DE102023205772A1 - Drive train for an at least partially electrically powered bicycle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (1) für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad (100), umfassend eine elektrische Maschine (2) sowie ein magnetisches Getriebe (3), wobei das Getriebe (3) ein erstes Getriebeelement (4), ein zweites Getriebeelement (5) sowie ein drittes Getriebeelement (6) aufweist, wobei die Getriebeelemente (4, 5, 6) koaxial zueinander und gegeneinander drehbar angeordnet sind, wobei das erste Getriebeelement (4) eine erste Anzahl erste Magnetpolpaare (7) aufweist, wobei das zweite Getriebeelement (5) eine von der ersten Anzahl verschiedene zweite Anzahl zweite Magnetpolpaare (7) aufweist, und wobei das dritte Getriebeelement (6) magnetische Leiterelemente (9) aufweist, die einen Magnetfluss zwischen den Magnetpolpaaren (7, 8) führen. Ferner betrifft die Erfindung ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad (100) mit einem solchen Antriebsstrang (1).The invention relates to a drive train (1) for an at least partially electrically powered bicycle (100), comprising an electric machine (2) and a magnetic transmission (3), wherein the transmission (3) has a first transmission element (4), a second transmission element (5) and a third transmission element (6), wherein the transmission elements (4, 5, 6) are arranged coaxially to one another and rotatable relative to one another, wherein the first transmission element (4) has a first number of first magnetic pole pairs (7), wherein the second transmission element (5) has a second number of second magnetic pole pairs (7) different from the first number, and wherein the third transmission element (6) has magnetic conductor elements (9) which conduct a magnetic flux between the magnetic pole pairs (7, 8). The invention further relates to an at least partially electrically powered bicycle (100) with such a drive train (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad, umfassend eine elektrische Maschine sowie ein Getriebe. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem solchen Antriebsstrang.The invention relates to a drive train for an at least partially electrically powered bicycle, comprising an electric machine and a transmission. The invention further relates to a motor vehicle with at least one such drive train.

Aus dem Stand der Technik sind Antriebstränge für wenigstens teilweise elektrisch angetriebene Fahrräder mit elektrischen Maschinen bekannt. Eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine wird üblicherweise über ein Getriebe auf einen Abtrieb, beispielsweise in Form eines Ritzels übertragen, wobei das Ritzel die gewandelte Antriebsleistung zumindest mittelbar auf eines der Räder des Fahrrades überträgt. Für derartige Antriebsstränge werden Getriebe mit großen Übersetzungen benötigt, um den Bauraum für den Elektromotor klein halten zu können. Die hohen Übersetzungen werden üblicherweise z. B. über (mehrstufige) Vorgelegegetriebe, (mehrstufige) Planetengetriebe oder einem Wellgetriebe erreicht.Drive trains for at least partially electrically powered bicycles with electric machines are known from the prior art. The drive power of the electric machine is usually transmitted via a gear to an output, for example in the form of a pinion, with the pinion transmitting the converted drive power at least indirectly to one of the wheels of the bicycle. For such drive trains, gears with high gear ratios are required in order to be able to keep the installation space for the electric motor small. The high gear ratios are usually achieved, for example, via (multi-stage) countershaft gears, (multi-stage) planetary gears or a wave gear.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen kompaktbauenden Antriebsstrang mit einer elektrischen Maschine und einem Getriebe bereitzustellen, das wartungsarm, effizient und resistent gegenüber Lastspitzen ist. Diese Aufgabe wird mit einem Antriebsstrang nach Anspruch 1 und einem wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad nach Anspruch 13 gelöst. Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object of the present invention is to provide a compact drive train with an electric machine and a transmission that is low-maintenance, efficient and resistant to load peaks. This object is achieved with a drive train according to claim 1 and an at least partially electrically powered bicycle according to claim 13. Embodiments are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad umfasst eine elektrische Maschine sowie ein magnetisches Getriebe, wobei das Getriebe ein erstes Getriebeelement, ein zweites Getriebeelement sowie ein drittes Getriebeelement aufweist, wobei die Getriebeelemente koaxial zueinander und gegeneinander drehbar angeordnet sind, wobei das erste Getriebeelement eine erste Anzahl erste Magnetpolpaare aufweist, wobei das zweite Getriebeelement eine von der ersten Anzahl verschiedene zweite Anzahl zweite Magnetpolpaare aufweist, und wobei das dritte Getriebeelement magnetische Leiterelemente aufweist, die einen Magnetfluss zwischen den Magnetpolpaaren führen.A drive train according to the invention for an at least partially electrically powered bicycle comprises an electric machine and a magnetic transmission, wherein the transmission has a first transmission element, a second transmission element and a third transmission element, wherein the transmission elements are arranged coaxially to one another and rotatable against one another, wherein the first transmission element has a first number of first magnetic pole pairs, wherein the second transmission element has a second number of second magnetic pole pairs different from the first number, and wherein the third transmission element has magnetic conductor elements which guide a magnetic flux between the magnetic pole pairs.

Die elektrische Maschine des Antriebsstrangs umfasst neben dem drehbar angeordneten Rotor, der mit einer Rotorwelle antriebswirksam verbunden ist, einen ortsfesten Stator. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise mit einem Akkumulator verbunden, der die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt. Ferner ist die elektrische Maschine bevorzugt von einer Leistungselektronik steuer- bzw. regelbar.The electric machine of the drive train comprises a stationary stator in addition to the rotatably arranged rotor, which is connected to a rotor shaft in a driving manner. The electric machine is preferably connected to an accumulator, which supplies the electric machine with electrical energy. Furthermore, the electric machine can preferably be controlled or regulated by power electronics.

Das Getriebe ist eine magnetische Übersetzungsstufe, bei der eine von der elektrischen Maschine erzeugte Antriebsleistung über eines der Getriebeelemente in das Getriebe eingeleitet, dort gewandelt und über ein anderes der Getriebeelemente aus dem Getriebe herausgeführt wird. Das übrige der drei Getriebeelemente kann dabei stationär festgesetzt bzw. gehäusefest angeordnet sein. Alternativ können alle drei Getriebeelemente mit einer Drehzahl rotieren. Die Getriebeelemente sind konzentrisch zueinander angeordnet, das heißt ihre Rotationsachsen liegen auf einer gemeinsamen Achse.The gearbox is a magnetic transmission stage in which the drive power generated by the electric machine is introduced into the gearbox via one of the gearbox elements, converted there and led out of the gearbox via another of the gearbox elements. The rest of the three gearbox elements can be fixed in a stationary position or fixed to the housing. Alternatively, all three gearbox elements can rotate at the same speed. The gearbox elements are arranged concentrically to one another, i.e. their axes of rotation lie on a common axis.

Das den Getriebeeingang bildende Getriebeelement kann mit einem Rotor oder einer Rotorwelle der elektrischen Maschine drehfest verbunden sein. Das den Getriebeeingang bildende Getriebeelement kann einteilig mit dem Rotor oder der Rotorwelle der elektrischen Maschine ausgebildet sein. Die Antriebsleistung der elektrischen Maschine wird also über die Rotorwelle auf das Getriebe übertragen. Das den Getriebeausgang bildende Getriebeelement kann mit einer Ausgangswelle des Getriebes drehfest verbunden sein. Die Ausgangswelle kann wiederum mit einem Zugmitteltrieb wirkverbunden sein, der, wenn der Antriebsstrang im Bereich einer Tretkurbelwelle angeordnet ist, ein Drehmoment und eine Drehzahl auf das jeweilige anzutreibende Rad des Fahrrades überträgt. Die Getriebeelemente können jeweils drehfest mit einer Welle verbunden sein.The gear element forming the gear input can be connected in a rotationally fixed manner to a rotor or a rotor shaft of the electric machine. The gear element forming the gear input can be formed in one piece with the rotor or the rotor shaft of the electric machine. The drive power of the electric machine is therefore transmitted to the gear via the rotor shaft. The gear element forming the gear output can be connected in a rotationally fixed manner to an output shaft of the gear. The output shaft can in turn be operatively connected to a traction drive which, when the drive train is arranged in the area of a pedal crankshaft, transmits a torque and a speed to the respective wheel of the bicycle to be driven. The gear elements can each be connected in a rotationally fixed manner to a shaft.

Im Leistungsfluss zwischen der elektrischen Maschine und dem den Getriebeeingang bildenden Getriebeelement kann wenigstens eine weitere Getriebestufe, insbesondere eine mechanische Getriebestufe, wie beispielsweise ein Planeten- oder Stirnradgetriebe, angeordnet sein. Im Leistungsfluss zwischen dem den Getriebeausgang bildenden Getriebeelement und dem Zugmitteltrieb kann alternativ oder ergänzend ebenfalls eine weitere Getriebestufe, insbesondere eine mechanische Getriebestufe, wie beispielsweise ein Planeten- oder Stirnradgetriebe, angeordnet sein.At least one further gear stage, in particular a mechanical gear stage, such as a planetary or spur gear, can be arranged in the power flow between the electric machine and the gear element forming the gear input. Alternatively or additionally, another gear stage, in particular a mechanical gear stage, such as a planetary or spur gear, can also be arranged in the power flow between the gear element forming the gear output and the traction drive.

Denkbar ist, dass die elektrische Maschine und das Getriebe koaxial, aber axial versetzt bzw. hintereinander angeordnet ist, wobei die elektrische Maschine, wie oben erwähnt, über eine Welle mit dem Getriebe wirkverbunden ist. Mithin sind mehrere magnetische Getriebestufen hintereinander schaltbar. So können magnetische Getriebestufen mit mechanischen Getriebestufen in beliebiger Reihenfolge angeordnet und kombiniert werden. Alternativ ist eine koaxiale Anordnung möglich, bei der jedoch die elektrische Maschine wenigstens teilweise innerhalb des Getriebes integriert ist oder das Getriebe wenigstens teilweise innerhalb der elektrischen Maschine integriert ist. Dadurch kann axialer Bauraum eingespart werden.It is conceivable that the electric machine and the gear are arranged coaxially, but axially offset or one behind the other, with the electric machine, as mentioned above, being operatively connected to the gear via a shaft. This means that several magnetic gear stages can be connected in series. Magnetic gear stages can be arranged and combined with mechanical gear stages in any order. Alternatively, a coaxial arrangement is possible, but in which the electric machine is at least partially inside is integrated within the gearbox or the gearbox is at least partially integrated within the electric machine. This saves axial installation space.

Die Magnete der ersten Magnetpolpaare am ersten Getriebeelement weisen eine sich über den Umfang abwechselnde Polarität auf. Mit anderen Worten sind über den Umfang verteilt abwechselnd erste Magnete mit Nord- und Südpol angeordnet. Mithin ist je ein erster Magnet mit einem Nordpol in Umfangsrichtung zwischen zwei ersten Magneten mit je einem Südpol angeordnet. Je ein erster Magnet mit einem Südpol und ein direkt in Umfangsrichtung benachbarter erster Magnet mit einem Nordpol bilden jeweils eines der genannten ersten Magnetpolpaare. Über den Umfang sind somit mehrere erste Magnetpolpaare verteilt am ersten Getriebeelement angeordnet. In diesem Sinn sind die ersten Magnetpolpaare durch erste Magnete gebildet, wobei die ersten Magnete an einem ersten Träger des ersten Getriebeelements angeordnet sind. Die ersten Magnete können an der Oberfläche des ersten Trägers angeordnet sein. Alternativ können die ersten Magnete im ersten Träger sozusagen vergraben sein. Als Vergraben ist zu verstehen, dass Pole der Magnete nicht an der Oberfläche des ersten Getriebeelements frei liegend angeordnet sind, sondern dass die ersten Magnete im ersten Träger eingebettet und die Magnetpole vom Trägermaterial überdeckt sind. Der erste Träger kann aus insbesondere magnetisch und elektrisch leitendem Material ausgebildet sein.The magnets of the first magnetic pole pairs on the first gear element have a polarity that alternates over the circumference. In other words, first magnets with north and south poles are arranged alternately over the circumference. Thus, a first magnet with a north pole is arranged in the circumferential direction between two first magnets, each with a south pole. A first magnet with a south pole and a first magnet with a north pole directly adjacent in the circumferential direction each form one of the first magnetic pole pairs mentioned. Several first magnetic pole pairs are thus arranged distributed over the circumference on the first gear element. In this sense, the first magnetic pole pairs are formed by first magnets, with the first magnets being arranged on a first carrier of the first gear element. The first magnets can be arranged on the surface of the first carrier. Alternatively, the first magnets can be buried in the first carrier, so to speak. Burying is to be understood as meaning that the poles of the magnets are not arranged freely on the surface of the first gear element, but that the first magnets are embedded in the first carrier and the magnetic poles are covered by the carrier material. The first carrier can be made of, in particular, magnetically and electrically conductive material.

Die Magnete der zweiten Magnetpolpaare am zweiten Getriebeelement weisen ebenfalls eine sich über den Umfang abwechselnde Polarität auf. Mit anderen Worten sind über den Umfang verteilt abwechselnd zweite Magnete mit Nord- und Südpol angeordnet. Mithin ist je ein zweiter Magnet mit einem Südpol in Umfangsrichtung zwischen zwei zweiten Magneten mit je einem Nordpol angeordnet. Je ein zweiter Magnet mit einem Südpol und ein direkt in Umfangsrichtung benachbarter zweiter Magnet mit einem Nordpol bilden jeweils eines der genannten zweiten Magnetpolpaare. Über den Umfang sind somit mehrere zweite Magnetpolpaare verteilt am zweiten Getriebeelement angeordnet. In diesem Sinn sind die zweiten Magnetpolpaare durch zweite Magnete gebildet, wobei die zweiten Magnete an einem zweiten Träger des zweiten Getriebeelements angeordnet sind. Die zweiten Magnete können an der Oberfläche des zweiten Trägers angeordnet sein. Alternativ können die zweiten Magnete im zweiten Träger gemäß den obigen Ausführungen analog vergraben sein. Der zweite Träger kann aus insbesondere magnetisch und elektrisch leitendem Material ausgebildet sein.The magnets of the second magnetic pole pairs on the second gear element also have a polarity that alternates over the circumference. In other words, second magnets with north and south poles are arranged alternately over the circumference. Thus, a second magnet with a south pole is arranged in the circumferential direction between two second magnets, each with a north pole. A second magnet with a south pole and a second magnet with a north pole directly adjacent in the circumferential direction each form one of the second magnetic pole pairs mentioned. Several second magnetic pole pairs are thus arranged distributed over the circumference on the second gear element. In this sense, the second magnetic pole pairs are formed by second magnets, wherein the second magnets are arranged on a second carrier of the second gear element. The second magnets can be arranged on the surface of the second carrier. Alternatively, the second magnets can be buried in the second carrier in the same way as described above. The second carrier can be made of a material that is particularly magnetically and electrically conductive.

Die in Umfangsrichtung benachbarten Magnete sind beabstandet zueinander angeordnet, wobei insbesondere Material des jeweiligen Trägers zwischen den Magneten angeordnet ist. Die Magnete sind Permanentmagnete mit radialen Magnetisierungsrichtungen. Alternativ können die Magnete zumindest eine radiale magnetische Vorzugsrichtung aufweisen.The magnets adjacent in the circumferential direction are arranged at a distance from one another, with material of the respective carrier in particular being arranged between the magnets. The magnets are permanent magnets with radial magnetization directions. Alternatively, the magnets can have at least one radial magnetic preferred direction.

Die von dem Getriebe realisierbare Übersetzung ist im Wesentlichen abhängig von der Anzahl der ersten Magnete bzw. der ersten Anzahl erster Magnetpolpaare, der Anzahl der zweiten Magnete bzw. der zweiten Anzahl zweiter Magnetpolpaare sowie der Anzahl der Leiterelemente. Je größer der Unterschied der ersten und zweiten Anzahl, desto größer ist die Übersetzung des Getriebes.The gear ratio that can be achieved by the gear box depends essentially on the number of first magnets or the first number of first magnetic pole pairs, the number of second magnets or the second number of second magnetic pole pairs, and the number of conductor elements. The greater the difference between the first and second numbers, the greater the gear ratio.

Mit der Anzahl der Leiterelemente kann zudem die Drehrichtung der Übersetzung beeinflusst werden. Die Leiterelemente sind Werkstücke aus Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität. Ferromagnetische Materialien haben in der Regel eine hohe Permeabilität. Dazu gehören Stoffe wie Eisen, Nickel, Cobalt und ihre Legierungen. Auch einige weichmagnetische Werkstoffe, die auf der Basis von Nickel-Eisen-Legierungen hergestellt werden, können eine hohe Permeabilität aufweisen. Die Leiterelemente wechselwirken mit den Magneten der Magnetpolpaare des ersten und zweiten Getriebeelements. Magnetische Feldlinien der ersten Magnete werden über die Leiterelemente zu den zweiten Magneten geführt, und umgekehrt.The number of conductor elements can also influence the direction of rotation of the gear ratio. The conductor elements are workpieces made of materials with high magnetic permeability. Ferromagnetic materials generally have high permeability. These include materials such as iron, nickel, cobalt and their alloys. Some soft magnetic materials made from nickel-iron alloys can also have high permeability. The conductor elements interact with the magnets of the magnetic pole pairs of the first and second gear elements. Magnetic field lines of the first magnets are guided via the conductor elements to the second magnets, and vice versa.

Vorzugsweise sind die Leiterelemente an einem dritten Träger des dritten Getriebeelements angeordnet. Die Leiterelemente können an der dem ersten Getriebeelement und/oder der dem zweiten Getriebeelement zugewandten Oberfläche des dritten Trägers angeordnet sein. Alternativ können die Leiterelemente im dritten Träger integriert bzw. vergraben sein.Preferably, the conductor elements are arranged on a third carrier of the third gear element. The conductor elements can be arranged on the surface of the third carrier facing the first gear element and/or the second gear element. Alternatively, the conductor elements can be integrated or buried in the third carrier.

Der Vorteil des Einsatzes eines solchen Antriebsstrangs in einem Fahrradantrieb besteht unter anderem darin, dass das Getriebe wartungsfrei ist, dass die einzelnen Getriebeelemente des Getriebes keine Schmierung benötigen, und dass es keine mechanischen Verschleißteile wie bei herkömmlichen mechanischen Getrieben gibt. Gleichzeitig fungiert das Getriebe bei Überlastspitzen als Überlast- bzw. Rutschkupplung. Dies ist insbesondere bei für Fahrräder typischen Schaltvorgängen von Vorteil. Insbesondere beim Hochschalten, das heißt bei einer Übersetzung „ins Langsame“, kann das durch die elektrische Maschine erzeugte Drehmoment während des Schaltvorgangs durchgehend aufrechterhalten bleiben, da bei eventuellen Spannungsspitzen lediglich ein Durchrutschen des Getriebes erfolgt. Somit kann auf eine aufwendige Steuerung und Regelung der elektrischen Maschine bei Schaltvorgängen des Fahrrades verzichtet werden. Zudem können die Bauteile des Antriebsstrangs schlanker und kompakter gestaltet werden, wodurch das Gesamtgewicht des Fahrrades wiederum sinkt. Eine derartige Anordnung des Antriebsstrangs ermöglicht höhere Übersetzungen als bei konventionellen Vorgelegegetrieben und hat einen höheren Wirkungsgrad als Elektrofahrradantriebe, die beispielsweise ein Wellgetriebe umfassen.The advantage of using such a drive train in a bicycle drive is, among other things, that the transmission is maintenance-free, that the individual transmission elements of the transmission do not require lubrication, and that there are no mechanical wear parts as with conventional mechanical transmissions. At the same time, the transmission functions as an overload or slip clutch in the event of overload peaks. This is particularly advantageous for gear shifts that are typical for bicycles. In particular, when shifting up, i.e. when gearing “down”, the torque generated by the electric machine can be maintained throughout the gear shift, since any voltage peaks simply cause the transmission to slip. This means that complex control systems can be dispensed with. and control of the electric machine when the bicycle is geared. In addition, the components of the drive train can be made slimmer and more compact, which in turn reduces the overall weight of the bicycle. This type of drive train arrangement enables higher gear ratios than with conventional countershaft transmissions and is more efficient than electric bicycle drives that, for example, include a wave gear.

Zwischen den Getriebeelementen besteht kein physischer Kontakt. Die Wandlung der Antriebsleistung erfolgt einzig durch magnetische Wechselwirkung zwischen den Magneten der Magnetpolpaare und den Leiterelementen.There is no physical contact between the gear elements. The conversion of the drive power occurs solely through magnetic interaction between the magnets of the magnetic pole pairs and the conductor elements.

Nach einem Ausführungsbeispiel ist das erste Getriebeelement dazu eingerichtet, das zweite und dritte Getriebeelement wenigstens teilweise radial aufzunehmen. Das zweite und dritte Getriebeelement ist demnach wenigstens abschnittsweise räumlich innerhalb des ersten Getriebeelements angeordnet. Zudem ist das zweite Getriebeelement wenigstens abschnittsweise räumlich innerhalb des dritten Getriebeelements angeordnet. In diesem Sinn ist das dritte Getriebeelement in radialer Richtung zwischen dem ersten und zweiten Getriebeelement angeordnet. Mit anderen Worten weist das erste Getriebeelement einen Hohlraum zur Aufnahme des zweiten und dritten Getriebeelements auf. Das zweite und dritte Getriebeelement werden dazu axial in das erste Getriebeelement eingeführt und entsprechend gelagert, dass die Getriebeelement nicht in Kontakt miteinander kommen können. Zwischen dem ersten und dritten Getriebeelement sowie zwischen dem zweiten und dritten Getriebeelement ist jeweils ein umlaufender Luftspalt ausgebildet.According to one embodiment, the first gear element is designed to at least partially accommodate the second and third gear elements radially. The second and third gear elements are therefore at least partially spatially arranged within the first gear element. In addition, the second gear element is at least partially spatially arranged within the third gear element. In this sense, the third gear element is arranged in the radial direction between the first and second gear elements. In other words, the first gear element has a cavity for accommodating the second and third gear elements. The second and third gear elements are inserted axially into the first gear element and mounted accordingly so that the gear elements cannot come into contact with one another. A circumferential air gap is formed between the first and third gear elements and between the second and third gear elements.

Bevorzugt ist das dritte Getriebeelement rohr- oder hülsenförmig ausgebildet und radial zwischen dem ersten und zweiten Getriebeelement angeordnet. Demnach ist der dritte Träger ring- bzw. hülsenförmig ausgebildet. Das zweite Getriebeelement ist radial innen angeordnet, das erste Getriebeelement ist radial außen angeordnet und das dritte Getriebeelement ist räumlich dazwischen angeordnet.Preferably, the third gear element is tubular or sleeve-shaped and arranged radially between the first and second gear elements. Accordingly, the third carrier is ring-shaped or sleeve-shaped. The second gear element is arranged radially on the inside, the first gear element is arranged radially on the outside and the third gear element is arranged spatially in between.

Bei einer derartigen Ausgestaltung des Getriebes ist es bevorzugt, wenn die erste Anzahl der ersten Magnetpolpaare größer ist als die zweite Anzahl der zweiten Magnetpolpaare.In such a design of the transmission, it is preferred if the first number of the first magnetic pole pairs is greater than the second number of the second magnetic pole pairs.

Denkbar ist auch, die Getriebeelemente scheibenförmig und gleichachsig nebeneinander bzw. axial hintereinander anzuordnen, wobei Stirnflächen der Getriebeelemente einander zugewandt sind. Demnach ist das dritte Getriebeelement mit den Leiterelementen axial zwischen dem ersten Getriebeelement mit den ersten Magnetpolpaaren und dem zweiten Getriebeelement mit den zweiten Magnetpolpaaren angeordnet. Die Magnetpolpaare der beiden äußeren ersten und zweiten Getriebeelemente sind an dem dritten Getriebeelement zugewandten Stirnflächen und die Leiterelemente an den entgegengesetzten Stirnflächen des dritten Getriebeelements angeordnet. Auch Mischformen mit kegelförmigen und hohlkegelförmigen Getriebeelementen, an deren inneren und äußeren Umfangsflächen die Magnetpolpaare und Leiterelemente angeordnet sind, sind selbstverständlich möglich. Andere Bauformen schließt die Erfindung nicht aus.It is also conceivable to arrange the gear elements in a disc-shaped manner and coaxially next to one another or axially one behind the other, with the end faces of the gear elements facing one another. Accordingly, the third gear element with the conductor elements is arranged axially between the first gear element with the first magnetic pole pairs and the second gear element with the second magnetic pole pairs. The magnetic pole pairs of the two outer first and second gear elements are arranged on the end faces facing the third gear element and the conductor elements are arranged on the opposite end faces of the third gear element. Mixed forms with conical and hollow conical gear elements, on whose inner and outer circumferential surfaces the magnetic pole pairs and conductor elements are arranged, are of course also possible. The invention does not exclude other designs.

Prinzipiell können die Getriebeelemente des Getriebes beliebig zueinander angeordnet und mit weiteren Elementen des Getriebes und des Antriebsstrangs wirkverbunden sein, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zu realisieren.In principle, the transmission elements of the transmission can be arranged in any order and can be operatively connected to other elements of the transmission and the drive train in order to realize a desired gear ratio.

Nach einem Ausführungsbeispiel ist das erste Getriebeelement mit einem Antriebselement des Getriebes drehfest verbunden, wobei das zweite Getriebeelement mit einem Abtriebselement des Getriebes drehfest verbunden ist, und wobei das dritte Getriebeelement stationär festgesetzt ist. Demnach ist das erste Getriebeelement zumindest mittelbar mit dem Rotor der elektrischen Maschine wirkverbunden. Das zweite Getriebeelement ist zumindest mittelbar mit dem anzutreibenden Rad des Fahrrades wirkverbunden. Das dritte Getriebeelement fungiert als stationär festgelegter Stator.According to one embodiment, the first gear element is connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear, the second gear element is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear, and the third gear element is fixed in a stationary manner. Accordingly, the first gear element is at least indirectly operatively connected to the rotor of the electric machine. The second gear element is at least indirectly operatively connected to the wheel of the bicycle to be driven. The third gear element functions as a stationary stator.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das erste Getriebeelement mit einem Antriebselement des Getriebes drehfest verbunden, wobei das dritte Getriebeelement mit einem Abtriebselement des Getriebes drehfest verbunden ist, und wobei das zweite Getriebeelement stationär festgesetzt ist. Demnach ist das erste Getriebeelement zumindest mittelbar mit dem Rotor der elektrischen Maschine wirkverbunden. Das dritte Getriebeelement ist zumindest mittelbar mit dem anzutreibenden Rad des Fahrrades wirkverbunden. Das zweite Getriebeelement fungiert als stationär festgelegter Stator.According to a further embodiment, the first gear element is connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear, the third gear element is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear, and the second gear element is fixed in a stationary manner. Accordingly, the first gear element is at least indirectly operatively connected to the rotor of the electric machine. The third gear element is at least indirectly operatively connected to the wheel of the bicycle to be driven. The second gear element functions as a stationary stator.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das zweite Getriebeelement mit einem Antriebselement des Getriebes drehfest verbunden, wobei das erste Getriebeelement mit einem Abtriebselement des Getriebes drehfest verbunden ist, und wobei das dritte Getriebeelement stationär festgesetzt ist. Demnach ist das zweite Getriebeelement zumindest mittelbar mit dem Rotor der elektrischen Maschine wirkverbunden. Das erste Getriebeelement ist zumindest mittelbar mit dem anzutreibenden Rad des Fahrrades wirkverbunden. Das dritte Getriebeelement fungiert als stationär festgelegter Stator.According to a further embodiment, the second gear element is connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear, the first gear element is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear, and the third gear element is fixed in a stationary manner. Accordingly, the second gear element is at least indirectly operatively connected to the rotor of the electric machine. The first gear element is at least indirectly operatively connected to the wheel of the bicycle to be driven. The third gear element functions as a stationary stator.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das zweite Getriebeelement mit einem Antriebselement des Getriebes drehfest verbunden, wobei das dritte Getriebeelement mit einem Abtriebselement des Getriebes drehfest verbunden ist, und wobei das erste Getriebeelement stationär festgesetzt ist. Demnach ist das zweite Getriebeelement zumindest mittelbar mit dem Rotor der elektrischen Maschine wirkverbunden. Das dritte Getriebeelement ist zumindest mittelbar mit dem anzutreibenden Rad des Fahrrades wirkverbunden. Das erste Getriebeelement fungiert als stationär festgelegter Stator.According to a further embodiment, the second gear element is connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear, the third gear element is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear, and the first gear element is fixed in a stationary manner. Accordingly, the second gear element is at least indirectly operatively connected to the rotor of the electric machine. The third gear element is at least indirectly operatively connected to the wheel of the bicycle to be driven. The first gear element functions as a stationary stator.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das dritte Getriebeelement mit einem Antriebselement des Getriebes drehfest verbunden, wobei das zweite Getriebeelement mit einem Abtriebselement des Getriebes drehfest verbunden ist, und wobei das erste Getriebeelement stationär festgesetzt ist. Demnach ist das dritte Getriebeelement zumindest mittelbar mit dem Rotor der elektrischen Maschine wirkverbunden. Das zweite Getriebeelement ist zumindest mittelbar mit dem anzutreibenden Rad des Fahrrades wirkverbunden. Das erste Getriebeelement fungiert als stationär festgelegter Stator.According to a further embodiment, the third gear element is connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear, the second gear element is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear, and the first gear element is fixed in a stationary manner. Accordingly, the third gear element is at least indirectly operatively connected to the rotor of the electric machine. The second gear element is at least indirectly operatively connected to the wheel of the bicycle to be driven. The first gear element functions as a stationary stator.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das dritte Getriebeelement mit einem Antriebselement des Getriebes drehfest verbunden, wobei das erste Getriebeelement mit einem Abtriebselement des Getriebes drehfest verbunden ist, und wobei das zweite Getriebeelement stationär festgesetzt ist. Demnach ist das dritte Getriebeelement zumindest mittelbar mit dem Rotor der elektrischen Maschine wirkverbunden. Das erste Getriebeelement ist zumindest mittelbar mit dem anzutreibenden Rad des Fahrrades wirkverbunden. Das zweite Getriebeelement fungiert als stationär festgelegter Stator.According to a further embodiment, the third gear element is connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear, the first gear element is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear, and the second gear element is fixed in a stationary manner. Accordingly, the third gear element is at least indirectly operatively connected to the rotor of the electric machine. The first gear element is at least indirectly operatively connected to the wheel of the bicycle to be driven. The second gear element functions as a stationary stator.

Weiterhin ist eine variable Übertragung denkbar, bei der alle drei Getriebeelemente relativ zueinander, jedoch mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten, verdrehen können.Furthermore, a variable transmission is conceivable, in which all three transmission elements can rotate relative to each other, but at different rotational speeds.

Unter den Begriffen „wirkverbunden“ und „antriebswirksam verbunden“ ist eine nicht schaltbare Verbindung zwischen zwei Bauteilen zu verstehen, welche zu einer permanenten Übertragung einer Antriebsleistung, insbesondere einer Drehzahl und/oder eines Drehmoments, vorgesehen ist. Die Verbindung kann dabei direkt oder über eine Festübersetzung erfolgen. Die Verbindung kann beispielsweise über eine feste Welle, eine Verzahnung, insbesondere eine Stirnradverzahnung, und/oder ein Umschlingungsmittel erfolgen.The terms "operatively connected" and "drive-effectively connected" refer to a non-switchable connection between two components, which is intended for the permanent transmission of drive power, in particular a speed and/or a torque. The connection can be made directly or via a fixed gear ratio. The connection can be made, for example, via a fixed shaft, a gearing, in particular a spur gearing, and/or a belt.

Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen Wellen oder Zahnrädern noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit der Welle bzw. dem Zahnrad wirkverbunden sind.The term "at least indirectly" means that two components are (operatively) connected to one another via at least one other component that is arranged between the two components, or are directly and thus immediately connected to one another. Thus, further components that are operatively connected to the shaft or gear can be arranged between shafts or gears.

Unter einer „Welle“ ist ein rotierbares Bauteil des Getriebes zu verstehen, über welches je zugehörige Komponenten des Getriebes drehfest miteinander verbunden sind oder über das eine derartige Verbindung bei Betätigung eines entsprechenden Schaltelements hergestellt wird. Die jeweilige Welle kann die Komponenten dabei axial oder radial oder auch sowohl axial und radial miteinander verbinden. Unter einer Welle ist nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente drehfest miteinander verbinden.A "shaft" is a rotatable component of the transmission, via which the associated components of the transmission are connected to one another in a rotationally fixed manner or via which such a connection is established when a corresponding switching element is actuated. The respective shaft can connect the components axially or radially, or both axially and radially. A shaft is not exclusively understood to mean, for example, a cylindrical, rotatably mounted machine element for transmitting torque, but rather also general connecting elements that connect individual components or elements to one another, in particular connecting elements that connect several elements to one another in a rotationally fixed manner.

Gemäß einem weiteren Erfindungsaspekt wird ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad vorgeschlagen, umfassend einen Antriebsstrang gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Das Fahrrad umfasst neben der Antriebseinheit des Antriebsstrangs ferner eine Tretkurbelwelle und einen Zugmitteltrieb, wobei ein Zugmittel des Zugmitteltriebs dazu eingerichtet ist, zumindest eine mit Muskelkraft erzeugte Antriebsleistung auf ein drehantreibbares Rad des Fahrrades zu übertragen. Das Fahrrad ist als Elektrofahrrad zu verstehen, umfassend einen Lenker, zumindest ein Vorderrad sowie zumindest ein Hinterrad, wobei das Vorderrad undloder das Hinterrad, vorzugsweise nur das Hinterrad zumindest mittelbar, insbesondere über den genannten Zugmitteltrieb, mit dem Antriebsstrang antriebswirksam verbunden sind bzw. ist. Das Elektrofahrrad ist bevorzugt ein teilweise mit Muskelkraft und teilweise elektromotorisch angetriebenes Fahrrad, also ein Pedelec. Mithin realisiert der Antriebsstrang einen hybridbetriebenen Antrieb des Fahrrades.According to a further aspect of the invention, an at least partially electrically powered bicycle is proposed, comprising a drive train according to the first aspect of the invention. In addition to the drive unit of the drive train, the bicycle also comprises a pedal crankshaft and a traction drive, wherein a traction device of the traction drive is designed to transmit at least a drive power generated by muscle power to a rotationally drivable wheel of the bicycle. The bicycle is to be understood as an electric bicycle, comprising a handlebar, at least one front wheel and at least one rear wheel, wherein the front wheel and/or the rear wheel, preferably only the rear wheel, are or are at least indirectly connected to the drive train, in particular via the aforementioned traction drive. The electric bicycle is preferably a bicycle partially powered by muscle power and partially by an electric motor, i.e. a pedelec. The drive train therefore implements a hybrid-powered drive of the bicycle.

Nach einem Ausführungsbeispiel ist der Antriebsstrang im Bereich einer Tretkurbelwelle des Fahrrades angeordnet, wobei das Zugmittel des Zugmitteltriebs dazu eingerichtet ist, eine aus Muskelkraft erzeugte Antriebsleistung sowie eine mit der Antriebseinheit erzeugte und mittels des Getriebes gewandelte Antriebsleistung auf das drehantreibbare Rad des Fahrrades zu übertragen. Vorzugsweise ist das drehantreibbare Rad das Hinterrad des Fahrrades. In diesem Fall ist der Antriebsstrang als Tretlagerantrieb zu verstehen, wobei das Vorderrad undloder das Hinterrad des Fahrrades über den Zugmitteltrieb, insbesondere ausgebildet als Kettentrieb oder Riementrieb, mit dem Antriebsstrang wirkverbunden ist.According to one embodiment, the drive train is arranged in the area of a pedal crankshaft of the bicycle, wherein the traction mechanism of the traction mechanism drive is designed to transmit a drive power generated from muscle power as well as a drive power generated by the drive unit and converted by means of the transmission to the rotary-driven wheel of the bicycle. Preferably, the rotary-driven wheel is the rear wheel of the bicycle. In this case, the drive train is to be understood as a bottom bracket drive, wherein the front wheel and/or the rear wheel of the bicycle are driven via the traction mechanism. central drive, in particular designed as a chain drive or belt drive, is operatively connected to the drive train.

Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel ist das drehantreibbare Rad das Hinterrad des Fahrrades, wobei der Antriebsstrang im Bereich des Hinterrades angeordnet ist. In diesem Fall ist das Zugmittel des Zugmitteltriebs dazu eingerichtet, nur eine mit Muskelkraft erzeugte Antriebsleistung auf das Hinterrad zu übertragen. In diesem Fall ist der Antriebsstrang als Radnabenantrieb zu verstehen, der an der Rotationsachse des Hinterrades angeordnet ist. Die Antriebsleistung der Antriebseinheit wird über das Getriebe direkt auf das drehantreibbare Rad übertragen.According to an alternative embodiment, the rotary wheel is the rear wheel of the bicycle, with the drive train being arranged in the area of the rear wheel. In this case, the traction mechanism of the traction mechanism drive is designed to only transmit drive power generated by muscle power to the rear wheel. In this case, the drive train is to be understood as a wheel hub drive that is arranged on the axis of rotation of the rear wheel. The drive power of the drive unit is transmitted directly to the rotary wheel via the transmission.

Die elektrische Maschine des Antriebsstrangs weist einen Stator und einen Rotor auf. Der Rotor der Antriebseinheit ist mit dem als Getriebeeingang fungierenden Getriebeelement antriebswirksam verbunden. Der Antriebsstrang kann eine Steuereinrichtung umfassen oder mit einer separaten Steuereinrichtung des Fahrrades kommunikativ verbunden sein, um insbesondere die mit der elektrischen Maschine erzeugte Antriebsleistung zu steuern und zu regeln.The electric machine of the drive train has a stator and a rotor. The rotor of the drive unit is connected to the transmission element that acts as the transmission input. The drive train can include a control device or be communicatively connected to a separate control device of the bicycle, in particular to control and regulate the drive power generated by the electric machine.

Die obigen Definitionen sowie Ausführungen zu technischen Effekten, Vorteilen und vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs gelten sinngemäß ebenfalls für das erfindungsgemäße Fahrrad, und umgekehrt.The above definitions as well as explanations of technical effects, advantages and advantageous embodiments of the drive train according to the invention also apply mutatis mutandis to the bicycle according to the invention, and vice versa.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Hierbei zeigt

• 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrrades mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang, und
• 2 eine stark vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß 1.
• 3 eine vereinfachte schematische Querschnittdarstellung eines Getriebes des erfindungsgemäßen Antriebsstranges gemäß 1.

In the following, an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings, wherein identical or similar elements are provided with the same reference numerals.

• 1 a simplified schematic representation of a bicycle according to the invention with a drive train according to the invention, and
• 2 a highly simplified representation of the drive train according to the invention according to 1 .
• 3 a simplified schematic cross-sectional view of a transmission of the drive train according to the invention according to 1 .

Gemäß 1 ist ein als Pedelec ausgebildetes Fahrrad 100 dargestellt, das teilweise mit Muskelkraft und teilweise elektromechanisch mittels eines Antriebsstranges 1 antreibbar ist. Wann immer nachfolgend von einem Fahrrad 100 gesprochen wird, ist darunter ein Pedelec zu verstehen, und umgekehrt. Das Fahrrad 100 umfasst ein Vorderrad 101 sowie ein drehantreibbares Hinterrad 102.According to 1 a bicycle 100 designed as a Pedelec is shown, which can be driven partly by muscle power and partly electromechanically by means of a drive train 1. Whenever a bicycle 100 is mentioned below, this is to be understood as a Pedelec, and vice versa. The bicycle 100 comprises a front wheel 101 and a rotationally driven rear wheel 102.

Der Antriebsstrang 1 ist vorliegend im Bereich einer Tretkurbelwelle 103 als Mittelantrieb angeordnet und ist dazu ausgelegt und eingerichtet, eine elektromechanisch erzeugte Antriebsleistung über einen Zugmitteltrieb 104 mit einer in Abhängigkeit der Gangstufe definierten Übersetzung zum Hinterrad 102 zum Antrieb desselben zu übertragen. Die Tretkurbelwelle 103 ist drehfest mit Pedalen 105, siehe auch 2, des Fahrrades 100 verbunden und ist dazu ausgelegt und eingerichtet, eine mit Muskelkraft des Fahrradfahrers erzeugte Antriebsleistung ebenfalls über den Zugmitteltrieb 104 mit einer definierten Übersetzung zum Hinterrad 102 zum Antrieb desselben zu übertragen. Der Zugmitteltrieb 104 ist hier als Kettentrieb ausgebildet, wobei eine Schaltung durch eine - hier nicht gezeigte - bekannte Kettenschaltung realisiert wird. Der Zugmitteltrieb 104 umfasst nach 2 ein Eingangsbauteil in Form eines Ritzels 106, ein Ausgangsbauteil am Hinterrad 102 in Form eines Abtriebszahnrades 107 sowie ein dazwischen angeordnetes und als Kette ausgebildetes Zugmittel 108, welches das Ritzel 106 mit dem Abtriebszahnrad 107 wirkverbindet. Das Abtriebszahnrad 107 dient im Zugbetrieb als Abtriebselement des Zugmitteltriebs 104 und des Antriebsstranges 1 und ist drehfest mit dem Hinterrad 102 verbunden.The drive train 1 is arranged in the area of a pedal crankshaft 103 as a central drive and is designed and configured to transmit an electromechanically generated drive power via a traction drive 104 with a gear ratio defined depending on the gear to the rear wheel 102 in order to drive the same. The pedal crankshaft 103 is connected in a rotationally fixed manner to pedals 105, see also 2 , of the bicycle 100 and is designed and set up to transmit a drive power generated by the cyclist's muscle power also via the traction drive 104 with a defined gear ratio to the rear wheel 102 to drive the same. The traction drive 104 is designed here as a chain drive, whereby a gear shift is realized by a known derailleur gear shift - not shown here. The traction drive 104 comprises according to 2 an input component in the form of a pinion 106, an output component on the rear wheel 102 in the form of an output gear 107 and a traction mechanism 108 arranged therebetween and designed as a chain, which operatively connects the pinion 106 to the output gear 107. The output gear 107 serves as an output element of the traction mechanism drive 104 and the drive train 1 in traction operation and is connected to the rear wheel 102 in a rotationally fixed manner.

Der Antriebsstrang 1 umfasst eine als elektrische Maschine 2 ausgebildete Antriebseinheit sowie ein magnetisches Getriebe 3, hier als Magnetgetriebe ausgebildet. Die elektrische Maschine 2 wird durch einen - hier nicht gezeigten - Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt, welcher entsprechend wirksam mit einem - ebenfalls nicht gezeigten - Stator verbunden ist. Ferner ist die elektrische Maschine 2 mit einer - hier nicht gezeigten - Leistungselektronik zur Steuerung und Regelung verbunden. Durch Bestromung des Stators wird ein - hier nicht gezeigter - Rotor zusammen mit einer Rotorwelle 109 in eine Drehbewegung relativ zum Stator 8 versetzt. Eine Antriebsleistung der elektrischen Maschine 2 wird über eine Rotorwelle 109 in das Getriebe 3 geleitet, dort gewandelt und anschließend auf das Ritzel 106 übertragen. Die elektrische Maschine 2 ist koaxial zum Getriebe 3 angeordnet.The drive train 1 comprises a drive unit designed as an electric machine 2 and a magnetic gear 3, here designed as a magnetic gear. The electric machine 2 is supplied with electrical energy by an accumulator (not shown here), which is correspondingly effectively connected to a stator (also not shown). The electric machine 2 is also connected to power electronics (not shown here) for control and regulation. By supplying current to the stator, a rotor (not shown here) together with a rotor shaft 109 is set in a rotary motion relative to the stator 8. A drive power of the electric machine 2 is fed via a rotor shaft 109 into the gear 3, converted there and then transmitted to the pinion 106. The electric machine 2 is arranged coaxially to the gear 3.

Das magnetische Getriebe 3 ist vereinfacht in 3 im Querschnitt dargestellt. Das Getriebe 3 weist drei koaxial zueinander und teilweise gegeneinander drehbar angeordnete Getriebeelemente 4, 5, 6 auf, wobei vorliegend das erste Getriebeelement 4 das radial gesehen äußerste Element des Getriebes 3 ist und das zweite und dritte Getriebeelement 5, 6 radial aufnimmt. Das erste Getriebeelement 4 und das dritte Getriebeelement 6 sind hier als Ringe dargestellt bzw. als Rohre ausgebildet. Das zweite Getriebeelement 5 ist als Vollwelle dargestellt. Das hülsenförmige dritte Getriebeelement 6 ist radial zwischen dem ersten und zweiten Getriebeelement 4, 5 angeordnet. Die Getriebeelemente 4, 5, 6 sind untereinander frei von Berührungspunkten. Es gibt keine physischen Kontaktstellen zwischen den Getriebeelementen 4, 5, 6. Mithin ist radial zwischen dem ersten und dritten Getriebeelement 4, 6 sowie radial zwischen dem zweiten und dritten Getriebeelement 5, 6 ein Luftspalt 15 vorgesehen.The magnetic gear 3 is simplified into 3 shown in cross section. The gear 3 has three gear elements 4, 5, 6 arranged coaxially to one another and partially rotatable against one another, whereby in the present case the first gear element 4 is the radially outermost element of the gear 3 and radially accommodates the second and third gear elements 5, 6. The first gear element 4 and the third gear element 6 are shown here as rings or designed as tubes. The second gear element 5 is shown as a solid shaft. The sleeve-shaped third gear element 6 is arranged radially between the first and second gear elements 4, 5. The gear elements 4, 5, 6 are free of contact points. There are no physical contact points between the gear elements 4, 5, 6. Therefore, an air gap 15 is provided radially between the first and third gear elements 4, 6 and radially between the second and third gear elements 5, 6.

Das erste Getriebeelement 4 weist zwölf erste Magnete 10 bzw. sechs erste Magnetpolpaare 7 auf. Je ein erstes Magnetpolpaar 7 besteht aus zwei ersten Magneten 10 unterschiedlicher Polarität, derart, dass in Umfangsrichtung je ein erster Magnet 10 mit einem Südpol zwischen zwei ersten Magneten 10 mit jeweils einem Nordpol angeordnet ist. Das zweite Getriebeelement 5 weist drei zweite Magnetpolpaare 8 auf, jeweils bestehend aus zwei zweiten Magneten 11 unterschiedlicher Polarität, derart, dass in Umfangsrichtung je ein zweiter Magnet 11 mit einem Südpol zwischen zwei zweiten Magneten 11 mit jeweils einem Nordpol angeordnet ist. Mithin weist das Getriebe 3 hier mehr erste Magnete 10 (zwölf) als zweite Magnete 11 (sechs) auf. Das erste Getriebeelement 4 mit mehr Polen bzw. ersten Magneten dreht langsamer als das zweite Getriebeelement 5, entwickelt dafür aber ein höheres Drehmoment.The first gear element 4 has twelve first magnets 10 or six first magnetic pole pairs 7. Each first magnetic pole pair 7 consists of two first magnets 10 of different polarity, such that in the circumferential direction a first magnet 10 with a south pole is arranged between two first magnets 10, each with a north pole. The second gear element 5 has three second magnetic pole pairs 8, each consisting of two second magnets 11 of different polarity, such that in the circumferential direction a second magnet 11 with a south pole is arranged between two second magnets 11, each with a north pole. The gear 3 therefore has more first magnets 10 (twelve) than second magnets 11 (six). The first gear element 4 with more poles or first magnets rotates more slowly than the second gear element 5, but develops a higher torque.

Das Verhältnis der Anzahl der Magnete 10, 11 definiert das realisierbare Übersetzungsverhältnis. Das Übersetzungsverhältnis beträgt hier i=2. Die ersten Magnete 10 des ersten Getriebeelements 4 sind an einem ersten Träger 12 vergraben eingebettet. Die zweiten Magnete 11 des zweiten Getriebeelements 5 sind an einem zweiten Träger 13 vergraben eingebettet. Die genannten Magnete 10, 11 sind Permanentmagnete mit jeweils radialer Magnetisierungsrichtung.The ratio of the number of magnets 10, 11 defines the achievable transmission ratio. The transmission ratio here is i=2. The first magnets 10 of the first gear element 4 are embedded buried on a first carrier 12. The second magnets 11 of the second gear element 5 are embedded buried on a second carrier 13. The magnets 10, 11 mentioned are permanent magnets, each with a radial magnetization direction.

Das ringförmige dritte Getriebeelement 6 weist magnetische Leiterelemente 9 auf, die einen Magnetfluss zwischen den Magnetpolpaaren 7, 8 führen. Die Leiterelemente 9 am dritten Getriebeelement 6 verändern das Magnetfeld zwischen dem ersten und zweiten Getriebeelement 4, 5 bzw. zwischen den ersten und zweiten Magneten 10, 11. Die Leiterelemente 9 sind beispielsweise Stahlsegmente, die in einer mechanischen Struktur als dritter Träger 14 gehalten sind.The ring-shaped third gear element 6 has magnetic conductor elements 9 which conduct a magnetic flux between the magnetic pole pairs 7, 8. The conductor elements 9 on the third gear element 6 change the magnetic field between the first and second gear elements 4, 5 or between the first and second magnets 10, 11. The conductor elements 9 are, for example, steel segments which are held in a mechanical structure as a third carrier 14.

Da die Bewegung über den jeweiligen Luftspalt 15 übertragen wird, wird die Kraft des Magnetfelds zur Realisierung der Übersetzung genutzt. Das Getriebe 3 kann so ohne Schmierung laufen, was einen ruhigen und reibungslosen Betrieb ermöglicht. Das antreibende und das Getriebeelement 4, 5, 6 können eine hohe Rotationskraft und ein hohes Drehmoment übertragen.Since the movement is transmitted via the respective air gap 15, the force of the magnetic field is used to realize the transmission. The gear 3 can thus run without lubrication, which enables quiet and smooth operation. The driving and the gear element 4, 5, 6 can transmit a high rotational force and a high torque.

Nach 2 in Verbindung mit 3 ist das erste Getriebeelement 4 mit der Rotorwelle 109 als Antriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden, wobei das zweite Getriebeelement 5 mit einem Abtriebselement des Getriebes 3, hier dem Ritzel 106, drehfest verbunden ist, und wobei das dritte Getriebeelement 6 stationär festgesetzt, also drehfest angeordnet ist.After 2 combined with 3 the first gear element 4 is connected in a rotationally fixed manner to the rotor shaft 109 as the drive element of the gear 3, wherein the second gear element 5 is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear 3, here the pinion 106, and wherein the third gear element 6 is fixed in a stationary manner, i.e. arranged in a rotationally fixed manner.

Die Leiterelemente 9 des dritten Getriebeelements 6 führen von den zweiten Magnetpolpaaren 8 am Außenumfang des inneren bzw. zweiten Getriebeelements 5 zu den ersten Magnetpolpaaren 7 am Innenumfang des äußeren bzw. ersten Getriebeelements 4, und umgekehrt. Magnetische Feldlinien der Magnete 10, 11 des ersten und zweiten Getriebeelements 4, 5 treten in die magnetischen Leiterelemente 9 des mittleren oder dritten Getriebeelements 6 ein beziehungsweise aus.The conductor elements 9 of the third gear element 6 lead from the second magnetic pole pairs 8 on the outer circumference of the inner or second gear element 5 to the first magnetic pole pairs 7 on the inner circumference of the outer or first gear element 4, and vice versa. Magnetic field lines of the magnets 10, 11 of the first and second gear elements 4, 5 enter or exit the magnetic conductor elements 9 of the middle or third gear element 6.

Das Getriebe 3 zeichnet sich durch hohe Effizienz, geringen Wartungsaufwand und hohe Zuverlässigkeit aus. Zudem ist keine Schmierung erforderlich und bei Überbelastung erfolgt ein Durchrutschen, wodurch das Getriebe 3 vor Schäden, insbesondere aus Überbelastsituationen, geschützt wird.Gearbox 3 is characterized by high efficiency, low maintenance and high reliability. In addition, no lubrication is required and slipping occurs in the event of overload, which protects Gearbox 3 from damage, especially in overload situations.

Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Beschreibung und der Patentansprüche. Insbesondere kann das erste Getriebeelement 4 mit einem Antriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden ist, wobei das dritte Getriebeelement 6 mit einem Abtriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden ist, und wobei das zweite Getriebeelement 5 stationär festgesetzt ist. Alternativ kann das zweite Getriebeelement 5 mit einem Antriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden sein, wobei das erste Getriebeelement 4 mit einem Abtriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden ist, und wobei das dritte Getriebeelement 6 stationär festgesetzt ist. Ferner alternativ kann das zweite Getriebeelement 5 mit einem Antriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden sein, wobei das dritte Getriebeelement 6 mit einem Abtriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden ist, und wobei das erste Getriebeelement 4 stationär festgesetzt ist. Ferner alternativ kann das dritte Getriebeelement 6 mit einem Antriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden sein, wobei das zweite Getriebeelement 5 mit einem Abtriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden ist, und wobei das erste Getriebeelement 4 stationär festgesetzt ist. Ferner alternativ kann das dritte Getriebeelement 6 mit einem Antriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden sein, wobei das erste Getriebeelement 4 mit einem Abtriebselement des Getriebes 3 drehfest verbunden ist, und wobei das zweite Getriebeelement 5 stationär festgesetzt ist. Außerdem ist eine variable Übertragung denkbar, bei der alle drei Getriebeelemente 4, 5, 6 relativ zueinander verdrehen können, jedoch mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten.The invention is not limited to the disclosed embodiments. Other embodiments or variations will become apparent to those skilled in the art upon use of the present invention and upon careful analysis of the drawings, description, and claims. In particular, the first gear element 4 can be rotationally fixed to a drive element of the gear 3, the third gear element 6 is rotationally fixed to an output element of the gear 3, and the second gear element 5 is fixed in a stationary manner. Alternatively, the second gear element 5 can be rotationally fixed to a drive element of the gear 3, the first gear element 4 is rotationally fixed to an output element of the gear 3, and the third gear element 6 is fixed in a stationary manner. Further alternatively, the second gear element 5 can be rotationally fixed to a drive element of the gear 3, the third gear element 6 is rotationally fixed to an output element of the gear 3, and the first gear element 4 is fixed in a stationary manner. Furthermore, alternatively, the third gear element 6 can be connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear 3, wherein the second gear element 5 is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear 3, and wherein the first gear element 4 is fixed in a stationary manner. Furthermore, alternatively, the third gear element 6 can be connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear 3, wherein the first gear element 4 is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear 3, and wherein the second gear element 5 is fixed in a stationary manner. In addition, a variable over transmission is conceivable in which all three gear elements 4, 5, 6 can rotate relative to each other, but at different rotational speeds.

BezugszeichenReference symbols

11

AntriebsstrangDrivetrain

22

Elektrische MaschineElectric machine

33

Getriebetransmission

44

Erstes GetriebeelementFirst transmission element

55

Zweites GetriebeelementSecond gear element

66

Drittes GetriebeelementThird transmission element

77

Erstes MagnetpolpaarFirst magnetic pole pair

88th

Zweites MagnetpolpaarSecond magnetic pole pair

99

LeiterelementLadder element

1010

Erster Magnet des ersten MagnetpolpaarsFirst magnet of the first magnetic pole pair

1111

Zweiter Magnet des zweiten MagneitpolpaarsSecond magnet of the second magnetic pole pair

1212

Erster TrägerFirst carrier

1313

Zweiter TrägerSecond carrier

1414

Dritter TrägerThird party carrier

1515

Luftspalt Air gap

100100

FahrradBicycle

101101

VorderradFront wheel

102102

HinterradRear wheel

103103

TretkurbelwelleCrankshaft

104104

ZugmitteltriebTraction drive

105105

Pedalpedal

106106

Ritzelpinion

107107

AbtriebszahnradOutput gear

108108

ZugmittelTraction device

109109

RotorwelleRotor shaft

Claims (13)

Antriebsstrang (1) für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad (100), umfassend eine elektrische Maschine (2) sowie ein magnetisches Getriebe (3), wobei das Getriebe (3) ein erstes Getriebeelement (4), ein zweites Getriebeelement (5) sowie ein drittes Getriebeelement (6) aufweist, wobei die Getriebeelemente (4, 5, 6) koaxial zueinander und gegeneinander drehbar angeordnet sind, wobei das erste Getriebeelement (4) eine erste Anzahl erste Magnetpolpaare (7) aufweist, wobei das zweite Getriebeelement (5) eine von der ersten Anzahl verschiedene zweite Anzahl zweite Magnetpolpaare (7) aufweist, und wobei das dritte Getriebeelement (6) magnetische Leiterelemente (9) aufweist, die einen Magnetfluss zwischen den Magnetpolpaaren (7, 8) führen.Drive train (1) for an at least partially electrically powered bicycle (100), comprising an electric machine (2) and a magnetic transmission (3), wherein the transmission (3) has a first transmission element (4), a second transmission element (5) and a third transmission element (6), wherein the transmission elements (4, 5, 6) are arranged coaxially to one another and rotatable against one another, wherein the first transmission element (4) has a first number of first magnetic pole pairs (7), wherein the second transmission element (5) has a second number of second magnetic pole pairs (7) different from the first number, and wherein the third transmission element (6) has magnetic conductor elements (9) which conduct a magnetic flux between the magnetic pole pairs (7, 8). Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1, wobei die ersten Magnetpolpaare (7) durch erste Magnete (10) gebildet sind, wobei die ersten Magnete (10) an einem ersten Träger (12) des ersten Getriebeelements (4) angeordnet sind.Drivetrain (1) to Claim 1 , wherein the first magnetic pole pairs (7) are formed by first magnets (10), wherein the first magnets (10) are arranged on a first carrier (12) of the first gear element (4). Antriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die zweiten Magnetpolpaare (8) durch zweite Magnete (11) gebildet sind, wobei die zweiten Magnete (11) an einem zweiten Träger (13) des zweiten Getriebeelements (5) angeordnet sind.Drivetrain (1) to Claim 1 or Claim 2 , wherein the second magnetic pole pairs (8) are formed by second magnets (11), wherein the second magnets (11) are arranged on a second carrier (13) of the second gear element (5). Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterelemente (9) an einem dritten Träger (14) des dritten Getriebeelements (6) angeordnet sind.Drive train (1) according to one of the preceding claims, wherein the conductor elements (9) are arranged on a third carrier (14) of the third transmission element (6). Antriebsstrang (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Getriebeelement (4) dazu eingerichtet ist, das zweite und dritte Getriebeelement (5, 6) wenigstens teilweise radial aufzunehmen.Drive train (1) according to one of the preceding claims, wherein the first transmission element (4) is adapted to at least partially receive the second and third transmission elements (5, 6) radially. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 5, wobei das dritte Getriebeelement (6) ring- oder hülsenförmig ausgebildet und radial zwischen dem ersten und zweiten Getriebeelement (4, 5) angeordnet ist.Drivetrain (1) to Claim 5 , wherein the third gear element (6) is ring-shaped or sleeve-shaped and is arranged radially between the first and second gear elements (4, 5). Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, wobei das erste Getriebeelement (4) mit einem Antriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, wobei das zweite Getriebeelement (5) mit einem Abtriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, und wobei das dritte Getriebeelement (6) stationär festgesetzt ist.Drivetrain (1) to Claim 6 , wherein the first gear element (4) is rotationally fixedly connected to a drive element of the transmission (3), wherein the second gear element (5) is rotationally fixedly connected to an output element of the transmission (3), and wherein the third gear element (6) is fixed in a stationary manner. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, wobei das erste Getriebeelement (4) mit einem Antriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, wobei das dritte Getriebeelement (6) mit einem Abtriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, und wobei das zweite Getriebeelement (5) stationär festgesetzt ist.Drivetrain (1) to Claim 6 , wherein the first gear element (4) is rotationally fixedly connected to a drive element of the transmission (3), wherein the third gear element (6) is rotationally fixedly connected to an output element of the transmission (3), and wherein the second gear element (5) is fixed in a stationary manner. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, wobei das zweite Getriebeelement (5) mit einem Antriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, wobei das erste Getriebeelement (4) mit einem Abtriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, und wobei das dritte Getriebeelement (6) stationär festgesetzt ist.Drivetrain (1) to Claim 6 , wherein the second gear element (5) is rotationally fixedly connected to a drive element of the transmission (3), wherein the first gear element (4) is rotationally fixedly connected to an output element of the transmission (3), and wherein the third gear element (6) is fixed in a stationary manner. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, wobei das zweite Getriebeelement (5) mit einem Antriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, wobei das dritte Getriebeelement (6) mit einem Abtriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, und wobei das erste Getriebeelement (4) stationär festgesetzt ist.Drivetrain (1) to Claim 6 , wherein the second transmission element (5) is connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the transmission (3), wherein the third transmission element (6) is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the transmission (3), and wherein the first transmission element (4) is fixed in a stationary manner. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, wobei das dritte Getriebeelement (6) mit einem Antriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, wobei das zweite Getriebeelement (5) mit einem Abtriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, und wobei das erste Getriebeelement (4) stationär festgesetzt ist.Drivetrain (1) to Claim 6 , wherein the third gear element (6) is rotationally fixedly connected to a drive element of the transmission (3), wherein the second gear element (5) is rotationally fixedly connected to an output element of the transmission (3), and wherein the first gear element (4) is fixed stationary. Antriebsstrang (1) nach Anspruch 6, wobei das dritte Getriebeelement (6) mit einem Antriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, wobei das erste Getriebeelement (4) mit einem Abtriebselement des Getriebes (3) drehfest verbunden ist, und wobei das zweite Getriebeelement (5) stationär festgesetzt ist.Drivetrain (1) to Claim 6 , wherein the third gear element (6) is connected in a rotationally fixed manner to a drive element of the gear (3), wherein the first gear element (4) is connected in a rotationally fixed manner to an output element of the gear (3), and wherein the second gear element (5) is fixed in a stationary manner. Ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrrad (100), umfassend einen Antriebsstrang (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.An at least partially electrically powered bicycle (100) comprising a drive train (1) according to one of the preceding claims.

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