具体实施方式

在本发明的一些实施例中，如图1、3、4和5所示，电动自行车马达系统100通过驱动链条103将马达单元101联接到驱动齿轮102。马达单元101联接到安装支架110，该安装支架110适于将马达单元101安装到自行车上。在一些方面，安装支架110适于安装自行车的后部盘制动器安装接口107。在一些方面，安装支架110适于安装到工业标准制动器安装接口。利用这样的系统，非电动自行车可以被转换成电动自行车。在一些方面，电动自行车系统适于被安装到定制的安装接口。

在示例性应用中，如图2A和2B所示，电动自行车系统100可以安装到设计用来容纳后部盘制动器系统的现有自行车上。自行车上的后轮组件可以包括轮辋106，轮辋106上安装有轮胎105。轮辋106可以联接到包括盘安装接口109的轮毂。后部盘制动器安装接口107可以位于车架104的后部部分上。代替安装后部盘和后部盘制动器机构，齿轮102的安装接口119可以安装到后部轮毂的盘接口109上。适于支撑马达单元101的支架110安装到盘安装接口109上，并且马达单元101联接到支架110。以此方式，电动自行车系统100可以容易地结合到工业标准自行车中，而不需要任何返工或额外的安装改变或支架。将电动自行车系统用作后部制动器制动系统避免了对后部盘制动器的需求，从而允许用于驱动齿轮102和马达单元101以及马达支架110的盘和盘制动器机构安装接口的使用。在一些方面，除了用作制动器的马达单元的后部制动机构之外，自行车上没有其它的后部制动机构。在一些方面，齿轮102安装到轮毂安装接口上，并且齿轮接口由六孔样式组成，该六孔样式在直径为44mm的螺栓圆圈上具有大约5m直径的孔。

与驱动齿轮102的旋转轴同轴的后轮106的旋转轴108由点153沿着自行车的前后轴线标记，并在图2A中示出。在一些方面，自行车车架被构造成使得后轮将安装到车架中的固定位置，使得车架将具有后轮安装轴，该后轮安装轴将在组装自行车时与后轮旋转轴同轴。自行车的纵向轴线156用于表示部件在前后方向的位置点。马达单元101的旋转轴由点152沿着自行车的纵向轴线标记，相对于后轮的旋转轴的点153，点152沿着自行车的纵向轴线向前。马达单元质心相对于车轮的旋转轴的向前的点允许在不将马达悬置在后轮轴的后面的情况下安装马达单元。在一些方面，轮辋106的沿纵向轴线156的最前面位置155表示马达旋转轴112的最远的向前位置。在一些方面，马达旋转轴沿着纵向位置轴线156位于旋转轴108的点153和轮辋106的最前面位置155的点155之间的点。在一些方面，马达的旋转轴不仅不在轮辋106的点155的更前面，而且在其它点，也不在轮辋的径向外侧。

自行车的后轮可以具有踏板驱动侧，其是驱动齿轮安装到曲柄组件上的地方。类似地，在具有曲柄的踏板驱动侧的一侧上的自行车车架的一侧可以被称为车架的踏板驱动侧。在一些方面，自行车车架可能不是左右对称的，例如，这可能是由于存在联接到车架的变速器脱扣器。

如图2B所示，联接到曲柄臂151的踏板(未示出)的内侧边缘位于垂直于曲柄轴的距离处，该距离等于或更外侧于马达单元101的外表面。图2B是在图2A中的左侧视图中看到的实施例的俯视图。如图2A所示，马达单元101的旋转轴及其质心可以位于后轮的旋转轴的前面。另外，马达单元101可以延伸到不比联接到曲柄的踏板的内侧边缘的旋转路径的平面更远的外侧，这将允许用户的脚在实践中离开马达单元101。在一些方面，马达单元离开曲柄臂的外侧表面。在一些方面，无论是使用较宽的“增压”曲柄，还是使用常规的“非增压”曲柄组，马达单元都不会伸出曲柄臂的外侧表面的外侧。在一些方面，马达单元的最外面部分将不会伸出到比曲柄臂的外表面更远的外侧，并且马达单元的最内侧表面将在轮胎和车轮组件的任何潜在干涉部分的外侧。在一些方面，远离自行车的中心平面的马达单元的外侧表面将与踏板曲柄臂的最远外表面大致在一条直线上或将在踏板曲柄臂的最远外表面的内侧。在一些方面，马达单元的最内侧表面将在轮辋的外侧表面的外侧。在一些方面，马达单元的最内侧表面将在轮胎的外侧表面的外侧。马达单元的非常薄的性质允许将马达单元定位在自行车上以前无法获得的位置。

图3示出了根据本发明一些实施例的电动自行车系统100的后视图。电动自行车系统100包括两个张紧机构114、117，其允许大量的链条缠绕在小齿轮111上，并且在向后轮的动力传递期间和在制动状态下通过马达制动后轮期间都提供链条103的动态稳定性。马达单元101可以具有联接到外部转子的旋转轴112，该外部转子联接到小齿轮111。在一些方面，如图8进一步所示，马达101具有外部转子135，该外部转子135联接到马达101的内侧壳体134，并且其围绕联接到内部定子136的内侧定子136旋转。第一张紧器114联接到第一安装枢轴接口115并利用第一弹簧加载齿轮113将张紧力提供到链条103上。第二张紧器117联接到第二安装枢轴接口118并利用第二弹簧加载齿轮116将张紧力提供到链条103上。马达单元101的固定外侧壳体137联接至安装支架110，该安装支架110可以利用紧固件120、121附接到自行车的后部盘制动器安装接口。驱动齿轮安装部分131适于提供驱动齿轮102到后部轮毂上的安装接口119的安装。

在一些方面，驱动齿轮的旋转轴与马达的旋转轴之间的中心到中心距离在100mm至350mm的范围内。这个最宽的范围大致由两个齿轮之间的最小的中心到中心距离和由自行车轮辋半径限定的最大的中心到中心距离限定。在一些方面，驱动齿轮的旋转轴与马达的旋转轴之间的中心到中心距离在125mm至290mm的范围内。这个中间范围提供了更好的最小链条缠绕和更短的链条长度。在一些方面，驱动齿轮的旋转轴与马达的旋转轴之间的中心到中心距离在150mm至230mm的范围内。这个较窄的范围提供了良好的链条缠绕和最小的链条长度。在示例性实施例中，中心到中心距离是大约187mm。

在该说明性实施例中，小齿轮具有13个齿。小齿轮齿的数量可以变化，以在小齿轮和驱动齿轮之间提供理想的齿数比。在一些方面，驱动小齿轮齿的数量具有9至30个齿之间的范围。在该说明性实施例中，驱动齿轮具有133个齿。驱动齿轮齿的数量可以变化，以在小齿轮和驱动齿轮之间提供理想的齿数比。在一些方面，驱动齿轮齿的数量具有60至200个齿之间的范围。通常，驱动齿轮具有更多的齿以提供允许小齿轮比驱动齿轮旋转得快从而提供齿轮减速的齿数比。

在示例性实施例中，链条的节距为1/4英寸。这是标准的链条节距。在其它方面，还有将正常运行的其它较小或较大的标准链条节距。也可以使用英制、公制或非标准节距的链条节距。小齿轮和驱动齿轮的近似直径由齿的数量乘以链条节距加上齿形的某个附加直径确定。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，马达单元101通过紧固件122、123联接到支架110。外侧马达壳体137可以具有槽124，该槽124适于允许马达单元101相对于支架110的位置的一些调整。图5以截面图示出了马达单元101。在该视图中，示出了小齿轮111的齿、链条103和驱动齿轮102的齿的垂直对准。

图6A和6B示出了用于马达单元101的安装支架的不同实施例。图6A示出了支架110，该支架110联接到马达单元并且还联接到自行车车架，而且在一些方面可以联接到盘制动器卡钳安装接口。图6B示出了支架部分110a，该支架部分110a是自行车车架的一部分。

尽管在自行车的背景下进行了讨论，但在一些方面，本发明可以在自行车以外的事物中看到，例如具有两个前轮和单个后轮的三轮车。

图7示出了根据本发明一些实施例的安装支架110。安装支架110包括通孔125、126，通孔125、126的尺寸可以设置成与工业标准盘制动器安装接口配合。如图8B所示，槽131可以容纳马达单元101的外侧马达壳体137的配合部分152。将马达单元附接到支架110的紧固件122、123可以联接到接收孔127、128，在一些方面，接收孔127、128可以是螺纹通孔。在一些方面，支架110可以具有延伸臂129，该延伸臂在其下端具有联接垫130。在一些方面，联接垫可以抵靠自行车车架安置以提供适于抵消可能施加到支架中的力矩载荷的附加支撑点。在一些方面，通过小齿轮的径向载荷可能导致不在由两个接收孔127、128的轴线所限定的平面内的一些载荷。在一些方面，可以将间隔件结合或以其它方式固定到自行车车架上，以提供支架110的联接垫130到自行车车架的接触配合。

图8A示出了根据本发明的一些实施例的电动自行车系统100的分解视图。驱动齿轮102通过紧固件132联接到驱动齿轮安装件143。驱动齿轮安装件131可适于与后轮轮毂上的工业标准后部盘安装件接合。固定的外部马达壳体137联接到内部定子136。内部定子136可以具有绕组和绕组棒。外侧轴承139位于外部马达壳体137的外侧凹座内，内侧轴承138位于外部马达壳体的内侧凹座内。外侧轴承139和内侧轴承138支撑与旋转的内部马达壳体134成一体的马达轴。保持器142联接到内部壳体134的轴上并且相对于彼此轴向地限制内部壳体和外部壳体。可拆除的盖141通过紧固件140联接到外部壳体137，并允许接近保持器142和外部轴承139。马达小齿轮111直接安装到从内部马达壳体134延伸的一体的接合轴上，并且通过紧固联接器133联接到壳体。外部转子135联接到内部壳体134。外部壳体137通过紧固件122、123联接到支架110并位于槽131内，该槽131允许支架沿槽131的主轴线方向某种程度地安装到马达单元。图8B进一步示出了根据本发明的一些实施例的外部壳体137的细节。外部壳体137可以包括轴向支撑部分151，该轴向支撑部分151具有适于支撑内部轴承138的外圈的轴承接收器部分150。滑动模块152适于驻留在支架110或其它支架中的槽131内。外部壳体137中的槽153、154允许相对于安装紧固件122、123的相对移动。

在一些方面，马达是无刷直流马达(BLDC)。在一些方面，马达是外转式BLDC马达。在这种马达中，马达使外部转子绕其绕组旋转。马达外壳的内衬上有磁体，定子包含钢板的层压叠层，马达绕组在齿上。在一些方面，马达是盘形马达。在本发明的一些实施例中，马达定子的定子直径大于层压叠层厚度的2倍。在本发明的一些实施例中，马达定子的定子直径大于层压叠层厚度的4倍。在本发明的一些实施例中，马达定子的定子直径大于层压叠层厚度的6倍。在一些实施例中，定子叠层高度小于30mm。在一些实施例中，定子叠层高度小于20mm。

在一些方面，如图8所示，在只驱动电动自行车系统中通常没有方向离合器。由于在没有这种离合器的情况下使自行车滑行时可能会有一些马达阻力，为了提供无摩擦的感觉，驱动电子设备可以在自行车滑行时向马达提供最小量的驱动电力。

在本发明的一些实施例中，如图9所示，马达单元安装在后撑杆和链条撑杆之间。类似于本文所述的其它实施例，马达旋转轴在后轮的旋转轴的前面并且在后轮辋的最前面部分的后面。

在本发明的实施例中，电动自行车系统将进一步包括电池、马达控制器以及将马达、电池和马达控制器联接在一起的相关线束。在一些方面，电池是由锂离子电池组成的电池组。这些电池在小而轻的包装中提供大量的能量存储。在一些方面，可以利用其它类型的能量存储，例如铅酸电池、燃料电池或其它能量存储装置。

马达控制器从电池中获取能量，并将其转换为可控制的形式以用于驱动马达。马达控制器可以具有其它功能，例如处理骑手输入或控制其它功能。马达控制器还可以具有获取马达所产生的能量并将其转换为将能量加入电池的形式的能力。这些类型的马达控制器通常被称为能够再生或重生的控制器，但可能有许多名称和类型。在一些方面，电动自行车系统将包括具有再生能力的马达控制器。

图18示出了根据本发明的一些实施例的可以与电动自行车系统结合使用的电气子系统400。电池401联接到马达控制器/驱动器402，马达控制器/驱动器402又联接到马达403。在驱动场景中，电池向马达控制器/驱动器提供电力404，然后马达控制器/驱动器可以调节电力并将它405提供给马达403。在再生制动场景中，马达可以通过马达驱动器/控制器402提供电力407并送至406和电池401。

在本发明的另一个示例性实施例中，如图9所示，电动自行车系统安装在自行车车架的后撑杆下面的位置。在其它实施例中，马达的位置也可以在链条撑杆的上面或下面。另外的实施例可以具有或根本不具有链条撑杆或座椅撑杆，或者可以具有不对称的撑杆，该不对称的撑杆仅在左侧或右侧上存在或不存在。将后轮连接到自行车车架其余部分的结构的许多示例是可能的。

在其它实施例中，自行车车架的后面部分可以是可移动的，以提供悬架。这有时但并非唯一地被称为后悬架。

在本发明的一些实施例中，如图12所示，电动自行车系统300包含结合到电驱动系统中的盘制动器系统。马达单元301通过安装支架310联接到自行车。链条306以与上述实施例类似的方式驱动驱动齿轮302。齿轮安装支架308支撑驱动齿轮302，并且还支撑制动器盘303。附接支架308的紧固件305也可以附接盘303。盘制动器卡钳机构304也可以由支架310支撑，并且适于将夹紧力提供到盘303上，以向车轮提供制动。如图13中的截面图所示，根据上面所述的实施例，部件的薄的轮廓允许组合的马达和盘制动器组件的装配，并且类似地避开了轮胎、车轮、曲柄和用户。

图14示出了电动自行车系统300的分解图。在一些方面，马达单元可以具有方向离合器308，其适于允许马达在驱动方向上传递扭矩，但适于自由旋转以在马达不驱动驱动齿轮时允许马达和驱动齿轮之间的相对旋转自由。外部壳体310联接到内部定子316，而内部壳体313联接到外部转子317。轴309联接到离合器309的内部并且由轴承311、312支撑。外部轴形成在内部壳体313中并且联接到离合器309的外部。外部轴由轴承318、314支撑，以提供内部壳体313相对于外部壳体310的支撑。链条306驱动由支架308支撑的驱动齿轮302。盘使用与支架308相同的安装紧固件，并且被附接到车轮轮毂的盘安装接口。

图15示出了根据本发明一些实施例的安装支架170。制作这种类型的安装支架便于将马达和盘制动器卡钳都安装到车架上。安装支架170包括通孔171、172，通孔171、172的尺寸可以设置成与车架上的工业标准盘制动器安装接口配合。提供了另外的孔173和174，用于将盘制动器卡钳重新安装在可以符合制动器卡钳安装标准的替代位置。该标准可能适用于较小或较大的盘式转子。

图16示出了根据本发明一些实施例的安装支架180。这种安装支架是图7所示支架的一种变体，但包括螺纹孔181和182。可以将螺纹紧固件例如定位螺钉或螺钉安装在这些孔中，以提供与车架的可调的多个接触点。

在本发明的一些实施例中，如图17A和17B所示，使用了增强的安装系统。支架440具有适于与马达单元接合的接口部分446。第一支座441具有适于接收可以将支架440固定到自行车车架的紧固件的通孔442。第二支座443具有适于接收可以将支架440固定到自行车车架的紧固件的通孔441。安装垫部分445包括扩展的接口区域，当支架安装到其配合部件时，所述扩展的接口区域提供增加的横向稳定性和载荷分布。自行车车架后部部分450可以包括具有第一安装接口451的支架安装区域，所述第一安装接口451具有紧固件接收部分452。第二安装接口453可以包括具有扩展的接口区域455的第二安装接口453，所述扩展的接口区域455可以与支架440的安装垫部分445的扩展的接口区域配对。在一些方面，除扩展的垫部分之外的接口尺寸是用于后部盘制动器安装接口的标准尺寸。

从以上描述显而易见的是，可以根据本文给出的描述来配置各种各样的实施例，并且本领域技术人员将容易想到附加的优点和修改。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节和说明性示例。因此，可以在不偏离申请人的总体发明的精神或范围的情况下偏离这些细节。