DE102022104683A1 - Magnetic gearing for a bicycle support drive, in particular with an electric drive, in particular for a bicycle, as well as advantageous modes of operation and use of such bicycle support drives - Google Patents
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Abstract
Ein Fahrrad mit einem Fahrrad-Unterstützungsantrieb, der ein Magnetgetriebe und eine mit einem Rotor ausgestattete elektromagnetische Maschine umfasst, kann zur Addition von Antriebsleistungen vorgesehen sein. Besonders kompakt und leicht wird ein solcher Fahrrad-Unterstützungsantrieb, wenn die Teile des Magnetgetriebes magnetisch gekoppelte Elemente sind, die gegeneinander verdrehbar gelagert sind.Im Betrieb kann das Magnetgetriebe, das z. B. mit der elektromagnetischen Maschine koaxial in einem Rad wie einem Hinterrad des Fahrrads eingebaut sein kann, ein zusätzliches Drehmoment bereitstellen, das jene Differenz ergänzen soll, die zwischen einem von einem Fahrradfahrer aufgebrachten Drehmoment und einem das Rad des Fahrrads antreibenden Drehmoment existieren soll.A bicycle with a bicycle support drive, which includes a magnetic gear and an electromagnetic machine equipped with a rotor, can be provided for adding drive power. Such a bicycle support drive is particularly compact and light if the parts of the magnetic gear are magnetically coupled elements that are mounted so that they can rotate relative to one another. B. coaxially installed with the electromagnetic machine in a wheel such as a rear wheel of the bicycle, provide an additional torque intended to complement the difference that should exist between a torque applied by a cyclist and a torque driving the wheel of the bicycle.
Description
Die vorliegende Erfindung behandelt ein Magnetgetriebe und einen Fahrrad-Unterstützungsantrieb.The present invention relates to a magnetic transmission and a bicycle power assist.
Des Weiteren behandelt die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Fahrrad.Furthermore, the present invention deals with a corresponding bicycle.
Des Weiteren werden ein Magnetgetriebe mit einer elektromagnetischen Maschine vorgestellt.Furthermore, a magnetic gear with an electromagnetic machine is presented.
Außerdem werden vorteilhafte Verfahren und Benutzungen vorgestellt.In addition, advantageous methods and uses are presented.
Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung behandelt einen Fahrrad-Unterstützungsantrieb nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Fahrrad nach dem Anspruch 24.In other words, the present invention relates to a bicycle power assist according to the preamble of
Eine Magnetgetriebe-Kombination, zu der neben dem Magnetgetriebe auch noch eine elektromagnetische Maschine gehört, werden in dem Oberbegriff von Anspruch 25 vorgestellt.A magnetic gear combination, which also includes an electromagnetic machine in addition to the magnetic gear, is presented in the preamble of claim 25.
Ein Verfahren zur Kopplung zweier Antriebsleistungen wird in Anspruch 26 vorgestellt. Ein Betriebsverfahren wird in Anspruch 27 erwähnt.A method for coupling two drive powers is presented in claim 26. An operation method is mentioned in claim 27.
Eine geeignete Verwendung wird in Anspruch 30 vorgestellt.A suitable use is presented in
Technisches Gebiettechnical field
Während immer leistungsfähigere und schwerere Unterstützungsantriebe und AkkumulatorBatterien für Mountainbikes entwickelt werden, die diese immer stärker im Wesen an Motorräder heranrücken, gibt es auch einen anderen Markt für Pedelecs, die einen möglichst dezenten und leichten Antrieb besitzen und dadurch gut handhabbar sind.While ever more powerful and heavier support drives and accumulator batteries are being developed for mountain bikes, which are increasingly moving towards motorcycles in essence, there is also another market for pedelecs that have a drive that is as discreet and light as possible and are therefore easy to handle.
Solche Fahrrad-Unterstützungsantriebe sollen es Fahrrad-Fahrern erleichtern, mit ihrer Muskelkraft sich vorwärtszubewegen, z. B. an Steigungen von Bergen. Hierfür gibt es unterschiedliche Antriebskonzepte. Ein Antriebskonzept basiert auf der Idee, die zusätzliche Antriebsleistung in eine Nabe eines Rades, insbesondere des Hinterrades, eines anzutreibenden Fahrrads einzubringen. Während einige andere Unterstützungsantriebe nahe der Tretkurbel angeordnet sind und an dieser Stelle beispielsweise mittels Kegelgetriebe Tretunterstützung bieten. Kegelgetriebe besitzen einen geringen Wirkungsgrad, der zudem nochmalig mit dem Wirkungsgrad des Kettenantriebs vermindert wird. Zudem entstehen Betriebsgeräusche.Such bicycle support drives should make it easier for cyclists to move forward with their muscle power, e.g. B. on slopes of mountains. There are different drive concepts for this. A drive concept is based on the idea of introducing the additional drive power into a hub of a wheel, in particular the rear wheel, of a bicycle to be driven. While some other support drives are arranged near the pedal crank and offer pedal support at this point, for example by means of bevel gears. Bevel gears have a low level of efficiency, which is further reduced with the efficiency of the chain drive. In addition, there are operating noises.
Andere Unterstützungsantriebe sind, wie gesagt, in die Hinterradachse integriert. Vorteilhaft ist dabei die höhere Drehzahl des Rades, welches bei einer Fahrgeschwindigkeit eines üblichen Fahrrads von 25 km/h in der Größenordnung von 200 U/min liegt, während die typische Trittfrequenz etwa 1/3 der Umdrehungsgeschwindigkeit bzw. dessen Reziprok beträgt. Entsprechend kleiner muss das Drehmoment sein. Da hierbei eine möglicherweise vorhandene Kettenschaltung umgangen wird, kann deren Untersetzung bei starken Steigungen jedoch nicht genutzt werden, und das für die Fahrt auf der Steigung erforderliche Drehmoment muss von dem Antrieb selbst erzeugt werden. Für kompakte Hinterradantriebe werden Elektromotoren mit Planetenuntersetzung genutzt, welche allerdings akustisch hervortreten, einen begrenzten Wirkungsgrad und eine begrenzte Lebensdauer haben, und auch hinsichtlich des Drehmoments nicht allen Wünschen an einen solchen Hilfsantrieb entsprechen.As already mentioned, other support drives are integrated into the rear wheel axle. The advantage here is the higher rotational speed of the wheel, which at a driving speed of a conventional bicycle of 25 km/h is in the order of 200 rpm, while the typical cadence is about 1/3 of the rotational speed or its reciprocal. The torque must be correspondingly smaller. Since this bypasses a derailleur that may be present, its reduction cannot be used on steep inclines, and the torque required for driving up the incline must be generated by the drive itself. For compact rear-wheel drives, electric motors with planetary gear reduction are used, which, however, are acoustically prominent, have limited efficiency and a limited service life, and also with regard to torque do not meet all the wishes of such an auxiliary drive.
Stand der TechnikState of the art
In der Literatur, insbesondere in der Patentliteratur gibt es schon zahlreiche Beschreibungen, wie Hilfs- bzw. Unterstützungsantriebe gestaltet werden können. Eine geeignete Auswahl soll nachfolgend vorgestellt werden.In the literature, in particular in the patent literature, there are already numerous descriptions of how auxiliary or support drives can be designed. A suitable selection is presented below.
Für Scheibenräder beschreiben beispielsweise H. C. Lovatt, V. S. Ramsden und B. C. Mecrow effiziente Direktantriebe in dem Fachaufsatz „Design of an in-wheel motor for a solar powered electric vehicle“, abgedruckt in IEEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 145, No. 5, September 1998, wobei dies unter Verwendung von bürstenlos betriebenen, eisenlosen Spulen und Halbach-Magneten erfolgen soll. Jedoch sind Scheibenräder für Fahrräder im Allgemeinen aufgrund der Windempfindlichkeit wenig geeignet.For disc wheels, for example, H. C. Lovatt, V. S. Ramsden and B. C. Mecrow describe efficient direct drives in the technical paper "Design of an in-wheel motor for a solar powered electric vehicle", printed in IEEE Proc.-Electr. Power Appl., Vol. 145, No. 5, September 1998, this being said to be done using brushless powered, coreless coils and Halbach magnets. However, disc wheels are generally not very suitable for bicycles due to their sensitivity to wind.
Für Speichenräder wurden ähnliche Antriebe mit kleinerem Außendurchmesser realisiert wie in https://electricbikereport.com/electric-bike-direct-drive-geared-hub-motors/ gezeigt. Diese erreichen jedoch entweder nicht das gewünschte geringe Gewicht, die angestrebten kompakten Abmessungen, das hohe Drehmoment und/oder den gewünschten hohen Wirkungsgrad.Similar drives with a smaller outer diameter were implemented for spoked wheels, as shown in https://electricbikereport.com/electric-bike-direct-drive-geared-hub-motors/. However, these either do not achieve the desired low weight, the desired compact dimensions, the high torque and/or the desired high efficiency.
Für Speichenräder zeigen
Einen besonders drehmomentstarken Antrieb für ein Vehikel lehrt
Die US-Patentanmeldung
Eine als „Harmonic Drive“ bezeichnete koaxiale Getriebe-Motor-Anordnung mit hoher Untersetzung lehrt die
Das in dem US-Patent
In weiteren Artikeln, die auf den Internet-Seiten https://visforvoltage.org/forum/13629-concepts-ebike-propulsion?page=7 und https://visforvoltage.org/forum/13629-conceptsebike-propulsion?page=8 zu finden sind, werden ein „Cycloidal Magnetic Gear“ sowie noch andere Typen von Getrieben für einen Antrieb eines eBikes erwähnt, wobei unter anderem die prinzipbedingten Vibrationen ein bisher ungelöstes Hemmnis für eine breite Nutzung solcher Abtriebe sein sollen.In other articles published on the Internet pages https://visforvoltage.org/forum/13629-concepts-ebike-propulsion?page=7 and https://visforvoltage.org/forum/13629-conceptsebike-propulsion?page= 8, a "Cycloidal Magnetic Gear" and other types of gears for an eBike drive are mentioned, whereby, among other things, the principle-related vibrations are said to be an unsolved obstacle to the widespread use of such drives.
Retrospektiv lassen sich andere Magnetgetriebe-Elektromotor-Kombinationen betrachten, beispielsweise in
Selbst Übersichtsartikel über Magnetgetriebe, wie z. B. der Artikel „A Review of the Volumetric Torque Density of Rotary Magnetic Gear Designs“ der Autoren Kang Li und Jonathan Z. Bird, abgedruckt in: 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM), IEEE 2018, geben keine Hinweise auf deren Verwendung als Hilfsantrieb im Fahrrad - zeigen damit auch kein dafür passendes magnetisches Getriebe auf -. Umgekehrt betrachtet liefern Normen zu Hilfsantrieben in Fahrrädern, wie z. B. die DIN EN 15194, keinen Hinweis auf Magnetgetriebe als einsetzbare Getriebetypen.Even review articles on magnetic gears, such as B. the article "A Review of the Volumetric Torque Density of Rotary Magnetic Gear Designs" by the authors Kang Li and Jonathan Z. Bird, reprinted in: 2018 XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM), IEEE 2018, gives no indication of their Use as an auxiliary drive in bicycles - do not show any suitable magnetic gearing -. Conversely, standards for auxiliary drives in bicycles, such as B. DIN EN 15194, no reference to magnetic gears as gear types that can be used.
Die zuvor genannten Druckschriften gelten mit ihren Benennungen, jede für sich, als vollumfänglich in vorliegende Erfindungsbeschreibung inkorporiert. Hierdurch soll vermieden werden, nicht mehr erneut und wiederholt allgemein bekannte Zusammenhänge in Magnetgetrieben und in Zweirad-Antriebssystemen zu erörtern, sondern durch Verweis auf die Druckschriften sollen sie als ebenfalls definiert für vorliegende Erfindung angesehen werden dürfen.The above-mentioned publications apply with their names, each on its own, as fully incorporated in the present description of the invention. This is to avoid no longer discussing well-known relationships in magnetic gears and in two-wheel drive systems again and again, but by referring to the publications, they should be allowed to be regarded as also defined for the present invention.
Aufgabenstellungtask
Besonders erstrebenswert wäre es, eine Konstruktion zu kennen, die einen elektrisch betriebenen, drehmomentstarken, effizienten, leichten, kompakten, leisen, verschleißarmen und kostengünstigen Unterstützungsantrieb für ein Fahrrad, insbesondere in einem Speichenrad, schafft. Die Forderungen stehen zumindest zum Teil im Widerspruch zueinander. Daher ist eine Konstruktion zu suchen, die einen guten Kompromiss zwischen den verschiedenen Anforderungen schafft.It would be particularly desirable to know a design that provides an electrically operated, high-torque, efficient, light-weight, compact, quiet, low-wear, and inexpensive assist drive for a bicycle, particularly in a spoked wheel. The demands are at least partly contradictory to each other. A construction must therefore be sought that creates a good compromise between the various requirements.
Erfindungsbeschreibunginvention description
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Fahrrad-Unterstützungsantrieb nach Anspruch 1 gelöst, ein dazugehöriges Fahrrad lässt sich Anspruch 24 entnehmen. Eine Magnetgetriebe-Kombination wird in Anspruch 25 erläutert. Vorteilhafte Verfahren lassen sich den Ansprüchen 26, 27 und 30 entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.The object of the invention is achieved by a bicycle support drive according to
Fahrrad-Unterstützungsantriebe sind dafür geschaffen, weiterhin eine reguläre Antriebsleistung, z. B. durch Muskelkraft eines Fahrradfahrenden, auf ein Antriebsrad eines Fahrrads einwirken zu lassen. Zusätzlich soll Antriebsleistung von einer Energiequelle wie einem Akkumulatorpack oder einem Hilfsakkumulator zur Verfügung gestellt werden.Bicycle support drives are designed to continue to provide regular drive power, e.g. B. by muscle power of a cyclist to act on a drive wheel of a bicycle. In addition, drive power should be provided by an energy source such as a battery pack or an auxiliary battery.
Neben einem aus Rotor und Stator gebildeten Motor (der - in Abhängigkeit, welche Funktion im Vordergrund stehen soll - auch als Antriebsmotor oder auch als Elektromotor bezeichnet werden kann) kann Teil des Fahrrad-Unterstützungsgetriebes ein Magnetgetriebe sein, zu dem wenigstens drei gegeneinander drehbare Elemente gehören.In addition to a motor made up of rotor and stator (which - depending on which function is to be in the foreground - can also be referred to as a drive motor or as an electric motor), part of the bicycle support gear can be a magnetic gear, which includes at least three elements that can be rotated in opposite directions .
Ein erstes Element und ein zweites Element sind um eine gleiche Rotationsachse drehbar gelagert. Sie können sich um diese Achse drehen. Die Lagerung kann sowohl elektromagnetisch als auch mechanisch durch verschiedene Arten von mechanischen Lagern erfolgen.A first element and a second element are rotatably mounted about a same axis of rotation. You can rotate around this axis. Storage can be both electromagnetic and mechanical using various types of mechanical bearings.
Darüber hinaus gibt es noch das dritte Element, das dem Magnetgetriebe zugerechnet wird. Über das dritte Element kann zusätzliche Antriebsleistung in den Antrieb eingebracht werden.In addition, there is the third element, which is attributed to the magnetic gear. Additional drive power can be introduced into the drive via the third element.
Generell kann auch gesagt werden, Magnetgetriebe können funktionell mit stark untersetzenden Planetengetrieben verglichen werden, wie letzteres mit Sonnenrad, Planetenkranz (mehrere als Planetenräder zu bezeichnende Zahnräder) und Außenrad (ein Zahnradhohlrad) hat das Magnetgetriebe - im Wesentlichen - drei Elemente. Andere Vergleiche greifen auf Vernier-Elektromotoren zurück, um Magnetgetriebe zu beschreiben. Je nach Betrachtungsweise kann also ein Magnetgetriebe mit einem Planetengetriebe oder mit einem Vernier-Motor (unter gewissen Umständen) gleichgesetzt werden.In general, it can also be said that magnetic gears can be functionally compared to highly reducing planetary gears, such as the latter with a sun gear, planetary ring (several gears that can be called planetary gears) and outer wheel (an internal gear wheel) the magnetic gear has - essentially - three elements. Other comparisons resort to Vernier electric motors to describe magnetic gears. Depending on how you look at it, a magnetic gear can be equated with a planetary gear or with a vernier motor (under certain circumstances).
Die drei Elemente können untereinander magnetisch gekoppelt sein (im Sinne von durchgeführten Feldlinien). Die drei Elemente können, z. B. aufgrund von Magnetkräften, miteinander verbunden sein.The three elements can be magnetically coupled to each other (in the sense of conducted field lines). The three elements can, e.g. B. be connected to each other due to magnetic forces.
Vorteilhafterweise ist das Element, das von den drei Elementen am Schnellsten läuft, mit dem Motor verbunden. Die zwei übrigen Elemente können z. B. als „Element A“ und als „Element B“ bezeichnet werden.Advantageously, the element that runs fastest of the three elements is connected to the motor. The two remaining elements can e.g. B. be referred to as "Element A" and as "Element B".
In einer ersten möglichen Ausführungsform wird das „Element A“ fixiert und das „Element B“ wird zum Abtrieb genutzt. Hierbei kann am Abtrieb noch eine von einem Fahrrad-Fahrer aufzubringende Tretleistung über ein „weiteres Antriebselement“ (z. B. Zahnriemenrad oder z. B. Kettenrad) eingespeist werden.In a first possible embodiment, “Element A” is fixed and “Element B” is used for output. In this case, a pedaling power to be applied by a cyclist can be fed in at the output via an “additional drive element” (e.g. toothed belt wheel or e.g. chain wheel).
Vorteilhafterweise gibt es ein Antriebsbauteil, über das Antriebsleistung in dem Fahrzeug (Fahrrad) ausgeleitet werden kann (z. B. eine Welle, eine Nabe, ein Riemenrad, ein Kettenrad oder ein Kettenblatt).Advantageously there is a drive component via which drive power in the vehicle (bicycle) can be dissipated (e.g. a shaft, a hub, a pulley, a sprocket or a chainring).
Ein so realisierter Antrieb an einem Fahrrad sorgt dafür, dass es sich (das Fahrrad) mit einer festen Übersetzung fährt. Ein Fahrer erhält eine Drehmomentunterstützung, die bei geringer Drehzahl (z. B. in den Situationen „Bergauf“, „Anfahren“) stärker ausfallen kann.A drive system implemented in this way on a bicycle ensures that it (the bicycle) drives with a fixed gear ratio. A driver receives torque support, which can be stronger at low engine speeds (e.g. in the situations “uphill”, “starting off”).
In einer zweiten möglichen Ausführungsform wird das „Element A“ durch das „weitere Antriebselement“ wie Zahnriemenrad oder Kettenrad angetrieben und das „Element B“ wird zum Abtrieb genutzt. Auf diesem Weg kann der Motor eine zusätzliche Geschwindigkeit liefern, während der Fahrer gegen das auf das Rad wirkende Drehmoment in fester Untersetzung arbeitet.In a second possible embodiment, “Element A” is driven by the “further drive element” such as a toothed belt wheel or sprocket, and “Element B” is used for the output. This allows the motor to deliver extra speed while the rider works against the torque on the wheel in a fixed gear ratio.
Soll ein solches Magnetgetriebe möglichst symmetrisch aufgebaut sein, so kann das „Element A“ ein in einer Mitte des Magnetgetriebes liegendes, insbesondere strukturiertes, weichmagnetisches Eisen-Element sein. Auch das „Element B“ kann durch ein strukturiertes weichmagnetisches Eisen-Element realisiert sein. Das jeweils andere Element (also „Element A“ in dem einen Fall und „Element B“ in dem anderen Fall) ist vorteilhafterweise ein mit Permanentmagneten versehenes Element. Die Strukturen ergeben sich durch verdickte und verminderte Bereiche des Eisens bzw. des Eisen-Elements.If such a magnetic gear is to be constructed as symmetrically as possible, “element A” can be a particularly structured, soft-magnetic iron element lying in the middle of the magnetic gear. “Element B” can also be realized by a structured, soft-magnetic iron element. The respective other element (that is to say “element A” in one case and “element B” in the other case) is advantageously an element provided with permanent magnets. The structures result from thickened and reduced areas of iron or the iron element.
Der Fahrrad-Unterstützungsantrieb kann, muss aber nicht zwangsweise im Hinterrad des Fahrrads platziert sein. Eine alternativ zu nutzende Stelle am Fahrrad ist im Bereich des Tretlagers. Der Fahrrad-Unterstützungsantrieb kann z. B. koaxial zum Tretlager platziert sein. In der zweiten Platzierungsvariante sind das „weitere Antriebsbauteil“ die Kurbel oder Tretlagerachse. Der Abtrieb kann über ein Kettenrad (auch in Gestalt eines Kettenblatts) oder ein Zahnriemenrad erfolgen.The bicycle support drive can, but does not necessarily have to, be placed in the rear wheel of the bicycle. An alternative place on the bike that can be used is in the area of the bottom bracket. The bicycle support drive can, for. B. be placed coaxially to the bottom bracket. In the second placement variant, the "further drive component" is the crank or bottom bracket axle. The output can take place via a chain wheel (also in the form of a chain ring) or a toothed belt wheel.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.Advantageous refinements and developments are set out below, which are seen, both individually and in combination, can also reveal inventive aspects.
Vorteilhaft ist es, wenn Permanentmagnete des Rotors Pole-bildend orientiert sind.It is advantageous if the permanent magnets of the rotor are oriented to form poles.
Vorteilhaft sind Abmessungen für den Fahrrad-Unterstützungsantrieb, bei dem eine Länge eines zylindrischen Bereichs weniger als 20 cm, z. B. nur 15 cm oder noch weniger, z. B. 11 cm, beträgt.Are advantageous dimensions for the bicycle support drive, in which a length of a cylindrical portion is less than 20 cm, z. B. only 15 cm or even less, z. B. 11 cm.
Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausführungsbeispiele lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.The combinations and exemplary embodiments presented above can also be considered in numerous other connections and combinations.
Erfindungsgemäß kann man bei einem Unterstützungs-Antrieb einen Fortschritt erzielen, indem ein (Elektro-)Motor mit einem Magnetgetriebe kombiniert wird.According to the invention, progress can be made in a support drive by combining an (electric) motor with a magnetic gear.
Vorteilhaft ist es, wenn der Unterstützungs-Antrieb bei niedrigen Drehzahlen fast keine Geräusche entwickelt und einen sehr hohen Wirkungsgrad aufweist. Zudem sollte ein solcher Antrieb praktisch keinen Verschleiß aufweisen.It is advantageous if the support drive develops almost no noise at low speeds and has a very high level of efficiency. In addition, such a drive should show practically no wear.
Durch eine Spiralanordnung der Magnete - insbesondere durch einen (kleinen) SteigungsWinkel, der z. B. bei weniger als 15°, 10° oder sogar 5° liegt - kann das Volumen der Bauteile, die den magnetischen Kreis des Getriebes ausmachen, also der magnetische Kreis im Getriebe, reduziert werden. Innerhalb des Magnetgetriebes kann der antreibende (Elektro-)Motor platziert sein.By a spiral arrangement of the magnets - in particular by a (small) pitch angle, the z. B. is less than 15 °, 10 ° or even 5 ° - the volume of the components that make up the magnetic circuit of the gearbox, i.e. the magnetic circuit in the gearbox, can be reduced. The driving (electric) motor can be placed inside the magnetic gear.
Durch die Anordnung des Magnetgetriebes ergibt sich somit für die Motor-Getriebe-Kombination ein größtmöglicher Durchmesser des Getriebes bei üblichen Abmessungen für Hinterrad-Naben eines Fahrrads, wodurch ein sehr hohes Drehmoment realisiert werden kann.The arrangement of the magnetic gear thus results in the motor-gear combination having the largest possible diameter of the gear with the usual dimensions for rear wheel hubs of a bicycle, as a result of which a very high torque can be realized.
Die Verbindung des Elektromotors mit einer Antriebsleistung mit einem zumindest dreielementigen magnetischen Getriebe erfolgt an einem ersten Element des Getriebes. Dieses erste Element ist drehzahlgleich mit dem Rotor verbunden. In anderen Worten, das erste Element des Getriebes und der Rotor haben die gleiche Drehzahl, wenn die Antriebsleistung übertragen wird. Eine solche drehzahlgleiche Verbindung kann durch eine ummantelnde Anordnung und eine starre Befestigung, wie Verkleben oder Aufpressen, des ersten Elements am Rotor erfolgen. Die Befestigung kann auch durch Integration erfolgen, indem beispielsweise stützende weichmagnetische Teile gemeinsam im Rotor und im ersten Element genutzt werden. Eine drehbare Anordnung von Rotor und Elementen des Magnetgetriebes kann beispielsweise gut mithilfe von Gleitlagern oder Wälzkörperlagern realisiert werden.The electric motor is connected to a drive power with an at least three-element magnetic gear at a first element of the gear. This first element is connected to the rotor at the same speed. In other words, the first element of the gearbox and the rotor rotate at the same speed when the drive power is transmitted. Such a speed-equivalent connection can take place by means of an encasing arrangement and a rigid attachment, such as gluing or pressing, of the first element to the rotor. The attachment can also be done by integration, for example by using supporting soft magnetic parts together in the rotor and in the first element. A rotatable arrangement of the rotor and elements of the magnetic gear can be implemented well, for example, with the help of plain bearings or rolling element bearings.
Über ein weiteres Antriebselement wird eine zusätzliche Antriebsleistung an ein anderes Element des Magnetgetriebes drehzahlgleich eingebracht. Diese Drehzahl kann unterschiedlich zu der Drehzahl des ersten Elements des Magnetgetriebes sein. Das weitere Antriebselement kann eine Achse sein, die ein Kettenblatt oder eine Zahnriemenrad aufnehmen und ein Drehmoment übertragen kann, beispielsweise indem sie mit Längsrillen für eine formschlüssige Verbindung versehen ist. Die drehzahlgleiche Verbindung ergibt sich, wenn das Element des Magnetgetriebes auf der Achse zur Achse unbeweglich (starr) befestigt ist.An additional drive power is introduced at the same speed to another element of the magnetic transmission via a further drive element. This speed can be different from the speed of the first element of the magnetic gear. The additional drive element can be an axle that can accommodate a chain wheel or a toothed belt wheel and transmit torque, for example by being provided with longitudinal grooves for a form-fitting connection. The connection with the same speed results when the element of the magnetic gear is fastened immovably (rigidly) on the axis to the axis.
Alternative Antriebselemente sind Kettenblatt oder Zahnriemenrad, ein anderes Befestigungselement für ein Kettenblatt oder für ein Zahnriemenrad. Denkbar ist auch, dass das Element des Getriebes bereichsweise zu einem Kettenblatt oder Zahnriemenrad geformt wird, wobei die Ausformungen das Antriebselement bilden.Alternative drive elements are a chainring or toothed belt wheel, another fastening element for a chainring or for a toothed belt wheel. It is also conceivable that the element of the transmission is formed into a chainring or toothed belt wheel in some areas, with the formations forming the drive element.
Letztlich kann auch die Tretkurbel als Antriebselement angesehen werden, wenn sie drehzahlgleich mit dem Element des Magnetgetriebes verbunden ist.Ultimately, the pedal crank can also be regarded as a drive element if it is connected to the element of the magnetic gear at the same speed.
In allen zuvor aufgezählten Fällen stammt die zusätzliche Antriebsleistung von einem Fahrer des Fahrrads in Form von Tretleistung, eingebracht über Pedale und eine Kurbel am Fahrrad.In all the cases listed above, the additional drive power comes from a rider of the bicycle in the form of pedaling power, introduced via pedals and a crank on the bicycle.
Die Abtriebsseite gibt die Leistung des Elektromotors und die Leistung des Fahrers ab, abgesehen von kleinen Verlusten, üblicherweise an Speichen mithilfe eines ausgeformten Lochkranzes. Die Abtriebsseite ist mit einem zweiten Element des Magnetgetriebes verbunden.The output side delivers the power of the electric motor and the power of the driver, apart from small losses, usually on spokes using a molded ring of holes. The output side is connected to a second element of the magnetic gear.
Da ein Elektromotor mit Durchmessern und Längen von wenigen Zentimetern nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment aufbringen kann, ist eine hohe Untersetzung erforderlich, um das durch das Getriebe ermöglichte hohe Drehmoment auch zu realisieren. Vorteilhaft ist hierfür eine geringe Polanzahl des mit Motordrehzahl betriebenen ersten Elements, idealerweise eine 2-polige Ausgestaltung, sodass ein weichmagnetisches Element des Getriebes während einer Umdrehung des Motors nur einmal die Extremwerte der Hysteresekurve erreicht, wodurch Verluste minimiert und der Wirkungsgrad maximiert wird. Es können damit Materialien mit einer hohen Sättigungspolarisation eingesetzt werden, wie Eisen-Kobalt-Legierungen, was für ein hohes Drehmoment bzw. eine kompakte Bauweise förderlich sein kann. Alternative Materialien sind Eisen-Nickel- oder Eisen-Silizium-Legierungen. Diese Materialien sind zur Vermeidung von Wirbelströmen als gegeneinander isolierte Bleche oder als gebundene, elektrisch isolierte Pulverpartikel verbaut (bzw. vorhanden).Since an electric motor with diameters and lengths of just a few centimeters can only generate a comparatively small amount of torque, a high gear reduction is required in order to also realize the high torque made possible by the gearbox. A small number of poles of the first element operated at engine speed is advantageous for this purpose, ideally a 2-pole design, so that a soft-magnetic element of the transmission only reaches the extreme values of the hysteresis curve once during one revolution of the engine, which minimizes losses and maximizes efficiency. Materials with a high saturation polarization can thus be used, such as iron-cobalt alloys, which can be beneficial for a high torque or a compact design. Alternative materials are iron-nickel or iron-silicon alloys. In order to avoid eddy currents, these materials are built in (or are present) as sheet metal insulated from one another or as bonded, electrically insulated powder particles.
Mit einem hohen Drehmoment ist es möglich, auf eine Gangschaltung zu verzichten, oder - in einer alternativen Ausführungsform - nur eine Tretlagerschaltung zu verwenden. Der Fahrrad-Hilfsantrieb kann an Steigungen, bei langsamerer Fahrt, das hohe zusätzlich erforderliche Drehmoment liefern, welches sonst durch die Untersetzung erzeugt wird. Durch den möglichen Verzicht auf eine Gangschaltung am Hinterrad kann der Hilfsantrieb mit einem Zahnriemenantrieb verwendet werden, bei dem der Zahnriemen die Antriebsleistung von der Tretkurbel auf das Hinterrad überträgt.With a high torque, it is possible to dispense with a gear shift, or - in an alternative embodiment - to use only a bottom bracket gear shift. The bicycle auxiliary drive can deliver the high additional torque required on inclines, when driving slowly, which is otherwise generated by the gear reduction. As there is no gear shift on the rear wheel, the auxiliary drive can be used with a toothed belt drive, in which the toothed belt transmits the drive power from the pedal crank to the rear wheel.
Eine Voraussetzung für die Eignung eines Unterstützungsantriebs für ein Fahrrad ist zudem ein sicherer und geregelter Betrieb, der durch die erfindungsgemäße Ausführung erreicht wird. Zudem besteht die Möglichkeit, den Antrieb rekuperativ zu betreiben, wodurch Verluste vermieden werden und sich eine höhere Reichweite bei einer gegebenen Akkukapazität ergibt. Der Antrieb integriert hierbei auch eine Bremsfunktion. Das Gewicht des Gesamtsystems aus Akkumulator-Batterie und elektromechanischen Antrieb wird optimiert. Besonders vorteilhaft sind Batterien mit Lithium-Elektroden, die eine hohe Energiedichte und Leistungsdichte haben, aber auch spezielle Schutzmaßnahmen erfordern, in die der Antrieb eingebunden ist, um den Markterfordernissen zu genügen. Hierzu können verschiedene Sensoren benutzt werden, die Werte beispielsweise über Temperatur, Strom und Spannung liefern, welche mit den herstellerseitigen Vorgaben über den zulässigen Bereich verglichen werden können. Um Schädigungen oder einen Brand der Batterie oder des Motors zu vermeiden, kann im Falle eines Verlassens dieses Bereiches eine Leistungsverbindung zum Antrieb unterbrochen werden.A prerequisite for the suitability of a support drive for a bicycle is also safe and controlled operation, which is achieved by the embodiment according to the invention. There is also the option of operating the drive recuperatively, which avoids losses and results in a longer range for a given battery capacity. The drive also integrates a braking function. The weight of the entire system consisting of the accumulator battery and the electromechanical drive is optimized. Batteries with lithium electrodes are particularly advantageous, as they have a high energy density and power density, but also require special protective measures in which the drive is integrated in order to meet market requirements. Various sensors can be used for this, which provide values for temperature, current and voltage, for example, which can be compared with the manufacturer's specifications for the permissible range. In order to avoid damage or a fire to the battery or the motor, a power connection to the drive can be interrupted if you leave this area.
Die Akkumulator-Batterie kann im oder am Unterrohr oder im oder am Sattelrohr angebracht sein, um einen niedrigen Schwerpunkt und damit eine gute Steigleistung des Antriebs zu ermöglichen. Abgesehen von der Anbringung im Unterrohr ist eine solche Anordnung auch dazu geeignet, eine Nachrüstung des Unterstützungsantriebs sowie den zugehörigen Komponenten zu ermöglichen.The accumulator battery can be installed in or on the down tube or in or on the seat tube in order to enable a low center of gravity and thus good climbing performance of the drive. Apart from being installed in the down tube, such an arrangement is also suitable for enabling the support drive and the associated components to be retrofitted.
Die zuvor dargelegten Zusammenhänge können auch durch die folgenden Punkte zusammengefasst werden:
- 1. Der Fahrrad-Unterstützungsantrieb bezieht eine Antriebsleistung aus einer ersten Quelle und eine Leistung aus einer elektrischen Speicherquelle und führt diese Leistungen auf ein Rad des Fahrrads, insbesondere ein Speichenrad, zusammen. An jener Stelle wird die Leistung ausgeleitet. Mit einem elektrischen Antriebsmotor und mit einem die Antriebsleistung aus der ersten Quelle aufnehmenden und weiterleitenden Antriebsbauteil, wie z. B. Riemenrad, Kettenrad oder Kettenblatt, ist das Fahrrad-Unterstützungsgetriebe ausgestattet. Der Antriebsmotor und das Antriebsbauteil sind durch ein Magnetgetriebe gekoppelt, wobei das Magnetgetriebe ein eine Antriebsleistung ausleitendes Element hat, das vorteilhafterweise Teil des drei Elemente umfassenden Magnetgetriebes ist, die magnetisch gekoppelt sind und die gegeneinander verdrehbar gelagert sind.
- 2. Der Antriebsmotor hat einen ortsfesten Stator und einen um eine Rotationsachse rotierenden Rotor.
- 3. Der Rotor des Antriebsmotors ist mit dem Magnetgetriebe mechanisch verbunden oder der Rotor ist Teil des Magnetgetriebes.
- 4. Die Rotationsachse des Rotors und eine Rotationsachse des Magnetgetriebes fallen zusammen.
- 5. Die Rotationsachse des Rotors und die verdrehbaren Elemente des Magnetgetriebes sind koaxial angeordnet.
- 6. Der Rotor und ein erstes Element der drei Elemente des Magnetgetriebes sind drehzahlgleich verbunden.
- 7. Ein zweites Element der drei Elemente des Magnetgetriebes bildet eine Abtriebsseite.
- 8. Der Antriebsmotor ist ein Synchronmotor.
- 9. Der Stator ist ortsfest zu einem Stützelement angeordnet.
- 10. Der Rotor beinhaltet mehr als einen Permanentmagneten.
- 11. Zwei Elemente des Magnetgetriebes weisen zumindest einen Permanentmagneten auf, vorzugsweise weist zumindest ein Element zwei oder mehrere Permanentmagnete auf.
- 12. Die Permanentmagnete sind so orientiert, dass sie in dem sie tragenden Element angeordnet oder in der sie tragenden Komponente angeordnet Pole bilden können.
- 13. Die Permanentmagnete bestehen aus Neodym-Eisen-Bor.
- 14. In dem Magnetgetriebe hat das gegenüber den zwei Elementen bewegliche dritte Element Strukturen aus weichmagnetischen Eisenlegierungen, wie Kobalt-Eisen, und befindet sich zwischen dem ersten und zweiten Element.
- 15. Die Spulen, der Rotor und zumindest zwei der Elemente des Magnetgetriebes haben einen zylindrischen Bereich mit einer Länge von nicht
mehr als 20 cm, vorteilhaft weniger als 15 cm, besonders vorteilhaft weniger als 11 cm, und einem Durchmesser von nichtmehr als 20 cm, vorteilhaft sogar weniger als 14 cm, besonders vorteilhaft wenigerals 12 cm, idealerweise wenigerals 10 cm. Der Bauraum ist derart (mit solchen Abmessungen eingeschlossen) umschlossen. - 16. Durch ein Dichtelement gegen das Eindringen von Flüssigkeit und/oder Partikel ist der Bereich geschützt, wobei das weitere Antriebselement und das Stützelement sich zumindest teilweise außerhalb des abgedichteten Bereichs befinden.
- 17. An dem mit dem Rotor angetriebenen Element des Magnetgetriebes sind die Pole entlang einer Spirallinie oder mehrerer Spirallinien angeordnet, insbesondere zumindest bereichsweise entlang einer zylindrischen Spirallinie oder mehrerer zylindrischer Spirallinien, wobei die Spirallinie an einem Punkt einen sich durch eine infinitesimale Rotation dieses Punktes um die Rotationsachse ergebenden Vektor in einem Winkel von kleiner 40° schneidet, während die Pole des zweiten Elements eine andere Anordnung haben, idealerweise Nord-Pol und Süd-Pol winkel-gleich alternierend bezogen auf einen Winkel um die Rotationsachse, wobei die Strukturen des dritten, zwischen dem ersten und dem zweiten befindlichen Elements in Bereichen zwischen einem Pol des ersten Elements und dem entgegengesetzten Pol des zweiten Elements verstärkt sind und in Bereichen gleichnamiger Pole des ersten und des zweiten Elements vermindert sind.
- 18. An der koaxialen Anordnung ist eine Aufnahme für ein Zahnrad oder ein koaxiales Zahnrad, insbesondere ein einzelnes Zahnrad, wie für einen Zahnriemen, befestigt.
- 19. Idealerweise ist die Abtriebsseite mit einem Lochkranz zur Aufnahme von Speichen versehen.
- 20. Der Lochkranz hat so viele alternierende Pole im zweiten Element des Magnetgetriebes, dass eine Untersetzung von mindestens 20:1 erreicht wird, während das erste Element des Magnetgetriebes idealerweise nur ein effektives Polpaar hat, wobei es eine vorteilhafte Ausgestaltung ist, in der das weitere Antriebselement mit der Abtriebsseite drehzahlgleich verbunden ist und das zweite oder dritte Element des Magnetgetriebes in Bezug auf den Stator des Elektromotors fixiert ist, wobei insbesondere die drei Elemente des Magnetgetriebes hohlzylinderförmig ausgestaltet sind und ineinander liegen und idealerweise den Elektromotor ummanteln.
- 21. Dem Motor ist idealerweise eine Steuerelektronik zugeordnet.
- 22. Die Steuerelektronik ist mittels einer Steuerschaltung mit Ausgängen und Eingängen, wie bei einem programmierten Mikrocontroller mit Interface-Schaltungen, und mittels mehrerer Leistungshalbleiter mit einem Steuereingang, beispielsweise Gates eines MOSFETS, des Motors verbunden, wobei der Steuereingang der Leistungshalbleiter mit dem Ausgang der Steuerschaltung verbunden ist. Die Steuerelektronik ist mit einer in einer Reihe verschalteten Batterie von Akkumulatorzellen verbunden. Vorzugsweise haben die Akkumulatorzellen Lithium enthaltende Elektroden. Die Schaltung bildet eine Spannungsformanpassungsschaltung, beispielsweise durch Anordnung der Leistungshalbleiter in einer Brückenschaltung, das ein antriebleistungsübertragendes Bindeglied zwischen einer Gesamtgleichspannung der Batterie und einer Betriebsspannung, insbesondere einer Betriebswechselspannung, des Motors ist.
- 23. Die Steuerschaltung ist mit mehreren,
besser 4 oder noch besser 5, idealerweise allen, der nachfolgenden Sensorarten ausgestattet:- • mit einem Temperatursensor, mit zwei Temperatursensoren oder mit mehreren Temperatursensoren innerhalb der Batterie,
- • mit einem Temperatursensor innerhalb des Motors,
- • mit einem Spannungssensor zugeordnet der Gesamtgleichspannung der Batterie,
- • mit mehreren Spannungssensoren zugeordnet einzelnen Abschnitten der Reihe,
- • mit einem Tretsensor, beispielsweise gebildet durch einen Drehmomentsensor bzw. einem Dehnungssensor an der Aufnahme des Zahnrads oder einem anderen Antriebselement,
- • mit einem Stromsensor, der einen elektrischen Strom von der Batterie zur Spannungsformanpassungsschaltung erfasst, und/oder
- • mit einem Stromsensor, der einen Strom von der Spannungsumformungsschaltung zu dem Motor erfasst, oder
- • mit zwei Stromsensoren, die zwei Ströme von der Spannungsumformungsschaltung zu dem Motor erfassen,
- • mittels elektrischen Leitungen verknüpft.
- 24. Das alles kann in einem Fahrrad eingebaut sein.
- 25. Auch kann der Fokus auf die eigentliche Magnetgetriebe-Kombination gelegt werden, bei der das Magnetgetriebe mit einem Antriebsmotor ausgestattet ist (mit einer elektromagnetischen Maschine), um Antriebsleistung und eine Antriesdrehzahl des Antriebsmotors in der Drehzahl zu reduzieren und ggf. das Antriebsmoment zu erhöhen. Hierbei werden Elemente mit unterschiedlichen magnetischen Polen eingesetzt. Diese Elemente können durchgezählt werden, also als erstes, zweites, drittes Element bezeichnet werden bzw. als „Element A“ und als „Element B“ usw. adressiert werden.
- 26. Eine solche Vorrichtung kann zu einem Verfahren zur Kopplung zweier Antriebsleistungen verwendet werden.
- 27. Ein Betriebsverfahren für einen Fahrrad-Unterstützungsantrieb kann bei einer niedrigeren ersten Drehzahl des Rotors dessen Antriebsdrehmoment auf einen höheren ersten maximalen Wert begrenzen und bei einer höheren zweiten Drehzahl des Rotors dessen Antriebsdrehmoment auf einen niedrigeren zweiten maximalen Wert begrenzen, und oberhalb einer Grenzdrehzahl des Rotors erfolgt die Leistungsübertragung gänzlich über die Aufnahme für ein Zahnrad oder das Zahnrad.
- 28. Das Betriebsverfahren arbeitet derart, dass im Falle von Sensorwerten außerhalb eines zulässigen Bereichs die elektrische Leistungsübertragung an den Elektromotor unterbrochen wird.
- 29. Das Betriebsverfahren kann auch dafür sorgen, dass der Elektromotor durch die Steuerelektronik in einem weiteren Betriebszustand invers, als ein Generator, betrieben wird und einen Strom in den Akkumulator zurückspeist.
- 30. Ein solcher Fahrrad-Unterstützungsantrieb kann dazu verwendet werden, dass der Fahrrad-Unterstützungsantrieb zur Leistungssummation einer elektrischen Antriebsleistung und einer durch Muskelkraft aufbringbaren Leistung genutzt wird.
- 1. The bicycle support drive draws drive power from a first source and power from an electrical storage source and combines these powers onto a wheel of the bicycle, in particular a spoked wheel. At that point, the power is discharged. With an electric drive motor and with a drive power from the first source receiving and forwarding drive component such. B. pulley, sprocket or chainring, the bicycle auxiliary gear is equipped. The drive motor and the drive component are coupled by a magnetic gear, the magnetic gear having an element dissipating drive power, which is advantageously part of the magnetic gear comprising three elements which are magnetically coupled and which are mounted so as to be rotatable in relation to one another.
- 2. The drive motor has a stationary stator and a rotor rotating about an axis of rotation.
- 3. The rotor of the drive motor is mechanically connected to the magnetic gear or the rotor is part of the magnetic gear.
- 4. The axis of rotation of the rotor and an axis of rotation of the magnet gear coincide.
- 5. The axis of rotation of the rotor and the rotatable elements of the magnetic gear are arranged coaxially.
- 6. The rotor and a first element of the three elements of the magnetic gear are connected at the same speed.
- 7. A second element of the three elements of the magnetic gear forms an output side.
- 8. The drive motor is a synchronous motor.
- 9. The stator is arranged stationary to a support element.
- 10. The rotor contains more than one permanent magnet.
- 11. Two elements of the magnetic gear have at least one permanent magnet, preferably at least one element has two or more permanent magnets.
- 12. The permanent magnets are oriented in such a way that they can form poles when placed in the element that supports them or when placed in the component that supports them.
- 13. The permanent magnets are made of neodymium iron boron.
- 14. In the magnetic gear, the third element movable relative to the two elements has structures made of soft magnetic iron alloys such as cobalt-iron and is located between the first and second elements.
- 15. The coils, the rotor and at least two of the elements of the magnetic gear have a cylindrical portion with a length of no more than 20 cm, advantageously less than 15 cm, more advantageously less than 11 cm, and a diameter of no more than 20 cm , advantageously even less than 14 cm, particularly advantageously less than 12 cm, ideally less than 10 cm. The installation space is enclosed in such a way (with such dimensions included).
- 16. The area is protected against the ingress of liquid and/or particles by a sealing element, with the further drive element and the support element being located at least partially outside the sealed area.
- 17. On the element of the magnetic gear driven by the rotor, the poles are arranged along a spiral line or several spiral lines, in particular at least in certain areas along a cylindrical spiral line or several cylindrical spiral lines, with the spiral line becoming one at one point through an infinitesimal rotation of this point around the The vector resulting from the rotation axis intersects at an angle of less than 40°, while the poles of the second element have a different arrangement, ideally the north pole and south pole alternating at the same angle in relation to an angle around the rotation axis, with the structures of the third, between the first and second elements are increased in regions between one pole of the first element and the opposite pole of the second element and decreased in regions of like poles of the first and second elements.
- 18. On the coaxial arrangement is a mount for a gear wheel or a coaxial gear wheel, in particular a single gear wheel, such as for a toothed belt, attached.
- 19. Ideally, the output side is provided with a ring of holes to accommodate spokes.
- 20. The ring of holes has so many alternating poles in the second element of the magnetic gear that a gear reduction of at least 20:1 is achieved, while the first element of the magnetic gear ideally has only one effective pair of poles, it being an advantageous embodiment in which the further The drive element is connected to the output side at the same speed and the second or third element of the magnetic gear is fixed in relation to the stator of the electric motor, with the three elements of the magnetic gear being designed in particular as hollow cylinders and lying inside one another and ideally encasing the electric motor.
- 21. Ideally, control electronics are assigned to the motor.
- 22. The control electronics are connected to a control input, for example gates of a MOSFET, of the motor by means of a control circuit with outputs and inputs, as in a programmed microcontroller with interface circuits, and by means of several power semiconductors, with the control input of the power semiconductor being connected to the output of the control circuit connected is. The control electronics are connected to a series-connected battery of accumulator cells. The accumulator cells preferably have lithium-containing electrodes. The circuit forms a voltage form matching circuit, for example by arranging the power semiconductors in a bridge circuit, which is a driving power-transmitting link between a total DC voltage of the battery and an operating voltage, in particular an operating AC voltage, of the motor.
- 23. The control circuit is equipped with several, better 4 or even better 5, ideally all, of the following sensor types:
- • with one temperature sensor, with two temperature sensors or with several temperature sensors inside the battery,
- • with a temperature sensor inside the engine,
- • assigned to the total DC voltage of the battery with a voltage sensor,
- • with several voltage sensors assigned to individual sections of the series,
- • with a pedaling sensor, for example formed by a torque sensor or a strain sensor on the mount of the gear or another drive element,
- • with a current sensor that detects an electric current from the battery to the voltage form matching circuit, and/or
- • with a current sensor that detects a current from the voltage conversion circuit to the motor, or
- • with two current sensors that detect two currents from the voltage conversion circuit to the motor,
- • linked by means of electrical lines.
- 24. All of this can be built into a bicycle.
- 25. The focus can also be placed on the actual magnetic gear combination, in which the magnetic gear is equipped with a drive motor (with an electromagnetic machine) in order to reduce drive power and a drive speed of the drive motor in speed and, if necessary, to increase the drive torque . Elements with different magnetic poles are used here. These elements can be numbered, i.e. they can be referred to as the first, second, third element or addressed as “Element A” and “Element B” and so on.
- 26. Such a device can be used in a method for coupling two drive powers.
- 27. An operating method for a bicycle support drive can limit its drive torque to a higher first maximum value at a lower first speed of the rotor and limit its drive torque to a lower second maximum value at a higher second speed of the rotor, and above a limit speed of the rotor the power is transmitted entirely via the mount for a gear or the gear.
- 28. The operating method works in such a way that in the event of sensor values outside a permissible range, the electrical power transmission to the electric motor is interrupted.
- 29. The operating method can also ensure that the electric motor is operated by the control electronics in a further operating state inversely, as a generator, and feeds current back into the accumulator.
- 30. Such a bicycle support drive can be used for the purpose that the bicycle support drive is used for the power summation of an electrical drive power and a power that can be applied by muscle power.
Figurenlistecharacter list
Die vorliegende Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft besonders vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei
-
1 bis 7 ein erstes Ausführungsbeispiel zeigen, bei dem -
1 einen Unterstützungsantrieb aus einer ersten Blickrichtung (Seitenansicht), bei dem ein Gehäuse des Unterstützungsantrieb geöffnet ist, -
2 den Unterstützungsantrieb nach 1 in einem geschlossenen Gehäuse von einer zweiten Blickrichtung (insbesondere entgegengesetzte Seite), -
3 ein erstes Element eines Magnetgetriebes für denUnterstützungsantrieb nach den 1 und 2 , -
4 einen Querschnitt eines zweiten Elements desMagnetgetriebes nach 3 , zusammen mit zwei Lochkränzen und zwei Dichtscheiben (ungeschnitten), -
5 einen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines dritten Elements des Magnetgetriebes, -
6 eine Abwicklung der Struktur des dritten Elements des Magnetgetriebes nach5 und -
7 ein Schema einer dazugehörigen Elektronik zeigt und -
8 eine alternative Ausgestaltung eines ersten Elements eines erfindungsgemäßen Magnetgetriebes, -
9 eine alternative Ausgestaltung eines ersten Elements eines erfindungsgemäßen Magnetgetriebes, -
10 eine zuden Ausgestaltungen nach 8 und9 passende Ausgestaltung eines dritten Elements eines Magnetgetriebes, -
11 eine weitere alternative Ausgestaltung eines ersten Elements eines Magnetgetriebes und -
12 eine zu11 passende Ausgestaltung eines dritten Elements eines Magnetgetriebes
-
1 until7 show a first embodiment in which -
1 a support drive from a first viewing direction (side view), in which a housing of the support drive is open, -
2 thesupport drive 1 in a closed housing from a second viewing direction (especially opposite side), -
3 a first element of a magnetic gear for the support drive according to1 and2 , -
4 a cross section of a second element of themagnetic gear 3 , together with two hole rings and two sealing washers (uncut), -
5 a cross section through a section of a third element of the magnetic gear, -
6 a development of the structure of the third element of themagnetic gear 5 and -
7 shows a schematic of the associated electronics and -
8th an alternative embodiment of a first element of a magnetic gear according to the invention, -
9 an alternative embodiment of a first element of a magnetic gear according to the invention, -
10 one to the configurations8th and9 suitable design of a third element of a magnetic gear, -
11 a further alternative embodiment of a first element of a magnetic gear and -
12 one to11 suitable design of a third element of a magnetic gear
Figurenbeschreibungcharacter description
Wird
- -
Stator 1 desElektromotors 70, - -
Rotor 2 desElektromotors 70, drehbar um die Rotationsachse, - -
erstes Element 3 des Magnetgetriebes 12, - -
drittes Element 4 des Magnetgetriebes 12, - -
zweites Element 5 desMagnetgetriebes 12.
- -
Stator 1 of theelectric motor 70, - -
Rotor 2 of theelectric motor 70, rotatable about the axis of rotation, - -
first element 3 of themagnetic gear 12, - -
third element 4 of themagnetic gear 12, - -
second element 5 of themagnetic gear 12.
In der gezeichneten, vorteilhaften Ausgestaltung nach
Eine Struktur kann sich aus unterschiedlichen Materialien bzw. unterschiedlichen Legierungen zusammensetzen. Die Struktur ist aber auch daran zu erkennen, dass sie einen Körper schafft, der an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Dicken aufweist oder unterschiedliche Oberflächenstrukturen. So kann z. B. ein erstes Element wechselweise zwei unterschiedliche Dicken aufweisen. Auch ist es möglich, aus einer einzigen Legierung die unterschiedlichen Höhen bzw. Dicken des Bauteils, z. B. des ersten Elements, herzustellen.A structure can be composed of different materials or different alloys. However, the structure can also be recognized by the fact that it creates a body that has different thicknesses or different surface structures at different points. So e.g. B. have a first element alternately two different thicknesses. It is also possible to combine the different heights or thicknesses of the component, e.g. B. the first element to produce.
Anzumerken ist, dass es sich bei der (hier nicht gezeigten) Axial-Fluss-Bauform analog verhält: Das erste Element 3III eines Magentgetriebes in Axial-Fluss-Bauform weist alternierende magnetische Pole entlang einer Richtung senkrecht zur Umlaufrichtung und senkrecht zur Rotationsachse - hier also in radialer Richtung zur Roationsachse - in dichterer räumlicher Anreihung auf, also mit kleinerem Abstand, als entlang der Umlaufbahn auf der Oberfläche in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse.It should be noted that the axial-flux design (not shown here) behaves analogously: The
Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten lassen sich auch untereinander in fast beliebiger Form verbinden. Beispielsweise können die Permanentmagnete in
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Stator des (Elektro-)MotorsStator of the (electric) motor
- 22
- Rotor des (Elektro-)MotorsRotor of the (electric) motor
- 3, 3I, 3II, 3III3, 3I, 3II, 3III
- erstes Element des Magnetgetriebesfirst element of the magnetic gear
- 4, 4I, 4II, 4III4, 4I, 4II, 4III
- drittes Element des Magnetgetriebesthird element of the magnetic gear
- 55
- zweites Element des Magnetgetriebessecond element of the magnetic gear
- 66
- Stützelementsupport element
- 7, 7I, 7II, 7III, 7IV7, 7I, 7II, 7III, 7IV
- Rotationsachseaxis of rotation
- 88th
- Befestigungattachment
- 99
- erster Lochkranz zur Speichenbefestigungfirst ring of holes for spoke attachment
- 9I9I
- zweiter Lochkranz zur Speichenbefestigungsecond ring of holes for spoke attachment
- 1010
- Fahrrad-UnterstützungsantriebBicycle assist drive
- 1212
- Magnetgetriebemagnetic gear
- 2020
- weiteres Antriebselement mit einer Antriebsleitungfurther drive element with a drive line
- 2121
- erste Dichtscheibefirst sealing washer
- 21'21'
- zweite Dichtscheibesecond sealing washer
- 30, 30',30, 30',
- alternierend entgegengesetztes Polpaar (entgegengesetzte Pole sind schwarzalternating opposite pair of poles (opposite poles are black
- 30II, 30III30II, 30III
- und weiß dargestellt)and shown in white)
- 3131
- Winkelangle
- 3232
- Vektorvector
- 3333
- Orientierung der Spirale an einem PunktOrientation of the spiral at a point
- 3434
- PunktPoint
- 4040
- alternierend entgegengesetzte Polpaare (entgegengesetzte Pole sind schwarz und weiß dargestellt)alternating opposite pairs of poles (opposite poles are shown in black and white)
- 50, 50I, 50II50, 50I, 50II
- verstärkter Bereichreinforced area
- 51, 51I, 51II51, 51I, 51II
- verminderter Bereichdiminished area
- 6060
- Akkumulatorzelleaccumulator cell
- 6161
- Temperatursensor (innerhalb der Batterie)Temperature sensor (inside the battery)
- 6262
- Spannungssensor (zugeordnet Abschnitten)Voltage sensor (assigned to sections)
- 6363
- Spannungssensor (zugeordnet der Gesamtgleichspannung)Voltage sensor (assigned to total DC voltage)
- 6464
- erster Stromsensorfirst current sensor
- 6565
- Steuerelektronikcontrol electronics
- 6666
- Tretsensorpedal sensor
- 6767
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 6868
- Leistungshalbleiterpower semiconductors
- 6969
- zweiter Stromsensorsecond current sensor
- 7070
- (Elektro-)Motor(Electric) motor
- 7171
- Temperatursensor (insbesondere am oder für den Motor)Temperature sensor (especially on or for the engine)
- 8080
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 8181
- elektrische Leitungen (vereinfacht bzw. gebündelt dargestellt)electrical lines (shown in simplified or bundled form)
- 8282
- Batteriebattery
- 9090
- Umlaufbahnorbit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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DE202021100986.1 | 2021-02-26 |
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---|---|
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ID=82020349
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