ES2934796T3 - Bicicleta eléctrica con sistema de engranajes - Google Patents

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Abstract

Un sistema de engranajes para un vehículo comprende una primera entrada rotacional (12), una segunda entrada rotacional (16) y una salida rotacional. La primera entrada de rotación y la segunda entrada de rotación transmiten una rotación a la salida de rotación, donde una de la primera entrada de rotación y la segunda entrada de rotación está conectada a la salida de rotación a través de un embrague unidireccional (60), y donde la otra de la primera entrada de rotación la entrada y la segunda entrada rotacional pueden estar conectadas a la salida rotacional a través de un embrague de sobrerrevolucionado (48), en el que dicho embrague unidireccional y dicho embrague de sobrerrevolucionado están acoplados. El embrague unidireccional se aloja con un alojamiento cilíndrico (52f) de un soporte (52) que comprende un primer tramo cilíndrico (52a) y un segundo tramo cilíndrico (52b), en donde el segundo tramo cilíndrico tiene un diámetro mayor que el primer tramo cilíndrico. . El embrague unidireccional puede ser un embrague de arrastre y el embrague de sobrerrevolucionado puede ser un conjunto de rueda libre. El vehículo puede ser una bicicleta eléctrica, pero también puede ser otro vehículo de doble propulsión como un coche híbrido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Bicicleta eléctrica con sistema de engranajes
Sector de la invención
La presente invención se refiere a los sistemas de engranajes de vehículos utilizados en relación con las bicicletas eléctricas.
Estado de la técnica anterior
Las bicicletas eléctricas son una forma de vehículos de impulsión dual: emplean un pedal manual y un accionamiento por biela y un motor eléctrico. Estos dos accionamientos pueden funcionar de manera independiente uno del otro, o pueden funcionar juntos para aumentar la fuerza motriz del otro. Un usuario puede optar por acoplar selectivamente el accionamiento eléctrico, o el accionamiento eléctrico puede ser activado automáticamente dependiendo de condiciones tales como la velocidad medida del pedal, la velocidad de la bicicleta, etc.
El accionamiento eléctrico puede estar situado en varios lugares; puede accionar el buje de la rueda trasera y estar situado en el interior del mismo; puede impulsar la biela del pedal; o puede estar situado en algún punto entre estos dos extremos, accionando la cadena de la bicicleta. Una alternativa es accionar la rueda delantera, pero esto conlleva sus propios inconvenientes.
La fuente de alimentación, normalmente una batería recargable, tiene que estar situada en la bicicleta y, normalmente, una batería voluminosa estará colocada sobre la rueda trasera o cerca de la misma.
Existen leyes en todo el mundo para limitar la velocidad a la que el accionamiento eléctrico puede impulsar una bicicleta de este tipo, principalmente para la seguridad del usuario. La velocidad puede estar limitada a aproximadamente 15 mph. Sin embargo, el usuario puede impulsar manualmente la bicicleta por encima de esta velocidad.
Los inconvenientes de las bicicletas eléctricas actuales incluyen que el volumen del mecanismo de accionamiento/batería hace que la bicicleta sea engorrosa para el ciclista. Otro inconveniente está en la posibilidad de que el pedaleo accionado por biela o un cese repentino dañen el motor si eso acciona la biela. Por ejemplo, una bicicleta eléctrica se puede estar desplazando con accionamiento eléctrico y pedaleo del usuario combinados. Si el usuario tiene que realizar una parada de emergencia, su reacción es dejar de pedalear inmediatamente, manteniendo la biela en un ángulo fijo. Si bien la bicicleta puede estar dotada de una detención del accionamiento eléctrico montada en la palanca de freno, el cese del pedaleo por parte del usuario puede ocurrir antes de que esta sea activada y habrá un breve período de tiempo en el que el motor eléctrico está impulsando la biela mientras el usuario intenta simultáneamente mantener estática la biela. Esto puede conducir a que el motor se dañe y/o a que los pies del usuario se vean forzados en un movimiento de pedaleo no deseado, desconcertante y, quizás, desequilibrante.
La Patente EP0683093 A1 da a conocer un detector de fuerza de pedaleo para una bicicleta asistida por motor. La Patente US6230586 da a conocer una bicicleta eléctrica, según el preámbulo de la reivindicación 1.
Características de la invención
Según un primer aspecto de la presente invención, se da a conocer una bicicleta eléctrica, según la reivindicación 1. El eje de rotación de la primera entrada de rotación puede ser perpendicular al eje de rotación de la segunda entrada de rotación.
El eje de rotación de la salida de rotación puede ser paralelo a cualquiera del eje de rotación de la primera entrada de rotación o de la segunda entrada de rotación.
El embrague unidireccional está acoplado de manera rotativa al embrague de sobrerrevolucionado mediante un soporte. El embrague unidireccional está montado en el interior del cuerpo envolvente cilíndrico con una pista exterior de dicho embrague unidireccional acoplada en rotación a una superficie interior del cuerpo envolvente cilíndrico, y el embrague de sobrerrevolucionado está montado alrededor del montaje cilíndrico.
El embrague unidireccional puede ser un embrague de patín.
El embrague de sobrerrevolucionado puede ser un conjunto de rueda libre.
La segunda entrada de rotación es un motor eléctrico.
La primera entrada de rotación es accionada manualmente.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirá una realización de la presente invención, solo a modo de ejemplo, haciendo referencia a los siguientes dibujos, en los que:
la figura 1 es una vista, en perspectiva con las piezas desmontadas, de un sistema de engranajes de vehículo, según la presente invención;
la figura 2 es una vista, en sección, en perspectiva, del sistema de engranajes de vehículo de la figura 1;
la figura 3 es una vista de extremo, con las piezas desmontadas, del sistema de engranajes de vehículo de la figura 1; la figura 4 es una vista, en perspectiva, con las piezas desmontadas, desde un ángulo diferente del sistema de engranajes de vehículo de la figura 1;
la figura 5 es una vista, en perspectiva, de un pedalier interior del sistema de engranajes de vehículo de la figura 1; y la figura 6 es un alzado lateral de una bicicleta que incluye el sistema de engranajes de vehículo de la figura 1. Haciendo referencia a los dibujos e inicialmente a la figura 1, se muestra un sistema de engranajes 10 de vehículo. El sistema de engranajes 10 de vehículo comprende una primera entrada de rotación 12 que es una biela 14 del pedal de bicicleta, una segunda entrada de rotación 16 que comprende un motor eléctrico 72, que acciona un engranaje cónico 20 a través de una caja de cambios 18. El engranaje cónico 20 acciona, a su vez, una corona dentada 22.
La biela 14 de pedal de la bicicleta es de una disposición conocida, que comprende pedales 24 unidos a brazos 26 de biela. Los brazos 26 de la biela están conectados a un eje 28. El eje 28 es un componente alargado, sustancialmente cilíndrico, con acanaladuras 28a dispuestas en cada extremo, para proporcionar una unión más segura entre el eje 28 y los brazos 26 de la biela. Un chavetero 31 está dispuesto en el eje 28.
Un pedalier 30 de cuadro de un cuadro de bicicleta 100 aloja el sistema de engranajes 10 del vehículo. El pedalier 30 del cuadro tiene una forma cilíndrica sustancialmente hueca, con dos aberturas 30a, 30b en la pared lateral cilíndrica 30c. Ambos extremos circulares 30d, 30e están abiertos, para permitir que el pedalier 30 del cuadro reciba diversos componentes del sistema 10.
El eje 28 se extiende a través del pedalier 30 del cuadro cuando está ensamblado.
En el lado derecho (desde la perspectiva de las figuras) del eje 28 están dispuestos diversos componentes conocidos del conjunto de bielas. Estos son una rueda dentada delantera 32, una cruceta 34, una tapa 36 del pedalier, un cojinete 38 de biela y un disco 40 de rueda dentada acanalado. La tapa 36 del pedalier actúa como una junta de estanqueidad para mitigar la entrada de residuos o contaminantes. En el lado derecho (desde la perspectiva de las figuras) del eje 28 están dispuestos otros componentes conocidos del conjunto de bielas. Estos son un cojinete interior 42 del pedalier y una cubierta del plato 44 del pedalier. El cojinete exterior 44 del pedalier se une al pedalier 30 del cuadro por medio de pernos (no mostrados) cubriendo de este modo el extremo circular 30e y disponiendo un soporte de cojinete para el eje 28.
En el interior del pedalier 30 del cuadro y también dispuestos alrededor del eje 28 están diversos componentes que permiten la transmisión de impulsión desde las dos fuentes a la rueda trasera conducida de la bicicleta 100.
Desde el lado derecho de las figuras, es decir, desde el lado del conjunto de bielas, estos son, en primer lugar, un separador 46. El separador 46 es de forma conocida y tiene una forma, en general, anular. Este hace tope con la cara izquierda del disco 40 de rueda dentada acanalado.
La corona dentada 22 es un anillo con una sección transversal, en general, troncocónica. Dentro del interior está dispuesta una primera pestaña 22a que sobresale hacia el interior en su abertura central 22b. Una segunda pestaña 22c sobresale de la cara opuesta de la corona dentada 22 desde la que se asientan los dientes 22d del engranaje (lado derecho desde la perspectiva de las figuras) de la primera pestaña 22a.
Un conjunto de rueda libre del engranaje 48 se une a la corona dentada 22 a través de la primera y segunda pestañas 22a, 22c; por lo tanto, se sitúa en el interior de la abertura central 22b de la corona dentada 22. Los pernos 50 fijan el conjunto de rueda libre del engranaje 48 a la corona dentada 22.
Tanto el conjunto de rueda libre del engranaje 48 como la corona dentada 22 están fijados alrededor de un pedalier interior 52. El pedalier interior 52 comprende dos secciones cilíndricas: una primera sección cilíndrica 52a de menor diámetro situada, en la utilización, orientada hacia el conjunto de bielas y una segunda sección cilíndrica 52b de mayor diámetro. La primera sección cilíndrica 52a tiene varias ranuras 52c en su pared lateral que se extienden a lo largo de su longitud. Estas ranuras ayudan a reducir el peso, al reducir el material, aumentan la sujeción por fricción mediante una disposición del tipo de acanaladura y pueden permitir un grado de expansión mediante apertura.
Tal como se puede ver en la figura 2, el conjunto de rueda libre de engranaje 48 y la corona dentada 22 se unen alrededor de la primera sección cilíndrica 52a. Están dispuestas roscas 48a (en el conjunto de rueda libre de engranaje 48) y 52d (en la primera sección cilíndrica 52a) que colaboran, que permiten que los componentes se conecten entre sí. Los destinatarios expertos apreciarán que se pueden emplear otros procedimientos de unión adecuados. En la presente realización, el roscado en la primera sección cilíndrica 52a está en la sección no ranurada pero, en una realización alternativa, puede estar dispuesto en la parte ranurada, exclusivamente o junto con el roscado en la parte no ranurada.
Otro separador alargado 54 está posicionado en el interior de la primera sección cilíndrica 52a, rodeando el eje 28. Dos cojinetes 56, 58 del lado de la rueda libre están dispuestos alrededor del separador 54, entre este y el eje 28. Una pestaña 52e del pedalier está dispuesta entre la primera sección cilíndrica 52a y la segunda sección cilíndrica 52b. Por lo tanto, en el interior de la segunda sección cilíndrica 52b está formado un cuerpo envolvente 52f. En el interior de este cuerpo envolvente 52f está dispuesto un cojinete de embrague de patín unidireccional 60. El pedalier 52 interior se acopla en rotación al cojinete del embrague de patín unidireccional 60 y al conjunto de rueda libre 48.
El cojinete del embrague de patín unidireccional 60 tiene forma anular y dentro de su abertura interior está situada una cuña 62 de cojinete que rodea al eje 28.
Un cojinete 64 de pedalier está intercalado entre la cuña 62 del cojinete y el separador alargado 54, situado sustancialmente en el mismo plano que la pestaña 52e del pedalier.
Una chaveta 66 del embrague de patín exterior sitúa el cojinete del embrague de patín unidireccional 60 en el interior del cuerpo envolvente 52f formando un ajuste de interferencia por medio de una ranura 60a del cojinete exterior dispuesta en la circunferencia exterior de la pista exterior del cojinete del embrague de patín unidireccional 60 y una ranura 52g del cuerpo envolvente.
Una chaveta 68 del embrague de patín interior sitúa la cuña 62 del cojinete en el interior del cojinete del embrague de patín unidireccional 60 formando, de manera similar, un ajuste de interferencia por medio de una ranura 60b del cojinete interior dispuesta en la circunferencia interior de la pista interior del cojinete del embrague de patín unidireccional 60, y una ranura 62a de la cuña. La chaveta 68 del embrague de patín interior también se asienta en el interior del chavetero 31 del eje, causando de este modo un ajuste de interferencia y acoplando en rotación el cojinete del embrague de patín 60 al pedalier 52 interior.
Un separador 70 del pedalier rodea al eje 28 y se apoya tanto en una pestaña 62a de la cuña 62 del cojinete en un lado (el lado derecho desde la perspectiva de las figuras) como en el cojinete interior 42 del pedalier en el lado opuesto (el lado izquierdo desde la perspectiva de las figuras).
El engranaje cónico 20 se acopla con la corona dentada 22. Se observará que los dos componentes se acoplan perpendicularmente, es decir, el eje de rotación del engranaje cónico es perpendicular al eje de rotación de la corona dentada. El engranaje cónico 20 sobresale a través de la abertura superior 30b del pedalier 30 del cuadro. El engranaje cónico 20 es accionado por un motor eléctrico 72 y una caja de cambios 18 que tiene una batería (no mostrada) como su fuente de alimentación.
El motor eléctrico 72, la caja de cambios 18 y la batería están situados en el interior del tubo inferior 102 de la bicicleta. El tubo inferior 102 estaría unido, normalmente mediante alguna forma de soldadura (tal como soldadura TIG), a la abertura superior 30b del pedalier 30 del cuadro. La abertura inferior 30a puede tener una cubierta de tapa simple, que permite el acceso a los componentes situados en el interior del pedalier 30 del cuadro. El motor eléctrico 72, la caja de cambios 18 y la batería pueden ser de cualquier tipo adecuado y pueden tener una velocidad de trabajo de aproximadamente 8000 rpm para aplicaciones de bicicletas. Para otras aplicaciones, incluidos vehículos más grandes, tales como automóviles, la velocidad de trabajo puede ser de hasta 32000 rpm. En la utilización, el motor eléctrico 72 accionará la corona dentada 22, la cual, a continuación, accionará, a través del mecanismo descrito anteriormente, la rueda dentada delantera 32. Al igual que con las bicicletas de la técnica anterior, una cadena 104 conecta la rueda dentada delantera 32 a la rueda trasera de la bicicleta, ya sea directamente, o a través de un sistema de engranajes de la rueda trasera, tal como engranajes de desvío o un engranaje del buje. Así, el motor eléctrico 72 suministra par de torsión a la rueda trasera 106.
El usuario puede aumentar este par de torsión girando la rueda dentada delantera 32 con un movimiento de pedaleo por medio de sus pies y de los pedales 24/brazos 26 de biela.
El motor eléctrico 72 estará limitado a una velocidad predeterminada por la legislación local donde se utilice la bicicleta. En la presente realización será de aproximadamente 24,8 km/h (15,5 mph). El motor eléctrico 72 puede tener un sistema de control que permita al usuario determinar si aumenta o no la entrada de par de torsión del usuario.
En la situación en la que el usuario y el motor 72 suministran par de torsión al sistema 10, tanto el usuario como el motor suministran par de torsión a la rueda dentada delantera 32 y, por lo tanto, su esfuerzo es menor para el usuario.
Si el usuario supera el límite de velocidad predeterminado del motor 72, el eje 28 alcanzará una velocidad de rotación más alta que la corona dentada 22. Si la corona dentada 22 y el eje 28 estuvieran fijos axialmente, esto plantearía un problema, ya sea que el usuario podría forzar el motor 72 más allá de su límite, o que el motor podría impedir que el usuario pedalee más rápido que su límite. El usuario puede, en el mejor de los casos, desperdiciar esfuerzo y, en el peor, dañar el motor 72. La presencia del cojinete del embrague de patín unidireccional 60 permite al eje 28 y a la corona dentada 22 alcanzar diferentes velocidades de rotación, lo que permite al usuario pedalear más allá del límite del motor 72.
El frenado de emergencia puede ser un evento peligroso en las bicicletas eléctricas de la técnica anterior. El usuario activará una detención de emergencia aplicando la palanca de freno montada en el manillar, cortando de este modo el impulso del motor y deteniendo la aplicación de par de torsión a la rueda conducida.
La reacción natural de un usuario de bicicleta en dicha situación es, en primer lugar, dejar de pedalear, es decir, mantener los pies firmes y los brazos de las bielas en un ángulo fijo y, a continuación, aplicar el freno. Estas dos acciones pueden estar separadas por solo una minúscula cantidad de tiempo debido a la inercia de los componentes internos giratorios del motor eléctrico 72 pero, no obstante, existe un retraso. En este período de tiempo, el motor continuará aplicando par de torsión y puede forzar el giro de los brazos de biela, en contra del esfuerzo del usuario. Si bien esto puede ocurrir solo durante una fracción de segundo, puede ser suficiente para desconcertar o incluso desequilibrar al usuario; una situación no deseable si el usuario intenta detenerse de manera rápida pero segura. El cojinete del embrague de patín unidireccional 60 significa que el par de torsión del motor 72 no impulsa los brazos 26 de biela, solo la rueda dentada delantera 32. Por lo tanto, en una situación de detención de emergencia tal como la descrita anteriormente, el pequeño período entre que el usuario deja de pedalear y que el motor 18 se detiene es menos probable que vaya acompañado de un desequilibrio o desconcierto del usuario.
Se pueden realizar diversas modificaciones y mejoras a la realización descrita anteriormente sin apartarse del alcance de la presente invención tal como está definida en las reivindicaciones.
Un conjunto de engranaje de desvío y múltiples ruedas dentadas delanteras pueden estar dispuestos para proporcionar más flexibilidad en el engranaje del vehículo. El eje 28 no necesita tener forma cilíndrica, y puede tener cualquier forma adecuada, tal como un prisma con sección transversal triangular, sección transversal cuadrada, pentagonal o cualquier sección transversal poligonal.
La corona dentada 22 del conjunto de rueda libre 48 no necesita ser una disposición troncocónica, sino que puede ser de cualquier tipo adecuado, tal como un tipo helicoidal o de doble hélice, con un cambio correspondiente en el engranaje cónico 20.
El conjunto de rueda libre 48 puede ser reemplazado con otro embrague de sobrerrevolucionado adecuado, y el cojinete del embrague de patín 60 puede ser reemplazado con otros embragues unidireccionales adecuados.
Aunque se describe que está unida por pernos 50, la corona dentada 22 puede estar unida al conjunto de rueda libre de engranaje por cualquier otro medio adecuado, tal como roscados correspondientes y que colaboran en cada componente. Además, pueden estar formados integralmente. Los cojinetes 56, 58 del lado de la rueda libre pueden ser reemplazados por casquillos de latón. De hecho, cualquiera de los cojinetes simples descritos puede ser reemplazado por casquillos de latón.
Aunque se describe que la bicicleta 100 tiene una cadena 104, se apreciará que ésta puede ser reemplazada por una transmisión por correa.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Bicicleta eléctrica (100), que tiene un sistema de engranajes (10), comprendiendo el sistema de engranajes (10): una primera entrada de rotación (12),
una segunda entrada de rotación (16) y
una salida de rotación,
en la que la primera entrada de rotación (12) comprende una biela (14) de pedal de bicicleta y la segunda entrada de rotación (16) comprende un motor eléctrico (72); en la que la primera entrada de rotación (12) y la segunda entrada de rotación (16) pueden transmitir una rotación a la salida de rotación;
en la que la primera entrada de rotación (12) está conectada a la salida de rotación a través de un embrague unidireccional (60), y en la que la segunda entrada de rotación (16) está conectada a la salida de rotación a través de un embrague de sobrerrevolucionado (48);
en la que el embrague unidireccional (60) está acoplado en rotación al embrague de sobrerrevolucionado (48) mediante un soporte (52);
en la que dicha bicicleta (100) comprende, además, un conjunto de bielas (32, 34, 36, 38, 40) situado adyacente a un primer extremo de un eje (28) para definir un lado del conjunto de bielas de la bicicleta;
en la que el soporte (52) comprende una primera sección cilíndrica (52a), un segunda sección cilíndrica (52b) y una pestaña (52e);
en la que la segunda sección cilíndrica (52b) tiene un diámetro mayor que la primera sección cilíndrica (52a); en la que la pestaña (52e) está dispuesta entre la primera sección cilíndrica (52a) y la segunda sección cilíndrica (52b) de tal manera que se forma un cuerpo envolvente cilíndrico (52f) dentro del interior de la segunda sección cilíndrica (52b);
en la que la primera sección cilíndrica (52a) del soporte (52) define un montaje cilíndrico (52a); y
en la que el embrague unidireccional (60) está montado en el interior del cuerpo envolvente cilíndrico (52f), y el embrague de sobrerrevolucionado (48) está montado alrededor del montaje cilíndrico (52a);
caracterizada por que la primera sección cilíndrica (52a) y el embrague de sobrerrevolucionado (48) están situados hacia el lado del conjunto de bielas de la bicicleta eléctrica y el embrague unidireccional (60) está situado hacia un lado sin conjunto de bielas de la bicicleta eléctrica.
2. Bicicleta eléctrica (100), según la reivindicación 1, en la que la primera sección cilíndrica (52a) y la segunda sección cilíndrica (52b) del soporte (52) están conectadas por la pestaña (52e) de modo que el embrague unidireccional (60) esté montado en un lado de la pestaña (52e) y el embrague de sobrerrevolucionado (48) esté montado en el otro lado de la pestaña (52e).
3. Bicicleta eléctrica (100), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el embrague unidireccional (60) está montado en el interior del cuerpo envolvente cilíndrico (52b), estando acoplada una pista exterior de dicho embrague unidireccional (60) en rotación a una superficie interior del cuerpo envolvente cilíndrico (52b), y el embrague de sobrerrevolucionado (48) está montado alrededor del soporte cilíndrico (52a).
4. Bicicleta eléctrica (100), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el eje de rotación de la salida de rotación es paralelo al eje de rotación de la primera entrada de rotación (12) o de la segunda entrada de rotación (16).
5. Bicicleta eléctrica (100), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la segunda entrada de rotación (16) está conectada a la salida de rotación a través de un embrague de sobrerrevolucionado (48), en la que dicho embrague unidireccional (60) y dicho embrague de sobrerrevolucionado (48) están acoplados en rotación.
6. Bicicleta eléctrica (100), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el embrague unidireccional (60) es un embrague de patín (60).
7. Bicicleta eléctrica (100), según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el embrague de sobrerrevolucionado (48) es un conjunto de rueda libre (48).
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