本公開涉及一種變速器，特別是用于電動單車或“電動自行車”，其使用多個皮帶將來自電動馬達的動力轉換成輸出。

背景技術：

1、電動自行車和由電動馬達輔助的其他車輛最近流行起來，并且諸如科羅拉多州丹佛市的城市已經(jīng)引入返利計劃以鼓勵采用電動自行車。電動自行車具有電動馬達，所述電動馬達通過在某些條件下（如上陡坡）向自行車供應額外的動力來選擇性地輔助用戶。一些電動自行車具有踏板輔助模式，其中馬達與用戶通過踩踏向電動自行車提供動力相結合地向自行車提供動力。一些電動自行車具有馬達，所述馬達可以為自行車提供動力而無需騎行者的任何輔助或踩踏，類似于助動車。一些電動自行車還具有傳感器，所述傳感器檢測用戶方面的增加的用力量，這可以對應于上坡，然后電動馬達基于傳感器檢測到的內(nèi)容向自行車供應額外的動力。因此，電動自行車為用戶提供了改善的健身，原因是騎行者至少在某些時間踩踏，而不是駕駛汽車和坐著。電動自行車還改善了環(huán)境，特別是與燃油動力汽車相比，原因是電動自行車不產(chǎn)生氣態(tài)排放物。另外，電動自行車將騎自行車世界開放給更廣泛的潛在用戶群體，包括可能沒有在沒有電動馬達的情況下操作傳統(tǒng)自行車的身體能力的用戶，想要穿著工作服騎行去工作而不上班時變臟或出汗的騎行者，以及必須攜帶諸如食物遞送、雜貨、工作用品或兒童的額外負載的騎行者。

2、包括變速器的各種技術使得可以在自行車上包括電動馬達。當以相對較高速度以較低扭矩旋轉輸出軸時，電動馬達是最高效的。相反，對于自行車的運動，用戶踩踏的輪胎和曲軸以相對較低速度以較高扭矩旋轉。因此，變速器可以將電動馬達與自行車對接，并且將較高速度/較低扭矩轉換為較低速度/較高扭矩?，F(xiàn)有的齒輪系使用一個或多個齒輪，包括例如行星齒輪布置中的正齒輪或斜齒輪，以傳遞來自電動馬達的動力。

3、使用齒輪來傳遞動力的現(xiàn)有齒輪系存在若干缺點，尤其是對于電動馬達和/或電動自行車?，F(xiàn)有的齒輪系增加了重量，原因是齒輪通常是實心金屬，并且由于至少兩個齒輪在金屬-金屬界面處彼此接觸，齒輪需要潤滑。齒輪，特別是正齒輪，也產(chǎn)生許多噪聲，這對于自行車可能是不期望的。此外，金屬齒輪將隨時間磨損，因此需要定期的預防性維護以防止故障。如本文所述，本公開的實施例提供了一種變速器，其依賴于多個皮帶而不是金屬齒輪來傳遞動力。因而，變速器更輕、更安靜，并且不需要潤滑而相對較少或不需要維護。

技術實現(xiàn)思路

1、本公開的實施例涉及一種變速器，所述變速器將動力從電動馬達傳遞到自行車的驅(qū)動輪，使得驅(qū)動輪比電動馬達更慢地并且以更大的扭矩旋轉，以減少用戶所需的用力。應當領會，本公開涵蓋其中變速器不包括諸如電動馬達和/或控制器的部件的實施例。此外，在一些實施例中變速器通常不包括車輛（尤其是自行車）的曲軸或驅(qū)動輪，但是在一些實施例中變速器可以包括這樣的部件。

2、本公開的各種實施例的一個方面是提供一種變速器，其中電動馬達從曲軸偏移以保持變速器在寬度方向上緊湊以用于自行車或電動自行車。變速器可以位于自行車框架的底托架處以與曲軸一起操作。踏板連接到曲柄臂，所述曲柄臂連接到曲軸，并且用戶接合踏板以推進自行車。因此，變速器必須適應用戶的踩踏運動。此外，變速器必須在地面上方保持一定的間隙以避免在用戶騎自行車時接觸地面?？紤]到這些約束，電動馬達從曲軸偏移以在曲軸的第一端和第二端之間保持緊湊的寬度。在一些實施例中，所述電動馬達在變速器中具有一定寬度和位置，使得電動馬達在寬度方向上完全定位在曲軸的第一端和第二端內(nèi)。曲軸的端之間的距離類似于自行車的q值（q-factor），其是左曲柄臂的踏板孔的外側與右曲柄臂的踏板孔的外側之間的距離，盡管曲柄臂的幾何形狀可能導致曲軸的端與q值之間的差異。q值隨著不同類型的自行車而變化，但是較窄的q值通常是優(yōu)選的，以便改善空氣動力學、更好的操縱以及更自然的踩踏運動。因此，曲軸的端之間的距離通常較窄，并且電動馬達的寬度位于曲軸的端之間以適應曲軸的操作和變速器的形狀因數(shù)。

3、本公開的各種實施例的另一方面是提供一種具有多個皮帶的變速器，所述變速器將動力從電動馬達傳遞到驅(qū)動輪，使得驅(qū)動輪比電動馬達的輸出軸更慢地并且以更大的扭矩旋轉。與傳統(tǒng)齒輪相比，皮帶更清潔、更安靜并且需要更少的維護。由于電動馬達偏離曲軸，并且驅(qū)動輪圍繞曲軸定位，因此在電動馬達的輸出軸和驅(qū)動輪之間存在奇數(shù)個皮帶?；谖锢砑s束和期望的總齒輪比，在優(yōu)選實施例中變速器具有三個皮帶。然而，在其他實施例中變速器可以具有任何其他數(shù)量的皮帶。

4、本公開的實施例的另一方面是提供一種變速器，其具有控制器和相關部件以控制變速器并輔助用戶的用力，這意味著減少用戶所需的能量輸入。電動馬達選擇性地為多個皮帶和驅(qū)動輪提供動力，并且控制器確定電動馬達何時提供動力以及提供多少動力。若干不同的可能輸入裝置將一個或多個輸入信號傳輸?shù)娇刂破鳌＠?，用戶可以扭轉油門或在換檔器或按鈕上輸入輔助級別。替代地或附加地，檢測施加到曲軸的用戶用力的量的扭矩傳感器可以將輸入信號傳輸?shù)娇刂破?。控制器基于這些輸入信號確定后續(xù)動作。后續(xù)動作可以包括允許電池向電動馬達供應電力?？刂破鬟€可以規(guī)定恒定的安培數(shù)、變化的安培數(shù)或為電動馬達供應安培數(shù)的另一方式，其然后為多個皮帶和驅(qū)動輪提供動力。

5、本公開的實施例的另一方面是提供一種變速器，其中電動馬達與有助于變速器的總齒輪比的錐齒輪相關聯(lián)。在一些實施例中，電動馬達是軸向磁通馬達，由于軸向磁通馬達及其部件如何將電力轉換為物理運動，因此軸向磁通馬達具有內(nèi)部體積。錐齒輪可以定位在該內(nèi)部體積中以保持變速器緊湊并有助于變速器的總齒輪比。

6、在本文的各種實施例中描述的皮帶驅(qū)動中心驅(qū)動變速器的優(yōu)點在于其：（1）最適合于與軸向馬達設計集成，（2）最適合于性能，（3）允許使用自行車現(xiàn)有齒輪系技術，其具有更大的動力和/或扭矩，以及（4）可以集成滑輪和皮帶。

7、本公開的第一方面是提供一種用于電動馬達輔助車輛的變速器，其包括：可圍繞曲柄軸線旋轉的曲軸，其中所述曲軸構造成向驅(qū)動輪提供動力以推進所述車輛；具有輸出軸的電動馬達，所述輸出軸可圍繞從所述曲柄軸線偏移的馬達軸線旋轉；第一輪，所述第一輪可圍繞所述曲柄軸線旋轉，其中所述第一輪具有從動部分和驅(qū)動部分；第二輪，所述第二輪可圍繞從所述曲柄軸線偏移的輪軸線旋轉，其中所述第二輪具有從動部分和驅(qū)動部分；第三輪，所述第三輪可圍繞所述曲柄軸線旋轉，其中所述第三輪具有從動部分；第一皮帶，所述第一皮帶與所述電動馬達的所述輸出軸接合并且與所述第一輪的所述從動部分接合，其中所述第一輪構造成比所述電動馬達的所述輸出軸更慢地并且以更大的扭矩旋轉；第二皮帶，所述第二皮帶與所述第一輪的所述驅(qū)動部分接合并且與所述第二輪的所述從動部分接合，其中所述第二輪構造成比所述第一輪更慢地并且以更大的扭矩旋轉；以及第三皮帶，所述第三皮帶與所述第二輪的所述驅(qū)動部分接合并且與所述第三輪的所述從動部分接合，其中所述第三輪構造成比所述第二輪更慢地并且以更大的扭矩旋轉，并且其中所述第三輪構造成向所述驅(qū)動輪提供動力以推進所述車輛。

8、第一方面的變速器可以可選地包括所述電動馬達的所述輸出軸具有馬達鏈輪，所述第一皮帶接合到所述馬達鏈輪，并且其中對于大約2.90:1至4.13:1之間的第一齒輪比，所述馬達鏈輪具有16至20個之間的齒，并且所述第一輪的所述從動部分具有58至66個之間的齒。

9、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，對于大約1.81:1至2.36:1之間的第二齒輪比，所述第一輪的所述驅(qū)動部分具有28至32個之間的齒，并且所述第二輪的所述從動部分具有58至66個之間的齒。

10、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，對于大約2.42:1至3.30:1之間的第三齒輪比，所述第二輪的所述驅(qū)動部分具有20至24個之間的齒，并且所述第三輪的所述從動部分具有58至66個之間的齒。

11、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述電動馬達的所述輸出軸具有馬達鏈輪，第一皮帶接合到所述馬達鏈輪，并且其中對于大約5.48:1至7.35:1之間的第一齒輪比，所述馬達鏈輪具有17至21個之間的齒，并且所述第一輪的所述從動部分具有115至125個之間的齒。

12、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，對于大約2.27:1至2.77:1之間的第二齒輪比，所述第一輪的所述驅(qū)動部分具有26至30個之間的齒，并且所述第二輪的所述從動部分具有68至72個之間的齒。

13、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，對于大約2.27:1至2.77:1之間的第三齒輪比，所述第二輪的所述驅(qū)動部分具有26至30個之間的齒，并且所述第三輪的所述從動部分具有68至72個之間的齒。

14、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述第一皮帶的寬度在大約7至11mm之間，所述第二皮帶的寬度在大約6至10mm之間，并且所述第三皮帶的寬度在大約16至20mm之間。

15、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述第一皮帶的寬度為大約9mm，所述第二皮帶的寬度為大約8mm，并且所述第三皮帶的寬度為大約18mm。

16、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或更多個，并且可選地，所述第一皮帶是powergrip??gt?3?3mm皮帶。所述第二皮帶是poly?chain??gt??carbon?5mm皮帶，并且所述第三皮帶是poly?chain??gt??carbon?5mm皮帶。

17、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，可以包括與所述電動馬達通信的控制器，其中所述控制器配置成接收輸入信號，并且所述控制器配置成使所述電動馬達將動力傳遞到所述驅(qū)動輪。

18、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述曲柄軸線、所述馬達軸線和所述輪軸線彼此平行。

19、第一方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述第一輪和所述第三輪圍繞所述曲軸定位，并且所述第三輪定位在所述第一輪和所述驅(qū)動輪之間。

20、本公開的第二方面是提供一種用于電動馬達輔助車輛的變速器，所述變速器具有可圍繞曲柄軸線旋轉的曲軸，其中所述曲軸構造成為所述車輛上的驅(qū)動輪提供動力以推進所述車輛，所述變速器還包括：具有輸出軸的電動馬達，所述輸出軸可圍繞從所述曲柄軸線偏移的馬達軸線旋轉；多個皮帶，所述多個皮帶將動力從所述電動馬達的所述輸出軸傳遞到所述車輛的所述驅(qū)動輪，其中所述電動馬達的所述輸出軸構造成比所述驅(qū)動輪更快地并且以更小的扭矩旋轉；以及與所述電動馬達通信的控制器，其中所述控制器配置成接收輸入信號，并且所述控制器配置成使所述電動馬達僅通過所述多個皮帶將動力傳遞到所述驅(qū)動輪。

21、第二方面的變速器可以可選地包括：第一輪，所述第一輪可圍繞所述曲柄軸線旋轉，其中所述第一輪具有從動部分和驅(qū)動部分；第二輪，所述第二輪可圍繞從所述曲柄軸線偏移的輪軸線旋轉，其中所述第二輪具有從動部分和驅(qū)動部分；第三輪，所述第三輪可圍繞所述曲柄軸線旋轉，其中所述第三輪具有從動部分；所述多個皮帶中的第一皮帶，所述第一皮帶與所述電動馬達的所述輸出軸接合并且與所述第一輪的所述從動部分接合，其中所述第一輪構造成比所述電動馬達的所述輸出軸更慢地并且以更大的扭矩旋轉；所述多個皮帶中的第二皮帶，所述第二皮帶與所述第一輪的所述驅(qū)動部分接合并且與所述第二輪的所述從動部分接合，其中所述第二輪構造成比所述第一輪更慢地并且以更大的扭矩旋轉；以及所述多個皮帶中的第三皮帶，所述第三皮帶與所述第二輪的所述驅(qū)動部分接合并且與所述第三輪的所述從動部分接合，其中所述第三輪構造成比所述第二輪更慢地并且以更大的扭矩旋轉，并且其中所述第三輪構造成與所述驅(qū)動輪接合以向所述驅(qū)動輪提供動力。

22、第二方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述電動馬達是軸向磁通馬達，所述軸向磁通馬達包括定子和可相對于所述定子旋轉的轉子；以及錐齒輪，所述錐齒輪與所述軸向磁通馬達的所述輸出軸接合并且與所述轉子接合，使得所述輸出軸構造成比所述轉子更慢地并且以更大的扭矩旋轉。

23、第二方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，包括輸入裝置，所述輸入裝置與所述控制器通信并且配置成接收用戶動作，其中所述輸入裝置配置成將輸入信號傳輸?shù)剿隹刂破?，并且所述輸入裝置是油門、換擋器或按鈕中的一個。

24、第二方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，包括扭矩傳感器，所述扭矩傳感器與所述曲軸接合并且配置成檢測施加到所述曲軸的扭矩，其中所述扭矩傳感器配置成將輸入信號傳輸?shù)剿隹刂破鳌?/p>

25、第二方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，包括與所述控制器通信的電池，其中所述控制器配置成使所述電池將電力傳輸?shù)剿鲭妱玉R達。

26、第二方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述控制器配置成使所述電池以恒定安培數(shù)或變化安培數(shù)中的一個傳輸電力。

27、本公開的第三方面是提供一種用于電動馬達輔助車輛的變速器，所述變速器具有可圍繞曲柄軸線旋轉的曲軸，其中所述曲軸構造成推進所述車輛，所述變速器還包括：具有輸出軸的電動馬達，所述輸出軸可圍繞從所述曲柄軸線偏移的馬達軸線旋轉，其中所述電動馬達包括定子和可相對于所述定子旋轉的轉子；錐齒輪，所述錐齒輪與所述轉子接合并且與所述電動馬達的所述輸出軸接合，使得所述輸出軸構造成比所述轉子更慢地并且以更大的扭矩旋轉；以及多個皮帶，所述多個皮帶將動力從所述電動馬達的所述輸出軸傳遞到輸出輪，其中所述電動馬達的所述輸出軸構造成比所述輸出輪更快地并且以更小的扭矩旋轉，并且所述電動馬達構造成僅通過所述多個皮帶將動力傳遞到所述輸出輪。

28、第三方面的變速器可以可選地包括：第一輪，所述第一輪可圍繞所述曲柄軸線旋轉，其中所述第一輪具有從動部分和驅(qū)動部分；第二輪，所述第二輪可圍繞從所述曲柄軸線偏移的輪軸線旋轉，其中所述第二輪具有從動部分和驅(qū)動部分；第三輪，所述第三輪可圍繞所述曲柄軸線旋轉，其中所述第三輪具有從動部分，并且所述第三輪是所述輸出輪；所述多個皮帶中的第一皮帶，所述第一皮帶與所述電動馬達的所述輸出軸接合并且與所述第一輪的所述從動部分接合，其中所述第一輪構造成比所述電動馬達的所述輸出軸更慢地并且以更大的扭矩旋轉；所述多個皮帶中的第二皮帶，所述第二皮帶與所述第一輪的所述驅(qū)動部分接合并且與所述第二輪的所述從動部分接合，其中所述第二輪構造成比所述第一輪更慢地并且以更大的扭矩旋轉；以及所述多個皮帶中的第三皮帶，所述第三皮帶與所述第二輪的所述驅(qū)動部分接合并且與所述第三輪的所述從動部分接合，其中所述第三輪構造成比所述第二輪更慢地并且以更大的扭矩旋轉，并且其中所述第三輪構造成推進所述車輛。

29、第三方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述電動馬達是軸向磁通馬達，并且所述定子和所述轉子的內(nèi)表面限定內(nèi)部體積，所述錐齒輪定位在所述內(nèi)部體積中。

30、第三方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述曲軸沿著所述曲柄軸線在第一端和第二端之間延伸，并且所述軸向磁通馬達具有沿著所述曲柄軸線定位在所述第一端和所述第二端內(nèi)的寬度尺寸。

31、第三方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，所述錐齒輪提供大約2:1的齒輪比，并且所述錐齒輪圍繞垂直于所述馬達軸線的軸線旋轉。

32、第三方面的變速器可以包括前述實施例中的一個或多個，并且可選地，可以包括與所述電動馬達通信的控制器；以及與所述控制器通信的電池，其中所述控制器配置成接收輸入信號，并且所述控制器配置成使所述電池將電力傳輸?shù)剿鲭妱玉R達。

33、如本文所使用的短語“至少一個”、“一個或多個”和“和/或”是開放式表述，其在操作中既是連接的又是轉折的。例如，表述“a、b和c中的至少一個”、“a、b或c中的至少一個”、“a、b和c中的一個或多個”、“a、b或c中的一個或多個”和“a、b和/或c”中的每一個表示單獨的a、單獨的b、單獨的c、a和b一起、a和c一起、b和c一起或a、b和c一起。

34、除非另有說明，否則說明書和權利要求書中使用的表示數(shù)量、尺寸、條件等的所有數(shù)字應理解為在所有情況下均由詞語“約”修飾。

35、如本文所用，術語“一”實體是指一個或多個該實體。因而，術語“一”、“一個或多個”和“至少一個”在本文中可互換使用。

36、本文中“包括”、“包含”或“具有”及其變體的使用旨在涵蓋其后列出的項目及其等同物以及附加項目。因此，術語“包括”、“包含”或“具有”及其變體在本文中可互換使用。本文中“與…接合”及其變體的使用旨在涵蓋部件之間的任何直接或間接連接。

37、根據(jù)本文所包含的（一個或多個）發(fā)明的公開內(nèi)容，這些和其他優(yōu)點將是顯而易見的。上述實施例、目的和配置既不完整也不窮舉。
技術實現(xiàn)要素：
既不旨在也不應被解釋為代表本發(fā)明的全部范圍和范疇。此外，本文對“本發(fā)明”或其方面的引用應理解為意指本發(fā)明的某些實施例，并且不應被解釋為將所有實施例限制于特定描述。在發(fā)明內(nèi)容以及附圖說明和具體實施方式中以各種詳細程度闡述了本發(fā)明，并且對于本發(fā)明的范圍不旨在通過在該發(fā)明內(nèi)容中包括或不包括元件、部件等來限制。通過具體實施方式，特別是當結合附圖時，本發(fā)明的附加方面將變得更加顯而易見。

38、應當領會，本文所述的任何特征或方面可以與本文所述的任何其他（一個或多個）特征或（一個或多個）方面組合來要求保護，而不管這些特征或方面是否來自相同的所述實施例。

39、本文描述的任何一個或多個方面可以與本文描述的任何其他一個或多個方面組合。本文描述的任何一個或多個特征可以與本文描述的任何其他一個或多個特征組合。本文描述的任何一個或多個實施例可以與本文描述的任何其他一個或多個實施例組合。