NL2019026B1

NL2019026B1 - Aandrijving voor een rijwiel

Info

Publication number: NL2019026B1
Application number: NL2019026A
Authority: NL
Inventors: Marie Van Druten Roëll; Gijsbertus Antonius Van Den Brand Johannes
Original assignee: Advancing Tech B V
Priority date: 2017-06-06
Filing date: 2017-06-06
Publication date: 2018-12-19
Also published as: TWI791022B; WO2018226095A1; EP3634844A1; TW201902781A; NL2019026A

Abstract

Aandrijving voor een rijWiel Een aandrijving 1 heeft een trapas 3 en een uitgang 5 die via een kettingoverbrenging 7—11 en een eerste vrijlooplager 13 is verbonden met de wielnaaf 15. De trapas 3 is via een tweede vrijlooplager 17 met een planetaire tandwielset 19 verbonden. Deze tandwielset heeft drie rotatielichamen 21—25 die verbonden zijn met respectievelijk de trapas 3, de uitgang 5, en een met het frame 27 van het rijwiel verbonden behuizing. Tussen het derde rotatielichaam 25 en de behuizing bevindt zich een koppelsensor 29 voor het meten van het via de pedalen 31 op de trapas uitgeoefende koppel. In de behuizing bevindt zich voorts een elektromotor 33 die via een derde vrijlooplager 35 is verbonden met de uitgang. De elektromotor dient ter ondersteuning van de fietser. Hiertoe stuurt een regelunit de elektromotor aan als functie van het door de koppelsensor gemeten koppel. (Figuur 1)

Description

BESCHRIJVING:

Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een aandrijving voor een rijwiel omvattende:

een ingang gevormd door een trapas en een uitgang die met een voorste kettingwiel van het rijwiel verbonden kan worden, een behuizing die met een frame van het rijwiel verbonden kan worden of aan het frame bevestigd is, een planetaire tandwielset met ten minste drie rotatielichamen waarvan een eerste rotatielichaam is verbonden met de trapas, een tweede rotatielichaam is verbonden met de uitgang, en het derde lichaam is verbonden met de behuizing, een sensor die aanwezig is tussen het derde rotatielichaam en de behuizing, en een elektromotor met een stator die is verbonden met de behuizing en een rotor die is verbonden met de uitgang.

De sensor kan uitgevoerd zijn als een krachtsensor of een positie- of verplaatsings(rotatie)sensor. Uit de gemeten waarde wordt het koppel berekend dat afgesteund wordt op de behuizing. De elektromotor dient ter ondersteuning van de fietser. Hiertoe stuurt een regelunit de elektromotor aan als functie van het berekende koppel.

Stand van de techniek

Een dergelijke aandrijving is bekend uit DE 10 2011 089559 A. In elektrische fietsen worden direct-drive-motoren gebruikt op het voorwiel of het achterwiel. Achterwiel-naafmotoren geven de beste driveability (rijdbaarheid). Nadeel van een achterwiel-naafmotor is dat er geen versnellingsnaaf kan worden toegepast. Wel kan er een derailleur worden toegepast. Echter indien er een helling is en er wordt teruggeschakeld dan blijft het koppel wat de elektromotor direct op het wiel kan zetten gelijk, terwijl ook dan eigenlijk meer koppelassistentie van de motor gewenst is. Om dit op te lossen kan de elektromotor met de trapas verbonden worden, zoals bij de bekende aandrijving het geval is. Hierdoor kan zowel versnellingsnaven als derailleurs toegepast worden. Een verder voordeel hiervan is dat het koppel van de elektromotor wel wordt versterkt naar het achterwiel indien teruggeschakeld wordt.

Een gangbare kettingoverbrenging is een factor 2 koppelverlagend naar het achterwiel en een gangbare versnellingsnaaf kan maximaal een factor 2 het koppel weer versterken. Dus netto wordt het koppel van een elektromotor die direct aan de trapas is bevestigd in de gangbare situatie niet vergroot naar het achterwiel toe in de laagste versnelling. Om dit dan weer op te lossen kan het voorste kettingwiel een factor 2 verkleind worden waardoor er een factor 2 meer koppel op het achterwiel komt vanuit de elektromotor. Hierdoor gaat echter de rotatiesnelheid van het voorste kettingwiel met een factor 2 omhoog en zal er dus tussen het voorste kettingwiel en de trapas een vertragende overbrenging nodig zijn (vanuit de trapas naar het voorste kettingblad dus versnellend). Een concentrische overbrenging zoals een planetaire set leent zich hier goed voor.

Omdat er ook een koppelmeting van het trapaskoppel (niet motorkoppel) nodig is, leent de planeetset zich ook bijzonder goed om het koppel te meten aan de hand van de kracht op het stilstaande (niet roterende) rotatielichaam.

Een factor 2 versnellende planeetset laat zich moeilijk construeren wanneer het ringwiel vast staat en de planeetdrager met de ingang is verbonden en de zon met de uitgang, zoals bij de bekende aandrijving het geval is, omdat dan de overbrenging tussen het ringwiel en het zonnewiel gelijk aan 1 dient te zijn ofwel dat de diameter van het ringwiel gelijk dient te zijn aan de diameter van het zonnewiel.

Samenvatting van de uitvinding

Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een aandrijving van de in de aanhef omschreven soort waarbij op eenvoudigere wijze dan bij de bekende aandrijving een planeetset geconstrueerd kan worden met een relatief grote overbrengingsverhouding (bijvoorkeur gelijk aan 2) tussen het eerste en tweede rotatielichaam. Hiertoe is de aandrijving volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat het derde rotatielichaam is gevormd door een planetendrager. Met een planeetset met dubbele planeten is een overbrengingsverhouding tussen het ringwiel en het zonnewiel van 2 nodig (versnellend naar het ringwiel), hetgeen wel goed te construeren is (ringwiel is de ingang en zonnewiel is de uitgang). Verder is het ook mogelijk om dit te bereiken met een planeetset met 2 zonnewielen of 2 ringwielen en 1 planetendrager. In beide genoemde voorkeursconstructies kan dus het trapkoppel gemeten worden door het koppel op de stilstaande planetendrager te meten.

Op grond van het bovenstaande is een gunstige uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat het tweede rotatielichaam is gevormd door een zonnewiel.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding is op grond van het bovenstaande gekenmerkt, doordat het eerste rotatielichaam is gevormd door een verder zonnewiel.

Nog een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding is op grond van het bovenstaande gekenmerkt, doordat het eerste rotatielichaam is gevormd door een ringwiel.

Bij voorkeur zijn op de planetendrager een aantal planeetwielparen gelagerd, waarbij de planeetwielen van elk paar met elkaar in ingrijping zijn en een van de planeetwielen in ingrijping is met het ringwiel en de andere in ingrijping is met het zonnewiel.

Een verder nadeel van de bekende aandrijving is dat de elektromotor hoogtoerig draait en via een tandwieloverbrenging is gekoppeld met de trapas. Dit veroorzaakt geluid. In een verdere uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding is de elektromotor direct met de trapas verbonden, en dus laagtoerig draait zonder tussenkomst van tandwielen.

Bij voorkeur is er een vrijlooplager of vrijloopkoppeling aanwezig tussen de trapas en het eerste rotatielichaam en/of tussen de uitgang en het tweede rotatielichaam en/of tussen de uitgang en de elektromotor.

Voorts is de uitgang bij voorkeur gevormd door een holle as die concentrisch is aan de trapas.

Beknopte omschrijving van de tekeningen

Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de aandrijving volgens de uitvinding. Hierbij toont:

Figuur 1 een schematische weergave van een eerste uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding;

Figuur 2 een vereenvoudigde weergave van een dwarsdoorsnede van de in figuur 1 weergegeven aandrijving;

Figuur 3 een modulaire variant van de in figuur 1 weergegeven aandrijving in samengestelde toestand;

Figuur 4 de in figuur 3 weergegeven modulaire variant in modules uiteen genomen;

Figuur 5 een verdere modulaire variant van de in figuur 1 weergegeven aandrijving in modules uiteen genomen;

Figuur 6 een vereenvoudigde weergave van een dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding;

Figuur 7 een schematische weergave van een derde uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding;

Figuur 8 een vereenvoudigde weergave van een dwarsdoorsnede van de in figuur 7 weergegeven aandrijving;

Figuur 9 de in figuur 8 weergegeven aandrijving in modules uiteen genomen; en

Figuur 10 een variant van de in figuur 8 weergegeven aandrijving in modules uiteen genomen.

Gedetailleerde omschrijving van de tekeningen

In figuur 1 is een eerste uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding schematisch weergegeven. De aandrijving 1 heeft een ingang gevormd door een trapas 3 en een uitgang 5 die met een voorste ketting wiel 7 van een rijwiel is verbonden. Dit voorste kettingwiel is via een ketting 9 gekoppeld met een achterste kettingwiel 11 dat via een eerste vrijlooplager 13 is verbonden met de wielnaaf 15.

De trapas 3 is via een tweede vrijlooplager 17 met een planetaire tandwielset 19 verbonden. Dit tweede vrijlooplager kan in plaats van de getoonde positie ook aanwezig zijn tussen de planetaire tandwielset 19 en de uitgang 5. Deze planetaire tandwielset heeft drie rotatielichamen waarvan een eerste rotatielichaam 21 is verbonden met de trapas 3, een tweede rotatielichaam 23 is verbonden met de uitgang 5, en het derde lichaam 25 is verbonden met een behuizing (niet weergegeven in figuur 1) die is verbonden met het frame 27 (schematisch aangegeven) van het rijwiel.

Tussen het derde rotatielichaam 25 en de behuizing bevindt zich een koppelsensor 29 voor het meten van het via de pedalen 31 op de trapas uitgeoefende koppel. In de behuizing bevindt zich voorts een elektromotor 33 die via een derde vrijlooplager 35 is verbonden met de uitgang. De elektromotor dient ter ondersteuning van de fietser. Hiertoe stuurt een regelunit (niet weergegeven) de elektromotor aan als functie van het door de koppelsensor gemeten koppel.

In figuur 2 is een vereenvoudigde weergave van een dwarsdoorsnede van de in figuur 1 weergegeven aandrijving weergegeven. Hierin is duidelijk te zien dat de stator 39 van de elektromotor is verbonden met de behuizing 37 en de rotor 41 via het derde vrijlooplager 35 is verbonden met de uitgang 5. De rotor 41 is via lager 43 in de behuizing 37 gelagerd en de trapas 3 is via lager 45 en lagers 47 en 49 in de behuizing gelagerd. De uitgang 5 is gevormd door een holle as die tussen de lagers 47 en 49 is gelagerd. In deze uitvoeringsvorm is het derde rotatielichaam 25 gevormd door een planetendrager, het tweede rotatielichaam 23 gevormd door een zonnewiel, en het eerste rotatielichaam 21 gevormd door een verder zonnewiel.

In figuur 3 is een modulaire variant van de in figuur 1 weergegeven aandrijving in samengestelde toestand weergegeven. De behuizing 37 is gedeeld in een deel 37a dat is verbonden met het frame 27 en een deel 37b waarin het lager 49 is ondergebracht. De beide delen kunnen bijvoorbeeld door middel van bouten met elkaar verbonden worden. De rotor 41 is ook gedeeld in twee delen, een deel 41a dat is verbonden met de magneten 42 en een deel 41b dat is verbonden met het derde vrijlooplager 35. De beide delen zijn via een spievertanding 51 met elkaar verbonden en kunnen eenvoudig uit elkaar geschoven worden. In figuur 4 is de aandrijving in modules la en lb uiteengenomen weergegeven. De koppelsensor 29 en het lager 45 malven deel uit van het deel la. Tussen de koppelsensor en het derde rotatielichaam is ook een koppeling 53 aanwezig waarbij de verbinding door in/uit elkaar schuiven gemaakt/verbroken kan worden.

In figuur 5 is een verdere modulaire variant van de in figuur 1 weergegeven aandrijving in modules uiteen genomen weergegeven. Hierbij maken de koppelsensor 29 en het lager 45 maken deel uit van het deel lb dat hiertoe is voorzien van een hulpdeel 54.

In figuur 6 is een vereenvoudigde weergave van een dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding weergegeven. Bij deze aandrijving 55 is de elektromotor niet concentrisch maar excentrisch ten opzichte van de trapas 3 aanwezig. Hierbij is de rotor 41 via een overbrenging 57 (kan elke overbrenging zijn, zoals een tandwieloverbrenging of riem- of kettingoverbrenging) verbonden met het derde vrijlooplager 35.

In figuur 7 is schematisch een derde uitvoeringsvorm van de aandrijving volgens de uitvinding weergegeven. Bij deze aandrijving 59 is de planetaire tandwielset 19’ anders uitgevoerd, namelijk voorzien van een zonnewiel en ringwiel in plaats van twee zonnewielen en een planetendrager waarbij de planeten paarsgewijs tussen het ringwiel en zonnewiel aanwezig zijn. In figuur 8 is een vereenvoudigde weergave van een dwarsdoorsnede van deze aandrijving weergegeven. Het eerste rotatielichaam 21’ van de planetaire tandwielset is hierbij gevormd door een ringwiel, het tweede rotatielichaam 23’ door een zonnewiel en het derde rotatielichaam 25’ door een planeterdrager waarbij de planeten in paren aanwezig zijn. De koppelsensor 29’ bevindt zich hierbij tegen de stator 39 in plaats van tegen de behuizing 37.

In de figuren 9 en 10 zijn twee uitvoeringsvormen van deze aandrijving in modules uiteen genomen weergegeven met verschillende posities van de koppelsensor. Bij de in figuur 9 getoonde uitvoeringsvorm 59 bevindt de koppelsensor 29’ zich tegen de stator 39 en bij de in figuur 10 getoonde uitvoeringsvorm 59’ bevindt de koppelsensor 29’ zich tegen de behuizing 37.

Hoewel in het voorgaande de uitvinding is toegelicht aan de hand van de tekeningen, dient te worden vastgesteld dat de uitvinding geenszins tot de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm is beperkt. De uitvinding strekt zich mede uit tot alle van de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm afwijkende uitvoeringsvormen binnen het door de conclusies gedefinieerde kader.

Claims

CONCLUSIES:

1. Aandrijving voor een rijwiel omvattende:

een ingang gevormd door een trapas (3) en een uitgang (5) die met een voorste kettingwiel (7) van het rijwiel verbonden kan worden, een behuizing (37) die met een frame (27) van het rijwiel verbonden kan worden of aan het frame bevestigd is, een planetaire tandwielset (19; 19’) met ten minste drie rotatielichamen waarvan een eerste rotatielichaam (21; 2Γ) is verbonden met de trapas, een tweede rotatielichaam (23; 23’) is verbonden met de uitgang, en het derde lichaam (25, 25’) is verbonden met de behuizing, een sensor (29; 29’) die aanwezig is tussen het derde rotatielichaam en de behuizing, en een elektromotor (33) met een stator (39) die is verbonden met de behuizing en een rotor (41) die is verbonden met de uitgang, met het kenmerk, dat het derde rotatielichaam (25; 25’) is gevormd door een planetendrager.
2. Aandrijving volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het tweede rotatielichaam (23; 23’) is gevormd door een zonnewiel.
3. Aandrijving volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het eerste rotatielichaam (21) is gevormd door een verder zonnewiel.
4. Aandrijving volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het eerste rotatielichaam (2Γ) is gevormd door een ring wiel.
5. Aandrijving volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat op de planetendrager een aantal planeetwielparen gelagerd zijn, waarbij de planeetwielen van elk paar met elkaar in ingrijping zijn en een van de planeetwielen in ingrijping is met het ringwiel en de andere in ingrijping is met het zonnewiel.
6. Aandrijving volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektromotor (33) direct met de trapas (3) is verbonden.
7. Aandrijving volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een vrijlooplager (13, 17, 35) of vrijloopkoppeling aanwezig is tussen de trapas (3) en het eerste rotatielichaam (21; 21’) en/of tussen de uitgang (5) en het tweede rotatielichaam (23; 23’) en/of tussen de uitgang (5) en de elektromotor (33).
8. Aandrijving volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de uitgang (5) is gevormd door een holle as die concentrisch is aan de trapas (3).

45 17

35 47 la

XI KWWWWWWWWWWWWWW1 rlAJL