NL8901981A - Elektromotorische hulpaandrijving voor rijwielen. - Google Patents

Description

Blektromotorische hulpaandrij ving voor rijwielen

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op eeninrichting volgens de aanhef van conclusie 1.

Rijwielen die zijn uitgerust met een elektromoto¬rische hulpaandrijving zijn op zich bekend, doch bestaat bijde inrichtingen van deze soort altijd het probleem dat decapaciteit van een batterij met een mee te voeren grootterelatief snel uitgeput raakt. Aan de uitvinding ligt daaromde opgave ten grondslag een bij te schakelen motoraandrij-ving te verschaffen die bij een gegeven batterijcapaciteiteen grotere actieradius toelaat, een eenvoudige bouw heeften door middel van een relatief goedkope schakeling kan wor¬den gestuurd.

De oplossing van deze opgave geschiedt overeenkom¬stig de uitvinding door de in het kenmerk van de hoofdcon¬clusie en in de onderconclusies nader omschreven maatrege¬len.

De uitvinding brengt het voordeel met zich mee dathet van de motor afgegeven draaikoppel, dat ongeveer even¬redig is met de motorstroom, op een voorafbepaalde hoogstewaarde wordt vastgelegd. Het draaikoppel is zodanig afge¬stemd dat in de regel de gebruiker van het rijwiel niet vol¬ledig bevrijd is van de door hem zelf op de pedalen over tebrengen trapverrichting, doch door de motoraandrijving ont¬last wordt van een groot deel van zijn eigen krachtinspan¬ning. Dit geschiedt overeenkomstig de uitvinding doordat ineen begrenzingsschakeling voor de motorstroom is voorziendie ook het maximale draaikoppel van de motor vastlegt. Opvoordelige wijze is de motor als een gelijkstroomshuntmotor,waarvan het toerental bij een verhoging van het draaikoppelslechts onbeduidend afneemt. Wordt bij een motor van deze soortniet in een stroombegrenzing voorzien, dan neemt weliswaarhet motortoerental en daarmee de rijsnelheid bij een zuivere mctoraandrijving van het rijwiel door een toenemende belas¬ting nauwelijks af, maar de motorstroom neemt in toenemendemate toe, zodat de batterij snel uitgeput is. De overeenkom¬stig de uitvinding voorgeschakelde motorstroombegrenzingverhindert dit effect echter en laat slechts een binnen eenbetrekkelijk breed bereik nagenoeg constant draaikoppel toe.Daardoor wordt echter een aanzienlijke trapkrachtondersteu-ning gegeven, waardoor de rijwielbestuurder in vele situa¬ties (tegenwind, bergopwaarts rijden, meevoeren van lasten)in aanzienlijk mindere mate een eigen trapkracht bij de doorhem aangedreven snelheid moet opbrengen. Anderzijds wordtde door de batterijcapaciteit bepaalde actieradius aanzien¬lijk verhoogd. Op grond van deze werking van de motorstuur-schakeling is het dus niet mogelijk het toerental van deelektromotor op een streefwaarde in te stellen, veeleer stelthet toerental zich zo in dat de rijweerstand door een samen¬werking van motor- en spierkracht juist wordt overwonnen.Aanvullend dient een gebruikelijke transmissieschakelingdaarvoor het pedaal- en het motortoerental bij een verande¬ring van de rijsnelheid binnen het optimale bereik te handha¬ven. Ter vermijding van de verplichting een valhelm te dra¬gen wordt de overbrenging zo gekozen dat boven de toelaatbarehoogste snelheid van 20 km/u de motor geen draaikoppel meerafgeeft. Bij voorkeur is in een batterijspanning van 24 Vvoorzien, waarbij een stroombegrenzing bij ongeveer 6 Aplaats vindt. Een verder voordeel van de stroombegrenzing isdat de motor tegen een oververhitting door een blokkeringbeschermd is en dat de in het drijfwerk werkzame krachtenaanzienlijk worden gereduceerd.

Een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding is inde tekeningen weergegeven en wordt hierna nader beschreven.Getoond worden in:

Fig. 1 een principeschema van de elektromotor metdaaraan gekoppeld het drijfwerk,

Fig. 2 een principeschema van het reductiedrijfwerk,Fig. 3 het schakelschema van de motorsturing,

Fig. 4 en 5 grafieken van het motorstroomverloop enFig. 6 een totaalaanzicht van het rijwiel.

Overeenkomstig fig. 1 drijft een shuntmotor 1, diebijvoorbeeld als een door een permanente magneet bekrachtig¬de collectormotor kan zijn uitgevoerd, een drijfwerk 2 aanwaarvan de aandrijfas 3 met een vrijloopinrichting is ver¬bonden.

In fig. 2 is de uitvoering van het drijfwerk 2 na¬der weergegeven. De rotoras 4 van de elektromotor 1 is aanzijn in het drijfwerk stekende einde als een worm 5 metveelvoudig schroefdraad met een hoge spoed uitgevoerd, waar¬in het wormwiel 6 aangrijpt. Deze uitvoering staat het toedat in het bijzondere geval (terugloop) de worm 5 vanaf hetwormwiel 6 aangedreven kan worden. Op de as 7 van het worm¬wiel 6 bevindt zich een recht tandwiel 8 dat tezamen met eenrecht tandwiel 9 de tweede drijfwerktrap vormt. Het rechter-tandwiel 9 is op de afdrijfas 3 van het drijfwerk geplaatstdie uit het drijfwerkhuis naar buiten wordt gevoerd.

Het drijfwerkhuis is bij voorkeur met een duurzaamsmeermiddel gevuld. Het drijfwerk bezit een totaalrendementvan ongeveer 0,7.

Op de afdrijfas 3 bevindt zich een vrijloopkoppe-ling 10 met een kettingwiel 11 die, bijvoorbeeld via eentussenketting, met de pedaalas wordt verbonden. De vrijloop-koppeling 10 maakt het mogelijk dat het motortoerental methet pedaaltoerental te overtreffen, zonder dat de motor enhet drijfwerk meegedraaid moeten worden. Een verdere vrij-loopkoppeling is in het gegeven geval binnenin de, niet ge¬toonde, pedaalas noodzakelijk om bij een aandrijving van hetrijwiel uitsluitend door de motor het meelopen van de pedalente verhinderen.

De verdere opbouw van het rijwiel komt overeen meteen zodanig algemeen gebruikelijke uitvoering waarbij bijvoorkeur in een meergangsschakeling (naafschakeling) moetworden voorzien. De batterijen en de stuurelementen wordenbij voorkeur zijdelings van het achterwiel met een zo laagmogelijk liggend zwaartepunt in vast of verwijderbaar aange¬brachte houders, zoals bagagetassen, geplaatst. De sturingvan de motor kan bijvoorbeeld geschieden volgens het uit fig.3 blijkende principe. Daarbij wordt de grootte van de van de batterij 22 afgenomen stroom aan een meetweerstand 20 af¬genomen en aan een operationele versterker 21, waaraan eenR-C-element is gekoppeld, toegevoerd. Afhankelijk van hoegroot de van de elektromotor 1 opgenomen stroom is, wordtdoor de operationele versterker 21 via een invertorschake-ling 24 het schakelelement 23 geopend of gesloten, zodat eenbelastingafhankelijke intervalschakeling voor de motorstroomwordt verkregen. Daarbij is de schakeling zodanig ingerichtdat de tijdsduur van het uitschakelinterval altijd constantblijft en slechts de inschakelduur van de motor belastingaf¬hankeli jk verandert. Overeenkomstige grafieken volgens defiguren 4 en 5 laten deze werkingswijze zien. Daarbij toontfig. 4 de verhouding tussen de in- en uitschakelduur bij eenhoog motortoerental met uitschakelintervallen van telkensconstante tijdsduur. De grafiek volgens fig. 5 wordt bij eenlaag motortoerental verkregen.

Het schakelelement 23 is bij voorkeur als een veld-effecttransistor (MOSFET) uitgevoerd en samen met andereelektronische bouwelementen op een plaat geplaatst die ineen de batterij opnemende behuizingskast is ondergebracht.Deze in verband met de stevigheid bij voorkeur van metaalvervaardigde behuizing kan als koelvlak voor de elektronika-bouwelementen worden uitgevoerd die dan in rechtstreekswarmtecontact met tenminste een deel van het behuizingsvlakworden geplaatst en hun verlieswarmte hoofdzakelijk doorwarmtegeleiding aan het behuizingsvlak afgeven.

In fig. 6 is de plaatsing van de hulpaandrijvingaan een rijwiel van een gebruikelijke bouwsoort weergegeven.De elektromotor 1 en het drijfwerk 2 zijn tezamen gekoppelden aan het frame 30 van het rijwiel bevestigd, waarbij debeide delen met betrekking tot het zwaartepunt van het rij¬wiel zo diep gelegen als mogelijk zijn aangebracht. Om diereden is het drijfwerk 2 zodanig ingebouwd dat zijn afdrijf-as 3 met de daarop bevestigde vrijloopkoppeling 10 bovende motor is aangebracht. Het kettingwiel 11 is via de tussen-ketting 31 met de pedaalaandrijving verbonden waarin een ver¬dere vrijloopkoppeling is ingebouwd. De batterijkasten 32zijn aan beide zijden van het achterwiel diep gelegen aange- bracht en elk van een deksel 33 voorzien waarin de stuur-elektronika en een laadinrichting zijn ondergebracht. Degeringe afmetingen van de elektromotor, waarvan het uitgangs-vermogen ongeveer 100 W kan bedragen, en van het drijfwerkhinderen de normale pedaalbediening op generlei wijze.

Claims (6)

1. Elektromotorische hulpaandrijving voor rijwielenen dergelijke, omvattende een batterijgevoede elektromotormet een daaraan gekoppeld reductiedrijfwerk en die isuitgevoerd om aan de normale pedaalaandrijving te worden bij- > geschakeld, met het kenmerk, dat de elektromotor (1) eenshuntkarakteristiek bezit, de elektromotor (1) via eenstroombegrenzingsschakeling kan worden gestuurd en dat hetreductiedrijfwerk (2) tweetraps met tenminste een worm-aandrijving met veelvoudig schroefdraad met grote spoed(5, 6) is uitgevoerd en via tenminste één vrijloopkoppeling(10) rechtstreeks de pedaalas in beweging zet.

2. Hulpaandrijving volgens conclusie 1, met hetkenmerk, dat aan de afdrijfas (3) van het drijfwerk de vrij-loopkoppeling (10) is aangebracht, teneinde het meedraaienvan de motor en het drijfwerk bij een pedaalaandrijving teverhinderen en dat in een verdere vrijloopkoppeling is voor¬zien om het meedraaien van de pedalen bij motorbedrijf teverhinderen.

3. Hulpaandrijving volgens conclusie 1 of 2, methet kenmerk, dat het reductiedrijfwerk een rendement vanongeveer 0,7 heeft en als eerste drijftrap een wormaandrij-ving (5, 6) bezit die een niet-zelfremmende worm (5) metveelvoudig schroefdraad met grote spoed met een bijbehorendwormwiel (6) met een relatief geringe diameter omvat, en datals tweede drijftrap in een drijfwerk met rechte tandwielen(8, 9) is voorzien.

4. Hulpaandrijving volgens één der conclusies 1t/m 3, met het kenmerk, dat het door de elektromotor (1) af-gegeven vermogen door een stroombegrenzingsschakeling regel¬baar is, door middel waarvan de stroomsterkte van de van debatterij afgenomen stroom meetbaar is en via een aan de meet-inrichting gekoppeld vermogensschakelelement (23) interval-gewijs in- en uitschakelbaar is.

5. Hulpaandrijving volgens conclusie 4, met hetkenmerk, dat het vermogensschakelelement (23) een veldeffect- transistor (MÖSFET) is.

6. Hulpaandrijving volgens conclusie 4 of 5, methet kenmerk, dat de grootte van de van de batterij afgenomenstroom door een operationele versterker (21) kan worden af¬getast waaraan een tijdschakelelement met een bij voorkeurvaststaande, voorafbepaalde tijdconstante is bijgeplaatsten dat bij het bereiken van een voorafbepaalde grenswaardevan de batterijstroom binnen de door het tijdschakelelementvoorafbepaalde tijdruimte de stroomtoevoer naar de elektro¬motor (1) door het vermogensschakelelement (23) kan wordenuitgeschakeld.