DE102021108784B3

DE102021108784B3 - Drive arrangement for a human-powered vehicle with torque detection and vehicle with the drive arrangement

Info

Publication number: DE102021108784B3
Application number: DE102021108784.8A
Authority: DE
Inventors: Viktor Franz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2041-04-09

Abstract

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.Es 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 Getriebeeinrichtung 16 zur Übersetzung der Tretkraft auf den Generator 15 aufweist, wobei die Tretkurbelwelle 14 über die Getriebeeinrichtung 16 getriebetechnisch mit dem Generator 15 verbunden ist, so dass ein Antriebsstrang 13 gebildet ist, und mit einer Drehmomentermittlungsvorrichtung 12 zur Ermittlung eines Drehmoments in dem Antriebsstrang 13 über eine Erfassung der Phasenbeziehung von Drehbewegungen von zwei Komponenten in dem Antriebsstrang 13.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 chain, toothed belt, cardan shaft, etc., can therefore be omitted. 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, wherein the generator module 6 has a generator 15 which can be driven by a vehicle user by pedaling power, wherein the generator module 6 has a pedal crankshaft 14 for transmitting the pedaling power from a pedal crank 9 to the generator 15, wherein the generator module 6 has a transmission device 16 for translating the pedaling power to the generator 15, wherein the pedal crankshaft 14 is connected to the generator 15 in terms of transmission via the transmission device 16, so that a drive train 13 is formed, and with a torque determination device 12 for determining a torque in the drive train 13 r a detection of the phase relationship of rotational movements of two components in the drive train 13.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung.The invention relates to a drive assembly for a human-powered vehicle having the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to a vehicle having the drive assembly.

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. Um die Drehzahl der Rotorwelle zu erhöhen und das Drehmoment entsprechend zu reduzieren, kommen üblicherweise konventionelle Getriebetypen, wie z.B. ein- oder mehrstufige Planetengetriebe, Wolfromsatz etc., zum Einsatz, um einen Generator mit wenig Drehmoment und entsprechend kleiner Baugröße einsetzten zu können.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. In order to increase the speed of the rotor shaft and reduce the torque accordingly, conventional gear types, such as single or multi-stage planetary gears, tungsten sets, etc., are usually used in order to be able to use a generator with little torque and a correspondingly small size.

Die Druckschrift DE 196 00 698 A1 offenbart ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, insbesondere Fahrrad. Das Fahrrad weist einen Generator, der zur Stromerzeugung durch einen Fahrzeugbenutzer antreibbar ist, und mindestens einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs auf, der mit dem Generator zur Übertragung elektrischer Leistung verbunden ist. Das Fahrzeug weist Tretkurbeln auf, wobei die Tretkurbeln auf einer Welle angeordnet sind, die den Rotor auf einer separaten Hohlwelle gelagert tragen.The pamphlet DE 196 00 698 A1 discloses a vehicle that can be operated with muscle power, in particular a bicycle. The bicycle has a generator drivable by a vehicle user to generate electricity, and at least one electric motor for driving the vehicle, which is connected to the generator for transmitting electric power. The vehicle has pedal cranks, the pedal cranks being arranged on a shaft which carry the rotor mounted on a separate hollow shaft.

Die DE 10 2019 111 028 A1 beschreibt eine Getriebeanordnung für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug mit einer Eingangswelle, mit einer Vorgelegewelle, mit einer Ausgangswelle, die mit einem Antriebsrad des Fahrzeugs verbindbar ist, mit einer Mehrzahl von schaltbaren ersten Gangradsätzen, die die Eingangswelle und die Vorgelegewelle verbinden und die jeweils wenigstens einer Gangstufe zugeordnet sind und mit einem Maschinenzahnrad, das mit einer der Wellen verbunden oder verbindbar ist und in das Antriebsmoment einer elektrischen Maschine einleitbar ist.the DE 10 2019 111 028 A1 describes a transmission arrangement for a vehicle that can be driven with muscle power, with an input shaft, with a countershaft, with an output shaft that can be connected to a drive wheel of the vehicle, with a plurality of switchable first gear wheel sets that connect the input shaft and the countershaft and each have at least one Are assigned gear and with a machine gear, which is connected or connectable to one of the shafts and can be introduced into the drive torque of an electric machine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug vorzuschlagen, welche ein verbessertes Funktionsverhalten ermöglicht.The invention is based on the object of proposing a drive arrangement for a human-powered vehicle which enables improved functional behavior.

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.This object is achieved by a drive arrangement having the features of claim 1 and by a vehicle having the features of claim 8 . Preferred or advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims, the following description and/or 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 drei genau 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, in particular three, exactly 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. 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.

Alternativ kann das Antriebsrad jedoch auch als ein Vorderrad des Fahrzeugs ausgebildet sein.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 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 crankshaft runs continuously from one crank to the other crank.

Ferner weist das Generatormodul eine Getriebeeinrichtung zur Übersetzung der Tretkraft von der Tretkurbelwelle auf den Generator auf. Die Tretkurbelwelle ist dabei über die Getriebebeinrichtung getriebetechnisch mit dem Generator verbunden. Insbesondere dient die Getriebeeinrichtung zur Übersetzung ins Schnelle (Betrag (i) < 1), wobei die Drehzahl am Generator vergrößert und das übertragene Drehmoment auf den Generator verkleinert wird. Die Tretkurbelwelle ist in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse bevorzugt durch die Getriebeeinrichtung geführt und/oder koaxial zu der Getriebeeinrichtung angeordnet. Somit wird ein Antriebsstrang gebildet, der von der Tretkurbelwelle zu dem Generator führt, wobei die Tretkurbelwelle und der Generator jeweils einen Teil des Antriebsstrangs bilden.Furthermore, the generator module has a transmission device for transferring the pedaling force from the pedal crankshaft 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 (amount (i)<1), the speed at the generator being increased and the torque transmitted to the generator being reduced. The pedal crankshaft is preferably guided through the transmission device in the axial direction with respect to the main axis of rotation and/or is arranged coaxially to the transmission device. A drive train is thus formed, which leads from the crankshaft to the generator, with the crankshaft and the generator each forming part of the drive train.

In einer bevorzugten Realisierung ist vorgesehen, dass die Getriebeeinrichtung ein Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang mit einem Betrag von weniger als 1:40, insbesondere 1:30 aufweist. Vorzugsweise weist die Getriebeeinrichtung ein Übersetzungsverhältnis zwischen 1:10, insbesondere 1:30 und 1:100, insbesondere 1:50 auf. Vorzugsweise weist die Getriebeeinrichtung ein Übersetzungsverhältnis von 1:50 auf. Auf diese Weise wird das durch den Fahrer erzeugte hohe Tretmoment (im Bereich bis ca. 200Nm) am Getriebeeingang mit geringen Drehzahlen (im Bereich 30 bis 120 1/min) in ein geringeres Drehmoment mit hohen Drehzahlen am Getriebeausgang gewandelt.In a preferred implementation, it is provided that the transmission device has a transmission ratio between the transmission input and the transmission output of less than 1:40, in particular 1:30. The transmission device preferably has a transmission ratio of between 1:10, in particular 1:30 and 1:100, in particular 1:50. The transmission device preferably has a transmission ratio of 1:50. In this way, the high pedaling torque generated by the driver (in the range of up to approx. 200Nm) at the transmission input with low speeds (in the range of 30 to 120 rpm) is converted into a lower torque with high speeds at the transmission output.

Prinzipiell kann die Getriebeeinrichtung als ein Umlaufgetriebe ausgebildet sein und z.B. als ein Planetengetriebe realisiert sein, wobei als Getriebeeingang ein Planetenträger oder ein Hohlrad gewählt ist. Bei einer bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Getriebeeinrichtung als ein Exzentergetriebe, insbesondere Zykloidgetriebe, ausgebildet ist. Insbesondere verläuft ein Kraftübertragungsweg zur Übertragung der Tretkraft von der Tretkurbelwelle über das Exzentergetriebe zu dem Generator. Als weitere Alternative kann die Getriebeeinrichtung als ein Harmonic-Drive-Getriebe oder als ein Wellgetriebe ausgebildet sein. Die genannten Getriebearten erlauben ein betragsmäßig sehr kleines Übersetzungsverhältnis von dem Langsamen in das Schnelle auf.In principle, the gear device can be designed as an epicyclic gear and, for example, implemented as a planetary gear, with a planet carrier or a ring gear being selected as the gear input. In a preferred further development, it is proposed that the gear device be designed as an eccentric gear, in particular a cycloidal gear. In particular, a power transmission path for transmitting the pedaling power runs from the pedal crankshaft via the eccentric gear to the generator. As a further alternative, the gear device can be designed as a harmonic drive gear or as a strain wave gear. The transmission types mentioned allow a transmission ratio from slow to fast that is very small in terms of absolute value.

In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass der Generator einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei ein Getriebeausgang der Getriebeeinrichtung mit dem Rotor verbunden ist. In einem Fahrbetrieb wird somit das Tretmoment über die Getriebeeinrichtung auf den Rotor übertragen, sodass der Rotor relativ zu dem Stator um die Hauptdrehachse rotiert wird.In a further specification, it is provided that the generator has a stator and a rotor, with a transmission output of the transmission device being connected to the rotor. When driving, the pedaling torque is thus transmitted to the rotor via the transmission device, so that the rotor is rotated about the main axis of rotation relative to the stator.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Generatormodul eine Drehmomentermittlungsvorrichtung aufweist, wobei die Drehmomentermittlungsvorrichtung zur Ermittlung eines Drehmoments in dem Antriebsstrang ausgebildet ist. Das Drehmoment wird insbesondere als ein Relativwert in dem Antriebsstrang ermittelt. Bei dem Drehmoment handelt es sich insbesondere um das durch den Antriebsstrang durchgeführte und/oder übertragene Drehmoment. Die Ermittlung des Drehmoments erfolgt über eine Erfassung der Phasenbeziehung von Drehbewegungen von zwei Komponenten in dem Antriebsstrang. Insbesondere rotieren die zwei Komponenten in dem Antriebsstrang mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten. Die Phasenbeziehung kann als eine Phasendifferenz oder eine dazu informationsgleiche, andere Messgröße ausgebildet sein.In the context of the invention, it is proposed that the generator module has a torque determination device, with the torque determination device being designed to determine a torque in the drive train. The torque is determined in particular as a relative value in the drive train. The torque is in particular the torque carried out and/or transmitted by the drive train. The torque is determined by detecting the phase relationship of rotational movements of two components in the drive train. In particular, the two components in the powertrain rotate at different angular velocities. The phase relationship can be in the form of a phase difference or another measured variable with the same information.

Es ist dabei eine grundlegende Überlegung der Erfindung, dass eine robuste Drehmomenterfassung in dem Generatormodul ein verbessertes Funktionsverhalten der Antriebsanordnung begründen kann, indem aus dem erfassten Drehmoment wahlweise eine Anzeige auf einer Anzeigeeinrichtung, wie zum Beispiel einem Tacho, informationstechnisch versorgt wird, so dass der Nutzer jederzeit das von ihm aufgewandte Drehmoment angezeigt bekommt. Die Anzeigeeinrichtung würde dann eine Komponente der Antriebsanordnung bilden. Alternativ oder ergänzend kann das erfasste Drehmoment zu Kontrollzwecken, insbesondere Steuerungszwecke in der Antriebsanordnung verwendet werden, so dass eine Vielzahl von wertvollen Funktionen in der Antriebsanordnung umsetzbar ist. Dadurch, dass die Drehmomenterfassung über die Phasenbeziehung erfolgt, kann diese zum einen kostengünstig umgesetzt werden, da kein aufwendiger Drehmomentsensor benötigt wird. Ferner ist die Drehmomenterfassung besonders robust, da diese mit robusten Sensoren zur Erfassung der Drehbewegungen der zwei Komponenten dargestellt werden kann.It is a fundamental consideration of the invention that a robust torque detection in the generator module can justify an improved functional behavior of the drive assembly by optionally providing information technology from the detected torque to a display device, such as a speedometer, so that the user the torque applied by him is displayed at all times. The indicator would then form a component of the drive assembly. Alternatively or additionally, the detected torque can be used for control purposes, in particular control purposes in the drive arrangement, so that a large number of valuable functions can be implemented in the drive arrangement. Because the torque is detected via the phase relationship, it can be implemented cost-effectively, since no complex torque sensor is required. Furthermore, the torque detection is particularly robust since it can be represented with robust sensors for detecting the rotational movements of the two components.

Das Meßprinzip beruht auf der Überlegung, dass in jedem Antriebsstrang eine Getriebeelastizität vorliegt, so dass einzelne Getriebekomponenten zwar theoretisch stets mit konstanten Phasendifferenz und/oder Phasenbeziehung drehen, im Realbetrieb jedoch die Phasendifferenz bzw. Phasenbeziehung aufgrund der Getriebeelastizität in Abhängigkeit des übertragenen Drehmomentes variiert. In Kenntnis der Phasendifferenz bzw. Phasenbeziehung kann somit beispielsweise über Regelwerke, Look-up-Tabellen, Modellierung, Simulationen etc. das übertragene Drehmoment bestimmt werden. Mindestens ist es jedoch möglich, bei einem baugleichen Antriebsstrang unterschiedliche Drehmomente an der Tretkurbelwelle anzulegen und die jeweilige, daraus resultierende Phasendifferenz bzw. Phasenbeziehung messtechnisch zu bestimmen, um auf diese Weise eine verlässliche Zuordnung zwischen Phasendifferenz bzw. Phasenbeziehung und übertragenem Drehmoment ermitteln zu können.The measuring principle is based on the consideration that there is a transmission elasticity in every drive train, so that individual transmission components theoretically always have constant phase differences limit and/or phase relationship, but in real operation the phase difference or phase relationship varies due to the transmission elasticity as a function of the transmitted torque. With knowledge of the phase difference or phase relationship, the transmitted torque can thus be determined, for example, via sets of rules, look-up tables, modeling, simulations, etc. However, it is at least possible to apply different torques to the pedal crankshaft with an identical drive train and to determine the resulting phase difference or phase relationship by measurement in order to be able to determine a reliable correlation between the phase difference or phase relationship and the transmitted torque.

Erfindungsgemäß weist die Drehmomentermittlungsvorrichtung eine erste Sensoreinrichtung zur Erfassung einer ersten Positionsinformation einer ersten Komponente in dem Antriebsstrang auf. Ferner weist die Drehmomentermittlungsvorrichtung eine zweite Sensoreinrichtung zur Erfassung einer zweiten Positionsinformation von einer zweiten Komponente in dem Antriebsstrang auf. Die Sensoreinrichtungen sind signaltechnisch und/oder datentechnisch in der Drehmomentermittlungsvorrichtung angeordnet, wobei die Drehmomentermittlungsvorrichtung programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, auf Basis der Positionsinformationen das Drehmoment zu ermitteln. Insbesondere werden die Positionsinformationen in Abhängigkeit der Zeit verarbeitet, die Phasendifferenz zu bestimmen. Im Speziellen beschreiben die Positionsinformationen die Drehbewegungen der jeweiligen Komponenten.According to the invention, the torque determination device has a first sensor device for detecting first position information of a first component in the drive train. Furthermore, the torque determination device has a second sensor device for detecting second position information from a second component in the drive train. The sensor devices are arranged in terms of signals and/or data in the torque determination device, with the torque determination device being designed in terms of programming and/or circuitry to determine the torque on the basis of the position information. In particular, the position information is processed as a function of time to determine the phase difference. In particular, the position information describes the rotational movements of the respective components.

Erfindungsgemäß ist die erste Komponente und/oder die erste Sensoreinrichtung eingangsseitig zu der Getriebeeinrichtung und die zweite Komponente und/oder die zweite Sensoreinrichtung ausgangsseitig zu der Getriebeeinrichtung angeordnet. Nachdem das Ermittlungsprinzip für das übermittelte Drehmoment auf der Getriebeelastizität beruht, führt eine Erhöhung der Getriebeelastizität zu einer Verbesserung der Aussagekraft der ermittelten Phasenbeziehung. Somit ist es vorteilhaft, möglichst viele Getriebekomponenten zwischen den zwei Meßorten der Sensoreinrichtungen anzuordnen. Werden die Sensoreinrichtungen an dem Getriebeeingang bzw. Getriebeausgang positioniert, führt die maximale Anzahl von Getriebekomponenten in der Getriebeeinrichtung zur Erhöhung der Getriebeelastizität und somit zur Verbesserung der Aussagekraft ermittelten Phasenbeziehung ausgenutzt.According to the invention, the first component and/or the first sensor device is arranged on the input side of the transmission device and the second component and/or the second sensor device is arranged on the output side of the transmission device. Since the determination principle for the transmitted torque is based on the transmission elasticity, an increase in the transmission elasticity leads to an improvement in the informative value of the phase relationship determined. It is therefore advantageous to arrange as many transmission components as possible between the two measurement locations of the sensor devices. If the sensor devices are positioned at the transmission input or transmission output, the maximum number of transmission components in the transmission device leads to an increase in the transmission elasticity and thus to an improvement in the meaningfulness of the determined phase relationship.

Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung weist die erste Sensoreinrichtung ein erstes Signalmodul und ein erstes Referenzmodul und/oder die zweite Sensoreinrichtung ein zweites Signalmodul und ein zweites Referenzmodul auf. Es ist vorgesehen, dass das jeweilige Signalmodul stationär in dem Generatormodul angeordnet ist und das jeweilige Referenzmodul drehfest mit der jeweiligen Komponente verbunden ist. Zur Vereinfachung der signaltechnischen Kommunikation und der energietechnischen Versorgung ist es bevorzugt, dass das jeweilige Signalmodul als der aktive Sensorabschnitt und das jeweilige Referenzmodul als der passive Sensorabschnitt realisiert sind. Prinzipiell kann die jeweilige Sensoreinrichtung auf einem beliebigen Meßprinzip, also zum Beispiel auf einem taktilen, optischen, induktiven und/oder kapazitiven Meßprinzip beruhen. Besonders bevorzugt ist die jeweilige Sensoreinrichtung jedoch als eine Magnetsensoreinrichtung ausgebildet. Zur Vermeidung von Interferenzen der beiden Sensorsignale kann es vorteilhaft sein, dass der eine Sensor ein anderes Meßprinzip hat wie der andere. In dieser Ausgestaltung weist das Referenzmodul jeweils einen oder mehrere Sensormagnete auf, wobei die Sensormagnete besonders bevorzugt in Umlaufrichtung um die Hauptachse angeordnet, insbesondere regelmäßig angeordnet sind.In a preferred structural configuration, the first sensor device has a first signal module and a first reference module and/or the second sensor device has a second signal module and a second reference module. Provision is made for the respective signal module to be arranged in a stationary manner in the generator module and for the respective reference module to be connected in a rotationally fixed manner to the respective component. In order to simplify the signaling communication and the energy supply, it is preferred that the respective signal module is implemented as the active sensor section and the respective reference module as the passive sensor section. In principle, the respective sensor device can be based on any measuring principle, ie for example on a tactile, optical, inductive and/or capacitive measuring principle. However, the respective sensor device is particularly preferably designed as a magnetic sensor device. In order to avoid interference between the two sensor signals, it can be advantageous for one sensor to have a different measuring principle than the other. In this embodiment, the reference module has one or more sensor magnets in each case, with the sensor magnets particularly preferably being arranged in the direction of rotation around the main axis, in particular being arranged regularly.

In einer Weiterbildung ist besonders bevorzugt, dass das erste Referenzmodul drehfest mit der Tretkurbelwelle und das zweite Referenzmodul drehfest mit dem Rotor des Generators verbunden ist. Diese Anordnung führt die Idee weiter, dass zwischen den zwei Meßpositionen für die Phasenbeziehung möglichst viele Getriebekomponenten angeordnet sind.In one development, it is particularly preferred that the first reference module is non-rotatably connected to the pedal crankshaft and the second reference module is non-rotatably connected to the rotor of the generator. This arrangement continues the idea that as many transmission components as possible are arranged between the two measuring positions for the phase relationship.

Bei einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist es bevorzugt, dass das erste und das zweite Signalmodul auf einer gemeinsamen Platine als Elektronikeinheit angeordnet sind. Vorzugsweise erstreckt sich die gemeinsame Platine in einer Radialebene zu der Hauptachse des Generatormoduls. In dieser Ausgestaltung kann es besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass die Referenzmodule koaxial und/oder konzentrisch zueinander angeordnet sind. Bei einer besonders kompakten Ausgestaltung der Erfindung, nutzen die Sensormagnete einen gemeinsamen axialen Bauraum in dem Generatormodul. Im Speziellen bilden die Sensormagnete des ersten Referenzmoduls eine dem ersten Signalmodul zugewandte erste Oberfläche und die Sensormagnete des zweiten Referenzmoduls eine dem zweiten Signalmodul zugewandte zweite Oberfläche, wobei die beiden Oberflächen in einer gemeinsamen Radialebene liegen.In a further development of the invention, it is preferred that the first and the second signal module are arranged on a common circuit board as an electronic unit. The common circuit board preferably extends in a radial plane to the main axis of the generator module. In this embodiment, it can be particularly preferable for the reference modules to be arranged coaxially and/or concentrically with one another. In a particularly compact embodiment of the invention, the sensor magnets use a common axial installation space in the generator module. In particular, the sensor magnets of the first reference module form a first surface facing the first signal module and the sensor magnets of the second reference module form a second surface facing the second signal module, the two surfaces lying in a common radial plane.

Es ist besonders bevorzugt, dass das erste Referenzmodul der ersten Sensoreinrichtung radial weiter innen als das zweite Referenzmodul der zweiten Sensoreinrichtung angeordnet ist. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass die Getriebeeinrichtung vom Langsamen ins Schnelle übersetzt und/oder die Winkelgeschwindigkeit des zweiten Referenzmoduls höher ist als die Winkelgeschwindigkeit des ersten Referenzmoduls, so dass mit den unterschiedlichen Teilkreisdurchmessern der Referenzmodule die unterschiedliche Winkelgeschwindigkeit zumindest tendenziell ausgeglichen ist, um bei beiden Sensoreinrichtungen eine vergleichbare Meßauflösung zu erhalten.It is particularly preferred that the first reference module of the first sensor device is arranged radially further inwards than the second reference module of the second sensor device. This embodiment is based on the idea that the transmission device from slow to fast translated and/or the angular velocity of the second reference module is higher than the angular velocity of the first reference module, so that the different pitch circle diameters of the reference modules at least tend to compensate for the different angular velocity in order to obtain a comparable measurement resolution for both sensor devices.

Prinzipiell können die erste und/oder die zweite Sensoreinrichtung als ein Inkrementalsensoreinrichtung ausgebildet sein und ausschließlich inkremental messen. Dies wäre ausreichend, um eine Phasenbeziehung zu ermitteln und somit das übertragene Drehmoment zu bestimmen. Es ist jedoch bevorzugt, dass die erste und/oder die zweite Sensoreinrichtung als eine Absolutsensoreinrichtung ausgebildet ist bzw. sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass die entsprechende Sensoreinrichtung vom Meßprinzip als Absolutsensoreinrichtung ausgebildet ist, wobei das zugeordnete Referenzmodul mindestens eine Referenzmarkierung aufweist, über die eine absolute Winkelposition zugeordnet werden kann. Vorzugsweise werden die Absolutsensoren über die Polpaaranordnungen des Generators eingelernt. Man geht davon aus, dass der Rotor einer vorgegebenen Generatorbestromung folgt und erhält die Winkelaufteilung entsprechend der Wicklungsanordnung. Ein mechanisches Einlernen ist aber auch denkbar. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinrichtung zwar prinzipiell als eine Inkrementalsensoreinrichtung ausgebildet ist, jedoch über eine Referenzierung als Absolutsensoreinrichtung arbeitet. Es ist auch möglich, dass eine der Sensoreinrichtungen als eine Inkrementalsensoreinrichtung und die andere Sensoreinrichtung als eine Absolutsensoreinrichtung ausgebildet ist oder zumindest entsprechend arbeitet. Durch diese Weiterbildung wird erreicht, das nicht nur das übertragene Drehmoment festgestellt werden kann, sondern dass auch eine absolute Winkelstellung abgeleitet werden kann, so dass auf eine Pedalstellung geschlossen werden kann. Die Pedalstellung kann verwendet werden, um weitere Funktionen der Antriebsanordnung zu ermöglichen. Beispielsweise sind Komfortfunktionen mit einem Absolutwegsensor an der Eingangswelle denkbar. Z.B elektromotorische Verstellung der Pedale auf die horizontale Ebene zur Erleichterung des Anfahrens.In principle, the first and/or the second sensor device can be designed as an incremental sensor device and measure exclusively incrementally. This would be sufficient to determine a phase relationship and thus to determine the transmitted torque. However, it is preferred that the first and/or the second sensor device is/are designed as an absolute sensor device. Provision can be made for the corresponding sensor device to be designed as an absolute sensor device in terms of the measuring principle, with the assigned reference module having at least one reference marking via which an absolute angular position can be assigned. The absolute sensors are preferably taught in via the pole pair arrangements of the generator. It is assumed that the rotor follows a specified generator current flow and the angular distribution is obtained according to the winding arrangement. However, mechanical teaching is also conceivable. Alternatively, provision can be made for the sensor device to be designed in principle as an incremental sensor device, but to operate as an absolute sensor device via referencing. It is also possible that one of the sensor devices is designed as an incremental sensor device and the other sensor device as an absolute sensor device or at least works accordingly. This development ensures that not only can the transmitted torque be determined, but also that an absolute angular position can be derived, so that a conclusion can be drawn about a pedal position. The pedal position can be used to enable other functions of the drive assembly. For example, comfort functions with an absolute travel sensor on the input shaft are conceivable. E.g. electromotive adjustment of the pedals to the horizontal plane to make starting easier.

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.

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.

Further features, advantages and effects of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment of the invention and the attached figures. show:

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 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.

1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug 1. Das Fahrzeug 1 ist als ein Fahrrad ausgebildet, welches im Wesentlichen aus einem Rahmen 2 sowie einem Vorderrad 3 und einem Hinterrad 4 gebildet ist. 1 shows a muscle-powered vehicle 1 in a greatly simplified representation. The vehicle 1 is designed as a bicycle, which is essentially formed from a frame 2 and a front wheel 3 and a rear wheel 4 .

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 front wheel 3 remaining unpowered. Optionally, however, it can also be provided that the front wheel 3 is driven.

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 generator module 6, optionally a drive module 7 and an energy storage module 8. The generator module 6 is arranged in the area of the bottom bracket and can be driven by a vehicle user by pedaling power in order to generate electrical energy for the drive module 7. For this purpose, the generator module 6 has two pedal cranks 9 arranged diametrically opposite one another, which are set in rotation by pedaling force in order to generate electrical power in the generator module 6 .

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 generator module 6 is only electrically connected to the drive module 6 and/or the energy storage module 8 via an electrical line 10 in order to provide the electrical energy required for the drive module 7 . The drive module 7 can be designed, for example, as a wheel hub motor that is integrated into the rear wheel 4 and transmits an electrical drive torque to the rear wheel 4 . The drive module 7 can be supplied directly by the electrical energy generated by the generator module 6 or indirectly by the electrical energy stored in the energy storage module 8 . The energy storage module 8 can be fed by the generator module 6 while driving and can also be charged from an external power source. Optionally, the electrical energy provided by the generator module 6 can be supplied to a consumer 11, e.g. As light, are made available.

Die 2 zeigt das Generatormodul 6 in einem Längsschnitt entlang einer Hauptdrehachse H. Das Generatormodul 6 weist eine Tretkurbelwelle 14 auf, welche mit ihrer Rotationsachse die Hauptdrehachse H definiert. In einer Einbausituation sind an der Tretkurbelwelle 14 endseitig die Tretkurbeln 9 montiert.the 2 shows the generator module 6 in a longitudinal section along a main axis of rotation H. The generator module 6 has a pedal crankshaft 14 which defines the main axis of rotation H with its axis of rotation. In an installation situation, the pedal cranks 9 are mounted on the end of the pedal crankshaft 14 .

Das Generatormodul 6 weist einen Generator 15 sowie eine Getriebeeinrichtung 16, 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 15 zu übersetzen.The generator module 6 has a generator 15 and a transmission device 16 which are accommodated together in a housing 17 . The generator 15 has a stator 18 and a rotor 19 , the pedal crankshaft 14 being connected to a transmission input and the rotor 19 being connected to a transmission output of the transmission device 16 . The stator 18, on the other hand, is fixed to the housing 17 and thus remains stationary. The transmission device 16 serves to translate a pedaling torque introduced into the pedal crankshaft 14 to the generator 15 via the transmission device 16 .

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. Dabei weisen der Gehäusegrundkörper 21 und der Gehäusedeckel 22 jeweils eine zentrale Durchgangsöffnung 23, 24 auf, welche zur Durchführung der Tretkurbelwelle 14 durch das Gehäuse 17 dienen.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 generator 15 and the pedal crankshaft 14 and in the axial direction with a positive fit between the generator 15 and the housing 17 . The housing 17 is designed in two parts, with the housing 17 having a housing base body 21 which is closed off in the axial direction by a housing cover 22 . The housing base body 21 and the housing cover 22 each have a central through-opening 23 , 24 which serves to guide the pedal crankshaft 14 through the housing 17 .

Das Exzentergetriebe 20 weist als Eingangsorgan einen Rollenträger 25 auf, welcher drehfest mit der Tretkurbelwelle 14 angeordnet ist. Ferner sind zwei Exzenterräder 26, 27 vorgesehen, wobei die Exzenterräder 26, 27 eine Exzenteraufnahmeöffnung und eine Mehrzahl von außermittigen Mitnehmeröffnungen aufweisen. Die Exzenterräder 26, 27 sind gegengleich zueinander angeordnet, um Querkräfte im Betrieb zu verkleinern. Der Rollenträger 25 weist eine Mehrzahl von Mitnehmerrollen 28 auf, wobei die Mitnehmerrollen 28 in die Mitnehmeröffnungen der Exzenterräder 26, 27 eingreifen, so dass diese in Umlaufrichtung von den Mitnehmerrollen 28 und damit von dem Rollenträger 26 mitgenommen werden.The eccentric gear 20 has a roller carrier 25 as an input element, which is arranged in a rotationally fixed manner with the pedal crankshaft 14 . Furthermore, two eccentric wheels 26, 27 are provided, the eccentric wheels 26, 27 having an eccentric receiving opening and a plurality of eccentric driver openings. The eccentric wheels 26, 27 are arranged opposite to each other in order to reduce transverse forces during operation. The roller carrier 25 has a plurality of driver rollers 28, the driver rollers 28 engaging in the driver openings of the eccentric wheels 26, 27, so that they are carried along in the direction of rotation by the driver rollers 28 and thus by the roller carrier 26.

Das Exzentergetriebe 20 weist einen Hohlradabschnitt 29 auf, wobei der Hohlradabschnitt 29 eine Innenverzahnung ausgebildet als eine Stirnradverzahnung aufweist. Der Außenumfang der Exzenterräder 26, 27 ist in einer komplementären Form ausgebildet, welche ausschließlich abschnittsweise, und zwar um 180° oder diametral versetzt in den Hohlradabschnitt 29 eingreift.The eccentric gear 20 has a ring gear section 29, the ring gear section 29 having an internal toothing designed as a spur gear toothing. The outer circumference of the eccentric gears 26, 27 is designed in a complementary shape, which engages in the ring gear portion 29 exclusively in sections, specifically offset by 180° or diametrically.

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 33, 34 in die Exzenteraufnahmeöffnung der Exzenterräder n 26, 27 eingreifen. Die Hohlwelle 30 ist drehfest mit dem Rotor 19 verbunden. Bei einer Rotation der Tretkurbelwelle 14 wird der Rollenträger 25 ebenfalls rotiert und die Drehbewegung ins Schnelle übersetzt. In einer bevorzugten Realisierung ist vorgesehen, dass das Exzentergetriebe 20 ein Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang mit einem Betrag von weniger als 1:30 aufweist. Vorzugsweise weist die Getriebeeinrichtung 16 ein Übersetzungsverhältnis zwischen 1:10 und 1:50 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 hollow shaft 30, the hollow shaft 30 having two eccentric sections 31, 32, the eccentric sections 31, 32 engaging in the eccentric receiving opening of the eccentric wheels n 26, 27 via a disk bearing device 33, 34 in each case. The hollow shaft 30 is connected to the rotor 19 in a torque-proof manner. When the pedal crankshaft 14 rotates, the roller carrier 25 is also rotated and the rotational movement is accelerated. In a preferred implementation, it is provided that the eccentric gear 20 has a transmission ratio between the gear input and the gear output with an amount of less than 1:30. The transmission device 16 preferably has a transmission ratio of between 1:10 and 1:50. The eccentric gear 20 preferably has a transmission ratio of 1:50. In this way, the high pedaling torque generated by the driver (in the range of up to approx. 200 Nm) at the transmission input/input element at low speeds (in the range from 30 to 120 rpm) is converted into a lower torque with high speeds at the transmission output/output element.

Das Generatormodul 6 weist Lagereinrichtungen 35, 36 auf, wobei die Lagereinrichtungen 35, 36 als Wälzlagereinrichtungen, insbesondere als Kugellagereinrichtung ausgebildet sind. Die Lagereinrichtungen 35, 36 lagern die Tretkurbelwelle 14 relativ zu dem Gehäuse 17 oder relativ zu einem Gehäuseabschnitt des Gehäuses 17.The generator module 6 has bearing devices 35, 36, the bearing devices 35, 36 being designed as roller bearing devices, in particular as ball bearing devices. The bearing devices 35, 36 support the crankshaft 14 relative to the housing 17 or relative to a housing section of the housing 17.

Die Tretkurbelwelle 14 ist relativ zu der Hohlwelle 30 und/oder zu dem Rotor 19 über eine Rotorlagereinrichtung 37 gelagert, die im Endbereich des Rotors 19 angeordnet und als eine Wälzkörperlagerung ausgebildet ist. Ferner ist die Tretkurbelwelle 14 über eine Rollenlagereinrichtung 38 im Bereich der Getriebeeinrichtung 16 gegen die Hohlwelle 30 und/oder den Exzenterabschnitten 31, 32 gelagert.The pedal crankshaft 14 is relative to the hollow shaft 30 and/or to the rotor 19 via a rotor stored bearing device 37, which is arranged in the end region of the rotor 19 and designed as a rolling element bearing. Furthermore, the pedal crankshaft 14 is mounted against the hollow shaft 30 and/or the eccentric sections 31, 32 via a roller bearing device 38 in the region of the gear device 16.

Es ist zu erkennen, dass die Mitnehmerrollen 28 jeweils einen Bolzen 39 aufweisen, wobei der Bolzen 39 in einer Rollenscheibe 40 des Rollenträgers 25 festgelegt, z.B. eingepresst sind. Auf den Bolzen 39 ist jeweils eine Rollenhülse koaxial aufgesetzt, wobei die Rollenhülse auf dem Bolzen über eine Rollenlagerung gelagert ist. Die Rollenlagerung ist als eine Gleitlagerung oder als eine Wälzkörperlagerung, insbesondere Nadellager, ausgebildet. Der Außendurchmesser der Mitnehmerrollen 28 und/oder der Rollenhülsen ist kleiner als die Mitnehmeröffnungen ausgebildet, so dass die Rollenhülsen am Innenumfang der Mitnehmeröffnungen ablaufen können.It can be seen that the carrier rollers 28 each have a bolt 39, the bolt 39 being fixed, e.g. pressed, in a roller disk 40 of the roller carrier 25. A roller sleeve is placed coaxially on the bolt 39, the roller sleeve being mounted on the bolt via a roller bearing. The roller bearing is designed as a sliding bearing or as a rolling element bearing, in particular a needle bearing. The outer diameter of the driver rollers 28 and/or the roller sleeves is smaller than the driver openings, so that the roller sleeves can run off the inner circumference of the driver openings.

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 einer ÖI- oder Fettschmierung versehen, wobei der Getrieberaum durch eine Zwischenwand 41 und einer Dichtung 42 relativ zu der Hohlwelle 30 von einem Trockenraum für den Generator und die Elektronik getrennt ist. Alternativ hierzu ist auch der der Generator und die Elektronik in einem Nassraum angeordnet und es wird auf die Zwischenwand verzichtet.In order to further reduce the friction losses in the generator module 6, in particular in the gear mechanism 16 and in particular in the eccentric gear 20, the gear chamber is provided with oil or grease lubrication, with the gear chamber being separated by an intermediate wall 41 and a seal 42 relative to the hollow shaft 30 a drying room for the generator and the electronics. As an alternative to this, the generator and the electronics are also arranged in a wet room and the partition wall is dispensed with.

Das Generatormodul 6 weist eine Drehmomentermittlungsvorrichtung 12 auf, wobei die Drehmomentermittlungsvorrichtung 12 ausgebildet ist, ein übertragenes Drehmoment in einem Antriebsstrang 13 zu messen, wobei der Antriebsstrang 13 von der Tretkurbelwelle 14 über die Getriebeeinrichtung 16 bis zum Generator 15, insbesondere Rotor 19 verläuft. Die Tretkurbelwelle 14 und der Rotor 19 sowie optional die Tretkurbel 9 bilden Komponenten des Antriebsstrangs 13. Die grundsätzliche Funktionsweise der Drehmomentermittlungsvorrichtung 12 ist es, das Drehmoment in dem Antriebsstrang 13 über die Phasenbeziehung der Drehbewegungen von zwei Komponenten in dem Antriebsstrang 13 zu messen.The generator module 6 has a torque determination device 12, with the torque determination device 12 being designed to measure a transmitted torque in a drive train 13, with the drive train 13 running from the pedal crankshaft 14 via the transmission device 16 to the generator 15, in particular the rotor 19. The crankshaft 14 and the rotor 19 and optionally the crank 9 form components of the drive train 13. The basic function of the torque determination device 12 is to measure the torque in the drive train 13 via the phase relationship of the rotary movements of two components in the drive train 13.

Die Drehermittlungsvorrichtung 12 weist eine erste Sensoreinrichtung 43 und eine zweite Sensoreinrichtung 44 auf. Die erste und die zweite Sensoreinrichtung 43, 44 sind jeweils ausgebildet, eine Positionsinformation von einer rotierenden Komponente in dem Antriebsstrang 13 zu erfassen. Die Positionsinformationen werden zeitabhängig erfasst, so dass zwischen den zeitabhängigen Positionsinformationen eine Phasenbeziehung durch die Drehermittlungsvorrichtung 12 abgeleitet werden kann. Beispielsweise weist die Drehermittlungsvorrichtung 12 eine Elektronikeinheit 45 auf, wobei die Elektronikeinheit 45 als eine Platine ausgebildet ist, wobei die Platine und/oder die Elektronikeinheit in einer Radialebene zu der Hauptachse H angeordnet ist. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ableitung der Phasenbeziehung in einer Steuereinrichtung 46 erfolgt, wobei die Steuereinrichtung 46 integriert, zum Beispiel auf der Elektronikeinheit 45, oder außerhalb des Generatormoduls 6 angeordnet sein kann.The rotation determination device 12 has a first sensor device 43 and a second sensor device 44 . The first and the second sensor device 43, 44 are each designed to detect position information from a rotating component in the drive train 13. The position information is detected as a function of time, so that a phase relationship between the time-dependent position information can be derived by the rotation determination device 12 . For example, the rotation determination device 12 has an electronics unit 45, with the electronics unit 45 being designed as a circuit board, with the circuit board and/or the electronics unit being arranged in a radial plane relative to the main axis H. However, it is also possible for the phase relationship to be derived in a control device 46 , in which case the control device 46 can be integrated, for example on the electronic unit 45 , or can be arranged outside of the generator module 6 .

Die Drehermittlungsvorrichtung 12 ermittelt das übertragene Drehmoment in Abhängigkeit der Phasenbeziehung zwischen den zwei Komponenten. Dabei wird davon ausgegangen, dass zwischen den zwei Komponenten eine Getriebeelastizität vorliegt, so dass sich das Drehmoment in Abhängigkeit der abgeleiteten Phasenbeziehung ermitteln lässt. Die Ermittlung erfolgt beispielsweise durch eine Abbildung, ein Regelwerk oder Ähnliches, wobei zum Beispiel vorab der Zusammenhang zwischen Drehmoment und Phasenbeziehung gemessen wurde und entsprechend hinterlegt wurde.The rotation determination device 12 determines the transmitted torque depending on the phase relationship between the two components. It is assumed that there is a transmission elasticity between the two components, so that the torque can be determined as a function of the derived phase relationship. The determination is made, for example, by means of an image, a set of rules or the like, with the connection between torque and phase relationship being measured in advance and stored accordingly, for example.

Die erste Sensoreinrichtung 43 weist ein erstes Signalmodul 47 und ein erstes Referenzmodul 48 auf. Das erste Signalmodul 47 ist auf der Elektronikeinheit 45, insbesondere auf der Platine, stationär in dem Generatormodul 6 angeordnet. Das erste Referenzmodul 48 ist als ein Winkelgeber ausgebildet und weist mindestens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von ersten Sensormagneten 49 auf, welche in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse H regelmäßig verteilt sind. Das erste Referenzmodul 48 weist ferner einen ersten Kragenabschnitt 50 auf, wobei die ersten Sensormagnete 49 auf dem ersten Kragenabschnitt 50 angeordnet sind und wobei der erste Kragenabschnitt 50 mit der Tretkurbelwelle 14 als eine erste Komponente des Antriebsstrangs 13 drehfest verbunden ist. Beispielsweise ist der erste Kragenabschnitt 50 auf die Tretkurbelwelle 14 aufgepresst. Das erste Signalmodul 47 ist beispielsweise als Magnetsensor ausgebildet, so dass dieser die erste Positionsinformation bei einer Drehung des ersten Referenzmoduls 48 und/oder der Tretkurbelwelle 14 auslesen kann.The first sensor device 43 has a first signal module 47 and a first reference module 48 . The first signal module 47 is arranged in a stationary manner in the generator module 6 on the electronic unit 45, in particular on the printed circuit board. The first reference module 48 is designed as an angle sensor and has at least one, preferably a plurality of first sensor magnets 49, which are regularly distributed around the main axis of rotation H in the direction of rotation. The first reference module 48 also has a first collar section 50, the first sensor magnets 49 being arranged on the first collar section 50 and the first collar section 50 being non-rotatably connected to the pedal crankshaft 14 as a first component of the drive train 13. For example, the first collar section 50 is pressed onto the pedal crankshaft 14 . The first signal module 47 is designed as a magnetic sensor, for example, so that it can read out the first position information when the first reference module 48 and/or the pedal crankshaft 14 rotates.

Die zweite Sensoreinrichtung 44 weist ein zweites Signalmodul 51 und ein zweites Referenzmodul 52 auf. Das zweite Signalmodul 51 ist auf der Elektronikeinheit 45, insbesondere auf der Platine, stationär in dem Generatormodul 6 angeordnet. Das zweite Referenzmodul 52 ist als ein Winkelgeber ausgebildet und weist mindestens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von zweiten Sensormagneten 53 auf, welche in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse H regelmäßig verteilt sind. Das zweite Referenzmodul 52 weist ferner einen zweitens Kragenabschnitt 54 auf, wobei die zweiten Sensormagnete 53 auf dem zweiten Kragenabschnitt 54 angeordnet sind und wobei der zweite Kragenabschnitt 54 mit dem Rotor 19 und/oder der Hohlwelle 30 als eine zweite Komponente des Antriebsstrangs 13 drehfest verbunden ist. Beispielsweise ist der zweite Kragenabschnitt 54 auf die Hohlwelle 30 aufgepresst. Das zweite Signalmodul 51 ist beispielsweise als Magnetsensor ausgebildet, so dass dieser die zweite Positionsinformation bei einer Drehung des zweiten Referenzmoduls 52 und/oder Hohlwelle 30 und/oder des Rotors 19 auslesen kann.The second sensor device 44 has a second signal module 51 and a second reference module 52 . The second signal module 51 is arranged in a stationary manner in the generator module 6 on the electronic unit 45, in particular on the printed circuit board. The second reference module 52 is designed as an angle sensor and has at least one, preferably a plurality of second sensor magnets 53, which are regularly distributed around the main axis of rotation H in the direction of rotation. The second reference module 52 also has a second collar section 54 , the second sensor magnets 53 being arranged on the second collar section 54 and wherein the second collar section 54 is non-rotatably connected to the rotor 19 and/or the hollow shaft 30 as a second component of the drive train 13 . For example, the second collar section 54 is pressed onto the hollow shaft 30 . The second signal module 51 is designed as a magnetic sensor, for example, so that it can read out the second position information when the second reference module 52 and/or the hollow shaft 30 and/or the rotor 19 rotates.

Das zyklisch wiederkehrende Signal der zweiten Sensoreinrichtung 44 ist bedingt durch die Übersetzung der Getriebeeinrichtung 16 entsprechend runterzurechnen, so dass es zu der Laufzeit der ersten Sensoreinrichtung 43 passt. Beide Signale stehen so in zeitlich gleichen Abständen zueinander. Durch die Getriebesteifigkeit zwischen den beiden Sensorsignalabgriffen kann der Abstand zwischen Eingangswellensignal und Abtriebswellensignal durch ein anliegendes Drehmoment als Phasenverschiebung indiziert werden.The cyclically recurring signal from the second sensor device 44 is due to the gear ratio of the transmission device 16 to be calculated down accordingly so that it matches the running time of the first sensor device 43 . The two signals are thus at equal intervals from one another. Due to the transmission rigidity between the two sensor signal taps, the distance between the input shaft signal and the output shaft signal can be indicated as a phase shift by an applied torque.

Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch optische, taktile etc. Sensoreinrichtungen zum Einsatz kommen. Um einen besonders kompakten Aufbau zu gewährleisten sind die Referenzmodule 48, 52 konzentrisch zueinander angeordnet, wobei das zweite Referenzmodul 52 einen größeren Teilkreisdurchmesser als das erste Referenzmodul 48 aufweist.In other exemplary embodiments, optical, tactile, etc. sensor devices can also be used. In order to ensure a particularly compact structure, the reference modules 48, 52 are arranged concentrically with one another, with the second reference module 52 having a larger reference circle diameter than the first reference module 48.

Die Elektronikeinheit 45 ist in dem ölfreien und/oder trockenen Bereich auf einer zu der Getriebeeinrichtung 16 gegenüberliegenden Seite der Zwischenwand 41 angeordnet. Genauer betrachtet ist der Generator 15 zwischen der Zwischenwand 41 und der Elektronikeinheit 45 positioniert, so dass die Elektronikeinheit 45 und/oder die Sensoreinrichtungen 43, 44 an einem freien Ende des Generators 15 angeordnet sind. Dies vereinfacht den Zusammenbau des Generatormoduls 6.The electronics unit 45 is arranged in the oil-free and/or dry area on a side of the intermediate wall 41 opposite the transmission device 16 . Viewed in more detail, the generator 15 is positioned between the intermediate wall 41 and the electronics unit 45 so that the electronics unit 45 and/or the sensor devices 43 , 44 are arranged at a free end of the generator 15 . This simplifies the assembly of the generator module 6.

Prinzipiell können die Sensoreinrichtungen 43, 44 als Inkrementalsensoreinrichtung ausgebildet sein. Alternativ können diese als Absolutsensoreinrichtungen ausgebildet sein oder als diese arbeiten, so dass eine Absolutposition ausgelesen werden kann. Insbesondere wird eine Absolutposition von der Tretkurbelwelle 14 ausgelesen. Damit ist es möglich, nicht nur das übertragene Drehmoment, sondern auch z.B. eine Pedalstellung abzuleiten.In principle, the sensor devices 43, 44 can be designed as an incremental sensor device. Alternatively, these can be designed as absolute sensor devices or work as such, so that an absolute position can be read out. In particular, an absolute position of the pedal crankshaft 14 is read out. This makes it possible to derive not only the transmitted torque, but also, for example, a pedal position.

Die Steuereinrichtung 46 kann programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet sein, über die Kenntnis des übertragenen Drehmoments bzw. der Referenzgröße dazu die Regelung und/oder Steuerung der Antriebsanordnung 5 zu verbessern oder genauere Funktionen zu erstellen, wie zum Beispiel Anfahrtdrehmomentenregelung, Pedalstellungserkennung, Momentenverlaufsanpassung oder andere Fahrsituationseingriffsmöglichkeiten umzusetzen.The control device 46 can be designed in terms of programming and/or circuitry to improve the regulation and/or control of the drive arrangement 5 via knowledge of the transmitted torque or the reference variable or to create more precise functions, such as starting torque regulation, pedal position detection, torque curve adaptation or others to implement driving situation intervention options.

Optional ergänzend kann in dem Antriebsstrang 13 zwischen den Sensorabgriffspunkten ein Elastizitätsabschnitt 55 seriell zwischengeschaltet sein, so dass die Getriebeelastizität erhöht wird und die Ermittlung des durchgeleiteten Drehmoments vereinfacht wird. Beispielsweise kann der Elastizitätsabschnitt 55 durch einen Federmechanismus, wie dieser von Kupplungsscheibendämpfern bekannt ist, umgesetzt werden. Dabei wird beispielsweise der Rollenträger 25 in zwei Teilkomponenten zerlegt, wobei die zwei Teilkomponenten zueinander gegen die Federkraft des Elastizitätsabschnitt 55 verdrehbar sind. Beispielsweise ist der Elastizitätsabschnitt 55 als eine oder mehrere Federn ausgebildet, wobei die Federn in Umlaufrichtung wirken. Mit dieser zusätzlichen Maßnahme kann die Änderung der Phasenbeziehung verstärkt und dadurch die Messung verbessert werden. Weitere Maßnahmen zur Reduzierung der Steifigkeit sind denkbar, wie zum Beispiel eine Verringerung von Wellendurchmesser etc.Optionally, an elasticity section 55 can be connected in series in the drive train 13 between the sensor tapping points, so that the transmission elasticity is increased and the determination of the transmitted torque is simplified. For example, the elasticity section 55 can be implemented by a spring mechanism, as is known from clutch disc dampers. In this case, for example, the roller carrier 25 is broken down into two subcomponents, with the two subcomponents being rotatable relative to one another against the spring force of the elasticity section 55 . For example, the elasticity section 55 is designed as one or more springs, with the springs acting in the circumferential direction. With this additional measure, the change in the phase relationship can be amplified and the measurement can thereby be improved. Other measures to reduce rigidity are conceivable, such as reducing the shaft diameter, etc.

BezugszeichenlisteReference List

11: Fahrzeugvehicle
22: Rahmenframe
33: Vorderradfront wheel
44: Hinterradrear wheel
55: Antriebsanordnungdrive arrangement
66: Generatormodulgenerator module
77: Antriebsmoduldrive module
88th: Energiespeichermodulenergy storage module
99: Tretkurbelcrank
1010: LeitungManagement
1111: Verbraucherconsumer
1212: Drehmomentermittlungsvorrichtungtorque detection device
1313: Antriebsstrangpowertrain
1414: Tretkurbelwellepedal crankshaft
1515: Generatorgenerator
1616: Getriebeeinrichtunggear mechanism
1717: GehäuseHousing
1818: Statorstator
1919: Rotorrotor
2020: Exzentergetriebeeccentric gear
2121: Gehäusegrundkörperhousing body
2222: Gehäusedeckelhousing cover
2323: Durchgangsöffnung im GehäusedeckelThrough hole in the housing cover
2424: Durchgangsöffnung im GehäusegrundkörperThrough hole in the housing body
2525: Rollenträgerrole carrier
26, 2726, 27: Exzenterrädereccentric wheels
2828: Mitnehmerrollencarrier rollers
2929: Hohlradabschnittring gear section
3030: Hohlwellehollow shaft
31, 3231, 32: Exzenterabschnitteeccentric sections
33, 3433, 34: Scheibenlagereinrichtungdisc storage facility
35, 3635, 36: Lagereinrichtungenstorage facilities
3737: Rotorlagereinrichtungrotor bearing device
3838: Rollenlagereinrichtungroller bearing facility
3939: Bolzenbolt
4040: Rollenscheiberoller disc
4141: Zwischenwandpartition
4242: Dichtungpoetry
4343: erste Sensoreinrichtungfirst sensor device
4444: zweite Sensoreinrichtungsecond sensor device
4545: Elektronikeinheitelectronics unit
4646: Steuereinrichtungcontrol device
4747: erstes Signalmodulfirst signal module
4848: erstes Referenzmodulfirst reference module
4949: erste Sensormagnetefirst sensor magnets
5050: erster Kragenabschnittfirst collar section
5151: zweites Signalmodulsecond signal module
5252: zweites Referenzmodulsecond reference module
5353: zweite Sensormagnetesecond sensor magnets
5454: zweiter Kragenabschnittsecond collar section
5555: Elastizitätsabschnittelasticity section
HH: Hauptdrehachsemain axis of rotation

Claims

Drive arrangement (5) for a human-powered vehicle (1) with a generator module (6) for generating electrical energy for a drive module (7) for generating an electrical drive torque, the generator module (6) having a generator (15) which is driven by a vehicle user can be driven by pedaling power, the generator module (6) having a pedal crankshaft (14) for transmitting the pedaling power from a pedal crank (9) to the generator (15), the generator module (6) having a transmission device (16) for translating the pedaling power has the generator (15), the pedal crankshaft (14) being connected in terms of transmission to the generator (15) via the transmission device (16), so that a drive train (13) is formed, characterized by a torque determination device (12) for determining a torque in the drive train (13) via a detection of the phase relationship of rotational movements of two components in the drive train (13), the Dre torque determination device (12) has a first sensor device (43) for detecting position information of a first component in the drive train (13), the first component and/or the first sensor device (43) being arranged on the input side of the transmission device (16), and one second sensor device (44) for detecting position information of a second component in the drive train (13), the second component and/or the second sensor device (44) being arranged on the output side of the transmission device (16), the torque determination device (12) being formed , to determine the torque based on the position information.

Drive arrangement (5) after claim 1 , characterized in that the first sensor device (43) has a first signal module (47) and a first reference module (48), the first signal module (47) being designed to be active and arranged in a stationary manner, and the first reference module (48) being designed to be passive and is arranged to rotate, and/or that the second sensor device (44) has a second signal module (51) and a second reference module (52), the second signal module (51) being designed to be active and arranged to be stationary, and the second reference module (52) is passive and arranged to rotate.

Drive arrangement (5) according to one of the preceding claims, characterized in that the first reference module (47) is non-rotatably connected to the pedal crankshaft (14) and/or the second reference module (52) is non-rotatably connected to a rotor (19) of the generator (15). .

Drive arrangement (5) after claim 2 or 3 , characterized in that the first and the second signal module (47, 51) are arranged on a common circuit board.

Drive arrangement (5) according to any one of the preceding claims, characterized in that net that the first and/or the second sensor device (43, 44) is/are designed as an absolute sensor device and/or that the first and/or the second sensor device (43, 44) is designed as an incremental sensor device that is referenced, to form an absolute sensor device.

Drive arrangement (5) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one elasticity section (55) is interposed in the drive train (13), the elasticity section (55) increasing the transmission elasticity between the two components in particular artificially.

Drive arrangement (5) according to one of the preceding claims, characterized by a control device (46), wherein the control device (46) is designed to control a starting torque control, a pedal position detection and / or a torque curve adaptation based on the results of the torque determination device (12).

Vehicle (1) with the drive arrangement (5) according to one of the preceding claims.