DE102017213303A1

DE102017213303A1 - Motoranordnung für ein zumindest teilweise muskelbetriebenes fahrzeug

Info

Publication number: DE102017213303A1
Application number: DE102017213303.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Osterlänger; Daniel Koenig; Richard Baier; Norbert Radinger; Ondrej Rybnikar; Steffen Braune; Marcus Seifert; Knut Hahne
Original assignee: Inst fur Automatisierung und Informatik Zentrum fur Industrielle Forschung und Entwicklung GmbH; Institut fur Automatisierung und Informatik Zentrum fur Industrielle Forschung und Entwicklung GmbH; Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Inst fur Automatisierung und Informatik Zentrum fur Industrielle Forschung und Entwicklung GmbH; Institut fur Automatisierung und Informatik Zentrum fur Industrielle Forschung und Entwicklung GmbH; Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2019-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Motoranordnung für ein zumindest teilweise muskelbetriebenes Fahrzeug, umfassend einen Antriebsmotor (1), der einen stationär an einem Gehäuse (2) festgelegten Stator (3) und einen auf einer drehbaren Rotorwelle (4) innerhalb des Stators (3) angeordneten Rotor (5) aufweist, und eine Getriebevorrichtung (6), die radial innerhalb des Antriebsmotors (1) angeordnet ist, wobei die Getriebevorrichtung (6) zumindest eine erste Planetenstufe (7a) aufweist, wobei die erste Planetenstufe (7a) einen erste Planetensatz mit mehreren Planeten (8a) aufweist, wobei die Planeten (8a) des ersten Planetensatzes drehbar an einem ersten Planetenträger (9a) angeordnet sind und mit einer ersten Sonne (10a) sowie mit einem stationär festgelegten Hohlrad (11) im Zahneingriff stehen, wobei ferner die erste Sonne (10a) drehfest mit der Rotorwelle (4) verbunden ist, und wobei der erste Planetenträger (9a) zumindest mittelbar drehfest mit einer Abtriebswelle (12) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Motoranordnung für ein zumindest teilweise muskelbetriebenes Fahrzeug, umfassend einen Antriebsmotor und eine Getriebevorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung auch ein zumindest teilweise muskelbetriebenes Fahrzeug mit einer solchen Motoranordnung.
Zumindest teilweise muskelbetriebene Fahrzeuge, beispielsweise Fahrräder mit einem Hilfsantrieb, sind aus dem Stand der Technik als Elektrofahrräder bekannt. Ein Elektrofahrrad ist ein Fahrrad mit einem zusätzlich eingebauten Elektromotor. Ein mit dem Elektromotor zusammenwirkender Akkumulator ist abnehmbar ausgeführt und kann an einer heimischen Steckdose aufgeladen werden. Aus führerscheinrechtlichen Gründen wird unterschieden zwischen Fahrrädern mit beschränkter Tretunterstützung (Pedelec), Fahrrädern mit unlimitierter Tretunterstützung (schnelles Pedelec), Fahrrädern mit tretunabhängigem Zusatzantrieb (E-Bike) und Elektrorädern ohne Tretantrieb (E-Scooter). Ein Fahrrad mit beschränkter Tretunterstützung hat die Eigenschaft, dass der Elektromotor nur anspringt, wenn in die an einer Tretkurbel angeordneten Pedale getreten wird. Mithin wird das Fahrzeug zumindest teilweise durch Muskelkraft betrieben. Der Motor unterstützt also nur das Treten.
Aus der DE 10 2011 082 082 A1 geht ein Fahrrad mit mindestens einem Hilfsmotor, der als Nabenmotor ausgebildet ist hervor. Ferner umfasst das Fahrrad mindestens ein Antriebsrad, das durch den mindestens einen Hilfsmotor antreibbar ist, eine Pedalerie mit einem Tretlager, und einen Generator, der mit der Pedalerie derart verbunden ist, dass durch die Pedalerie erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist. Der Generator ist mit dem mindestens einen Hilfsmotor derart elektrisch verbunden, dass der mindestens eine Hilfsmotor mit der durch den Generator umgewandelten elektrischen Energie betreibbar ist. Der mindestens eine Hilfsmotor des mindestens einen Antriebsrads ist derart mechanisch getrennt von der Pedalerie angeordnet, dass der mindestens eine Hilfsmotor ausschließlich von der vom Generator und/oder von einem Energiespeicher bereitstellbaren elektrischen Energie betreibbar ist, wobei der Generator im Tretlager der Pedalerie angeordnet ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Motoranordnung für ein zumindest teilweise muskelbetriebenes Fahrzeug weiterzuentwickeln, wobei die Motoranordnung eine kompakte Bauweise aufweisen soll.
Die erfindungsgemäße Motoranordnung für ein zumindest teilweise muskelbetriebenes Fahrzeug umfasst einen Antriebsmotor, der einen stationär an einem Gehäuse festgelegten Stator und einen auf einer drehbaren Rotorwelle innerhalb des Stators angeordneten Rotor aufweist, und eine Getriebevorrichtung, die radial innerhalb des Antriebsmotors angeordnet ist, wobei die Getriebevorrichtung zumindest eine erste Planetenstufe aufweist, wobei die erste Planetenstufe einen erste Planetensatz mit mehreren Planeten aufweist, wobei die Planeten des ersten Planetensatzes drehbar an einem ersten Planetenträger angeordnet sind und mit einer ersten Sonne sowie mit einem stationär festgelegten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei ferner die erste Sonne drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist, und wobei der erste Planetenträger zumindest mittelbar drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden ist.
Insbesondere beträgt eine Masse des Gehäuses mit dem darin integrierten Antriebsmotor sowie der Getriebevorrichtung höchstens 5 kg. Das Gehäuse ist vorzugsweise im Rahmen des zumindest teilweise muskelbetriebenen Fahrzeugs integriert. Dadurch, dass der Antriebsmotor als innenlaufende elektrische Maschine ausgebildet ist, kann die im Betrieb entstehende Verlustwärme besonders gut abgeführt werden. Vorteilhafterweise können die Verzahnungen im Getriebe als Schrägverzahnungen ausgeführt sein, um eine Geräuschminimierung zu erzielen. Aufgrund der Anordnung der Getriebevorrichtung radial innerhalb des Antriebsmotors hat die Motoranordnung einen besonders geringen Bauraumbedarf in axialer Richtung, wobei gleichzeitig eine Übersetzung zwischen 5 und 15 ermöglicht wird.
Die Motoranordnung ist dazu vorgesehen, über eine elektrische Leitung mit einem elektrischen Generator und/oder mit einem elektrischen Energiespeicher verbunden zu werden. Der Generator ist dazu vorgesehen, durch Muskelkraft vorzugsweise über eine Tretkurbel angetrieben zu werden, um elektrische Energie zu erzeugen, die zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird. Unter einer „Tretkurbel“ ist eine Hebelanordnung an einer Welle zu verstehen, wobei die Tretkurbel über Pedale an dem jeweiligen Hebel durch Treten mit den Füßen in kreisförmige Bewegung gesetzt werden kann.
Beispielsweise wird die elektrische Energie über die elektrische Leitung direkt in die Motoranordnung gespeist. Mithin wird die Motoranordnung mit der durch den Generator umgewandelten elektrischen Energie betrieben. Alternativ kann die elektrische Energie zunächst in einen elektrischen Akkumulator gespeichert werden, wobei der elektrische Akkumulator die Motoranordnung mit der gespeicherten elektrischen Energie versorgt. Insbesondere entfällt eine Antriebskette oder ein Antriebsriemen am Fahrzeug.
Vorzugsweise weist der erste Planetenträger eine Steckverzahnung zur Aufnahme der Abtriebswelle auf. Insbesondere ist die Steckverzahnung im ersten Planetenträger integriert. Die Abtriebswelle weist eine komplementär dazu ausgebildete Steckverzahnung auf, die formschlüssig mit der Steckverzahnung am ersten Planetenträger zusammenwirkt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Getriebevorrichtung ferner eine zweite Planetenstufe auf, wobei die zweite Planetenstufe einen zweiten Planetensatz mit mehreren Planeten aufweist, wobei die Planeten des zweiten Planetensatzes drehbar an einem zweiten Planetenträger angeordnet sind und mit einer zweiten Sonne sowie mit dem stationär festgelegten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei ferner die zweite Sonne drehfest mit dem ersten Planetenträger verbunden ist, und wobei der zweite Planetenträger zumindest mittelbar drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Mithin ist die Getriebevorrichtung als zweistufiges Planetengetriebe ausgebildet. Bevorzugt sind die beiden Planetenstufen zur Verringerung eines axialen Spiels über mindestens eine Druckfeder axial verspannt. Die Planeten beider Planetensätze kämmen mit dem gemeinsamen Hohlrad.
Zwei miteinander kämmende oder im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem „Zahnrad“ ist beispielsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad sowie ein Planetenrad eines Planetensatzes zu verstehen.
Bevorzugt weist der zweite Planetenträger eine Steckverzahnung zur Aufnahme der Abtriebswelle auf. Insbesondere ist die Steckverzahnung im zweiten Planetenträger integriert. Die Abtriebswelle weist eine komplementär dazu ausgebildete Steckverzahnung auf, die formschlüssig mit der Steckverzahnung am zweiten Planetenträger zusammenwirkt.
Ferner bevorzugt ist die Rotorwelle über mindestens ein Lagerelement drehbar am Gehäuse gelagert. Des Weiteren bevorzugt ist der erste Planetenträger über mindestens ein Lagerelement drehbar am Gehäuse gelagert. Vorteilhafterweise ist der zweite Planetenträger über mindestens ein Lagerelement drehbar am Gehäuse gelagert. Unter einem „Lagerelement“ ist sowohl ein Wälzlager als auch ein Gleitlager zu verstehen. Dabei weist ein Wälzlager einen Innenring und einen Außenring, sowie mindestens eine Wälzkörperreihe auf, die zwischen dem Innenring und dem Außenring angeordnet ist.
Insbesondere ist die Abtriebswelle dazu vorgesehen, mit einem Rad des Fahrzeugs verbunden zu werden. Vorteilhafterweise ist das Rad des Fahrzeugs an der Abtriebswelle aufgenommen.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figur näher dargestellt. Hierbei zeigt

1 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Motoranordnung mit einem einstufigen Planetengetriebe, und
2 eine vereinfachte schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Motoranordnung mit einem mehrstufigen Planetengetriebe.

Gemäß den 1 und 2 weist eine jeweilige erfindungsgemäße Motoranordnung für ein - hier nicht dargestelltes - zumindest teilweise muskelbetriebenes Fahrzeug, insbesondere Pedelec einen Antriebsmotor 1 und eine Getriebevorrichtung 6 auf, die gemeinsam in einem Gehäuse 2 sowie radnah am Fahrzeug angeordnet sind. Die Getriebevorrichtung 6 ist radial innerhalb des Antriebsmotors 1 angeordnet. Dabei weist der Antriebsmotor 1 einen stationär an dem Gehäuse 2 festgelegten Stator 3 und einen auf einer drehbaren Rotorwelle 4 innerhalb des Stators 3 angeordneten Rotor 5 auf.
Gemäß 1 weist die Getriebevorrichtung 6 eine erste Planetenstufe 7a auf, wobei die erste Planetenstufe 7a einen erste Planetensatz mit mehreren Planeten 8a umfasst. Die Planeten 8a des ersten Planetensatzes sind drehbar an einem ersten Planetenträger 9a angeordnet und stehen mit einer ersten Sonne 10a sowie mit einem stationär festgelegten Hohlrad 11 im Zahneingriff. Die erste Sonne 10a ist drehfest mit der Rotorwelle 4 verbunden und der erste Planetenträger 9a ist mittelbar über eine Steckverzahnung 13a zur Aufnahme einer Abtriebswelle 12 drehfest mit der Abtriebswelle 12 verbunden. Die Abtriebswelle 12 ist dazu vorgesehen, mit einem - hier nicht dargestellten - Rad des Fahrzeugs verbunden zu werden, insbesondere das Rad des Fahrzeugs aufzunehmen. Die Rotorwelle 4 ist über ein Lagerelement 14 drehbar am Gehäuse 2 gelagert. Ferner ist der erste Planetenträger 9a über ein Lagerelement 15 drehbar am Gehäuse 2 gelagert.
Nach 2 weist die Getriebevorrichtung 6 eine erste und eine zweite Planetenstufe 7a, 7b auf, wobei die erste Planetenstufe 7a einen erste Planetensatz mit mehreren Planeten 8a umfasst. Die Planeten 8a des ersten Planetensatzes sind drehbar an einem ersten Planetenträger 9a angeordnet und stehen mit einer ersten Sonne 10a sowie mit einem stationär festgelegten Hohlrad 11 im Zahneingriff. Die erste Sonne 10a ist drehfest mit der Rotorwelle 4 verbunden. Ferner weist die zweite Planetenstufe 7b einen zweiten Planetensatz mit mehreren Planeten 8b auf, wobei die Planeten 8b des zweiten Planetensatzes drehbar an einem zweiten Planetenträger 9b angeordnet sind und mit einer zweiten Sonne 10b sowie mit dem stationär festgelegten Hohlrad 11 im Zahneingriff stehen. Die zweite Sonne 10b ist drehfest mit dem ersten Planetenträger 9a verbunden. Der zweite Planetenträger 9b ist mittelbar über eine Steckverzahnung 13b drehfest mit der Abtriebswelle 12 verbunden. Die Abtriebswelle 12 ist dazu vorgesehen, mit einem Rad des Fahrzeugs verbunden zu werden, insbesondere das Rad des Fahrzeugs aufzunehmen. Die Rotorwelle 4 ist über ein Lagerelement 14 drehbar am Gehäuse 2 gelagert. Ferner ist der zweite Planetenträger 9b über ein Lagerelement 16 drehbar am Gehäuse 2 gelagert.
Für einen zumindest teilweise elektrischen Antrieb des Fahrzeugs wird eine - hier nicht dargestellte - Tretkurbel einer - hier nicht dargestellten - Generatoranordnung durch Muskelkraft betrieben, um elektrische Energie zu erzeugen. Die so erzeugte elektrische Energie wird dann über eine - hier nicht dargestellte - elektrische Schaltungsanordnung in den Antriebsmotor 1 der jeweiligen Motoranordnung geleitet. Mithin ist die Generatoranordnung ketten- und riemenlos mit der Motoranordnung verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmotor
2: Gehäuse
3: Stator
4: Rotorwelle
5: Rotor
6: Getriebevorrichtung
7a, 7b: Planetenstufe
8a, 8b: Planet
9a, 9b: Planetenträger
10a, 10b: Sonne
11: Hohlrad
12: Abtriebswelle
13a, 13b: Steckverzahnung
14: Lagerelement
15: Lagerelement
16: Lagerelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011082082 A1 [0003]

Claims

Motoranordnung für ein zumindest teilweise muskelbetriebenes Fahrzeug, umfassend einen Antriebsmotor (1), der einen stationär an einem Gehäuse (2) festgelegten Stator (3) und einen auf einer drehbaren Rotorwelle (4) innerhalb des Stators (3) angeordneten Rotor (5) aufweist, und eine Getriebevorrichtung (6), die radial innerhalb des Antriebsmotors (1) angeordnet ist, wobei die Getriebevorrichtung (6) zumindest eine erste Planetenstufe (7a) aufweist, wobei die erste Planetenstufe (7a) einen erste Planetensatz mit mehreren Planeten (8a) aufweist, wobei die Planeten (8a) des ersten Planetensatzes drehbar an einem ersten Planetenträger (9a) angeordnet sind und mit einer ersten Sonne (10a) sowie mit einem stationär festgelegten Hohlrad (11) im Zahneingriff stehen, wobei ferner die erste Sonne (10a) drehfest mit der Rotorwelle (4) verbunden ist, und wobei der erste Planetenträger (9a) zumindest mittelbar drehfest mit einer Abtriebswelle (12) verbunden ist.
Motoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenträger (9a) eine Steckverzahnung (13a) zur Aufnahme der Abtriebswelle (12) aufweist.
Motoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (6) ferner eine zweite Planetenstufe (7b) aufweist, wobei die zweite Planetenstufe (7b) einen zweiten Planetensatz mit mehreren Planeten (8b) aufweist, wobei die Planeten (8b) des zweiten Planetensatzes drehbar an einem zweiten Planetenträger (9b) angeordnet sind und mit einer zweiten Sonne (10b) sowie mit dem stationär festgelegten Hohlrad (11) im Zahneingriff stehen, wobei ferner die zweite Sonne (10b) drehfest mit dem ersten Planetenträger (9a) verbunden ist, und wobei der zweite Planetenträger (9b) zumindest mittelbar drehfest mit der Abtriebswelle (12) verbunden ist.
Motoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenträger (9b) eine Steckverzahnung (13b) zur Aufnahme der Abtriebswelle (12) aufweist.
Motoranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Planetenträger (9b) über mindestens ein Lagerelement (16) drehbar am Gehäuse (2) gelagert ist.
Motoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (4) über mindestens ein Lagerelement (14) drehbar am Gehäuse (2) gelagert ist.
Motoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Planetenträger (9a) über mindestens ein Lagerelement (15) drehbar am Gehäuse (2) gelagert ist.
Motoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (12) dazu vorgesehen ist, mit einem Rad des Fahrzeugs verbunden zu werden.
Motoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoranordnung dazu vorgesehen ist, über eine elektrische Leitung mit einem elektrischen Generator und/oder mit einem elektrischen Energiespeicher verbunden zu werden.
Zumindest teilweise muskelbetriebenes Fahrzeug, insbesondere Pedelec, mit einer Motoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.