WO2020165240A1 - Antriebsvorrichtung für ein elektrofahrrad mit einer um eine vierte wellenachse drehbaren rotorwelle eines elektromotors - Google Patents

Antriebsvorrichtung für ein elektrofahrrad mit einer um eine vierte wellenachse drehbaren rotorwelle eines elektromotors Download PDF

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WO2020165240A1
WO2020165240A1 PCT/EP2020/053579 EP2020053579W WO2020165240A1 WO 2020165240 A1 WO2020165240 A1 WO 2020165240A1 EP 2020053579 W EP2020053579 W EP 2020053579W WO 2020165240 A1 WO2020165240 A1 WO 2020165240A1
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WO
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shaft
drive device
gear stage
gear
shaft axis
Prior art date
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PCT/EP2020/053579
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Christfried Weigel
Peter Tenberge
Mick Jordan
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Brose Antriebstechnik GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Berlin
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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

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. Furthermore, the bottom bracket shaft, the output shaft and the sun gear rotate around the same shaft axis.
  • the proposed solution is based on the object of further improving a drive device for an electric bicycle.
  • the second rotor shaft of a second electric motor of the drive device can be driven to rotate about a fourth shaft axis, which leads to a first shaft axis for the bottom bracket shaft and the output shaft, to a second shaft axis for a ring gear of the planetary gear set and thus the gear axis of the planetary gear set as well as a third shaft axis for the first rotor shaft of a first electric motor is different.
  • a proposed drive device is consequently designed with four shafts and thus has four shaft axes and thus shaft trains, with
  • the second rotor shaft around the fourth shaft axis are rotatable. Due to the spatial separation of the shaft axis of the second rotor shaft on the one hand and the shaft axis for the bottom bracket shaft and the output shaft on the other hand, the bottom bracket shaft does not limit the smallest possible diameter of the second electric motor. Rather, the arrangement on an additional fourth shaft axis makes it possible to use a second electric motor with a smaller motor diameter compared to the first electric motor. This allows the drive device to be made more compact and lighter.
  • the second rotor shaft can be coupled to a sun gear of the planetary gear set via at least one further gear stage in order to transmit a torque from the second rotor shaft to the sun gear.
  • the at least one further gear stage translates a rotation of the second rotor shaft into a rotation of the sun gear at a lower speed.
  • the at least one further gear stage is thus provided for a translation into slow speed.
  • the at least one further gear stage has, for example, a gear ratio in the range from -1 to -4, in particular -1.8 to -2.5.
  • the first shaft axis for the bottom bracket shaft, the fourth shaft axis for the second rotor shaft and the second shaft axis for the ring gear are arranged at corner points of a virtual triangle.
  • the space required for the additional fourth shaft axis for the second rotor shaft of the second electric motor is comparatively small, so that all components of the drive device can easily be accommodated together in a comparatively small housing.
  • the fourth shaft axis for the second rotor shaft and the third shaft axis for the first rotor shaft lie in a plane from which both the first shaft axis for the bottom bracket shaft and the output shaft and the second shaft axis for the ring gear are spaced. Both the first shaft axis and the second shaft axis run parallel to the plane defined by the fourth shaft axis and the third shaft axis, but are each spaced apart from this. A distance between the first shaft axis and this plane can be different from a distance between the second shaft axis and this plane.
  • first shaft axis for the bottom bracket shaft and the second shaft axis for the ring gear can lie in a plane to which the third shaft axis for the first rotor shaft and the fourth shaft axis for the second rotor shaft are spaced apart, in particular are spaced differently.
  • first shaft axis, the second shaft axis and the third shaft axis can alternatively lie in a common plane from which only the fourth shaft axis for the second rotor shaft of the second electric motor is spaced.
  • 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 electric bike if the drive device is installed as intended) via the external toothing 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 1 is a plan view of an embodiment variant of a proposed
  • Figure 2 is a front view of the drive device of Figure 1;
  • FIG. 3A shows a sectional illustration of the drive device of FIGS. 1 and 2 corresponding to section line A-A of FIG. 2;
  • FIG. 3B shows a sectional illustration of the drive device of FIGS. 1 and 2 corresponding to the section line B-B of FIG. 2;
  • Figure 4 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. 4 shows a drive device V for an electric bicycle.
  • 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.
  • 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 in a rotationally test manner 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. With the two electric motors E1 and E2, a continuously variable electric adjusting gear is thus formed.
  • 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 via a first spur gear stage ST1 of the superposition gear UG in a torque-transmitting manner.
  • 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 speed of the bottom bracket shaft T is increased to a higher absolute speed of the first coupling shaft KW1 via the first spur gear stage ST1
  • the speed of the second coupling shaft KW2 is translated into a lower speed of the output shaft AT by the second spur gear stage ST2.
  • 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 which 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.
  • the transmission ratio of the superposition gear UG can be variably adjusted and an output torque provided 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.
  • an embodiment variant of a drive device V according to the proposed solution shown in FIGS. 1, 2, 3A and 3B provides that the second rotor shaft R2 of the second, supporting electric motor E2 is not coaxial with a shaft axis of the bottom bracket shaft T. and the output shaft AT runs. Rather, in the embodiment variant of FIGS. 1, 2, 3A and 3B, a fourth shaft axis is provided around which the second rotor shaft R2 of the second electric motor E2 can be driven to rotate.
  • the drive device V of FIGS. 1, 2, 3A and 3B consequently has four shaft axes A1, A2, A3 and A4 and four shaft trains defined thereby.
  • the bottom bracket shaft T and the output shaft AT can be rotated about a first shaft axis A1.
  • the ring gear H of the planetary gear set P is rotatable about a second shaft axis A2, which thus defines the transmission axis of the planetary gear set P.
  • the first rotor shaft R1 is rotatable about a third shaft axis A3, while the second rotor shaft R2 is rotatable about a fourth shaft axis A4 is rotatable.
  • the four shaft axes A1, A2, A3 and A4 run parallel to one another, but are spatially separated from one another.
  • the variant embodiment of FIGS. 1, 2, 3A and 3B also provides that the first electric motor E1 transmits a torque to an external toothing AR of the float wheel F1 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 an internal toothing IR, is correspondingly non-rotatably connected to the coupling shaft KW2 in the variant of FIGS. 1, 2, 3A and 3B, so that the ring gear H turns into one rotation via the spur gear stage ST2 the output shaft AT can be implemented.
  • the second rotor shaft R2 is furthermore coupled to the sun gear S of the planetary gear set P via a spur gear stage ST3 in order to transmit a torque from the second rotor shaft R2 to the sun gear S.
  • a selected slow ratio is in the range from -1.8 to -2.5, for example 2.1.
  • a gear ratio of the spur gear stage ST1 is, for example, in the range from -4 to -1, in particular -3.1, while a gear ratio of the spur gear stage ST2 is, for example, in the range from -1 to -3, in particular -1.3.
  • a transmission ratio in the range from -10 to -6, in particular from -7.8, is provided, for example.
  • a stationary ratio of the drive device V shown is, for example, in the range from -6 to -2, in particular -4.
  • the fourth shaft axis A4 for the second rotor shaft R2 and the second shaft axis A2 for the ring gear H is arranged at corner points of a virtual triangle.
  • the third and fourth shaft axes A3, A4 lie for the first and second Rotor shafts R1, R2 in a plane to which both the first shaft axis A2 for the bottom bracket shaft T and the output shaft AT and the second shaft axis A2 for the ring gear H run parallel but are spaced apart.
  • the planetary gear stage P with the second shaft axis A2 is thus located in the front view of Figure 2 on the one hand between the first shaft axis of the bottom bracket shaft T and the output shaft AT and the third shaft axis A3 of the second rotor shaft R2.
  • the planetary gear stage P is located with the second shaft axis A2, in particular due to the selected gear ratios of the individual spur gear stages ST1 to ST4, between the third and fourth shaft axes of the first and second rotor shafts R1, R2 of the first and second electric motors E1 and E2 (but at a distance from the plane in which the third and fourth shaft axes A3 and A4 lie).
  • electric motors E1 and E2 of the same type and thus essentially identical in terms of their output are provided in the drive device V of FIGS. 1, 2, 3A and 3B, this is not essential.
  • the second, supporting electric motor E2 can easily be designed with a smaller motor diameter in view of the arrangement on a separate fourth shaft axis A4.
  • the second electric motor E2 can thus be dimensioned smaller in terms of its power than the first electric motor E1.

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Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Antriebsvorrichtung (V) für ein Elektrofahrrad, mit • - einer um eine erste Wellenachse (A1) drehbaren Tretlagerwelle (T) • - einer ebenfalls um die erste Wellenachse (A1) drehbaren Abtriebswelle (AT) zum Antreiben eines Rades des Elektrofahrrads • - einem ersten Elektromotoren (E1), der eine erste Rotorwelle (R1) zu einer Drehung um einer dritte Wellenachse (A3) antreibt, und einem zweiten Elektromotor (E2), der eine zweite Rotorwelle 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 um eine zweite Wellenachse (A2) drehbares Hohlrad (H) der Planetenradstufe (P) übertragbar ist, Die zweite Rotorwelle ist zu einer Drehung um eine vierte Wellenachse (A4) antreibbar, die zu den ersten, zweiten und dritten Wellenachsen (Al, A2, A3) verschieden ist.

Description

Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad mit einer um eine vierte Wellenachse drehbaren Rotorwelle eines Elektromotors
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. Ferner drehen die Tretlagerwelle, die Abtriebswelle und das Sonnenrad um dieselbe Wellenachse.
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 die zweite Rotorwelle eines zweiten Elektromotors der Antriebsvorrichtung zu einer Drehung um eine vierte Wellenachse antreibbar ist, die zu einer ersten Wellenachse für die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle, zu einer zweiten Wellenachse für ein Hohlrad der Planetenradstufe und damit die Getriebeachse der Planetenradstufe sowie zu einer dritten Wellenachse für die erste Rotorwelle eines ersten Elektromotors verschieden ist.
Eine vorgeschlagene Antriebsvorrichtung ist folglich vierwellig ausgelegt und weist damit vier Wellenachsen und damit Wellenstränge auf, wobei
- die Tretlagerwelle sowie die Abtriebswelle um die erste Wellenachse,
- das Hohlrad der Planetenradstufe um die zweite Wellenachse,
- die erste Rotorwelle um die dritte Wellenachse und
- die zweite Rotorwelle um die vierte Wellenachse drehbar sind. Durch die räumliche Trennung der Wellenachse der zweiten Rotorwelle einerseits und der Wellenachse für die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle andererseits begrenzt die Tretlagerwelle nicht den kleinsten möglichen Durchmesser des zweiten Elektromotors. Durch die Anordnung auf einer zusätzlichen vierten Wellenachse ist es vielmehr möglich, einen zweiten Elektromotor mit - im Vergleich zu dem ersten Elektromotor - kleinerem Motordurchmesser zu verwenden. Hierdurch lässt sich die Antriebsvorrichtung kompakter und mit geringerem Gewicht gestalten.
Die zweite Rotorwelle kann über wenigstens eine weitere Getriebestufe mit einem Sonnenrad der Planetenradstufe gekoppelt sein, um ein Drehmoment von der zweiten Rotorwelle an das Sonnenrad zu übertragen. In einer Ausführungsvariante übersetzt hierbei die wenigstens eine weitere Getriebestufe eine Drehung der zweiten Rotorwelle in eine Drehung des Sonnenrades mit geringerer Drehzahl. Die wenigstens eine weitere Getriebestufe ist somit für eine Übersetzung ins Langsame vorgesehen. In diesem Zusammenhang weist die wenigstens eine weitere Getriebestufe beispielsweise eine Übersetzung im Bereich von -1 bis -4, insbesondere -1 ,8 bis -2,5 auf.
In einem Ausführungsbeispiel sind, in einer Vorderansicht entlang der vierten Wellenachse gesehen, die erste Wellenachse für die Tretlagerwelle, die vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle und die zweite Wellenachse für das Hohlrad (und damit die Getriebeachse der Planetenradstufe) an Eckpunkten eines virtuellen Dreiecks angeordnet. Hiermit ist der benötigte Bauraum für die zusätzliche vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle des zweiten Elektromotors vergleichsweise gering, sodass alle Komponenten der Antriebsvorrichtung ohne Weiteres in einem vergleichsweise klein bauenden Gehäuse gemeinsam untergebracht werden können.
Alternativ oder ergänzend liegen die vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle und die dritte Wellenachse für die erste Rotorwelle in einer Ebene, zu der sowohl die erste Wellenachse für die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle als auch die zweite Wellenachse für das Hohlrad beabstandet sind. Sowohl die erste Wellenachse als auch die zweite Wellenachse verlaufen hierbei parallel zu der durch die vierte Wellenachse und die dritte Wellenachse definierte Ebene, sind jedoch jeweils hierzu beabstandet. Ein Abstand der ersten Wellenachse zu dieser Ebene kann hierbei von einem Abstand der zweiten Wellenachse zu dieser Ebene verschieden sein.
Alternativ oder ergänzend können die erste Wellenachse für die Tretlagerwelle und die zweite Wellenachse für das Hohlrad in einer Ebene liegen, zu der die dritte Wellenachse für die erste Rotorwelle und die vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle beabstandet sind, insbesondere unterschiedlich beabstandet sind. Je nach gewählten Übersetzungsverhältnissen der zwischen den Wellenachsen vorgesehenen Getriebestufen können alternativ aber auch die erste Wellenachse, die zweite Wellenachse und die dritte Wellenachse in einer gemeinsamen Ebene liegen, zu der lediglich die vierte Wellenachse für die zweite Rotorwelle des zweiten Elektromotors beabstandet ist.
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 eine Draufsicht auf eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen
Antriebsvorrichtung (ohne Gehäuse);
Figur 2 eine Vorderansicht der Antriebsvorrichtung der Figur 1 ;
Figur 3A eine Schnittdarstellung der Antriebsvorrichtung der Figuren 1 und 2 entsprechend der Schnittlinie A-A der Figur 2;
Figur 3B eine Schnittdarstellung der Antriebsvorrichtung der Figuren 1 und 2 entsprechend der Schnittlinie B-B der Figur 2;
Figur 4 eine Antriebsvorrichtung unter Veranschaulichung eines
Überlagerungsgetriebes, das eine Tretlagerwelle mit einer Abtriebswelle koppelt und dessen Übersetzungsverhältnis über zwei Elektromotoren stufenlos einstellbar ist.
Die Figur 4 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 drehtest 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 4 sieht eine in den Figuren 1 , 2, 3A und 3B dargestellte Ausführungsvariante einer Antriebsvorrichtung V gemäß der vorgeschlagenen Lösung vor, dass die zweite Rotorwelle R2 des zweiten, abstützenden Elektromotors E2 nicht koaxial zu einer Wellenachse der Tretlagerwelle T und der Abtriebswelle AT verläuft. Vielmehr ist bei der Ausführungsvariante der Figuren 1 , 2, 3A und 3B eine vierte Wellenachse vorgesehen, um die die zweite Rotorwelle R2 des zweiten Elektromotors E2 zu einer Drehung antreibbar ist.
Die Antriebsvorrichtung V der Figuren 1 , 2, 3A und 3B weist folglich vier Wellenachsen A1 , A2, A3 und A4 und vier hierdurch definierte Wellenstränge auf. Die Tretlagerwelle T sowie die Abtriebswelle AT sind um eine erste Wellenachse A1 drehbar. Das Hohlrad H der Planetenradstufe P ist um eine zweite Wellenachse A2 drehbar, die damit die Getriebeachse der Planetenradstufe P definiert. Die erste Rotorwelle R1 ist um eine dritte Wellenachse A3 drehbar, während die zweite Rotorwelle R2 um eine vierte Wellenachse A4 drehbar ist. Die vier Wellenachsen A1 , A2, A3 und A4 verlaufen hierbei parallel zueinander, sind jedoch räumlich zueinander beabstandet.
Analog zu der Antriebsvorrichtung V der Figur 4 sieht die Ausführungsvariante der Figuren 1 , 2, 3A und 3B hierbei weiterhin vor, dass der erste Elektromotor E1 über seine erste Rotorwelle R1 und die Stirnradstufe ST4 ein Drehmoment an eine Außenverzahnung AR des Flohlrads Fl 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, 3A und 3B 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 4 auch bei der Ausführungsvariante der Figuren 1 , 2, 3A und 3B ein Drehmoment der koaxial zur Abtriebswelle AT angeordneten Tretlagerwelle T an den Planetenradträger PT der Planetenradstufe P übertragen.
Bei der dargestellten Ausführungsvariante ist die zweite Rotorwelle R2 weiterhin über eine Stirnradstufe ST3 mit dem Sonnenrad S der Planetenradstufe P gekoppelt, um ein Drehmoment von der zweiten Rotorwelle R2 an das Sonnenrad S zu übertragen. Eine hierbei gewählte Übersetzung ins Langsame liegt dabei im Bereich von -1 ,8 bis -2,5, zum Beispiel bei 2,1 .
Ein Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufe ST1 liegt beispielsweise im Bereich von -4 bis -1 , insbesondere bei -3,1 , während ein Übersetzungsverhältnis der Stirnradstufe ST2 beispielsweise im Bereich von -1 bis -3, insbesondere bei -1 ,3 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 -6 bis -2, insbesondere bei -4.
Wie insbesondere aus der Figur 2 ersichtlich ist, sind bei der dargestellten Ausführungsvariante der Antriebsvorrichtung V, in einer Vorderansicht entlang der vierten Wellenachse A4 gesehen, die erste Wellenachse A1 für die Tretlagerwelle T und die Abtriebswelle AT, die vierte Wellenachse A4 für die zweite Rotorwelle R2 und die zweite Wellenachse A2 für das Hohlrad H an Eckpunkten eines virtuellen Dreiecks angeordnet. Ferner liegen die dritten und vierten Wellenachsen A3, A4 für die ersten und zweiten Rotorwellen R1 , R2 in einer Ebene, zu der sowohl die erste Wellenachse A2 für die Tretlagerwelle T und die Abtriebswelle AT als auch die zweite Wellenachse A2 für das Hohlrad H parallel verlaufen, aber beabstandet sind. Die Planetenradstufe P mit der zweiten Wellenachse A2 befindet sich somit in der Vorderansicht der Figur 2 einerseits zwischen der ersten Wellenachse der Tretlagerwelle T und der Abtriebswelle AT und der dritten Wellenachse A3 der zweite Rotorwelle R2. Andererseits befindet sich die Planetenradstufe P mit der zweiten Wellenachse A2, insbesondere aufgrund der gewählten Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Stirnradstufen ST1 bis ST4 zwischen den dritten und vierten Wellenachsen der ersten und zweiten Rotorwellen R1 , R2 der ersten und zweiten Elektromotoren E1 und E2 (hierbei aber beabstandet zu der Ebene, in der die dritten und vierten Wellenachsen A3 und A4 liegen).
Gleichwohl bei der Antriebsvorrichtung V der Figuren 1 , 2, 3A und 3B gleichartige und damit hinsichtlich ihrer Leistung im Wesentlichen identische Elektromotoren E1 und E2 vorgesehen sind, ist dies nicht zwingend. Insbesondere der zweite, abstützende Elektromotor E2 kann angesichts der Anordnung auf einer separaten vierten Wellenachse A4 ohne Weiteres mit kleinerem Motordurchmesser ausgestaltet sein. Der zweite Elektromotor E2 kann somit hinsichtlich seiner Leistung kleiner dimensioniert sein als der erste Elektromotor E1 .
Bezugszeichenliste
A1 , A2, A3, A4 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 um eine erste Wellenachse (A1 ) drehbaren T retlagerwelle (T),
- einer ebenfalls um die erste Wellenachse (A1 ) drehbaren Abtriebswelle (AT) zum Antreiben eines Rades des Elektrofahrrads,
- einem ersten Elektromotor (E1 ), der eine erste Rotorwelle (R1 ) zu einer Drehung um eine dritte Wellenachse (A3) 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 um eine zweite Wellenachse (A2) drehbares Hohlrad (H) der Planetenradstufe (P) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rotorwelle (R2) zu einer Drehung um eine vierte Wellenachse (A4) antreibbar ist, die zu den ersten, zweiten und dritten Wellenachsen (A1 , A2, A3) verschieden ist.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rotorwelle (R2) über wenigstens eine weitere Getriebestufe (ST3) mit einem Sonnenrad (S) der Planetenradstufe (P) gekoppelt ist, um ein Drehmoment von der zweiten Rotorwelle (R2) an das Sonnenrad (S) zu übertragen.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Getriebestufe (ST3) eine Drehung der zweiten Rotorwelle (R2) in eine Drehung des Sonnenrades (S) mit geringerer Drehzahl übersetzt.
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Getriebestufe (ST3) eine Übersetzung im Bereich von -1 ,8 bis -2,5 aufweist.
5. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, in einer Vorderansicht entlang der vierten Wellenachse (A4) gesehen, die erste Wellenachse (A1 ) für die Tretlagerwelle (T) und die Abtriebswelle (AT), die vierte Wellenachse (A4) für die zweite Rotorwelle (R2) und die zweite Wellenachse (A2) für das Hohlrad (H) an Eckpunkten eines virtuellen Dreiecks angeordnet sind.
6. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Wellenachse (A4) für die zweite Rotorwelle (R2) und die dritte Wellenachse (A3) für die erste Rotorwelle (R1 ) in einer Ebene liegen, zu der sowohl die erste Wellenachse (A1 ) für die Tretlagerwelle (T) und die Abtriebswelle (AT) als auch die zweite Wellenachse (A2) für das Hohlrad (H) beabstandet sind.
7. 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.
8. 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.
9. 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.
10. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Getriebestufe (ST2) eine Drehung des Hohlrades (H) in eine Drehung der Abtriebswelle (AT) mit einer geringeren Drehzahl übersetzt.
1 1. 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.
12. Elektrofahrrad mit einer Antriebsvorrichtung (V) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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