DE102013011504B4

DE102013011504B4 - Fahrradantriebseinheit

Info

Publication number: DE102013011504B4
Application number: DE102013011504.3A
Authority: DE
Inventors: Mitsuru TAUCHI
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: CN103538685A; TWI541166B; DE102013011504A1; JP5442814B2; JP2014019181A; CN103538685B; TW201408540A

Abstract

Fahrradantriebseinheit (1) umfassend:einen ersten Verbindungsabschnitt (130), welcher einen Abtrieb eines Motors (120) überträgt;einen zweiten Verbindungsabschnitt (160), welcher Beinkraft von einer Kurbelwelle (102) überträgt; undeinen Antriebskraftübertragungsabschnitt (140), welcher einen Kettenblattverbindungsabschnitt (141) aufweist, zum Koppeln eines Kettenblattes (103);einen Sensoranordnungsabschnitt (143), in welchem zumindest ein Teil von Sensoren (150) bereitgestellt ist; und einen Kopplungsabschnitt (142), welcher den ersten Verbindungsabschnitt (130) und den zweiten Verbindungsabschnitt (160) koppelt, dadurch gekennzeichnet, dassder Sensoranordnungsabschnitt (143) zwischen dem Kettenblattverbindungsabschnitt (141) und dem Kopplungsabschnitt (142) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrradantriebseinheit, welche einen Motorabtrieb als Hilfsenergie verwendet und einen Gangwechselmechanismus aufweist.
In der JP 4 612 061 B2 wird ein elektrisch unterstütztes Fahrrad offenbart, welches einen Motorabtrieb als Hilfsenergie verwendet. Das elektrisch unterstützte Fahrrad gemäß dieser japanischen Anmeldung weist eine Kurbelwelle, eine zylindrische Zwischenwelle, einen Motor und ein Drehelement mit einem Kettenblatt auf. Die zylindrische Zwischenwelle überträgt Beinkraft von einem Ende, welches an die Kurbelwelle gekoppelt ist, an das andere Ende und weist einen magnetischen Belastungssensor auf, zum Detektieren der Beinkraft zwischen dem einem Ende und dem anderen Ende. Das Drehelement ist mit einer Geschwindigkeitsreduktion verbunden, welche die Drehung des Motors vermittels eines Getriebes entschleunigt und ist ebenso mit dem anderen Ende der zylindrischen Zwischenwelle vermittels einer Rutschkupplung beziehungsweise Einwegkupplung verbunden.
Jedoch kann die Antriebseinheit für ein Fahrrad, welche in der Anmeldung JP 4 612 061 B2 offenbart ist, nur die Beinkraft detektieren, was es für die Fahrradantriebseinheit schwierig macht, eine Drehkraft akkurat zu detektieren, die durch eine Kette übertragen wird.
Ferner ist aus dem japanischen Dokument JP H10 - 250 673 A eine zylindrische Form bekannt, die mit einem Antriebssystem für die Arbeitskraft versehen ist, welches eine Pedalkurbelwelle und ein Motorantriebssystem aufweist, bei dem die Motorausgabe nach Maßgabe der auf die Pedalkurbelwelle ausgeübten Tretkraft erhöht oder verringert wird, und die drehbar auf der gleichen Achse wie die Pedalkurbelwelle bereitgestellt wird.
Aus dem japanischen Dokument JP H07 - 81 660 A ist ein Fahrzeug mit einem Elektromotor bekannt, bei welchem ein Antriebssystem mit menschlicher Leistung und ein Elektroantriebssystem parallel bereitgestellt sind.
Angesichts des oben genannten Problems hat es die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Antriebseinheit für ein Fahrrad bereitzustellen, welche einen Motor für unterstützte Fortbewegung aufweist und dazu in der Lage ist, eine Umdrehungskraft zu detektieren, die aus einer Kombination von Beinkraft und Abtrieb des Motors besteht.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Hierzu weist eine Fahrradantriebseinheit auf: einen ersten Verbindungsabschnitt, welcher einen Abtrieb eines Motors überträgt; einen zweiten Verbindungsabschnitt, welcher Beinkraft von einer Kurbelwelle überträgt; und einen Antriebskraftübertragungsabschnitt, welcher einen Kettenblattverbindungsabschnitt aufweist, dazu vorgesehen und in der Lage ein Kettenblatt zu koppeln beziehungsweise mit diesem verbunden zu werden, einen Sensoranordnungsabschnitt, in welchem zumindest ein Teil von Sensoren bereitgestellt ist und einen Kopplungsabschnitt, welcher den ersten Verbindungsabschnitt und den zweiten Verbindungsabschnitt koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoranordnungsabschnitt zwischen dem Kettenblattverbindungsabschnitt und dem Koppelabschnitt angeordnet ist.
Demzufolge tritt eine Belastung aufgrund einer Drehkraft in der Umgebung des Sensoranordnungsabschnitts auf, welche durch Kombination eines Abtriebs des Motors und einer Beinkraft erlangt wird. Dementsprechend können die Sensoren, die in dem Sensoranordnungsabschnitt bereitgestellt sind, die durch Kombination von Abtrieb des Motors und Beinkraft erlangte Drehkraft detektieren.
Darüber hinaus kann der Antriebskraftübertragungsabschnitt einen Zylinderabschnitt aufweisen, durch welchen die Kurbelwelle eingesetzt ist. Dies erlaubt es, dass der Antriebskraftübertragungsabschnitt in der Umgebung der Kurbelwelle angeordnet ist, wodurch eine Gewichtsersparnis und eine Verkleinerung der Fahrradantriebseinheit erreicht werden kann.
Weiterhin kann der Sensoranordnungsabschnitt außerhalb des Zylinderabschnittes angeordnet werden und die Sensoren können eine Torsion des Zylinderabschnittes detektieren. Dies ermöglicht es, eine Drehkraft welche durch Kombination des Abtriebs des Motors und der Beinkraft erlangt wird, zu detektieren, wobei die Drehkraft in dem Antriebskraftübertragungsabschnitt generiert wird.
Weiterhin kann der erste Verbindungsabschnitt eine erste Rutschkupplung beziehungsweise Einwegkupplung umfassen. Dies macht es möglich zu verhindern, dass die Drehkraft der Kurbelwelle auf den Motor übertragen wird und zur selben Zeit erlaubt es, dass der Motor effizienter arbeiten kann.
Weiterhin kann der zweite Verbindungsabschnitt eine zweite Rutschkupplung beziehungsweise Einwegkupplung aufweisen. Dies verhindert es, dass das Kettenblatt zusammen mit einem Pedal in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung gedreht wird, in welcher das Pedal normalerweise durch einen Benutzer gedreht wird.
Weiterhin kann der erste Verbindungsabschnitt einen Reduktionsmechanismus aufweisen. Dies macht es möglich, den Abtrieb des Motors zu reduzieren und den Abtrieb auf den Antriebskraftübertragungsabschnitt zu übertragen, wodurch ein Antriebskraftübertragungsabschnitt erreicht wird, der es dem Motor erlaubt effizienter zu arbeiten.
Weiterhin kann der Reduktionsmechanismus zusätzlich ein erstes Zahnrad aufweisen, welches mit einem Zahnrad das an die Abtriebswelle des Motors verbunden ist, in Eingriff steht und ein zweites Zahnrad, das in Eingriff mit dem Antriebskraftübertragungsabschnitt steht. Die erste Rutschkupplung kann in einem Drehmomentverlauf beziehungsweise Kraftpfad zwischen dem ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad bereitgestellt werden. Folglich ist es möglich, die Abtriebswelle des Motors daran zu hindern, durch die an der Kurbelwelle bereitgestellte Drehkraft gedreht zu werden.
Weiterhin kann der Sensor ein magnetisches Belastungselement aufweisen. Dies erlaubt es, dass der Sensor eine Torsion detektiert, welche aufgrund der Kurbelwelle auftritt.
Weiterhin kann die Fahrradantriebseinheit zusätzlich den Motor aufweisen. Folglich kann unterstützte Fortbewegung erreicht werden.
Weiterhin kann die Fahrradantriebseinheit ein Kettenblatt aufweisen, welches an den Kettenblattverbindungsabschnitt gekoppelt ist. Dies macht es möglich eine durch Kombination der Beinkraft und des Abtriebs des Motors erlangte Drehkraft auf ein Hinterrad zu übertragen.
Weiterhin kann die Fahrradantriebseinheit die Kurbelwelle aufweisen. Dies erlaubt es, dass eine Beinkraft welche durch einen Benutzer auf das Pedal aufgebracht wird, auf den Antriebskraftübertragungsabschnitt übertragen wird.
Weiterhin kann die Fahrradantriebseinheit zusätzlich einen Steuerabschnitt aufweisen, welcher den Motor gemäß eines Detektionsergebnisses des Sensors steuert. Dies ermöglicht es, den Abtrieb des Motors gemäß einem Ausmaß der Beinkraft des Benutzers zu steuern und dadurch die unterstützte Fortbewegung zu erlangen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrradantriebseinheit dazu in der Lage, eine Drehkraft welche durch Kombination einer Beinkraft und eines Abtriebs eines Motors erlangt wird, zu detektieren.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, welche einen Teil eines elektrisch unterstützen Fahrrades darstellt, eine erste Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendend.
2 ist eine Schnittansicht der Antriebseinheit gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Blockdiagramm des elektrisch unterstützen Fahrrades, verwendend die Antriebseinheit gemäß der ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG
1 ist eine Draufsicht von der rechten Seite, darstellend einen Teil eines elektrisch unterstützen Fahrrades verwendend eine Antriebseinheit 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses elektrisch unterstütze Fahrrad überträgt Beinkraft, welche auf ein Pedal 100 wirkt auf eine Nabengehäuse, dass drehbar herum um eine Achse 106 eines Hinterrades bereitgestellt ist, durch den Kraftpfad beziehungsweise Pfad eines Kurbelarms 101 → einer Kurbelwelle 102 → einer Antriebseinheit 1 → einem vorderen Kettenblatt 103 → einer Kette 104 → einem hinteren Ritzel 105. In diesem Zusammenhang unterstützt das vorliegende elektrisch unterstützte Fahrrad eine Fortbewegung durch Kombination eines Motorabtriebs als Unterstützungskraft mit einer Beinkraft. Bei dieser Ausführungsform detektiert jeder später beschriebene Sensor eine Beinkraft des Benutzers. Wenn der detektierte Wert einen gesetzten Wert übersteigt, wird der Motor aktiviert um Drehmoment in Abhängigkeit zu der Beinkraft als Hilfskraft zu generieren. Die Antriebseinheit 1 weist einen Unterstützungsmotor auf, welcher im Wesentlichen in der Umgebung eines Kopplungsabschnittes zwischen einem unteren Ende eines Sitzrohres eines Rahmens und einem hinteren Ende eines Unterrohres eines Rahmens angeordnet ist und an dem Rahmen vermittels einer Schraube, die nicht dargestellt ist, befestigt wird. Akkumulatoren zum Antrieb des Motors sind am hinteren Gepäckträger, dem Unterrohr oder dem Sattelrohr angeordnet.
2 ist eine Schnittansicht der Antriebseinheit 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 stellt eine Schnittansicht dar, welche entlang der in 1 dargestellten Schnittlinie II-II gesehen wird, die durch die Achse von jedem der Kurbelwelle 102, einer Drehwelle 120c und einer Drehwelle 134 verläuft. Diese Antriebseinheit 1 ist dazu konfiguriert und vorgesehen einen Motor (elektrischen Motor) 120, einen ersten Verbindungsabschnitt 130, einen zweiten Verbindungsabschnitt 160, einen Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 und Sensoren 150 aufzuweisen.
Wie dargestellt in 2 ist bei dieser Antriebseinheit 1 die Kurbelwelle 102 in ein Durchgangsloch 111a eines Gehäuses 111 eingesetzt. Beide Enden stehen in axialen Richtungen der Kurbelwelle 102 aus dem Gehäuse 111 hervor. Ein Ende auf der gegenüberliegenden Seite des Kettenblattes 103 der Kurbelwelle 102 ist drehbar durch das Gehäuse 111 vermittels eines ersten Lagers 112 gelagert beziehungsweise gestützt. Ein Ende der Kurbelwelle 102 auf der Seite des Kettenblattes 103 ist drehbar durch das Gehäuse vermittels eines zweiten Lagers 113, dem Kettenblatt 103 und einem dritten Lager 114 gelagert beziehungsweise gestützt. Das zweite Lager 113 ist gestützt beziehungsweise gelagert durch das Kettenblatt 103 und das Kettenblatt 103 ist drehbar gelagert durch das dritte Lager 114. Die Kurbelarme 101, welche nicht dargestellt sind, sind abnehmbar an beiden Enden in der axialen Richtung der Kurbelwelle 102 befestigt. Einer der beiden Kurbelarme 101 kann dazu konfiguriert sein, nicht abnehmbar beziehungsweise fest verbunden oder auch einstückig mit der Krubelwelle 102 ausgebildet sein. Das erste bis dritte Lager werden zum Beispiel durch Radiallager ausgebildet.
Die Drehwelle 120c des Motors 120 ist parallel mit der Kurbelwelle 102 angeordnet. Die Drehwelle 120c des Motors 120 ist drehbar durch ein viertes Lager 124a und ein fünftes Lager 124b gelagert, welche in einem Abstand in der Richtung der Drehwelle 120c angeordnet sind. Die Drehwelle 120c ist an einen Rotor 120a des Motors 120 befestigt. Ein Stator 120b des Motors 120 ist an dem äußeren Umfang des Rotors 120a angeordnet und an das Gehäuse 111 befestigt. Das vierte Lager 124a und das fünfte Lager 124b sind jeweils durch Befestigungsabschnitte 122a und 122b gelagert beziehungsweise gestützt, welche an dem Gehäuse 111 bereitgestellt sind. Das vierte Lager 124a und das fünfte Lager 124b werden zum Beispiel durch Radiallager ausgebildet.
Der Abtrieb des Motors 120 wird auf den Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 vermittels eines ersten Zahnrades 131 → eines zweiten Zahnrades 132 → einer Rutschkupplung 133 → der Drehwelle 134 → einem dritten Zahnrad 136 übertragen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der erste Verbindungsabschnitt 130 dazu konfiguriert und vorgesehen, das erste Zahnrad 131, das zweite Zahnrad 132, die erste Rutschkupplung 133, die erste Drehwelle 134 und das dritte Zahnrad 136 aufzuweisen. Die Drehachse der Drehwelle 134, der Kurbelwelle 102 und die Drehachse der Drehwelle 120c des Motors 120 sind im Bezug aufeinander parallel angeordnet. Die Drehachse der Drehwelle 134 ist in einer Position entfernt von einer Ebene angeordnet, welche die Kurbelwelle 102 und die Drehachse der Drehwelle 120c des Motors 120 aufweist. Dies erlaubt es dass die Kurbelwelle 102 und die Drehwelle 120c des Motors 120 so nahe wie möglich zueinander angeordnet werden können und dadurch eine Verkleinerung der Antriebseinheit ermöglicht wird.
Das erste Zahnrad 131 wird an die Drehwelle 120c befestigt. Diese ermöglicht es, dass das erste Zahnrad 131 sich zusammen integral mit der Drehwelle 120c dreht.
Das zweite Zahnrad 132 greift in das erste Zahnrad 131 ein. Das zweite Zahnrad 132 ist drehbar in einer Richtung herum um die Drehwelle 134 vermittels der ersten Rutschkupplung 133 gelagert beziehungsweise gestützt. Die erste Rutschkupplung 133 wird vermittels einer Rutschkupplung aufweisend zum Beispiel einer Klinke und einem Klinkenrad ausgebildet. Die erste Rutschkupplung 133 ist so bereitgestellt, dass die Drehung des zweiten Zahnrades 132 auf die Drehwelle 134 übertragen wird, jedoch die Drehung der Drehwelle 134 nicht auf das zweite Zahnrad 132 übertragen wird.
Die Drehwelle 134 ist drehbar vermittels einem sechsten Lager 135a und einem siebten Lager 135b gelagert beziehungsweise gestützt, welche in einem Intervall beziehungsweise Abstand in der Richtung der Drehwelle 134 angeordnet sind. Das sechste Lager 135a und das siebte Lager 135b sind durch das Gehäuse 111 gestützt beziehungsweise gelagert. Das sechste Lager 135a und das siebte Lager 135b werden zum Beispiel durch Radiallager ausgebildet.
Das dritte Zahnrad 136 ist an die Drehwelle 134 befestigt. Dies erlaubt es dem dritten Zahnrad 136 sich integral zusammen mit der Drehwelle 134 zu drehen. Das dritte Zahnrad 136 kann integral beziehungsweise einstückig mit Drehwelle 134 ausgeformt sein. Das dritte Zahnrad 136 greift in den Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 ein, was untenstehend beschrieben wird.
Im vorliegenden Fall ist die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrades 132 größer als die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades 131 und die Anzahl der Zähne des Antriebkraftübertragungsabschnittes 140 ist größer als die Anzahl der Zähne des dritten Zahnrades 136. Weiterhin ist die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrades 132 größer als die Anzahl der Zähne des dritten Zahnrades 136. Der Eingriff des ersten Zahnrades 131 mit dem zweiten Zahnrad 132 und der Eingriff des dritten Zahnrades 136 mit dem Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 ermöglicht eine zweistufige Reduktion. Folglich weist der erste Verbindungsabschnitt einen Reduktionsmechanismus auf.
Die Beinkraft des Benutzers wird auf den Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 vermittels des Pedals 100 → dem Kurbelarm 101 → der Kurbelwelle 102 → einer zweiten Rutschkupplung 102a übertragen. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der zweite Verbindungsabschnitt 160 dazu konfiguriert die zweite Rutschkupplung 102a und einen Rutschkupplungsbefestigungsabschnitt 102b aufzuweisen. Der Rutschkupplungsbefestigungsabschnitt 102b wird an die Kurbelwelle 102 befestigt. Folglich dreht sich der Rutschkupplungsbefestigungsabschnitt 102b integral mit der Kurbelwelle 102. Die zweite Rutschkupplung 102a wird an einem äußeren Umfangsabschnitt des Rutschkupplungsbefestigungsabschnittes 102b bereitgestellt. Die zweite Rutschkupplung 102a wird zum Beispiel durch eine Klinke und ein Klinkenrad ausgebildet. Die zweite Rutschkupplung 102a wird so bereitgestellt, dass die Drehung der Kurbelwelle 102 auf einen Kopplungsabschnitt 142 übertragen wird, jedoch die Drehung des Kopplungsabschnittes 142 nicht auf die Kurbelwelle 102 übertragen wird.
Der Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 überträgt eine Drehkraft, welche durch die Kombination des Abtriebs des Motors 120 und einer Drehkraft der Kurbelwelle erlangt wird, auf das Kettenblatt 103. Der Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 weist einen Kettenblattverbindungsabschnitt 141, den Kopplungsabschnitt 142 und einen Sensoranordnungsabschnitt 143 auf. Bevorzugt kann der Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 weiterhin eine Einsetzöffnung 144 aufweisen, durch welche die Kurbelwelle 102 eingesetzt wird. Im vorliegenden Fall wird der Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 zylindrisch ausgeformt. Der Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 weist einen ersten Zylinderabschnitt 140a auf, welcher den Kettenblattbefestigungsabschnitt 141 und den Sensoranordnungsabschnitt 143 aufweist; einen zweiten Zylinderabschnitt 140b, welcher den Kopplungsabschnitt 142 bildet; und einen Verbindungsabschnitt 140c, welcher den ersten Zylinderabschnitt 140a und den zweiten Zylinderabschnitt 140b verbindet. Der erste Zylinderabschnitt 140a, der zweite Zylinderabschnitt 140b und der Verbindungsabschnitt 140c sind integral beziehungsweise einstückig ausgeformt.
Der Kettenblattverbindungsabschnitt 141 ist dazu vorgesehen und geeignet das Kettenblatt 103 zu drehen. Der Kettenblattverbindungsabschnitt 141 befestigt das Kettenblatt 103 an den Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 zum Beispiel über eine Verzahnung beziehungsweise Verkeilung oder eine Keilwellenverbindung. Das Kettenblatt 103 kann auf den Kettenblattverbindungabschnitt 141 aufgepresst werden. Ein Ende auf der Seite des Kettenblattverbindungsabschnittes 141 des Antriebskraftübertragungsabschnittes 140 ist drehbar durch das Gehäuse 111 vermittels dem Kettenblatt 103 und dem dritten Lager 114 gestützt beziehungsweise gelagert. Das Kettenblatt 103 weist einen proximalen Abschnitt 103a, welcher mit dem Kettenblattverbindungsabschnitt 141 verbunden ist und einen Kettenblattkörper 103b auf. Der proximale Abschnitt 103a ist in zylindrischer Form ausgeführt und ein innerer umfänglicher Abschnitt davon ist mit dem Kettenblattverbindungsabschnitt 141 verbunden. Das zweite Lager 113 wird durch den inneren Umfangsabschnitt des proximalen Abschnitts 103a gestützt beziehungsweise gelagert und der äußere Umfangsabschnitt wird durch das dritte Lager 114 gelagert. Der proximale Abschnitt 103a steht zur Außenseite hin aus dem Gehäuse 111 durch die Durchgangsbohrung 111a hindurch.
Der Kettenblattkörper 103b erstreckt sich in der radialen Richtung von einem Ende hin weg und steht nach außen von dem Gehäuse des proximalen Abschnittes 103a vor, wodurch Zähne an dem äußeren Umfangsabschnitt ausgebildet werden. In dieser Ausführungsform sind der proximale Abschnitt 103a und der Kettenblattkörper 103b integral beziehungsweise einstückig ausgeformt, können jedoch separat gebildet werden. In dieser Ausführungsform ist der äußere Umfangsabschnitt des Kettenblattkörpers 103b zu dem proximalen Endabschnitt bereitgestellt, welcher an dem proximalen Abschnitt 103a so gekoppelt ist, dass dieser versetzt von der Seite des Gehäuses 111 ist.
Der Kopplungsabschnitt 142 koppelt den ersten Verbindungsabschnitt 130 und den zweiten Verbindungsabschnitt 160 zusammen. Genauer weist der Kopplungsabschnitt 142 ein Zahnrad auf, welches mit dem dritten Zahnrad 136 in Eingriff steht und ist verbunden mit der zweiten Rutschkupplung 102a. Der Kopplungsabschnitt 142 kann bevorzugt so von dem Kettenblattverbindungsabschnitt 141 in der Richtung der Kurbelwelle 102 beabstandet sein, dass die Sensoren 150, welche nachfolgend beschrieben werden, einfach eine Torsion detektieren können, welche in dem Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 auftritt.
Der zweite Zylinderabschnitt 140b, welcher den Kopplungsabschnitt 142 bildet, ist in zylindrischer Form ausgebildet, mit einem äußeren Durchmesser, welcher größer ist als der des ersten Zylinderabschnittes 140a. Der Verbindungsabschnitt 140c erstreckt sich hin zu der Außenseite in der radialen Richtung von einem Ende auf der gegenüberliegenden Seite des Kettenblattverbindungsabschnittes 141 des ersten Zylinderabschnittes 140a und der äußere umfängliche Abschnitt in der radialen Richtung ist mit dem zweiten Zylinderabschnitt 140b verbunden. Der zweite Zylinderabschnitt 140b erstreckt sich hin zu der Seite, gegenüberliegend zu dem Kettenblattverbindungsabschnitt 141, von dem Verbindungsabschnitt 140c.
Das dritte Zahnrad 136 ist mit dem äußeren Umfangsabschnitt des Kopplungsabschnittes 142 verbunden und die zweite Rutschkupplung 102a ist mit dem inneren Umfangsabschnitt verbunden. Das dritte Zahnrad 136 und die zweite Rutschkupplung 102a werden so bereitgestellt, dass sie zumindest teilweise einander überlappen, in der Richtung senkrecht zur Kurbelwelle 102.
Ein Ende an der gegenüberliegenden Seite des Kettenblattverbindungsabschnittes 141 des ersten Zylinderabschnittes 140 ist drehbar durch die Kurbelwelle 102a gestützt beziehungsweise gelagert vermittels eines achten Lagers 115. Das achte Lager 115 ist zwischen dem Verbindungsabschnitt 140c und der Kurbelwelle 102 angeordnet. Das achte Lager 115 wird zum Beispiel durch ein Radiallager ausgebildet.
Der Sensoranordnungsabschnitt 143 wird mit zumindest einem Teil der Sensoren 150 bereitgestellt. Jeder Sensor 150 ist dazu vorgesehen und ausgebildet ein magnetisches Belastungselement 151 und eine Detektorspule 152 aufzuweisen. Der Sensoranordnungsabschnitt 143 ist zwischen dem Kettenblattverbindungsabschnitt 141 und dem Kopplungsabschnitt 142 angeordnet. Darüber hinaus kann der Sensoranordnungsabschnitt 143 bevorzugt an dem äußeren Umfangsabschnitt des ersten Zylinderabschnittes 140a bereitgestellt werden. Der Sensoranordnungsabschnitt 143 wird mit dem magnetischen Belastungselement 151 bereitgestellt, welches ein Teil eines zum Beispiel magnetischen Belastungssensors ist. Wie in 2 dargestellt, wird, wenn das magnetische Belastungselement 151 in den Sensoranordnungsabschnitt 143 bereitgestellt wird, die Detektorspule 152 zur Torsionsdetektion des magnetischen Belastungselements 151 an der äußeren Umfangsseite des ersten Zylinderabschnittes 140a bereitgestellt. In diesem Fall bilden das magnetische Belastungselement 151 und die Detektorspule 152 jeweils Sensoren 150 (magnetische Belastungssensoren) aus, welche eine Torsion des ersten zylindrischen Abschnitts 140a detektieren. Die Detektorspule 152 ist auf einem Spulenhalteelement (nicht dargestellt) bereitgestellt, welche diese Detektorspule 152 haltert. Das Spulenhalteelement ist an das Gehäuse 111 befestigt. Die Torsion des ersten Zylinderabschnittes 140a korrespondiert zu dem Drehmoment, welches in den ersten Zylinderabschnitt 140a generiert wird.
Zu beachten ist, dass das Beispiel von jedem Sensor 150, welches dargestellt ist in 2 nur ein Beispiel ist und ein Spannungsdehnungsmessstreifen oder ein Halbleiterbelastungssensor an dem Sensoranordnungsabschnitt 143 anstelle eines jeden Sensors 150 angeordnet werden kann. Im Falle vom Bereitstellen eines Spannungsdehnungsmessstreifens, eines Halbleiterbelastungssensors oder der gleichen an dem Sensoranordnungsabschnitt 143 überträgt zum Beispiel ein Transmitter drahtlos ein Signal von dem Spannungsdehnungsmessstreifen, dem Halbleiterbelastungssensor oder dergleichen, welcher bereitgestellt ist an den Sensoranordnungsabschnitt 143 und das Signal oder die Information basierend auf dem Signal wird drahtlos nach außen weitergegeben. Ein optischer Sensor, welcher eine Belastung des Sensoranordnungsabschnittes 143 unter Verwendung von Licht detektiert, kann anstelle eines jeden Sensors 150 verwendet werden.
3 ist ein Blockdiagramm, welches eine elektromotorische elektrische Konfiguration des elektrisch unterstützten Fahrrades aufweisend die Antriebseinheit 1 darstellt. Das elektrisch unterstützte Fahrrad ist dazu konfiguriert und vorgesehen die Antriebseinheit 1, einen Steuerabschnitt 11, einen Inverterabschnitt 12, einen Geschwindigkeitssensorabschnitt 13, einen Gangwechselabschnitt 14 und einen Schaltabschnitt 15 aufzuweisen. Der Steuerabschnitt 11 und der Inverterabschnitt 12 können in die Antriebseinheit 1 inkludiert sein. Zumindest einer von dem Steuerabschnitt 11 und dem Inverterabschnitt 12 kann entweder innen oder an dem äußeren Umfangsabschnitt des Gehäuses 111 der Antriebseinheit 1 bereitgestellt sein.
Der Motor 120 wird zum Beispiel durch einen drei-Phasen-bürstenlosen Gleichstrommotor verwirklicht und durch den Inverterabschnitt 12 angetrieben werden. Der Inverterabschnitt 12 wandelt einen Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom durch eine Umschaltregelung basierend auf Befehlen des Steuerabschnittes 11 um. Der Geschwindigkeitssensorabschnitt 13 detektiert die Reisegeschwindigkeit des Fahrrades. Der Sensorabschnitt 13 ist dazu konfiguriert und vorgesehen einen Magneten aufzuweisen, welcher an eine Achse eines Fahrrades befestigt ist und einen Magnetdetektorsensor welcher zum Beispiel an Rahmen befestigt ist.
Der Steuerabschnitt 11 steuert den Inverterabschnitt 12 gemäß der Beinkraft und der Geschwindigkeit des Fahrrades. Im vorliegenden Fall detektiert jeder der oben beschriebenen Sensoren 150 eine Drehkraft, welche durch Kombination des Ausgangs beziehungsweise Abtriebs des Motors 120 und der Drehkraft der Kurbelwelle kombiniert wird. Der Steuerabschnitt 11 ist dazu konfiguriert und vorgesehen, um zum Beispiel eine arithmetische Verarbeitungseinheit (CPU) und einen Speicher, welcher ein festgelegtes Programm speichert, aufzuweisen. Der Steuerabschnitt 11 hat Korrelationsinformationen zwischen einem Befehl, der an den Inverterabschnitt 12 zum Antrieb des Motors 120 ausgegeben wird und einem Drehmoment das durch den Motor 120 gemäß diesem Befehl ausgegeben wird. Die Korrelationsinformationen können durch eine Tabelle oder dergleichen dargestellt werden, oder vermittels von Relationalausdrücken (Gleichungen) vorliegen. Dementsprechend kann der Steuerabschnitt 11 das Ausgangsdrehmoment des Motors 120 beeinflussen. Folglich kann der Steuerabschnitt 11 nur die Beinkraft berechnen, basierend auf der Drehkraft, welche durch Kombination des Abtriebs des Motors 120, welcher durch den Sensor 150 detektiert wurde, und der Drehkraft der Kurbelwelle erlangt wird und dem Ausgangsdrehmoment des Motors berechnen. Dies erlaubt es dem Steuerabschnitt 11, den Motor 120 entsprechend der Beinkraft zu steuern. Der Steuerabschnitt 11 kann einen durch den Motor 120 fließenden Strom messen und die Antriebskraft den Motors 120 abschätzen.
Der Gangwechselabschnitt 14 ist dazu konfiguriert und vorgesehen einen elektrischen Aktuator und eine Schalteinrichtung aufzuweisen. Die Schalteinrichtung kann eine sein von internen Schalteinrichtungen oder externen Schalteinrichtungen. Der elektrische Aktuator veranlasst die Schalteinrichtung sich entsprechend einem Befehl von dem Steuerabschnitt 11 zu verhalten.
Der Schaltabschnitt 15 ist dazu konfiguriert und vorgesehen einen Schalter aufzuweisen und stellt dem Steuerabschnitt 11 Gangwechselschalterbefehle bereit. Der Steuerabschnitt 11 weist einen manuellen Gangwechselmodus und einen automatischen Gangwechselmodus auf. Im manuellen Gangwechselmodus steuert der Steuerabschnitt 11 den Gangwechselabschnitt 14 gemäß den Gangwechselschalterbefehlen von dem Schaltabschnitt 15. In dem automatischen Gangwechselmodus steuert der Steuerabschnitt 11 den Gangwechselabschnitt 14 gemäß zumindest einer von den Detektionen des Geschwindigkeitssensorabschnitts 13 und des Sensors 150. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Schalteinrichtung elektrisch gesteuert, jedoch kann die Schalteinrichtung so konfiguriert sein, dass sie mechanisch entsprechend einer Bedienung des Schaltabschnittes vermittels eines typischen Kabels (Bowdenzugs) gesteuert wird. Darüber hinaus weist die vorliegende Ausführungsform die Schalteinrichtung auf, jedoch kann diese Ausführungsform so konfiguriert sein, dass die Schalteinrichtung weggelassen wird.
Nachfolgend werden vorteilhafte Effekte dieser Ausführungsform beschrieben. Bei der Antriebseinheit dieser Ausführungsform wird die Drehkraft dadurch erlangt, dass der Abtrieb des Motors 120 und die Drehkraft der Kurbelwelle in dem Kopplungsabschnitt 142 kombiniert werden. Die Torsion des Zylinderabschnittes 140a, welche durch die Drehkraft verursacht wird, wird durch jeden Sensor 150 detektiert, der zwischen dem Kettenblattverbindungsabschnitt 141 und dem Kopplungsabschnitt 142 angeordnet ist. Demzufolge ist die Antriebseinheit dieser Ausführungsform dazu in der Lage, die Drehkraft welche durch Kombination der Beinkraft und des Abtriebs des Motors erhalten wird, zu detektieren.
Zum Beispiel wird, in dem Falle eines Fahrrades bei welchem eine elektrische manuelle Schalteinrichtung oder eine automatische Schalteinrichtung montiert ist und welche eine interne Schalteinrichtung an einem Hinterrad verwendet, der Gangwechselbevorzugt ausgeführt, wenn das auf die interne Schalteinrichtung aufgebrachte Drehmoment bevorzugter Weise klein ist. Bei dieser Ausführungsform ist jeder Sensor 150 dazu in der Lage eine Drehkraft welche durch Kombination der Beinkraft und des Abtriebs des Motors erlangt wird, zu detektieren und dadurch die Detektion einer auf die interne Schalteinrichtung aufgebrachten Kraft zu ermöglichen. Die Verwendung dieses Detektionsergebnisses ermöglicht die Steuerung eines Gangwechsels im Bereich eines kleinen Drehmoments, welches auf die interne Gangschalteinrichtung aufgebracht wird und folglich einen weichen beziehungsweise angenehmen Gangwechsel.
Die vorliegende Ausführungsform stellt einen Reduktionsmechanismus dar, welcher aus vier Zahnrädern als dem ersten Verbindungsabschnitt gebildet wird. Jedoch kann der Reduktionsmechanismus dadurch erlangt werden, dass zwei oder sechs oder mehr Zahnräder verwandt werden. Darüber hinaus kann, wenn der Motor 120 bei niedriger Geschwindigkeit beziehungsweise Umdrehungszahl betrieben werden kann, der Reduktionsmechanismus weggelassen werden. In diesem Falle wird der Motorabtrieb vermittels der Rutschkupplung 133 auf den Antriebskraftübertragungsabschnitt 140 übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrradantriebseinheit
11: Steuerabschnitt
12: Inverterabschnitt
13: Geschwindigkeitssensorabschnitt
14: Gangwechselabschnitt
15: Schaltabschnitt
100: Pedal
101: Kurbelarm
102: Kurbelwelle
102a: zweite Rutschkupplung
102b: Rutschkupplungsbefestigungsabschnitt
103: Kettenblatt
103a: proximaler Abschnitt
103b: Kettenblattkörper
104: Kette
105: hinteres Kettenritzel
106: Achse
111: Gehäuse
111a: Durchgangsloch
112: erstes Lager
113: zweites Lager
114: drittes Lager
115: achtes Lager
120: Motor
120a: Rotor
120b: Stator
120c: Drehwelle
122a, 122b: Befestigungsabschnitte
124a: viertes Lager
124b: fünftes Lager
130: erster Verbindungsabschnitt
131: erstes Zahnrad
132: zweites Zahnrad
133: erste Rutschkupplung
134: Drehwelle
135a: sechstes Lager
135b: siebtes Lager
136: drittes Zahnrad
140: Antriebskraftübertragungsabschnitt
140a: erster Zylinderabschnitt
140b: zweiter Zylinderabschnitt
140c: Verbindungsabschnitt
141: Kettenblattverbindungsabschnitt
142: Kopplungsabschnitt
143: Sensoranordnungsabschnitt
144: Einsetzöffnung
150: Sensor
151: magnetisches Belastungselement
152: Detektorspule
160: zweiter Verbindungsabschnitt

Claims

Fahrradantriebseinheit (1) umfassend: einen ersten Verbindungsabschnitt (130), welcher einen Abtrieb eines Motors (120) überträgt; einen zweiten Verbindungsabschnitt (160), welcher Beinkraft von einer Kurbelwelle (102) überträgt; und einen Antriebskraftübertragungsabschnitt (140), welcher einen Kettenblattverbindungsabschnitt (141) aufweist, zum Koppeln eines Kettenblattes (103); einen Sensoranordnungsabschnitt (143), in welchem zumindest ein Teil von Sensoren (150) bereitgestellt ist; und einen Kopplungsabschnitt (142), welcher den ersten Verbindungsabschnitt (130) und den zweiten Verbindungsabschnitt (160) koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoranordnungsabschnitt (143) zwischen dem Kettenblattverbindungsabschnitt (141) und dem Kopplungsabschnitt (142) angeordnet ist.
Fahrradantriebseinheit (1) nach Anspruch 1, bei der der Antriebskraftübertragungsabschnitt (140) einen Zylinderabschnitt (140a; 140b; 140c) aufweist, durch welchen die Kurbelwelle (102) eingesetzt ist.
Fahrradantriebseinheit (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoranordnungsabschnitt (143) außerhalb des Zylinderabschnittes (140a; 140b; 140c) angeordnet ist und der Sensor (150) eine Torsion des Zylinderabschnittes (140a; 140b; 140c) detektiert.
Fahrradantriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der erste Verbindungsabschnitt (130) eine erste Rutschkupplung (133) aufweist.
Fahrradantriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der zweite Verbindungsabschnitt (160) eine zweite Rutschkupplung (102a) aufweist.
Fahrradantriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher der erste Verbindungsabschnitt (130) einen Reduktionsmechanismus aufweist.
Fahrradantriebseinheit (1) nach Anspruch 6 wenn abhängig von Anspruch 4, bei welcher der Reduktionsmechanismus weiterhin ein erstes Zahnrad (131) aufweist, welches mit einem Zahnrad in Eingriff steht, das mit einer Abtriebswelle des Motors (120) verbunden ist; und ein zweites Zahnrad (132), welches in Eingriff mit dem Antriebskraftübertragungsabschnitt (140) steht und die erste Rutschkupplung (133) in einem Kraftpfad zwischen dem ersten Zahnrad (131) und dem zweiten Zahnrad (132) bereitgestellt ist.
Fahrradantriebseinheit (1) nach Anspruch 3, bei welcher der Sensor (150) ein magnetisches Belastungselement (151) aufweist.
Fahrradantriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gekennzeichnet durch weiteres Umfassen des Motors (120).
Fahrradantriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 weiterhin umfassend ein Kettenblatt (103) welches an den Kettenblattverbindungsabschnitt (141) gekoppelt ist.
Fahrradantriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 weiterhin umfassend die Kurbelwelle (102).
Fahrradantriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 weiterhin umfassend einen Steuerabschnitt (11), welcher den Motor (120) gemäß einem Detektionsergebnis des Sensors (150) steuert.