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Gebiete der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen des Tretdrehmoments, und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Erfassen des Tretdrehmoments zum Erfassen des Tretdrehmoments eines jeden der beiden Enden der Kurbel eines Elektrofahrrads.
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Beschreibungen von verwandten Erfindungen
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Die konventionellen Elektrofahrräder umfassen im Allgemeinen einen Elektromotor, der bei Bedarf die Fahrer beim Fahren des Fahrrads unterstützt. Der Motor kann am Vorderrad, im mittleren Abschnitt oder am Hinterrad des Elektrofahrrads eingebaut sein. Der Motor im mittleren Abschnitt der Elektrofahrräder stellt die am häufigsten verwendete Konstruktion dar, und das Tretdrehmoment der Achse ist einer der Hauptfaktoren für die Steuerung des Motors.
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Die ideale Vorrichtung zum Erfassen des Tretdrehmoments für den im mittleren Abschnitt des Elektrofahrrads eingebauten Motor sollte kompakt sein und das Tretdrehmoment und die Ausgangsleistung vom Motor müssen mit derselben Achse verbunden sein, um auf das Kettenrad übertragen zu werden. Wenn nur das Tretdrehmoment übertragen wird, muss die Vorrichtung zum Erfassen des Drehmoments die beiden jeweiligen Drehmomente, die von den beiden Enden der Achse ausgegeben werden, genau erfassen und darf nicht von der Magnetkraft vom Motor beeinflusst werden. Wenn nur der Motor das Drehmoment ausgibt, soll die Vorrichtung zum Erfassen des Drehmoments nicht das Drehmoment vom Motor erfassen. Wenn darüber hinaus die Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments das Drehmoment erfasst, das einen voreingestellten Wert überschreitet, wird der Motor aktiviert, um Leistung zur Verfügung zu stellen, um den Fahrer beim Fahren des Fahrrads zu unterstützen, während das erfasste Drehmoment auf den voreingestellte Wert reduziert wird. Die Steuerung des Tretdrehmoments muss einfach, genau sein und darf nicht durch äußere Faktoren beeinflusst werden.
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Die konventionelle Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments ist direkt mit der Achse des Tretlagers verbunden, so dass die Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments nur das Drehmoment von einem Ende der Achse erfassen kann. Wenn die beiden jeweiligen Drehmomente der Achse erfasst werden sollen, werden zwei Vorrichtungen zur Erfassung des Drehmoments benötigt, die an zwei Seiten des Kettenrads einzubauen sind. Dies hat höhere Herstellungskosten zur Folge.
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Ein anderes konventionelles Elektrofahrrad weist ein an die Achse angebautes Hohlrohr auf, und die eine Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments ist mit dem Hohlrohr verbunden. Wenn die Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments mit der Leistung vom Motor zusammenwirkt, wird die Übertragung der Leistung vom Motor durch das Tretdrehmoment beeinflusst. Wenn eine Einweg-Übertragungsvorrichtung nur mit der Achse und dem Hohlrohr verbunden ist, wird das Tretdrehmoment von der Mitnahmekraft vom Motor beeinflusst. Wenn eine Einweg-Übertragungsvorrichtung nur mit dem Motor und dem Hohlrohr verbunden ist, dreht sich bei arbeitendem Motor die Achse zwangsläufig zusammen mit dem Motor, was beim Fahrer ein unangenehmes Gefühl auslöst.
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Ein weiteres konventionelles Elektrofahrrad weist ein an die Achse angebautes Hohlrohr auf, die Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments ist jedoch nicht mit dem Hohlrohr verbunden. Wenn die Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments das Drehmoment erfasst, das einen voreingestellten Wert überschreitet, und der Motor die Leistung liefert, nimmt das erfasste Drehmoment nicht ab, sondern zu. Dies macht die Steuerung des Drehmoments fehleranfällig und schwierig. Außerdem liegt die Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments frei und wird leicht durch die Witterung oder Fremdkörper beeinträchtigt.
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Die US-Veröffentlichung Nr. 20120048634 legt ein Fahrrad mit Hilfsantrieb offen, bei dem ein Hohlrohr an der Achse angebaut und direkt mit dem Kettenrad verbunden ist. Der Motor weist eine Welle auf, die mit dem Getriebe, einer weiteren Welle und dem Kettenrad verbunden ist. Die drei jeweiligen Kettenräder sind durch eine Kette verbunden. Die Kraftübertragung des Motors ist nicht mit dem Hohlrohr verbunden. Das gesamte System ist sperrig und ungenau. Zwei Kettenräder sind an der Kraftübertragung beteiligt, so dass während der Übertragung über die Kettenräder Energie verbraucht wird.
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Das taiwanesische Gebrauchsmuster M451316 legt ein an die Achse angebautes Hohlrohr, eine Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments, eine Einweg-Kupplung und ein Kettenrad offen, die jedoch nicht mit dem Motor im mittleren Abschnitt des Fahrrads verbunden sind. Die Konstruktion kann nur zusammen mit Fahrrädern mit einer vorderen Antriebsvorrichtung und einer hinteren Antriebsvorrichtung betrieben werden.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Erfassung des Tretdrehmoments eines Elektrofahrrads zur Erfassung des Tretdrehmoments an jedem der beiden Enden der Kurbel, und die vorliegende Erfindung behebt die vorstehend erwähnten Mängel.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung des Tretdrehmoments zm Erfassen des Tretdrehmoments an jeder der beiden Enden der Kurbel eines Elektrofahrrads und umfasst ein voreingestelltes Tretdrehmoment und einen im mittleren Abschnitt eines Elektrofahrrads eingebauten Motor. Das Drehmoment vom voreingestellten Tretdrehmoment und das Drehmoment vom Motor sind jeweils mit einem Hohlrohr verbunden, das über eine erste Einweg-Übertragungsvorrichtung und eine zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung an der Achse angebaut ist. Die beiden jeweiligen Kräfte werden durch das Hohlrohr auf ein Kettenrad übertragen. Eine Drehmoment-Erfassungseinheit ist mit dem Hohlrohr verbunden und zwischen der ersten und der zweiten Einweg-Übertragungsvorrichtung angeordnet.
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Die beiden jeweiligen Tretdrehmomente an beiden Enden der Achse werden über die Achse, die erste Einweg-Übertragungsvorrichtung, das Hohlrohr und die Drehmoment-Erfassungseinheit auf das Kettenrad übertragen. Die vom Motor ausgegebene Leistung wird über die zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung und das Hohlrohr auf das Kettenrad übertragen. Die Leistung vom Motor und die Tretdrehmomente von den beiden Enden der Achse beeinflussen sich gegenseitig nicht. Wenn nur der Motor Leistung ausgibt, erfasst die Drehmoment-Erfassungseinheit kein Drehmoment. Wenn der Motor nicht arbeitet, erfasst die Drehmoment-Erfassungseinheit die beiden jeweiligen Drehmomente an den beiden Enden der Achse. Wenn die Drehmoment-Erfassungseinheit ein Drehmoment erfasst, das ein voreingestelltes Tretdrehmoment überschreitet, wird der Motor aktiviert, um Leistung zur Verfügung zu stellen, und das erfasste Drehmoment wird auf das voreingestellte Drehmoment reduziert.
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Vorzugsweise teilen der Motor und das Hohlrohr eine gemeinsame Achse.
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Vorzugsweise teilen der Motor und das Hohlrohr keine gemeinsame Achse.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der Drehmoment-Erfassungseinheit um einen Drehmomentsensor.
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Vorzugsweise werden die Achse und das Hohlrohr durch ein Tretlager eines Elektrofahrrads eingesetzt.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kettenrad um ein vorderes Kettenrad eines Elektrofahrrads.
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Vorzugsweise weist die Achse zwei Kurbeln auf, die jeweils mit den beiden Enden von dieser verbunden sind.
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Vorzugsweise weist der Motor ein daran angebautes Gehäuse auf.
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Die vorliegende Erfindung ist geeignet zur Verwendung mit einem Motor, der im mittleren Abschnitt eines Elektrofahrrads eingebaut ist. Die beiden jeweiligen Tretdrehmomente an beiden Enden der Achse werden über die Achse, die erste Einweg-Übertragungsvorrichtung, das Hohlrohr und die Drehmoment-Erfassungseinheit auf das Kettenrad übertragen.
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Durch die erste und zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung beeinflussen sich die Leistung vom Motor und die Tretdrehmomente von den beiden Enden der Achse nicht gegenseitig. Wenn nur der Motor Leistung ausgibt, erfasst die Drehmoment-Erfassungseinheit kein Drehmoment. Wenn der Motor nicht arbeitet, erfasst Drehmoment-Erfassungseinheit die beiden jeweiligen Drehmomente an den beiden Enden der Achse, sodass die vorliegende Erfindung den Motor aktiviert, um dem Fahrer je nach dem tatsächlichen an das Fahrrad angelegten Tretdrehmoment Ausgleichsenergie zur Verfügung zu stellen. Der Motor unterstützt den Fahrer in einer stabilen und sicheren Weise. Die vorliegende Erfindung ist kompakt und steuert einfach das Tretdrehmoment und wird nicht durch äußere Faktoren beeinflusst.
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Wenn die Drehmoment-Erfassungseinheit ein Drehmoment erfasst, das ein voreingestelltes Tretdrehmoment überschreitet, wird der Motor aktiviert, um Leistung zur Verfügung zu stellen, und das erfasste Drehmoment wird auf das voreingestellte Drehmoment reduziert. Dadurch wird verhindert, dass der Motor dem Fahrrad übermäßig viel Leistung zur Verfügung stellt, sodass der Fahrer das Fahrrad sicher bedienen kann.
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Die Drehmoment-Erfassungseinheit ist mit dem Hohlrohr verbunden und wird vom Tretlager oder vom Motorgehäuse verdeckt, sodass es nicht durch Witterung oder Fremdkörper beeinträchtigt wird.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen deutlicher, die nur zu Zwecken der Veranschaulichung eine bevorzugte Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des Übertragungswegs der rechten Kurbel;
- 2 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des Übertragungswegs der linken Kurbel;
- 3 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des Übertragungswegs des Motors;
- 4 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des Übertragungswegs der rechten Kurbel;
- 5 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des Übertragungswegs der linken Kurbel; und
- 6 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und des Übertragungswegs des Motors;
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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In Bezug auf 1 bis 3 umfasst die Vorrichtung zur Erfassung des Tretdrehmoments für die Erfassung des Tretdrehmoments an jeder der beiden Enden der Kurbel eines Elektrofahrrads nach der vorliegenden Erfindung ein voreingestelltes Tretdrehmoment und einen Motor 1, der im mittleren Abschnitt eines Elektrofahrrads eingebaut ist. Das Drehmoment vom voreingestellten Tretdrehmoment und das Drehmoment vom Motor 1 sind jeweils mit einem Hohlrohr 41 verbunden, das über eine erste Einweg-Übertragungsvorrichtung 2 und eine zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 an einer Achse 4 angebaut ist. Die Achse 4 und das Hohlrohr 41 werden durch ein Tretlager eines Elektrofahrrads (nicht dargestellt) eingesetzt. Das Kettenrad 5 ist das vordere Kettenrad des Elektrofahrrads. Die Achse 4 weist zwei Kurbeln 42a, 42b auf, die jeweils mit den beiden Enden davon verbunden sind. Das Tretdrehmoment wird durch Treten der Kurbeln 42a, 42b übertragen. In dieser Ausführungsform ist die Drehrichtung des Motors 1 dieselbe wie die der ersten Einweg-Übertragungsvorrichtung 2. Die erste Einweg-Übertragungsvorrichtung 2 und die zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 drehen sich in entgegengesetzte Richtungen; dies ist jedoch nicht auf die vorliegende Erfindung beschränkt. Solange die Übertragungen zwischen der ersten und der zweiten Einweg-Übertragungsvorrichtung 2, 3 sich nicht gegenseitig beeinträchtigen, sollte dies im Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung liegen.
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Eine Drehmoment-Erfassungseinheit 6 ist mit dem Hohlrohr 41 verbunden und zwischen der ersten und der zweiten Einweg-Übertragungsvorrichtung 2, 3 angeordnet. Die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 ist in dieser Ausführungsform ein Drehmomentsensor.
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Wie in 1 dargestellt, wird ein Pfad „A“ gebildet, wenn der Fahrer die rechte Kurbel 42a tritt, um das Fahrrad zu bewegen, die Achse 4 wird durch das durch die rechte Kurbel 42a ausgegebene Drehmoment gedreht. Da die erste Einweg-Übertragungsvorrichtung 2 zwischen der Achse 4 und dem Hohlrohr 41 angeschlossen ist, überträgt die erste Einweg-Übertragungsvorrichtung 2 Leistung auf das Hohlrohr 41. Wenn hingegen die linke Kurbel 42b in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, wird die Achse 4 frei gedreht, ohne irgendein Teil anzutreiben, sodass das durch den Fahrer angelegte Drehmoment durch die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 erfasst und zur zweiten Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 weitergeleitet wird. Das Hohlrohr 41 wird frei gedreht, ohne in Bezug auf die zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 irgendein Teil anzutreiben, so dass unabhängig davon, ob der Motor 1 arbeitet oder nicht, das Drehmoment, das der Fahrer anlegt, genau durch die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 erfasst wird, ohne vom Magnetdrehmoment des Motors 1 beeinflusst zu werden. Außerdem beeinflusst das Drehmoment, das der Fahrer anlegt, den Betrieb des Motors 1 nicht. Deshalb durchläuft das Drehmoment die Einweg-Übertragungsvorrichtung und das Drehmoment wird über das Hohlrohr 41 auf das Kettenrad 5 übertragen. Das Kettenrad 5 ist das vordere Kettenrad des Fahrrads, und das vordere Kettenrad ist mit dem hinteren Kettenrad verbunden, sodass das Drehmoment vom vorderen Kettenrad 5 übertragen wird und das Fahrrad vorantreiben kann.
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Wie in 2 dargestellt, wird der Pfad „B“ gebildet, wenn der Fahrer die Kurbel 42b tritt, um das Fahrrad zu bewegen, die Achse 4 wird durch das von der rechten Kurbel 42a ausgegebene Drehmoment gedreht. Da die zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 zwischen der Achse 4 und dem Hohlrohr 41 angeschlossen ist, überträgt die zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 Leistung auf das Hohlrohr 41. Die durch den Fahrer angelegte Kraft wird von der Drehmoment-Erfassungseinheit 6 erfasst und an das Kettenrad 5 weitergeleitet, um das Fahrrad anzutreiben. Die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 ist in der Lage, genau die Drehmomente von der rechten und linken Kurbel 42a, 42b zu erfassen.
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3 zeigt, dass der Motor 1 und das Hohlrohr 41 keine gemeinsame Achse teilen, jedoch nicht beschränkt auf die Erfindung. Der Motor 1 ist mit einem ersten Getriebe 11 verbunden, das in ein zweites Getriebe 12 eingreift, das mit der zweiten Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 verbunden ist. Wenn der Motor 1 ein Drehmoment ausgibt, wie in Pfad „C“ beschrieben, treibt das Drehmoment das Hohlrohr 41 direkt über die zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 an. Das Hohlrohr 41 wird in Bezug auf die erste Einweg-Übertragungsvorrichtung 2 frei gedreht und treibt das Fahrrad über das Kettenrad 5 direkt an. Die Leistung des Motors 1 im Hohlrohr 4 wird übertragen, wie im Pfad „C“ offengelegt, ohne die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 zu durchlaufen. Deshalb wird das, was die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 erfasst, nicht durch das Magnetdrehmoment und die Kraftübertragung des Motors 1 beeinflusst, sodass wenn der Motor 1 sich im Betrieb befindet, der Motor 1 dem Fahrrad je nach dem tatsächlichen Drehmoment, das der Fahrer anlegt, das Ausgleichsdrehmoment zur Verfügung stellt.
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In einer Ausführungsform sind das Hohlrohr 41, die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 und die Achse 4 im Tretlager des Fahrrads angeordnet, sodass die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 vom Tretlager geschützt und verdeckt wird. Im Allgemeinen weist der Motor 1 ein daran angebautes Gehäuse 7 auf, in dem auch die Achse 4 untergebracht ist. Die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 wird auch vom Gehäuse 7 geschützt und verdeckt, sodass die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 nicht durch Witterung oder Fremdkörper beeinträchtigt wird.
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Um zu verhindern, dass der Motor 1 bei hohem Drehmoment ein übermäßig hohes Drehmoment anlegt, sodass ein instabiler Betrieb der Fahrrads verursacht wird, wird ein voreingestellter Drehmomentwert in der Drehmoment-Erfassungseinheit 6 eingestellt; wenn die Drehmoment-Erfassungseinheit 6 feststellt, dass das Drehmoment höher ist als der voreingestellte Drehmomentwert, wird der Motor 1 aktiviert, um ein angemessenes Drehmoment zur Verfügung zu stellen, und das erfasste Drehmoment wird auf den voreingestellten Drehmomentwert reduziert, um reibungslosen Betrieb des Fahrrads sicherzustellen. Die vorliegende Erfindung ist kompakt und das Tretdrehmoment ist leicht zu steuern.
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Wie in 4 bis 6 dargestellt, wird die zweite Ausführungsform offengelegt, und die Unterschiede zur ersten Ausführungsform bestehen darin, dass der Motor 1’, das Hohlrohr 41 und die Achse 4 eine gemeinsame Achse teilen. Der Motor 1' umfasst einen Stator 13, einen Rotor 14, der mit einem Sonnenrad 15 verbunden ist. Das Sonnenrad 15 greift in ein Planetenrad 16 ein, das in einen Zahnkranz 17 eingreift. Das Planetenrad 16 ist mit einem Rahmen 18 verbunden, der mit der zweiten Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 verbunden ist. Wie in 4 und 5 dargestellt, werden der Pfad „D“ und „E“ offengelegt. Der Fahrer tritt abwechselnd die rechte und die linke Kurbel 42a, 42b, das Drehmoment wird von der Drehmoment-Erfassungseinheit 6 über die Achse 4, die erste Einweg-Übertragungsvorrichtung 2 und das Hohlrohr 41 erfasst. Wie in Pfad „F“ in 6 dargestellt, wenn der Motor 1' eine Leistung ausgibt, die den Rotor 14, das Sonnenrad 15, das Planetenrad 16 und den Rahmen 18 durchläuft, um die zweite Einweg-Übertragungsvorrichtung 3 zu aktivieren, die das Hohlrohr 41 und das Kettenrad 5 antreibt, um das Fahrrad zu bewegen,wird die Ausgangsleistung des Motors 1’ nicht von der Drehmoment-Erfassungseinheit 6 erfasst. Der restliche Abschnitt der dritten Ausführungsform ist ähnlich dem der ersten Ausführungsform.
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Während wir die Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung dargestellt und beschrieben haben, sollte es für fachkundige Personen verständlich sein, dass weitere Ausführungsformen hergestellt werden können, ohne vom Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
