EP2560863A1 - Motor-getriebe-einheit - Google Patents

Motor-getriebe-einheit

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Publication number
EP2560863A1
EP2560863A1 EP11715248A EP11715248A EP2560863A1 EP 2560863 A1 EP2560863 A1 EP 2560863A1 EP 11715248 A EP11715248 A EP 11715248A EP 11715248 A EP11715248 A EP 11715248A EP 2560863 A1 EP2560863 A1 EP 2560863A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
gear
unit according
bottom bracket
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11715248A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Loeffl
Andreas Felsl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Joy Industrial Co Ltd
Original Assignee
B-Labs AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by B-Labs AG filed Critical B-Labs AG
Publication of EP2560863A1 publication Critical patent/EP2560863A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K19/00—Cycle frames
    • B62K19/30—Frame parts shaped to receive other cycle parts or accessories
    • B62K19/34—Bottom brackets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/145—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the bottom bracket

Definitions

  • the invention relates to a motor-gear unit for a bicycle according to the preamble of claim 1 and a drive unit of a bicycle.
  • DE 697 29 61 1 T2 shows an auxiliary drive for a bicycle, in which a bottom bracket is arranged together with a motor and a transmission in a housing.
  • a motor-gear unit can not be attached to an existing bottom bracket of the corresponding bicycle, but the bottom bracket must be made with the motor-gear unit and mounted on the frame of the bicycle. This disadvantage is given especially when retrofitting a bike with already mounted bottom bracket.
  • the object of the invention is to provide a motor-gear unit in which a particularly simple installation on a bicycle or on its standard parts is possible.
  • the motor-gear unit according to the invention is designed for a, preferably direct, attachment to a frame-fixed bottom bracket, in particular standard bottom bracket, a bicycle.
  • the bottom bracket shell is between the engine-transmission unit and a chainring arranged. This is one
  • Bottom bracket housing in particular standard bottom bracket, possible without this needs to be rebuilt or replaced. Furthermore, it is advantageous that no further attachment or receiving points for the motor-gear unit according to the invention are necessary on the frame.
  • the motor-gear unit according to the invention is thus designed for attachment to a side facing away from at least one chainring of a bicycle side of the pedal bearing housing, in particular the standard bottom bracket of the bicycle.
  • the invention thus preferably relates to standard bottom bracket, but also covers different bottom bracket.
  • the engine-transmission unit is arranged on the left and the chainring to the right of the bottom bracket.
  • the motor-gear unit is attached or flanged on its housing on the bottom bracket shell.
  • the motor-gear unit is designed for mounting in accordance with the now widely used International Standard Chain Guide Mount (ISCG) on the standard bottom bracket.
  • ISCG International Standard Chain Guide Mount
  • the engine of the unit according to the invention is an electric motor.
  • the electric motor may be an external rotor whose rotor comprises a stator. For a comparatively high torque can be generated. Or the electric motor may be an internal rotor whose stator comprises a rotor. For a comparatively good heat dissipation can be realized.
  • the motor of the unit according to the invention may be an electronically commutated three-phase brushless synchronous motor.
  • the motor of the unit according to the invention also be a particularly flat-build pancake or a permanent magnet synchronous motor (PMSM).
  • PMSM permanent magnet synchronous motor
  • a preferred development of the motor-gear unit according to the invention has a torque sensor for detecting a torque of a drivable by a driver and / or the engine of the unit according to the invention crankshaft.
  • an engine torque may be transmitted to the crankshaft by the motor of the unit according to the invention in dependence on the torque detected by the torque sensor.
  • This engine torque may be assistive or alone acting on the crankshaft.
  • a particularly finely tuned supplementation or addition of engine torque to the torque applied by the driver is possible if the engine torque can also be regulated during one revolution of the crankshaft as a function of its torque applied by the driver. This can be equalized fluctuations or systematic irregularities of the torque applied by the driver.
  • a particularly finely controlled addition or addition of engine torque to the torque applied by the driver is also possible if the engine torque can be regulated as a function of a rotational angle of the crankshaft. Thus, systematic irregularities due to the different efficiency of the cranks can be equalized. Since usually the rotational speed of the electric motor is greater than that of the crankshaft of the bicycle, it is preferred if the transmission is a reduction gear. In a first preferred variant, the reduction gear is a cycloidal gear.
  • the cycloidal gear has two mutually offset cycloidal disks and correspondingly two staggered eccentric.
  • its drive block toothing is formed on the ring gear and fixed on the ring gear on the housing and not rotating, while a plurality of bolts of the cycloidal gear can be driven via at least one cycloidal disc.
  • cycloidal drive its bolts are fixed to the housing and are not rotating, while the ring gear can be driven via its drive shaft toothing and via the at least one cycloidal disk.
  • the reduction gear is a single-stage or multi-level planetary gear.
  • the reduction gear is a harmonic drive gear, in particular a Gleitkeilgetriebe or stress wave gear.
  • the reduction gear has a reduction of at least 3/1.
  • a bottom bracket is integrated in or on the motor-gear unit according to the invention.
  • the standard bottom bracket shell can conform to International Standard for Bottom Bracket Shells (BB30). This bearings can be omitted.
  • the drive unit according to the invention is provided for a bicycle and has a bottom bracket shell, in particular a standard bottom bracket shell. On a first side of the bottom bracket, a motor-gear unit described above is attached, while on a second - the first side opposite - side of the bottom bracket one or more chainrings are arranged.
  • the invention thus preferably relates to standard bottom bracket, but also covers different bottom bracket.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a motor-gear unit according to the invention in a sectional view.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the motor-gear unit according to the invention in a view.
  • Figure 3 shows the second embodiment of the motor-gear unit according to the invention in a sectional view.
  • FIG. 4 shows an electric motor of a third embodiment of the motor-gear unit according to the invention in a schematic perspective view.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an engine
  • the crankshaft 34 is mounted in the bottom bracket shell 1 via bottom brackets, of which only one bottom bracket 32 is shown in the figure.
  • an electric motor is arranged in the lower region (in FIG. 1), which is designed as an external rotor.
  • a reduction gear is arranged, which is designed as a cycloidal gear.
  • the electric motor has a stator holder 3 fastened to the housing 4 or to the bottom bracket 1, which carries a stator 2, on whose outer circumference a multiplicity (for example 28) of permanent magnets are arranged. Of the permanent magnets only two opposing permanent magnets 14a, 14b are shown in the figure.
  • a plurality of projections and recesses are uniformly distributed, so that a uniform waveform is formed on the respective outer periphery of the two cycloidal disks 15a, 15b.
  • comparable projections and recesses are formed on the inner circumference of the housing 4 . In this case, the number of projections formed on the cycloidal disks 15a, 15b is 1 less than the number of recesses formed on the housing 4.
  • the two eccentrics 17a, 17b are driven by the electric motor with comparatively high speed, wherein the two cycloidal disks 15a, 15b circumferentially about their projections formed on the outer circumference around the recesses formed on the inner circumference of the housing 4 plunge.
  • the cycloidal disks 15a, 15b perform a comparatively slow rotation.
  • a plurality of driving pins, of which only four driving pins 16a-d are shown in the figure, are received in corresponding passage recesses of the cycloidal disks 15a, 15b, of which only two through-holes are shown in the figure.
  • the driving pins 16a-d and the recesses are arranged on a circular path, wherein the diameter of the driving pins 16a-d are smaller than the diameter of the recesses.
  • the rotation of the cycloidal disk 15a, 15b is transmitted via their recesses and via the driving pins 16a-d to a driver 28, which is non-rotatably connected to the crankshaft 34.
  • the double cycloidal disk transmission shown forms a reduction gear that reduces the comparatively high rotational speed of the rotor 13 into the comparatively low rotational speed of the crankshaft 34.
  • the motor-gear unit according to the invention is arranged largely rotationally symmetrical to the crankshaft 34 and attached to the above-described bottom bracket 1 housing with ISCG recording.
  • FIG. 2 shows a drive unit with a second embodiment of the motor-gear unit according to the invention in a view.
  • a housing 104 of the engine Transmission unit is attached to a bottom bracket shell 101 via a connection conforming to the International Standard Chain Guide Mount (ISCG).
  • the housing 104, together with an output cover 128 encapsulates the entire engine-transmission unit.
  • the bottom bracket shell 101, the housing 104 and the output cover 128 are penetrated by a crankshaft 134, to whose (in Figure 2 upper and lower) end portions (not shown) cranks are attached.
  • Figure 3 shows the drive unit with the second embodiment of the engine-transmission unit according to the invention in a sectional view
  • the crankshaft 134 is mounted in the bottom bracket housing 101 via two bottom bracket, of which only one bottom bracket 132 is shown in the figure.
  • an electric motor is arranged, which is designed as an internal rotor. It has a stator 102 which is fixed to the housing 104.
  • the electric motor further has a rotor 1 13, are arranged on the outer circumference of permanent magnets, of which in Figure 3, only two opposing permanent magnets 1 14a, 1 14b are shown.
  • a cycloidal gear is arranged at the side facing away from the bottom bracket shell 101 of the electric motor (in Figure 3 above). Its output to the crankshaft 134 via the slowly rotating output cover 128. Between the output cover 128 and a radial step of the crankshaft 134, a thrust washer is used.
  • the output cover 128 is connected to a clutch encoder 136 via a trapezoidal thread such that the clutch encoder 136 is pushed onto a coupling cone 130 when the electric motor drives in the drive direction.
  • the clutch 103, 136 is released when the electric motor is not driving and it is actively opened when the electric motor briefly turns backwards.
  • the coupling cone 130 is rotatably connected to the crankshaft 134.
  • a rotational reference 142 with two O-rings 142a, 142b is arranged between the clutch encoder 136 and a non-rotating portion of the housing 104.
  • the rotor 1 13 is mounted on the portion of the housing 104 via a rotor bearing 144.
  • On the rotor 1 13 two eccentric discs or eccentric 1 17a, 1 17b of the cycloidal gear are fixed, whose eccentricity or eccentricity are opposite to each other.
  • the upper eccentric 1 17a is offset to the right
  • the lower eccentric 1 17b is offset to the left to the left (each in the illustration of Figure 3).
  • a cycloid disc 1 15a, 15b which comprises the eccentric member 17a, 17b is arranged and mounted on the eccentric member 17a, 17b via a respective cycloidal disc bearing 11a, 19b.
  • a rack and pinion toothing is provided between each cycloidal disk 15a, 15b and the output cover 128, a rack and pinion toothing is provided.
  • a plurality of projections and recesses are evenly distributed on the outer circumference of the respective cycloidal disk 15a, 15b, so that a uniform waveform is formed on the respective outer circumference of the cycloidal disk 15a, 15b.
  • comparable projections and recesses are formed on the inner circumference of the housing 104 .
  • the number of projections formed on the cycloidal disks 15a, 15b is smaller by one than the number of recesses formed on the housing 104.
  • Uniformly fixed to the circumference of the stator 102 and rotatably held driving pins, of which only two driving pins 16a, 16b are shown in FIG. 1, are received in corresponding passage recesses of the cycloidal disks 15a, 15b, of which only two are shown in FIG Through holes are shown.
  • the driving pins 16a, 16b and the recesses are arranged on a circular path, wherein the diameter of the driving pins 16a, 16b are smaller than the diameters of the recesses.
  • the two eccentrics 1 17a, 17b are driven by the electric motor with comparatively high speed, wherein the two cycloidal discs 15a, 15b are circumferentially formed around their projections formed on the outer circumference Immerse the inner circumference of the housing 104 formed recesses.
  • output cover 128 is driven relatively slowly by the cycloidal disks 15a, 15b.
  • the output cover 128 can be rotatably connected to the crankshaft 134 via the clutch 130, 136.
  • the double cycloidal disc transmission from a reduction gear which sets the comparatively high speed of the rotor 1 13 in the relatively low speed of the crankshaft 134.
  • a shaft seal 138 tolerates a non-activated drive the crankshaft 134 via the engine-gear unit, a speed difference between the stationary output cover 128 and the rotating crankshaft 134, while activated drive a shaft seal 140 despite speed difference between the stationary housing 104 and the rotating output cover 128th seals these two housing parts.
  • the second embodiment of the motor-gear unit according to the invention is arranged substantially rotationally symmetrical to the crankshaft 134 and secured to the above-described bottom bracket 101 with ISCG recording.
  • Figure 4 shows an electric motor of a third embodiment of the motor-gear unit according to the invention in a schematic perspective view.
  • the electric motor is particularly space-saving in the axial direction and can be provided instead of the electric motors according to FIG. 1 or according to FIG.
  • a plurality of permanent magnets 246 is arranged in a steric manner, of which only the end faces on the outer circumference of the rotor 213 can be seen in FIG.
  • a multiplicity of coils 248 is arranged in the form of a star, of which only the end sides on the outer circumference of a housing-fixed stator 202 can be seen in FIG.
  • FIG. 5 shows a section of the stator 202 of the electric motor according to FIG. 4 with the multiplicity of coils 248 in a schematic view.
  • the motor-gear unit according to the invention can also be provided in a handbike driven by the arm force of a handbik, wherein hand cranks are attached to the end sections of the crankshaft 34.
  • a motor-gear unit for a bicycle directly to a bottom bracket shell, in particular standard bottom bracket shell, attached or flanged is.
  • the standard bottom bracket shell is located between the engine-gearbox unit and a chainring.
  • a frame-fixed part - in particular housing - the motor-gear unit can be fixed or flanged to the standard bottom bracket shell according to the International Standard Chain Guide Mount (ISCG).
  • ISCG International Standard Chain Guide Mount

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Power Engineering (AREA)

Abstract

Offenbart ist eine Motor-Getriebe-Einheit für ein Fahrrad, die direkt an einem Tretlagergehäuse (1), insbesondere Standard-Tretalgergehäuse, befestigt oder angeflanscht ist. Dabei ist das Tretlagergehäuse zwischen der Motor-Getriebe-Einheit und einem Kettenblatt angeordnet. Ein rahmenfestes Teil - insbesondere Gehäuse - der Motor-Getriebe-Einheit kann gemäss dem International Standard Chain Guide Mount (ISCG) am Standard-Tretlagergehäuse befestigt oder angeflanscht sein.

Description

Beschreibung
Motor-Getriebe-Einheit
Die Erfindung betrifft eine Motor-Getriebe-Einheit für ein Fahrrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Antriebseinheit eines Fahrrades.
Bei derartigen Motor-Getriebe-Einheiten sind verschiedene Ansätze zu ihrer Be- festigung bekannt.
DE 20 2008 001 881 U1 zeigt einen Hilfsantrieb für ein Fahrrad, wobei ein Motor und ein Getriebe getrennt voneinander an verschiedenen Stellen des Rahmens befestigt sind.
DE 697 29 61 1 T2 zeigt einen Hilfsantrieb für ein Fahrrad, bei dem ein Tretlager zusammen mit einem Motor und mit einem Getriebe in einem Gehäuse angeordnet ist. Eine derartige Motor-Getriebe-Einheit kann nicht an einem bestehenden Tretlager des entsprechenden Fahrrades befestigt werden, vielmehr muss das Tretlager mit der Motor-Getriebe-Einheit hergestellt bzw. montiert und an dem Rahmen des Fahrrades befestigt werden. Dieser Nachteil ist insbesondere bei der Nachrüstung eines Fahrrades mit bereits montiertem Tretlager gegeben.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Motor-Getriebe- Einheit zu schaffen, bei der eine besonders einfache Montage an einem Fahrrad bzw. an seinen Standard-Teilen möglich ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 1 oder durch eine Antriebseinheit für ein Fahrrad nach Anspruch 25.
Die erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Einheit ist für eine, vorzugsweise direkte, Befestigung an einem rahmenfesten Tretlagergehäuse, insbesondere Standard-Tretlagergehäuse, eines Fahrrades ausgelegt. Dabei ist das Tretlagergehäuse zwischen der Motor-Getriebe-Einheit und einem Kettenblatt angeordnet. Dadurch ist eine
Montage oder ein Nachrüsten der Motor-Getriebe-Einheit an einem Fahrrad mit
Tretlagergehäuse, insbesondere Standard-Tretlagergehäuse, möglich, ohne dass dieses umgebaut oder ausgetauscht werden muss. Weiterhin ist von Vorteil, dass dabei keine weiteren Befestigungs- bzw. Aufnahmepunkte für die erfindungsgemäße Motor- Getriebe-Einheit am Rahmen nötig sind.
Die erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Einheit ist also für eine Befestigung an einer von zumindest einem Kettenblatt eines Fahrrades abgewandten Seite des Tret- lagergehäuses, insbesondere des Standard-Tretlagergehäuses des Fahrrades ausgelegt.
Die Erfindung betrifft somit vorzugsweise Standard-Tretlagergehäuse, deckt aber auch davon abweichende Tretlagergehäuse ab.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Es wird bevorzugt, wenn - bei einer Blickrichtung in Fahrtrichtung des Fahrrades - die Motor-Getriebe-Einheit links und das Kettenblatt rechts vom Tretlagergehäuse angeordnet ist.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Motor-Getriebe-Einheit über ihr Gehäuse am Tretlagergehäuse befestigt oder angeflanscht.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Motor-Getriebe-Einheit für die Befestigung gemäß dem inzwischen weit verbreiteten International Standard Chain Guide Mount (ISCG) am Standard-Tretlagergehäuse ausgelegt. Vorzugsweise ist der Motor der erfindungsgemäßen Einheit ein Elektromotor.
Dieser verursacht keine Emissionen am Fahrrad und ist geräuscharm. Der Elektromotor kann dabei ein Außenläufer sein, dessen Rotor einen Stator umfasst. Damit ist ein vergleichsweise hohes Drehmoment erzeugbar. Oder der Elektromotor kann ein Innenläufer sein, dessen Stator einen Rotor umfasst. Damit ist eine vergleichsweise gute Wärmeabfuhr realisierbar.
Der Motor der erfindungsgemäßen Einheit kann ein elektronisch kommutierter bürstenloser Drehstrom-Synchron-Motor sein.
Der Motor der erfindungsgemäßen Einheit auch ein besonders flach bauender Scheibenläufer oder ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) sein.
Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Einheit hat einen Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments einer von einem Fahrer und/oder vom Motor der erfindungsgemäßen Einheit antreibbaren Kurbelwelle.
Vorzugsweise kann vom Motor der erfindungsgemäßen Einheit ein in Abhängigkeit des vom Drehmomentsensor ermittelten Drehmoments ein Motordrehmoment an die Kurbelwelle übertragen werden. Dieses Motordrehmoment kann unterstützend sein oder allein an der Kurbelwelle wirken.
Eine besonders fein geregelte Ergänzung bzw. Zusteuerung von Motordrehmoment zu dem vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment ist möglich, wenn das Motordrehmoment auch während einer Umdrehung der Kurbelwelle in Abhängigkeit ihres vom Fahrer aufgebrachten Drehmoments regelbar ist. Damit können Schwankungen bzw. systematische Ungleichmäßigkeiten des vom Fahrer aufgebrachten Drehmoments egalisiert werden.
Eine besonders fein geregelte Ergänzung bzw. Zusteuerung von Motordrehmoment zu dem vom Fahrer aufgebrachten Drehmoment ist auch möglich, wenn das Motordrehmoment in Abhängigkeit eines Drehwinkels der Kurbelwelle regelbar ist. Damit können systematische Ungleichmäßigkeiten auf Grund des unterschiedlichen Wirkungsgrades der Tretkurbeln egalisiert werden. Da üblicherweise die Drehzahl des Elektromotors größer ist, als diejenige der Kurbelwelle des Fahrrades, wird es bevorzugt, wenn das Getriebe ein Reduktionsgetriebe ist. Bei einer ersten bevorzugten Variante ist das Reduktionsgetriebe ein Zykloidgetriebe.
Um exzentrische Massen auszugleichen und einen gleichmäßigen Rundlauf zu erzeugen wird es bevorzugt, wenn das Zykloidgetriebe zwei gegeneinander versetzte Zykloidscheiben und entsprechend zwei gegeneinander versetzte Exzenter hat.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Zykloidgetriebes ist seine Triebstockverzahnung am Hohlrad ausgebildet und über das Hohlrad am Gehäuse befestigt und nicht drehend, während mehrere Bolzen des Zykloidgetriebes über zumindest eine Zykloidscheibe antreibbar sind.
Bei einer anderen besonders bevorzugten Weiterbildung des Zykloidgetriebes sind seine Bolzen am Gehäuse befestigt und nicht drehend, während das Hohlrad über seine Triebstockverzahnung und über die zumindest eine Zykloidscheibe antreibbar ist.
Bei einer zweiten bevorzugten Variante ist das Reduktionsgetriebe ein einstufiges oder mehrstufiges Planentengetriebe.
Bei einer dritten bevorzugten Variante ist das Reduktionsgetriebe ein Harmonic- Drive-Getriebe, insbesondere ein Gleitkeilgetriebe oder Spannungswellengetriebe.
Es wird bevorzugt, wenn das Reduktionsgetriebe eine Untersetzung von mindestens 3/1 hat. Vorzugsweise ist ein Freilauf der Kurbelwelle gegenüber dem Motor der erfindungsgemäßen Einheit oder eine - vorzugsweise automatisch aktivierte - Kupplung, zwischen der Kurbelwelle und dem Motor vorgesehen, so dass der Fahrer ohne Unterstützung fahren bzw. antreiben kann, ohne dass er dabei die Einheit mitdrehen muss.
Vorzugsweise ist in oder an der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Einheit ein Tretlager integriert.
Bei einer zweiten bevorzugten Weiterbildung kann das Standard-Tretlagergehäuse dem International Standard for Bottom Bracket Shells (BB30) entsprechen. Damit können Lagerschalen entfallen.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist für ein Fahrrad vorgesehen und hat ein Tretlagergehäuse, insbesondere ein Standard-Tretlagergehäuse. An einer ersten Seite des Tretlagergehäuses ist eine vorbeschriebene Motor-Getriebe-Einheit befestigt, während an einer zweiten - der ersten Seite gegenüber liegenden - Seite des Tretlager- gehäuses ein oder mehrere Kettenblätter angeordnet sind. Dadurch ist eine Montage oder ein Nachrüsten der Motor-Getriebe-Einheit an einem Fahrrad mit Tretlagergehäuse, insbesondere mit Standard-Tretlagergehäuse, möglich, ohne dass dieses umgebaut oder ausgetauscht werden muss. Weiterhin ist von Vorteil, dass dabei keine weiteren Befestigungs- bzw. Aufnahmepunkte für die erfindungsgemäße Motor- Getriebe-Einheit am Rahmen des Fahrrades nötig sind.
Die Erfindung betrifft somit vorzugsweise Standard-Tretlagergehäuse, deckt aber auch davon abweichende Tretlagergehäuse ab. Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele der
Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Motor-Getriebe- Einheit in einer geschnittenen Darstellung.
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe- Einheit in einer Ansicht. Figur 3 das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe- Einheit in einer geschnittenen Darstellung.
Figur 4 einen Elektromotor eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungs- gemäßen Motor-Getriebe-Einheit in einer schematischen perspektivischen Ansicht.
Figur 5 einen Ausschnitt eines Stators des Elektromotors gemäß Figur 4 in einer schematischen Ansicht. Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Motor-
Getriebe-Einheit in einer geschnittenen Darstellung. Ihr Gehäuse 4 ist über eine
Verbindung, die dem International Standard Chain Guide Mount (ISCG) entspricht, an einem Tretlagergehäuse 1 befestigt. Das Tretlagergehäuse 1 und das Gehäuse 4 sind von einer Kurbelwelle 34 durchsetzt, an deren Endabschnitten (nicht gezeigt) Tret- kurbeln befestigt sind.
Die Kurbelwelle 34 ist über Tretlager, von denen in der Figur nur ein Tretlager 32 gezeigt ist, im Tretlagergehäuse 1 gelagert. Im Gehäuse 4 ist im (in der Figur 1 ) unteren Bereich ein Elektromotor angeordnet, der als Außenläufer ausgebildet ist. An der vom Tretlagergehäuse 1 abgewandten Seite des Elektromotors (in der Figur 1 oben) ist ein Reduktionsgetriebe angeordnet, das als Zykloidgetriebe ausgebildet ist. Der Elektromotor hat einen am Gehäuse 4 bzw. am Tretlager 1 befestigten Statorhalter 3, der einen Stator 2 trägt, an dessen Außenumfang eine Vielzahl (z. B. 28) Dauermagneten angeordnet sind. Von den Dauermagneten sind in der Figur nur zwei einander gegenüber liegende Dauermagneten 14a, 14b dargestellt. Diese sind an einem Rotor 13 befestigt, der im Betrieb des Elektromotors zusammen mit den Dauermagneten 14a, 14b rotiert. An dem Rotor 13 sind zwei Exzenterscheiben bzw. Exzenter 17a, 17b befestigt, deren Exzentrität bzw. Exzentrik einander entgegengesetzt sind. So ist der (in der Figur 1 ) obere Exzenter 17a (in der Figur 1 ) nach links versetzt, während der untere Exzenter 17b dem entgegen nach rechts versetzt ist. Am Außenumfang jedes Exzenters 17a, 17b ist eine den Exzenter 17a, 17b umfassende Zykloidscheibe 15a, 15b angeordnet und über jeweils ein Lager am Exzenter 17a, 17b gelagert. Am Außenumfang der beiden Zykloidscheiben 15a, 15b ist eine Vielzahl von Vorsprüngen und Ausnehmungen gleichmäßig verteilt, so dass am jeweiligen Außenumfang der beiden Zykloidscheiben 15a, 15b eine gleichmäßige Wellenform ausgebildet ist. Am Innenumfang des Gehäuses 4 sind vergleichbare Vorsprünge und Ausnehmungen gebildet. Dabei ist die Anzahl der an den Zykloidscheiben 15a, 15b gebildeten Vorsprünge um 1 geringer, als die Anzahl der am Gehäuse 4 gebildeten Ausnehmungen.
Im Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Einheit werden die beiden Exzenter 17a, 17b vom Elektromotor mit vergleichsweise hoher Drehzahl angetrieben, wobei die beiden Zykloidscheiben 15a, 15b über ihre am Außenumfang gebildeten Vorsprünge umlaufend um die am Innenumfang des Gehäuses 4 gebildeten Ausnehmungen eintauchen. Dadurch führen die Zykloidscheiben 15a, 15b eine vergleichsweise langsame Drehung aus. Mehrere Mitnehmerbolzen, von denen in der Figur nur vier Mitnehmerbolzen 16a-d gezeigt sind, sind in entsprechenden Durchgangsausnehmungen der Zykloidscheiben 15a, 15b aufgenommen, von denen in der Figur nur zwei Durchgangsausnehmungen gezeigt sind. Die Mitnehmerbolzen 16a-d und die Ausnehmungen sind auf einer Kreisbahn angeordnet, wobei die Durchmesser der Mitnehmerbolzen 16a-d kleiner sind als die Durchmesser der Ausnehmungen. Somit wird die Drehung der Zykloidscheibe 15a, 15b über ihre Ausnehmungen und über die Mitnehmerbolzen 16a-d an einen Mitnehmer 28 übertragen, der drehfest mit der Kurbelwelle 34 verbunden ist. Damit bildet das gezeigte doppelte Zykloidscheibengetriebe ein Reduktionsgetriebe aus, das die vergleichsweise hohe Drehzahl des Rotors 13 in die vergleichsweise geringe Drehzahl der Kurbelwelle 34 untersetzt.
Dabei ist die erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Einheit weitgehend rotationssymmetrisch zur Kurbelwelle 34 angeordnet und an dem vorbeschriebenen Tretlager- gehäuse 1 mit ISCG-Aufnahme befestigt.
Figur 2 zeigt eine Antriebseinheit mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Einheit in einer Ansicht. Ein Gehäuse 104 der Motor- Getriebe-Einheit ist über eine Verbindung, die dem International Standard Chain Guide Mount (ISCG) entspricht, an einem Tretlagergehäuse 101 befestigt. Das Gehäuse 104 kapselt zusammen mit einem Abtriebsdeckel 128 die gesamte Motor-Getriebe-Einheit. Das Tretlagergehäuse 101 , das Gehäuse 104 und der Abtriebsdeckel 128 sind von einer Kurbelwelle 134 durchsetzt, an deren (in Figur 2 oberen und unteren) Endabschnitten (nicht gezeigte) Tretkurbeln befestigt sind.
Figur 3 zeigt die Antriebseinheit mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Einheit in einer geschnittenen Darstellung Die Kurbelwelle 134 ist über zwei Tretlager, von denen in der Figur nur ein Tretlager 132 gezeigt ist, im Tretlagergehäuse 101 gelagert.
Im Gehäuse 104 ist ein Elektromotor angeordnet, der als Innenläufer ausgebildet ist. Er hat einen Stator 102, der am Gehäuse 104 befestigt ist. Der Elektromotor hat weiterhin einen Rotor 1 13, an dessen Außenumfang Dauermagneten angeordnet sind, von denen in Figur 3 nur zwei einander gegenüber liegende Dauermagneten 1 14a, 1 14b dargestellt sind.
An der vom Tretlagergehäuse 101 abgewandten Seite des Elektromotors (in Figur 3 oben) ist ein Zykloidgetriebe angeordnet. Sein Abtrieb zur Kurbelwelle 134 erfolgt über den langsam drehenden Abtriebsdeckel 128. Zwischen dem Abtriebsdeckel 128 und einer radialen Stufe der Kurbelwelle 134 ist eine Anlaufscheibe eingesetzt. Der Abtriebsdeckel 128 ist mit einem Kupplungsgeber 136 über ein Trapezgewinde derart verbunden dass der Kupplungsgeber 136 auf einen Kupplungskonus 130 geschoben wird, wenn der Elektromotor in Antriebsrichtung treibt. Die Kupplung 103, 136 wird gelöst, wenn der Elektromotor nicht treibt und sie wird aktiv geöffnet, wenn der Elektromotor kurz rückwärts dreht. Der Kupplungskonus 130 ist drehfest mit der Kurbelwelle 134 verbunden. Zwischen dem Kupplungsgeber 136 und einem nicht drehenden Abschnitt des Gehäuses 104 ist eine Rotationsreferenz 142 mit zwei O-Ringen 142a, 142b angeordnet. Der Rotor 1 13 ist über ein Rotorlager 144 an dem Abschnitt des Gehäuses 104 gelagert. Am Rotor 1 13 sind zwei Exzenterscheiben bzw. Exzenter 1 17a, 1 17b des Zykloid- getriebes befestigt, deren Exzentritat bzw. Exzentrik einander entgegengesetzt sind. So ist der obere Exzenter 1 17a nach rechts versetzt, während der untere Exzenter 1 17b dem entgegen nach links versetzt ist (jeweils in der Darstellung der Figur 3). Am Außen- umfang jedes Exzenters 1 17a, 1 17b ist eine den Exzenter 1 17a, 1 17b umfassende Zykloidscheibe 1 15a, 1 15b angeordnet und über jeweils ein Zykloidscheibenlager 1 19a, 1 19b am Exzenter 1 17a, 1 17b gelagert. Zwischen jeder Zykloidscheibe 1 15a, 1 15b und dem Abtriebsdeckel 128 ist eine Triebstockverzahnung vorgesehen. Dazu sind am Außenumfang der jeweiligen Zykloidscheibe 1 15a, 1 15b eine Vielzahl von Vorsprüngen und Ausnehmungen gleichmäßig verteilt, so dass am jeweiligen Außenumfang der Zykloidscheibe 1 15a, 1 15b eine gleichmäßige Wellenform ausgebildet ist. Am Innenumfang des Gehäuses 104 sind vergleichbare Vorsprünge und Ausnehmungen gebildet. Dabei ist die Anzahl der an den Zykloidscheiben 1 15a, 1 15b gebildeten Vorsprünge um 1 geringer, als die Anzahl der am Gehäuse 104 gebildeten Ausnehmungen. Gleichmäßig am Umfang des Stators 102 gehäusefest und drehfest gehaltene Mitnehmerbolzen, von denen in Figur 3 nur zwei Mitnehmerbolzen 1 16a, 1 16b gezeigt sind, sind in entsprechenden Durchgangsausnehmungen der Zykloidscheiben 1 15a, 1 15b aufgenommen, von denen in der Figur 3 entsprechend nur zwei Durchgangsausnehmungen gezeigt sind. Die Mitnehmerbolzen 1 16a, 1 16b und die Ausnehmungen sind auf einer Kreisbahn angeordnet, wobei die Durchmesser der Mitnehmerbolzen 1 16a, 1 16b kleiner sind als die Durchmesser der Ausnehmungen.
Im Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Motor- Getriebe-Einheit werden die beiden Exzenter 1 17a, 1 17b vom Elektromotor mit ver- gleichsweise hoher Drehzahl angetrieben, wobei die beiden Zykloidscheiben 1 15a, 1 15b über ihre am Außenumfang gebildeten Vorsprünge umlaufend um die am Innenumfang des Gehäuses 104 gebildeten Ausnehmungen eintauchen. Somit wird Abtriebsdeckel 128 von den Zykloidscheiben 1 15a, 1 15b vergleichsweise langsam drehend angetrieben. Der Abtriebsdeckel 128 kann über die Kupplung 130, 136 drehfest mit der Kurbelwelle 134 verbunden werden. Damit bildet auch beim zweiten Ausführungsbeispiel das doppelte Zykloidscheibengetriebe ein Reduktionsgetriebe aus, das die vergleichsweise hohe Drehzahl des Rotors 1 13 in die vergleichsweise geringe Drehzahl der Kurbelwelle 134 untersetzt. Ein Wellendichtring 138 toleriert bei nicht aktiviertem Antrieb der Kurbelwelle 134 über die Motor-Getriebe-Einheit einen Drehzahlunterschied zwischen dem ruhenden Abtriebsdeckel 128 und der drehenden Kurbelwelle 134, währen bei aktiviertem Antrieb ein Wellendichtring 140 trotz Drehzahlunterschied zwischen dem ruhenden Gehäuse 104 und dem drehenden Abtriebsdeckel 128 diese beiden Gehäuseteile abdichtet.
Auch das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe- Einheit ist weitgehend rotationssymmetrisch zur Kurbelwelle 134 angeordnet und an dem vorbeschriebenen Tretlagergehäuse 101 mit ISCG-Aufnahme befestigt.
Figur 4 zeigt einen Elektromotor eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Einheit in einer schematischen perspektivischen Ansicht. Der Elektromotor ist in axialer Richtung besonders platzsparend und kann statt dem Elektromotoren gemäß Figur 1 oder gemäß Figur 2 vorgesehen sein.
Auf einem scheibenförmigen Rotor 213 ist sterförmig eine Vielzahl von Permanentmagneten 246 angeordnet, von denen in Figur 4 nur die Stirnseiten am Außenumfang des Rotors 213 zu erkennen sind. Beabstandet zu den Permanentmagneten (in Figur 4 über den Permanentmagneten 246) ist sterförmig eine Vielzahl von Spulen 248 angeordnet, von den in Figur 4 nur die Stirnseiten am Außenumfang eines gehäusefesten Stators 202 zu erkennen sind.
Figur 5 zeigt einen Ausschnitt des Stators 202 des Elektromotors gemäß Figur 4 mit der Vielzahl von Spulen 248 in einer schematischen Ansicht.
Abweichend von den gezeigten Ausführungsbeispielen kann die erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Einheit auch bei einem von der Armkraft eines Handbikers angetriebenen Handbike vorgesehen sein, wobei an den Endabschnitten der Kurbel- welle 34 Handkurbeln befestigt sind.
Offenbart ist eine Motor-Getriebe-Einheit für ein Fahrrad, die direkt an einem Tretlagergehäuse, insbesondere Standard-Tretlagergehäuse, befestigt oder angeflanscht ist. Dabei ist das Standard Tretlagergehäuse zwischen der Motor-Getriebe-Einheit und einem Kettenblatt angeordnet.
Ein rahmenfestes Teil - insbesondere Gehäuse - der Motor-Getriebe-Einheit kann gemäß dem International Standard Chain Guide Mount (ISCG) am Standard-Tretlagergehäuse befestigt oder angeflanscht sein.
Bezuqszeichenliste
1; 101 Tretlagergehäuse
2; 102; 202 Stator
3 Statorhalter
4; 104 Gehäuse
13; 113; 213 Rotor
14a, 14b; 114a, 114b Dauermagnet
15a, 15b; 115a, 115b Zykloidscheibe
16a, 16b, 16c, 16d; 116a, 116b Mitnehmerbolzen
17a, 17b; 117 Exzenter
28 Mitnehmer
32; 132 Tretlager
33 Sperrklinke
34; 134 Kurbelwelle
118a, 118b Triebstockverzahnung
119a, 119b Zykloidscheibenlager
128 Abtriebsdeckel
130 Kupplungskonus
136 Kupplungsgeber
138 Wellendichtring
140 Wellendichtring
142 Rotationsreferenz
142a, 142b O-Ring
144 Rotorlager
246 Permanentmagnet
248 Spule

Claims

Patentansprüche
Motor-Getriebe-Einheit für ein Fahrrad, die für eine Befestigung an einem
Tretlagergehäuse, insbesondere Standard-Tretlagergehäuse (1 ; 101 ), ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tretlagergehäuse (1 ; 101 ) zwischen der Motor-Getriebe-Einheit und einem Kettenblatt angeordnet ist.
Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 1 , die über ein Gehäuse (4; 104) am Tretlagergehäuse, insbesondere Standard-Tretlagergehäuse (1 ; 101 ) befestigt ist.
Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, die für die Befestigung gemäß dem International Standard Chain Guide Mount (ISCG) am Standard-Tretlagergehäuse (1 ; 101 ) ausgelegt ist.
Motor-Getriebe-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Motor ein Elektromotor (2, 13; 102, 1 13) ist.
Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 4, wobei der Elektromotor (2, 13) ein Außenläufer ist, dessen Rotor (13) einen Stator (2) umfasst, oder wobei der Elektromotor ein Innenläufer ist, dessen Stator (102) einen Rotor (1 13) umfasst.
Motor-Getriebe-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Motor ein elektronisch kommutierter bürstenloser Drehstrom-Synchron-Motor ist.
Motor-Getriebe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Motor ein Scheibenläufer ist, dessen Rotor (213) axial neben einem Stator (202)
angeordnet ist.
Motor-Getriebe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Motor ein Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) ist.
9. Motor-Getriebe-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments einer von einem Fahrer und/oder vom Motor antreibbaren Kurbelwelle (34; 134).
10. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 9, wobei vom Motor ein in Abhängigkeit des Drehmoments ein Motordrehmoment an die Kurbelwelle (34; 134) übertragbar ist.
1 1 . Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 10, wobei das Motordrehmoment
während einer Umdrehung der Kurbelwelle (34; 134) regelbar ist.
12. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 10, wobei das Motordrehmoment in Abhängigkeit eines Drehwinkels der Kurbelwelle (34; 134) regelbar ist.
13. Motor-Getriebe-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Getriebe ein Reduktionsgetriebe ist.
14. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 13, wobei das Reduktionsgetriebe ein Zykloidgetriebe (15a, 15b, 16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 28; 1 15a, 1 15b, 1 16a, 1 16b, 1 17, 128) ist.
15. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 14, wobei das Zykloidgetriebe (15a, 15b, 16a, 16b, 16c, 16d, 17a, 17b, 28; 1 15a, 1 15b, 1 16a, 1 16b, 1 17, 128) zwei gegeneinander versetzte Zykloidscheiben (15a, 15b; 1 15a, 1 15b) und zwei gegeneinander versetzte Exzenter (17a, 17b; 1 17) hat.
16. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 14 oder 15, wobei eine Triebstockverzahnung des Zykloidgetriebes in einem Hohlrad angeordnet und gehäusefest ist, und wobei Bolzen (16a, 16b, 16c, 16d) des Zykloidgetriebes antreibbar sind.
17. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 14 oder 15, wobei Bolzen (1 16a, 1 16b) des Zykloidgetriebes gehäusefest sind, und wobei ein Hohlrad über eine Triebstockverzahnung (1 18a, 1 18b) des Zykloidgetriebes antreibbar ist.
18. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 13, wobei das Reduktionsgetriebe ein einstufiges oder mehrstufiges Planentengetriebe ist. 19. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 13, wobei das Reduktionsgetriebe ein Harmonic-Drive-Getriebe ist.
20. Motor-Getriebe-Einheit nach Anspruch 13, wobei das Reduktionsgetriebe eine Untersetzung von mindestens 3/1 hat.
21 . Motor-Getriebe-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Freilauf der Kurbelwelle gegenüber dem Motor.
22. Motor-Getriebe-Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 20 mit einer Kupp- lung (130, 136), die im Kraftfluss zwischen dem Motor und der Kurbelwelle (134) angeordnet ist.
23. Motor-Getriebe-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem integrierten Tretlager (32; 132).
24. Motor-Getriebe-Einheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Standard-Tretlagergehäuse (1 ; 101 ) dem International Standard for Bottom Bracket Shells (BB30) entspricht. 25. Antriebseinheit für ein Fahrrad mit einem Tretlagergehäuse, insbesondere
Standard-Tretlagergehäuse (1 ; 101 ), an dessen ersten Seite eine Motor-Getriebe-Einheit gemäß einem der vorhergehende Ansprüche befestigt ist, und an dessen zweiten Seite ein Kettenblatt angeordnet ist.
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