ES2691974T3 - Acoplador de rueda eléctrica inteligente para bicicletas eléctricas - Google Patents

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ES2691974T3
ES2691974T3 ES13757559.3T ES13757559T ES2691974T3 ES 2691974 T3 ES2691974 T3 ES 2691974T3 ES 13757559 T ES13757559 T ES 13757559T ES 2691974 T3 ES2691974 T3 ES 2691974T3
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ES
Spain
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wheel
wheel assembly
frame member
release mechanism
stop arm
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ES13757559.3T
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English (en)
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Kuan-Ying Lu
Hsin-Chih Chen
Juan Bautista BELON
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Belon Eng Inc
BELON ENGINEERING Inc
Original Assignee
Belon Eng Inc
BELON ENGINEERING Inc
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Abstract

Un mecanismo de liberación rápida de transferencia de carga (100) para la fijación de un montaje de rueda (10) de un motor eléctrico (12) a un miembro de cuadro de fijación de rueda del vehículo (110), que comprende: un eje central (180) alrededor del cual puede girar el montaje de rueda (10); un brazo de palanca (120) conectado de manera pivotante a un extremo del eje central (180) para permitir el movimiento entre una primera posición para asegurar el montaje de rueda (10) y una segunda posición para liberar el montaje de rueda (10) del miembro de cuadro de fijación de rueda del vehículo (110); una tuerca de extremidad (140) conectada de manera operativa a un extremo opuesto del eje central (180) opuesto al brazo de palanca (120) para ajustar una distancia entre la tuerca de extremidad (140) y el brazo de palanca (120) y asegurar el montaje de rueda (10) al miembro de cuadro de fijación de rueda del vehículo (110); un eje del motor (210) que comparte un mismo eje que el eje central (180); un miembro de soporte de carga (150) acoplado a un primer extremo del eje del motor (210) y sustancialmente perpendicular al mismo; un brazo de tope (170) conectado de manera pivotante al miembro de soporte de carga (150), el brazo de tope (170) tiene un extremo terminal adaptado para entrar en contacto con el miembro de cuadro de fijación de rueda del vehículo (110) y para permitir de ese modo la liberación rápida del mismo; y un mecanismo de ajuste (160) acoplado al miembro de soporte de carga (150), que ajusta un ángulo del brazo de tope (170), en el que el brazo de tope (170) y el miembro de soporte de carga (150) operan para trasladar el par generado por el motor (12) a una porción no axial del miembro de cuadro de fijación de rueda del vehículo (110).

Description

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DESCRIPCION
Acoplador de rueda electrica inteligente para bicicletas electricas Campo de la invencion
La presente invencion pertenece a las bicicletas hnbridas y, en particular, a la retroadaptacion de las bicicletas convencionales para convertirlas a bicicletas hnbridas mediante el uso de un acoplador especializado.
Antecedentes
Numerosas bicicletas con motor electrico y bicicletas hnbridas existen actualmente en el mercado. El termino “hforido”, como se utiliza en la presente memoria, se refiere a bicicletas o vehnculos que son alimentados utilizando multiples fuentes de energfa. El termino “bicicleta hforida”, como se utiliza en la presente memoria, se refiere a las bicicletas que tienen una fuente de energfa electrica ademas de por lo menos otra fuente de energfa.
Actualmente estan disponibles kits que se pueden utilizar para retroadaptar bicicletas convencionales accionadas de manera manual en cualquiera de bicicletas con motor de accionamiento electrico o tnbridas. Estos kits de manera tfpica proporcionan ruedas accionadas de manera electrica o partes que convierten las ruedas convencionales en ruedas accionadas de manera electrica. Los kits actualmente disponibles tienen hardware distribuido a traves de varias partes de la bicicleta.
Un ejemplo de un tipo de kit disponible actualmente para la retroadaptacion de bicicletas convencionales para crear bicicletas electricas o tnbridas requiere que los usuarios monten batenas en algun lugar en el cuadro de la bicicleta y que instalen controladores de algun tipo en el manillar, de manera tal que el usuario pueda controlar la potencia electrica al motor. El montaje de estos equipos requiere tiempo y algunos clientes se desaniman con el tiempo necesario, asf como tambien los conocimientos tecnicos y las herramientas necesarias para completar el montaje.
El documento US 2005067207 A1 describe una rueda con un mecanismo de accionamiento autonomo para impulsar o asistir en la propulsion de bicicletas, triciclos, y vetnculos similares.
El documento US 2008093913 A1 describe un motor acoplado al cubo formado en una rueda para asistir en el movimiento de un vetnculo y procedimientos asociados con el mismo.
Sigue habiendo una necesidad de montajes que puedan readaptar bicicletas convencionales para crear bicicletas tnbridas, o electricas, que no requieran un montaje significativo por parte del usuario o que no tengan numerosas partes distribuidas en diversas areas de la bicicleta.
Sumario
La invencion se define por las caractensticas de las reivindicaciones independientes. Las formas de realizacion preferidas se definen por las caractensticas de las reivindicaciones dependientes.
Los ejemplos descritos en la presente memoria discuten el diseno de una rueda de bicicleta electrica y algoritmos utilizados para controlar la rueda electrica de bicicleta.
Otros ejemplos divulgan algoritmos y combinacion de sensores dentro de una rueda electrica que controlan la potencia para una bicicleta electrica o tnbrida sin la necesidad de la entrada del usuario.
Los ejemplos adicionales desvelan una rueda electrica donde el usuario controla la potencia al motor a traves de un mecanismo de control exterior.
Otros ejemplos adicionales descritos en la presente memoria discuten una rueda de bicicleta electrica que tiene todos los miembros de hardware incorporados en el interior de un montaje de rueda delantera.
Otros ejemplos descritos en la presente memoria discuten una rueda de bicicleta electrica que emplea un acelerometro para controlar la potencia electrica de la bicicleta.
Otros ejemplos detallan una rueda que es un unico montaje que se puede utilizar para retroadaptar bicicletas para crear una bicicleta hnbrida.
Otro ejemplo proporciona un montaje de rueda delantera electrico que contiene todo el hardware necesario para adaptar una bicicleta convencional para crear una bicicleta hnbrida sin necesidad de herramientas para las bicicletas convencionales que tienen un broche de liberacion rapida.
Otros ejemplos adicionales describen un procedimiento que permite a un usuario ajustar de manera manual la pendiente del algoritmo a cero por el uso de un sistema de liberacion rapida para un montaje de rueda delantera electrica.
En un aspecto de varios ejemplos, un montaje de rueda que comprende: un motor conectado a un eje dentro del
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montaje de rueda; un sistema de batenas en el montaje de rueda que esta configurado para administrar ene^a al motor; un sistema de sensores dentro del montaje de rueda que proporciona datos relacionados con la velocidad y el angulo de orientacion del montaje de rueda; y un mecanismo de control que recibe los datos relacionados con la velocidad y el angulo de orientacion para el montaje de rueda desde el sistema de sensores, el mecanismo de control tiene por lo menos una entrada desde el sistema de batenas indicativa de una cantidad de potencia que se suministra al motor.
En un aspecto de varias formas de realizacion de ejemplo, se describe un mecanismo de liberacion rapida de transferencia de carga para conectar un montaje de rueda de motor electrico a un miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo, que comprende: un eje central alrededor del cual puede girar el montaje de rueda; un brazo de palanca conectado de manera pivotante a un extremo del eje central para permitir el movimiento entre una primera posicion para asegurar el montaje de rueda y una segunda posicion para liberar el montaje de rueda desde el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo; una tuerca de extremidad conectada de manera operativa a un extremo opuesto del eje central enfrente del brazo de palanca para ajustar una distancia entre la tuerca de
extremidad y el brazo de palanca y asegurar el montaje de rueda al miembro de cuadro de fijacion de rueda del
vehnculo; un eje del motor que comparte un mismo eje que el eje central; un miembro de soporte de carga acoplado a un primer extremo del eje del motor y sustancialmente perpendicular al mismo; un brazo de tope conectado de manera pivotante al miembro de soporte de carga y tiene un extremo terminal adaptado para entrar en contacto con el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo; y un mecanismo de ajuste acoplado al miembro de soporte de carga, para el ajuste de un angulo del brazo de tope, en el que el brazo de tope y el miembro de soporte de carga operan para trasladar el par generado por el motor a una porcion no del eje del miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo.
En un aspecto de varias formas de realizacion de ejemplo, se describe un procedimiento para la calibracion de un mecanismo de liberacion rapida, que comprende los pasos de: la instalacion de un montaje de rueda sobre un miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo; la insercion de un eje central de un mecanismo de liberacion rapida a traves de un eje del motor del montaje de rueda; la instalacion de un brazo de palanca del mecanismo de liberacion rapida sobre un extremo del eje central, en el que el brazo de palanca esta conectado de manera pivotante al miembro de soporte de carga y tiene un extremo terminal adaptado para entrar en contacto con el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo; la instalacion de un miembro de soporte de carga y un brazo de tope del mecanismo de liberacion rapida en el eje del motor; el movimiento de una caractenstica de ajuste del
mecanismo de liberacion rapida de una posicion minima; la rotacion del mecanismo de liberacion rapida sobre el eje
del montaje de rueda hasta que el brazo de tope esta en contacto con una porcion no del eje del miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo; la instalacion de una tuerca de extremidad sobre el eje central; de manera alternativa el ajuste de la tuerca de extremidad y el movimiento de la palanca desde una posicion liberada a una asegurada con el fin de proporcionar una estanqueidad optima del montaje de rueda sobre el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo; el movimiento del brazo de palanca a una posicion liberada; el movimiento de la caractenstica de ajuste hasta que un indicador de nivel se muestra horizontal; y el movimiento del brazo de palanca a una posicion asegurada.
En un aspecto de varios ejemplos, se describe un mecanismo de liberacion rapida de transferencia de carga para conectar un montaje de rueda de motor electrico a un miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo, que comprende: un medio para permitir que el montaje de rueda gire; un medio para fijar el montaje de rueda al miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo; un medio para el soporte de la carga acoplada a un extremo del medio de fijacion y sustancialmente perpendicular al mismo; un medio para transferir el par desde el medio de soporte de la carga, un medio para la transferencia de par estan conectados de manera pivotante al medio de soporte de la carga; y un medio para el ajuste de por lo menos una de una posicion y el angulo del medio de par de transferencia, en el que un extremo del medio de de par de transferencia entra en contacto con una porcion no de eje del miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehfculo.
Las formas de realizacion adicionales proporcionan un sistema de liberacion rapida para un mecanismo de liberacion rapida de transferencia de carga que elimina la ruptura del metal en el eje provocada por la sobrecarga y la fatiga.
Breve descripcion de los dibujos
Los diversos ejemplos y formas de realizacion se pueden entender mejor con referencia a los siguientes dibujos. Los tecnicos con experiencia en la tecnica entenderan que las figuras, descritas a continuacion, son solo para fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de las presentes ensenanzas de ninguna manera. Por consiguiente, otras formas de realizacion se pueden utilizar ademas de o en lugar de las formas de realizacion presentadas en la presente memoria. Cuando el mismo numeral aparece en diferentes figuras, se pretende hacer referencia a los mismos o similares componentes o pasos.
La Figura 1 es una vista en perspectiva recortada de un ejemplo para una rueda de bicicleta electrica.
La Figura 2 es un diagrama de bloques funcional para la determinacion del voltaje de salida aplicado al motor de la rueda.
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La Figura 3 es un diagrama de flujo de la operacion para la rueda de bicicleta electrica que se muestra en la Figura 1.
La Figura 4 es un diagrama de flujo para el calculo de la velocidad de la rueda de bicicleta electrica en la Figura 1.
La Figura 5 es un diagrama de flujo para el calculo del angulo de la rueda de bicicleta electrica que se muestra en la Figura 1.
La Figura 6 es una forma de realizacion de ejemplo de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica instalado en una rueda de bicicleta electrica.
La Figura 7 es una vista en perspectiva de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica de una forma de realizacion de ejemplo.
La Figura 8 es una vista en despiece ordenado de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica de una forma de realizacion de ejemplo.
La Figura 9 es una vista en planta frontal de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica de una forma de realizacion de ejemplo.
La Figura 10 es una vista en planta del lado izquierdo de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica de una forma de realizacion de ejemplo.
La Figura 11A es una vista en perspectiva de una forma de realizacion de ejemplo del miembro de soporte de carga del mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica.
La Figura 11b es una vista en perspectiva de una forma de realizacion de ejemplo del eje del motor de la rueda de bicicleta electrica.
La Figura 12 es una vista en planta del lado izquierdo de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica de una forma de realizacion de ejemplo instalado en un cuadro de bicicleta.
La Figura 13 es un diagrama de flujo para la configuracion manual de la pendiente inicial del algoritmo a cero.
La Figura 14 es una vista en perspectiva de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica de una forma de realizacion de ejemplo.
La Figura 15 es una vista en planta del lado izquierdo de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica de una forma de realizacion de ejemplo.
Descripcion detallada
La FIG. 1 es una ilustracion de un ejemplo para un montaje de rueda delantera de bicicleta 10 que proporciona energfa solo por el uso de los elementos contenidos dentro del montaje de rueda 10. El montaje de rueda 10 es accionado por el motor 12 que esta montado alrededor del eje central 8. El montaje de rueda tiene un neumatico 4 y una cubierta 2. La cubierta 2 existe en ambos lados del montaje de rueda 10, pero se retira del lado de visualizacion para permitir que se vean las porciones interiores del montaje de rueda.
El montaje de rueda 10 gira alrededor del eje 8. Un ejemplo de un motor que se puede utilizar para el montaje de motor 12 dentro del montaje de rueda 10 es un motor de 24 voltios, 250 vatios fabricado por Jia-Yu.
En un ejemplo, se suministra un mecanismo de control fuera del montaje de rueda 10 para permitir que un usuario incremente la potencia suministrada por el montaje de rueda 10. El usuario va a utilizar el mecanismo de control para mandar energfa al motor 12.
En otro ejemplo, no existe un mecanismo de control de usuario y el montaje de rueda esta provisto de suficiente inteligencia para operar sin control o entrada por parte del usuario. El montaje de rueda electrica 10 esta disenado con inteligencia suficiente de manera tal que no se requiera una interaccion por parte del usuario. En consecuencia, no se requiere un mecanismo de control del usuario, ya sea en el manillar o en cualquier parte de la bicicleta. La electronica dentro del montaje de rueda 10 toma las decisiones relativas a la cantidad de energfa que se suministra al motor electrico.
En los ejemplos que no requieren una interaccion o control por parte del usuario, se emplean algoritmos y combinaciones de sensores en el montaje de rueda 10 para controlar los voltajes aplicados al motor 12.
En otro ejemplo, el montaje de rueda 10 se emplea como un reemplazo de una rueda delantera de la bicicleta convencional. El montaje de rueda 10 es un diseno de rueda electrica inteligente que hace de la retroadaptacion de una bicicleta convencional con el montaje de rueda 10 una tarea sencilla. En esta forma de realizacion, el montaje de rueda electrica inteligente 10 contiene todo el hardware necesario para proporcionar energfa para conducir una bicicleta. Dentro del montaje de rueda 10 se incluyen batenas, controladores, cables incorporados dentro. El montaje
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de rueda esta posicionado en uso por la simple sustitucion de la rueda delantera en la bicicleta convencional con el montaje de rueda 10. La bicicleta convencional adaptada con el montaje de rueda 10 se convierte entonces en una bicicleta tnbrida con potencia manual aplicada de una manera convencional y potencia electrica aplicada a traves del montaje de rueda 10.
En un ejemplo, el montaje de rueda electrica 10 puede incluir multiples tipos de sensores. Estos tipos de sensores pueden incluir acelerometros, codificadores en o asociados con el motor 12 que mide la posicion angular del motor 12 con respecto al suelo, y medidores de deformacion en uno o mas radios 24.
La potencia para el motor 12 es proporcionada por un montaje de batenas 22. El montaje de batenas 22 es un montaje que contiene las conexiones para varias batenas. En un ejemplo, el montaje de batenas puede girar con el montaje de rueda 10. El montaje de batenas 22 que se ilustra en la FIG. 1 contiene batenas dispersadas de manera circunferencial alrededor del eje 8 de manera tal que el montaje de batenas 22 pueda girar con el montaje de rueda 10. El controlador 6 recibe senales desde la placa de circuito principal 16 con respecto a la cantidad de potencia que el motor 12 debe recibir desde el sistema de batenas 22. Una conexion de alimentacion de CC (no se muestra) esta prevista para recargar el sistema de batenas 22.
Un ejemplo para el montaje de batenas 22 emplea 20 batenas recargables de tamano D. Un ejemplo de una batena recargable que se puede utilizar son las batenas recargables de tamano D de NEXcell®. Se debe senalar que se pueden utilizar numerosos tipos de batenas dentro del montaje de batenas 22 y se pueden hacer montajes de batenas que contienen mas o menos de 20 batenas. Se debe senalar que se preven montajes adicionales para proporcionar energfa de la batena que no contienen batenas dispersadas de manera circunferencial alrededor del eje 8 o que no giran con el montaje de rueda 10.
El montaje de rueda 10 que se ilustra en la FIG. 1 puede emplear varios sensores. Un tipo de sensor que se puede emplear es un acelerometro 14 que proporciona datos de los sensores indicativos del movimiento del montaje de rueda. Un ejemplo de un acelerometro 14 satisfactorio es el Freescale KIT3376MMA7341L que proporciona una salida analogica de tres ejes. El acelerometro 14 esta unido a uno de los radios 24 y gira con el montaje de rueda 10. Los datos de los sensores analogicos desde el acelerometro 14 se introducen en la placa de circuito principal 16. Los datos de los sensores analogicos del acelerometro 14 se pueden convertir a datos de los sensores digitales en la placa de circuito principal 16. Si bien el acelerometro 14 gira con el montaje de rueda 10, se preven ejemplos que tienen acelerometros que no giran con el montaje de rueda 10, sino que en su lugar permanecen en una posicion fija con relacion al eje 8.
Si bien se describe el uso de informacion analogica, se entiende bien que aquellos con experiencia ordinaria en la tecnica pueden modificar con facilidad los ejemplos representativos para utilizar la informacion digital, si asf se desea.
Un ejemplo de una placa de circuito disponible que puede proporcionar las funciones requeridas por la placa de circuito principal 16 es la RABBIT BL4S200, o similares. En un ejemplo por el uso de la RABBIT BL4S200, el procesador contenido en la misma puede llevar a cabo una Transformada Rapida de Fourier (FFT) de los datos de los sensores digitales desde el acelerometro 14. Los ejemplos pueden hacer que el procesador lleve a cabo operaciones matematicas con los datos de los sensores digitales del acelerometro 14 en tiempo real. El procesador en una RABBIT BL4S200 es lo suficientemente rapido como para llevar a cabo estas operaciones en tiempo real.
Otros ejemplos pueden implementar, una Tabla de Consulta (LUT) dentro de la memoria contenida en la placa de circuito principal 16. La RABBIT BL4S200 contiene una memoria flash que puede proporcionar la funcionalidad de LUT. Los datos de los sensores del acelerometro 14 se pueden convertir del dominio de tiempo al dominio de frecuencia por medio de una FFT y ser colocados dentro de una LUT La LUT se puede leer para proporcionar el angulo en el que el montaje de rueda 10 existe actualmente.
Otro sensor que se puede utilizar dentro del montaje de rueda 10 es un codificador 18 que funciona para proporcionar datos relativos a la velocidad lineal del montaje de rueda 10. El codificador 18 puede ser un codificador rotatorio que tiene una parte que no gira con el montaje de rueda 10 y otra parte que sf gira con el montaje de rueda 10. Para determinar la velocidad lineal de la rotacion del montaje de rueda 10, el movimiento de la parte que gira con el montaje de rueda 10 se mide con respecto a la parte que no gira con el montaje de rueda 10. Un ejemplo de un codificador de este tipo es el Avago HEDS-9701.
El Avago HEDS-9701 contiene un Diodo Emisor de Luz (LED) que tiene emite luz colimada en un haz paralelo por una lente de colimacion que esta posicionado en el camino de la luz. Enfrente al LED se encuentra un conjunto de fotodetectores y asociado el circuito de procesamiento de senales que produce formas de onda digitales de la luz recibida desde el LED. En un ejemplo, el LED, la lente de colimacion, los fotodetectores y los circuitos de procesamiento de senal giran con el montaje de rueda 10 y la rueda dentada permanece en una relacion espacial fija eje 8.
La rueda dentada esta posicionada entre el LED y los fotodetectores. La rueda dentada no gira con el montaje de rueda 10. Por lo tanto, el movimiento relativo de la rueda dentada con respecto al LED y los fotodetectores provoca que el haz de luz sea interrumpido por el patron de espacios y barras en la rueda dentada. Los fotodiodos detectan
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estas interrupciones que estan dispuestas en un patron. Los fotodetectores estan espaciados de manera tal que un penodo de luz en un par de fotodetectores corresponda a un penodo oscuro en el par adyacente de fotodetectores. Las salidas de los fotodiodos son introducidas en los comparadores dentro del circuito de procesamiento de senales que producen productos finales para los canales A y B. Las salidas del canal A y el canal B son senales digitales que estan 90 grados fuera de fase, o de otro modo se indique dice que esta en cuadratura. El recuento del numero de fases de la rueda dentada que gira conduce a una determinacion de la velocidad del montaje de rueda 10. Estas senales para los canales de salida A y B se introducen en la placa de circuito principal 16. Las salidas de los canales Ay B se pueden colocar dentro de una LUT como sera discutido en mas detalle a continuacion. Otros ejemplos pueden usar las salidas de los canales A y B directamente en calculos matematicos sin el empleo de una lUt en la placa de circuito principal 16 o colocarlas en la memoria en la placa de circuito principal 16 y utilizarlos directamente.
El codificador rotatorio descrito con anterioridad es un ejemplo de un tipo espedfico de codificador rotatorio y sera evidente con facilidad para aquellos con experiencia en la tecnica que se podnan utilizar otros codificadores rotatorios. Ademas, otros tipos de codificadores en lugar de codificadores rotatorios se pueden utilizar para determinar la velocidad de una bicicleta que emplea un montaje de rueda 10.
En un ejemplo, una configuracion de sensores emplea un codificador y un acelerometro.
El acelerometro 14 puede ser posicionado de manera tal que gire con el montaje de rueda 10 para medir la intensidad de aceleracion. El valor de la aceleracion es lefdo por el sistema electronico, junto con la lectura del codificador 18. La lectura del codificador 18 se puede inicializar por medio del establecimiento artificial a cero cuando la rueda esta en una superficie plana. Una vez inicializado, el sistema electronico hace un seguimiento de la posicion del codificador y las lecturas del acelerometro. En un ejemplo, la posicion del codificador 18 y las lecturas del acelerometro 14 son utilizadas por el procesador en la placa de circuito principal 16 para calcular la velocidad y la posicion, respectivamente. El angulo de fase del acelerometro se puede calcular para proporcionar una medida de la pendiente. La electronica tambien puede calcular el cambio de posicion del codificador 18 en unidades de tiempo, que es una medida de la velocidad de la bicicleta. Estos dos valores, la pendiente y la velocidad pueden ser comparados en tiempo real por el procesador en la placa de circuito principal 16 para proporcionar informacion para generar el voltaje correspondiente que necesita el motor para compensar la pendiente y para compensar el arrastre debido a la velocidad.
Otros ejemplos que emplean tablas de consulta pueden recuperar los datos previamente calculados y posicionados en tablas de consulta, se comparan los valores contenidos en tablas de consulta durante el funcionamiento del montaje de rueda 10. Las comparaciones resultantes proporcionan informacion para generar la tension correspondiente que necesita el motor para compensar la pendiente y para compensar el arrastre debido a la velocidad.
Como se indico con anterioridad, el algoritmo requiere que la pendiente inicialmente se establezca en cero. Por lo tanto, el usuario tiene que calibrar la unidad sobre una superficie plana. En este tipo de ejemplo, la pendiente inicial se calcula cuando la bicicleta empieza (y se supone que es a nivel del suelo), lo cual se almacena y se resta de la posicion de fase calculada sobre revoluciones posteriores despues de la inicializacion. De manera alternativa, un mecanismo de reajuste de inicializacion se puede incorporar en montaje de rueda 10 para permitir a un usuario indicar un punto de partida.
En un ejemplo se describe un procedimiento para la calibracion manual de la pendiente inicial del algoritmo a cero. Sin embargo, por medio de la incorporacion de uno o mas de sensores medidores de deformacion 28, se puede eliminar este paso de inicializacion.
En un ejemplo, uno o mas sensores medidores de deformacion 28 se colocan en los radios 24. En los ejemplos, el uso de sensores medidores de deformacion 28 posicionados en cada radio 24, la salida de los sensores medidores de deformacion 28 alcanza un maximo una vez que el extremo del radio cerca de la llanta esta mas cerca del suelo, lo que da como resultado la cantidad maxima de tension en ese radio 24. La FFT resultante de los medidores de deformacion junto con la FFT del acelerometro dara la pendiente sin ninguna calibracion.
En el ejemplo por el uso de un solo sensor medidor de deformacion 28, la electronica asociada con el sensor medidor de deformacion 28 puede calcular un centroide del valor de tension para identificar el angulo de colocacion del montaje de rueda.
En un ejemplo, un amplificador de puente de Wheatstone esta asociado con cada sensor medidor de deformacion 28. En otros ejemplos, un sensor medidor de deformacion multiple 28 proporcionara multiples valores de resistencia dentro de un circuito de puente de Wheatstone.
La FIG. 2 es una ilustracion de un diagrama de bloques funcional para un ejemplo de montaje de rueda 10. El ejemplo mostrado en la FIG. 2 es un montaje de rueda 10 que puede funcionar sin la necesidad de ningun control por parte del usuario y por lo tanto no requiere una interfaz de usuario. En el ejemplo de la FIG. 2, el montaje de rueda proporciona la electronica que permite al usuario simplemente pedalear o frenar. El montaje de rueda 10 tiene varios sensores que proporcionan suficiente inteligencia para leer la pendiente y la velocidad de la bicicleta.
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Los sensores en el ejemplo de montaje de rueda 10 que se ilustra en la FIG. 2 incluyen uno o mas medidores de deformacion 28. Los medidores de deformacion 28 proporcionan una inicializacion simple y eficaz para el montaje de rueda 10. Cada medidor de deformacion 28 puede tener un circuito amplificador de puente de Wheatstone (completo, medio o un cuarto) asociado con el para proporcionar una indicacion de que el valor de resistencia de ese medidor de deformacion ha cambiado. Un amplificador de medidor de deformacion 25 se puede utilizar para proporcionar la excitacion para un circuito amplificador de puente de Wheatstone y para amplificar la lectura del calibrador de tension.
Para ejemplos que utilizan multiples medidores de deformacion en radios del montaje de rueda 10, la fuerza ejercida por el suelo creara una lectura maxima para el medidor de deformacion 28 en el radio 24 mas cercano al suelo. Estos ejemplos pueden colocar un medidor de deformacion 28 en cada radio 28 para crear la inteligencia que permitira que el procesador 23 en la placa de circuito principal sepa la posicion del montaje de rueda.
Un ejemplo incluye la medicion del angulo de inclinacion con respecto a la gravedad por el uso de un unico medidor de deformacion 28. El medidor de deformacion 28 se puede configurar para medir la tension en multiples direcciones. El centroide de la tension se puede utilizar entonces a la posicion del montaje de rueda 10. Los ejemplos que emplean un unico medidor de deformacion 28 se pueden utilizar para determinar un centroide de los niveles de tension y de una manera que informa al procesador 23 en la placa de circuito principal la posicion del montaje de rueda 10.
Un convertidor Analogico a Digital (A/D) 19 convierte los datos del medidor de deformacion a una forma digital donde se coloca en el bus A. Los datos del medidor de deformacion pueden entonces ser utilizados por el procesador 23.
El codificador 18 proporciona senales en cuadratura indicativas del movimiento del montaje de rueda 10 alrededor del eje 8. Las senales de codificador 18 pueden ser, en un ejemplo, senales digitales. Por lo tanto, no se requiere una conversion de analogico a digital. Estas senales en cuadratura se colocan en el bus A y son utilizadas por el procesador 23 para calcular la velocidad lineal a la cual se esta moviendo el montaje de rueda 10.
En otro ejemplo, las senales en cuadratura se pueden colocar en la memoria en la placa de circuito principal 16 y ser lefdas por el procesador para calcular la velocidad. Una Tabla de Consulta (LUT) 27a a traves del bus A tambien se podna utilizar para este proposito.
El acelerometro 14 mide las fuerzas ejercidas a traves del movimiento del montaje de rueda 10, asf como tambien las fuerzas debidas a la gravedad. El acelerometro 14 producira salidas de voltaje sensibles a la fuerza ejercida sobre el acelerometro 14. Estas salidas de tension son los datos recibidos y convertidos a forma digital por medio del A/D 26. La version digitalizada de los datos del acelerometro a continuacion se pone a disposicion del Bus A donde se colocan en un arreglo 21. Los datos del arreglo 18 pueden ser lefdos de manera periodica por el procesador 23 y se puede hacer una Transformada Rapida de Fourier por el uso de FFT 20.
En otro ejemplo, la Transformada Rapida de Fourier para los datos de acelerometro 14 se coloca en la Tabla de Consulta (LUT) 27b a traves del bus A. Los datos ubicados en la LUT 27b pueden ser utilizados por el procesador.
El arreglo 21 y la FFT 20 pueden estar posicionados en la memoria en la placa de circuito principal 16. El arreglo 21 es una asignacion de memoria para fines de almacenamiento. En lugar de utilizar el arreglo 21 como una estructura de datos, se podna utilizar otra estructura de datos tal como una lista enlazada tambien. La FFT 20 es un programa que puede residir dentro de la memoria en la placa de circuito principal 16.
En los ejemplos que emplean LUT 27a, 27b, estos pueden estar posicionados en la memoria flash en la placa de circuito principal 16.
La Transformada Rapida de Fourier de los datos del acelerometro representa la pendiente. Durante la inicializacion, por medio de la sustraccion del angulo de fase para los medidores de deformacion desde el angulo de fase del acelerometro (por ej., 9A-9S) da el angulo de pendiente a la que sale el montaje de rueda 10.
En un ejemplo, la electronica puede emplear tablas de consulta (LUT). Estas tablas de consulta 27a, 27b pueden contener los datos del acelerometro como una funcion del angulo de la pendiente y los datos de los medidores de deformacion.
En un ejemplo, el ordenador lee las dos LUT 27a, 27b en funcion de los valores de los sensores y combina los valores de las LUT 27a, 27b para producir un valor para el voltaje de salida que ha de salir del montaje de batenas 22 hacia el motor 12. De esta manera, el procesador de la placa de circuito principal 16 puede compensar la pendiente y la fuerza de arrastre debido a la velocidad de la bicicleta, lo cual hace que la bicicleta sea mas facil y mas agradable de montar.
Otros ejemplos pueden hacer calculos directamente desde el sensor y no requieren el uso de tablas de consulta.
La FIG. 3 es un diagrama de flujo que muestra el funcionamiento basico del calculo de la pendiente, la velocidad y el angulo de fase. Se introduce la rutina una vez que esta siendo utilizado el montaje de rueda 10. El sistema para el
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montaje de rueda pasa a traves de una inicializacion 32 en la que los recursos del sistema se adquieren de acuerdo con lo necesario y las diversas partes se inicializan. Velocidad Detectada 33 espera el movimiento suficiente en el montaje de rueda antes de leer los datos de los sensores. De esta manera hay 0 voltios aplicados al motor 12, mientras que la bicicleta se encuentra en una posicion detenida. Una vez que se detecta la velocidad, se toman ramas paralelas. Recoger Datos de Velocidad 34 es similar al diagrama de flujo en la FIG. 4 y Recoger Datos del Acelerometro es similar al diagrama de flujo en la FIG. 5, se pueden llevar a cabo en paralelo.
La velocidad lineal del montaje de rueda 10 es determinada por Calcular Datos de Velocidad 34. El angulo de fase para los datos de acelerometro es determinado por Llevar a Cabo FFT 36. El Calcular Pendiente por Medio de la Sustraccion del Angulo de Fase de Velocidad desde el Angulo de Fase del Acelerometro 38 dan el angulo de inclinacion para ayudar a determinar el voltaje de salida que debe ser entregado desde el montaje de batenas 22 al motor 12 por el controlador 6.
La rutina de la FIG. 3 vuelve entonces al estado post inicializacion y comienza la rutina de nuevo.
En un ejemplo, un Calculo del Angulo se puede determinar para proporcionar el voltaje de salida deseado del montaje de batenas 22 al motor 12 en cualquier punto dado en el tiempo, mientras que la bicicleta esta siendo montada. El voltaje de salida debe ser mayor si la bicicleta esta subiendo una colina, y menor si se desplaza sobre una superficie plana o bajando una colina.
Ademas, el voltaje de salida debe ser superior si la bicicleta esta viajando a velocidades mas altas por dos razones: (1) para superar las fuerzas de arrastre mecanicas que suben con la velocidad; (2) para superar la fuerza contraelectromotriz que se genera por el motor a medida que gira mas rapido.
El voltaje de salida deseado se puede derivar a partir del calculo de la Ecuacion 1.
Ecuacion 1: Voltaje de salida = [(ANGULO * C1) + (VELOCIDAD * C2)] + C3
En el que, el ANGULO es el angulo de la superficie en la que la bicicleta esta siendo montada, la VELOCIDAD es la velocidad lineal de la bicicleta, C1 es la ganancia aplicada al angulo, C2 es la ganancia aplicada a la VELOCIDAD y C3 es un desplazamiento aplicado a todo el calculo.
En un ejemplo, C1, la ganancia aplicada al angulo, es de 37, con el angulo representado en radianes. C2, la ganancia aplicada a la velocidad es 0,42, con la velocidad medida en m/seg. C3, el desplazamiento aplicado a todo el calculo es de 0,75 voltios. Se debe senalar que los ejemplos que vanan pueden emplear diferentes ganancias C1, C2 y el desplazamiento C3 y que lo anterior ir es solo un ejemplo de uno de varios ejemplos posibles.
En un ejemplo, el ANGULO se actualiza una vez por revolucion de la rueda. La actualizacion del ANGULO se puede llevar a cabo con mayor o menor frecuencia, de acuerdo con ejemplos diferentes.
En otro ejemplo, la VELOCIDAD se actualiza N veces por revolucion de la rueda. La actualizacion de la VELOCIDAD se puede llevar a cabo con mayor o menor frecuencia, de acuerdo con ejemplos diferentes. En una forma de realizacion, el valor de N es 90. La frecuencia a la que la VELOCIDAD se actualiza puede variar en gran medida de acuerdo con ejemplos variables.
En un ejemplo, cada vez que la VELOCIDAD se actualiza, los datos del acelerometro 14 se pueden actualizar y almacenar en el arreglo dentro de la memoria en la placa de circuito principal 16. Cada revolucion del montaje de rueda 10, los datos del acelerometro del arreglo pueden ser lefdos y utilizados para calcular el desplazamiento de fase del acelerometro.
Los calculos se pueden llevar a cabo por el uso del procesador 23 en la placa de circuito principal 16. Fuentes de datos:
Los datos para el calculo de la VELOCIDAD y el ANGULO se pueden obtener a partir de dos fuentes: (1) el acelerometro 14; y (2) codificador rotatorio digital de dos canales 18 que tiene una parte que permanece inmovil en relacion con el eje 8, y otra parte que gira con el montaje de rueda 10.
Calculo de la VELOCIDAD:
La FIG. 4 es un diagrama de flujo para un ejemplo que calcula la velocidad del montaje de rueda 10. Establecer i = 0 41 inicializa una variable de indexacion. Interrupcion recibida 43 espera a una interrupcion para el procesador a bordo de la placa de circuito principal 16. El codificador 18 genera impulsos de cuadratura a medida que el montaje de rueda 10 gira que se utilizan para interrumpir el procesador a bordo de la placa de circuito principal 16. El codificador 18 genera impulsos de cuadratura N veces por revolucion del montaje de rueda 10. Por lo tanto, el procesador a bordo de la placa de circuito principal 16 se interrumpe N veces por revolucion por pulsos desde el codificador 18, cada interrupcion desencadena una rutina de servicio de interrupcion (ISR). En un ejemplo N es 90; sin embargo, este numero puede variar en gran medida de acuerdo con ejemplos variables.
Cada vez que el ISR se activa, LEER TEMPORIZADOR 43 lee el valor de un temporizador en la placa de circuito
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principal 16. CALCULAR EL TIEMPO DESDE LA ULTIMA INTERRUPCION 45 almacena el valor del temporizador que es el tiempo desde la ultima interrupcion. La distancia calculada desde la ultima interrupcion es un valor conocido que se mantiene constante entre los pulsos del codificador. Por el uso de la lectura del temporizador y la VELOCIDAD de distancia conocida = (DISTANCIA RECORRIDA)/LECTURA DEL TEMPORIZADOR 47 lleva a cabo la relacion mostrada en la Ecuacion 2:
Ecuacion 2: VELOCIDAD = distancia recorrida entre pulsos del codificador/recuento del temporizador
Cada vez que el codificador 18 proporciona impulsos que interrumpen el proceso en la placa de circuito principal 16 se producen, se conoce la cantidad de tiempo desde el ultimo pulso del codificador 18 (desde la ultima interrupcion). En un ejemplo, el temporizador puede tener una resolucion de 100.000 recuentos por segundo. Otros ejemplos tendran diferentes resoluciones del temporizador, ya sea mas recuentos por segundo o menos recuentos por segundo. Esta implfcito en cada pulso del codificador que una cierta distancia se ha cubierto entre cada pulso. Esta distancia es una constante, por lo que el calculo de la VELOCIDAD es una tarea sencilla.
Una vez que se calcula la VELOCIDAD, RESTABLECER TEMPORIZADOR 48 restablece el temporizador a 0. Establecer i = i + 1 incrementa la variable de indexacion i que cuenta desde el valor de N. Una vez que i = N, i <N 42 existe la rutina de la FIG. 4 porque una revolucion completa del montaje de rueda 10 se ha completado y la VELOCIDAD del montaje de rueda 10 se calcula.
Por lo tanto, se actualiza la porcion dependiente de la VELOCIDAD del voltaje de salida.
En un ejemplo, la FIG. 4 no se sale sino que de nuevo regresa al punto de entrada A y comienza los calculos de la velocidad para la siguiente revolucion del montaje de rueda 10.
Calculo del ANGULO:
En un ejemplo, el calculo del ANGULO se deriva de multiples fuentes de datos. Estas fuentes de datos pueden ser un codificador rotatorio y/o un acelerometro.
En un ejemplo, el calculo del ANGULO se actualiza una vez por revolucion de la rueda. Por consiguiente, en tal ejemplo, la adquisicion de datos y calculos descritos a continuacion con referencia a la FIG. 5 funcionara en paralelo con la adquisicion de datos y calculos descritos con anterioridad en referencia a la FIG. 4. En un ejemplo, el calculo del ANGULO se lleva a cabo en dos partes:
En la Parte 1 del calculo del angulo, el acelerometro 14 gira con el montaje de rueda 10. Por lo tanto, si la bicicleta esta rodando a una velocidad constante sobre una superficie lisa, la gravedad hace que la salida del acelerometro 14 sea una onda sinusoidal. Las conversiones de Analogico a Digital (A/D) se llevan a cabo en la senal del acelerometro N veces por revolucion. Estos valores se almacenan en la memoria en la placa de circuito principal 16 como un arreglo o lista enlazada. Tras la terminacion de una revolucion, los datos del acelerometro 14 se almacenan en la memoria y se utilizan para calcular el desplazamiento de fase de la senal.
Con referencia a la FIG. 5, la rutina de calculo del angulo llevada a cabo por el procesador en la placa de circuito principal 16 tiene un punto de entrada B. Como se discutio con anterioridad en referencia a la FIG. 4, ESTABLECER i = 0 inicializa una variable de indexacion que se utiliza para indexar la lectura de datos de los sensores. LEER DATOS DEL ACELEROMETRO DIGITALiZaDOS 53 adquiere los datos de los sensores del acelerometro 14. ALMACENAR DATOS DEL ACELEROMETRO EN EL ARREGLO 54 coloca los datos de los sensores adquiridos desde el acelerometro 14 en la memoria en la placa de circuito principal 16 de manera tal que se puedan acceder como un arreglo. Se debe senalar que una lista enlazada de cada iteracion de la lectura de los datos del acelerometro almacenados se puede crear en lugar de un arreglo. Ademas, se puede utilizar cualquier estructura de datos que permite el acceso a las iteraciones de datos del acelerometro almacenadas en la memoria. Establecer i = i + 1 55 incrementa la variable de indexacion i. El bloque de decision i < n 56 comprueba el valor de la variable de indexacion i. La rutina en la FIG. 5 se bifurcara hacia atras bucle de nuevo al SENSOR de LEER DATOS DEL ACELEROMETRO DIGITALIZADOS 53 hasta que la variable de indexacion i se vuelva igual a N.
En un ejemplo, el bucle descrito con anterioridad se lleva a cabo en paralelo con el calculo de la velocidad descrito en referencia a la FIG. 4. Cada pulso de codificador 18 interrumpe el procesador en la placa de circuito principal 16, los datos del acelerometro se adquieren y se almacenan en un arreglo. Esto continua a traves de toda una revolucion del montaje de rueda 10 y comienza de nuevo. Tras la terminacion de una revolucion, los datos del acelerometro 14 se almacenan en la memoria y se utilizan para calcular el desplazamiento de fase de la senal. Tras la terminacion de una revolucion, los datos del acelerometro 14 que se han almacenado en la memoria se utilizan para calcular el desplazamiento de fase de la senal.
En un ejemplo, una implementacion de MatLab se utiliza para el calculo de la senal de desplazamiento de fase a partir de los datos almacenados del acelerometro. Esta implementacion de MatLab se muestra a continuacion.
funcion [ang1, ang2] = angle_calc (y1, N)
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% Dada una senal de entrada, y1 devolvera el deslazamiento de fase de la senal % suponiendo y1 es principalmente 1 Hz a traves de N muestras.
% y1 es senal de pendulo = A1 * cos (2 * pi * x + angl); % N = 90;
X = (0: N-1)/N;
basis_pendulum_cos (x) = cos (2 * pi * x); basis_pendulum_sen (x) = sen (2 * pi * x); a1 = 0; b1 = 0;
para i = 1: N,
a1 = a1 + Y1 (i) * basis_pendulum_cos (I);
1 = b1 + y1 (i) * basis_pendulum_sen (i); fin
a1 = a1/N; b1 = b1/N; a2 = a2/N; b2 = b2/N;
A1 = 2 * sqrt (a1 A 2 + b1 A 2);
Angl = atan2 (-b1, a1);
En otro ejemplo, el calculo llevado a cabo en la implementacion de MatLab anterior se lleva a cabo por una Transformada Rapida de Fourier (FFT). La FFT se puede escribir en una version de C++, u otro programa de alto nivel para llevar a cabo las mismas operaciones matematicas llevadas a cabo por la anterior implementacion de MatLab.
En la Parte 2 del calculo del ANGULO, el acelerometro 14 se emplea para detectar todas las fuerzas de aceleracion, no solo la gravedad. La aceleracion lineal de la bicicleta tambien forma un componente de la aceleracion total que mide el acelerometro. En esta aplicacion, la porcion del angulo que es debida a la aceleracion lineal de la bicicleta no es un componente deseado. Para compensar esto, la aceleracion lineal promedio lineal se calcula a partir de datos de velocidad de acuerdo con la relacion de la Ecuacion 3:
Con referencia a la FIG 5, CALCULAR EL DESPLAZAMIENTO DE FASE PARA EL ACELEROMETRO 57 se lleva a cabo al final de una revolucion, ya sea por el uso de una FFT, una implementacion de MatLab u otra solucion de programacion.
CALCULAR EL ANGULO DEBIDO A LA ACELERACION LINEAL 58 lleva a cabo los calculos descritos a continuacion. En primer lugar, un calculo lineal promedio se hace de acuerdo con la ecuacion 3:
Ecuacion 3: aceleracion lineal promedio = [(velocidad en el final de la revolucion)-(velocidad en el inicio de la revolucion)]/(tiempo que tarda la revolucion en producirse)
El resultado de la Ecuacion 3 se multiplica por una constante para ponerlo en unidades gravitacionales (G) de 9,81 m/s2.
La porcion del angulo debido a la aceleracion lineal se calcula entonces de acuerdo con la relacion de la Ecuacion 4:
Ecuacion 4: Apparent angle = atan (aceleracion lineal promedio)
SUSTRAER EL ANGULO DE DESPLAZAMIENTO DE FASE 59 resta el Apparent_angle desde el angulo calculado en la Parte 1, lo que da como resultado el angulo que se utiliza para calcular el voltaje de salida.
En un ejemplo, si el angulo final calculado esta fuera del intervalo de +/- 7 grados, se recorta a +/- 7 grados por el uso de logica implementada en el software de sistema que lleva a cabo lo siguiente:
5
10
15
20
25
30
Si (angulo > 7 grados)
{
= Angulo = 7 grados }
Si (angulo < -7 grados) {
= Angulo = -7 grados }
Calculos adicionales:
Para reducir el efecto de las fuentes de ruido, se utiliza un promedio de ejecucion para el calculo del angulo, como se muestra por medio de la siguiente relacion de la Ecuacion 4:
Ecuacion 4: Angulo aplicado para esta revolucion = Promedio de los angulos calculados para las n revoluciones anteriores (el valor optimo de n todavfa esta siendo determinado. Pero hasta la fecha de este escrito, n = 4)
Una interpolacion lineal se lleva a cabo entre el angulo anterior y el angulo actual, lo que da como resultado toda una revolucion para cambiar entre los dos angulos. Esto asegura que no haya cambios bruscos en el voltaje en los lfmites de rotacion de la rueda.
Un ejemplo de la interpolacion:
Supongamos que el nuevo angulo se ha calculado como se ha descrito con anterioridad, y el angulo anterior tambien es conocido. Supongamos los siguientes valores:
angulo (rev n-1) = 1 grado
angulo (rev n) = 2 grados
Supongamos que cada rev se divide en 90 pasos. En cada paso, 1/90 de la diferencia en el angulo se aplica a la rueda. En nuestro ejemplo, la diferencia en el angulo es de 2 grados -1 grado = 1 grado. 1/90a de 1 grado = 0,0111.
Tabla 1
numero de angulo aplicado
interrupcion
1 1
2 1,0111
3 1,0222
4 1,0333
87 1,9667
88 1,9778
89 1,9889
90 2,000
Como se muestra en la Tabla 1, toda una revolucion de la rueda se utiliza para aplicar el cambio de angulo, lo cual evita cambios bruscos en el voltaje al motor.
Con referencia ahora a la FIG. 6, se muestra una forma de realizacion de ejemplo de un mecanismo de acoplamiento de rueda de bicicleta electrica 100 instalado en una rueda de bicicleta electrica 10 y el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehfculo 110. Un vehfculo como se denomina en la presente memoria puede ser una bicicleta, un triciclo, un cuatriciclo, u otra maquina de soporte con ruedas. El mecanismo de acoplamiento 100 incorpora un mecanismo de liberacion rapida, como se describe en las figuras posteriores, para facilitar la extraccion e instalacion
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
del montaje de rueda electrica 10 sin la necesidad de herramientas.
En otra forma de realizacion de ejemplo, el mecanismo de acoplamiento 100 impide que el extremo de conexion del eje del cuadro de la bicicleta se rompa, debido a las altas fuerzas de torsion colocadas en el eje, por medio de la transferencia de la carga a una parte mas fuerte del miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo 110.
En todavfa otra forma de realizacion de ejemplo, el mecanismo de acoplamiento 100 proporciona a un usuario la opcion de calibrar de manera manual la pendiente inicial del algoritmo a cero.
La FIG. 7 es una vista en perspectiva de una forma de realizacion de ejemplo del mecanismo de acoplamiento 100 con la palanca de liberacion rapida 120 mostrada en la posicion asegurada y en la posicion no asegurada 130 (lmeas de puntos). Cuando se mueve a la posicion asegurada, la palanca 120 aplica tension al eje central 180, que se muestra en la FIG. 8, contra la tuerca de extremidad 140 que se puede acoplar de manera roscada al eje central 180. La cantidad de tension colocada en el eje 180 depende de la distancia desde la tuerca de extremidad 140 hasta la palanca 120 y la distancia entre los miembros de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo. Cuando se asegura, la palanca 120 y la tuerca de extremidad 140 actuan como una abrazadera para pinzar el montaje de rueda 10 al miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo 110. El mecanismo de liberacion rapida es similar a los encontrados en las conexiones de rueda a cuadro de la tecnica relacionada para bicicletas y puede ser adaptado para su uso con las formas de realizacion de ejemplo descritas en la presente memoria. Una vez que la palanca 120, la tuerca de extremidad 140, y el eje central 180 estan fijados, a continuacion, el miembro de soporte de carga 150 transfiere el par generado por el motor (no se muestra) al miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo 110 a traves del brazo de tope 170. La transferencia de esta carga de par al miembro del cuadro de fijacion de rueda del vehnculo 110 lejos de todo el eje elimina de manera definitiva la falla de metal en el eje provocada por la sobrecarga y la fatiga.
La FIG. 8 es una vista despiezada de la FIG. 7. En una forma de realizacion de ejemplo, el eje central 180 se inserta a traves del eje del motor 210 y ambos comparten el mismo eje que el montaje de rueda 10. Cuando esta completamente insertado, el extremo del eje central 180 enfrente de la palanca 120 sobresale mas alla del miembro de soporte de carga 150 de manera tal que la tuerca de extremidad 140 se puede acoplar de manera roscada al eje central 180. El angulo del brazo de tope 170 con relacion a la miembro de soporte de carga se puede ajustar a traves de la perilla de ajuste 160. La perilla de ajuste 160, que puede comprender un eje roscado y una perilla hexagonal, se acopla de manera roscada al miembro de soporte de carga 150 a traves del orificio roscado 165. Por supuesto, se pueden utilizar otros medios para el ajuste de acuerdo con las preferencias de diseno. La perilla 160, cuando se ajusta, puede provocar la rotacion del mecanismo de acoplamiento 100 alrededor del eje del motor 210. El brazo de tope 170 puede pivotar en el miembro de soporte de carga 150 al punto de pivote 245 (Fig. 10) para acomodar diferentes miembros de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo. El brazo de tope 170 puede tener disposiciones finales diferentes para acomodar diferentes miembros de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo. Un resorte 190 se puede utilizar para mantener el contacto entre la perilla de ajuste 160 y el brazo de tope 170 si el brazo de tope 170 pivota sobre el miembro de soporte de carga 150, mostrado en la FIG 10 como la ubicacion 240. El miembro de soporte de carga 150 puede acomodar un indicador de nivel horizontal 200, tal como una burbuja, un lfquido, u otros medios con los que determinar la horizontal. Si bien el miembro de soporte de carga 150 se muestra como en una configuracion en forma de L, se pueden utilizar otras formas tales como un arco, y asf sucesivamente. Del mismo modo, el brazo de tope 170 puede ser de otro factor o dimension de forma. Por lo tanto, se pueden llevar a cabo diversas modificaciones y cambios sin apartarse del alcance de la invencion como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Con referencia ahora a la FIG. 9, se ilustra una vista frontal que muestra una posicion de bloqueo de la palanca 120. Se observa que en esta forma de realizacion, el eje del motor 210 puede tener diametros diferentes a lo largo de su eje, si asf se desea. En algunas formas de realizacion, las porciones de extremo 220, 230 pueden ser de sustancialmente igual diametro y ser diferentes que el diametro de la porcion central del eje del motor 210.
Con referencia ahora a la FIG. 11Ay la fig. 11B, se muestra una forma de realizacion de ejemplo donde el miembro de soporte de carga 150 y el eje del motor 210 pueden tener una geometna de la extremidad especial para permitir la insercion en una sola orientacion. Un plano 250 se puede colocar en el miembro de soporte de carga para corresponder con un plano 260 en el extremo del eje del motor 210, u otros procedimientos de manera similar eficaces se pueden utilizarse para evitar la rotacion del eje del motor 210, tal como una chaveta y un chavetero 265, un pasador de seguridad, un ajuste a presion, y asf sucesivamente.
La FIG. 12 es una vista en planta del lado izquierdo de un miembro de acoplamiento 100 de una forma de realizacion de ejemplo montado en un miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo 110. El brazo de tope 170 se muestra en contacto con el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vehnculo 110 en la ubicacion 270 (lejos de la "expulsion" 112) entendida como sustancialmente mas fuerte que la "expulsion" 112, despues de que la perilla 160 se ajusta para traer el nivel 200 a la horizontal. El par del motor se iguala por la fuerza de reaccion en las ubicaciones 270 y 112 y da como resultado fuerzas inferiores en comparacion con el diseno tradicional de la forma de realizacion del par del motor por el uso de una tuerca unida al eje del motor. Si bien el brazo de tope 170 se muestra con un extremo "circular" 172, se entiende que se pueden utilizar otras formas o dimensiones del extremo 172.
5
10
15
20
25
30
El mecanismo de acoplamiento 100 se puede utilizar en conjuncion con un procedimiento 300 para la configuracion manual de la pendiente del algoritmo a cero (o un equivalente al mismo), tal como el proceso que se muestra en la FIG. 13. Una vez que el usuario selecciona una superficie sustancialmente a nivel sobre la que colocar el vehnculo (paso 320), el usuario luego instala el montaje de rueda electrica en el vehfculo (paso 330). El usuario entonces inserta el eje central 180 a traves del centro del eje del motor 210 hasta que la palanca 120 evita el recorrido adicional (paso 340). A continuacion, el usuario instala el montaje de acoplamiento 100 en el extremo del eje del motor 210 opuesto a la palanca 120 (paso 350) y mueve la perilla de ajuste 160 a una posicion desviada minima (paso 360). A continuacion, se rota el montaje de acoplamiento 100 sobre el eje del montaje de rueda hasta que el brazo de tope 170 entre en contacto con el cuadro del vehfculo 110 (paso 370). La tuerca de extremidad 140 se aprieta de manera holgada sobre el eje central 180 y la palanca de liberacion rapida 120 se mueve a la posicion asegurada (paso 380). Si la tension sobre el eje central creado por el apriete de la tuerca y la fijacion de la palanca es inadecuada (paso 390), entonces el usuario debe ajustar con precision el apriete de la tuerca con el apriete de la palanca (paso 400) y luego volver a asegurar la palanca (paso 410) para volver a comprobar la tension. Despues de que se alcanza la tension adecuada, a continuacion, el usuario mueve la palanca 120 a la posicion no asegurada (paso 420) y ajusta la perilla 160 hasta que el indicador de nivel 200 sea horizontal (paso 430). Finalmente, el usuario puede volver a fijar la palanca 120 y apretar la perilla 160 (paso 440), para terminar en el paso 450.
La FIG. 14 y la FIG. 15 se proporcionan para ilustrar una de las varias posibles formas de realizacion de ejemplo alternativas del mecanismo de acoplamiento. Al igual que en las formas de realizacion anteriores, el eje del motor 520 se acopla al miembro de soporte de carga 540, que a su vez se acopla al brazo de tope 550 alrededor de un pivote 570. El angulo del brazo de tope 550 es ajustable a traves de la perilla de ajuste 560 y el resorte 580. La palanca 590 y el eje central 525 estan acoplados enfrente de la tuerca de extremidad 530, que, cuando se aprietan, sujetan el montaje de acoplamiento 500 a un montaje de rueda (no se muestra) y el cuadro del vehfculo (no se muestra).
Lo que se ha descrito con anterioridad incluye ejemplos de una o mas formas de realizacion. Por supuesto, no es posible describir cada combinacion concebible de componentes o metodologfas a efectos de describir las formas de realizacion mencionadas con anterioridad, pero aquellos con experiencia ordinaria en la tecnica pueden reconocer que muchas combinaciones y permutaciones adicionales de las diversas formas de realizacion son posibles. Por consiguiente, las formas de realizacion descritas estan destinadas a abarcar todas las alteraciones, modificaciones y variaciones que caen dentro del alcance de la invencion como se define por las reivindicaciones adjuntas. Ademas, en la medida en que el termino "incluye" se utiliza ya sea en la descripcion detallada o en las reivindicaciones, tal termino pretende ser inclusivo de una manera similar al termino "que comprende", dado que el termino "que comprende" se interpreta cuando se emplea como una palabra transicional en una reivindicacion.

Claims (11)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    REIVINDICACIONES
    1. Un mecanismo de liberacion rapida de transferencia de carga (100) para la fijacion de un montaje de rueda (10) de un motor electrico (12) a un miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110), que comprende:
    un eje central (180) alrededor del cual puede girar el montaje de rueda (10);
    un brazo de palanca (120) conectado de manera pivotante a un extremo del eje central (180) para permitir el movimiento entre una primera posicion para asegurar el montaje de rueda (10) y una segunda posicion para liberar el montaje de rueda (10) del miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110);
    una tuerca de extremidad (140) conectada de manera operativa a un extremo opuesto del eje central (180) opuesto al brazo de palanca (120) para ajustar una distancia entre la tuerca de extremidad (140) y el brazo de palanca (120) y asegurar el montaje de rueda (10) al miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110);
    un eje del motor (210) que comparte un mismo eje que el eje central (180);
    un miembro de soporte de carga (150) acoplado a un primer extremo del eje del motor (210) y sustancialmente perpendicular al mismo;
    un brazo de tope (170) conectado de manera pivotante al miembro de soporte de carga (150), el brazo de tope (170) tiene un extremo terminal adaptado para entrar en contacto con el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110) y para permitir de ese modo la liberacion rapida del mismo; y
    un mecanismo de ajuste (160) acoplado al miembro de soporte de carga (150), que ajusta un angulo del brazo de tope (170), en el que
    el brazo de tope (170) y el miembro de soporte de carga (150) operan para trasladar el par generado por el motor (12) a una porcion no axial del miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110).
  2. 2. El mecanismo de liberacion rapida (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el eje del motor (210) esta acoplado al miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110).
  3. 3. El mecanismo de liberacion rapida (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas comprende un indicador de nivel (200) conectado de manera ngida al miembro de soporte de carga (150).
  4. 4. El mecanismo de liberacion rapida (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas comprende una geometna de la extremidad del eje del motor predeterminada (210), en el que el miembro de soporte de carga (150) se puede insertar de manera deslizante en el eje del motor (210) solo en un angulo de orientacion debido a la geometna de la extremidad del eje del motor (210).
  5. 5. El mecanismo de liberacion rapida (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el miembro de soporte de carga (150) tiene un primer miembro y un segundo miembro, el primer miembro es capaz de ser acoplado al eje del motor (210) y el segundo miembro es capaz de soportar el brazo de tope (170).
  6. 6. El mecanismo de liberacion rapida (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas comprende un resorte (190) conectado de manera operativa al brazo de tope (170) y el miembro de soporte de carga (150) para asegurar que el brazo de tope (170) se mantenga en contacto con el mecanismo de ajuste (160).
  7. 7. El mecanismo de liberacion rapida (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el brazo de tope (170) entra en contacto con el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110) a una distancia radial de un eje de rotacion de la rueda.
  8. 8. El mecanismo de liberacion rapida (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, que ademas comprende un nivel acoplado a por lo menos uno del primer y del segundo miembro del miembro de soporte de carga (150).
  9. 9. El mecanismo de liberacion rapida (100) de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el brazo de palanca (120) se puede operar para ajustar una distancia entre la tuerca de extremidad (140) y el brazo de palanca (120).
  10. 10. Un procedimiento de calibracion de un mecanismo de liberacion rapida (100), que comprende los pasos:
    la instalacion de un montaje de rueda (10) sobre un miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110);
    la insercion de un eje central (180) de un mecanismo de liberacion rapida (100) a traves de un eje del motor (210) del montaje de rueda (10);
    la instalacion de un brazo de palanca (120) del mecanismo de liberacion rapida (100) sobre un extremo del eje central (180);
    la instalacion de un miembro de soporte de carga (150) y un brazo de tope (170) del mecanismo de liberacion rapida
    (100) en el eje del motor (210), en el que el brazo de tope (170) esta conectado de manera pivotante al miembro de soporte de carga (150) y el brazo de tope (170) tiene un extremo terminal adaptado para entrar en contacto con el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110) y para permitir de ese modo la liberacion rapida del mismo;
    5 el desplazamiento de una caractenstica de ajuste del mecanismo de liberacion rapida (100) a una posicion minima;
    la rotacion del mecanismo de liberacion rapida (100) alrededor del eje de montaje de rueda (10) hasta que el brazo de tope (170) entre en contacto con una porcion no axial del miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110);
    la instalacion de una tuerca de extremidad (140) sobre el eje central (180);
    10 de manera alternativa el ajuste de la tuerca de extremidad (140) y el movimiento de la palanca (120) de una posicion liberada a una asegurada con el fin de proporcionar una fijacion optima del montaje de rueda (10) sobre el miembro de cuadro de fijacion de rueda del vetnculo (110);
    el movimiento del brazo de palanca (120) a una posicion liberada;
    el movimiento de la caractenstica de ajuste hasta que un indicador de nivel (200) se muestre horizontal; y
    15 el movimiento del brazo de palanca (120) a una posicion asegurada.
  11. 11. El procedimiento de calibracion de acuerdo con la reivindicacion 10, en el que una pendiente inicial para un algoritmo de control del montaje de rueda (10) se establece en cero.
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