ES2932876A1 - sistema de transmisión variable para bicicletas con asistencia eléctrica - Google Patents

Abstract

El sistema de transmisión variable para bicicletas con asistencia eléctrica revindicado mediante un motor eléctrico y un sistema planetario de engranajes permite al usuario obtener un rango de desarrollo en la transmisión, junto con una asistencia en la potencia de pedaleo. El estator del motor se encuentra unido solidariamente al portasatélites del planetario, y a su vez al movimiento de pedaleo. Debido a esta configuración el motor no aportará par para vencer cualquier resistencia, en cambio, si aportará velocidad. Además, esta configuración, permite recargar las baterías eléctricas del motor cuando se encuentra el usuario en una cuesta abajo.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de transmisión variable para bicicletas con asistencia eléctrica

SECTOR DE LA TÉCNICA

En el sector de los vehículos por tracción a pedales, especialmente en las bicicletas, la presente invención se refiere a los instrumentos que permiten variar la relación de transmisión entre el movimiento aplicado por el ciclista y el movimiento resultante en la rueda tractora, de forma que esta variación sea de forma variable y continua con asistencia eléctrica en el pedaleo. Mejorando de esta forma la fiabilidad de los sistemas de transmisión convencionales frente a impactos y la eficiencia de pedaleo del ciclista.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente, dentro del campo de los sistemas de transmisión para vehículos propulsados a pedales, se encuentran varios métodos para conseguir distintos desarrollos para el usuario. El sistema más conocido comercialmente es el conjunto de piñones en la rueda trasera, por lo que la cadena es guiada a través de un sistema mecánico que lo desplaza (EP2030889B1).

En este campo, actualmente se han realizado diversas invenciones como cajas de cambios o gear box (US2019/0011037A1) que solventan la transmisión mediante un mecanismo muy compacto alojado en el cuadro de la bicicleta.

Por otro lado, las bicicletas eléctricas cuentan con motores alojados en el cuadro o en los bujes de las ruedas, estos ayudan al usuario y aportan un par al ciclista haciendo menos exigente para el usuario el movimiento.

La presente invención parte de la base de una bicicleta de asistencia eléctrica con un motor situado en el eje de pedalier de una bicicleta (US 10323732B2) que contiene un CVT o sistema de transmisión variable, basado en un sistema planetario de engranajes de cuatro elementos: sol, satélites, portasatélites y corona exterior.

Permite al usuario disponer de un sistema de transmisión variable, apoyado por un motor, que no aporta par al pedaleo (si el usuario no es capaz de subir una rampa, no lo subirá) pero este motor le entregará una mayor velocidad. Además, permitirá recargar las baterías cuando el usuario se encuentra sin dar pedales.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El resultado de la invención es un sistema transmisión variable continuo que entregue una potencia al pedaleo y complementa la del ciclista. Esta asistencia no tendrá efecto sobre el par que deba realizar el ciclista, sino que aportará velocidad al movimiento final. Si el usuario no es capaz de vencer una resistencia dada, el motor no le ayudará. Si en cambio, sí es capaz, podrá ir más rápido.

La invención parte de un sistema de transmisión a partir de un conjunto planetario, compuesto por un sol o engranaje central, un número de satélites rotando engranados respecto del sol, un porta-satélites que rota solidario con los ejes de los planetas, y por último una corona que contiene todos los elementos anteriores.

La corona externa (1) será la encargada de transmitir el par del pedaleo a la rueda trasera. Esta transmisión será mediante un sistema tradicional (cadena, correa...) FIG.1). El eje de las bielas (7) hace a la vez como portsatétiles o carrier, es decir, el movimiento del pedaleo del ciclista implica el movimiento de los planetas (2) alrededor del sol (3). Por último, el sol o engranaje central estará conectado a un motor eléctrico (8) que se encuentra alojado en el interior del eje de las bielas y gira solidariamente con este. Dicho de otra forma, el rotor del motor se encuentra unido al sol, mientras que el estator del motor está fijo al carrier, siendo así Umotor = Wsol-camer.

Por tanto, disponemos de dos entradas; el movimiento de las bielas (uc) y el movimiento del motor (um), y una salida del sistema, el movimiento de la corona externa (1) (ur).

De la ecuación que rige el sistema planetario se deduce que es la variación en la velocidad del motor la que da lugar a una relación de transmisión u otra de una forma continua.

Los mandos del sistema permitirán al usuario ajustar la relación de transmisión deseada.

El sistema contiene diferentes sensores que permiten determinar la velocidad angular instantánea de los distintos elementos como la cadencia de pedaleo o las revoluciones del motor.

El sistema cuenta con un CPU que recibe los datos de los diversos sensores y partiendo de la relación de transmisión introducida por el usuario a través de los mandos, los datos de geométricos del sistema y la cadencia de pedaleo del ciclista, ajustará la velocidad del motor para obtener la relación de transmisión deseada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una idea general del sistema instalado en la bicicleta.

Figura 2.- Detalla la posición del sistema planetario de engranajes.

Figura 3.- Ilustra el sistema aislado de una bicicleta.

Figura 4.- Detalla la vista en alzado y perfil del sistema.

Figura 5.- Muestra los engranajes internos mediante una vista abierta del alzado Figura 6.- Muestra el sistema interior.

Figura 7.- Detalla mediante una vista expandida, todas las piezas que se encuentran en este sistema.

Figura 8.- Contiene un posible esquema eléctrico para el funcionamiento sistema.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A continuación, se detalla un modo de realización del sistema propuesto.

En primer lugar, se parte del objetivo de la posibilidad de incorporarlo a una bicicleta estándar como en la FIG. 1 y FIG. 2. Geométricamente, esto limita el tamaño de la corona externa (1) ~150mm, el tamaño del motor sin escobillas- se estima un par máximo de 20Nm, equivalente a los motores de bicicletas eléctricas -, y se acota un rango de desarrollos entre, al menos Mpedaleo £ (1,54,0,31).

w r u e d a

Para cumplir con los rangos de desarrollo se tienen en cuenta los siguientes puntos:

- Cuando el motor se encuentra en reposo Mmotor = 0, el sistema tendrá el rango de desarrollo más corto posible ¿~1,5. A medida que el usuario comience a pedalear, podrá ir escogiendo un desarrollo más largo.

- El sentido de giro del motor será siempre en la misma dirección en todo el rango de desarrollos.

La ecuación que rige la relación fundamental entra la cinética de los elementos de un sistema planetario es la siguiente:

Analizando su pendiente en función de los distintos parámetros, se observa que la segunda condición planteada, para esta propuesta de modo de realización, es posible. Además, para lograr el rango de desarrollos propuestos, se observa la necesidad de que el sol sea lo más pequeño posible.

Tras tener en cuenta estos requisitos, y atendiendo también a las limitaciones geométricas de un sistema de engranajes planetario, se puede optar por un sistema con los siguientes dientes por engranaje.

Zs = 12 | Zv = 54 | Zr = 120

Cabe recordar, que el motor se encuentra alojado - y rotando solidariamente - con el porta-satélites o carrier, lo que hacer que la velocidad del sol, sea la velocidad compuesta entre la velocidad del portasatélites/carrier y la del motor.

motor (2)

Por ello, basta con iterar los valores de Mmotor en la ecuación 1 y 2 para observar que el sistema es capaz de cumplir con el desarrollo propuesto.

Hasta aquí sería la parte cinética de este posible modo de realización del sistema.

Para continuar con la dinámica de este sistema, hay que tener en cuenta la principal característica del modelo propuesto. El estator del motor se encuentra unido al portasatélite/carrier.

Esto implica que el par del motor es interno, y no ayuda al ciclista. Todo el par que es necesario aplicar para genera un movimiento, es aportado por el ciclista. Es decir:

1corona Tcarrier Tpedaleo

Esto implica que el ciclista deberá aportar el mismo par que si fuera en una bicicleta estándar.

Pese a que la corona no podrá entregar más par que el aportado por el usuario, en el caso de la potencia no ocurre lo mismo, ya que el motor hace rotar la corona más rápido. Es decir, para una misma potencia del ciclista, el usuario conseguirá ir más rápido.

La peculiaridad que el motor (8) se encuentre en el interior del eje de pedaleo FIG. 7, implica solventar la alimentación de este a través de cables eléctricos, pues estos cables, al rotar, se enredarían. Para solucionar este hecho, se plantea como opción un sistema de escobillas o bien un denominado slipring (4).

El control electrónico del sistema se realizará mediante un microcontrolador que leerá la cadencia de pedaleo Mcarrier a partir de sensores de efecto Hall colocados en el cuadro de la bicicleta, así como la posición del mando de elección de desarrollo, obteniendo el valor i

A partir de estas dos variables, y junto con los parámetros geométricos del sistema, calculará, a partir de la ecuación (1) y ecuación (2), la velocidad que tendrá que tener el motor ^motor

Por último, cabe destacar que el movimiento de la rueda no está ligado con el movimiento de los pedales. Es decir, si la rueda trasera se encuentra en movimiento, FIG.1, pero el portasatélites no (7)(5), la cinética del planetario, ecuación(1) permite que el sol gire.

Este caso, se dará en el momento donde el usuario se encuentre bajando sin pedalear, de esta forma el motor se emplea como generador, recargando las baterías. Para ello, se tendrá que adaptar el cableado del motor para que actúe como generador mediante modificación del circuito eléctrico FIG. 8 con un rectificador de puente.

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES

   Un sistema de transmisión variable con asistencia eléctrica para bicicleta, que comprende: un sistema de engranajes planetarios; con un portador (7), un engranaje central, al menos un planeta (2) en contacto con el engranaje central (3) y una corona externa (1) con engranajes internos; al menos un motor eléctrico (8) acoplado a uno de los elementos anteriores; unas bielas (10) que transmiten la acción humana con un eje hueco acoplado a un segundo elemento del sistema planetario; caracterizado por: el motor eléctrico encontrarse en el interior del eje de las bielas, es decir, el portasatélites (7), rotando solidariamente con este y transmitiendo el movimiento de su eje al engranaje central.

   El sistema según reivindicación (1), caracterizado por: las bielas estar acopladas al portador (5)(7) haciendo mover el planeta o planetas (2) alrededor del engranaje central; la corona externa (1) ser la responsable de transmitir el par del usuario a la rueda tractora mediante una correa, cadena o similar. FIG.
2. 2.

   El sistema de la reivindicación 1, que comprende: un sistema de recarga de batería; caracterizado por: ser efectivo cuando el usuario deja de rotar las bielas y se encuentra en movimiento, tal que la corona externa haga mover los planetas y estos a su vez el engranaje central, en consecuencia, rotando el eje del motor eléctrico (8) y empleando este último a modo de generador.

   El sistema de la reivindicación 1, que comprende: un controlador electrónico que varía la velocidad compuesta del motor eléctrico situado en el interior del eje en función de la velocidad de las bielas para obtener una relación de transmisión impuesta por el usuario.