DE19706631B4

DE19706631B4 - Bicycle with an alternator for regenerative regenerative braking on gradients and / or braking

Info

Publication number: DE19706631B4
Application number: DE19706631A
Authority: DE
Inventors: Henry Tunger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: DE19706631A1

Abstract

Fahrrad mit einer in die Vorderradnabe eingebauten elektrischen Maschine zur generatorischen Nutzbremsung auf Gefällestrecken und/oder bei Bremsvorgängen, mit einem am Fahrradrahmen befestigten Akkumulator und mit einer Steuerung, die oberhalb einer vorgegebenen und sensorisch erfassten Fahrgeschwindigkeit, bei Talfahrt oder bei Betätigung der Vorder- oder Hinterradbremse, die elektrische Maschine auf Generatorbetrieb, zum Laden des Akkumulators umschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine ein Drehstromgenerator (9) ist und zur Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit auf eine vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit ein Neigungswinkelsensor (5) und Mittel (6) zur Einstellung des Erregerstroms (I_E) des Drehstromgenerators (9), abhängig von der Neigung der Gefällestrecke vorgesehen sind und dass Mittel (3, 4) zur Einstellung des maximalen Erregerstroms, unabhängig von der Neigung des Fahrweges vorgesehen sind, sobald die Vorder- oder Hinterradbremse betätigt wird.Bicycle with built in the front hub electric machine for regenerative regenerative braking on gradients and / or braking, with an attached to the bicycle frame accumulator and with a control above a predetermined and sensory detected driving speed, when driving down or when pressing the front or rear brake in that the electric machine is an alternator (9) and, for limiting the travel speed to a prescribed maximum speed, a tilt angle sensor (5) and means (6) for setting the exciter current ( I _E ) of the alternator (9), are provided depending on the inclination of the downward slope and that means (3, 4) are provided for adjusting the maximum excitation current, regardless of the inclination of the track, as soon as the front or rear brake is actuated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrrad mit einer in die Vorderradnabe eingebauten elektrischen Maschine zur generatorischen Nutzbremsung auf Gefällestrecken und/oder bei Bremsvorgängen, mit einem am Fahrradrahmen befestigten Akkumulator und mit einer Steuerung, die oberhalb einer vorgegebenen und sensorisch erfassten Fahrgeschwindigkeit, bei Talfahrt oder bei Betätigung der Vorder- oder Hinterradbremse, die elektrische Maschine auf Generatorbetrieb, zum Laden des Akkumulators umschaltet.The The invention relates to a bicycle with a built in the front hub electric machine for regenerative regenerative braking on gradients and / or during braking, with an attached to the bicycle frame accumulator and with a Control above a predetermined and sensory detected Driving speed, when driving downhill or when operating the front or rear brake, the electric machine on generator operation, for charging the accumulator switches.

Fahrräder, welche einen zu- und abschaltbaren Elektromotor aufweisen sind seit langem bekannt. Beispielsweise ist aus der DE 36 32 781 A1 ein Fahrrad bekannt, bei dem der Elektromotor in die Nabe des Vorderrads oder auch des Hinterrads eingebaut ist. Der Motor kann in bekannter Weise über elektrische Regelschalter und Getriebeschaltung so umgeschaltet werden, dass der Motor als elektrischer Ladegenerator zur Wiederaufladung von Akkumulatoren wirksam wird. Eine Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit auf eine vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit ist dabei nicht vorgesehen. Erwähnt ist, dass die automatische Umschaltung des Elektromotors auf Ladegeneratorbetrieb auch immer dann erfolgt, wenn bei Talfahrt des Fahrrades ein elektrischer und/oder mechanischer Geschwindigkeitsregulator bei Überschreiten einer Maximalgeschwindigkeit mit bekannten mechanischen und elektrischen Schalt- und Getriebe-Stelleinrichtungen die Umschaltung auf Ladebetrieb besorgt.Bicycles, which have a switched on and off electric motor have long been known. For example, is from the DE 36 32 781 A1 a bicycle is known in which the electric motor is installed in the hub of the front wheel or the rear wheel. The engine can be switched in a known manner via electrical control switch and transmission circuit so that the engine is effective as an electrical charging generator for recharging of batteries. A limitation of the driving speed to a prescribed maximum speed is not provided. It should be mentioned that the automatic switching of the electric motor to Ladegeneratorbetrieb also always takes place when driving down the bicycle, an electrical and / or mechanical speed regulator worried when switching a maximum speed with known mechanical and electrical switching and transmission control devices switching to charging operation.

Weiterhin ist aus der DE 42 17 247 A1 ein Überwachungssystem für die Neigung von Fahrzeugen, insbesondere von Lastkraftwagen, bekannt, das zur Vermeidung des Umkippens eines Fahrzeuges durch ungleichmäßige Beladung eine ausgeglichene Belastung der Ladefläche ermöglicht. Dabei wird die Neigungslage eines Fahrzeuges gegenüber der Lotrechten in Längs- und Querrichtung ermittelt, weiterhin werden diese Werte in einer elektronischen Schaltung gleichzeitig verarbeitet und schließlich mittels vier 12-teiligen Leuchtbandanzeigen optisch dargestellt. Grenzwerte für die Auslösung von Alarmsignalen können vorab eingestellt werden. Diese Anzeigemittel ermöglichen dem Fahrzeugführer eine Korrektur der Belastungsverteilung des Fahrzeuges und versetzen ihn in die Lage, eine Verschiebung der Ladung zu erkennen, wie sie z.B. ein Bremsmanöver auslösen kann. Weiterhin ist die Möglichkeit zur Messung der Querbeschleunigung eines Fahrzeuges, die für die Fahrtrichtungsstabilität mit entscheidend ist, gegeben. Hierzu weist die Messeinheit ein Kreuzpotentiometer und ein Pendel auf. Zur Vermeidung von Schwingungen wird das Pendel mit zwei um 90° zueinander versetzten Federn gedämpft.Furthermore, from the DE 42 17 247 A1 a monitoring system for the inclination of vehicles, in particular of trucks, known, which allows to avoid the tipping over of a vehicle by uneven loading a balanced load on the bed. In this case, the inclination position of a vehicle relative to the vertical in the longitudinal and transverse directions is determined, furthermore, these values are simultaneously processed in an electronic circuit and finally visualized by means of four 12-part illuminated strip displays. Limits for the triggering of alarm signals can be set in advance. These display means allow the driver to correct the load distribution of the vehicle and enable it to detect a shift in the load, such as can trigger a braking maneuver. Furthermore, the possibility for measuring the lateral acceleration of a vehicle, which is crucial for the directional stability, given. For this purpose, the measuring unit has a cross potentiometer and a pendulum. To avoid vibrations, the pendulum is damped with two springs offset by 90 °.

Schließlich betrifft die DE 44 20 081 A1 eine Messeinrichtung für ein Fahrrad derart, dass der Fahrradfahrer eine Vielzahl von Messdaten zur Verfügung gestellt bekommt, durch welche er seine Fahrweise bzw. durch die der Fahrradfahrer eine Bewertung seiner Fahrweise erhält. Es werden also Messwerte zur Verfügung gestellt, aus denen z.B. die verbrauchte Energie bzw. die kumulierte Eingangsleistung des Radfahrers für die Dauer einer Radtour angezeigt werden kann. Als Messwertaufnehmer werden Piezoelemente oder ein faseroptisches Druckelement verwendet.Finally, the concerns DE 44 20 081 A1 a measuring device for a bicycle such that the cyclist gets a variety of measurement data provided by which he receives his driving style or by the cyclist an assessment of his driving style. Thus, measured values are made available from which, for example, the consumed energy or the cumulative input power of the cyclist can be displayed for the duration of a bicycle tour. As a transducer, piezoelectric elements or a fiber optic pressure element are used.

Wie die vorstehende Würdigung des Standes der Technik aufzeigt, sind Fahrräder mit Elektromotor bzw. mit verschiedenen Messeinrichtungen bekannt. Eine generatorische Nutzbremsung ist von großem Nutzen, jedoch fehlt im Stand der Technik eine Vorrichtung, bei welcher die automatische Umschaltung nicht nur in Abhängigkeit einer vorgegebenen und sensorisch erfassten Fahrgeschwindigkeit, insbesondere auf Gefällestrecken und/oder bei Bremsvorgängen, sondern in Abhängigkeit von weiteren Kriterien erfolgt.As the above assessment of the prior art are bicycles with electric motor or with various measuring devices known. A regenerative regenerative braking is great Benefit, however, lacks a device in the prior art which the automatic switching not only in dependence a predetermined and sensory detected driving speed, in particular on downhill slopes and / or during braking, but in dependence of further criteria.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrrad mit einer in die Vorderradnabe eingebauten elektrischen Maschine zur generatorischen Nutzbremsung auf Gefällestrecken und/oder bei Bremsvorgängen, derart auszugestalten, dass kostengünstig die automatische generatorische Nutzbremsung weiter verbessert wird.Of the Invention is therefore based on the object, a bicycle with a Electric machine built into the front hub for generating Regenerative braking on gradients and / or during braking, to design such that inexpensive automatic regenerative regenerative braking is further improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elektrische Maschine ein Drehstromgenerator ist, wobei zur Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit auf eine vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit ein Neigungswinkelsensor und Mittel zur Einstellung des Erregerstroms des Drehstromgenerators, abhängig von der Neigung der Gefällestrecke, vorgesehen sind und dass Mittel zur Einstellung des maximalen Erregerstroms, unabhängig von der Neigung des Fahrweges vorgesehen sind, sobald die Vorder- oder Hinterradbremse betätigt wird.These Task is inventively characterized solved, that the electric machine is an alternator, wherein to limit the driving speed to a prescribed top speed a tilt angle sensor and means for adjusting the exciting current of the alternator, depending from the inclination of the slope, are provided and that means for adjusting the maximum excitation current, independently provided by the inclination of the track, as soon as the front or rear brake actuated becomes.

Das erfindungsgemäße Fahrrad weist den Vorteil auf, dass das generatorische Bremsen des Fahrrads zum Laden eines Akkumulators bei Gefällstrecken weiter verbessert wird, insbesondere unter Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit auf eine vorgeschriebene Höchstgeschwindigkeit/Fahrgeschwindigkeitswert von z.B. 10/15 km/h (6/9 m.p.h.). Dabei ist die Steuerung derart ausgelegt, dass auch ohne mechanische Bremseinwirkung – selbst bei extremen Gefällestrecken und schwergewichtigem Fahrer – die Erdanziehungskraft es nicht vermag, das Fahrrad über die Höchstgeschwindigkeit zu beschleunigen, wohl aber dabei die Bordbatterie/Akkumulator entsprechend aufzuladen. Die Hinternabe des erfindungsgemäßen Fahrrads verfügt erfindungsgemäß über einen konzentrisch eingebauten schaltbaren Gleich-/Drehstromantriebsmotor – mit definierter Nenndrehzahl und Drehmoment – dessen Polschuh-Baugruppe drehfest in der statischen Radnabenhälfte angeordnet ist. Die Anker sind wiederum mit der drehbeweglichen (Radspeichen-führenden-/zugarretierenden) Radnabenhälfte drehfest verbunden. Beide Radnabenhälften sind ineinander geschoben, sowie zueinander mittels (Doppelrillen-) Kugellager, gelagert und weiterhin zueinander abgedichtet. In der rotorstatischen Vorderrad-Nabenhälfte wiederum ist ein Generatorständer, bzw. dessen Wicklung drehfest angeordnet, wogegen dessen interndiametrischer (Klauenpol-) Läufer drehfest mit der anderen (radspeichenführenden) Radnabenhälfte verbunden ist. Gleich wie bei der Hinterradnabe sind hierbei beide Radnabenhälften ineinander geschoben, sowie zueinander mittels (Doppelrillen-) Kugellager, gelagert und weiterhin zueinander abgedichtet. Dementsprechend sind die Radspeichen, welche die jeweiligen drehbeweglichen Radnabenhälften radial umfassen, an deren radialen Außenseite in (aufgegossenen) so genannten Speichennippel-Einhängeblöcken gelagert.The bicycle according to the invention has the advantage that the regenerative braking of the bicycle for charging a battery is further improved on gradients, in particular while limiting the vehicle speed to a prescribed maximum speed / driving speed value of eg 10/15 km / h (6/9 mph). The control is designed so that even without mechanical braking action - even with extreme gradients and heavy driver - the gravitational force is not able to accelerate the bike over the maximum speed, but while the on-board battery / accumulator ent to charge speaking. The rear hub of the bicycle according to the invention has a concentrically built switchable DC / AC drive motor - with a defined rated speed and torque - whose pole piece assembly is rotatably mounted in the static hub half. The anchors are in turn rotatably connected to the rotatable (wheel spokes leading / zugarretierenden) hub half. Both hubs halves are pushed into each other, and each other by means of (double grooved) ball bearings, stored and further sealed to each other. In turn, a generator stator, or its winding is rotatably disposed in the rotor-static front wheel hub half, whereas its interndiametrischer (Klauenpol-) rotor is rotatably connected to the other (wheel spoke) hub half. As in the case of the rear wheel hub, both wheel hub halves are pushed into one another and mounted to each other by means of (double groove) ball bearings, and further sealed to one another. Accordingly, the wheel spokes which radially surround the respective rotatable hub halves are supported on the radially outer side thereof in (spilled) so-called spoke nipple suspension blocks.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind, gemäß Patentanspruch 2, der Neigungswinkelsensor als Gravitationslotpendel und die Mittel zur Einstellung des Erregerstrom des Drehstromgenerators als Widerstand-Drehpotentiometer ausgestaltet und das Gravitationslotpendel ist hydraulisch gedämpft.at a preferred embodiment of the invention are, according to claim 2, the inclination angle sensor as gravitational soldering pendulum and the means designed to set the excitation current of the alternator as a resistance rotary potentiometer and the gravitational pendulum is hydraulically damped.

Diese Ausgestaltung der Erfindung weist den Vorteil auf, dass durch die hydraulische Dämpfung des Gravitationslotpendels, Fahrbahnunebenheiten sich kaum auf die Messwerte auswirken.These Embodiment of the invention has the advantage that through the hydraulic damping of the Gravitational pendulum, road bumps barely on the readings impact.

In Weiterbildung der Erfindung greift, gemäß Patentanspruch 3, die an einem Ende mittels Stoßdämpfer am Fahrradrahmen gelagerte Pendelachse des Gravitationslotpendels über ein am gegenüberliegenden Ende angeordnetes Zahnsegment an der verzahnten Achse des Drehpotentiometers an.In Development of the invention attacks, according to claim 3, the one end by means of shock absorbers on Bicycle frame mounted pendulum axis of gravity pendulum on a at the opposite End arranged toothed segment on the toothed axis of the rotary potentiometer at.

Vorzugsweise weist, gemäß Patentanspruch 4, das Fahrrad herkömmliche Felgenbremsen für das Vorder- und Hinterrad auf, die von am Lenker befestigten Handgriffen aus betätigt werden, indem über je einen Bowdenzug und den Bremszangen die Kraft für die mechanische Bremsung übertragen wird und weiterhin ist ein Piezoelement zur Erfassung der Betätigung der im Fahrrad eingesetzten Vorder- bzw. Hinterradbremse im Kraftübertragungsstrang eingebaut, wobei über eine nachgeordnete Transistorschalteinheit der maximal mögliche Erregerstrom, unabhängig von der Neigung des Fahrweges, an den Drehstromgenerator geliefert wird.Preferably has, according to claim 4, the bike conventional Rim brakes for the front and rear wheel, the handlebars attached to the handlebars off pressed be over by each a Bowden cable and the calipers the power for the mechanical Transfer braking is and continues to be a piezoelectric element for detecting the actuation of used in the bicycle front or rear brake in the power transmission train built in, with over a downstream transistor switching unit the maximum possible excitation current, independent of the inclination of the track, is supplied to the alternator.

Hierdurch ist auf einfache Art und Weise der Ladevorgang von der Zeitdauer der Bremsung/Quetsch-Pressung abhängig.hereby is a simple way of charging from the time period depending on the braking / squeezing pressure.

In Weiterbildung der Erfindung ist, gemäß Patentanspruch 5, zum Ein- und Ausschalten des Nutzbremssystems ein manuell betätigbarer Schalter vorgesehen.In Further development of the invention is, according to claim 5, for and turning off the Nutzbremssystems a manually operable Switch provided.

Schließlich werden, gemäß Patentanspruch 6, induktive Sensoren zur Geschwindigkeitsermittlung verwendet, welche über ein Soll/Ist-Abgleichmodul und ein Schaltmodul mit dem Drehpotentiometer verbindbar sind.Finally, according to claim 6, inductive sensors used for speed determination, which via a Setpoint / actual adjustment module and a switching module can be connected to the rotary potentiometer are.

Weitere Vorteile und Einzelheiten lassen sich der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmen. In der Zeichnung zeigt:Further Advantages and details can be found in the following description a preferred embodiment of the invention with reference to the drawing. In the Drawing shows:

1 das Prinzip-/Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Fahrrads und 1 the principle / block diagram of the bicycle according to the invention and

2 Elemente des Fahrrads nach 1 im Detail. 2 Elements of the bicycle behind 1 in detail.

In der 1 ist das Prinzip-/Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Fahrrads dargestellt, dessen Elemente nachfolgend anhand der Bezugszeichen 1 bis 13 näher beschrieben und erläutert werden.

1 = Akkumulator mit spezifischer Nennspannung/Kapazität in Bezug auf die Lade-/Entladeparameter durch Generator/Antriebsmotor 9/10,
2 = rastbare, Schaltbrücke, mittels welcher der jeweilige Akkumulator/Batterie-Betriebsstrom sowohl zu den Mitteln zur Einstellung des maximalen Erregerstroms (Piezo-Bremskontakt-/Transistorschalteinheiten 3/4), als auch zu der Induktionsscheibe (11 Fahrgeschwindigkeitserfassung) bzw. dem- vor-/nachgeschalteten Soll/Ist-Abgleich Schaltmodul 12 von dem Veloführer bei Gefällstrecken zum Zwecke einer generatorischen Nutzbremsung zu- und bei nachfolgender ebener oder ansteigende Fahrstrecke, wieder abgeschaltet werden kann.
3 = Piezoelement der Vorderrad-Felgenbremse (siehe auch 2), bestehend aus Piezo-Quarzaufnehmer/Ladungsverstärker, welches für die Zeitdauer der Bremsung/Quetsch-Pressung (analog o./u. Pfeillinien "F") eine Basissteuerspannung für den nachgeschalteten Transistorschalter erzeugt, welcher daraufhin den maximalen Erregerstrom "I_E" an die Erregerwicklung des in der Vorderradnabe angeordneten Drehstromgenerators 9 schaltet.
4 = Piezoelement der Hinterrad-Felgenbremse (siehe auch 2), bestehend aus Piezo-Quarzaufnehmer/Ladungsverstärker, welches für die Zeitdauer der Bremsung/Quetsch-Pressung (analog o./u. Pfeillinien "F") eine Basissteuerspannung für den nachgeschalteten Transistorschalter erzeugt, welcher daraufhin – analog zur Vorderbremse – den maximal Erregerstrom "I_E" an die Erregerwicklung des in der Vorderradnabe angeordneten Drehstromgenerators 9 schaltet.
5 = Neigungswinkelsensor/Gravitationslotpendel, mittels welchem die Fahrstreckenneigung in Fahrtrichtung gemessen und – hydraulisch gegen Fahrbahnunebenheiten gedämpft – über ein – anschraubbares – Verzahnungssegment (siehe auch 2) mit einem Übersetzungsverhältnis auf eine radial verzahnte Achse eines Widerstand-Potentiometers 6 radial abgetrieben werden (siehe Pfeillinien). Dieses Element ist zu seiner Schaftschwenkachse am Chassis und oben an dem Schwingungsdämpfer längsbeweglich angelenkt. Das kugelförmige Lotgewicht ist bezüglich Gewicht und Hebelarm derart konzipiert, dass im Zusammenspiel mit dem oben angelenkten (Einrohr-) Stoßdämpfer (siehe auch 2) und auch bei relativ rasch wechselnder Fahrstreckenneigung, der Pendellotwert – abzüglich unvermeidbarer Reaktionszeiteinheiten – stets zur exakten Vertikalachse ausgerichtet bleibt/wird. Insbesondere wirken sich messwertschädigende Schwingungen entlang dieser Chassislängsachse/Fahrtrichtung ohne mechanische Bremseinwirkung nahezu nicht aus.
6 = Mittel zur Einstellung des Erregerstroms I_E/Widerstand-Drehpotentiometer, dessen interner verstellbarer Schleifkontakt einen derartigen Widerstands-Kennwert – unter Einrechnung des Zahnrad-Übersetzungsverhältnisses – zum Gravitationspendel 5 aufweist, dass der zuschaltbare Basisstrom, welcher an die Klemme "A" angelegt wird, proportional zur jeweiligen Fahrstreckenneigung von Klemme "E" an die Generatorklemme "DF" zugeführt wird.
7 = elektromagnetisches Schaltrelais, welches vom Soll/Ist-Abgleichmodul 12 der Fahrgeschwindigkeitssensoren bei Überschreitung der als Rad-Nenndrehzahl erfassten Fahrgeschwindigkeit, einen Steuerspannungsimpuls erhält und dabei den Basisstrom an das Potentiometer 6 anlegt.
8/9 = in der Vorderradnabe angeordneter Drehstromgenerator (8 = Schaltplan/9 = mechanischer Aufbau), dessen induktive Komponenten (Erreger-/Ständerwicklung) derartig elektromagnetisch ausgelegt sind, dass – auch ohne mechanische Bremseinwirkung und selbst bei extremen Gefällestrecken und schwergewichtiger Fahrerbelastung – die Erdanziehungskraft es nicht vermag, das Fahrrad auf die Höchstgeschwindigkeit überschreitende Fahrgeschwindigkeiten zu beschleunigen, und dass dabei jedoch der Akkumulator 1 entsprechend aufgeladen wird.

In the 1 is the principle / block diagram of the bicycle according to the invention shown, the elements of which reference numerals 1 to 13 be described and explained in more detail.

1 = Accumulator with specific rated voltage / capacity in relation to the charge / discharge parameters by generator / drive motor 9 / 10 .
2 = latchable, switching bridge, by means of which the respective accumulator / battery operating current to both the means for setting the maximum excitation current (piezo brake contact / transistor switching units 3 / 4 ), as well as to the induction disc ( 11 Driving speed detection) or the upstream / downstream setpoint / actual balancing switching module 12 from the bicycle guide on downhill gradients for the purpose of a regenerative regenerative braking on and on subsequent flat or rising route, can be switched off again.
3 = Piezo element of the front wheel rim brake (see also 2 ), consisting of piezo-Quarzaufnehmer / charge amplifier, which generates a base control voltage for the downstream transistor switch for the duration of the braking / crushing pressure (analog o./. Arrow lines "F"), which thereupon the maximum excitation current "I _E " the exciter winding of the arranged in the front hub three-phase alternator 9 on.
4 = Piezoelement of the rear wheel rim brake (see also 2 ), consisting of piezo quartz receiver / charge amplifier, which is for the duration the braking / squeezing pressure (analogous o./u. Arrow lines "F") generates a base control voltage for the downstream transistor switch, which then - analogous to the front brake - the maximum excitation current "I _E " to the exciter winding of the arranged in the front hub three-phase alternator 9 on.
5 = Inclination angle sensor / Gravitationslotpendel, by means of which the driving distance inclination measured in the direction of travel and - hydraulically damped against road bumps - on a - bolted - gear segment (see also 2 ) with a gear ratio on a radially toothed axis of a resistance potentiometer 6 be driven off radially (see arrow lines). This element is articulated longitudinally movably to its shaft pivot axis on the chassis and on top of the vibration damper. The spherical solder weight is designed in terms of weight and lever arm in such a way that in interaction with the above hinged (monotube) shock absorbers (see also 2 ) and even with relatively rapidly changing route distance, the Pendellotwert - less unavoidable reaction time units - always remains aligned to the exact vertical axis / will. In particular, measured value damaging vibrations along this chassis longitudinal axis / direction of travel have virtually no effect without mechanical braking action.
6 = Means for adjusting the excitation current I _E / resistance rotary potentiometer whose internally adjustable sliding contact such a resistance characteristic - taking into account the gear ratio - to the gravitational pendulum 5 has that the switchable base current, which is applied to the terminal "A", proportional to the respective driving distance inclination of terminal "E" to the generator terminal "DF" is supplied.
7 = electromagnetic switching relay, which from the nominal / actual balancing module 12 the vehicle speed sensors when exceeding the rated speed as the rated wheel speed, receives a control voltage pulse and thereby the base current to the potentiometer 6 invests.
8th / 9 = in the front hub arranged alternator ( 8th = Circuit diagram / 9 = mechanical structure), whose inductive components (exciter / stator winding) are designed such electromagnetically that - even without mechanical braking action and even at extreme gradients and heavy driver load - the gravitational force is unable to accelerate the bicycle to the maximum speed exceeding driving speeds, and that while doing the accumulator 1 is charged accordingly.

Die bei konventionellen (KFZ-) Drehstromgeneratoren vorhandene Generatorklemme "D+", sowie die drei internen Erregerdioden können hierbei entfallen, da der Erregerstrom lediglich vom Potentiometer 6 geregelt wird und somit sich ein Vorerregerstromkreis schaltungstechnisch erübrigt.The existing in conventional (automotive) alternators generator terminal "D +", and the three internal excitation diodes can be omitted here, since the excitation current only from the potentiometer 6 is regulated and thus a Vorerregerstromkreis circuitry is unnecessary.

Der drehbewegliche Erregerstrom-/Masseanschluss der Erregerwicklung [siehe auch 02] erfolgt – ähnlich zu KFZ-Drehstromgeneratoren – gleichfalls per Kohlebürsten/Schleifringe.

10 = mittels Schalter/Schaltbrücke 13 zuschaltbarer, in der Hinterradnabe angeordneter Gleich-/Drehstromantriebsmotor (in 1 bzw. 2 ist ein Gleichstrommotor dargestellt) mit einem den EG-Richtlinien Rechnung tragenden Nenndrehzahl/Drehmoment (auf 25 km/h, bzw. 16 m.p.h. max. Fahrgeschwindigkeit). Die Polschuh-Baugruppe – gleich dem Ständer/Drehstromwicklung der Vorderradnabe – ist in der rotorstatischen Radnabenhälfte installiert, wogegen die Anker-/Rotationsläufer (ähnlich zum Klauenpol-Rotationsläufer des Vorderradnaben-Generators) mit der drehbeweglichen (radspeichenführenden) Radnabenhälfte drehfest arretiert ist (siehe auch 2) Die drehbewegliche Schleifkontaktabgabe der Anker-Stromzufuhr/Massekontaktierung an den Kollektor des Ankers erfolgt hier gleichfalls (siehe auch 2) mittels (zweier) Kohlebürsten.
11 = induktive Sensoren zur Fahrgeschwindigkeitserfassung, bestehend aus dem rotationsdynamischen Radnaben-/Radspeichen-Bezugsmarkengeber, sowie dem rotationsstatischen, vormagnetisierten Induktionsgeber, welche nach Betriebsstromzuschaltung mittels dem Schalter/rastenden Schaltbrücke 2 über das Soll/Ist-Abgleichmodul 12 aktiviert werden.
12 = elektronisches Soll/Ist-Abgleichmodul, welches nach Betriebsstromzuschaltung aus den mittels 11 induktiv ermittelten Raddrehzahlimpulsen die jeweilige Fahrgeschwindigkeit ableitet und im integrierten Vergleicher mit der der (Fahrgeschwindigkeits) Sollgröße vergleicht, bei deren Überschreitung unverzüglich eine Steuerspannung an das nachgeschaltete Schaltmodul 7 (Steuerwicklung) geschaltet wird, welches dabei anzieht und den Basisstrom zum Potentiometer 6 schaltet/anlegt (siehe auch 2).
13 = rastende Schaltbrücke, mittels welcher der Akkumulator/Fahrzeugbatterie-Betriebsstrom zum in der Hinterradnabe angeordneten Gleich-/Drehstrommotor – mittels (Pluspol-) Kohlebürste – geschaltet werden kann und somit der Motor aktiviert ist.

The rotatable excitation current / ground connection of the excitation winding [see also 02 ] takes place - similarly to vehicle alternators - also by carbon brushes / slip rings.

10 = by means of switch / switching bridge 13 switchable, arranged in the rear hub DC / AC drive motor (in 1 respectively. 2 a DC motor is shown) with a rated speed / torque that takes into account the EC guidelines (at 25 km / h, or 16 mph maximum vehicle speed). The pole shoe assembly - equal to the stator / three-phase winding of the front hub - is installed in the rotorstatic half of the hub, whereas the armature / rotary runner (similar to the claw pole rotary runner of the front wheel hub generator) is locked against rotation with the rotatable (wheel spoke) hub half (see also Figs 2 ) The rotatable sliding contact output of the armature power supply / ground contact to the collector of the armature also takes place here (see also 2 ) by means of (two) carbon brushes.
11 = inductive sensors for driving speed detection, consisting of the rotationally dynamic wheel hub / Radspeichen reference markers, and the rotationally static, biased induction sensor, which after Betriebsstromzuschaltung means of the switch / latching switching bridge 2 via the target / actual adjustment module 12 to be activated.
12 = electronic target / actual adjustment module, which after Betriebsstromzuschaltung from the means 11 inductively determined wheel speed pulses derives the respective driving speed and compares in the integrated comparator with the (driving speed) target size, when they exceed immediately a control voltage to the downstream switching module 7 (Control winding) is switched, which attracts and the base current to the potentiometer 6 switches / applies (see also 2 ).
13 = latching switching bridge, by means of which the accumulator / vehicle battery operating current to arranged in the rear hub DC / AC motor - by means of (positive pole) carbon brush - can be switched and thus the engine is activated.

In der 2 sind die Elemente des Fahrrads nach 1 im Detail dargestellt, welche anhand der gleichen Bezugszeichen wie in 1 näher beschrieben und erläutert werden.

3/4 = in Vorderansicht auf eine handelsübliche Velo-Innenzug-Felgenbremse kennzeichnet die Bezeichnung "Piezo" eine piezoelektrische Signalgebereinheit mit einem Quarzaufnehmer-Element. Dieses Quarzaufnehmer-Element (mit Ladungsverstärker) erfährt, bei betätigtem Bowdenzug, in Richtung des schwarzen Pfeilsegments eine Quetschpressung zwischen einem Nippelendstück des Bremszangenschenkel-Verbindungsseiles und dem Bremszangenschenkel und leitet auch bei relativ langen Bremsvorgängen intern eine Ladungserzeugung ein, wobei die maximale Erregerstromdurchschaltung via des nachgeschalteten (NPN) Darlington-Transistors für diese Zeitdauer (auch ohne zwischengeschalteter Kondensatorstufe) durchgeschaltet wird.
5 = Gravitationslotpendel/Einrohrstoßdämpfer vergrößert und im Schnitt. Die mittels koaxialer Achsbolzen drehbar miteinander verbundenen Silent-Gelenkbüchsen stellen hierbei die Gelenkpunkte zwischen dem Gravitationslotpendel sowie dem Chassis dar.

In the 2 are the elements of the bicycle after 1 shown in detail, which by the same reference numerals as in 1 be described and explained in more detail.

3 / 4 = In front view of a commercially available Velo-Innenzug rim brake, the term "piezo" denotes a piezoelectric signal transmitter unit with a Quarzaufnehmer element. This Quarzaufnehmer element (with charge amplifier) undergoes, with actuated Bowden cable, in the direction of the black arrow segment a crimping pressure between a Nippelendstück the brake caliper leg connecting cable and the brake caliper leg and conducts even with relatively long Bremsvor enter internally a charge generation, wherein the maximum excitation current switching via the downstream (NPN) Darlington transistor for this period is switched through (even without intermediate capacitor stage).
5 = Gravity soldering pendulum / monotube shock absorbers enlarged and in section. The means of coaxial axle pivotally interconnected Silent joint bushes represent here the points of articulation between the Gravitylotpendel and the chassis.

Diese Gelenkbüchsen sollten, mit Ausnahme des kugelförmigen Lotgewichtes, aus leichtgewichtigem kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen.These joint bearings should, except for the spherical one Lot weight, made of lightweight carbon fiber reinforced plastic consist.

Das (anschraubbare) untere Verzahnungssegment bildet, bei darunter versetztem Antriebszahnrad für das Potentiometer 6, natürlich eine gewisse Unwucht bezüglich dem Lotpendelschaft (Vertikalachse) aus, entgegen welcher das schräg geneigte, obere Stoßdämpfersegment – sowie die darauf einwirkende Stoßdämpfermasse selbst – den Unwuchtsausgleich vernehmen muss.

6 = Draufsicht auf das zahnradgesteuerte Widerstand-Drehpotentiometers (siehe Zeichensymbol) mit den entsprechenden Anschlussklemmen.
8/9 = Vorderradnabe mit konzentrisch angeordneten Drehstromgenerator im Längsschnitt. Die rotorstatische Ständer-/Drehstromwicklung mit den beiden Gehäuse-Gewindebolzachsen wird in den entsprechenden Bohrungen der Vorderradgabel drehfest mit derselben arretiert. Somit kann die radial umlaufende und zwischengelagerte (Doppelrillen-Kugellager) Nabenhälfte, welche auch die Radspeichen führt im Fahrbetrieb rotordynamisch darüber abrollen und da in ihr konzentrisch ein (Klauenpol)-Rotationsläufer angeordnet (arretiert) ist, den dementsprechenden Ladestrom (zu Klemme B+) abgeben.

The (screw-on) lower toothed segment forms, with underneath offset drive gear for the potentiometer 6 , Of course, a certain imbalance regarding the Lotpendelschaft (vertical axis) from, against which the obliquely inclined, upper shock absorber segment - and the shock absorber mass acting on it itself - must hear the unbalance compensation.

6 = Top view of the gear-controlled resistance rotary potentiometer (see symbol) with the corresponding connection terminals.
8th / 9 = Front hub with concentrically arranged alternator in longitudinal section. The rotor static stator / three-phase winding with the two housing threaded bolt axes is locked in the corresponding holes in the front fork rotatably with the same. Thus, the radially encircling and intermediately mounted (double grooved ball bearing) hub half, which also leads the wheel spokes while driving rotordynamically roll over it and there concentric in a (claw pole) rotation rotors arranged (locked), the corresponding charge current (to terminal B +) deliver ,

Diese Nabenhälfte ist zum Zwecke einer drehbeweglichen Arretierung mit dem Vorderradgabel-Führungsholm, wider deren Achsführungsquetschbuchse – wie hier ersichtlich – mittels eines (Doppelrillen-) Kugellagers gelagert.

10 = Hinterradnabe mit Gleichstrom-Antriebsmotoreinheit im Längsschnitt. In der die rotorstatischen Gehäuse-Gewindebolzen aufweisenden Nabenhälfte ist hierbei wiederum die Polschuh-/Erregerwicklung- Baugruppe radial arretiert, wobei deren rotordynamische Nabenhälfte, mit kongruenter längsschnittlicher Konturierung/interner Gegenlagerungsmechanik/externer Abdichtung (analog zur Vordernabe) mit dem (Anker/Kollektor) Rotationsläufer arretiert ist.

This hub half is for the purpose of a rotatable locking with the front fork guide rail, against the Achsführungsquetschbuchse - as shown here - stored by means of a (double groove) ball bearing.

10 = Rear hub with DC drive motor unit in longitudinal section. In the hub half which has the rotorstatic housing threaded bolts, the pole shoe / exciter winding assembly is in this case radially locked, with its rotor-dynamic hub half, with congruent longitudinal contouring / internal counter bearing mechanism / external seal (analogous to the front hub) with the (armature / collector) rotary runner is locked.

Sowohl die rotorstatische als auch die rotordynamische Nabenhälfte sind hierbei in der Hinterradführungsgabel mittels Spannverschiebeelementen in geeigneter Weise arretiert.Either the rotor-static as well as the rotor-dynamic hub half are here in the rear fork fork Locked by means of clamping displacement elements in a suitable manner.

Das obere linke Eckzeichenfeld zeigt in Draufsicht eine derartige Velo-Radnabe, wobei die (aufgegossenen) Speicheneinhängeblöcke ersichtlich sind.The upper left Eckzeichenfeld shows in plan view of such a bicycle wheel hub, the (infused) Speicheneinhängeblöcke are visible.

Diese Speichenarretierungspositionen sind notwendig, da – wie anhand der Schnittdarstellungen zu sehen ist – der konventionelle Montage-Durchzug "von innen nach außen" mechanisch nicht realisierbar ist.

11 = induktive Sensoren zur Fahrgeschwindigkeitserfassung in vergrößerter Darstellung, sowie im Blockschaltbild.

These spoke locking positions are necessary because - as can be seen from the sectional views - the conventional assembly passage "from the inside to the outside" is not mechanically feasible.

11 = inductive sensors for driving speed detection in an enlarged view, as well as in the block diagram.

Claims

Bicycle with built in the front hub electric machine for regenerative regenerative braking on gradients and / or braking, with an attached to the bicycle frame accumulator and with a control above a predetermined and sensory detected driving speed, when driving down or when pressing the front or rear brake , the electric machine switches to generator operation, for charging the accumulator, characterized in that the electric machine is an alternator ( 9 ) and to limit the vehicle speed to a prescribed maximum speed, a tilt angle sensor ( 5 ) and means ( 6 ) for adjusting the excitation current (I _E ) of the alternator ( 9 ), depending on the inclination of the slope, and that means ( 3 . 4 ) are provided for adjusting the maximum excitation current, regardless of the inclination of the guideway, as soon as the front or rear brake is actuated.

Bicycle according to claim 1, characterized in that the inclination angle sensor ( 5 ) as gravitational soldering pendulum and the means ( 6 ) for adjusting the excitation current (I _E ) of the alternator ( 9 ) are configured as resistance rotary potentiometer and that the gravitational soldering pendulum ( 5 ) is hydraulically damped.

Bicycle according to claim 2, characterized in that at one end by means of shock absorbers on the bicycle frame mounted pendulum axis of the Gravitationslotpendels ( 5 ) via a toothed segment arranged at the opposite end on the toothed axis of the rotary potentiometer (US Pat. 6 ) attacks.

Bicycle according to claim 1, characterized in that the bicycle has conventional rim brakes for the front and rear wheels, which are actuated by handles attached to the handlebars by the force for the mechanical brake via a respective Bowden cable and the brake calipers and that a piezoelectric element ( 3 . 4 ) is installed for detecting the operation of the bicycle used in the front or rear brake in the power train, wherein via a downstream transistor switching unit ( 3 . 4 ) the maximum possible excitation current (I _E ), regardless of the inclination of the track, to the alternator ( 9 ) is delivered.

Bicycle according to claim 1, characterized in that for switching on and off of the used as Nutzbremssystem three-phase generator ( 9 ) a manually operable switch ( 2 . 13 ) is provided.

Bicycle according to one of claims 1 to 5, characterized in that inductive sensors ( 11 ) can be used for speed determination, which via a target / actual adjustment module ( 12 ) and a switching module ( 7 ) with the rotary potentiometer ( 6 ) are connectable.