-
Das Gebiet, auf das sich die Offenlegung im Allgemeinen bezieht, umfasst ein Antriebssystem, welches in einem Elektrofahrrad eingesetzt werden kann.
-
Ein Elektrofahrrad kann unterschiedliche Radanordnungen haben und einen On-Board-Elektromotor besitzen, der für den Antrieb des Fahrrads verwendet wird.
-
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Antriebssystem bereitzustellen, welches wirtschaftlicher herstellbar ist.
-
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
-
Ausgewählte Beispiele von Variationen innerhalb des Umfangs der Erfindung werden vollständiger aus der ausführlichen Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen verstanden, wobei:
- In 1 ein Elektrofahrrad gemäß einer Reihe von Variationen dargestellt ist.
- In 2 eine isometrische Ansicht eines Elektrofahrrades gemäß einer Reihe von Variationen dargestellt ist.
- 3 eine schematische Querschnitts-Darstellung eines Elektrofahrrads gemäß einer Reihe von Variationen zeigt.
- 4 eine isometrische, schematische, skizzierte Schnittansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 zeigt.
- 5 eine skizzierte Schnittansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 zeigt.
- 6 eine skizzierte, isometrische, schematische Schnittansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 zeigt.
- 7 eine schematische skizzierte Ansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 zeigt.
- 8 eine isometrische skizzierte Ansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 zeigt.
- 9 eine schematische skizzierte Ansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 zeigt.
- 10 eine skizzierte isometrische Explosionsdarstellung eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 zeigt.
- 11 eine skizzierte Schnittansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 in einem Montageschritt zeigt.
- 12 eine skizzierte Schnittansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 in einem Montageschritt zeigt.
- 13 eine skizzierte Schnittansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 fertig montiert zeigt.
- 14 eine schematische, skizzierte Ansicht eines Teils der elektrischen Antriebseinheit aus 3 fertig montiert zeigt.
-
1 veranschaulicht eine Reihe von Variationen für ein Elektrofahrrad 40. In jeder Variation einer Reihe von Variationen kann das Elektrofahrrad 40 einen Rahmen 42 beinhalten, welcher ein Oberrohr 44 beinhalten kann, das mit einem Sitzrohr 46 verbunden ist. Das Oberrohr 44 kann ein Drehgelenk 41 zum Zusammenfalten des Rahmens 42 enthalten, sodass das Elektrofahrrad 40 leichter transportiert und gelagert werden kann. Vom Oberrohr 44 kann sich ein Gabelschaft 45 erstrecken. Der Gabelschaft 45 kann operativ mit einer Vorderradgabel 56 verbunden sein, welche mit einem Vorderrad 54 verbunden sein kann. Eine Lenkstange 48 kann am Gabelschaft 45 angebracht sein und diese kann zum Bestimmen der Richtung des Vorderrades 54 mithilfe der Vorderradgabel 56 verwendet werden. An der Lenkstange 48 können Steuerhebel 50 angebracht sein, die so konstruiert und angeordnet sind, dass sie mit einem oder mehreren Eingangs- oder Steuergeräten und/oder einem Motor kommunizieren. Das mindestens eine elektronische Steuergerät kann elektronische Verarbeitungskomponenten für den Empfang von Eingangssignalen und zum Aussenden von Signalen zur Steuerung mehrerer Komponenten des Elektrofahrrades 40 enthalten, was das Senden von Ausgangssignalen zur Steuerung des Betriebs eines Elektromotors umfassen kann, der in einer Antriebseinheit 60 enthalten sein kann. In einer Reihe von Variationen kann das mindestens eine Steuergerät einen Speicher, einen Prozessor sowie Software und/oder Hardware zum Verarbeiten von Eingangssignalen und zum Generieren von Ausgangssignalen enthalten, und es kann Formeln, Nachschlagetabellen oder andere Mittel zum Vergleichen und Verarbeiten von Daten enthalten. Das eine oder die mehreren elektronischen Steuermodule 59 (gezeigt in 3) können in einem Gehäuse 61 untergebracht sein und können Leistungselektronik umfassen einschließlich eines Wechselrichters 57, der Gleichstrom von der Batterie in Wechselstrom umwandelt.
-
Das Elektrofahrrad 40 kann auch ein Antriebssystem 55 umfassen, das die Antriebseinheit 60 enthält. Das Antriebssystem 55 kann zudem eine Kurbelgarnitur 62 enthalten, welche eine Kurbelwelle 64 enthalten kann, die mit einer ersten Pedalbaugruppe 66 und einer zweiten Pedalbaugruppe 70 verbunden sein kann. Die erste Pedalbaugruppe 66 kann ein erstes Fußpedal 68 beinhalten, und die zweite Pedalbaugruppe 70 kann ein zweites Fußpedal 72 beinhalten. Ein Verbindungselement 71, z. B. ein Ritzel, eine Riemenscheibe oder eine andere Vorrichtung zur Verbindung mit dem Antriebsrad 82 kann operativ mit der Kurbelwelle 64 zum Antreiben eines Verbindungsglieds 76 verbunden sein. Das Verbindungsglied 76 kann eine Kette oder ein Riemen sein, mit der oder dem das Verbindungselement 71 angetrieben wird, und kann operativ mit dem hinteren Verbindungselement 78 verbunden sein, das operativ mit einer Nabe 80 eines Antriebsrads 82 verbunden ist. Das Antriebsrad 82 kann ein Straßenrad sein, welches die Oberfläche berührt, auf der das Fahrrad 40 arbeitet. Das Verbindungselement 78 kann ein Ritzel oder eine Riemenscheibe oder eine andere geeignete Vorrichtung zum Antrieb des Verbindungsglieds 76 sein.
-
Das Elektrofahrrad 40 kann so konstruiert und angeordnet sein, dass ein Fahrer eine erste und eine zweite Pedalbaugruppe 66, 70 drehen kann, um das Elektrofahrrad 40 mit Strom zu versorgen, oder es kann einem Fahrer gestatten, ein pedalkraftbasiertes Antriebssystem zu nutzen, worin die erste und die zweite Pedalbaugruppe 66, 70 in einer ungefähr horizontalen Position fixiert sein können, sodass ein Fahrer intuitive Eingabebefehle geben kann, indem er eine Kraft auf das erste Fußpedal 68, das mit der ersten Pedalbaugruppe 66 verbunden ist, oder auf ein zweites Fußpedal 72, das mit der zweiten Pedalbaugruppe 70 verbunden ist, in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ausübt. Die Eingabebefehle sind für den Fahrer intuitiv und können ähnlich wie beim Fahren eines unmotorisierten Fahrrades sein, worin der Fahrer durch Ausüben von Kraft auf ein vorwärts positioniertes Fußpedal eine im Uhrzeigersinn wirkende Kraft auf eine Fahrrad-Kurbelgarnitur ausübt, um so das Fahrrad in Vorwärtsrichtung zu bewegen, und worin der Fahrer das Fahrrad durch Ausüben einer Kraft auf ein rückwärts positioniertes Fußpedal eine entgegen dem Uhrzeigersinn wirkende Kraft auf die Fahrrad-Kurbelgarnitur verlangsamt. Die hierin gemachten Angaben „im Uhrzeigersinn“ und „entgegen dem Uhrzeigersinn“ beziehen sich auf die rechte Seite des Fahrrades, wobei der Fahrer in Vorwärtsrichtung der Bewegung des Elektrofahrrades 40 blickt. Das Elektrofahrrad 40 kann ein Fahrrad, Dreirad oder ein vierrädriges Elektrofahrrad mit der Kurbelgarnitur 62 sein, die so konstruiert und angeordnet ist, dass ein Fahrer mithilfe der ersten Pedalbaugruppe 66 und der zweiten Pedalbaugruppe 70 eine Eingangsleistung erbringen kann.
-
Bezugnehmend auf 2 und 3 zusammen mit 1 kann in einer Reihe von Variationen das Antriebssystem 55 des Elektrofahrrads 40 die Antriebseinheit 60 enthalten, die ein Gehäuse 101 zur Aufnahme der verschiedenen Komponenten umfassen kann. Das Gehäuse 101 kann einen linken Abschnitt 123 haben, der mit einem rechten Abschnitt 125 verbunden sein kann, wobei links und rechts aus der Sicht eines Fahrers bestimmt ist. Die Antriebseinheit 60 kann vorteilhafterweise gepackt sein, um die Verwendung in einem faltbaren Rahmen 42 zu ermöglichen. Wie in 2 gezeigt, kann der Durchmesser 63 des Gehäuses 101 an seinem äußersten Umfang an der äußeren Umfangswand 117 durch eine effiziente Packung der inneren Komponenten kleiner als der Durchmesser 65 des Verbindungselements 71 an seinem äußersten Umfang sein. Ein Gehäuse 61 kann an der oberen Seite des Gehäuses 101 angebracht sein oder durch das Gehäuse 101 gebildet werden, um die elektronischen Steuermodule 59 aufzunehmen. Die Antriebseinheit 60 kann am Rahmen 42 an das Elektrofahrrad 40 angebracht sein. Die Antriebseinheit 60 kann das Verbindungselement 71 und die Kurbelgarnitur 62 einschließlich der Pedalbaugruppen 66, 70 als eine Einheit tragen. Die Kurbelgarnitur 62 kann durch eine Kurbelwelle 64 mit der Antriebseinheit 60 verbunden sein. Die Kurbelwelle 64 kann in oder durch das Gehäuse 101 reichen und kann operativ mit dem Verbindungselement 71 durch ein Drehrohr verbunden sein, das in dieser Variante als Drehmomentübertragungselement 102 identifiziert ist. Das Drehrohr/Drehmomentübertragungselement 102 kann sich vollständig durch das Gehäuse 101 erstrecken und auf der linken und rechten Seite herausragen.
-
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 4 sind verschiedene Antriebskomponenten einer Reihe von Variationen dargestellt, wobei das Gehäuse 101 ausgeschlossen ist. Ein Antriebsring 104 und ein Adapter 106 können auch zur Drehmomentübertragung zwischen der Kurbelwelle 64 und dem Verbindungselement 71 angeordnet sein. Der Antriebsring 104 kann durch die Lager 108, 109 drehbar gelagert werden. Das Drehmomentübertragungselement 102 kann röhrenförmig sein, wobei sich die Kurbelwelle 64 dadurch erstreckt. Eine Anzahl von Lagern 108 kann das Drehmomentübertragungselement 102 in der Antriebseinheit 60 tragen. In einer Reihe von Variationen können vier der Lager 108 einen Innenring in Kontakt mit dem Drehmomentübertragungselement 102 haben. Eine Rasterkupplung 110 kann operativ zwischen dem Drehmomentübertragungselement 102 und dem Antriebsring 104 eingesetzt werden. Die Rasterkupplung 110 kann einen Innenring 105 enthalten, der am Drehmomentübertragungselement 102 befestigt ist, und einem Außenring 107, der am Antriebsring 104 befestigt sein kann. Eine Anzahl in der Technik bekannter Verriegelungselemente (nicht dargestellt) kann zwischen dem Innenring 105 und dem Außenring 107 zur Verriegelung der Laufbahnen in einer Drehrichtung und zur Ermöglichung einer relativen Drehung zwischen den Laufbahnen in entgegengesetzter Drehrichtung verwendet werden. Die Rasterkupplung 110 kann so konfiguriert sein, dass im geschlossenen Zustand vom Kurbelgarnitur 62 Drehmoment zum Verbindungselement 71 übertragen werden kann. Die Rasterkupplung 110 kann als eine Ein-Weg-Kupplung arbeiten, sodass Drehmoment leicht von der Kurbelgarnitur 62 zum Verbindungselement 71 übertragen werden kann. In einer Reihe von Variationen kann die Rasterkupplung 110 eine Kupplung sein und/oder kann einen selektiv betriebenen Kupplungsmechanismus wie in der Technik bekannt enthalten, der für offene und geschlossene Zustände zwischen dem Drehmomentübertragungselement 102 und dem Antriebsring 104 sorgt. Die Rasterkupplung 110 kann mechanisch, elektrisch oder anderweitig oder mit einer Kombination dieser Verfahren betätigt werden. In einer Reihe von Variationen kann die Rasterkupplung 110 dem Antriebsring 104 ermöglichen, das Drehmomentübertragungselement 102 zu überholen.
-
Bei einer Reihe von Variationen kann die Antriebseinheit 60 einen Elektromotor 112 enthalten, der ein Elektromotor/Generator sein kann, welcher für den Antrieb des Elektrofahrrades 40 und zum Erzeugen von Elektrizität etwa durch regeneratives Bremsen verwendet werden kann. Der Elektromotor 112 kann eine beliebige Anzahl von Motor-/Generatortypen enthalten, ist jedoch nicht auf einen Dauermagnet-Wechselstrommotor beschränkt. Der Elektromotor 112 kann eine Wechselstrom-Vorrichtung durch Einbeziehung des Wechselrichters 57 sein und kann eine niedrige Drehmomentwelligkeit aufweisen. Der Elektromotor 112 kann eine Statoranordnung 114 und eine Rotoranordnung 116 umfassen. Die Rotoranordnung 116 kann sich innerhalb der Statoranordnung 114 drehen, die von einem Gehäuse 101 gehalten oder darin verankert sein kann und die eine Anzahl von Windungen haben kann. Der Elektromotor 112 kann von einer Batterie oder beliebig vielen Batterien oder Batteriebaugruppen mit Energie versorgt werden. Die Antriebseinheit 60 kann Batterien 118, 119 umfassen, die Teil des Batterie-Satzes oder Pakets sind und als Batterie-Anordnung 121 bezeichnet werden. Die Batterie-Anordnung 121 kann sich in einem kreisförmigen Muster um die Innenseite der Antriebseinheit 60 neben einer äußeren Umfangswand 117 an dem Referenznummern 115 von 2 befinden. Die Batterie-Anordnung 121 einschließlich der Batterien 118, 119 kann zwischen der äußeren Umfangswand 117 des Gehäuses 101 und dem Elektromotor 112 sowie einem Zahnradsatz 120 positioniert sein. Jede der Batterien in der Anordnung einschließlich Batterien 118, 119 kann ihr Ende 127 auf der Seite des Verbindungselements 71 haben und von einer Isolierschale 129 umgeben sein, um die Wärmeübertragung zwischen der Batterie und dem Gehäuse 101 zu verringern. Wie in 2 gezeigt, kann ein elektrischer Verbinder 67 mit oder auf dem Gehäuse 61 zum Laden der Batterie-Anordnung 121 aus einer externen Quelle anschließbar sein.
-
In einer Reihe von Variationen können sich ein oder mehrere Zahnradsätze 120 innerhalb der Antriebseinheit 60 radial innerhalb der Batterie-Anordnung 121 befinden. In einer Variation kann der Zahnradsatz 120 ein Planetenradsatz sein, der operativ mit dem Elektromotor 112 verbunden ist und dazu verwendet werden kann, um ausgewählte Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Elektromotor 112 und dem Verbindungselement 71 bereitzustellen. Der Zahnradsatz 120 kann rund um die Kurbelwelle 64 angrenzend an den Elektromotor 112 angeordnet sein. Sowohl der Zahnradsatz 120 als auch der Elektromotor 112 können innerhalb eines definierten Raumes radial innerhalb der Batterie-Anordnung 121 untergebracht sein. In einer Reihe von Variationen kann der Zahnradsatz 120 ein Zahnrad 122 enthalten, dass ein Sonnenrad sein und operativ mit der Rotoranordnung 116 durch ein Rotorrohr verbunden sein kann, das als Drehmoment-Übertragungselement 124 identifiziert wird. Das Drehmoment-Übertragungselement 124 kann durch ein Lager 111 zur Drehung im Gehäuse 101 getragen werden. Das Zahnrad 122 kann mit einem der dazwischen angeordneten Lager 108 so gelagert sein, dass es relativ zum Drehmoment-Übertragungselement 102 drehbar ist. Das Zahnrad 122 kann operativ mit einen oder mehreren Zahnrädern 126, z. B. Planetenrädern, arbeiten, die mit dem Zahnrad 122 formschlüssig ineinandergreifen, so dass eine Drehung des Zahnrads 122 bewirkt, dass sich auch eines oder mehrere der Zahnräder 126 drehen. Das eine oder die mehreren Zahnräder 126 können in ein Zahnrad 128 greifen, welches ein Reaktions-Hohlrad sein kann, das vom Gehäuse 101 gehalten werden und/oder darin verankert sein kann. In einer Reihe von Variationen kann das eine oder können die mehreren Zahnrad/Zahnräder 126 operativ mit einem Träger 130 verbunden sein und den Träger 130 drehen, wenn das eine bzw. die mehreren Zahnrad/Zahnräder 126 in dem Zahnrad 122 gedreht werden. Der Träger 130 kann in einem drehbaren Zustand relativ zum Drehmoment-Übertragungselement 102 mit einem der dazwischen positionierten Lager 108 gehalten werden. In einer Reihe von Variationen kann es drei der einen oder mehreren Zahnräder 126 geben, die jeweils von Stiften des Trägers 130 mit tragendem Nadellager gehalten werden, wie in 5 gezeigt. Das eine oder die mehreren Zahnrad/Zahnräder 126 können Stufen-Ritzelräder mit Ritzel 132 mit größerem Durchmesser sein, die formschlüssig mit dem Zahnrad 128 eingreifen sowie ein Ritzel 134 mit kleinerem Durchmesser formschlüssig zum Zahnrad 136, dass ein Hohlrad mit Innenverzahnung für formschlüssigen Dauereingriff mit dem Ritzel 134 sein kann. Das Zahnrad 136 kann mit dem Antriebsring 104 verbunden sein. In einer Reihe von Variationen kann das Zahnrad 136 ein Abtriebszahnrad des Zahnradsatzes 120 sein. Das Zahnrad 136 und das Zahnrad 128 können eine unterschiedliche Anzahl von Zähnen haben.
-
In einer Reihe von Variationen kann der Zahnradsatz 120 durch den Elektromotor 112 über die Rotoranordnung 116, das Drehmoment-Übertragungselement 124 und das Zahnrad 122 angetrieben werden. Der Zahnradsatz 120 kann operativ mit dem Verbindungselement 71 über das Zahnrad 136, den Antriebsring 104 und den Adapter 106 verbunden sein. Das Verbindungselement 71 kann über das Verbindungselement 76 das hintere Verbindungselement 78 antreiben oder angetrieben werden. Dementsprechend kann der Elektromotor 112 das Verbindungselement 71 über den Zahnradsatz 120 antreiben oder angetrieben werden. In einer Reihe von Variationen kann die Rasterkupplung 110 so konstruiert und angeordnet sein, dass beim Schließen das Drehmoment am Verbindungselement 71 durch die Drehung des Rotors 102 erzeugt wird. Das Rückgewinnungsdrehmoment kann vom hinteren Verbindungselement 78 an den Elektromotor 112 übertragen werden, der dann auch als Generator fungieren kann.
-
Zusätzlich bezugnehmend auf 5 können in einer Reihe von Variationen die Zahnräder 126 jeweils auf dem Träger 130 durch einen Drehbolzen 131 montiert sein, der am Träger 130 befestigt ist. Eine Reihe von Nadellagern 133 kann zwischen dem Zahnrad 126 und dem Drehbolzen 131 angeordnet sein. Das Zahnrad 126 kann aus den gestuften Ritzeln 132 und 134 bestehen. Das Ritzel 132 kann als separates Teil hergestellt werden und kann an einer rohrförmigen Welle 139 montiert werden, die sich vom Ritzel 134 aus erstrecken kann. Der Drehbolzen 131 kann durch eine Druckscheibe 135 hindurchgehen, die sich zwischen dem Träger 130 und dem Zahnrad 126 befinden kann. Der Drehbolzen 131 kann durch eine weitere Druckscheibe 137 hindurchgehen, die sich an der gegenüberliegenden Seite des Zahnrads 126 von der Druckscheibe 135 befinden kann. Die Druckscheibe 137 kann zwischen dem Zahnrad 126 und dem Träger 130 angeordnet sein. Die Druckscheiben 135 und 137 können axiale Belastungen des Zahnradsatzes 120 aufnehmen und insbesondere Lasten, die in schrägverzahnten Zahnrädern durch Bewegen von Kontaktstellen über den eingreifenden Zähnen inhärent sind, wenn sich die Zahnräder drehen. Der Zahnradsatz 120 kann ein Übersetzungsverhältnis von 20:1 zwischen dem Zahnrad 122, welches ein Sonnenrad sein kann, und dem Zahnrad 136 bieten, das ein Ausgang-Zahnkranz sein kann. Jedes der Zahnräder 122, 128, 136 und jedes der Ritzel 132, 134 kann ein Schrägstirnrad für reduzierte Geräusche und Schwingungen sein. Im Betrieb kann der Zahnradsatz 120 ein Drehmoment 141 übernehmen, das auf Zahnrad 122 einwirken kann, ein Drehmoment 143, das auf Zahnrad 128 einwirken kann und ein Drehmoment 145, das auf Zahnrad 136 einwirken kann. Die Drehmomente 141, 143 und 145 können zu Schubkräften am Zahnradsatz 120 in axialer Richtung 151 fuhren. Eine axiale Schubkraft 147 kann vom Zahnrad 122 auf das Ritzel 132 ausgeübt werden. Eine axiale Schubkraft 148 kann vom Zahnrad 128 auf das Ritzel 132 ausgeübt werden. Eine axiale Schubkraft 149 kann vom Zahnrad 136 auf das Ritzel 134 ausgeübt werden. In einer Reihe von Variationen können die Axialschubkräfte am Zahnrad 126 und somit auf den Träger 130 verringert oder ganz beseitigt werden, indem eine einzigartige Kombination von Steigungswinkel 153 für das Ritzel 132 und Steigungswinkel 155 für das Ritzel 134 mit gleicher Steigungsrichtung verwendet wird. Wie ersichtlich ist, kann die Steigungsrichtung der Ritzel 132, 134 umgeschaltet werden. Die Steigungswinkel und Steigungsrichtung der Ritzel 132 und 134 können soweit erforderlich variieren, damit sich die erzeugten Schubkräfte aufheben. Dadurch kann der Träger 130 frei von Axialschubkräften sein und die Druckscheiben 135 und 137 können unbelastet oder weitgehend unbelastet sein.
-
In einer Reihe von Variationen kann der Antriebsring 104 trommelförmig geformt und um die Kurbelwelle 64 angeordnet sein, die durch den Antriebsring 104 reichen kann. Eine innere Krempe 140 des Antriebsrings 104 kann mit dem Zahnrad 136 verbunden oder daran geformt sein. Ein Stufenabschnitt 144 des Antriebsrings 104 kann aus dem Gehäuse 101 herausragen. Eine außenliegende Krempe 142 des Antriebsrings 104 kann beim Adapter 106 eingreifen und kann damit verbunden sein. Der Rasterkupplung 110 kann in einem Ringbereich 146 angeordnet sein, der durch den Antriebsring 104 definiert ist.
-
In einer Reihe von Variationen kann ein Drehmomentmessgerät 150 zur Erfassung oder Messung des Drehmoments konstruiert und angeordnet sein und unter anderem einen Belastungsmesser enthalten, der wie in der Technik bekannt funktioniert. Die Drehmoment-Messvorrichtung 150 kann operativ zwischen dem Gehäuse 101 und dem Drehmoment-Übertragungselement 102 verbunden sein und kann zum Messen des Reaktionsdrehmoments vom Pedaleingang auf die Kurbelgarnitur 62 verwendet werden. Dies kann Daten über das gemessene Drehmoment liefern, wie hart der Fahrer die Pedale betätigt, und damit kann bestimmt werden, wann und wieviel elektrische Antriebsunterstützung zu liefern ist. Die Drehmoment-Messvorrichtung 150 kann das Reaktionsdrehmoment in Reaktion auf das Antriebsmoment des Fahrers durch die Kurbelgarnitur 62 messen. Die Drehmoment-Messvorrichtung 150 kann zum Steuern des Betriebs von mindestens dem Antrieb durch den Elektromotor 112 oder das regenerative Bremsen durch den Elektromotor 112 verwendet werden.
-
Bezugnehmend auf 6 kann eine Reihe von Variationen das Zahnrad 128 enthalten, welches mit dem Gehäuse 101 verankert sein kann. In der Antriebseinheit 60 können das eine oder mehrere Zahnräder 126 jeweils drei Eingriffe haben, einen mit dem Zahnrad 122, einen mit dem Zahnrad 128 und einen mit dem Zahnrad 136. In einer Variation mit drei Zahnrädern 126 können sich daraus insgesamt neun Eingriffe ergeben. Der Ausgleich der Belastung an einem oder mehreren Zahnrädern 126 kann durch einen Satz Laschen 160 und entsprechende Nuten 162 zur Übertragung von Drehmoment unterstützt werden. Das Gehäuse 101 kann eine ringförmige Wand 164 enthalten, die über das Zahnrad 128 hinausragt. Die Nuten 162 können durch die Wand 164 gebildet sein und sich durch das Ende 166 erstrecken. Das Zahnrad 128 kann eine Anzahl der Laschen 160 aufweisen, die jeweils radial nach außen vorstehen. Jede der Laschen 160 kann innerhalb ihrer jeweiligen Nut 162 aufgenommen und das Zahnrad 128 axial durch einen Sicherungsring 172 gesichert werden, der an der Wand 164 befestigt werden kann. Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 7 kann ein radiales Spiel 174 zwischen einem Außendurchmesser 176 des Zahnrads 128 und einem Innendurchmesser 175 der Wand 164 bestehen. Die radiale Spiel 174 kann dem Zahnrad 128 eine radiale Bewegung relativ zum Gehäuse 101 ermöglichen, um eine Position zu finden, wo die Belastung der Zahnräder 126 gleichmäßig aufgeteilt ist. Der Spielraum 178 und 179 kann zwischen jeder Lasche 160 und der Wand 164 innerhalb jeder Nut 162 bereitgestellt werden. Der Spielraum 178,179 kann dem Zahnrad 128 ermöglichen, sich winkelmäßig gegenüber dem Gehäuse 101 um einen Betrag gleich dem Spielraum zu bewegen. Der Spielraum 178, 179 kann ausgewählt werden, um eine Kompensation von Toleranzen bei den Zahnrädern zu ermöglichen, die sich aus der Fertigungstoleranz ergeben. Die Winkelbewegung des Zahnrads 128 kann einen komprimierten Aufbau der Antriebseinheit 60 unterstützen und für verlängerte Service-Intervalle sowie reduzierte Geräusche und Schwingungen sorgen.
-
Bezugnehmend auf 8 kann das Zahnrad 136 in einer Reihe von Variationen beim Antriebsring 104 eingreifen. Der Antriebsring 104 kann im Gehäuse 101 durch die Lager 109 drehbar gelagert sein, wie in 3 gezeigt. Der Antriebsring kann sich innerhalb der Lager 109 drehen, kann aber axial zurückgehalten werden. Die Winkelbewegung des Zahnrads 136 relativ zum Antriebsring 104 kann zugelassen werden, sodass eine gleichmäßige Lastverteilung zwischen den Zahnrädern 126 erreicht wird. Dadurch können Geräusche und Schwingungen verringert und die Service-Intervalle verlängert werden. Die Winkelbewegung kann durch eine Formverbindung zwischen dem Zahnrad 136 und dem Antriebsring 104 erreicht werden. Das Zahnrad 136 kann ringförmig sein und eine Anzahl Nuten 182 enthalten. Der Antriebsring 104 kann eine Anzahl von Laschen 180 enthalten, die radial nach außen reichen und innerhalb der Nuten 182 aufgenommen werden können. Das Drehmoment auf das Zahnrad 136 kann durch die Laschen 180 aufgenommen werden. Die Verbindung kann axial mit einem Haltering 184 gesichert werden, der in eine Nut des Zahnrads 136 eingreift, und der die Laschen 180 in den Nuten 182 erfassen kann. Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 9 kann ein radialer Spielraum 186 zwischen einer Außenfläche 188 des Antriebsrings 104 und einer inneren Fläche 190 des Zahnrads 136 vorgesehen werden. Der radiale Spielraum 186 kann dem Zahnrad 136 eine radiale Bewegung relativ zum Antriebsring 104 ermöglichen, um eine Position zu finden, wo die Belastung gleichmäßig auf die Zahnräder 126 verteilt ist. Der Spielraum 192 und 194 kann zwischen jeder Lasche 180 und dem Zahnrad 136 in einer entsprechenden Nut 182 bereitgestellt werden, um eine begrenzte Winkelbewegung zu erlauben. Die Größe der Winkelbewegung kann ausgewählt werden, um eine Kompensation von Toleranzen der Zahnräder zu ermöglichen, die sich aus der Fertigungstoleranz ergeben.
-
Eine Reihe von Variationen, wie in den 10 bis 14 gezeigt, können eine Baugruppe 200 des Außenrings 107 der Rasterkupplung 110 mit dem Antriebsring 104 einbeziehen. Der Außenring 107 kann eine Schräge 202 an einer Vorderkante haben, die vor der Baugruppe dem Antriebsring 104 zugewandt ist. Die Schräge 202 kann einen Außendurchmesser 204 haben, der kleiner als ein Innendurchmesser 206 der Öffnung 208 sein kann, die vom Antriebsring 104 gebildet wird. Der Außenring 107 kann einen Zentrierdurchmesser 210 an seiner Außenfläche 212 haben. Der Zentrierdurchmesser 210 kann kleiner als der Innendurchmesser 206 und größer als der Außendurchmesser 204 sein. Die Außenfläche 212 des Außenrings 107 kann eine Anzahl von Rändel-Keilzähnen 214 haben. Die Zähne 214 können dünne, sich axial erstreckende Strukturen sein, die sich radial nach außen vom Außenring 107 erstrecken. Die Zähne 214 können gleichmäßig um den Umfang des Außenrings 107 verteilt und etwa 15 bis 30 Grad voneinander entfernt sein. Wie in 11 gezeigt, kann der Außenring 107 in den Antriebsring 104 eingesetzt werden, wobei die Einführschräge 202 in die Öffnung 208 reicht. Die Schräge 202 kann den Außenring 107 innerhalb der Öffnung 208 zentrieren. Die Zähne 214 können sich radial nach außen über die Öffnung 208 erstrecken und können axial entlang nur eines Teils der Oberfläche des Außenrings 107 ausgebildet sein, sodass sie von der Schräge 202 einen Abstand haben. Wenn der Außenring 107 weiter in die Öffnung 208 eingeschoben wird, greifen mit Bezug auf 12 die Zähne 214 mit der Oberfläche 216 des Antriebsrings 104 innerhalb der Öffnung 208 ein. Die Zähne 214 können in die Oberfläche 216 schneiden, bis der Außenring 107 die Stirnfläche 218 der Öffnung 208 erreicht, wie in 13 gezeigt. Da die Zähne 214 mit Kraft in den Antriebsring 104 gedrückt werden, kann das Material der Zähne und/oder der Oberfläche 216 verschoben werden, wie in 14 gezeigt. Das verschobene Material 220 kann neben den Zähnen 214 abgeschoben werden. Zur Aufnahme des verschobenen Materials kann ein radialer Spielraum 222 zwischen der Außenfläche 212 an ihrem kleineren Durchmesser zwischen den Zähnen 214 und der Oberfläche 216 des Antriebsrings 104 bereitgestellt werden. Dadurch kann der Außenring 107 genau zentriert und sicher im Antriebsring 104 gehalten werden. Das Drehmoment kann wirkungsvoll zwischen der Außenring 107 und dem Antriebsring 104 übertragen werden, wenn die Rasterkupplung 110 in der verriegelten Rotationsrichtung eingreift. Der erreichte genaue Rundlauf kann sicherstellen, dass alle Rasterelemente gleichzeitig greifen.
-
Variation 1 kann ein Antriebssystem 55 enthalten, das einen Elektromotor 112 und einen Zahnradsatz 120 enthält, der operativ mit dem Elektromotor 112 verbunden ist. Eine Kurbelwelle 64 kann sich durch den Elektromotor 112 und den Zahnradsatz 120 erstrecken. Rund um den Elektromotor 112 und den Zahnradsatz 120 kann sich eine Batterie-Anordnung 121 befinden.
-
Variation 2 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 1 und ein Gehäuse 101 rund um die Batterie-Anordnung 121, den Elektromotor 112 und den Zahnradsatz 120 enthalten.
-
Variation 3 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 2 enthalten, worin die Batterie-Anordnung 121 in einem kreisförmigen Muster innerhalb des Gehäuses 101 angeordnet sein kann.
-
Variation 4 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 2 enthalten, worin der Zahnradsatz 120 einen Zahnkranz mit Laschen 160 enthalten kann. Das Gehäuse 101 kann Nuten 162 definieren, in denen die Laschen 160 positioniert werden können. Es kann Spielraum 178, 179 zwischen den Laschen 160 und dem Gehäuse 101 in den Nuten 162 bereitgestellt werden, sodass sich der Zahnkranz relativ zum Gehäuse 101 um einen Betrag bis zur Größe des Spielraums 178, 179 bewegen kann.
-
Variation 5 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 1 enthalten sowie ein Drehmoment-Übertragungselement 102, das an der Kurbelwelle 64 eingreifen kann. Die Kurbelwelle 64 kann sich durch das Drehmoment-Übertragungselement 102 erstrecken.
-
Variation 6 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 1 umfassen, worin der Zahnradsatz 120 einen Antriebsring 104 mit einer Anzahl von Laschen 180 antreiben kann. Ein Zahnkranz kann eine Anzahl Nuten 182 haben, die jeweils eine Lasche 180 aufnehmen können. Zwischen den Laschen 180 und dem Zahnkranz kann in den Nuten 162 Spielraum 178, 179 bereitgestellt werden, sodass sich der Zahnkranz relativ zum Antriebsring 104 um den Betrag des Spielraums 178, 179 bewegen kann.
-
Variation 7 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 1 und einen Antriebsring 104 verbunden mit dem Zahnradsatz 120 enthalten. Ein Eingreif-Mechanismus kann einen Außenring 107 haben, der am Antriebsring 104 befestigt sein kann. Ein Innenring 105 kann mit der Kurbelwelle 64 verbunden sein. Der Außenring 107 kann eine Zähnezahl haben, die in den Antriebsring 104 schneiden können.
-
Variation 8 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 1 enthalten, worin der Zahnradsatz 120 eine Anzahl von Planetenrädern haben kann, jedes mit einem ersten Ritzel 132, das erste Zähne in einem ersten Steigungswinkel 153 an einer ersten Ausrichtung angeordnet hat. Ein zweites Ritzel 134 kann zweite Zähne in einer zweiten Ausrichtung und an einem zweiten Steigungswinkel 155 angeordnet haben, sodass sich durch das erste und zweite Ritzel 132, 134 erzeugte Schubkräfte aufheben können.
-
Variation 9 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 1 enthalten sowie ein Gehäuse 101, welches den Elektromotor 112 und den Zahnradsatz 120 umgibt. Das Verbindungselement 71 kann einen ersten äußersten Umfang mit einem ersten Durchmesser haben und das Gehäuse 101 einen zweiten äußersten Umfang mit einem zweiten Durchmesser. Der zweite Durchmesser kann kleiner sein als der erste Durchmesser.
-
Variation 10 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 1 enthalten sowie eine Kurbelgarnitur 62, die mit der Kurbelwelle 64 verbunden ist und durch die eine manuelle Eingabe an die Antriebseinheit 60 gegeben werden kann.
-
Variation 11 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 1 enthalten, worin der Elektromotor 112 einen Rotor 102 haben kann, der mit dem Zahnradsatz 120 durch ein rohrförmiges Drehmoment-Übertragungselement verbunden sein kann. Die Kurbelwelle 64 kann sich durch das Drehmoment-Übertragungselement erstrecken.
-
Variation 12 kann ein Antriebssystem 55 sein, das eine Antriebseinheit 60 enthält. In der Antriebseinheit 60 kann ein Elektromotor 112 enthalten sein. Ein Zahnradsatz 120 kann in der Antriebseinheit 60 enthalten und operativ mit dem Elektromotor 112 verbunden sein. Eine Batterie kann in die Antriebseinheit 60 enthalten sein und den Elektromotor 112 versorgen. Ein Verbindungselement 71 kann operativ mit dem Zahnradsatz 120 verbunden sein und die Ausgangsleistung von der Antriebseinheit 60 bereitstellen.
-
Variation 13 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 12 und ein Rad enthalten. Ein zweites Verbindungselement 78 kann mit dem Rad verbunden sein. Ein weiteres verbindendes Element kann das Verbindungselement 71 mit dem zweiten Verbindungselement 78 verbinden.
-
Variation 14 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 13 und elektronische Steuervorrichtungen enthalten, die durch die Antriebseinheit 60 getragen werden. In den elektronischen Steuervorrichtungen kann ein Wechselrichter zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom vorgesehen sein.
-
Variation 15 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 13 sowie eine Kurbelwelle 64 enthalten, die sich bis zur Antriebseinheit 60 erstrecken kann. An der Kurbelwelle 64 kann eine Kurbelgarnitur 62 für manuelle Eingangsleistung über die Antriebsgruppe zum Rad enthalten sein.
-
Variation 16 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variation 12 enthalten sowie ein Drehmoment-Übertragungselement 102, das mit dem Zahnradsatz 120 verbunden ist. Eine Kurbelwelle 64 kann sich durch den Elektromotor 112, den Zahnradsatz 120 und das Drehmomentübertragungselement 102 erstrecken.
-
Variante 17 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variante 16 und eine Kurbelgarnitur 62 enthalten, die mit der Kurbelwelle 64 verbunden ist und durch die manuelle Leistung an die Antriebseinheit 60 geliefert werden kann.
-
Variante 18 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variante 12 enthalten, worin der Elektromotor 112 einen Rotor haben kann, der über ein möglicherweise rohrförmiges Drehmoment-Übertragungselement 102 mit dem Zahnradsatz 120 verbunden sein kann. Eine Kurbelwelle 64 kann sich durch das Drehmoment-Übertragungselement 102 erstrecken. Eine Kurbelgarnitur 62 kann mit der Kurbelwelle 64 verbunden sein, durch die manuelle Leistung zur Antriebseinheit 60 geliefert werden kann.
-
Variante 19 kann ein Antriebssystem 55 für ein Fahrrad 40 und eine Antriebseinheit 60 enthalten, die am Fahrrad 40 montiert sein kann. Die Antriebseinheit 55 kann einen Elektromotor 112 enthalten. Ein Zahnradsatz 120 kann operativ mit dem Elektromotor 112 verbunden und in der Antriebseinheit 60 enthalten sein. Eine Batterie kann den Elektromotor 112 versorgen und in der Antriebseinheit 60 enthalten sein.
-
Variante 20 kann das Antriebssystem 55 gemäß Variante 19 und eine Kurbelgarnitur 62 enthalten, die operativ mit der Antriebseinheit 60 verbunden sein kann, und die manuelles Eingangs-Drehmoment zur Antriebseinheit 60 übertragen kann.
