混合式傳感器啟動電動車輪和相關系統、多轂車輪輻條系統以及制造和安裝車輪輻條的方法
【專利說明】混合式傳感器啟動電動車輪和相關系統、多轂車輪輻條系統以及制造和安裝車輪輻條的方法
[0001]本申請是申請日為2010年12月4日、國際申請號為:PCT/US2010/058999、國家申請號為:201080062737.6、名稱為“混合式傳感器啟動電動車輪和相關系統、多轂車輪輻條系統以及制造和安裝車輪輻條的方法”的進入中國國家階段的國際申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發明構思總體涉及混合式傳感器啟動電動車輪，更具體地涉及混合式傳感器啟動和自主電動車輪以及相關系統，例如能量再生系統、制動系統、轉矩感測系統、控制單元系統以及鎖定和警報系統。本發明構思還涉及多轂車輪輻條系統以及制造和安裝該多轂車輪輻條系統的方法。
【背景技術】
[0003]根據一些統計信息，自行車的全球年產量大致為I億輛。在當今，該行業呈現出正經歷著穩步增長，這部分是由于娛樂和城市運輸的自行車的越來越多的使用推動的。特別地，世界范圍應用的電動自行車或e_自行車也由于城市人口認識到以化石作為燃料的運輸行業對環境的影響和管理機動化運輸的新規定而呈現出快速增長。
[0004]傳統電動自行車或e-自行車一般包括電動機和可再充電電池組，并且可以分成兩類:折疊電動自行車和全電動自行車。折疊電動自行車一般包括僅當騎車人踩踏板時才被致動的電動機，而另一方面，全電動自行車僅當在機動化動力而不踩踏板時能夠被操作。
[0005]隨著電動自行車使用的逐步增加，騎車人可能希望使他們現有的踏板自行車機動化。但是，用于自行車的傳統的電動改裝套件通常包括彼此單獨地安裝的大的、笨重的電池組和電動機。這樣，線束必須安裝在自行車框架上以從電池組向電動機以及用于控制自行車的另外的導線提供電力。
【發明內容】
[0006]本申請的實施例部分地涉及在城市流動性區域內具有多種應用的混合式傳感器啟動和自主電動車輪及其相關系統。特別地，本文中說明的混合式傳感器啟動和自主電動車輪的實施例包括集成在單個緊湊轂單元內的多個系統和裝置，其可被改裝到許多類型的輪式車輛中。這樣，本文中說明的車輪能夠以“即插即用”方式安裝至各種類型的自行車或輪式車輛上，以便將現有傳統踏板自行車或其他輪式車輛轉變成電動車輛，而無需另外的配線或部件。
[0007]在一些實施例中，車輪可以響應于施加在自行車的踏板上的轉矩而被控制。在一些實施例中，車輪可以響應于從比如為蜂窩式電話的無線設備傳送的控制命令而被控制。
[0008]本申請的實施例還涉及包括預安裝的混合式傳感器啟動和自主電動車輪的兩輪自行車，預安裝的混合式傳感器啟動和自主電動車輪具有集成在單個緊湊轂單元內的多個系統和裝置。
[0009]本文中所述的混合式傳感器啟動和自主電動車輪的實施例可以包括電動機、一個或多個電池或能量存儲裝置、控制單元和一個或多個可選擇傳感器系統，比如為可被集成在混合式傳感器啟動和自主電動車輪的輪轂內的位置傳感器系統和/或環境傳感器系統。
[0010]在一些實施例中，混合式傳感器啟動和自主電動車輪可以通過由騎車人施加的感測轉矩經由自行車踏板完全地控制。例如，當騎車人經由自行車踏板向車輪施加正轉矩時，混合式傳感器啟動和自主電動車輪以預定量補充由騎車人施加的正轉矩。即，例如，除由騎車人施加的轉矩之外，車輪的電動機提供預定量的正轉矩。在另一個例子中，當騎車人施加負轉矩(例如，致動腳踏制動器，向后踩踏板)時，混合式傳感器啟動和自主電動車輪對由騎車人施加的負轉矩進行補充。即，例如，車輪的電動機產生補充負轉矩。在一些實施例中，由補充負轉矩產生的能量被傳輸和/或存儲在車輪的一個或多個電池或能量存儲裝置中。[0011 ] 在一些實施例中，智能電話可被配置成經由藍牙或其他無線協議與混合式傳感器啟動和自主電動車輪通信，并且可以訪問和接收由車輪的傳感器收集的各種類型的數據。智能電話還可以用于配置車輪的數據收集過程。例如，智能電話可以將車輪的控制單元和傳感器系統配置成收集各種類型的環境和位置數據，環境和位置數據可以由智能電話進行訪問和重試。
[0012]智能電話還可以用于控制混合式傳感器啟動和自主電動車輪的操作模式。例如，騎車人可以將車輪配置成以能量再生模式或訓練模式操作，使得在騎車人踩踏板的同時，車輪的電動機產生電能并且向車輪的一個或多個電池或能量存儲裝置傳遞電能。騎車人還可以配置施加的正轉矩的預定量的大小。
[0013]本申請的實施例還涉及車輪輻條系統、為車輪設置輻條的方法以及制造車輪輻條系統的方法。車輪輻條系統可以包括連接在輪輞與輪轂之間的多個車輪輻條。在一個實施例中，多個車輪輻條中的每一個的第一端部和第二端部連接至輪輞，多個車輪輻條中的每一個的彎曲部分連接至輪轂。例如，多個車輪輻條中的每一個的彎曲部分可以與輪轂的彎曲輻條凹穴接口。在其他實施例中，多個車輪輻條中的每一個的彎曲部分可以與輪轂的鉤形物、緊固件和/或突出部接口。
[0014]這樣，本文中說明的車輪輻條的系統和方法排除了對于輪轂上的輻條法蘭的需要，并且還提供了車輪輻條與輪轂的外表面之間的無縫連接。這些系統和方法相對于傳統系統和方法可以提供更快的車輪的輻條安裝，并且實現更多種類的形式的輪轂。
[0015]在一個方面中，電氣機動化的可改裝車輛車輪包括:連接至輪輞的機動化轂單元；和構造和布置成將機動化轂單元緊固至非機動化輪式車輛的機械聯接機構。
[0016]在一些實施例中，機械聯接機構還被構造和布置成將機動化轂單元無線地緊固至非機動化輪式車輛。
[0017]在一些實施例中，非機動化輪式車輛包括自行車。
[0018]在一些實施例中，機動化轂單元包括:電動機；構造成控制電動機的驅動轉矩的控制單元；和電連接至控制單元和電動機的電源。
[0019]在一些實施例中，電動機、控制單元和電源設置在機動化轂單元的外殼內。
[0020]在一些實施例中，車輪還包括構造成確定施加到機動化輪轂的鏈輪上的轉矩的轉矩傳感器，其中，控制單元響應于施加的轉矩來調整電動機的驅動轉矩。
[0021]在一些實施例中，控制單元響應于從無線控制單元或蜂窩電話無線地接收的指令信號來調整電動機的驅動轉矩。
[0022]在另一方面中，電氣機動化自行車車輪包括:輪輞；輪轂，其包括:電動機、電池組和構造成控制電動機的驅動轉矩的控制單元；以及將輪輞連接至輪轂的多個車輪輻條，其中，電動機、電池組和控制單元定位在輪轂內。
[0023]在一些實施例中，電動機包括無框架旋轉電機。
[0024]在一些實施例中，電動機包括轉子和定子。
[0025]在一些實施例中，電池組包括多個可再充電電池單元。
[0026]在一些實施例中，多個可再充電電池單元包括多個鋰聚合物電池。
[0027]在一些實施例中，電池組包括至少兩個串聯的可再充電電池的至少兩個并聯的組。
[0028]在一些實施例中，至少兩個串聯的可再充電電池的至少兩個并聯的組包括六個串聯的可再充電電池的三個并聯的組。
[0029]在一些實施例中，電池組能夠從輪轂拆卸。
[0030]在一些實施例中，輪轂還包括輪轂齒輪系統。
[0031 ] 在一些實施例中，輪轂齒輪系統包括自動換檔系統。
[0032]在一些實施例中，自動換檔系統包括3速自動換檔系統。
[0033]在一些實施例中，輪轂齒輪系統包括手動換檔系統。
[0034]在一些實施例中，輪轂齒輪系統部分地定位在輪轂內。
[0035]在一些實施例中，輪轂齒輪系統包括構造和布置成接合自行車鏈的至少一個齒輪鏈輪。
[0036]在一些實施例中，自行車鏈布置成接合踏板鏈輪，并且其中，踏板鏈輪連接至自行車踏板。
[0037]在一些實施例中，施加到自行車踏板上的騎車人轉矩被傳遞至輪轂齒輪系統的至少一個齒輪鏈輪。
[0038]在一些實施例中，輪轂還包括連接到輪轂齒輪系統的倒輪式剎車。
[0039]在一些實施例中，倒輪式剎車構造和布置成緊固至自行車車架。
[0040]在一些實施例中，通過倒輪式剎車和內輪轂齒輪系統形成機械制動。
[0041 ] 在一些實施例中，機械制動響應于向后踩踏板而被致動。
[0042]在一個實施例中，多個車輪輻條中的每一個的第一端部和第二端部連接至輪輞，多個車輪輻條中的每一個的彎曲部分與輪轂的彎曲輻條凹穴接口。
[0043]在一些實施例中，彎曲輻條凹穴形成在輪轂的外側表面中。
[0044]在一些實施例中，多個車輪輻條中的每一個的彎曲部分定位在多個車輪輻條中的每一個的中點處。
[0045]在一些實施例中，其中，多個車輪輻條的角度在大約20度和大約60度之間的范圍內。
[0046]在一些實施例中，角度的頂角形成在多個車輪輻條中的每一個的彎曲部分處。
[0047]在一些實施例中，多個車輪輻條的角度為大約40度。
[0048]在一些實施例中，多個車輪輻條包括第一組車輪輻條和第二組車輪輻條。
[0049]在一些實施例中，第一組車輪輻條和第二組車輪輻條的第一端部和第二端部連接至輪輞，第一組車輪輻條中的每一個的彎曲部分與輪轂的第一外側表面上的彎曲輻條凹穴接口，第二組車輪輻條中的每一個的彎曲部分與輪轂的第二外側表面上的彎曲輻條凹穴接
□O
[0050]在一些實施例中，第一組車輪輻條和第二組車輪輻條圍繞輪輞的內圓周交替地連接。
[0051 ] 在一些實施例中，輪轂還包括可拆卸的電池蓋。
[0052]在一些實施例中，輪轂包括碾磨的鋁輪轂。
[0053]在一些實施例中，輪轂包括旋轉單元和靜止單元。
[0054]在一些實施例中，旋轉單元相對于輪輞旋轉。
[0055]在一些實施例中，多個車輪輻條連接至旋轉單元的外側表面。
[0056]在一些實施例中，電動機的定子緊固到靜止單元上。
[0057]在一些實施例中，電動機的轉子緊固到旋轉單元上。
[0058]在另一方面中，一種電氣機動化的自行車車輪，包括:輪輞；輪轂，其包括:具有轉子和定子的電動機、連接至轉子和定子中的一個的輪轂齒輪系統、轉矩感測系統、電池組和構造成控制電動機的驅動轉矩的控制單元；以及將輪輞連接至輪轂的多個車輪輻條，其中，電動機、轉矩感測系統、電池組和控制單元定位在輪轂內。
[0059]在一些實施例中，轉矩感測系統構造和布置成測量施加到輪轂齒輪系統上的騎車人轉矩。
[0060]在一些實施例中，轉矩感測系統構造和布置成測量輪轂齒輪系統的旋轉速度。
[0061 ] 在一些實施例中，輪轂齒輪系統包括自動換檔系統。
[0062]在一些實施例中，自動換檔系統包括3速自動換檔系統。
[0063]在一些實施例中，輪轂齒輪系統包括手動換檔系統。
[0064]在一些實施例中，輪轂齒輪系統部分地定位在輪轂內。
[0065]在一些實施例中，輪轂齒輪系統包括布置成接合自行車鏈的至少一個齒輪鏈輪。
[0066]在一些實施例中，轉矩感測系統包括緊固到輪轂齒輪系統上的內套筒。
[0067]在一些實施例中，內套筒焊接到輪轂齒輪系統上。
[0068]在一些實施例中，內套