WO2023156327A1 - Drive device for an electric bicycle, and electric bicycle - Google Patents

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WO2023156327A1
WO2023156327A1 PCT/EP2023/053461 EP2023053461W WO2023156327A1 WO 2023156327 A1 WO2023156327 A1 WO 2023156327A1 EP 2023053461 W EP2023053461 W EP 2023053461W WO 2023156327 A1 WO2023156327 A1 WO 2023156327A1
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WO
WIPO (PCT)
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axle
drive device
drive
axis
electric bicycle
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/053461
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Julius Thorwart
Original Assignee
Porsche Ebike Performance Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Porsche Ebike Performance Gmbh filed Critical Porsche Ebike Performance Gmbh
Publication of WO2023156327A1 publication Critical patent/WO2023156327A1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62KCYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K25/00Axle suspensions
    • B62K25/02Axle suspensions for mounting axles rigidly on cycle frame or fork, e.g. adjustably
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/60Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts
    • B62M6/65Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at axle parts with axle and driving shaft arranged coaxially
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/16Transmissions 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 device for an electric bicycle and an electric bicycle with such a drive device.
  • Bicycles are a cost-effective, easy-to-handle and emission-free means of transport. They have also been used as sports or fitness equipment, and types that are particularly suitable for different areas of use have emerged.
  • a drive device for an electric bicycle has a motor unit for driving the electric bicycle.
  • the drive device further includes a hub axle coupled to the motor unit.
  • the drive device also includes a transmission that is designed to drive the electric bicycle and can be rotated about an axis of rotation.
  • the transmission is coupled to the motor unit on the one hand and to the hub axle on the other hand and is set up to output torque for driving the electric bicycle.
  • the drive device also has a motor housing in which the motor unit and the transmission are arranged and through which the hub axle extends.
  • the hub axle has a first end section and a second end section which are designed to be coupled on opposite sides to a respective outer frame element of the electric bicycle, the second end section being narrower than the first section.
  • a reliable drive concept for electric bicycles can be implemented, which in particular enables an efficient and reliable rear wheel hub drive. Due to the tapering hub axle, which has a narrower and a wider free end, a structure of the drive device is provided which enables simplified assembly and also provides installation space for the other components or further components of the drive device in the area of the narrower second end section .
  • the drive device described is particularly useful as an electric bicycle drive system a bicycle hub or a rear wheel of the electric bicycle.
  • the second end section has a diameter in relation to a radial direction transverse to the axis of rotation which is at least one millimeter smaller than a diameter of the first end section.
  • the first end portion is formed with a diameter of 12 mm and the second end portion is configured as an M10 section so that the hub axle tapers from 12 mm diameter to 10 mm diameter and the second end portion preferably includes a thread.
  • other diameter values can also be provided, so that at least one end section is narrower than the other. Because the hub axle is tapered and has a narrower second end section, installation space can be provided that is suitable, for example, for a torque sensor.
  • the hub axle can be made of aluminum, so that the second end section and the second frame element have a respective thread, which engage in one another and are screwed together.
  • a separate threaded element for example as a steel insert, can be provided between the hub axle and the second frame element, which, together with the hub axle, enables the components of the drive device to be reliably connected and braced.
  • the first and second end sections each have a constant diameter in relation to a radial direction transverse to the axis of rotation.
  • the two end sections can be designed, for example, as cylinders of different sizes that adjoin one another and gradually merge.
  • one end section or both end sections can also have subsections with two or more different diameters, the second end section being narrower at its end facing outwards than the first end section at its opposite end facing outwards.
  • the hub axle has a central section which is formed between the first end section and the second end section in relation to the axis of rotation.
  • the middle section sets up a transition area between the two end sections, the middle section being designed in such a way that it tapers continuously, in sections or in steps towards the second end section.
  • the central portion may taper continuously, like a truncated cone, or have an intermediate region of constant diameter.
  • the middle section may have one or more steps that are larger or smaller than the first and/or the second adjacent end section.
  • at least one end of the second end section located axially on the outside is smaller or narrower than the first end section or than its associated end located axially on the outside.
  • the end sections comprise the respective axial end area and extend from opposite sides to the central area, which introduces a change in the circumference of the respective end sections.
  • the hub axle is designed in two parts and includes a A thru-axle and a sleeve-shaped drive axle through which the thru-axle extends.
  • the plug-in axle and the drive axle are preferably designed in such a way that they each taper along the axis of rotation in the direction towards the second end section.
  • only the hollow drive axle located further out can be tapered.
  • the quick-release axle can also be sleeve-shaped or hollow.
  • the quick-release axle is solid.
  • the quick-release axle is in particular longer than the drive axle surrounding it, so that it protrudes from the drive axle on both sides.
  • the quick-release axle can be coupled to the frame elements, in particular screwed, and the drive axle can be tightened in a predetermined manner.
  • the drive axle serves in particular as a stabilizing holding element for the components of the drive device that surround it.
  • the hub axle can also be designed in three parts, four parts or multiple parts and have elements that can be plugged into or coupled to one another.
  • a predetermined free space is set up in relation to a radial direction transverse to the axis of rotation in the middle section between the plug-in axle and the drive axle.
  • a free space can have a particularly beneficial effect on assembly of the drive device in which the quick-release axle is inserted into or through the drive axle.
  • the free space between the quick-release axle and the drive axle can provide a certain amount of assembly play and can, for example, alleviate some of the specifications for tolerance accuracy in the manufacture of the individual components.
  • the transition area is between the larger first and the smaller second
  • the end section is designed to be as short as possible axially, so that the drive axis tapers relatively sharply or over a relatively short distance.
  • a particularly long second end section and a relatively large amount of space for other components, such as sensors, bearings and gears, can thus be provided.
  • the quick-release axle is designed in particular to be able to absorb axial tension and to be able to compensate for any bending loads. It extends through the drive axle and can, for example, have the longest possible transition area between the larger diameter of the first end section and the smaller diameter of the second end section.
  • a respective transition area of the thru-axle and/or the drive axle can also be configured differently, so that the two transition areas are realized very similarly, for example, and only a relatively small or even no cavity is formed between the thru-axle and the drive axle.
  • the drive device has a first and a second frame element which are arranged on opposite sides in relation to the axis of rotation outside the motor housing.
  • the two frame elements are connected or coupled to a respective end section of the hub axle, so that one or both frame elements pre-tension the drive axle in cooperation with the quick-release axle.
  • the second end portion is screwed to the second frame member directly or by means of a threaded member and enables reliable and stably tightening and tensioning the drive axle against the opposing first frame member.
  • An additional, separate threaded element, for example in the form of a sleeve-shaped steel insert, between the quick-release axle and the second frame element enables the components of the drive device to be connected and clamped in a particularly stable and reliable manner.
  • the frame elements are arranged in particular outside of the motor housing and surround the hub axle at least in sections.
  • the drive device comprises a cassette body which is coupled to the motor housing and which surrounds the hub axle with respect to the axis of rotation and which is set up to transmit torque from a driver of the electric bicycle to the motor housing.
  • the drive device also includes a sensor unit, which is coupled to the hub axle or the drive axle and/or is arranged adjacent to it in order to determine a torque of the driver.
  • the sensor unit is arranged between the cassette body and the hub axle with respect to a radial direction transverse to the axis of rotation.
  • the sensor unit is preferably arranged in the narrower second end section of the hub axle and the sensor unit and the second end section are designed to match one another.
  • the sensor unit can be fitted onto the tapered area of the drive axle and surrounded by the drive axle by shaping it, so that an undesired twisting of the sensor unit is counteracted.
  • the sensor unit is designed, for example, in the form of a plate and/or ring in order to be able to be arranged reliably and stably in the narrow installation space.
  • the Sensor unit specify a certain shape, so that the second end portion of the hub axle is made particularly narrow and, for example, from a particularly stable material in order to accommodate or store the sensor unit and also provide a required stability of the drive device.
  • the sensor unit can comprise a torque sensor and enable a power measurement that is linked to or processed with the operation of the electric motor in order to provide a reliable and efficient electric bicycle drive.
  • a length of the first end section and/or a length of the second end section along the axis of rotation are designed to be matched to an expansion of the motor unit, the transmission and/or the sensor unit.
  • the second end section is twice as long as the first in order to provide a correspondingly large amount of space for an elongate sensor unit.
  • the motor unit includes an electric motor with a rotor and a stator, the stator being arranged in the direct vicinity of a wall of the motor housing.
  • the wall is directly adjacent to an outer area outside of the motor housing and as a result the electric motor is only shielded from the outer area by a wall of the drive device.
  • the wall has an extension section that thermally conductively connects the wall to the outside area outside of the motor housing.
  • a heat-generating motor unit which, for example, is based on a different drive and does not have an electric motor.
  • a particularly efficient drive concept can be implemented for a rear wheel hub by means of the drive device described.
  • the electric motor is shrunk directly into the motor housing and contacts the wall or has a heat-conducting intermediate element that connects the electric motor to the wall.
  • the heat generated can be dissipated in a controlled manner by means of heat conduction through the material of the wall and, if necessary, the connecting intermediate element and released to the outside area or absorbed by the ambient air located in the outside area.
  • a continuous material guide for heat conduction from the wall surrounding the electric motor to the outside outside of the motor housing can also be set up by means of a specifically introduced extension section.
  • the wall preferably has a cooling structure which comprises a plurality of ribs and/or other surface elevations which are arranged at a distance from one another on an outer side of the wall.
  • a cooling structure which comprises a plurality of ribs and/or other surface elevations which are arranged at a distance from one another on an outer side of the wall.
  • stator forms a component of the stator
  • Electric motor which in one operation a relatively large Heat component developed and is therefore preferably attached in the vicinity of a heat-dissipating wall.
  • the rotor and/or the stator of the electric motor can be arranged on the wall of the motor housing or connected to it by means of an intermediate element, so that a material-guided heat conduction is set up through the wall to the outside area.
  • a material-guided heat pipe is preferably designed in one piece.
  • the wall and the further heat-conducting elements, which are connected to the wall in particular in an air-free manner can form a coherent heat line without an air gap lying between them.
  • a conventional drive system includes an electric motor with a rotor running on the outside and a stator on the inside, so that an external-rotor drive is implemented with respect to a rotational axis of the components.
  • the stator is then, for example, fixedly mounted on an axle and arranged together with the rotor and permanent magnets in a rotor bell and a housing.
  • the stator forms a main heat source, which is accordingly very well encapsulated and installed very far away from the outer housing components.
  • the stator can be fixed in an enclosed bell, while the rotor rotates with permanent magnets inside. In such an internal rotor drive, the stator, as the main heat source, is arranged closer to the housing components on the outside, but is still installed in a heavily encapsulated manner.
  • the described relatively tightly packed conventional designs mean that heat dissipation, in particular from active parts of the drive system, to the housing parts around which the ambient air flows takes place only in a roundabout way, which often involves penetrating several different material walls and/or internal air gaps.
  • Such reduced heat dissipation of the active parts can result in the power of the motor unit of the electric bicycle having to be reduced after a short time in order to avoid permanent damage to the drive system.
  • the drive device described By means of the drive device described and the direct heat conduction to the outside made possible therein, heat from the electric motor can be dissipated promptly and in a targeted manner, and a significantly higher continuous output of the electric motor and the drive device can be achieved. This is achieved in particular by avoiding or at least significantly reducing heat-insulating air gaps and/or passages through several different material walls.
  • the drive device thus provides heat dissipation, in particular on the basis of heat conduction through a material, and preferably includes no or at least only a relatively small proportion of heat dissipation or heat transfer in the form of thermal radiation.
  • the motor housing includes a peripheral housing section which is rotatably coupled to the hub axle and in which the electric motor is arranged in direct proximity to the wall of the motor housing.
  • the circumferential housing section rotates around the axis of rotation when the electric bicycle is being driven, which in particular also corresponds to an axis of symmetry or a longitudinal axis of the hub axle.
  • the hub axle is stationary or rotationally fixed relative to the rotatable housing section and serves in particular to hold the components and to attach the drive device to the electric bicycle.
  • the drive device has a slip ring which is arranged inside the motor housing in relation to the axis of rotation.
  • the slip ring comprises a first slip ring element and a second slip ring element which contact each other radially and/or axially with respect to the axis of rotation.
  • a slip ring element is stationary coupled to the drive axle or the hub axle and therefore does not rotate about the axis of rotation.
  • the other slip ring element is rotatably coupled to and rotates about the hub axle and the axis of rotation.
  • the slip ring elements are coupled to the stator to provide power to the stator for torque generation during operation of the electric bicycle.
  • stator can be supplied with energy, even if both components of the electric motor, the stator and the rotor, rotate about the axis of rotation.
  • stator may be rotationally or stationary to the hub axle or motor housing be coupled so that a direct wiring of the stator to the power supply can be set up.
  • a slip ring can be saved with direct cabling.
  • the motor housing is designed in two parts and, in addition to the circumferential housing section, includes a stator cover, which is coupled to one another so as to be rotatable with respect to the axis of rotation by means of a bearing.
  • the housing section is rotatable and surrounds the stator cover, which is rotationally fixed or stationary coupled to the hub axle.
  • the housing section has an axial opening through which the stator cover extends axially along the axis of rotation to the outside of the housing section. In this way, the stator cover with the stator or electric motor located therein can be shifted closer to the outside area and thus be better cooled.
  • the electric motor is therefore not insulated and shielded from the outside area by a stator cover and a housing and any elements and/or air gaps arranged in between, but can transfer heat to the wall of the stator cover in a timely and efficient manner, which in turn transfers the heat to the Outside leads and gives off to the ambient air.
  • the drive device can include a brake disc for braking the electric bicycle as required, which is firmly coupled to the peripheral housing section.
  • the brake disc then preferably has an axial or inner penetrating recess through which the stator cover extends axially along the axis of rotation.
  • the stator cover can thus protrude through the housing section and through the brake disc to the outside area and reliable cooling of the electric motor allow, which usually forms the main heat source of the drive device.
  • the stator cover and the electric motor are thus shifted axially and thereby also provide available installation space in the housing section, which can be used for further components of the drive device.
  • the gearing is designed as a planetary gearing with a sun gear and at least one planetary gear and is arranged coaxially around the axis of rotation of the hub axle, so that the planetary gearing surrounds the hub axle.
  • the planetary gear can be single-stage, two-stage or multi-stage.
  • the planetary gear can include a ring gear.
  • the electric motor is preferably designed as a ring motor and is arranged coaxially around the hub axle in relation to the axis of rotation of the hub axle, so that the ring motor surrounds the hub axle.
  • the hub axle can form a bearing seat for the planetary gear and/or the ring motor. In this way, one or both components can be arranged radially and in a particularly space-saving manner, in that they are coupled to the hub axle using ball bearings and/or roller bearings, for example.
  • a method for producing the drive device can include providing and coupling the respective components include .
  • the electric motor is pushed onto the drive axle as a ring motor and then the planetary gear is also arranged axially adjacent to it.
  • the subassembly can then be placed on the rear bicycle tire or on a rear dropout of the bicycle frame and the quick-release axle can be inserted through it and screwed to the frame elements.
  • a different order of assembly can also be carried out, so that, for example, the quick-release axle is first inserted through the drive axle or the assembly and the drive device is thereby formed, which is then screwed to the frame elements by means of the end sections of the quick-release axle.
  • the described embodiments of the drive device each enable a reliable and efficient electric drive system for a rear wheel hub drive of an electric bicycle.
  • the stiffness of the drive device can be increased and customer acceptance improved by using the quick-release axle, and installation space can also be made available for the sensor unit.
  • a reliable heat dissipation by means of heat conduction and an enlarged axial installation space can be realized by targeted arrangement of the motor unit on a predetermined wall.
  • an electric bicycle in another aspect, includes a bicycle frame that extends to a bottom bracket and to a bicycle hub.
  • the electric bicycle has a drive device according to one of the embodiments described above, which is arranged in or on the bicycle hub, so that a torque for driving the electric bicycle can be transmitted by means of the transmission.
  • the electric bicycle enables the aforementioned properties, advantages and functions.
  • this For attachment to the bicycle hub and possibly to a frame section of the electric bicycle, this has a recess, for example, so that the drive device can be reliably accommodated.
  • the drive device is arranged, in particular mounted, or forms an assembly on the bicycle hub in the already coupled state, for example.
  • Figure 1 is a schematic view of a
  • FIGS 2-4 an exemplary embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views
  • FIGS. 5- 8 Another exemplary embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views.
  • FIGS. 9-11 another exemplary embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views. Identical, similar or equivalent elements are provided with the same reference symbols in the figures. For reasons of clarity, not all of the elements shown are identified with the associated reference symbols in all of the figures.
  • FIG. 1 schematically shows an electric bicycle 1 with a bicycle frame 2 which extends in the direction of a bottom bracket 4 and in the direction of a rear bicycle hub 3 .
  • the bicycle hub 3 is coupled to an electric drive device 5 for the electric bicycle 1 or can be coupled to one.
  • the electric bicycle 1 usually has a front wheel and a rear wheel.
  • An outer area designates an area outside of the electric bicycle 1 or outside of the drive device 5 .
  • the drive device 5 can also be referred to as a rear wheel hub drive and is integrated into the rear bicycle hub 3 or arranged on it and transmits a provided driving force to the rear bicycle tire and thus to the road or the ground.
  • the wheels of the electric bicycle 1 are set in motion directly by the drive device 5 so that a high level of efficiency can be achieved to support a rider of the electric bicycle 1 by means of the rear wheel hub drive.
  • Figures 2- 11 is explained, allows the Drive device 5 a drive concept for electric bicycles, which has a clear structure and also contributes to a high power transmission.
  • FIGS. 2-4 schematically show an exemplary embodiment of the drive device 5 for the electric bicycle 1 in different views.
  • the drive device 5 includes a motor unit with an electric motor for driving the electric bicycle 1 .
  • the electric motor is designed as a ring motor with respect to an axis of rotation R and has a rotor 13 and a stator 14 which provide a drive torque in rotational interaction.
  • the rotor 13 is arranged radially on the inside and the stator 14 is arranged radially on the outside within a motor housing.
  • the drive device 5 also has a hub axle which is designed in two parts and comprises a plug-in axle 9 and a drive axle 10 which are coupled to the electric motor.
  • the quick-release axle 9 and the drive axle 10 are sleeve-shaped and the quick-release axle 9 extends through the drive axle 10 so that the respective end sections 91 , 92 of the quick-release axle 9 protrude from the drive axle 10 .
  • the drive device 5 also includes a transmission, which is designed to drive the electric bicycle 1 and is mounted such that it can rotate about the axis of rotation R.
  • the gearing is preferably designed as a planetary gearing 18 and is arranged axially adjacent to the electric motor in the motor housing.
  • the planetary gear 18 comprises a sun gear and at least one planetary gear and can also be coupled to a ring gear 19 , a planetary carrier 21 and/or a freewheel 26 or have such components.
  • the Planetary gear 18 is coupled to the electric motor on the one hand and to the hub axle on the other hand and is set up to output a torque for driving the electric bicycle 1 .
  • the drive device 5 also includes the motor housing, which includes a circumferential housing section 6 and possibly also a stator cover 15 (see FIGS. 5-11).
  • the motor housing which includes a circumferential housing section 6 and possibly also a stator cover 15 (see FIGS. 5-11).
  • the rotor 13 , the stator 14 and the planetary gear 18 are arranged in the housing section 6 .
  • the hub axle with the quick-release axle 9 and the drive axle 10 extends through the housing section 6 .
  • the electric motor and in particular the stator 14 are shielded from the outside area only by an adjacent wall 61 of the housing section 6 .
  • An outer side 62 of the wall 61 thus borders at least in sections on the outer area and ambient air can flow directly around it. Heat generated by the electric motor during operation of the electric bicycle 1 can thus be dissipated to the outside area through the wall 61 by means of direct thermal conduction.
  • stator 14 is shrunk directly into the peripheral housing section 6 .
  • the direct connection of the stator 14 to the housing section 6 enables a particularly reliable and timely heat dissipation through heat conduction to the motor housing and thereby to the air flowing around in the outside area.
  • the stator 14 is also supplied with a three-phase current by means of a slip ring 22 to generate a torque.
  • the slip ring 22 comprises a first and a second slip ring element 23 , 24 which contact each other axially and/or radially with respect to the axis of rotation R.
  • the power supply of the stator 14 is thus of the fixed drive axle 10 to the revolving housing section 6 and then to the stator 14 .
  • the rotor 13 is mounted on the stationary or rotationally fixed drive axle 10 by means of one or more bearings 25 and transmits a drive torque to the downstream planetary gear 18 .
  • the planetary gear 18 converts speed and torque and the converted torque can be delivered to the revolving housing section 6 with a drive through the sun gear, either through the planet carrier 21 or through the ring gear 19 .
  • the freewheel 26 can also be provided for decoupling a drive train when operating the electric bicycle 1 without support from the electric motor.
  • the output can be set up by the sun gear.
  • the drive device 5 further comprises a brake disk 7 on one side and a cassette body 8 on the other side of the drive device 5 with respect to the axial arrangement of the components along the axis of rotation R .
  • the brake disk 7 is used to brake the electric bicycle 1 and is firmly coupled to the surrounding housing section 6 , for example screwed.
  • the cassette body 8 is as a pinion carrier by means of a second bearing 17 with the peripheral housing section 6 coupled. With respect to the axis of rotation R, the cassette body 8 surrounds the drive axle 10 and the through axle 9 and is set up to transmit a torque of a rider of the electric bicycle 1 to the motor housing.
  • the drive torque of the driver is introduced through the cassette body 8 into the encircling housing section 6 .
  • the cassette body 8 also contains or surrounds a sensor unit 20 of the drive device 5, which includes sensors for measuring the driver's torque.
  • the sensor unit 20 comprises a measuring sleeve which is coupled, for example screwed, to the cassette body 8 and into which the torque from the cassette body 8 is introduced at one end. At another end, the torque is transmitted to the housing section 6 via a freewheel.
  • the sensor unit 20 also includes sensor electronics that enable the torque to be measured.
  • the sensor unit 20 is based, for example, on a magnetostrictive measuring principle.
  • the measuring sleeve is made from steel, for example, and is designed to be permanently magnetic. Alternatively, it can also be ferromagnetic and can be electrically magnetized by a coil.
  • the measuring sleeve is twisted by a torsional moment, so that the magnetic field in the measuring sleeve changes. Such a magnetic field change is proportional to the torque and can be detected with the help of coils in the sensor electronics.
  • the sensor unit 20 is arranged between the cassette body 8 and the drive axis 10 with respect to a radial direction transverse to the axis of rotation R. This can be made possible in particular to save space by the fact that the The hub axle with the through axle 9 and the drive axle 10 tapers in the direction of the second end section 92 .
  • the cassette body 8 can also be decoupled from the surrounding housing section 6 by a freewheel.
  • the freewheel is realized, for example, as a pawl freewheel or a toothed disk freewheel.
  • the quick-release axle 9 is set up to be coupled, in particular screwed, at opposite ends to outer frame elements 11 and 12 of the bicycle frame 2 of the electric bicycle 1 .
  • the fixed drive axle 10 is provided, on which both the rotating housing section 6 is mounted by means of a bearing 25 , as well as the rotor 13 and the cassette body 8 .
  • the stationary drive axle 10 is designed in such a way that it provides the necessary rigidity to support the forces acting on it during operation.
  • the revolving housing section 6 is mounted on the drive axle 10 by means of two bearings 16 , 17 or 25 . These camps can also be referred to as main camps and beyond that other camps as other camps.
  • bearing 16 on the illustrated left-hand area of housing section 6 and bearing 25 on the illustrated right-hand area of housing section 6 can therefore be referred to as the main bearing.
  • the bearings 16 , 17 and 25 are designed in particular to have the same effect and, essentially due to their installed position in the drive device 5 , experience position-dependent forces and/or serve position-dependent functions.
  • the fixed drive axle 10 is hollow, so that there is space inside for the quick-release axle 9, which can be inserted into the screwed into the second frame element 12 of the bicycle frame 2 by means of the narrower second end section 92 and thus braces the two frame elements 11 , 12 against the stationary drive axle 10 .
  • the quick-release axle 9 is not designed with a uniform diameter, but tapers towards the right-hand side in order to provide installation space for the sensor unit 20 .
  • the drive device 5 can be used to provide efficient and directed heat dissipation and also a useful axle standard, which can have an advantageous effect on stiffness and customer acceptance by using the two-part hub axle with the plug-in axle 9 and the drive axle 10 .
  • FIGS. 5-8 schematically show another exemplary embodiment of the drive device 5 for the electric bicycle 1 in different views.
  • the motor housing includes, in addition to the circumferential housing section 6 , a stator cover 15 which is coupled to one another by means of a first bearing 16 .
  • the first bearing 16 can also be referred to as the first main bearing and is arranged on the non-stationary or rotatable stator cover 15 .
  • the circumferential housing section 6 is in turn arranged on the first main bearing 16 , so that the first main bearing 16 is arranged radially between the stator cover 15 and the housing section 6 .
  • the bearing 17 forms a further, second main bearing and is arranged opposite one another between the housing section 6 and the cassette body 8 . Acting radial forces are absorbed by the main bearing 17, then through the cassette body 8, and then through the bearing
  • Another bearing (not shown) is also provided between the measuring sleeve of the sensor unit 20 and the drive axle 10 .
  • An acting radial force is accordingly transmitted to the housing section 6 , then to the bearing 17 , then to a freewheel body that may be present, then to the measuring sleeve of the sensor unit 20 screwed to the freewheel body, then to a roller bearing and then to the drive axle 10 .
  • the additional bearing 25 according to FIGS. 5-8 serves as the freewheel body and essentially no radial forces are introduced by the driver at this position.
  • the stator cover 15 is in the shape of a bell and is located as far to the left as possible and extends through an inner or central recess 71 of the brake disc 7 .
  • the left side of the drive device 5 shown in FIG. 5, on which the brake disc 7 is arranged, can also be referred to as the non-drive side.
  • the right-hand side of the drive device 5 shown in FIG. 5, on which the cassette body 8 is arranged, can also be referred to as the drive side.
  • the brake disk 7 is also fastened, in particular screwed, to the peripheral housing section 6 .
  • the axial position of the brake disc 7 is unchanged compared to the previous exemplary embodiment, as are the braking flanks of the brake disc 7 . Due to the axial displacement of the electric motor and the stator cover 15
  • stator cover 15 is not installed tightly and is encapsulated inside the surrounding housing section 6 , but can emit the heat introduced from the stator 14 into the stator cover 15 by means of thermal conduction through the wall 151 directly to the air flowing around the outside area.
  • the heat is transferred from the stator 14 to the stator cover 15 predominantly by means of thermal conduction, but also by means of convection and thermal radiation. The heat is then emitted from the stator cover 15 to the ambient air by means of convection and radiation.
  • the heat dissipation can also be improved in that the stator cover 15 has a cooling structure 153 on the axial outside with a plurality of ribs which are spaced apart from one another and provide an enlarged surface around which the ambient air can flow (see FIG. 7).
  • FIG. 8 shows the drive device 5 according to FIG. 7, a possible arrangement and design of the left or first frame element 11 also being illustrated.
  • FIGS. 9-11 schematically show a further exemplary embodiment of the drive device 5 for the electric bicycle 1 in different views.
  • the stator cover 15 comprises an extension section 152 which extends the wall 151 of the stator cover 15 and connects it to the outside. Also by means of such a guide from Stator cover 15 , which is surrounded by housing section 6 , can be set up for directed and timely heat dissipation by means of heat conduction.
  • the heat generated during operation of the stator 14 is transferred to the surrounding wall 151 of the stator cover 15 and guided through the material under the bearing 16 into the extension section 152 , from where the heat can be dissipated to the ambient air.
  • a heat dissipation is significantly more efficient than a heat transfer which, for example, has to overcome the wall 151 of the stator cover 15, the wall 61 of the housing section 6 and in particular the air gap located between them.
  • the extension section 152 can have the additional cooling structure 153 on the outside.
  • the extension section 152 can be configured in one piece with the wall 151 of the stator cover 15 or can be coupled to the wall 151 as a separate extension piece. In the design of the stator cover 15 with wall 151 and optionally provided extension section 152 , simple and time-saving assembly of the components is also taken into account in particular.
  • the extension section 152 and the wall 151 are then preferably made of the same material.
  • the stator cover 15 or the wall 151 and the optionally provided extension section 152 are preferably made of aluminum or have aluminum. Compared to steel, for example, aluminum has a significantly higher thermal conductivity and also has weight advantages. Alternatively or additionally, one or more of the components described above could be made of magnesium or have magnesium, so that a low weight and reliable thermal conductivity of the drive device 5 can be achieved.
  • the hub axle has the through axle 9 and the drive axle 10 , each of which tapers in the direction of the second end section 92 , which enable simplified assembly and also provide installation space for the sensor unit 20 .
  • the wheel spindle 9 is illustrated in FIGS. 2-11 as having three sections, with the two opposite end sections 91 , 92 being connected to one another by a middle section 93 .
  • the end sections 91 , 92 each have a substantially constant diameter in relation to a radial direction transverse to the axis of rotation R, the diameter of the second end section 92 being smaller than that of the first end section 91 .
  • the middle section 93 establishes a transition area between the two end sections 91 , 92 , the middle section being formed so that it tapers continuously or stepwise towards the second end section 92 .
  • the middle section 93 accordingly initiates a change in the circumference of the respective end sections 91 , 92 .
  • a length of the first end section 91 and/or a length of the second end section 92 along the axis of rotation R are configured in particular to match an expansion of the electric motor 13 , 14 , the planetary gear 18 and/or the sensor unit 20 .
  • the second end section 92 is twice as long as the first end section 91 in order to provide a correspondingly large amount of space for an elongate sensor unit 20 (see FIGS. 5-11).
  • the first end section 91 can also be longer than the second end section 92, provided that the Permit or require components of the drive device 5 (see FIGS. 2-4).
  • the first end section 91 and the second end section 92 can be designed with approximately the same length, provided that the components of the drive device 5 permit or require it.
  • FIGS. 2-11 For reasons of clarity, only the described sections 91, 92, 93 of the quick-release axle 9 are illustrated in FIGS. 2-11. However, the properties and features described can be transferred analogously to three sections of the drive axle 10, which are designed to follow one another and can follow an outer contour of the quick-release axle 9 or, as illustrated in Figures 2-11, a free space 94 between the quick-release axle 9 and the Set up drive axle 10 . Referring to the illustrated FIGS. 2-11, a middle section of the drive axle 10 thus begins further to the right than the middle section of the quick-release axle 9 .
  • the free space 94 introduced between them can have a particularly beneficial effect on an assembly of the drive device 5 in which the quick-release axle 9 is inserted into the drive axle 10 and through the drive axle 10 .
  • the free space 94 thus provides a certain amount of assembly play and can, for example, alleviate some of the specifications for tolerance accuracy in the production of the individual components of the drive device 5 .
  • a reliable drive concept for electric bicycles can be implemented by means of the drive device 5 described, which enables particularly efficient heat dissipation.
  • an axially enlarged installation space can be set up and greater rigidity and improved customer acceptance of the drive device 5 can be achieved.
  • the drive device 5 is particularly suitable for assembly or use in the hub of the rear wheel of the Suitable electric bicycle 1 and enables an advantageous drive system, in particular in terms of high ef fi ciency.

Abstract

The invention relates to a drive device (5) for an electric bicycle (1) comprising a motor unit (13, 14) for driving the electric bicycle (1) and a hub axle (9, 10) that is coupled to the motor unit (13, 14). The drive device (5) also comprises a transmission (18, 19, 26) which is designed for driving the electric bicycle (1) and can be rotated about an axis of rotation (R), and which is coupled to the motor unit (13, 14) on one side and to the hub axle (9, 10) on the other side. The transmission (18, 19, 26) is designed to output a torque for driving the electric bicycle (1). The motor unit (13, 14) and the transmission (18, 19, 26) are arranged in a motor housing (6, 15), through which the hub axle (9, 10) extends. The hub axle (9, 10) has a first end section (91) and a second end section (92) in relation to the axis of rotation (R), which are designed to be coupled to a respective outer frame element (6, 7) of the electric bicycle (1) on opposite sides, wherein the second end section (92) is designed to be narrower than the first section (91).

Description

Beschreibung Description
Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad und Elektrofahrrad Driving device for an electric bicycle and electric bicycle
Die Erfindung betri f ft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad und ein Elektrofahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung . The invention relates to a drive device for an electric bicycle and an electric bicycle with such a drive device.
Fahrräder realisieren kostengünstige , leicht zu handhabende und emissions freie Fortbewegungsmittel . Sie haben auch als Sport- beziehungsweise Fitnessgeräte Verbreitung gefunden, und es haben sich für unterschiedliche Einsatz felder besonders geeignete Typen herausgebildet . Bicycles are a cost-effective, easy-to-handle and emission-free means of transport. They have also been used as sports or fitness equipment, and types that are particularly suitable for different areas of use have emerged.
In den letzten Jahren wächst die Begeisterung für Elektrofahrräder, insbesondere sogenannte " Pedelecs" , und das auch trotz der für Fahrräder hohen Gewichte und Preise . Potenzielle Kunden sind nicht nur ältere , weniger konditionsstarke oder von sportlichen Ambitionen freie Radfahrer, sondern auch sportliche , j üngere Fahrer, sei es zur Nutzung auf dem Arbeitsweg oder wegen der Möglichkeit , mit ihnen ohne Überbeanspruchung der eigenen Physis den Aktionsradius zu erweitern und/oder die Reisegeschwindigkeit zu erhöhen . Gerade bei Mountainbikern scheint das Interesse an elektrisch unterstützten Mountainbikes zu wachsen . Bei Elektrofahrrädern ist es ein Anliegen, ein zuverlässig unterstützendes Antriebssystem bereitzustellen, welches eine hohe Leistungsübertragung ermöglicht . In recent years, enthusiasm for electric bicycles, especially so-called "pedelecs", has been growing, despite the high weight and price of bicycles. Potential customers are not only older, less fit cyclists or cyclists who are free from sporting ambitions, but also sporty, younger cyclists, be it for use on the way to work or because of the possibility of using them to extend the radius of action without overstraining one's own physique and/or to increase the cruising speed. Mountain bikers in particular seem to be showing increasing interest in electrically assisted mountain bikes. In the case of electric bicycles, it is important to provide a reliably supporting drive system that enables high power transmission.
Es ist eine Aufgabe , die der Erfindung zugrunde liegt , ein zuverlässiges Antriebskonzept für Elektrofahrräder zu schaf fen, welches einen übersichtlichen Aufbau ermöglicht und zudem zu einer hohen Leistungsübertragung beiträgt . Gemäß einem Aspekt wird eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad of fenbart . Die Antriebsvorrichtung weist eine Motoreinheit zum Antreiben des Elektrofahrrads auf . Die Antriebsvorrichtung umfasst weiter eine Nabenachse , die mit der Motoreinheit gekoppelt ist . Die Antriebsvorrichtung umfasst weiter ein Getriebe , das zum Antreiben des Elektrofahrrads ausgebildet und um eine Rotationsachse drehbar ist . Das Getriebe ist einerseits mit der Motoreinheit und anderseits mit der Nabenachse gekoppelt und es ist dazu eingerichtet , ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads abzugeben . Die Antriebsvorrichtung weist außerdem ein Motorgehäuse auf , in dem die Motoreinheit und das Getriebe angeordnet sind und durch das sich die Nabenachse erstreckt . Die Nabenachse weist bezogen auf die Rotationsachse einen ersten Endabschnitt und einen zweiten Endabschnitt auf , die dazu eingerichtet sind, auf gegenüberliegenden Seiten mit einem j eweiligen äußeren Rahmenelement des Elektrofahrrads gekoppelt zu werden, wobei der zweite Endabschnitt schmaler ausgebildet ist als der erste Abschnitt . It is an object on which the invention is based to create a reliable drive concept for electric bicycles that enables a clear structure and also contributes to high power transmission. According to one aspect, a drive device for an electric bicycle is disclosed. The drive device has a motor unit for driving the electric bicycle. The drive device further includes a hub axle coupled to the motor unit. The drive device also includes a transmission that is designed to drive the electric bicycle and can be rotated about an axis of rotation. The transmission is coupled to the motor unit on the one hand and to the hub axle on the other hand and is set up to output torque for driving the electric bicycle. The drive device also has a motor housing in which the motor unit and the transmission are arranged and through which the hub axle extends. In relation to the axis of rotation, the hub axle has a first end section and a second end section which are designed to be coupled on opposite sides to a respective outer frame element of the electric bicycle, the second end section being narrower than the first section.
Mittels der beschriebenen Antriebsvorrichtung ist ein zuverlässiges Antriebskonzept für Elektrofahrräder realisierbar, welches insbesondere einen ef fi zienten und zuverlässigen Hinterradnabenantrieb ermöglicht . Aufgrund der sich verj üngenden Nabenachse , die ein schmaleres und ein breiteres freies Ende aufweist , ist ein Aufbau der Antriebsvorrichtung bereitgestellt , welcher eine vereinfachte Montage ermöglicht und zudem im Bereich des schmaleren zweiten Endabschnitts Bauraum für die anderen Komponenten oder weitere Komponenten der Antriebsvorrichtung zur Verfügung stellt . Die beschriebene Antriebsvorrichtung ist insbesondere als elektrisches Fahrradantriebssystem zur an einer Fahrradnabe oder einem Hinterrad des Elektrofahrrads geeignet . By means of the drive device described, a reliable drive concept for electric bicycles can be implemented, which in particular enables an efficient and reliable rear wheel hub drive. Due to the tapering hub axle, which has a narrower and a wider free end, a structure of the drive device is provided which enables simplified assembly and also provides installation space for the other components or further components of the drive device in the area of the narrower second end section . The drive device described is particularly useful as an electric bicycle drive system a bicycle hub or a rear wheel of the electric bicycle.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung weist der zweite Endabschnitt in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse einen Durchmesser auf , der mindestens einen Millimeter kleiner ist als ein Durchmesser des ersten Endabschnitts . Beispielsweise ist der erste Endabschnitt mit einem Durchmesser von 12 mm ausgebildet und der zweite Endabschnitt als ein M10-Abschnitt eingerichtet , sodass sich die Nabenachse von 12 mm Durchmesser auf 10 mm Durchmesser verj üngt und der zweite Endabschnitt vorzugsweise ein Gewinde umfasst . Alternativ können auch andere Durchmesserwerte vorgesehen sein, sodass zumindest ein Endabschnitt schmaler ausgebildet ist als der andere . Dadurch, dass sich die Nabenachse verj üngt und einen schmaleren zweiten Endabschnitt aufweist , kann Bauraum bereitgestellt werden, der zum Beispiel für einen Drehmomentsensor geeignet ist . According to a development of the drive device, the second end section has a diameter in relation to a radial direction transverse to the axis of rotation which is at least one millimeter smaller than a diameter of the first end section. For example, the first end portion is formed with a diameter of 12 mm and the second end portion is configured as an M10 section so that the hub axle tapers from 12 mm diameter to 10 mm diameter and the second end portion preferably includes a thread. Alternatively, other diameter values can also be provided, so that at least one end section is narrower than the other. Because the hub axle is tapered and has a narrower second end section, installation space can be provided that is suitable, for example, for a torque sensor.
Die Nabenachse kann, wie auch die Rahmenelemente des Elektrofahrrads , aus Aluminium gefertigt sein, sodass der zweite Endabschnitt und das zweite Rahmenelement ein j eweiliges Gewinde aufweisen, die ineinandergrei fen und miteinander verschraubt werden . Alternativ oder zusätzlich kann ein separates Gewindeelement , zum Beispiel als Stahleinsatz , zwischen der Nabenachse und dem zweiten Rahmenelement vorgesehen sein, das zusammen mit der Nabenachse ein zuverlässiges Verbinden und Verspannen der Komponenten der Antriebsvorrichtung ermöglicht . Like the frame elements of the electric bicycle, the hub axle can be made of aluminum, so that the second end section and the second frame element have a respective thread, which engage in one another and are screwed together. Alternatively or additionally, a separate threaded element, for example as a steel insert, can be provided between the hub axle and the second frame element, which, together with the hub axle, enables the components of the drive device to be reliably connected and braced.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung weisen der erste und der zweite Endabschnitt in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse j eweils einen konstanten Durchmesser auf . Die beiden Endabschnitte können sich zum Beispiel als unterschiedlich große , aneinander angrenzende Zylinder ausgebildet sein und stufenweise übergehen . Alternativ kann ein Endabschnitt oder können beide Endabschnitte auch Unterabschnitte mit zwei oder mehr unterschiedlichen Durchmessern aufweisen, wobei der zweite Endabschnitt an seinem nach außen zugewandten Ende schmaler ausgebildet ist , als der erste Endabschnitt an seinem gegenüberliegendem nach außen zugewandten Ende . According to a development of the drive device, the first and second end sections each have a constant diameter in relation to a radial direction transverse to the axis of rotation. The two end sections can be designed, for example, as cylinders of different sizes that adjoin one another and gradually merge. Alternatively, one end section or both end sections can also have subsections with two or more different diameters, the second end section being narrower at its end facing outwards than the first end section at its opposite end facing outwards.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung weist die Nabenachse einen Mittelabschnitt auf , der in Bezug auf die Rotationsachse zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt ausgebildet ist . Der Mittelabschnitt richtet einen Ubergangsbereich zwischen den beiden Endabschnitten ein, wobei der Mittelabschnitt so ausgebildet ist , dass er sich hin zu dem zweiten Endabschnitt kontinuierlich, abschnittsweise oder stufenweise verj üngt . Der Mittelabschnitt kann zum Beispiel , wie ein Kegelstumpf , durchgehend schmaler werden oder einen Zwischenbereich mit konstantem Durchmesser aufweisen . Alternative kann der Mittelabschnitt eine oder mehrere Stufen aufweisen, die größer oder kleiner als der erste und/oder der zweite angrenzende Endabschnitt sind . Jeweils ist aber zumindest ein axial außen befindliches Ende des zweiten Endabschnitts kleiner oder schmaler als der erste Endabschnitt beziehungsweise als sein das ihm zugehörige axial außen befindliche Ende . Die Endabschnitte umfassen demgemäß den j eweiligen axialen Endbereich und erstrecken sich von gegenüberliegenden Seiten bis hin zu dem Mittelbereich, welcher eine Umfangsänderung der j eweiligen Endabschnitte einleitet . According to a further development of the drive device, the hub axle has a central section which is formed between the first end section and the second end section in relation to the axis of rotation. The middle section sets up a transition area between the two end sections, the middle section being designed in such a way that it tapers continuously, in sections or in steps towards the second end section. For example, the central portion may taper continuously, like a truncated cone, or have an intermediate region of constant diameter. Alternatively, the middle section may have one or more steps that are larger or smaller than the first and/or the second adjacent end section. In each case, however, at least one end of the second end section located axially on the outside is smaller or narrower than the first end section or than its associated end located axially on the outside. Accordingly, the end sections comprise the respective axial end area and extend from opposite sides to the central area, which introduces a change in the circumference of the respective end sections.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Antriebsvorrichtung ist die Nabenachse zweiteilig ausgebildet und umfasst eine Steckachse und eine hülsenförmige Antriebsachse , durch welche sich die Steckachse erstreckt . Vorzugsweise sind die Steckachse und die Antriebsachse so ausgebildet , dass sie sich entlang der Rotationsachse in Richtung hin zu dem zweiten Endabschnitt j eweils verj üngen . Alternativ kann sich auch nur die weiter außen befindliche hohle Antriebsachse verj üngen . Auch die Steckachse kann hülsenförmig oder hohl ausgebildet sein . Alternativ ist die Steckachse massiv ausgebildet . Die Steckachse ist insbesondere länger ausgebildet als die sie umgebende Antriebsachse , sodass sie beidseitig aus der Antriebsachse hervortritt . Somit kann die Steckachse mit den Rahmenelementen gekoppelt , insbesondere verschraubt , und die Antriebsachse vorgegeben verspannt werden . Die Antriebsachse dient insbesondere als stabilisierendes Halteelement für die sie umgebenden Komponenten der Antriebsvorrichtung . Darüber hinaus kann die Nabenachse auch dreiteilig, vierteilig oder mehrteilig ausgebildet sein und ineinander steckbare oder miteinander koppelbare Elemente aufweisen . According to a preferred development of the drive device, the hub axle is designed in two parts and includes a A thru-axle and a sleeve-shaped drive axle through which the thru-axle extends. The plug-in axle and the drive axle are preferably designed in such a way that they each taper along the axis of rotation in the direction towards the second end section. Alternatively, only the hollow drive axle located further out can be tapered. The quick-release axle can also be sleeve-shaped or hollow. Alternatively, the quick-release axle is solid. The quick-release axle is in particular longer than the drive axle surrounding it, so that it protrudes from the drive axle on both sides. Thus, the quick-release axle can be coupled to the frame elements, in particular screwed, and the drive axle can be tightened in a predetermined manner. The drive axle serves in particular as a stabilizing holding element for the components of the drive device that surround it. In addition, the hub axle can also be designed in three parts, four parts or multiple parts and have elements that can be plugged into or coupled to one another.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung ist in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse in dem Mittelabschnitt zwischen der Steckachse und der Antriebsachse ein vorgegebener Freiraum eingerichtet ist . Ein solcher Freiraum kann sich insbesondere nutzbringend auf eine Montage der Antriebsvorrichtung auswirken, bei der die Steckachse in oder durch die Antriebsachse gesteckt wird . Der Freiraum zwischen der Steckachse und der Antriebsachse kann ein gewisses Montagespiel bereitstellen und kann zum Beispiel Vorgaben an Toleranzgenauigkeiten bei der Herstellung der einzelnen Komponenten etwas entschärfen . According to a further development of the drive device, a predetermined free space is set up in relation to a radial direction transverse to the axis of rotation in the middle section between the plug-in axle and the drive axle. Such a free space can have a particularly beneficial effect on assembly of the drive device in which the quick-release axle is inserted into or through the drive axle. The free space between the quick-release axle and the drive axle can provide a certain amount of assembly play and can, for example, alleviate some of the specifications for tolerance accuracy in the manufacture of the individual components.
In Bezug auf die Antriebsachse ist der Übergangsbereich zwischen dem größeren ersten und dem kleineren zweiten Endabschnitt zum Beispiel axial so kurz wie möglich eingerichtet , sodass sich die Antriebsachse relativ stark oder auf einer relativ kurzen Strecke verj üngt . Somit kann ein besonders langer zweiter Endabschnitt und relativ viel Platz für andere Komponenten, wie Sensor, Lager und Getriebe , bereitgestellt werden . In relation to the drive axle, the transition area is between the larger first and the smaller second For example, the end section is designed to be as short as possible axially, so that the drive axis tapers relatively sharply or over a relatively short distance. A particularly long second end section and a relatively large amount of space for other components, such as sensors, bearings and gears, can thus be provided.
Die Steckachse ist insbesondere dazu eingerichtet , axial Zug aufnehmen und eventuelle Biegebelastungen kompensieren zu können . Sie erstreckt sich durch die Antriebsachse und kann zum Beispiel einen möglichst langen Übergangsbereich zwischen dem größeren Durchmesser des ersten Endabschnitts und dem kleineren Durchmesser des zweiten Endabschnitts aufweisen .The quick-release axle is designed in particular to be able to absorb axial tension and to be able to compensate for any bending loads. It extends through the drive axle and can, for example, have the longest possible transition area between the larger diameter of the first end section and the smaller diameter of the second end section.
Auf diese Weise kann eine Kerbwirkung gering gehalten werden und ein Beitrag für eine nutzbringende Stabilität in Bezug auf Biegungen geleistet werden . In this way, a notch effect can be kept low and a contribution can be made to useful stability with regard to bending.
Alternativ kann ein j eweiliger Übergangsbereich der Steckachse und/oder der Antriebsachse auch anders ausgestaltet sein, sodass die beiden Übergangsbereiche zum Beispiel sehr ähnlich realisiert sind und nur ein relativ kleiner oder sogar gar kein Hohlraum zwischen der Steckachse und der Antriebsachse ausgebildet ist . Alternatively, a respective transition area of the thru-axle and/or the drive axle can also be configured differently, so that the two transition areas are realized very similarly, for example, and only a relatively small or even no cavity is formed between the thru-axle and the drive axle.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Antriebsvorrichtung ein erstes und ein zweites Rahmenelement , die in Bezug auf die Rotationsachse auf gegenüberliegenden Seiten außerhalb des Motorgehäuses angeordnet sind . Die beiden Rahmenelemente sind mit einem j eweiligen Endabschnitt der Nabenachse verbunden oder gekoppelt , sodass ein oder beide Rahmenelemente die Antriebsachse im Zusammenwirken mit der Steckachse vorgegeben verspannen . Zum Beispiel ist der zweite Endabschnitt direkt oder mittels eines Gewindeelements mit dem zweiten Rahmenelement verschraubt und ermöglicht ein zuverlässiges und stabiles Festziehen und Spannen der Antriebsachse gegen das gegenüberliegende erste Rahmenelement . Ein zusätzliches separates Gewindeelement , zum Bespiel in Form eines hülsenförmigen Stahleinsatzes , zwischen der Steckachse und dem zweiten Rahmenelement ermöglicht ein besonders stabiles und zuverlässiges Verbinden und Verspannen der Komponenten der Antriebsvorrichtung . Die Rahmenelemente sind insbesondere außerhalb des Motorgehäuses angeordnet und umgeben die Nabenachse zumindest abschnittsweise . According to a further development, the drive device has a first and a second frame element which are arranged on opposite sides in relation to the axis of rotation outside the motor housing. The two frame elements are connected or coupled to a respective end section of the hub axle, so that one or both frame elements pre-tension the drive axle in cooperation with the quick-release axle. For example, the second end portion is screwed to the second frame member directly or by means of a threaded member and enables reliable and stably tightening and tensioning the drive axle against the opposing first frame member. An additional, separate threaded element, for example in the form of a sleeve-shaped steel insert, between the quick-release axle and the second frame element enables the components of the drive device to be connected and clamped in a particularly stable and reliable manner. The frame elements are arranged in particular outside of the motor housing and surround the hub axle at least in sections.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Antriebsvorrichtung einen Kassettenkörper, der mit dem Motorgehäuse gekoppelt ist und der in Bezug auf die Rotationsachse die Nabenachse umgibt und der dazu eingerichtet ist , ein Drehmoment eines Fahrers des Elektrofahrrads an das Motorgehäuse zu übertragen . Die Antriebsvorrichtung umfasst außerdem eine Sensoreinheit , die zur Ermittlung eines Drehmoments des Fahrers mit der Nabenachse beziehungsweise der Antriebsachse gekoppelt und/oder benachbart zu dieser angeordnet ist . Die Sensoreinheit ist in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse zwischen dem Kassettenkörper und der Nabenachse angeordnet . Vorzugsweise ist die Sensoreinheit in dem schmaleren zweiten Endabschnitt der Nabenachse angeordnet und die Sensoreinheit und der zweite Endabschnitt sind in Abstimmung aufeinander ausgebildet . Die Sensoreinheit kann auf den verj üngten Bereich der Antriebsachse aufgesteckt und durch eine Aus formung der Antriebsachse von dieser umgeben sein, sodass einem unerwünschten Verdrehen der Sensoreinheit entgegengewirkt wird . According to a further development, the drive device comprises a cassette body which is coupled to the motor housing and which surrounds the hub axle with respect to the axis of rotation and which is set up to transmit torque from a driver of the electric bicycle to the motor housing. The drive device also includes a sensor unit, which is coupled to the hub axle or the drive axle and/or is arranged adjacent to it in order to determine a torque of the driver. The sensor unit is arranged between the cassette body and the hub axle with respect to a radial direction transverse to the axis of rotation. The sensor unit is preferably arranged in the narrower second end section of the hub axle and the sensor unit and the second end section are designed to match one another. The sensor unit can be fitted onto the tapered area of the drive axle and surrounded by the drive axle by shaping it, so that an undesired twisting of the sensor unit is counteracted.
Zum Beispiel steht ein schmaler Bauraum zur Verfügung, sodass die Sensoreinheit beispielsweise platten- und/oder ringförmig ausgebildet wird, um zuverlässig und stabil in dem schmalen Bauraum angeordnet werden zu können . Alternativ kann die Sensoreinheit eine gewisse Form vorgeben, sodass der zweite Endabschnitt der Nabenachse besonders schmal und zum Beispiel aus einem besonders stabilen Material angefertigt wird, um die Sensoreinheit aufnehmen oder lagern zu können und zudem eine erforderliche Stabilität der Antriebsvorrichtung bereitzustellen . Die Sensoreinheit kann einen Drehmomentsensor umfassen und eine Leistungsmessung ermöglichen, die mit dem Betrieb des Elektromotors in Verbindung gesetzt beziehungsweise verarbeitet wird, um einen zuverlässigen und ef fi zienten Elektrofahrradantrieb bereitzustellen . For example, a narrow installation space is available, so that the sensor unit is designed, for example, in the form of a plate and/or ring in order to be able to be arranged reliably and stably in the narrow installation space. Alternatively, the Sensor unit specify a certain shape, so that the second end portion of the hub axle is made particularly narrow and, for example, from a particularly stable material in order to accommodate or store the sensor unit and also provide a required stability of the drive device. The sensor unit can comprise a torque sensor and enable a power measurement that is linked to or processed with the operation of the electric motor in order to provide a reliable and efficient electric bicycle drive.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung sind eine Länge des ersten Endabschnitts und/oder eine Länge des zweiten Endabschnitts entlang der Rotationsachse auf eine Ausdehnung der Motoreinheit , des Getriebes und/oder der Sensoreinheit abgestimmt ausgebildet . Beispielsweise ist der zweite Endabschnitt doppelt so lang wie der erste , um einer länglichen Sensoreinheit entsprechend viel Raum zur Verfügung zu stellen . According to a development of the drive device, a length of the first end section and/or a length of the second end section along the axis of rotation are designed to be matched to an expansion of the motor unit, the transmission and/or the sensor unit. For example, the second end section is twice as long as the first in order to provide a correspondingly large amount of space for an elongate sensor unit.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung umfasst die Motoreinheit einen Elektromotor mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Stator in direkter Nachbarschaft zu einer Wandung des Motorgehäuses angeordnet ist . Die Wandung grenzt direkt an einen Außenbereich außerhalb des Motorgehäuses und dadurch ist der Elektromotor lediglich durch eine Wandung der Antriebsvorrichtung von dem Außenbereich abgeschirmt . Alternativ oder zusätzlich weist die Wandung einen Verlängerungsabschnitt auf , der die Wandung mit dem Außenbereich außerhalb des Motorgehäuses wärmeleitend verbindet . Entsprechendes gilt auch für eine wärmeentwickelnde Motoreinheit , die zum Beispiel auf einem anderen Antrieb basiert und keinen Elektromotor aufweist . Mittels der beschriebenen Antriebsvorrichtung ist ein besonders ef fi zientes Antriebskonzept mit für eine Hinterradnabe realisierbar . Aufgrund der mittels Wärmeleitung direkt abführbaren Wärme ist ein Aufbau der Antriebsvorrichtung bereitgestellt , welcher zu einer erhöhten Dauerleistung des Elektromotors beitragen kann . Der Elektromotor ist zum Beispiel direkt in das Motorgehäuse eingeschrumpft und kontaktiert die Wandung oder weist ein wärmeleitendes Zwischenelement auf , das den Elektromotor mit der Wandung verbindet . Somit kann entstehende Wärme mittels Wärmeleitung durch das Material der Wandung und gegebenenfalls des verbindenden Zwischenelements kontrolliert und zeitnah abgeführt und an den Außenbereich abgegeben werden beziehungsweise von der im Außenbereich befindlichen Umgebungslust aufgenommen werden . Auch mittels eines gezielt eingebrachten Verlängerungsabschnitts kann eine durchgehende Material führung für die Wärmeleitung von der Wandung, die den Elektromotor umgibt , bis in den Außenbereich außerhalb des Motorgehäuses eingerichtet werden . According to a development of the drive device, the motor unit includes an electric motor with a rotor and a stator, the stator being arranged in the direct vicinity of a wall of the motor housing. The wall is directly adjacent to an outer area outside of the motor housing and as a result the electric motor is only shielded from the outer area by a wall of the drive device. Alternatively or additionally, the wall has an extension section that thermally conductively connects the wall to the outside area outside of the motor housing. The same also applies to a heat-generating motor unit which, for example, is based on a different drive and does not have an electric motor. A particularly efficient drive concept can be implemented for a rear wheel hub by means of the drive device described. Due to the fact that the heat can be dissipated directly by means of heat conduction, a design of the drive device is provided which can contribute to an increased continuous output of the electric motor. For example, the electric motor is shrunk directly into the motor housing and contacts the wall or has a heat-conducting intermediate element that connects the electric motor to the wall. In this way, the heat generated can be dissipated in a controlled manner by means of heat conduction through the material of the wall and, if necessary, the connecting intermediate element and released to the outside area or absorbed by the ambient air located in the outside area. A continuous material guide for heat conduction from the wall surrounding the electric motor to the outside outside of the motor housing can also be set up by means of a specifically introduced extension section.
Vorzugsweise weist die Wandung eine Kühlstruktur auf , die eine Mehrzahl von Rippen und/oder anderen Oberflächenerhebungen umfasst , welche beabstandet voneinander an einer Außenseite der Wandung angeordnet sind . Mittels solcher Oberflächenstrukturen wird gezielt eine Oberflächenvergrößerung der Außenseite der Wandung und/oder des Verlängerungsabschnitts ausgebildet , welche dem Außenbereich zugewandt ist . Somit kann die Antriebsvorrichtung noch ef fi zienter durch Umgebungsluft gekühlt werden . The wall preferably has a cooling structure which comprises a plurality of ribs and/or other surface elevations which are arranged at a distance from one another on an outer side of the wall. By means of such surface structures, a surface enlargement of the outside of the wall and/or of the extension section is formed in a targeted manner, which surface faces the outside area. The drive device can thus be cooled even more efficiently by ambient air.
Der Stator bildet insbesondere eine Komponente desIn particular, the stator forms a component of the
Elektromotors , welche in einem Betrieb einen relativ großen Wärmeanteil entwickelt und daher bevorzugt in der Nähe einer wärmeableitenden Wandung angebracht ist . Es können der Rotor und/oder der Stator des Elektromotors an der Wandung des Motorgehäuses angeordnet oder mittels eines Zwischenelements mit dieser verbunden sein, sodass durch die Wandung eine materialgeführte Wärmeleitung bis in den Außenbereich eingerichtet ist . Eine solche materialgeführte Wärmeleitung ist vorzugsweise einstückig ausgebildet . Alternativ können die Wandung und die weiteren wärmeleitenden Elemente , die mit der Wandung insbesondere luftfrei verbunden sind, eine zusammenhängende Wärmeleitung ohne dazwischen liegenden Luftspalt ausbilden . Electric motor, which in one operation a relatively large Heat component developed and is therefore preferably attached in the vicinity of a heat-dissipating wall. The rotor and/or the stator of the electric motor can be arranged on the wall of the motor housing or connected to it by means of an intermediate element, so that a material-guided heat conduction is set up through the wall to the outside area. Such a material-guided heat pipe is preferably designed in one piece. Alternatively, the wall and the further heat-conducting elements, which are connected to the wall in particular in an air-free manner, can form a coherent heat line without an air gap lying between them.
Es ist eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass bei einem konventionellen Antriebssystem für Elektrofahrräder der zur Verfügung stehende Bauraum zum Beispiel durch eine Bremsscheibe auf der einen Seite und durch ein Kettenblattsystem auf der anderen Seite vorgegeben und relativ eingeschränkt ist . Innerhalb eines solchen Bauraums sind die zusammenwirkenden Komponenten in axialer und radialer Richtung eng verbaut und in der Regel bewusst dicht gekapselt , um möglichst wenig Bauraum einzunehmen . It is a finding of the present invention that in a conventional drive system for electric bicycles the available installation space is predetermined and relatively restricted, for example by a brake disc on one side and by a chain ring system on the other side. Within such an installation space, the interacting components are tightly installed in the axial and radial direction and, as a rule, are deliberately encapsulated in order to take up as little installation space as possible.
Zum Beispiel umfasst ein konventionelles Antriebssystem einen Elektromotor mit einem außen laufenden Rotor und einem innenliegendem Stator, sodass in Bezug auf eine Rotationsache der Komponenten ein Außenläuferantrieb realisiert ist . Der Stator ist dann zum Beispiel feststehend auf einer Achse montiert und zusammen mit dem Rotor und Permanentmagneten in einer Rotorglocke und einem Gehäuse angeordnet . Der Stator bildet in der Regel eine Hauptwärmequelle aus , die demgemäß sehr stark gekapselt und sehr weit weg von äußeren Gehäusebauteilen verbaut ist . Alternativ kann in einem konventionellen Antriebssystem der Stator feststehend in einer umgebenen Glocke angeordnet sein, während der Rotor mit Permanentmagneten im Inneren umläuft . In einem solchen Innenläuferantrieb ist der Stator als Hauptwärmequelle zwar näher an außen befindlichen Gehäusebauteilen angeordnet , aber dennoch stark gekapselt verbaut . For example, a conventional drive system includes an electric motor with a rotor running on the outside and a stator on the inside, so that an external-rotor drive is implemented with respect to a rotational axis of the components. The stator is then, for example, fixedly mounted on an axle and arranged together with the rotor and permanent magnets in a rotor bell and a housing. As a rule, the stator forms a main heat source, which is accordingly very well encapsulated and installed very far away from the outer housing components. Alternatively, in a conventional drive system, the stator can be fixed in an enclosed bell, while the rotor rotates with permanent magnets inside. In such an internal rotor drive, the stator, as the main heat source, is arranged closer to the housing components on the outside, but is still installed in a heavily encapsulated manner.
Die beschriebenen relativ eng gepackten konventionellen Bauweisen bedingen, dass eine Wärmeabführung, insbesondere von Aktivteilen des Antriebssystems , an die von der Umgebungsluft umströmten Gehäuseteile nur auf Umwegen erfolgt , welche häufig ein Durchdringen von mehreren, verschiedenen Materialwänden und/oder innenliegende Luftspalte umfassen . Eine solche reduzierte Entwärmung der Aktivteile kann dazu führen, dass eine Leistung der Motoreinheit des Elektrofahrrads nach kurzer Zeit reduziert werden muss , um einen dauerhaften Schaden des Antriebsystems zu vermeiden . The described relatively tightly packed conventional designs mean that heat dissipation, in particular from active parts of the drive system, to the housing parts around which the ambient air flows takes place only in a roundabout way, which often involves penetrating several different material walls and/or internal air gaps. Such reduced heat dissipation of the active parts can result in the power of the motor unit of the electric bicycle having to be reduced after a short time in order to avoid permanent damage to the drive system.
Mittels der beschriebenen Antriebsvorrichtung und der darin ermöglichten direkten Wärmeleitung nach außen, kann eine Wärme des Elektromotors zeitnah und gerichtet abgeführt werden, und eine deutlich höhere Dauerleistung des Elektromotors und der Antriebsvorrichtung erzielt werden . Dies wird insbesondere dadurch erreicht , dass wärmeisolierende Luftspalte und/oder Durchgänge durch mehrere verschiedene Materialwände vermieden oder zumindest signi fikant reduziert sind . Somit stellt die Antriebsvorrichtung eine Wärmeabfuhr insbesondere auf Basis der Wärmeleitung durch ein Material bereit und umfasst bevorzugt keine oder zumindest nur eine relativ geringen Anteil von Wärmeabgabe oder Wärmeübergabe in Form von Wärmestrahlung . Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung umfasst das Motorgehäuse einen umlaufenden Gehäuseabschnitt , der mit der Nabenachse drehbar gekoppelt ist und in dem der Elektromotor in direkter Nachbarschaft zu der Wandung des Motorgehäuses angeordnet ist . Der umlaufende Gehäuseabschnitt rotiert in einem Betrieb der Antriebsvorrichtung während einer Fahrt mit dem Elektrofahrrad um die Rotationsachse , welche insbesondere auch einer Symmetrieachse oder Längsachse der Nabenachse entspricht . Die Nabenachse ist relativ zu dem rotierbaren Gehäuseabschnitt orts fest oder rotations fest und dient insbesondere dem Halt der Komponenten und der Befestigung der Antriebsvorrichtung an dem Elektrofahrrad . By means of the drive device described and the direct heat conduction to the outside made possible therein, heat from the electric motor can be dissipated promptly and in a targeted manner, and a significantly higher continuous output of the electric motor and the drive device can be achieved. This is achieved in particular by avoiding or at least significantly reducing heat-insulating air gaps and/or passages through several different material walls. The drive device thus provides heat dissipation, in particular on the basis of heat conduction through a material, and preferably includes no or at least only a relatively small proportion of heat dissipation or heat transfer in the form of thermal radiation. According to a development of the drive device, the motor housing includes a peripheral housing section which is rotatably coupled to the hub axle and in which the electric motor is arranged in direct proximity to the wall of the motor housing. When the drive device is in operation, the circumferential housing section rotates around the axis of rotation when the electric bicycle is being driven, which in particular also corresponds to an axis of symmetry or a longitudinal axis of the hub axle. The hub axle is stationary or rotationally fixed relative to the rotatable housing section and serves in particular to hold the components and to attach the drive device to the electric bicycle.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Antriebsvorrichtung einen Schlei fring auf , der in Bezug auf die Rotationsachse innerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist . Der Schlei fring umfasst ein erstes Schlei fringelement und ein zweites Schlei fringelement , die sich in Bezug auf die Rotationsachse radial und/oder axial kontaktieren . Ein Schlei fringelement ist orts fest mit der Antriebsachse beziehungsweise der Nabenachse gekoppelt und rotiert daher nicht um die Rotationsachse . Das andere Schlei fringelement ist drehbar mit der Nabenachse gekoppelt und rotiert um diese und um die Rotationsachse . Die Schlei fringelemente sind mit dem Stator gekoppelt , um in einem Betrieb des Elektrofahrrads eine Stromversorgung des Stators zur Drehmomenterzeugung bereitzustellen . According to a further development, the drive device has a slip ring which is arranged inside the motor housing in relation to the axis of rotation. The slip ring comprises a first slip ring element and a second slip ring element which contact each other radially and/or axially with respect to the axis of rotation. A slip ring element is stationary coupled to the drive axle or the hub axle and therefore does not rotate about the axis of rotation. The other slip ring element is rotatably coupled to and rotates about the hub axle and the axis of rotation. The slip ring elements are coupled to the stator to provide power to the stator for torque generation during operation of the electric bicycle.
Auf diese Weise kann eine energetische Versorgung des Stators eingerichtet werden, auch wenn sich beide Komponenten des Elektromotors , der Stator und der Rotor, um die Rotationsachse drehen . Alternativ kann der Stator rotations- oder orts fest mit der Nabenachse oder dem Motorgehäuse gekoppelt sein, sodass eine direkte Verkabelung des Stators zur Stromversorgung eingerichtet werden kann . Ein Schlei fring kann bei einer direkten Verkabelung eingespart werden . In this way, the stator can be supplied with energy, even if both components of the electric motor, the stator and the rotor, rotate about the axis of rotation. Alternatively, the stator may be rotationally or stationary to the hub axle or motor housing be coupled so that a direct wiring of the stator to the power supply can be set up. A slip ring can be saved with direct cabling.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Antriebsvorrichtung ist das Motorgehäuse zweiteilig ausgebildet und umfasst neben dem umlaufenden Gehäuseabschnitt eine Statorabdeckung, die mittels eines Lagers drehbar in Bezug auf die Rotationsachse miteinander gekoppelt sind . Der Gehäuseabschnitt ist rotierbar und umgibt die Statorabdeckung, welche rotations fest oder orts fest mit der der Nabenachse gekoppelt ist . Der Gehäuseabschnitt weist eine axiale Öf fnung auf , durch die sich die Statorabdeckung entlang der Rotationsachse axial bis außerhalb des Gehäuseabschnitts erstreckt . Auf diese Weise kann die Statorabdeckung mit dem darin befindlichen Stator beziehungsweise Elektromotor näher an den Außenbereich verlagert und dadurch besser gekühlt werden . Der Elektromotor wird somit nicht durch eine Statorabdeckung und ein Gehäuse und gegebenenfalls dazwischen angeordneter Elemente und/oder Luftspalte isoliert und von dem Außenbereich abgeschirmt , sondern kann zeitnah und ef fi zient Wärme an die Wandung der Statorabdeckung übertragen, die wiederum die Wärme mittels Wärmeleitung an den Außenbereich führt und an die Umgebungsluft abgibt . According to a further development of the drive device, the motor housing is designed in two parts and, in addition to the circumferential housing section, includes a stator cover, which is coupled to one another so as to be rotatable with respect to the axis of rotation by means of a bearing. The housing section is rotatable and surrounds the stator cover, which is rotationally fixed or stationary coupled to the hub axle. The housing section has an axial opening through which the stator cover extends axially along the axis of rotation to the outside of the housing section. In this way, the stator cover with the stator or electric motor located therein can be shifted closer to the outside area and thus be better cooled. The electric motor is therefore not insulated and shielded from the outside area by a stator cover and a housing and any elements and/or air gaps arranged in between, but can transfer heat to the wall of the stator cover in a timely and efficient manner, which in turn transfers the heat to the Outside leads and gives off to the ambient air.
Darüber hinaus kann die Antriebsvorrichtung eine Bremsscheibe zum bedarfsweisen Abbremsen des Elektrofahrrads umfassen, die fest mit dem umlaufenden Gehäuseabschnitt gekoppelt ist . Die Bremsscheibe weist dann bevorzugt eine axiale oder innere durchdringende Ausnehmung auf , durch die sich die Statorabdeckung entlang der Rotationsachse axial erstreckt . Die Statorabdeckung kann somit durch den Gehäuseabschnitt und durch die Bremsscheibe hindurch bis in den Außenbereich ragen und eine zuverlässige Abkühlung des Elektromotors ermöglichen, welcher üblicherweise die Hauptwärmequelle der Antriebsvorrichtung bildet . Die Statorabdeckung und der Elektromotor sind somit axial verlagert und stellen dadurch auch verfügbaren Bauraum in dem Gehäuseabschnitt bereit , der für weitere Komponenten der Antriebsvorrichtung genutzt werden kann . In addition, the drive device can include a brake disc for braking the electric bicycle as required, which is firmly coupled to the peripheral housing section. The brake disc then preferably has an axial or inner penetrating recess through which the stator cover extends axially along the axis of rotation. The stator cover can thus protrude through the housing section and through the brake disc to the outside area and reliable cooling of the electric motor allow, which usually forms the main heat source of the drive device. The stator cover and the electric motor are thus shifted axially and thereby also provide available installation space in the housing section, which can be used for further components of the drive device.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Antriebsvorrichtung ist das Getriebe als Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und mindestens einem Planetenrad ausgebildet und in Bezug auf die Rotationsachse der Nabenachse koaxial um diese angeordnet , sodass das Planentengetriebe die Nabenachse umgibt . Das Planentengetriebe kann einstufig, zweistufig oder mehrstufig ausgebildet sein . Ferner kann das Planentengetriebe ein Hohlrad umfassen . According to a further development of the drive device, the gearing is designed as a planetary gearing with a sun gear and at least one planetary gear and is arranged coaxially around the axis of rotation of the hub axle, so that the planetary gearing surrounds the hub axle. The planetary gear can be single-stage, two-stage or multi-stage. Furthermore, the planetary gear can include a ring gear.
Vorzugsweise ist ferner der Elektromotor als Ringmotor ausgebildet und in Bezug auf die Rotationsachse der Nabenachse koaxial um diese angeordnet , sodass der Ringmotor die Nabenachse umgibt . Die Nabenachse kann einen Lagersitz für das Planetengetriebe und/oder den Ringmotor ausbilden . Auf diese Weise kann eine oder beide Komponenten radial und besonders platzsparend angeordnet werden, indem diese zum Beispiel unter Verwendung von Kugel- und/oder Wäl zlagern mit der Nabenachse gekoppelt werden . Furthermore, the electric motor is preferably designed as a ring motor and is arranged coaxially around the hub axle in relation to the axis of rotation of the hub axle, so that the ring motor surrounds the hub axle. The hub axle can form a bearing seat for the planetary gear and/or the ring motor. In this way, one or both components can be arranged radially and in a particularly space-saving manner, in that they are coupled to the hub axle using ball bearings and/or roller bearings, for example.
Im Hinblick auf die Aus führungen des Getriebes als Planetengetriebe und der Motoreinheit als Ringmotor können diese Komponenten auf die Antriebsachse aufgesteckt oder aufgeschoben werden, bevor die Steckachse hindurch geführt wird, sodass eine Baugruppe bereitgestellt und nachfolgend mit dem Fahrradrahmen gekoppelt werden kann . Entsprechend kann ein Verfahren zum Herstellen der Antriebsvorrichtung ein Bereitstellen und ein Koppeln der j eweiligen Komponenten umfassen . Beispielsweise wird der Elektromotor als Ringmotor auf die Antriebsachse aufgeschoben und daraufhin auch das Planetengetriebe axial benachbart zu diesem angeordnet . Nachfolgend kann die Baugruppe an dem hinteren Fahrradrei fen beziehungsweise an einem hinteren Aus fallende des Fahrradrahmens platziert und die Steckachse durch sie hindurch gesteckt und mit den Rahmenelementen verschraubt werden . Alternativ kann auch eine andere Reihenfolge des Zusammenbaus durchgeführt werden, sodass zum Beispiel erst die Steckachse durch die Antriebsachse oder die Baugruppe hindurch gesteckt wird und dadurch die Antriebsvorrichtung ausgebildet werden, die dann mittels den Endabschnitten der Steckachse mit den Rahmenelementen verschraubt wird . With regard to the versions of the gear as a planetary gear and the motor unit as a ring motor, these components can be plugged or pushed onto the drive axle before the quick-release axle is passed through, so that an assembly can be provided and then coupled to the bicycle frame. Correspondingly, a method for producing the drive device can include providing and coupling the respective components include . For example, the electric motor is pushed onto the drive axle as a ring motor and then the planetary gear is also arranged axially adjacent to it. The subassembly can then be placed on the rear bicycle tire or on a rear dropout of the bicycle frame and the quick-release axle can be inserted through it and screwed to the frame elements. Alternatively, a different order of assembly can also be carried out, so that, for example, the quick-release axle is first inserted through the drive axle or the assembly and the drive device is thereby formed, which is then screwed to the frame elements by means of the end sections of the quick-release axle.
Die beschriebenen Aus führungs formen der Antriebsvorrichtung ermöglichen j eweils ein zuverlässiges und ef fi zientes elektrisches Antriebssystem für einen Hinterradnabenantrieb eines Elektrofahrrads . Insbesondere kann mittels der sich ver üngenden, vorzugsweise zweiteilig ausgeführten, Nabenachse eine Stei figkeit der Antriebsvorrichtung erhöht und Kundenakzepttanz durch Verwendung der Steckachse verbessert und zudem Bauraum für die Sensoreinheit bereitgestellt werden . Zudem kann durch gezielte Anordnung der Motoreinheit an einer vorgegebenen Wandung eine zuverlässige Wärmeabführung mittels Wärmeleitung und ein vergrößerter axialer Bauraum realisiert werden . The described embodiments of the drive device each enable a reliable and efficient electric drive system for a rear wheel hub drive of an electric bicycle. In particular, by means of the tapered hub axle, which is preferably designed in two parts, the stiffness of the drive device can be increased and customer acceptance improved by using the quick-release axle, and installation space can also be made available for the sensor unit. In addition, a reliable heat dissipation by means of heat conduction and an enlarged axial installation space can be realized by targeted arrangement of the motor unit on a predetermined wall.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Elektrofahrrad of fenbart , das einen Fahrradrahmen aufweist , der sich zu einem Tretlager und zu einer Fahrradnabe erstreckt . Das Elektrofahrrad weist eine Antriebsvorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Aus führungs formen auf , die in oder an der Fahrradnabe angeordnet ist , sodass mittels des Getriebes ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads übertragbar ist . Das Elektrofahrrad ermöglicht im Wesentlichen die zuvor genannten Eigenschaften, Vorteile und Funktionen . In another aspect, an electric bicycle is disclosed that includes a bicycle frame that extends to a bottom bracket and to a bicycle hub. The electric bicycle has a drive device according to one of the embodiments described above, which is arranged in or on the bicycle hub, so that a torque for driving the electric bicycle can be transmitted by means of the transmission. Essentially, the electric bicycle enables the aforementioned properties, advantages and functions.
Zur Anbringung an der Fahrradnabe und gegebenenfalls an einem Rahmenabschnitt des Elektrofahrrads weist diese beispielsweise eine Aussparung aus , sodass die Antriebsvorrichtung zuverlässig auf genommen werden kann . For attachment to the bicycle hub and possibly to a frame section of the electric bicycle, this has a recess, for example, so that the drive device can be reliably accommodated.
Gemäß einer Aus führungs form ist die Antriebsvorrichtung zum Beispiel als Baugruppe im bereits gekoppelten Zustand an der Fahrradnabe angeordnet , insbesondere montiert , oder bildet diese aus . According to one embodiment, the drive device is arranged, in particular mounted, or forms an assembly on the bicycle hub in the already coupled state, for example.
Aus führungs formen, Vorteile und Funktionen werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Aus führungsbeispielen unter Zuhil fenahme der angehängten Figuren erläutert . In den Figuren zeigen : Embodiments, advantages and functions are explained in the following description using exemplary embodiments with the aid of the attached figures. In the figures show :
Figur 1 eine schematische Ansicht einesFigure 1 is a schematic view of a
Elektrofahrrads mit einer montierten Antriebs Vorrichtung, Electric bicycle with a mounted drive device,
Figuren 2-4 ein Aus führungsbeispiel der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad in verschiedenen Ansichten, Figures 2-4 an exemplary embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views,
Figuren 5- 8 ein weiteres Aus führungsbeispiel der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad in verschiedenen Ansichten, und Figures 5- 8 Another exemplary embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views, and
Figuren 9- 11 ein weiteres Aus führungsbeispiel der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad in verschiedenen Ansichten . Gleiche , gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht in sämtlichen Figuren alle dargestellten Elemente mit zugehörigen Bezugs zeichen gekennzeichnet . FIGS. 9-11 another exemplary embodiment of the drive device for the electric bicycle in different views. Identical, similar or equivalent elements are provided with the same reference symbols in the figures. For reasons of clarity, not all of the elements shown are identified with the associated reference symbols in all of the figures.
Figur 1 zeigt schematisch ein Elektroahrrad 1 mit einem Fahrradrahmen 2 , welcher sich in Richtung eines Tretlagers 4 , und in Richtung einer hinteren Fahrradnabe 3 erstreckt . Die Fahrradnabe 3 ist mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung 5 für das Elektrofahrrad 1 gekoppelt oder mit einer solchen koppelbar . FIG. 1 schematically shows an electric bicycle 1 with a bicycle frame 2 which extends in the direction of a bottom bracket 4 and in the direction of a rear bicycle hub 3 . The bicycle hub 3 is coupled to an electric drive device 5 for the electric bicycle 1 or can be coupled to one.
Begri f fe , wie „vorne" , „hinten" , „oben" , „unten" , „rechts" , „links" , „außen" und „innen" , beziehen sich auf Ausrichtungen oder Orientierungen j eweiliger Komponenten, wie sie in den Figuren illustriert sind und wie sie in einem betriebsbereiten Zustand des Elektrofahrrads 1 angeordnet sind . Das Elektrofahrrad 1 weist in der Regel ein Vorderrad und ein Hinterrad auf . Ein Außenbereich bezeichnet einen Bereich außerhalb des Elektrofahrrads 1 beziehungsweise außerhalb der Antriebsvorrichtung 5 . Die Antriebsvorrichtung 5 kann auch als Hinterradnabenantrieb bezeichnet werden und ist in der hinteren Fahrradnabe 3 integriert oder an dieser angeordnet und überträgt eine bereitgestellte Antriebskraft auf den hinteren Fahrradrei fen und somit auf die Straße oder den Untergrund . Die Laufräder des Elektrofahrrads 1 werden direkt von der Antriebsvorrichtung 5 in Bewegung gesetzt , sodass mittels des Hinterradnabenantriebs ein hoher Wirkungsgrad zur Unterstützung für einen Fahrer des Elektrofahrrads 1 erzielt werden kann . Terms such as "front," "rear," "top," "bottom," "right," "left," "outside," and "inside" refer to alignments or orientations of respective components, as defined in are illustrated in the figures and how they are arranged in an operational state of the electric bicycle 1 . The electric bicycle 1 usually has a front wheel and a rear wheel. An outer area designates an area outside of the electric bicycle 1 or outside of the drive device 5 . The drive device 5 can also be referred to as a rear wheel hub drive and is integrated into the rear bicycle hub 3 or arranged on it and transmits a provided driving force to the rear bicycle tire and thus to the road or the ground. The wheels of the electric bicycle 1 are set in motion directly by the drive device 5 so that a high level of efficiency can be achieved to support a rider of the electric bicycle 1 by means of the rear wheel hub drive.
Wie anhand der nachfolgenden Aus führungsbeispiele und derAs with reference to the following examples from and the
Figuren 2- 11 erläutert wird, ermöglicht die Antriebsvorrichtung 5 ein Antriebskonzept für Elektrofahrräder, welches einen übersichtlichen Aufbau aufweist und zudem zu einer hohen Leistungsübertragung beiträgt . Figures 2- 11 is explained, allows the Drive device 5 a drive concept for electric bicycles, which has a clear structure and also contributes to a high power transmission.
Die Figuren 2-4 zeigen schematisch ein Aus führungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 5 für das Elektrofahrrad 1 in verschiedenen Ansichten . Die Antriebsvorrichtung 5 umfasst eine Motoreinheit mit einem Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrrads 1 . Der Elektromotor ist in Bezug auf eine Rotationsachse R als Ringmotor ausgebildet ist und weist einen Rotor 13 und einen Stator 14 auf , die im rotatorischen Zusammenwirken ein Antriebsmoment bereitstellen . In Bezug auf die Rotationsachse R ist der Rotor 13 radial innen und der Stator 14 radial außen innerhalb eines Motorgehäuses angeordnet . FIGS. 2-4 schematically show an exemplary embodiment of the drive device 5 for the electric bicycle 1 in different views. The drive device 5 includes a motor unit with an electric motor for driving the electric bicycle 1 . The electric motor is designed as a ring motor with respect to an axis of rotation R and has a rotor 13 and a stator 14 which provide a drive torque in rotational interaction. With respect to the axis of rotation R, the rotor 13 is arranged radially on the inside and the stator 14 is arranged radially on the outside within a motor housing.
Die Antriebsvorrichtung 5 weist weiter eine Nabenachse auf , die zweiteilig ausgebildet ist und eine Steckachse 9 und eine Antriebsachse 10 umfasst , die mit dem Elektromotor gekoppelt sind . Die Steckachse 9 und die Antriebsachse 10 sind hülsenförmig ausgebildet und die Steckachse 9 erstreckt sich durch die Antriebsachse 10 , sodass j eweilige Endabschnitte 91 , 92 der Steckachse 9 aus der Antriebsachse 10 herausragen . The drive device 5 also has a hub axle which is designed in two parts and comprises a plug-in axle 9 and a drive axle 10 which are coupled to the electric motor. The quick-release axle 9 and the drive axle 10 are sleeve-shaped and the quick-release axle 9 extends through the drive axle 10 so that the respective end sections 91 , 92 of the quick-release axle 9 protrude from the drive axle 10 .
Die Antriebsvorrichtung 5 umfasst weiter ein Getriebe , das zum Antreiben des Elektrofahrrads 1 ausgebildet und um die Rotationsachse R drehbar gelagert ist . Das Getriebe ist vorzugsweise als Planetengetriebe 18 ausgebildet und axial benachbart zu dem Elektromotor in dem Motorgehäuse angeordnet . Das Planetengetriebe 18 umfasst ein Sonnenrad und mindestens ein Planetenrad und kann zudem mit einem Hohlrad 19 , einem Planetenträger 21 und/oder einem Freilauf 26 gekoppelt sein oder solche Komponenten aufweisen . Das Planetengetriebe 18 ist einerseits mit dem Elektromotor und anderseits mit der Nabenachse gekoppelt und dazu eingerichtet , ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads 1 abzugeben . The drive device 5 also includes a transmission, which is designed to drive the electric bicycle 1 and is mounted such that it can rotate about the axis of rotation R. The gearing is preferably designed as a planetary gearing 18 and is arranged axially adjacent to the electric motor in the motor housing. The planetary gear 18 comprises a sun gear and at least one planetary gear and can also be coupled to a ring gear 19 , a planetary carrier 21 and/or a freewheel 26 or have such components. The Planetary gear 18 is coupled to the electric motor on the one hand and to the hub axle on the other hand and is set up to output a torque for driving the electric bicycle 1 .
Die Antriebsvorrichtung 5 umfasst außerdem das Motorgehäuse , welches einen umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 und gegebenenfalls auch eine Statorabdeckung 15 umfasst ( s . Figuren 5- 11 ) . Gemäß den Figuren 2-4 sind der Rotor 13 , der Stator 14 und das Planetengetriebe 18 in dem Gehäuseabschnitt 6 angeordnet . Die Nabenachse mit der Steckachse 9 und der Antriebsachse 10 erstreckt sich durch den Gehäuseabschnitt 6 . Der Elektromotor und insbesondere der Stator 14 sind lediglich durch eine angrenzende Wandung 61 des Gehäuseabschnitts 6 von dem Außenbereich abgeschirmt . Eine Außenseite 62 der Wandung 61 grenzt somit zumindest abschnittsweise an den Außenbereich und kann direkt von Umgebungsluft umströmt werden . Somit ist in einem Betrieb des Elektrofahrrads 1 entstehende Wärme des Elektromotors mittels direkter Wärmeleitung durch die Wandung 61 an den Außenbereich abführbar . The drive device 5 also includes the motor housing, which includes a circumferential housing section 6 and possibly also a stator cover 15 (see FIGS. 5-11). According to FIGS. 2-4, the rotor 13 , the stator 14 and the planetary gear 18 are arranged in the housing section 6 . The hub axle with the quick-release axle 9 and the drive axle 10 extends through the housing section 6 . The electric motor and in particular the stator 14 are shielded from the outside area only by an adjacent wall 61 of the housing section 6 . An outer side 62 of the wall 61 thus borders at least in sections on the outer area and ambient air can flow directly around it. Heat generated by the electric motor during operation of the electric bicycle 1 can thus be dissipated to the outside area through the wall 61 by means of direct thermal conduction.
Der Stator 14 ist in dem Hinterradnabenantrieb direkt in den umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 eingeschrumpft . Die direkte Anbindung des Stators 14 an den Gehäuseabschnitt 6 ermöglicht eine besonders zuverlässige und zeitnahe Wärmeabführung durch Wärmeleitung an das Motorgehäuse und dadurch an die umströmende Luft in dem Außenbereich . Der Stator 14 wird zudem mittels eines Schlei frings 22 zur Erzeugung eines Drehmomentes mit einem dreiphasigen Drehstrom versorgt . Der Schlei fring 22 umfasst ein erstes und ein zweites Schlei fringelement 23 , 24 , die sich in Bezug auf die Rotationsachse R axial und/oder radial kontaktieren . Die Stromversorgung des Stators 14 wird somit von der feststehenden Antriebsachse 10 auf den umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 und dann an den Stator 14 übertragen . In anderen Aus führungsbeispielen kann ein Einbau eines Schlei frings 22 eingespart und eine direkte Verkabelung zur Stromversorgung des Stators 14 eingerichtet werden ( s . Figuren 5- 11 ) . Eine Stromversorgung mittels des Schlei frings 22 ist geeignet , wenn wie in den Figuren 2-4 gezeigt , sowohl der Rotor 13 als auch der Stator 14 drehbar um die Rotationsachse R sind . In the rear wheel hub drive, the stator 14 is shrunk directly into the peripheral housing section 6 . The direct connection of the stator 14 to the housing section 6 enables a particularly reliable and timely heat dissipation through heat conduction to the motor housing and thereby to the air flowing around in the outside area. The stator 14 is also supplied with a three-phase current by means of a slip ring 22 to generate a torque. The slip ring 22 comprises a first and a second slip ring element 23 , 24 which contact each other axially and/or radially with respect to the axis of rotation R. The power supply of the stator 14 is thus of the fixed drive axle 10 to the revolving housing section 6 and then to the stator 14 . In other exemplary embodiments, there is no need to install a slip ring 22 and direct wiring for the power supply to the stator 14 can be set up (see FIGS. 5-11). Power supply by means of the slip ring 22 is suitable if both the rotor 13 and the stator 14 are rotatable about the axis of rotation R, as shown in FIGS.
Der Rotor 13 ist mittels eines oder mehrerer Lager 25 auf der orts festen oder rotations festen Antriebsachse 10 gelagert und gibt ein Antriebsmoment an das nachgeschaltete Planetengetriebe 18 weiter . Das Planetengetriebe 18 wandelt Drehzahl und Drehmoment und das gewandelte Drehmoment kann, mit einem Antrieb durch das Sonnenrad, entweder durch den Planetenträger 21 oder durch das Hohlrad 19 an den umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 abgegeben werden . Zwischen dem Abtrieb, welcher zum Beispiel durch das Hohlrad 19 und/oder den Planetenträger 21 eingerichtet ist , und dem umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 , kann noch der Freilauf 26 zur Entkopplung eines Antriebsstrangs beim Betrieb des Elektrofahrrads 1 ohne Unterstützung durch den Elektromotor vorgesehen sein . Gemäß einer alternativen Konfiguration kann der Abtrieb durch das Sonnenrad eingerichtet sein . The rotor 13 is mounted on the stationary or rotationally fixed drive axle 10 by means of one or more bearings 25 and transmits a drive torque to the downstream planetary gear 18 . The planetary gear 18 converts speed and torque and the converted torque can be delivered to the revolving housing section 6 with a drive through the sun gear, either through the planet carrier 21 or through the ring gear 19 . Between the output, which is set up for example by the ring gear 19 and/or the planetary carrier 21, and the rotating housing section 6, the freewheel 26 can also be provided for decoupling a drive train when operating the electric bicycle 1 without support from the electric motor. According to an alternative configuration, the output can be set up by the sun gear.
Die Antriebsvorrichtung 5 umfasst ferner eine Bremsscheibe 7 auf einer Seite und einen Kassettenkörper 8 auf der anderen Seite der Antriebsvorrichtung 5 in Bezug auf die axiale Anordnung der Komponenten entlang der Rotationsachse R . Die Bremsscheibe 7 dient zum Abbremsen des Elektrofahrrads 1 und ist fest mit dem umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 gekoppelt , beispielsweise verschraubt . Der Kassettenkörper 8 ist als Ritzelträger mittels eines zweiten Lagers 17 mit dem umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 gekoppelt . In Bezug auf die Rotationsachse R umgibt der Kassettenkörper 8 die Antriebsachse 10 und die Steckachse 9 und ist dazu eingerichtet , ein Drehmoment eines Fahrers des Elektrofahrrads 1 an das Motorgehäuse zu übertragen . Das Antriebsmoment des Fahrers wird durch den Kassettenkörper 8 in den umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 eingeleitet . Der Kassettenkörper 8 beinhaltet oder umgibt zudem eine Sensoreinheit 20 der Antriebsvorrichtung 5 , die Sensorik zur Messung des Fahrerdrehmomentes umfasst . The drive device 5 further comprises a brake disk 7 on one side and a cassette body 8 on the other side of the drive device 5 with respect to the axial arrangement of the components along the axis of rotation R . The brake disk 7 is used to brake the electric bicycle 1 and is firmly coupled to the surrounding housing section 6 , for example screwed. The cassette body 8 is as a pinion carrier by means of a second bearing 17 with the peripheral housing section 6 coupled. With respect to the axis of rotation R, the cassette body 8 surrounds the drive axle 10 and the through axle 9 and is set up to transmit a torque of a rider of the electric bicycle 1 to the motor housing. The drive torque of the driver is introduced through the cassette body 8 into the encircling housing section 6 . The cassette body 8 also contains or surrounds a sensor unit 20 of the drive device 5, which includes sensors for measuring the driver's torque.
Die Sensoreinheit 20 umfasst eine Messhülse , die mit dem Kassettenkörper 8 gekoppelt , zum Beispiel verschraubt , ist und in die hinein das Drehmoment vom Kassettenkörper 8 an einem Ende eingeleitet wird . An einem anderen Ende wird das Drehmoment über einen Freilauf auf den Gehäuseabschnitt 6 übertragen . Die Sensoreinheit 20 umfasst außerdem Sensorelektronik, die ein Messen des Drehmoments ermöglicht . The sensor unit 20 comprises a measuring sleeve which is coupled, for example screwed, to the cassette body 8 and into which the torque from the cassette body 8 is introduced at one end. At another end, the torque is transmitted to the housing section 6 via a freewheel. The sensor unit 20 also includes sensor electronics that enable the torque to be measured.
Die Sensoreinheit 20 basiert zum Beispiel auf einem magnetostriktiven Messprinzip . Die Messhülse ist aus zum Beispiel auf Stahl gefertigt und permanentmangnetisch ausgebildet . Alternativ kann sie auch ferromagnetisch ausgebildet sein und durch eine Spule elektrisch magnetisierbar sein . Durch ein Torsionsmoment wird die Messhülse verdrillt , sodass sich das Magnetfeld in der Messhülse ändert . Eine solche Magnetfeldänderung ist proportional zu dem Drehmoment und kann mithil fe von Spulen in der Sensorelektronik erfasst werden . The sensor unit 20 is based, for example, on a magnetostrictive measuring principle. The measuring sleeve is made from steel, for example, and is designed to be permanently magnetic. Alternatively, it can also be ferromagnetic and can be electrically magnetized by a coil. The measuring sleeve is twisted by a torsional moment, so that the magnetic field in the measuring sleeve changes. Such a magnetic field change is proportional to the torque and can be detected with the help of coils in the sensor electronics.
Die Sensoreinheit 20 ist in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse R zwischen dem Kassettenkörper 8 und der Antriebsachse 10 angeordnet . Dies kann insbesondere platzsparend dadurch ermöglicht sein, dass sich die Nabenachse mit der Steckachse 9 und der Antriebsachse 10 in Richtung des zweiten Endabschnitts 92 hin verj üngt . Der Kassettenkörper 8 kann ebenfalls durch einen Freilauf vom umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 entkoppelt sein . Der Freilauf ist zum Beispiel als ein Sperrklinkenfreilauf oder ein Zahnscheibenfreilauf realisiert . The sensor unit 20 is arranged between the cassette body 8 and the drive axis 10 with respect to a radial direction transverse to the axis of rotation R. This can be made possible in particular to save space by the fact that the The hub axle with the through axle 9 and the drive axle 10 tapers in the direction of the second end section 92 . The cassette body 8 can also be decoupled from the surrounding housing section 6 by a freewheel. The freewheel is realized, for example, as a pawl freewheel or a toothed disk freewheel.
Die Steckachse 9 ist dazu eingerichtet , an gegenüberliegenden Enden mit äußeren Rahmenelementen 11 und 12 des Fahrradrahmens 2 des Elektrofahrrads 1 gekoppelt , insbesondere verschraubt , zu werden . Zwischen den beiden Rahmenelementen 11 und 12 ist Antriebsseitig die feststehende Antriebsachse 10 vorgesehen, auf der sowohl der umlaufende Gehäuseabschnitt 6 mittels eines Lagers 25 , als auch der Rotor 13 und der Kassettenkörper 8 gelagert sind . Die feststehende Antriebsachse 10 ist so ausgeführt , dass sie eine benötigte Stei figkeit zur Abstützung der auf sie wirkenden Kräfte im Betrieb aufbringt . The quick-release axle 9 is set up to be coupled, in particular screwed, at opposite ends to outer frame elements 11 and 12 of the bicycle frame 2 of the electric bicycle 1 . On the drive side, between the two frame elements 11 and 12 , the fixed drive axle 10 is provided, on which both the rotating housing section 6 is mounted by means of a bearing 25 , as well as the rotor 13 and the cassette body 8 . The stationary drive axle 10 is designed in such a way that it provides the necessary rigidity to support the forces acting on it during operation.
Der umlaufende Gehäuseabschnitt 6 ist mittels zwei Lager 16 , 17 oder 25 auf der Antriebsachse 10 gelagert . Diese Lager können auch als Hauptlager und darüber hinaus andere Lager als weitere Lager bezeichnet werden . In den Figuren 2-4 können daher das Lager 16 an dem illustrierten linken Bereich des Gehäuseabschnitts 6 und das Lager 25 an dem illustrierten rechten Bereich des Gehäuseabschnitts 6 als Hauptlager bezeichnet werden . Technisch sind die Lager 16 , 17 und 25 insbesondere gleichwirkend ausgebildet und erfahren im Wesentlichen aufgrund ihrer Einbauposition in der Antriebsvorrichtung 5 positionsabhängige Kräfte und/oder dienen positionsabhängigen Funktionen . The revolving housing section 6 is mounted on the drive axle 10 by means of two bearings 16 , 17 or 25 . These camps can also be referred to as main camps and beyond that other camps as other camps. In FIGS. 2-4, bearing 16 on the illustrated left-hand area of housing section 6 and bearing 25 on the illustrated right-hand area of housing section 6 can therefore be referred to as the main bearing. Technically, the bearings 16 , 17 and 25 are designed in particular to have the same effect and, essentially due to their installed position in the drive device 5 , experience position-dependent forces and/or serve position-dependent functions.
Die feststehende Antriebsachse 10 ist hohl ausgeführt , sodass im Inneren Platz für die Steckachse 9 ist , welche in das rechte Aus fallende beziehungsweise mittels des schmaleren zweiten Endabschnitts 92 in das zweite Rahmenelement 12 des Fahrradrahmens 2 geschraubt wird und somit die beiden Rahmenelement 11 , 12 gegen die feststehende Antriebsachse 10 verspannt . Die Steckachse 9 ist nicht mit einem gleichmäßigen Durchmesser ausgeführt , sondern verj üngt sich zum rechten Aus fallende hin, um Bauraum für die Sensoreinheit 20 bereitzustellen . The fixed drive axle 10 is hollow, so that there is space inside for the quick-release axle 9, which can be inserted into the screwed into the second frame element 12 of the bicycle frame 2 by means of the narrower second end section 92 and thus braces the two frame elements 11 , 12 against the stationary drive axle 10 . The quick-release axle 9 is not designed with a uniform diameter, but tapers towards the right-hand side in order to provide installation space for the sensor unit 20 .
Mittels der Antriebsvorrichtung 5 kann eine ef fi ziente und gerichtete Wärmeableitung und zudem ein nutzbringender Achsstandard bereitgestellt werden, welcher sich vorteilhaft auf eine Stei figkeit und eine Kundenakzeptanz durch Verwendung der zweiteiligen Nabenachse mit der Steckasche 9 und der Antriebsachse 10 auswirken kann . The drive device 5 can be used to provide efficient and directed heat dissipation and also a useful axle standard, which can have an advantageous effect on stiffness and customer acceptance by using the two-part hub axle with the plug-in axle 9 and the drive axle 10 .
Die Figuren 5- 8 zeigen schematisch ein weiteres Aus führungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 5 für das Elektrofahrrad 1 in verschiedenen Ansichten . Gemäß diesem Aus führungsbeispiel umfasst das Motorgehäuse neben dem umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 eine Statorabdeckung 15 , die mittels eines ersten Lagers 16 miteinander gekoppelt sind . Im Vergleich zu dem vorherigen Aus führungsbeispiel ist ein Durchmesser des linken beziehungsweise ersten Lagers 16 deutlich größer ausgebildet . Das erste Lager 16 kann auch als erstes Hauptlager bezeichnet werden und ist auf der nicht orts festen beziehungsweise drehbaren Statorabdeckung 15 angeordnet . Auf dem ersten Hauptlager 16 ist wiederum der umlaufende Gehäuseabschnitt 6 angeordnet , sodass das erste Hauptlager 16 radial zwischen der Statorabdeckung 15 und dem Gehäuseabschnitt 6 angeordnet ist . Das Lager 17 bildet ein weiteres , zweites Hauptlager und ist gegenüberliegend zwischen dem Gehäuseabschnitt 6 und dem Kassettenkörper 8 angeordnet . Wirkende Radialkräfte werden durch das Hauptlager 17 , dann durch den Kassettenkörper 8 und dann durch das LagerFIGS. 5-8 schematically show another exemplary embodiment of the drive device 5 for the electric bicycle 1 in different views. According to this exemplary embodiment, the motor housing includes, in addition to the circumferential housing section 6 , a stator cover 15 which is coupled to one another by means of a first bearing 16 . In comparison to the previous exemplary embodiment, the diameter of the left or first bearing 16 is significantly larger. The first bearing 16 can also be referred to as the first main bearing and is arranged on the non-stationary or rotatable stator cover 15 . The circumferential housing section 6 is in turn arranged on the first main bearing 16 , so that the first main bearing 16 is arranged radially between the stator cover 15 and the housing section 6 . The bearing 17 forms a further, second main bearing and is arranged opposite one another between the housing section 6 and the cassette body 8 . Acting radial forces are absorbed by the main bearing 17, then through the cassette body 8, and then through the bearing
25 auf die feststehende Antriebsachse 10 übertragen . 25 transferred to the fixed drive axle 10 .
Ein weiteres Lager (nicht gezeigt ) ist noch zwischen der Messhülse der Sensoreinheit 20 und der Antriebsachse 10 vorgesehen . Eine wirkende Radialkraft wird demgemäß in den Gehäuseabschnitt 6 , dann in das Lager 17 , dann in einen gegebenenfalls vorhandenen Freilauf körper , dann in die mit dem Freilauf körper verschraubte Messhülse der Sensoreinheit 20 , dann in ein Rollenlager und dann in die Antriebsachse 10 übertragen . Das weitere Lager 25 gemäß den Figuren 5- 8 dient dem Freilauf körper und an dieser Position werden im Wesentlichen keine Radialkräfte vom Fahrer eingeleitet . Another bearing (not shown) is also provided between the measuring sleeve of the sensor unit 20 and the drive axle 10 . An acting radial force is accordingly transmitted to the housing section 6 , then to the bearing 17 , then to a freewheel body that may be present, then to the measuring sleeve of the sensor unit 20 screwed to the freewheel body, then to a roller bearing and then to the drive axle 10 . The additional bearing 25 according to FIGS. 5-8 serves as the freewheel body and essentially no radial forces are introduced by the driver at this position.
Die Statorabdeckung 15 weist die Form einer Glocke auf und ist so weit wie möglich links angeordnet und erstreckt sich durch eine innere oder zentrale Ausnehmung 71 der Bremsscheibe 7 . Die in der Figur 5 dargestellte linke Seite der Antriebsvorrichtung 5 , an welcher die Bremsscheibe 7 angeordnet ist , kann auch als Nichtantriebsseite bezeichnet werden . Die in der Figur 5 dargestellte rechte Seite der Antriebsvorrichtung 5 , an welcher der Kassettenkörper 8 angeordnet ist , kann auch als Antriebsseite bezeichnet werden . Die Bremsscheibe 7 ist weiterhin am umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 befestigt , insbesondere festgeschraubt . Die axiale Position der Bremsscheibe 7 ist im Vergleich zu dem vorherigen Aus führungsbeispiel unverändert sowie auch die Brems flanken der Bremsscheibe 7 . Aufgrund der axialen Verschiebung des Elektromotors und der Statorabdeckung 15The stator cover 15 is in the shape of a bell and is located as far to the left as possible and extends through an inner or central recess 71 of the brake disc 7 . The left side of the drive device 5 shown in FIG. 5, on which the brake disc 7 is arranged, can also be referred to as the non-drive side. The right-hand side of the drive device 5 shown in FIG. 5, on which the cassette body 8 is arranged, can also be referred to as the drive side. The brake disk 7 is also fastened, in particular screwed, to the peripheral housing section 6 . The axial position of the brake disc 7 is unchanged compared to the previous exemplary embodiment, as are the braking flanks of the brake disc 7 . Due to the axial displacement of the electric motor and the stator cover 15
( zum Beispiel im Vergleich zu der Aus führung nach Abbildung 2 ) steht im Inneren der Antriebsvorrichtung 5 axialer Bauraum für die anderen oder weitere Komponenten der Antriebsvorrichtung 5 zur Verfügung . Insbesondere ist die Statorabdeckung 15 an ihrer axialen Außenseite nicht durch den umlaufenden Gehäuseabschnitt 6 umschlossen, sodass eine besonders ef fi ziente Wärmeableitung eingerichtet ist . Die Statorabdeckung 15 ist nicht eng verbaut und im Inneren des umlaufenden Gehäuseabschnitts 6 gekapselt , sondern kann die vom Stator 14 in die Statorabdeckung 15 eingeleitete Wärme mittels Wärmeleitung durch die Wandung 151 direkt an die umströmende Luft des Außenbereichs abgeben . Innerhalb der Antriebsvorrichtung 5 wird die Wärme vom Stator 14 zur Statorabdeckung 15 überwiegend mittels Wärmeleitung, aber auch mittels Konvektion und Wärmestrahlung übertragen . Von der Statorabdeckung 15 wird die Wärme dann mittels Konvektion und Strahlung an die Umgebungsluft abgegeben . (For example, in comparison to the embodiment according to FIG. 2), axial installation space is available inside the drive device 5 for the other or further components of the drive device 5 . In particular, the axial outer side of the stator cover 15 is not surrounded by the surrounding housing section 6, so that heat dissipation is particularly efficient. The stator cover 15 is not installed tightly and is encapsulated inside the surrounding housing section 6 , but can emit the heat introduced from the stator 14 into the stator cover 15 by means of thermal conduction through the wall 151 directly to the air flowing around the outside area. Within the drive device 5, the heat is transferred from the stator 14 to the stator cover 15 predominantly by means of thermal conduction, but also by means of convection and thermal radiation. The heat is then emitted from the stator cover 15 to the ambient air by means of convection and radiation.
Die Wärmeabfuhr kann zudem dadurch verbessert werden, dass die Statorabdeckung 15 an der axialen Außenseite eine Kühlstruktur 153 mit einer Mehrzahl von Rippen aufweist , die beabstandet voneinander eine vergrößerte Oberfläche bereitstellen, welche von dem Umgebungsluft umströmt werden kann ( s . Figur 7 ) . The heat dissipation can also be improved in that the stator cover 15 has a cooling structure 153 on the axial outside with a plurality of ribs which are spaced apart from one another and provide an enlarged surface around which the ambient air can flow (see FIG. 7).
In Figur 8 ist die Antriebsvorrichtung 5 nach Figur 7 gezeigt , wobei zusätzlich eine mögliche Anordnung und Ausbildung des linken oder ersten Rahmenelements 11 illustriert ist . FIG. 8 shows the drive device 5 according to FIG. 7, a possible arrangement and design of the left or first frame element 11 also being illustrated.
Die Figuren 9- 11 zeigen schematisch ein weiteres Aus führungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 5 für das Elektrofahrrad 1 in verschiedenen Ansichten . Gemäß diesem Aus führungsbeispiel umfasst die Statorabdeckung 15 einen Verlängerungsabschnitt 152 , der die Wandung 151 der Statorabdeckung 15 erweitert und mit dem Außenbereich verbindet . Auch mittels einer solchen Aus führung der Statorabdeckung 15 , die von dem Gehäuseabschnitt 6 umgeben ist , kann eine gerichtete und zeitnahe Wärmeabfuhr mittels Wärmeleitung eingerichtet sein . FIGS. 9-11 schematically show a further exemplary embodiment of the drive device 5 for the electric bicycle 1 in different views. According to this exemplary embodiment, the stator cover 15 comprises an extension section 152 which extends the wall 151 of the stator cover 15 and connects it to the outside. Also by means of such a guide from Stator cover 15 , which is surrounded by housing section 6 , can be set up for directed and timely heat dissipation by means of heat conduction.
Die bei einem Betrieb entstehende Wärme des Stators 14 wird an die umgebende Wandung 151 der Statorabdeckung 15 übertragen und materialgeführt unter dem Lager 16 hindurch in den Verlängerungsabschnitt 152 geleitet , von wo aus die Wärme an die Umgebungsluft abgegeben werden kann . Eine solche Wärmeableitung ist deutlich ef fi zienter als ein Wärmeübertrag, der zum Beispiel die Wandung 151 der Statorabdeckung 15 , die Wandung 61 des Gehäuseabschnitts 6 und insbesondere den dazwischen befindlichen Luftspalt überwinden muss . Der Verlängerungsabschnitt 152 kann wie zuvor beschrieben die zusätzliche Kühlstruktur 153 an der Außenseite aufweisen . Der Verlängerungsabschnitt 152 kann einstückig mit der Wandung 151 der Statorabdeckung 15 ausgestaltet sein oder als separates Verlängerungsstück mit der Wandung 151 gekoppelt sein . Bei der Ausgestaltung der Statorabdeckung 15 mit Wandung 151 und gegebenenfalls vorgesehenen Verlängerungsabschnitt 152 wird insbesondere auch eine einfache und zeitsparende Montage der Komponenten berücksichtigt . Vorzugsweise sind der Verlängerungsabschnitt 152 und die Wandung 151 dann aus dem demselben Material gefertigt . The heat generated during operation of the stator 14 is transferred to the surrounding wall 151 of the stator cover 15 and guided through the material under the bearing 16 into the extension section 152 , from where the heat can be dissipated to the ambient air. Such a heat dissipation is significantly more efficient than a heat transfer which, for example, has to overcome the wall 151 of the stator cover 15, the wall 61 of the housing section 6 and in particular the air gap located between them. As previously described, the extension section 152 can have the additional cooling structure 153 on the outside. The extension section 152 can be configured in one piece with the wall 151 of the stator cover 15 or can be coupled to the wall 151 as a separate extension piece. In the design of the stator cover 15 with wall 151 and optionally provided extension section 152 , simple and time-saving assembly of the components is also taken into account in particular. The extension section 152 and the wall 151 are then preferably made of the same material.
Die Statorabdeckung 15 beziehungsweise die Wandung 151 und der gegebenenfalls vorgesehene Verlängerungsabschnitt 152 sind bevorzugt aus Aluminium gefertigt oder weisen Aluminium auf . Aluminium hat zum Beispiel im Vergleich zu Stahl eine deutlich höhere Wärmeleitfähigkeit und weist zudem Gewichtsvorteile auf . Alternativ oder zusätzlich könnte eines oder mehrere der zuvor beschriebenen Komponenten aus Magnesium gefertigt sein oder Magnesium aufweisen, sodass ein geringes Gewicht und eine zuverlässige Wärmeleitf higkeit der Antriebsvorrichtung 5 erzielbar sind . The stator cover 15 or the wall 151 and the optionally provided extension section 152 are preferably made of aluminum or have aluminum. Compared to steel, for example, aluminum has a significantly higher thermal conductivity and also has weight advantages. Alternatively or additionally, one or more of the components described above could be made of magnesium or have magnesium, so that a low weight and reliable thermal conductivity of the drive device 5 can be achieved.
Die Nabenachse weist die Steckachse 9 und die Antriebsachse 10 auf , die sich j eweils in Richtung des zweiten Endabschnitts 92 hin verj üngen, welche eine vereinfachte Montage ermöglichen und zudem Bauraum für die Sensoreinheit 20 bereitstellen . The hub axle has the through axle 9 and the drive axle 10 , each of which tapers in the direction of the second end section 92 , which enable simplified assembly and also provide installation space for the sensor unit 20 .
Die Steckachse 9 ist in den Figuren 2- 11 mit drei Abschnitten illustriert , wobei die beiden gegenüberliegenden Endabschnitte 91 , 92 durch einen Mittelabschnitt 93 miteinander verbunden sind . Die Endabschnitte 91 , 92 weisen in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse R j eweils einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser auf , wobei der Durchmesser des zweiten Endabschnitts 92 kleiner ist als der des ersten Endabschnitts 91 . Der Mittelabschnitt 93 richtet einen Übergangsbereich zwischen den beiden Endabschnitten 91 , 92 ein, wobei der Mittelabschnitt so ausgebildet ist , dass er sich hin zu dem zweiten Endabschnitt 92 kontinuierlich oder stufenweise verj üngt . Der Mittelabschnitt 93 leitet demgemäß eine Umfangsänderung der j eweiligen Endabschnitte 91 , 92 ein . The wheel spindle 9 is illustrated in FIGS. 2-11 as having three sections, with the two opposite end sections 91 , 92 being connected to one another by a middle section 93 . The end sections 91 , 92 each have a substantially constant diameter in relation to a radial direction transverse to the axis of rotation R, the diameter of the second end section 92 being smaller than that of the first end section 91 . The middle section 93 establishes a transition area between the two end sections 91 , 92 , the middle section being formed so that it tapers continuously or stepwise towards the second end section 92 . The middle section 93 accordingly initiates a change in the circumference of the respective end sections 91 , 92 .
Eine Länge des ersten Endabschnitts 91 und/oder eine Länge des zweiten Endabschnitts 92 entlang der Rotationsachse R sind insbesondere auf eine Ausdehnung des Elektromotors 13 , 14 , des Planetengetriebes 18 und/oder der Sensoreinheit 20 abgestimmt ausgebildet . Beispielsweise ist der zweite Endabschnitt 92 doppelt so lang wie der erste Endabschnitt 91 , um einer länglichen Sensoreinheit 20 entsprechend viel Raum zur Verfügung zu stellen ( s . Figuren 5- 11 ) . Alternativ kann aber auch der erste Endabschnitt 91 länger als der zweite Endabschnitt 92 ausgebildet sein, sofern es die Komponenten der Antriebsvorrichtung 5 zulassen oder erfordern ( s . Figuren 2-4 ) . Alternativ können der erste Endabschnitt 91 und der zweite Endabschnitt 92 in etwa gleich lang ausgebildet sein, sofern es die Komponenten der Antriebsvorrichtung 5 zulassen oder erfordern . A length of the first end section 91 and/or a length of the second end section 92 along the axis of rotation R are configured in particular to match an expansion of the electric motor 13 , 14 , the planetary gear 18 and/or the sensor unit 20 . For example, the second end section 92 is twice as long as the first end section 91 in order to provide a correspondingly large amount of space for an elongate sensor unit 20 (see FIGS. 5-11). Alternatively, however, the first end section 91 can also be longer than the second end section 92, provided that the Permit or require components of the drive device 5 (see FIGS. 2-4). Alternatively, the first end section 91 and the second end section 92 can be designed with approximately the same length, provided that the components of the drive device 5 permit or require it.
In den Figuren 2- 11 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich die beschriebenen Abschnitte 91 , 92 , 93 der Steckachse 9 illustriert . Die beschriebenen Eigenschaften und Merkmale können aber analog auf drei Abschnitte der Antriebsachse 10 übertragen werden, welche aufeinander folgend ausgebildet sind und einer Außenkontur der Steckachse 9 folgen können oder, wie in den Figuren 2- 11 illustriert , einen Freiraum 94 zwischen der Steckachse 9 und der Antriebsachse 10 einrichten . Bezogen auf die illustrierten Figuren 2- 11 beginnt somit ein Mittelabschnitt der Antriebsachse 10 weiter rechts als der Mittelabschnitt der Steckachse 9 . Der dazwischen eingebrachte Freiraum 94 kann sich insbesondere nutzbringend auf eine Montage der Antriebsvorrichtung 5 auswirken, bei der die Steckachse 9 in die Antriebsachse 10 hinein und durch die Antriebsachse 10 hindurch gesteckt wird . Der Freiraum 94 stellt somit ein gewisses Montagespiel bereit und kann zum Beispiel Vorgaben an Toleranzgenauigkeiten bei der Herstellung der einzelnen Komponenten der Antriebsvorrichtung 5 etwas entschärfen . For reasons of clarity, only the described sections 91, 92, 93 of the quick-release axle 9 are illustrated in FIGS. 2-11. However, the properties and features described can be transferred analogously to three sections of the drive axle 10, which are designed to follow one another and can follow an outer contour of the quick-release axle 9 or, as illustrated in Figures 2-11, a free space 94 between the quick-release axle 9 and the Set up drive axle 10 . Referring to the illustrated FIGS. 2-11, a middle section of the drive axle 10 thus begins further to the right than the middle section of the quick-release axle 9 . The free space 94 introduced between them can have a particularly beneficial effect on an assembly of the drive device 5 in which the quick-release axle 9 is inserted into the drive axle 10 and through the drive axle 10 . The free space 94 thus provides a certain amount of assembly play and can, for example, alleviate some of the specifications for tolerance accuracy in the production of the individual components of the drive device 5 .
Mittels der beschriebenen Antriebsvorrichtung 5 ist ein zuverlässiges Antriebskonzept für Elektrofahrräder realisierbar, welches eine besonders ef fi ziente Wärmeableitung ermöglicht . Zudem kann ein axial vergrößerter Bauraum eingerichtet werden und eine höhere Stei figkeit und eine verbesserte Kundenakzeptanz der Antriebsvorrichtung 5 erreicht werden . Die Antriebsvorrichtung 5 ist insbesondere zur Montage oder Einsatz in der Nabe des Hinterrades des Elektrofahrrads 1 geeignet und ermöglicht ein vorteilhaftes Antriebssystem insbesondere hinsichtlich einer hohen Ef fi zienz . A reliable drive concept for electric bicycles can be implemented by means of the drive device 5 described, which enables particularly efficient heat dissipation. In addition, an axially enlarged installation space can be set up and greater rigidity and improved customer acceptance of the drive device 5 can be achieved. The drive device 5 is particularly suitable for assembly or use in the hub of the rear wheel of the Suitable electric bicycle 1 and enables an advantageous drive system, in particular in terms of high ef fi ciency.
Bezugs zeichenliste reference character list
1 Elektrofahrrad 1 electric bike
2 Fahrradrahmen 2 bike frames
3 Fahrradnabe 3 bicycle hub
4 Tretlager 4 bottom bracket
5 Antriebsvorrichtung 5 drive device
6 Gehäuse 6 housing
61 Wandung des Gehäuses 61 wall of the housing
62 Außenseite des Wandung 62 outside of wall
7 Bremsscheibe 7 brake disc
71 Ausnehmung der Bremsscheibe 71 Recess of the brake disc
8 Kassettenkörper 8 cassette body
9 Steckachse 9 thru axle
91 erster Endabschnitt der Steckachse 91 first end section of the quick-release axle
92 zweiter Endabschnitt der Steckachse 92 second end section of the thru axle
93 Mittelabschnitt der Steckachse 93 center section of the thru axle
94 Freiraum 94 free space
10 Antriebsache 10 drive axle
11 äußeres Rahmenelement 11 outer frame member
12 äußeres Rahmenelement 12 outer frame member
13 Rotor 13 rotors
14 Stator 14 stator
15 Statorabdeckung 15 stator cover
151 Wandung der Statorabdeckung 151 wall of the stator cover
152 Verlängerungsabschnitt der Statorabdeckung152 Extension section of the stator cover
153 Kühlstruktur der Statorabdeckung 153 Stator cover cooling structure
154 Außenseite der Statorabdeckung 154 Outside of the stator cover
16 Lager 16 camps
17 Lager 17 camps
18 Planetengetriebe 18 planetary gears
19 Hohlrad 19 ring gear
20 Sensoreinheit 20 sensor unit
21 Planetenträger 22 Schlei fring 21 planet carriers 22 loop fring
23 erstes Schlei fringelement 23 first slip ring element
24 zweites Schlei fringelement 24 second slip ring element
25 Lager 26 Freilauf 25 bearing 26 freewheel
R Rotationsachse des Elektromotors / der Steckachse R Axis of rotation of the electric motor / thru-axle

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Antriebsvorrichtung (5) für ein Elektrofahrrad (1) , aufweisend : 1. Drive device (5) for an electric bicycle (1), having:
- eine Motoreinheit (13, 14) zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) , - A motor unit (13, 14) for driving the electric bicycle (1),
- eine Nabenachse (9, 10) , die mit der Motoreinheit (13, 14) gekoppelt ist, - a hub axle (9, 10) coupled to the motor unit (13, 14),
- ein Getriebe (18, 19, 26) , das zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) ausgebildet und um eine Rotationsachse (R) drehbar ist und das einerseits mit der Motoreinheit (13, 14) und anderseits mit der Nabenachse (9, 10) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) abzugeben, und - A transmission (18, 19, 26) which is designed to drive the electric bicycle (1) and can be rotated about an axis of rotation (R) and which is connected on the one hand to the motor unit (13, 14) and on the other hand to the hub axle (9, 10) is coupled and is set up to deliver a torque for driving the electric bicycle (1), and
- ein Motorgehäuse (6, 15) , in dem die Motoreinheit (13, 14) und das Getriebe (18, 19, 26) angeordnet sind und durch das sich die Nabenachse (9, 10) erstreckt, wobei die Nabenachse (9, 10) bezogen auf die Rotationsachse (R) einen ersten Endabschnitt (91) und einen zweiten Endabschnitt (92) aufweist, die dazu eingerichtet sind, auf gegenüberliegenden Seiten mit einem jeweiligen äußeren Rahmenelement (6, 7) des Elektrofahrrads (1) gekoppelt zu werden, wobei der zweite Endabschnitt (92) schmaler ausgebildet ist als der erste Abschnitt ( 91 ) . - a motor housing (6, 15) in which the motor unit (13, 14) and the transmission (18, 19, 26) are arranged and through which the hub axle (9, 10) extends, the hub axle (9, 10 ) in relation to the axis of rotation (R) has a first end section (91) and a second end section (92), which are designed to be coupled on opposite sides to a respective outer frame element (6, 7) of the electric bicycle (1), wherein the second end portion (92) is narrower than the first portion (91).
2. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 1, bei der der zweite Endabschnitt (92) in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse (R) einen Durchmesser aufweist, der mindestens einen Millimeter kleiner ist als ein Durchmesser des ersten Endabschnitts (91) . 2. Drive device (5) according to claim 1, wherein the second end portion (92) has a diameter with respect to a radial direction transverse to the axis of rotation (R) which is at least one millimeter smaller than a diameter of the first end portion (91) .
3. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 2, bei der der erste Endabschnitt (91) und der zweite Endabschnitt (92) in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse (R) jeweils einen konstanten Durchmesser aufweisen. 3. Drive device (5) according to claim 2, wherein the first end portion (91) and the second end portion (92) in Reference to a radial direction transverse to the axis of rotation (R) each have a constant diameter.
4. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nabenachse (9, 10) einen Mittelabschnitt (93) aufweist, der in Bezug auf die Rotationsachse (R) zwischen dem ersten Endabschnitt (91) und dem zweiten Endabschnitt (92) ausgebildet ist und der einen Übergangsbereich zwischen den beiden Endabschnitten (91, 92) einrichtet, wobei der Mittelabschnitt (93) so ausgebildet ist, dass er sich hin zu dem zweiten Endabschnitt (92) kontinuierlich, abschnittsweise oder stufenweise verjüngt. 4. Drive device (5) according to one of the preceding claims, in which the hub axle (9, 10) has a middle section (93) which, in relation to the axis of rotation (R), is between the first end section (91) and the second end section (92 ) and which establishes a transition region between the two end sections (91, 92), the middle section (93) being formed in such a way that it tapers continuously, in sections or in steps towards the second end section (92).
5. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nabenachse (9, 10) zweiteilig ausgebildet ist und eine Steckachse (9) und eine hülsenförmige Antriebsachse (10) umfasst, durch welche sich die Steckachse (9) erstreckt. 5. Drive device (5) according to one of the preceding claims, wherein the hub axle (9, 10) is formed in two parts and comprises a stub axle (9) and a sleeve-shaped drive axle (10) through which the stub axle (9) extends.
6. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 5, bei der sich die Steckachse (9) und die Antriebsachse (10) entlang der Rotationsachse (R) in Richtung hin zu dem zweiten Endabschnitt (92) der Nabenachse jeweils verjüngen. 6. Drive device (5) according to claim 5, wherein the stub axle (9) and the drive axle (10) taper along the axis of rotation (R) towards the second end portion (92) of the hub axle, respectively.
7. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 5 oder 6, bei der in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse (R) in dem Mittelabschnitt (93) zwischen der Steckachse (9) und der Antriebsachse (10) ein vorgegebener Freiraum (94) eingerichtet ist. 7. Drive device (5) according to Claim 4 in conjunction with Claim 5 or 6, in which, with respect to a radial direction transverse to the axis of rotation (R), in the middle section (93) between the plug-in axle (9) and the drive axle (10) a predetermined free space (94) is set up.
8. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 5-7, aufweisend : ein erstes und ein zweites Rahmenelement (11, 12) , die in Bezug auf die Rotationsachse (R) auf gegenüberliegenden Seiten außerhalb des Motorgehäuses (6, 15) angeordnet und mit einem jeweiligen Endabschnitt (91, 92) der Nabenachse (9, 10) gekoppelt sind, sodass die beiden Rahmenelemente (11, 12) im Zusammenwirken mit der Steckachse (9) die Antriebsachse (10) vorgegeben verspannen. 8. Drive device (5) according to any one of claims 5-7, comprising: a first and a second frame element (11, 12) arranged on opposite sides with respect to the axis of rotation (R) outside the motor housing (6, 15) and connected to a respective end portion (91, 92) of the hub axle (9, 10) are coupled, so that the two frame elements (11, 12) brace the drive axle (10) in a predetermined manner in cooperation with the quick-release axle (9).
9. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 8, bei der der zweite Endabschnitt (92) direkt oder mittels eines Gewindeelements mit dem zweiten Rahmenelement (12) verschraubt ist. 9. Drive device (5) according to claim 8, wherein the second end portion (92) is screwed directly or by means of a threaded member to the second frame member (12).
10. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Motoreinheit einen Elektromotor mit einem Rotor (13) und einem Stator (14) umfasst und der Stator (14) in direkter Nachbarschaft zu einer Wandung (61, 151, 152) des Motorgehäuses (6, 15) angeordnet ist, wobei die Wandung (61, 151) direkt an einen Außenbereich außerhalb des Motorgehäuses (6, 15) grenzt und dadurch der Elektromotor10. Drive device (5) according to one of the preceding claims, in which the motor unit comprises an electric motor with a rotor (13) and a stator (14) and the stator (14) in the direct vicinity of a wall (61, 151, 152) of the motor housing (6, 15), the wall (61, 151) directly adjoining an outer area outside of the motor housing (6, 15) and thereby the electric motor
(13, 14) lediglich durch eine Wandung der Antriebsvorrichtung (5) von dem Außenbereich abgeschirmt ist und/oder wobei die(13, 14) is shielded from the outside area only by a wall of the drive device (5) and/or wherein the
Wandung (61, 151) einen Verlängerungsabschnitt (152) aufweist, der die Wandung (61, 151) mit dem Außenbereich wärmeleitend verbindet. Wall (61, 151) has an extension section (152) which thermally conductively connects the wall (61, 151) to the outside area.
11. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 10, bei der die Wandung (61, 151, 152) eine Kühlstruktur (153) aufweist, die eine Mehrzahl von Rippen umfasst, welche beabstandet voneinander an einer Außenseite (62, 154) der Wandung (61, 151, 152) angeordnet sind. 11. Drive device (5) according to Claim 10, in which the wall (61, 151, 152) has a cooling structure (153) which comprises a plurality of ribs which are spaced apart from one another on an outer side (62, 154) of the wall (61 , 151, 152) are arranged.
12. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden12. Drive device (5) according to any one of the preceding
Ansprüche, aufweisend: - einen Kassettenkörper (8) , der mit dem Motorgehäuse (6, 15) gekoppelt ist und der in Bezug auf die Rotationsachse (R) die Nabenachse (9, 10) umgibt und der dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment eines Fahrers des Elektrofahrrads (1) an das Motorgehäuse (6, 15) zu übertragen, und claims having: - a cassette body (8) which is coupled to the motor housing (6, 15) and which surrounds the hub axle (9, 10) with respect to the axis of rotation (R) and which is set up to transmit a torque of a rider of the electric bicycle (1st ) to be transmitted to the motor housing (6, 15), and
- eine Sensoreinheit (20) , die zur Ermittlung eines Drehmoments des Fahrers mit der Nabenachse (9, 10) gekoppelt ist und in Bezug auf eine radiale Richtung quer zu der Rotationsachse (R) zwischen dem Kassettenkörper (8) und der Nabenachse (9, 10) angeordnet ist. - a sensor unit (20), which is coupled to the hub axle (9, 10) to determine a torque of the driver and is transverse to the axis of rotation (R) in relation to a radial direction between the cassette body (8) and the hub axle (9, 10) is arranged.
13. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 12, bei der die Sensoreinheit (20) in dem schmaleren zweiten Endabschnitt (92) der Nabenachse (9, 10) angeordnet ist und die Sensoreinheit (20) und der zweite Endabschnitt (92) in Abstimmung aufeinander ausgebildet sind. 13. Drive device (5) according to claim 12, wherein the sensor unit (20) is arranged in the narrower second end section (92) of the hub axle (9, 10) and the sensor unit (20) and the second end section (92) in coordination with one another are trained.
14. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Länge des ersten Endabschnitts (91) und/oder eine Länge des zweiten Endabschnitts (92) entlang der Rotationsachse (R) auf eine Ausdehnung der Motoreinheit (13, 14) , des Getriebes (18, 19, 26) und/oder der Sensoreinheit (20) abgestimmt ausgebildet ist. 14. Drive device (5) according to one of the preceding claims, in which a length of the first end section (91) and / or a length of the second end section (92) along the axis of rotation (R) on an extension of the motor unit (13, 14), of the transmission (18, 19, 26) and/or the sensor unit (20) is designed to be coordinated.
15. Elektrofahrrad (1) aufweisend: 15. Electric bicycle (1) comprising:
- einen Fahrradrahmen (2) , der sich zu einem Tretlager (4) und zu einer Fahrradnabe (3) erstreckt, und - a bicycle frame (2) extending to a bottom bracket (4) and to a bicycle hub (3), and
- eine Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) mit der Fahrradnabe (3) gekoppelt ist. - A drive device (5) according to any one of the preceding claims, which is coupled to drive the electric bicycle (1) with the bicycle hub (3).
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