Unter Elektroantrieb eines Fahrrades werden die wesentlichen Bauteile Elektromotor, Antriebsbatterie (Akku) und Steuereinheit sowie ihr Zusammenwirken verstanden. In Europa und Japan wird der Elektroantrieb am häufigsten im sogenannten Pedelec verwendet, wobei er den Radfahrer beim Pedalieren lediglich unterstützt und das Fahrrad nicht vollständig selbst antreibt.

Allgemeines Der Elektroantrieb ist bei allen Typen von Elektrofahrrädern bzw. elektrischen Motorfahrrädern im Grundprinzip ähnlich. Unterschiedlich ist die Steuerungstechnik als Folge der unterschiedlichen Ankoppelung der Muskelkraft und der verkehrsrechtlichen Behandlung der verschiedenen Varianten der Fahrräder mit Hilfsmotor. Am einfachsten sind bloße Schalter (selten) bzw. Tasten oder Drehgriffe mit einer stufenlosen Verstellbarkeit der Leistung. Ohne weitere Steuerung hängt die gefahrene Geschwindigkeit neben der Stellung des Drehgriffs von den Fahrwiderständen inklusive Steigung ab, von der Untersetzung inklusive allfälliger Gangwahl und von den abgegebenen Leistungen von Motor und Mensch.

Gesetzlicher Rahmen Meistens gelten gesetzliche Beschränkungen der Motorleistung und der gefahrenen Geschwindigkeit unter Motor, welche je nach Ausmaß und Land unterschiedliche Erleichterungen bei der gesetzlichen Zulassung zur Folge haben. In vielen Ländern ist der Betrieb des Typs Pedelec wie bei einem Fahrrad ohne Antrieb ohne Zulassung möglich, wenn der Elektroantrieb nur wirkt, wenn pedaliert wird und ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit (meistens 25 km/h) sowie beim Bremsen aussetzt. Das Treten der Pedale und die Fahrgeschwindigkeit sind mittels Sensoren zu erfassen. Außerdem ist die Leistung des Motors reglementiert, je nach Land auf höchstens 250–500 W. Je nach Land sind höhere Geschwindigkeiten und Motorleistungen möglich unter strengeren Zulassungsanforderungen wie Führerschein, Versicherung und Helmpflicht.

Leistungsmerkmale von Elektroantrieben Wichtige Leistungsmerkmale beim jeweiligen E-Bike-Elektroantrieb sind eine maximale Nenndauerleistung in Watt (W). Dieser wird vom Hersteller i. d. R. als Durchschnitt einer 30-minütigen Messung ermittelt. das kurzfristige maximale Leistungsvermögen, ebenfalls gemessen in Watt (W), und das jeweils technisch zur Verfügung stehende höchste maximale Verhältnis zwischen Fahrerleistung und Motorleistung (Drehmoment), gemessen in Newtonmeter (Nm), was auch als Unterstützungsverhältnis bezeichnet wird. Anfang des Jahres 2025 boten die verbreitetsten E-Bike-Elektromotoren von Bosch und Brose maximale Unterstützungsverhältnisse zwischen 250 % und 410 %.

Antriebskonzepte Am weitesten verbreitet sind Pedelecs mit Mittelmotoren, gefolgt von Pedelecs mit Nabenmotoren, die direkt gesteuerte Antriebe und je nach Land unterschiedlich sind. Nabenmotoren werden als Heck- und als Vorderrad-/Frontmotoren verwendet, wobei dabei Konzepte, bei denen die Kraftübertragung auf das Hinterrad realisiert wird, häufiger sind und dementsprechend ist das Konzept des Zweirads mit Frontantrieb weniger verbreitet. Andere Konzepte (Reibrolle, in die Kette oder die Tretkurbel eingreifendes Ritzel etc.) sind selten. Prinzipiell und vollständig aufgezählt gibt es folgende Möglichkeiten:

Ansatzpunkte des Elektroantriebs Ansatzpunkte des Elektroantriebs sind auf die Fahrradkette über in die Kette eingreifendes Ritzel: Mittelmotor (häufig). im Laufrad Nabenmotor, sowohl hinten als auch vorn (häufig) Am Laufrad (meistens hinten) über Reibrolle auf den Fahrradreifen, sowohl hinten als auch vorn (selten) über ein Paar kleinerer Motoren mit Reibrolle auf die Bremsflanke der Felge (Velospeeder) über separaten Ketten- oder Zahnriementrieb an der linken Hinterradseite (selten)DOLPHIN: Der am Sattelrohr befestigte Motor treibt zusammen mit dem Kettenritzel über eine Drehzahl-Summiergetriebe das Hinterrad an. über separaten Ketten- oder Zahnriementrieb auf hinteres Kettenritzel (selten)SPEEDPED: Das Kettenritzel und das vom Motor angetriebene Zahnriemenrad wirken gemeinsam auf die Eingangswelle der Nabenschaltung. Auf die Tretkurbelwelle Tretkurbelwelle mit Motor/Getriebe in gemeinsamen Gehäuse an abweichend konstruiertem Fahrradrahmen (häufig)Bosch: Die Tretkurbel-Welle befindet sich im Gehäuse (Motor-Getriebe-Einheit, Sonderanfertigung des Fahrradrahmens erforderlich). (zweites Bild) Motor vor/unter TretkurbellagerBAFANG: Ins Langsame übersetzendes Riemengetriebe zwischen Fahrradrahmen und Kettenblatt. (erstes oder zweites Bild, Vergrößern möglich) Motor/Getriebe auf Tretkurbelwelle seitlich des TretlagergehäusesACRON: links zwischen Pedalarm und Fahrradrahmen montierter Motor (symmetrisch zum rechts befindlichen Kettenblatt) AEG: rechts außerhalb des Kettenblatts montierter Motor (insbesondere das letzte der Vorausbilder) über ein Kegelradgetriebe (Sattelrohrantrieb, selten) Motor (und Akku) auf einem Anhänger (Schubanhänger, selten)

Es existieren daneben noch Elektroantriebe, die auf jegliche mechanische Verbindung zwischen Tretkurbel und Rädern verzichten.

Antrieb mit Nabenmotor mini|Vorderrad-Nabenmotor mit integriertem Getriebe mini|Stator eines getriebelosen Rad-Nabenmotors mit 84 Wicklungsnuten und ca. 0,34 m Durchmesser

Nabenmotoren werden als Heck- und als Vorderrad-/Frontmotoren verwendet. Ein getriebeloser, direkt wirkender Fahrrad-Nabenmotor (z. B. BionX) muss einen relativ großen Durchmesser aufweisen, um die benötigte höhere Anzahl von Polpaaren und Wicklungsnuten unterzubringen und dadurch das benötigte Drehmoment aufzubringen. Wegen der permanenten Verbindung zum Rad kann der Motor auch zum Bremsen verwendet werden, was neben einem kleinen Anteil Nutzbremsung auch die normalen mechanischen Bremsen schont.

Beim Nabenmotor mit eingebautem (Umlaufräder-)Getriebe zur Übersetzung ins Langsame läuft der Rotor entsprechend schneller, er kann dadurch kleiner sein. Wegen seines geringeren Gewichts und Massenträgheitsmoments wird dieser beim Vorderradantrieb bevorzugt. Die Lenkung wird weniger beeinflusst, weil auch die Kreiselmomente kleiner sind.

Der Motor arbeitet i. d. R. über einen Freilauf auf die Nabe, damit Rotor und ggf. das Getriebe bei reinem Pedalbetrieb nicht mit durchgedreht werden müssen. Fehlt der Freilauf für den Motor, machen sich nach dem Abschalten des Motors die aufgebauten Magnetfelder noch ca. 500–1000 Meter bremsend bemerkbar, ebenso die Schleppwiderstände eines Getriebes. Ein Nabenmotor benötigt immer eine Drehmomentstütze, um die Gegenkraft des erzeugten Antriebsmomentes gegenüber dem Rahmen oder der Vorderradgabel abzustützen; die übliche Achsklemmung reicht hierzu nicht aus.

Ein Nabenmotor im Hinterrad hat eine bessere Traktion, da auf das Hinterrad mehr Gewicht verteilt ist. Im Regelfall kann eine Nabenschaltung nicht mit einem Hinterrad-Nabenmotor kombiniert werden.In einem Nabenmotor ohne Getriebe gibt es prinzipiell den erforderlichen Platz für eine Schaltung, der aber wegen des technischen Aufwandes selten genutzt wird (Beispiel: , Nabenmotor mit eingebauter 5-Gang-Schaltung) Ein Motor im Vorderrad bewirkt durch die hohen Kräfte von Antrieb, Lenken und Bremsen bei geringerer Auflagekraft eine erhöhte Rutsch- und Sturzgefahr.

Ein wesentlicher Nachteil des Nabenmotors im Vergleich mit dem Mittelmotor, der über Kette und Gangschaltung das Laufrad antreibt, ist das starre Verhältnis zwischen seiner Umdrehungszahl und der Raddrehzahl. Es gibt keine variable mechanische Anpassung an die optimale Motordrehzahl. Bei kleiner Fahrgeschwindigkeit (z. B. an Steigungen) und somit niedriger Motordrehzahl und gleichzeitig hohem Drehmoment ist der Wirkungsgrad geringer und der dadurch erhöhte Motorstrom vergrößert die Erwärmung. Weil teilweise mit schlechterem Wirkungsgrad gefahren werden muss, ist die Reichweite bei gleicher Akkukapazität bei bestimmten Fahrprofilen kleiner als bei einem Mittelmotor mit nachgelagerter mechanischer Schaltung. In der Regel ist die Steigfähigkeit von Fahrrädern mit Mittelmotor deswegen auch besser als von solchen mit Radnabenantrieben, was insbesondere bei Elektro-Mountainbikes (EMTB, eMTB oder e-MTB) und Lastenfahrrädern von Belang ist. mini|Pedelec mit getriebelosem Hinterrad-Nabenmotor von BionX

Ein Nabenmotor macht das nachträgliche Umrüsten auf diesen Zusatzantrieb relativ einfach, da keine oder nur geringfügige Umbauten an Rahmen und Gabel erforderlich sind. Die Stromzufuhr erfolgt von der Seite durch die hohlgebohrte Achse hindurch. Außer dem Einbau eines neuen Laufrades mit Motor kommt auch der alleinige Austausch der Nabe durch Einspeichen in das bisherige Laufrad unter Verwendung nun kürzerer Speichen infrage.

Die Drehmomente der Motoren liegen bei diesem Antrieb bis 50 Nm und sogar mehr, wobei der Wert ohne weitere Qualifikation nicht viel aussagt.

Heckmotor – Antrieb auf das Laufrad

Bereits 1982 wurde von Heidemann in Einbeck ein Nachrüstbausatz mit einem auf den Reifen wirkenden Radrollenmotor vorgestellt. Dieses schon früher beim Vélosolex – ein herkömmliches Mofa mit Verbrennungsmotor – benutzte Antriebsprinzip findet aktuell beim Elektrofahrrad in Nachrüstsätzen der GP-Motion GmbH sowie der go-e GmbH am Hinterrad Verwendung.

Die beiden nur etwa wie ein Seitenläuferdynamo großen, paarweise angebrachten Motoren des Velospeeders wirken mit ihren Antriebsrollen auf die Bremsflanken der Hinterradfelge. Der dazu notwendige Anpressdruck wird über die übertragende Kraft durch einen selbstverstärkenden Keil-Effekt durch die Positionierung der Schwenkachsen der Motoren erreicht.VELOSPEEDER: Reibrad-Antriebe

Beim etwa 1990 von Michael Kutter entwickelten Dolphin wurden die Drehzahlen von Pedal- und Motorantrieb im Umlaufrädergetriebe in der Nabe summiert. Die Fertigung wurde 2014 eingestellt.

Mittelmotoren – Antrieb auf die Fahrradkette oder die Tretkurbelwelle Mittelmotor-Antriebe sind im Jahr 2025 mittlerweile die am weitesten verbreiteten Antriebe. Dabei sind die Fahrradrahmen jeweils speziell daran angepasst.

mini|links|Pedelec Flyer, Mittelmotor von Panasonic, Fahrradrahmen an Motorgehäuse angepasst mini|Bafang-Motor, vor dem Tretlagergehäuse platziert mini|links|2-stufiges Stirnradgetriebe von Bosch

Mittelmotor-Antriebe über ein Ritzel auf die Kette wurden durch eine von Panasonic hergestellte Antriebseinheit eingeführt. Dazu muss der Rahmen anstelle eines konventionellen Tretlagergehäuses mit einer besonders ausgeformten Aufnahme im Tretlagerbereich gefertigt werden, um eine integrierte Antriebseinheit mit schnelllaufendem Motor, ins Langsame übersetzendem Getriebe und der Tretkurbelwelle anbauen zu können (Abbildung links). Die Tretkurbelwelle selbst ist an der Übertragung der Motorleistung nicht beteiligt. Auf ihr ist lediglich ein von Panasonic entwickelter Sensor zum Messen des Pedalier-Drehmomentes angebracht.Panasonic: Drehmoment-Messung an der Tretkurbelwelle Das Motor-Ritzel greift dabei hinter dem Kettenblatt der Tretkurbel am unteren, rücklaufenden Bereich der Fahrradkette (dem sogenannten Leertrum) an. Die naheliegende, von Bosch vorgenommene Weiterentwicklung war jene, die Motorleistung direkt auf die standardmäßig im Gehäuse enthaltene Tretkurbelwelle mit dem Kettenblatt zu übertragen und dafür auf das gesonderte Ritzel zur Kraftübertragung auf die Kette zu verzichten. Die Sonderkonstruktion des Fahrradrahmens im Bereich des Tretlagers blieb weiter erforderlich (Abbildung rechts). Solche Motoren haben mittlerweile (Anfang 2024) Drehmomente bis 120 Nm.