СИСТЕМА ПЕРЕДАЧ ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДА С ДВОЙНЫМ ПРИВОДОМ
TRANSMISSION SYSTEM FOR BICYCLE WITH DOUBLE DRIVE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системам передач транспортного средства, в частности к тем, которые используются относительно электрических велосипедов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Электрические велосипеды являются видом транспортных средств с двойным приводом: они используют как ручную педаль, так и кривошипный привод и электрический двигатель. Эти два устройства могут функционировать независимо друг от друга или работать вместе, для прибавления друг другу движущей силы. Пользователь может выбирать для избирательного включения электрический привод или электрический привод может быть запущен автоматически в зависимости от таких условий, как оцененная педальная скорость скорости велосипеда и т.д.
Электрический привод может быть расположен в нескольких местах; он может приводить в действие и быть расположен внутри ступицы заднего колеса; он может приводить в действие педальный кривошип; или он может быть расположен в некотором месте между этими двумя крайними положениями приводящей цепи велосипеда. В качестве альтернативы приводится в действие переднее колесо, но это вносит свои собственные недостатки.
Источник питания, как правило аккумуляторная батарея, должен быть расположен на велосипеде, и, как правило, громоздкие батареи будут размещаться выше или вокруг заднего колеса.
Законы, действуют во всем мире для ограничения скорости, с которой электрический привод может двигать такой велосипед, в первую очередь для безопасности пользователя. Скорость может быть ограничена около 15 миль в час. Тем не менее, пользователь может быть свободным, чтобы вручную двигать велосипед сверх этой скорости.
Недостатки действующих электрических велосипедов включают в себя по большей части механизм привод/батарея, делающий велосипед громоздким для ездока. Дополнительный недостаток заключается в возможности для приводимого посредством кривошипа педалирования или внезапной остановки поврежденного двигателя, если тот приводит в действие кривошип. Например, электрический велосипед может передвигаться при сочетании электрического привода и педалирования пользователем. Если пользователь должен предпринять экстренное торможение, его реакцией является немедленное прекращение педалирования, удерживающее кривошип под фиксированным углом. В то время как велосипед может быть снабжен установленным рычагом тормоза, выключающим электрический привод, прекращение педалирования пользователем может произойти раньше этого активирования, и будет короткий период времени, когда электрический двигатель приводит в движение кривошип, в то время как пользователь пытается одновременно держать кривошип неподвижным. Это может привести к повреждению двигателя и/или ног пользователя, заставляя нежелательно поворачиваться, расстаивая и, возможно, разбалансируя движение педалирования.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предложена система передач транспортного средства, содержащая первый вращательный вход, второй вращательный вход и вращательный выход, при этом первый вращательный вход и второй вращательный вход могут передавать вращение к вращательному выходу, причем один из первого вращательного входа и второго вращательного входа присоединен к вращательному выходу через муфту одностороннего вращения, а другой из первого вращательного входа и второго вращательного входа присоединен к вращательному выходу через обгонную муфту, при этом упомянутая муфта одностороннего вращения и упомянутая обгонная муфта вращательно соединены.
Ось вращения первого вращательного входа может быть перпендикулярна к оси вращения второго вращательного входа.
Ось вращения вращательного выхода может быть параллельна к любой оси вращения первого вращательного входа или второго вращательного входа.
Муфта одностороннего вращения может быть вращательно соединена с обгонной муфтой кареткой.
Каретка может содержать цилиндрический корпус и цилиндрическое крепление.
Одна из муфты одностороннего вращения и обгонной муфты может быть установлена внутри цилиндрического корпуса, а другая из муфты одностороннего вращения и обгонной муфты может быть установлена вокруг цилиндрического крепления.
Муфта одностороннего вращения может быть установлена внутри цилиндрического корпуса, при этом наружное кольцо упомянутой муфты одностороннего вращения вращательно соединено с внутренней поверхностью цилиндрического корпуса, а обгонная муфта может быть установлена вокруг цилиндрического крепления.
Муфта одностороннего вращения может быть муфтой свободного хода.
Обгонная муфта может быть колесом свободного хода в сборе. Первый или второй вращательный вход может быть электрическим двигателем.
Первый или второй вращательный вход может приводиться в движение вручную.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен велосипед, включающий в себя систему передач транспортного средства в соответствии с первым аспектом.
В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предложено транспортное средство, включающее систему передач транспортного средства в соответствии с первым аспектом.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан ниже только посредством примера и со ссылкой на соответствующие чертежи, на которых:
Фиг. 1 представляет покомпонентный вид в перспективе системы передач транспортного средства в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе разреза части системы передач транспортного средства по фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой покомпонентный вид с торца системы передач транспортного средства по фиг. 1;
Фиг. 4 представляет собой покомпонентный вид в перспективе с другого угла системы передач транспортного средства по фиг. 1;
Фиг. 5 представляет собой вид в перспективе внутренней части каретки системы передач транспортного средства по фиг. 1; и
Фиг. 6 представляет собой вид сбоку велосипеда, включающего в себя систему передач транспортного средства по фиг. 1.
Со ссылкой на чертежи, и сначала на фиг. 1, представлена система 10 передач транспортного средства. Система 10 передач транспортного средства содержит первый вращательный вход 12, являющийся велосипедным кривошипом 14 педали, второй вращательный вход 16, содержащий электрический двигатель 72, приводящий в движение коническую шестерню 20 через редуктор 18. Коническая шестерня 20, в свою очередь, приводит в действие кольцевое зубчатое колесо 22.
Велосипедный кривошип 14 педали является известным устройством, содержащим педали 24, прикрепленные к шатунам 26. Шатуны 26 соединены с осью 28. Ось 28 является удлиненным, по существу, цилиндрическим компонентом со шлицами 28а, предусмотренными на каждом конце, для обеспечения более надежного крепления между осью 28 и шатунами 26. Шпоночный паз 31 предусмотрен на оси 28.
Рама 30 каретки рамы велосипеда 100 вмещает систему 10 передач транспортного средства. Рама 30 каретки является, по существу, полой цилиндрической формой с двумя отверстиями 30a, 30b в цилиндрической боковой стенке 30с. Оба круглых конца 30d, 30e открыты для того, чтобы дать возможность каретке 30 принимать различные компоненты системы 10.
Ось 28 продолжается через раму 30 каретки в собранном виде.
Различный известный набор компонентов шатуна предусмотрен с правой стороны (на перспективном виде на чертежах) оси 28. Это передняя звездочка 32, паук пятилапка 34, колпачок 36 каретки, подшипник 38 шатуна и шлицевой диск 40 звездочки. Колпачок 36 каретки действует как сальниковое уплотнение для уменьшения доступа мусора или загрязнений.
Дополнительный известный набор компонентов шатуна предусмотрен с правой стороны (на перспективном виде на чертежах) оси 28. Это внутренний подшипник 42 каретки и пластинчатая крышка 44 каретки. Наружный подшипник 44 каретки прикрепляется к раме 30 каретки путем болтов (не показаны), тем самым покрывая круглый конец 30е и обеспечивая подшипниковую опору для оси 28.
Внутри рамы 30 каретки, а также расположенные вокруг оси 28, находятся различные компоненты, которые позволяют передавать мощность от двух источников к заднему ведомому колесу велосипеда 100.
С правой стороны, то есть со стороны набора шатуна, находится, во-первых, прокладка 46. Прокладка 46 имеет известную форму и имеет, по существу, кольцевую форму. Она примыкает к левосторонней поверхности шлицевого диска 40 звездочки.
Кольцевое зубчатое колесо 22 представляет собой кольцо, в целом, конусообразной формы в поперечном сечении. Внутри внутренней стороны находится первый фланец 22а, который выступает вовнутрь в его центральное отверстие 22b. Второй фланец 22с выступает от противоположной поверхности кольцевого зубчатого колеса 22, с которой расположены зубья 22d зубчатого колеса (правая сторона перспективного вида на чертежах) первого фланца 22а.
Зубчатое колесо 48 свободного хода в сборе крепится к кольцевому зубчатому колесу 22 через первый и второй фланцы 22а, 22с; таким образом, оно располагается внутри центрального отверстия 22b кольцевого зубчатого колеса 22. Болты 50 прикрепляют зубчатое колесо 48 свободного хода в сборе к кольцевому зубчатому колесу 22.
Как зубчатое колесо 48 свободного хода в сборе, так и кольцевое зубчатое колесо 22 прикрепляются вокруг внутренней части каретки 52. Внутренняя часть каретки 52 содержит два цилиндрических участка: первый цилиндрический участок 52а меньшего диаметра, расположенный в использовании по направлению к набору шатуна, и второй цилиндрический участок 52b большего диаметра. Первый цилиндрический участок 52а имеет несколько прорезей 52с в его боковой стенке, идущих вдоль его длины. Эти прорези помогают уменьшить вес путем уменьшения материала, увеличить частичный захват посредством устройства шлицевого типа и могут позволить до некоторой степени расширение путем скашивания.
Как видно из фиг. 2, зубчатое колесо 48 свободного хода и кольцевое зубчатое колесо 22 прикрепляются вокруг первого цилиндрического участка 52a. Имеются взаимодействующие резьбы 48а (на зубчатом колесе 48 свободного хода в сборе) и 52d (на первом цилиндрическом участке 52а), которые позволяют компонентам быть соединенными вместе. Это будет оценено специалистом, что могут быть использованы другие подходящие способы соединения. В настоящем варианте осуществления резьба на первом цилиндрическом участке 52а находится на бесщелевом участке, но может быть предусмотрена, в альтернативном варианте осуществления, на разрезном участке, исключительно или в сочетании с резьбой на бесщелевом участке.
Дополнительная удлиненная распорная втулка 54 расположена во внутренней части первого цилиндрического участка 52a, окружающая ось 28. Два боковых подшипника 56, 58 колеса свободного хода предусмотрены вокруг распорной втулки 54 между ней и осью 28.
Фланец 52е каретки предусмотрен между первым цилиндрическим участком 52а и вторым цилиндрическим участком 52b. Корпус 52f, таким образом, образовывается во внутренней части второго цилиндрического участка 52b. Подшипник 60 односторонней муфты свободного хода располагается внутри этого корпуса 52f.
Внутренняя часть каретки 52 вращательно соединяется с подшипником 60 односторонней муфты свободного хода и колесом 48 свободного хода в сборе.
Подшипник 60 односторонней муфты свободного хода является кольцевым по форме и внутри отверстия его внутренней части располагается прокладка 62 подшипника, которая окружает ось 28.
Подшипник 64 каретки располагается в промежутке между прокладкой 62 подшипника и удлиненной распорной втулкой 54, расположенной, по существу, в одной плоскости с фланцем 52е каретки.
Шпонка 66 наружной муфты свободного хода располагает подшипник 60 односторонней муфты свободного хода внутри корпуса 52f, образуя посадку с натягом через наружный паз 60а подшипника, предусмотренный на наружной окружности наружного кольца подшипника 60 односторонней муфты свободного хода, и паз 52g корпуса.
Внутренняя шпонка 68 муфты свободного хода располагает прокладку 62 подшипника внутри подшипника 60 односторонней муфты свободного хода, подобным образом образовывая посадку с натягом через внутренний паз 60b подшипника, предусмотренный на внутренней окружности внутреннего кольца подшипника 60 односторонней муфты свободного хода, и паз 62а прокладки. Внутренняя шпонка 68 муфты свободного хода также находится внутри шпоночного паза 31 оси, тем самым обеспечивая посадку с натягом и вращательное соединение подшипника 60 муфты свободного хода с внутренней частью каретки 52.
Прокладка 70 каретки окружает ось 28, примыкая как к фланцу 62а прокладки 62 подшипника на одной стороне (правая сторона перспективного вида на чертежах), так и к внутреннему подшипнику 42 каретки на противоположной стороне (левая сторона перспективного вида на чертежах).
Коническая шестерня 20 зацепляется с кольцевым зубчатым колесом 22. Следует отметить, что два компонента зацепляются перпендикулярно, т.е. ось вращения конической шестерни перпендикулярна оси вращения кольцевого зубчатого колеса. Коническая шестерня 20 выступает через верхнее отверстие 30b рамы 30 каретки. Коническая шестерня 20 приводится в действие электрическим двигателем 72 и редуктором 18, имеющим батарею (не показана) в качестве своего источника питания.
Электрический двигатель 72, редуктор 18 и батарея располагаются внутри наклонной трубы рамы 102 велосипеда. Наклонная труба 102 будет присоединяться, как правило, тем или иным видом сварки (таким как TIG сварка), к самому верхнему отверстию 30b рамы 30 каретки. Самое нижнее отверстие 30а может иметь простую закрывающую крышку, что позволяет иметь доступ к компонентам, расположенным внутри рамы 30 каретки.
Электрический двигатель 72, редуктор 18 и батарея могут быть любого подходящего типа и могут иметь рабочую скорость около 8000 оборотов в минуту для применения на велосипедах. Для других приложений, включая большие транспортного средства, такие как автомобили, рабочая скорость может быть до 32000 оборотов в минуту.
При использовании электрический двигатель 72 будет приводить в действие кольцевое зубчатое колесо 22, которое будет затем приводить в действие через механизм, описанный выше, переднюю звездочку 32. Как и в велосипедах по предшествующему уровню техники, цепь 104 соединяет переднюю звездочку 32 с задним колесом велосипеда, либо непосредственно, либо через систему передач заднего колеса, такую как переключатель передач или шестерня ступицы. Таким образом, электрический двигатель 72 передает крутящий момент на заднее колесо 106.
Пользователь может увеличить этот момент, вращая переднюю звездочку 32 педалирующим движением своих ног и педалей 24/шатунов 26.
Электрический двигатель 72 будет ограничен установленной скоростью по местным законам, где велосипед используется. В настоящем варианте осуществления это будет около 24,8 км/ч (15,5 миль в час). Электрический двигатель 72 может иметь систему контроля, позволяющую пользователю определить, увеличивает ли он подводимый пользователем крутящий момент, или нет.
В ситуации, когда пользователь и электрический двигатель 72, обеспечивающие крутящий момент в системе 10, как пользователь, так и двигатель обеспечивают крутящий момент к передней звездочке 32 и, следовательно, с меньшим усилием для пользователя.
Если пользователь превышает заданный предел скорости двигателя 72, ось 28 будет достигать более высокой скорости вращения, чем кольцевое зубчатое колесо 22. Если кольцевое зубчатое колесо 22 и ось 28 были бы в продольном направлении закреплены, это представляло бы проблему, или пользователь может форсировать двигатель 72 свыше установленного ему предела, или двигатель может препятствовать пользователю педалировать быстрее, чем его предел. Пользователь может, в лучшем случае, тратить усилия, а в худшем случае, привести к повреждению двигателя 72. Наличие подшипника 60 односторонней муфты свободного хода позволяет оси 28 и кольцевому зубчатому колесу 22 достигать различных скоростей вращения, позволяющих пользователю педалировать сверх предела двигателя 72.
Экстренное торможение может быть опасным событием в электрических велосипедах по предшествующему уровню техники. Аварийное отключение будет активировано пользователем применением на руле установленного рычага, тем самым перерывающим подачу энергии на двигатель и останавливающим применение крутящего момента на ведомое колесо.
Естественной реакцией пользователя велосипедом в такой ситуации является, в первую очередь, остановить педалирование, т.е. удерживать свои ноги устойчиво, а шатуны под фиксированным углом, а затем применять тормоз. Эти два действия могут быть разделены лишь незначительным промежутком времени вследствие инерции вращающихся внутренних компонентов электрического двигателя 72, но, тем не менее, имеется задержка. В этот период времени двигатель будет продолжать применять крутящий момент и может заставить шатуны поворачиваться против усилий пользователя. Хотя это может произойти только на долю секунды, этого может быть достаточно, чтобы расстроить или даже отбросить пользователя из равновесия; нежелательная ситуация, когда пользователь пытается остановиться быстро, но безопасно.
Подшипник 60 односторонней муфты свободного хода предназначен, чтобы крутящий момент от двигателя 72 не приводил в действие шатуны 26, а только переднюю звездочку 32. Поэтому, в случае аварийной остановки, как описано выше, малый промежуток времени, между тем как пользователь перестанет крутить педали и двигатель 72 будет отключен, менее вероятно, будет сопровождаться разбалансировкой или нервированием пользователя.
Различные модификации и усовершенствования могут быть сделаны в варианте осуществления, описанном выше, без отхода от объема настоящего изобретения. Например, внутренняя часть каретки 52 может быть изменена или может быть заменена полностью на подшипник муфты одностороннего вращения, имеющий соответствующую конструкцию внешнего и/или внутреннего кольца.
Механизм переключения передач редуктора и множество передних звездочек могут быть предусмотрены для обеспечения большей гибкости зубчатой передачи транспортного средства. Ось 28 может не иметь цилиндрическую форму, а может иметь любую подходящую форму, например призматическую с треугольным поперечным сечением, квадратного поперечного сечения, пятиугольного или любого многоугольного поперечного сечения.
Кольцевое зубчатое колесо 22 колеса 48 свободного хода в сборе может не иметь конфигурацию в виде усеченного конуса, а может быть любого подходящего типа, такого как винтового или двух винтового типа, с соответствующим изменением в конической шестерне 20.
Колесо 48 свободного хода в сборе может быть заменено другой подходящей обгонной муфтой, а подшипник 60 муфты свободного хода может быть заменен другой подходящей муфтой одностороннего вращения.
Хотя представленное как прикрепленное болтами 50, кольцевое зубчатое колесо 22 может прикрепляться к зубчатому колесу свободного хода с помощью любого другого подходящего средства, такого, которое будет корреспондироваться, и взаимодействовать с каждым компонентом. Кроме того, они могут быть выполнены как одно целое.
Боковые подшипники 56, 58 колеса свободного хода могут быть заменены латунными вкладышами. На самом деле, любой из описанных простых подшипников может быть заменен латунными вкладышами.
Хотя велосипед 100 описан как имеющий цепь 104, следует иметь в виду, что она может быть заменена ременным приводом.
Хотя описание относится к электрическому велосипеду, следует понимать, что оно может применяться к другим формам двойных силовых установок транспортных средств, таких как электрические автомобили, фургоны, автобусы, грузовые автомобили и т.д. Система передач транспортного средства может быть присоединена к KERS (кинетическая система возврата энергии) в таком применении.