ES2454590T5 - Bicicleta con asistencia eléctrica y unidad adaptada para uso en bicicleta con asistencia eléctrica y capaz de montarse en un cuadro de bicicleta - Google Patents

Description

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DESCRIPCION

Bicicleta con asistencia electrica y unidad adaptada para uso en bicicleta con asistencia electrica y capaz de montarse en un cuadro de bicicleta

Campo tecnico

La presente invencion se refiere a una bicicleta asistida por potencia que puede avanzar con una fuerza de pedaleo complementada con una potencia electromotriz y tambien a una unidad para una bicicleta asistida por potencia que se puede montar en un cuadro de una bicicleta.

Antecedentes de la invencion

La bicicleta asistida por potencia que puede avanzar con una fuerza de pedaleo complementada con una potencia electromotriz esta provista por lo general de un mecanismo de combinacion de fuerza para combinar la fuerza de pedaleo con la potencia electromotriz. Como ejemplo de dicho mecanismo de combinacion de fuerza, se ha desarrollado un tipo de bicicleta asistida por potencia equipada con un mecanismo de combinacion de fuerza como el descrito en la Publicacion de Patente japonesa numero 2002-362468. Dicha bicicleta asistida por potencia incluye: un pinon 2 que puede girar para transmitir una fuerza de pedaleo a una rueda motriz; un engranaje de asistencia 30 que es rotativo coaxialmente con el pinon 2; una unidad de accionamiento operable para enviar potencia electromotriz en respuesta a la fuerza de pedaleo en una condicion predeterminada; un pinon de potencia 33 que es movido rotacionalmente por la potencia electromotriz de salida; y una cadena de asistencia 32 que se extiende a traves del engranaje de asistencia 30 y el pinon de potencia 33, como se ilustra en la figura 3 de la publicacion de patente antes citada. Esta tecnologfa proporciona la ventaja de una flexibilidad incrementada de forma significativa en la instalacion del mecanismo de combinacion de fuerza, eliminando de hecho la necesidad de un cuadro especial para su instalacion.

US 2005/0167226 describe una bicicleta asistida por potencia con un embrague unidireccional que tambien se puede usar como un medio de deteccion de par. El documento US 2005/0167226 describe la tecnica anterior mas proxima.

US 5.749.429 describe un aparato de asistencia de potencia de una bicicleta asistida por potencia que incluye un eje de manivela a mover en rotacion por una fuerza de pedaleo, un motor electrico para generar una potencia de asistencia, un dispositivo de combinacion de fuerza para combinar la fuerza de pedaleo y su fuerza de asistencia en un lado de rueda motriz y al mismo tiempo para generar dos fuerzas componentes de empuje que tienen una magnitud proporcional a la fuerza de pedaleo y la potencia de asistencia, un detector de diferencia de magnitud de fuerza componente de empuje para detectar la diferencia de magnitud entre las dos fuerzas componentes de empuje, y un controlador para controlar una salida del motor electrico con el fin de poner la diferencia de magnitud a “0” y a una diferencia de magnitud opcional en base a una entrada del detector de magnitud de fuerza componente de empuje.

EP 1.306.297 proporciona una unidad de potencia para una bicicleta asistida por motor en la que un motor de asistencia electrica esta montado en una caja soportada por un cuadro al mismo tiempo que soporta rotativamente un eje de manivela que tiene pedales de manivela en sus dos extremos.

US 6.152.249 presenta una bicicleta con asistencia electrica donde un dispositivo de accionamiento electrico esta compuesto por un motor plano instalado en una envuelta y un reductor de armonicos; el cuerpo de envuelta y una batena de almacenamiento estan fijados en el medio del cuadro; un eje central cruza el motor plano y el reductor de armonicos, y puede girar con relacion a ellos; y el motor plano esta conectado con un dispositivo de transmision de potencia a traves del reductor de armonicos.

JP2004-001735 describe un dispositivo de asistencia de fuerza motriz incluyendo un elemento de fijacion fijado en un husillo de accionamiento de potencia humana; un elemento de rotacion acoplado con el elemento de fijacion a traves de un elemento elastico y que gira el husillo de accionamiento de potencia humana; un elemento movil movido en la direccion axial del husillo de accionamiento de potencia humana guiado por una ranura de grna formada en el elemento de rotacion cuando gira conjuntamente con el elemento de fijacion; y un elemento detector para detectar una cantidad de movimiento en una direccion axial del elemento movil.

Descripcion de la invencion

Problemas a resolver con la invencion

Sin embargo, el mecanismo de combinacion de fuerza segun la tecnica anterior indicada anteriormente, en el que se disponen un componente principal de un sensor de fuerza de pedaleo y una unidad de accionamiento auxiliar como unidades estructuralmente separadas, todavfa tiene espacio para mejora al construir un mecanismo simplificado y una instalacion mas facil del mismo mecanismo en el cuadro. La presente invencion se ha realizado en el contexto indicado anteriormente, y asf su objeto es proporcionar un mecanismo simplificado de asistencia de potencia util en la bicicleta asistida por potencia y facilitar la instalacion del mismo mecanismo en el cuadro de bicicleta.

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Medio para resolver los problemas

Para resolver el problema indicado anteriormente, un aspecto de la presente invencion se refiere a una unidad para una bicicleta asistida por potencia que se puede montar en el cuadro de una bicicleta segun la reivindicacion 1.

Segun otro aspecto, la presente invencion proporciona una bicicleta asistida por potencia que puede avanzar con una fuerza de pedaleo complementada con una potencia electromotriz, incluyendo dicha unidad. Preferiblemente, la bicicleta asistida por potencia de la presente invencion puede incluir un elemento elastico dispuesto entremedio en un recorrido de transmision de potencia motriz del engranaje de asistencia, el medio acoplador y el pinon. Por ejemplo, el elemento elastico se puede disponer en una region de enganche donde al menos uno del pinon y el engranaje de asistencia puede enganchar con un pasador. Preferiblemente, el engranaje de asistencia puede ser soportado para movimiento rotacional mediante un soporte independientemente del pinon.

Segun la presente invencion, dado que el medio de salida de potencia electromotriz proporciona una salida de una potencia electromotriz en respuesta a una fuerza de pedaleo en una condicion predeterminada, la potencia electromotriz puede ser transmitida mediante el mecanismo de engranaje al engranaje de asistencia con el fin de accionar dicho engranaje de asistencia para que gire. La potencia electromotriz transmitida al engranaje de asistencia tambien se transmite mediante el medio acoplador al pinon. El pinon puede transmitir una fuerza combinada de la fuerza de pedaleo con la potencia electromotriz a la rueda motriz.

Segun la presente invencion, el medio de salida de potencia electromotriz y el mecanismo de engranaje estan montados fijamente en una base comun, mientras que el pinon y el engranaje de asistencia estan montados rotacionalmente en la base comun. Segun esto, el medio de salida de potencia electromotriz y el mecanismo de combinacion de fuerza pueden estar incorporados integralmente en una sola unidad, facilitando por ello la instalacion de la unidad en el cuadro. Ademas, la unidad se puede instalar en cualesquiera tipos de cuadro de manera mas flexible modificando de forma adaptativa la base comun.

Preferiblemente, el medio de salida de potencia electromotriz y al menos una parte del mecanismo de engranaje estan alojados en un alojamiento, y el alojamiento esta unido o formado integralmente con la base comun.

El mecanismo de engranaje incluye un primer engranaje que puede operar en asociacion con el eje de salida del medio de salida de potencia electromotriz; un segundo engranaje para reduccion de velocidad que puede acoplar con el primer engranaje; y un tercer engranaje que esta acoplado coaxialmente con el segundo engranaje y puede acoplar con el engranaje de asistencia.

Como se ha indicado anteriormente, dado que las realizaciones de la presente invencion permiten lograr la transmision de potencia motriz desde el engranaje de asistencia al pinon por medio del pasador, se puede reducir por lo tanto el numero de piezas, lo que ayuda a simplificar el mecanismo, y ademas lograr la estructura destinada a la instalacion mas facil en el cuadro. Ademas, dado que el elemento elastico se puede disponer entremedio en el recorrido de transmision de potencia motriz del engranaje de asistencia, el medio acoplador y el pinon, se puede lograr por lo tanto una transmision de potencia motriz significativamente suave.

Ademas, una bicicleta asistida por potencia segun otro modo de la presente invencion incluye ademas un eje de accionamiento que puede girar por aplicacion de la fuerza de pedaleo, donde el eje de accionamiento se soporta rotativamente en la base comun. En este aspecto, el eje de accionamiento se aloja en un alojamiento de eje, que preferiblemente esta unido o formado integralmente con la base comun. En este caso, el cuadro de la bicicleta asistida por potencia puede tener preferiblemente un agujero de eje a traves del que se extiende el alojamiento de eje. Es decir, el alojamiento de eje puede estar configurado de manera que se extienda a traves del agujero de eje formado en la bicicleta asistida por potencia. Esta disposicion que permite que el alojamiento de eje se extienda a traves del agujero de eje puede facilitar el montaje y el desmontaje de la unidad integral que consta del medio de salida de potencia electromotriz y el mecanismo de combinacion de fuerza en/del cuadro.

Ademas, en una bicicleta asistida por potencia segun otro modo de la presente invencion, el pinon se monta en el eje de accionamiento mediante un embrague unidireccional, que puede funcionar para transmitir solamente un movimiento rotacional en una direccion por una fuerza de pedaleo aplicada al eje de accionamiento al pinon. En este modo, preferiblemente, la bicicleta asistida por potencia puede incluir un medio de deteccion para determinar una cantidad ffsica para el embrague unidireccional que vana en respuesta a la fuerza de pedaleo, y un medio de control para controlar la potencia electromotriz en base a al menos la cantidad ffsica determinada por el medio de deteccion. Esta disposicion permite incorporar dentro de una sola unidad no solamente el medio de salida de potencia electromotriz y el medio de combinacion de fuerza, sino tambien el medio de deteccion de fuerza de pedaleo, en conjunto en un mecanismo simple.

Por otra parte, el engranaje de asistencia puede ir montado preferiblemente en la base comun mediante un cojinete para movimiento rotacional. Esta disposicion permite transmitir la potencia electromotriz al pinon de manera estable.

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Estos y otros objetos y ventajas de la presente invencion se entenderan mas claramente haciendo referencia a una realizacion preferida de la presente invencion descrita mas adelante.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 es una vista esquematica de una bicicleta asistida por potencia segun la presente invencion.

La figura 2 es un diagrama esquematico que ilustra un sistema de control de una bicicleta asistida por potencia de la presente invencion.

La figura 3 es una ilustracion de una unidad a montar en una bicicleta asistida por potencia segun una realizacion de la presente invencion, donde (a) representa una vista en alzado lateral y (b) representa una vista en seccion transversal de la unidad, respectivamente.

La figura 4 es un dibujo esquematico para ilustrar los pasos secuenciales de un procedimiento para instalar una unidad segun una realizacion de la presente invencion en un cuadro de bicicleta, donde (a) representa una vista en perspectiva de la unidad que ha sido instalada en el cuadro de bicicleta, segun se ve desde la derecha. (b) es una vista ampliada de la unidad representada en la figura 4(a). (c) es una vista en perspectiva de la unidad antes de la instalacion en el cuadro de bicicleta. (d) es una vista en perspectiva de la unidad con una parte de ella montada en el cuadro de bicicleta. (e) es una vista en perspectiva de la unidad que se ha fijado al cuadro de bicicleta. Y (f) representa una vista en perspectiva de la unidad que se ha instalado en el cuadro de bicicleta, segun se ve desde la izquierda, respectivamente.

La figura 5 es una vista en perspectiva despiezada de un embrague unidireccional representado en la figura 3.

La figura 6 es un diagrama que representa una condicion de acoplamiento entre un diente y un trinquete de un embrague unidireccional (engranaje de trinquete) para ilustrar un principio de deteccion de fuerza de pedaleo en una bicicleta asistida por potencia de la presente invencion.

Y la figura 7 presenta ejemplos de un medio antirrotacion para evitar la rotacion relativa de un trinquete con respecto a un eje de accionamiento, donde la figura 7(a) es una vista superior que ilustra una configuracion general de una acanaladura del tipo de bola, la figura 7(b) un tipo de llave de lenguetas y la figura 7(c) un tipo de llave de ranura, respectivamente.

Explicacion de los numeros de referencia

1: bicicleta asistida por potencia 2: pinon

4: eje de accionamiento 11: unidad 12: cadena

13: alojamiento de accionamiento 14: microordenador 15: circuito amplificador 17: baterfa

22: rueda motriz (rueda trasera)

30: engranaje de asistencia

37: motor electrico

37a: eje de salida del motor electrico

38: primer engranaje

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40: mecanismo de engranaje 42: segundo engranaje 45: tercer engranaje 50: base comun 52: alojamiento de eje 70: cojinete 80: agujero de eje 99: embrague unidireccional 100: bloque de gatillos 102: gatillo de trinquete 112: bloque de dientes 114: diente de trinquete 123: pasador

124: muelle de disco conico 126: extensnrietro 129: elemento elastico Realizacion de la invencion

A continuacion se describira una realizacion preferida de la presente invencion con referencia a los dibujos adjuntos.

La figura 1 representa en general una bicicleta asistida por potencia 1 segun una primera realizacion de la presente invencion. Como se ilustra, esta bicicleta asistida por potencia 1, al igual que las bicicletas ordinarias, tiene una estructura esqueletica principal incluyendo un cuadro 3 hecho de tubos metalicos, cuadro 3 en el que se monta una rueda delantera 20, una rueda trasera 22, un manillar de direccion 16, un sillm 18 y otros en una configuracion conocida.

Ademas, un eje de accionamiento 4 se soporta en una porcion inferior media del cuadro 3 de manera que sea rotativo, y pedales 8L, 8R estan montados en los extremos izquierdo y derecho del eje 4 mediante barras de manivela 6L, 6R, respectivamente. En dicho eje de accionamiento 4 va montado concentricamente un pinon 2 mediante un embrague unidireccional (como se describira mas tarde y designado con 99 en la figura 3) operable para transmitir solamente un movimiento rotacional en la direccion R correspondiente a una direccion de marcha hacia delante del cuerpo de la bicicleta. Una cadena rotativa sinfm 12 se extiende a traves del pinon 2 y un mecanismo de accionamiento de rueda trasera 10 dispuesto en el centro de la rueda trasera 22.

La bicicleta asistida por potencia 1 en la realizacion ilustrada controla la bicicleta con el fin de asistir una fuerza de pedaleo en base a una relacion de asistencia (potencia auxiliar/fuerza de pedaleo) determinada a partir de al menos la velocidad de marcha de la bicicleta y la fuerza de pedaleo. En esta realizacion, el control de la bicicleta asistida por potencia y la operacion de combinacion de fuerza de la potencia electromotriz con la fuerza de pedaleo puede ser efectuado por una unidad 11 prevista como un mecanismo de asistencia de potencia.

La figura 2 ilustra esquematicamente un sistema de control de la bicicleta asistida por potencia 1. El sistema de control de la bicicleta asistida por potencia 1 en esta realizacion incluye un solo microordenador 14 para proporcionar un control general en cada proceso electronico a traves de la bicicleta, un motor electrico 37 al que se puede aplicar el control PMW, un circuito amplificador 15 conectado directamente al microordenador 14 para amplificar la potencia electrica de

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senales de control procedentes del mismo y una batena 17 conectada con el circuito amplificador 15 para suministrar potencia al motor electrico 37.

El microordenador 14 puede tener entradas que constan, al menos, de una senal de velocidad de giro para calcular la velocidad de avance de la bicicleta y senales de extensnrietro 1 y 2 para calcular la fuerza de pedaleo. El medio para generar tales senales se explicara mas adelante. El microordenador 14 ejecuta las operaciones electronicas, puesto que calcula la velocidad de avance y la fuerza de pedaleo a partir de las senales de entrada y determina la relacion de asistencia segun un algoritmo predeterminado. El microordenador 14 envfa entonces secuencialmente instrucciones PWM correspondientes a la potencia motriz auxiliar con el fin de ordenar al motor electrico 37 que genere la potencia motriz auxiliar correspondiente a la relacion de asistencia.

Volviendo ahora a las figuras 3(a) y (b), se explicara la unidad 11 que sirve como el mecanismo de asistencia de potencia en la bicicleta asistida por potencia 1.

La unidad 11 representada en las figuras 3(a) y (b) incluye un engranaje de asistencia 30 acoplado coaxialmente con el pinon 2, el motor electrico 37 para enviar potencia electromotriz y un mecanismo de engranaje 40 para transmitir la potencia electromotriz desde un eje de salida 37a del motor electrico al engranaje de asistencia 30 por medio de un sistema de engranajes. Consiguientemente, cuando el motor electrico 37 es movido en revolucion, su par es suministrado por medio del mecanismo de engranaje 40 al engranaje de asistencia, que, a su vez, transmite el par al pinon 2, que esta montado fijamente con respecto al engranaje de asistencia 30 y se hace girar por la fuerza de pedaleo. Asf, se puede llevar a cabo la combinacion de la fuerza de la potencia motriz auxiliar con la fuerza de pedaleo.

El mecanismo de engranaje 40 incluye un primer engranaje 38 que puede operar en asociacion con el eje de salida 37a del motor electrico 37, un segundo engranaje 42 para reduccion de velocidad que puede acoplar con el primer engranaje 38; y un tercer engranaje 45 que esta acoplado coaxialmente con el segundo engranaje 42 y puede acoplar con el engranaje de asistencia 30.

Se ha de indicar que lo que se denomina un embrague unidireccional (no representado), disenado para transmitir potencia motriz solamente en una direccion, esta dispuesto entremedio en el recorrido de transmision de la potencia motriz auxiliar desde el motor electrico 37 al engranaje de asistencia 30. Dicho embrague unidireccional esta configurado y conectado de manera que transmita la potencia motriz auxiliar desde el motor electrico 37 al engranaje de asistencia 30, pero que no transmita ningun par en la direccion opuesta, o la direccion desde el engranaje de asistencia 30 al motor electrico 37. Cuando el motor electrico 37 no este en revolucion, la carga rotacional del motor no se podra transmitir al engranaje de asistencia 30 por el embrague unidireccional, como se ha descrito anteriormente aunque no se representa, lo que quiere decir que se puede lograr una marcha con carreras pequenas.

El pinon 2, el engranaje de asistencia 30, el motor electrico 37 y el mecanismo de engranaje 40 estan montados en una base comun 50. Ademas, el motor electrico 37 y todo el conjunto del mecanismo de engranaje 40 estan fijados fijamente a la base comun 50 de manera que no se puedan mover con respecto a ella. Ademas, el motor electrico 37 asf como los engranajes primero y segundo 38 y 42 del mecanismo de engranaje 40 estan cubiertos con el alojamiento de accionamiento 13. El alojamiento de accionamiento 13 esta unido o formado integralmente con la base comun 50.

El pinon 2 esta montado en la base comun 50 en el eje de accionamiento 4 mediante un embrague unidireccional 99 de manera que pueda girar. El embrague unidireccional 99 solamente puede transmitir el movimiento rotacional aplicado al eje de accionamiento 4 en la direccion de marcha hacia delante al pinon 2, como se describira mas adelante. El eje de accionamiento 4 se soporta dentro del alojamiento de eje 52 de manera que sea rotativo, y el alojamiento de eje 52 se fija al cuadro 80 cuando se inserta en el agujero de eje 80 formado a traves del cuadro. El alojamiento de eje 52 esta unido o formado integralmente con la base comun 50.

El pinon 2 y el engranaje de asistencia 30, en el caso de emplear pasadores 123 (figura 3(a)), estan acoplados coaxialmente uno a otro en tres posiciones separadas cada 120 grados. Esto permite que la potencia electromotriz transmitida al engranaje de asistencia 30 tambien se transmita mediante los pasadores 123 al pinon 2. Los pasadores 123 estan montados extendiendose a traves del engranaje de asistencia 30 y el pinon 2 en la direccion de su grosor, como se representa en la figura 3(b). En los ejemplos representados en la figura 3(b), una porcion de pata del pasador 123 esta insertada en una abertura del engranaje de asistencia 30 y fijada en ella, mientras que una porcion de cabeza del pasador 123 se extiende a traves de un agujero formado a traves del pinon 2, teniendo la punta del pasador 123 un diametro mayor que el del agujero, evitando por ello que el pasador pase a traves del agujero.

Un elemento elastico 129 hecho de caucho o analogos tambien esta dispuesto alrededor de las porciones de cabeza y eje del pasador 123. Espedficamente, el elemento elastico esta dispuesto en una region de enganche entre el pinon 2 y el pasador 123. Con la provision del elemento elastico, cualesquiera comportamientos desiguales del engranaje de asistencia 30 o el pinon 2 podnan ser absorbidos, de modo que la potencia motriz pueda ser transmitida muy suavemente entre el engranaje de asistencia 30 y el pinon 2.

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Se ha de indicar que el medio acoplador entre el pinon 2 y el engranaje de asistencia 30 no se limita al pasador aqu ilustrado. Por ejemplo, se puede usar un perno, o la porcion de pata del pasador 123 se puede formar integralmente con el engranaje de asistencia 30. Ademas, el elemento elastico 129 se puede disponer en cualesquiera posiciones en el recorrido de transmision de potencia motriz entre el engranaje de asistencia 30 y el pasador 123 y el pinon 2. Por ejemplo, se puede disponer un solo o cualesquiera elemento(s) elastico(s) adicional(es) 129 en la(s) region(es), tal como la region de enganche entre el engranaje de asistencia 30 y el pasador 123.

Ademas, el engranaje de asistencia 30 esta montado en la base comun 50 para movimiento rotacional mediante un cojinete 70 independientemente del pinon 2. Esta disposicion facilita una transmision de potencia motriz mas estable desde el engranaje de asistencia 30 al pinon 2.

Como se ha indicado anteriormente, segun la realizacion ilustrada, es posible construir una sola unidad 11 incorporada con todos los componentes requeridos para una bicicleta asistida por potencia montando el pinon 2, el engranaje de asistencia 30, el motor electrico 37, el mecanismo de engranaje 40 y el eje de accionamiento 4 en la base comun 50, montando al mismo tiempo el circuito del sistema de control como se representa en la figura 2 y un sensor de pedaleo como se describira mas adelante en el alojamiento de accionamiento 13 y dentro del embrague unidireccional 99a, respectivamente. Por lo tanto, se puede realizar el mecanismo de asistencia de potencia, como una unidad completa en una estructura simplificada, y dicha unidad puede facilitar la instalacion de la unidad 11 en el cuadro. Se entendera facilmente que la unidad 11 se puede preparar para instalacion en cualesquiera tipos del cuadro modificando la base comun de forma adaptativa.

Los pasos secuenciales de un procedimiento para instalar una unidad 11 segun la presente invencion en un cuadro de bicicleta se describen con referencia a la figura 4. La figura 4(a) representa una vista en perspectiva de la unidad 11 que se ha instalado en el cuadro de bicicleta, segun se ve desde la derecha; la figura 4 (b) representa una vista ampliada de la unidad 11 como se representa en la figura 4(a); y la figura 4(f) representa una vista en perspectiva de la unidad que se ha instalado en el cuadro de bicicleta, segun se ve desde la izquierda, respectivamente.

Inicialmente, el eje de accionamiento 4 (cubierto por el alojamiento de eje 52) de la unidad 11 se inserta desde el extremo del agujero de eje 80 en la direccion que indica la flecha, como se representa en la figura 4(c). A continuacion, la unidad 11 se inserta mas, hasta que las puntas del eje de accionamiento 4 y el alojamiento de eje 52 salgan por el agujero de eje 80 en el lado opuesto, y se monta un adaptador 82 y un sujetador 84 alrededor de las porciones de punta sobresalientes, como se representa en la figura 4(d). Ademas, la unidad 11 puede recibir previamente una porcion elevada con agujeros de perno para enganche roscado formados en sus dos extremos, mientras que el cuadro se puede facilitar previamente con un par de lenguetas que tengan agujeros de perno formados a su traves, respectivamente, y que se extiendan en paralelo, y en el paso de la figura 4(b), dicha porcion elevada se puede colocar entre dicho par de lenguetas con agujeros de perno alineados.

Finalmente, el sujetador 84 se fija sobre las porciones de punta del eje de accionamiento 4 y el alojamiento de eje 52 para colocacion fija, mientras que una porcion de punta del adaptador 82, que se fijara simultaneamente con el sujetador 84, se fija externamente a la unidad 11 por medio de pernos, como se representa en la figura 4(c). Ademas, se enroscan pernos en los agujeros de perno para enganche roscado desde ambos extremos con el fin de fijar la porcion elevada colocada entre el par de lenguetas. Asf, la unidad 11 se puede instalar fiable y facilmente en el cuadro.

Mecanismo de deteccion de fuerza de pedaleo

Un mecanismo de deteccion de fuerza de pedaleo para enviar senales de extensfmetro 1 y 2 a introducir en el microordenador 14 se describira con referencia a las figuras 3 a 7. El mecanismo de deteccion de fuerza de pedaleo segun la realizacion ilustrada puede detectar una deformacion que variara en asociacion con cualquier deformacion del embrague unidireccional 99 en respuesta a la fuerza de pedaleo.

El pinon 2 se soporta en el eje de accionamiento 4 mediante el embrague unidireccional 99, como se representa en la figura 3(b). El embrague unidireccional 99 incluye un bloque de gatillos 100 y un bloque de dientes 112 como se representa en la figura 5.

El bloque de gatillos 100 tiene tres gatillos de trinquete 102 espaciados equiangularmente a lo largo de su direccion circunferencial en su lado de segunda superficie de enganche 110. Dicho gatillo de trinquete 102 esta formado por un elemento ngido y se puede mover rotacionalmente alrededor de un eje que se extiende aproximadamente a lo largo del diametro de la segunda superficie de enganche 110. El gatillo de trinquete 102 es empujado por un muelle de elevacion de gatillo 104, de modo que el gatillo de trinquete 102, cuando este libre de cualquier fuerza externa, se eleve de tal manera que su direccion longitudinal forme un angulo predeterminado con respecto a la segunda superficie de enganche 110 (en una orientacion de equilibrio 160 segun se ve en la figura 6. Como se ilustra en la figura 6, cuando el gatillo de trinquete 102 es desviado hacia arriba “a” o hacia abajo “b” de la orientacion de equilibrio 160, el muelle de elevacion de gatillo 104 aplica una pequena fuerza elastica al gatillo de trinquete 102 para compensar el empuje al objeto de poner de nuevo el trinquete 102 en la orientacion de equilibrio 160.

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Ademas, se ha formado un agujero de bloque de gatillos 106 en una region central del bloque de gatillos 100 para recibir el eje de accionamiento 4, y este agujero de bloque de gatillos 106 se extiende mas a traves de una porcion cilmdrica 103 que sobresale de una superfine trasera 101 del bloque de gatillos 100. En la superfine trasera 101, se ha formado una ranura circular 155 (figura 3(b)) en una periferia exterior de la porcion cilmdrica 103 y un numero de bolas de acero 152 estan montadas rotacionalmente en la ranura circular 155. Dichos componentes proporcionan en asociacion, en la superfine trasera 101, un mecanismo de soporte que sirve para soportar una carga en la direccion axial ademas de servir como un soporte deslizante.

Un muelle de disco conico 124 esta montado sobre la porcion cilmdrica 103 y a tope con la superfine trasera 101 del bloque de gatillos 100, extendiendose la porcion cilmdrica 103 a traves de un agujero central 127 del muelle de disco conico 124. Como tal, el muelle de disco conico 124 se coloca en contacto deslizante con la superfine trasera 101 mediante la pluralidad de bolas de acero 152 o el elemento de soporte de carga en una direccion tal que el muelle de disco conico 124 pueda resistir elasticamente la presion del bloque de gatillos 100. Un par de extensnmetros 126 esta dispuesto en una superficie del muelle de disco conico 124, cada uno en una posicion orientada de manera opuesta a 180 grados uno de otro en relacion ffsica. Dichos extensnmetros 126 estan conectados electricamente al microordenador 14 mediante cables 128. Mas preferiblemente, se puede disponer tres o un mayor numero de extensfmetros en el muelle de disco conico 124. En este caso, preferiblemente, se puede colocar una pluralidad de extensnmetros en relacion rotacionalmente simetrica uno con otro en la superficie del muelle de disco conico 124.

El muelle de disco conico 124 se aloja en una porcion interior inferior 132 de un soporte en forma de cuenco 130. El soporte 130 incluye un agujero de soporte 133 a traves del que se extiende el eje de accionamiento y una porcion cilmdrica de soporte 134 que sobresale de su superficie trasera. Esta pared interior de la porcion cilmdrica de soporte 134 engancha con un soporte 138 (vease la figura 3(b)) que sirve para soportar cargas tanto axiales como radiales, y el soporte 138 es bloqueado por una rampa de tope 144 formada en el eje de accionamiento 4. Igualmente, el eje de accionamiento 4, en el lado opuesto, esta montado con un soporte 139 (vease la figura 4(b)), y asf el eje de accionamiento 4 puede ser rotativo con respecto al cuerpo de la bicicleta.

Se han formado primeras ranuras antirrotacion 108 en cuatro posiciones en una pared interior del agujero de bloque de gatillos 106 y que se extienden en la direccion axial 5. El eje de accionamiento 4 incluye segundas ranuras antirrotacion 140 en cuatro posiciones en su porcion de pared exterior, que se pone en contacto deslizante con la pared interior del agujero de bloque de gatillos 106, de tal manera que las segundas ranuras antirrotacion se extiendan en la direccion axial 5 de manera que miren a las primeras ranuras antirrotacion 108. Segun se ve en la figura 7(a), la primera ranura antirrotacion 108 y la segunda ranura antirrotacion 140 opuestas definen en asociacion un canal cilmdrico que se extiende en la direccion axial, en el que se han colocado varias bolas de acero 150 y por ello ocupan el espacio dentro del canal. Esta disposicion permite que el bloque de gatillos 100 se desplace sobre el eje de accionamiento 4 a lo largo de la direccion axial 5 con un mmimo de resistencia de rozamiento entre ellos, evitando al mismo tiempo el movimiento rotacional del bloque de gatillos con relacion al eje de accionamiento 4. Esto proporciona una acanaladura del tipo de bola, pero se puede aplicar otras formas de acanaladura de bola, por ejemplo, una acanaladura de bola de rotacion sin fin, como dicho medio antirrotacion deslizante.

Es posible usar otros medios distintos de la acanaladura de bola como se representa en la figura 7(a) para montar el bloque de gatillos 100 en el eje de accionamiento 4. Por ejemplo, se puede aplicar una estructura, denominada del tipo de llave y acanaladura, compuesta de un saliente que se extiende axialmente 140a dispuesto en el eje de accionamiento 4 y una tercera ranura antirrotacion 108a formada en el bloque de gatillos 100 para acomodar dicho saliente 140a como se representa en la figura 7(b) para el medio antirrotacion. Se ha de indicar que en la figura 7(b), el saliente 140a se puede disponer en el bloque de gatillos 100 y la tercera ranura antirrotacion 108a en el eje de accionamiento 4. Ademas, otra estructura, denominada del tipo de llave y ranura, compuesta de una cuarta ranura antirrotacion 108b que se extiende axialmente y una quinta ranura antirrotacion opuesta 140b formada en el lado del bloque de gatillos 100 y el lado del eje de accionamiento 4, respectivamente, y tambien se puede aplicar una chapa de llave montada en una ranura rectangular definida por dichas ranuras pareadas como se representa en la figura 7(c) para el medio antirrotacion.

Se ha formado una pluralidad de dientes de trinquete 114 en una primera superficie de enganche 121 del bloque de dientes 112 para enganche con los gatillos de trinquete 102. Los dientes de trinquete 114 estan compuestos por rampas relativamente pronunciadas 118 y rampas relativamente moderadas 116 con respecto a la primera superficie de enganche 121, que estan dispuestas alternativa y periodicamente en la direccion circunferencial de dicho bloque de dientes.

El bloque de dientes 112 se soporta sobre el eje de accionamiento 4 mediante un aro 111 interpuesto entremedio de manera que pueda contactar deslizantemente con el eje de accionamiento 4, con su primera superficie de enganche 121 colocada mirando a la segunda superficie de enganche 110 del bloque de gatillos 100. Entonces, los gatillos de trinquete 102 y los dientes de trinquete 112 se pueden acoplar uno a otro (figura 6). Esto quiere decir que el eje de accionamiento 4 se puede acoplar operativamente con el bloque de dientes 112 exclusivamente mediante el enganche entre los gatillos de trinquete 102 y los dientes de trinquete 112. Se ha montado una arandela 122 (figura 3(b)) sobre la porcion de extremo 142 del eje de accionamiento 4 que ha pasado a traves de un agujero de bloque de dientes 120 mediante el aro 111 con el fin

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de evitar que el bloque de dientes 112 se disloque hacia fuera en la direccion axial. El bloque de dientes 112 esta montado con un pinon 2 de manera estacionaria mediante los pasadores 123 (figura 3(b)), y ademas, las puntas del eje de accionamiento 4 estan montadas con ejes de pedal 146. El engranaje de trinquete se monta asf completamente, pudiendo operar para conectar el eje de accionamiento 4 con el pinon 2 con el fin de transmitir al pinon 2 solamente el movimiento rotacional por la fuerza de pedaleo en la direccion de marcha hacia delante de la bicicleta.

Preferiblemente, se puede interponer un muelle 136 para compensacion entre la rampa de tope 144 y la superficie trasera 101 del bloque de gatillos 100. Este muelle 136 de compensacion puede empujar el bloque de gatillos 100 en la direccion axial con el fin de crear cierta holgura entre las bolas de acero 152 alojadas en la superficie trasera 101 y el muelle de disco conico 124 cuando la fuerza de pedaleo este por debajo del valor predeterminado (por ejemplo, una fuerza de pedaleo sustancialmente proxima a cero).

Ahora se describira la operacion del mecanismo de deteccion de fuerza de pedaleo del sujeto.

Cuando un motorista ejerce una fuerza de pedaleo en el pedal 8R, 8L (figura 1) para hacer que el eje de accionamiento 4 gire en la direccion de marcha hacia delante del cuerpo de la bicicleta, dicha fuerza rotacional es transmitida al bloque de gatillos 100 que se soporta sobre el eje de accionamiento 4 de manera no rotativa, pero deslizante. En esta operacion, como se representa en la figura 6, dado que el gatillo de trinquete 102 recibe una fuerza Fd correspondiente a la fuerza de pedaleo del bloque de gatillos 100, las puntas de los trinquetes se ponen en contacto con las rampas relativamente pronunciadas 118 de los dientes de trinquete del bloque de dientes 112, intentando transmitir la fuerza a los dientes de trinquete. Dado que el diente de bloque de gatillos 112 esta acoplado al pinon 2, las puntas de los gatillos de trinquete 102 estan bajo la influencia de una fuerza Fp producida por la carga de accionamiento procedente de las rampas relativamente pronunciadas 118. Los gatillos de trinquete, dadas las fuerzas Fp y Fd que actuan de manera opuesta procedentes de sus respectivos extremos, giraran en la direccion “a” subiendo hacia arriba. Entonces, el bloque de gatillos de trinquete 100 tiende a moverse en la direccion axialmente hacia dentro debido a la subida de los gatillos de trinquete 102, con el fin de ejercer empuje en el muelle de disco conico 124 interpuesto entre el bloque de gatillos 100 y el soporte 130. El muelle de disco conico 124, en resistencia contra esta accion, producira una fuerza elastica Fr que actue en el bloque de gatillos 100. Esta fuerza Fr y la fuerza que refleja la fuerza de pedaleo que produce el desplazamiento axial del bloque de gatillos 100 pueden llegar a equilibrio en un peffodo de tiempo corto. Asf, la deformacion acompanada del esfuerzo del muelle de disco conico 124, la holgura entre el bloque de gatillos 100 y el bloque de dientes 112, el angulo del gatillo de trinquete 102 con respecto a la segunda superficie de enganche 110, la posicion del bloque de gatillos 100 con respecto al cuadro, y la presion aplicada para empujar en el muelle de disco conico 124 pueden proporcionar cantidades ffsicas que reflejan la fuerza de pedaleo. Consiguientemente, sera posible estimar la fuerza de pedaleo T detectando al menos una de dichas cantidades ffsicas.

En esta realizacion ilustrada, la deformacion del muelle de disco conico 124 se toma como ejemplo para la deteccion. El microordenador 14 ejecuta una operacion de suma (incluyendo una operacion de promediado) sobre las senales procedentes de dos extensfmetros 126 dispuestos en el muelle de disco conico 124. De esta forma, debido a la forma de medicion en la que las deformaciones tomadas en una pluralidad de posiciones son promediadas para medicion, se dispondra de un rango de variacion mas amplio para la misma cantidad de fuerza de pedaleo y tambien los componentes de ruido se pueden suavizar, de modo que se mejore la relacion SR y asf se incrementara mas la exactitud de la estimacion de la fuerza de pedaleo. Este efecto sera proporcionalmente mas grande cuando el numero de extensnrietros aumente.

Ademas, en un caso, tal como una fuerza de pedaleo no superior al valor predeterminado, el muelle 136 para compensacion debera haber creado una holgura entre la superficie trasera 101 del bloque de gatillos 100 y el muelle de disco conico 124, contribuyendo a disminuir la frecuencia con que las bolas de acero 152 chocan contra el muelle de disco conico 124. Esto reduce los componentes de ruido en las senales de extensnrietro con el fin de mejorar la estabilidad de la deteccion de fuerza de pedaleo y el control de potencia asistida.

En paso siguiente, el microordenador 14 calcula, en base a al menos la fuerza de pedaleo T calculada, la potencia motriz auxiliar Te a aplicar para asistencia, y luego envfa computacionalmente una senal de control para ordenar al motor electrico 37 que se ponga en funcionamiento para efectuar revoluciones relativas a la potencia motriz auxiliar. Preferiblemente, el microordenador 14 puede convertir una senal de velocidad de giro detectada por un sensor de tasa de rotacion 220 a velocidad de la bicicleta, determina una potencia motriz auxiliar Te apropiada en base tanto a la fuerza de pedaleo T como a la velocidad de la bicicleta, y controla el motor electrico 37 para generar la potencia motriz auxiliar Te determinada.

El mecanismo de deteccion de fuerza de pedaleo de la realizacion ilustrada tambien puede proporcionar los efectos considerables siguientes.

(1) Dado que el embrague unidireccional y el mecanismo de deteccion de fuerza de pedaleo se implementan en un solo mecanismo, se reducira el numero de piezas necesarias y asf se puede llevar a cabo la fabricacion de una unidad mucho mas pequena y mas ligera asf como con un costo mas bajo.

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(2) Dado que el muelle de disco conico se usa para una seccion que sirve para detectar la fuerza de pedaleo, que se fabrica como una unidad integral de una unidad de soporte de carga y un sensor de deteccion de carga con el fin de lograr dos funciones por medio de una sola unidad, por lo tanto, ademas del efecto anterior, se puede obtener una reduccion adicional del tamano, del peso y del costo de produccion de la unidad.

(3) Dado que el nivel de construccion mas pequeno, mas ligero y mas simplificado del mecanismo de deteccion de fuerza de pedaleo se puede llevar a cabo como se ha indicado en los puntos (l) y (2) anteriores, incluso una bicicleta ordinaria puede tener una amplia posibilidad de tener el mecanismo de deteccion de fuerza de pedaleo que se montara ventajosamente encima.

(4) Por las razones indicadas en los puntos (1) y (2) anteriores, en comparacion con el mecanismo de la tecnica anterior, la perdida de transmision de la carga se puede reducir, de modo que se pueda lograr una sensacion de asistencia de potencia de una excelente operacion en el control.

(5) Por las razones indicadas en los puntos (1) y (2) anteriores, en comparacion con el mecanismo de la tecnica anterior (que usa un muelle helicoidal), se eliminara todo trabajo de pedaleo innecesario (hasta la deteccion por el sensor), y asf en el ejemplo anterior, el motorista, cuando pise y accione los pedales, puede tener la misma sensacion que tendna con una bicicleta ordinaria, mientras que, en contraposicion, el motorista puede experimentar una sensacion de pedal elastico, al pisar y accionar los pedales de la bicicleta de la tecnica anterior.

Se ha de indicar que la colocacion de uno de los trinquetes o los dientes del embrague unidireccional 99 en el pinon, colocando el otro en el eje de accionamiento, se puede modificar apropiadamente a voluntad. Por ejemplo, el bloque de gatillos 100 se puede montar en el pinon, mientras que el bloque de dientes 112 se monta en el eje de accionamiento 4 de manera que sea deslizante, pero no rotativo, en el que el bloque de dientes 112 pueda empujar el muelle de disco conico 124 en posicion.

Ademas, aunque la deformacion del muelle de disco conico se toma como la cantidad ffsica a detectar en asociacion con la fuerza de pedaleo, la presente invencion no se limita a ello, cualesquiera otras cantidades ffsicas que puedan variar en respuesta a la deformacion del embrague unidireccional 99 producido por la fuerza de pedaleo se pueden tomar para deteccion. Por ejemplo, el basculamiento del gatillo de trinquete, una separacion relativa entre el bloque de gatillos de trinquete y el bloque de dientes de gatillos, una posicion del bloque de gatillos de trinquete y el bloque de dientes de gatillos con respecto al cuerpo de la bicicleta, asf como una presion contra el muelle de disco conico se pueden elegir como la cantidad ffsica que puede reflejar la fuerza de pedaleo.

Ademas, el tipo y la forma del componente elastico a disponer en resistencia contra la deformacion del embrague unidireccional 99 se pueden modificar preferiblemente, a voluntad. Por ejemplo, se puede usar un componente elastomerico, distinto del muelle de disco conico o el muelle helicoidal. Ademas, aunque el extensfmetro se toma como ejemplo de un medio para detectar la deformacion, la presente invencion no se limita a ello, sino que se puede usar cualesquiera otros medios por los que se pueda detectar la cantidad ffsica en asociacion con la deformacion.

La presente invencion se ha descrito anteriormente en la descripcion de la realizacion, que no tiene la finalidad de limitar la presente invencion, sino que mas bien la presente invencion se puede modificar preferiblemente, a voluntad, dentro del alcance del concepto de la misma.

Claims (11)

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   REIVINDICACIONES

   1. Una unidad (11) para una bicicleta asistida por potencia que se puede montar en un cuadro de bicicleta, incluyendo al menos:

   un pinon (2) que puede girar para transmitir una fuerza de pedaleo a una rueda motriz (22);

   un medio de salida de potencia electromotriz (37) para proporcionar potencia electromotriz para complementar la fuerza de pedaleo a enviar desde su eje de salida (37a);

   un mecanismo de engranaje (40) acoplado a dicho eje de salida (37a) y que incluye un primer engranaje (38) que puede operar en asociacion con dicho eje de salida (37a) de dicho medio de salida de potencia electromotriz (37);

   un segundo engranaje (42) para reduccion de velocidad que puede acoplar con dicho primer engranaje (38);

   y un tercer engranaje que esta acoplado coaxialmente con dicho segundo engranaje (42) y puede acoplar con dicho engranaje de asistencia (30); un engranaje de asistencia (30) acoplado con el tercer engranaje de dicho mecanismo de engranaje (40) y acoplado a dicho eje de salida de dicho medio de salida de potencia electromotriz mediante el mecanismo de engranaje; y un medio acoplador (123) para acoplar dicho engranaje de asistencia (30) coaxialmente con dicho pinon (2), estando dispuestos todos sus componentes en una base comun (50), donde:

   dicho medio de salida de potencia electromotriz (37) y dicho mecanismo de engranaje (40) estan montados fijamente en dicha base comun (50), mientras que dicho pinon (2) y dicho engranaje de asistencia (30) estan montados rotacionalmente en dicha base comun (50);

   dicho medio de salida de potencia electromotriz (37) y al menos una parte de dicho mecanismo de engranaje (40) estan alojados en un alojamiento (13), estando dicho alojamiento (13) unido o formado integralmente con dicha base comun (50), donde

   dicho medio acoplador (123) es un pasador o perno montado extendiendose a traves de dicho engranaje de asistencia (30) y dicho pinon (2) en una direccion de su grosor.
2. 2. Una unidad segun la reivindicacion 1, incluyendo un elemento elastico (127) dispuesto entremedio en un recorrido de transmision de potencia motriz de dicho engranaje de asistencia (30), dicho medio acoplador (123) y dicho pinon (2).
3. 3. Una unidad segun la reivindicacion 1, en la que dicho elemento elastico (127) esta dispuesto en una region de enganche donde al menos uno de dicho pinon (2) y dicho engranaje de asistencia (30) puede enganchar con dicho pasador (123).
4. 4. Una unidad segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dicho engranaje de asistencia (30) es soportado para movimiento rotacional mediante un cojinete (70) independientemente de dicho pinon (2).
5. 5. Una unidad segun la reivindicacion 1, incluyendo ademas un eje de accionamiento (4) que puede girar por aplicacion de dicha fuerza de pedaleo, donde

   dicho eje de accionamiento (4) se soporta en dicha base comun (50) para movimiento rotacional.
6. 6. Una unidad segun la reivindicacion 5, en la que dicho eje de accionamiento (4) se aloja en un alojamiento de eje (52), estando unido o formado integralmente dicho alojamiento de eje (52) con dicha base comun (50).
7. 7. Una unidad segun la reivindicacion 6, en la que dicho alojamiento de eje (52) esta configurado para introducirse en un agujero de eje (80) formado en dicho cuadro de bicicleta.
8. 8. Una unidad segun cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en la que dicho pinon (2) esta montado en dicho eje de accionamiento (4) mediante un embrague unidireccional (99), siendo operable dicho embrague unidireccional (99) para transmitir a dicho pinon (2) solamente un movimiento rotacional en una direccion por una fuerza de pedaleo aplicada a dicho eje de accionamiento (4).
9. 9. Una unidad segun la reivindicacion 8, incluyendo ademas:

   un medio de deteccion (126) para determinar una cantidad ffsica para dicho embrague unidireccional (99) que vana en respuesta a dicha fuerza de pedaleo, y

   un medio de control (14) para controlar dicha potencia electromotriz en base a al menos dicha cantidad ffsica determinada por dicho medio de deteccion (126).
10. 10. Una unidad segun la reivindicacion 1, incluyendo ademas en dicha base comun (50):

    un eje de accionamiento (4);

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    un alojamiento de eje (52) que aloja dicho eje de accionamiento (4); y

    un embrague unidireccional (99) interpuesto entre dicho eje de accionamiento (4) y dicho pinon (2),

    10 donde dicha unidad (11) esta configurada para montarse en el cuadro de bicicleta, estando insertado dicho alojamiento de eje (52) en un agujero de eje (80) formado en el cuadro de bicicleta.
11. 11. Una bicicleta asistida por potencia (1), en la que va montada la unidad (11) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.