WO2020165235A1 - Antriebsvorrichtung für ein elektrofahrrad mit einem elektromotor mit einer zu einer rotationsachse eines sonnenrades koaxialen rotorwelle - Google Patents

Antriebsvorrichtung für ein elektrofahrrad mit einem elektromotor mit einer zu einer rotationsachse eines sonnenrades koaxialen rotorwelle Download PDF

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WO2020165235A1
WO2020165235A1 PCT/EP2020/053571 EP2020053571W WO2020165235A1 WO 2020165235 A1 WO2020165235 A1 WO 2020165235A1 EP 2020053571 W EP2020053571 W EP 2020053571W WO 2020165235 A1 WO2020165235 A1 WO 2020165235A1
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shaft
drive device
gear
rotor shaft
gear stage
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PCT/EP2020/053571
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Christfried Weigel
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Brose Antriebstechnik GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Berlin
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • 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
    • 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

Definitions

  • the proposed solution relates in particular to a drive device for an electric bicycle.
  • Such a drive device has a bottom bracket shaft via which a drive torque generated by a rider of the electric bicycle can be introduced and on which pedals are provided for this purpose.
  • a drive torque introduced on the bottom bracket shaft and / or a torque generated by an electric motor is then transmitted to a wheel, usually a rear wheel of the electric bicycle, via an output shaft of the drive device to be coupled to a wheel of the electric bicycle.
  • the bottom bracket shaft and the output shaft are coupled to one another via the superposition gear, with a torque generated by a first electric motor of the two electric motors being at least partially transferable to the output shaft.
  • a transmission ratio is continuously adjustable via the second electric motor of the two electric motors, so that the electric bike can be accelerated via a drive torque of the first electric motor without having to turn the bottom bracket shaft faster or with greater force.
  • the second electric motor is also used in this way Support of the torque generated by the first electric motor and can rotate a rotor shaft in different directions of rotation depending on the transmission ratio.
  • a drive device for an electric bicycle with a comparable superimposed gear and two electric motors is known from EP 2 218 634 A1, for example.
  • a torque generated by the first electric motor can be at least partially transmitted to an output shaft via a pinion connected non-rotatably to a first rotor shaft, in that the rotor shaft-side pinion meshes with an external toothing of a ring gear of the planetary gear stage.
  • An additionally provided second electric motor is connected to a sun gear of the planetary gear set via a further gear stage. Via the respective gear stages between the rotor shafts of the electric motors and the ring gear on the one hand and the sun gear on the other hand, a gear ratio to slow speed is provided.
  • EP 2 218 634 A1 expressly provides certain transmission ratios in order to be able to achieve certain drive characteristics of the proposed drive device.
  • the proposed solution is based on the object of further improving a drive device for an electric bicycle.
  • a torque generated by the first electric motor can at least partially be transmitted to the output shaft of the drive device in that a rotation of the first rotor shaft can be transmitted via at least one, in particular precisely one, gear stage to a ring gear of the planetary gear stage of the superposition gear, and a second rotor shaft of the second electric motor runs coaxially to an axis of rotation of a sun gear of the planetary gear set.
  • a shaft axis of the second rotor shaft of the second electric motor is not parallel to the axis of rotation of the sun gear of the planetary gear set and thus parallel to the transmission axis of the planetary gear set. Rather, the rotor shaft runs coaxially to the axis of rotation and is therefore assigned to one and the same shaft train within the drive device. This allows a more compact design of the drive device. This also allows a There is no gear stage between the second rotor shaft and the sun gear to which a torque of the second electric motor is to be transmitted.
  • the sun gear can consequently be driven by the second rotor shaft.
  • the sun gear is connected to the second rotor shaft in a rotationally fixed manner, in particular formed on the second rotor shaft.
  • a speed of the sun gear corresponds to a speed of the second rotor shaft assigned to the second electric motor.
  • a separate sensor system for detecting a rotational position of the second rotor shaft can then also be dispensed with, since the speed of the second rotor shaft corresponds to the speed of the sun gear.
  • a variant of the proposed solution provides, against the background of the coaxial arrangement of the sun gear and the second rotor shaft, that the drive device has three shaft axes, namely a first shaft axis, a second world axis and a third shaft axis, the bottom bracket shaft and the output shaft being rotatable about the first shaft axis are, while the second rotor shaft about the second shaft axis and the first rotor shaft are rotatable about a third shaft axis.
  • the second, supporting electric motor is consequently assigned to the second shaft axis or the second shaft train and is therefore arranged on the gear axis of the planetary gear set or, in other words, the planetary gear axis.
  • this second shaft axis is located between the first shaft axis and the second shaft axis.
  • the individual shaft axes and the shaft trains defined thereby typically run parallel to one another.
  • the three shaft axes can be arranged lying in a common plane. However, this is not mandatory, so that, in particular for a more compact arrangement of the components of the drive device within or on a housing of the drive device, the parallel shaft axes can also run offset to one another.
  • the ring gear can in principle have internal teeth for meshing with planet gears of the planetary gear set and external teeth for transmission of the rotation of the first rotor shaft to the ring gear.
  • the first electric motor consequently transmits its torque to accelerate the output shaft (and thus to accelerate the drive device installed as intended) Electric bicycle) via the external teeth of the ring gear, which meshes with the planetary gears of the planetary gear stage via internal teeth.
  • the at least one gear stage via which a rotation of the first rotor shaft can be transmitted to the ring gear of the planetary gear stage, is designed as a spur gear stage.
  • the at least one gear stage can be designed with a traction drive. This includes in particular that the at least one gear stage is designed as a toothed belt gear stage.
  • the drive device has at least one further gear stage for the transmission of a torque from the ring gear to the output shaft.
  • this at least one additional gear stage translates into slow speed, that is, the at least one additional gear stage translates a rotation of the ring gear at a first speed into a rotation of the output shaft at a second speed that is lower than the first speed of the ring gear.
  • the translation into slow speed can also be implemented via exactly one further gear stage between the ring gear and the output shaft.
  • At least one gear stage is provided for the transmission of a torque generated by the bottom bracket shaft to the planetary gear stage.
  • the bottom bracket shaft is coupled to a planetary gear carrier of the planetary gear via this gear stage.
  • This gear stage assigned to the bottom bracket shaft is consequently different from the gear stage via which a rotation of the first rotor shaft can be transmitted to the ring gear of the planetary gear stage.
  • Figure 2 is a front view of the drive device of Figure 1;
  • FIG. 2A shows a sectional illustration of the drive device of FIGS. 1 and 2 along the section line A-A of FIG. 2;
  • Figure 3 shows a drive device illustrating a
  • Overlay gear that couples a bottom bracket shaft with an output shaft and whose transmission ratio is continuously adjustable via two electric motors.
  • FIG. 3 shows a drive device V for an electric bicycle.
  • the components of a superposition gear UG and two electric motors E1 and E2 are housed in a housing G, which is to be attached to a frame of the electric bicycle.
  • the electric motors E1 and E2 can be designed in the same way, that is, for example, with the same power and the same dimensions.
  • the drive device V further comprises a pedal bearing shaft T to be connected to pedals, on which pedal holders Ta and Tb are provided. By rotating the bottom bracket shaft T about its longitudinal axis, a rider of an electric bicycle that is equipped with the drive device V can introduce a drive torque.
  • the bottom bracket shaft T protrudes through the housing G so that the pedal holders Ta and Tb protrude on both sides of the housing G.
  • a rotation of the bottom bracket shaft T is translated into a rotation of an output shaft AT via the superposition gear UG.
  • the output shaft AT is connected non-rotatably to a first coupling part K on the shaft side.
  • the shaft-side, first coupling part K has, for example, a chain wheel or a belt pulley and is connected via a power transmission link, for example a chain or a belt, to a wheel-side, second coupling part, for example in the form of a chain wheel or a belt pulley, connected to a Drive the rear wheel of the electric bike.
  • a transmission ratio of the transmission gear UG can be continuously adjusted using the two electric motors E1 and E2.
  • a first electric motor E1 can generate a torque that can at least partially be transmitted to the output shaft AT in order to drive the electric bicycle with the assistance of an electric motor.
  • the electric motors E1 and E2 each drive a rotor shaft R1 or R2 assigned to them.
  • the bottom bracket shaft T, the output shaft AT and the rotor shafts R1 and R2 are coupled to one another via the multi-stage superposition gear UG.
  • the superposition gear UG comprises several gear stages, here in the form of spur gear stages ST1 to ST4, and a planetary gear stage P.
  • the planetary gear stage P is designed with three shafts and, in addition to a sun gear S, comprises a planetary gear carrier PT with several planetary gears PR and a rotatable ring gear H.
  • the bottom bracket shaft T, the output shaft AT and the (second) rotor shaft R2 assigned to the second electric motor E2 are arranged coaxially to one another.
  • the (first) rotor shaft R1 of the first electric motor E1 runs parallel to this.
  • the bottom bracket shaft T is connected to a first coupling shaft KW1 in a torque-transmitting manner via a first spur gear stage ST1 of the superposition gear UG.
  • This first coupling shaft KW1 is connected to the planetary gear carrier PT of the planetary gear stage P.
  • the output shaft AT is in turn connected via a second spur gear stage ST2 to a second coupling shaft KW2, which is connected to the ring gear H in a rotationally fixed manner.
  • the second, supporting electric motor E2 transmits a torque via its second rotor shaft R2 with the aid of a third spur gear stage ST2 to a third coupling shaft KW3 that supports the sun gear S.
  • a translation into slow speed is provided via the illustrated translation of the third spur gear stage ST3.
  • a torque generated by the first electric motor E1 is in turn transmitted to the ring gear H via its first rotor shaft R1 with the aid of a fourth spur gear stage ST4.
  • the first rotor shaft R1 of the first electric motor E1 is accordingly connected (via the ring gear H) to transmit torque to the output shaft AT.
  • a power split on the output side is therefore provided in the drive device V shown.
  • the first electric motor E1 can be used to generate a torque to accelerate the output shaft AT and thus to accelerate the electric bicycle.
  • the second electric motor E2 is controlled with the aid of control electronics SE of the drive device V as a function of the speed of the first electric motor E1 or its rotor shaft R1.
  • This is the transmission ratio of the superposition gear UG is variably adjustable and an output torque made available on the output shaft AT and transmitted to the shaft-side coupling part K can be varied by an electric motor without a rotational speed of the bottom bracket shaft T having to change.
  • the direction of rotation of the second rotor shaft R2 can in principle also change.
  • a variant of a drive device V shown in FIGS. 1, 2 and 2A provides that the rotor shaft R2 of the supporting, second electric motor E2 is arranged coaxially with the sun gear S of the planetary gear set P.
  • the sun gear S is formed on the second rotor shaft R2 of the second electric motor E2.
  • the drive device V can accordingly be more compact.
  • the variant embodiment of FIGS. 1, 2 and 2A also provides that the first electric motor E1 transmits a torque to an external toothing AR of the ring gear H via its first rotor shaft R1 and the spur gear stage ST4.
  • the ring gear R which meshes with the planetary gears PR of the planetary gear stage P via internal gearing IR, is correspondingly non-rotatably connected to the coupling shaft KW2 in the variant of Figures 1, 2 and 2A, so that the ring gear H turns into a rotation of the output shaft via the spur gear stage ST2 AT can be implemented.
  • a transmission ratio of the spur gear stage ST1 is, for example, in the range from -7 to -3, in particular -6, while a transmission ratio of the spur gear stage ST2 is, for example, in the range from -2 to -4, in particular -2.6.
  • a transmission ratio in the range from -10 to -6 in particular, is for example of -7.8 provided.
  • a stationary gear ratio of the drive device V shown is, for example, in the range from -10 to -6, in particular -8.
  • first, second and third shaft axes A1, A2 and A3 are arranged lying in a common plane by way of example.
  • a first shaft axis A1 of the bottom bracket point T and the output shaft AT, defining a first shaft train lies in the same plane as a second shaft axis A2 of the second rotor shaft R2 (and thus the transmission axis of the planetary gear set P) and the third shaft axis A3 of the first rotor shaft R1 .
  • this is not mandatory.
  • the shaft axes A1, A2 and A3, which run parallel to one another, can be arranged at corner points of a virtual triangle in a front view according to FIG.

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Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Antriebsvorrichtung (V) für ein Elektrofahrrad, mit • - einer Tretlagerwelle (T), • - einer Abtriebswelle (AT) zum Antreiben eines Rades des Elektrofahrrads, • - einem ersten Elektromotoren (E1), der eine erste Rotorwelle antreibt, und einem zweiten Elektromotor (E2), der eine zweite Rotorwelle antreibt, sowie • - einem eine Planetenradstufe aufweisenden Überlagerungsgetriebe (UG), dessen Übersetzungsverhältnis mithilfe der ersten und zweiten Elektromotoren (E1, E2) stufenlos einstellbar ist und über das die Tretlagerwelle (T) und die Abtriebswelle (AT) miteinander gekoppelt sind, Die zweite Rotorwelle des zweiten Elektromotors (E2) verläuft koaxial zu einer Rotationsachse eines Sonnenrades der Planetenradstufe.

Description

Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad mit einem Elektromotor mit einer zu einer Rotationsachse eines Sonnenrades koaxialen Rotorwelle
Beschreibung
Die vorgeschlagene Lösung betrifft insbesondere eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad.
Es ist bekannt, an einem Elektrofahrrad, mithin an einem sogenannten E-Bike oder Pedelec, zwei Elektromotoren in Kombination mit einem eine Planetenradstufe aufweisenden Überlagerungsgetriebe einzusetzen, um ein Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb stufenlos einzustellen. Eine solche Antriebsvorrichtung weist hierbei zum einen eine Tretlagerwelle auf, über die ein von einem Fahrer des Elektrofahrrads erzeugtes Antriebsdrehmoment eingeleitet werden kann und an der hierfür Pedale vorgesehen sind. Über eine mit einem Rad des Elektrofahrrads zu koppelnde Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung wird dann ein an der Tretlagerwelle eingeleitetes Antriebsdrehmoment und/oder ein elektromotorisch erzeugtes Drehmoment an ein Rad, üblicherweise ein Hinterrad des Elektrofahrrads, übertragen. Über das Überlagerungsgetriebe sind die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle miteinander gekoppelt, wobei ein von einem ersten Elektromotor der zwei Elektromotoren erzeugtes Drehmoment zumindest teilweise an die Abtriebswelle übertragbar ist. Über den zweiten Elektromotor der zwei Elektromotoren ist ein Übersetzungsverhältnis stufenlos einstellbar, sodass das Elektrofahrrad über ein Antriebsdrehmoment des ersten Elektromotors beschleunigbar ist, ohne dass hierfür an der Tretlagerwelle schneller oder mit größerer Kraft gedreht werden müsste. Der zweite Elektromotor dient derart auch der Abstützung des von dem ersten Elektromotor erzeugten Drehmoments und kann hierfür je nach Übersetzungsverhältnis eine Rotorwelle in unterschiedliche Drehrichtungen drehen. Eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad mit einem vergleichbaren Überlagerungsgetriebe und zwei Elektromotoren ist hierbei beispielsweise aus der EP 2 218 634 A1 bekannt.
Bei der aus der EP 2 218 634 A1 bekannten Antriebsvorrichtung ist ein von dem ersten Elektromotor erzeugtes Drehmoment über ein drehfest mit einer ersten Rotorwelle verbundenes Ritzel zumindest teilweise an eine Abtriebswelle übertragbar, indem das rotorwellenseitige Ritzel mit einer Außenverzahnung eines Hohlrads der Planetenradstufe kämmt. Ein zusätzlich vorgesehener zweiter Elektromotor steht über eine weitere Getriebestufe mit einem Sonnenrad der Planetenradstufe in Verbindung. Über die jeweiligen Getriebestufen zwischen den Rotorwellen der Elektromotoren und dem Hohlrad einerseits und dem Sonnenrad andererseits wird jeweils eine Übersetzung ins Langsame bereitgestellt. Hierbei sieht die EP 2 218 634 A1 ausdrücklich bestimmte Übersetzungsverhältnisse vor, um bestimmte Antriebscharakteristiken der vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung erreichen zu können.
Hiervon ausgehend liegt der vorgeschlagenen Lösung die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe ist mit einer Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Hiernach ist vorgesehen, dass ein von dem ersten Elektromotor erzeugtes Drehmoment zumindest teilweise an die Abtriebswelle der Antriebsvorrichtung übertragbar ist, indem eine Drehung der ersten Rotorwelle über wenigstens eine, insbesondere genau eine Getriebestufe an ein Hohlrad der Planetenradstufe des Überlagerungsgetriebes übertragbar ist, und eine zweite Rotorwelle des zweiten Elektromotors koaxial zu einer Rotationsachse eines Sonnenrades der Planetenradstufe verläuft.
Entsprechend der vorgeschlagenen Lösung ist somit eine Wellenachse der zweiten Rotorwelle des zweiten Elektromotors nicht parallel zur Rotationsachse des Sonnenrades der Planetenradstufe und damit parallel zur Getriebeachse der Planetenradstufe. Vielmehr verläuft die Rotorwelle koaxial zur Rotationsachse und ist damit ein und demselben Wellenstrang innerhalb der Antriebsvorrichtung zugeordnet. Dies erlaubt eine kompaktere Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung. Hierdurch kann ferner eine Getriebestufe zwischen der zweiten Rotorwelle und dem Sonnenrad, an das ein Drehmoment des zweiten Elektromotors zu übertragen ist, entfallen.
In einer Ausführungsvariante ist folglich das Sonnenrad von der zweiten Rotorwelle antreibbar. Gegebenenfalls ist das Sonnenrad drehfest mit der zweiten Rotorwelle verbunden, insbesondere an der zweiten Rotorwelle ausgebildet. In diesem Fall entspricht eine Drehzahl des Sonnenrades einer Drehzahl der dem zweiten Elektromotor zugeordneten zweiten Rotorwelle. In einer derartigen Ausführungsvariante kann dann auch eine gesonderte Sensorik für die Detektion einer Drehlage der zweiten Rotorwelle entfallen, da die Drehzahl der zweiten Rotorwelle mit der Drehzahl des Sonnenrades übereinstimmt.
Eine Ausführungsvariante der vorgeschlagenen Lösung sieht vor dem Hintergrund der koaxialen Anordnung von Sonnenrad und zweiter Rotorwelle vor, dass die Antriebsvorrichtung drei Wellenachsen aufweist, nämlich eine erste Wellenachse, eine zweite Weltachse und eine dritte Wellenachse, wobei die Tretlagerwelle sowie die Abtriebswelle um die erste Wellenachse drehbar sind, während die zweite Rotorwelle um die zweite Wellenachse und die erste Rotorwelle um eine dritte Wellenachse drehbar sind. Der zweite, abstützende Elektromotor ist hierbei folglich der zweiten Wellenachse respektive dem zweiten Wellenstrang zugeordnet und mithin auf der Getriebeachse der Planetenradstufe oder, anders ausgedrückt, der Planetengetriebeachse, angeordnet. Einer Draufsicht oder Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels einer vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung befindet sich diese zweite Wellenachse zwischen der ersten Wellenachse und er zweiten Wellenachse.
Die einzelnen Wellenachsen und hiermit definierte Wellenstränge verlaufen typischerweise zueinander parallel. Die drei Wellenachsen können hierbei in einer gemeinsamen Ebene liegend angeordnet sein. Dies ist jedoch nicht zwingend, sodass, insbesondere für eine kompaktere Anordnung der Komponenten der Antriebsvorrichtung innerhalb oder an einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung, die parallelen Wellenachsen auch versetzt zueinander verlaufen können.
Das Hohlrad kann für ein Kämmen mit Planetenrädern der Planetenradstufe grundsätzlich eine Innenverzahnung und für eine Übertragung der Drehung der ersten Rotorwelle an das Hohlrad eine Außenverzahnung aufweisen. Der erste Elektromotor überträgt folglich sein Drehmoment zur Beschleunigung der Abtriebswelle (und damit bei bestimmungsgemäß eingebauter Antriebsvorrichtung zur Beschleunigung des Elektrofahrrads) über die Außenverzahnung des Hohlrades, das über eine Innenverzahnung mit den Planetenrädern der Planetenradstufe kämmt.
In einer Ausführungsvariante ist die wenigstens eine Getriebestufe, über die eine Drehung der ersten Rotorwelle an das Hohlrad der Planetenradstufe übertragbar ist, als Stirnradstufe ausgebildet. Alternativ oder ergänzend kann die wenigstens eine Getriebestufe mit einem Zugmitteltrieb ausgebildet sein. Dies schließt insbesondere ein, dass die wenigstens eine Getriebestufe als Zahnriemen-Getriebestufe ausgebildet ist.
Alternativ oder ergänzend weist die Antriebsvorrichtung für die Übertragung eines Drehmoments von dem Hohlrad an die Abtriebswelle wenigstens eine weitere Getriebestufe auf. Diese wenigstens eine weitere Getriebestufe realisiert in einem Ausführungsbeispiel eine Übersetzung ins Langsame, das heißt, die wenigstens eine weitere Getriebestufe übersetzt eine Drehung des Hohlrades mit einer ersten Drehzahl in eine Drehung der Abtriebswelle mit einer im Vergleich zu der ersten Drehzahl des Hohlrades geringeren zweiten Drehzahl. Die Übersetzung ins Langsame kann hierbei auch über genau eine weitere Getriebestufe zwischen dem Hohlrad und der Abtriebswelle realisiert sein.
In einem Ausführungsbeispiel ist für die Übertragung eines von der Tretlagerwelle erzeugten Drehmoments an die Planetenradstufe wenigstens eine Getriebestufe vorgesehen. Über diese Getriebestufe ist die Tretlagerwelle mit einem Planetenradträger der Planetenradstufe gekoppelt. Diese der Tretlagerwelle zugeordnete Getriebestufe ist folglich zu der Getriebestufe verschieden, über die eine Drehung der ersten Rotorwelle an das Hohlrad der Planetenradstufe übertragbar ist. Bei dieser Konfiguration ist insbesondere ohne Weiteres realisierbar, dass die Rotationsachse der Tretlagerwelle und der Abtriebswelle koaxial zueinander verlaufen und die Rotationsachsen der beiden Rotorwellen des ersten und zweiten Elektromotors hierzu parallel angeordnet werden.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
Hierbei zeigen:
Figur 1 in Draufsicht eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen
Antriebsvorrichtung (ohne Gehäuse); Figur 2 eine Vorderansicht der Antriebsvorrichtung der Figur 1 ;
Figur 2A eine Schnittdarstellung der Antriebsvorrichtung der Figuren 1 und 2 entsprechend der Schnittlinie A-A der Figur 2;
Figur 3 eine Antriebsvorrichtung unter Veranschaulichung eines
Überlagerungsgetriebes, das eine Tretlagerwelle mit einer Abtriebswelle koppelt und dessen Übersetzungsverhältnis über zwei Elektromotoren stufenlos einstellbar ist.
Die Figur 3 zeigt eine Antriebsvorrichtung V für ein Elektrofahrrad. Hierbei sind in einem Gehäuse G, das an einem Rahmen des Elektrofahrrads anzubringen ist, die Komponenten eines Überlagerungsgetriebes UG sowie zwei Elektromotoren E1 und E2 untergebracht. Die Elektromotoren E1 und E2 können hierbei gleichartig, das heißt, zum Beispiel, mit gleicher Leistung und gleichen Abmessungen, ausgebildet sein. Die Antriebsvorrichtung V umfasst ferner eine mit Pedalen zu verbindende Tretlagerwelle T, an der Pedalhalter Ta und Tb vorgesehen sind. Durch Drehung der Tretlagerwelle T um ihre Längsachse kann ein Fahrer eines Elektrofahrrads, das mit der Antriebsvorrichtung V ausgestattet ist, ein Antriebsdrehmoment einleiten. Die Tretlagerwelle T ragt hierbei durch das Gehäuse G hindurch, sodass die Pedalhalter Ta und Tb an beiden Seiten des Gehäuses G vorstehen.
Über das Überlagerungsgetriebe UG wird eine Drehung der Tretlagerwelle T in eine Drehung einer Abtriebswelle AT übersetzt. Die Abtriebswelle AT ist mit einem wellenseitigen, ersten Koppelteil K drehfest verbunden. Das wellenseitige, erste Koppelteil K weist zum Beispiel ein Kettenrad oder eine Riemenscheibe auf und ist über ein Kraftübertragungsglied, zum Beispiel eine Kette oder einen Riemen, mit einem radseitigen, zweiten Koppelteil, zum Beispiel in Form eines Kettenrades oder einer Riemenscheibe, verbunden, um ein Hinterrad des Elektrofahrrads anzutreiben.
Ein Übersetzungsverhältnis des Übertragungsgetriebes UG ist mithilfe der zwei Elektromotoren E1 und E2 stufenlos einstellbar. Ein erster Elektromotor E1 kann hierbei ein Drehmoment erzeugen, das zumindest teilweise an die Abtriebswelle AT übertragbar ist, um das Elektrofahrrad elektromotorisch unterstützt anzutreiben. Mit den beiden Elektromotoren E1 und E2 ist somit ein stufenloses elektrisches Stellgetriebe gebildet. Hierbei treiben die Elektromotoren E1 und E2 jeweils eine ihnen zugeordnete Rotorwelle R1 oder R2 an. Die Tretlagerwelle T, die Abtriebswelle AT und die Rotorwellen R1 und R2 sind über das mehrstufige Überlagerungsgetriebe UG miteinander gekoppelt. Hierfür umfasst das Überlagerungsgetriebe UG mehrere Getriebestufen, hier in Form von Stirnradstufen ST1 bis ST4, und eine Planetenradstufe P. Die Planetenradstufe P ist dreiwellig ausgeführt und umfasst neben einem Sonnenrad S einen Planetenradträger PT mit mehreren Planetenrädern PR und ein drehbares Hohlrad H.
Die Tretlagerwelle T, die Abtriebswelle AT und die (zweite) dem zweiten Elektromotor E2 zugeordnete Rotorwelle R2 sind koaxial zueinander angeordnet. Parallel hierzu verläuft die (erste) Rotorwelle R1 des ersten Elektromotors E1. Die Tretlagerwelle T ist über eine erste Stirnradstufe ST1 des Überlagerungsgetriebes UG drehmomentübertragend mit einer ersten Koppelwelle KW1 verbunden. Diese erste Koppelwelle KW1 ist mit dem Planetenradträger PT der Planetenradstufe P verbunden. Die Abtriebswelle AT steht wiederum über eine zweite Stirnradstufe ST2 mit einer zweiten Koppelwelle KW2 in Verbindung, die drehfest mit dem Hohlrad H verbunden ist. Während über die erste Stirnradstufe ST 1 die Drehzahl der Tretlagerwelle T auf eine größere Absolutdrehzahl der ersten Koppelwelle KW1 erhöht wird, wird durch die zweite Stirnradstufe ST2 die Drehzahl der zweiten Koppelwelle KW2 in eine geringere Drehzahl der Abtriebswelle AT übersetzt.
Der zweite, abstützende Elektromotor E2 überträgt ein Drehmoment über seine zweite Rotorwelle R2 mithilfe einer dritten Stirnradstufe ST2 an eine das Sonnenrad S lagernde dritte Koppelwelle KW3. Hierbei ist über die dargestellte Übersetzung der dritten Stirnradstufe ST3 eine Übersetzung ins Langsame vorgesehen. Ein seitens des ersten Elektromotors E1 erzeugtes Drehmoment wird über dessen erste Rotorwelle R1 mithilfe einer vierten Stirnradstufe ST4 wiederum an das Hohlrad H übertragen. Die erste Rotorwelle R1 des ersten Elektromotors E1 ist dementsprechend (über das Hohlrad H) drehmomentübertragend mit der Abtriebswelle AT verbunden. Es ist mithin eine abtriebseitige Leistungsverzweigung bei der dargestellten Antriebsvorrichtung V vorgesehen.
Über den ersten Elektromotor E1 kann bei der dargestellten Konfiguration ein Drehmoment zur Beschleunigung der Abtriebswelle AT und damit zur Beschleunigung des Elektrofahrrads erzeugt werden. Hierbei wird der zweite Elektromotor E2 mithilfe einer Steuerelektronik SE der Antriebsvorrichtung V in Abhängigkeit von der Drehzahl des ersten Elektromotors E1 respektive dessen Rotorwelle R1 angesteuert. Hierdurch ist das Übersetzungsverhältnis des Überlagerungsgetriebes UG variabel einstellbar und ein an der Abtriebswelle AT zur Verfügung gestelltes und an das wellenseitige Koppelteil K übertragenes Abtriebsdrehmoment elektromotorisch variierbar, ohne dass sich hierfür eine Drehgeschwindigkeit der Tretlagerwelle T ändern müsste. Je nach Drehzahl des ersten Elektromotors E1 kann sich hierbei grundsätzlich auch die Drehrichtung der zweiten Rotorwelle R2 ändern.
In Weiterbildung der Antriebsvorrichtung V der Figur 3 sieht eine in den Figuren 1 , 2 und 2A dargestellte Ausführungsvariante einer Antriebsvorrichtung V gemäß der vorgeschlagenen Lösung vor, dass die Rotorwelle R2 des abstützenden, zweiten Elektromotors E2 koaxial zu dem Sonnenrad S der Planetenradstufe P angeordnet ist. Wie anhand der Zusammenschau der Figuren 1 , 2 und 2A ersichtlich ist, ist hierbei das Sonnenrad S an der zweiten Rotorwelle R2 des zweiten Elektromotors E2 ausgebildet. Dementsprechend entfällt in dieser Ausführungsvariante die bei einer Antriebsvorrichtung V der Figur 3 vorgesehene und als Stirnradstufe ST3 ausgebildete Getriebestufe zwischen der zweiten Rotorwelle R2 und dem Sonnenrad S. Die Antriebsvorrichtung V kann dementsprechend kompakter bauen.
Analog zu der Antriebsvorrichtung V der Figur 3 sieht auch die Ausführungsvariante der Figuren 1 , 2 und 2A hierbei vor, dass der erste Elektromotor E1 über seine erste Rotorwelle R1 und die Stirnradstufe ST4 ein Drehmoment an eine Außenverzahnung AR des Hohlrad H überträgt. Das über eine Innenverzahnung IR mit den Planetenrädern PR der Planetenradstufe P kämmende Hohlrad R ist dementsprechend auch bei der Ausführungsvariante der Figuren 1 , 2 und 2A drehfest mit der Koppelwelle KW2 verbunden, sodass über die Stirnradstufe ST2 eine Drehung des Hohlrads H in eine Drehung der Abtriebswelle AT umsetzbar ist.
Über die Stirnradstufe ST1 wird ferner analog zur Antriebsvorrichtung V der Figur 3 auch bei der Ausführungsvariante der Figuren 1 , 2 und 2A ein Drehmoment der koaxial zur Abtriebswelle AT angeordneten Tretlagerwelle T an den Planetenradträger PT der Planetenradstufe P übertragen.
Ein Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufe ST1 liegt beispielsweise im Bereich von -7 bis -3, insbesondere bei -6, während ein Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufe ST2 beispielsweise im Bereich von -2 bis -4, insbesondere bei -2,6 liegt. Für die Stirnradstufe ST4, um ein Drehmoment von der ersten Rotorwelle R1 an das Hohlrad H zu übertragen, ist beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis im Bereich von -10 bis -6, insbesondere von -7,8 vorgesehen. Eine Standübersetzung der dargestellten Antriebsvorrichtung V liegt beispielsweise im Bereich von -10 bis -6, insbesondere bei -8.
Bei der Antriebsvorrichtung V der Figuren 1 , 2 und 2A sind erste, zweite und dritte Wellenachsen A1 , A2 und A3 exemplarisch in einer gemeinsamen Ebene liegend angeordnet. Mit anderen Worten liegt eine erste, einen ersten Wellenstrang definierende Wellenachse A1 der Tretlagerstelle T und der Abtriebswelle AT in derselben Ebene wie eine zweite Wellenachse A2 der zweiten Rotorwelle R2 (und damit der Getriebeachse der Planetenradstufe P) und der dritten Wellenachse A3 der ersten Rotorwelle R1. Dies ist jedoch nicht zwingend. Beispielsweise können die zueinander parallel verlaufenden Wellenachsen A1 , A2 und A3 in einer Vorderansicht gemäß der Figur 2 an Eckpunkten eines virtuellen Dreiecks angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
A1 , A2, A3 Wellenachse
AR Außenverzahnung
AT Abtriebswelle
E1 1 . Elektromotor
E2 2. Elektromotor
G Gehäuse
H Hohlrad
IR Innenverzahnung
K Koppelteil
KW1 -KW3 Koppelwelle
P Planetenradstufe
PR Planetenrad
PT Planetenradträger
R1 , R2 Rotorwelle
S Sonnenrad
SE Steuerelektronik
ST1 -ST4 Stirnradstufe (Getriebestufe)
T Tretlagerwelle
Ta, Tb Pedalhalter
UG Überlagerungsgetriebe
V Antriebsvorrichtung

Claims

Ansprüche
1. Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad, mit
- einer Tretlagerwelle (T),
- einer Abtriebswelle (AT) zum Antreiben eines Rades des Elektrofahrrads,
- einem ersten Elektromotor (E1 ), der eine erste Rotorwelle (R1 ) antreibt, und einem zweiten Elektromotor (E2), der eine zweite Rotorwelle (R2) antreibt, sowie
- einem eine Planetenradstufe (P) aufweisenden Überlagerungsgetriebe (UG), dessen Übersetzungsverhältnis mithilfe der ersten und zweiten Elektromotoren (E1 , E2) stufenlos einstellbar ist und über das die Tretlagerwelle (T) und die Abtriebswelle (AT) miteinander gekoppelt sind,
wobei ein von dem ersten Elektromotor (E1 ) erzeugtes Drehmoment zumindest teilweise an die Abtriebswelle (AT) übertragbar ist, indem eine Drehung der ersten Rotorwelle (R1 ) über wenigstens eine Getriebestufe (ST4) an ein Hohlrad (H) der Planetenradstufe (P) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rotorwelle (R2) des zweiten Elektromotors (E2) koaxial zu einer Rotationsachse eines Sonnenrades (S) der Planetenradstufe (P) verläuft.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Antriebsvorrichtung (V) drei Wellenachsen (A1 , A2, A3) aufweist und
- die Tretlagerwelle (T) sowie die Abtriebswelle (AT) um eine erste Wellenachse (A1 ) der drei Wellenachsen (A1 , A2, A3),
- die zweite Rotorwelle (R2) um eine zweite Wellenachse (A2) der drei
Wellenachsen (A1 , A2, A3) und
- die erste Rotorwelle (R1 ) um eine dritte Wellenachse (A3) der drei Wellenachsen (A1 , A2, A3)
drehbar sind.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad (S) von der zweiten Rotorwelle (R2) antreibbar ist.
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das
Sonnenrad (S) drehfest mit der zweiten Rotorwelle (R2) verbunden ist.
5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (H) für ein Kämmen mit Planetenrädern (PR) der Planetenradstufe (P) eine Innenverzahnung (IR) und für die Übertragung der Drehung der ersten Rotorwelle (R1 ) an das Hohlrad (H) eine Außenverzahnung (AR) aufweist.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Getriebestufe, über die eine Drehung der ersten Rotorwelle (R1 ) an das Hohlrad (H) der Planetenradstufe (P) übertragbar ist, als Stirnradstufe (ST4) ausgebildet ist.
7. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (V) für die Übertragung eines Drehmoments von dem Hohlrad (H) an die Abtriebswelle (AT) wenigstens eine weitere Getriebestufe (ST2) aufweist.
8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Getriebestufe (ST2) eine Drehung des Hohlrades (H) mit einer ersten Drehzahl in eine Drehung der Abtriebswelle (AT) mit einer geringeren zweiten Drehzahl übersetzt.
9. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Tretlagerwelle (T) erzeugtes Drehmoment über wenigstens eine Getriebestufe (ST1 ) an einen Planetenradträger (PT) der Planetenradstufe (P) übertragbar ist, die zu der Getriebestufe (ST4) verschieden ist, über die eine Drehung der ersten Rotorwelle (R1 ) an das Hohlrad (H) der Planetenradstufe (P) übertragbar ist.
10. Elektrofahrrad mit einer Antriebsvorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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