DE102021129782A1 - Electric drive system and pedal unit that can be operated as a generator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem (1) für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug (100), umfassend, eine erste, zumindest motorisch betreibbare, elektrische Maschine (2), welche zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad (101) des Fahrzeugs (100) wirkt, eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare, elektrische Maschine (3) mit einem Rotor (6), welche eingerichtet ist eine von einem Fahrer des Fahrzeugs (100) über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung (15) eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, eine Energiespeichereinrichtung (4) zur Speicherung und zur Abgabe elektrischer Energie, sowie eine zentrale Steuereinheit (5) zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine (3) und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine (2) in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung (15) eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads (101) erzeugbar ist, wobei der Rotor (6) der zweiten elektrischen Maschine (3) mit einem Exzentergetriebe (7) gekoppelt ist, wobei das Exzentergetriebe (7) ein in einem innenverzahnten Hohlrad (8) abschnittsweise kämmendes außenverzahntes Exzenterrad (9) aufweist, dessen Drehachse exzentrisch zur Drehachse des Hohlrades (8) verläuft.The invention relates to an electric drive system (1) for a vehicle (100) that can be operated with muscle power, comprising a first electric machine (2) that can be operated at least as a motor and which, for the purpose of driving, is connected to a drive wheel (101) of the vehicle (100). a second electrical machine (3) that can be operated at least as a generator and has a rotor (6), which is set up to convert mechanical energy introduced by a driver of the vehicle (100) via a pedal-operated actuating device (15) into electrical energy, an energy storage device (4) for storing and delivering electrical energy, and a central control unit (5) for controlling the first electrical machine (3) and for controlling the second electrical machine (2) in such a way that a rotation of the actuating device (15 ) an electrically induced rotation of the drive wheel (101) can be generated, with the rotor (6) of the second electrical machine (3) being coupled to an eccentric gear (7), the eccentric gear (7) being sectionally mounted in an internally toothed ring gear (8). meshing externally toothed eccentric wheel (9), the axis of rotation of which runs eccentrically to the axis of rotation of the ring gear (8).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, umfassend, eine erste, zumindest motorisch betreibbare, elektrische Maschine, welche zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad des Fahrzeugs wirkt, eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare, elektrische Maschine mit einem Rotor, welche eingerichtet ist eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und zur Abgabe elektrischer Energie, sowie eine zentrale Steuereinheit zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads erzeugbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine generatorisch betreibbare Pedalliereinheit.The present invention relates to an electrical drive system for a vehicle that can be operated with muscle power, comprising a first electrical machine that can be operated at least as a motor, which acts on a drive wheel of the vehicle for the purpose of driving, a second electrical machine that can be operated at least as a generator and has a rotor , which is set up to convert mechanical energy introduced by a driver of the vehicle via a pedal-operated actuating device into electrical energy, an energy storage device for storing and delivering electrical energy, and a central control unit for activating the first electric machine and for activating the second electric machine in such that an electrically induced rotation of the drive wheel can be generated by a muscle-powered rotation of the actuating device. The invention also relates to a pedaling unit that can be operated as a generator.
Neben konventionellen Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, rücken zunehmend Kleinstfahrzeuge in den Fokus der Gesellschaft, um die sich verändernden Mobilitätsanforderungen zukunftssicher zu erfüllen. Die Kleinstfahrzeuge haben den Vorteil, dass diese zum einen geringeren Raum als Parkplatz beanspruchen. Zum anderen können die Kleinstfahrzeuge so ausgelegt sein, dass diese sich maßgeblich im Stadtverkehr bewegen können, sodass die Anforderungen an mögliche Höchstgeschwindigkeiten sehr gering sind.In addition to conventional motor vehicles, especially passenger cars, society is increasingly focusing on small vehicles in order to meet changing mobility requirements in a future-proof manner. The small vehicles have the advantage that they take up less space than a parking space. On the other hand, the smallest vehicles can be designed in such a way that they can move significantly in city traffic, so that the requirements for possible maximum speeds are very low.
Zu dieser Gruppe von Kleinstfahrzeugen gehören traditionell auch beispielsweise Fahrräder, welche üblicherweise mit Muskelkraft betrieben wurden und werden. Neben den muskelbetriebenen Fahrrädern wurden auch Fahrräder mit Hilfsmotoren entwickelt. Mit der Entwicklung von leistungsfähigen Akkus wurden die Hilfsmotoren umweltschonend als Elektromotoren realisiert. Derartige Elektrofahrräder sind mittlerweile ein fester Bestandteil im Straßenbild geworden. Diese muskel- oder tretkraftunterstützten Fahrzeuge sind insbesondere unter den Namen Pedelec (Pedal Electric Cycle), E-Bike oder Elektrofahrrad bekannt.Traditionally, this group of small vehicles also includes, for example, bicycles, which were and are usually operated with muscle power. In addition to the human-powered bicycles, bicycles with auxiliary motors were also developed. With the development of powerful batteries, the auxiliary motors were implemented as environmentally friendly electric motors. Such electric bicycles have now become an integral part of the street scene. These muscle-assisted or pedal-assisted vehicles are known in particular under the names pedelec (pedal electric cycle), e-bike or electric bicycle.
Aus der
Es existieren ferner verschiedene Konzepte, auf die einem mechanischen Verschleiß unterliegenden Endloszugmittel zur Übertragung der Muskelkraft in elektrifizierten Antriebssträngen zu verzichten. Diese Konzepte sind auch unter dem Namen Chainless-Drive (CLD) bekannt, in denen beispielsweise vollständig auf eine Fahrradkette verzichtet wird.There are also various concepts for dispensing with the endless traction means, which are subject to mechanical wear, for transmitting muscle power in electrified drive trains. These concepts are also known under the name chainless drive (CLD), in which, for example, a bicycle chain is completely dispensed with.
Bei konventionellen Chainless-Drive (CLD) Systemen wird mit dem von den Kurbeln durch den Fahrer angetriebenen Generator mittels Elektronik ein Gleichstrom erzeugt, mittels welchem eine Batterie geladen werden kann und/oder ein Antriebsmotor mit steuerbarem/regelbarem Strom unabhängig von der Generatordrehzahl angetrieben wird. Da eine direkte mechanische Verbindung zwischen dem Fahrer und dem angetriebenen Rad bei einem Chainless-Drive nicht mehr vorhanden ist, muss das Fahrgefühl eines mechanischen Antriebsstrangs durch das Chainless-Drive-System elektronisch nachgebildet werden.In conventional chainless drive (CLD) systems, the generator, which is driven by the cranks by the driver, uses electronics to generate a direct current, which can be used to charge a battery and/or drive a drive motor with controllable/adjustable current, independent of the generator speed. Since there is no longer a direct mechanical connection between the driver and the driven wheel with a chainless drive, the driving experience of a mechanical drive train must be electronically simulated by the chainless drive system.
Hierzu wird in der Regel durch eine Steuereinheit und Regelungssoftware des Chainless-Drive-Systems auf der Basis von Eingangsparametern aus dem CLD-Tretlagermodul, wie beispielsweise Drehwinkel, Drehzahl, Drehmoment, Beschleunigungssignalen etc. ein Drehmoment- bzw. Drehzahlwert berechnet, welcher durch den Antriebsmotor in Fahrzeugvorschub umgesetzt wird.For this purpose, a torque or speed value is usually calculated by a control unit and control software of the chainless drive system on the basis of input parameters from the CLD bottom bracket module, such as angle of rotation, speed, torque, acceleration signals, etc converted into vehicle propulsion.
Es ist ferner grundsätzlich bekannt, dass der durch die Kurbeln angetriebene Generator mit einem Getriebe gekoppelt sein kann, um die vergleichsweise geringe Umdrehungszahl der Kurbeln beim manuellen Pedalieren auf eine höhere Umdrehungszahl des Generatorrotors zu übersetzen. In diesem Zusammenhang sind auch Exzentergetriebe bekannt, die eine vergleichsweise hohe Übersetzung erlauben.It is also known in principle that the generator driven by the cranks can be coupled to a gear in order to translate the comparatively low number of revolutions of the cranks when pedaling manually to a higher number of revolutions of the generator rotor. In this context, eccentric gears are also known which allow a comparatively high translation.
Derartige Exzentergetriebe, häufig auch Zykloidgetriebe genannt, sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Varianten bekannt. Beim Umlaufen des Getriebes kann es zu ungewollten Geräuschen aufgrund des wechselnden Eingriffs der Planetenhülsen in die Eingriffsbohrungen der Exzenterräder kommen, welche im Fahrbetrieb unangenehm sein können. Eine Ursache dafür sind Bauteiltoleranzen und - elastizitäten, aufgrund welcher keine kontinuierliche Anlage der Planetenhülse in den Eingriffsbohrungen über die volle Umdrehung gewährleistet werden kann. Somit kommt es zum temporären Kontaktverlust in den Situationen, in welchen keine Kraft von den Planetenhülsen auf ein Exzenterrad übertragen wird und zu einem metallischen Kontakt bei erneuter Berührung, ab welcher Kraft übertragen wird. Diese periodisch auftretenden Eingriffe/Kontakte erzeugen das die genannten störenden Geräusche.Eccentric gears of this type, often also referred to as cycloidal gears, are known in many variants from the prior art. When rotating the gearbox, unwanted noises can occur due to the alternating engagement of the planetary sleeves in the engagement bores of the eccentric gears, which can be uncomfortable when driving. One reason for this is component tolerances and elasticity, due to which the planetary sleeve cannot be guaranteed to rest continuously in the engagement bores over the full revolution. Thus, there is a temporary loss of contact in situations in which no force is transmitted from the planetary sleeves to an eccentric wheel and metallic contact when touching again, from which point force is transmitted. These periodically occurring interventions/cont files produce the annoying noises mentioned.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug bereitzustellen, dass die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermeidet oder zumindest reduziert und einen besonders geräuscharmen Betrieb erlaubt.It is therefore the object of the invention to provide an electric drive system for a vehicle that can be operated with muscle power, which avoids or at least reduces the problems known from the prior art and allows particularly low-noise operation.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein elektrisches Antriebssystem für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, umfassend, eine erste, zumindest motorisch betreibbare, elektrische Maschine, welche zum Zwecke des Antriebs auf ein Antriebsrad des Fahrzeugs wirkt, eine zweite, zumindest generatorisch betreibbare, elektrische Maschine mit einem Rotor, welche eingerichtet ist eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und zur Abgabe elektrischer Energie, sowie eine zentrale Steuereinheit zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine in der Art, dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads erzeugbar ist, wobei der Rotor der zweiten elektrischen Maschine mit einem Exzentergetriebe gekoppelt ist, wobei das Exzentergetriebe ein in einem innenverzahnten Hohlrad abschnittsweise kämmendes außenverzahntes Exzenterrad aufweist, dessen Drehachse exzentrisch zur Drehachse des Hohlrades verläuft, wobei das Exzenterrad eine Mehrzahl an kreisrunden Kontaktöffnungen aufweist, in welche jeweils eine gegenüber einer Planetenachse drehbar gelagerte Planetenhülse anliegt und die Planetenachsen zueinander über einen Planetenträger festgelegt sind, wobei eine Mehrzahl der Planetenhülsen jeweils ein umlaufendes Dämpfungselement aufweist, das jeweils abschnittsweise in Kontakt mit einer der Kontaktöffnungen des Exzenterrads steht und/oder eine Mehrzahl der Kontaktöffnungen jeweils ein umlaufendes Dämpfungselement aufweist, das jeweils abschnittsweise in Kontakt mit einer der Planetenhülsen steht.This object is achieved by an electrical drive system for a vehicle that can be operated with muscle power, comprising a first electrical machine that can be operated at least as a motor, which acts on a drive wheel of the vehicle for the purpose of driving, a second electrical machine that can be operated at least as a generator and has a Rotor, which is set up to convert mechanical energy introduced by a driver of the vehicle via a pedal-operated actuating device into electrical energy, an energy storage device for storing and delivering electrical energy, and a central control unit for actuating the first electrical machine and for actuating the second electrical machine in such a way that an electrically induced rotation of the drive wheel can be generated by a muscle-powered rotation of the actuating device, the rotor of the second electrical machine being coupled to an eccentric gear, the eccentric gear having an externally toothed eccentric wheel which meshes in sections with an internally toothed ring gear and whose axis of rotation is eccentric to the axis of rotation of the ring gear, with the eccentric wheel having a plurality of circular contact openings, in each of which a planetary sleeve rests, which is rotatably mounted relative to a planetary axis, and the planetary axes are fixed to one another via a planetary carrier, with a plurality of the planetary sleeves each having a circumferential damping element, each is partially in contact with one of the contact openings of the eccentric wheel and/or a plurality of the contact openings each have a circumferential damping element, which is partially in contact with one of the planet sleeves.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, dass durch Bauteiltoleranzen, Wärmedehnung oder elastische Verformungen auftretende Spiel bzw. den temporären (kompletten) Kontaktverlust zu verhindern und/oder den erneuten Kontakt-„Schlag“ abzudämpfen, indem ein insbesondere elastisches Dämpfungselement pro Planetenhülsen/Exzenterrad-Kontakt vorhanden ist.According to the invention, it is therefore proposed that play caused by component tolerances, thermal expansion or elastic deformations or the temporary (complete) loss of contact be prevented and/or the renewed contact "impact" should be dampened by having a particularly elastic damping element per planetary sleeve/eccentric wheel contact .
Bevorzugt ist das Fahrzeug als ein Klein- oder Kleinstfahrzeug oder als ein Elektromobil ausgebildet. Das Fahrzeug ist bevorzugt mehrspurig, z.B. mit drei oder mehr Rädern ausgebildet. Alternativ kann das Fahrzeug als ein Fahrrad, insbesondere als ein Elektrofahrrad, z.B. als ein Pedelec oder als ein E-Bike ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Fahrzeug ein Transport- oder Lastenrad, insbesondere ein motorisiertes bzw. elektrisch angetriebenes Transport- oder Lastenrad, im Speziellen ein Dreirad- oder Vierrad-Pedelec oder eine Rikscha, insbesondere mit oder ohne Dach, oder ein Kabinenroller sein.The vehicle is preferably designed as a small or very small vehicle or as an electric vehicle. The vehicle is preferably multi-track, e.g. designed with three or more wheels. Alternatively, the vehicle can be designed as a bicycle, in particular as an electric bicycle, e.g. as a pedelec or as an e-bike. For example, the vehicle can be a transport or cargo bike, in particular a motorized or electrically driven transport or cargo bike, in particular a three-wheel or four-wheel pedelec or a rickshaw, in particular with or without a roof, or a cabin scooter.
Grundsätzlich wäre es natürlich auch denkbar, dass eine Mehrzahl von motorisch betreibbaren elektrischen Maschinen an eine generatorisch betreibbaren Maschine gekoppelt sind. Hierdurch ließe sich beispielsweise ein mehrachsiges Antriebskonzept oder ein Allradantrieb bei einem mehrspurigen Fahrzeug realisieren. Ebenso wäre es möglich, dass mehrere generatorisch betreibbare Maschinen mit einer elektrisch betreibbaren Maschine gekoppelt sind, so dass sich hierdurch beispielsweise Tandem-Antriebskonzepte, bei denen beispielsweise zwei Personen Muskelkraft in das Antriebssystem einspeisen, realisiert werden können. Schließlich ist es auch möglich, das Antriebskonzept zu weiterzuentwickeln, dass mehrere generatorisch betreibbare elektrische Maschinen mit mehreren motorisch betreibbaren elektrischen Maschinen gekoppelt sind.In principle, it would of course also be conceivable for a plurality of electrical machines that can be operated as motors to be coupled to a machine that can be operated as a generator. In this way, for example, a multi-axle drive concept or all-wheel drive could be implemented in a multi-lane vehicle. It would also be possible for several machines that can be operated as a generator to be coupled with one machine that can be operated electrically, so that tandem drive concepts, for example, in which, for example, two people feed muscle power into the drive system, can be implemented. Finally, it is also possible to further develop the drive concept by coupling a plurality of electrical machines that can be operated as generators with a plurality of electrical machines that can be operated as motors.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Planetenhülsen jeweils eine umlaufende Nut aufweisen, in die das Dämpfungselement eingesetzt und axial festgelegt ist und/oder die Kontaktöffnungen jeweils eine umlaufende Nut aufweisen, in die das Dämpfungselement eingesetzt und axial festgelegt ist.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the planet sleeves each have a circumferential groove into which the damping element is inserted and axially fixed and/or the contact openings each have a circumferential groove into which the damping element is inserted and axially fixed.
Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement aus einem elastischen Material geformt ist, insbesondere aus einem Gummi.According to a further preferred further development of the invention, it can also be provided that the damping element is formed from an elastic material, in particular from a rubber.
Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement ein O-Ring ist.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the damping element is an O-ring.
Eine mögliche Ausführungsvariante umfasst also pro Kontaktstelle einen O-Ring, welcher beispielsweise so in Nuten in den Planetenhülsen eingesetzt ist, dass dessen äußerer Durchmesser leicht über den Außendurchmesser der Planetenhülse übersteht. Somit wird das ansonsten auftretende Spiel zwischen Planetenhülse und Kontaktöffnung durch den leicht überstehenden O-Ring überbrückt und der metallische „Schlag“ beim erneuten Kontakt durch (leichte) elastische Verformung des Dämpfungselementes abgedämpft. Statt einem O-Ring aus Gummi sind auch elastische Ringe aus z.B. Kunststoff oder Metall einsetzbar, welche eine federnde/dämpfende Wirkung aufgrund ihrer Geometrie erzeugen. Es versteht sich, dass die Dämpfungselementen alternativ auch in Nuten eingesetzt werden, welche anstatt in die Planetenhülsen (Außendurchmesser) in die Kontaktöffnungen (Innendurchmesser) eingebracht sind.A possible embodiment variant thus includes one O-ring per contact point, which is inserted, for example, in grooves in the planetary sleeves in such a way that its outer diameter protrudes slightly beyond the outer diameter of the planetary sleeve. In this way, the otherwise occurring play between the planetary sleeve and the contact opening is bridged by the slightly protruding O-ring and the metallic “impact” on renewed contact is dampened by (slight) elastic deformation of the damping element. Instead of an O-ring made of rubber, elastic rings made of e.g Plastic or metal can be used, which produce a resilient/damping effect due to their geometry. It goes without saying that the damping elements can alternatively also be used in grooves which are made in the contact openings (inner diameter) instead of in the planet sleeves (outer diameter).
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die axiale Erstreckung der Kontaktfläche zwischen einem der Dämpfungselemente und der korrespondierenden Kontaktöffnung zwischen 1-30% der axialen Erstreckung der Kontaktöffnung beträgt. Des Weiteren kann die Erfindung in diesem Zusammenhang auch dahingehend weiterentwickelt sein, dass die Kontaktfläche in etwa axial mittig zur axialen Erstreckung der Kontaktöffnung verläuft. Die Dämpfungselemente erstrecken sich somit in axialer Richtung vorzugsweise nur über einen kurzen Abschnitt, bevorzugt in der (axialen) Mitte der Kontaktöffnung, um sowohl eine symmetrische Kraftübertragung zu gewährleisten und möglichst viel axiale Breite zur Kraftübertragung bereitstellen zu können.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the axial extent of the contact surface between one of the damping elements and the corresponding contact opening is between 1-30% of the axial extent of the contact opening. Furthermore, the invention can also be further developed in this context to the effect that the contact surface runs approximately axially in the center of the axial extent of the contact opening. The damping elements thus extend in the axial direction preferably only over a short section, preferably in the (axial) center of the contact opening, in order to ensure symmetrical power transmission and to be able to provide as much axial width as possible for power transmission.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass wenigstens eines der Dämpfungselemente als eine Beschichtung ausgebildet ist. Alternativ zu separaten Bauteilen zur Kontaktbedämpfung sind somit auch Beschichtungen aus Kunststoff oder Gummi in entsprechender radialer Dicke denkbar. Hierfür kann die Gegenkontaktfläche oder direkt der beschichtete Durchmesser entsprechend ausgenommen werden, so dass nur ein kleiner Teil des beschichteten Volumens über den kraftübertragenden Kontaktdurchmesser über steht um die Beschichtung nicht zu „zerquetschen“ sondern lediglich elastisch zu verdrängen.In a likewise preferred embodiment variant of the invention, it can also be provided that at least one of the damping elements is designed as a coating. As an alternative to separate components for contact damping, coatings made of plastic or rubber with a corresponding radial thickness are also conceivable. For this purpose, the counter-contact surface or directly the coated diameter can be removed accordingly, so that only a small part of the coated volume protrudes beyond the force-transmitting contact diameter in order not to "crush" the coating but only to elastically displace it.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine generatorisch betreibbare Pedalliereinheit für ein elektrisches Antriebssystem eines mit Muskelkraft betreibbaren Fahrzeugs, umfassend eine zumindest generatorisch betreibbare, elektrische Maschine mit einem Rotor, welche eingerichtet ist eine von einem Fahrer des Fahrzeugs über eine pedalierbare Betätigungseinrichtung eingebrachte mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wobei der Rotor der zweiten elektrischen Maschine mit einem Exzentergetriebe gekoppelt ist, wobei das Exzentergetriebe ein in einem innenverzahnten Hohlrad abschnittsweise kämmendes außenverzahntes Exzenterrad aufweist, dessen Drehachse exzentrisch zur Drehachse des Hohlrades verläuft, wobei das Exzenterrad eine Mehrzahl an kreisrunden Kontaktöffnungen aufweist, in welche jeweils eine gegenüber einer Planetenachse drehbar gelagerte Planetenhülse anliegt und die Planetenachsen zueinander über einen Planetenträger festgelegt sind, wobei eine Mehrzahl der Planetenhülsen jeweils ein umlaufendes Dämpfungselement aufweist, das jeweils abschnittsweise in Kontakt mit einer der Kontaktöffnungen des Exzenterrads steht und/oder eine Mehrzahl der Kontaktöffnungen jeweils ein umlaufendes Dämpfungselement aufweist, das jeweils abschnittsweise in Kontakt mit einer der Planetenhülsen steht.The object of the invention is also achieved by a pedaling unit that can be operated as a generator for an electric drive system of a vehicle that can be operated with muscle power, comprising an electrical machine that can be operated at least as a generator and has a rotor, which is set up for mechanical energy to be introduced by a driver of the vehicle via a pedalable actuating device into electrical energy, the rotor of the second electrical machine being coupled to an eccentric gear, the eccentric gear having an externally toothed eccentric wheel which meshes in sections with an internally toothed ring gear, the axis of rotation of which runs eccentrically to the axis of rotation of the ring gear, the eccentric wheel having a plurality of circular contact openings , in each of which rests a planetary sleeve that is rotatably mounted relative to a planetary axis and the planetary axes are fixed to one another via a planetary carrier, with a plurality of the planetary sleeves each having a circumferential damping element that is in contact with one of the contact openings of the eccentric wheel in sections and/or a plurality each of the contact openings has a circumferential damping element which is in contact with one of the planet sleeves in sections.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive idea.
Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems, -
2 eine schematische Axialschnittansicht einer generatorisch betreibbaren Pedalliereinheit, -
3 eine Frontalansicht auf ein Exzentergetriebe der generatorisch betreibbaren Pedalliereinheit.
-
1 a schematic representation of an electric drive system, -
2 a schematic axial section view of a pedaling unit that can be operated as a generator, -
3 a front view of an eccentric gear of the pedaling unit that can be operated as a generator.
Die
Diese manuell generatorisch erzeugte elektrische Energie wird an eine Energiespeichereinrichtung 4 zur Speicherung und zur Abgabe elektrischer Energie geleitet und dort gespeichert. Die motorisch betreibbare elektrische Maschine 2 bezieht ihre elektrische Energie dann aus dieser Energiespeichereinrichtung 4.This manually generated electrical energy is fed to an
Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass die generatorisch betreibbare elektrische Maschine 3 direkt mit der motorisch betreibbaren elektrischen Maschine 2 elektrisch verbindbar ist. Auch kann die generatorisch betreibbare elektrische Maschine 3 aus der Energiespeichereinrichtung 4 gespeist werden, um beispielsweise ein natürliches Pedalliergefühl beim Fahrer durch Erzeugung eines Widerstandsmoments zu erzielen.Of course, it is also conceivable that the
Zur Steuerung des Antriebssystems 1 ist eine zentrale Steuereinheit 5 zur Ansteuerung der ersten elektrischen Maschine 3 und zur Ansteuerung der zweiten elektrischen Maschine 2 vorgesehen, so dass durch eine muskelkraftbewirkte Drehung der Betätigungseinrichtung 15 eine elektrisch bewirkte Drehung des Antriebsrads 101 erzeugbar ist. Hierdurch kann auf eine mechanische Kraftübertragung zwischen der Betätigungseinrichtung 15 und dem Antriebsrad 101, beispielsweise in Form einer Kette, verzichtet werden.A
Wie sich aus der
Die Planetenhülsen 12 weisen jeweils ein umlaufendes Dämpfungselement 14 auf, das jeweils abschnittsweise in Kontakt mit einer der Kontaktöffnungen 10 des Exzenterrads 9 steht, was auch gut aus der Zusammenschau der
Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, dass die Kontaktöffnungen 10 jeweils ein umlaufendes Dämpfungselement 14 aufweisen, das jeweils abschnittsweise in Kontakt mit einer der Planetenhülsen 12 steht und die Kontaktöffnungen 10 jeweils eine umlaufende Nut 16 aufweisen, in die das Dämpfungselement 14 eingesetzt und axial festgelegt ist.Alternatively or additionally, it is also possible that the
Das Dämpfungselement 14 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem elastischen Material geformt, insbesondere aus einem Gummi. In der in der
Man erkennt insbesondere anhand der Darstellung der
Beim Pedallieren durch einen Nutzer wird die Antriebswelle 21 betätigt bzw. gedreht. Die Antriebswelle 21 ist mit dem Planetenträger 13 drehfest verbunden. In dem Planetenträger 18 sind die Planetenachsen 11 fixiert und laufen entsprechend um die Drehachse der Antriebswelle 21 mit dem Planetenträger 13 um. Über die Planetenlager 22 sind die Planetenhülsen 12 an den Planetenträger 13 drehbar gelagert, welche in die Kontaktöffnungen 10 der Exzenterräder 9 eingreift. Die Exzenterräder 9 vollziehen so die gleiche Anzahl an Umdrehungen wie die Antriebswelle 21. Durch die Exzentrizität der Exzenterräder 9 zum Hohlrad 9 stehen diese nur abschnittsweise in Eingriff, was auch gut aus der
Der Rotor 6 ist über eine Rotorwelle 23 mit dem Exzentergetriebe 7 verbunden. Hierzu besitzt die Rotorwelle 23 zwei monolithisch mit dieser ausgeformten Exzenterabschnitte 24, die axial aus der elektrischen Maschine 3 in Richtung des Exzentergetriebes 7 herausragen und axial in das Exzentergetriebe 7 eingreifen. Die Exzenterabschnitte 24 besitzen an ihren radial äußeren Mantelflächen 25 jeweils eine exzentrische Lagerung 26 für die Exzenterräder 9. Der in dem Stator 20 verlaufende Abschnitt der Rotorwelle 23 ist koaxial zu diesem angeordnet.The
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The foregoing description is therefore not to be considered as limiting but as illustrative. The following patent claims are to be understood in such a way that a mentioned feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of other features. If the patent claims and the above description define 'first' and 'second' feature, this designation serves to distinguish between two similar features without establishing a ranking.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Antriebssystemdrive system
- 22
- erste elektrische Maschine (Motor)first electric machine (motor)
- 33
- zweite elektrische Maschine (Generator)second electrical machine (generator)
- 44
- Energiespeichereinrichtungenergy storage device
- 55
- Steuereinheitcontrol unit
- 66
- Rotorrotor
- 77
- Exzentergetriebeeccentric gear
- 88th
- Hohlradring gear
- 99
- Exzenterradeccentric wheel
- 1010
- Kontaktöffnungcontact opening
- 1111
- Planetenachseplanet axis
- 1212
- Planetenhülseplanet sleeve
- 1313
- Planetenträgerplanet carrier
- 1414
- Dämpfungselementdamping element
- 1515
- Betätigungseinrichtungactuating device
- 1616
- Nutgroove
- 1717
- Kontaktflächecontact surface
- 1818
- GehäuseHousing
- 1919
- Tangentialkraftvektortangential force vector
- 2020
- Statorstator
- 2121
- Antriebswelledrive shaft
- 2222
- Planetenlagerplanetary bearings
- 2323
- Rotorwellerotor shaft
- 2424
- Exzenterabschnitteeccentric sections
- 2525
- Mantelflächelateral surface
- 2626
- Lagerung storage
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 101101
- Antriebsraddrive wheel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102013012208 A1 [0004]DE 102013012208 A1 [0004]
Claims (8)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102021129782.6A DE102021129782A1 (en) | 2021-11-16 | 2021-11-16 | Electric drive system and pedal unit that can be operated as a generator |
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Citations (4)
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---|---|---|---|---|
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-
2021
- 2021-11-16 DE DE102021129782.6A patent/DE102021129782A1/en not_active Ceased
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