TW202502608A - 用於藉由肌力或馬達運作之載具之驅動配置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於藉由肌力及/或馬達運作之一載具（100），尤其一電動自行車之驅動配置（1），其包含：一輸出軸（22），其經組態以用於連接至一曲柄驅動器（2）之曲柄（21）；一馬達（4），其經組態以產生一馬達力矩以支撐由一騎乘者施加至該輸出軸（22）之一騎乘者扭矩，其中該馬達（4）之一馬達軸（42）與該輸出軸（22）同軸地配置；至少一個軸承（24），該輸出軸（22）藉助於該至少一個軸承安裝；至少一個軸承力感測器（51、52），尤其兩個軸承力感測器（51、52），其中該軸承力感測器（51、52）經組態以偵測一力（55、56）；及一偵測單元（6），其經組態以基於由該軸承力感測器（51、52）偵測到之該力（55、56）而偵測該軸承（24）處之一軸承力（59）。

Description

用於藉由肌力或馬達運作之載具之驅動配置

本發明係關於一種用於藉由肌力及/或馬達運作之載具之驅動配置、一種可藉由肌力及/或馬達運作之包含該驅動配置之載具；及一種用於運作驅動配置之方法。

驅動配置對於藉由肌力及/或馬達運作之載具（諸如電動自行車）係已知的，其包含驅動單元，該驅動單元可產生馬達力矩以支撐載具之騎乘者的踩踏力。通常，馬達力矩係取決於由騎乘者之肌力產生的騎乘者力矩而產生。為此，必須例如藉助於對應感測器來偵測瞬時騎乘者力矩之值。亦已知，例如，基於電動自行車之軸承處之軸承力，可得出關於由騎乘者對曲柄驅動器施加之力的結論，且基於其而致動驅動單元。此類系統揭示於例如DE 10 2010 001 775 A中。

相比之下，根據本發明之具有如請求項1之特徵的驅動配置的突出之處在於，可以尤其簡單且經濟的方式精確地確定藉由肌力及/或馬達力運作之載具之軸承處的軸承力。

亦例如，無論馬達之位向如何，例如在電動自行車之自行車框架上，可易於確定軸承力。基於因此確定之軸承力，有利地，可有效率地且經濟地提供驅動配置之另外功能。此藉由一種用於藉由肌力及/或馬達運作之載具之驅動配置來達成，該驅動配置包含輸出軸、馬達，安裝輸出軸所藉助於之至少一個軸承、至少一個軸承力感測器（尤其兩個軸承力感測器）及偵測單元。輸出軸經組態以用於連接至曲柄驅動器之曲柄。舉例而言，曲柄軸亦可稱為輸出軸。馬達經組態以在輸出軸處產生意欲支撐由騎乘者施加之騎乘者扭矩的馬達力矩。馬達之馬達軸在此處共軸地配置至輸出軸。軸承經設置以用於安裝輸出軸。此外，各軸承力感測器經組態以偵測一力。特定而言，兩個軸承力感測器相對於輸出軸配置於不同圓周位置處。偵測單元經組態以基於由軸承力感測器偵測到之力，尤其由軸承力感測器偵測到之力而偵測軸承處之軸承力。

軸承力尤其意謂在軸承之區中例如由於馬達力矩及/或騎乘者扭矩而產生的總所得力。尤其較佳地，偵測單元經組態以基於偵測到之力而確定在軸承處之軸承力的軸承力方向及軸承力量。

較佳地，各軸承力感測器經組態以偵測力，尤其獨佔地在預定義方向上。較佳地，兩個軸承力感測器在輸出軸之軸向方向上配置於軸承之高度處。

換言之，提供一種驅動配置，其在軸承處具有兩個力感測器。因為兩個軸承力感測器圍繞圓周分佈，所以確定在兩個不同方向上之力的量測值。較佳地，可因此易於確定軸承處之瞬時軸承力的軸承力方向及軸承力量。較佳地，基於兩個軸承力感測器相對於彼此之先前已知安裝位置且尤其基於量測各別力所沿之軸承力感測器的先前已知量測方向而判定軸承力方向及軸承力量。

適合之軸承力感測器可為適合於偵測作用在預定義方向上之機械力的任何類型之感測器。舉例而言，軸承力感測器可經組態以偵測張力及/或壓縮力。

在一尤其簡單具體實例中，兩個力感測器可較佳為相同的。

驅動配置因此提供如下優點：可藉助於尤其簡單、經濟且緊密之結構而偵測軸承處之軸承力。使用力感測器亦可提供尤其緊湊之配置，該等力感測器可例如藉由尤其簡單且輕量之結構來區分且佔據極少安裝空間。此外，使用通常對來自磁場之干擾不具有敏感度或僅具有極小敏感度的力感測器可允許對軸承力之尤其可靠且精確的偵測。

驅動配置之另一優點為：可獨立於驅動單元在電動自行車上之安裝位置而精確地判定軸承力方向及軸承力量。此意謂驅動單元可在電動自行車之自行車框架上尤其相對於圍繞踏板軸承軸線之旋轉以任意位向配置。因為兩個力感測器在圓周方向上偏移地配置，所以可在驅動單元之任意位向上精確地偵測所得軸承力，而無需將力感測器之配置調適至安裝位置。所得軸承力可較佳地基於可易於執行之對系統的一次性校準而確定。

由於輸出軸及馬達軸之同軸配置，驅動配置進一步提供馬達及輸出軸亦可同軸地配置之優點。因此，驅動配置之尤其緊湊的設計係可能的。特定而言，例如常常佔據驅動配置之整個安裝空間之相當大部分的馬達可最佳地與輸出軸同軸地定位。特定而言，若例如齒輪機構之最大齒輪配置於輸出軸上，則此配置對於驅動配置之緊湊整體設計尤其有利。因此，剩餘齒輪體積可例如僅稍微延伸至馬達之軸向投影表面之外，使得此體積可相對較堅固且尤其在軸向方向上相對居中地配置，此對驅動配置之建構具有另外有利影響。驅動配置之突出之處亦在於低成本，此係因為組件極少且相對簡單。此外，可因此達成驅動配置之低重量。

附屬請求項涉及本發明之較佳改進。

較佳地，驅動配置包含用於安裝輸出軸之兩個軸承。此意謂輸出軸藉助於兩個軸承以可旋轉方式安裝。輸出軸具有經組態以用於連接至輸出元件之輸出界面。較佳地，此類輸出元件可為鏈環。替代地，較佳地，可提供另一輸出元件，其經組態以用於連接至傳輸元件以便允許自輸出軸至載具之驅動輪的扭矩傳輸。軸承力感測器配置於輸出側軸承在輸出軸之軸向方向上的高度處。換言之，提供一種驅動配置，其中軸承力感測器擱置於兩個軸承中之一者之區中，該兩個軸承經配置成更接近於輸出元件。較佳地，輸出界面以可旋轉方式固定地連接至輸出軸。特定而言，輸出軸形成為一體。藉助於軸承力感測器之軸承力量測給出可尤其簡單且經濟地設計輸出軸之優點，其中仍然可可靠地判定用以例如致動馬達之力。

尤其較佳地，驅動配置進一步包含軸承收納器，該軸承收納器至少部分地以環之方式包圍軸承。特定而言，軸承收納器實質上完全包圍軸承，較佳地除了預定義間隙區以外。軸承收納器尤其經組態以固持軸承。舉例而言，軸承收納器可經組態為軸承殼。

較佳地，在徑向方向上可彎曲之彎曲桿形成於軸承收納器處，其中軸承力感測器中之至少一者配置於彎曲桿上。特定而言，藉助於軸承力感測器，偵測到彎曲桿上之力，該力可起因於由軸承力造成之彎曲桿的變形。由於使用彎曲桿，因此可提供尤其敏感之結構。特定而言，因為彎曲桿之一端形成為可自由移動的，例如即使較小軸承力亦可引起彎曲桿之變形，藉此可容易且精準地偵測該等力。因此，可極精確地確定尤其小的軸承力。此提供優點——例如，當在電動自行車上使用時——例如可精確且敏感地偵測低扭矩值，藉此例如可取決於騎乘者扭矩而尤其精確地控制馬達。

較佳地，軸承收納器之一部分區可經組態為可在徑向方向上彎曲之彎曲桿。此意謂彎曲桿係軸承收納器之整體部分。因此，可達成該配置之尤其簡單的建構。

較佳地，軸承收納器具有尤其徑向槽。彎曲桿在此鄰接槽。換言之，彎曲桿係由軸承收納器之一部分區形成，使得軸承收納器開槽，其中鄰接狹槽之可自由移動端對應於彎曲桿之可自由移動端。因此，以尤其簡單且經濟之方式，提供一種建構，該建構提供敏感彎曲桿之有利屬性。

尤其較佳地，軸承收納器具有兩個彎曲桿及配置於各彎曲桿上之軸承力感測器。較佳地，兩個彎曲桿相對於槽對稱地形成，且較佳地具有相同的幾何屬性。因此，可尤其精確地偵測軸承力。對於尤其簡單且經濟的設計，兩個軸承力感測器可較佳為相同的。較佳地，兩個軸承力感測器在不同方向上定向以便能夠偵測在不同方向上之軸承力。較佳地，兩個軸承力感測器中之各者經組態且經配置以偵測相對於輸出軸在切線方向上之力。此提供一尤其簡單且緊密之配置，其亦允許針對整個所得軸承力可靠地判定軸承力方向及軸承力量。

較佳地，配置進一步包含止擋件，該止擋件限制彎曲桿在徑向方向上之移動。特定而言，止擋件限制彎曲桿之自由端在徑向方向上之最大偏轉。因此，藉助於簡單且經濟的建構，可提供配置之尤其高的機械穩固性。特定而言，止擋件可將彎曲桿之變形性限於最大量。因此例如，可避免對軸承收納器之損壞。此外，藉助於軸承收納器而確保軸承之穩固且可靠地精確的定位。此外，止擋件提供如下優點：彎曲桿可經最佳地設計成在特定軸承力範圍內具有不明確的、可易於偵測之變形性。因此例如，對於尤其敏感之偵測，可提供彎曲桿在低軸承力下之容易變形性，其中止擋件防止過度變形。

更佳地，止擋件經配置使得在軸承之未負載狀態下，預定義氣隙存在於彎曲桿之自由端與止擋件之間。較佳地，處於未負載狀態下之氣隙為最大0.1 mm。因此，氣隙允許彎曲桿之自由變形性直至到達止擋件為止，使得可在此基礎上尤其精確地偵測軸承力。

在配置之安裝期間可例如藉由止擋件之對應位向尤其易於設定氣隙。

較佳地，驅動配置進一步包含配置於馬達與輸出軸之間的齒輪機構。該齒輪機構經組態以在馬達軸與輸出軸之間傳輸扭矩。馬達軸尤其係馬達之整體部分。特定而言，齒輪機構允許馬達與輸出軸之間的平移比。較佳地，輸出軸為載具之曲柄軸，曲柄驅動器之曲柄可連接至該曲柄軸。特定而言，在此狀況下，可特別可靠且直接地確定藉由載具之騎乘者之肌力施加於輸出軸上的踩踏力。齒輪機構較佳為正齒輪機構。尤其較佳地，齒輪機構為雙級正齒輪機構。較佳地，齒輪機構包含平行於馬達軸及輸出軸之中間軸，且其中馬達軸與輸出軸之間的扭矩傳遞經由中間軸及各別軸之間的各別齒輪對而間接地發生。

較佳地，齒輪機構經組態為較佳雙級正齒輪機構。此意謂較佳存在兩個正齒輪級以用於在輸出軸與曲柄軸之間提供預定義齒輪比。因此，在緊湊建構及簡單設計的情況下，可提供用於電動自行車之驅動單元的最佳扭矩傳遞。此類正齒輪機構之突出之處在於尤其高的效率，此保證驅動配置運作之高效率。

較佳地，齒輪機構具有平行於輸出軸而配置之中間軸。此意謂特定而言，中間軸之中間軸軸線平行於輸出軸之輸出軸軸線而配置。齒輪機構在此處經組態以經由中間軸在輸出軸與馬達軸之間傳輸扭矩。此意謂扭矩傳輸係經由中間軸自馬達之馬達軸至輸出軸而發生。因此，可尤其容易且用極少組件來提供在輸出軸與馬達軸之間具有預定義齒輪比的齒輪機構。此外例如，可藉由將中間軸按比例調整，尤其用對應齒輪以簡單的方式來調適齒輪比。

尤其較佳地，齒輪機構具有第一齒輪及第二齒輪。第一齒輪及第二齒輪各自以可旋轉方式固定地連接至中間軸。舉例而言，第一齒輪、第二齒輪及中間軸可一起經組態為一體式組件。因此，可確保簡單、經濟及穩固的建構。

較佳地，齒輪機構具有形成於馬達軸上之馬達齒接物。特定而言，馬達軸之一部分因此經組態為具有馬達齒接物之齒輪。第一齒輪在此與馬達齒接物嚙合。此可進一步有利地支撐緊密、簡單且經濟的建構。

更佳地，齒輪機構具有可旋轉固定地連接至輸出軸之第三齒輪。特定而言，第三齒輪亦可在自由輪模式下相對於輸出軸以可旋轉方式配置。第三齒輪在此與中間軸之第二齒輪嚙合。特定而言，扭矩可經由第三齒輪自中間軸傳輸至輸出軸。

尤其較佳地，驅動配置進一步包含處於馬達軸與輸出軸之間的自由輪裝置。尤其較佳地，自由輪裝置配置於第三齒輪與曲柄軸之間。特定而言，自由輪經組態以能夠在第三齒輪與輸出軸之間在以可旋轉方式固定連接與可相對自由地旋轉連接之間切換。較佳地，自由輪裝置在馬達之驅動方向上閉鎖，且在馬達已停止時及在曲柄之致動期間打開。替代地或另外，自由輪裝置可例如經配置，使得其可例如藉助於控制單元可控制地運作。特定而言，藉助於自由輪裝置，馬達可自輸出軸解耦，例如以尤其在載具超過預定義速度時斷開馬達支撐件。

尤其較佳地，馬達配置於齒輪機構之面向輸出界面之一側。此意謂馬達在輸出軸之軸向方向上配置得比齒輪機構更接近輸出元件。或者較佳地，馬達配置於齒輪機構之背對輸出界面之一側。換言之，在此狀況下，齒輪機構經配置比馬達更接近輸出界面。換言之，馬達可相對於上面可配置有驅動配置之載具的行進方向配置於右側或左側。

較佳地，驅動配置進一步包含外殼。軸承收納器此處具有尤其不可移動地固定於外殼上之緊固區。外殼可例如為馬達之外殼。藉由將軸承收納器固定於外殼上，提供軸承相對於外殼之精確且尤其不可移動的固持。緊固區可例如為軸承收納器之一部分，其在圓周方向上對應於軸承收納器之整個環之至少三分之一、較佳至少二分之一、較佳至多四分之三。

較佳地，緊固區藉助於螺紋連接件固定至外殼。特定而言，螺紋連接件包含圍繞軸承收納器之圓周分佈的多個螺釘。替代地或另外，較佳地，緊固區藉助於焊接連接件及/或接合連接件及/或按壓連接件固定至外殼。較佳地，焊接連接件及/或接合連接件形成於緊固區之整個區域上方，以便提供尤其穩固之固定。

更佳地，配置亦包含緊固元件，緊固區藉助於該緊固元件固定至外殼。此意謂軸承收納器藉助於緊固元件直接地或間接地固定至外殼。因此，例如可提供配置之尤其簡單且經濟的生產及安裝，此係因為軸承收納器及緊固元件的精確位向可能與外殼分開。

尤其較佳地，緊固元件經組態為較佳地為圓形之圓盤。緊固元件在此尤其連同軸承收納器一起配置於外殼之凹槽中。較佳地，凹槽具有對應於緊固元件之外部幾何形狀的內部幾何形狀。此允許配置之尤其簡單且經濟的建構及安裝。舉例而言，凹槽及緊固元件可具有可精確地生產之簡單幾何形狀。

較佳地，緊固區形成為軸承收納器之外部周邊的至少部分。此意謂特定而言，軸承收納器固定至外殼，此係因為軸承收納器之外部周邊較佳地藉助於外部周邊與外殼之間的按壓連接件至少部分地直接固定至外殼。因此，可提供配置之尤其簡單、輕量且經濟的建構。此外，可提供軸承收納器及因此軸承之尤其高的位置準確度，此係由於例如外殼中之凹槽可簡單地及經濟地以高精確度生產。尤其有利地，若外殼為拉深組件，較佳地為其中凹槽係藉由深沖產生的片材金屬外殼，則此係可能的。

較佳地，軸承收納器配置於外殼之凹槽中。彎曲桿之自由端的徑向外部尺寸比外殼凹槽之內部尺寸小預定義間隙大小。換言之，彎曲桿之自由端的徑向外部尺寸相對於緊固元件之較佳圓形外部輪廓後移預定義間隙大小。較佳地，間隙大小為最大0.5 mm、較佳最大0.2 mm、尤其較佳最大0.1 mm。因此，外殼形成用於彎曲桿之止擋件，尤其對於止擋件不需要單獨組件。因此，可用極少組件提供尤其簡單且經濟的建構。較佳地，止擋區設置於彎曲桿之自由端處，其中間隙大小設置於止擋區與外殼之間。較佳地，在彎曲桿之剩餘區與凹槽之間，存在大於間隙大小之間隙，以使得尤其彎曲桿之可自由移動性係可能的，且彎曲桿獨佔地抵靠止擋區。

較佳地，軸承力感測器包含應變計。舉例而言，藉由將應變計安裝於彎曲桿上，可尤其易於偵測其變形。應變計可例如確定彎曲桿之延伸及/或壓縮，且基於其而確定彎曲桿之變形及例如對彎曲桿之機械力。

替代地或另外，較佳地，軸承力感測器包含壓電元件。因此，類似於應變計，可以尤其簡單、緊密且經濟的方式確定彎曲桿之變形及/或對彎曲桿之瞬時作用力。

替代地或另外，較佳地，軸承力感測器包含磁感測器。舉例而言，磁感測器可為霍爾感測器，尤其藉助於該感測器，彎曲桿之一部分區相對於另一組件（例如外殼）的相對位置改變可容易且尤其精確地被偵測到。

較佳地，驅動配置包含具有曲柄之曲柄驅動器。曲柄在此處連接至輸出軸或固定（尤其以可旋轉方式固定）在輸出軸上。藉助於曲柄，騎乘者可藉由肌力施加踩踏力，從而在輸出軸上產生踏板力矩。

此外，本發明係關於一種藉由肌力及/或馬達運作之載具，尤其一種電動自行車，其包含所描述驅動配置。

此外，本發明係關於一種用於運作上述驅動配置之方法。該方法包含以下步驟： -    藉助於兩個軸承力感測器而確定力，及 -    基於由軸承力感測器偵測到之力而在軸承處確定軸承力。該方法之突出之處在於其可尤其容易且經濟地執行，其中可確定軸承處之軸承力的精確結果。

較佳地，該方法進一步包含以下步驟：在輸出元件處基於軸承力，尤其軸承力方向及軸承力量而確定輸出力。輸出力在此處為藉由傳輸元件（諸如自行車鏈條）施加於輸出元件上之力，尤其在電動自行車之運作期間。較佳地，輸出力存在於鏈條環之外部周邊上且在自行車鏈條延伸（例如延伸至後輪）所沿之預定義方向上。較佳地，輸出力亦基於驅動配置，尤其鏈條環之先前已知幾何屬性而確定。

更佳地，該方法包含以下步驟：基於所確定之輸出力及馬達力矩確定由騎乘者施加之騎乘者扭矩，尤其在包含驅動配置之電動自行車係由肌力及馬達力同時運作的情況下。特定而言，馬達力矩先前自馬達控制器已知。較佳地，騎乘者扭矩係藉由確定騎乘者力而確定，其中騎乘者力對應於由騎乘者之肌力產生的輸出力之一部分。特定而言，騎乘者扭矩與騎乘者力之間的相關性係由驅動配置之先前已知幾何屬性（尤其鏈條環）定義。騎乘者力較佳地藉由自總輸出力減去馬達力而確定，其中馬達力對應於由於馬達力矩施加至自行車鏈條之力。因此，騎乘者扭矩可尤其容易且精確地判定。

較佳地，該方法進一步包含以下步驟：取決於軸承力方向及軸承力量而控制由馬達產生之馬達力矩。尤其較佳地，馬達取決於所確定之騎乘者扭矩而受控制。此意謂取決於基於所確定之軸承力而判定的軸承力或騎乘者扭矩而提供用於支撐騎乘者之踩踏力的馬達力矩。

較佳地，軸承力方向及軸承力量係基於驅動配置之校準而確定。校準係基於在以預定義校準組態致動曲柄驅動器期間由軸承力感測器偵測到之各別力的比率。在校準組態中，藉由致動力在預定致動方向上致動曲柄驅動器。尤其較佳地，藉由在多個不同預定義致動方向上偵測多個比率來進行校準。較佳地，當驅動配置安裝於電動自行車上時，進行校準。

圖1展示根據本發明之第一例示性具體實例的具有驅動配置1之電動自行車100的簡化示意圖。驅動配置1在圖2中以截面圖展示。第一例示性具體實例之驅動配置1的細節展示於圖3至圖5中。

驅動配置1具有曲柄驅動器2，其具有相對於踏板軸線22a彼此相對地定位之兩個曲柄21。踏板25配置於曲柄21上，騎乘者可經由該等曲柄在驅動配置1處藉由肌力產生騎乘者扭矩。

曲柄驅動器2亦包含以可旋轉方式固定地連接至曲柄21之輸出軸22，及用於輸出軸22之可旋轉安裝的兩個軸承23、24。

驅動配置1進一步包含：輸出元件3，其為鏈條環且以可旋轉方式固定地連接至輸出軸22之輸出界面35；及自行車鏈條107，其作為與鏈條環3嚙合之傳輸元件。

為了用額外馬達力矩來支撐騎乘者扭矩，驅動配置1包含馬達4，較佳地電動馬達，該馬達尤其供應有來自電能儲存區（圖中未示）之電能且經組態以產生馬達力矩。

驅動配置1較佳地藉助於外殼40附接至電動自行車100之自行車框架101。

輸出軸22藉由兩個軸承23、24安裝於外殼40中。在背對輸出之軸承23上，外殼40具有軸承套環43，軸承23配置於該軸承套環內（參見圖2）。軸承套環43尤其為外殼40之整體部分。

驅動配置1亦包含齒輪機構8。齒輪機構8經組態以在馬達4之馬達軸42與輸出軸22之間傳輸扭矩。

齒輪機構4在此沿踏板軸線22a之方向配置於馬達2與輸出界面35之間。相對於行進方向A（參見圖1及圖2），輸出界面35因此在輸出軸22之右側且馬達4在左側。換言之，除左曲柄22之外，馬達4係處於最遠至左側之驅動配置1的元件。

齒輪機構8為雙級正齒輪機構。此意謂齒輪機構8包含多個齒輪，該等齒輪經組態為嚙合以傳輸扭矩的正齒輪。在下文更詳細地描述其配置。

在驅動配置1中，馬達4之馬達軸42與輸出軸22彼此同軸地配置。此意謂馬達軸42及輸出軸22各自圍繞共同踏板軸線22a以可旋轉方式配置。為此，馬達4之尤其以可旋轉方式固定地連接至馬達4之轉子的馬達軸42形成為中空軸。輸出軸22延伸穿過馬達軸42。

輸出軸22及馬達軸42藉助於軸承48相對於彼此以可旋轉方式安裝。

馬達4之馬達軸42軸向地突出超出馬達4之轉子。馬達齒接物84形成於馬達軸42之此突出區上。

馬達齒接物84與齒輪機構8之第一齒輪81嚙合。第一齒輪81以可旋轉方式固定地連接至齒輪機構8之中間軸85。中間軸85沿中間軸軸線80延伸且經配置以便可圍繞此中間軸軸線80自由地旋轉。

此外，齒輪機構8包含亦以可旋轉方式固定地連接至中間軸85之第二齒輪82。較佳地，第一齒輪81、第二齒輪82及中間軸85一起形成為一體式組件，或替代地形成為連接在一起之單獨組件。

此外，齒輪機構8包含圍繞踏板軸線22a以可旋轉方式配置之第三齒輪83。在第三齒輪83與輸出軸22之間係自由輪裝置89，其允許以可旋轉方式固定連接或第三齒輪83與輸出軸22之配置，其中該第三齒輪與輸出軸可相對於彼此自由旋轉。

因此，來自由馬達4產生之馬達力矩的扭矩可經由馬達齒接物84及第一齒輪81自馬達軸42傳輸至中間軸85，且經由第二齒輪82及第三齒輪83以及對應地經切換自由輪裝置89傳輸至輸出軸22。

藉由馬達4及輸出軸22之同軸配置，驅動配置1在此處提供驅動配置1之尤其緊湊的設計之優點。在幾何形狀上形成驅動配置1之最大元件的馬達4在此處可尤其有利地藉由與輸出軸22同軸配置而定位。亦由於齒輪機構8之特殊設計，最大齒輪——即第三齒輪83——亦配置於輸出軸22上，因此驅動配置1之其他部件在徑向方向上相對於踏板軸線22a之尤其小的範圍係可能的，此係因為剩餘齒輪體積僅略微地自馬達4之軸向投影表面延伸。

作為驅動配置1之部分的電路板9亦存在於馬達4與齒輪機構8之間。此電路板9可例如包含控制單元或經組態為控制單元之部分。特定而言，電路板9相對於踏板軸線22a之方向配置於馬達4與齒輪機構之第一齒輪81之間。

驅動配置1亦具有連接元件90，該連接元件可例如經組態為用於電插入式連接件之插頭。連接元件19在此處連接至電路板9且經配置在背對輸出之軸向方向上自電路板9突出。

對於電動自行車100之馬達支撐運作，馬達力矩取決於由騎乘者施加之騎乘者扭矩而調適。騎乘者扭矩在此處藉由在輸出側軸承24處判定軸承力59而確定，如下文所描述。

為了基於軸承力59判定騎乘者扭矩，使用若干已知機械及幾何相關性，以及自馬達4之運作已知的馬達力矩。具體而言，已知與電動自行車100 （參見圖3）之推進相關的在鏈條環3處之輸出力60在輸出側軸承24處引起量相同且在相反方向上與其平行的反作用力。

在瞭解曲柄驅動器2之幾何形狀及機制以及馬達4之馬達力矩的情況下，確定藉由馬達4施加之一定比例的輸出力60，亦即馬達力。因此，可易於藉由自總輸出力60減去馬達力而確定對應於由騎乘者之肌力施加的輸出力60之比例的騎乘者力。接著亦可易於根據驅動配置1之幾何屬性而確定對應的騎乘者扭矩。

本發明驅動配置1之軸承力59在此處藉助於簡單、緊湊且經濟的建構而確定，該建構亦允許尤其敏感且精確的偵測。為此，驅動配置1具有配置於輸出側軸承24之區中的兩個軸承力感測器51、52。

在圖3及圖4中繪示兩個軸承力感測器51、52之配置。兩個軸承力感測器51、52在輸出軸22之軸向方向上位於輸出側軸承24之高度處。

兩個軸承力感測器51、52中之各者經組態為應變計且經設計以偵測由在精確地一個預定義方向上，亦即在相對於踏板軸線22a之徑向方向上之機械延伸及/或壓縮而產生的力55、56。

兩個軸承力感測器51、52連接至偵測單元6，該偵測單元判定各別力55、56且亦判定所有另外力及力矩。

軸承力感測器51、52在此處配置於軸承收納器5之徑向外側上。軸承收納器5為與馬達4之外殼40分開地形成且經組態尤其為軸承殼之組件。在第一例示性具體實例中，軸承收納器5具有實質上圓形的環形外部幾何形狀。

圖4展示軸承收納器5之透視圖。

軸承24配置於軸承收納器5之凹槽中，其中在卸載狀態中，較佳地，軸承收納器5之實質上整個內部周邊係與軸承24之外部周邊接觸。

軸承收納器5亦形成有槽57，該槽在徑向方向上完全延伸穿過整個軸承收納器5。

軸承收納器5亦具有附接至外殼40之緊固區50。緊固區50係軸承收納器5之軸向端面，其在其整個區域上與固定至外殼40之緊固元件50a接觸。

軸承收納器5配置於外殼4之凹槽65中（參見圖6）。凹槽65為圓形的且與踏板軸線22a同軸地配置。舉例而言，如圖6中所示，凹槽65可步進地形成且完全延伸穿過外殼4之壁。輸出軸22 （圖6中未示）完全穿過外殼4之凹槽65突出。

此外，配置10具有單獨緊固元件50a，軸承收納器5藉助於該固定元件固定於外殼4中。緊固元件50a為可例如由金屬製成之圓形環盤。

軸承收納器5藉助於焊接連接件58b在緊固區50處固定至緊固元件50a。焊接連接件58b完全在整個緊固區50上方延伸以用於牢固且可靠的連接。類似於第一例示性具體實例，在軸承收納器5之彎曲桿53與緊固元件50a之間存在較小軸向間隙，以使彎曲桿53之可移動性不受阻礙。

緊固元件50a具有對應於凹槽65之內徑的外徑。

緊固元件50a例如藉助於按壓連接件及/或焊接連接件及/或接合連接件而固定不動地固定至外殼40。因此，緊固元件50a確保將軸承收納器間接緊固至馬達4之外殼40。

此外，軸承收納器5具有配置於槽57與緊固區50之間的兩個彎曲桿53。彎曲桿53經組態成使得其可在徑向方向上變形。彎曲桿53在圖4中由陰影線標識。

在各彎曲桿53之徑向外側上係平坦化部41，各別軸承力感測器51、52配置於該平坦化部上。

軸承收納器5經組態且固定至緊固元件50a，使得彎曲桿53之自由端53a的徑向外部尺寸53b比緊固元件50a之外部尺寸且因此亦比凹槽65之內部尺寸65a小一預定義間隙大小53c （參見圖4）。此意謂凹槽65之內圓周充當止擋件。換言之，若彎曲桿53中之一者藉由軸承力59徑向向外變形，則此變形受到彎曲桿53之自由端53a在凹槽65之內圓周上的接觸之限制。因此，可提供驅動配置1之尤其簡單且輕量的建構。此亦可因此尤其容易且經濟地生產。

當曲柄驅動器2係由騎乘者之踩踏力裝載時，在軸承24處產生軸承力59。由於軸承24藉助於軸承收納器5固持於馬達4之外殼40中，因此此軸承力59相應地作用於軸承收納器5。由於軸承收納器5與可移動彎曲桿53之特殊設計，軸承力59導致彎曲桿53在徑向方向上之偏轉。可藉助於經組態為應變計之軸承力感測器51、52偵測此變形。

根據上述先前已知的配置10之幾何及機械屬性，基於所偵測變形，可確定整個所得軸承力59，即，軸承力方向及軸承力量。

由於彎曲桿53在徑向方向上之自由可移動性，因此藉由對應機械設計，尤其敏感的偵測係可能的。此意謂例如藉由彎曲桿53在軸向及/或徑向方向上之厚度的對應設計，可確保即使在較小軸承力下亦發生明確的可量測變形。特定而言，因此可以較大準確度偵測到由騎乘者施加之低扭矩位準。

為了保證彎曲桿53由於受最小變形影響而達到尤其高的精度，彎曲桿53在軸向方向上與緊固元件50a間隔開，軸承收納器5之緊固區50抵靠該緊固元件。此意謂在軸向方向上，在各彎曲桿53之面向緊固元件50a的軸向端面50b與緊固元件50a之間存在間隙，對應地緊固區50之端面50a抵靠該緊固元件。因此，彎曲桿53之變形不受例如摩擦影響。

此外，彎曲桿53及/或軸承24可經組態使得具有最小摩擦之區形成於彎曲桿53之徑向內側與軸承24之徑向外側之間，使得例如可避免或減小藉由由黏附摩擦誘發之應力進行之對量測結果之篡改。

此外，驅動配置1包含止擋件7，該止擋件限制各彎曲桿53在徑向方向上之移動。止擋件7在此處由外殼40形成。止擋件7位於槽57之延伸部中。

為了能夠根據所確定之軸承力59而確定作用於自行車鏈條107之輸出力60且因此確定上文所描述之騎乘者扭矩，必須知曉自行車鏈條107之鏈條方向70及馬達4相對於彼此的相對位向，亦即，馬達4在自行車框架101上之安裝位置。

因此，為了能夠基於軸承力59而正確地判定輸出力60，需要知曉馬達4與鏈條方向70之間的幾何相關性。

為此，執行驅動配置1之一次性校準。在校準期間，馬達4不產生馬達力矩。

在校準期間，在第一步驟中，曲柄驅動器2可經配置使得曲柄21水平地定向。在此第一校準組態中，精確地一個曲柄21 （即在行進方向上向前指向之曲柄21）係藉由先前已知的致動力來致動。致動力在此處為豎直的，亦即，正交於曲柄21且正交於鏈條方向70。因此，整個致動力被傳輸至自行車鏈條107。對應軸承力59在此處對應於由致動力及輸出力60產生之力。

在第二校準步驟中，曲柄驅動器2經配置使得曲柄21豎直地定向。在此第二校準組態中，下部曲柄21藉由致動力致動，該致動力亦豎直地定向，亦即，與鏈條方向70正交且平行於曲柄21。在此第二致動組態中，由於曲柄驅動器2之對應位向，輸出力60等於零。然而，軸承力59係由致動力引起。

基於在兩個校準步驟中偵測到的來自軸承力感測器51、52之力55、56，根據兩個力55、56之比率，可得出軸承力感測器51、52相對於曲柄21及/或自行車鏈條107之先前已知位置的位向。因此，亦可判定驅動單元相對於自行車鏈條107之位向。如此判定之位向可接著充當基於軸承力59之軸承力方向及軸承力量而確定騎乘者力矩的基礎。

圖7展示根據本發明之第二例示性具體實例之驅動配置1的截面圖。第二例示性具體實例實質上對應於第一例示性具體實例，其中驅動配置1之組件的替代性配置不同。在第二例示性具體實例中，馬達4配置於輸出側，亦即，在齒輪機構8與輸出界面35之間。詳言之，馬達4配置於輸出側軸承24與齒輪機構8之第一齒輪81之間。此意謂馬達4位於行進方向A的右側。因此，可提供驅動配置1之組件的替代性幾何配置。在第二例示性具體實例中，電路板9上之連接元件90亦在輸出側之方向上突出配置。

1:驅動配置 10:配置 100:載具/電動自行車 101:自行車框架 107:自行車鏈條 2:曲柄驅動器 21:曲柄 22:輸出軸 22a:踏板軸線 23:軸承 24:輸出側軸承 25:踏板 3:輸出元件/鏈條環 35:輸出界面 4:馬達 40:外殼 41:平坦化部 42:馬達軸 43:軸承套環 48:軸承 5:軸承收納器 50:緊固區 50a:緊固元件/端面 50b:軸向端面 51:軸承力感測器 52:軸承力感測器 53:彎曲桿 53a:自由端 53b:徑向外部尺寸 53c:預定義間隙大小 55:力 56:力 57:槽 58b:焊接連接件 59:軸承力 6:偵測單元 60:輸出力 65:凹槽 65a:內部尺寸 7:止擋件 70:鏈條方向 8:齒輪機構 80:中間軸軸線 81:第一齒輪 82:第二齒輪 83:第三齒輪 84:馬達齒接物 85:中間軸 89:自由輪裝置 9:電路板 90:連接元件 A:行進方向

下文參考例示性具體實例結合諸圖來描述本發明。在圖式中，功能上等效的組件攜帶相同的參考符號。在圖式中： [圖1]    展示具有根據本發明之第一例示性具體實例之驅動配置的電動自行車之簡化示意圖， [圖2]    展示來自圖1之驅動配置的截面圖， [圖3]    展示來自圖1之驅動配置的簡化細節截面圖以繪示功能， [圖4]    展示來自圖1之驅動配置的透視細節視圖， [圖5]    展示來自圖1之驅動配置的另一細節視圖， [圖6]    展示來自圖1之驅動配置的另一細節視圖，且 [圖7]    展示根據本發明之第二例示性具體實例之驅動配置的截面圖。

1:驅動配置

100:載具/電動自行車

101:自行車框架

107:自行車鏈條

2:曲柄驅動器

21:曲柄

22:輸出軸

22a:踏板軸線

25:踏板

3:輸出元件/鏈條環

4:馬達

59:軸承力

60:輸出力

70:鏈條方向

A:行進方向

Claims (21)

1. 一種用於藉由肌力及/或馬達運作之載具（100），尤其電動自行車之驅動配置，其包含： 輸出軸（22），其經組態以用於連接至曲柄驅動器（2）之曲柄（21）， 馬達（4），其經組態以產生馬達力矩以支撐由騎乘者施加至該輸出軸（22）之騎乘者扭矩， 其中該馬達（4）之馬達軸（42）與該輸出軸（22）同軸地配置， 至少一個軸承（24），該輸出軸（22）藉助於該至少一個軸承安裝， 至少一個軸承力感測器（51、52），尤其兩個軸承力感測器（51、52）， 其中該軸承力感測器（51、52）經組態以偵測力（55、56），及 偵測單元（6），其經組態以基於由該軸承力感測器（51、52）偵測到之該力（55、56）而偵測該軸承（24）處之軸承力（59）。
2. 如請求項1之驅動配置，其中該兩個軸承力感測器（51、52）相對於該輸出軸（22）配置於不同圓周位置處。
3. 如前述請求項中任一項之驅動配置， 其包含兩個軸承（23、24）以用於安裝該輸出軸（22）， 其中該輸出軸（22）具有經組態以用於連接至輸出元件（3）之輸出界面（35），且 其中該軸承力感測器（51）在該輸出軸（22）之該軸向方向上配置於該出口側軸承（24）之高度處。
4. 如前述請求項中任一項之驅動配置，其進一步包含軸承收納器（5），該軸承收納器至少部分地以一環之方式包圍該軸承（24）。
5. 如請求項4之驅動配置，其中可在徑向方向上彎曲之彎曲桿（53）形成於該軸承收納器（5）處，其中該等軸承力感測器（51、52）中之至少一者配置於該彎曲桿（53）上。
6. 如請求項4或5之驅動配置，其中該軸承收納器（5）之一部分區經組態為彎曲桿（53），該彎曲桿可在該徑向方向上彎曲，且其中該軸承收納器（5）具有尤其徑向槽（57），且其中該彎曲桿（53）鄰接該槽（57）。
7. 如請求項4至6中任一項之驅動配置，其中該軸承收納器（5）具有兩個彎曲桿（53），且其中該兩個軸承力感測器（51、52）中之一者配置於各彎曲桿（53）上。
8. 如請求項5至7中任一項之驅動配置，其進一步包含止擋件（7），該止擋件限制該彎曲桿（53）在該徑向方向上之移動。
9. 如請求項8之驅動配置，其中該止擋件（7）經配置以使得在該軸承（24）之未裝載狀態下，在該彎曲桿（53）之自由端（53a）與該止擋件（7）之間存在預定義氣隙（70）。
10. 如前述請求項中任一項之驅動配置，其進一步包含配置於該馬達（4）與該輸出軸（22）之間且經組態以在該馬達軸（42）與該輸出軸（22）之間傳輸扭矩的齒輪機構（8）。
11. 如請求項10之驅動配置，其中該齒輪機構（8）經組態為尤其雙級正齒輪機構。
12. 如請求項10或11之驅動配置，其中該齒輪機構（8）具有平行於該輸出軸（22）配置之中間軸（85），且其中該齒輪機構（8）經組態以經由該中間軸（85）在該馬達軸（42）與該輸出軸（22）之間傳輸扭矩。
13. 如請求項10至12中任一項之驅動配置， 其中該齒輪機構（8）具有第一齒輪（81）及第二齒輪（82），其中該第一齒輪（81）及該第二齒輪（82）以可旋轉方式固定地連接至該中間軸（85）， 特定而言其中該齒輪機構（8）具有形成於該馬達軸（42）上之馬達齒接物（84），且其中該第一齒輪（81）與該馬達齒接物（84）嚙合， 特定而言其中該齒輪機構（8）具有以可旋轉方式固定地連接至該輸出軸（82）之第三齒輪（83），且其中該第三齒輪（83）與該第二齒輪（82）嚙合。
14. 如請求項10至13中任一項之驅動配置，其進一步包含該馬達軸（42）與該輸出軸（22）之間的自由輪裝置（89）。
15. 如請求項10至14中任一項之驅動配置，其中該馬達（4）配置於該齒輪機構（8）之背對該輸出界面（35）之側，或其中該馬達（4）配置於該齒輪機構（8）之面向該輸出界面（35）之側。
16. 如前述請求項中任一項之驅動配置，其中該軸承力感測器（51）包含應變計及/或壓電元件及/或磁感測器。
17. 如前述請求項中任一項之驅動配置，其進一步包含具有曲柄（21）之曲柄驅動器（2），其中該等曲柄（21）連接至該輸出軸（22）。
18. 一種藉由肌力及/或馬達運作之載具，其包含如前述請求項中任一項之驅動配置（1）。
19. 一種用於運作如前述請求項中任一項之驅動配置（1）的方法，其包含以下步驟： 藉助於該至少一個軸承力感測器（51、52），尤其軸承力感測器（51、52）兩者來確定力（55、56），及 基於藉由該軸承力感測器（51、52）偵測到之該力（55、56）而確定該軸承（24）處之軸承力（59）。
20. 如請求項19之方法，其另外包含步驟： 基於所確定之該軸承力（59）而在輸出元件（3）處確定輸出力（60），及 基於該輸出力（60）及馬達（4）之馬達力矩而確定由該騎乘者施加之該騎乘者扭矩。
21. 如請求項19或20中任一項之方法，其另外包含步驟： 取決於所確定之該軸承力（59）而控制由該馬達（4）產生之馬達力矩。