DE202006010679U1 - Continuously variable direct electric drive for e.g. bicycle, has motor of specific watts power to vary vehicle speed, and control and regulation unit to supply energy to motor based on pedaling force, terrain profile and vehicle weight - Google Patents
Continuously variable direct electric drive for e.g. bicycle, has motor of specific watts power to vary vehicle speed, and control and regulation unit to supply energy to motor based on pedaling force, terrain profile and vehicle weight Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Anwendung eines stufenlosen Elektrodirektantriebes ohne Freilauf und mechanische Getriebeeinheit für Fahrzeuge, insbesondere Fahrräder entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der erfindungsgemäße, stufenlose Elektrodirektantrieb kann in allen Arten von Fahrrädern sowie in anderen Fahrzeugen wie z.B. Rollstühlen Verwendung finden.The The invention relates to the use of a stepless electric direct drive without freewheel and mechanical transmission unit for vehicles, especially bicycles accordingly The preamble of claim 1. The inventive, stepless electric direct drive Can be used in all types of bicycles as well as in other vehicles, e.g. Wheelchairs use find.
Der notwendige Kraftaufwand zum Bewegen von unmotorisierten Fahrzeugen übersteigt oft das vorgesehene Niveau bzw. die individuellen Möglichkeiten. Der Kraftaufwand ändert sich entsprechend dem aktuellen Landschaftsprofil, der Oberflächenstruktur und der zu bewegenden Masse. Durch unterschiedliche Arten von unterstützenden Antriebsmotoren und Übersetzungsgetrieben an Fahrzeugen ist es möglich, den notwendigen Kraftaufwand den vorhandenen Leistungsreserven anzupassen.Of the necessary effort to move unmotorized vehicles exceeds often the intended level or the individual possibilities. The force changes according to the current landscape profile, the surface structure and the mass to be moved. Through different types of supportive Drive motors and transmission gears on vehicles it is possible to adapt the necessary effort to the existing power reserves.
Steuerungen, Regler und Sensoren sorgen für das gewünschte Zusammenspiel zwischen Fahrzeug, Antrieb und dem entsprechenden Fahrzeugnutzer.controls, Regulators and sensors provide for the wished Interaction between vehicle, drive and the corresponding Vehicle users.
Verbraucher wie z.B. der Antriebsmotor, die elektronische Steuerung, Sensoren aber auch die Beleuchtung des Fahrzeuges müssen mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierfür ist ein Akku notwendig der entsprechend nachgeladen werden muss.consumer such as. the drive motor, the electronic control, sensors but also the lighting of the vehicle must be with electrical energy be supplied. Therefor is a battery necessary to be recharged accordingly.
Es ist bekannt, dass es für Fahrzeuge wie z.B. Fahrräder die unterschiedlichsten Arten von Antriebsmotoren, Getrieben, Steuerungssystemen und Akkus auf dem Markt gibt.It is known for it Vehicles such as e.g. Cycles the most different types of drive motors, gearboxes, control systems and batteries in the market.
Nachteile bekannter technischer Lösungen:Disadvantages of known technical Solutions:
- – Neben dem Antriebsmotor ist zumeist zusätzlich ein Getriebe notwendig um den gewünschten Drehzahl/Drehmoment-Bereich ohne größere Wirkungsgrad- bzw. Energieverluste abdecken zu können.- Next the drive motor is usually in addition a transmission necessary to the desired speed / torque range without greater efficiency or to cover energy losses.
- – Bei bekannten Antriebskonzepten ist zudem ein sogenannter Freilauf notwendig. Dieser sorgt dafür, dass im Tretbetrieb bzw. bei Bergabfahrten das Motorrastmoment (magnetisch bedingt) sowie die Getriebereibung und Getriebeübersetzung nicht überwunden werden müssen.- At known drive concepts is also a so-called freewheeling necessary. This ensures that in pedaling or downhill the engine rest torque (magnetic conditionally) as well as the transmission friction and transmission ratio are not overcome Need to become.
- – Das vorhandene Getriebe und die Freilaufeinrichtung machen Antriebseinheiten unnötig schwer und teuer.- The existing gear and the freewheel device make drive units unnecessarily difficult and expensive.
- – Das höhere Gewicht durch Getriebe und Freilauftechnik benötigt zusätzliche Bewegungsenergie.- The higher Weight due to gearbox and freewheeling technology requires additional kinetic energy.
- – Durch Getriebe und Freilaufeinrichtung ist ein Nachrüsten von Antriebseinheiten an Fahrzeugen tendenziell aufwendiger als wenn z.B. nur ein Antriebsmotor ohne Getriebe und Freilaufeinrichtung benötigt wird.- By Transmission and freewheel device is a retrofitting of drive units on vehicles tends to be more expensive than if e.g. only one drive motor without gear and freewheel device is needed.
- – Zusätzliche Wartungskosten durch Getriebe und Freilaufeinrichtung- Additional Maintenance costs through gearbox and freewheel device
- – Bekannte technische Lösungen haben zudem einen vergleichsweise kleinen Aktionsradius.- Known technical solutions also have a comparatively small radius of action.
Aufgabe der Erfindung:Object of the invention:
- – Verwirklichung einer stufenlosen Geschwindigkeitsregelung ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Getriebeeinheit.- Realization a stepless speed control without the need an additional one Transmission unit.
- – Verbesserung des Aktionsradius (bei gleicher Speicherkapazität des Akkus) gegenüber vergleichbaren Antriebskonzepten.- improvement the range of action (with the same storage capacity of the battery) compared to comparable Drive concepts.
- – Verringerung der Systemkosten und somit des Verkaufspreises.- reduction the system costs and thus the selling price.
- – Verringerung der Wartungskosten- reduction the maintenance costs
- – Verringerung des Fahrzeuggewichts- reduction the vehicle weight
- – Das Antriebskonzept soll auch für andere Fahrzeuge wie z.B. Rollstühle geeignet sein.- The Drive concept should also for other vehicles such as e.g. wheelchairs be suitable.
- – Der Antriebsbausatz soll möglichst einfach an entsprechende Fahrzeuge nachgerüstet werden können.- Of the Drive kit should as possible can be easily retrofitted to appropriate vehicles.
- – Der Motor soll die im Schubbetrieb (z.B. bei Bergabfahrten) freiwerdende Energie wieder rückspeichern können, d.h. gegebenenfalls in den Generatorbetrieb umschalten und in Abhängigkeit vom Gefälle und der gewünschten Vortriebsgeschwindigkeit einen möglichst hohen Wirkungsgrad der Energierückführung aufweisen.- Of the Engine should be released in overrun mode (for example, downhill) Restore energy can, i.e. if necessary, switch to generator mode and depending on gradient and the desired Driving speed one possible have high energy recovery efficiency.
- – Der Antrieb soll im Schubbetrieb (Treten, Bergabfahren) möglichst keinen bzw. einen nur minimalen Widerstand verursachen. Trotzdem soll auf eine Freilaufeinrichtung, wie sie in bisher bekannten Fahrzeugen verwendet wird, verzichtet werden können.- Of the Drive should be in overrun mode (pedaling, downhill) as possible cause no or only minimal resistance. Nevertheless intended to be on a freewheel device, as in previously known vehicles is used, can be dispensed with.
Lösung der Aufgabe:Solution of the task:
Die
Aufgabe wird durch einen Elektrodirektantrieb bestehend aus Nabenmotor
und Generator-Einheit (
- – Zur
Energieversorgung von Antriebsmotor (
1 ), Steuer- und Regeleinheit (2 ), Sensorik (4 ,6 ,7 ), optionaler Beleuchtung und anderen optionalen Verbrauchen dient ein Akku (3 ). - – Der
Nabenmotor (
1 ) geht beim Bremsvorgang (Bergabfahrt) des Fahrzeuges in den Generatorbetrieb über und liefert Energie an den Akku zurück um den Aktionsradius des Fahrzeuges zu erweitern. - – Der Nabenmotor verursacht ein sehr niedriges Rastmoment (magnetisch) und deckt den gewünschten Drehzahlbereich bei ausreichender Leistung und ausreichend hohem Wirkungsgrad ab. Ein zusätzliches Getriebe ist nicht notwendig.
- – Da kein zusätzliches Getriebe notwendig ist und der Motor zudem ein sehr niedriges Rastmoment verursacht, kann auf eine sogenannte Freilaufeinrichtung verzichtet werden.
- – Die
Steuerungs- und Regeleinheit (
2 ) ist für das richtige Zusammenspiel der verschiedenen Funktionen des Fahrzeuges verantwortlich. - a) Sie sorgt für
die gewünschte
Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig
von der Stellung des Geschwindigkeits-Drehgebers (
5 ). - b) Sie sorgt dafür,
dass vom Antriebsmotor die notwendige Leistung in Abhängigkeit
des Geländeprofils,
des Fahrzeuggewichts und der Stellung des Tretkraftwahlschalters
(
4 ) erbracht wird. - c) Sie sorgt dafür
dass das Fahrzeug beim Anfahren, das heisst bei Betätigung des
Geschwindigkeitsdrehgebers zunächst
die Funktion „Anfahrhilfe" auslöst. Diese
Funktion beschleunigt das Fahrzeug zunächst bis maximal 6 km/h auch
ohne Betätigung
der Pedale. Sobald die Pedale betätigt werden schält die Steuer-
und Regeleinheit in den normalen Fahrbetrieb um, d.h. die Geschwindigkeit
kann durch den Geschwindigkeitsdrehgeber weiter erhöht werden.
Die Betätigung
der Pedale wird durch den Sensor zur Überwachung der Tretaktivität (
7 ) erkannt und an die Steuerung übermittelt. - d) Die Steuerung sorgt dafür
dass bei Betätigung des
Bremshebel mit Sensor (
6 ) der Nabenmotor in die Generatorfunktion umschaltet. Je stärker der Bremshebel betätigt wird umso höher ist die Bremswirkung des Generators (umgekehrtes Drehmoment) und somit die Energierückspeisung in den Akku. Soll das Fahrzeug zum Stillstand gebracht werden, wird durch verstärkten Druck auf den Bremshebel zusätzlich eine mechanische Bremse (z.B. Trommelbremse) wirksam. - e) Die Steuerung überwacht den Füllgrad des Akkus. Sie sorgt dafür, dass stets genügend Restenergie vorhanden ist um wichtige Funktionen wie z.B. die Beleuchtung des Fahrzeuges aktivieren zu können.
- - For power supply of drive motor (
1 ), Control unit (2 ), Sensors (4 .6 .7 ), optional lighting and other optional consumptions, a rechargeable battery (3 ). - - The hub motor (
1 ) goes during the braking process (downhill) of the vehicle in the generator mode and supplies energy to the battery back to expand the radius of action of the vehicle. - - The hub motor causes a very low cogging torque (magnetic) and covers the desired speed range with sufficient Performance and sufficiently high efficiency. An additional gear is not necessary.
- - Since no additional transmission is necessary and the engine also causes a very low cogging torque, can be dispensed with a so-called freewheel device.
- - The control unit (
2 ) is responsible for the proper interaction of the various functions of the vehicle. - a) It provides the desired vehicle speed depending on the position of the speed encoder (
5 ). - b) It ensures that the necessary power is provided by the drive motor depending on the terrain profile, the vehicle weight and the position of the pedal force selector (
4 ) is provided. - c) It ensures that the vehicle triggers the "traction help" function when it starts up, ie when the speed control is operated This function accelerates the vehicle up to a maximum speed of 6 km / h without the pedals being pressed The control unit changes over to normal driving, ie the speed can be further increased by means of the speed control. The operation of the pedals is controlled by the pedal activity monitoring sensor.
7 ) and transmitted to the controller. - d) The control ensures that when the brake lever with sensor (
6 ) the hub motor switches to the generator function. The stronger the brake lever is actuated the higher the braking effect of the generator (reverse torque) and thus the energy recovery in the battery. If the vehicle is to be brought to a standstill, an additional mechanical brake (eg drum brake) is activated by increased pressure on the brake lever. - e) The controller monitors the charge level of the battery. It ensures that there is always enough residual energy to activate important functions such as the lighting of the vehicle.
Vorteile der Erfindung:Advantages of the invention:
- – Durch die Einsparung des Getriebes und der Freilaufeinrichtung sind a) die Wartungskosten niedriger, b) das Gewicht des Fahrzeuges geringer, c) die Herstellungskosten geringer.- By the savings of the transmission and the freewheel device are a) the maintenance costs are lower, b) the weight of the vehicle is lower, c) the production costs are lower.
- – Durch das niedrige Gewicht und die effiziente Rückspeisung der Energie im Generatorbetrieb bei Bergabfahrten (Bremsbetrieb) wird der Aktionsradius des Fahrzeuges entsprechend vergrössert.- By the low weight and the efficient recovery of energy in generator mode Downhill (braking mode) is the action radius of the vehicle correspondingly enlarged.
- – Der Antrieb ist vergleichsweise einfach an Fahrzeuge nachrüstbar da Getriebe und Freilaufeinrichtung entfallen.- Of the Drive is comparatively easy to retrofit vehicles there Gearbox and freewheel device omitted.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines Fahrrades/Elektrofahrrades mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.The Invention is hereinafter based on a bicycle / electric bicycle with reference to the drawing closer explained.
Figuren:Characters:
In
einer bevorzugten Ausführung
der Erfindung wird der Nabenmotor und Generator (
Die
entsprechende Steuerungs- und Regeleinheit (
Als
Energiespeicher wird ein Schnelllade- bzw. Wechselakkusatz (z.B.
18Ah, Lithium-Polymer-Typ)
(
Ein
Sensor zur Erfassung der Tretaktivität (
An
der Lenkstange des Fahrrades befindet sich der Geschwindigkeits-Drehgeber
(
An
der Lenstange befindet sich ebenso der Bremshebel mit Sensor (
An
der Steuerungs- und Regeleinheit befindet sich ein Tretkraftwahlschalter
(
Die Reichweite des beschriebenen Fahrzeuges liegt ohne Tretunterstützung bei ca. 80 km und kann mit Tretunterstützung bis zu 120 km ausgeweitet werden. Höherer Energieverbrauch bei Bergauffahrten kann durch Energierückgewinnung bei Bergabfahrten zu ca. 70% wieder kompensiert werden.The Range of the vehicle described is without pedal assistance Approx. 80 km and can be extended with pedal support up to 120 km become. higher Energy consumption in mountain driving can be through energy recovery be compensated for downhill to about 70%.
In der bevorzugten Ausführung wird ein Aussenläufer-Motor mit 250 W Leistung verwendet. Mit diesem Motor ist es möglich dass das Fahrzeug bei bis zu 120 kg Gewicht (inklusive Beladung), ohne Tretunterstützung, eine Steigung von 10% überwindet.In the preferred embodiment becomes an outrun motor used with 250 W power. With this engine it is possible that the vehicle with up to 120 kg weight (including loading), without pedal support, one Overcoming slope of 10%.
Ein Fachmann wird verstehen, daß die Grundsätze der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche Arten von Fahrzeugen oder auf andere technische Bereiche anwendbar sind.One Professional will understand that the principles of present invention on different types of vehicles or applicable to other technical fields.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Figur offenbarten Merkmale sind sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in den verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung.The in the foregoing description, claims and figure Features are both individually and in any combination for the Realization of the invention in the various embodiments significant.
- 11
- Nabenmotor und Generatorhub motor and generator
- 22
- Steuerungs- und Regeleinheitcontrol and control unit
- 33
- Akkubattery pack
- 44
- TretkraftvorwahlschalterTretkraftvorwahlschalter
- 55
- Geschwindigkeits-DrehgeberSpeed Encoder
- 66
- Bremshebel mit Sensorbrake lever with sensor
- 77
- Sensor zur Erfassung der Tretaktivitätsensor for recording pedaling activity
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202006010679U DE202006010679U1 (en) | 2006-07-11 | 2006-07-11 | Continuously variable direct electric drive for e.g. bicycle, has motor of specific watts power to vary vehicle speed, and control and regulation unit to supply energy to motor based on pedaling force, terrain profile and vehicle weight |
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Publications (1)
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DE202006010679U1 true DE202006010679U1 (en) | 2006-09-28 |
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