LU102866B1 - Elektrisch-elektronisches Bike (EE-Bike) - Google Patents

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LU102866B1
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Ulrich Klose
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Ulrich Klose
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Abstract

Der Elektrisch-elektronische Antrieb ersetzt den üblichen Kettenantrieb bei Fahrrädern und ähnlichen Transportmitteln. Zwei elektrische Synchronmaschinen ersetzen den Kettenantrieb, eine für die Tretkurbel als Generator und die andere als Motor. Beide Maschinen können auch in der Hinterradnabe konzentrisch eingebaut werden. Eine Kontrolleinheit steuert alle Funktionen, die Batterie miteingeschlossen. Die Erfindung resultiert in einem neuen und ansprechenden Erscheinungsbild des Fahrrads ohne Schmutzverstecke und störende Verkabelung.

Description

Elektrisch-elektronisches Bike
LU102866
TITEL: EE-Bike
BESCHREIBUNG
Die Patentanmeldung hat zum Ziel alle mechanischen Kraftübertragungs-, Getriebe- und
Schaltfunktionen eines Fahrrads mit elektrisch-elektronischen zu ersetzen und damit zu vereinfachen.
Die Patentanmeldung besteht aus einem elektromagnetischen Antrieb mit 2 Synchronmaschinen, einem Generator und einem Motor und dazu gehôrenden elektronischen Steuerfunktionen, Sensoren und Anzeigen. Alle Funktionen und Schaltelemente werden von einem Mikroprozessor mittels
Firmware, Gebern und Sensoren gesteuert. So weit wie môglich bestehen alle Schaltelemente aus
Halbleitern.
Zu der Patentanmeldung gehören 2 Ausführungen. In der ersten Ausführung für gängige Fahrräder sind die beiden Maschinen getrennt, eine befindet sich im Tretlager und die andere in der
Hinterradnabe (Abbildung 1). In der zweiten Ausführung für das Universalfahrrad sind beide
Maschinen in der Hinterradnabe konzentrisch integriert (Abbildung 2). Mit Ausnahme von Schalter (1) haben beide Ausführungen identische Schalt- und Steuerungsfunktionen.
In der ersten Ausführung sind die Generator- und Motormaschinen mittels eines elektronischen
Schalters (Abbildung 3) miteinander gekoppelt. Der Schalter hat 3 Stellungen. In der ersten ,Anfahren* sind die Maschinen elektrisch miteinander verbunden und die Tretlagermaschine (A) treibt die Nabenmaschine (B) in der Nabe synchron an. Diese Stellung benötigt keine Unterstützung einer
Batterie und erlaubt das Anfahren wie bei einem gewôhnlichen Fahrrad. Die elektrische
Zusammenschaltung ersetzt die Fahrradkette.
Ein Frequenzsensor im Schalter stellt beim Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit, zirka 4-5
Km/h, automatisch auf Stellung 2 „Automatisch“ um. Die direkte Verbindung wird getrennt und die
Maschinen werden mit der elektronischen Steuerung samt Batterie verbunden.
Stellung 3 ist für das „Bremsen“. Der Gleichrichter regelt die Bremswirkung im Verhältnis zum Geber.
Die elektronische Steuerung (Abbildung 4) besteht aus: 1) Dem Schalter (1) für obige 3 Stellungen. 2) Einem Gleichrichter (2), der den Wechselstrom der Tretlagermaschine (A) in Gleichstrom umwandelt und diesen in die Batterie (4) und den Leistungsverteiler (5) einspeist. Beim
Bremsen wird die Bremsenergie der Nabenmaschine (B) abhängig von der Bremsstärke in die Batterie (4) gespeist. Je stärker das Bremsen desto mehr Strom fließt in die Batterie (4). 1
Elektrisch-elektronisches Bike
Die Drehfrequenz der beiden Maschinen wird an die Frequenzsteuerung (5) übermittelt und LU102866 diese steuert dann den Schalter (1). 3) Dem Leistungsverteiler (4) der die Leistung regelt, die dem Wechselrichter (6) und damit der
Nabenmaschine (B) zur Verfügung gestellt wird. Die Leistung setzt sich aus der Tretkraft und der unterstützenden Batterieleistung zusammen. Die gewünschte Tretkraft wird über den
Geber (D) an der Lenkstange stufenlos eingestellt. 4) Der Frequenzsteuerung (5), die die Ubersetzungsfunktion eines stufenlosen Getriebes übernimmt, indem sie die Nabenfrequenz aus der Tretfrequenz und der gewünschten
Übersetzung digital berechnet und an den Wechselrichter (6) weiterleitet. Die gewünschte
Übersetzung wird über den Geber (E) an der Lenkstange stufenlos gewählt. 5) Dem Wechselrichter (6), der die Frequenz übernimmt und mit dem resultierenden
Wechselstrom die Nabenmaschine (B) antreibt.
Die Elektronik tiberwacht und steuert weitere Funktionen: 1) In Schalterstellung 3 wird mit dem Bremsgeber (C) über die Frequenzsteuerung (5) und den
Gleichrichter (2) die gewünschte Bremskraft bis zur Vollbremsung gewählt. 2) Wenn der Fahrer aufhört zu treten, wird über die Schalterstellung 3 die dynamische Energie aus der Nabenmaschine (B) zum Laden der Batterie (3) genutzt. Die Frequenzsteuerung (5) verringert die Geschwindigkeit kontinuierlich, wie beim Auslaufen eines gewöhnlichen
Fahrrades. Diese Funktion kann beim Bergabfahren abgeschaltet werden, um eine konstante
Geschwindigkeit beizubehalten.
In der zweiten Ausführung sind beide Maschinen konzentrisch in der Nabe angeordnet. Abbildung (5) zeigt die Maschinen im vereinfachten Radialschnitt der Nabe. Abbildung (6) ist der Axialschnitt des
Nabenantriebes. Das geringfügig veränderte Blockschaltbild ist in Abbildung (7) eingezeichnet. Die
Funktion des einfachen Schalters (1) ist die Durchleitung der dynamischen Energie von der
Nabenmaschine (B) erst zum Gleichrichter (2) und dann zur Batterie (3). Dieser Zustand tritt beim
Bremsen und beim Pausieren des Tretens ein.
Die zweite Ausführung erlaubt den Einbau eines mechanischen Freilaufs in die Nabe, bei dem sich die Zusammenschaltung beider Maschinen beim „Anfahren“ erübrigt.
Die Patentanmeldung ist eine Erweiterung des Patents Universalfahrrad LU101703 und der
Patentanmeldungen Drehmomentverstärker LU102370 und Elektromagnetischer Antrieb LU 102734. 2
Elektrisch-elektronisches Bike
LU102866
BEDEUTUNG DER ERFINDUNG
Das E-Bike und das U-Bike machen die Leistungsübertragung mit Ketten und mechanische
Schaltungen überflüssig. Für Fahrräder ist es ein Paradigmenwechsel. Man kann die Erfindung dem
Unterschied zwischen Elektro- und Verbrennungsmotoren bei Autos gleichstellen: e Weniger Bauteile e Lange Lebensdauer dank weniger Verschleiß e Kaum Wartung und Reparaturen ¢ Wegfall von freiliegenden und schmutzempfindlichen Ketten, Zahnrädern und Schaltungen e Geringere Verschmutzungs- und Verletzungsgefahr für die Radfahrer e Die Kosten für die mechanische und elektrische-elektronische Ausstattung sind gering im
Vergleich zu E-Bikes, da die Synchronmaschinen mit ihren Schaltkreisen und
Steuerungselementen einfach herzustellen, einzubauen und zu verkabeln sind. 3

Claims (10)

  1. Elektrisch-elektronisches Bike TITEL: EE-Bike 102068 PATENTANSPRÜCHE: Die elektrisch-elektronischen Antrieb ist in erster Linie für Fahrräder und ähnliche Transportmittel vorgesehen. Das Patent hat zum Ziel mechanische Kraftübertragungs-, Getriebe- und Schaltfunktionen eines Fahrrads mit elektrisch-elektronischen zu ersetzen und damit zu vereinfachen.
    1. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Fahrradkette und Kettenräder durch zwei Synchronmaschinen mit Permanentmagneten ersetzt werden.
  2. 2. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenläufermaschine im Tretlager integriert ist und eine Außenläufermaschine in der Hinterradnabe. Wenn sich die Tretkurbel in der Hinterradnabe befindet, sind beide Maschinen konzentrisch in der Nabe angeordnet.
  3. 3. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlagermaschine als Generator arbeitet und die Nabenmaschine als Motorantrieb. Zum Anfahren werden die zwei Maschinen direkt elektrisch miteinander verbunden.
  4. 4. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom der Tretlagermaschine in Gleichstrom umgewandelt und teils in der Batterie gespeichert wird und teils dem Wechselrichter zugeführt wird.
  5. 5. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Frequenzsteuerung die Übersetzungsfunktion eines stufenlosen Getriebes übernimmt, indem sie die Frequenz für den Wechselrichter aus der Tretfrequenz und der gewünschten Übersetzung digital berechnet.
  6. 6. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Leistungsverteiler den an den Wechselrichter abgegebenen Strom steuert, indem er den gewünschten Anteil der Batterieunterstützung zur Tretkraft addiert.
  7. 7. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Ruhen oder Pausieren des Tretgenerators die Bewegungsenergie des Fahrrades der Batterie zugeführt wird. Dabei arbeitet der Nabenmotor als Generator.
  8. 8. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass beim Bremsen die Frequenzsteuerung abhängig von der Stellung eines manuellen Gebers die Bremswirkung über den Gleichrichter steuert.
  9. 9. Die Erfindung ist durch Synchronmaschinen mit Permanentmagneten och hohem Wirkungsgrad gekennzeichnet, die Baugröße und Eisen- und Kupferverluste minimieren.
  10. 10. Die Erfindung resultiert in einem neuen und ansprechenden Erscheinungsbild des Fahrrads und ähnlicher Transportmittel. 1
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