IT201600107362A1

IT201600107362A1 - Sistema di cambio, in particolare per biciclette elettriche

Info

Publication number: IT201600107362A1
Application number: IT102016000107362A
Authority: IT
Inventors: Concini Maurizio De
Original assignee: Concini Maurizio De
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-04-25

Description

SISTEMA DI CAMBIO, IN PARTICOLARE PER BICICLETTE

ELETTRICHE

L’invenzione concerne un sistema di cambio, in particolare per biciclette, X con motore elettrico collegato al cambio ad almeno due rapporti definiti di

trasmissione, senza escludere veicoli di tipo diverso azionati con forza

muscolare e/o a motore.

m

È noto che, sia per il cambio del rapporto dei numeri di giri fra la corona anteriore di una bicicletta azionata dal motore elettrico o/e in combinazione a pedali dall’utente, azionando il deragliatore agente sulla catena in corrispondenza dei pignoni posteriori o/e in corrispondenza delle corone anteriori, sia per il cambio tramite ingranaggi epicicloidali alloggiati all'interno del mozzo della ruota motrice, esiste il problema che il passaggio della catena da un pignone all’altro, rispettivamente il cambio dell’accoppiamento fra gli ingranaggi all’interno del mozzo, è richiesta l’interruzione o almeno una riduzione della coppia motrice trasmessa tramite la catena. Senza tale interruzione o riduzione sensibile esiste il rischio di eccessiva usura della catena, dei pignoni, del deragliatore, rispettivamente dei meccanismi di cambio e di ingranamento all’interno del mozzo e del motore, influendo eventualmente negativamente anche sulla fluidità di guida.

In pratica l’utente, al momento dell’azionamento del comando del cambio, allo scopo di non sottoporre il meccanismo di cambio ad eccessiva usura, deve interrompere la pedalata. Questo ha per conseguenza che il motore, per il funzionamento a “pedalata assistita” si ferma. Durante questa fase la catena può essere spostata agevolmente dal deragliatore azionato tramite il comando del cambio, rispettivamente gli organi meccanici agenti sull’ingranaggio epicicloidale all’interno del mozzo sono azionabili agevolmente senza eccessive sollecitazioni. Detta operazione per eseguire il cambio in modo da non danneggiare o usurare eccessivamente i meccanismi di cambio richiede un po’ di esperienza e pratica ed una certa sensibilità, in particolare se si desidera eseguire il cambio in un tempo ristretto per non rallentare eccessivamente la velocità, in particolare percorrendo delle salite.

L’invenzione si pone il compito di realizzare un sistema di cambio applicabile, sia per cambi con deragliatore, sia per cambi ad ingranaggi epicicloidali all'interno del mozzo, il quale permette un azionamento agevole, senza sottoporre gli organi meccanici ed il motore ad eccessiva usura, a deformazione o a rottura, mantenendo durante la fase di cambio essenzialmente invariata la velocità di avanzamento del mezzo.

Per adempiere a questo compito l’invenzione propone l’applicazione di un servomotore o attuatore elettrico al mozzo della ruota posteriore o anteriore della bicicletta comandato da una unità elettronica di controllo specifica o già istallata per la “pedalata assistita” e/o per il comando del motore agente sulla ruota dentata abbinata ai pedali. Allo scopo di controllare l’azionamento del comando del cambio, l'invenzione suggerisce l'applicazione di dispositivi di blocco/sblocco, preferibilmente azionati elettromagneticamente, agenti direttamente sul comando del cambio e/o sul cavetto o altro mezzo di trasmissione azionato da questo. Secondo l’invenzione è possibile inoltre prevedere la preselezione del cambio da attuare, effettuando l’azionamento del meccanismo di cambio (deragliatore, ingranaggio epicicloidale) e l'intervento del servomotore o attuatore elettrico a scopo del mantenimento di una coppia di avanzamento durante il funzionamento in folle del motore agente sulla ruota dentata anteriore abbinata ai pedali.

Detto servomotore o attuatore elettrico, secondo l’invenzione, può essere gestito in relazione alla coppia effettiva richiesta per l’avanzamento del veicolo pur mantenendo la potenza di progetto costante. Detta gestione richiede il rilevamento della coppia del motore servito di cambio e di una unità elettronica di controllo per gestire la distribuzione della coppia ottimale al motore dotato di cambio ed al servomotore o attuatore elettrico. Detto servomotore o attuatore elettrico può essere applicato al mozzo di una delle ruote della bicicletta. Detto servomotore o attuatore può essere anche del tipo pneumatico, ad inerzia o a molla adatto eventualmente per l'immagazzinamento di energia. Per esempio durante il percorso di discese e/o fasi di frenatura.

In particolare in caso di servomotore elettrico questo si presta eventualmente ad essere sfruttato per ottimizzare i consumi impiegandolo alternativamente al motore servito di cambio in relazione a diverse condizioni di utilizzo mantenendo costante la potenza di progetto.

L’invenzione prevede inoltre che il comando del motore abbinato alla ruota dentata collegata ai pedali ed il servomotore o attuatore elettrico siano comandati da un sensore di coppia previsto per esempio sulla ruota dentata o altro organo meccanico interposto fra i pedali ed il mozzo della ruota motrice del veicolo.

L'invenzione viene spiegata più da vicino in base a due esempi di esecuzione preferenziale del sistema di cambio per biciclette elettriche secondo l’invenzione illustrati nei disegni allegati che hanno scopo puramente esplicativo e non limitativo.

La Fig. 1 illustra in vista laterale la trasmissione a catena di una bicicletta con motore elettrico agente sulla ruota dentata abbinata ai pedali, con cambio a deragliatore noto, agente in corrispondenza dei pignoni posteriori, con i dispositivi noti di rilevamento per la realizzazione della “pedalata assistita” e con il servomotore o attuatore elettrico alloggiato nel mozzo.

La Fig. 1a illustra in vista posteriore il mozzo della ruota posteriore illustrato in Fig. 1 con il cambio a deragliatore, con i dispositivi noti di rilevamento per la realizzazione della “pedalata assistita” e con il servomotore o attuatore elettrico alloggiato nel mozzo posteriore.

La Fig. 2 illustra in vista laterale la trasmissione a catena di una bicicletta con motore elettrico agente sulla ruota dentata abbinata ai pedali, con cambio a deragliatore noto agente in corrispondenza dei pignoni posteriori, con una sonda di rilevazione della coppia istallata sulla ruota dentata abbinata ai pedali e con il servomotore o attuatore elettrico alloggiato all'interno del mozzo posteriore.

La Fig. 2a illustra in vista posteriore il mozzo della ruota posteriore illustrato in Fig. 2 contenente il servomotore o attuatore elettrico.

La Fig. 3 illustra parzialmente in sezione un dispositivo di blocco/sblocco ad azionamento elettromagnetico agente su un comando noto di cambio per biciclette.

La Fig. 4 illustra in sezione un dispositivo di blocco/sblocco ad azionamento elettromagnetico agente sul cavo di azionamento di un cambio noto per biciclette.

La Fig. 5 illustra in sezione un dispositivo meccanico atto a sottoporre il cavo di azionamento di un cambio noto di biciclette a tensione tramite molla a compressione.

Il mozzo 1 delle pedivelle 1a dei pedali è collegato in modo noto con la ruota dentata 1b e con il motore M della bicicletta elettrica. La catena 3 trasmette il moto dalla ruota dentata 1b al gruppo dei pignoni posteriori 2b collegati in modo noto alla ruota posteriore ed a un servomotore o attuatore elettrico A alloggiato nel mozzo della ruota posteriore. Il deragliatore 4 azionato 4a tramite comando 5 del cambio e cavetto 6 scorrevole all’interno di una guaina 6a effettua in modo noto il passaggio della catena 3 da un pignone 2b all’altro allo scopo di variare il rapporto di trasmissione fra la ruota dentata 1 b ed il pignone 2b prescelto agendo su detto comando 5 del cambio.

Per la realizzazione del funzionamento noto a pedalata assistita è prevista:

- una ruota fonica 2c collegata ai pignoni 2b allo scopo di rilevare, tramite il captatore 2d corrispondente, la velocità radiale di detti pignoni 2b,

- una ruota fonica 2e collegata alla ruota posteriore del veicolo allo scopo di rilevare, tramite captatore 2e corrispondente, la velocità radiale di detta ruota posteriore.

Quando la velocità radiale della ruota fonica 2c è inferiore a quella della ruota fonica 2e sicuramente c<'>è assenza di coppia nel cinematismo di trasmissione e quindi può essere effettuato il cambio senza sottoporre gli organi di trasmissione ed il motore M ad eccessiva sollecitazione ed usura.

Secondo l'invenzione, quando sull’eventuale apposito display collegato alla unità elettronica di controllo ed ai singoli captatori 1d, 2d, 2f risulta che, per l’interruzione o il rallentamento della pedalata, l’alimentazione del motore M (funzionante anche a “pedalata assistita”) viene interrotta, è possibile eseguire il cambio senza sottoporre ad eccessiva usura i rispettivi organi meccanici ed il motore, agendo sul comando 5 del cambio. Detta operazione del cambio secondo l'invenzione può essere eseguita liberamente nel momento giusto (in assenza di trasmissione di coppia o in presenza di coppia diminuita), osservando l’indicazione sul display o basandosi sull'esperienza e la sensibilità personale oppure sfruttando dei dispositivi di comando proposti dall’invenzione.

Detti dispositivi di blocco/sblocco agenti sul comando 5 del cambio (Fig. 3) e/o sul relativo cavetto (6) di azionamento (Flg. 4) preferibilmente sono a funzionamento elettromagnetico; essi sono formati essenzialmente da una bobina 7 agente su un perno 7a in materiale ferroso, supportato spostabile assialmente 7s, mantenuto in posizione di blocco da una molla 7d e provvisto all’estremità di azionamento di ceppo 7b, 7c o punta di incastro adatta a bloccare il comando 5 o il cavetto 6 del cambio in una posizione prescelta. Preferibilmente, in caso di azionamento sul cavetto 6, questo, nella zona di azionamento del perno 7a è provvisto di un elemento di appoggio 7e all'interno di un supporto rigido 7f.

Secondo l'invenzione il comando 5 e/o il cavetto 6 possono essere provvisti di un dispositivo di azionamento (Fig. 5) adatto per sottoporre il cavetto 6 di azionamento del cambio all’azione di una molla 8c all’interno di un supporto 8, all’interno del quale è alloggiato scorrevole 8s un elemento tubolare con rondella di appoggio 8b per la molla 8c, attraversato dal cavetto 6 e bloccato sullo stesso, allo scopo di poter azionare 4a il deragliatore 4 in seguito alla preselezione del cambio ed al caricamento di detta molla 8c.

Secondo l’invenzione il cambio può essere effettuato anche automaticamente in base ai rilevamenti di captatori 1 d, 2d, 2f (come indicato nella domanda di brevetto no.: B02005A000008) e/o del rilevatore di coppia 1x elaborati dall’unità elettronica di controllo prevedendo deragliatori 4, rispettivamente elementi di cambio dell’ingranaggio epicicloidale noti, azionati elettricamente. Naturalmente anche in questo caso, durante la fase del cambio, viene interrotta l’alimentazione del motore M ed alimentato il servomotore o attuatore elettrico A mantenendo essenzialmente invariata la potenza tramessa e preservando gli organi meccanici del cambio ed il motore da eccessiva sollecitazione ed usura o da rottura.

Tramite l’unità elettronica di comando collegata in entrata ai captatori 1 d, 2d, 2f, rispettivamente al o ai rilevatori di coppia 1 x, è possibile anche comandare il servomotore o attuatore elettrico A con un certo anticipo rispetto al cambio del rapporto di trasmissione allo scopo di assicurare che detto servomotore A sia in grado di sostituire efficacemente il motore M spento durante l’operazione del cambio del rapporto di trasmissione, allo scopo di mantenere una velocità di avanzamento del veicolo essenzialmente costante.

Il servomotore o attuatore A secondo l'invenzione può essere anche del tipo pneumatico, ad inerzia o a molla. In particolare negli ultimi due casi esso può essere adatto aH’immagazzinamento di energia sotto forma di energia cinetica rotazionale, rispettivamente di energia potenziale, durante la percorrenza di discese e/o fasi di frenatura.

In particolare il servomotore A si presta anche per ottimizzare i consumi, sfruttando questo, alternativamente al motore M servito di cambio, in relazione a diverse condizioni di utilizzo del veicolo, rispettivamente diverse caratteristiche del percorso.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di cambio, in particolare per biciclette elettriche e veicoli azionati con forza muscolare e/o a motore, con cambio di velocità ad almeno due rapporti definiti e con rilevamento delle velocità angolari in entrata ed uscita dal cambio e della ruota motrice del veicolo tramite ruote foniche (1c, 2c, 2e) e corrispondenti captatori (1 d, 2d, 2f), caratterizzato dal fatto che il cambio del rapporto di trasmissione viene effettuato, in seguito al rilevamento di assenza di coppia o in presenza di coppia minima trasmessa dal motore (M) alla ruota motrice rilevata tramite ruote foniche (1c, 2c, 2e) e captatori corrispondenti (1 d, 2d, 2f), che durante detta assenza di coppia, rispettivamente trasmissione di una coppia minima, agisce sulla stessa ruota motrice un servomotore o un attuatore elettrico (A).
2. Sistema di cambio secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che l’assenza di coppia, rispettivamente la presenza della trasmissione di una coppia minima alla ruota motrice è rilevata da almeno un rilevatore di coppia (1x) applicato ad uno degli organi di trasmissione del moto dal pedale, rispettivamente dal motore (M) collegato al cambio, alla ruota motrice del veicolo.
3. Sistema di cambio secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che durante la trasmissione di una coppia minima alla S ruota motrice, rispettivamente durante l’assenza di coppia, il servomotore o attuatore elettrico (A) agisce su una ruota diversa da quella azionata tramite il cambio collegato al motore (M) del veicolo.
4. Sistema di cambio secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che il comando del servomotore o attuatore elettrico (A) avviene tramite unità elettronica di comando in base a rilevamenti diretti o indiretti della trasmissione di una coppia minima o della assenza di coppia con intervento del servomotore o attuatore elettrico (A) anticipato rispetto all’operazione del cambio del rapporto di trasmissione.
5. Sistema di cambio secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che l’azionamento del cambio avviene automaticamente, comandato da una unità elettronica di comando collegata in entrata a captatori (1d, 2d, 2e) per il rilevamento della velocità angolare e/o a rilevatori di coppia (1x), ed in uscita a dispositivi di blocco/sblocco elettromagnetici (7, 7a) agenti (7s) sul comando (5) del cambio, rispettivamente sul cavetto (6) di azionamento del cambio, il quale eventualmente è sottoposto a tensione da parte di un dispositivo con elemento (8a) scorrevole (8s) fissato al cavetto di azionamento (6) e sottoposto all’azione di una molla a pressione (8c) sottoposta a compressione effettuando la preselezione del rapporto di cambio agendo sul comando (5) del cambio.
6. Sistema di cambio secondo le rivendicazioni 1, 2 e 4, caratterizzato dal fatto che l’unità elettronica di controllo collegata in entrata ai captatori (1 d, 2d, 2e) per il rilevamento della velocità e/o a rilevatori di coppia (1x) è collegata in uscita agli attuatori elettrici noti per azionare il deragliatore (4), rispettivamente gli organi meccanici del cambio epicicloidale alloggiato nel mozzo.
7. Sistema di cambio secondo la rivendicazione 1 e 2 e 4, caratterizzato dal fatto che il servomotore (A) è sfruttabile alternativamente al motore (M) servito da cambio, allo scopo di sfruttarlo per ottimizzare i consumi in relazione alle diverse condizioni di utilizzo del veicolo, rispettivamente alle diverse caratteristiche del percorso.