DE102021102988A1 - Drive arrangement with deceleration device for human-powered vehicle, vehicle with the drive arrangement and method - Google Patents
Drive arrangement with deceleration device for human-powered vehicle, vehicle with the drive arrangement and method Download PDFInfo
- Publication number
- DE102021102988A1 DE102021102988A1 DE102021102988.0A DE102021102988A DE102021102988A1 DE 102021102988 A1 DE102021102988 A1 DE 102021102988A1 DE 102021102988 A DE102021102988 A DE 102021102988A DE 102021102988 A1 DE102021102988 A1 DE 102021102988A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- generator
- module
- drive arrangement
- drive
- delay device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
- B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
- B62M6/60—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
- B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
- B62M6/45—Control or actuating devices therefor
Abstract
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung für muskelbetriebenes Fahrzeug vorzuschlagen, welches sich durch einen besonders hohen Bedienungskomfort auszeichnet.Hierzu wird eine Antriebsanordnung 5 für ein muskelbetriebenes Fahrzeug 1 vorgeschlagen, mit einem Generatormodul 6 zur Erzeugung elektrischer Energie für ein Antriebsmodul 7 zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments, wobei das Generatormodul 6 einen Generator 15 aufweist, der durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft antreibbar ist, wobei das Generatormodul 6 eine Tretkurbelwelle 14 zur Übertragung der Tretkraft von einer Tretkurbel 9 auf den Generator 15 aufweist, wobei das Generatormodul 6 eine Verzögerungseinrichtung 33 zur Erzeugung einer Verzögerungskraft aufweist, wobei die Verzögerungskraft der Tretkraft entgegenwirkt.It is an object of the present invention to propose a drive arrangement for a human-powered vehicle, which is characterized by a particularly high level of operating comfort. For this purpose, a drive arrangement 5 for a human-powered vehicle 1 is proposed, with a generator module 6 for generating electrical energy for a drive module 7 for generating an electrical drive torque, generator module 6 having a generator 15 which can be driven by a vehicle user by pedaling power, generator module 6 having a pedal crankshaft 14 for transmitting the pedaling power from a pedal crank 9 to generator 15, generator module 6 having a delay device 33 has for generating a deceleration force, wherein the deceleration force counteracts the pedaling force.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für muskelbetriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung und/oder des Fahrzeugs.The invention relates to a drive arrangement for a human-powered vehicle with the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to a vehicle with the drive arrangement and a method for operating the drive arrangement and/or the vehicle.
Es sind elektrische Fahrräder bekannt, welche ohne eine physikalische Antriebsverbindung zwischen Tretkurbel und Hinterrad angetrieben werden können. Der Fahrer treibt dabei mit den Tretkurbeln einen Generator zur Stromerzeugung an, um einen mit dem Hinterrad verbundenen Antriebsmotor mit Strom zu versorgen. Bei einem derartigen Antriebssystem kann somit die physikalische Antriebsverbindung, wie z.B. Kette, Zahnriemen, Kardanwelle etc. entfallen. Der Entfall der physikalischen Antriebsverbindung führt zu einem stark veränderten Tretverhalten dieser elektrischen Fahrräder.Electric bicycles are known which can be driven without a physical drive connection between the crank and the rear wheel. The driver uses the pedal cranks to drive a generator to generate electricity in order to supply electricity to a drive motor connected to the rear wheel. With such a drive system, the physical drive connection, such as a chain, toothed belt, cardan shaft, etc., can be omitted. The omission of the physical drive connection leads to a greatly changed pedaling behavior of these electric bicycles.
Die Druckschrift
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsanordnung für muskelbetriebenes Fahrzeug vorzuschlagen, welches sich durch einen besonders hohen Bedienungskomfort auszeichnet.It is an object of the present invention to propose a drive arrangement for a human-powered vehicle, which is characterized by a particularly high level of operating comfort.
Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.This object is achieved by a drive arrangement having the features of claim 1, by a vehicle having the features of claim 9 and by a method having the features of claim 10. Preferred or advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims, the following description and the attached figures.
Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebsanordnung, welche für ein muskelbetriebenes Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein elektrisches Fahrrad, auch als E-Bike bekannt, ausgebildet. Grundsätzlich kann das Fahrrad genau zwei Räder aufweisen. Alternativ kann das Fahrzeug jedoch auch mehr als zwei, insbesondere genau drei oder vier Räder aufweisen.The subject matter of the invention is a drive arrangement which is designed and/or suitable for a human-powered vehicle. In particular, the vehicle is designed as an electric bicycle, also known as an e-bike. In principle, the bicycle can have exactly two wheels. Alternatively, however, the vehicle can also have more than two wheels, in particular exactly three or four wheels.
Die Antriebsanordnung ist mit einem Antriebsmodul koppelbar, alternativ bildet das Antriebsmodul eine Komponente der Antriebsanordnung. Das Antriebsmodul dient zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments. Das Antriebsmodul umfasst vorzugsweise mindestens einen Elektromotor, welcher elektrische Energie in ein elektrisches Antriebsmoment wandelt. Dabei ist das Antriebsmodul, insbesondere der Elektromotor, mit mindestens oder genau einem Antriebsrad des Fahrzeugs antriebstechnisch verbindbar und/oder verbunden. Prinzipiell ist das Antriebsmodul als ein Radnabenantrieb ausgebildet, welcher in das Antriebsrad des Fahrzeugs integriert ist. Alternativ kann das Antriebsmodul jedoch auch außerhalb des Antriebsrades angeordnet und/oder als zentraler Antriebsmotor für ein oder mehrere Antriebsräder dienen. Grundsätzlich ist das Antriebsrad als ein Hinterrad des Fahrzeugs ausgebildet. Alternativ kann das Antriebsrad jedoch auch als ein Vorderrad des Fahrzeugs ausgebildet sein.The drive arrangement can be coupled to a drive module, alternatively the drive module forms a component of the drive arrangement. The drive module is used to generate an electrical drive torque. The drive module preferably includes at least one electric motor, which converts electrical energy into an electrical drive torque. In this case, the drive module, in particular the electric motor, can be and/or is connected in terms of drive technology to at least or precisely one drive wheel of the vehicle. In principle, the drive module is designed as a wheel hub drive, which is integrated into the drive wheel of the vehicle. Alternatively, however, the drive module can also be arranged outside of the drive wheel and/or can serve as a central drive motor for one or more drive wheels. Basically, the drive wheel is designed as a rear wheel of the vehicle. Alternatively, however, the drive wheel can also be designed as a front wheel of the vehicle.
Die Antriebsanordnung weist ein Generatormodul auf, welches zur Erzeugung elektrischer Energie für den Elektromotor ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Generatormodul ist insbesondere separat zu dem Antriebsmodul ausgebildet. Das Generatormodul weist hierzu einen Generator auf, der durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft antreibbar ist. Insbesondere erzeugt der Generator eine elektrische Leistung, welche aus der am Generator aufgebrachten Drehmomente und Drehzahlen resultiert. Vorzugsweise kann der Fahrzeugbenutzer die Größe der elektrischen Leistung in Abhängigkeit der Tretkraft bzw. Trittfrequenz variieren. Bevorzugt weist die Antriebsanordnung eine Steuerungseinrichtung auf, welche ausgebildet ist, das Antriebsmoment und/oder eine Antriebsdrehzahl des Antriebsmoduls in Abhängigkeit der Tretkraft und/oder Trittfrequenz zu steuern. Besonders bevorzugt ist der Generator nicht zur Umsetzung eines Betriebs als Antriebsmotor ausgebildet und/oder kann ausschließlich in einem Generatorbetrieb laufen. Alternativ kann der Generator elektromotorisch betrieben werden, um z.B. die Kurbeln in eine bestimmte Position zu bringen.The drive arrangement has a generator module which is designed and/or suitable for generating electrical energy for the electric motor. The generator module is in particular designed separately from the drive module. For this purpose, the generator module has a generator that can be driven by a vehicle user by pedaling. In particular, the generator generates electrical power which results from the torques and speeds applied to the generator. Preferably, the vehicle user can vary the size of the electrical power depending on the pedaling force or pedaling frequency. The drive arrangement preferably has a control device which is designed to control the drive torque and/or a drive speed of the drive module as a function of the pedaling force and/or pedaling frequency. Particularly preferably, the generator is not designed to operate as a drive motor and/or can run exclusively in generator mode. Alternatively, the generator can be operated by an electric motor, e.g. to bring the cranks into a certain position.
Das Generatormodul weist eine Tretkurbelwelle auf, welche zur Übertragung der Tretkraft auf den Generator ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere sind an der Tretkurbelwelle endseitig jeweils eine Tretkurbel angeordnet, über welche die Tretkraft in die Tretkurbelwelle eingeleitet wird. Insbesondere ist die Tretkurbelwelle drehbar in dem Generatormodul gelagert. Bevorzugt definiert die Tretkurbelwelle mit ihrer Rotationsachse eine Hauptdrehachse des Generatormoduls. Die Tretkurbelwelle verläuft bevorzugt durchgängig von einer Tretkurbel zu der anderen Tretkurbel.The generator module has a pedal crankshaft, which is designed and/or suitable for transmitting the pedaling force to the generator. In particular, a pedal crank is arranged at each end of the pedal crankshaft, via which the pedaling force is introduced into the pedal crankshaft. In particular, the pedal crankshaft is rotatably mounted in the generator module. The pedal crankshaft preferably defines a main axis of rotation of the generator module with its axis of rotation. The pedal crankshaft preferably runs continuously from one pedal crank to the other pedal crank.
Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Generatormodul eine Verzögerungseinrichtung zur Erzeugung einer Verzögerungskraft aufweist, wobei die Verzögerungskraft der Tretkraft entgegenwirkt. Insbesondere ist die Verzögerungskraft als eine Gegenkraft zu der Tretkraft ausgebildet. Wird somit ein Tretkraftdrehmoment in das Generatormodul durch den Fahrzeugbenutzer per Tretkraft eingeleitet, so erzeugt die Verzögerungseinrichtung eine Abstützung des Tretkraftdrehmoments durch ein Verzögerungsdrehmoment. Insbesondere ist die Verzögerungseinrichtung als eine integrierte Verzögerungseinrichtung ausgebildet.In the context of the invention, it is proposed that the generator module has a deceleration device for generating a deceleration force has, wherein the deceleration force counteracts the pedaling force. In particular, the deceleration force is designed as a counterforce to the pedaling force. If a pedaling force torque is thus introduced into the generator module by the vehicle user by pedaling force, the delay device produces a support of the pedaling force torque by a delaying torque. In particular, the delay device is designed as an integrated delay device.
Die Verzögerungseinrichtung kann vielfach eingesetzt werden. So kann diese beispielsweise benutzt werden, um die Tretkurbelwelle zu blockieren, um im Stillstand oder auch im Fahrbetrieb die Tretkurbeln in einer vordefinierten Position zu halten, beispielsweise um die Füße abstellen zu können. Alternativ oder ergänzend kann die Verzögerungseinrichtung verwendet werden, den Tretwiderstand für den Fahrzeugbenutzer wahlweise ergonomischer und/oder realitätsnaher im Vergleich zu einem Fahrzeug mit konventioneller Kettenkraftübertragung darzustellen. Insgesamt kann somit der Bedienungskomfort des Generatormoduls, damit der Antriebsanordnung und letztlich des Fahrzeugs erhöht werden.The delay device can be used in many ways. This can be used, for example, to block the crankshaft in order to keep the cranks in a predefined position when stationary or when driving, for example to be able to put your feet down. Alternatively or in addition, the delay device can be used to display the pedaling resistance for the vehicle user in a more ergonomic and/or realistic manner compared to a vehicle with conventional chain power transmission. Overall, the ease of use of the generator module, and thus of the drive arrangement and ultimately of the vehicle, can thus be increased.
Die Verzögerungseinrichtung ist insbesondere als eine mechanische Verzögerungseinrichtung ausgebildet, wobei die Verzögerungskraft mechanisch erzeugt wird. Insbesondere ist die Verzögerungseinrichtung als eine reibbasierte Verzögerungseinrichtung ausgebildet, wobei die Verzögerungskraft durch Reibung erzeugt wird. Prinzipiell kann vorgesehen sein, dass die Verzögerungseinrichtung als eine Kupplungseinrichtung ausgebildet ist, wobei beide Verzögerungspartner im Betrieb in Bewegung sind, insbesondere rotieren. Besonders bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Verzögerungseinrichtung als eine Bremseinrichtung realisiert ist, welche einen rotierbaren Verzögerungspartner, insbesondere Bremspartner, sowie einen stationären Verzögerungspartner, insbesondere Bremspartner aufweist.The deceleration device is designed in particular as a mechanical deceleration device, with the deceleration force being generated mechanically. In particular, the deceleration device is designed as a friction-based deceleration device, with the deceleration force being generated by friction. In principle, it can be provided that the deceleration device is designed as a clutch device, with both deceleration partners being in motion, in particular rotating, during operation. However, it is particularly preferably provided that the deceleration device is implemented as a braking device which has a rotatable deceleration partner, in particular a braking partner, and a stationary deceleration partner, in particular a braking partner.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung weist die Verzögerungseinrichtung einen rotierenden Verzögerungspartner auf, wobei der rotierbare Verzögerungspartner drehfest mit einem Rotor des Generators verbunden ist. Damit weist der rotierende Verzögerungspartner die gleiche Drehzahl wie der Rotor auf. Bei den meisten oder sogar allen Auslegungen der Antriebsanordnung, insbesondere des Generatormoduls, wird der Rotor in dem Antriebsstrang zwischen Tretkurbeln und Rotor die höchste Drehzahl und damit zugleich das niedrigste Drehmoment, insbesondere Tretdrehmoment, aufweisen. Damit muss nur das reduzierte Tretdrehmoment durch die Verzögerungseinrichtung abgestützt werden, so dass diese kompakter und/oder kleiner gestaltet werden kann. Besonders bevorzugt ist die Verzögerungseinrichtung als die Bremseinrichtung und der rotierende Verzögerungspartner als der rotierende Bremspartner ausgebildet.In a preferred implementation of the invention, the deceleration device has a rotating deceleration partner, the rotatable deceleration partner being non-rotatably connected to a rotor of the generator. The rotating deceleration partner thus has the same speed as the rotor. In most or even all designs of the drive arrangement, in particular the generator module, the rotor in the drive train between the pedal cranks and the rotor will have the highest speed and thus at the same time the lowest torque, in particular pedaling torque. This means that only the reduced pedaling torque has to be supported by the delay device, so that it can be made more compact and/or smaller. The deceleration device is particularly preferably designed as the braking device and the rotating deceleration partner as the rotating braking partner.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Generatormodul eine Getriebeeinrichtung auf, welche zur Übersetzung der Tretkraft auf den Generator ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Tretkurbelwelle ist dabei über die Getriebebeinrichtung getriebetechnisch mit dem Generator verbunden. Insbesondere dient die Getriebeeinrichtung zur Übersetzung ins Schnelle (i < 1), wobei die Drehzahl am Generator vergrößert und das übertragene Drehmoment auf den Generator verkleinert wird. Es bevorzugt, dass die Verzögerungseinrichtung insbesondere in axialer Hinsicht in Bezug auf die Hauptdrehachse zwischen der Getriebeeinrichtung und dem Generator und/oder dem Rotor angeordnet ist. Diese Positionierung ist besonders vorteilhaft, da der Zugriff auf den Rotor besonders einfach gestaltet werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the generator module has a transmission device which is designed and/or suitable for transmitting the pedaling force to the generator. The pedal crankshaft is connected in terms of transmission to the generator via the transmission device. In particular, the transmission device is used for stepping up (i<1), the speed at the generator being increased and the torque transmitted to the generator being reduced. It is preferred that the deceleration device is arranged between the transmission device and the generator and/or the rotor, in particular in an axial respect with respect to the main axis of rotation. This positioning is particularly advantageous since access to the rotor can be made particularly easy.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Getriebeeinrichtung in einem Nassraum und die Verzögerungseinrichtung in einem Trockenraum angeordnet. Besonders bevorzugt ist in dem Nassraum Öl, insbesondere Getriebeöl, und/oder Fett, insbesondere Schmierfett, für die Getriebeeinrichtung vorgesehen. Dagegen ist der Trockenraum ölfrei und/oder fettfrei ausgestaltet, um die Verzögerungswirkung der Verzögerungseinrichtung nicht zu beeinträchtigen. Nachdem auch der Generator in einem oder dem Trockenraum angeordnet ist, ist die Positionierung der Verzögerungseinrichtung zwischen der Getriebeeinrichtung und dem Generator bzw. dem Rotor besonders vorteilhaft.In a preferred embodiment of the invention, the transmission device is arranged in a wet room and the deceleration device is arranged in a dry room. Oil, in particular transmission oil, and/or grease, in particular lubricating grease, is particularly preferably provided for the transmission device in the wet space. On the other hand, the drying chamber is designed to be oil-free and/or grease-free in order not to impair the delay effect of the delay device. Since the generator is also arranged in one or the drying room, the positioning of the deceleration device between the transmission device and the generator or the rotor is particularly advantageous.
Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Verzögerungseinrichtung als eine Bremseinrichtung, insbesondere als eine Magnetbremse realisiert. Die Magnetbremse weist eine Magnetspule zur Erzeugung eines Magnetfelds sowie einen Reibpartner, insbesondere ausgebildet als Reibbelag, auf, wobei der Reibpartner stationär an der Magnetspule angeordnet ist. Beispielsweise weist die Magnetbremse ein Joch auf, wobei das Joch die Magnetspule trägt und wobei der Reibpartner auf dem Joch angeordnet ist. Die Magnetspule ist in dem Generatormodul gestellfest und/oder stationär positioniert. Die Magnetbremse weist ferner eine Ankerplatte auf, wobei die Ankerplatte in axialer Richtung zu der Hauptdrehachse verschiebbar angeordnet ist. Bei einer Beaufschlagung der Magnetspule mit elektrischem Strom wird die Ankerplatte in Richtung der Magnetspule gezogen und drückt auf den Reibbelag. Die Ankerplatte kann einen weiteren Reibpartner tragen oder kann als der weitere Reibpartner ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Magnetbremse eine Rückstelleinrichtung auf, wobei die Rückstelleinrichtung beispielsweise als eine umlaufende Blattfeder ausgebildet ist. Die Rückstelleinrichtung öffnet die Magnetbremse, wenn die Magnetspule stromlos ist. Es ist vorgesehen, dass die Ankerplatte drehfest um die Hauptdrehachse mit dem Rotor mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.In a preferred implementation of the invention, the delay device is implemented as a braking device, in particular as a magnetic brake. The magnetic brake has a magnetic coil for generating a magnetic field and a friction partner, in particular designed as a friction lining, with the friction partner being arranged in a stationary manner on the magnetic coil. For example, the magnetic brake has a yoke, the yoke carrying the magnetic coil and the friction partner being arranged on the yoke. The magnetic coil is fixed to the frame and/or positioned in a stationary manner in the generator module. The magnetic brake also has an anchor plate, the anchor plate being arranged such that it can be displaced in the axial direction relative to the main axis of rotation. When electric current is applied to the magnetic coil, the armature plate is pulled in the direction of the magnetic coil and presses on the friction lining. The anchor plate can carry a further friction partner or can be designed as the further friction partner. Preferably, the magnetic brake has a reset device, wherein the Restoring device is designed, for example, as a rotating leaf spring. The reset device opens the magnetic brake when the magnetic coil is de-energized. Provision is made for the anchor plate to be connected directly or indirectly to the rotor in a rotationally fixed manner about the main axis of rotation.
Es ist bevorzugt, dass die Antriebsanordnung, insbesondere das Generatormodul, eine Kontrolleinrichtung aufweist, wobei die Kontrolleinrichtung ausgebildet ist, die Verzögerungseinrichtung anzusteuern. Die Kontrolleinrichtung beispielsweise ein als eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, wie zum Beispiel Mikrocontroller etc. ausgebildet.It is preferred that the drive arrangement, in particular the generator module, has a control device, the control device being designed to activate the deceleration device. The control device is designed, for example, as a digital data processing device, such as a microcontroller, etc.
In einer sehr einfachen Realisierung kann die Kontrolleinrichtung beispielsweise durch eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle, insbesondere benutzergesteuert, oder automatisiert angesteuert werden, um das Generatormodul zu blockieren. Dies kann beispielsweise für eine Parkfunktion sinnvoll sein, wenn das Fahrzeug steht und der Fahrzeugbenutzer seinen Fuß auf einer der Tretkurbel abstellen möchte ohne dass die Tretkurbelwelle rotiert. Die Mensch-Maschinen-Schnittstelle kann beispielsweise als ein Betätigungsknopf ausgebildet sein.In a very simple implementation, the control device can be controlled, for example, by a man-machine interface, in particular user-controlled, or automatically in order to block the generator module. This can be useful, for example, for a parking function when the vehicle is stationary and the vehicle user would like to place his foot on one of the pedal cranks without the pedal crank shaft rotating. The man-machine interface can be designed as an actuating button, for example.
Bei einer Alternative oder einer Weiterbildung der Erfindung kann eine oder die Kontrolleinrichtung ausgebildet sein, die Verzögerungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Generatorzustand, insbesondere automatisiert, anzusteuern, um eine Schutzfunktion umzusetzen. Beispielsweise kann es vorkommen, dass der Generator durch eine sehr hohe Tretleistung und/oder hohen Außentemperaturen überhitzt wird. Um dies zu vermeiden kann beispielsweise bei einer Überschreitung einer Grenztemperatur oder einer anderen Grenze für den Generatorzustand die Verzögerungseinrichtung aktiviert werden, um die Leistung aus dem Generator abzuzweigen.In an alternative or a development of the invention, one or the control device can be designed to control the delay device depending on a generator state, in particular automatically, in order to implement a protective function. For example, it can happen that the generator is overheated due to a very high pedaling power and/or high outside temperatures. In order to avoid this, the delay device can be activated, for example, if a limit temperature or another limit for the generator state is exceeded, in order to divert the power from the generator.
In einer bevorzugten Realisierung kann die Kontrolleinrichtung die Verzögerungseinrichtung tretkurbelwellenwinkelabhängig und/oder tretkraftabhängig ansteuern.In a preferred implementation, the control device can control the deceleration device as a function of the crankshaft angle and/or as a function of the pedaling force.
Eine Kontrollstrategie sieht vor, dass bei vorgegebenen Winkelstellungen der Tretkurbelwelle und damit der Tretkurbel eine Erhöhung der Verzögerungskraft angesteuert wird, um dem Fahrzeugbenutzer ein gleichmäßiges und angenehmes Tretgefühl zu vermitteln und somit eine Tretsimulationsfunktion umzusetzen. So kann vorgesehen sein, dass an dem oberen und an dem unteren Totpunkt der Tretkurbeln die Verzögerungskraft reduziert oder auf 0 gesetzt ist und in einem Zwischenbereich, bei dem der Fahrzeugbenutzer besonders viel Tretkraft einbringen kann, die Verzögerungskraft im Vergleich hierzu höher gesetzt ist.A control strategy provides that at predetermined angular positions of the pedal crankshaft and thus the pedal crank, an increase in the deceleration force is controlled in order to give the vehicle user an even and pleasant pedaling feeling and thus to implement a pedaling simulation function. It can be provided that the deceleration force is reduced or set to 0 at the top and bottom dead center of the pedal cranks and that the deceleration force is set higher in comparison to this in an intermediate range in which the vehicle user can apply a particularly large amount of pedaling force.
Eine weitere oder ergänzende Kontrollstrategie sieht vor, dass bei einem Überschreiten von einer Grenztretkraft die Verzögerungseinrichtung angesteuert wird. Dies wird insbesondere gemacht, um ein gefühltes „Durchrutschen“ oder „Leerlaufen“ der Tretkurbeln zu vermeiden oder zu verringern.A further or supplementary control strategy provides that the delay device is actuated when a limit pedaling force is exceeded. This is done in particular to avoid or reduce the perceived "slipping" or "idling" of the pedal cranks.
Optional kann vorgesehen sein, dass die Erhöhung einer Gegenkraft zu der Tretkraft wahlweise durch eine Ansteuerung des Generators und/oder durch eine Ansteuerung der Verzögerungseinrichtung umgesetzt wird. Somit kann die Kontrolleinrichtung bevorzugt sowohl den Generator als auch die Verzögerungseinrichtung als Aktoren zur Erzeugung von einer Gegenkraft zu der Tretkraft einsetzen. Die Erhöhung der Gegenkraft beim Generator erfolgt durch eine entsprechende Ansteuerung des Generators, wie dies bereits bekannt ist. Nachdem bei der Erzeugung von der Gegenkraft durch den Generator stets nutzbare elektrische Energie erzeugt wird, jedoch bei der Erzeugung der Gegenkraft durch die Verzögerungseinrichtung Verlustwärme erzeugt wird, ist es bevorzugt, dass primär der Generator zur Erzeugung der Gegenkraft und erst sekundär die Verzögerungseinrichtung zur Erzeugung der Gegenkraft herangezogen wird. Der Übergang wird insbesondere durch die Kontrolleinrichtung so gesteuert, dass der Fahrzeugbenutzer keinen Unterschied zwischen rein vom Generator erzeugte Gegenkraft und von der Verzögerungseinrichtung unterstützten Gegenkraft spürt.Optionally, it can be provided that the increase in a counteracting force to the pedaling force is optionally implemented by activating the generator and/or by activating the delay device. The control device can thus preferably use both the generator and the delay device as actuators for generating a counterforce to the pedaling force. The counterforce in the generator is increased by appropriately controlling the generator, as is already known. Since usable electrical energy is always generated when the counterforce is generated by the generator, but heat is lost when the counterforce is generated by the delay device, it is preferred that the generator is primarily used to generate the counterforce and only secondarily the delay device to generate the counterforce is used. The transition is controlled in particular by the control device in such a way that the vehicle user does not feel any difference between the counterforce generated purely by the generator and the counterforce supported by the deceleration device.
Prinzipiell wäre es somit möglich, nur den Generator für die Erzeugung der Gegenkraft heranzuziehen und auf die Verzögerungseinrichtung zu verzichten. In principle, it would thus be possible to use only the generator for generating the counterforce and to dispense with the delay device.
Allerdings müssen dann der Generator und optional ergänzend die Getriebeeinrichtung auf die maximal zu erwartende Gegenkraft und nicht auf die übliche Belastung ausgelegt werden. Durch die Nutzung der Verzögerungseinrichtung, insbesondere als sekundäres Werkzeug zur Erhöhung der Gegenkraft, kann somit das Generatormodul auf die übliche Belastung ausgelegt werden und die maximal zu erwartende Gegenkraft durch die Verzögerungseinrichtung kompensiert werden. Diese Aufgabenverteilung führt auch dazu, dass der zu erwartende Energieverlust durch die Verzögerungseinrichtung sehr klein ist, da die Verzögerungseinrichtung energiesparend nur in Extremsituationen eingesetzt werden kann. Sicherlich ist es auch möglich, die Verzögerungseinrichtung nicht nur in Extremsituationen, sondern auch in seltenen Hochleistungssituation einzusetzen, um auf diese Weise das Spannungsfeld zwischen Benutzerkomfort und Energieverlust sowie Auslegung des Generatormoduls anwendungsgerecht zu nutzen.However, the generator and, optionally, the transmission device must then be designed for the maximum counterforce to be expected and not for the usual load. By using the delay device, in particular as a secondary tool to increase the counterforce, the generator module can thus be designed for the usual load and the maximum counterforce to be expected can be compensated for by the delay device. This distribution of tasks also means that the energy loss to be expected from the delay device is very small, since the delay device can only be used to save energy in extreme situations. It is certainly also possible to use the delay device not only in extreme situations, but also in rare high-performance situations, in order to balance the tension between user comfort and energy energy loss as well as the design of the generator module in a way that suits the application.
Die Kontrolleinrichtung weist beispielsweise eine Eingangsschnittstelle zur Aufnahme eines Signals auf, wobei das Signal eine Information über den Tretkurbelwinkel und/oder über die Tretkraft aufweist. Statt dem Tretkurbelwinkel und/oder der Tretkraft können auch äquivalente Messgrößen aufgenommen werden. So ist es denkbar, dass ein entsprechendes Drehmoment aufgenommen wird. Die Aufnahme der Messgrößen kann durch geeignete Sensoren im Antriebsstrang des Generatormoduls umgesetzt werden.The control device has, for example, an input interface for receiving a signal, the signal having information about the pedal crank angle and/or the pedaling force. Instead of the pedal crank angle and/or the pedaling force, equivalent measured variables can also be recorded. So it is conceivable that a corresponding torque is absorbed. The measurement variables can be recorded by suitable sensors in the drive train of the generator module.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Generatormodul zur Bereitstellung der elektrischen Energie über eine elektrische Leitung unmittelbar mit dem Antriebsmodul verbunden ist. Insbesondere kann der Elektromotor somit direkt durch den vom Generator erzeugten Strom gespeist werden. Alternativ oder optional ergänzend ist das Generatormodul zur Bereitstellung der elektrischen Energie mittelbar über ein Energiespeichermodul mit dem Antriebsmodul verbunden. Insbesondere ist das Energiespeichermodul als ein Akkumulator ausgebildet, welcher während der Fahrt vom Generator gespeist wird und zudem von einer externen Stromquelle geladen werden kann. Insbesondere kann der Elektromotor somit durch den in dem Energiespeichermodul gespeicherten Strom gespeist werden.In a further embodiment, it is provided that the generator module is connected directly to the drive module via an electrical line in order to provide the electrical energy. In particular, the electric motor can thus be fed directly by the current generated by the generator. Alternatively or optionally in addition, the generator module is connected to the drive module indirectly via an energy storage module to provide the electrical energy. In particular, the energy storage module is designed as an accumulator, which is fed by the generator while driving and can also be charged from an external power source. In particular, the electric motor can thus be fed by the current stored in the energy storage module.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere ist das Fahrzeug ein muskelbetriebenes Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, ausgebildet, welches durch einen Elektromotor angetrieben wird. Insbesondere zeichnet sich das Fahrzeug dadurch aus, dass die für den Elektromotor benötigte elektrische Energie zumindest teilweise mittels des Generatormoduls durch den Fahrer erzeugt wird.A further object of the invention relates to a vehicle with the drive arrangement as already described above. In particular, the vehicle is a human-powered vehicle, in particular a bicycle, which is driven by an electric motor. In particular, the vehicle is characterized in that the electrical energy required for the electric motor is at least partially generated by the driver using the generator module.
Ein weiterer Gegenstand betrifft ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung wie diese zuvor beschrieben wurde und/oder des Fahrzeugs wie dieses zuvor beschrieben wurde, wobei die Verzögerungseinrichtung benutzergesteuert, automatisiert, tretkurbelwellenwinkelabhängig und/oder tretkraftabhängig aktiviert wird, wie dies zuvor beschrieben wurde.Another subject relates to a method for operating the drive arrangement as described above and/or the vehicle as described above, the delay device being user-controlled, automated, activated as a function of the pedal crankshaft angle and/or depending on the pedaling force, as described above.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine Schnittdarstellung eines Generatormoduls der Antriebsanordnung, -
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Antriebsanordnung.
-
1 a schematic representation of a vehicle with a drive arrangement as an embodiment of the invention; -
2 a sectional view of a generator module of the drive assembly, -
3 a flowchart of a method for operating the drive arrangement.
Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding or identical parts are each provided with the same reference symbols in the figures.
Das Fahrzeug 1 weist eine Antriebsanordnung 5 auf, welche zum Antrieb des Hinterrads 4 dient. Das Hinterrad 4 bildet somit ein Antriebsrad des Fahrzeugs 1, wobei das Vorderrad 3 antriebslos bleibt. Optional kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Vorderrad 3 angetrieben wird.The vehicle 1 has a drive arrangement 5 which is used to drive the rear wheel 4 . The rear wheel 4 thus forms a drive wheel of the vehicle 1, with the
Die Antriebsanordnung 5 umfasst ein Generatormodul 6, optional ein Antriebsmodul 7 und ein Energiespeichermodul 8. Das Generatormodul 6 ist im Bereich des Tretlagers angeordnet und kann durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft angetrieben werden, um elektrische Energie für das Antriebsmodul 7 zu erzeugen. Das Generatormodul 6 weist hierzu zwei diametral zueinander angeordnete Tretkurbeln 9 auf, welche per Tretkraft in Rotation versetzt werden, um elektrische Leistung in dem Generatormodul 6 zu erzeugen.The drive arrangement 5 comprises a
Das Fahrrad weist keine mechanische Antriebsverbindung zwischen den Tretkurbeln 9 und dem Antriebsrad 4 auf. Das Generatormodul 6 ist lediglich über eine elektrische Leitung 10 mit dem Antriebsmodul 6 und/oder dem Energiespeichermodul 8 elektrisch verbunden, um die für das Antriebsmodul 7 nötige elektrische Energie bereitzustellen. Das Antriebsmodul 7 kann beispielsweise als ein in das Hinterrad 4 integrierter Radnabenmotor ausgebildet sein, welcher ein elektrisches Antriebsmoment auf das Hinterrad 4 überträgt. Das Antriebsmodul 7 kann dabei direkt durch die von dem Generatormodul 6 erzeugte elektrische Energie oder mittelbar durch die in dem Energiespeichermodul 8 gespeicherte elektrische Energie versorgt werden. Das Energiespeichermodul 8 kann während der Fahrt von Generatormodul 6 gespeist werden und darüber hinaus von einer externen Stromquelle geladen werden. Optional kann die vom Generatormodul 6 bereitgestellte elektrische Energie einem Verbraucher 11, z.B. Licht, zur Verfügung gestellt werden.The bicycle has no mechanical drive connection between the pedal cranks 9 and the drive wheel 4 . The
Die
Das Generatormodul 6 weist einen Generator 15 sowie eine Getriebeeinrichtung 16 auf, welche gemeinsam in einem Gehäuse 17 aufgenommen sind. Der Generator 15 weist einen Stator 18 und einen Rotor 19 auf, wobei die Tretkurbelwelle 14 mit einem Getriebeeingang und der Rotor 19 mit einem Getriebeausgang der Getriebeeinrichtung 16 verbunden sind. Der Stator 18 hingegen ist gehäusefest mit dem Gehäuse 17 verbunden und verbleibt somit stationär. Die Getriebeeinrichtung 16 dient dazu, ein in die Tretkurbelwelle 14 eingeleitetes Tretmoment über die Getriebeeinrichtung 16 auf den Generator 18 zu übersetzen.The
Die Getriebeeinrichtung 16 ist als ein Exzentergetriebe 20 ausgebildet. Das Exzentergetriebe 20 ist in Bezug auf die Hauptdrehachse H koaxial zu dem Generator 15 und der Tretkurbelwelle 14 und in axialer Richtung formschlüssig zwischen dem Generator 15 und dem Gehäuse 17 angeordnet. Das Gehäuse 17 ist zweiteilig ausgebildet, wobei das Gehäuse 17 einen Gehäusegrundkörper 21 aufweist, welcher in axialer Richtung durch einen Gehäusedeckel 22 abgeschlossen ist.The gear device 16 is designed as an eccentric gear 20 . In relation to the main axis of rotation H, the eccentric gear 20 is arranged coaxially with the
Das Exzentergetriebe 20 weist als Eingangsorgan einen Hohlradabschnitt 29 auf, welcher drehfest mit der Tretkurbelwelle 14 angeordnet ist. Ferner sind zwei Kurvenscheiben 26, 27 vorgesehen, wobei die Kurvenscheiben 26, 27 eine Exzenteraufnahmeöffnung und eine Mehrzahl von außermittigen Mitnehmeröffnungen aufweisen. Der Außenumfang der Kurvenscheiben 26, 27 ist in einer Wellenform ausgebildet, welche ausschließlich abschnittsweise und zwar gegengleich und/oder diametral, z.B. um 180° versetzt in den Hohlradabschnitt 29 eingreift. Insbesondere ist die Wellenform als eine Zykloidenform ausgebildet. Das Exzentergetriebe 20 weist einen Rollenträger 25 mit einer Mehrzahl von Mitnehmerrollen 28 auf, wobei die Mitnehmerrollen 28 in die Mitnehmeröffnungen der Kurvenscheiben 26, 27 eingreifen, so dass diese in Umlaufrichtung von den Mitnehmerrollen 28 und damit von dem Rollenträger 26 gestützt sind.The eccentric gear 20 has a
Ein Ausgangsorgan des Exzentergetriebes 20 ist als eine Hohlwelle 30 ausgebildet, wobei die Hohlwelle 30 zwei Exzenterabschnitte 31, 32 aufweist, wobei die Exzenterabschnitte 31, 32 über jeweils eine Scheibenlagereinrichtung in die Exzenteraufnahmeöffnung der Kurvenscheiben 26, 27 eingreifen. Die Hohlwelle 30 ist drehfest mit dem Rotor 19 verbunden. Bei einer Rotation der Tretkurbelwelle 14 wird der der Hohlradabschnitt 29 ebenfalls rotiert und die Drehbewegung ins Schnelle übersetzt. In einer bevorzugten Realisierung ist vorgesehen, dass das Exzentergetriebe 20 ein Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang einen Betrag von weniger als 1:30 aufweist. Vorzugsweise weist das Exzentergetriebe 20 ein Übersetzungsverhältnis zwischen 1:30 und 1:100 auf. Vorzugsweise weist das Exzentergetriebe 20 ein Übersetzungsverhältnis von 1:50 auf. Auf diese Weise wird das durch den Fahrer erzeugte hohe Tretmoment (im Bereich bis ca. 200 Nm) am Getriebeeingang/Eingangsorgan mit geringen Drehzahlen (im Bereich 30 bis 120 1/min) in ein geringeres Drehmoment mit hohen Drehzahlen am Getriebeausgang/Ausgangsorgan gewandelt.An output element of the eccentric gear 20 is designed as a
Zur weiteren Verkleinerung der Reibungsverluste in dem Generatormodul 6, insbesondere in der Getriebeeinrichtung 16 und im Speziellen in dem Exzentergetriebe 20 ist der Getrieberaum mit der Getriebeeinrichtung 16 als ein Nassraum 12 mit einer Öl- oder Fettschmierung versehen. Der Nassraum 12 ist von einem Trockenraum 13 für den Generator 15 und etwaige Elektronik getrennt ist. Der Trockenraum 13 ist öl- und/oder fettfrei ausgebildet.To further reduce the friction losses in the
Zwischen der Getriebeeinrichtung 16 und dem Generator 15 ist eine Verzögerungseinrichtung 33 angeordnet, welche als eine Bremseinrichtung, in diesem Fall als eine Magnetbremse ausgebildet ist. Die Verzögerungseinrichtung 33 weist einen stationären Verzögerungspartner, insbesondere Bremspartner, in diesem Fall das Gehäuse 17 oder damit verbundene Komponenten und einen rotierbaren Verzögerungspartner, insbesondere Bremspartner, in diesem Fall den Rotor 19, verbunden über die Hohlwelle 30 auf.A
Die Verzögerungseinrichtung 33 weist eine Magnetspule 34 auf, wobei die Magnetspule 34 auf ein Joch 35 gewickelt ist. Das Joch 35 ist über eine Spannhülse 36 fest mit dem Gehäuse 17 verbunden. Auf dem Joch 35 ist stationär ein Reibbelag 37 angeordnet. Die Magnetspule 34, Joch 35 und Reibbelag 37 bilden den stationären Verzögerungspartner. Die Verzögerungseinrichtung 33 weist eine Ankerplatte 38 auf, wobei die Ankerplatte 38 mit dem Rotor 19, in diesem Ausführungsbeispiel über die Hohlwelle 30 drehfest in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse H, jedoch verschiebbar in axialer Richtung verbunden ist. Die Ankerplatte 38 ist über eine Federeinrichtung 39, in diesem Fall eine Blattfeder, in axialer Richtung von der Magnetspule 34 weggespannt.The
Zur Steuerung der Verzögerungseinrichtung 33 weist das Generatormodul 6 eine Kontrolleinrichtung 40 auf. Im Betrieb steuert die Kontrolleinrichtung 40 die Verzögerungseinrichtung 33 so an, dass die Magnetspule 34 bestromt wird. Durch ein von der Magnetspule 34 erzeugte Magnetfeld wird die Ankerplatte 38 gegen die Vorspannung der Federeinrichtung 39 gegen den Reibbelag 37 gedrückt, so dass eine reibschlüssige Verbindung entsteht und der rotierende Verzögerungspartner mit dem Rotor 19 abgebremst wird.The
Die Verzögerungseinrichtung 33 ist zumindest mit den reibschlüssigen Komponenten in dem Trockenraum 13 angeordnet. Das Joch 35 und/oder der Rollenträger 25 dichten den Trockenraum 13 gegenüber dem Nassraum 12 ab. Hierfür weist das Generatormodul 6 eine statische Dichtung 23, welche das Joch 35 und/oder den Rollenträger 25 gegenüber dem Gehäuse 17 abdichtet sowie eine dynamische Dichtung 24, welche das Joch 35 und/oder den Rollenträger 25 gegen über der Hohlwelle 30 abdichtet. Wie dargestellt können das Joch 35 und der Rollenträger 25 als ein gemeinsames Bauteil, insbesondere einteilig ausgebildet sein.The
Die Verzögerungseinrichtung 33 kann für unterschiedliche Funktionen eingesetzt werden:
- Bei einer Parkfunktion wird die
Verzögerungseinrichtung 33 aktiviert, so dass dieTretkurbelwelle 14 und damit die Tretkurbeln 9 blockiert sind. Hierdurch ist es möglich, dass ein Fahrzeugbenutzer die Tretkurbeln 9 in eine 9:00 Uhr bzw. 3:00 Uhr Position stellt und nachfolgend blockiert, um zum Beispiel bei einer Ampel einen Fuß bequem abstellen zu können. Vorzugsweise wird dieVerzögerungseinrichtung 33 vollständig aktiviert, so dass ein weiter drehen der Tretkurbelwelle 14 verhindert ist. DieAktivierung der Verzögerungseinrichtung 33 kann beispielsweise durch eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle erfolgen.
- In a parking function, the
delay device 33 is activated so that thepedal crankshaft 14 and thus the pedal cranks 9 are blocked. This makes it possible for a vehicle user to set the pedal cranks 9 to a 9:00 or 3:00 o'clock position and then block them, for example to be able to put a foot down conveniently at traffic lights. Thedelay device 33 is preferably fully activated, so that thepedal crankshaft 14 is prevented from turning further. Thedelay device 33 can be activated, for example, by a human-machine interface.
Bei einer Schutzfunktion wird die Verzögerungseinrichtung 33 über die Kontrolleinrichtung 40 reibend aktiviert, wenn ein vorgegebener Generatorzustand eingenommen wird oder überschritten wird. Der vorgegebene Generatorzustand kann beispielsweise eine Temperatur des Generators 15 sein, wobei bei einer Überschreitung der Temperatur des Generators 15 die Verzögerungseinrichtung 33 über die Kontrolleinrichtung 14 treibend aktiviert wird, um einen Teil der Leistung, welche über den Fahrzeugbenutzer eingebracht wird, abzuleiten, um den Generator 15 zu schonen.In the case of a protective function, the
Bei einer Tretsimulationsfunktion wird die Verzögerungseinrichtung 33 über die Kontrolleinrichtung 40 tretkurbelwellenwinkelabhängig und/oder tretkraftabhängig angesteuert.In the case of a pedaling simulation function, the
Im Normalbetrieb kann bei vorgegebenen Winkelstellungen der Tretkurbelwelle und damit der Tretkurbel eine Erhöhung der Verzögerungskraft angesteuert wird, um dem Fahrzeugbenutzer ein gleichmäßiges und angenehmes Tretgefühl zu vermitteln und somit eine Tretsimulationsfunktion umzusetzen.In normal operation, given angular positions of the pedal crankshaft and thus the pedal crank, an increase in the deceleration force can be controlled in order to give the vehicle user an even and pleasant pedaling feel and thus to implement a pedaling simulation function.
Alternativ oder ergänzend bei einem Überschreiten von einer Grenztretkraft die Verzögerungseinrichtung angesteuert wird. Dies wird insbesondere gemacht, um ein gefühltes „Durchrutschen“ oder „Leerlaufen“ der Tretkurbeln zu vermeiden oder zu verringern. Ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung 5 ist in der
In einem Schritt 100 erfolgt eine Erhöhung der Tretkraft über eine vorgegebene Grenztretkraft. In einem optionalen Schritt 200 wird der Generator 15 von der Kontrolleinrichtung 40 angesteuert, die Gegenkraft zu der Tretkraft zu erhöhen. Die Erhöhung der Gegenkraft in dem Generator 15 erfolgt energieneutral, so dass die vollständige Tretenergie in elektrische Energie gewandelt wird. Für den Fall, dass die Erhöhung der Gegenkraft durch den Generator 15 nicht ausreichend ist und/oder die Tretkraft über eine vorgegebene, weitere Grenztretkraft erhöht wird, aktiviert die Kontrolleinrichtung 40 die Verzögerungseinrichtung 33, um eine ausreichende Gegenkraft durch das Generatormodul 6 bereitzustellen.In a
Beim Fahrradantrieb treten zweimal pro Kurbelumdrehung deutlich höhere Drehmomente auf, als durchschnittlich erreichbar sind. Um diese abstützen zu können, so dass der Fahrzeugnutzer nicht „ins Leere“ tritt, wäre ein entsprechend stark dimensionierter Generator 15 erforderlich. Ein solcher Generator 15 ist kosten- und bauraumintensiv und für den regulären Betrieb deutlich überdimensioniert, ohne dass diese Kapazität im realen Betrieb sinnvoll genutzt werden kann. Eine Erhöhung des abstützbaren Drehmoments durch Vergrößerung der vorgeschalteten Übersetzung in der Getriebeeinrichtung 16 ist ebenfalls nur begrenzt möglich, da solche Getriebe ab einer bestimmten Übersetzung selbsthemmend werden und somit nicht geeignet sind.With a bicycle drive, torques that are significantly higher occur twice per crank revolution than can be achieved on average. In order to be able to support this so that the vehicle user does not step “into the void”, a
Durch die Verzögerungseinrichtung 33 wird daher eine Anordnung gefunden, welche trotz klein dimensionierten Generator 15 und mäßiger Vorübersetzung kurzzeitig auftretende große Spitzenmomente abstützen kann. Zur Abstützung von Drehmomenten oberhalb der Grenze, welche allein mit der Getriebeeinrichtung 16 und dem Generator 15 erzielbar sind, wird vorgeschlagen, parallel zu Getriebeeinrichtung 16/Generator 15 die Verzögerungseinrichtung 33, insbesondere ausgebildet als eine Elektromagnetbremse vor zu sehen. Diese wird z.B. „hinter“ die Getriebeeinrichtung angeordnet (also z.B. parallel zu Rotor 19 und Stator 18 / Gehäuse 17) um lediglich mit dem Übersetzungsverhältnis der Getriebeeinrichtung 16 reduzierte Drehmomente an der Verzögerungseinrichtung 33 abstützen zu müssen und diese somit kleiner gestalten zu können. Das Generatormodul 6 mit der Verzögerungseinrichtung 33 kann unabhängig von der verwendeten Getriebeeinrichtung 33 (Planetengetriebe, Cyclo-Getriebe, Stirnradgetriebe etc.) ggf. sogar ganz ohne Getriebeeinrichtung 33 und unabhängig vom verwendeten Generatortyp (Außenläufer, Innenläufer; brushed, brushless etc.) zum Einsatz kommen.The
Die Ansteuerung der Verzögerungseinrichtung 33 ist so ausgelegt, dass diese bei Erreichen des maximal möglichen Drehmoments durch den Generator 15 weiteres vom Fahrzeugnutzer angefordertes Drehmoment durch die Verzögerungseinrichtung 33 zur Verfügung stellt, so dass der Fahrzeugnutzer keinen Unterschied zwischen rein vom Generator 15 abgestützten Drehmoment und vom bremsunterstützten Drehmoment spürt. Daher kann der Generator 15 so klein ausgeführt werden, dass Bauraum für die Verzögerungseinrichtung 33 zur Verfügung steht. Dieses „überschüssige“ Drehmoment kann zwar nicht in elektrische Energie (zum Antrieb oder zum Laden der Batterie) gewandelt werden, da es durch die Verzögerungseinrichtung 33 in Wärme umgewandelt wird, da dies im realen Betrieb jedoch nur kurzzeitig auftritt, ist der dadurch entstehende Verlust im Mittel kaum relevant. Die Verzögerungseinrichtung 33 kann je nach Betriebszustand des Generators 15 (Überhitzung, Schutzfunktion etc.) ab einer variablen Drehmoment-Schwelle dazu geschaltet werden, so dass dies für den Fahrzeugnutzer nicht spürbar ist. Bei konventionellen Systemen würde der Fahrzeugnutzer dies durch ein geringeres maximal abstützbares Drehmoment an der Kurbel spüren. Ein weiter Vorteil ist, dass die Verzögerungseinrichtung 33 auch im Stillstand verwendet werden kann um ein „Absacken“ der Tretkurbel 9 bedingt durch das Gewicht von Bein/Fuß des Fahrerzeugnutzers zu verhindern. Dies wäre bei konventionellen Systemen auch möglich, jedoch durch den Generator 15 nur mit erheblich höherem Energieaufwand (Batteriekapazität) möglich, so dass in Systemen nach dem Stand der Technik daher darauf verzichtet wird. Diese Parkfunktion kann erfindungsgemäß alternativ automatisch aktiviert werden oder z.B. durch einen Fahrerbefehl durch z.B. Knopfdruck oder angesteuert durch eine Betriebsbremse.The actuation of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Rahmenframe
- 33
- Vorderradfront wheel
- 44
- Hinterradrear wheel
- 55
- Antriebsanordnungdrive assembly
- 66
- Generatormodulgenerator module
- 77
- Antriebsmoduldrive module
- 88th
- Energiespeichermodulenergy storage module
- 99
- Tretkurbelcrank
- 1010
- LeitungManagement
- 1111
- Verbraucherconsumer
- 1212
- Nassraumwet room
- 1313
- Trockenraumdrying room
- 1414
- Tretkurbelwellepedal crankshaft
- 1515
- Generatorgenerator
- 1616
- Getriebeeinrichtunggear mechanism
- 1717
- GehäuseHousing
- 1818
- Statorstator
- 1919
- Rotorrotor
- 2020
- Exzentergetriebeeccentric gear
- 2121
- Gehäusegrundkörperhousing body
- 2222
- Gehäusedeckelhousing cover
- 2323
- statische Dichtungstatic seal
- 2424
- dynamische Dichtungdynamic seal
- 2525
- Rollenträgerrole carrier
- 26, 2726, 27
- Kurvenscheibencam discs
- 2828
- Mitnehmerrollencarrier rollers
- 2929
- Hohlradabschnittring gear section
- 3030
- Hohlwellehollow shaft
- 31, 3231, 32
- Exzenterabschnitteeccentric sections
- 3333
- Verzögerungseinrichtungdelay device
- 3434
- Magnetspulemagnetic coil
- 3535
- Jochyoke
- 3636
- Spannhülsecollet
- 3737
- Reibbelagfriction lining
- 3838
- Ankerplatteanchor plate
- 3939
- Federeinrichtungspring device
- 4040
- Kontrolleinrichtungcontrol device
- HH
- Hauptdrehachsemain axis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 59709997 D1 [0003]DE 59709997 D1 [0003]
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021102988.0A DE102021102988A1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Drive arrangement with deceleration device for human-powered vehicle, vehicle with the drive arrangement and method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021102988.0A DE102021102988A1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Drive arrangement with deceleration device for human-powered vehicle, vehicle with the drive arrangement and method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102021102988A1 true DE102021102988A1 (en) | 2022-08-11 |
Family
ID=82493511
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102021102988.0A Pending DE102021102988A1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Drive arrangement with deceleration device for human-powered vehicle, vehicle with the drive arrangement and method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102021102988A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE59709997D1 (en) | 1996-01-10 | 2003-06-12 | Magnet Motor Gmbh | Vehicle that can be operated with muscle power, especially a bicycle |
-
2021
- 2021-02-09 DE DE102021102988.0A patent/DE102021102988A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE59709997D1 (en) | 1996-01-10 | 2003-06-12 | Magnet Motor Gmbh | Vehicle that can be operated with muscle power, especially a bicycle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19748318C1 (en) | Brake assembly for a land vehicle | |
EP1165188B1 (en) | Drive system operated by muscle-power | |
EP1242261B1 (en) | Electrical drive for a vehicle | |
EP1196302B1 (en) | Electrodynamic drive train | |
EP3395663B1 (en) | Electric motor bicycle additional drive with steplessly variable ratio | |
DE102013012208C5 (en) | Electric drive system for a muscle powered vehicle | |
DE19915926A1 (en) | Drive chain system for an automobile, comprises an internal combustion engine and an electric motor. | |
DE102006027039B4 (en) | Electromechanical brake booster | |
WO1999036286A1 (en) | Drive mechanism for a vehicle, especially a multilane electromobile | |
WO2011042085A1 (en) | Electric damper | |
WO2011124415A1 (en) | Drive device for a bicycle | |
WO2010086046A1 (en) | Driven vehicle axle | |
DE102013018946A1 (en) | Electromechanically and hydraulically actuated motor vehicle brake with optional self-locking | |
DE102013022058A1 (en) | Electromechanically and hydraulically actuated motor vehicle brake with optional self-locking | |
DE102005014633A1 (en) | Clutch actuating method for motor vehicle, involves converting rotary motion of servo drive into translatory motion of shifter to actuate clutch, where kinetic energy for actuating clutch is obtained partly from drive train apart from motor | |
JPH11513471A (en) | Improvements in car electrically operated disc brake assemblies | |
EP2399041A1 (en) | Electromechanical arrangement for driving and/or braking a shaft | |
DE102010032853A1 (en) | hub motor | |
DE102013020468A1 (en) | Electromechanically and hydraulically actuated motor vehicle brake with optional self-locking | |
DE102012216130A1 (en) | Wheel hub drive for wheel of motor car e.g. bicycle, has electric drive motor having gear box that is arranged radially inside of rotor and stator formed of space | |
DE102013211301A1 (en) | driving means | |
DE202012101371U1 (en) | Electric device for vehicles | |
EP1332300B1 (en) | Electromechanically operated disk brake | |
DE102014000925A1 (en) | electric bicycle | |
EP1586784A1 (en) | Procedure and clutch actuator to actuate at least one clutch in a vehicle transmission |