ES1191458U - Dispositivo de motorización eléctrica en bicicletas de pedaleo asistido - Google Patents

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Abstract

1. Dispositivo de motorización eléctrica en bicicletas de pedaleo asistido, destinado a vincularse al cuadro (6) de una bicicleta, cuadro (6) que presenta al menos un tubo principal (7) oblicuo, una puntera (9) localizada en la zona de anclaje del buje trasero al cuadro (6), un tubo superior (31) y un manillar (34), dispositivo que comprende: - un motor (2) eléctrico con geometría esencialmente similar a un buje y vinculable a la llanta de la rueda trasera de la bicicleta, que comprende al menos una rueda libre (26) para acoplamiento solidario con los piñones de la transmisión de la bicicleta, - un sensor de pedaleo (4) vinculable a la puntera (9) del cuadro (6), - una toma de carga (10), y - una unidad de control (5) vinculable al cuadro (6) y operable por un usuario para accionamiento y control, estando el dispositivo de motorización eléctrica caracterizado porque incorpora un bloque (8) insertable en el interior del tubo principal (7) del cuadro (6) de la bicicleta, en el que el bloque (8) comprende a su vez: - una batería (1), recargable a través de la toma de carga (10), para accionamiento del motor (2), - un controlador del motor (3), conectado en paralelo a la batería (1), para control de los parámetros de funcionamiento del motor (2), - un gestor de baterías (15), conectado en paralelo a la batería (1) y al controlador del motor (3), para gestión de la batería (1), - unos primeros cables (19) para conexión con el motor (2), la toma de carga (10), y el sensor de pedaleo (4), y - unos segundos cables (20) para conexión con la unidad de control (5).

Description

DISPOSITIVO DE MOTORIZACION ELECTRICA EN BICICLETAS DE PEDALEO
ASISTIDO
DESCRIPCION
5
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se encuadra en el campo tecnico de los cuadros de ciclos, as! como en el de las baterlas para propulsion por el conductor de vehlculos de ruedas con 10 una fuente de energla adicional, y se refiere en particular a un dispositivo de motorizacion electrica en bicicletas de pedaleo asistido que integra la baterla y control de un motor electrico dentro del chasis, y el propio motor electrico en el buje de la rueda trasera.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
15
El auge en el uso de la bicicleta producido en los ultimos anos, especialmente en entornos urbanos en los que los desplazamientos son de menor distancia y los problemas de trafico rodado son mas habituales, ha conllevado un aumento en el desarrollo de las tecnologlas asociadas a los ciclos.
20
En el caso concreto de las bicicletas dotadas de fuentes de energla para asistencia al pedaleo, conocidas genericamente como bicicletas electricas, se conoce una pluralidad de cuadros de bicicleta especialmente adaptados para alojar en su interior baterlas extralbles, recargables e intercambiables que aportan un gran peso adicional y dificultan 25 el manejo. Asimismo, y dado que dichas baterlas suelen estar disenadas para ser facilmente extralbles, suelen producirse golpes y vibraciones que redundan negativamente en su vida util.
Por otro lado, los motores electricos habitualmente empleados para motorizacion de 30 bicicletas suelen contar con elementos de control que se situan contiguos o insertados al propio cuerpo del motor. Al estar dichos motores integrados en el eje de la rueda trasera, el conjunto de motor y controlador aporta una masa adicional que tambien hace mas diflcil el manejo. Asimismo, aumenta la masa en rotation del motor, y por tanto sus inercias.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
El objeto de la invention consiste en un dispositivo de motorization electrica en bicicletas de pedaleo asistido que integra la batena y control de un motor electrico dentro del 5 chasis, y el propio motor electrico en el buje de la rueda trasera de la bicicleta y que comprende ademas elementos adicionales tales como una unidad de control, disenada para integrarse en el chasis de la bicicleta o en el manillar, una toma de carga de batena y sensor de pedaleo, disenados para integrarse en el chasis de la bicicleta, asi como una serie de elementos para el control de los niveles de asistencia y el estado de la bicicleta. 10 La principal caractenstica del dispositivo es el reducido tamano de los elementos que lo componen, lo que permite su integration con una incidencia minima en el diseno, peso y volumen de la bicicleta, siendo practicamente imperceptible visualmente.
La batena esta disenada para ser insertada dentro del tubo principal del chasis. Se trata 15 de un elemento independiente al chasis, y puede ser extraida para reparation o sustitucion por un extremo abierto en dicho tubo. Debido a su reducido tamano, la batena puede ser insertada en tubos de section circular de a partir de 55mm de diametro, no siendo este un diametro mayor a de los utilizados normalmente para el tubo principal en chasis de bicicletas convencionales fabricados en aluminio o fibra de carbono.
20
La ubicacion de la batena dentro del tubo principal, de manera solidaria, estando dicho tubo abierto solamente por un extremo por el que se introduce o extrae la batena durante el proceso de fabrication o instalacion inicial, supone una ventaja respecto a las batenas semi-integradas extraibles por el usuario, en cuanto que el tubo del chasis no se debe 25 reforzar especialmente dado que no esta cortado como suele ser habitual con este tipo de batenas, resultando el chasis de la bicicleta mas ligero.
Otra ventaja supone la protection que dicho tubo del chasis proporciona a la batena frente a golpes, al estar esta completamente integrada en su interior. Su fijacion solidaria 30 al tubo principal mediante tornillos, en lugar de sistemas de extraction rapida pensados para que el usuario pueda extraer la batena con facilidad, supone una ventaja en cuanto a protection y vida util de la batena, pues su fijacion es mas firme y se evitan vibraciones que suelen acortar la vida de las celdas que componen las batenas, o incluso soltar conexiones internas dejando las mismas inutilizadas.
Una de las principales diferencias con el resto de sistema de ensamblado de baterlas, es que este esta disenado para que la baterla quede ensamblada de forma solidaria al tubo sin poder retirarse, por lo que no es removible.
5 A diferencia de la mayorla de las motorizaciones electricas para bicicleta, el dispositivo tiene ubicado el control de motor en el mismo cuerpo que la baterla, en lugar de en el cuerpo del motor. De esta forma se puede reducir el peso y tamano del motor, lo que supone una ventaja al estar este integrado en el eje de la rueda trasera, pues el peso del control de motor se coloca centralizado en el chasis, y se disminuye la masa en rotation 10 del motor, y por lo tanto sus inercias.
Esta ubicacion del control de motor dentro del chasis tambien supone una ventaja en cuanto que se encuentra menos expuesto a golpes, polvo, barro y agua. La separation flsica del motor y el controlador tiene ademas una importante ventaja en cuanto a la 15 evacuation del calor generado por ambos elementos, debido a la corriente electrica que
pasa por ellos. El control de motor, al estar fijado de forma solidaria y en contacto con el chasis de la bicicleta, generalmente de aluminio, cuenta con toda la superficie del chasis para evacuar y disipar el calor que genera, en lugar de aportar dicho calor al cuerpo del motor, elemento que por otro lado tambien genera calor.
20
El sistema de gestion de baterlas (en adelante BMS, por sus siglas en ingles Battery Management System), es un sistema electronico que gestiona una baterla recargable, cuya funcion principal es la protection de la baterla para no operar fuera de su area de seguridad, y de esa forma evitar sobrecargas o descargas por debajo de sus llmites. En 25 general se ubica junto al paquete de celdas que forman la baterla, conectandose mediante cableado externo al control de motor.
En el dispositivo objeto de la invention, al estar el control de motor integrado en el cuerpo de la baterla, las placas de circuito del BMS y control de motor se encuentran conectadas 30 en position paralela, siendo las interconexiones directas y no por medio de cables, resultando en un sistema mas compacto y menos sujeto a fallos por causa de un cableado externo de interconexion, y con menores perdidas de energla electrica por efecto del calor, al no necesitar dicho cableado externo.
Tanto el control de motor como el sistema BMS se encuentran disenados en un unico bloque tanto a nivel flsico como a nivel electronico, de modo que ambos resultan indivisibles y no pueden operar por separado. De esta forma, la electronica de potencia esta balanceada entre el control de motor y la BMS, compartiendo funciones y 5 reduciendo por tanto el peso.
La baterla puede incorporar una configuracion de celdas basada en la incorporation de una celda auxiliar para cada grupo de 10 o 13 celdas, marcando una configuracion de 10+1 celdas o 13+1 celdas, generando configuraciones del tipo 11S2P (11 pilas en serie 10 y 2 grupos en paralelo) en lugar de 10S2P, o de 14S2P en lugar de 13S2P.
Esta configuracion permite que una BMS especial regule la tension maxima suministrada al motor en configuraciones de 36 y 48V, permitiendo que la tension maxima suministrada por la BMS no supere nunca el umbral maximo admitido por el motor, 15 generando una baterla que trabaja con mayor voltaje en su zona de descarga maxima, y aportando por lo tanto mas potencia cuando la baterla esta casi descargada.
La baterla principal puede operar en combination con una baterla auxiliar removible que se puede ubicar en la zona externa de la bicicleta. Esta baterla puede operar de forma 20 solidaria con la baterla principal de dos formas, simulando un cargador o bien conmutando el suministro de energla entre las dos baterlas de forma automatica. Asl, cada vez que se conecta una baterla externa, se utiliza toda la carga de la misma hasta su completa descarga y se conmuta de forma automatica a la baterla interna cuando se la auxiliar se descarga.
25
Uno de los principales elementos de un sistema de motorization electrica para bicicletas de pedaleo asistido es un sensor de pedaleo, en tanto que en este tipo de bicicletas, por la normativa que las regula, el control de motor no activa el motor electrico si el usuario no esta pedaleando. El sensor de pedaleo esta ubicado normalmente en el eje del 30 pedalier de la bicicleta, en tanto que si este gira significa que el usuario esta pedaleando y se activa el motor. La gran desventaja de esta ubicacion del sensor esta en que requiere el uso de un eje de pedalier especlfico, por lo general de un coste y peso superiores a los disponibles en el mercado, ademas de condicionar el uso de sistemas de ejes huecos, de uso estandarizado en bicicletas de gama media y alta.
El dispositivo objeto de la invention cuenta con un sensor de pedaleo ubicado en la rueda libre del buje de la rueda trasera, donde esta integrado el motor. La rueda libre del buje solamente gira cuando lo hace la rueda de cadena trasera llamada pinon (en caso de bicicletas con una sola velocidad) o grupo de pinones llamado cassette (en bicicletas 5 con multiples velocidades), por traction de la cadena desde la rueda de cadena delantera llamada plato. Por lo tanto si la rueda libre esta girando es porque el usuario esta pedaleando, y el sensor de pedaleo envla una senal al control de motor para activar el motor. En este caso se utiliza una tuerca magnetizada de forma especial que da lecturas exactas del movimiento de la rueda libre identificando el movimiento en ambas 10 direcciones en la zona de fijacion del cassete a la rueda libre.
Finalmente, la interfaz de control incorpora una serie de elementos en relation al control de la misma o a la interfaz del usuario. En este caso el sistema de accionamiento puede incorporar o bien un control remoto de tres botones o bien un control remoto basado en 15 un unico boton. En ambos casos los remotos incorporan una luz que preferentemente es de tipo RGB. Esta luz se puede configurar para informar al usuario tanto del nivel de asistencia, como del estado de la baterla o bien sobre otro tipo de notificaciones que genere el sistema o elementos anexos al mismo, como aplicaciones moviles o llamadas telefonicas.
20
El mecanismo de funcionamiento permite que una unica luz LED RGB informe de distintas funciones a vez (baterla y asistencia), utilizando para ello la iluminacion fija o el parpadeo. En el caso del remoto de control basado en 3 botones, se incluye un motor de vibracion en el interior del mismo.
25
El motor de vibration, similar al de un telefono movil, tiene por objetivo confirmar mediante una vibration al usuario que se ha pulsado un boton, incrementando la sensation de pulsado y retorno o "feedback” de la operation. Paralelamente el boton puede vibrar de distintas formas y frecuencias para informar al usuario a traves sobre otro 30 tipo de notificaciones, como eventos terceros, averlas, llegada a situaciones concretas o avisos de navegacion. De esta forma se puede captar la atencion del usuario para mirar sobre la pantalla o sobre el resto de elementos informativos de la interfaz humana que de otro modo serla imposible detectar, ya que requerirla que el momento de la notification el usuario estuviera mirando dicha interfaz humana.
5
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DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripcion que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1. - Muestra una vista en perspectiva, con un corte parcial, del dispositivo instalado en el cuadro de una bicicleta, en la que se aprecian sus principales elementos constituyentes.
Figura 2. - Muestra una vista en detalle de la figura 1, con el tubo principal del cuadro parcialmente seccionado para apreciar el bloque formado por la baterla y el controlador del motor del sistema objeto de la invencion.
Figura 3. - Muestra una vista en perspectiva de un despiece del bloque mostrado en la figura 2.
Figura 4.1. - Muestra una vista lateral de una section longitudinal realizada en uno de los cierres del bloque.
Figura 4.2.- Muestra una vista en perspectiva de un despiece del cierre del bloque.
Figura 5. - Muestra una vista en perspectiva inferior del motor del dispositivo instalado en el cuadro de la bicicleta.
Figura 6 .- Muestra una vista en perspectiva superior de un freno de disco acoplado al motor.
Figura 7. - Muestra una vista del sensor de pedaleo del dispositivo.
Figura 8. - Muestra el detalle en perspectiva de una vista explosionada de la toma de carga.
Figura 9.- Muestra el detalle de la unidad de control de acuerdo a una primera realizacion preferente.
Figura 10.- Muestra el detalle de la unidad de control de acuerdo a una segunda 5 realizacion preferente.
Figura 11.- Muestra el detalle de la unidad de control de acuerdo a una tercera realizacion preferente.
10 REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
Seguidamente se proporciona, con ayuda de las figuras anteriormente referidas, una explication detallada de un ejemplo de realizacion preferente del objeto de la presente invention.
15
El dispositivo de motorization electrica en bicicletas de pedaleo asistido que se describe, mostrado en la figura 1, esta conformado por una baterla (1) recargable, un motor (2) accionado por la baterla (1), un controlador del motor (3) vinculado a la baterla (1), un sensor de pedaleo (4) y una unidad de control (5) operable por un usuario para 20 accionamiento y control del dispositivo.
En la figura 1 puede observarse el cuadro (6) de una bicicleta, el cual presenta un tubo principal (7) oblicuo en el que se ha realizado una section parcial para mostrar su interior. La baterla (1) y el controlador del motor (3) se vinculan entre si para formar un 25 unico bloque (8) insertable en el interior del tubo principal (7) por un extremo inferior abierto.
Por otro lado, el motor (2) se vincula al buje de la rueda trasera de la bicicleta, mientras que el sensor de pedaleo (4) esta integrado en la zona de anclaje del buje trasero al cuadro (6) de la bicicleta, llamada puntera (9). Finalmente, una toma de 30 carga (10) para recarga de la baterla (1) se localiza en el tubo principal (7), por debajo de la baterla (1).
En la figura 2 se ilustra un detalle de la figura 1, en la cual puede observarse el bloque
(8) conformado por la union de la baterla (1) y el controlador del motor (3), el cual se
8
fija al interior del tubo principal (7) del cuadro (6) mediante unos tornillos. En la realization preferente aqu mostrada, dichos tornillos son pasantes al tubo principal (7) y quedan roscados al bloque (8).
La figura 3 muestra un despiece del bloque (8) conformado por la bateria (1) y el 5 controlador de motor (3). Dicho bloque (8) comprende un recubrimiento protector externo de plastico, compuesto a su vez por una carcasa superior (11), vinculable a una carcasa inferior (12) por presion mediante una serie de pestanas (13) distribuidas por su borde perimetral. Unos apoyos de plastico gomoso localizados en el exterior del recubrimiento protector, tienen la funcion de asegurar un buen asiento del bloque (8) 10 en el interior del tubo principal (7), independientemente de la geometria de su section.
Uno de los extremos inferiores del bloque (8) incorpora un alojamiento metalico (14) en cuyo interior se albergan los componentes electronicos del controlador de motor (3). En una position superior a dichos componentes electronicos se localiza un gestor de baterias (15), destinado a gestionar la bateria (1) recargable para evitar que esta 15 opere fuera de sus rangos de seguridad y de esa forma evitar sobrecargas o descargas por debajo de sus limites. Para ese fin, el gestor de baterias (15) se vincula a un bloque de celdas (16) que, unidas entre si, conforman la bateria (1)
Cierran los extremos del bloque (8) una primera tapa (17) y una segunda tapa (18), ambas dotadas de unos respectivos aisladores. Unos primeros cables (19) parten del 20 bloque (8) a traves de la primera tapa (17), por el extremo donde esta ubicado el controlador del motor (3), y comprenden un cable para conexion con el motor (3), un cable para conexion con la toma de carga (10), y un cable para conexion con el sensor de pedaleo (4). Unos segundos cables (20) parten del bloque (8) a traves de la segunda tapa (18), por el extremo donde se localiza la bateria (1), y comprenden un 25 cable para conexion con la unidad de control (5) y un cable para conexiones auxiliares, tales como luces o salida de una corriente auxiliar.
Al integrar el bloque (8) la bateria (1), el controlador del motor (3) y el gestor de baterias (15), conectados entre si posicion paralela de forma directa y no por medio de cables, resulta en un dispositivo mas compacto y menos sujeto a fallos por causa de un 30 cableado externo de interconexion, y con menores perdidas de energia electrica por efecto del calor.
Las figuras 4.1 y 4.2 ilustran en detalle la primera tapa (17) de plastico rlgido, la cual se fija mediante tornillos al recubrimiento, fijando un aislador (21) de goma y presionando una junta torica (22) tambien de goma para crear un cierre estanco del bloque (8). El cuerpo del aislador (21) esta sobremoldeado sobre los primeros cables 5 (19), de forma que estan unidos de manera estanca.
En la figura 5 pueden observarse los elementos que forman el motor (2) electrico, el cual tiene forma de buje, y esta disenado para fijarse a la llanta de la rueda trasera mediante unos radios. El motor (2) presenta un eje (23) disenado para insertarse en la puntera (9) del cuadro (6), quedando el giro de dicho eje (23) bloqueado por unas 10 arandelas de bloqueo (24), y fijado al cuadro (6) mediante unas tuercas (25). Una rueda libre (26) permite el acoplamiento tanto de un unico pinon en bicicletas de una unica marcha como de un cassette para aquellas dotadas de cambio de marchas. El motor (2) se conecta al bloque (8) mediante un cable de alimentacion (27) finalizado en un conector estanco (28).
15 La figura 6 ilustra el acoplamiento de un freno (29) de disco al motor (2) a traves de una pluralidad de tornillos pasantes al disco del freno (29) y roscados al cuerpo del motor (2).
En la figura 7 pueden observarse los elementos que componen el sensor de pedaleo (4), el cual queda insertado en la puntera (9), fijado mediante un tornillo prisionero. Un 20 disco (30) dotado de una pluralidad de imanes se fija a la rueda libre (26) del motor (2), de forma que el giro solidario del disco (30) y la rueda libre (26) por accion del pedaleo del usuario activa el sensor de pedaleo (4).
La figura 8 muestra la toma de carga (10) para recarga de la baterla (1), la cual se inserta en el tubo principal (7) del cuadro (6) mediante unos tornillos e incorpora un 25 tapon protector.
En la figura 9 se observa la unidad de control (5) segun una primera realization preferente. Dicha unidad de control (5), fijada a un tubo superior (31) del cuadro (6) de la bicicleta y conectada al bloque (8) mediante un cable terminado en un conector estanco, comprende un pulsador (32) dotado de un unico boton de accionamiento 30 montado sobre una carcasa de plastico.
El pulsador (32) esta dotado a su vez de medios de iluminacion (33), que en este caso es un anillo concentrico al pulsador (32) con una pluralidad de luces LED, los cuales mediante cambios en el color o la intensidad luminosa muestra information al usuario. Se contempla asimismo la incorporation de un motor de vibration, no representado en 5 las figuras adjuntas, para confirmation al usuario de la operation de pulsado del boton mediante vibracion.
En la figura 10 puede observarse la unidad de control (5) segun una segunda realization preferente que comprende un pulsador (32) de 3 botones acoplado al manillar (34) de la bicicleta mediante un sistema de brida y tornillo, tambien dotado de 10 los medios de iluminacion (33) y el motor de vibracion.
La figura 11 muestra una unidad de control (5) segun una tercera realizacion preferente que comprende un pulsador (32) de 5 botones acoplado al manillar (34).

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Dispositivo de motorizacion electrica en bicicletas de pedaleo asistido, destinado a vincularse al cuadro (6) de una bicicleta, cuadro (6) que presenta al menos un tubo principal (7) oblicuo, una puntera (9) localizada en la zona de anclaje del buje trasero al
    5 cuadro (6), un tubo superior (31) y un manillar (34), dispositivo que comprende:
    - un motor (2) electrico con geometrla esencialmente similar a un buje y vinculable a la llanta de la rueda trasera de la bicicleta, que comprende al menos una rueda libre (26) para acoplamiento solidario con los pinones de la transmision de la bicicleta,
    10 - un sensor de pedaleo (4) vinculable a la puntera (9) del cuadro (6),
    - una toma de carga (10), y
    - una unidad de control (5) vinculable al cuadro (6) y operable por un usuario para accionamiento y control,
    estando el dispositivo de motorizacion electrica caracterizado porque incorpora un 15 bloque (8) insertable en el interior del tubo principal (7) del cuadro (6) de la bicicleta, en el que el bloque (8) comprende a su vez:
    - una baterla (1), recargable a traves de la toma de carga (10), para accionamiento del motor (2),
    - un controlador del motor (3), conectado en paralelo a la baterla (1), para 20 control de los parametros de funcionamiento del motor (2),
    - un gestor de baterlas (15), conectado en paralelo a la baterla (1) y al controlador del motor (3), para gestion de la baterla (1),
    - unos primeros cables (19) para conexion con el motor (2), la toma de carga (10), y el sensor de pedaleo (4), y
    25 - unos segundos cables (20) para conexion con la unidad de control (5).
  2. 2. Dispositivo de motorizacion electrica de acuerdo con la reivindicacion 1 caracterizado porque el sensor de pedaleo (4) es vinculable a la puntera (9) del cuadro (6), y comprende a su vez:
    30 - un disco (30) vinculable solidariamente a la rueda libre (26) del motor (2), y
    - una pluralidad de imanes localizados en el disco (30) para activacion del sensor de pedaleo (4).
  3. 3. Dispositivo de motorizacion electrica de acuerdo con cualquiera de las
    reivindicaciones anteriores caracterizado porque la unidad de control (5) comprende a su vez:
    - un pulsador (32) con al menos un boton accionable por el usuario,
    5 - medios de iluminacion (33) para emision de luz informativa, y
    - un motor de vibracion vinculado al pulsador (32) para creacion de vibraciones informativas.
  4. 4. Dispositivo de motorizacion electrica de acuerdo con la reivindicacion 3
    10 caracterizado porque el motor de vibracion incorpora un variador de frecuencia para
    creacion de una pluralidad de vibraciones informativas.
  5. 5. Dispositivo de motorizacion electrica de acuerdo con cualquiera de las
    reivindicaciones anteriores caracterizado porque la baterla (1) comprende un bloque
    15 de celdas (16).
  6. 6. Dispositivo de motorizacion electrica de acuerdo con la reivindicacion 5
    caracterizado porque el bloque de celdas (16) comprende una agrupacion de diez celdas y una celda auxiliar para dar lugar a una configuration de tipo 11S2P.
    20
  7. 7. Dispositivo de motorizacion electrica de acuerdo con la reivindicacion 5
    caracterizado porque el bloque de celdas (16) comprende una agrupacion de trece celdas y una celda auxiliar para dar lugar a una configuracion 14S2P.
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