DE202016008534U1

DE202016008534U1 - Elektrofahrrad

Info

Publication number: DE202016008534U1
Application number: DE202016008534.5U
Authority: DE
Original assignee: Typhoon Bicycles Ltd
Current assignee: S.C.P. TYPHOON, MC
Priority date: 2015-12-27
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2018-06-25
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: US20170183057A1; WO2017114811A1; US10137960B2; EP3221211B1; CA3009612C; EP3221211A1; CA3009612A1

Abstract

Ein System eines Batterie-betriebenen Elektromotorantriebs zum Bereitstellen von Unterstützungsantriebsleistung für herkömmliche Fahrräder, enthaltend:ein Fahrradrahmen, der ein oder mehrere verbundene Rahmenröhren und ein Tretlagergehäuse enthält;ein Tretlager, das zumindest eine Lagerwelle und ein Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe enthält, die die Lagerwelle umringt;ein oder mehrere Antriebsstränge, wobei jeder einen Motor enthält, der mit einer Antriebswelle verbunden ist, die ein Ritzel mit feststehendem Antriebssystem aufweist;ein Antriebsstrangcontroller, der folgendes aufweist:eine Benutzerschnittstelle, die einem Benutzer Kontrolleinheiten zum Ansteuern des Starts und des Haltens des Motors und Auswählen eines oder mehrerer Momentniveaus des Motors bereitstellt;eine Motorsteuerschaltung, die mit der Benutzerschnittstelle und dem Motor verbunden ist und ausgebildet ist zum Ausführen einer Motorkontrollsequenz, die enthält:einen initialen Motordrehzahlerkennung-Zustand, der durch ein Start-Kommando von der Benutzerschnittstelle aktiviert wird, während dessen die Motordrehzahl detektiert wird für eine initiale Motordrehzahlerkennungsperiode;falls die Motordrehzahl kontinuierlich höher als eine Leistungsunterstützungsmotordrehzahlgrenze während des initialen Motordrehzahlerkennung-Zustands ist, wird der Leistungsunterstützung-Zustand daraufhin aktiviert, während dessen der Motor vollständig angeschaltet ist und einen der einen oder mehrere Drehmomentniveaus, die durch das Benutzerschnittstelle gewählt sind, ausgibt,einen kontinuierlichen Motordrehzahlermittlung-zustand, in dem die Motordrehzahl kontinuierlich ermittelt wird, und falls die Motordrehzahl als geringer seiend als eine Leistungsabschaltmotordrehzahl kontinuierlich für einen Leistungsabschaltzustandsdauer ermittelt wird, der Motor daraufhin abgeschaltet wird, wobei der kontinuierliche Motordrehzahlermittlung-Zustand gelöscht wird und der Motor ausgeschaltet wird, wenn ein Stoppkommando von dem Benutzerschnittstelle erhalten wird;wobei wenigstens eine der miteinander verbundenen Rahmenröhren mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist,wobei das Tretlagergehäuse eine Durchgangsöffnung dort, wo jeder der Rahmenröhren mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist, hat, so dass der Innenraum der Rahmenröhren von innerhalb des Tretlagergehäuses erreichbar ist;wobei, wenn zusammengebaut, jeder der Antriebsstränge eingeführt in und befestigt innerhalb des Innenraums einer der Rahmenröhren, die mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist, ist;wobei, wenn zusammengebaut, das Tretlager innerhalb des Tretlagergehäuses untergebracht ist; undwobei, wenn zusammengebaut, die Antriebswelle von jedem der Antriebstränge in das Tretlager hineinragt, so dass das Ritzel der Antriebswelle örtlich ausgerichtet ist und eingerastet ist mit den Zahnkranzzähnen der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe, wodurch ermöglicht wird, dass Drehmoment, das von dem Motor jedes der Antriebsstränge generiert wird, auf die Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe und daraufhin auf die Lagerwelle übertragen wird.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen U.S. Patentanmeldung Nr. 62/271,304 , angemeldet am 27. Dezember 2015, deren Offenbarung hiermit vollständig per Referenz integriert wird.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf pedalbetriebene Fahrräder mit elektrischer Leistungsunterstützung.
Hintergrund:
Die meisten verfügbaren motorisierten Fahrräder haben entweder Ergänzungen oder komplette Entwürfe von Elektromotoren oder Benzin-betriebenen Motoren, die angebracht sind an oder integriert sind mit standardmäßigen pedalbetriebenen Fahrrädern. Nichtsdestotrotz sind die meisten dieser motorisierten Fahrräder sichtlich erkennbar als unterschiedlich zu herkömmlichen un-motorisierten Fahrrädern. Moderne Fahrräder haben Rahmen von offenen Strukturen, die durch Verbinden von Röhren geformt sind, um das Gewicht gering zu halten bei gleichzeitigem Beibehalten von einem unnachgiebigen strukturellen Zusammenhalt. Dies macht das Verbergen von Motoren, Batterien und Treibstoffbehältern zu einer Herausforderung.
Zusammenfassung der Erfindung:
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System eines Batterie-betriebenen elektrischen Motorantriebs zum Bereitstellen von Hilfsantriebsleistung für herkömmliche Fahrräder bereitzustellen. Es ist ein weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches System mit verborgenden und getarnten Komponenten bereitzustellen, so dass ein motorisiertes Fahrrad, das ein solches System enthält, im wesentlich gleich wie ein gewöhnliches un-motorisiertes Fahrrad erscheint. Es ist noch ein weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches System bereitzustellen, das an bestehende herkömmliche un-motorisierte Fahrräder, ohne signifikante Änderung der bedeutenden Komponenten der Fahrräder im Rahmen einer Nachrüstung, eingesetzt werden kann oder das einfach in neue Designs von Fahrrädern integriert werden kann.
Das System des Batterie-betriebenen Elektromotorantriebs enthält einen besonders entworfenen Fahrradrahmen, ein Tretlager, einen Antriebsstrang und eine Batteriestromsversorgung.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden mit mehr Einzelheiten beschrieben mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen:

1A ein Foto eines typischen Diamant-Sicherheitsniederradrahmens zeigt;
2 ein Tretlagergehäuseteil eines Fahrradrahmens entsprechend einer Aufführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
3 einen Tretlagergehäuseteil eines Fahrradrahmens zusammen mit Tretlagerkomponenten und Antriebsstrangkomponenten entsprechend einer Aufführungsform der vorliegenden Erfindung aufzeigt;
4 Teile von Tretlagerkomponenten und antriebsseitigen Tretlagerwelle aufzeigt;
5 die Teile von Tretlagerkomponenten zusammengebaut mit der antriebsseitigen Tretlagerwelle aufzeigt;
6 eine Schnittansicht des Ritzels mit feststehendem Antriebssystem, das den Motor mit dem Zahnkranz des Antriebsstrangs verbindet, zeigt;
7 ein Foto einer Batteriestromversorgungsbaugruppe entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein anderes Foto der Batteriestromversorgungsbaugruppe zeigt;
9 ein Flussdiagramm einer Motorsteuerung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ein Flussdiagramm einer Motorsteuerung entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ein Foto eines Elektrofahrrads, das ein System eines elektrischen Motors entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, zeigt;
12 eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads, das ein System eines einzelnen elektrischen Motors entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, zeigt; und
13 eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads, das ein System von doppelten elektrischen Motoren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung:
In der folgenden Beschreibung werden motorisierte Fahrräder und Systeme von Batterie-betriebenen Elektromotorantrieben zum Bereitstellen von Hilfsantriebsleistung für herkömmliche Fahrräder als bevorzugte Beispiele dargelegt. Es wird den Fachleuten ersichtlich sein, dass Modifikationen, inklusive Hinzufügungen und/oder Ersetzungen gemacht werden können ohne sich vom Umfang und Sinngehalt der Erfindung zu entfernen. Spezielle Details können weglassen werden, ohne die Erfindung zu verdecken; nichtsdestotrotz ist die Offenbarung beschrieben, um einem Fachmann zu ermöglichen, die innewohnende Lehre ohne unnötiges Experimentieren auszuführen.
Das System des Batterie-betriebenen Elektromotorantriebs entsprechend verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthält einen besonders gestalteten Fahrradrahmen, ein Tretlager, einen Antriebsstrang und eine Batteriestromversorgung.
Fahrradrahmen
Verschiedene Ausführungsformen des besonders gestalteten Fahrradrahmen entsprechend der vorliegenden Erfindung sind basiert auf dem modernen Sicherheitsniederradrahmen namens „Diamant“-Rahmen. 1 zeigt ein Foto eines typischen „Diamant“-Rahmens. Ähnlich der Form eines Diamanten, besteht das Profil des „Diamant“-Rahmens aus zwei Dreiecken: Ein Hauptdreieck und ein gekoppeltes rückwärtiges Dreieck. In Bezug auf 1: Der Rahmen hat eine Rohrstruktur mit einem Steuerkopfrohr 101, einem Oberrohr 102, einem Unterrohr 103, einem Sitzrohr 104, einem Paar Kettenstreben 105 und einem Paar Sattelstreben 106. Das Steuerkopfrohr 101 enthält den Steuersatz, der die Verbindung zur Gabel bildet. Das Oberrohr 102 verbindet das Steuerkopfrohr 101 mit dem Sitzrohr 104 oben. Das Oberrohr 102 kann in etwa horizontal (parallel zu dem Boden, wenn der Fahrradrahmen senkrecht aufrecht aufgestellt ist) positioniert werden. Das Unterrohr 103 verbindet das Steuerkopfrohr 101 mit dem Tretlagergehäuse 107. Das Sitzrohr 104 verbindet mit dem und unterstützt den Sitz oben und verbindet mit dem Tretlagergehäuse 107 unten. Die Kettenstreben 105 verlaufen in etwa parallel zu dem Oberrohr 102 und verbinden das Tretlagergehäuse 107 mit den rückwärtigen Ausfallenden. Die Sattelstreben 106 verbinden das Obere des Sitzrohres 104 mit den rückwärtigen Ausfallenden.
In einer ersten Ausführungsform des besonders gestalteten Fahrradrahmens entsprechend der vorliegenden Erfindung, sind das Unterrohr und/oder das Sitzrohr mit dem Tretlagergehäuse an seiner zylindrischen Wand sicher verbunden (zum Beispiel durch Schweißen). Das Tretlagergehäuse ist ein offener Zylinder ohne geschlossene Grundflächen. Das Tretlagergehäuse stellt ein oder zwei Durchgangslöcher dort bereit, wo das Unterrohr und/oder das Sitzrohr mit dem Tretlagergehäuse verbunden sind. Die Größe der ein oder mehreren Durchgangslöcher entspricht in etwa der Schnittbreite der Unterrohrs und/oder des Sitzrohres. Diese Konfiguration erlaubt den hohlen Innenräumen des Tretlagers, des Unterrohrs und/oder des Sitzrohres miteinander verbunden zu sein. Die nach unten zeigende Seite (gegenüber dem Unterrohr und/oder dem Sitzrohr) der Zylinderwand des Tretlagergehäuses hat auch ein oder mehrere Durchgangslöcher. Die Öffnungen fluchten axial mit dem Unterrohr und/oder dem Sitzrohr in ihrer Längsrichtung. Diese unteren Durchgangslöcher erlauben das Einführen einer Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe beziehungsweise von Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppen des Antriebstrangs in das Unterrohr und/oder das Sitzrohr durch das Tretlagergehäuse.
Gezeigt in 2 ist ein Tretlagergehäuse 201, das mit dem Unterrohr 202 und dem Sitzrohr 203 eines Fahrradrahmens verbunden ist. In dieser Ausführungsform hat das Tretlagergehäuse 201 ein Durchgangsloch 204, um das Einführen einer Antriebsstrang-Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe von außerhalb durch das Durchgangsloch 204 und das Tretlagergehäuse 201 in das Innere des Unterrohrs 202 zu erlauben.
Das Unterrohr und/oder das Sitzrohr haben ein oder mehrere Durchgangslöcher mit oder ohne Gewindegang an bestimmter Stelle (an bestimmten Stellen) zum Erlauben, dass eine Schraube beziehungsweise Schrauben oder (ein)Bolzen durch die Wand beziehungsweise die Wände des Unterrohrs und/oder des Sitzrohres eindringen und mit der eingeführten Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe beziehungsweise mit den eingeführten Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppen befestigt werden, wodurch die Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe(n) im Unterrohr und/oder Sitzrohr befestigt werden. Zudem haben das Unterrohr und/oder das Sitzrohr ein oder mehrere Öffnungen in ihrer Wand beziehungsweise ihren Wänden, um zu erlauben, dass eine elektrische Leitung beziehungsweise elektrische Leitungen den elektrischen Motor beziehungswiese die elektrischen Motoren von außerhalb des Unterrohrs und/oder des Sitzrohrs verbinden. Die elektrische(n) Leitung(en) können mit einer Batteriestromversorgungsbaugruppe und/oder einer elektronischen Kontrollschaltung verbinden.
In einer zweiten Ausführungsform des besonders gestalteten Fahrradrahmens ist das Tretlagergehäuse trennbar von der Hauptfahrradstruktur. Das Unterrohr und das Sitzrohr sind mit einer Nabe an ihren unteren Enden verbunden, oder sind so vorgesehen, dass sie ihre unteren Enden in großer Nähe zueinander fixiert sind. In allen vorbeschriebenen Konfigurationen sind das Unterrohr und/oder das Sitzrohr an ihren unteren Enden offen, wodurch der Innenraum des Unterrohrs und/oder der Sitzrohrs durch ihr unteres Ende beziehungsweise ihre unteren Enden zugänglich sind. In der Konfiguration, bei dem das Unterrohr und das Sitzrohr mit einer Nabe verbunden sind, stellt die Nabe ein oder zwei Öffnungen bereit, an denen das Unterrohr und das Sitzrohr sich mit der Nabe verbinden auf eine solche Weise, dass der Zugang zu dem hohlen Innenraum des Unterrohrs und/oder des Sitzrohres durch die Nabe unversperrt ist.
Das trennbare Tretlagergehäuse ist hier auch eine zylindrische Trommel mit unverschlossenen Grundflächen. Das Tretlagergehäuse stellt ein oder zwei Durchgangslöcher durch ihre zylindrischen Wände an einer Stelle beziehungsweise an Stellen bereit, die in eine Linie gebracht werden können mit der Öffnung beziehungsweise den Öffnungen am unteren Ende des Unterrohrs und/oder des Sitzrohrs, wenn das Tretlagergehäuse mit der Nabe oder dem unteren Ende beziehungsweise den unteren Enden des Unterrohrs und/oder des Sitzrohrs verbunden wird.
Dies ermöglicht, dass die hohlen Inneren des Tretlagergehäuses, des Unterrohrs und/oder des Sitzrohrs untereinander verbunden sind. Schließlich kann das Tretlagergehäuse mit der Nabe oder mit den unteren Enden des Unterrohrs und des Sitzrohr mit Schrauben, Muttern und Bolzen oder anderen mechanischen Befestigungen oder mit Schweißverbindungen befestigt werden.
Während des Zusammenbaus werden die Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe beziehungsweise die Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppen des Antriebsstrangs erst in das Unterrohr und/oder das Sitzrohr eingeführt, und anschließend innerhalb des Unterrohrs und/oder des Sitzrohrs befestigt. In einer ersten Ausführungsform des Fahrradrahmens mit einem nicht trennbaren Tretlagergehäuse kann, nichtdestrotz, eine Tretlagerumhausung benötigt werden, die in dem Tretlagergehäuse vor der Installation der Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe(n) installiert wird. Dann wird das Tretlager in dem Tretlagergehäuse montiert. In einer zweiten Ausführungsform des Fahrradrahmens mit trennbarem Tretlagergehäuse ist das trennbare Tretlagergehäuse mit darin montiertem Tretlager an dem Fahrradrahmen angebracht, eine Verbindung mit den unteren Enden des Unterrohrs und des Sitzrohrs bildend. Wenn die Elektromotor-Getriebe-Antriebswelle beziehungsweise die Elektromotor-Getriebe-Antriebswellen in das Tretlager ragen, wird die Position der Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe so angepasst, dass das Elektromotor-Getriebe-Antriebswellen-Getrieberitzel mit den Zahnkranzzähnen der Zahnkranz-und-Lager Baugruppe, die in dem Tretlager vorgesehen sind, örtlich ausgerichtet und eingerastet ist, so dass der Antriebsstrang mit der Lagerwelle verbunden wird.
Ein Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass andere Konfigurationen ähnlich denen der vorhergehenden Ausführungsformen möglich sind, solange ein oder mehrere Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppen in ein oder mehr Fahrradrahmenrohre eingeführt werden können und an ihnen befestigt werden können und Teilen oder einem Teil der befestigten Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe beziehungsweise der befestigten Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe ermöglicht wird, dass sie sich ins Innere des Tretlagergehäuses erstrecken.
Tretlager
Das Tretlagergehäuse dient dazu, das Tretlager, das die Elektromotor-Getriebe-Antriebswelle mit der Lagerwelle verbindet, aufzunehmen. Ein Teil der Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe, der zumindest die Antriebswelle enthält, ragt in das Tretlagergehäuse durch ein oder mehrere obere Durchgangslöcher, wo das Unterrohr und/oder das Sitzrohr mit dem Tretlagergehäuse verbunden sind.
Die Darstellung in 3 zeigt eine Ausführungsform des Tretlagers. Das Tretlager enthält zwei Tretlagerschalen 301, einen Tretlagerverschlussdeckel 302, einen oder mehrere O-Ringe 303, eine Lagerhülse 304, ein unidirektionales Axiallager 305, eine Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe 306, ein oder mehrere Lagerhülsenrückhalteschrauben 307, eine Tretlagerumhausung 110 und ein oder mehrere Tretlagerschalen Anti-Rotations-Schrauben 315.
In Bezug auf alle 3 bis 5: Während des Zusammenbaus des Tretlagers wird eine der Tretlagerschalen 301 an dem Tretlagerverschlussdeckel 302 befestigt und beide bilden Ringe um eine antriebsseitige Tretlagerwelle 401. Ein oder mehrere O-Ringe 303 werden in die Lagerhülse 304 eingeführt und die Lagerhülse 304 umringt die antriebsseitige Tretlagerwelle und wird in dem Tretlagerverschlussdeckel 302 eingepasst. Das unidirektionale Axiallager 305 wird dann über die Lagerhülse 304 gezogen und in dem Tretlagerverschlussdeckel 302 eingepasst, gefolgt von der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe 306, die mit ihren Zahnkranzzähnen von der antriebsseitige Antriebskurbel weg weist. In anderen Ausführungsformen, die in diesen Figuren nicht gezeigt sind, zeigen die Zahnkranzzähne zu der Antriebskurbel hin. Zum Schluss werden die Lagerhülsen-Sicherungsschrauben 307 an der antriebsseitigen Lagerwelle 401 eingeschraubt, um die Lagerhülse 104 und die andere Komponenten um die antriebseitige Tretlagerwelle 401 zu halten. Eine Tretlagerumhausung 310 wird in das Tretlagergehäuse von einer Seite eingeführt und die antriebsseitige Tretlagerwelle 401 mit den Komponenten wird in der Tretlagerumhausung 301 von der anderen Seite des Tretlagergehäuses eingebracht. Die Tretlagerumhausung 310 hat Durchgangslöcher in ihrer zylindrischen Wand, die mit den Durchgangslöchern des Tretlagergehäuses fluchten.
Mit dem nicht angeschlossenen Ende der antriebsseitigen Tretlagerwelle 401, das aus der Tretlagerumhausung 310 ragt, kann die andere der Tretlagerschalen 301 die antriebseitige Tretlagerwelle 401 umringen und an der Tretlagerumhausung 310 befestigt werden. In jeder Ausführung des Fahrradrahmens wird die elektrische Motor-und-Getriebe-Baugruppe so positioniert, dass das Elektromotor-Getriebe-Antriebswelle-Ritzel örtlich angepasst an die Zahnkranzzähne und eingerastet mit den Zahnkranzzähnen der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe 306 ist. Der Tretlagerverschlussdeckel 302 ist an dem Tretlagergehäuse mit ein oder mehreren Tretlagerdeckel-Anti-Rotations-Schrauben 315 befestigt.
Drehmoment wird von der Elektromotor-Getriebe Antriebswelle beziehungsweise den Elektromotor-Getriebe Antriebswellen auf die Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe 306 und daraufhin auf die antriebsseitige Tretlagerwelle 401 übertragen. Das unidirektionale Axiallager 306 erlaubt, das Drehmoment nur dann auf die Lagerwelle zu übertragen, wenn das Pedalwerk und die Zahnkranz und Lager Baugruppe 306 in die gleiche Richtung drehen.
Antriebsstrang
In Bezug auf 3: Eine Ausführungsform des Antriebsstrangs entsprechend der vorliegenden Erfindung stellt einen Elektromotor und ein dazugehöriges Planetengetriebe, das mit dem Elektromotor gekoppelt ist, bereit. Der Elektromotor und das Planetengetriebe sind innerhalb einer Röhrenstruktur eingebaut, womit sie eine Elektromotor-und-Planetengetriebe-Baugruppe 312 bilden. Der Elektromotor und das Planetengetriebe sind innerhalb der Röhrenstruktur axial ausgerichtet mit Antriebswelle, die ein Ritzel 312a aufweist, sich von der Elektromotor-und-Planeten-Baugruppe in Längsrichtung in das Tretlager erstreckend, um in die Zahnkranzzähne der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe 306 einzurasten. In einer Ausführungsform ist die Antriebswelle mit ihrem Ritzel 312a und den Zahnkranzzähnen der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe 306 eine Zusammenstellung eines spiralförmigen Kegelkopfgetriebes.
In einer Ausführungsform wird das Röhrengehäuse 308 zuerst in das Sitzrohr oder das Unterrohr eingeführt und mit einer oder mehrerer Röhrengehäuse-Schrauben, die durch das Sitzrohr oder das Unterrohr dringen, befestigt. Dann wird der zentralen Lagereinsatz 311 in das Sitzrohr oder das Unterrohr eingeführt und mit ein oder mehreren Röhrengehäuseschrauben, die durch das Sitzrohr oder das Unterrohr dringen, befestigt. Zum Schluss wird die Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe 312 in das Röhrengehäuse 308 durch den zentralen Lagereinsatz 311 eingeführt, wobei die verlängerte Antriebswelle 312a nach außen zeigt und mit einer Lagersicherungsmutter 313 befestigt wird. Die Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe 312 wird innerhalb des Röhrengehäuses 308 befestigt. Das Röhrengehäuse 308 hat horizontale parallele Flächen 308a an seiner äußeren Oberfläche, um die Unterrohr-oder-Sitzrohr-Gehäuse-Schrauben, die in den hohlen Innenraum des Unterrohrs oder des Sitzrohres eindringen, in dem die Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe 312 und das Röhrengehäuse 308 eingebracht sind, zu halten. Die mehreren horizontalen parallelen Flächen 308a erlauben, dass die Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe 312 und das Röhrengehäuse 308 an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Unterrohrs oder des Sitzrohrs befestigt werden.
Elektrische Leitungen für Leistungsübertragung, und optional Steuer-und Datenleitungen von der Elektromotor-und-Getriebe-Baugruppe 312 gehen durch ein oder mehrere Durchgangslöcher an dem Unterrohr oder dem Sitzrohr, um die externe(n) Batteriestromversorgung(en) und/oder andere(n) elektronische Steuerschaltung(en) zu verbinden.
6 zeigt ein Ritzel mit feststehendem Antriebssystem entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Ritzel mit feststehendem Antriebssystem ist mit dem Antriebsritzel-Getriebekopf verbunden durch einen kegelförmige Kontaktpassung für die Konzentrizität und Gewindestifte, um eine Rotation um die Motor-Getriebe-Antriebswelle zu vermeiden. Das Ritzel mit feststehendem Antriebssystem und der Antriebsritzel-Getriebekopf haben die gleiche Achse. Das wird durch Präzisions-Kegel-Presspassung um die Motor-Getriebe-Antriebswelle sichergestellt. Das Ritzel mit feststehendem Antriebssystem kann nur in eine Richtung bewegt werden, eingeschränkt durch das in eine-Richtung-bewegliche Lager zwischen der Motor-und-Getriebe-Baugruppe und der Kurbel. Wenn unerwarteter weise das Pedal rückwärts getreten wird, wird das Ritzel mit feststehendem Antrieb vor jeglichem Schaden an dem Antriebsritzel-Getriebekopf durch die Limitierung des in eine Richtung-beweglichen Lagers geschützt. Das in eine Richtung bewegliche Lager verhindert auch Zug, den der Fahrer während des Freilaufs spürt, und belastet nicht den Motor. Die häufige Unterbrechung während des Pedaltretens kann großes und abruptes Drehmoment und Gegendrehmoment auf die Komponenten erzeugen, das Schaden an dem Antriebsritzel-Getriebekopf bewirken kann. Das Ritzel mit feststehendem Antriebssystem und das in eine Richtung bewegliche Lager schützen den Antriebsritzel-Getriebekopf vor Gegendrehmoment und beseitigt Zug während des Freilaufs, womit es den Motor und das Planetengetriebe nicht in Rückwärtsrichtung treibt.
Batteriestromversorgungseinheit
In einer Ausführungsform enthält die Batteriestromversorgungsbaugruppe ein oder mehrere Batteriepacks. Jedes Batteriepack enthält einen großen Zylinder und eine kleinen Zylinder, der in den großen Zylinder eingepasst ist. Der hohle Innenraum zwischen der Inneren der Seitenwand des großen Zylinders und der Außenseite der Seitenwand des schmalen Zylinders ist dazu da, die Batteriezellen in einer kreisförmigen Anordnung mit Kathoden/Anoden nach oben zeigend und die andere Elektrode nach unten zeigend zu halten. Die Batteriezellenelektroden sind mit leitenden Pfaden und Leitungen unter Verwendung von oberen und unteren ringförmig geformten Scheiben verbunden. Die Leitungen erstrecken sich weiter zu dem zentralen hohlen Innenraum innerhalb der Seitenwand des kleineren Zylinders, wo die Leistungssteuerelektronik untergebracht ist. Einzelne Batteriezellen können entfernt und einfach ausgetauscht werden durch Abnehmen des großen Zylinders.
7 und 8 zeigen die Fotos der Batteriestromversorgungsbaugruppe entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie auf den Fotos gesehen werden kann, werden die Batteriezellen in dem hohlen Raum zwischen dem Inneren der Seitenwand des großen Zylinders und dem Äußeren der Seitenwand des kleinen Zylinders gehalten. Entsprechend eines anderen Aspektes, werden Schaltungen eines Batteriemanagementsystems innerhalb des zentralen Raums des kleinen Zylinders gehalten.
Die ganze Batteriepack-Batteriemanagementsystemschaltungen-Zylinder-Zusammenstellung kann zudem als Wasserflasche, die an dem Sitzrohr oder Unterrohr angebracht ist, gepackt und verborgen werden, wobei die Leitungen vom Batteriepack durch das Sitzrohr oder das Unterrohr zu dem Elektromotor, der in der Röhrenstruktur eingebaut ist, verlaufen.
Motorsteuerung
In Bezug auf 9: In einer Ausführungsform ist eine Benutzerschnittstelle, wie ein elektromechanisches Stellglied, vorgesehen, so dass der Fahren den Start und das Anhalten der Motorunterstützung steuern kann (zum Beispiel Drücken eines „An/Aus“-Schalters oder Wählen zwischen einem Gang und Auskoppeln oder neutral durch Drücken eines „Auf/Ab“-Schalters). Das elektro-mechanische Stellglied ist mit der Motorsteuerungsschaltung über Draht oder drahtlos verbunden. Wenn der Fahrer über das elektro-mechanische Stellglied das Kommando gibt, die Motorunterstützung zu starten, ist die Motorsteuerungsschaltung veranlasst, den Motor mit verringertem Moment vorzuladen, durch Bewirken, dass der Motor 500mA aus der Batteriestromversorgung zum Zwecke des Detektieren der Motordrehzahl zieht. Die Dauer des „Motordrehzahlerkennung“-Zustands ist kurz, zum Beispiel 10 Sekunden, und der „Motordrehzahlerkennung“-Zustand ist automatisch danach beendet bis der Fahrer das Kommando gibt, die Motorunterstützung zu starten, oder wird automatisch nach einer „Warte“ Periode, z.B. 30 Sekunden, wiederholt. Während des „Motordrehzahlerkennung“-Zustands, geht, falls die Geschwindigkeit des Motors eine „minimale Leistungsunterstützungs-“ Motordrehzahl, z.B. 4000 Umdrehungen pro Minute (U/min) oder höher, erreicht und hält, der Motor zu dem „Leistungsunterstützung“-Zustand über. Der „Leistungsunterstützung“-Zustand hat drei Unterzustände: „Gang 1“, „Gang 2“ und „Gang 3“, die durch Ansteuern über das elektromechanisches Stellglied gesteuert werden können (z.B. Drücken des „Auf/Ab“-Schalters“). Der „Leistungsunterstützung“-Zustand dauert an bis: a) die Motordrehzahl unter die „Leistungsabschaltung“-Drehzahl, zum Beispiel 3000 U/min, fällt und dort länger als eine „Leistungsabschalt“-Zustandsdauer, z.B. 0,1 Sekunden, bleibt; oder b) der Fahrer über das elektromechanisches Stellglied kommandiert, die Leistungsunterstützung auszuschalten (z.B. durch Wählen des „Aus“-Modus oder durch Wählen von „Ab“ im Gang 1 oder Halten des „Ab“ Schalters für mehr als z.B. 2 Sekunden, um Auskoppeln oder neutral zu wählen). Es gibt einen unabhängigen Strom(Drehmoment) Begrenzer, der die Motorunterstützung ausschaltet, wenn die Motordrehzahl eine Überlastgrenze, z.B. 9000 U/min, überschreitet. Wenn die Motorunterstützung ausgeschaltet wird oder angehalten wird, zieht der Motor keine Elektrizität. In einer Ausführungsform kann der Motordrehzahlsensor in dem Motor oder in den Motorsteuerschaltung eingebaut sein, womit das Motordrehzahlmessdatensignal der Motorsteuerschaltung bereitgestellt wird.
In Bezug auf 10: In einer alternativen Ausführungsform wird eine Benutzerschnittstelle, wie ein elektromechanisches Stellglied bereitgestellt, so dass der Fahrer den Start und das Halten der Motorunterstützung steuern kann (z.B. Pressen eines „An/Aus“-Schalters oder Wählen zwischen einem Gang und Auskopplung oder neutral durch Drücken eines „Auf/Ab“-Schalters). Das elektromotorische Stellglied ist mit der Motorsteuerschaltung über Draht oder drahtlose Kommunikation verbunden. In einer Ausführungsform, wenn der Fahrer den Start der Motorunterstützung mittels des elektromechanischen Stellglieds ansteuert, übernimmt die Motorsteuerschaltung kontinuierlich das Ausgangssignal von dem Fahrradgeschwindigkeitssensor zur Messung der gegenwärtigen Fahrradgeschwindigkeit im „Fahrradgeschwindigkeits-Ermittlung“-Zustand. Falls die gegenwärtige Fahrradgeschwindigkeit über eine „minimale Unterstützungsleistung“-Geschwindigkeit, z.B. 5 km/h, oder höher kontinuierlich über einer „minimalen Unterstützungsleistung-Geschwindigkeit“ Zeitdauer, z.B. 10 Sekunden, gehalten wird, bewirkt die Motorsteuerschaltung, das der Motor Elektrizität aus der Batteriestromversorgung zieht und den „Leistungsunterstützung“- Zustand annimmt. Der „Leistungsunterstützung“-Zustand hat drei Unterzustände: „Gang 1“, „Gang 2“ und „Gang 3“, die durch Ansteuern über das elektromechanisches Stellglied gesteuert werden können (z.B. Drücken des „Auf/Ab“-Schalteres“). Der „Leistungsunterstützung“-Zustand ist andauernd bis : a) die Fahrradgeschwindigkeit unter die „Leistungsabschalt“-Geschwindigkeit, zum Beispiel 3 km/h, fällt und dort länger als eine „Leistungsabschalt“-Zustandsdauer, z.B. 0,1 Sekunden, bleibt; oder b) der Fahrer über das elektromechanisches Stellglied kommandiert, die Leistungsunterstützung auszuschalten (z.B. durch Wählen des „Aus“-Modus oder durch Wählen von „Ab“ im Gang 1 oder halten des „Ab“ Schalters für mehr als 2 Sekunden, um Auskoppeln oder neutral zu wählen). Es gibt einen unabhängigen Strom(Drehmoment) Begrenzer, der die Motorunterstützung ausschaltet, wenn die Motordrehzahl eine Überlastgrenze, z.B. 9000 U/min, überschreitet. Wenn die Motorunterstützung ausgeschaltet wird oder angehalten wird, zieht der Motor keine Elektrizität. In dieser alternativen Ausführungsform wird die Fahrradgeschwindigkeit durch einen Geschwindigkeitssensor erfasst, der eine separate Komponente sein kann.
11 zeigt ein Foto eines Elektrofahrrads, das ein System eines einzelnen Elektromotos in Entsprechung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. 12 zeigt eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads, das ein System eines einzelnen elektrischen Motors entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält. 13 zeigt eine Seitenansicht eines Elektrofahrrads, das ein System von doppelten elektrischen Motoren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Ausführungsformen, die hierin gezeigt sind, können unter Verwendung von Allgemein-Zweck- oder spezialisierten Computer-Geräten, Computerprozessoren oder elektronischen Schaltungen, zu denen digitale Signalprozessoren (DSP), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), Field Programmable Gate Arrays(FPGA) oder andere programmierbare logische Geräte, die entsprechend der Lehren der vorliegenden Erfindung konfiguriert oder programmiert sind, gehören aber auf diese nicht eingeschränkt sind, implementiert werden. Computerbefehle oder Softwarekode, die auf Allgemeinzweck oder spezialisierten Computer-Geräten, Computerprozessoren oder programmierbaren logischen Schaltungen laufen, können durch Fachleute der Software oder Elektronik basierend auf den Lehren der vorliegenden Erfindung vollständig fertiggestellt werden.
In einigen Ausführungsformen enthält die vorliegende Erfindung ein Computerspeichermedium, auf dem Computerbefehle oder Softwarekode sind, die benutzt werden können, Computer oder Mikroprozessoren zu programmieren, dass sie jegliche Prozesse der vorliegenden Erfindung ausführen. Das Computerspeichermedium kann enthalten, ist aber darauf nicht beschränkt, Floppy-Disks, optische Speicherscheiben, Blu-ray-Scheiben, DVDs, CD-ROMs und magnetisch-optische Disks, ROMs, RAMs, Flash-Speichergeräte, oder jede Art von Medium oder Geräten, die geeignet sind, Befehle, Kode und/oder Daten zu speichern.
Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Sie ist nicht dazu bestimmt, allumfassend zu sein oder die Erfindung auf die genauen Offenbarungsformen zu beschränken. Viele Modifikationen und Variationen werden einem Fachmann offensichtlich sein.
Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung am besten zu erklären, womit sie anderen Fachleuten ermöglicht, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, die an die spezielle beschriebene Nutzung angepasst sind, zu verstehen. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62271304 [0001]

Claims

Ein System eines Batterie-betriebenen Elektromotorantriebs zum Bereitstellen von Unterstützungsantriebsleistung für herkömmliche Fahrräder, enthaltend: ein Fahrradrahmen, der ein oder mehrere verbundene Rahmenröhren und ein Tretlagergehäuse enthält; ein Tretlager, das zumindest eine Lagerwelle und ein Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe enthält, die die Lagerwelle umringt; ein oder mehrere Antriebsstränge, wobei jeder einen Motor enthält, der mit einer Antriebswelle verbunden ist, die ein Ritzel mit feststehendem Antriebssystem aufweist; ein Antriebsstrangcontroller, der folgendes aufweist: eine Benutzerschnittstelle, die einem Benutzer Kontrolleinheiten zum Ansteuern des Starts und des Haltens des Motors und Auswählen eines oder mehrerer Momentniveaus des Motors bereitstellt; eine Motorsteuerschaltung, die mit der Benutzerschnittstelle und dem Motor verbunden ist und ausgebildet ist zum Ausführen einer Motorkontrollsequenz, die enthält: einen initialen Motordrehzahlerkennung-Zustand, der durch ein Start-Kommando von der Benutzerschnittstelle aktiviert wird, während dessen die Motordrehzahl detektiert wird für eine initiale Motordrehzahlerkennungsperiode; falls die Motordrehzahl kontinuierlich höher als eine Leistungsunterstützungsmotordrehzahlgrenze während des initialen Motordrehzahlerkennung-Zustands ist, wird der Leistungsunterstützung-Zustand daraufhin aktiviert, während dessen der Motor vollständig angeschaltet ist und einen der einen oder mehrere Drehmomentniveaus, die durch das Benutzerschnittstelle gewählt sind, ausgibt, einen kontinuierlichen Motordrehzahlermittlung-zustand, in dem die Motordrehzahl kontinuierlich ermittelt wird, und falls die Motordrehzahl als geringer seiend als eine Leistungsabschaltmotordrehzahl kontinuierlich für einen Leistungsabschaltzustandsdauer ermittelt wird, der Motor daraufhin abgeschaltet wird, wobei der kontinuierliche Motordrehzahlermittlung-Zustand gelöscht wird und der Motor ausgeschaltet wird, wenn ein Stoppkommando von dem Benutzerschnittstelle erhalten wird; wobei wenigstens eine der miteinander verbundenen Rahmenröhren mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist, wobei das Tretlagergehäuse eine Durchgangsöffnung dort, wo jeder der Rahmenröhren mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist, hat, so dass der Innenraum der Rahmenröhren von innerhalb des Tretlagergehäuses erreichbar ist; wobei, wenn zusammengebaut, jeder der Antriebsstränge eingeführt in und befestigt innerhalb des Innenraums einer der Rahmenröhren, die mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist, ist; wobei, wenn zusammengebaut, das Tretlager innerhalb des Tretlagergehäuses untergebracht ist; und wobei, wenn zusammengebaut, die Antriebswelle von jedem der Antriebstränge in das Tretlager hineinragt, so dass das Ritzel der Antriebswelle örtlich ausgerichtet ist und eingerastet ist mit den Zahnkranzzähnen der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe, wodurch ermöglicht wird, dass Drehmoment, das von dem Motor jedes der Antriebsstränge generiert wird, auf die Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe und daraufhin auf die Lagerwelle übertragen wird.
Das System von Anspruch 1, weiterhin eine Batteriestromversorgungsbaugruppe enthaltend; worin die Batteriestromversorgungsbaugruppe ein oder mehrere Batteriepacks beinhaltet; worin jede der Batteriepacks einen großen Zylinder, einen kleinen Zylinder, der in den großen Zylinder eingepasst ist, und einen hohlen Innenraum bestehend zwischen großen Zylinder und dem kleinen Zylinder aufweist zum Halten der Batteriezellen in einer ringförmigen Anordnung; und worin jede der Batteriepacks wie eine Wasserflasche verpackt ist, die an eine der Rahmenröhren angebracht ist, und mit dem Antriebsstrang verbunden ist durch elektrische Leitungen, die durch ein Durchgangsloch an dem Rahmenrohr, in dem ein Antriebsstrang befestigt wird, verlaufen.
Das System von Anspruch 1, worin das Tretlagergehäuse von den miteinander verbundenen Rahmenröhren trennbar ist.
Das System von Anspruch 1, worin das Tretlager weiterhin eine unidirektionales Axiallager beinhaltet, das erlaubt, dass das von der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe empfangene Drehmoment auf die Lagerwelle nur übertragen wird, wenn das Pedalwerk und die Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe in die gleiche Richtung drehen.
Das System von Anspruch 1, worin die Motorsteuerschaltung weiterhin so konfiguriert ist, dass der Motor ausgeschaltet wird, wenn die Motordrehzahl höher als eine Überlastgrenze ist.
Ein System eines Batterie-betriebenen Elektromotorantriebs zum Bereitstellen von Unterstützungsantriebsleistung für herkömmliche Fahrräder, enthaltend: ein Fahrradrahmen, der ein oder mehrere verbundene Rahmenröhren und ein Tretlagergehäuse enthält; ein Tretlager, das zumindest eine Lagerwelle und ein Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe enthält, die die Lagerwelle umringt; ein oder mehrere Antriebsstränge, wobei jeder einen Motor enthält, der mit einer Antriebswelle verbunden ist, die ein Ritzel mit feststehendem Antriebssystem aufweist; ein Fahrradgeschwindigkeitssensor; ein Antriebsstrangcontroller, der folgendes aufweist eine Benutzerschnittstelle, die einem Benutzer Kontrolleinheiten zum Ansteuern des Starts und des Haltens des Motors und Auswählen eines oder mehrerer Momentniveaus des Motors bereitstellt; eine Motorsteuerschaltung, die mit der Benutzerschnittstelle und dem Motor verbunden ist und ausgebildet ist zum Ausführen einer Motorkontrollsequenz, die enthält: einen initialen Motordrehzahlerkennung-Zustand, der durch ein Start-Kommando von der Benutzerschnittstelle aktiviert wird, während dessen die Fahrradgeschwindigkeit detektiert wird von einem Fahrradgeschwindigkeitssensor; falls die Fahrradgeschwindigkeit kontinuierlich höher als eine Leistungsunterstützungsfahrradgeschwindigkeitsgrenze während einer minimalen Leistungsunterstützungsfahrradgeschwindigkeits-Dauer, wird der Leistungsunterstützung-Zustand daraufhin aktiviert, während dessen der Motor vollständig angeschaltet ist und einen der einen oder mehrere Drehmomentniveaus, die durch das Benutzerschnittstelle gewählt sind, ausgibt, einen kontinuierlichen Fahrradgeschwindigkeitsermittlung-Zustand, in dem die Fahrradgeschwindigkeit kontinuierlich durch den Fahrradgeschwindigkeitssensor ermittelt wird, und, falls die Fahrradgeschwindigkeit als geringer als eine Leistungsabschaltfahrradgeschwindigkeit kontinuierlich für einen Leistungsabschaltzustandsdauer seiend ermittelt wird, der Motor daraufhin abgeschaltet wird, wobei der kontinuierliche Fahrradgeschwindigkeitsermittlung-Zustand gelöscht wird und der Motor ausgeschaltet wird, wenn ein Stoppkommando von dem Benutzerschnittstelle erhalten wird; wobei wenigstens eine der miteinander verbundenen Rahmenröhren mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist, wobei das Tretlagergehäuse eine Durchgangsöffnung dort, wo jeder der Rahmenröhren mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist, hat, so dass der Innenraum der Rahmenröhren von innerhalb des Tretlagergehäuses erreichbar ist; wobei, wenn zusammengebaut, jeder der Antriebsstränge eingeführt in und befestigt innerhalb des Innenraums einer der Rahmenröhren, die mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist; wobei, wenn zusammengebaut, das Tretlager innerhalb des Tretlagergehäuses untergebracht ist; und wobei, wenn zusammengebaut, die Antriebswelle von jedem der Antriebstränge in das Tretlager hineinragt, so dass das Ritzel der Antriebswelle örtlich ausgerichtet ist und eingerastet ist mit den Zahnkranzzähnen der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe, wodurch ermöglicht wird, dass Drehmoment, das von dem Motor jeder der Antriebsstränge generiert wird, auf die Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe und daraufhin auf die Lagerwelle übertragen wird.
Das System von Anspruch 6, weiterhin eine Batteriestromversorgungsbaugruppe enthaltend; worin die Batteriestromversorgungsbaugruppe ein oder mehrere Batteriepacks beinhaltet; worin jede der Batteriepacks einen großen Zylinder, einen kleinen Zylinder, der in den großen Zylinder eingepasst ist, und einen hohlen Innenraum bestehend zwischen großen Zylinder und dem kleinen Zylinder aufweist zum Halten der Batteriezellen in einer ringförmigen Anordnung; und worin jede der Batteriepacks wie eine Wasserflasche verpackt ist, die an eine der Rahmenröhren angebracht ist, und mit dem Antriebsstrang verbunden ist durch elektrische Leitungen, die durch ein Durchgangsloch an dem Rahmenrohr, in dem ein Antriebsstrang befestigt wird, verlaufen.
Das System von Anspruch 6, worin das Tretlagergehäuse von den miteinander verbundenen Rahmenröhren trennbar ist.
Das System von Anspruch 6, worin das Tretlager weiterhin eine unidirektionales Axiallager beinhaltet, das erlaubt, dass das von der Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe empfangene Drehmoment auf die Lagerwelle nur übertragen wird, wenn das Pedalwerk und die Zahnkranz-und-Lager-Baugruppe in die gleiche Richtung drehen.
Das System von Anspruch 6, worin die Motorsteuerschaltung weiterhin so konfiguriert ist, dass der Motor ausgeschaltet wird, wenn die Motordrehzahl höher als eine Überlastgrenze ist.