DE102021116701B3 - Driving device for an electric bicycle and electric bicycle - Google Patents

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Abstract

Eine Antriebsvorrichtung (5) für ein Elektrofahrrad (1) weist eine Motoreinheit mit einem Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) auf. Die Antriebsvorrichtung (5) umfasst ferner eine Tretkurbelwelle (6), die um eine Rotationsachse (R) drehbar ist und sich durch ein Motorgehäuse (7) der Motoreinheit erstreckt. Antriebsvorrichtung (5) weist weiter ein Kettenblattsystem (11) auf, das zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) mit der Tretkurbelwelle (6) gekoppelt ist. Außerdem umfasst die Antriebsvorrichtung (5) eine Drehmomentsensoreinheit (10), die in Bezug auf die Rotationsachse (R) außerhalb des Motorgehäuses (7) zwischen dem Kettenblattsystem (11) und dem Motorgehäuse (7) angeordnet ist und die zum Messen eines Drehmoments des Kettenblattsystems (11) eine Abnehmereinheit (14) mit Abnehmerelektronik (16) und einen radialen Messbereich (20) umfasst. Die Abnehmereinheit (14) und der Messbereich sind so ausgerichtet, dass eine Messrichtung zwischen ihnen entlang der Rotationsachse (R) ausgebildet ist.

Figure DE102021116701B3_0000
A drive device (5) for an electric bicycle (1) has a motor unit with an electric motor for driving the electric bicycle (1). The drive device (5) also includes a pedal crankshaft (6) which is rotatable about an axis of rotation (R) and extends through a motor housing (7) of the motor unit. The drive device (5) also has a chainring system (11) which is coupled to the pedal crankshaft (6) in order to drive the electric bicycle (1). In addition, the drive device (5) includes a torque sensor unit (10), which is arranged with respect to the axis of rotation (R) outside of the motor housing (7) between the chain ring system (11) and the motor housing (7) and for measuring a torque of the chain ring system (11) comprises a pickup unit (14) with pickup electronics (16) and a radial measuring area (20). The pickup unit (14) and the measuring section are aligned so that a measuring direction is formed between them along the axis of rotation (R).
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Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad und ein Elektrofahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung.The invention relates to a drive device for an electric bicycle and an electric bicycle with such a drive device.

Fahrräder realisieren kostengünstige, leicht zu handhabende und emissionsfreie Fortbewegungsmittel. Sie haben auch als Sport- beziehungsweise Fitnessgeräte Verbreitung gefunden, und es haben sich für unterschiedliche sportliche Einsatzfelder besonders geeignete Typen herausgebildet.Bicycles are a cost-effective, easy-to-handle and emission-free means of transportation. They have also been used as sports or fitness equipment, and types that are particularly suitable for different sports applications have emerged.

In den letzten Jahren wächst die Begeisterung für Elektrofahrräder (insbesondere sogenannte „Pedelecs“), und das auch trotz der für Fahrräder hohen Gewichte und Preise. Potenzielle Kunden sind nicht nur ältere, weniger konditionsstarke oder von sportlichen Ambitionen freie Radfahrer, sondern auch sportliche, jüngere Fahrer, sei es zur Nutzung auf dem Arbeitsweg oder wegen der Möglichkeit, mit ihnen ohne Überbeanspruchung der eigenen Physis den Aktionsradius zu erweitern und/oder die Reisegeschwindigkeit zu erhöhen. Gerade bei Mountainbikern scheint das Interesse an elektrisch unterstützten Mountainbikes zu wachsen. Bei Elektrofahrrädern ist es ein Anliegen, ein zuverlässig unterstützendes Antriebssystem bereitzustellen, welches eine hohe Leistungsübertragung ermöglicht.In recent years, enthusiasm for electric bicycles (especially so-called "pedelecs") has been growing, despite the high weight and price of bicycles. Potential customers are not only older, less fit cyclists or cyclists who are free from sporting ambitions, but also sporty, younger cyclists, whether for use on the way to work or because of the possibility of using them to extend the radius of action without overstraining one's own physique and/or the increase cruising speed. Interest in electrically assisted mountain bikes seems to be growing, especially among mountain bikers. In the case of electric bicycles, it is important to provide a reliably supporting drive system that enables high power transmission.

Es ist die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ein Antriebskonzept für Elektrofahrräder zu schaffen, welches einen übersichtlichen und platzsparenden Aufbau aufweist und eine zuverlässige Unterstützung ermöglicht.It is the object on which the invention is based to create a drive concept for electric bicycles that has a clear and space-saving design and enables reliable support.

Die Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und durch ein Elektrofahrrad mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12 gelöst.The object is achieved by a drive device having the features of claim 1 and by an electric bicycle having the features of claim 12.

Gemäß einem Aspekt wird eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad offenbart. Die Antriebsvorrichtung weist eine Motoreinheit mit einem Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrrads auf, der in einem Motorgehäuse angeordnet ist. Die Antriebsvorrichtung weist weiter eine Tretkurbelwelle auf, die um eine Rotationsachse drehbar ist und die sich durch das Motorgehäuse erstreckt. Die Antriebsvorrichtung umfasst weiter ein Kettenblattsystem, das zum Antreiben des Elektrofahrrads mit der Tretkurbelwelle gekoppelt ist, und eine Drehmomentsensoreinheit, die zum Messen eines Drehmoments des Kettenblattsystems ausgebildet ist. Die Drehmomentsensoreinheit ist in Bezug auf die Rotationsachse außerhalb des Motorgehäuses zwischen dem Kettenblattsystem und dem Motorgehäuse angeordnet und umfasst zum Messen eines Drehmoments des Kettenblattsystems einen radialen Messbereich und eine Abnehmereinheit mit einer Abnehmerelektronik. Die Abnehmereinheit und der radiale Messbereich sind so ausgerichtet, dass eine Messrichtung zwischen ihnen entlang der Rotationsachse ausgebildet ist.According to one aspect, a drive device for an electric bicycle is disclosed. The drive device has a motor unit with an electric motor for driving the electric bicycle, which is arranged in a motor housing. The drive device further has a pedal crankshaft which is rotatable about an axis of rotation and which extends through the motor housing. The drive device further includes a chainring system, which is coupled to the pedal crankshaft for driving the electric bicycle, and a torque sensor unit, which is designed to measure a torque of the chainring system. The torque sensor unit is arranged with respect to the axis of rotation outside of the motor housing between the chainring system and the motor housing and comprises a radial measuring area and a pickup unit with pickup electronics for measuring a torque of the chainring system. The pickup unit and the radial measuring portion are aligned so that a measuring direction is formed between them along the axis of rotation.

Mittels der beschriebenen Antriebsvorrichtung ist ein zuverlässiges Antriebskonzept für Elektrofahrräder realisierbar, welches einen platzsparenden Aufbau ermöglicht. Insbesondere aufgrund der externen Anordnung der Drehmomentsensoreinheit und der eingerichteten radialen Drehmomentmessung ist ein kompakter axialer Aufbau der Antriebsvorrichtung realisierbar, welcher dazu beiträgt, einen benötigten Bauraum in dem Motorgehäuse gering zu halten und das Motorgehäuse entsprechend schlank gestalten zu können. Die beschriebene Antriebsvorrichtung ist insbesondere als elektrisches Fahrradantriebssystem zur Montage an ein Unterrohr oder an ein Sitzrohr des Elektrofahrrads geeignet.A reliable drive concept for electric bicycles can be implemented by means of the drive device described, which enables a space-saving design. In particular, due to the external arrangement of the torque sensor unit and the set up radial torque measurement, a compact axial design of the drive device can be implemented, which helps to keep the space required in the motor housing small and to be able to make the motor housing correspondingly slim. The drive device described is particularly suitable as an electric bicycle drive system for mounting on a down tube or on a seat tube of the electric bicycle.

Der radiale Messbereich erstreckt sich um die Rotationsachse herum und kann diese vollständig umlaufen oder auch nur abschnittsweise auf einen Kreissegment vorgegeben ausgebildet sein. Die Messrichtung zwischen der Abnehmereinheit und dem Messbereich ist im Wesentlichen parallel zu der Rotationsachse orientiert. Dies kann aber auch eine relativ geringe Neigung der Messrichtung im Hinblick auf die Rotationsache umfassen, sodass die Messrichtung jeweils überwiegend entlang der Rotationsachse ausgebildet und nicht senkrecht zu dieser eingerichtet ist.The radial measuring range extends around the axis of rotation and can completely encircle it or can also be configured only in sections on a segment of a circle. The measurement direction between the pickup unit and the measurement area is oriented essentially parallel to the axis of rotation. However, this can also include a relatively slight inclination of the measurement direction with regard to the rotation object, so that the measurement direction is in each case predominantly formed along the rotation axis and not set up perpendicular to it.

Der radiale Messbereich bildet den auszumessenden Abschnitt, um ein Drehmoment, das zum Beispiel auf ein Kettenblatt des Kettenblattsystems wirkt, zu ermitteln. Er entspricht zum Beispiel einer Torsionsfläche, die mittels der Abnehmereinheit messtechnisch beobachtet oder überwacht wird. Demgemäß ist eine rotatorische Messtrecke auf die Rotation der Tretkurbelwelle und einen Betrieb eines Elektrofahrrads abgestimmt eingerichtet und folgt einem vorgegebenen radialen Verlauf.The radial measuring range forms the section to be measured in order to determine a torque that acts on a chainring of the chainring system, for example. It corresponds, for example, to a torsion surface that is metrologically observed or monitored by means of the pickup unit. Accordingly, a rotary measuring section is set up in a way that is coordinated with the rotation of the pedal crankshaft and the operation of an electric bicycle and follows a predetermined radial course.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung umfasst das Kettenblattsystem ein Kettenblatt und einen Kettenblatt-Spider, die miteinander und mittels einer Motorabtriebswelle mit der Tretkurbelwelle gekoppelt sind. Die Abnehmereinheit ist zwischen dem Kettenblatt und der Motorabtriebswelle angeordnet. Auf diese Weise kann ein Bereich in der Antriebsvorrichtung gezielt für die Drehmomentsensoreinheit beziehungsweise die Abnehmereinheit genutzt werden, welcher üblicherweise ungenutzt frei verbleibt. Somit kann ein besonders platzsparender Aufbau der Antriebsvorrichtung realisiert werden.According to a preferred embodiment of the drive device, the chainring system comprises a chainring and a chainring spider, which are coupled to one another and to the pedal crankshaft by means of a motor output shaft. The pickup unit is arranged between the chainring and the engine output shaft. In this way, an area in the drive device that usually remains unused can be used specifically for the torque sensor unit or the pickup unit. A particularly space-saving design of the drive device can thus be implemented.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung ist der radiale Messbereich in oder an dem Kettenblatt-Spider ausgebildet. Der Messbereich kann als auszumessender Abschnitt an dem Spider angeordnet sein oder auch als Torsionsfläche, die sich zumindest abschnittsweise radial entlang eines vorgegebenen Kreissegments erstreckt, mit dem Spider integriert ausgebildet sein.According to a further preferred embodiment of the drive device is the radial Measuring range formed in or on the chain ring spider. The measuring area can be arranged as a section to be measured on the spider or also as a torsion surface, which at least partially extends radially along a predetermined segment of a circle, integrated with the spider.

Der Kettenblatt-Spider oder in Kurzform, der Spider, ist üblicherweise ein mehrarmiges Bauteil, an dem ein oder mehrere Kettenblätter montiert sind. Der Spider bildet somit ein Kopplungselement zwischen einem Kettenblatt und der Tretkurbelwelle aus. Er ist zum Beispiel mit anderen Komponenten verpresst oder als ein integraler Bestandteil einer Kurbel ausgebildet. Das Kettenblattsystem kann daher ferner zu den beschriebenen Elementen eine Mehrzahl von miteinander gekoppelten Kettenblättern oder Zahnrad-förmigen Elementen aufweisen.The chainring spider, or in short the spider, is usually a multi-armed component on which one or more chainrings are mounted. The spider thus forms a coupling element between a chainring and the pedal crankshaft. For example, it is pressed together with other components or designed as an integral part of a crank. In addition to the elements described, the chainring system can therefore also have a plurality of chainrings or gear-shaped elements coupled to one another.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung ist die Abnehmereinheit an dem Motorgehäuse angeordnet und in Bezug auf die Rotationsachse stationär ausgebildet ist. Alternativ ist die Abnehmereinheit an oder in dem Kettenblattsystem, insbesondere dem Kettenblatt-Spider, angeordnet und in Bezug auf die Rotationsachse rotatorisch um diese drehbar ausgebildet. According to a further preferred embodiment of the drive device, the pickup unit is arranged on the motor housing and is designed to be stationary in relation to the axis of rotation. Alternatively, the pickup unit is arranged on or in the chainring system, in particular the chainring spider, and is designed to be rotatable about the axis of rotation in relation to the axis of rotation.

Ferner kann die Antriebsvorrichtung auch eine stationär und eine rotatorisch montierte Abnehmereinheit umfassen.Furthermore, the drive device can also include a stationary and a rotary mounted pickup unit.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung umfasst die Abnehmerelektronik eine Mehrzahl von Spulen, die in einem Abnehmergehäuse beabstandet von dem Messbereich angeordnet sind, sodass ein Drehmoment des Kettenblattsystems auf Basis von Magnetostriktion berührungslos messbar ist. Somit umfasst die Drehmomentsensoreinheit vorzugsweise einen magnetorestriktiven Drehmomentsensor, welcher eine robuste, langlebige und wartungsfreundliche Erfassung des Drehmoments ermöglicht, die zudem sehr präzise und verschleißfrei durchführbar ist.According to a further preferred embodiment of the drive device, the pick-up electronics comprise a plurality of coils, which are arranged in a pick-up housing at a distance from the measuring area, so that a torque of the chain ring system can be measured without contact on the basis of magnetostriction. Thus, the torque sensor unit preferably comprises a magneto-restrictive torque sensor, which enables the torque to be detected in a robust, durable and maintenance-friendly manner, which can also be carried out very precisely and without wear.

Zur Kraftmessung auf Basis der Magnetostriktion wird mittels der Abnehmereinheit eine Torsion oder mechanische Spannung, die auf das Element mit dem radialen Messbereich wirkt, gemessen und ermöglicht dadurch ein präzises Ermitteln eines wirkenden Drehmoments. Magnetostriktion ist zum Beispiel als Deformation magnetischer Materialien infolge eines magnetischen Feldes erklärbar und führt zu einer elastischen Geometrieänderung des Material beziehungsweise des entsprechenden Körpers. Beispielsweise ist der Messbereich als Torsionsfläche des Kettenblatt-Spiders vorgesehen, welche vorgegeben magnetisch codiert ist. Durch ein wirkendes Drehmoment kommt es zu geometrischen Änderungen des Spiders, die mit Änderungen der magnetischen Codierung der Torsionsfläche einhergehen. Diese Änderungen sind messbar und es kann auf das Drehmoment rückgeschlossen werden. Der Spider ist demgemäß magnetisch passiv und die messende Abnehmereinheit ist magnetisch aktiv.To measure force based on magnetostriction, the pick-off unit is used to measure torsion or mechanical stress that acts on the element with the radial measuring area, thereby enabling an effective torque to be precisely determined. Magnetostriction can be explained, for example, as a deformation of magnetic materials as a result of a magnetic field and leads to an elastic change in geometry of the material or the corresponding body. For example, the measuring area is provided as a torsion surface of the chain ring spider, which is magnetically encoded in a predetermined manner. An acting torque leads to geometric changes in the spider, which are accompanied by changes in the magnetic coding of the torsion surface. These changes can be measured and conclusions can be drawn about the torque. Accordingly, the spider is magnetically passive and the measuring pickup unit is magnetically active.

Der magnetorestriktive Drehmomentsensor ist zum Beispiel einige Zehntel-Millimeter von dem Messbereich entfernt und ermöglicht aufgrund der Magnetfeldverzerrungen eine kontaktlose Messung. Eine solche Drehmomenterfassung geht ohne mechanische, thermische und/oder chemische Beanspruchung einher und bedarf zudem keiner zusätzlichen Messelemente, wie Dehnmessstreifen, die mit der Zeit abfallen können. Darüber hinaus kann aber auch die Drehmomentsensoreinheit mit einem konventionellen Drehmomentsensor in der beschriebenen Antriebsvorrichtung vorgesehen sein.The magnetostrictive torque sensor, for example, is a few tenths of a millimeter away from the measuring area and allows contactless measurement due to the magnetic field distortions. Such a torque detection is accompanied by no mechanical, thermal and/or chemical stress and also does not require any additional measuring elements, such as strain gauges, which can fall off over time. In addition, however, the torque sensor unit can also be provided with a conventional torque sensor in the drive device described.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung ist die Abnehmereinheit zur elektrischen Versorgung der Abnehmerelektronik drahtgebunden und/oder drahtlos mit einer Energiequelle gekoppelt. Zum Beispiel weist die Antriebsvorrichtung einen Energiespeicher in Form einer Batterie zur elektrischen Versorgung der Abnehmerelektronik auf. Vorzugsweise ist die Batterie als Akku realisiert und wiederaufladbar. Somit kann die Drehmomentsensoreinheit autark betrieben werden und benötigt keine kabelgebundene Energieversorgung von außen.According to a further preferred embodiment of the drive device, the pickup unit is coupled to an energy source in a wired and/or wireless manner for the electrical supply of the pickup electronics. For example, the drive device has an energy store in the form of a battery for the electrical supply of the consumer electronics. The battery is preferably implemented as an accumulator and is rechargeable. Thus, the torque sensor unit can be operated independently and does not require a wired power supply from the outside.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung umfasst die Drehmomentsensoreinheit eine Induktionseinheit, die zur elektrischen Versorgung der Abnehmereinheit mit dieser energetisch gekoppelt ist. Demgemäß kann eine elektrische Versorgung drahtlos oder kabellos eingerichtet sein und zu einem übersichtlichen Aufbau beitragen. Zum Beispiel weist die Induktionseinheit in Bezug auf die Rotationsachse eine stationäre Induktionsspule und eine rotatorische beziehungsweise drehbar gelagerte Induktionsspule auf. Die stationäre Induktionsspule kann mit dem Motorgehäuse gekoppelt sein und beispielsweise an einer Außenseite des Motorgehäuses angeordnet sein, welche dem Kettenblattsystem zugewandt ist. Die rotatorische Induktionsspule ist dann zum Beispiel mit dem Kettenblattsystem, insbesondere dem Kettenblatt-Spider, gekoppelt und der stationären Induktionsspule zugewandt. Durch eine Relativbewegung der beiden Induktionsspulen zueinander kann somit auf Basis von Induktion Energie zur elektrischen Versorgung der Drehmomentsensoreinheit während eines Betriebs des Elektrofahrrads bereitgestellt werden.According to a further preferred embodiment of the drive device, the torque sensor unit comprises an induction unit, which is energetically coupled to the pickup unit in order to supply it with electricity. Accordingly, an electrical supply can be set up wirelessly or wirelessly and contribute to a clear structure. For example, the induction unit has a stationary induction coil and a rotary or rotatably mounted induction coil with respect to the axis of rotation. The stationary induction coil can be coupled to the motor housing and can be arranged, for example, on an outside of the motor housing that faces the chainring system. The rotary induction coil is then coupled, for example, to the chainring system, in particular the chainring spider, and faces the stationary induction coil. By moving the two induction coils relative to one another, energy for the electrical supply of the torque sensor unit can thus be provided on the basis of induction during operation of the electric bicycle.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung ist die Abnehmerelektronik dazu eingerichtet, ein Messsignal, das repräsentativ für ein gemessenes Drehmoment des Kettenblattsystems ist, drahtgebunden und/oder drahtlos an eine Motorelektronik der Motoreinheit zu übertragen. Eine draht- oder kabelgebundene Ausführung kann zum Beispiel vorgesehen sein, wenn die Abnehmereinheit stationär ausgebildet und mit dem Motorgehäuse gekoppelt ist. Eine kabel- oder drahtlose Datenübertragung ist vorzugsweise ausgebildet, wenn Abnehmereinheit rotatorisch und somit drehbar ausgebildet und zum Beispiel mit dem Kettenblatt-Spider gekoppelt ist. Eine solche drahtlose Datenübertragung kann zum Beispiel mittels Bluetooth oder einem anderen Nahfeldkommunikationsstandard eingerichtet sein.According to a further preferred embodiment of the drive device, the pick-up electronics are set up to transmit a measurement signal, which is representative of a measured torque of the chainring system, by wire and/or wirelessly to motor electronics of the motor unit. A wired or cabled version can be provided, for example, if the pickup unit is designed to be stationary and is coupled to the motor housing. Cable or wireless data transmission is preferably implemented if the pick-up unit is designed to be rotatory and thus rotatable and is coupled to the chain ring spider, for example. Such wireless data transmission can be set up, for example, using Bluetooth or another near-field communication standard.

Das Motorgehäuse der Antriebsvorrichtung kann zusätzlich zu dem Elektromotor ein Getriebe beherbergen, welches zum Beispiel als Riemengetriebe oder als Planetengetriebe ausgebildet ist. Insbesondere können der Elektromotor und/oder das Getriebe so eingerichtet sein, dass sie in Bezug auf die Rotationsachse die Tretkurbelwelle koaxial umgeben. Die Motoreinheit beziehungsweise der Elektromotor ist zum Beispiel als Ringmotor ausgebildet und ist in Bezug auf die Rotationsachse der Tretkurbelwelle koaxial um diese angeordnet. Somit kann die Antriebsvorrichtung besonders schlank und platzsparend ausgebildet werden. Ferner kann die Tretkurbelwelle einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Zum Beispiel ist die Tretkurbelwelle zweiteilig ausgebildet und weist ein erstes und ein separates zweites Teilelement auf, die miteinander gekoppelt sind.In addition to the electric motor, the motor housing of the drive device can accommodate a gear, which is designed, for example, as a belt gear or as a planetary gear. In particular, the electric motor and/or the transmission can be set up in such a way that they coaxially surround the pedal crankshaft with respect to the axis of rotation. The motor unit or the electric motor is designed, for example, as a ring motor and is arranged coaxially around the pedal crankshaft in relation to the axis of rotation of the same. The drive device can thus be designed to be particularly slim and space-saving. Furthermore, the pedal crankshaft can be designed in one piece or in several parts. For example, the pedal crankshaft is designed in two parts and has a first and a separate second partial element that are coupled to one another.

Die beschriebenen Ausführungsformen der Antriebsvorrichtung ermöglichen jeweils ein kompaktes und zuverlässiges elektrisches Antriebssystem für ein Elektrofahrrad. Die Drehmomentsensoreinheit überwacht eine Relativbewegung von ineinandergreifenden Strukturen des Kettenblattsystems und ermöglicht ein sicheres Betreiben des Elektrofahrrads mit verbessertem Fahrtkomfort.The described embodiments of the drive device each enable a compact and reliable electric drive system for an electric bicycle. The torque sensor unit monitors a relative movement of interlocking structures of the chainring system and enables safe operation of the electric bicycle with improved ride comfort.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Elektrofahrrad offenbart, das einen Fahrradrahmen mit einem unteren Rahmenabschnitt aufweist, der sich zu einem Tretlager mit einer Tretkurbel erstreckt. Das Elektrofahrrad weist eine Antriebsvorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen auf, die in oder an dem Rahmenabschnitt angeordnet ist, sodass die Tretkurbelwelle mit der Tretkurbel gekoppelt ist. Das Elektrofahrrad ermöglicht im Wesentlichen die zuvor genannten Eigenschaften, Vorteile und Funktionen.In another aspect, an electric bicycle is disclosed having a bicycle frame with a lower frame portion that extends to a bottom bracket with a crank. The electric bicycle has a drive device according to one of the previously described embodiments, which is arranged in or on the frame section, so that the pedal crankshaft is coupled to the pedal crank. Essentially, the electric bicycle enables the aforementioned properties, advantages and functions.

Zur Anbringung an dem Rahmenabschnitt weist dieser beispielsweise eine Aussparung aus, sodass die Antriebsvorrichtung zuverlässig aufgenommen werden kann. Gemäß einer Ausführungsform ist die Antriebsvorrichtung zum Beispiel als Baugruppe im bereits gekoppelten Zustand an dem Rahmenabschnitt angeordnet, insbesondere montiert.For attachment to the frame section, the latter has a recess, for example, so that the drive device can be reliably accommodated. According to one embodiment, the drive device is arranged, in particular mounted, for example as an assembly in the already coupled state on the frame section.

Die Antriebsvorrichtung ermöglicht ein effizientes und platzsparendes mechanisches System zum Unterstützen beim Fahrradfahren. Dies wird insbesondere durch die extern angeordnete Drehmomentsensoreinheit ermöglicht, sodass die Antriebsvorrichtung im Bereich des Motorgehäuses deutlich schmaler realisierbar ist.The drive device enables an efficient and space-saving mechanical system to support cycling. This is made possible in particular by the externally arranged torque sensor unit, so that the drive device can be made significantly narrower in the area of the motor housing.

Somit erfolgt die bevorzugt berührungslose Drehmomentmessung außerhalb des Motorgehäuses. Eine Drehmomenterfassung innerhalb des Motorgehäuses kann daher eingespart werden, welche üblicherweise auf einem Abtasten einer Messwelle über die axiale Erstreckung basiert. Eine solche interne Messung erfordert eine relativ komplexe Anordnung aus Kurbelwelle-Freilauf-Messwelle, um die Drehmomente auf beiden Kurbelarmen der Tretkurbelwelle messen zu können.Thus, the preferably non-contact torque measurement takes place outside of the motor housing. Torque detection within the motor housing can therefore be saved, which is usually based on scanning a measuring shaft over the axial extent. Such an internal measurement requires a relatively complex arrangement of crankshaft freewheel measuring shaft in order to be able to measure the torques on both crank arms of the pedal crankshaft.

Mittels der beschriebenen Antriebsvorrichtung kann insbesondere in dem Motorgehäuse zu einem übersichtlichen Aufbau beigetragen werden und die Drehmomentsensoreinheit kann ferner auch an bestehenden Antriebssystemen nachgerüstet werden, um eine Ausführung der beschriebenen Antriebsvorrichtung auszubilden. Die Antriebsvorrichtung kann einen oder mehrere Drehmomentsensoren umfassen. Ferner kann die Antriebsvorrichtung auch einen Drehzahlsensor und/oder weitere Sensoren aufweisen, die zu einem komfortablen Betrieb des Elektrofahrrads beitragen können.The drive device described can contribute to a clear structure, particularly in the motor housing, and the torque sensor unit can also be retrofitted to existing drive systems in order to form an embodiment of the drive device described. The drive device may include one or more torque sensors. Furthermore, the drive device can also have a speed sensor and/or other sensors that can contribute to comfortable operation of the electric bicycle.

Bevorzugt ist die Antriebsvorrichtung gemäß einer oder mehrerer der folgenden Varianten ausgebildet:

  • • Variante A: Messtrecke sitzt im/am Kettenblatt-Spider; die Abtastelektronik der Abnehmereinheit ist stationär an dem Motorgehäuse verbaut; Messsignale werden drahtgebunden an die Motorelektronik der Motoreinheit übertragen.
  • • Variante B: Messstrecke sitzt im/am Kettenblatt-Spider und die Abtastelektronik der Abnehmereinheit ist an dem Kettenblatt-Spider angeordnet; Messsignale werden drahtlos an die Motorelektronik der Motoreinheit übertragen, elektrische Versorgung der Sensorelektronik der Abnehmereinheit erfolgt mittels einer Batterie.
  • • Variante C: wie Variante B, aber eine elektrische Versorgung der Sensorelektronik der Abnehmereinheit erfolgt durch Induktion.
  • • Variante D: wie Variante B, aber die elektrische Versorgung der Sensorelektronik der Abnehmereinheit erfolgt durch einen Schleifkontakt mittels einer radialen und/oder axialen Schleifkontaktierung.
The drive device is preferably designed according to one or more of the following variants:
  • • Variant A: measuring section is in/on the chain ring spider; the scanning electronics of the pickup unit are installed stationary on the motor housing; Measurement signals are wired to the motor electronics of the motor unit.
  • • Variant B: the measuring section is located in/on the chain ring spider and the scanning electronics of the pickup unit are arranged on the chain ring spider; Measuring signals are transmitted wirelessly to the motor electronics of the motor unit, the electrical supply of the sensor electronics of the pick-up unit is provided by a battery.
  • • Variant C: like variant B, but the electrical supply of the sensor electronics of the pickup unit is provided by induction.
  • • Variant D: like variant B, but the electrical supply of the sensor electronics of the pickup unit is provided by a sliding contact using a radial and/or axial sliding contact.

Insbesondere in Ausführung der Drehmomentsensoreinheit mit einem berührungslosen Drehmomentsensor kann ein komfortables und zuverlässiges elektrisches Antriebssystem, vorzugsweise für einen Mittelmotor, für Elektrofahrräder realisiert werden. Der Drehmomentsensor beziehungsweise die Abnehmereinheit wird außerhalb des Motorgehäuses zwischen einer Abtriebswelle und einem Kettenblatt in den Kettenblatt-Spider des Kettenblattsystems integriert. Die vorgesehene Messstrecke erstreckt sich radial um die Rotationsachse. Die beschriebene Antriebsvorrichtung ermöglicht in ihren Ausführungen einen oder mehrere der folgenden Vorteile:

  • - ein Bauraum in dem Motorgehäuse kann verringert werden.
  • - eine radiale Erstreckung der Messstrecke ermöglicht besonders vorteilhaft, eine axiale Länge der Motoreinheit zu reduzieren.
  • - aufwändige Messwellen und Schnittstellen innerhalb des Motorgehäuses entfallen.
  • - eine Ausstattung der Antriebsvorrichtung mit der Drehmomentsensoreinheit oder der Abnehmereinheit ist optional ab Werk durchführbar oder sogar nachrüstbar.
  • - verschiedene Sensorklassen sind für die Abnehmereinheit möglich und können an eine gewünschte Qualität und an vorgesehene Anwendungsbereiche angepasst werden: zum Beispiel kann ein relativ günstiger Street-Sensor, ein hochsensibler Trail-Sensor und/oder ein hochauflösender Road-Sensor für die Drehmomentsensoreinheit und die Abnehmereinheit vorgesehen werden.
  • - Kostenersparnis in einer Grundkonfiguration der Antriebsvorrichtung ist auch ohne Sensor möglich.
  • - Servicebarkeit und Wartungszugänglichkeit des Drehmomentsensors und der Abnehmereinheit sind ohne Öffnen der Motoreinheit durchführbar.
  • - eine elektrische Versorgung kann mittels induktiver Spannungsversorgung erfolgen.
  • - ein Weiterleiten von Messsignalen kann mittels drahtloser Datenübertragung erfolgen.
A comfortable and reliable electric drive system, preferably for a central motor, for electric bicycles can be implemented in particular in the embodiment of the torque sensor unit with a contactless torque sensor. The torque sensor or the pickup unit is integrated outside the motor housing between an output shaft and a chainring in the chainring spider of the chainring system. The intended measuring section extends radially around the axis of rotation. The drive device described enables one or more of the following advantages in its designs:
  • - A space in the motor housing can be reduced.
  • - A radial extent of the measuring section makes it particularly advantageous to reduce an axial length of the motor unit.
  • - Complex measuring shafts and interfaces within the motor housing are no longer necessary.
  • - An equipment of the drive device with the torque sensor unit or the pickup unit is optionally feasible ex works or can even be retrofitted.
  • - Different sensor classes are possible for the pick-up unit and can be adapted to a desired quality and to the intended areas of application: for example, a relatively inexpensive street sensor, a highly sensitive trail sensor and/or a high-resolution road sensor for the torque sensor unit and the pick-up unit be provided.
  • - Cost savings in a basic configuration of the drive device is also possible without a sensor.
  • - Serviceability and maintenance accessibility of the torque sensor and the pickup unit can be carried out without opening the motor unit.
  • - An electrical supply can take place by means of inductive voltage supply.
  • - Measurement signals can be forwarded by means of wireless data transmission.

Ausführungsformen, Vorteile und Funktionen werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der angehängten Figuren erläutert. In den Figuren zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Elektrofahrrads mit einer montierten Antriebsvorrichtung,
  • 2-3 schematische Schnittdarstellungen eines Ausführungsbeispiels der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad in verschiedenen Ansichten,
  • 4-5 schematische Schnittdarstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad in verschiedenen Ansichten,
  • 6-7 schematische Schnittdarstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad in verschiedenen Ansichten, und
  • 8 schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad.
Embodiments, advantages and functions are explained in the following description using exemplary embodiments with the aid of the attached figures. In the figures show:
  • 1 a schematic view of an electric bicycle with a mounted drive device,
  • 2-3 schematic sectional views of an embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views,
  • 4-5 schematic sectional views of another embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views,
  • 6-7 schematic sectional representations of a further embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views, and
  • 8th schematic sectional view of another embodiment of the drive device for the electric bicycle.

Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht in sämtlichen Figuren alle dargestellten Elemente mit zugehörigen Bezugszeichen gekennzeichnet.Identical, similar or equivalent elements are provided with the same reference symbols in the figures. For reasons of clarity, not all of the elements shown are identified with associated reference symbols in all of the figures.

1 zeigt schematisch ein Elektrofahrrad 1 mit einem Fahrradrahmen 2, welcher unter anderem einen unteren Rahmenabschnitt 3 aufweist, welcher ein Unterrohr ausbildet. Der Rahmenabschnitt 3 erstreckt sich in Richtung eines Tretlagers, welches eine Tretkurbel 4 umfasst, die mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung 5 für das Elektrofahrrad 1 gekoppelt ist oder koppelbar ist. 1 shows schematically an electric bicycle 1 with a bicycle frame 2, which has, among other things, a lower frame section 3, which forms a down tube. The frame section 3 extends in the direction of a bottom bracket, which includes a pedal crank 4 that is coupled or can be coupled to an electric drive device 5 for the electric bicycle 1 .

Anhand der nachfolgenden 2-8, die schematisch Ausführungsbeispiele der Antriebsvorrichtung 5 illustrieren, wird erläutert, dass die jeweilige Antriebsvorrichtung 5 ein zuverlässiges Antriebskonzept für Elektrofahrräder ermöglicht, welches mit einem platzsparenden und wartungsfreundlichen Aufbau realisierbar ist. Die Antriebsvorrichtung 5 umfasst jeweils eine Motoreinheit mit einem Elektromotor (in den Figuren nicht dargestellt) zum Antreiben des Elektrofahrrads 1, der in einem Motorgehäuse 7 angeordnet ist. Die Antriebsvorrichtung 5 weist weiter eine Tretkurbelwelle 6 auf, die um eine Rotationsachse R drehbar ist und die sich durch das Motorgehäuse 7 erstreckt. Die Antriebsvorrichtung 5 weist weiter ein Kettenblattsystem 11 auf, das zum Antreiben des Elektrofahrrads 1 mit der Tretkurbelwelle 6 gekoppelt ist. Darüber hinaus umfasst die Antriebsvorrichtung 5 eine Drehmomentsensoreinheit 10, die in Bezug auf die Rotationsachse R außerhalb des Motorgehäuses 7 zwischen dem Kettenblattsystem 11 und dem Motorgehäuse 7 angeordnet ist.Based on the following 2-8 , which schematically illustrate exemplary embodiments of the drive device 5, it is explained that the respective drive device 5 enables a reliable drive concept for electric bicycles, which can be implemented with a space-saving and maintenance-friendly structure. The drive device 5 comprises a motor unit with an electric motor (not shown in the figures) for driving the electric bicycle 1, which is arranged in a motor housing 7. The drive device 5 also has a pedal crankshaft 6 which can be rotated about an axis of rotation R and which extends through the motor housing 7 . The drive device 5 also has a chain wheel system 11 which is coupled to the pedal crankshaft 6 in order to drive the electric bicycle 1 . In addition, the drive device 5 comprises a torque sensor unit 10 which, in relation to the axis of rotation R, is outside of the motor housing 7 between the chains sheet system 11 and the motor housing 7 is arranged.

Das Kettenblattsystem 11 umfasst ein Kettenblatt 12 und einen Kettenblatt-Spider 13, die miteinander und mittels einer Abtriebswelle 8 mit der Tretkurbelwelle 6 gekoppelt sind. Die Drehmomentsensoreinheit 10 ist extern zu dem Motorgehäuse 7 zwischen dem Kettenblatt 12 und der Abtriebswelle 8 angeordnet. Die Drehmomentsensoreinheit 10 umfasst zum Messen eines Drehmoments des Kettenblattsystems 11 eine Abnehmereinheit 14 mit einer Abnehmerelektronik 16 und einen radialen Messbereich 20, die so ausgerichtet sind, dass eine Messrichtung zwischen der Abnehmereinheit 14 und dem radialen Messbereich 20 überwiegend entlang der Rotationsachse R ausgebildet ist.The chainring system 11 comprises a chainring 12 and a chainring spider 13 which are coupled to one another and to the pedal crankshaft 6 by means of an output shaft 8 . The torque sensor unit 10 is arranged externally to the motor housing 7 between the chain ring 12 and the output shaft 8 . To measure a torque of chainring system 11, torque sensor unit 10 comprises a pick-up unit 14 with pick-up electronics 16 and a radial measuring area 20, which are aligned such that a measuring direction between pick-up unit 14 and radial measuring area 20 is formed predominantly along the axis of rotation R.

Der radiale Messbereich 20 ist als Torsionsfläche in oder an dem Kettenblatt-Spider 13 ausgebildet und der Abnehmereinheit 14 zugewandt. Der Messbereich 20 erstreckt sich um die Rotationsachse R herum und kann diese vollständig umlaufen oder auch nur abschnittsweise auf einen Kreissegment vorgegeben ausgebildet sein. Entsprechend kann die Abnehmereinheit 14 ringförmig ausgebildet sein und einen in sich geschlossenen Messring ausbilden oder als ein Ringabschnitt ausgestaltet sein. Der radiale Messbereich 20 bildet den auszumessenden Abschnitt, um ein Drehmoment, das in einem Betrieb des Elektrofahrrads 1 auf das Kettenblattsystem 11 wirkt, zu ermitteln. Der Messbereich 20 wird mittels der Abnehmereinheit 14 messtechnisch beobachtet oder überwacht und die rotatorische Messtrecke in einem Betrieb des Elektrofahrrads 1 zyklisch oder fortlaufend ausgemessen.The radial measuring area 20 is designed as a torsion surface in or on the chain ring spider 13 and faces the pickup unit 14 . The measurement area 20 extends around the axis of rotation R and can completely encircle it or can also be designed to be predetermined only in sections on a segment of a circle. Correspondingly, the pick-up unit 14 can be ring-shaped and form a self-contained measuring ring or be designed as a ring section. The radial measurement area 20 forms the section to be measured in order to determine a torque that acts on the chainring system 11 when the electric bicycle 1 is in operation. The measurement area 20 is observed or monitored by means of the pick-up unit 14 and the rotary measurement section is measured cyclically or continuously when the electric bicycle 1 is in operation.

Die 2 und 3 zeigen in einer perspektiven Ansicht und in einer Seitenansicht eine jeweilige Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 5. Die Abnehmereinheit 14 ist stationär ausgebildet und an einer Außenseite des Motorgehäuses 7 angeordnet. In einem Betrieb des Elektrofahrrads 1 drehen sich das Kettenblatt 12 und der Kettenblatt-Spider 13 an der stationären Abnehmereinheit 14 vorbei und ermöglichen eine Drehmomentermittlung.the 2 and 3 show a perspective view and a side view of a respective sectional view through an exemplary embodiment of the drive device 5 . When the electric bicycle 1 is in operation, the chainring 12 and the chainring spider 13 rotate past the stationary pick-up unit 14 and enable torque to be determined.

Die Abnehmerelektronik 16 umfasst zum Beispiel eine Mehrzahl von Spulen, die in einem Abnehmergehäuse 15 beabstandet von dem Messbereich 20 angeordnet sind, sodass ein Drehmoment des Kettenblattsystems 11 auf Basis von Magnetostriktion berührungslos messbar ist. Somit umfasst die Drehmomentsensoreinheit 10 vorzugsweise einen oder mehrere magnetorestriktive Drehmomentsensoren. Zur Kraftmessung auf Basis der Magnetostriktion wird mittels der Abnehmereinheit 14 eine Torsion oder mechanische Spannung, die auf den Kettenblatt-Spider 13 und den daran ausgebildeten radialen Messbereich 20 wirkt, gemessen und ermöglicht dadurch ein präzises und kontaktfreies Ermitteln eines wirkenden Drehmoments.The pick-up electronics 16 include, for example, a plurality of coils, which are arranged in a pick-up housing 15 at a distance from the measuring area 20, so that a torque of the chainring system 11 can be measured without contact on the basis of magnetostriction. Thus, the torque sensor unit 10 preferably comprises one or more magnetostrictive torque sensors. To measure force based on magnetostriction, the pickup unit 14 is used to measure a torsion or mechanical stress that acts on the chain ring spider 13 and the radial measuring area 20 formed thereon, thereby enabling a precise and contact-free determination of an acting torque.

Die 4 und 5 zeigen in einer perspektiven Ansicht und in einer Seitenansicht eine jeweilige Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 5. Die Abnehmereinheit 14 ist ebenfalls wie der Messbereich 20 rotatorisch ausgebildet und an oder in dem Kettenblatt 12 und/oder dem Kettenblatt-Spider 13 angeordnet. Somit ist die Drehmomentsensoreinheit 10 in dem Kettenblattsystem 11 integriert und dreht sich mit diesem in einem Betrieb des Elektrofahrrads 1 um die Rotationsachse R herum.the 4 and 5 show a perspective view and a side view of a respective sectional view through a further exemplary embodiment of the drive device 5. The pickup unit 14, like the measuring area 20, is also designed to be rotatory and is arranged on or in the chain ring 12 and/or the chain ring spider 13. The torque sensor unit 10 is thus integrated in the chainring system 11 and rotates with it around the axis of rotation R when the electric bicycle 1 is in operation.

Die 6 und 7 zeigen in einer perspektiven Ansicht und in einer Seitenansicht eine jeweilige Schnittdarstellung durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 5. Die Abnehmereinheit 14 ist, wie in den vorherigem Ausführungsbeispiel nach den 4 und 5, rotatorisch ausgebildet und in oder an dem Kettenblatt 12 und/oder dem Kettenblatt-Spider 13 angeordnet. Die Drehmomentsensoreinheit 10 umfasst ferner eine Induktionseinheit 17, welche eine induktive elektrische Versorgung der Abnehmereinheit 14 bereitstellt.the 6 and 7 show a perspective view and a side view of a respective sectional view through a further exemplary embodiment of the drive device 5. The pickup unit 14 is, as in the previous exemplary embodiment according to FIGS 4 and 5 , designed to rotate and arranged in or on the chain ring 12 and/or the chain ring spider 13 . The torque sensor unit 10 also includes an induction unit 17 which provides an inductive electrical supply to the pickup unit 14 .

Die Induktionseinheit 17 ist zwischen dem Motorgehäuse 7 und dem Kettenblattsystem 11 angeordnet und weist in Bezug auf die Rotationsachse R eine stationäre Induktionsspule 18 und eine rotatorische Induktionsspule 19 auf. Die stationäre Induktionsspule 18 an einer Außenseite des Motorgehäuses 7 angeordnet und der Abnehmereinheit 14 zugewandt. Die rotatorische Induktionsspule 19 ist mit dem Kettenblattsystem 11 gekoppelt und an der Abnehmereinheit 14 angeordnet oder in dieser integriert ausgebildet. Zum Beispiel ist die rotatorische Induktionsspule 19 in dem Abnehmergehäuse 15 vorgegeben eingebracht, sodass sie der stationären Induktionsspule 18 zugewandt ist. Wie auch die Abnehmereinheit 14, kann die Induktionseinheit 17 somit einen üblicherweise vorhandenen Freiraum zwischen dem Motorgehäuse 7 und dem Kettenblattsystem 11 vorteilhaft nutzen.The induction unit 17 is arranged between the motor housing 7 and the chain ring system 11 and has a stationary induction coil 18 and a rotary induction coil 19 with respect to the axis of rotation R. The stationary induction coil 18 is arranged on an outside of the motor housing 7 and faces the pickup unit 14 . The rotary induction coil 19 is coupled to the chain ring system 11 and is arranged on the pickup unit 14 or is designed to be integrated into it. For example, the rotary induction coil 19 is preset in the pickup case 15 to face the stationary induction coil 18 . Like the pick-up unit 14, the induction unit 17 can thus advantageously use a free space that is usually present between the motor housing 7 and the chainring system 11.

Die Abnehmerelektronik 16 der Antriebsvorrichtung 5 ist ferner dazu eingerichtet, ein Messsignal, das repräsentativ für ein gemessenes Drehmoment des Kettenblattsystems 11 ist, drahtgebunden und/oder drahtlos an eine Motorelektronik der Motoreinheit zu übertragen.The pick-up electronics 16 of the drive device 5 are also set up to transmit a measurement signal, which is representative of a measured torque of the chainring system 11, to motor electronics of the motor unit by wire and/or wirelessly.

Gemäß den illustrierten Ausführungsbeispielen sitzt die radiale Messtrecke jeweils im oder am Kettenblatt-Spider 13. Eine Abtastelektronik der Abnehmereinheit 14 kann gemäß den 2 und 3 stationär an dem Motorgehäuse 7 verbaut sein. Messsignale zur Drehmomentermittlung können dann zum Beispiel drahtgebunden an eine Motorelektronik der Motoreinheit übertragen werden.According to the illustrated exemplary embodiments, the radial measuring section is located in or on the chain ring spider 13 2 and 3 installed stationary on the motor housing 7 be. Measurement signals for determining the torque can then be transmitted by wire, for example, to engine electronics of the engine unit.

Alternativ kann die Abtastelektronik der Abnehmereinheit 14 gemäß den 4 und 5 drehbar an dem Kettenblatt 12 und/oder dem Kettenblatt-Spider 13 angeordnet sein. Messsignale werden dann vorzugsweise drahtlos an die Motorelektronik der Motoreinheit übertragen und eine elektrische Versorgung der Abnehmereinheit 14 erfolgt zum Beispiel mittels einer wieder aufladbaren Batterie. Alternatively, the scanning electronics of the pickup unit 14 according to the 4 and 5 be arranged rotatably on the chain ring 12 and/or the chain ring spider 13 . Measurement signals are then preferably transmitted wirelessly to the motor electronics of the motor unit, and the pick-up unit 14 is supplied with electricity, for example by means of a rechargeable battery.

Alternativ oder zusätzlich kann eine elektrische Versorgung der Abnehmereinheit 16 gemäß den 6 und 7 durch Induktion erfolgen. Zudem kann die Antriebsvorrichtung 5 einen Zwischenspeicher aufweisen, der zum Beispiel mittels Induktion aufladbar ist und eine Energieversorgung für die Abnehmerelektronik 16 der Abnehmereinheit 14 bereitstellt.Alternatively or additionally, an electrical supply of the pickup unit 16 according to 6 and 7 be done by induction. In addition, the drive device 5 can have an intermediate store that can be charged, for example, by means of induction and that provides a power supply for the pickup electronics 16 of the pickup unit 14 .

8 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Antriebsvorrichtung 5, welche eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit zur elektrischen Versorgung der Abnehmereinheit 16 illustriert, die auf einem Schleifringkontakt 21 basiert. Der Schleifringkontakt 21 ist durch ein Schleifringelement 22 eingerichtet, welches in Abstimmung auf die Abnehmereinheit 14 vorgegeben ausgebildet ist. Das Schleifringelement 22 umfasst einen, zwei oder mehrere flache Schleifringe, die zum Beispiel ein Kontaktmaterial mit Silber oder Gold aufweisen, das dem Abnehmergehäuse 15 zugewandt ist. Auf diese Weise kann die elektrische Versorgung der Abnehmerelektronik 16 der Abnehmereinheit 14 durch eine radiale und/oder axiale Schleifkontaktierung mit dem dazu eingerichteten Abnehmergehäuse 15 bereitgestellt werden. 8th shows a further possible embodiment of the drive device 5, which illustrates an alternative or additional possibility for the electrical supply of the pickup unit 16, which is based on a slip ring contact 21. The slip ring contact 21 is set up by a slip ring element 22 which is configured in a predetermined manner in coordination with the pickup unit 14 . The slip ring element 22 comprises one, two or more flat slip rings having a contact material with silver or gold, for example, facing the pickup housing 15 . In this way, the electrical supply of the pickup electronics 16 of the pickup unit 14 can be provided by a radial and/or axial sliding contact with the pickup housing 15 set up for this purpose.

Mittels der beschriebenen Ausgestaltungen der Antriebsvorrichtung 5 ist jeweils ein zuverlässiges Antriebskonzept für Elektrofahrräder realisierbar, welches einen besonders und platzsparenden Aufbau ermöglicht. Die jeweilige Antriebsvorrichtung 5 ist insbesondere zur Montage an ein Unterrohr oder an ein Sitzrohr des Elektrofahrrads 1 geeignet und ermöglicht ein vorteilhaftes Antriebssystem insbesondere hinsichtlich einer hohen Effizienz, einer kleinen Baugröße und eines verbesserten Fahrkomforts.A reliable drive concept for electric bicycles can be implemented by means of the described configurations of the drive device 5, which enables a special and space-saving design. The respective drive device 5 is suitable in particular for mounting on a down tube or on a seat tube of the electric bicycle 1 and enables an advantageous drive system, in particular with regard to high efficiency, small size and improved driving comfort.

BezugszeichenlisteReference List

11
Elektrofahrradelectric bike
22
Fahrradrahmenbike frame
33
Rahmenabschnittframe section
44
Tretkurbelcrank
55
Antriebsvorrichtungdrive device
66
Tretkurbelwellepedal crankshaft
77
Motorgehäusemotor housing
88th
Motorabtriebswelleengine output shaft
1010
Drehmomentsensoreinheittorque sensor unit
1111
Kettenblattsystemchainring system
1212
Kettenblattchainring
1313
Kettenblatt-SpiderChainring Spider
1414
Abnehmereinheitpickup unit
1515
Abnehmergehäusepickup housing
1616
Abnehmerelektronikpickup electronics
1717
Induktionseinheitinduction unit
1818
stationäre Induktionsspulestationary induction coil
1919
rotatorische Induktionsspulerotary induction coil
2020
Messbereichmeasuring range
2121
Schleifringkontaktslip ring contact
2222
Schleifringelement slip ring element
RR
Rotationsachse der Tretkurbel / TretkurbelwelleAxis of rotation of the pedal crank / pedal crankshaft

Claims (12)

Antriebsvorrichtung (5) für ein Elektrofahrrad (1), aufweisend: - eine Motoreinheit mit einem Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrrads (1), der in einem Motorgehäuse (7) angeordnet ist, - eine Tretkurbelwelle (6), die um eine Rotationsachse (R) drehbar ist und sich durch das Motorgehäuse (7) erstreckt, - ein Kettenblattsystem (11), das zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) mit der Tretkurbelwelle (6) gekoppelt ist, und - eine Drehmomentsensoreinheit (10), die in Bezug auf die Rotationsachse (R) außerhalb des Motorgehäuses (7) zwischen dem Kettenblattsystem (11) und dem Motorgehäuse (7) angeordnet ist und die zum Messen eines Drehmoments des Kettenblattsystems (11) eine Abnehmereinheit (14) mit Abnehmerelektronik (16) und einen radialen Messbereich (20) umfasst, die so ausgerichtet sind, dass eine Messrichtung zwischen der Abnehmereinheit (14) und dem radialen Messbereich (20) entlang der Rotationsachse (R) ausgebildet ist.Drive device (5) for an electric bicycle (1), having: - a motor unit with an electric motor for driving the electric bicycle (1), which is arranged in a motor housing (7), - a pedal crankshaft (6) which is rotatable about an axis of rotation (R) and extends through the motor housing (7), - a chain ring system (11) which is coupled to the pedal crankshaft (6) for driving the electric bicycle (1), and - a torque sensor unit (10) which is arranged with respect to the axis of rotation (R) outside the motor housing (7) between the chainring system (11) and the motor housing (7) and which has a pickup unit ( 14) with pick-up electronics (16) and a radial measuring area (20) which are aligned in such a way that a measuring direction between the pick-up unit (14) and the radial measuring area (20) is formed along the axis of rotation (R). Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 1, bei der das Kettenblattsystem (11) ein Kettenblatt (12) und einen Kettenblatt-Spider (13) umfasst, die miteinander und mittels einer Motorabtriebswelle (8) mit der Tretkurbelwelle (6) gekoppelt sind, wobei die Abnehmereinheit (14) zwischen dem Kettenblatt (12) und der Motorabtriebswelle (8) angeordnet ist.Drive device (5) after claim 1 , in which the chainring system (11) comprises a chainring (12) and a chainring spider (13) which are coupled to one another and to the pedal crankshaft (6) by means of a motor output shaft (8), the pickup unit (14) between the chainring (12) and the motor output shaft (8) is arranged. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 2, bei der der radiale Messbereich (20) in oder an dem Kettenblatt-Spider (13) ausgebildet ist.Drive device (5) after claim 2 , in which the radial measuring area (20) is formed in or on the chain ring spider (13). Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abnehmereinheit (14) an dem Motorgehäuse (7) angeordnet und in Bezug auf die Rotationsachse (R) stationär ausgebildet ist.Drive device (5) according to one of the preceding claims, in which the pickup unit (14) is arranged on the motor housing (7) and is designed to be stationary in relation to the axis of rotation (R). Antriebsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Abnehmereinheit (14) an oder in dem Kettenblattsystem (11) angeordnet und in Bezug auf die Rotationsachse (R) rotatorisch um diese drehbar ausgebildet ist.Drive device (5) according to one of Claims 1 until 3 In which the pickup unit (14) is arranged on or in the chainring system (11) and is designed to be rotatable about the axis of rotation (R) in relation to the latter. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abnehmerelektronik (16) eine Mehrzahl von Spulen umfasst, die in einem Abnehmergehäuse (15) beabstandet von dem Messbereich (20) angeordnet sind, sodass ein Drehmoment des Kettenblattsystems (11) auf Basis von Magnetostriktion berührungslos messbar ist.Drive device (5) according to one of the preceding claims, in which the pick-up electronics (16) comprises a plurality of coils which are arranged in a pick-up housing (15) at a distance from the measuring area (20), so that a torque of the chain ring system (11) is based on of magnetostriction can be measured without contact. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abnehmereinheit (14) zur elektrischen Versorgung der Abnehmerelektronik (16) drahtgebunden und/oder drahtlos mit einer Energiequelle gekoppelt ist.Drive device (5) according to one of the preceding claims, in which the pickup unit (14) for the electrical supply of the pickup electronics (16) is coupled to an energy source in a wired and/or wireless manner. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 7, bei der die Abnehmereinheit (14) einen Energiespeicher zur elektrischen Versorgung der Abnehmerelektronik (16) umfasst.Drive device (5) after claim 7 , In which the pickup unit (14) comprises an energy store for the electrical supply of pickup electronics (16). Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Drehmomentsensoreinheit (10) eine Induktionseinheit (17) umfasst, die zur elektrischen Versorgung der Abnehmereinheit (14) mit dieser energetisch gekoppelt ist.Drive device (5) according to one of the preceding claims, in which the torque sensor unit (10) comprises an induction unit (17) which is energetically coupled to the pickup unit (14) in order to supply it with electricity. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 9, bei der die Induktionseinheit (17) in Bezug auf die Rotationsachse (R) eine stationäre Induktionsspule (18) und eine rotatorische Induktionsspule (19) aufweist, wobei die stationäre Induktionsspule (18) mit dem Motorgehäuse (7) und die rotatorische Induktionsspule (19) mit dem Kettenblattsystem (11) gekoppelt ist.Drive device (5) after claim 9 , in which the induction unit (17) has a stationary induction coil (18) and a rotary induction coil (19) with respect to the axis of rotation (R), the stationary induction coil (18) being connected to the motor housing (7) and the rotary induction coil (19 ) is coupled to the chain ring system (11). Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Abnehmerelektronik (16) dazu eingerichtet ist, ein Messsignal, das repräsentativ für ein gemessenes Drehmoment des Kettenblattsystems (11) ist, drahtgebunden und/oder drahtlos an eine Motorelektronik der Motoreinheit zu übertragen.Drive device (5) according to one of the preceding claims, in which the pickup electronics (16) is set up to transmit a measurement signal, which is representative of a measured torque of the chainring system (11), by wire and/or wirelessly to motor electronics of the motor unit. Elektrofahrrad (1) aufweisend: - einen Fahrradrahmen (2) mit einem unteren Rahmenabschnitt (3), der sich zu einem Tretlager erstreckt, welches eine Tretkurbel (4) aufweist, und - eine Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) mit dem Fahrradrahmen (2) gekoppelt ist, sodass die Tretkurbelwelle (6) mit der Tretkurbel (4) gekoppelt ist.Electric bicycle (1) having: - a bicycle frame (2) having a lower frame portion (3) extending to a bottom bracket having a crank (4), and - A drive device (5) according to any one of the preceding claims, which is coupled to drive the electric bicycle (1) to the bicycle frame (2), so that the crankshaft (6) is coupled to the crank (4).
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