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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas, insbesondere einen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus, der durch Füße die Veränderung der Fahrgeschwindigkeit eines Elektrofahrrades und -mofas steuert.
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Stand der Technik
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Fahrräder dienen sowohl als Transport- als auch Trainingsmittel, wobei keine Abgase ausgestoßen werden und kein Brennstoff zusätzlich verbraucht wird, sodass das Radfahren als umweltfreundlich betrachtet wird. Ein Elektrofahrrad bzw. -mofa wendet das gleiche Prinzip an und wird mit einem elektrischen Nabenmotor ausgestattet, wobei beim Einsatz des Elektrofahrrades bzw. -mofas gleichfalls keine Abgase ausgestoßen werden, sodass keine Luftverschmutzung entsteht.
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Die Fahrgeschwindigkeit der herkömmlichen Elektrofahrräder bzw. -mofas wird meistens durch Verändern der Drehungsspanne des am Griff angeordneten Gashebels gesteuert, ähnlich wie bei Motorrädern und -rollern. Aus diesem Grund werden die herkömmlichen Elektrofahrräder bzw. -mofas gegenwärtig in vielen Ländern als Motorräder bzw. -roller kategorisiert und dürfen nur mit einem Kennzeichen und in Besitzeines Führerscheins auf der Straße fahren. Diese strenge Regelung, die lediglich aufgrund der gleichen Steuerungsweise wie bei den Motorrädern bzw. -rollern festgelegt worden ist, kann allerdings das Interesse der Nutzung der Elektrofahrräder bzw. -mofas bei den umweltbewussten Bürgern senken.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas zu schaffen, bei dem der Nabenmotor durch Treten der Füße synchron gesteuert wird, um die Ausgangskraft zu verändern und dadurch die Fahrgeschwindigkeit zu verändern, wobei ein fußgesteuertes Elektrofahrrad und -mofa nach den Gesetzen der Länder nicht als Motorrad oder -roller kategorisiert wird, sodass kein Kennzeichen und kein Führerschein für das Fahren eines Elektrofahrrad und -mofas erforderlich sind.
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Technische Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der erfindungsgemäßekontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas umfasst beispielsweise einen Nabenmotor, der ein Drehelement aufweist, das als ein gehäuseförmiger Aufnahmekörper ausgebildet ist, wobei an einem Ende des Drehelements eine Öffnung ausgebildet ist, in die Magneten eingelegt und gleichmäßig an der inneren Umfangsseite des Drehelements ringförmig befestigt werden können, wobei im Zentrum des Nabenmotors eine Achse in ein Lager eingeschoben ist, wobei am Außenumfang der Achse eine Vielzahl von radial angeordneten Stromerzeugungsspulen im Drehelement angeordnet ist, sodass die Stromerzeugungsspulen beim Drehen des Drehelements die magnetischen Kraftlinien schneiden, wodurch im Nabenmotor eine Induktionsspannung erzeugt wird, mit der Stromselbstständig erzeugt wird, wobei an der Achse eine Leitungsöffnung angeordnet ist, durch die eine Leitung hindurch geführt werden kann; einen Verschlussdeckel, der an der Öffnung des Drehelements schwenkbar gelagert und mit der Achse befestigt ist, wobei an der äußeren Oberfläche des Verschlussdeckels eine Vielzahl von ersten Aufnahmeaussparungen nahe dem Umfang ringförmig angeordnet ist, wobei zwischen zwei der ersten Aufnahmeaussparungen eine zweite Aufnahmeaussparung angeordnet ist, wobei in der Axialrichtung der zweiten Aufnahmeaussparung eine dritte Aufnahmeaussparung gegenüber der zweiten Aufnahmeaussparung angeordnet ist, wobei an einem Seitenende der ersten Aufnahmeaussparungen jeweils ein Ansatz ausgebildet ist; eine Hall-IC, die in der dritten Aufnahmeaussparung des Verschlussdeckels angeordnet und an ein Detektorelement elektrisch angeschlossen ist, das in die zweite Aufnahmeaussparung eingezogen ist, wobei beiderseits des Detektorelements jeweils ein magnetischer Körper in der zweiten Aufnahmeaussparung verwendet wird, wobei die Hall-IC, das Detektorelement und die magnetischen Körper miteinander zusammenwirken, um ein physisches Signal zu ermitteln, das in ein elektrisches Signalumgewandelt und zum Zwecke der Steuerung ausgegeben wird; eine Vielzahl von Federn, die in den ersten Aufnahmeaussparungen des Verschlussdeckels angeordnet sind, wobei ein Ende der jeweiligen Federn den Verschlussdeckel mit Federkraft konstant beaufschlagt, um den Verschlussdeckel zu fixieren; einen ersten und einen zweiten leitfähigen Ring, die beide konzentrisch ineinander eingesteckt sind, wobei der erste leitfähige Ring um die Achse des Nabenmotors herum so befestigt ist, dass der zweite leitfähige Ring um den ersten leitfähigen Ring drehbar ist, wobei im inneren des ersten und des zweiten leitfähigen Rings jeweils eine Induktionsspule zum Aussenden und Empfangen gewickelt angeordnet ist, wobei die beiden Enden der Induktionsspule jeweils von einer Seite des ersten und des zweiten leitfähigen Rings herausgezogen werden und dadurch eine Leitung bilden, die durch die Leitungsöffnung der Achse hindurch geführt wird und dadurch mit einem Controller im Nabenmotor verbunden wird, wobei die Leitung des zweiten leitfähigen Rings zum Anschließen an die Hall-IC dient; eine Begrenzungsscheibe, die mit dem Verschlussdeckel schließt, um die Bauteile des Verschlussdeckels zu verschließen, wobei an der inneren Fläche der Begrenzungsscheibe dem Verschlussdeckel entsprechend gleichfalls eine Vielzahl von ersten Aufnahmeaussparungen, eine zweite Aufnahmeaussparung, eine dritte Aufnahmeaussparung und eine Vielzahl von Ansätzen angeordnet sind, wobei die Begrenzungsscheibe und der Verschlussdeckel in Zusammenwirkung zur Aufnahme der Federn, der magnetischen Körper und der Hall-IC dienen, wobei im zusammengeschlossen Zustand der Begrenzungsscheibe mit dem Verschlussdeckel die Ansätze synchron in die entsprechenden ersten Aufnahmeaussparungen eingreifen, um den Drehwinkel der Begrenzungsscheibe zu begrenzen, wobei das andere Ende der jeweiligen Federn gegen die Begrenzungsscheibe drücken kann; und einen Zahnkranz, der an der Achse montiert und mit dem Drehelement des Nabenmotors gekoppelt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas im aufgebauten Zustand.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus im zerlegten Zustand.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Begrenzungsscheibe aus einem weiteren Sichtwinkel in vergrößerter Darstellung.
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4 zeigt eine Schnittansicht eines Teils des erfindungsgemäßen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus im aufgebauten Zustand.
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5 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus aus einem weiteren Sichtwinkel im aufgebauten Zustand.
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6 zeigt eine schematische Darstellung des Einsatzes des erfindungsgemäßen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus, wobei das Drehmoment ermittelt wird.
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Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Jedoch soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschränkt werden.
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Wie aus 1 bis 5 ersichtlich, umfasst der erfindungsgemäße kontaktlose Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas einen Nabenmotor 10, der ein Drehelement 11 aufweist, das als ein gehäuseförmiger Aufnahmekörper ausgebildet ist, wobei an einem Ende des Drehelements 11 eine Öffnung 12 ausgebildet ist, in die Magneten (nicht dargestellt) eingelegt und gleichmäßig an der inneren Umfangsseite des Drehelements 11 ringförmig befestigt werden können, wobei im Zentrum des Nabenmotors 10 eine Achse 13 in ein Lager eingeschoben ist, wobei am Außenumfang der Achse 13 eine Vielzahl von radial angeordneten Stromerzeugungsspulen (nicht dargestellt) im Drehelement 11 angeordnet ist, sodass die Stromerzeugungsspulen beim Drehen des Drehelements 11 die magnetischen Kraftlinien schneiden, wodurch im Nabenmotor 10 eine Induktionsspannung erzeugt wird, mit der der Nabenmotor 10 selbstständig erzeugt, wobei an der Achse 13 eine Leitungsöffnung 14 angeordnet ist, durch die eine Leitung hindurch geführt werden kann; einen Verschlussdeckel 20, der an der Öffnung 12 des Drehelements 11 schwenkbar gelagert und mit der Achse 13 befestigt ist, wobei an der äußeren Oberfläche des Verschlussdeckels 20 eine Vielzahl von ersten Aufnahmeaussparungen 21 nahe dem Umfang ringförmig angeordnet ist, wobei zwischen zwei der ersten Aufnahmeaussparungen 21 eine zweite Aufnahmeaussparung 22 angeordnet ist, wobei in der Axialrichtung der zweiten Aufnahmeaussparung 22 eine dritte Aufnahmeaussparung 23 gegenüber der zweiten Aufnahmeaussparung 22 angeordnet ist, wobei an einem Seitenende der ersten Aufnahmeaussparungen 21 jeweils ein Ansatz 24 ausgebildet ist; eine Hall-IC 30, die in der dritten Aufnahmeaussparung 23 des Verschlussdeckels 20 angeordnet und an ein Detektorelement 31 elektrisch angeschlossen ist, das in die zweite Aufnahmeaussparung 22 eingezogen ist, wobei beiderseits des Detektorelements 31 jeweils ein magnetischer Körper 32 in der zweiten Aufnahmeaussparung 22 verwendet wird, wobei die Hall-IC 30, das Detektorelement 31 und die magnetischen Körper 32 miteinander zusammenwirken, um ein physisches Signal zu ermitteln, das in ein elektrisches Signal umgewandelt und zum Zwecke der Steuerung ausgegeben wird; eine Vielzahl von Federn 40, die in den ersten Aufnahmeaussparungen 21 des Verschlussdeckels 20 angeordnet sind, wobei ein Ende der jeweiligen Federn 40 den Verschlussdeckel 20 mit Federkraft konstant beaufschlagt, um den Verschlussdeckel 20 zu fixieren; einen ersten und einen zweiten leitfähigen Ring 50, 60, die beide konzentrisch ineinander eingesteckt sind, wobei der erste leitfähige Ring 50 um die Achse 13 des Nabenmotors 10 herum so befestigt ist, dass der zweite leitfähige Ring 60 um den ersten leitfähigen Ring 50 drehbar ist, wobei im inneren des ersten und des zweiten leitfähigen Rings 50, 60 jeweils eine Induktionsspule zum Aussenden und Empfangen gewickelt angeordnet ist, wobei die beiden Enden der Induktionsspule jeweils von einer Seite des ersten und des zweiten leitfähigen Rings 50, 60 herausgezogen werden und dadurch eine Leitung 51, 61 bilden, die durch die Leitungsöffnung 14 der Achse 13 hindurch geführt wird und dadurch mit einem Controller im Nabenmotor 10 verbunden wird, wobei die Leitung 61 des zweiten leitfähigen Rings 60 zum Anschließen an die Hall-IC 30 dient; eine Begrenzungsscheibe 70, die mit dem Verschlussdeckel 20 schließt, um die Bauteile des Verschlussdeckels 20 zu verschließen, wobei an der inneren Fläche der Begrenzungsscheibe 70 dem Verschlussdeckel 20 entsprechend gleichfalls eine Vielzahl von ersten Aufnahmeaussparungen 71, eine zweite Aufnahmeaussparung 72, eine dritte Aufnahmeaussparung 73 und eine Vielzahl von Ansätzen 74 angeordnet sind, wobei die Begrenzungsscheibe 70 und der Verschlussdeckel 20 in Zusammenwirkung zur Aufnahme der Federn 40, der magnetischen Körper 32 und der Hall-IC 30 dienen, wobei im zusammengeschlossen Zustand der Begrenzungsscheibe 70 mit dem Verschlussdeckel 20 die Ansätze 24, 74 synchron in die entsprechenden ersten Aufnahmeaussparungen 71, 21 eingreifen, um den Drehwinkel der Begrenzungsscheibe 70 zu begrenzen, wobei das andere Ende der jeweiligen Federn 40 gegen die Begrenzungsscheibe 70 drücken kann; und einen Zahnkranz 80, der an der Achse 13 montiert und mit dem Drehelement 11 des Nabenmotors 10 gekoppelt ist.
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Zum Einsetzen des erfindungsgemäßen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas wird der Nabenmotor 10 mit der Achse 13 an der Gabel des Elektrofahrrades bzw. -mofas befestigt, wobei die Speichen durch die Durchgangsöffnungen am Drehelement 11 hindurch geführt werden. Durch Treten der Pedale des Elektrofahrrades bzw. -mofas wird das Drehelement 11 über die Kette und den Zahnkranz 80 zum Drehen gebracht, wobei der Nabenmotor 10 selbstständig Strom erzeugt und den Strom in einem Akku als Reserve speichert; außerdem werden die Begrenzungsscheibe 70 und der Verschlussdeckel 20 zueinander versetzt gedreht, wodurch die Federn 40 zusammengedrückt werden oder zurückspringen (siehe auch 6). Die Verformung und der Unterschied der Richtungswinkel der Federn 40 werden durch die Hall-IC umgewandelt, um das Drehmoment zu ermitteln, mit dem die Ausgangskraft des Nabenmotors 10 verändert werden kann, sodass der Nabenmotor 10 nach dem Straßenzustand oder dem erforderlichen Geschwindigkeitsunterschied Treibkraft unterschiedlicher Größen ausgibt, um das Fahren zu unterstützen. Da die Veränderung der Geschwindigkeit fuß- und nicht handgesteuert wird, haben die Elektrofahrräder und -mofas mit dem erfindungsgemäßen Mechanismus die Möglichkeit, nach den Regelungen verschiedener Länder nicht als Motorräder oder -roller kategorisiert zu werden, die nur mit einem Kennzeichen und einem Führerschein auf der Straße gefahren werden dürfen. Dadurch können die Elektrofahrräder und -mofas als populäre Verkehrsmittel für jeden benutzt werden, was wiederum zur Reduktion der umweltbelastenden Autos und Fahrräder bzw. -roller beitragen kann. So kann jeder etwas für die Umwelt tun.
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Mit dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel können folgende Vorteile erzielt werden:
- (1) durch die Zusammenwirkung der Hall-IC 30, des Detektorelements 31, der magnetischen Körper 32 und der Federn 40 wird die Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrrades bzw. -mofas im Unterschied zur herkömmlichen Handsteuerung fußgesteuert, sodass die Elektrofahrräder und -mofas mit dem erfindungsgemäßen Mechanismus die Möglichkeit haben, nach den Regelungen verschiedener Länder nicht als Motorräder oder -roller kategorisiert zu werden, die nur mit einem Kennzeichen und einem Führerschein auf der Straße gefahren werden dürfen; dadurch können die Elektrofahrräder und -mofas als populäre Verkehrsmittel für jeden benutzt werden, was wiederum zur Reduktion der umweltbelastenden Autos und Fahrräder bzw. -roller beitragen kann; so kann jeder etwas für die Umwelt tun;
- (2) die Hall-IC 30 ist konstruktiv stabil, kleinvolumig, geringgewichtig, langlebig, leicht montierbar und verbraucht eine geringe Leistung, weist eine hohe Frequenz auf und ist vibrations-, staub-, öl-, schmutz-, feuchtigkeits- und erosionsbeständig; somit eignet sich die Hall-IC 30 sehr gut als Sensor zum Steuerungszwecke bei Elektrofahrrädern bzw. -mofas; und
- (3) durch das Ineinanderstecken des ersten und des zweiten leitfähigen Rings 50, 60 kann ein Teil des vom Nabenmotor 10 ausgegebenen Stroms der Reihe nach über die Leitung 51, den ersten leitfähigen Ring 50, den zweiten leitfähigen Ring 60 und die Leitung 61 übertragen werden und für den Betrieb der Hall-IC 30 zur Verfügung gestellt werden; die Hall-IC ermittelt den Strom und wandelt ihn in ein elektrisches Signal um, das in die Gegenrichtung über die Leitung 61, den zweiten leitfähigen Ring 60, den ersten leitfähigen Ring 50 und die Leitung 51 ausgegeben wird; aufgrund des elektrischen Signals verändert der Controller des Nabenmotors 10 die Größe des Ausgangstreibkraft; mit dieser Ausgestaltung wird ein kontaktloser Drehmomenterfassungsmechanismus realisiert, der bei Elektrofahrrädern bzw. -mofas angewendet werden kann.
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Die Erfindung betrifft somit einen kontaktlosen Drehmomenterfassungsmechanismus für Elektrofahrräder und -mofas, umfassend einen Nabenmotor 10, der ein Drehelement 11 und eine Achse 13 aufweist, wobei an der Achse 13 eine Leitungsöffnung 14 angeordnet ist; einen Verschlussdeckel 20, an dem eine Vielzahl von ersten Aufnahmeaussparungen 21, eine zweite Aufnahmeaussparung 22 und eine dritte Aufnahmeaussparung 23 angeordnet sind; eine Hall-IC (IC = integrierte Schaltung) 30, an die ein Detektorelement 31 elektrisch angeschlossen ist, an dessen beiden Seiten jeweils ein magnetischer Körper 32 angeordnet ist; eine Vielzahl von Federn 40; einen ersten und einen zweiten leitfähigen Ring 50, 60, die beide konzentrisch ineinander gesteckt werden, wobei in dem ersten und dem zweiten leitfähigen Ring 50, 60 jeweils eine Induktionsspule zum Aussenden und Empfangen gewickelt angeordnet ist, wobei die beiden Enden der Induktionsspule jeweils von dem ersten und dem zweiten leitfähigen Ring 50, 60 herausgezogen werden und dadurch eine Leitung 51, 61 bilden; eine Begrenzungsscheibe 70, die mit dem Verschlussdeckel 20 schließt, um die Bauteile des Verschlussdeckels 20 zu verschließen, wobei an der inneren Fläche der Begrenzungsscheibe 70 dem Verschlussdeckel 20 entsprechend gleichfalls eine Vielzahl von ersten Aufnahmeaussparungen 71, eine zweite Aufnahmeaussparung 72 und eine dritte Aufnahmeaussparung 73 angeordnet sind; und einen Zahnkranz 80, der an der Achse 13 montiert und mit dem Drehelement 11 des Nabenmotors 10 gekoppelt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Nabenmotor
- 11
- Drehelement
- 12
- Öffnung
- 13
- Achse
- 14
- Leitungsöffnung
- 20
- Verschlussdeckel
- 21
- erste Aufnahmeaussparung
- 22
- zweite Aufnahmeaussparung
- 23
- dritte Aufnahmeaussparung
- 24
- Ansatz
- 30
- Hall-IC
- 31
- Detektorelement
- 32
- magnetischer Körper
- 40
- Feder
- 50
- erster leitfähiger Ring
- 51
- Leitung
- 60
- zweiter leitfähiger Ring
- 61
- Leitung
- 70
- Begrenzungsscheibe
- 71
- erste Aufnahmeaussparung
- 72
- zweite Aufnahmeaussparung
- 73
- dritte Aufnahmeaussparung
- 74
- Ansatz
- 80
- Zahnkranz
