ES2402642B1 - Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales - Google Patents

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Abstract

La invención se centra en el hecho de que incorpora un doble eje de accionamiento, en el que participa un eje exterior (10), y un eje interior (11), concéntricos, con sus correspondientes rodamientos, de manera que, las bielas (6) son solidarias al eje interior (11), mientras que el plato o conjunto de platos (5) es solidario al eje exterior (10), mientras que al extremo opuesto (16) de dicho eje exterior (10) se fija solidariamente una corona (17) en la que se define un alojamiento para un buje (18) dotado de un mecanismo de trinquetes que permite que el eje externo (10) gire independientemente del eje interno, pero que, a través de dicho mecanismo de trinquetes, se transmita el movimiento de giro del eje interno al eje externo. La corona (17) está asociada a una segunda cadena (20), que es accionada a través de un piñón (21) que emerge de la carcasa de un grupo moto-reductor (22), asociado al cuadro o chasis del vehículo, grupo moto-reductor alimentado por una batería (25) y controlado por un microprocesador (26) y el correspondiente mando en el manillar.

Description

Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales.
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema motriz que ha sido especialmente concebido para ser implantado en bicicletas, si bien es igualmente aplicable a cualquier otro tipo de vehículo de propulsión a pedales.
El objeto de la invención es proporcionar un sistema motriz que pueda actuar tanto paralelamente como de forma independiente al pedaleo del usuario, aportando una potencia extra, en aquellos momentos en que se haga necesario, como puede ser en tramos con elevadas pendientes, durante el sorteo de obstáculos, etc.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el ámbito de aplicación práctica de la invención, son conocidas bicicletas eléctricas que, con ayuda de un motor eléctrico, alimentado por la correspondiente batería, y asistido por el complementario circuito de control, permiten transmitir la potencia del motor a la rueda tractora de la bicicleta, reduciendo el esfuerzo necesario para desplazarse con dicho vehículo.
Este tipo de motores van asociados directamente al buje trasero de la rueda de la bicicleta, lo que supone un problema o limitación al tener que utilizar un tipo de rueda específico, de manera que, cuando se trata de bicicletas de montaña, es habitual que las ruedas se vean sometidas a fuertes impactos, debido a las irregularidades del terreno, pudiéndose dañar la llanta, de manera que la reparación de la rueda supone una tarea compleja y costosa, frente a las ruedas convencionales, las cuales pueden ser sustituídas fácilmente, con una amplia oferta de tipos de ruedas en función de las prestaciones de peso o resistencia en función del tipo de rutas a efectuar, oferta que con éste tipo de dispositivos se ve sumamente limitada.
Por otro lado, éste tipo de bicicletas incorporan una batería que se fija exteriormente al cuadro de la bicicleta, afectando muy negativamente a su estética, y limitando en algunos casos la capacidad para instalación de accesorios, tales como porta-bidones, soportes para bombas/infladores, etc.
Son igualmente conocidas otro tipo de bicicletas eléctricas, cuyo grupo moto-reductor actúa directamente sobre la cadena de la bici, lo que supone que el accionamiento del motor condicione la velocidad de pedaleo del usuario, pudiendo llegar a ser molesta la cadencia de pedaleo que impone dicho motor, ya que el movimiento de la cadena provoca el movimiento del plato al que es solidario el eje pedalier y consecuentemente el movimiento de las bielas y de los pedales.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema motriz que se preconiza ha sido concebido para resolver la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los aspectos comentados, de manera que, su accionamiento, no interfiere en el pedaleo del usuario, pudiendo sumarse ambos efectos, o aplicarse indistintamente de forma independiente, todo ello permitiendo utilizar cualquier tipo de rueda convencional.
Para ello, la invención centra sus características en una especial configuración del eje pedalier, el cual se materializa en un doble eje, de manera que se define un eje exterior y un eje interior y concéntrico a éste, entre los que se interponen los correspondientes juegos de rodamientos, tanto entre ellos como entre el eje exterior y el cuadro en el que queda integrado.
Al eje exterior son solidarios por un extremo el plato o juego de platos que constituyen la transmisión convencional de una bicicleta, mientras que por su extremo opuesto dicho eje es solidario a una corona, que mediante la correspondiente cadena, se relaciona con un grupo moto-reductor, integrado en el cuadro y asistido por una batería eléctrica, que se integra igualmente en el seno del propio cuadro, con su correspondiente circuito de control y programación, del que se hablará más adelante.
Por su parte, a los extremos del eje interior se fijan solidariamente las bielas sobre las que actúan los pedales, de manera que eje interior y eje exterior se relaciona entre sí mediante un buje con mecanismo de trinquetes, que permite que el eje externo gire independientemente del eje interno, pero que, a través de dicho mecanismo de trinquetes, se transmita el movimiento de giro del eje interno al eje externo.
De esta forma, el desplazamiento de la rueda de la bicicleta o vehículo de que se trata vendrá obligado por el giro del eje exterior, a través de la clásica transmisión por cadena, giro que se podrá transmitir a través del eje interior mediante el mecanismo de trinquetes, por medio del accionamiento de los pedales, o bien directamente mediante accionamiento de dicho eje exterior por su extremidad opuesta al de la transmisión convencional de bicicleta, en la que dicho eje se relaciona con el grupo moto-reductor a través de una corona y la correspondiente transmisión por cadena, sin interferir sobre el eje interior al que están asociados los pedales a través de las correspondientes bielas.
En cuanto a la estructuración del grupo moto-reductor, se ha previsto que en el mismo participe preferentemente un motor trifásico, a cuyo eje está asociado un piñón, que engrana con una rueda dentada, cuyo eje se materializa en una rueda libre, es decir, un eje que permite el giro “loco” de la rueda dentada en un sentido mientras que en el otro la rueda y el eje se desplazan angularmente de forma solidaria.
Dicho eje, se remata en un piñón, que es el que desplaza la cadena con la que se hace girar la corona solidaria al eje externo, mecanismo que está asistido por el correspondiente tensor.
El motor eléctrico está gobernado por un microprocesador, al que se conecta una resistencia variable en funciones de acelerador, controlando la alimentación de dicho motor y el estado de carga de la batería.
Dicho microprocesador podrá estar asistido por un sensor de movimiento de las ruedas, así como un sensor de pedaleo, para evitar el funcionamiento del dispositivo en situaciones en las que no sea necesario.
Así pues, y a partir del buje con el mecanismo de trinquetes que relaciona el eje exterior y el eje interior, y el eje de rueda libre de la reductora, se consigue que el accionamiento del motor no afecte a los pedales, y por el contrario que el movimiento de pedaleo convencional, que provoca el desplazamiento de la transmisión asociada a la reductora, no se transmita al motor.
Por último, cabe citar el hecho de que la batería presentará un carácter extraíble con respecto al cuadro en el que se integra, permitiendo así su extracción y más fácil recarga.
Se consigue de esta forma, un sistema motriz sumamente eficaz, que permite tres modos de funcionamiento: convencional, mixto y puramente eléctrico, sin problemas de interferencias entre ellos, permitiendo el empleo de componentes convencionales en función de los gustos específicos de cada usuario, tales como ruedas, bielas, pedales y similares.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una vista en perfil de una bicicleta dotada de un sistema motriz realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.
La figura 2.- Muestra un detalle ampliado a nivel del sistema de transmisión asociado al grupo motoreductor, sistema de transmisión que aparece desprovisto de la correspondiente carcasa.
La figura 3.- Muestra una vista en perspectiva del conjunto formado por los dos ejes, los platos de la transmisión convencional, la corona de la transmisión asociada al grupo moto-reductor, y las correspondientes bielas.
La figura 4.- Muestra un detalle en sección de la disposición relativa entre ejes.
La figura 5.- Muestra un detalle en perspectiva del grupo moto-reductor desprovisto de su carcasa.
La figura 6.- Muestra una vista en perspectiva opuesta del grupo de la figura anterior con su carcasa convenientemente ajustada.
La figura 7.- Muestra, finalmente, un diagrama de bloques correspondiente al sistema eléctrico que participa en la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Como se puede ver en las figuras referidas, y en especial de la figura 1, el sistema motriz que se preconiza es aplicable a bicicletas (1), cuya rueda tractora (2), como es convencional, está asociada a un mecanismo de transmisión por cadena (3), en el que participa un casete (4) y un juego de platos (5), accionados mediante bielas (6) asociadas a los correspondientes pedales (7), contando con el clásico desviador (8) y cambio trasero (9).
Pues bien, de acuerdo ya con la invención, y como se observa en las figuras 3 y 4, se ha previsto que en lugar del clásico eje solidario a las bielas y los platos, el sistema incluya un doble eje, en el que participa un eje exterior (10), y un eje interior (11), concéntricos, estableciéndose rodamientos interiores (12) entre ambos ejes, y rodamientos exteriores (13) entre el eje exterior y el cuadro (14) de la bicicleta, de manera que, las bielas (6) son solidarias al eje interior (11), mientras que el conjunto de platos (5) es solidario al eje exterior (10), fijándose a éste en correspondencia con uno de sus extremos (15), mientras que al extremo opuesto (16) de dicho eje exterior (10) se fija solidariamente una corona (17) en la que se define un alojamiento para un buje (18) dotado de un mecanismo de trinquetes asociado a una expansión anular (19) del eje interior, mecanismo que permite que el eje externo (10) gire independientemente del eje interno, pero que, a través de dicho mecanismo de trinquetes, se transmita el movimiento de giro del eje interno al eje externo.
Tal y como se puede observar en la figura 2, la citada corona (17) está asociada a una segunda cadena (20), que es accionada a través de un piñón (21) que emerge de la carcasa de un grupo moto-reductor (22), conjunto que está asistido por el correspondiente tensor (23).
El motor (24) que participa en el grupo moto-reductor será preferentemente un motor trifásico, alimentado por una batería (25), controlado por un microprocesador (26), a través de un circuito de control de voltaje (27) y la electrónica de control (28) del motor, contando con un acelerador (29), materializado en una resistencia variable, y pudiendo contar con sensores de movimiento (30) de las ruedas y sensores de pedaleo (31).
Este microprocesador, se integrará en una carcasa que irá dispuesta preferentemente sobre el manillar, para permitir visualizar el nivel de batería, así como ofrecer diferentes programas de gestión de la potencia eléctrica.
La batería (25) irá dispuesta en el seno del cuadro (14), concretamente en el interior del tubo diagonal, contando con una tapa practicable (32) de acceso a la misma.
Por su parte, la segunda cadena (20), la asociada al sistema motriz eléctrico, estará parcialmente protegida por una cubierta (33), tal como muestra la figura 1.
Volviendo nuevamente al grupo moto-reductor, y tal y como se puede observar en las figuras 5 y 6, el motor eléctrico trifásico (24) se solidariza a una carcasa base (34), de manera que su eje (35) se remata en un piñón helicoidal (36) que engrana en un engranaje helicoidal (37) cuyo eje se materializa en una rueda libre (38), es decir, un eje que permite el giro “loco” del engranaje helicoidal (37) en un sentido mientras que en el otro engranaje y eje se desplazan angularmente de forma solidaria, estando solidarizado el eje al piñón (38) de accionamiento de la segunda cadena (20).
El conjunto así descrito queda alojado en una carcasa tubular (39) que se remata con una tapa (40), definiéndose un alojamiento en el cuadro de la bici, para integrar todo el conjunto.
A partir de esta estructuración, y tal y como se ha comentado anteriormente, el desplazamiento de la rueda tractora se consigue mediante el desplazamiento del eje exterior (10), al que son solidarios los platos (6) y la corona (17), de manera que el mismo puede obtenerse mediante giro de dicha corona (17) a través del equipo moto-reductor, o bien mediante el giro conjunto de ambos ejes, por accionamiento de las bielas, gracias al mecanismo de trinquetes convencional asociado al buje que relaciona ambos ejes, sin interferirse uno u otro modo motriz entre sí, y pudiéndose utilizar simultáneamente ambos modos.
De análoga manera, cuando la bicicleta se desplaza mediante pedaleo, éste provoca el giro del eje externo (10), y consecuentemente de la corona (17) y de la cadena asociada a la misma, movimiento que no obstante no se transmite al motor, debido a la especial estructuración de la rueda libre (18).

Claims (2)

  1. REIVINDICACIONES
    1ª.-Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales, en los que se establece al menos una rueda tractora (2), asociada a un mecanismo de transmisión por cadena (3), accionado a través de bielas (6) mediante los correspondientes pedales (7), y siendo del tipo de los que incorporan un doble eje de accionamiento, en el que participa un eje exterior (10), y un eje interior (11), concéntricos, estableciéndose rodamientos interiores (12) entre ambos ejes, y rodamientos exteriores (13) entre el eje exterior y el cuadro (14) de la bicicleta o vehículo de que se trate, de manera que, las bielas (6) son solidarias al eje interior (11), mientras que el plato o conjunto de platos (5) es solidario al eje exterior (10), fijándose a éste en correspondencia con uno de sus extremos (15), mientras que al extremo opuesto (16) de dicho eje exterior (10) se fija solidariamente una corona
    (17)
    en la que se define un alojamiento para un buje (18) dotado de un mecanismo de trinquetes que permite que el eje externo (10) gire independientemente del eje interno, pero que, a través de dicho mecanismo de trinquetes, se transmita el movimiento de giro del eje interno al eje externo, con la particularidad de que la corona (17) está asociada a una segunda cadena (20), que es accionada a través de un piñón (21) que emerge de la carcasa de un grupo moto-reductor (22), asociado al cuadro o chasis del vehículo, grupo moto-reductor alimentado por una batería
    (25)
    y controlado por un microprocesador (26) asistido por el correspondiente acelerador o resistencia variable (29), caracterizado porque el grupo moto-reductor está constituido a partir de un motor eléctrico, cuyo eje (35) se remata en un piñón helicoidal (36) que engrana en un engranaje helicoidal (37) cuyo eje se materializa en una rueda libre
    (38), que permite el giro “loco” del engranaje helicoidal (37) en un sentido mientras que en el otro engranaje y eje se
    desplazan angularmente de forma solidaria, estando solidarizado el eje al piñón (38) de accionamiento de la segunda cadena (20).
    2ª.- Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el grupo moto-reductor está constituido a partir de un motor eléctrico trifásico (24).
    3ª.- Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque cuando el dispositivo está destinado a bicicletas, en el cuadro de la misma se define un alojamiento para inserción del grupo moto-reductor, así como un alojamiento practicable para inserción de la batería.
    4ª.- Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la segunda cadena (20) está asistido por un mecanismo tensor (23).
    5ª.- Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la electrónica de control del dispositivo cuenta con sensores de movimiento (30) de las ruedas y sensores de pedaleo (31).
    6ª.- Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el microprocesador se integra en una carcasa dispuesta preferentemente sobre el manillar, dotada de medios de visualización del nivel de batería, así como medios de gestión programada de la potencia.
    7ª.- Sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la segunda cadena (20) esta parcialmente protegida por una cubierta (33).
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201131725
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 26.10.2011
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : B62M6/55 (2010.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    Y
    US 2011124454 A1 (SONG KANG YOUNG) 26.05.2011, 1,3-7
    párrafos [0088]-[0120]; figuras 1,8-15.
    Y
    US 6446745 B1 (LEE MICHAEL JOHN et al.) 10.09.2002, 1,3-7
    columna 4, línea 30 – columna 12, línea 22; figuras 1-3,6,9.
    A
    US 2008314668 A1 (SPANSKI HAROLD) 25.12.2008, 1-3,7
    párrafos [0020]-[0057]; figuras 1-6.
    A
    US 6039137 A (SCHLESS ELY) 21.03.2000, 1,3,4,6
    columna 4, línea 1 – columna 8, línea 57; figuras.
    A
    US 6006850 A (YU TUNG-SHIANG) 28.12.1999, 1,5,6
    columna 2, línea 31 – columna 3, línea 37; figura 1.
    A
    FR 2891801 A1 (JJG PARTENAIRES EURL SARL) 13.04.2007, 1,3,5,6
    página 4, línea 12 – página 6, línea 24; figuras 1-3.
    A
    ES 2049467 T (TOSHIBA TEC KK) 01.11.2000, 1-3,7
    columna 9, línea 27 – columna 21, línea 63; figuras 1-4.
    A
    US 7261175 B1 (FAHRNER TODD) 28.08.2007 1,3
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 07.08.2013
    Examinador V. Población Bolaño Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201131725
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B62M Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201131725
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 07.08.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1 -7 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 2 1, 3 -7 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201131725
    1. Documentos considerados
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2011124454 A1 (SONG KANG YOUNG) 26.05.2011
    D02
    US 6446745 B1 (LEE MICHAEL JOHN et al.) 10.09.2002
  2. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    La invención en estudio tiene por objeto un sistema motriz para bicicletas, triciclos y vehículos de tracción a pedales.
    El documento D01, considerado el más cercano del estado de la técnica, describe un mecanismo de transmisión de potencia para una bicicleta eléctrica. El segundo modo de realización del conjunto presentado en este documento (figuras 8 a 15) incluye, como el reivindicado en la solicitud, una rueda tractora (800) asociada a un mecanismo de transmisión por cadena (850) accionado a través de bielas (510) mediante los correspondientes pedales (530). La bicicleta incorpora un doble eje de accionamiento en el que participa un eje exterior (580) y un eje interior (590), concéntricos, estableciéndose un cojinete de fricción (no mostrado, pero indicado en el párrafo [0097]) entre ambos ejes y rodamientos exteriores (58, 58’) entre el eje exterior (580) y el cuadro (500) de la bicicleta. Las bielas (510) son solidarias al eje interior (590), mientras que el plato (50) es solidario al eje exterior (580), fijándose a éste en correspondencia con uno de sus extremos. En el extremo opuesto de dicho eje exterior (580) se monta una corona (330) asociada a una segunda cadena (930) que es accionada a través de una rueda (993) conectada a un motor (990) asociado al cuadro del vehículo y alimentado por una batería (90). En el plato (50) se monta un buje dotado de un mecanismo de trinquetes (200) que permite que el eje externo (580) gire independientemente del eje interno (590), pero transmite el movimiento del eje interno al eje externo. El conjunto mostrado presenta varias diferencias respecto al objeto de la reivindicación 1 de la solicitud: en primer lugar, se incluye un cojinete en lugar de un rodamiento entre los ejes interior (590) y exterior (580); esta diferencia no resulta inventiva por tratarse de elementos equivalentes desde el punto de vista técnico. En segundo lugar, el mecanismo de trinquete (200) entre ambos ejes se monta en el plato (50) en lugar de en la rueda (993); no obstante, dado que la disposición del trinquete en uno u otro punto produce un mismo efecto técnico, se considera que esta variación de diseño no aportaría carácter inventivo al conjunto. Finalmente, en el documento D01 no se hace mención alguna a que el motor esté controlado por un microprocesador ni a un acelerador o resistencia variable; sin embargo, el control de bicicletas con asistencia eléctrica es conocido a través de numerosos documentos, como por ejemplo el documento D02, referente a un sistema de control para vehículo eléctrico, el cual incluye un procesador (110) y un acelerador materializado en una resistencia variable (columna 5, líneas 28-32 del documento D02). Se considera que resultaría evidente para el experto en la materia incorporar el sistema de control mostrado en el documento D02 a la bicicleta reflejada en el documento D01 para obtener un conjunto como el definido en la solicitud.
    Por tanto, a la vista de los documentos D01 y D01, se considera que la reivindicación 1 no presenta actividad inventiva de acuerdo al artículo 8 de la Ley 11/1986 de Patentes.
    En el documento D01 se aprecia además que en el cuadro de la bicicleta se define un alojamiento para el montaje del motor y otro para la batería, como se propone en la reivindicación 3 de la solicitud. Por otra parte, en el documento D02 se indica la inclusión de medios de visualización del nivel de la batería (columna 6, líneas 3-30) y medios de gestión programada de la potencia, así como la posibilidad de inclusión sensores de pedaleo (columna 12, línea 11-12) y la utilización de la velocidad de la bicicleta como parámetro para la gestión de la potencia (lo cual, aunque no se indique específicamente en el documento, suele medirse habitualmente mediante un sensor en la rueda).
    Por tanto, tampoco las reivindicaciones 3, 5 y 6 presentan actividad inventiva según el artículo 8 de la Ley 11/1986 de Patentes.
    Finalmente, las reivindicaciones 4 y 7 se refieren a detalles constructivos conocidos y ampliamente utilizados en vehículos de dos ruedas, por lo que su inclusión en el conjunto tampoco puede considerase inventiva y, en consecuencia, las reivindicaciones 4 y 7 carecerían igualmente de actividad inventiva de acuerdo al artículo 8 de la Ley 11/1986 de Patentes.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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