DE102017219607A1

DE102017219607A1 - Drive arrangement of a pedelec

Info

Publication number: DE102017219607A1
Application number: DE102017219607.6A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Uwe Griesmeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Es wird eine Antriebsanordnung eines Pedelecs mit einer manuellen Antriebswelle (1) und mit einem ersten elektrischen Antrieb (EM 1) vorgeschlagen, welche über zumindest einen ersten Planetenradsatz (PS1) mit einem Abtrieb (2) gekoppelt sind, wobei der Abtrieb (2) über zumindest einen weiteren Planetenradsatz (PS4, PS5) mit einem zweiten elektrischen Antrieb (EM 2) gekoppelt ist.

It is proposed a drive arrangement of a Pedelecs with a manual drive shaft (1) and with a first electric drive (EM 1), which are coupled via at least one first planetary gear set (PS1) with an output (2), wherein the output (2) via at least one further planetary gear set (PS4, PS5) with a second electric drive (EM 2) is coupled.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Pedelecs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The present invention relates to a drive arrangement of a pedelec according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.

Manuell angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Fahrräder oder Pedelecs, bei denen ein pedalierender Fahrer das Fahrzeug durch Muskelkraft antreibt und von einem elektrischen Hilfsmotor unterstützt wird, sind bekannt.Manually powered vehicles, especially bicycles or pedelecs, in which a pedaling driver drives the vehicle by muscle power and is supported by an electric assist motor are known.

Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2015 100 676 B3 ist eine Antriebsbaugruppe für ein manuell angetriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Hilfsantrieb bekannt. Die Antriebsgruppe weist eine erste Antriebswelle als Tretkurbel mit einem ersten Pedal und einem zweiten Pedal als manuellen Antrieb auf. Ferner ist eine zweite Antriebswelle vorgesehen, die drehfest mit einem Rotor des elektrischen Hilfsantriebes verbunden ist. Die Tretkurbel und der Rotor sind über ein Wellgetriebe mit einem Abtriebselement gekoppelt, wobei das Abtriebselement mit einem Hinterrad des Fahrzeuges verbunden ist. Bei der bekannten Antriebsgruppe ist ein Wellengenerator des Wellgetriebes mit dem Rotor des Hilfsantriebes drehfest verbunden, wobei eine vorformbare Innenbuchse des Wellgetriebes mit der Tretkurbel drehfest verbunden ist. Das Abtriebselement ist mit einer Außenbuchse des Wellgetriebes verbunden. Somit kann sowohl über die Innenbuchse als auch an dem Wellengenerator antriebsseitig Leistung in das Wellengetriebe eingebracht werden. Auf diese Weise wird eine Überlagerungsfunktion durch das Wellgetriebe realisiert.For example, from the document DE 10 2015 100 676 B3 is a drive assembly for a manually driven vehicle with an electric auxiliary drive known. The drive group has a first drive shaft as a pedal crank with a first pedal and a second pedal as a manual drive. Further, a second drive shaft is provided which is non-rotatably connected to a rotor of the electric auxiliary drive. The crank and the rotor are coupled via a wave gear with an output member, wherein the output member is connected to a rear wheel of the vehicle. In the known drive group, a wave generator of the wave gear is rotatably connected to the rotor of the auxiliary drive, wherein a preformable inner sleeve of the wave gear with the pedal crank is rotatably connected. The output element is connected to an outer sleeve of the corrugated transmission. Thus, power can be introduced into the shaft gear both on the inner bush and on the shaft generator on the drive side. In this way, a superposition function is realized by the harmonic drive.

Ferner ist aus der Druckschrift DE 10 2013 220 299 A 1 ein Fahrzeug mit elektrischem Hilfsantrieb und stufenlos verstellbarem Planetengetriebe bekannt. Das Fahrzeug umfasst somit einen Tretlagerantrieb mit einem Planetengetriebe und einem E-Motor zur Antriebsunterstützung.Furthermore, from the document DE 10 2013 220 299 A 1 a vehicle with electric auxiliary drive and continuously variable planetary gear known. The vehicle thus comprises a bottom bracket drive with a planetary gear and an electric motor to drive support.

Bei derartigen antriebsunterstützten zwei oder mehrrädrigen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Pedelecs, ist es erforderlich, dass der Motor das Drehmoment des Fahrers abstürzt, damit der Fahrer einen Widerstand am Pedal spürt. Es ist jedoch bekannt, dass bei Pedelecfahrzeugen zum Beispiel die motorische Unterstützung nur bis zu einer vorbestimmten Abregelgeschwindigkeit vorgesehen sein darf. Wird die motorische Unterstützung ab einer bestimmten Abregelgeschwindigkeit z.B. 25 Km/h, zurückgenommen, hat dies in nachteiliger Weise zur Folge, dass der Fahrer ohne Widerstand ins Leere tritt. Dies erzeugt bei dem Fahrer ein negatives Fahrgefühl. Darüber hinaus kann der Fahrer bei der bekannten Antriebsbaugruppe bei Geschwindigkeiten oberhalb der vorbestimmten Unterstützungs- bzw. Abregelgeschwindigkeit keinen manuellen Antrieb mehr leisten kann. Außerdem ist eine mechanische Schaltung erforderlich, damit die motorische Unterstützungsleistung variiert werden kann, wenn sowohl die Fahrgeschwindigkeit als auch die Trittfrequenz vorgegeben sind.Such drive assisted two or more wheeled vehicles, such as pedelecs, require the engine to crash the driver's torque to cause the driver to feel resistance on the pedal. However, it is known that in pedelec vehicles, for example, the motor support may be provided only up to a predetermined Abregelgeschwindigkeit. If the motor assist is applied at a certain deceleration speed, e.g. 25 km / h, taken back, this has a disadvantageous consequence that the driver steps into the void without resistance. This creates a negative driving feeling for the driver. In addition, the driver can no longer afford manual drive in the known drive assembly at speeds above the predetermined support or Abregelgeschwindigkeit. In addition, a mechanical circuit is required so that the motor assist power can be varied when both the vehicle speed and the cadence are predetermined.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche ein negatives Fahrgefühl vermeidet und die Betriebsmöglichkeiten erweitert.The present invention has for its object to propose a drive assembly of the type described above, which avoids a negative driving feel and extends the operating options.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.This object is achieved by the features of claim 1, wherein advantageous and claimed developments of the dependent claims and the description and the drawings.

Somit wird eine Antriebsanordnung vorzugsweise für ein Pedelec oder dergleichen vorgeschlagen, welche einen manuellen Antrieb, beispielsweise durch eine als Tretkurbel oder dergleichen ausgeführte manuelle Antriebswelle, und einen ersten vorzugsweise elektrischen Antrieb aufweist, wobei der manuelle Antrieb und der elektrische Antrieb über zumindest einen ersten Planetenradsatz bzw. ein Planetengetriebe mit einem Abtrieb des Pedelecs zum Realisieren einer Überlagerungsfunktion gekoppelt sind. Um ein negatives Fahrgefühl für den Fahrer zu vermeiden und die Betriebsmöglichkeiten zu erweitern, ist vorgesehen, dass der Abtrieb über zumindest einen weiteren Planetenradsatz mit einem zweiten elektrischen Antrieb gekoppelt ist.Thus, a drive arrangement is preferably proposed for a pedelec or the like, which has a manual drive, for example by a crank drive or the like running manual drive shaft, and a first preferably electric drive, wherein the manual drive and the electric drive via at least one first planetary gear or a planetary gear are coupled to an output of the pedelec for realizing an overlay function. In order to avoid a negative driving feeling for the driver and to expand the operating possibilities, it is provided that the output is coupled via at least one further planetary gear set with a second electric drive.

Durch die mechanische Anbindung zumindest eines zweiten elektrischen Antriebes über zumindest einen Planetenradsatz mit dem Abtrieb wird neben der Überlagerungsfunktion eine Vor- bzw. Festübersetzung mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung realisiert. Somit wird die Vorübersetzung parallel zur Überlagerungsfunktion bei der Antriebsanordnung vorgesehen. Durch die vorgeschlagene Antriebsanordnung ergibt sich eine besonders kostengünstige Lösung, da die Bauteile des vorhandenen Planetenradsatzes einschließlich des ersten elektrischen Antriebes weiterverwendet werden. Die zusätzliche Übersetzung wird durch den zweiten elektrischen Antrieb und durch den zumindest einen weiteren Planetenradsatz realisiert.Due to the mechanical connection of at least one second electric drive via at least one planetary gear set with the output, in addition to the overlay function, a pre-transmission or fixed ratio is realized with the drive arrangement according to the invention. Thus, the pre-translation is provided in parallel to the overlay function in the drive assembly. The proposed drive arrangement results in a particularly cost-effective solution, since the components of the existing planetary gear, including the first electric drive continue to be used. The additional translation is realized by the second electric drive and by the at least one other planetary gear.

Über die erfindungsgemäße Erweiterung mit dem zweiten elektrischen Antrieb ist es möglich, bei jeder Fahrgeschwindigkeit sowohl eine gewünschte Unterstützungsstufe bzw. Drehmomentunterstützung als auch eine gewünschte Trittfrequenz einzustellen bzw. zu variieren. Demzufolge ist keine konventionelle mechanische Übersetzungsverstelleinrichtung, wie zum Beispiel eine Kettenschaltung, Nabenschaltung oder ein mechanisches Naben-CVT erforderlich.About the extension according to the invention with the second electric drive, it is possible to set or vary both a desired level of assistance or torque assistance and a desired cadence at each driving speed. As a result, no conventional mechanical ratio adjusting means such as a derailleur, a hub gear or a mechanical hub CVT is required.

Die Trittfrequenz wird durch Variation der Drehzahl des ersten elektrischen Antriebs eingestellt, während die Unterstützungsstufe durch das frei wählbare Moment des zweiten elektrischen Antriebes eingestellt wird. Hierbei ist es ohne weiteres möglich, dass der als elektrische Maschine ausgeführte zweite elektrische Antrieb motorisch oder auch generatorisch wirken kann. Des Weiteren kann ein höheres Anfahrmoment realisiert werden, da der zweite elektrische Antrieb am Abtrieb unabhängig von dem ersten elektrischen Antrieb mit dem ersten Planetenradsatz ein Drehmoment am Kettenrad bzw. am Abrieb des Pedelecs aufbringen kann. Bei Fahrgeschwindigkeiten oberhalb der Abregelgeschwindigkeit, beispielsweise größer 25 Km/h, kann der zweite elektrische Antrieb entsprechend Gegenbremsen, sodass die aufgrund der Drehmomentabstützung an dem ersten Planetenradsatz auftretende motorische Leistung des ersten elektrischen Antriebes kompensiert wird. Es entsteht dann quasi eine elektrische Blindleistung, wobei der effektive Antrieb oberhalb der Unterstützungsgeschwindigkeit dann über die Muskelkraft des Fahrers erfolgt. Dadurch wird der Fahrkomfort deutlich erhöht. Zudem ist in vorteilhafter Weise kein Drehmomentsensor erforderlich, da das Drehmoment an der Tretkurbelwelle indirekt über die Abstützfunktion des ersten elektrischen Antriebes an dem ersten Planetenradsatz ermittelt werden kann. The cadence is adjusted by varying the speed of the first electric drive, while the support level is set by the free selectable torque of the second electric drive. In this case, it is readily possible for the second electric drive designed as an electric machine to have a motor or generator function. Furthermore, a higher starting torque can be realized because the second electric drive at the output independently of the first electric drive with the first planetary gear set can apply a torque on the sprocket or the abrasion of the pedelec. At travel speeds above the Abregelgeschwindigkeit, for example greater than 25 km / h, the second electric drive according to counter-braking, so that the occurring due to the torque support on the first planetary gear motor power of the first electric drive is compensated. The result is an electrical reactive power, as it were, whereby the effective drive above the assistance speed then takes place via the muscle power of the driver. As a result, the ride comfort is significantly increased. In addition, no torque sensor is required in an advantageous manner, since the torque on the pedal crankshaft can be determined indirectly via the support function of the first electric drive to the first planetary gear.

Durch die Überlagerungsfunktion liegt eine Drehzahlvariabilität vor, d. h. die Trittfrequenz kann durch Änderung der Drehzahl des ersten elektrischen Antriebes bei gegebener Fahrgeschwindigkeit variiert werden. Aus diesem Grund ist keine konventionelle mechanische Übersetzungseinrichtung erforderlich. Durch den weiteren elektrischen Antrieb liegt eine Drehmomentvariabilität vor, d. h. das Antriebsmoment kann mit dem zweiten elektrischen Antrieb variiert werden.Due to the overlay function is a speed variability, d. H. The cadence can be varied by changing the speed of the first electric drive at a given speed. For this reason, no conventional mechanical translation device is required. Due to the further electric drive is a torque variability, d. H. the drive torque can be varied with the second electric drive.

Die Übersetzung zum Abrieb bzw. zum Hinterrad des Pedelecs kann als konstant angenommen werden. Befindet sich der erste elektrische Antrieb im Stillstand, kann je nach Anbindung über den ersten Planetenradsatz eine Übersetzung z. B. ins Schnelle oder Langsame von der Tretkurbelwelle zum Kettenrad bzw. Abtrieb dargestellt werden. Bei welcher Fahrgeschwindigkeit die Grenze zwischen motorischen und generatorischen Betrieb des ersten elektrischen Antriebes liegt, kann mit der Endübersetzung bzw. mit der Übersetzung am Abtrieb des Pedelecs eingestellt werden. Eine kurze Übersetzung eignet sich für Anwendungen, wie z. B. bei Mountainbikes, da der erste elektrische Antrieb schon bei niedrigerer Fahrgeschwindigkeit in den motorischen Betrieb übergeht. Eine lange Übersetzung eignet sich für Anwendungen, wie Stadt- und Trekkingräder, da der erste elektrische Antrieb erst bei höheren Fahrgeschwindigkeiten in den motorischen Betrieb übergeht und bei gewünschter geringer Unterstützungsstufe keine elektrische Blindleistungen entsteht.The translation to the abrasion or to the rear wheel of the pedelec can be assumed to be constant. Is the first electric drive at a standstill, depending on the connection via the first planetary gear a translation z. B. are shown in the fast or slow from the pedal crankshaft to the sprocket or downforce. The speed at which the limit lies between motor and generator operation of the first electric drive can be set with the final ratio or with the ratio at the output of the pedelec. A short translation is suitable for applications such as: As in mountain bikes, since the first electric drive passes at a lower driving speed in the engine operation. A long gear ratio is suitable for applications such as city bikes and trekking bikes, as the first electric drive only switches to motor operation at higher speeds and no reactive power is generated at the desired low level of assistance.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste elektrische Antrieb mit zumindest dem ersten Planetenradsatz koaxial zu der manuellen Antriebswelle bzw. zur Tretkurbelwelle angeordnet ist. Dadurch, dass bei Verwendung einer Vorübersetzung die weiteren Planetenradsätze ebenfalls koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sind, ergibt sich eine besonders bauraumsparend Anordnung in dem Gehäuse.In an advantageous embodiment of the present invention can be provided that the first electric drive is arranged with at least the first planetary gear coaxial with the manual drive shaft or to the pedal crankshaft. The fact that, when using a pre-translation, the other planetary gear sets are also arranged coaxially to the pedal crankshaft, results in a particularly space-saving arrangement in the housing.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht ferner vor, dass ein Rotor des zweiten elektrischen Antriebes achsparallel zu der manuellen Antriebswelle bzw. zur Tretkurbelwelle angeordnet ist, wobei der zumindest eine weitere Planetenradsatz koaxial zu dem Rotor des zweiten elektrischen Antriebes angeordnet ist. Auch hier ist es möglich, dass weitere Planetenradsätze ebenfalls koaxial zu der Drehachse des Motors des zweiten elektrischen Antriebes angeordnet werden, um dadurch Bauraum einzusparen.A development of the invention further provides that a rotor of the second electric drive is arranged axially parallel to the manual drive shaft or to the pedal crankshaft, wherein the at least one further planetary gear is arranged coaxially to the rotor of the second electric drive. Again, it is possible that further planetary gear sets are also arranged coaxially to the axis of rotation of the motor of the second electric drive, thereby saving space.

Zum Koppeln des zweiten elektrischen Antriebes mit dem Abtrieb des Pedelecs über ein oder mehrere Planetenradsätze kann beispielsweise zumindest eine zusätzliche Stirnradstufe und/oder ein Riemen- oder Kettentrieb vorgesehen sein, um dadurch einen größeren Achsabstand zwischen der manuellen Antriebswelle bzw. der Tretkurbelwelle und der Drehachse des Rotors des zweiten elektrischen Antriebes zu realisieren. Hierdurch kann insgesamt ein kleineres Gehäuse realisiert werden.For coupling the second electric drive to the output of the pedelec via one or more planetary gear sets, for example, at least one additional spur gear stage and / or a belt or chain drive can be provided, thereby providing a larger center distance between the manual drive shaft or the pedal crankshaft and the rotational axis of the Rotor of the second electric drive to realize. This allows a total of a smaller housing can be realized.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung für ein Pedelec; und
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der Antriebsanordnung.

Hereinafter, the present invention will be further explained with reference to the drawings. Show it:

1 a schematic view of a first embodiment of a drive assembly according to the invention for a Pedelec; and
2 a schematic view of a second embodiment of the drive assembly.

In die 1 und 2 sind zwei verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung eines Pedelecs mit einer manuellen Antriebswelle 1 als Tretkurbelwelle mit einem linken Pedal 6 an ihrem linken Ende und einem rechten Pedal 7 an ihrem rechten Ende sowie mit einem ersten elektrischen Antrieb EM 1, welcher über einen ersten Planetenradsatz PS1 zur Realisierung der Überlagerungsfunktion und vorzugsweise über einen zweiten Planetenradsatz PS2 sowie einen dritten Planetenradsatz PS3 als Vorübersetzung mit dem Abtrieb 2 gekoppelt ist. Als Abtrieb 2 eines zweirädrigen oder mehrrädrigen Pedelecs ist beispielsweise ein Kettenrad bzw. Riemenrad vorgesehen, welche mit dem anzutreibenden Hinter- oder Vorderrad des Pedelecs verbunden sind. Es ist auch möglich, dass der Abtrieb 2 als Nabenabtrieb ausgeführt ist.In the 1 and 2 are two different embodiments of a drive assembly according to the invention a pedelec with a manual drive shaft 1 as a pedal crankshaft with a left pedal 6 at her left end and a right pedal 7 at its right end as well as with a first electric drive EM 1 , which has a first planetary gear set PS1 for the realization of the overlay function and preferably via a second planetary gear set PS2 and a third planetary gear set PS3 as pre-translation with the output 2 is coupled. As a downforce 2 a two-wheeled or multi-wheeled pedelecs, for example, a sprocket or pulley is provided, which is to be driven with the rear or front wheel of Pedelecs are connected. It is also possible that the downforce 2 designed as hub output.

Ferner ist der Abtrieb 2 über zumindest einen weiteren Planetenradsatz mit einem zweiten elektrischen Antrieb EM 2 gekoppelt. Unabhängig von den Ausführungsvarianten ist vorgesehen, dass der zweite elektrische Antrieb EM 2 als Vorübersetzung einen vierten Planetenradsatz PS4 und ein fünften Planetenradsatz PS5 aufweist, die hintereinander geschaltet sind.Furthermore, the output is 2 via at least one further planetary gear set with a second electric drive EM 2 coupled. Regardless of the embodiments, it is provided that the second electric drive EM 2 as pre-translation a fourth planetary gear set PS4 and a fifth planetary gear set PS5 has, which are connected in series.

Als erster elektrischer Antrieb EM 1 und als zweiter elektrischer Antrieb EM 2 können vorzugsweise elektrische Maschinen verwendet werden, die sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden können.As the first electric drive EM 1 and as the second electric drive EM 2 Preferably, electrical machines can be used, which can be operated both as a generator and as a motor.

Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist der erste elektrische Antrieb EM 1 mit dem ersten Planetenradsatz PS1, mit dem zweiten Planetenradsatz PS2 und mit dem dritten Planetenradsatz PS3 koaxial zu der manuellen Antriebswelle 1 angeordnet. Die drei Planetenradsätze PS1, PS2, PS3 sind axial hintereinander angeordnet, wobei der zweite Planetenradsatz PS2 und der dritte Planetenradsatz PS3 als Vorübersetzung dem ersten elektrischen Antrieb EM 1 nachgeschaltet ist, während der erste Planetenradsatz PS1 zum Realisieren der Überlagerungsfunktion dem zweiten Planetenradsatz PS2 und dem dritten Planetenradsatz PS3 nachgeschaltet sind. Demzufolge ist der erste Planetenradsatz PS1 über die beiden Planetenradsätze PS2 und PS3 quasi indirekt mit dem Rotor 3 des ersten elektrischen Antriebes EM 1 verbunden. Wenn keine Vorübersetzung gewünscht wird, könnte der erste Planetenradsatz PS1 auch direkt mit dem Rotor 3 des elektrischen Antriebes EM 1 verbunden sein.How out 1 and 2 it can be seen that the first electric drive is EM 1 with the first planetary gear set PS1 , with the second planetary gear set PS2 and with the third planetary gear set PS3 coaxial with the manual drive shaft 1 arranged. The three planetary gear sets PS1 . PS2 . PS3 are arranged axially one behind the other, wherein the second planetary gear set PS2 and the third planetary gear set PS3 as Vorübersetzung the first electric drive EM 1 is downstream, while the first planetary gear set PS1 for realizing the overlay function of the second planetary gear set PS2 and the third planetary gear set PS3 are downstream. As a result, the first planetary gear set PS1 over the two planetary gear sets PS2 and PS3 almost indirectly with the rotor 3 of the first electric drive EM 1 connected. If no pretranslation is desired, the first planetary gear set could PS1 also directly with the rotor 3 of electric drive EM 1 be connected.

Im Einzelnen ist bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 vorgesehen, dass die manuelle Antriebswelle 1 mit einem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PS1 verbunden ist, dass ein Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes PS1 über den zweiten Planetenradsatz PS2 und den dritten Planetenradsatz PS3 mit dem Rotor 3 des ersten elektrischen Antriebes EM 1 verbunden ist und dass ein Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes PS1 mit dem Abtrieb 2 des Pedelecs verbunden ist.Specifically, in the first embodiment according to 1 provided that the manual drive shaft 1 with a planet carrier PT1 of the first planetary gear set PS1 connected is that a sun wheel SR1 of the first planetary gear set PS1 over the second planetary gear set PS2 and the third planetary gear set PS3 with the rotor 3 of the first electric drive EM 1 is connected and that a ring gear HR1 of the first planetary gear set PS1 with the downforce 2 the pedelec is connected.

Im Einzelnen ist bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß 2 vorgesehen, dass die manuelle Antriebswelle 1 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes PS1 verbunden ist, dass das Sonnenrad SR1 über den zweiten Planetenradsatz PS2 und den dritten Planetenradsatz PS3 mit dem Rotor 3 des ersten elektrischen Antriebes EM 1 verbunden ist, und dass der Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PS1 mit dem Abtrieb 2 des Pedelecs verbunden ist.Specifically, in the second embodiment, according to 2 provided that the manual drive shaft 1 with the ring gear HR1 of the first planetary gear set PS1 connected is that the sun wheel SR1 over the second planetary gear set PS2 and the third planetary gear set PS3 with the rotor 3 of the first electric drive EM 1 connected, and that the planet carrier PT1 of the first planetary gear set PS1 with the downforce 2 the pedelec is connected.

Bei den hintereinandergeschalteten Planetenradsätzen PS2 und PS3 ist unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten vorgesehen, dass die Sonnenräder SR2, SR3 jeweils den Antrieb der Planetenradsätze PS2 und PS3 bilden, die Planetenräder PT2, PT3 jeweils den Abtrieb der Planetenradsätze PS2 und PS3 bilden und die Hohlräder HR2, HR3 jeweils mit einem Gehäuse 5 verbunden sind. Im Einzelnen ist vorgesehen, dass der Rotor 3 des ersten elektrischen Antriebes EM 1 mit dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbunden ist, dass der Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes PS2 mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes PS3 verbunden ist und dass der Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes PS3 mit dem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes PS1 verbunden ist.For the planetary gear sets connected in series PS2 and PS3 is independent of the respective design variants provided that the sun gears SR2 . SR3 respectively the drive of the planetary gear sets PS2 and PS3 form, the planet gears PT2 . PT3 respectively the output of the planetary gear sets PS2 and PS3 form and the ring gears HR2 . HR3 each with a housing 5 are connected. In detail, it is provided that the rotor 3 of the first electric drive EM 1 with the sun wheel SR2 of the second planetary gear set PS2 connected is that the planet carrier PT2 of the second planetary gear set PS2 with the sun wheel SR3 of the third planetary gear set PS3 is connected and that the planet carrier PT3 of the third planetary gear set PS3 with the sun wheel SR1 of the first planetary gear set PS1 connected is.

Aufgrund der Verschaltung der als Vorübersetzung ausgeführten Planetenradsätzen PS2 und PS3 kann bei beiden Ausführungsvarianten eine höchstmögliche Übersetzung für den ersten elektrischen Antrieb EM 1 realisiert werden, wodurch eine gering bauende und kostengünstige elektrische Maschine mit geringem Drehmoment und hoher Drehzahl verwendet werden kann.Due to the interconnection of the pre-translated planetary gear sets PS2 and PS3 can in both variants a highest possible translation for the first electric drive EM 1 can be realized, whereby a low-build and low-cost electrical machine with low torque and high speed can be used.

Ferner ergibt sich bei der ersten Ausführungsvariante der Vorteil, dass der erste elektrische Antrieb EM 1 ein hohes Drehmoment an der Tretkurbelwelle bzw. an der manuellen Antriebswelle 1 abstützen kann, da die Drehmomentübersetzung von Sonnenrad SR1 zum Planetenradträger PT1 maximal ist.Furthermore, in the first embodiment, the advantage results that the first electric drive EM 1 a high torque on the crankshaft or on the manual drive shaft 1 can support, as the torque transmission of sun gear SR1 to the planet carrier PT1 is maximum.

Zudem ergibt sich bei der ersten Ausführungsvariante, dass im Stillstand des ersten elektrischen Antriebes EM 1 der erste Planetenradsatz PS1 eine Übersetzung ins Langsame von der Tretkurbelwelle zum Abrieb 2 bzw. Kettenrad darstellt. Bei einer gegebenen Fahrgeschwindigkeit ergibt sich eine bestimmte Trittfrequenz, welche der Tretkurbelwellendrehzahl entspricht. Wenn die tatsächliche Trittfrequenz bei der ersten Ausführungsvariante höher als die Tretkurbelwellendrehzahl ist, dreht der erste elektrische Antrieb vorwärts und arbeitet generatorisch. Wenn der Fahrer dennoch unterstützen möchte, muss der zweite elektrische Antrieb motorisch arbeiten und das Drehmoment addieren. Dies kann beispielsweise bei langsamer Bergauffahrt der Fall sein. Wenn die tatsächliche Trittfrequenz bei der ersten Ausführungsvariante niedriger als die Tretkurbelwellendrehzahl ist, dreht der erste elektrische Antrieb rückwärts und arbeitet motorisch. Wenn der Fahrer nicht unterstützen soll oder weniger unterstützen soll, muss der zweite elektrische Antrieb generatorisch arbeiten und Drehmoment wegnehmen, d.h. Gegenbremsen. Dies ist zum Beispiel der Fall bei Fahrgeschwindigkeiten oberhalb der Abregelgeschwindigkeit. Oberhalb dieser Unterstützungsgeschwindigkeit darf das elektrische Antriebssystem den Fahrer nicht mehr unterstützen. Es entsteht dann elektrische Blindleistung, der effektive Antrieb erfolgt jedoch rein mit Muskelkraft.In addition, results in the first embodiment, that at standstill of the first electric drive EM 1 the first planetary gear set PS1 a translation into slow from the crankshaft to abrasion 2 or sprocket represents. At a given driving speed results in a certain cadence, which corresponds to the pedal crankshaft speed. When the actual cadence in the first embodiment is higher than the pedal crankshaft speed, the first electric drive rotates forward and operates as a generator. If the driver still wants to support, the second electric drive must work motorically and add up the torque. This can be the case, for example, in slow uphill driving. When the actual cadence in the first embodiment is lower than the pedal crankshaft speed, the first electric drive rotates backward and operates by a motor. If the driver is not to assist or support less, the second electric drive must operate as a generator and take away torque, ie Against brakes. This is the case, for example, for travel speeds above the Abregelgeschwindigkeit. Above this support speed, the electric drive system may no longer support the driver. It then produces electrical reactive power, but the effective drive is purely by muscle power.

Bei der zweiten Ausführungsvariante ergibt sich der Vorteil, dass aufgrund der Anbindung des Abtriebes 2 an dem Planetenradträger PT1 ein höheres Abtriebsmoment erzeugbar ist, weil sich die Drehmomente des elektrischen Antriebes EM 1 und der Muskelkraft an dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PS1 addieren.In the second embodiment, there is the advantage that due to the connection of the output 2 on the planet carrier PT1 a higher output torque can be generated because the torques of the electric drive EM 1 and the muscle power on the planet carrier PT1 of the first planetary gear set PS1 add.

Ferner ergibt sich bei der zweiten Ausführungsvariante, dass im Stillstand des ersten elektrischen Antriebes EM 1 der erste Planetenradsatz PS1 eine Übersetzung ins Langsame von der Tretkurbelwelle zum Abrieb 2 bzw. Kettenrad darstellt. Bei einer gegebenen Fahrgeschwindigkeit ergibt sich eine bestimmte Trittfrequenz mit entsprechender Tretkurbelwellendrehzahl. Bei schnellerem Treten als die Tretkurbelwellendrehzahl dreht die elektrische Maschine rückwärts und arbeitet generatorisch. Dies ist typischerweise bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten der Fall. Bei langsamerem Treten als die Tretkurbelwellendrehzahl dreht die elektrische Maschine vorwärts und arbeitet motorisch. Dies ist typischerweise bei höheren Fahrgeschwindigkeiten der Fall.Furthermore, it results in the second embodiment, that at standstill of the first electric drive EM 1 the first planetary gear set PS1 a translation into slow from the crankshaft to abrasion 2 or sprocket represents. At a given driving speed results in a certain cadence with appropriate pedal crankshaft speed. At faster pedaling than the pedal crankshaft speed, the electric machine turns backwards and operates as a generator. This is typically the case at low speeds. At slower pedaling than the pedal crankshaft speed, the electric machine rotates forward and operates by motor. This is typically the case at higher speeds.

Ferner ist aus den 1 und 2 ersichtlich, dass ein Rotor 4 des zweiten elektrischen Antriebes EM 2 achsparallel zu der manuellen Antriebswelle 1 angeordnet ist, wobei ein vierter Planetenradsatz PS4 und ein fünfter Planetenradsatz PS5 als Vorübersetzung koaxial zu dem Rotor 4 des zweiten elektrischen Antriebes EM 2 angeordnet sind. Der vierte Planetenradsatz PS4 und der fünfte Planetenradsatz PS5 sind hintereinandergeschaltet, wobei die Sonnenräder SR4, SR5 jeweils den Antrieb der Planetenradsätze PS4 und PS5 bilden, die Planetenräder PT4, PT5 jeweils den Abtrieb der Planetenradsätze PS4 und PS5 bilden und die Hohlräder HR4, HR5 jeweils mit dem Gehäuse 5 verbunden sind.Furthermore, from the 1 and 2 seen that a rotor 4 of the second electric drive EM 2 paraxial to the manual drive shaft 1 is arranged, wherein a fourth planetary gear PS4 and a fifth planetary gear set PS5 as pre-translation coaxial with the rotor 4 of the second electric drive EM 2 are arranged. The fourth planetary gear set PS4 and the fifth planetary gear set PS5 are cascaded, with the sun gears SR4 . SR5 respectively the drive of the planetary gear sets PS4 and PS5 form, the planet gears PT4 . PT5 respectively the output of the planetary gear sets PS4 and PS5 form and the ring gears HR4 . HR5 each with the housing 5 are connected.

Im Einzelnen ist bei den Ausführungsvarianten vorgesehen, dass der Rotor 4 des zweiten elektrischen Antriebes EM 2 mit dem Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes PS4 verbunden ist, dass der Planetenradträger PT4 des vierten Planetenradsatzes PS4 mit dem Sonnenrad SR5 des fünften Planetenradsatzes PS5 verbunden ist und dass der Planetenradträger PT5 über eine Stirnradstufe ST und ein Riemen- oder Kettentrieb 8 mit dem Abtrieb 2 des Pedelecs verbunden ist.In detail, it is provided in the embodiment variants that the rotor 4 of the second electric drive EM 2 with the sun wheel SR4 of the fourth planetary gear set PS4 connected is that the planet carrier PT4 of the fourth planetary gear set PS4 with the sun wheel SR5 of the fifth planetary gear set PS5 is connected and that the planet carrier PT5 via a spur gear ST and a belt or chain drive 8th with the downforce 2 the pedelec is connected.

Um axiale Baulänge zu sparen, ist der erste Planetenradsatz PS1 mindestens teilweise baulich in das Zahnrad bzw. Riemenrad, welches koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet ist, integriert.To save axial length, is the first planetary gear set PS1 at least partially structurally integrated in the gear wheel or pulley, which is arranged coaxially with the pedal crankshaft.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015100676 B3 [0003]
DE 102013220299 A [0004]

Claims

Drive arrangement of a pedelec with a manual drive shaft (1) and with a first electric drive (EM 1), which are coupled via at least one first planetary gear set (PS1) with an output (2), characterized in that the output (2) via at least another planetary gear set (PS4, PS5) is coupled to a second electric drive (EM 2).

Drive arrangement according to Claim 1 , characterized in that the first electric drive (EM 1) with at least the first planetary gear set (PS1) is arranged coaxially with the manual drive shaft (1).

Drive arrangement according to Claim 2 , characterized in that a rotor (4) of the second electric drive (EM 2) is arranged axially parallel to the manual drive shaft (1), wherein the at least one further planetary gear set (PS4, PS5) coaxial with a rotor (4) of the second electrical Drive (EM 2) is arranged.

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a pedal crankshaft as a manual drive shaft (1) with a planet carrier (PT1) of the first planetary gear set (PS1) is connected, that a sun gear (SR1) directly or indirectly with a rotor (3) of the first electric drive (EM 1) is connected, and that a ring gear (HR1) of the first planetary gear set (PS1) with the output (2) of the Pedelecs is connected.

Drive arrangement according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that a pedal crankshaft as a manual drive shaft (1) with a ring gear (HR1) of the first planetary gear set (PS1) is connected, that a sun gear (SR1) directly or indirectly with a rotor (3) of the first electric drive (EM 1 ), and that a planet carrier (PT1) of the first planetary gear set (PS1) is connected to the output (2) of the pedelec.

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first planetary gear set (PS1) is preceded by a second planetary gear set (PS2) and a third planetary gear set (PS3) as pre-translation.

Drive arrangement according to Claim 6 , characterized in that the second planetary gear set (PS2) and the third planetary gear set (PS3) are connected in series, wherein the sun gears (SR2, SR3) respectively form the drive of the planetary gear sets (PS2, PS3), the planet carrier (PT2, PT3) respectively Form output of the planetary gear sets (PS2, PS3) and the ring gears (HR2, HR3) are each connected to a housing (5).

Drive arrangement according to Claim 6 or 7 , characterized in that the rotor (3) of the first electric drive (EM 1) is connected to the sun gear (SR2) of the second planetary gearset (PS2), that the planet carrier (PT2) of the second planetary gearset (PS2) is connected to the sun gear (SR3 ) of the third planetary gear set (PS3) and that the planet carrier (PT3) of the third planetary gear set (PS3) with the sun gear (SR1) of the first planetary gear set (PS1) is connected.

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the second electric drive (EM 2) via a fourth planetary gear set (PS4) and a fifth planetary gear set (PS5) is connected as Vorübersetzung with the output (2) of the Pedelecs.

Drive arrangement according to Claim 9 , characterized in that the fourth planetary gear set (PS4) and the fifth planetary gear set (PS5) are connected in series, wherein the sun gears (SR4, SR5) respectively form the drive of the planetary gear sets (PS4, PS5), the planet carrier (PT4, PT5) respectively Output of the planetary gear sets (PS4, PS5) form and the ring gears (HR4, HR 5) are each connected to the housing (5).

Drive arrangement according to Claim 9 or 10 , characterized in that the rotor (4) of the second electric drive (EM 2) is connected to the sun gear (SR4) of the fourth planetary gear set (PS4) that the planet carrier (PT4) of the fourth planetary gear set (PS4) with the sun gear (SR5 ) of the fifth planetary gear set (PS5) is connected and that the planet carrier (PT5) of the fifth planetary gear set (PS5) via a spur gear (ST) and / or via a belt or chain drive (8) with the output (2) of the Pedelecs is connected ,

Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first planetary gear set (PS1) at least partially in a drive wheel or pulley, which is arranged coaxially with the pedal crankshaft integrated.