的情況下，傳遞到從動鏈輪107的轉矩的轉速比踏板的轉速低，該轉矩則比由于足部作用力所產生的轉矩高。由于輪轂電機單元100(或電機部分)用低轉速提供高轉矩，因此過載或效率退化可能不是不可避免的。該背景技術部分所公開的信息僅用于加強對本發明的一般背景的理解，不應被當成是對該信息構成本領域技術人員已知的現有技術認可或任何形式的暗示。
發明內容
本發明的各方面的目的在于提供一種電動自行車的輪轂電機單元，其具有能夠簡化結構的優點，因為一個用于改善電機的輸出特性的換檔部分就可以輔助駕駛員的足部作用力。本發明的各方面可涉及提供一種電動自行車的輪轂電機單元，其還具有通過控制電機的轉矩與電機的轉速之比來降低電機部分的性能依賴性和重量的優點。在本發明的一方面中，所述電動自行車的輪轂電機單元可以包括中空軸，其安裝在自行車架上；換檔部分，其具有可轉動地安裝在中空軸上的輸入部件，且具有輸出部件， 從動鏈輪安裝在所述輸入部件上；輪轂外殼，其可轉動地安裝在所述換檔部分的輸入部件的外周，并且該輪轂外殼具有固定連接到所述換檔部分的輸出部件的內周以及通過輪輻連接到車輪的外周；輪轂蓋，其可轉動地安裝在所述中空軸上，并且與所述輪轂外殼相連；電機部分，其在所述輪轂外殼中安裝在所述中空軸與所述換檔部分的輸入部件之間，并且根據控制信號來通過所述輸入部件向所述換檔部分提供轉矩；以及換檔控制部分，其安裝在所述中空軸中的換檔軸上，并且控制所述換檔部分。所述換檔部分可以包括具有所述輸入部件和所述輸出部件的多個行星齒輪組。軸承可以插入到所述輸入部件的前部與所述中空軸的外周之間。軸承可以插入到所述輪轂外殼與所述換檔部分的輸入部件的外周之間。所述電機部分可以包括定子，其在所述輪轂外殼中固定到所述中空軸上；以及轉子，其與所述定子相對應地沿著所述換檔部分的輸入部件的內周安裝。所述定子可以通過連接板固定在所述中空軸上。并入本文的附圖和下面的具體實施方式
共同用于解釋本發明的某些原理，通過該附圖和該具體實施方式
，本發明的方法和裝置的其他特征和優點將得以顯現及更詳細地闡明。
圖1是具有常規輪轂電機單元的電動自行車的示意圖。圖2是顯示常規輪轂電機單元的動力傳輸的框圖。圖3是根據本發明的示例性實施例的電動自行車的輪轂電機單元的剖面圖。圖4是顯示根據本發明的示例性實施例的電動自行車的輪轂電機單元的動力傳輸的框圖。應理解的是，附圖不必按比例繪制，只需對說明本發明的基本原理的各個特征呈現某種程度的簡化表示。這里公開的本發明的具體設計特征，例如包括具體的尺寸、方向、位置和形狀，將部分取決于特定的預期應用和使用環境。
圖中，各附圖標記在附圖的所有圖中表示本發明的相同或等同的部件。
具體實施方式
現在將詳細參考本發明的各個實施例，其示例顯示在附圖中并在下文進行描述。 雖然將結合示例性實施例描述本發明，但是應當理解本說明書并非要將本發明限制于那些示例性實施例。相反，本發明不僅將涵蓋所述示例性實施例，還將涵蓋所附權利要求所限定的本發明的實質和范圍內可包括的各種替換、修改、等價形式和其他實施方式。
在下文中，參考附圖詳細描述本發明的示例性實施例。
圖3是根據本發明的示例性實施例的電動自行車的輪轂電機單元的剖面圖。
參考圖3，根據本發明的示例性實施例的電動自行車的輪轂電機單元1安裝在裝在自行車架3上的中空軸5上。
也就是說，換檔部分11、輪轂外殼13、輪轂蓋15、電機部分17和換檔控制部分19 安裝在中空軸5上。
換檔部分11包括輸入部件Ila和安裝在輸入部件Ila的前部的從動鏈輪21，從而換檔部分11可以通過鏈條接收駕駛員由于蹬車而產生的足部作用力作為驅動轉矩。
換檔部分11包括具有一個輸入部件Ila和一個輸出部件lib的多個行星齒輪組。
例如，可以使用通過組合三個行星齒輪組來實現八種前進速度的齒輪系來作為換檔部分11。換檔部分11可以增大或減小來自于電機部分17的轉速輸入。包括主動鏈輪和從動鏈輪21的齒輪傳動比的換檔部分11的總的齒輪傳動比可以包含常規自行車的齒輪傳動比。
這時，多個軸承B插入到換檔部分11的輸入部件Ila的前部與中空軸5的外周之間，以使輸入部件Ila可轉動地安裝在中空軸5上。
另外，輪轂外殼13的側面部分可轉動地安裝在換檔部分11的輸入部件Ila的外周，輪轂外殼13的另一側面部分固定連接到換檔部分11的輸出部件lib上。也就是說，輪轂外殼13可以相對于輸入部件Ila轉動，并且可以和輸出部件lib —起轉動。
這時，軸承B插入到輪轂外殼13的側面部分與換檔部分11的輸入部件Ila的外周之間，以便輪轂外殼13相對于輸入部件Ila轉動。
其間，輪轂外殼13的外周通過輪輻23連接到車輪上。
另外，輪轂蓋15裝配到輪轂外殼13上，以便輪轂蓋15與輪轂外殼13 —起轉動。 軸承B插入到輪轂蓋15和中空軸5之間，以便輪轂蓋15相對于中空軸5轉動。
另外，電機部分17在輪轂外殼13中安裝在中空軸5和換檔部分11的輸入部件 Ila之間，根據控制信號來通過輸入部件Ila向換檔部分11傳輸轉矩。
也就是說，電機部分17包括定子17a和轉子17b，定子17a通過輪轂外殼13中的連接板17c固定在中空軸5上。
另外，轉子17b沿著換檔部分11的輸入部件Ila的內周安裝，以便對應于定子17a 的外周來轉動。
另外，中空軸5中安裝有換檔軸25，中空軸5還裝有換檔控制部分19，換檔控制部分19根據換檔軸25在換檔軸25和換檔部分11之間的操作來控制換檔部分11。
這里，根據換檔軸25的操作，換檔控制部分19控制換檔部分11中的操作部件作為固定部件或摩擦部件來工作。換檔控制部分19對于本領域一般技術人員來說是已知的， 因此省略其詳細描述。
下面將參考圖3和圖4來描述電動自行車的輪轂電機單元1的操作。
圖4是顯示根據本發明的示例性實施例的電動自行車的輪轂電機單元的動力傳輸的框圖。
在根據本發明的示例性實施例的電動自行車的輪轂電機單元1中，從動鏈輪21以及設置在輪轂外殼13中的電機部分17的轉子17b連接到換檔部分11的輸入部件Ila上， 換檔部分11的輸入部件lib連接到輪轂外殼13上，如圖3所示。因此，如果電機部分17 沒有通電，則根據本發明的示例性實施例的電動自行車作為常規自行車來工作。
如圖4所示，通過主動鏈輪27和從動鏈輪21傳遞的由于駕駛員的足部作用力所產生的驅動轉矩被加在電機部分17的轉矩上，總的驅動轉矩被傳遞到換檔部分11的輸入部件11a。總的驅動轉矩在換檔部分11中被變換，并且通過換檔部分11的輸出部件lib傳遞到輪轂外殼13。
然后，輪轂外殼13和通過輪輻23連接到輪轂外殼13的車輪一同轉動并且驅動后輪。
根據常規輪轂電機單元，蹬車產生的轉矩通過主動鏈輪和從動鏈輪的齒輪傳動比變換，或者通過傳動裝置傳遞到后輪。因此，變換后的轉矩與電機部分所產生的轉矩相加， 總轉矩驅動后輪。
但是，根據本發明的示例性實施例，蹬車產生的轉矩是在與電機部分產生的轉矩相加之后變換的。
例如，設置有常規輪轂電機單元的電動自行車在諸如上坡駕駛之類的行駛阻力較大的駕駛區域以低檔速度行駛，通過鏈輪傳遞的轉矩的轉速比踏板的轉速低，該轉矩則比由于蹬車所產生的轉矩高。由于電機部分必須以低轉速輔助提供高轉矩，因此可能發射過載或效率退化。
另一方面，設置有根據本發明的示例性實施例的輪轂電機單元1的電動自行車以低檔速度行駛，由蹬車所產生的驅動轉矩在轉速在換檔部分中降低之前與電機部分17的轉矩相加。即使電動自行車以低檔速度行駛，電機部分17也提供高轉速的轉矩。
如上文所述，由于一個用于改善電機的輸出特性的換檔部分就可以輔助駕駛員的足部作用力，因此根據本發明的示例性實施例，可以簡化電動自行車的結構。
另外，由于可以控制電機部分的轉矩與電機部分的轉速之比，因此可以降低電機部分的性能依賴性和重量。
為了便于解釋以及在所附權利要求中的準確定義，術語“內，，和“外”用于參照特征在圖中顯示的位置來描述示例性實施例的這些特征。
為說明和描述的目的提出了本發明具體的示例性實施例的上述描述。其不是窮盡的，也不是要將本發明限制于所公開的精確形式，顯然，可在上述教導下進行許多修改和變化。為了解釋本發明的某些原理及其實際應用，選擇和描述了示例性實施例，從而使本領域其他技術人員可以實現和利用本發明的各個示例性實施例及其各種替換和修改。本發明的范圍由所附權利要求及其等效形式所限定。
權利要求
1.一種電動自行車的輪轂電機單元，包括中空軸，其安裝在自行車架上；換檔部分，其具有可轉動地安裝在中空軸上的輸入部件，且具有輸出部件，從動鏈輪安裝在所述輸入部件上；輪轂外殼，其可轉動地安裝在所述換檔部分的輸入部件的外周，并且該輪轂外殼具有固定連接到所述換檔部分的輸出部件的內周以及通過輪輻連接到車輪的外周；輪轂蓋，其可轉動地安裝在所述中空軸上，并且與所述輪轂外殼相連；電機部分，其在所述輪轂外殼中安裝在所述中空軸與所述換檔部分的輸入部件之間， 并且根據控制信號來通過所述輸入部件向所述換檔部分提供轉矩；以及換檔控制部分，其安裝在所述中空軸中的換檔軸上，并且控制所述換檔部分。
2.根據權利要求1所述的電動自行車的輪轂電機單元，其中所述換檔部分包括具有所述輸入部件和所述輸出部件的多個行星齒輪組。
3.根據權利要求1所述的電動自行車的輪轂電機單元，其中軸承插入到所述輸入部件的前部與所述中空軸的外周之間。
4.根據權利要求1所述的電動自行車的輪轂電機單元，其中軸承插入到所述輪轂外殼與所述換檔部分的輸入部件的外周之間。
5.根據權利要求1所述的電動自行車的輪轂電機單元，其中所述電機部分包括定子，其在所述輪轂外殼中固定到所述中空軸上；以及轉子，其與所述定子相對應地沿著所述換檔部分的輸入部件的內周安裝。
6.根據權利要求5所述的電動自行車的輪轂電機單元，其中所述定子通過連接板固定在所述中空軸上。
7.一種電動自行車的輪轂電機單元，其安裝在電動自行車上，其中具有輸入部件和輸出部件的換檔部分安裝在自行車架的中空軸上，以及其中從動鏈輪在輪轂外殼的外部安裝在所述換檔部分的輸入部件上，電機部分的轉子在所述輪轂外殼的內部安裝在所述換檔部分的輸入部件上，所述換檔部分的輸出部件固定連接到所述輪轂外殼的內周。
8.根據權利要求7所述的電動自行車的輪轂電機單元，其中所述換檔部分包括具有所述輸入部件和所述輸出部件的多個行星齒輪組。
9.根據權利要求7所述的電動自行車的輪轂電機單元，其中軸承插入到所述輸入部件的前部與所述中空軸的外周之間。
10.根據權利要求7所述的電動自行車的輪轂電機單元，其中軸承插入到所述輪轂外殼與所述換檔部分的輸入部件的外周之間。
全文摘要
本發明涉及一種電動自行車的輪轂電機單元，可包括中空軸，其安裝在自行車架上；換檔部分，其具有可轉動地安裝在中空軸上的輸入部件以及輸出部件，從動鏈輪安裝在輸入部件上；輪轂外殼，其可轉動地安裝在輸入部件的外周，并且具有固定連接到換檔部分的輸出部件的內周以及通過輪輻連接到車輪的外周；輪轂蓋，其可轉動地安裝在中空軸上，并且與輪轂外殼相連；電機部分，其在輪轂外殼中安裝在中空軸與輸入部件之間，并且根據控制信號來通過輸入部件向換檔部分提供轉矩；以及換檔控制部分，其安裝在中空軸中的換檔軸上，并且控制換檔部分。
文檔編號B62M7/12GK102530176SQ20111018908
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月1日 優先權日2010年12月8日
發明者姜景弼, 高政漢 申請人:現代自動車株式會社