DE102019201812B3 - Drive device for an electric bike and electric bike with a drive device - Google Patents
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Abstract
Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Antriebsvorrichtung (V) für ein Elektrofahrrad, mit- einer um eine erste Wellenachse (A1) drehbaren Tretlagerwelle (T),- einer ebenfalls um die erste Wellenachse (A1) drehbaren Abtriebswelle (AT) zum Antreiben eines Rades des Elektrofahrrads (1),- einem ersten Elektromotoren (E1), der eine erste Rotorwelle (R1) zu einer Drehung um einer dritte Wellenachse (A3) antreibt, und einem zweiten Elektromotor (E2), der eine zweite Rotorwelle (R2) antreibt, sowie- einem eine Planetenradstufe (P) aufweisenden Überlagerungsgetriebe (UG), dessen Übersetzungsverhältnis mithilfe der ersten und zweiten Elektromotoren (E1, E2) stufenlos einstellbar ist und über das die Tretlagerwelle (T) und die Abtriebswelle (AT) miteinander gekoppelt sind,wobei ein von dem ersten Elektromotor (E1) erzeugtes Drehmoment zumindest teilweise an die Abtriebswelle (AT) übertragbar ist, indem eine Drehung der ersten Rotorwelle (R1) über wenigstens eine Getriebestufe (ST4) an ein um eine zweite Wellenachse (A2) drehbares Hohlrad (H) der Planetenradstufe (P) übertragbar ist,Die zweite Rotorwelle (R2) ist zu einer Drehung um eine vierte Wellenachse (A4) antreibbar, die zu den ersten, zweiten und dritten Wellenachsen (A1, A2, A3) verschieden ist.The proposed solution relates to a drive device (V) for an electric bicycle, with - a bottom bracket shaft (T) rotatable about a first shaft axis (A1), - an output shaft (AT) also rotatable about the first shaft axis (A1) for driving a wheel of the electric bicycle (1), - a first electric motor (E1), which drives a first rotor shaft (R1) for rotation about a third shaft axis (A3), and a second electric motor (E2), which drives a second rotor shaft (R2), and - a planetary gear stage (P) having a superposition gear (UG), the transmission ratio of which can be infinitely adjusted using the first and second electric motors (E1, E2) and via which the bottom bracket shaft (T) and the output shaft (AT) are coupled to one another, one of which Torque generated by the first electric motor (E1) can be at least partially transmitted to the output shaft (AT) by rotating the first rotor shaft (R1) via at least one gear stage (ST4) to e The second rotor shaft (R2) can be driven to rotate about a fourth shaft axis (A4), which rotates with respect to the first, second and third shaft axes (A). A1, A2, A3) is different.
Description
Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 und ein Elektrofahrrad mit einer Antriebsvorrichtung gemäß Patentanspruch 12.The proposed solution relates to a drive device for an electric bicycle according to the preamble of claim 1 and an electric bicycle with a drive device according to claim 12.
Es ist bekannt, an einem Elektrofahrrad, mithin an einem sogenannten E-Bike oder Pedelec, zwei Elektromotoren in Kombination mit einem eine Planetenradstufe aufweisenden Überlagerungsgetriebe einzusetzen, um ein Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb stufenlos einzustellen. Eine solche Antriebsvorrichtung weist hierbei zum einen eine Tretlagerwelle auf, über die ein von einem Fahrer des Elektrofahrrads erzeugtes Antriebsdrehmoment eingeleitet werden kann und an der hierfür Pedale vorgesehen sind. Über eine mit einem Rad des Elektrofahrrads zu koppelnde Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung wird dann ein an der Tretlagerwelle eingeleitetes Antriebsdrehmoment und/oder ein elektromotorisch erzeugtes Drehmoment an ein Rad, üblicherweise ein Hinterrad des Elektrofahrrads, übertragen. Über das Überlagerungsgetriebe sind die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle miteinander gekoppelt, wobei ein von einem ersten Elektromotor der zwei Elektromotoren erzeugtes Drehmoment zumindest teilweise an die Abtriebswelle übertragbar ist. Über den zweiten Elektromotor der zwei Elektromotoren ist ein Übersetzungsverhältnis stufenlos einstellbar, sodass das Elektrofahrrad über ein Antriebsdrehmoment des ersten Elektromotors beschleunigbar ist, ohne dass hierfür an der Tretlagerwelle schneller oder mit größerer Kraft gedreht werden müsste. Der zweite Elektromotor dient derart auch der Abstützung des von dem ersten Elektromotor erzeugten Drehmoments und kann hierfür je nach Übersetzungsverhältnis eine Rotorwelle in unterschiedliche Drehrichtungen drehen. Eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad mit einem vergleichbaren Überlagerungsgetriebe und zwei Elektromotoren ist hierbei beispielsweise aus der
Bei der aus der
Die
Die
Hiervon ausgehend liegt der vorgeschlagenen Lösung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad weiter zu verbessern.Proceeding from this, the proposed solution is based on the object of further improving a drive device for an electric bicycle.
Diese Aufgabe ist mit einer Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und einem Elektrofahrrad nach Anspruch 12 gelöst.This object is achieved with a drive device according to claim 1 and an electric bicycle according to claim 12.
Hiernach ist vorgesehen, dass die zweite Rotorwelle eines zweiten Elektromotors der Antriebsvorrichtung zu einer Drehung um eine vierte Wellenachse antreibbar ist, die zu einer ersten Wellenachse für die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle, zu einer zweiten Wellenachse für ein Hohlrad der Planetenradstufe und damit die Getriebeachse der Planetenradstufe sowie zu einer dritten Wellenachse für die erste Rotorwelle eines ersten Elektromotors verschieden ist.According to this, it is provided that the second rotor shaft of a second electric motor of the drive device can be driven to rotate about a fourth shaft axis, which is to a first shaft axis for the bottom bracket shaft and the output shaft, to a second shaft axis for a ring gear of the planetary gear stage and thus the gear axis of the planetary gear stage as well as a third shaft axis for the first rotor shaft of a first electric motor is different.
Eine vorgeschlagene Antriebsvorrichtung ist folglich vierwellig ausgelegt und weist damit vier Wellenachsen und damit Wellenstränge auf, wobei
- - die Tretlagerwelle sowie die Abtriebswelle um die erste Wellenachse,
- - das Hohlrad der Planetenradstufe um die zweite Wellenachse,
- - die erste Rotorwelle um die dritte Wellenachse und
- - die zweite Rotorwelle um die vierte Wellenachse
- - the bottom bracket shaft and the output shaft around the first shaft axis,
- - the ring gear of the planetary gear stage around the second shaft axis,
- - The first rotor shaft about the third shaft axis and
- - The second rotor shaft around the fourth shaft axis
Die zweite Rotorwelle kann über wenigstens eine weitere Getriebestufe mit einem Sonnenrad der Planetenradstufe gekoppelt sein, um ein Drehmoment von der zweiten Rotorwelle an das Sonnenrad zu übertragen. In einer Ausführungsvariante übersetzt hierbei die wenigstens eine weitere Getriebestufe eine Drehung der zweiten Rotorwelle in eine Drehung des Sonnenrades mit geringerer Drehzahl. Die wenigstens eine weitere Getriebestufe ist somit für eine Übersetzung ins Langsame vorgesehen. In diesem Zusammenhang weist die wenigstens eine weitere Getriebestufe beispielsweise eine Übersetzung im Bereich von -1 bis -4, insbesondere -1,8 bis -2,5 auf.The second rotor shaft can be coupled to a sun gear of the planetary gear stage via at least one further gear stage in order to transmit a torque from the second rotor shaft to the sun gear. In an embodiment variant, the at least one further gear stage translates a rotation of the second rotor shaft into a rotation of the sun gear at a lower speed. The at least one further gear stage is thus provided for a slow translation. In this context, the at least one further gear stage has, for example, a transmission ratio in the range from -1 to -4, in particular -1.8 to -2.5.
In einem Ausführungsbeispiel sind, in einer Vorderansicht entlang der vierten Wellenachse gesehen, die erste Wellenachse für die Tretlagerwelle, die vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle und die zweite Wellenachse für das Hohlrad (und damit die Getriebeachse der Planetenradstufe) an Eckpunkten eines virtuellen Dreiecks angeordnet. Hiermit ist der benötigte Bauraum für die zusätzliche vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle des zweiten Elektromotors vergleichsweise gering, sodass alle Komponenten der Antriebsvorrichtung ohne Weiteres in einem vergleichsweise klein bauenden Gehäuse gemeinsam untergebracht werden können.In one exemplary embodiment, viewed in a front view along the fourth shaft axis, the first shaft axis for the bottom bracket shaft, the fourth shaft axis for the second rotor shaft and the second shaft axis for the ring gear (and thus the gear axis of the planetary gear stage) are arranged at corner points of a virtual triangle. As a result, the installation space required for the additional fourth shaft axis for the second rotor shaft of the second electric motor is comparatively small, so that all components of the drive device can easily be accommodated together in a comparatively small housing.
Alternativ oder ergänzend liegen die vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle und die dritte Wellenachse für die erste Rotorwelle in einer Ebene, zu der sowohl die erste Wellenachse für die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle als auch die zweite Wellenachse für das Hohlrad beabstandet sind. Sowohl die erste Wellenachse als auch die zweite Wellenachse verlaufen hierbei parallel zu der durch die vierte Wellenachse und die dritte Wellenachse definierte Ebene, sind jedoch jeweils hierzu beabstandet. Ein Abstand der ersten Wellenachse zu dieser Ebene kann hierbei von einem Abstand der zweiten Wellenachse zu dieser Ebene verschieden sein.Alternatively or in addition, the fourth shaft axis for the second rotor shaft and the third shaft axis for the first rotor shaft lie in a plane to which both the first shaft axis for the bottom bracket shaft and the output shaft and the second shaft axis for the ring gear are spaced apart. Both the first shaft axis and the second shaft axis run parallel to the plane defined by the fourth shaft axis and the third shaft axis, but are spaced apart from each other. A distance between the first shaft axis and this plane can differ from a distance between the second shaft axis and this plane.
Alternativ oder ergänzend können die erste Wellenachse für die Tretlagerwelle und die zweite Wellenachse für das Hohlrad in einer Ebene liegen, zu der die dritte Wellenachse für die erste Rotorwelle und die vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle beabstandet sind, insbesondere unterschiedlich beabstandet sind. Je nach gewählten Übersetzungsverhältnissen der zwischen den Wellenachsen vorgesehenen Getriebestufen können alternativ aber auch die erste Wellenachse, die zweite Wellenachse und die dritte Wellenachse in einer gemeinsamen Ebene liegen, zu der lediglich die vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle des zweiten Elektromotors beabstandet ist.Alternatively or in addition, the first shaft axis for the bottom bracket shaft and the second shaft axis for the ring gear can lie in a plane to which the third shaft axis for the first rotor shaft and the fourth shaft axis for the second rotor shaft are spaced apart, in particular are spaced differently. Depending on the selected transmission ratios of the gear stages provided between the shaft axes, the first shaft axis, the second shaft axis and the third shaft axis can alternatively lie in a common plane, to which only the fourth shaft axis for the second rotor shaft of the second electric motor is spaced.
Das Hohlrad kann für ein Kämmen mit Planetenrädern der Planetenradstufe grundsätzlich eine Innenverzahnung und für eine Übertragung der Drehung der ersten Rotorwelle an das Hohlrad eine Außenverzahnung aufweisen. Der erste Elektromotor überträgt folglich sein Drehmoment zur Beschleunigung der Abtriebswelle (und damit bei bestimmungsgemäß eingebauter Antriebsvorrichtung zur Beschleunigung des Elektrofahrrads) über die Außenverzahnung des Hohlrades, das über eine Innenverzahnung mit den Planetenrädern der Planetenradstufe kämmt.The ring gear can basically have internal teeth for meshing with planet gears of the planetary gear stage and external teeth for transmitting the rotation of the first rotor shaft to the ring gear. The first electric motor consequently transmits its torque to accelerate the output shaft (and thus, when the drive device is installed as intended, to accelerate the electric bicycle) via the external toothing of the ring gear, which meshes with the planetary gears of the planetary gear stage via an internal toothing.
In einer Ausführungsvariante ist die wenigstens eine Getriebestufe, über die eine Drehung der ersten Rotorwelle an das Hohlrad der Planetenradstufe übertragbar ist, als Stirnradstufe ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann die wenigstens eine Getriebestufe mit einem Zugmitteltrieb ausgebildet sein. Dies schließt insbesondere ein, dass die wenigstens eine Getriebestufe als Zahnriemen-Getriebestufe ausgebildet ist.In one embodiment variant, the at least one gear stage, via which a rotation of the first rotor shaft can be transmitted to the ring gear of the planetary gear stage, is designed as a spur gear stage. Alternatively or in addition, the at least one gear stage can be designed with a traction mechanism drive. This includes in particular that the at least one gear stage is designed as a toothed belt gear stage.
Alternativ oder ergänzend weist die Antriebsvorrichtung für die Übertragung eines Drehmoments von dem Hohlrad an die Abtriebswelle wenigstens eine weitere Getriebestufe auf. Diese wenigstens eine weitere Getriebestufe realisiert in einem Ausführungsbeispiel eine Übersetzung ins Langsame, das heißt, die wenigstens eine weitere Getriebestufe übersetzt eine Drehung des Hohlrades mit einer ersten Drehzahl in eine Drehung der Abtriebswelle mit einer im Vergleich zu der ersten Drehzahl des Hohlrades geringeren zweiten Drehzahl. Die Übersetzung ins Langsame kann hierbei auch über genau eine weitere Getriebestufe zwischen dem Hohlrad und der Abtriebswelle realisiert sein.Alternatively or in addition, the drive device for the transmission of a torque from the ring gear to the output shaft has at least one further gear stage. In one exemplary embodiment, this at least one further gear stage implements a translation into slow speed, that is to say that the at least one further gear stage translates a rotation of the ring gear with a first speed into a rotation of the output shaft with a lower second speed in comparison to the first speed of the ring gear. The translation into slow speed can also be realized via exactly one further gear stage between the ring gear and the output shaft.
In einem Ausführungsbeispiel ist für die Übertragung eines von der Tretlagerwelle erzeugten Drehmoments an die Planetenradstufe wenigstens eine Getriebestufe vorgesehen. Über diese Getriebestufe ist die Tretlagerwelle mit einem Planetenradträger der Planetenradstufe gekoppelt. Diese der Tretlagerwelle zugeordnete Getriebestufe ist folglich zu der Getriebestufe verschieden, über die eine Drehung der ersten Rotorwelle an das Hohlrad der Planetenradstufe übertragbar ist. Bei dieser Konfiguration ist insbesondere ohne Weiteres realisierbar, dass die Rotationsachse der Tretlagerwelle und der Abtriebswelle koaxial zueinander verlaufen und die Rotationsachsen der beiden Rotorwellen des ersten und zweiten Elektromotors hierzu parallel angeordnet werden.In one embodiment, at least one gear stage is provided for the transmission of a torque generated by the bottom bracket shaft to the planetary gear stage. The bottom bracket shaft is coupled to a planet gear carrier of the planet gear stage via this gear stage. This gear stage assigned to the bottom bracket shaft is consequently different from the gear stage via which a rotation of the first rotor shaft can be transmitted to the ring gear of the planetary gear stage. In this configuration, it can be easily realized, in particular, that the axis of rotation of the bottom bracket shaft and the output shaft run coaxially to one another and the axes of rotation of the two rotor shafts of the first and second electric motors are arranged parallel to this.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.The attached figures illustrate examples of possible design variants of the proposed solution.
Hierbei zeigen:
-
1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung (ohne Gehäuse); -
2 eine Vorderansicht der Antriebsvorrichtung der1 ; -
3A eine Schnittdarstellung der Antriebsvorrichtung der1 und2 entsprechend der Schnittlinie A-A der2 ; -
3B eine Schnittdarstellung der Antriebsvorrichtung der1 und2 entsprechend der Schnittlinie B-B der2 ; -
4 eine Antriebsvorrichtung unter Veranschaulichung eines Überlagerungsgetriebes, das eine Tretlagerwelle mit einer Abtriebswelle koppelt und dessen Übersetzungsverhältnis über zwei Elektromotoren stufenlos einstellbar ist.
-
1 a plan view of an embodiment variant of a proposed drive device (without housing); -
2nd a front view of the drive device of the1 ; -
3A a sectional view of the drive device of the1 and2nd according to section line AA of2nd ; -
3B a sectional view of the drive device of the1 and2nd according to the section line BB of the2nd ; -
4th a drive device illustrating a superposition gear, which couples a bottom bracket shaft to an output shaft and the transmission ratio is infinitely adjustable via two electric motors.
Die
Über das Überlagerungsgetriebe
Ein Übersetzungsverhältnis des Übertragungsgetriebes
Hierbei treiben die Elektromotoren
Die Tretlagerwelle
Der zweite, abstützende Elektromotor
Über den ersten Elektromotor
In Weiterbildung der Antriebsvorrichtung
Die Antriebsvorrichtung
Analog zu der Antriebsvorrichtung
Über die Stirnradstufe
Bei der dargestellten Ausführungsvariante ist die zweite Rotorwelle
Ein Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufe
Wie insbesondere aus der
Gleichwohl bei der Antriebsvorrichtung
BezugszeichenlisteReference list
- A1, A2, A3, A4A1, A2, A3, A4
- WellenachseShaft axis
- ARAR
- AußenverzahnungExternal teeth
- ATAT
- AbtriebswelleOutput shaft
- E1E1
- 1. Elektromotor1. Electric motor
- E2E2
- 2. Elektromotor2. Electric motor
- GG
- Gehäusecasing
- HH
- HohlradRing gear
- IRIR
- InnenverzahnungInternal teeth
- KK
- KoppelteilCoupling part
- KW1-KW3KW1-KW3
- KoppelwelleCoupling shaft
- PP
- PlanetenradstufePlanetary gear stage
- PRPR
- PlanetenradPlanet gear
- PTPT
- PlanetenradträgerPlanet carrier
- R1, R2R1, R2
- RotorwelleRotor shaft
- SS
- SonnenradSun gear
- SESE
- SteuerelektronikControl electronics
- ST1-ST4ST1-ST4
- Stirnradstufe (Getriebestufe)Helical gear stage (gear stage)
- TT
- TretlagerwelleBottom bracket shaft
- Ta, TbTa, Tb
- PedalhalterPedal holder
- UGBasement
- ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
- VV
- AntriebsvorrichtungDrive device
Claims (12)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |