ES2833295T3 - Accionamiento para una bicicleta eléctrica - Google Patents

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Abstract

Accionamiento para una bicicleta de carga, que comprende a) un motor eléctrico (12) y un engranaje conmutable (14), b) en conjunto cuatro árboles espaciados en paralelo, a saber, un árbol de manivela de pedal (10), un árbol de salida (16) separado del árbol de manivela de pedal (10), un árbol de motor (20) y un árbol de engranaje (22), donde c) el árbol de manivela de pedal (10) está conectado de forma giratoria con el árbol de salida (16) a través del engranaje conmutable (14), y caracterizado por que en un lado del árbol de manivela de pedal (10) está dispuesto el motor eléctrico (12) y en el otro lado del árbol de manivela de pedal está dispuesto el engranaje (14) y el árbol de salida (16), y d) el árbol de manivela de pedal (10), el motor eléctrico (12), una electrónica de control del motor eléctrico, el engranaje conmutable (14) y el árbol de salida (16) están dispuestos en una carcasa común, e) el motor eléctrico (12) está conectado de forma giratoria con el árbol de salida (16) como accionamiento directo, a saber, a través de un único elemento de transmisión de par de fuerzas (18) en forma de una cadena o una correa, en particular cadena doble, que gira alrededor del árbol de manivela de pedal (10), f) el motor eléctrico es una máquina de imán permanente, alimentada por un convertidor y la excitación del motor eléctrico se realiza a través de una regulación por orientación de campo (FOC).

Description

DESCRIPCIÓN
Accionamiento para una bicicleta eléctrica
La presente invención se refiere a un accionamiento para una bicicleta de carga con un motor eléctrico y un engranaje conmutable.
Los accionamientos para bicicletas eléctricas se conocen por el estado de la técnica en numerosas formas de realización (p. ej., WO 2012/066124 A1). Los accionamientos conocidos de este tipo presentan con frecuencia engranajes complejos y/o controles costosos para la asistencia automática del par de fuerzas mediante el motor eléctrico. Este de nuevo condiciona una unidad sensora costosa para la detección del par de fuerzas y altos costes de desarrollo y de fabricación. El documento WO 2012/066124 da a conocer el preámbulo de la reivindicación 1.
El objeto de la presente invención es crear un accionamiento para una bicicleta de carga, que sea robusto, se pueda fabricar de forma económica y se puede realizar con una asistencia de fuerza optimizada.
La solución de este objetivo se consigue mediante las características de la reivindicación 1.
Según la invención, la asistencia de fuerza se realiza mediante el motor eléctrico a través de un único elemento que transmite un par de fuerzas, como una correa o una cadena, donde no obstante el motor eléctrico no está colocado sobre el árbol de manivela de pedal. Mejor dicho, la trasmisión del par de fuerzas entre el motor eléctrico y árbol de salida se realiza a través de una conexión giratoria muy sencilla, de modo que se puede usar un motor habitual en el mercado y no se debe adaptar o modificar de forma especial para la finalidad de uso.
Según la invención, en la carcasa también está alojada una electrónica de control del motor eléctrico. De este modo se crea una disposición extraordinariamente compacta, en la que la electrónica de control está alojada de forma protegida en la carcasa.
Se produce una solución constructivamente robusta y sin embargo compacta, dado que el accionamiento contiene en conjunto cuatro árboles espaciados en paralelo, a saber el árbol de manivela de pedal, el árbol de salida, un árbol de motor y un árbol de engranaje. El modo constructivo compacto está optimizado porque en un lado del árbol de manivela de pedal está dispuesto el motor eléctrico y en el otro lado del árbol de manivela de pedal está dispuesto el engranaje y el árbol de salida. Dado que un órgano de transmisión de par de fuerzas entre el motor eléctrico y el árbol de salida circula gira alrededor del árbol de manivela de pedal, se produce un modo constructivo compacto.
Según la invención, la excitación del motor eléctrico se realiza en el convertidor mediante una regulación por orientación de campo (FOC). Para ello se requiere un elevado coste de programación. No obstante, una regulación por orientación de campo puede garantizar una mejor asistencia de fuerza, lo que es ventajoso en particular en el caso de bicicletas de carga, cuyo peso total con carga puede ser de por encima de 300 kg.
Formas de realización ventajosas de la invención están descritas en la descripción, el dibujo y las reivindicaciones dependientes.
Según una primera forma de realización ventajosa, el engranaje conmutable puede ser un engranaje de chaveta deslizante. Un engranaje semejante integrado en la carcasa común puede transmitir pares de fuerzas elevados y optimizarse para una robusta aplicación y durabilidad. Al contrario de los cambios de buje o cadena conocidos, un engranaje semejante es apropiado de forma especialmente adecuada para una asistencia de fuerza a través de un motor eléctrico.
Es ventajosa que el engranaje conmutable sea un engranaje de cambio manual, dado que en este caso no se requiere un control costoso para accionar el engranaje.
Según otra forma de realización ventajosa, la conexión giratoria entre el motor eléctrico y el árbol de salida puede presentar una desmultiplicación fija, por ejemplo, usando ruedas dentadas o de accionamiento de diferente tamaño. De esta manera se puede reducir la velocidad de giro del motor de manera muy sencilla de forma robusta y económica.
Para una configuración especialmente económica del accionamiento puede ser ventajoso que el control del motor eléctrico se realice por un actuador accionable manualmente. Al contrario de los accionamientos con una asistencia de fuerza automática, en la que la detección del par de fuerzas requiere habitualmente una amplia unidad sensora, un actuador accionable manualmente, como por ejemplo un cable Bowden accionable por medio de un agarre, se puede implementar de forma económica.
Según otra forma de realización ventajosa, en una electrónica de control del motor eléctrico se puede predeterminar al menos una curva característica, que predetermina el par de fuerzas generado por el motor en función de la velocidad de marcha. De esta manera se puede conseguir una asistencia motora del accionamiento con una implementación muy sencilla técnicamente, sin que se requiriesen una regulación complicada o unidad sensora costosa.
Además, puede ser ventajoso que se realice una regulación del motor eléctrico exclusivamente en función de la velocidad de giro del motor y/o de la velocidad de marcha. En este caso se requieren a saber solo dos sensores sencillos, a saber un cuentarrevoluciones en el árbol de manivela de pedal y un sensor de posición en el árbol de motor, con el que se puede determinar la posición angular respectiva del árbol de motor.
A continuación, la presente invención se describe puramente a modo de ejemplo mediante una forma de realización ventajosa y en referencia al dibujo.
La figura muestra una vista esquemática de un accionamiento para la bicicleta eléctrica.
El accionamiento representado en la figura para una bicicleta eléctrica comprende un árbol de manivela de pedal 10, un motor eléctrico 12 y un engranaje conmutable 14, así como un árbol de salida 16 separado del árbol de manivela de pedal 10, que están dispuestos en una carcasa común (no representada).
Según se clarifica en la figura, el motor eléctrico 12 está conectado, por así decir, de forma giratoria con el árbol de salida 16 como accionamiento directo, a saber, a través de un único elemento de transmisión de par de fuerzas, que está configurado como cadena doble 18 en el ejemplo de realización representado. La cadena doble 18 comprende por consiguiente dos cadenas giratorias una junto a otra, que conectan entre sí de forma giratoria una rueda dentada 23 colocada sobre un árbol 20 del motor eléctrico 12 y una rueda dentada 25 colocada sobre el árbol de salida 16. En este caso, la rueda dentada colocada sobre el árbol de motor 20 posee un menor diámetro que la rueda dentada dispuesta sobre el árbol de salida 16, de modo que la conexión giratoria 18 entre el motor 12 y el árbol de salida 16 presenta una única desmultiplicación fija, que se compone solo de dos ruedas con diferente diámetro. Según clarifica además la figura, la cadena doble 18 entre el motor eléctrico 12 y el árbol de salida 16 gira alrededor del árbol de manivela de pedal 10, de modo que el árbol de manivela de pedal 10 se extiende a través de la cadena doble giratoria 18.
El engranaje conmutable 14 está configurado como engranaje de cambio manual y en particular como engranaje de chaveta deslizante en la forma de realización representada. En este caso, sobre un árbol de engranaje 22 del engranaje 14 están dispuestas tres ruedas dentadas de diferente tamaño, donde una rueda dentada engrana respectivamente con una rueda dentada dispuesta sobre el árbol de salida 16, de modo que en conjunto están formados tres pares de ruedas dentadas 24, 26, 28. Mediante una chaveta deslizante dispuesta en el interior del árbol de engranaje 22 se puede realizar de manera conocida respectivamente una transmisión de fuerzas a través de uno de los pares de ruedas dentadas 24, 26 y 28, donde se realiza un accionamiento de la chaveta deslizante a través de un cable Bowden 30, que está fijado a través de una cadena de eslabones 32 en la chaveta deslizante (no representada).
Para un accionamiento del engranaje 14, sobre el árbol de manivela de pedal 10 está dispuesta una rueda dentada 34, que engrana con una rueda dentada 36 sobre el árbol de engranaje 22. Por consiguiente, mediante el giro del árbol de manivela de pedal 10 se puede transmitir un par de fuerzas sobre el árbol de engranaje 22, que transmite de nuevo su giro a través del engranaje de chaveta deslizante 14 sobre el árbol de salida 16. Desde allí, el par de fuerzas se transmite finalmente a través de una rueda dentada 38 hacia una rueda de accionamiento de la bicicleta.
Según se clarifica la figura, además, en un lado del árbol de manivela de pedal 10 (en la figura en el lado izquierdo) está dispuesto el motor eléctrico 12 y en el otro lado del árbol de manivela de pedal 10 están dispuestos el engranaje 14 y el árbol de salida 16. Por consiguiente, el accionamiento se compone de en conjunto cuatro árboles espaciados en paralelo, a saber (de izquierda a derecha) del árbol de motor 20, del árbol de manivela de pedal 10, del árbol de engranaje 22 y del árbol de salida 16. Para un funcionamiento sin perturbaciones está prevista además una rueda libre entre el motor eléctrico 12 y el árbol de salida 16 y entre el árbol de manivela de pedal 10 y el árbol de salida 16, donde una rueda libre 40 está dispuesta entre la rueda dentada 25 y el árbol de salida 16 y otra rueda libre entre el árbol de salida 16 y las ruedas dentadas del engranaje 14 dispuestas sobre este.
Para una excitación del motor eléctrico, en la carcasa (no representada) también está alojada una electrónica de control (no representada) del motor eléctrico 12, donde se realiza un control del motor eléctrico a través de un actuador accionable manualmente, que transmite una asistencia de motor deseada por el conductor a la electrónica de control. Un actuador semejante puede ser, por ejemplo, un “puño de acelerador” conocido, que transmite un movimiento de giro del conductor a través del cable Bowden o a través de otra unidad sensora a la electrónica de control.
En la electrónica de control, en el ejemplo de realización descrito está prevista al menos una curva característica, que predetermina el par de fuerzas generado por el motor eléctrico 12 en función de la velocidad de marcha medida por un sensor. Por ejemplo, la especificación puede ser tal que se produzca una asistencia de motor completa solo a partir de una velocidad mínima determinada. Además, en la electrónica de control se puede prever que pese al requerimiento de una asistencia por parte del conductor solo se realiza una asistencia de motor intermitente en función de la velocidad y/o velocidad de giro.
Según la invención se realiza una excitación o regulación del motor eléctrico, que en el ejemplo de realización escrito es un motor eléctrico de imán permanente, alimentado por convertidor, inclusive en función de la velocidad de giro del motor y/o de la velocidad de marcha, por lo que se puede obtener un control sencillo y económico.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Accionamiento para una bicicleta de carga, que comprende
a) un motor eléctrico (12) y un engranaje conmutable (14),
b) en conjunto cuatro árboles espaciados en paralelo, a saber, un árbol de manivela de pedal (10), un árbol de salida (16) separado del árbol de manivela de pedal (10), un árbol de motor (20) y un árbol de engranaje (22), donde
c) el árbol de manivela de pedal (10) está conectado de forma giratoria con el árbol de salida (16) a través del engranaje conmutable (14), y caracterizado por que en un lado del árbol de manivela de pedal (10) está dispuesto el motor eléctrico (12) y en el otro lado del árbol de manivela de pedal está dispuesto el engranaje (14) y el árbol de salida (16), y
d) el árbol de manivela de pedal (10), el motor eléctrico (12), una electrónica de control del motor eléctrico, el engranaje conmutable (14) y el árbol de salida (16) están dispuestos en una carcasa común,
e) el motor eléctrico (12) está conectado de forma giratoria con el árbol de salida (16) como accionamiento directo, a saber, a través de un único elemento de transmisión de par de fuerzas (18) en forma de una cadena o una correa, en particular cadena doble, que gira alrededor del árbol de manivela de pedal (10),
f) el motor eléctrico es una máquina de imán permanente, alimentada por un convertidor y la excitación del motor eléctrico se realiza a través de una regulación por orientación de campo (FOC).
2. Accionamiento según la reivindicación 1,
caracterizado por que
el engranaje (14) es un engranaje de chaveta deslizante.
3. Accionamiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por que
el engranaje (14) es un engranaje de cambio manual.
4. Accionamiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que
la conexión giratoria (18) entre el motor eléctrico (12) y árbol de salida (16) presenta una desmultiplicación fija.
5. Accionamiento según la reivindicación 4
caracterizado por que
la conexión giratoria (18) entre el motor eléctrico (12) y árbol de salida (16) no presenta elementos de engranaje fuera de la desmultiplicación fija.
6. Accionamiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que
se realiza un control del motor eléctrico (12) a través de un actuador accionable.
7. Accionamiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que
entre el árbol de manivela de pedal (10) y el motor eléctrico (12) y entre el árbol de manivela de pedal (10) y motor de salida (16) está prevista respectivamente una rueda libre.
8. Accionamiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que
en la electrónica de control del motor eléctrico (12) está prevista al menos una curva característica, que predetermina el par de fuerzas generado en función de la velocidad de marcha.
9. Accionamiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores
caracterizado por que
se realiza un control del motor eléctrico (12) exclusivamente en función de la velocidad de giro del motor y/o de la velocidad de marcha.
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