CN218489845U - 脚踏车、电动中驱单元以及其齿轮箱 - Google Patents

Abstract

一种脚踏车、电动驱动单元以及其齿轮箱，脚踏车可包括踏板组件、马达组件和驱动单元，驱动单元可用于允许选择性地使用踏板组件和马达组件中的一个或两个以将动力传送到车辆的从动轮。驱动单元可以包括齿轮箱，该齿轮箱可以封装构成所述踏板组件与所述从动轮之间的第一动力路径的至少一部分以及所述马达组件与所述从动轮之间的第二动力路径。第一和第二动力路径可以汇聚在齿轮箱内的一个组件。在动力路径会聚之前的第一动力路径和第二动力路径中各点处的单向轴承可以抑制或防止踏板组件受到马达组件的操作的影响，反之亦然。

Description

脚踏车、电动中驱单元以及其齿轮箱

以参考任何优先申请的方式合并

与本申请一起提交的申请数据表中确定了外国或国内优先权要求的任何和所有申请在此根据37CFR 1.57引用纳入。

该申请享有2021年8月30日提交的第63/260,729号美国临时专利申请和2021年5月19日提交的第63/190,403号美国临时专利申请的优先权，本文引用了它们的全部内容。

技术领域

本公开总体上涉及轮式车辆，例如包括踏板组件和马达组件的脚踏车和三轮车。

背景技术

轮式车辆可由踏板组件驱动，该踏板组件使链轮轴向偏移于车辆的从动轮旋转。链条可以用来将动力从链轮传递到车辆的从动轮。这些车辆可以交替地由配置为将动力传递到车辆的从动轮的电动机驱动。当马达也用于驱动链轮时，马达的运行会影响踏板组件的运行，导致踏板组件产生不期望的运动。马达的存在也会将摩擦损失引入踏板组件的运行中。

实用新型内容

在第一个广泛方面，提供了一种适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，电动脚踏车具有脚踏板和从动轮，齿轮箱包括电动马达、多个齿轮、第一单向轴承和第二单向轴承，第一单向轴承构造成能够使来自电动马达的动力传递到从动轮，第二单向轴承被配置为使来自脚踏板的动力被传递到从动轮，以及齿轮箱被配置为使用户能够单独使用脚踏板、单独使用电动马达以及同时使用脚踏板和电动马达来驱动电动脚踏车。

齿轮箱可包括链轮，链轮构造成从电动马达和脚踏板接收动力并通过链条将动力传递至驱动轮。齿轮箱可另外包括可旋转地耦合到脚踏板的底部支架轴，其中链轮可旋转地耦合到支撑底部支架轴的输出齿轮。输出齿轮可以通过第二单向轴承有条件地旋转地耦合到底部支架轴。输出齿轮可以通过旋转轴承支撑在中轴上，当没有通过脚踏板提供动力时，该旋转轴承允许输出齿轮独立于底部支架轴旋转。

多个齿轮可以包括形成从电动马达到链轮的电动马达动力路径的一部分的中间步进齿轮组。中间步进齿轮组可包括上步进齿轮组，其通过第一单向轴承有条件地旋转地耦合到下步进齿轮组。齿轮箱可以形成与从动轮的旋转轴线轴向偏移的中驱单元的一部分。

在另一个广泛的方面，提供了一种脚踏车，包括车架、由车架支撑的从动轮、踏板组件、电动马达以及由车架支撑的齿轮箱，齿轮箱包括第一单向轴承，该第一单向轴承形成电动马达和输出齿轮之间的电动马达动力路径的一部分，该输出齿轮可操作地耦合到从动轮以将动力传递到从动轮，以及第二单向轴承形成踏板组件和输出齿轮之间的踏板动力路径的一部分。

踏板组件可包括延伸穿过齿轮箱的至少一部分的底部支架轴，以及第一踏板曲柄和第二踏板曲柄在底部支架轴的两端可旋转地耦合到底部支架轴。输出齿轮可以通过第二单向轴承支撑在底部支架轴上。

输出齿轮可以通过旋转轴承支撑在底部支架轴上，齿轮箱还包括一个由第二单向轴承支撑在底部支架轴上的踏板输出齿轮。第一单向轴承可以在与底部支架轴轴向偏移的中间轴上支撑马达传动齿轮，马达传动齿轮可操作地连接到电动马达。中间轴可旋转地耦合到与踏板输出齿轮啮合的第一偏置齿轮和与输出齿轮啮合的第二偏置齿轮。马达传动齿轮可以通过由步进齿轮轴支撑的中间步进齿轮组可操作地连接到电动马达。

在另一个实施例中，提供了一种构造成固定到脚踏车车架的齿轮箱，齿轮箱包括链轮，该链轮构造成接合脚踏车的链条以通过链条将动力传递到脚踏车的驱动轮，被配置为从脚踏车的踏板组件接收动力的底部支架轴，被配置为从电动马达接收动力的步进齿轮，在至少底部支架轴和可操作地耦合到链轮的输出齿轮之间形成踏板动力路径的一部分的第一单向轴承，以及在至少步进齿轮和可操作地耦合到链轮的输出齿轮之间形成马达动力路径的一部分的第二单向轴承。

输出齿轮可以由第一单向轴承支承在底部支架轴上。第一单向轴承和输出齿轮可沿底部支架轴在不同位置支撑在底部支架轴上。步进齿轮可以通过第二单向轴承支撑在步进齿轮轴上。齿轮箱可以另外包括电动马达，电动马达至少部分地位于齿轮箱的外壳内。

附图说明

本公开的前述和其他特征将结合附图从以下描述和所附权利要求中变得更加明显。理解这些附图仅描绘了根据本公开的几个实施例并且不应被认为是对其范围的限制，将通过使用附图以附加的特异性和细节来描述本公开。在以下详细描述中，参考了构成其一部分的附图。在附图中，相似的符号通常标识相似的组件，除非上下文另有说明。

图1A示出包括踏板组件和包括配置为向车辆提供动力的马达的中驱单元的车辆实施例的透视图。图1B是图1A的车辆的右侧视图。图1C是图 1A车辆的左侧视图。图1D是图1A中车辆的俯视图。

图2A示出图1A车辆的齿轮箱的透视图，其显示与车辆无关。图2B 示出图2A的齿轮箱的右侧视图。图2C示出图2A的齿轮箱的左侧视图。

图3A示出了图2A的齿轮箱某些组件的透视图，所示为去掉外壳和某些附加组件。图3B显示了图3A的齿轮箱组件的***装配图。

图4A示出了图3A各部件的横截面图，各部件相对移动，使每个转轴的轴线彼此共面。图4B示出图3A的各组成部分的透视图，其排列方式如图 4A所示。

图5示出没有与马达连接的行星齿轮组的齿轮箱的备选实施例的组件的横断面视图，其设置位置与图4A相同。

图6A是图2A的齿轮箱组件的示意图。图6B是图6A的示意图，其所示为通过踏板组件提供动力的动力路径。图6C是图6A的原理图，其所示的动力路径是通过马达组件提供的。图6D是图6A的示意图，所示为通过踏板组件和马达组件同时提供动力的组合动力路径。

图7A-7C是图2A齿轮箱安装到图1A车辆上的透视图。

图8是齿轮箱的另一实施例的某些组件的示意图，其中，来自踏板组件和马达组件的动力通路汇聚于与底部支架轴相偏移的组件。

图9A示出包括踏板组件的车辆的另一个实施例的透视图，以及包括配置为向车辆提供动力的电动机的中驱单元的替代实施例。图9B是图9A车辆的右侧视图。图9C是图9A车辆的左侧视图。图9D是图9A的车辆的俯视图。

图10A示出图9A车辆的齿轮箱的透视图，显示与车辆无关。图10B 显示了图10A的齿轮箱的右侧视图。图10C显示了图10A的齿轮箱的左侧视图。

图11A示出了图10A的齿轮箱某些组件的透视图，所示为去掉外壳和某些附加组件。图11B示出图11A的齿轮箱组件的***装配图。

图12A说明了图10A各部件的透视图，各部件相对移动，使每个转轴的轴通常是共面的。图12B示出了图11A各组成部分的侧视图，其布置如图 12A所示。图12C示出了图11A各组成部分的部分横截面图，其布置如图12A 所示。

图13A是图10A的齿轮箱组件的示意图。图13B是图13A的示意图，其所示为通过踏板组件提供的动力的动力路径。图13C是图13A的示意图，其所示为通过马达组件提供的动力的动力路径。图13D为图13A的示意图，所示为通过踏板组件和马达组件同时提供动力的组合动力路径。

图14a和图14B是图10A的齿轮箱安装到图9A车辆上的透视图。

具体实施方式

所公开的技术涉及可以与诸如电动脚踏车的车辆一起使用的机动驱动单元。机动驱动单元的至少一些部件可以定位在车辆的中间部分，例如在车辆的前轮和后轮之间。在一些实施例中，位于车辆中间部分的部件可以包括中驱马达，其可以与电动脚踏车一起使用，也称为中驱电动脚踏车。这样的机动中驱单元可以配置用于各种脚踏车，包括脚踏车、三轮车和其他有踏板的车辆。中驱单元及其组件的某些实施例在附图中公开，这些附图形成了其一部分。在某些实施例中，中驱单元可以包括小型马达、减速齿轮和至少两个单向轴承。

概述

在某些实施例中，诸如中驱电动脚踏车的车辆可以包括齿轮箱。齿轮箱可以包括马达和一个或多个齿轮。马达可以由电池供电，电池可以放置在齿轮箱内或齿轮箱附近，或脚踏车上的其他位置。齿轮箱可以配置为与脚踏车的一部分匹配，例如脚踏车的底部支架外壳。底部支架壳可以是管状构件，当脚踏车***作时该管状构件可以大致水平地延伸和/或可以是手动踏板机构通常通过其安装到脚踏车上的支架，如本文更详细讨论的。

齿轮箱可包括电动机、多个齿轮、第一单向轴承和第二单向轴承。第一单向轴承可以构造成形成或连接第一动力路径的一部分，以使来自电动机的动力能够传送到脚踏车的从动轮，和/或将电动机与第二动力路径隔离或断开。动力路径，其使动力能够从脚踏车的踏板组件的脚踏板传送到脚踏车的从动轮。第二单向轴承可以构造成形成或连接第二动力路径的一部分，该第二动力路径能够使来自踏板组件的动力传递到从动轮，和/或将踏板组件与第一动力路径隔离或断开.齿轮箱可以配置为使用户能够同时利用踏板组件和电动机来驱动脚踏车 (例如，向从动轮施加原动力)。

在某些实现中，由于每个动力路径上都有单向轴承，当马达向从动轮提供动力时，用户可以将踏板保持在一个固定的位置，或向后旋转踏板。同样，在各种实施例中，用户踩踏不引起马达的驱动和/或马达不提供对踩踏的阻力。在一些实施例中，所述马达的尺寸可以足够小，以避免干扰用户能够脚踏脚踏车。

图1A-1C

图1A示出包括踏板组件和包括配置为向车辆提供动力的马达的中驱单元的车辆实施例的透视图。图1B是图1A的车辆的右侧视图。图1C是图 1A车辆的左侧视图。图1D是图1A中车辆的俯视图。

在所示实施例中，车辆10包括包括前轮20、后轮30和车架40的脚踏车。框架400可以包括，在其他组件中，下管42和座管44。齿轮箱100可以位于下管42或其轴向投影与座管44或其轴向投影相交的区域内。底部支架，在图1A中看不到，可能位于下管42和座管44的交汇处。底部支架轴130通过底支架延伸，并在每一端连接到在其外端支撑踏板50的踏板曲柄134。齿轮箱100 可以包括链轮144，链轮144通过链条60连接到后轮30的链轮或齿轮组，允许后轮30通过链条传输的动力来驱动。在这种安排中的后轮30也可以在此称为从动轮。在一些变种中，前轮20是从动轮。

如本文中更详细地描述的，齿轮箱内的马达组件，如齿轮箱100，和踏板组件，如曲柄134和踏板50，可用于向车辆的从动轮，如车辆10的后轮30 传递动力。所述动力可沿通过所述齿轮箱100的至少部分分离的动力路径传输，其中所述动力路径可汇聚到所述齿轮箱100内的组件处的公共输出段。在该共同输出部分的上方，动力路径的单独部分可以通过位于每个动力路径的各自单向轴承彼此隔离。

图2A示出图1A车辆的齿轮箱的透视图，其显示与车辆无关。图2B 示出图2A的齿轮箱的右侧视图。图2C示出图2A的齿轮箱的左侧视图。齿轮箱 100可以包括外壳110，外壳110包含沿多个旋转轴承设置的多个组件。外壳110 可以是塑料和/或金属，如压铸金属，并可以被尺寸可***或以其他方式延伸到车辆框架部件之间的空间。

正如在这里的其他地方更详细地讨论，外壳110可以被确保相对于车辆的框架。例如，在一些实施例中，齿轮箱100通过曲轴装配在车辆车架上。在一些实施例中，齿轮箱100可以以不同的方式组装。例如，齿轮箱100可以通过螺丝或其他紧固件连接到车辆的托架和/或车架上。齿轮箱100可以焊接或螺栓安装在车架或中间部件上，也可以作为车辆的一个整体部件，或以任何合适的方式连接到车架上。

图3A示出了图2A的齿轮箱某些组件的透视图，所示为去掉外壳和某些附加组件。图3B显示了图3A的齿轮箱组件的***装配图。图4A示出了图 3A各部件的横截面图，各部件相对移动，使每个转轴的轴线彼此共面。图4B 示出图3A的各组成部分的透视图，其排列方式如图4A所示。图6A是图2A的齿轮箱组件的示意图。

例如，可以在图4A中看到，齿轮箱100包括底部支架轴130，配置成围绕第一旋转轴138旋转。底部支架轴130可操作地连接到踏板组件的曲柄 134的每一端，允许踏板组件的曲柄134沿第一方向旋转以驱动所述耦合底部支架轴130围绕上述第一旋转轴138旋转。

第一单向轴承140，这里也称为踏板单向轴承140，是与底部支架轴 130和输出齿轮142同轴。链轮144，其可以与输出齿轮142成一体或以其他方式相对于输出齿轮142旋转固定，也与踏板单向轴承140同轴。底部支架轴130 延伸通过或以其他方式固定到踏板单向轴承140的内圈，以便主轴围绕第一旋转轴138旋转，使踏板单向轴承的内圈围绕第一旋转轴138旋转。

踏板单向轴承140被配置为在踏板组件的曲柄134被第一个方向驱动时在底部支架轴130和输出齿轮142之间传递扭矩。在第一方向上驾驶踏板单向轴承140的内圈，锁住相对于其外圈的踏板单向轴承140的内圈，允许在其中传递扭矩。

第一方向可以是向前的方向，其中曲柄134被移动使得曲柄134围绕圆形路径移动，该圆形路径包括曲柄134从向上的垂直方向移动到面向前的方向，沿车辆行驶方向或朝向车辆前轮。来自踏板单向轴承140的扭矩传递使输出齿轮142和旋转连接的链轮144沿第一方向移动。链轮144的转动带动链条绕链轮144转动，进而带动驱动轮上的齿轮带动车辆。此动力路径如图6B中的动力路径190A所示。

然而，当输出齿轮142通过其他方式沿第一方向被驱动时，在没有通过曲柄134向底部支架轴130施加力矩的情况下，与输出齿轮142相耦合的踏板单向轴承140的外圈运动不会引起踏板单向轴承140的内圈力矩。沿第一方向驱动输出齿轮142将允许踏板单向轴承140的外圈相对于其内圈滑动，并且不会通过踏板单向轴承140将扭矩传递到底部支架轴130。踏板单向轴承在五通轴130 和输出齿轮142之间提供有条件的旋转耦合，因为踏板单向轴承140的内圈和外圈之间沿一个方向的相对运动导致踏板单向运动导向轴承140锁定并提供旋转耦合。沿另一方向的相对运动允许踏板单向轴承140滑动，不提供旋转耦合。

任何合适的单向轴承都可以使用，包括柱塞轴承，或带有中间球轴承或其他轴承构件的轴承，如针轴承，在不对称保持空间内偏置。

齿轮箱100可包括马达组件150，马达组件150可用于为车辆提供动力，代替或附加于通过曲柄134施加的踩踏动力。马达组件150可包括马达152 和输出旋转元件156。取决于马达152的速度，马达组件150还可以包括降压部件，例如行星齿轮组154。行星齿轮组154可包括可由马达直接驱动的太阳齿轮，以及由太阳齿轮依次驱动的多个行星齿轮。输出旋转元件156可以依次联接到多个行星齿轮，使得输出旋转元件156可以以比太阳齿轮和马达152更慢的角速度被驱动，并且整个马达组件150的扭矩输出可以相对于马达152的扭矩输出增加而不需要行星齿轮组154的减速。在一些变体中，降压部件包括齿轮系(例如，多个正齿轮)、皮带传动装置、链条传动装置等。

马达152和输出旋转元件156彼此同轴并且可围绕第二旋转轴线158 旋转。在所示实施例中，输出旋转元件156包括输出齿轮156，允许马达组件驱动轴向偏移元件的旋转。然而，在其他实施例中，输出旋转元件156可以是例如可以联接到另一个轴向对齐元件的轴。

在所示实施例中，行星齿轮组154被描绘为附接到马达152的分立元件，尽管在其他实施例中，行星齿轮组或其他降压部件可以集成到马达152本身的外壳中。

马达组件150连接到中间步进齿轮组160，中间步进齿轮组160包括下步进齿轮162和上步进齿轮164。在一些实施例中，下步进齿轮162与马达组件100的马达输出齿轮156啮合和/或具有比上步进齿轮164的有效半径更大的有效半径。下步进齿轮162通过第二单向轴承170(也称为马达单向轴承170) 和旋转地固定到上步进齿轮164的步进齿轮轴172有条件地旋转连接到上步进齿轮164。步进齿轮轴172可旋转地连接到马达单向轴承170的内圈，而上步进齿轮164可旋转地连接到马达单向轴承170的外圈。下步进齿轮162、上步进齿轮164、马达单向轴承170和步进齿轮轴172中的每一个可以与第三旋转轴线178 同轴并且被配置为围绕第三旋转轴线178旋转。

当马达组件150，特别是输出齿轮156在第一方向上被驱动时，下步进齿轮162将在与第一方向相反的第二方向上被驱动。反之，马达单向轴承170 的外圈将被沿第二方向驱动。马达单向轴承170被定向成使得当外圈沿第二方向被驱动时，马达单向轴承锁定并且扭矩传递到马达单向轴承170的内圈，并传递到步进齿轮轴172和上步进齿轮164。因此，由于马达单向轴承170的定向，驱动下步进齿轮162沿第二方向旋转导致中间步进齿轮组160的每个部件作为单个单元沿第二方向一起被驱动。反之，上步进齿轮164在第二方向上的旋转导致输出齿轮142和旋转连接的链轮144在第一方向上旋转，并且链条可以继而在与踏板曲柄134在第一方向上的旋转相同的正向方向上驱动车辆。此动力路径如图 6C中的动力路径190B所示。

当输出齿轮142在不使用马达组件150的情况下沿第一方向被驱动时，例如通过踏板曲柄134的旋转，上步进齿轮164和步进齿轮轴172将沿第二方向被驱动。然而，由于马达单向轴承170的定向，马达单向轴承170的内圈的旋转不会引起马达单向轴承170的外圈的旋转，并且基本上没有扭矩会从步进齿轮轴172传递到下步进齿轮162。

当马达组件150不被用于向车辆提供动力时，马达单向轴承170将马达组件150与车辆的踏板驱动操作隔离(例如，断开)。这抑制或防止例如马达组件150对车辆的踏板驱动操作产生负面影响，因为如果踏板曲柄134的旋转引起马达152的转子相对于马达152的定子的旋转，则会产生摩擦负载。

在所示实施例中，马达单向轴承170位于下步进齿轮162内，马达单向轴承170的外圈连接到下步进齿轮162。然而，在其他实施例中，单向轴承可以位于马达152和输出齿轮142之间的动力路径上的其他地方。例如，上步进齿轮164可以连接到马达单向轴承170的外圈，下步进齿轮162通过步进齿轮轴 172旋转地连接到马达单向轴承170的内圈。在其他实施例中，例如在马达152 和输出齿轮142之间提供较少齿轮减速的实施例中，马达单向轴承170的座圈可以直接连接到马达组件150的输出旋转元件156。

类似于马达单向轴承170提供的隔离，踏板单向轴承140可以将踏板曲柄134与车辆的马达驱动操作隔离。这可以使得由踏板曲柄134支撑的踏板可以在车辆的纯马达驱动操作期间保持静止。这允许骑手在马达驱动操作期间将他们的脚放在稳定的位置。

如果同时使用马达组件150和踏板曲柄134为车辆提供动力，踏板单向轴承140和马达单向轴承170可以允许扭矩同时从马达组件150和踏板曲柄 134传输到输出齿轮142。这允许车辆在马达辅助模式下运行，其中骑车人可以在踩踏时使用马达组件150为车辆提供补充动力。

马达可以用多种方式控制。在一些实施例中，马达由用户可以调节的节流阀控制，例如拇指节流阀。在一些实施方式中，马达向用户提供驱动辅助。例如，马达可以提供原动力，补充或增加用户通过踏板提供的原动力。在一些实施例中，马达在用户未踩踏板时提供动力。在某些变体中，马达在用户踩踏时提供动力。在某些实施方式中，脚踏车包括用于控制马达的传感器，例如扭矩、接近度或其他传感器。例如，当检测到和/或超过阈值扭矩水平时，可以启动马达。这可以通过马达实现自动运动辅助和/或可以允许用户通过使用踏板组件来控制马达的操作，例如通过向踏板组件施加大于或等于阈值的扭矩量。在各种实施例中，脚踏车可以同时由马达和用户通过踏板组件提供动力。

图5示出备选齿轮箱200的横截面图。该齿轮箱200可以有一个马达组件250。在一些实施例中，马达组件250包括直接驱动器和/或不包括行星齿轮组。如图4A所示，齿轮箱200的各部件布置在相同的相对位置。在这样的实施例中，马达252以与马达252相同的角速度驱动输出轴254和支撑在其上的马达输出齿轮256。例如，当马达252被配置为以低于马达152的速度旋转时，这样的布置可能是合适的。例如，在一些实施例中，马达252可以配置为以小于 4,000rpm的速度旋转。相比之下，在一些实施例中，与行星齿轮组154结合使用的马达152可以配置为以超过10,000rpm的速度旋转。在一些实施例中，马达 152可以具有大约18,000rpm的输出角速度，尽管在齿轮箱的每一级处可以用不同的齿轮比适应宽范围的马达输出速度。例如，马达152和252的合适马达速度范围可以基于中间步进齿轮组160和260提供的齿轮减速而变化，以及可以在齿轮箱100和200的动力传动系中的其他地方提供的任何齿轮减速。

图7A-7C是图2A齿轮箱安装到图1A车辆上的透视图。如在图7A 中可见，齿轮箱100的外壳110可以包括大致圆柱形的接合构件112，该接合构件112的尺寸被确定为装配到底部支架外壳46的径向内壁中。接合构件112可包括多个径向延伸的肋或翅片114，其可邻接底部托架壳的内侧以提供它们之间的摩擦配合。翅片114的前缘可以是锥形的，以便于***底部支架外壳46中。

如图7B所示，一旦接合构件112完全***到底部支架外壳46中，底部支架轴130的一部分通过底部支架外壳46向外延伸并超出底部支架外壳46。齿轮箱盖118可***底部支架轴130的暴露部分上并朝底部支架外壳46滑动以至少部分地邻接和/或延伸到底部支架外壳46中。在一些实施例中，齿轮箱盖118 可以至少部分地通过与底部支架外壳46的摩擦配合而保持在适当的位置上。齿轮箱盖118可包括一个或多个旋转轴承，其构造成在其自由端支撑底部支架轴 130并允许底部支架轴130相对于底部支架外壳46旋转。

从图7C可以看出，齿轮箱盖118已经***到位，完成了齿轮箱110 在车架40上的安装。踏板曲柄134(参见图1A)可以附接到底部支架轴130的每一端，并且可以配合部件之间的摩擦配合，以将齿轮箱100保持在车架上的适当位置。

齿轮箱100和/或整个中驱单元的轴向安装可以实现快速和容易的安装过程。然而，多种替代安装过程可以与各种齿轮箱和/或中驱单元设计结合使用。例如，在一些实施例中，齿轮箱可以从车辆底部安装，例如通过垂直移动到车辆框架中的对应配合支架中。在一些实施例中，齿轮箱可以至少部分地安装到脚踏板和/或曲柄机构安装到脚踏车的位置中。在一些实施例中，可以在不修改脚踏车框架的情况下安装齿轮箱。齿轮箱和/或中驱单元的安装可以促进将非动力脚踏车转换和/或改装成动力脚踏车。

在齿轮箱100中，输出齿轮142旋转地联接到链轮144并且被配置为用作两个动力路径会聚的扭矩组合部件，从而允许输出齿轮142从底部支架轴 130和中间步进齿轮组160两者接收扭矩。然而，在其他实施例中，输出齿轮和链轮可以旋转独立于底部支架，但由底部支架支撑，并且动力路径上游的轴向偏移齿轮可以用作扭矩组合部件。

图8

图8示意性地示出了齿轮箱的替代实施例的某些部件，其中来自踏板组件和马达组件的动力路径会聚在偏离底部支架轴的部件处。图8示意性地示出了齿轮箱300的实施例，该齿轮箱300包括从输出齿轮轴向偏移的扭矩组合齿轮。齿轮箱300包括底部支架轴330，其旋转地联接到踏板曲柄334。踏板单向轴承340，其可以同心地定位在踏板输出齿轮336内，提供底部支架轴330和踏板输出齿轮336之间的条件转动耦合。当踏板曲柄334在第一方向上被驱动时，例如由用户踩踏车辆，踏板输出齿轮336在第一方向上被驱动。

踏板输出齿轮336沿第一方向的旋转驱动第一偏置步进齿轮382的旋转，该齿轮用作扭矩组合部件，在与第一方向相反的第二方向上围绕偏置轴 386。可旋转地连接到第一偏置步进齿轮382的第二偏置步进齿轮384在与第一偏置步进齿轮382相同的第二方向上被驱动。继而，第二偏置步进齿轮384的旋转驱动输出齿轮342和旋转连接的链轮344沿第一方向旋转。

输出齿轮342可由底部支架轴330支撑。在某些实施方式中，输出齿轮342通过在输出齿轮342和底部支架轴330之间不传递扭矩的旋转轴承来支撑。相反，支撑输出齿轮342的旋转轴承不直接将底部支架轴330的旋转与输出齿轮342的旋转耦合。这允许输出齿轮342在某些条件下和在某些实施例中相对于底部支架轴330(例如，以不同的速度)旋转。在某些情况下，底部支架轴330 可以在输出齿轮342旋转期间保持静止。

在一些实施方式中，输出齿轮342及其支撑旋转轴承和踏板输出齿轮336及其支撑踏板单向轴承340中的每一个与底部支架轴330同轴。这些部件中的每一个以及链轮344被配置为围绕第一旋转轴线338旋转。第一偏置步进齿轮382和第二偏置步进齿轮384以及偏置轴386构造成围绕偏置旋转轴388旋转。因此，来自踏板曲柄334的动力路径穿过底部支架轴，穿过踏板单向轴承340到达踏板输出齿轮336，穿过第一和第二偏置步进齿轮382和384，并到达输出齿轮342和链轮344。

齿轮箱300可以包括马达组件，其包括马达352和减速部件354。减速部件354可以是任何合适的部件或部件的组合，其被配置和布置成提供小于马达352的角速度的输出角速度。减速部件354可包括行星齿轮组、蜗轮、皮带、步进齿轮或这些或其他合适部件的任何组合中的一个或多个。

马达组件可以包括或连接到马达单向轴承(图8中未具体示出)，该轴承将马达组件350与踏板曲柄334机械隔离。马达单向轴承可位于马达352与第一偏置步进齿轮382之间的动力路径的任何合适位置。

马达组件350和减速部件354被配置为在马达352被驱动时沿第二方向驱动第一偏置步进齿轮382。这也沿第二方向驱动第二偏置步进齿轮384，其继而驱动输出齿轮342和旋转连接的链轮344沿第一方向旋转。然而，此外，第一偏置步进齿轮382在第二方向上的转动带动踏板输出齿轮336在第一方向上的转动。踏板输出齿轮336和踏板单向轴承340的外圈沿第一方向的旋转不会导致踏板单向轴承340的内圈的相应旋转。输出齿轮342因此被马达352驱动沿第一方向旋转，而底部支架轴330和连接到底部支架轴的踏板曲柄334可以保持静止，因为马达352产生的扭矩不通过踏板单向轴承340传递到底部支架轴330。

图9A-14B

图9A示出了车辆10’的另一个实施例的透视图，该车辆10’包括踏板组件和中驱单元的替代实施例，该中驱单元包括配置为向车辆提供动力的马达。图9B是图9A车辆的右侧视图。图9C是图9A车辆的左侧视图。图9D是图9A 的车辆的俯视图。

图9A中的车辆10’类似于图1A中的车辆10，包括安装在底部支架上的齿轮箱400。在所示实施例中，底部支架轴430通常位于下管42’将与座管 44’相交的点。

图10A示出图9A车辆的齿轮箱的透视图，显示与车辆无关。图10B 显示了图10A的齿轮箱的右侧视图。图10C显示了图10A的齿轮箱的左侧视图。图11A示出了图10A的齿轮箱某些组件的透视图，所示为去掉外壳和某些附加组件。图11B示出图11A的齿轮箱组件的***装配图。

图12A示出了图10A各部件的透视图，各部件相对移动，使每个转轴的轴通常是共面的。图12B示出了图11A各组成部分的侧视图，其布置如图 12A所示。图12C示出了图11A各组成部分的部分横截面图，其布置如图12A 所示。图13A是图10A的齿轮箱组件的示意图。

齿轮箱400包括底部支架轴430，可旋转连接到底部支架轴430两端的踏板曲柄434。踏板输出齿轮436通过踏板单向轴440连接到底部支架轴430，输出齿轮442通过旋转轴承446连接到底部支架446。踏板单向轴440有条件地将踏板输出齿轮436旋转地联接到底部支架轴430，并且旋转轴承446将输出齿轮442支撑在底部支架轴430上而不直接将输出齿轮442旋转地联接到底部支架轴430。

齿轮箱400还包括马达组件450，该马达组件包括马达452和马达输出齿轮456形式的输出旋转元件。在一些实施方式中，因为在来自马达452的动力路径中包含了额外的齿轮减速级，可以省略行星齿轮组和/或马达输出齿轮456 的角速度可以大致等于马达452的角输出速度。

在其他实施例中，马达452可以包括在马达452的外壳内的集成降压部件，例如行星齿轮组，以减小马达输出齿轮456相对于马达452本身的角速度的角速度，同时增加输出扭矩。

与齿轮箱100的中间步进齿轮组160类似，齿轮箱400可以包括中间步进齿轮组460，中间级齿轮组460包括下步进齿轮462和上步进齿轮464。下步进齿轮462可以啮合马达组件400的马达输出齿轮456并且可以具有比上步进齿轮464的有效半径更大的有效半径。然而，与齿轮箱100的中间步进齿轮组 160不同，在某些实施方式中，中间步进齿轮组460的下步进齿轮462和上步进齿轮464不是通过单向轴承有条件地旋转耦合到彼此。相反，在某些变体中，下步进齿轮462和上步进齿轮464分别耦合到与上、下步进齿轮464和462同轴并延伸的步进齿轮轴472。

上步进齿轮464接合马达传动齿轮474，该马达传动齿轮474通过马达单向轴承470连接到偏置轴486。偏置轴486支承并旋转连接到与踏板输出齿轮436相啮合的第一偏置步进齿轮482和与输出齿轮442相啮合的第二偏置步进齿轮484。

如上文关于齿轮箱300所讨论的，当用户旋转踏板以沿第一方向移动踏板曲柄434来驱动底部支架轴430时，扭矩将从底部支架轴430通过踏板单向轴440传递到踏板输出齿轮436。踏板输出齿轮436将在第一方向上被驱动，并且将依次在第二方向上驱动第一偏置步进齿轮482、偏置轴486以及第二偏置步进齿轮484。第二偏置步进齿轮484的旋转驱动与第二偏置步进齿轮484啮合的输出齿轮442沿第一方向旋转，从而可以通过链轮444输出动力。该动力路径如图13B中的动力路径490A所示。

然而，由于马达单向轴承470的定向，马达单向轴470的内圈的运动不会引起马达单向轴470的外圈的运动，并且马达传动齿轮474将不会在第二方向上被驱动。中间步进齿轮组460和沿着马达452和马达传动齿轮474之间的动力路径的其他部件将与由马达单向轴470提供的踏板曲柄434旋转提供的动力隔离。

当马达输出齿轮456在第二方向上被驱动时，中间步进齿轮组460 在与第二方向相反的第一方向上被驱动。继而，马达传动齿轮474由中间步进齿轮组460沿第二方向驱动。马达单向轴在马达传动齿轮474沿第二方向旋转期间将扭矩传递到偏置轴486，导致第一偏置步进齿轮482和第二偏置步进齿轮484 与马达传动齿轮474一起沿第二方向被驱动。第二偏置步进齿轮484的旋转驱动与第二偏置步进齿轮484啮合的输出齿轮442沿第一方向旋转，从而可以通过链轮444输出动力。该动力路径如图13C中的动力路径490B所示。

此外，第一偏置步进齿轮482的旋转驱动与第二偏置步进齿轮484 啮合的踏板输出齿轮436沿第一方向旋转。然而，当踏板输出齿轮436沿第一方向被驱动时，踏板单向轴440不将扭矩传递至底部支架轴430。由于踏板单向轴 440提供的隔离，因此底部支架轴430将不受马达452的操作的影响。由于曲柄 434不会移动，因此踏板可以保持在稳定的位置，以便骑手可以在车辆的马达驱动操作期间将他们的脚放在踏板上。

图14A和图14B是透视图，说明了图10A的齿轮箱安装在车辆的另一个实施例上。在图14A中可以看出，至少在下管42”和座管44”之间延伸的弯曲支架48的尺寸和方向设计成在大致垂直的方向上接收齿轮箱400。弯曲支架48和齿轮箱400的互补形状将确保齿轮箱400和弯曲支架48之间的对准，以及弯曲支架48中的孔92和齿轮箱400的外壳410中的相应孔492之间的对准。

在图14B中，可以看到齿轮箱400已经安装在弯曲支架48内，可以通过任何合适的方法固定在适当的位置。例如，螺栓或其他紧固件可以通过弯曲支架48中的孔92***到齿轮箱400的外壳410中的相应孔492中。在其他实施例中，齿轮箱400可以通过焊接、粘合剂或任何其他合适的固定结构或方法固定就位。

某些附加方面

在一些实施例中，各种齿轮箱的齿轮装置可以配置成以大约250rpm 的角速度驱动车辆的从动轮。相比之下，在一些实施例中，马达可以具有大约 18,000rpm的原始输出角速度，并且齿轮箱可以被配置用于用户以大约120rpm 的速度踩踏板。这些角速度是用于这些部件中的每一个的宽范围的合适角速度的一个示例，但是说明了可以在本文描述的说明性齿轮箱的动力路径中的各个点处提供的齿轮减速的相对量。

例如，在诸如齿轮箱100的齿轮箱中，其中动力路径会聚在输出齿轮142上并且输出齿轮142的角速度与踏板组件的角速度相同，马达动力路径可以在马达152和输出齿轮142之间经历大约150:1的总齿轮减速。例如，行星齿轮组154可以提供大约7.2:1的齿轮减速，马达组件输出156和中间齿轮组160 之间的接口可以提供大约5:1的齿轮减速，中间齿轮组160和输出齿轮142之间的接口可以提供大约4:1的齿轮减速。

然而，因为输出齿轮142将以大约120rpm的速度被驱动，而从动轮打算在相同的条件下以大约250rpm的速度被驱动，所以齿轮箱100和后轮30 之间的链传动可以配置为具有大约1:2的齿轮比，大约使输出齿轮142的角速度加倍以实现从动轮的期望角速度。在这样的实施例中，沿着动力路径的链部分的这种齿轮减速和随后的齿轮增加可能会影响齿轮箱100的效率。

相反，因为齿轮箱400的动力路径在输出齿轮442和旋转耦合的链轮444之前会聚，链轮444可以被配置为以与从动轮的目标角速度相同的角速度被驱动。在这样的实施例中，马达动力路径可以在马达452和输出齿轮442之间经历大约75:1的总齿轮减速。例如，马达组件输出齿轮456和中间齿轮组460 之间的接口可以提供大约7.2:1的齿轮减速，中间齿轮组160和马达传动齿轮 474之间的接口可以提供大约5:1的齿轮减速，以及第二偏置级齿轮484与输出齿轮442之间的界面可以大致为2:1。踏板曲柄434和第一偏置步进齿轮482之间的动力路径可以包括大约1:4的总齿轮增加。因为动力路径的链部分不包括齿轮增加，所以齿轮箱400在这些说明性条件下可以比齿轮箱100更有效地运行。

尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅作为示例呈现并且不旨在限制本公开的范围。实际上，本文所述的新颖方法和***可以多种其他形式体现。此外，可以在不背离本公开的精神的情况下对本文描述的***和方法进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等价物旨在覆盖落入本公开范围内的此类形式或修改。来自一个实施例的任何特征都可以包括在任何其他实施例中。没有任何元素、特征、步骤或方面是关键或必要的。

结合特定方面、实施例或示例描述的特征、材料、特性或组应理解为适用于本节或本说明书其他地方描述的任何其他方面、实施例或示例，除非与之不相容。本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征，和/或如此公开的任何方法或过程的所有步骤，可以以任何组合进行组合，除了其中至少一些这样的特征和/或步骤是相互排斥的组合。保护不限于任何前述实施例的细节。保护延伸至本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新的或任何新的组合，或如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖组合。

此外，本公开中在单独实现的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现中组合实现。相反，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可以在多个实现中分别实现或以任何合适的子组合实现。此外，尽管特征可以在某些组合中被描述为在某些组合中起作用，但在某些情况下，可以从组合中去除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且该组合可以被要求作为子组合或子组合的变体。

出于本公开的目的，本文描述了某些方面、优点和新颖特征。不一定所有这些优点都可以根据任何特定实施例来实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本公开可以实现如本文教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现如本文教导或建议的其他优点。

某些术语

在以下描述中可能使用某些术语仅用于参考目的，因此不旨在进行限制。例如，“上”、“下”、“上”、“下”、“上”、“下”、“上”、“下”、“左”等术语都是指所参照的图纸方向。此类术语可能包括上述具体提及的词语、其派生词以及类似含义的词语。类似地，术语“第一”、“第二”和其他此类涉及结构的数字术语均不暗示顺序或顺序，除非上下文明确指出。

条件性语言，例如“可以”、“可能”、“可能”或“可能”，除非另有明确说明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，通常旨在传达某些实施例包括，而其他实施例包括不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件性语言通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元素和/或步骤，或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定的逻辑，这些特征、元件和/或步骤是否被包括或将在任何特定实施例中执行。

除非另有明确说明，否则诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”之类的连词用语理解为一般用于传达项目、术语等可以是X、Y的上下文，或Z。因此，这种连词语言通常不旨在暗示某些实施例需要存在X中的至少一种、Y 中的至少一种和Z中的至少一种。

如本文所用的与圆形有关的术语，例如直径或半径，应理解为不需要完美的圆形结构，而是应应用于具有可从一侧到另一侧测量的横截面区域的任何合适的结构。与一般形状有关的术语，例如“球形”或“圆形”或“圆柱形”或“半圆形”或“半圆柱形”或任何相关或类似的术语，不需要严格遵守球体的数学定义，圆、圆柱或其他结构，但可以包含合理接近的结构。

如本文所用，术语“大约”、“大约”和“基本上”表示接近所述量的量，其仍执行所需功能或实现所需结果。例如，在一些实施例中，如上下文可能允许的，术语“大约”、“大约”和“基本上”可以指小于或等于所述量的10％以内的量。如本文所用，术语“一般”表示主要包括或倾向于特定值、量或特性的值、量或特性。作为示例，在某些实施例中，如上下文可能允许的，术语“大致平行”可以指代偏离精确平行小于或等于20度的事物。作为另一个示例，在某些实施例中，如上下文所允许的，术语“大体垂直”可以指代偏离精确垂直小于或等于20度的事物。

术语“包括”、“包括”、“具有”等是同义词，并且以开放式的方式包容性地使用，并且不排除其他元素、特征、动作、操作等。同样，术语“某些”、“某些”等是同义词，并以开放式的方式使用。此外，术语“或”以其包容性(而不是排他性)使用，例如，当用于连接元素列表时，术语“或”表示其中的一个、一些或全部列表中的元素。

已经结合附图描述了一些实施例。附图是按比例绘制的，但是这种比例不是限制性的，因为除了所示的尺寸和比例之外的尺寸和比例是可以预期的并且在所公开的发明的范围内。距离、角度等仅仅是说明性的，不一定与所示设备的实际尺寸和布局具有精确关系。可以添加、删除和/或重新排列组件。此外，本文中与各种实施例相关的任何特定特征、方面、方法、特性、特性、质量、属性、元素等的公开可以用于本文阐述的所有其他实施例中。此外，本文所述的任何方法都可以使用适合执行所述步骤的任何设备来实施。

总体而言，权利要求的语言将基于权利要求中使用的语言进行广泛解释。权利要求的语言不限于在本公开中说明和描述的或在申请的实施期间讨论的非排他性实施例和示例。

本文已经公开了中驱机动驱动单元以及相关车辆和方法的各种实施例和示例。尽管已经在某些实施例和示例的上下文中公开了本发明，但是本领域技术人员将理解，本公开超出了具体公开的实施例，延伸到其他替代实施例和/ 或实施例的使用以及某些修改和等同物。本公开的范围不旨在受限于本部分或本说明书其他地方的优选实施例的具体公开内容，并且可以由在本部分或本说明书其他地方或未来提出的权利要求限定。

Claims (20)

1.一种适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，所述电动脚踏车具有脚踏板和从动轮，其特征在于，所述齿轮箱包括：

电动马达；

多个齿轮；

第一单向轴承；

第二单向轴承；

所述第一单向轴承构造成能够将来自所述电动马达的动力传递到所述从动轮；

所述第二单向轴承构造成能够将来自所述脚踏板的动力传递到所述从动轮；以及

所述齿轮箱配置为使用户能够通过以下方式推动电动脚踏车：单独使用脚踏板，单独使用电动马达，同时使用脚踏板和电动马达。

2.根据权利要求1所述的适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱包括链轮，所述链轮配置为接收来自所述电动马达和脚踏板的动力并通过链条将动力传递至驱动轮。

3.根据权利要求2所述的适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，其特征在于，还包括旋转地耦合到所述脚踏板的底部支架轴，其中所述链轮旋转地耦合到支撑所述底部支架轴的输出齿轮。

4.根据权利要求3所述的适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，其特征在于，所述输出齿轮通过所述第二单向轴承有条件地旋转耦合到所述底部支架轴。

5.根据权利要求3所述的适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，其特征在于，所述输出齿轮通过旋转轴承支撑在所述底部支架轴上，当没有通过所述脚踏板提供动力时，所述旋转轴承允许所述输出齿轮独立于所述底部支架轴旋转。

6.根据权利要求2所述的适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，其特征在于，所述多个齿轮包括中间步进齿轮组，所述中间步进齿轮组形成从所述电动马达到所述链轮的马达动力路径的一部分。

7.根据权利要求6所述的适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，其特征在于，所述中间步进齿轮组包括上步进齿轮组，所述上步进齿轮组通过所述第一单向轴承有条件地旋转耦合到下步进齿轮组。

8.根据权利要求1所述的适用于中驱电动脚踏车的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱形成中驱单元的一部分，所述中驱单元从所述从动轮的旋转轴线轴向偏移。

9.一种脚踏车，其特征在于，包括：

车架；

从动轮，所述从动轮由所述车架支撑；

踏板组件；

电动马达；以及

齿轮箱，所述齿轮箱由车架支撑，且包括：

第一单向轴承，所述第一单向轴承形成所述电动马达和输出齿轮之间的马达动力路径的一部分，所述输出齿轮可操作地耦合到从动轮以将动力传递到从动轮；以及

第二单向轴承，所述第二单向轴承形成所述踏板组件和所述输出齿轮之间的踏板动力路径的一部分。

10.根据权利要求9所述的脚踏车，其特征在于，所述踏板组件包括：

底部支架轴，所述底部支架轴延伸穿过所述齿轮箱的至少一部分；以及

第一踏板曲柄和第二踏板曲柄，所述第一踏板曲柄和第二踏板曲柄在所述底部支架轴的相应端部旋转地耦合到所述底部支架轴。

11.根据权利要求10所述的脚踏车，其特征在于，所述输出齿轮由所述第二单向轴承支撑在所述底部支架轴上。

12.根据权利要求10所述的脚踏车，其特征在于，所述输出齿轮通过旋转轴承支撑在所述底部支架轴上，所述齿轮箱进一步包括由所述第二单向轴承支撑在所述底部支架轴上的踏板输出齿轮。

13.根据权利要求12所述的脚踏车，其特征在于，所述第一单向轴承将马达传动齿轮支撑在从所述底部支架轴轴向偏移的中间轴上，所述马达传动齿轮可操作地连接到所述电动马达。

14.根据权利要求13所述的脚踏车，其特征在于，所述中间轴旋转地耦合到与所述踏板输出齿轮啮合的第一偏置齿轮和与所述输出齿轮啮合的第二偏置齿轮。

15.根据权利要求13所述的脚踏车，其特征在于，所述马达传动齿轮通过由步进齿轮轴支撑的中间步进齿轮组可操作地连接到所述电动马达。

16.一种构造成固定到脚踏车车架的齿轮箱，其特征在于，所述齿轮箱包括：

链轮，所述链轮被构造成接合脚踏车的链条以通过链条将动力传递至脚踏车的驱动轮；

底部支架轴，所述底部支架轴被构造成从脚踏车的踏板组件接收动力；

步进齿轮，所述步进齿轮被构造成接收来自电动马达的动力；

第一单向轴承，所述第一单向轴承在至少所述底部支架轴与可操作地耦合到所述链轮的输出齿轮之间形成踏板动力路径的一部分；

第二单向轴承，所述第二单向轴承在至少所述步进齿轮和可操作地耦合到所述链轮的输出齿轮之间形成电动马达动力路径的一部分。

17.根据权利要求16所述的构造成固定到脚踏车车架的齿轮箱，其特征在于，所述输出齿轮由所述第一单向轴承支撑在所述底部支架轴上。

18.根据权利要求16所述的构造成固定到脚踏车车架的齿轮箱，其特征在于，所述第一单向轴承和所述输出齿轮在沿着所述底部支架轴的不同位置处被支撑在所述底部支架轴上。

19.根据权利要求16所述的构造成固定到脚踏车车架的齿轮箱，其特征在于，所述步进齿轮由第二单向轴承支承在步进齿轮轴上。

20.根据权利要求16所述的构造成固定到脚踏车车架的齿轮箱，其特征在于，还包括电动马达，所述电动马达至少部分地位于所述齿轮箱的外壳内。

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