-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Elektrofahrrad mit den
Merkmalen des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
-
Es
gibt verschiedene Arten von Elektrofahrrädern, die die durch menschliche
Energie erzeugte Antriebskraft und die durch eine Elektromotor-Antriebseinheit
erzeugte Antriebskraft nutzen, welche beide parallel wirken, wobei
die Elektromotor-Antriebseinheit die Funktion besitzt, die Antriebstretkraft in
einem vorgegebenen Bereich zu unterstützen.
-
Die
Elektromotor-Antriebseinheit eines herkömmlichen Elektrofahrrades umfasst
einen Elektromotor, ein Reduktionsgetriebe, einen Drehmomentdetektor
und einen Geschwindigkeitsdetektor. Diese Elektromotor-Antriebseinheit
ist unter dem Sattelstangenholm des Fahrrads angeordnet und durch eine
Schaltung gesteuert, die getrennt in der Nähe des Sattelstangenholms oder
des Hauptholmes angeordnet ist; siehe hierzu das
japanische Patent Kokai Hei 4-244496 und
6-07266 . Die Elektromotor-Antriebseinheit
und die Schaltung sind elektrisch durch eine Abdeckung miteinander
verbunden.
-
Ferner
gibt es ein Elektrofahrrad, das ein scheibenförmiges Gehäuse umfasst, das an einer Nabenwelle
angebracht ist, in dem ein Reduktionsgetriebe, ein Drehmomentdetektor,
ein Geschwindigkeitsdetektor und eine Schaltung untergebracht sind; siehe
das
japanische Patent Kokai
Hei 5-262273 .
-
EP-A-0800988 (das
einen Teil des Standes der Technik nach Artikel 54 (3) EPC bildet)
legt ein elektrisches Fahrrad mit den Merkmalen des kennzeichnenden
Teils von Anspruch 1 offen. Das Fahrrad umfasst einen Pedalantriebsmechanismus
und einen Elektroantriebsmechanismus. Der Elektroantriebsmechanismus
enthält
eine Antriebseinheit mit einem luftdichten Gehäuse, in dem eine Kammer ausgebildet
ist. Die Kammer enthält
verschiedene Elemente wie z. B. einen Motor, ein Reduktionsgetriebe,
einen Sensor, eine Steuerschaltung usw. Alle diese Elemente sind
integral in der Gehäusekammer untergebracht,
wobei dieses Gehäuse
im Bereich der Kurbelwelle angeordnet ist.
-
JP-A-6107266 legt
ein Fahrrad mit einem Gehäuse
offen. Innerhalb dieses Gehäuses
ist die Kurbelwelle angeordnet, an deren Enden zwei Kurbelarme befestigt
sind. Auch ein Elektromotor, ein Geschwindigkeitsdetektor und ein
Kraftsensor sind in diesem Bereich nahe der Kurbelwelle angeordnet. Eine
Steuerung ist nicht im Bereich der Kurbelwelle, sondern nahe des
Lenkstangenholmes angeordnet.
-
DE-A-3.117.415 legt
einen kettenlosen Antrieb für
ein Fahrrad mit einem Elektromotor offen, der durch den Bediener
eingeschaltet werden kann und der mindestens zwei Gänge aufweist,
um die Fahrradgeschwindigkeit zu verändern. Der entsprechende Elektromotor
ist innerhalb eines zweiteiligen Gehäuses zusammen mit der Planetengetriebeeinheit
angeordnet, und alle diese Teile sind in dem Bereich der Kurbelwelle
angeordnet. Der Schalter zum Ein- und Ausschalten des Elektromotors
ist auch vorgesehen, in dem ein Hebel benutzt wird, um das entsprechende Übersetzungsverhältnis auszuwählen. Der
Planetengetriebeantrieb umfasst ein Ringrad, ein Sonnenrad und Planetenräder.
-
Es
ist ein Ziel der Erfindung das Elektrofahrrad zu verbessern, indem
der Kasten oder das Gehäuse
und insbesondere sein Deckel so als Wärmesenke benutzt werden, dass
die Elektromotor-Antriebseinheit sich nicht überhitzt. Dieses Ziel wird durch
die Merkmale von Anspruch 1 erreicht.
-
Vorteilhafte
Ausführungsformen
werden in den Unteransprüchen
offen gelegt.
-
Zum
Beispiel liefert die Verwendung eines Metallgehäuses eine Schutzwirkung, um
die Schaltung innerhalb des Gehäuses
von Störungen
abzuschirmen.
-
Indem
ein Steg entlang dem Außenumfang der
Schaltung vorgesehen wird, wird der Vergießvorgang zum Gießen und
Aushärten
von Harz zum Schutz der Schaltung erleichtert.
-
Indem
die Verdrahtung durch einen integral geformten Kasten bewirkt wird,
sind die einzelnen Drähte
kürzer
und elektrische Verluste geringer.
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, als Seitenansicht eines Längsschnittes, einer Elektromotor-Antriebseinheit
entlang Linie A-A von 3, 4 und 5;
-
2 ist
eine Seitenansicht eines Elektrofahrrades;
-
3 ist
eine Seitenansicht einer Elektromotor-Antriebseinheit nach 1;
-
4 ist
eine Teilseitenansicht einer Elektromotor-Antriebseinheit von der
Motorabdeckung aus gesehen;
-
5 ist
eine Seitenansicht einer Elektromotor-Antriebseinheit bei dem der
Deckel, an den die Schaltung angebracht ist, entfernt wurde, und
-
6 ist
eine perspektivische Sicht des Deckels, an den die Schaltung angebracht
ist.
-
Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nun mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben
werden.
-
In 2 umfasst
ein Elektrofahrrad 1, welches so konstruiert wurde, dass
die Pedaltretkraft durch die Elektromotor-Antriebseinheit unterstützt wird,
ein Hauptholm 2, einen Sattelstangenholm 3, eine
mit einer Kurbelwelle 4 verbundene Kurbel 5, ein an
der Kurbel 5 angebrachtes Pedal 6, ein an der Kurbelwelle 4 angebrachtes
Kettenrad 7, ein am Hinterrad 8 angebrachtes hinteres
Kettenrad 9, eine zwischen den Kettenrädern 7 und 9 angebrachte
Kette 10, ein Batteriegehäuse 12 mit einer darin
untergebrachten Batterie 11 und eine Elektromotor-Antriebseinheit 20,
die in dem Bereich der Kurbelwelle integral konstruiert ist und
unter der Fahrzeugkörpermitte platziert
ist.
-
In 1, 3 bis 5 besteht
das Gehäuse
der Elektromotor-Antriebseinheit 20 aus einem Kasten 21,
einer Getriebeabdeckung 22, einer Motorabdeckung 23 und
einem Deckel 24. Diese Bauteile sind mit einer Dichtung 25 abgedichtet,
wobei die Elektromotor-Antriebseinheit 20 aus
einer wasserdichten Konstruktion besteht. Jedoch werden Druckänderungen
im Gehäuse
wegen Temperaturwechsel durch die Verwendung eines Ausgleichsrohres 26 vermieden.
-
In
dem Gehäuse,
das durch den Kasten 21 und die Getriebeabdeckung 22 definiert
wird, sind ein Reduktionsgetriebe 27, ein Drehmomentdetektor 30 und
ein Geschwindig keitsdetektor 42 untergebracht. Ferner ist
im Bereich des Gehäuses,
der durch die Vertiefung der Getriebeabdeckung 22 und die
Abdeckung 23 bestimmt wird, ein flacher Elektromotor 41 untergebracht.
Den Motor 41 flach zu gestalten, macht es zusätzlich einfacher,
den Raum für
die Unterbringung der Steuerungsschaltung 40 im Kasten 21 sicherzustellen.
Der in der Elektromotor-Antriebseinheit 20 untergebrachte
Drehmomentdetektor 30 erfasst die Pedaltretkraft, die durch
Pedal 6 und Kurbel 5 auf die Kurbelwelle 4 übertragen
wird. Der Drehmomentdetektor 30 ist wie in 1 und 4 gezeigt
ein Detektor, der einen Differentialmechanismus vom Typ Planetengetriebe
benutzt, der ein Innenrad 31, ein Planetenrad 32 und
ein Sonnenrad 33 umfasst, wobei das auf die Kurbelwelle 4 übertragene
Tretdrehmoment zu einem Zwischenrad 34 übertragen wird. Das Innenrad 31 ist
mit dem Kettenrad 7 verbunden.
-
Dadurch
wird die Last vom Hinterrad 8 durch das hintere Kettenrad 9 und
die Kette 10 auf das Kettenrad 7 und dann direkt
auf das Innenrad 31 übertragen.
Und wenn das Innenrad 31 derart belastet wird, wird nach
dem Prinzip des Planetenraddifferential-Mechanismus im Sonnenrad 33 eine
Drehkraft erzeugt, die auf einen Arm 35 übertragen
wird, der am Sonnenrad 33 angebracht ist. Diese Kraft und
die Gegenkraft einer Feder 36 werden durch ein Federlager 37 auf
einen Winkelerfassungsarm 38 übertragen.
-
Wenn
diese beiden Kräfte
im gegenseitigen Gleichgewicht sind, wird der Betrag der Tretdrehung, der
dem Tretdrehmoment ungefähr
proportional ist, durch Verwendung eines Potentiometers 39 in
einen Spannungswert umgewandelt, wodurch das Drehmoment erfasst
wird. In Abhängigkeit
von diesem erfassten Drehmoment wird durch die in der Elektromotor-Antriebseinheit 20 untergebrachten
Schaltung 40 innerhalb des bestimmten Bereiches eine Unterstützung in
der Antriebskraft bewirkt. Zusätzlich
wird der Strom für
die Schaltung 40 und den Elektromotor 41 von der
im Batteriegehäuse 12 untergebrachten
Batterie 11 zur Verfügung
gestellt.
-
Dadurch
wird die vom Elektromotor 41 erzeugte Antriebskraft durch
das Reduktionsgetriebe 27 zu der Pedaltretkraft dazugefügt und auf
das Kettenrad 7 übertragen.
Diese auf das Kettenrad 7 übertragene Drehkraft wird dann über die
Kette 10 und das hintere Kettenrad 9 auf das Hinterrad 8 übertragen.
Ferner erfasst der Geschwindigkeitsdetektor 42 mittels
Rippen und Aussparungen des Getriebes die Umdrehungen pro Minute,
und die An triebskraft des Elektromotors 41 wird entsprechend
dem Plan durch die Schaltung 40 gesteuert.
-
Wie
in 1 gezeigt ist die Schaltung 40 in dem
Gehäuse,
das durch den Deckel 24 und den Kasten 21 definiert
wird, in dem Bereich untergebracht, wo sich der Elektromotor 41 befindet,
wobei die Schaltung 40 auf der Rückseite des Deckels 21 angebracht
ist. Innerhalb dieses Gehäuses
sind die Zuleitung 43 des Elektromotors 41, die
Zuleitung 44 des Potentiometers 39 des Drehmomentdetektors 30 und
die Zuleitung 45 des Geschwindigkeitsdetektors 42 mit
der Schaltung 40 verbunden.
-
Wie
in 4 und 5 gezeigt, sind der Kasten 21 und
die Getriebeabdeckung 22 mit einem Durchgangsloch 46 ausgebildet,
welches das durch die Getriebeabdeckung 22 und die Motorabdeckung 23 definierte
Gehäuse
mit dem Gehäuse
verbindet, welches durch den Kasten 21 und den Deckel 24 bestimmt
wird, wodurch die Verdrahtung zwischen der Zuleitung 43 des
Elektromotors 43 und der Schaltung 40 bewirkt
wird.
-
Auf
diese Weise sind die Bauteile der Elektromotor-Antriebseinheit 20,
d. h. der Elektromotor 41, das Reduktionsgetriebe 27,
der Drehmomentdetektor 30 zum Erfassen der Pedalkraft,
der Geschwindigkeitsdetektor 42 zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit
und die Schaltung 40 zur Steuerung des Elektromotors 41 integral
konstruiert.
-
In 1 sind
der Kasten 21, die Getriebeabdeckung 22, die Motorabdeckung 23 und
der Deckel 24 aus Aluminiumdruckguss (ein Beispiel für Metall) ausgebildet.
Wenn daher die Schaltung 40 in dem Gehäuse untergebracht ist, das
durch den Aluminiumkasten 21 und den Aluminiumdeckel 24 definiert wird,
verhindert die Schutzwirkung eine Fehlfunktion aufgrund externer
Störungen.
Ferner sendet diese Konstruktion, die immun gegen externe Störungen ist,
selbst kaum Störungen
aus.
-
Der
Drehmomentdetektor 30 und der Geschwindigkeitsdetektor 42 sind
durch die Potentiometerzuleitung 44 und die Geschwindigkeitsdetektorzuleitung 45 innerhalb
des Gehäuses
mit der Schaltung 40 verbunden. Da die Verdrahtung auf
diese Weise innerhalb des Metallgehäuses bewirkt wird, ist es möglich Störungen von
den Zuleitungen fern zu halten und den Drehmomentdetektor 30 und
den Geschwindigkeitsdetektor 42 vor Fehlfunktionen zu bewahren.
-
Da
ferner die Elektromotor-Antriebseinheit 20 vollständig mit
dem Metallkasten 21 und den Abdeckungen 22, 23 bedeckt
ist, besitzt er genügend Festigkeit,
Lasteinwirkungen von außen
zu widerstehen. Da insbesondere die Schaltung 40 durch
den Metalldeckel 24 geschützt ist, ist es nicht länger erforderlich,
eine Harzabdeckung anzufügen,
um die Verdrahtung zwischen der Schaltung 40 und den Zuleitungen 43, 44 und 45 zu
bewirken.
-
So
werden als Folge dieser Anordnung, bei welcher der Elektromotor 41,
das Reduktionsgetriebe 27, der Drehmomentdetektor 30,
der Geschwindigkeitsdetektor 42 und die Schaltung 40 im
Kasten installiert sind, welcher integral aus Metall hergestellt wird,
Wirkungen erzielt, dass die Festigkeit hoch ist, es nicht notwendig
ist, eine Schutzabdeckung zum Abdecken der Schaltung 40 herzustellen,
und die Schaltung 40 von Störungen abgeschirmt ist.
-
In 6 ist
die Schaltung 40 in einer Position angebracht, in der die
auf die Schaltung 40 gelöteten Antriebselemente 48 mit
der Antriebselement-Anbringfläche
des Deckels 24 in Kontakt sind und an dieser durch Schrauben 49 und
Muttern 50 befestigt sind. Zusätzlich wird zum Schutz der
Schaltung 40 Harz in den äußeren Umfangssteg 51 des
Schaltabschnittes eingefüllt.
Das Bezugszeichen 52 bezeichnet einen Tastenschalterstecker, 53 bezeichnet
einen LED-Lichtstecker und 54 bezeichnet Batterieanschlüsse. Das
Bezugszeichen 55 bezeichnet eine Durchführungsdichtung für die Wasserdichtheit,
die am Kasten 21 angebracht ist.
-
Als
Ergebnis dieser Anordnung, bei der die in dem integriert konstruiertem
Kasten 21 installierte Schaltung 40 an der Innenseite
des Deckels 24 angebracht ist, wird im Hinblick auf den
Raum, in dem sie installiert ist, eine Wirkung erzielt, dass der
Vorgang der Anbringung der Schaltung 40 zufrieden stellend ist.
Weil die Anbringfläche 47 für die Antriebselemente
vom Deckel 24 vorsteht, wird das Anbringen der Schaltung 40 erleichtert.
Da ferner die Anbringfläche 47 für die Antriebselemente
im Kasten 21 untergebracht ist, brauchen keine Maßnahmen
zur Wasserdichtheit ergriffen werden und das Austauschen der Schaltung 40 gestaltet
sich möglichst
einfach durch Wechseln des Deckels 24.
-
Durch
Anbringen des Antriebselementes 48 in direktem Kontakt
mit der Anbringfläche 47 für Antriebselemente,
die Teil des Metalldeckels 24 ist (6), können die
Anbringfläche
für Antriebselemente 47 und
der Deckel 24 in ihrer Ganzheit als Radiator benutzt werden
und viel zur Wärmeableitung beitragen.
Außerdem
kann dieselbe Wirkung auch erzielt werden, indem das Antriebselement 48 an
der flachen Fläche
des Metalldeckels 24, nicht am Steg, sondern parallel zur
Grundplatte 56 angebracht wird.
-
Als
Ergebnis dieser Anordnung, bei der das Antriebselement 48 des
Schaltungsabschnittes so zusammengebaut wird, dass es in direkten
Kontakt mit dem Metalldeckel 24 kommt, wird eine Wirkung erzielt,
dass dieser Metalldeckel 24 als Radiator benutzt werden
kann.
-
Durch
das Ausbilden des Deckels 24 in 6 mit dem
integralen äußeren Umfangssteg
des Schaltungsabschnittes 51, der zu der Gestalt der Schaltung 40 passt,
zum Schutz der Schaltung 40 ist es möglich, den Vergießvorgang
des Gießens
und Aushärtens
des Harzes zu vereinfachen. Und weil das Harz in den Kasten gefüllt wird,
der durch den äußeren Umfangssteg 51 des
Schaltungsabschnittes definiert wird, kann das Harz wirkungsvoll
und einfach gegossen werden, ohne nach außen zu fließen.
-
Als
Ergebnis dieser Anordnung, bei der die Schaltung 40 auf
der Innenseite des Deckels 24 installiert wird und dieser
mit dem Steg 51 um den Schaltungsabschnitt integral ausgebildet
ist, wird folglich eine Wirkung erzielt, dass der Vergießvorgang
zum Schutz der Schaltung 40 erleichtert wird.
-
Da
das Potentiometer 39 des Drehmomentdetektors 30 und
der Geschwindigkeitsdetektor 42 innerhalb des Gehäuses angeordnet
sind, das durch den Kasten 21 und den Deckel 24 definiert
wird, können
diese durch die jeweiligen Zuleitungen 44 und 45 des
Potentiometers 39 und des Geschwindigkeitsdetektors 42 leicht
mit der Schaltung 40, die auf dem Deckel 24 angebracht
ist, verbunden werden.
-
So
werden als Ergebnis dieser Anordnung, bei der die Verdrahtungen 43, 44, 45 den
Elektromotor 41, den Drehmomentdetektor 30, den
Geschwindigkeitsdetektor 42 und die Schaltung 40 elektrisch verbinden,
Wirkungen erzielt werden, dass die Verdrahtungen 43, 44, 45 kürzer hergestellt
werden können
und geringer elektrischer Verlust auftritt.