WO2023094018A1 - Antriebs-brems-anordnung für ein rad sowie elektrofahrrad - Google Patents

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Mikel Fauri
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Porsche Ebike Performance Gmbh
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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
    • 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
    • B62M6/60—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts
    • B62M6/65—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts with axle and driving shaft arranged coaxially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62L—BRAKES SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B62M11/16—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 ground-wheel hub

Definitions

  • the invention relates to a drive-brake arrangement for a wheel of a human-powered vehicle, in particular an electric bicycle, with an electric motor designed as a disc motor, with a stator which is directly or indirectly connected to a frame part of a frame arrangement and a disc-shaped rotor with a speed np r in the rotor at least in the form of a partial ring, with the disc-shaped rotor having permanent magnets and being operatively connected in a rotationally fixed manner to a drive shaft with a speed nA, with a brake caliper arranged on the frame part having brake shoes being provided, with the brake caliper enclosing a brake disc at least in the form of a partial ring, which is also fixed in a rotationally fixed manner with the drive shaft is operatively connected.
  • the invention also relates to an electric bicycle with a frame arrangement and two wheels, a front wheel being pivotably mounted and connected to a steering arrangement, with a pedal drive arrangement, with at least one battery element arranged on the frame arrangement and with at least one such drive-brake arrangement.
  • the object of the invention is therefore to avoid the disadvantage mentioned above in a simple and inexpensive manner.
  • a sun gear of the planetary gear is operatively connected to the rotor and planetary gears of the planetary gear are operatively connected to the drive shaft, with a ring gear being firmly connected to the frame part.
  • the planetary gear can be constructed in a very compact manner and can be easily connected to the drive shaft or the frame part.
  • bearing elements of the planet gears can be firmly connected to the brake disc. It is also advantageous if the ring gear is firmly connected to the brake caliper, as a result of which the compactness can be increased even further.
  • the rotor is mounted pivotably on the brake disc, as a result of which a relative movement between the brake disc and the rotor is made possible.
  • stator is arranged on the transmission housing part.
  • an electric bicycle with at least one such drive-brake arrangement, in which an inverter is electrically connected to the drive-brake arrangement.
  • an inverter is electrically connected to the drive-brake arrangement.
  • Figure 1 is a side view of an electric bicycle according to the invention
  • FIG. 1 shows an electric bicycle 2 according to the invention in a side view.
  • the electric bicycle 2 has, in a known manner, a frame arrangement 4 on which two wheels, a front wheel 6 and a rear wheel 8, are pivotably mounted.
  • a steering arrangement 10 is provided, to which the front wheel 6 is connected in a known manner.
  • the electric bicycle 2 can be driven with muscle power via a pedal drive arrangement 12, which has a chain transmission 14 in a known manner.
  • both the front wheel 6 and the rear wheel 8 each have a drive/brake assembly 20, 22. It should be clear that, depending on the application, only the front wheel 6 can have a drive/brake arrangement 20 or only the rear wheel 8 can have a drive/brake arrangement 22 .
  • FIG. 2 shows the drive-brake arrangement 20 for the front wheel 6 in a front view.
  • the drive-brake arrangement 20 has an electric motor 24 designed as a disk motor, which has a stator 26 and a disk-shaped rotor 28 in a known manner. Permanent magnets of the rotor 28 are denoted by the reference numeral 30 .
  • the stator 26 is firmly connected to a frame part 32, here the front wheel fork (see FIG. 1).
  • the stator 26 is also designed in such a way that it encloses the disc-shaped rotor 28 in a known manner in the form of a partial ring.
  • FIG. 1 shows the drive-brake arrangement 20 for the front wheel 6 in a front view.
  • FIG. 1 shows the drive-brake arrangement 20 for the front wheel 6 in a front view.
  • FIG. 1 shows the drive-brake arrangement 20 for the front wheel 6 in a front view.
  • FIG. 1 shows the drive-brake arrangement 20 for the front wheel 6 in a front view
  • FIG. 2 also shows a brake caliper 34 which is operatively connected in a known manner to a brake disc 38 via brake shoes 36 (see FIG. 3 in this regard).
  • the brake caliper 34 also encloses the brake disc 38 in the form of a partial ring.
  • the battery element 18 shown in FIG. 1 is electrically connected to the disc motor 24 via an inverter 40, an electrical connection line 42 and a hydraulic connection line 44 for supplying the brake caliper 34 with hydraulic oil in a known manner being shown here.
  • Both the disc-shaped rotor 28 and the brake disk 38 are each connected in a rotationally fixed manner to a drive shaft 46 (see FIG. 1).
  • the rotor 28 is connected according to the invention via a planetary gear 48 (see FIG. 3) of which a gear housing part 50 is shown here.
  • the stator 26 is arranged on the transmission housing part 50 .
  • FIG. 3 now shows the drive/brake arrangement 20 in a side view.
  • the brake caliper 34 with the brake shoes 36 which act on the brake disc 38 during a braking process can be clearly seen here.
  • the side view shows how the rotor 28 is pivotably mounted on the brake disc 38 via bearing means 52 in order to enable a relative movement between the rotor 28 and the brake disc 38 .
  • FIG. 4 now shows a rear view of the drive/brake arrangement 20 with an open gear housing part 50.
  • the planetary gear 48 basically consists of a ring gear 54, planet gears 56, 58, 60 and a sun gear 62, which mesh in a known manner.
  • the ring gear 54 is firmly connected to the frame part 32, with the brake caliper 34 also being fastened to the outside of the ring gear 54 in order to ensure a particularly compact drive/brake assembly 20.
  • the planet gears 56, 58, 60 are connected to the brake disc 38 and thus to the drive shaft 46 of the front wheel 6 via a web arrangement 70 via bearing members 64, 66, 68 shown schematically.
  • the sun gear 62 is in turn firmly connected to the rotor 28 .
  • so-called high-speed motors can be used as the electric motor 24 in a particularly simple manner.

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Abstract

Antriebs-Brems-Anordnung für ein Rad eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges (2), insbesondere Elektrofahrrad, mit einem als Scheibenmotor ausgebildeten Elektromotor, mit einem Stator, der an einem Rahmenteil (32) einer Rahmenanordnung (4) direkt oder indirekt angebunden ist und einen scheibenförmigen Rotor mit einer Drehzahl nR zumindest teilringförmige einschließt, wobei der scheibenförmige Rotor Permanentmagnete aufweist und drehfest mit einer Antriebswelle (46) mit einer Drehzahl nA wirkverbunden ist, wobei ein am Rahmenteil (32) angeordneter Bremssattel mit Bremsbacken vorgesehen ist, wobei der Bremssattel eine Bremsscheibe zumindest teilringförmig einschließt, die ebenfalls drehfest mit der Antriebswelle (46) wirkverbunden ist, wobei der Rotor über ein Planetengetriebe in einem Getriebegehäuseteil mit der Antriebswelle (46) wirkverbunden ist, derart, dass ein Übersetzungsverhältnis i = nR/nA > 1 vorliegt. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Elektrofahrrad mit einer Rahmenanordnung (4) und zwei Rädern, wobei ein Vorderrad (6) schwenkbar gelagert und an eine Lenkanordnung (10) angebunden ist, mit einer Tretantriebsanordnung (12), mit mindestens einem an der Rahmenanordnung (4) angeordneten Batterieorgan (18) und mit mindestens einer derartigen Antriebs-Brems-Anordnung (20, 22).

Description

Antriebs-Brems-Anordnung für ein Rad sowie Elektrofahrrad
Die Erfindung betrifft eine Antriebs-Brems-Anordnung für ein Rad eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges, insbesondere Elektrofahrrad, mit einem als Scheibenmotor ausgebildeten Elektromotor, mit einem Stator, der an einem Rahmenteil einer Rahmenanordnung direkt oder indirekt angebunden ist und einen scheibenförmigen Rotor mit einer Drehzahl npr im Rotor zumindest teilringförmig einschließt, wobei der scheibenförmige Rotor Permanentmagnete aufweist und drehfest mit einer Antriebswelle mit einer Drehzahl nA wirkverbunden ist, wobei ein am Rahmenteil angeordneter Bremssattel mit Bremsbacken vorgesehen ist, wobei der Bremssattel eine Bremsscheibe zumindest teilringförmig einschließt, die ebenfalls drehfest mit der Antriebswelle wirkverbunden ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Elektrofahrrad mit einer Rahmenanordnung und zwei Rädern, wobei ein Vorderrad schwenkbar gelagert und an eine Lenkanordnung angebunden ist, mit einer Tretantriebsanordnung, mit mindestens einem an der Rahmenanordnung angeordneten Batterieorgan und mit mindestens einer derartigen Antriebs-Brems- Anordnung.
Solche Antriebs-Brems-Anordnungen und damit ausgestattete Elektrofahrräder sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Nur beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die europäische Patentschrift EP 3 227 984 B1 verwiesen. Hierbei ist an einem Rahmenteil sowohl ein Scheibenmotor als auch eine Bremsanordnung vorgesehen, die beide mit einer entsprechenden Radnabe wirkverbunden sind, wobei sowohl eine Energieübertragung als auch eine Energierückgewinnung und natürlich eine Bremsfunktion durch eine derartige Antriebs-Brems-Anordnung durchführbar sind. Nachteilig an einer derartigen Antriebs-Brems-Anordnung ist jedoch, dass aufgrund des eingeschränkten Bauraumes lediglich ein direkter Antrieb vorgesehen ist, der zu eingeschränkten Leistungsdaten bei der Antriebsunterstützung führt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den oben genannten Nachteil auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Rotor über ein Planetengetriebe in einem Getriebegehäuseteil mit der Antriebswelle wirkverbunden ist, derart, dass ein Übersetzungsverhältnis i = np/nA > 1 vorliegt. Hierdurch ist es möglich, einen High-Speed-Motor einzusetzen, der wesentlich bessere Leistungsdaten aufweist.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind ein Sonnenrad des Planetengetriebes mit dem Rotor und Planetenräder des Planetengetriebes mit der Antriebswelle wirkverbunden, wobei ein Hohlrad fest mit dem Rahmenteil verbunden ist. Hierdurch ist das Planetengetriebe sehr kompakt aufzubauen und einfach mit der Antriebswelle bzw. dem Rahmenteil zu verbinden. In besonders vorteilhafter Weise können Lagerorgane der Planetenräder fest mit der Bremsscheibe verbunden sein. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Hohlrad fest mit dem Bremssattel verbunden ist, wodurch die Kompaktheit noch einmal erhöht werden kann.
In besonders vorteilhafter Weise ist der Rotor schwenkbar an der Bremsscheibe gelagert, wodurch eine Relativbewegung zwischen der Bremsscheibe und dem Rotor ermöglicht wird.
In besonders vorteilhafter Weise ist am Getriebegehäuseteil der Stator angeordnet.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Elektrofahrrad mit mindestens einer derartige Antriebs-Brems-Anordnung, bei dem ein Inverter elektrisch mit der Antriebs-Brems-Anordnung verbunden ist. Hierdurch kann über den Scheibenmotor auch eine Energierückgewinnung stattfinden, so dass das mindestens eine Batterieorgan des Elektrofahrrads während der Fahrt aufgeladen wird.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:
Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Elektrofahrrades,
Figur 2 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Antriebs-Brems-Anordnung, Figur 3 eine Seitenansicht der Antriebs-Brems-Anordnung aus Figur 2, und Figur 4 eine Rückansicht der Antriebs-Brems-Anordnung aus Figur 2. Figur 1 zeigt in einer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Elektrofahrrad 2. Das Elektrofahrrad 2 besitzt auf bekannte Weise eine Rahmenanordnung 4 an der zwei Räder, ein Vorderrad 6 und ein Hinterrad 8 schwenkbar gelagert sind. Zudem ist eine Lenkanordnung 10 vorgesehen, an der das Vorderrad 6 auf bekannte Weise angebunden ist. Über eine Tretantriebsanordnung 12, die auf bekannte Weise ein Kettengetriebe 14 aufweist, ist das Elektrofahrrad 2 mit Muskelkraft anzutreiben. An einem Unterrohr 16 der Rahmenanordnung 4 ist auf bekannte Weise ein Batterieorgan 18 vorgesehen, das auf bekannte Weise elektrisch mit Antriebs- Brems-Anordnungen 20, 22 verbunden ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist also sowohl das Vorderrad 6 als auch das Hinterrad 8 jeweils eine Antriebs- Brems-Anordnung 20, 22 auf. Es sollte deutlich sein, dass je nach Anwendungsfall auch nur das Vorderrad 6 eine Antriebs-Brems-Anordnung 20 oder nur das Hinterrad 8 eine Antriebs-Brems-Anordnung 22 aufweisen kann.
Der genaue Aufbau der Antriebs-Brems-Anordnungen 20, 22 wird anhand der der Antriebs-Brems-Anordnungen 20 in den Figuren 2 bis 4 näher erläutert.
Figur 2 zeigt in einer Vorderansicht die Antriebs-Brems-Anordnung 20 für das Vorderrad 6. Die Antriebs-Brems-Anordnung 20 weist hierbei einen als Scheibenmotor ausgebildeten Elektromotor 24 auf, der auf bekannte Weise einen Stator 26 und einen scheibenförmigen Rotor 28 besitzt. Mit den Bezugszeichen 30 sind Permanentmagnete des Rotors 28 bezeichnet. Der Stator 26 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel fest mit einem Rahmenteil 32, hier der Vorderradgabel (siehe hierzu Figur 1 ), verbunden. Der Stator 26 ist hierbei zudem derart ausgeführt, dass er den scheibenförmigen Rotor 28 auf bekannte Weise teilringförmig einschließt. Zudem ist in Figur 2 noch ein Bremssattel 34 dargestellt, der auf bekannte Weise über Bremsbacken 36 (siehe hierzu Figur 3) mit einer Bremsscheibe 38 auf bekannte Weise in Wirkverbindung steht. Auch der Bremssattel 34 schließt die Bremsscheibe 38 teilringförmig ein.
Das in Figur 1 dargestellt Batterieorgan 18 ist über einen Inverter 40 elektrisch mit dem Scheibenmotor 24 verbunden, wobei hier eine elektrische Anschlussleitung 42 und eine hydraulische Anschlussleitung 44 zur Versorgung des Bremssattels 34 auf bekannte Weise mit Hydrauliköl dargestellt sind. Sowohl der scheibenförmige Rotor 28 als auch die Bremsscheibe 38 sind jeweils drehfest mit einer Antriebswelle 46 (siehe hierzu Figur 1 ) verbunden. Um den Scheibenmotor 24 als High-Speed-Motor ausführen zu können und eine optimale Kraftübertragung zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß der Rotor 28 über ein Planetengetriebe 48 (siehe hierzu Figur 3) von dem hier ein Getriebegehäuseteil 50 dargestellt ist, verbunden. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Stator 26 am Getriebegehäuseteil 50 angeordnet.
Figur 3 zeigt nun in einer Seitenansicht die Antriebs-Brems-Anordnung 20. Deutlich zu erkennen, ist hier der Bremssattel 34 mit den Bremsbacken 36 die bei einem Bremsvorgang auf die Bremsscheibe 38 einwirken. Zudem ist in der Seitenansicht zu erkennen, wie der Rotor 28 über Lagermittel 52 schwenkbar an der Bremsscheibe 38 gelagert ist, um eine Relativbewegung zwischen Rotor 28 und Bremsscheibe 38 zu ermöglichen.
Figur 4 zeigt nun eine Rückansicht der Antriebs-Brems-Anordnung 20 mit einem geöffneten Getriebegehäuseteil 50. Das Planetengetriebe 48 besteht grundsätzlich aus einem Hohlrad 54, Planetenräder 56, 58, 60 und einem Sonnenrad 62, die auf bekannte Weise ineinandergreifen. Hierbei ist das Hohlrad 54 fest mit dem Rahmenteil 32 verbunden, wobei auch der Bremssattel 34 an der Außenseite des Hohlrades 54 befestigt ist, um eine besonders kompakte Antriebs-Brems-Anordnung 20 zu gewährleisten. Die Planetenräder 56, 58, 60 sind über schematisch dargestellte Lagerorgane 64, 66, 68 über eine Steganordnung 70 fest mit der Bremsscheibe 38 und damit mit der Antriebswelle 46 des Vorderrades 6 verbunden.
Das Sonnenrad 62 ist wiederum fest mit dem Rotor 28 verbunden. Durch eine derartige Ausführung des Planetengetriebes 48 wird bei Antrieb des Rotors 28 ein Übersetzungsverhältnis von i = np/nA > 1 ermöglicht. Hierdurch können auf besonders einfache Weise sogenannte High-Speed-Motoren als Elektromotor 24 eingesetzt werden.

Claims

5
Patentansprüche Antriebs-Brems-Anordnung für ein Rad eines muskelkraftbetriebenen Fahrzeuges (2), insbesondere Elektrofahrrad, mit einem als Scheibenmotor ausgebildeten Elektromotor (24), mit einem Stator (26), der an einem Rahmenteil (32) einer Rahmenanordnung (4) direkt oder indirekt angebunden ist und einen scheibenförmigen Rotor (28) mit einer Drehzahl np zumindest teilringförmige einschließt, wobei der scheibenförmige Rotor (28) Permanentmagnete (30) aufweist und drehfest mit einer Antriebswelle (46) mit einer Drehzahl nA wirkverbunden ist, wobei ein am Rahmenteil (32) angeordneter Bremssattel (34) mit Bremsbacken (36) vorgesehen ist, wobei der Bremssattel (34) eine Bremsscheibe (36) zumindest teilringförm ig einschließt, die ebenfalls drehfest mit der Antriebswelle (46) wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) über ein Planetengetriebe (48) in einem Getriebegehäuseteil (50) mit der Antriebswelle (46) wirkverbunden ist, derart, dass ein Übersetzungsverhältnis i = np/nA > 1 vorliegt. Antriebs-Brems-Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (62) des Planetengetriebes (48) mit dem Rotor (28) und Planetenräder (56, 58, 60) des Planetengetriebes (48) mit der Antriebswelle (46) wirkverbunden sind, wobei ein Hohlrad (54) fest mit dem Rahmenteil (32) verbunden ist. Antriebs-Brems-Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Lagerorgane (64, 66, 68) der Planetenräder (56, 58, 60) fest mit der Bremsscheibe (38) verbunden sind. Antriebs-Brems-Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (54) fest mit dem Bremssattel (34) verbunden ist. Antriebs-Brems-Anordnung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (28) schwenkbar an der Bremsscheibe (36) gelagert ist. 6
6. Antriebs-Brems-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Getriebegehäuseteil (50) der Stator (26) angeordnet ist. 7. Elektrofahrrad mit einer Rahmenanordnung (4) und zwei Rädern (6, 8), wobei ein Vorderrad (8) schwenkbar gelagert und an eine Lenkanordnung (10) angebunden ist, mit einer Tretantriebsanordnung (12), mit mindestens einem an der Rahmenanordnung angeordneten Batterieorgan (18) und mit mindestens einer Antriebs-Brems-Anordnung (20, 22) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Inverter (40) elektrisch mit der Antriebs-Brems-Anordnung (20, 22) verbunden ist.
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