EP3164326A1 - Drive unit for an electrically assisted bicycle - Google Patents

Drive unit for an electrically assisted bicycle

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Publication number
EP3164326A1
EP3164326A1 EP15730398.3A EP15730398A EP3164326A1 EP 3164326 A1 EP3164326 A1 EP 3164326A1 EP 15730398 A EP15730398 A EP 15730398A EP 3164326 A1 EP3164326 A1 EP 3164326A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive unit
gear
electric motor
planetary gear
unit according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15730398.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Rainer Fey
Ling HE
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of EP3164326A1 publication Critical patent/EP3164326A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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 drive unit for an electrically assisted bicycle, wherein the drive unit comprises an electric motor and a housing in which the electric motor is housed, wherein the drive unit further comprises a pedal crankshaft with a driven flange mounted thereon.
  • a gear unit (hub gear or derailleur) is mounted in the rear wheel to achieve optimum torque and speed ratio at different speeds.
  • the invention is therefore based on the object, a drive unit of the type mentioned in such a way that a compact unit is created, which requires no external sensor or additional transmission components, such as hub gear or derailleur.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the drive unit further comprises a mounted on an axle planetary gear unit with sun gear, ring gear, planetary gear and planetary gears, wherein the planet carrier of the planetary gear unit is connected to the pedal crankshaft torque transmitting and wherein the ring gear of the planetary gear unit can be selectively brought into torque-transmitting connection via coupling means with the output flange.
  • the coupling agents are preferably part of a controllable freewheel.
  • the planetary gear unit is preferably arranged with the electric motor in a common housing.
  • the drive unit preferably further comprises a motor gear for connecting the electric motor to the planetary gear unit, wherein the motor gear is arranged with the electric motor in the common housing.
  • the torque-transmitting components between planetary gear unit and output flange are preferably formed as at least 2-stage, switchable spur gear. In this case, it is preferably provided that an electric actuator is provided which serves for switching between the gear stages of the at least 2-stage, switchable spur gear.
  • means for interrupting the power supply to the electric motor during the operation of the coupling means may be present.
  • signal means are advantageously provided which can be triggered for the purpose of signaling an impending change in the pedal speed before the actuation of the coupling means.
  • the user of the bicycle can be notified of an upcoming shift.
  • means for generating a coaster brake function can be arranged.
  • the ratio of the drive unit is preferably selected so that the number of teeth of a pinion installed in the rear wheel of the bicycle is equal to the wheel diameter of the bicycle in inches.
  • the proposed solution makes it possible to dispense with an additional gear unit in the rear wheel and an external sensor and To provide a cheaper, lighter and low maintenance electrically assisted bicycle.
  • the invention provides this particular, that in the drive unit, which is to be mounted on the bicycle frame, not only the known components (electric motor, transmission, pedal drive and control) are housed, but also an at least two-stage switchable transmission between the merged strands of pedal drive , Motor and arranged on the drive unit output, and a coaster brake function.
  • the cyclist can concentrate fully on driving.
  • the service on the bike is advantageously much easier, the probability of failure lower.
  • Fig. 1 shows schematically the section through a drive unit of an electrically assisted bicycle according to a first embodiment of the invention
  • Embodiment of the invention are based on the use of a 2-stage transmission. For simplicity, all components in a plane are shown in the figures.
  • the pedal force is transmitted to the unit via the crank arms 1 a and 1 b mounted on the crank shaft 2 in the housing.
  • the integrated in the crankshaft spur gear drives the provided with a spur gear planet carrier 3 a mounted on the axle 19 planetary gear.
  • the force is transmitted to the ring gear 8.
  • the output is via the ring gear 8.
  • the sun gear 6 is connected to a sleeve 7 and rotatably supported on the axle 19.
  • the torque occurring on the sleeve 7 is proportional to the pedal force and is used to drive the electric motor.
  • the measurement of the torque can be done via strain gauges, angle encoders or other direct and indirect known methods.
  • an additional external spur gear teeth is mounted, which drives the spur gear 9 and via a freewheel 10, the first gear stage of the 2-stage transmission, with the drive torque is transmitted to the rotatably mounted on the crankshaft output flange 11.
  • the second gear stage consists of the switchable via a controllable freewheel 13, 14 spur gear 12 which drives the fixedly connected to the output flange 1 1 spur gear. Due to the now higher speed of the output flange of the freewheel 10 is overhauled. Will the spur gear 12 again switched off, the freewheel 10 automatically assumes, thereby interrupting the power flow between the pedal drive la, lb and output flange 1 1 is reliably prevented.
  • the electric motor 18 drives via the spur gear 17 to the large spur gear of the spur gear 16 at.
  • the small spur gear of the spur gear 16 drives the large spur gear of the spur gear 15 at.
  • the small spur gear of the spur gear 15 drives the ring gear 8 at.
  • the force of the electric motor 18 is added to the pedal force before it is transmitted via the spur gears 9 and 12 to the output flange 1 1.
  • a freewheel can be arranged between the electric motor 18 and ring gear 8.
  • the arrangement of the electric motor 18 is both axially parallel - as shown in Fig. 1 - as well as offset by 90 degrees - as shown in Fig. 2 - possible.
  • the sleeve 7 rotates against a preloaded spring and actuates a first contact which turns on the electronics and releases a base load for motor control.
  • a second contact is actuated upon further rotation of the sleeve and releases the maximum motor support.
  • the drive unit ratio is selected to use a 28 tooth pinion on 28 inch bicycles, 24 teeth on 24 inch, etc.
  • the output link 20 can be kept small due to the internal translations and housed in a protected area of the drive.
  • a conventional chain guard can be omitted.
  • a coaster brake function can be integrated.
  • the spur gear 22 rotatably mounted on the axle 21 is actuated in the forward direction via the spur gear connected to the crankshaft 2.
  • the normally free-running spur gear 24 is driven and rotates the output flange 1 1 backwards.
  • the thereby also backward rotating connecting element between the output flange 1 1 and rear hub can actuate an integrated in the rear hub coaster brake.
  • the crankset drives via the fixedly connected to the crank axle gear the planet carrier of the mounted on a second axis planetary gear in the opposite direction.
  • the ring gear of the planetary gear is rotated in the same direction as the planet carrier.
  • the sun gear is pressed in the same direction.
  • a mounted on the outer diameter of the ring gear teeth drives via a smaller gear and a clamping roller freewheel rotatably mounted on the crank shaft hollow shaft.
  • the hollow shaft is rotatably mounted in the housing and carries on the outside of the "chainring" 20th
  • the sun gear of the planetary gear is mounted on a hollow shaft which is rotatably supported on the second axis.
  • the planet carrier is rotatably mounted on this hollow shaft.
  • the reaction torque of the sun gear is supported by the mounted on the hollow shaft clamping roller freewheel in the drive direction on the housing.
  • the reaction torque of the sun gear is proportional to the pedal torque. With the aid of a strain gauge mounted on the lever arm of the clamp roller freewheel carrier, the pedal torque can thus be recorded and processed.
  • the sun gear moves in the opposite direction when the ring gear is stationary.
  • the clamping roller freewheel releases the sun gear.
  • the planet gears rotate backwards without torque transmission. If the ring gear is moved in the drive direction with a stationary planet carrier, the pinch roller freewheel also releases the sun gear. There is no torque on the planet carrier and thus on the pedal.
  • the motor transmits its torque via two toothed belts and a gear on the external teeth of the ring gear.
  • a pinch roller freewheel between the engine and ring gear can be installed.
  • this freewheel can also be omitted.
  • the additional energy required will range from 1 to 3 watts.
  • the inertia is in relation to the bicycle in the per thousand range. A "Nachschieben" when stopping the rotation of the pedal crank is prevented by the freewheel of the sun gear.
  • the spur gear 12 On the second shaft, in addition to the planetary gear, the spur gear 12 is rotatably mounted on the shaft, which is larger in diameter than the ring gear 8.
  • the spur gear 12 can be connected via a suitable coupling mechanism against rotation with the ring gear.
  • One way to couple the two gears is the axial displacement of pins movably mounted in the second spur gear. These are pressed by a motor or by hand-driven mechanism in opposite recesses in the ring gear.
  • the speed of the large second gear 12 in the decoupled state is smaller than that of the ring gear. As a result, the coupling pins have sufficient time to reach the required position.
  • the large gear 12 now rotates at the same speed as the ring gear 8.
  • the large gear 12 drives a small gear, which is secured against rotation on the output hollow shaft.
  • the speed of the output hollow shaft is now greater than the speed of the driven by the ring gear pinch roller freewheel.
  • the gear driven by the ring gear is free.
  • the ring gear drives now via the planet gears and the sun gear, the hollow shaft on the second axis in the freewheeling direction of the force acting on the hollow shaft clamping roller freewheel.
  • the engine is driven in the drive direction, if no freewheel is mounted.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a drive unit for an electrically assisted bicycle, wherein the drive unit comprises an electric motor (18) and a housing, in which the electric motor (18) is accommodated, wherein the drive unit furthermore comprises a pedal crank shaft (2) with an output flange (11) mounted thereon. In order to provide a compact unit which does not require any external sensor arrangement or additional gear components whatsoever, the invention makes provision for the drive unit furthermore to comprise a planetary gear unit which is mounted on an axle (19) and has a sun wheel (6), a ring gear (8), a planet carrier (3) and planet wheels (5), wherein the planet carrier (3) of the planetary gear unit (6, 8, 3, 5) is connected in a torque-transmitting manner to the pedal crank shaft (2), and wherein the ring gear (8) of the planetary gear unit (6, 8, 3, 5) can optionally be brought into torque-transmitting connection with the output flange (11) via coupling means (14).

Description

Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad  Drive unit for an electrically assisted bicycle
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor und ein Gehäuse umfasst, in dem der Elektromotor untergebracht ist, wobei die Antriebseinheit weiterhin eine Pedalkurbelwelle mit einem darauf gelagerten Abtriebsflansch umfasst. The invention relates to a drive unit for an electrically assisted bicycle, wherein the drive unit comprises an electric motor and a housing in which the electric motor is housed, wherein the drive unit further comprises a pedal crankshaft with a driven flange mounted thereon.
Es ist bekannt, Elektrofahrräder mit einem Elektromotor auszustatten, der an dem Tretlager des Fahrradrahmens angeordnet ist. Hierbei ist der Elektromotor und die zugehörige Getriebeeinheit im Tretlagerbereich des Rahmens gruppiert (Mittelmotor), wobei eine drehmomentübertragende mechanische Verbindung zwischen Elektromotoreinheit und Tretlager bzw. einem Abtrieb hergestellt wird. It is known to equip electric bicycles with an electric motor which is arranged on the bottom bracket of the bicycle frame. Here, the electric motor and the associated gear unit in the bottom bracket of the frame is grouped (center motor), wherein a torque-transmitting mechanical connection between the electric motor unit and bottom bracket or an output is made.
Zusätzlich ist bei diesen Fahrzeugen eine Getriebeeinheit (Nabenschaltung bzw. Kettenschaltung) im Hinterrad montiert, um ein optimales Drehmoment und Drehzahlverhältnis bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu erreichen. In addition, in these vehicles, a gear unit (hub gear or derailleur) is mounted in the rear wheel to achieve optimum torque and speed ratio at different speeds.
Dies führt nachteilig zu zusätzlichen Kosten und Gewicht. Zusätzlich ändert sich die Abschaltdrehzahl des Motors in Abhängigkeit des jeweils eingelegten This leads disadvantageously to additional costs and weight. In addition, the switch-off speed of the motor changes depending on the respectively inserted
BESTÄTIGUNGSKOPIE Gangs. Zur Überwachung der maximal zulässigen Motorunterstützungsdrehzahl ist deswegen eine zusätzliche Geschwindigkeitsmessung erforderlich. Der Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine kompakte Einheit entsteht, die keinerlei externe Sensorik oder zusätzliche Getriebekomponenten, wie Nabenschaltung oder Kettenschaltung, benötigt. Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit weiterhin eine auf einer Achse gelagerte Planetengetriebeeinheit mit Sonnenrad, Hohlrad, Planetenradträger und Planetenräder umfasst, wobei der Planetenradträger der Planetengetriebeeinheit mit der Pedalkurbelwelle drehmomentübertragend verbunden ist und wobei das Hohlrad der Planetengetriebeeinheit über Kupplungsmittel mit dem Abtriebsflansch wahlweise in Drehmomentübertragende Verbindung gebracht werden kann. CONFIRMATION COPY Vintage. To monitor the maximum allowable engine speed support therefore an additional speed measurement is required. The invention is therefore based on the object, a drive unit of the type mentioned in such a way that a compact unit is created, which requires no external sensor or additional transmission components, such as hub gear or derailleur. The solution to this problem by the invention is characterized in that the drive unit further comprises a mounted on an axle planetary gear unit with sun gear, ring gear, planetary gear and planetary gears, wherein the planet carrier of the planetary gear unit is connected to the pedal crankshaft torque transmitting and wherein the ring gear of the planetary gear unit can be selectively brought into torque-transmitting connection via coupling means with the output flange.
Die Kupplungsmittel sind dabei bevorzugt Bestandteil eines steuerbaren Freilaufs. The coupling agents are preferably part of a controllable freewheel.
Die Planetengetriebeeinheit ist bevorzugt mit dem Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Antriebseinheit weist bevorzugt weiterhin ein Motorgetriebe zur Verbindung des Elektromotors mit der Planetengetriebeeinheit auf, wobei das Motorgetriebe mit dem Elektromotor in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Die drehmomentübertragenden Komponenten zwischen Planetengetriebeeinheit und Abtriebsflansch sind bevorzugt als mindestens 2-stufiges, schaltbares Stirnradgetriebe ausgebildet. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass ein elektrisches Stellglied vorhanden ist, das zur Umschaltung zwischen den Getriebestufen des mindestens 2-stufigen, schaltbaren Stirnradgetriebes dient. The planetary gear unit is preferably arranged with the electric motor in a common housing. The drive unit preferably further comprises a motor gear for connecting the electric motor to the planetary gear unit, wherein the motor gear is arranged with the electric motor in the common housing. The torque-transmitting components between planetary gear unit and output flange are preferably formed as at least 2-stage, switchable spur gear. In this case, it is preferably provided that an electric actuator is provided which serves for switching between the gear stages of the at least 2-stage, switchable spur gear.
Weiterhin sind vorzugsweise Mittel zur Messung des am Sonnenrad der Planetengetriebeeinheit anliegenden Drehmoments vorhanden sowie Mittel zur Ansteuerung und/oder Regelung des Elektromotors in Abhängigkeit des gemessenen Drehmoments. Furthermore, there are preferably means for measuring the torque applied to the sun gear of the planetary gear unit and means for controlling and / or regulating the electric motor as a function of the measured torque.
Weiterhin können Mittel zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum Elektromotor während der Betätigung der Kupplungsmittel vorhanden sein. Furthermore, means for interrupting the power supply to the electric motor during the operation of the coupling means may be present.
Vorteilhaft sind des weiteren Signalmittel vorhanden, die zwecks Signalisierung einer bevorstehenden Pedaldrehzahländerung vor der Betätigung der Kupplungsmittel auslösbar sind. Somit kann der Benutzer des Fahrrads auf einen anstehenden Schaltvorgang hingewiesen werden. Furthermore, signal means are advantageously provided which can be triggered for the purpose of signaling an impending change in the pedal speed before the actuation of the coupling means. Thus, the user of the bicycle can be notified of an upcoming shift.
Weiterhin können Mittel zur Erzeugung einer Rücktrittbremsfunktion angeordnet sein. Furthermore, means for generating a coaster brake function can be arranged.
Die Übersetzung der Antriebseinheit ist vorzugsweise so gewählt, dass die Zähnezahl eines im Hinterrad des Fahrrads verbauten Ritzels gleich ist dem Raddurchmesser des Fahrrads in Zoll. The ratio of the drive unit is preferably selected so that the number of teeth of a pinion installed in the rear wheel of the bicycle is equal to the wheel diameter of the bicycle in inches.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es, auf eine zusätzliche Getriebeeinheit im Hinterrad und eine externe Sensorik zu verzichten und damit ein kostengünstigeres, leichteres und wartungsarmes elektrisch unterstütztes Fahrrad zur Verfügung zu stellen. The proposed solution makes it possible to dispense with an additional gear unit in the rear wheel and an external sensor and To provide a cheaper, lighter and low maintenance electrically assisted bicycle.
Die Erfindung sieht hierfür insbesondere vor, dass in der Antriebseinheit, die an den Fahrradrahmen zu montieren ist, nicht nur die bekannten Komponenten (Elektromotor, Getriebe, Pedalantrieb und Steuerung) untergebracht sind, sondern zusätzlich ein mindestens zweistufiges schaltbares Getriebe zwischen den zusammengeführten Strängen von Pedalantrieb, Motor und dem an der Antriebseinheit angeordneten Abtrieb, sowie eine Rücktrittbremsfunktion. The invention provides this particular, that in the drive unit, which is to be mounted on the bicycle frame, not only the known components (electric motor, transmission, pedal drive and control) are housed, but also an at least two-stage switchable transmission between the merged strands of pedal drive , Motor and arranged on the drive unit output, and a coaster brake function.
Für den Anwendungsfall eines e-Bikes mit einer maximal zulässigen motorisch unterstützten Höchstgeschwindigkeit von 25 km/h ist eine 2-stufige Übersetzung ausreichend. Für höhere Geschwindigkeiten können entsprechend weitere Getriebestufen vorgesehen sein. For the application of an e-bike with a maximum permissible motor-assisted maximum speed of 25 km / h, a 2-stage ratio is sufficient. For higher speeds, further gear stages can be provided accordingly.
Der Radfahrer kann sich damit voll auf das Fahren konzentrieren. Der Service am Fahrrad wird vorteilhaft wesentlich einfacher, die Ausfallwahrscheinlichkeit geringer. The cyclist can concentrate fully on driving. The service on the bike is advantageously much easier, the probability of failure lower.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen: In the drawings, embodiments of the invention are shown. Show it:
Fig. 1 schematisch den Schnitt durch eine Antriebseinheit eines elektrisch unterstützten Fahrrads gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung und Fig. 1 shows schematically the section through a drive unit of an electrically assisted bicycle according to a first embodiment of the invention and
Fig. 2 in der Darstellung gemäß Figur 1 eine Alternative Fig. 2 in the illustration of Figure 1 an alternative
Ausfuhrungsform der Erfindung. Die Ausführungsbeispiele stellen auf den Einsatz eines 2-stufigen Getriebes ab. Zur Vereinfachung sind in den Figuren alle Komponenten in einer Ebene dargestellt. Embodiment of the invention. The embodiments are based on the use of a 2-stage transmission. For simplicity, all components in a plane are shown in the figures.
Die Pedalkraft wird in die Einheit über die Kurbelarme 1 a und 1 b auf die im Gehäuse gelagerte Kurbelwelle 2 übertragen. Das in die Kurbelwelle integrierte Stirnrad treibt den mit einer Stirnradverzahnung versehenen Planetenradträger 3 eines auf der Achse 19 montierten Planetengetriebes an. Über die mittels Achsen 4 mit dem Planetenradträger 3 verbundenen Planetenräder 5 wird die Kraft auf das Hohlrad 8 übertragen. The pedal force is transmitted to the unit via the crank arms 1 a and 1 b mounted on the crank shaft 2 in the housing. The integrated in the crankshaft spur gear drives the provided with a spur gear planet carrier 3 a mounted on the axle 19 planetary gear. About the connected by means of axles 4 with the planet carrier 3 planetary gears 5, the force is transmitted to the ring gear 8.
Der Abtrieb erfolgt über das Hohlrad 8. Das Sonnenrad 6 ist mit einer Hülse 7 verbunden und drehbar auf der Achse 19 gelagert. Das an der Hülse 7 auftretende Drehmoment ist proportional der Pedalkraft und wird zur Ansteuerung des Elektromotors verwendet. Die Messung des Drehmoments kann über Dehnmessstreifen, Winkelgeber oder sonstige direkte und indirekte bekannte Verfahren erfolgen. Am Hohlrad 8 ist eine zusätzlich äußere Stirnradverzahnung angebracht, welche das Stirnrad 9 antreibt und über einen Freilauf 10 die erste Getriebestufe des 2-stufigen Getriebes bildet, mit dem das Antriebsdrehmoment auf den auf der Kurbelwelle drehbar gelagerten Abtriebsflansch 11 übertragen wird. The output is via the ring gear 8. The sun gear 6 is connected to a sleeve 7 and rotatably supported on the axle 19. The torque occurring on the sleeve 7 is proportional to the pedal force and is used to drive the electric motor. The measurement of the torque can be done via strain gauges, angle encoders or other direct and indirect known methods. On the ring gear 8, an additional external spur gear teeth is mounted, which drives the spur gear 9 and via a freewheel 10, the first gear stage of the 2-stage transmission, with the drive torque is transmitted to the rotatably mounted on the crankshaft output flange 11.
Die zweite Getriebestufe besteht aus dem über einen steuerbaren Freilauf 13, 14 zuschaltbaren Stirnrad 12, welches das fest mit dem Abtriebsflansch 1 1 verbundene Stirnrad antreibt. Durch die jetzt höhere Drehzahl des Abtriebsflansches wird der Freilauf 10 überholt. Wird das Stirnrad 12 wieder abgeschaltet, übernimmt der Freilauf 10 automatisch, wodurch ein Unterbrechen des Kraftflusses zwischen Pedalantrieb la, lb und Abtriebsflansch 1 1 sicher verhindert wird. Der Elektromotor 18 treibt über das Stirnrad 17 das große Stirnrad der Stirnradkombination 16 an. Das kleine Stirnrad der Stirnradkombination 16 treibt das große Stirnrad der Stirnradkombination 15 an. Das kleine Stirnrad der Stirnradkombination 15 treibt das Hohlrad 8 an. Dadurch addiert sich die Kraft des Elektromotors 18 zur Pedalkraft, bevor diese über die Stirnräder 9 bzw. 12 auf den Abtriebsflansch 1 1 übertragen wird. The second gear stage consists of the switchable via a controllable freewheel 13, 14 spur gear 12 which drives the fixedly connected to the output flange 1 1 spur gear. Due to the now higher speed of the output flange of the freewheel 10 is overhauled. Will the spur gear 12 again switched off, the freewheel 10 automatically assumes, thereby interrupting the power flow between the pedal drive la, lb and output flange 1 1 is reliably prevented. The electric motor 18 drives via the spur gear 17 to the large spur gear of the spur gear 16 at. The small spur gear of the spur gear 16 drives the large spur gear of the spur gear 15 at. The small spur gear of the spur gear 15 drives the ring gear 8 at. As a result, the force of the electric motor 18 is added to the pedal force before it is transmitted via the spur gears 9 and 12 to the output flange 1 1.
Damit beim Fahrradfahren ohne Motorunterstützung der Motor nicht mitgedreht werden muss, kann zwischen Elektromotor 18 und Hohlrad 8 ein Freilauf angeordnet werden. Die Anordnung des Elektromotors 18 ist sowohl Achsparallel - wie in Fig. 1 gezeigt - als auch um 90 Grad versetzt - wie in Fig. 2 ersichtlich - möglich. So that when cycling without motor support the engine does not need to be rotated, a freewheel can be arranged between the electric motor 18 and ring gear 8. The arrangement of the electric motor 18 is both axially parallel - as shown in Fig. 1 - as well as offset by 90 degrees - as shown in Fig. 2 - possible.
Zur besseren Platzausnutzung ist es auch denkbar zwei kleinere Motoren einzusetzen, welche das große Stirnrad der Stirnradkombination 16 antreiben. For better space utilization, it is also conceivable to use two smaller motors, which drive the large spur gear 16 of the spur gear.
In der einfachsten Form der Drehmomenterfassung dreht die Hülse 7 gegen eine vorgespannte Feder und betätigt einen ersten Kontakt, der die Elektronik einschaltet und eine Grundlast für die Motoransteuerung freigibt. Ein zweiter Kontakt wird bei weiterer Verdrehung der Hülse betätigt und gibt die maximale Motorunterstützung frei. Damit wird eine einfache 2-stufige Motorunterstützung erreicht. Zwischenstufen sind durch weitere Kontakte einfach zu realisieren. Durch eine geeignete Übersetzung zwischen Hülse 7 und Winkelerfassung kann der auswertbare Drehwinkel vergrößert werden. Die maximale Motordrehzahl muss bei e-Bikes einer Geschwindigkeit von 25 km/h bei größtmöglicher Übersetzung entsprechen. In the simplest form of torque sensing, the sleeve 7 rotates against a preloaded spring and actuates a first contact which turns on the electronics and releases a base load for motor control. A second contact is actuated upon further rotation of the sleeve and releases the maximum motor support. This achieves a simple 2-stage engine assistance. Intermediate stages can be easily realized by further contacts. By a suitable translation between sleeve 7 and angle detection of the evaluable angle of rotation can be increased. The maximum engine speed must correspond on e-bikes a speed of 25 km / h with the greatest possible translation.
Üblich ist es, für jeden Raddurchmesser eine entsprechend programmierte Antriebseinheit zu verwenden. Bei der oben beschriebenen Antriebseinheit wird die Übersetzung der Antriebseinheit so gewählt, dass bei 28 Zoll- Fahrrädern ein 28 zahniges Ritzel verwendet wird, entsprechend bei 24 Zoll 24 Zähne, usw. Dadurch ist die Verwendung einer Antriebseinheit für alle Raddurchmesser und eine einfache ^ε Λήπι^ von Manipulation durch die Exekutive möglich. It is customary to use a correspondingly programmed drive unit for each wheel diameter. In the drive unit described above, the drive unit ratio is selected to use a 28 tooth pinion on 28 inch bicycles, 24 teeth on 24 inch, etc. Thus, the use of a drive unit for all wheel diameters and a simple ^ ε Λήπι ^ of manipulation by the executive.
Das Abtriebskettenblatt 20 kann aufgrund der internen Übersetzungen klein gehalten und in einem geschützten Bereich des Antriebs untergebracht werden. Ein herkömmlicher Kettenschutz kann dadurch entfallen. The output link 20 can be kept small due to the internal translations and housed in a protected area of the drive. A conventional chain guard can be omitted.
Zusätzlich kann - wie in den Figuren dargestellt - eine Rücktrittbremsfunktion integriert werden. In addition, as shown in the figures, a coaster brake function can be integrated.
Bei Rückwärtstreten wird über das mit der Kurbelwelle 2 verbundene Stirnrad das auf der Achse 21 drehbar gelagerte Stirnrad 22 in Vorwärtsrichtung betätigt. Durch einen geeigneten Kopplungsmechanismus 23 wird das normalerweise frei laufende Stirnrad 24 angetrieben und dreht den Abtriebsflansch 1 1 rückwärts. Das dadurch ebenfalls rückwärts drehende Verbindungselement zwischen Abtriebsflansch 1 1 und Hinterradnabe kann eine in der Hinterradnabe integrierte Rücktrittbremse betätigen. In backward steps, the spur gear 22 rotatably mounted on the axle 21 is actuated in the forward direction via the spur gear connected to the crankshaft 2. By a suitable coupling mechanism 23, the normally free-running spur gear 24 is driven and rotates the output flange 1 1 backwards. The thereby also backward rotating connecting element between the output flange 1 1 and rear hub can actuate an integrated in the rear hub coaster brake.
Die Funktion der vorgeschlagenen Lösung kann noch einmal wie folgt zusammengefasst werden: Die Tretkurbel treibt über das fest mit der Kurbelachse verbundene Zahnrad den Planetenradträger des auf einer zweiten Achse gelagerten Planetengetriebes in die entgegengesetzte Richtung. Bei feststehendem Sonnenrad wird das Hohlrad des Planetengetriebes in die gleiche Richtung wie der Planetenradträger gedreht. Das Sonnenrad wird in die gleiche Richtung gedrückt. The function of the proposed solution can once again be summarized as follows: The crankset drives via the fixedly connected to the crank axle gear the planet carrier of the mounted on a second axis planetary gear in the opposite direction. With a fixed sun gear, the ring gear of the planetary gear is rotated in the same direction as the planet carrier. The sun gear is pressed in the same direction.
Eine auf dem Außendurchmesser des Hohlrades angebrachte Verzahnung treibt über ein kleineres Zahnrad und einen Klemmrollenfreilauf die auf der Kurbelachse drehbar gelagerte Hohlwelle. Die Hohlwelle ist im Gehäuse drehbar gelagert und trägt an der Außenseite das„Kettenblatt" 20. A mounted on the outer diameter of the ring gear teeth drives via a smaller gear and a clamping roller freewheel rotatably mounted on the crank shaft hollow shaft. The hollow shaft is rotatably mounted in the housing and carries on the outside of the "chainring" 20th
Das Sonnenrad des Planetengetriebes ist auf einer Hohlwelle befestigt, welche auf der zweiten Achse drehbar gelagert ist. Der Planetenradträger ist auf dieser Hohlwelle drehbar gelagert. The sun gear of the planetary gear is mounted on a hollow shaft which is rotatably supported on the second axis. The planet carrier is rotatably mounted on this hollow shaft.
Das Reaktionsmoment des Sonnenrades wird über den auf der Hohlwelle montierten Klemmrollenfreilauf in Antriebsrichtung am Gehäuse abgestützt. Das Reaktionsmoment des Sonnenrads ist proportional zum Pedal- drehmoment. Mit Hilfe eines auf dem Hebelarm des Klemm- rollenfreilaufträgers angebrachten Dehnmessstreifen kann damit das Pedaldrehmoment erfasst und verarbeitet werden. The reaction torque of the sun gear is supported by the mounted on the hollow shaft clamping roller freewheel in the drive direction on the housing. The reaction torque of the sun gear is proportional to the pedal torque. With the aid of a strain gauge mounted on the lever arm of the clamp roller freewheel carrier, the pedal torque can thus be recorded and processed.
Wird die Tretkurbel rückwärts gedreht, bewegt sich das Sonnenrad bei nun feststehendem Hohlrad in die Gegenrichtung. Der Klemmrollenfreilauf gibt das Sonnenrad frei. Die Planetenräder drehen rückwärts ohne Drehmomentübertragung. Wird das Hohlrad bei feststehendem Planetenradträger in Antriebsrichtung bewegt, gibt der Klemmrollenfreilauf ebenfalls das Sonnenrad frei. Es entsteht kein Drehmoment am Planetenradträger und damit am Pedal. Der Motor überträgt sein Drehmoment über zwei Zahnriemen und ein Zahnrad auf die Außenverzahnung des Hohlrades. If the pedal crank is rotated backwards, the sun gear moves in the opposite direction when the ring gear is stationary. The clamping roller freewheel releases the sun gear. The planet gears rotate backwards without torque transmission. If the ring gear is moved in the drive direction with a stationary planet carrier, the pinch roller freewheel also releases the sun gear. There is no torque on the planet carrier and thus on the pedal. The motor transmits its torque via two toothed belts and a gear on the external teeth of the ring gear.
Für Radfahren ohne Motorunterstützung kann ein Klemmrollenfreilauf zwischen Motor und Hohlrad angebracht werden. Bei einem Motor mit geringer Masseträgheit des Rotors (wie z. B. ein bürstenloser Außenläufer) kann dieser Freilauf auch entfallen. Die zusätzlich benötigte Energie wird sich in einem Bereich von 1 bis 3 Watt bewegen. Die Masseträgheit liegt im Verhältnis zum Fahrrad im Promillebereich. Ein „Nachschieben" beim Stoppen des Drehens der Tretkurbel wird durch den Freilauf des Sonnenrades verhindert. For cycling without engine assistance, a pinch roller freewheel between the engine and ring gear can be installed. In a motor with low inertia of the rotor (such as a brushless external rotor), this freewheel can also be omitted. The additional energy required will range from 1 to 3 watts. The inertia is in relation to the bicycle in the per thousand range. A "Nachschieben" when stopping the rotation of the pedal crank is prevented by the freewheel of the sun gear.
Auf der zweiten Welle ist neben dem Planetengetriebe das Stirnrad 12 drehbar auf der Welle gelagert, welches im Durchmesser größer ist als das Hohlrad 8. Das Stirnrad 12 kann über einen geeigneten Kupplungs- mechanismus drehsicher mit dem Hohlrad verbunden werden. On the second shaft, in addition to the planetary gear, the spur gear 12 is rotatably mounted on the shaft, which is larger in diameter than the ring gear 8. The spur gear 12 can be connected via a suitable coupling mechanism against rotation with the ring gear.
Eine Möglichkeit, die beiden Zahnräder zu koppeln, ist die Axialverschiebung von im zweiten Stirnrad beweglich angebrachten Stiften. Diese werden durch einen motorischen oder durch Hand angetriebenen Mechanismus in gegenüberliegende Aussparungen im Hohlrad gedrückt. One way to couple the two gears is the axial displacement of pins movably mounted in the second spur gear. These are pressed by a motor or by hand-driven mechanism in opposite recesses in the ring gear.
Die Geschwindigkeit des großen zweiten Zahnrads 12 im entkoppelten Zustand ist kleiner als die des Hohlrades. Dadurch haben die Kupplungsstifte ausreichend Zeit, um die benötigte Position zu erreichen. Das große Zahnrad 12 dreht jetzt mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Hohlrad 8. Das große Zahnrad 12 treibt ein kleines Zahnrad an, das auf der Abtriebs-Hohlwelle drehsicher befestigt ist. Die Drehzahl der Abtriebs- Hohlwelle ist jetzt größer als die Drehzahl des vom Hohlrad angetriebenen Klemmrollenfreilaufs. Das vom Hohlrad angetriebene Zahnrad läuft frei. The speed of the large second gear 12 in the decoupled state is smaller than that of the ring gear. As a result, the coupling pins have sufficient time to reach the required position. The large gear 12 now rotates at the same speed as the ring gear 8. The large gear 12 drives a small gear, which is secured against rotation on the output hollow shaft. The speed of the output hollow shaft is now greater than the speed of the driven by the ring gear pinch roller freewheel. The gear driven by the ring gear is free.
Bei Antrieb von außen über das „Kettenblatt" entkoppelt der Klemmrollenfreilauf auf der Abtriebs-Hohlwelle diese vom restlichen Getriebe im ersten Gang direkt. When driven from the outside via the "chainring", the clamping roller freewheel on the output hollow shaft decouples it directly from the rest of the gearbox in first gear.
Im zweiten Gang (Hohlwelle 8 und großes Zahnrad 12 drehsicher verbunden) dreht der Klemmrollenfreilauf langsamer als die Hohlwelle, ein Blockieren wird verhindert. In the second gear (hollow shaft 8 and large gear 12 rotatably connected) rotates the clamping roller freewheel more slowly than the hollow shaft, blocking is prevented.
Das Hohlrad treibt jetzt über die Planetenräder und das Sonnenrad die Hohlwelle auf der zweiten Achse in die Freilaufrichtung des auf die Hohlwelle wirkenden Klemmrollenfreilaufs. Der Motor wird, falls kein Freilauf montiert ist, in Antriebsrichtung angetrieben. The ring gear drives now via the planet gears and the sun gear, the hollow shaft on the second axis in the freewheeling direction of the force acting on the hollow shaft clamping roller freewheel. The engine is driven in the drive direction, if no freewheel is mounted.
Durch diese Entkopplung von„Kettenblatt" und Pedal kann ein Freilauf im Hinterrad entfallen. Through this decoupling of "chainring" and pedal, a freewheel in the rear wheel can be omitted.
Dies ist allerdings nur zu empfehlen, wenn ein geschlossener Kettenkasten verbaut ist, welcher eine Berührung der mitlaufenden Kette während des Fahrens verhindert. Der Motor kann, falls kein Freilauf zwischen Motor und Hohlrad montiert ist, im zweiten Gang als Generator genutzt werden. However, this is only recommended if a closed chain case is installed, which prevents contact of the moving chain while driving. The engine can, if no freewheel between the engine and ring gear is mounted, are used in the second gear as a generator.

Claims

Patentansprüche; claims;
1. Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor (18) und ein Gehäuse umfasst, in dem der Elektromotor (18) untergebracht ist, wobei die Antriebseinheit weiterhin eine Pedalkurbelwelle (2) mit einem darauf gelagerten Abtriebsflansch (1 1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit weiterhin eine auf einer Achse (19) gelagerte Planetengetriebeeinheit mit Sonnenrad (6), Hohlrad (8), Planeten- radträger (3) und Planetenräder (5) umfasst, wobei der Planetenradträger (3) der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) mit der Pedalkurbelwelle (2) drehmomentübertragend verbunden ist und wobei das Hohlrad (8) der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) über Kupplungsmittel (14) mit dem Abtriebsflansch (1 1) wahlweise in Drehmoment-übertragende Verbindung gebracht werden kann. 1. Drive unit for an electrically assisted bicycle, wherein the drive unit comprises an electric motor (18) and a housing, in which the electric motor (18) is housed, wherein the drive unit further comprises a pedal crankshaft (2) with a driven flange mounted thereon (1 1) comprises, characterized in that the drive unit further comprises a mounted on an axis (19) planetary gear unit with sun gear (6), ring gear (8), planetary (3) and planet gears (5), wherein the planet carrier (3) of the planetary gear unit (6, 8, 3, 5) with the pedal crankshaft (2) is connected torque transmitting and wherein the ring gear (8) of the planetary gear unit (6, 8, 3, 5) via coupling means (14) with the output flange (1 1) optionally in Torque-transmitting connection can be brought.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmittel (14) Bestandteil eines steuerbaren Freilaufs (13, 14) sind. 2. Drive unit according to claim 1, characterized in that the coupling means (14) are part of a controllable freewheel (13, 14).
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) mit dem Elektromotor (18) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Drive unit according to claim 1 or 2, characterized in that the planetary gear unit (6, 8, 3, 5) with the electric motor (18) is arranged in a common housing.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit weiterhin ein Motorgetriebe (15, 16, 17) zur Verbindung des Elektromotors (18) mit der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) aufweist, wobei das Motorgetriebe (15, 16, 17) mit dem Elektromotor (18) in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Drive unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the drive unit further comprises a motor gear (15, 16, 17) for connecting the electric motor (18) with the planetary gear unit (6, 8, 3, 5), wherein the motor gear ( 15, 16, 17) is arranged with the electric motor (18) in the common housing.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehmomentübertragenden Komponenten zwischen Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) und Abtriebsflansch (1 1) als mindestens 2-stufiges, schaltbares Stirnradgetriebe ausgebildet sind. Drive unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the torque-transmitting components between planetary gear unit (6, 8, 3, 5) and output flange (1 1) are designed as at least 2-stage, switchable spur gear.
Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Stellglied vorhanden ist, das zur Umschaltung zwischen den Getriebestufen des mindestens 2-stufigen, schaltbaren Stirnradgetriebes dient. Drive unit according to claim 5, characterized in that an electric actuator is provided, which serves for switching between the gear stages of the at least 2-stage, switchable spur gear.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Messung des am Sonnenrad (6) der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) anliegenden Drehmoments vorhanden sind sowie Mittel zur Ansteuerung und/oder Regelung des Elektromotors (18) in Abhängigkeit des gemessenen Drehmoments. Drive unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that there are means for measuring the torque applied to the sun gear (6) of the planetary gear unit (6, 8, 3, 5) are and means for controlling and / or regulating the electric motor (18) in dependence of the measured torque.
8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum Elektromotor (18) während der Betätigung der Kupplungsmittel (14) vorhanden sind. 8. Drive unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that means for interrupting the power supply to the electric motor (18) during the actuation of the coupling means (14) are present.
9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Signalmittel vorhanden sind, die zwecks Signalisierung einer bevorstehenden Pedaldrehzahländerung vor der Betätigung der Kupplungsmittel (14) auslösbar sind. 9. Drive unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that signal means are provided, which are for the purpose of signaling an imminent pedal speed change before actuation of the coupling means (14) can be triggered.
10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung einer Rücktrittbremsfunktion angeordnet sind. 10. Drive unit according to one of claims 1 to 9, characterized in that means for generating a coaster brake function are arranged.
1 1. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung der Antriebseinheit so gewählt ist, dass die Zähnezahl eines im Hinterrad des Fahrrads verbauten Ritzels gleich ist dem Raddurchmesser des Fahrrads in Zoll. 1 1. Drive unit according to one of claims 1 to 10, characterized in that the ratio of the drive unit is selected so that the number of teeth of a built-in the rear wheel of the pinion is equal to the wheel diameter of the bicycle in inches.
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