IT202100028133A1 - Gruppo riduttore e motoriduttore per bicicletta a pedalata assistita perfezionato - Google Patents

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IT202100028133A1
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IT
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wheel
reduction unit
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worm screw
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IT102021000028133A
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Inventor
Andrea Manzini
Mauro Biagini
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Bi Mecc S N C Di Biagini & Ori
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Description

DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
?Gruppo riduttore e motoriduttore per bicicletta a pedalata assistita perfezionato?
La presente invenzione ha per oggetto un gruppo riduttore, un gruppo motoriduttore e un sensore di coppia per una bicicletta. In particolare, la presente invenzione riguarda un gruppo riduttore, un gruppo motoriduttore e un sensore di coppia per una bicicletta a pedalata assistita.
Tuttavia, va notato che il gruppo riduttore, il gruppo motoriduttore e il sensore di coppia secondo la presente invenzione ? applicabile a qualsiasi sistema (non solo mezzi di trasporto) che preveda la trasmissione di moto tra due alberi e la misurazione della coppia.
La presente invenzione ha per oggetto una bicicletta a pedalata assistita. Si specifica che, in questo contesto, per bicicletta a pedalata assistita si intende qualsiasi veicolo a una (monociclo), due, tre (triciclo) o pi? ruote (quadriciclo, risci?, ecc.) che ? sia azionato dalla forza muscolare umana, sia dotato di almeno un motore ausiliario elettrico.
Come ? noto, una bicicletta a pedalata assistita o ?e-bike? ? una bicicletta convenzionale a cui sono applicati almeno un motore elettrico, una o pi? batterie e una serie di sensori che rilevano, istante per istante, la velocit? di rotazione del gruppo pedivelle-pedali. La velocit? di rotazione rilevata viene codificata da una unit? di elaborazione che, in, base a parametri predefiniti, calibra il supporto addizionale fornito dal motore elettrico all'azione muscolare fornita dal ciclista.
A tutt'oggi le biciclette a pedalata assistita utilizzano motori elettrici di tipo brushless o DC accoppiati a vari tipi di riduttori, i quali azionano l'albero su cui ruota il gruppo pedivelle/pedali, solitamente coassiale alle pedivelle. Problemi legati a questo tipo di motoriduttori sono generalmente dovuti alle dimensioni, al peso e alle temperature di esercizio.
Le trasmissioni spesso sono a pi? stadi di riduzione e sono a volte accoppiate a frizioni elettromagnetiche che, operando all'interno degli stessi carter in cui ? disposto il riduttore, comportano un surriscaldamento di tutto il gruppo motoriduttore e quindi perdite di rendimento.
Inoltre, le dimensioni non trascurabili della trasmissione vincolano il montaggio, e quindi il posizionamento, del motore elettrico sul telaio della bicicletta.
Infine, dato che i rendimenti generali di questi motori elettrici non superano lo 0,7, occorre necessariamente sovradimensionare il motore elettrico per raggiungere la potenza necessaria. Durante l'utilizzo intenso, infatti, il motore elettrico tende a scaldarsi e, non avendo modo di raffreddarsi, necessita di un intervento della unit? di elaborazione che consiste in una diminuzione della corrente erogata e, di conseguenza, delle prestazioni generali del motore elettrico.
Un altro possibile problema degli attuali gruppi motoriduttori per biciclette a pedalata assistita ? dovuto al fatto che, in caso di mancato utilizzo, il motore elettrico rimane comunque collegato all'albero su cui ruota il gruppo pedivelle/pedali.
Di conseguenza, durante la pedalata normale o non assistita, ? possibile che il ciclista sia costretto a trascinare anche il motore elettrico con la relativa trasmissione.
Generalmente questi tipi di motoriduttori hanno riduttori epicicloidali o ingranaggi paralleli con le ruote libere e il misuratore di coppia o torsiometro (se presente) paralleli e/o coassiali all?asse delle pedivelle. L?asse longitudinale del motore elettrico di queste biciclette di tipo noto sono nella maggior parte dei casi parallelo all?asse di rotazione delle pedivelle e parallelo all?asse longitudinale del riduttore. Questa caratteristica rende la larghezza del motore importante poich? la cascata di ingranaggi per la riduzione si trova parallela all?asse dell?albero di rotazione del motore.
Allo stato dell?arte, esistono delle biciclette dotate di motore elettrico con lo scopo di aiutare l?utilizzatore durante la pedalata.
Generalmente, tale tecnologia della bicicletta a pedalata assistita comprende un motore elettrico, una batteria ricaricabile ed un sistema di gestione elettronico, mediante il quale viene gestito l?apporto di coppia ausiliaria fornita dal motore elettrico. In tal modo quest?ultimo fornisce una coppia ausiliaria al ciclista durante la pedalata al fine di alleggerire lo sforzo fisico.
Secondo la tecnica nota, esistono delle biciclette dotate di un sistema di gestione elettronico pi? avanzato comprendente un apparato per rilevare la coppia esercitata dall?utilizzatore sull?albero dei pedali in una trasmissione per bicicletta.
Misurare e monitorare il valore della coppia generata sull?albero dei pedali generalmente permette di ottimizzare l?intervento del motore elettrico durante la pedalata. Infatti, il sistema di gestione elettronico che equipaggia le biciclette elettriche elabora l?informazione ricevuta dall?apparato che rileva la coppia generata sull?albero dei pedali ed attiva/disattiva oppure parzializza il lavoro del motore elettrico secondo le esigenze.
Pertanto, durante la pedalata, il ciclista trover? beneficio grazie all?intervento del motore elettrico che in parte sostituir? l?utilizzatore riducendo il suo sforzo fisico, non appena il carico sulla pedalata si riduce, l?apparato che rileva il nuovo valore della coppia motrice, invia l?informazione al sistema di gestione che far? ridurre anche la coppia erogata dal motore elettrico. Contemporaneamente all?intervento del motore elettrico sulla trasmissione della bicicletta, l?utilizzatore si deve fare carico di gestire il rapporto di trasmissione attivo sulla trasmissione stessa.
Secondo l?arte nota, l?apparato che misura il valore di coppia motrice comprende un sensore di coppia motrice.
Al fine di consentire il rilevamento della coppia erogata e della velocit? di rotazione dell?albero di rotazione delle pedivelle, ? noto l?utilizzo di sensori di coppia di pedalata (ad esempio torsiometri).
Solitamente, i sensori di coppia di tipo noto comprendono un sensore di Hall, un encoder o simili per rilevare la velocit? di rotazione e/o per determinarne la posizione angolare.
? anche noto determinare il valore della coppia (senza ricorrere a specifici sensori) indirettamente, misurando per esempio la corrente assorbita dal motore.
Tali tipologie di sensori spesso richiedono costi e tempi di realizzazione elevati, spostando anche il costo finale della bicicletta elettrica da un determinato tipo di mercato. Inoltre, tali sensori di coppia possono essere piuttosto complicati in termini di montaggio, messa a punto (calibrazione) e manutenzione durante la vita di utilizzo della trasmissione.
In questo ambito, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre un gruppo riduttore che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.
Un altro scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un gruppo riduttore in cui tutti gli attriti radenti sono trasformati in attriti volventi, con un aumento considerevole dei rendimenti.
Un altro scopo della presente invenzione ? consentire una riduzione del tiro catena, isolando gli effetti della trasmissione sulla sospensione posteriore.
Un altro scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un sensore di coppia che consenta di migliorare in termini di precisione la misurazione della coppia trasmessa.
Un altro scopo dell?invenzione ? mettere a disposizione un gruppo riduttore per bicicletta che consenta di ridurre gli ingombri del sensore di coppia sulla trasmissione della bici in modo da ottenere un organo di trasmissione meccanica maggiormente compatto.
Un altro scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un gruppo riduttore che sia di semplice utilizzo e affidabile.
Ulteriore scopo della presente invenzione ? realizzare un gruppo riduttore che abbia costi accessibili.
Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un gruppo riduttore comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE
La presente invenzione descrive un gruppo riduttore, particolarmente per una bicicletta a pedalata assistita, secondo quanto descritto nella annessa rivendicazione 1.
Altri aspetti vantaggiosi del gruppo riduttore sono descritti nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 12.
La presente invenzione descrive un gruppo motoriduttore, secondo quanto descritto nella rivendicazione 13.
La presente invenzione descrive una bicicletta a pedalata assistita secondo quanto descritto nella annessa rivendicazione 14.
Altri aspetti vantaggiosi della bicicletta sono descritti nelle rivendicazioni dipendenti 15 e 16.
La presente invenzione riguarda anche un sensore di coppia di pedalata configurato per rilevare la coppia applicata da un ciclista al gruppo di pedalata e per generare un segnale rappresentativo della stessa. Il sensore di coppia secondo la presente invenzione comprende:
- un pistoncino vincolato su una seconda ruota libera e mobile a seguito della forza impressa sul gruppo pedivelle/pedali di una bicicletta; e
- un trasduttore configurato per convertire in un primo segnale elettrico il movimento del pistoncino per cui detto segnale elettrico risulta proporzionale alla forza impressa sul gruppo pedivelle/pedali.
Vantaggiosamente, il pistoncino ? mobile in contrasto a una pluralit? di molle a tazza.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
Per meglio comprendere l?invenzione ed apprezzarne i vantaggi verranno di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione esemplificative non limitative, facendo riferimento alle figure annesse, in cui:
- la figura 1 ? un?illustrazione schematica di una bicicletta a pedalata assistita secondo la presente invenzione;
- la figura 2 ? una vista in prospettiva laterale della bicicletta a pedalata assistita di figura 1;
- la figura 3 illustra un dettaglio ingrandito della figura 2;
- la figura 4 illustra una vista laterale di una prima forma di realizzazione del riduttore secondo la presente invenzione;
- la figura 5 illustra una vista frontale della figura 4;
- la figura 6 illustra una sezione lungo la traccia VI-VI di figura 5;
- la figura 7 illustra una sezione lungo la traccia VII-VII di figura 5, in cui ? visibile il sensore di coppia;
- la figura 8 illustra una vista laterale di una seconda forma di realizzazione del riduttore secondo la presente invenzione;
- la figura 9 illustra una vista esplosa e parzialmente in sezione della figura 8;
- la figura 10 illustra un corpo monoscocca ricavato con lavorazione a CNC del telaio della bicicletta mostrata nelle figure 1 e 2.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
Con riferimento alle figure allegate, ? stato complessivamente indicato con il numero di riferimento 1 un gruppo riduttore 1 o organo di trasmissione di una bicicletta 100 a pedalata assistita (di seguito denominata pi? semplicemente ?bici 100 elettrica?). Il gruppo riduttore 1 potrebbe essere utilizzato sull?albero primario in qualsiasi sistema di trasmissione che preveda la trasmissione della coppia tra due alberi come, ad esempio, motori elettrici, termici, idraulici, pneumatici, e similari.
Nel caso preferito della bici 100, l?albero primario coincide con l?albero 14 sui cui sono montate le pedivelle 103 (e conseguentemente i pedali) della bici 100.
In altre parole, l?albero primario si estende tra due estremit? opposte in corrispondenza delle quali sono connesse rispettive pedivelle 103 in modo da generare un moto primario su detto albero primario 14 attraverso lo sforzo di un utilizzatore (ciclista).
L?albero 14 ? collegato ad una ruota di trazione della bici 100 (solitamente la ruota posteriore) per trasmettere il moto a quest?ultima. Preferibilmente, tale trasmissione del moto avviene tramite un sistema di cambio di rapporti e tramite una catena 104.
In corrispondenza di un?estremit? finale dell?albero primario 14 ? connessa (preferibilmente calettata) almeno una corona 106 di trasmissione del moto verso la ruota motrice 102 della bici 100 (nel caso di pi? corone 106 esse definiscono appunto il sistema di cambio di rapporti).
La corona 106 della bici 100 ? vincolata ad una prima estremit? della ruota 20a, 20b opposta alla seconda estremit? della ruota 20a, 20b in cui ? innestato l?innesto 40.
Nel caso preferito di bici 100 a pedalata assistita, quest?ultima comprende un motore elettrico 10 di assistenza configurato per generare un moto ausiliario e operativamente collegato all?albero primario 14 per trasmettere il moto ausiliario all?albero primario 14 stesso. Preferibilmente, il motore elettrico 10 di assistenza ? ingranato direttamente o tramite stadi intermedi su una ruota 20 dell?albero primario 14 per trasmettere il moto ausiliario a quest?ultimo.
In pratica, il moto primario generato dall?utilizzatore viene trasmesso direttamente dall?albero primario 14, mentre il moto ausiliario viene anch?esso trasmesso dal motore elettrico 10 verso l?albero primario 14; il gruppo riduttore 1 collega meccanicamente l?albero primario 14 con l?albero 11 del motore elettrico.
In una prima forma di realizzazione, la presente invenzione descrive un gruppo riduttore, particolarmente per una bicicletta 100 comprendente un telaio 105, una ruota motrice 101, 102, un gruppo pedivelle/pedali 103 e un motore elettrico 10. Il gruppo pedivelle/pedali 103 comprende un albero pedivelle 14 mobile di moto rotatorio attorno a un asse di rotazione A predefinito, ed ? solidale al gruppo pedivelle/pedali 103 per ricevere la coppia erogata dal ciclista tramite il gruppo pedivelle/pedali 103 e per trasmettere la coppia di pedalata alla ruota motrice 101, 102.
Il gruppo riduttore 1 comprende una vite senza fine 30, solidale a un albero di uscita 11 del motore elettrico 10, configurata per ruotare attorno ad un asse di rotazione B, e una ruota 20a, 20b comprendente una pluralit? di elementi di rotolamento 21, 22, operativamente associata all?albero pedivelle 14, in cui uno o pi? degli elementi di rotolamento 21, 22 sono impegnabili in una o pi? piste 31 della vite senza fine 30 in modo tale da rimanere in guida e rotolare all?interno del canale 31 della vite senza fine 30. La vite senza fine 30 e la ruota 20a, 20b sono configurate per ricevere la coppia ausiliaria erogata dal motore elettrico 10 e per trasmettere detta coppia alla ruota motrice 101, 102 tramite l?albero pedivelle 14.
La ruota 20a, 20b ? preferibilmente disposta coassialmente attorno all?albero pedivelle 14.
Su una prima estremit? della ruota 20 ? accoppiabile la corona 106 della bici 100. La seconda estremit? assiale della ruota 20 ? accoppiabile, per interferenza, dentro un innesto 40, ad esempio, una camma con due o pi? denti.
L?utilizzo di una ruota 20a, 20b comprendente una pluralit? di elementi di rotolamento 21, 22. Rispetto alle ruote dentate di tipo noto, consente di trasformare tutti gli attriti radenti in attriti volventi con un aumento considerevole dei rendimenti, quindi un aumento di prestazioni a parit? di potenza in ingresso.
In un primo esempio realizzativo, ma non limitativo, gli elementi di rotolamento 21, che vanno in accoppiamento sulla vite 30, sono una pluralit? di perni 21 impegnabili in una o pi? piste 31 della vite senza fine 30. Le piste sono definite dal risalto elicoidale progressivo a geometria variabile (filetto) provvisto lungo la superficie laterale del gambo della vite. I perni 21 possono avere diverse forme costruttive. Ad esempio, possono essere cilindrici o conici. I perni 21 hanno la caratteristica di poter ruotare, rotolando e spingendo con la loro superficie laterale tangenzialmente all?interno della filettatura del profilo della vite 30 riducendo considerevolmente gli attriti. In altre parole, ciascuna pista 31 della vite senza fine 30 ? conformata in modo tale che sia sempre sostanzialmente parallela all?asse di rotazione del perno 21.
La ruota 20a comprende sulla superficie laterale una o pi? sedi, ciascuna delle quali ? configurata per alloggiare rotabilmente una estremit? di un perno 21.
I perni 21 sono configurati per poter ruotare, attorno al loro asse longitudinale, su cuscinetti o bronzine alloggiate nelle sedi della ruota 20a. Preferibilmente, la vite senza fine 30 ? configurata per impegnarsi con due o pi? perni 21 contemporaneamente. Ci? ? possibile utilizzando, ad esempio, una vite 30 con forma svasata. In tal modo ? possibile vincolare pi? perni 21 contemporaneamente sulla vite 30, dividendo in tal modo il carico su ciascuno di essi e migliorando ulteriormente i rendimenti.
In un secondo esempio realizzativo, ma non limitativo, gli elementi di rotolamento sono una pluralit? di sfere 22 (i.e. ruota 20b a circolazione di sfere) presenti in fori trasversali 23 di detta ruota 20b aventi una inclinazione secondo il passo della vite senza fine 30. In tal caso, le estremit? della ruota 20b sono chiudibili da due coperchi 24 e 25.
Preferibilmente, la vite senza fine 30 ? configurata per impegnarsi con pi? pluralit? di sfere 22 contemporaneamente. Ci? ? possibile utilizzando, ad esempio, una vite 30 con forma arrotondata. In tal modo ? possibile vincolare pi? pluralit? di sfere 21 contemporaneamente sulla vite 30, dividendo in tal modo il carico su ciascuno di essi e migliorando ulteriormente i rendimenti.
Le sedi per i perni 21 o le sfere 22 sono uniformemente e circonferenzialmente distribuite attorno all?asse di rotazione A della ruota 20a, 20b.
La ruota 20b comprende degli alloggiamenti, fori trasversali inclinati secondo il passo della vite 30, dove all?interno vengono inserite le sfere 22. I fori trasversali si ??aprono?? in corrispondenza del profilo semicircolare ricavato sul diametro esterno della ruota 20b per alloggiare parzialmente la vite senza fine 30. L?apertura non deve essere pi? larga del diametro della sfera 22. Ne consegue che la sfera 22 rimane in guida e rotola all?interno del canale 30 e dei vari rinvii (tubicini), come le sfere di un cuscinetto. Le sfere 22 andando in accoppiamento con la vite 30 rotolano e spingono costringendo la ruota 20b a ruotare sul suo asse di rotazione B.
Questa soluzione ha il vantaggio di avere alti rendimenti grazie all?eliminazione degli attriti radenti.
Aumentando il numero di principi sulla vite 30 e variando il numero di sedi per le sfere sulla ruota si ottengono varie riduzioni.
Preferibilmente, su una estremit? della vite senza fine 30 ? inserita una prima ruota libera o innesto unidirezionale 13 configurata per essere messa in presa dall?albero 11 del motore elettrico 10 e per svincolarsi dall?albero motore 11 se la pedalata del ciclista dovesse superare la velocit? del motore 10.
L?albero motore 11 pu? impegnarsi con un elemento riduttore o ingranaggio 12, configurato, ad esempio, per fornire una riduzione di 1:4. L?ingranaggio 12 ? preferibilmente realizzato in due pezzi, comprendente un albero in acciaio e una ruota dentata in materiale plastico.
Il riduttore 12 ? interposto tra l?albero motore 11 e la prima ruota libera 13. La ruota libera 13 ? alloggiata all?interno della vite senza fine 30.
Se il motore 10 va in trazione la ruota libera 13 ? bloccata e manda in rotazione la vite 30, ma se si pedala pi? veloce (come descritto prima) obbligo i perni a fare girare la vite 30 svincolando/disaccoppiando la ruota libera 13 coassiale ad essa.
Inoltre, il gruppo riduttore 1 comprende una seconda ruota libera 39 posizionata sull?albero pedivelle 14 e configurata per consentire una pedalata all?indietro libera e una pedalata in avanti in cui l?albero pedivelle 14 e detta seconda ruota libera 39 diventano solidali e trasmettono una coppia alla ruota motrice 101, 102 della bicicletta 100. In tal caso, anche l?innesto 40 diventa ad esso solidale.
In altre parole, il meccanismo a ruota libera 39 consente, ad esempio, il movimento all'indietro del gruppo di pedalata 103 o eventualmente l?arresto della pedalata senza che questo vada ad interferire con il movimento di avanzamento della ruota e dunque della bicicletta stessa durante il suo moto.
L?asse di rotazione B della prima ruota libera 13 ? ortogonale all?asse A della seconda ruota libera 39. Inoltre, l?asse di rotazione B della vite 30 ? preferibilmente perpendicolare al suolo quando la bicicletta ? in uso. Preferibilmente, il motore elettrico 10 viene montato in modo tale che il suo asse longitudinale e quello dell?albero di uscita 11 sia parallelo all?asse di rotazione B.
Il riduttore 1 sopra descritto pu? vantaggiosamente comprendere un sensore di coppia di pedalata configurato per rilevare la coppia applicata dal ciclista al gruppo di pedalata 103 e per generare un segnale rappresentativo della stessa.
Il sensore di coppia comprende un pistoncino o elemento mobile 41 (con moto rettilineo) vincolato sulla seconda ruota libera 39 e mobile a seguito della forza impressa sul gruppo pedivelle/pedali 103, e un trasduttore configurato per convertire in un primo segnale elettrico il movimento del pistoncino 41 per cui detto segnale elettrico risulta proporzionale alla forza impressa sul gruppo pedivelle/pedali 103.
Il pistoncino 41 ? disposto tra la seconda ruota libera 39 e l?innesto 40 della ruota 20a, 20b.
La ruota 20a, 20b presenta un alloggiamento perpendicolare al senso di rotazione dove ? alloggiato il pistoncino 41 tenuto in pressione dai mezzi elastici.
La camera stagna del pistoncino ? collegata ad un trasduttore di pressione che ne misura la pressione interna. Il pistone ? innestato sulla camma a due o pi? denti 40, tenendo libera la ruota 20a, 20b.
In una forma di realizzazione alternativa all?utilizzo del pistoncino 41, prevede la presenza di membrane a tenuta o altro sistema capace di generare una forza/pressione.
Il pistoncino 41 ? mobile in contrasto a una pluralit? di mezzi elastici, ad esempio, di molle a tazza 41a.
In particolare, i mezzi elastici sono elasticamente deformabili, disposti tra la seconda ruota libera 39 e l?innesto 40 della ruota 20a, 20b. I mezzi elastici sono mobili con moto rettilineo, mediante deformazione elastica, tra una posizione di riposo in massima estensione ed una posizione di minima estensione (compressione), in funzione della coppia trasmessa. La corsa del pistoncino 41, accoppiato ai mezzi elastici, tra dette due posizioni ? di pochi millimetri.
Una volta che il ciclista imprime una pressione sulle pedivelle 103, quindi sull?albero 14 delle pedivelle, la camma o innesto 40 imprime una forza sul pistoncino 41 che, schiacciando proporzionalmente alla forza applicata sulle pedivelle, comprime gli elementi elastici inviando un segnale al trasduttore, il quale tramite l?unit? di controllo aziona il motore elettrico 10. Il vantaggio di questo dispositivo ? che possiamo utilizzare aria o per esempio olio e creare un circuito chiuso molto semplice e con un segnale proporzionale/analogico ampio di facile lettura.
Il sistema misura la coppia sulle pedivelle 103 in modo idraulico per poi trasferire il segnale intercettato da un trasduttore di pressione all?unit? di controllo e al motore 10.
Questo permette di avere un segnale proporzionale alla forza impressa sul pedale poich? la forza viene contrasta da un pacchetto di molle a tazza posizionate sotto al pistoncino.
Nel settore delle biciclette sono note le mountain bike "full suspended", cio? dotate di sospensione posteriore. Quest'ultima genera una escursione della ruota rispetto al telaio con effetti indesiderati sulla trasmissione, in particolare un tiro della catena in fase di compressione, come al ricevimento da un salto o all'impatto con una asperit?. Ci? genera una violenta rotazione dei pedali opposta a quella di avanzamento, che destabilizza il pilota arrivando fino a perdere il contatto dei piedi. Dal punto di vista meccanico la catena ? fortemente stressata e potrebbe arrivare a spezzarsi. L'effetto ? tanto pi? sentito e dannoso tanto maggiore ? lo spostamento della ruota rispetto al telaio.
La presenza del sensore di coppia sopra descritto svincola l?asse della pedivella 14 dalla corona 106 inserendo un elemento elastico, il pistoncino 41. Tale soluzione consente di ridurre il tiro catena isolando gli effetti della trasmissione sulla sospensione posteriore quando serve.
In altre parole, la presenza del pistoncino 41 e dei mezzi elastici consente di ridurre o eliminare il contraccolpo presente nelle biciclette con elevata escursione della ruota posteriore e applicabile anche a tutti i tipi di bicicletta con escursione posteriore. Inoltre, consente di aumentare i limiti attuali di escursione della ruota posteriore.
Il trovato svincola l?asse della pedivella con la corona inserendo un elemento elastico, il pistone con molle (torsiometro) personalizzabile in base alle necessit?.
La forza di compressione arriva dal suolo e, teoricamente, ? diretta all?ammortizzatore posteriore. Per svariati motivi, nella realt? una parte di questa forza viene assorbita prima dal corpo del pilota. La catena 104 viene tirata, il pedale si muove verso l?alto, il piede viene scalciato: qualche volta il pilota riesce a compensare meglio, qualche volta peggio. Delle volte chi guida resta semplicemente passivo e riceve questa spinta mentre piloti con pi? esperienza rispondono con continui micro e macroaggiustamenti che avvengono per lo pi? in automatico.
In certe condizioni, ad esempio sulle ?brakes bumps?, ? praticamente impossibile rispondere al tiro a catena, soprattutto se il pilota usa pedali flat. Con l?elemento elastico inserito tra albero pedivelle 14 e corona 106 poche componenti della forza di compressione raggiungono i piedi.
In una seconda forma di realizzazione, la presente invenzione descrive un gruppo motoriduttore comprendente un motore elettrico 10 con un albero di rotazione 11 e un gruppo riduttore 1 come sopra descritto, in cui l?albero di rotazione 11 ? accoppiato alla vite senza fine 30.
Il gruppo motoriduttore comprende una unit? di elaborazione operativamente collegata al sensore di coppia di pedalata e configurata per inviare un segnale al motore elettrico 10 per far girare la vite senza fine 30 in modo proporzionale al primo segnale elettrico.
In una terza forma di realizzazione, la presente invenzione descrive una bicicletta 100 a pedalata assistita comprendente un telaio, una ruota motrice 101, 102, un gruppo motoriduttore come sopra descritto, e una batteria 110 (ricaricabile) in grado di scambiare energia con il motore 10. Vantaggiosamente, l?asse di rotazione B della vite senza fine 30 e dell?albero di uscita 11 del motore elettrico 10 sono perpendicolari al terreno su cui appoggia la bicicletta 100 durante l?uso da parte di un ciclista.
La posizione del motore elettrico 10 del motoriduttore ? ortogonale all?asse di rotazione 14 delle pedivelle, si presenta, quindi, in posizione verticale rispetto al terreno quando in uso.
In questo modo il motoriduttore risulta essere estremamente compatto. Inoltre, grazie alla sua caratteristica costruttiva il fattore Q (cio? la misura della larghezza massima delle due pedivelle 103) risulta essere la minore di tutti i motori (oltre 10mm) di tipo noto. Pi? il fattore Q ? stretto (entro certi limiti) pi? la pedalata ? naturale e non affaticante.
Vantaggiosamente, il telaio comprende un corpo tubolare obliquo 105 monoscocca. Il telaio monoscocca secondo la presente invenzione incorpora al suo interno il motoriduttore con batterie 110 integrate senza tubo orizzontale e baricentro basso. Inoltre, incorpora tutta l?elettronica di controllo e di settaggio visualizzando su display touch le informazioni. Le batterie risultano facilmente accessibili lateralmente.
Il corpo tubolare obliquo 105 monoscocca comprende un tubo di sterzo o canotto anteriore 109 per il collegamento ad una forcella anteriore e ad un manubrio, un alloggiamento longitudinale (106) idoneo ad alloggiare almeno una batteria 110, un primo accesso/imbocco 107 idoneo ad alloggiare una porzione sostanzialmente centrale dell?albero pedivelle 14, un secondo accesso/imbocco 108, perpendicolare e in collegamento con il primo accesso 107, idoneo ad alloggiare al suo interno l?albero motore 11 e il gruppo riduttore 1 in modo tale che l?asse di rotazione B dell?albero motore 11 sia ortogonale all?asse di rotazione A delle pedivelle 103.
L?accesso 107 ? passante, mentre l?accesso 108 ? aperto superiormente ma chiuso in fondo (parte verso il terreno), in modo tale da formare una cavit? protetta o carter entro cui alloggiano l'albero pedivelle 14, l'intero meccanismo riduttore 1, il sensore di coppia di pedalata, la prima e la seconda ruota libera 13, 39, unitamente ai rispettivi componenti addizionali (cuscinetti, elementi distanziali, ecc.). In altre parole, soltanto il motore elettrico 10 del gruppo motoriduttore 1 si trova all'esterno del carter, mentre il rispettivo albero di uscita 11 ? almeno parzialmente inserito in tale carter per collegarsi al meccanismo riduttore 1.
Essendo scorporato dal motore elettrico 10, il meccanismo riduttore 1 ? quindi lontano da fonti di calore generate dal motore elettrico 10 stesso. Inoltre, il fatto che la vite senza fine 30 sia posizionata tangenzialmente rispetto alla ruota 20a, 20b nonch? ortogonalmente rispetto all'asse A di rotazione dell'albero pedivelle 14 e ortogonalmente al terreno (quando la bici 100 ? in uso), consente di posizionare il motore elettrico 10 sopra al riduttore e perpendicolarmente al terreno.
Preferibilmente, il secondo accesso 108 consente l?inserimento dell?albero motore 11 in una posizione sostanzialmente perpendicolare al terreno quando la bicicletta 100 ? in uso.
La posizione del riduttore 1 e del motore elettrico 10 sul telaio monoscocca 105 determina una posizione del pacco batterie 110 molto arretrata e traslata verso il basso, in questo modo il baricentro della bicicletta risulta essere molto pi? basso della concorrenza, ne consegue una migliore guidabilit?, maneggevolezza e una migliore trazione su tutti i terreni.
In ultima analisi il baricentro basso offre vantaggi anche sul miglioramento dello spazio di frenatura evitando l?affondamento delle sospensioni, quindi una semplificazione nella taratura di quest?ultime.
Utilizzando il telaio monoscocca 105, quindi ??all in one??, si possono cambiare secondo necessit? i componenti interni per offrire una diversa configurazione in base alle diverse esigenze di guida.
Durante l?utilizzo della bicicletta comprendente il motoriduttore qui descritto, si inizia a pedalare e si imprime una forza sulle pedivelle 103 e sul pistoncino 41 dove ? alloggiata la seconda ruota libera 39 bloccata nell?innesto 40, la quale ? bloccata durante la pedalata ma sbloccata se voglio ruotare le pedivelle 103 al contrario.
A questo punto l?innesto 40 ? innestato sulla ruota 20a, 20b ed imprime a sua volta una forza al pistoncino 41 il quale essendo incamiciato/alloggiato in un circuito chiuso manda un segnale al un trasduttore/pressostato.
A questo punto il segnale del trasduttore viene inviato al motore 10 che proporzionalmente inizia a fare girare la vite 30. Il tutto viene messo in rotazione (albero delle pedivelle 12, innesto 40 e ruota 20a, 20b) ed inizia la pedalata assistita.
Per legge la bici 100 non pu? fare pi? dei 25km/h, quindi, quando si attiva la pedalata assistita, se si pedalasse oltre, il motore 10 smetterebbe di dare assistenza, me se volessi andare oltre manderei il pistoncino 41 a fine corsa e metterei a contatto le facce della seconda ruota 39 e dell?innesto 40 trascinando per forza e facendo slittare i perni (viola) sulla vite 30, la quale a sua volta si svincolerebbe grazie alla presenza della prima ruota libera 13 coassiale ad essa quindi il motore 10 e la riduzione 12 resterebbero fermi, in pratica non vengono ?trascinati dietro??.
La bicicletta 100 comprende inoltre una o pi? batterie 110 collegate al motore elettrico 10 in maniera tale da poter scambiare energia con quest?ultimo. In particolare, le batterie 110 possono essere ricaricate dal motore elettrico 10, quando questo agisce da generatore (condizione di recupero energetico), e possono fornire energia al motore elettrico 10 quando questo fornisce assistenza alla pedalata (condizione di asservimento), ossia quando agisce da motore. Le batterie 110 possono essere separate dal motore 10 o, secondo una configurazione alternativa del tipo ?all-in-one?, possono essere alloggiate all?interno di un corpo di chiusura comune collegato solidalmente alla ruota 10 assieme al motore elettrico 10.
La bicicletta 100 ? provvista di una unit? di controllo, di tipo adattativo, che comanda il motore elettrico 10 per assistere il ciclista nella pedalata assistita. In particolare, l?unit? di controllo ? configurata per fornire un segnale di comando di riferimento del motore, in particolare un segnale di corrente, da cui dipende la coppia motrice o resistente del motore.

Claims (16)

RIVENDICAZIONI
1. Gruppo riduttore (1) per una bicicletta (100) comprendente un telaio (105), una ruota motrice (101, 102), un gruppo pedivelle/pedali (103) e un motore elettrico (10),
- detto gruppo pedivelle/pedali (103) comprendente un albero pedivelle (14) mobile di moto rotatorio attorno a un asse (A) predefinito, detto albero pedivelle (14) essendo solidale al gruppo pedivelle/pedali (103) per ricevere la coppia erogata dal ciclista tramite detto gruppo pedivelle/pedali (103) e per trasmettere detta coppia a detta ruota motrice (101, 102);
il gruppo riduttore (1) comprendente:
- una vite senza fine (30), solidale a un albero di uscita (11) del motore elettrico (10), configurata per ruotare attorno ad un asse di rotazione (B); e - una ruota (20a, 20b) comprendente una pluralit? di elementi di rotolamento (21, 22), operativamente associata all?albero pedivelle (14),
in cui uno o pi? di detti elementi di rotolamento (21, 22) sono impegnabili in una o pi? piste (31) di detta vite senza fine (30) in modo tale da rimanere in guida e rotolare all?interno del canale (31) della vite senza fine (30), detta vite senza fine (30) e detta ruota (20a, 20b) essendo configurate per ricevere la coppia erogata da detto motore elettrico (10) e per trasmettere detta coppia a detta ruota motrice (101, 102) tramite detto albero pedivelle (14).
2. Gruppo riduttore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti elementi di rotolamento (21, 22) sono una pluralit? di perni (21) impegnabili in dette una o pi? piste (31) di detta vite senza fine (30).
3. Gruppo riduttore (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detta ruota (20a) comprende sulla superficie laterale una o pi? sedi configurate per alloggiare rotabilmente una estremit? di detti perni (21).
4. Gruppo riduttore (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la vite senza fine (30) ? configurata per impegnarsi con due o pi? perni (21) contemporaneamente.
5. Gruppo riduttore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detti elementi di rotolamento (21, 22) sono una pluralit? di sfere (22) presenti in fori trasversali (23) di detta ruota (20b) aventi una inclinazione secondo il passo della vite senza fine (30).
6. Gruppo riduttore (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni da 2 a 5, in cui dette sedi per detti perni (21) o dette sfere (22) sono circonferenzialmente distribuite attorno all?asse di rotazione (A) della ruota (20a, 20b).
7. Gruppo riduttore (1) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui su detta vite senza fine (30) ? inserita una prima ruota libera (13) configurata per essere messa in presa dall?albero (11) del motore elettrico (10) e per svincolarsi dall?albero motore (11) se la pedalata del ciclista supera la velocit? del motore (10).
8. Gruppo riduttore (1) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, comprendente una seconda ruota libera (39) posizionata sull?albero pedivelle (14) e configurata per consentire una pedalata all?indietro libera e una pedalata in avanti in cui l?albero pedivelle (14), e detta seconda ruota libera (39) diventano solidali e trasmettono una coppia alla ruota motrice (101, 102) della bicicletta (100).
9. Gruppo riduttore (1) secondo la rivendicazione 8, in cui l?asse di rotazione (B) di detta prima ruota libera (13) ? ortogonale all?asse (A) di detta seconda ruota libera (39).
10. Gruppo riduttore (1) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, comprendente un sensore di coppia di pedalata configurato per rilevare la coppia applicata dal ciclista al gruppo di pedalata (103) e per generare un segnale rappresentativo della stessa, detto sensore di coppia comprendente:
- un pistoncino (41) vincolato su detta seconda ruota libera (39) e mobile a seguito della forza impressa sul gruppo pedivelle/pedali (103); e
- un trasduttore configurato per convertire in un primo segnale elettrico il movimento del pistoncino (41) per cui detto segnale elettrico risulta proporzionale alla forza impressa sul gruppo pedivelle/pedali (103).
11. Gruppo riduttore (1) secondo la rivendicazione 10, in cui detto pistoncino (41) ? mobile in contrasto a una pluralit? di molle a tazza (41a).
12. Gruppo motoriduttore comprendente:
- un motore elettrico (10) con un albero di rotazione (11);
- un gruppo riduttore (1) secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, in cui detto albero di rotazione (11) ? accoppiato alla vite senza fine (30).
13. Gruppo motoriduttore secondo la rivendicazione 12, comprendente una unit? di elaborazione operativamente collegata a detto sensore di coppia di pedalata e configurata per inviare un segnale al motore elettrico (10) per far girare la vite senza fine (30) in modo proporzionale a detto primo segnale elettrico.
14. Bicicletta (100) comprendente un telaio, una ruota motrice (101, 102), un gruppo motoriduttore secondo la rivendicazione 13, e una batteria (110) in grado di scambiare energia con il motore (102).
15. Bicicletta (100) secondo la rivendicazione 14, in cui l?asse di rotazione (B) della vite senza fine (30) e dell?albero di uscita (11) di detto motore elettrico (10) sono perpendicolari al terreno su cui appoggia la bicicletta (100) durante l?uso.
16. Bicicletta (100) secondo la rivendicazione 14 o 15, in cui detto telaio comprende un corpo tubolare obliquo (105) monoscocca definente:
- un tubo di sterzo anteriore (109) per il collegamento ad una forcella anteriore e ad un manubrio;
- un alloggiamento longitudinale (106) idoneo ad alloggiare detta batteria (110);
- un primo imbocco (107) idoneo ad inserire l?albero pedivelle (14);
- un secondo accesso/imbocco (108), perpendicolare e in collegamento con detto primo accesso (107), idoneo ad alloggiare il gruppo riduttore (1) e l?albero motore (11) in modo tale che detto asse di rotazione (B) dell?albero motore (11) sia ortogonale all?asse di rotazione (A) delle pedivelle (103) e in una posizione sostanzialmente perpendicolare al terreno quando la bicicletta ? in uso.
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