ITBO20090303A1 - Bicicletta con assistenza elettrica - Google Patents

Description

“BICICLETTA CON ASSISTENZA ELETTRICAâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un bicicletta con assistenza elettrica.

ARTE ANTERIORE

Un bicicletta con assistenza elettrica comprende un motore elettrico, il quale riceve alimentazione elettrica da un sistema di accumulo comprendente batterie chimiche ed à ̈ azionabile dal ciclista per applicare alla ruota posteriore (o, più raramente, alla ruota anteriore) una coppia motrice supplementare che si aggiunge o si sostituisce alla coppia motrice generata dalla pedalata. Nelle biciclette con assistenza elettrica attualmente in commercio, il sistema batterie à ̈ alloggiato in un contenitore che viene fissato al telaio mentre il motore elettrico à ̈ integrato nel mozzo di una ruota e quindi trasmette la coppia motrice direttamente alla ruota oppure à ̈ disposto coassialmente al perno del movimento centrale e trasmette la coppia motrice alla guarnitura.

Nelle biciclette con assistenza elettrica attualmente in commercio gli organi aggiunti per la pedalata assistita (motore elettrico, trasmissione meccanica, sistema di accumulo) sono disposti in posizioni lontane dal baricentro della bicicletta (motore elettrico integrato nel mozzo di una ruota, sistema di accumulo disposto sopra ad una ruota o fissato ad un singolo elemento del telaio), con influenza negativa sia sui momenti di inerzia, sia sulla posizione del baricentro (tipicamente la distribuzione dei pesi si sposta verso un asse ruota che diventa pesante da sollevare, e il baricentro si alza, con difficoltà di raddrizzamento della bicicletta dalla posizione inclinata/coricata).

Inoltre, nelle biciclette con assistenza elettrica attualmente in commercio gli organi aggiunti per la pedalata assistita (motore elettrico, trasmissione meccanica, sistema di accumulo) presentano un peso rilevante che influisce negativamente sulle prestazioni (particolarmente in salita e quando non viene utilizzata l’assistenza elettrica) ed obbliga a sovradimensionare il telaio e le ruote con un ulteriore aggravio di peso e di costo.

Infine, nelle biciclette con assistenza elettrica attualmente in commercio le modalità di comando del motore elettrico sono abbastanza rudimentali, in quanto si limitano a fare generare al motore elettrico una coppia motrice costante che à ̈ generalmente regolabile tra pochi valori prefissati.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di realizzare una bicicletta con assistenza elettrica, che sia priva degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una bicicletta con assistenza elettrica secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:

· la figura 1 Ã ̈ una vista laterale, schematica e con parti asportate per chiarezza di un bicicletta con assistenza elettrica realizzata in accordo con la presente invenzione;

· la figura 2 Ã ̈ una vista laterale, schematica e con parti asportate per chiarezza di una trasmissione della bicicletta della figura 1;

· la figura 3 Ã ̈ una vista in sezione, schematica e con parti asportate per chiarezza della trasmissione della figura 2;

· la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica, schematica e con parti asportate della trasmissione della figura 2;

· la figura 5 Ã ̈ una vista in sezione, schematica e con parti asportate per chiarezza di una variante costruttiva della trasmissione della figura 2;

· la figura 6 Ã ̈ una ulteriore vista laterale, schematica e con parti asportate per chiarezza della trasmissione della figura 2;

· la figura 7 Ã ̈ una vista in sezione, schematica e con parti asportate per chiarezza di una alternativa forma di attuazione della trasmissione della bicicletta;

· la figura 8 Ã ̈ una vista laterale, schematica e con parti asportate per chiarezza della trasmissione della figura 7;

· la figura 9 Ã ̈ una vista in sezione, schematica e con parti asportate per chiarezza di una ulteriore forma di attuazione della trasmissione della bicicletta della figura 1;

· la figura 10 Ã ̈ una vista laterale, schematica e con parti asportate per chiarezza della trasmissione della figura 9;

· la figura 11 Ã ̈ una vista in sezione, schematica e con parti asportate per chiarezza di una ulteriore forma di attuazione della trasmissione della bicicletta;

· le figure 12, 13 e 14 sono tre viste laterali, schematiche e con parti asportate per chiarezza di parte del telaio della bicicletta della figura 1 con evidenziata la posizione di un sistema di accumulo; · la figura 15 principale à ̈ una vista laterale, schematica e con parti asportate per chiarezza di una porzione della trasmissione della bicicletta con in evidenza un sensore di coppia atto a rilevare la coppia motrice generata dalla pedalata;

· le figure 16 e 17 sono due viste schematiche di una leva del freno montabile nella bicicletta della figura 1 con in evidenza un sensore di posizione accoppiato alla leva del freno stessa;

· le figure 18 e 19 sono due viste schematiche di un cavo di comando di un freno montabile nella bicicletta della figura 1 con in evidenza un sensore di posizione accoppiato al cavo stesso;

· le figure 20-23 sono quattro viste schematiche di un freno “V-brake†montabile nella bicicletta della figura 1 con in evidenza un sensore di posizione accoppiato al freno stesso;

· le figure 24 e 25 sono due viste schematiche di un freno a disco con comando meccanico montabile nella bicicletta della figura 1 con in evidenza un sensore di posizione accoppiato al freno stesso;

· la figura 26 à ̈ una vista schematica di un impianto frenante a disco con comando idraulico montabile nella bicicletta della figura 1 con in evidenza un sensore di posizione accoppiato all’impianto frenante stesso; · la figura 27 à ̈ una vista laterale, schematica e con parti asportate per chiarezza di una variante della trasmissione della figura 2; e

· la figura 28 illustra due viste frontali, schematiche e con parti asportate per chiarezza di un tendicatena della figura 27.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 Ã ̈ indicata nel suo complesso bicicletta con assistenza elettrica.

La bicicletta 1 comprende un telaio 2 comprendente un tubo 3 superiore, un tubo 4 obliquo, un tubo 5 di piantone, una coppia di tubi 6 pendenti posteriori (solo uno dei quali à ̈ visibile nella figura 1) ed una coppia di tubi 7 posteriori orizzontali (solo uno dei quali à ̈ visibile nella figura 1). Il tubo 3 superiore, il tubo 4 obliquo ed il tubo 5 di piantone definiscono un triangolo anteriore (denominato anche carro anteriore), mentre il tubo 5 di piantone, i due tubi 6 pendenti posteriori ed i due tubi 7 posteriori orizzontali definiscono due triangoli posteriori (che costituiscono un carro posteriore).

In corrispondenza della congiunzione tra tubo 3 superiore ed il tubo 4 obliquo à ̈ disposto il tubo 8 di sterzo che supporta una forcella 9; una estremità inferiore della forcella 9 termina con una coppia di forcellini anteriori che supportano un mozzo di una ruota 10 anteriore mentre una estremità superiore della forcella 9 à ̈ solidale ad un manubrio 11. In corrispondenza della congiunzione tra i due tubi 6 pendenti posteriori ed i due tubi 7 posteriori orizzontali sono disposti una coppia di forcellini posteriori che supportano un mozzo di una ruota 12 posteriore. In corrispondenza della congiunzione di tubo 3 superiore, tubo 5 di piantone e tubi 7 posteriori orizzontali à ̈ disposta una scatola 13 del movimento centrale che à ̈ costituita da un cilindro cavo con le estremità filettate.

La bicicletta 1 comprende una trasmissione 14 principale che trasmette una coppia motrice alla ruota 12 posteriore; come verrà descritto in seguito la coppia motrice può venire generata dal lavoro muscolare del ciclista e/o (cioà ̈ in aggiunta o in alternativa) può venire generata da una servoassistenza elettrica.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, la trasmissione 14 principale comprende un perno 15 del movimento centrale che à ̈ montato girevole attorno ad un asse 16 di rotazione all’interno della scatola 13 del movimento centrale mediante l’interposizione di una coppia di cuscinetti 17. Alle estremità opposte del perno 15 del movimento centrale che fuoriescono dalla scatola 13 del movimento centrale sono fissate due pedivelle 18 che supportano due pedali 19. Al perno 15 del movimento centrale à ̈ meccanicamente collegata anche una guarnitura 20 che può comprendere una unica corona nel caso di rapporto di trasmissione anteriore fisso (come illustrato nella figura 3) oppure può comprendere più corone (tipicamente due o tre) nel caso di rapporto di trasmissione variabile (non illustrato). La trasmissione 14 principale comprende un pignone 21 posteriore (nel caso di rapporto di trasmissione posteriore fisso come illustrato in linea continua nella figura 2) oppure più pignoni 21 posteriori (nel caso di rapporto di trasmissione posteriore variabile come illustrato in linea tratteggiata nella figura 2) fissati a pacco al mozzo 22 della ruota 12 posteriore. Nel caso di rapporto di trasmissione posteriore variabile, in alternativa alla presenza di più pignoni 21 posteriori à ̈ possibile l’utilizzo di un mozzo 22 della ruota 12 posteriore che integra al proprio interno un variatore del rapporto di trasmissione.

Attorno alla corona della guarnitura 20 ed al pignone 21 posteriore à ̈ avvolta una catena 23 composta da una pluralità di maglie; nel caso di rapporto di trasmissione variabile (come illustrato in linea tratteggiata nella figura 2), à ̈ previsto un tendi-catena 24 che assicura l’esatta tensione della catena 23. Nel caso di rapporto di trasmissione variabile sono previsti un deragliatore anteriore per depistare la catena 23 tra le corona della guarnitura 20 e/o un deragliatore posteriore per depistare la catena 23 tra i pignoni 21 posteriori.

In accordo con la presente invenzione, il pignone 21 posteriore à ̈ rigidamente fissato al mozzo 22 della ruota 12 posteriore senza l’interposizione di alcuna ruota libera; di conseguenza, il pignone 21 posteriore à ̈ sempre angolarmente solidale al mozzo 22 della ruota 12 posteriore e non si verifica mai una rotazione relativa tra il pignone 21 posteriore ed il mozzo 22 della ruota 12 posteriore. Inoltre, tra la guarnitura 20 ed il perno 15 del movimento centrale à ̈ interposta una ruota libera 25 che rende la guarnitura 20 angolarmente solidale al perno 15 del movimento centrale durante la pedalata e rende la guarnitura 20 scollegata dal perno 15 del movimento (cioà ̈ libera di ruotare rispetto al perno 15 del movimento) in assenza di pedalata. In questo modo, la guarnitura 20, il pignone 21 posteriore e la catena 23 ruotano sempre solidali con la ruota 12 posteriore indipendentemente dall’azione di pedalata. A titolo di esempio, la ruota 25 libera può essere con frizione unidirezionale oppure con cricchetto.

La bicicletta 1 comprende un dispositivo 26 di servoassistenza, il quale comprende a sua volta una macchina 27 elettrica discoidale (cioà ̈ presentante un diametro maggiore dello spessore assiale) e reversibile (cioà ̈ che può funzionare sia come motore elettrico assorbendo energia elettrica e generando un coppia meccanica motrice, sia come generatore elettrico assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica); la macchina 27 elettrica à ̈ supportata dal telaio 2 ed à ̈ disposta di fianco al tubo 4 obliquo del telaio 2 immediatamente sopra alla scatola 13 del movimento centrale. La macchina 27 elettrica comprende un albero 28 che à ̈ montato girevole attorno ad un asse 29 di rotazione parallelo all’asse 16 di rotazione del perno 15 del movimento centrale e trasmette il movimento alla guarnitura 20 mediante una trasmissione 30 secondaria a ruote dentate.

La trasmissione 30 secondaria comprende una ruota 31 dentata (costituente un pignone) che à ̈ solidale e coassiale all’albero 28 della macchina 27 elettrica. Inoltre, la trasmissione 30 secondaria comprende un albero 32 internamente cavo che à ̈ coassiale al perno 15 del movimento centrale ed à ̈ montato girevole mediante l’interposizione di una coppia di cuscinetti 33 attorno al perno 15 del movimento centrale; l’albero 32 supporta una ruota 34 dentata (costituente una corona) che ingrana con la ruota 31 dentata ed una ruota 35 dentata (costituente un pignone) che à ̈ parallela ed affiancata alla ruota 34 dentata. E’ importante osservare che la ruota 34 dentata à ̈ disposta dal lato del movimento centrale opposta alla guarnitura 20, mentre la ruota 35 dentata à ̈ disposta dal lato del movimento centrale della guarnitura 20, quindi dal lato opposto rispetto alla ruota 34 dentata.

La trasmissione 30 secondaria comprende un albero 36 che à ̈ montato girevole attorno ad un asse 37 di rotazione parallelo all’asse 16 di rotazione del perno 15 del movimento centrale mediante l’interposizione di una coppia di cuscinetti 38; l’albero 36 supporta una ruota 39 dentata (costituente una corona) che ingrana con la ruota 35 dentata ed una ruota 40 dentata (costituente un pignone) che à ̈ parallela ed affiancata alla ruota 34 dentata ed ingrana con una ruota 41 dentata (costituente una corona) che à ̈ angolarmente solidale alla guarnitura 20.

Secondo una possibile forma di attuazione, la ruota 40 dentata potrebbe essere assialmente scorrevole per venire innestata o disinnestata manualmente dalla ruota 41 dentata in modo tale da accoppiare la trasmissione 30 secondaria alla guarnitura 20 solo quando si vuole utilizzare la macchina 27 elettrica; in questo modo, quando la macchina 27 elettrica non viene utilizzata per un tragitto abbastanza lungo à ̈ possibile evitare di portare in rotazione tutta la trasmissione 30 secondaria e la macchina 27 elettrica a vuoto.

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 2 e 3, la ruota 41 dentata solidale alla guarnitura 20 presenta una dentatura esterna e quindi la ruota 40 dentata à ̈ disposta esternamente rispetto alla ruota 41 dentata; nella variante illustrata nella figura 5, la ruota 41 dentata solidale alla guarnitura 20 presenta una dentatura interna e quindi la ruota 40 dentata à ̈ disposta internamente rispetto alla ruota 41 dentata.

Secondo quanto illustrato nelle figure 4 e 6, il dispositivo 26 di servoassistenza, cioà ̈ la macchina 27 elettrica e la trasmissione 30 secondaria, sono alloggiati all’interno di una scatola 42 di contenimento che à ̈ solidale ed integrata al telaio 2. Secondo quanto illustrato nella figura 4, dalla scatola 42 di contenimento esce la ruota 40 dentata che ingrana con la ruota 41 dentata solidale alla guarnitura 20. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, la scatola 42 di contenimento racchiude anche la ruote 40 e 41 dentate e la guarnitura 20e comprende due aperture rivolte verso il pignone 21 posteriore per permettere il passaggio della catena 23.

Per la lubrificazione della trasmissione 14 principale e della trasmissione 30 secondaria vi possono essere diverse alternative. Secondo una prima forma di attuazione, la lubrificazione potrebbe avvenire tramite ingrassaggio al primo montaggio; in questo caso, la scatola 42 di contenimento presenta uno o più tappi rimovibili per accedere all’interno in modo da aggiungere del grasso quando necessario senza dovere aprire la scatola 42 di contenimento. Secondo una seconda forma di attuazione, la lubrificazione à ̈ a bagno d’olio e quindi nella parte inferiore della scatola 42 di contenimento à ̈ presente una certa quantità di olio lubrificante; in questo caso, la rotazione degli ingranaggi il cui profilo à ̈ parzialmente immerso nell’olio contenuto nella scatola 42 di contenimento trascina olio sugli altri ingranaggi mentre i cuscinetti vengono lubrificati per sbattimento. Secondo una terza forma di attuazione, la lubrificazione à ̈ a circolazione d’olio e coppa secca e quindi nella parte inferiore della scatola 42 di contenimento à ̈ presente una quantità minima di olio lubrificante; in questo caso, la rotazione dell’ingranaggio più basso trascina l’olio verso l’alto, la forza centrifuga lo movimenta ulteriormente, e il profilo interno della scatola 42 di trasmissione raccoglie l’olio e lo dirige per gravità verso gli altri ingranaggi e cuscinetti. Nel caso di lubrificazione in bagno d’olio o a circolazione d’olio e coppa secca la scatola 42 di contenimento presenta un tappo rimovibile disposto nel punto più basso per lo scarico completo dell’olio ed un tappo rimovibile disposto più in alto per il controllo ed il reintegro dell’olio.

Nella variante illustrata nelle figure 7 e 8, la macchina 27 elettrica presenta una forma cilindrica allungata (cioà ̈ presenta un diametro minore dello spessore assiale) ed à ̈ disposta all’interno del tubo 4 obliquo del telaio 2 (che presenta preferibilmente un diametro maggiorato adeguato all’alloggiamento della macchina 27 elettrica). In questa forma di attuazione, l’asse 29 di rotazione dell’albero 28 della macchina 27 elettrica à ̈ trasversale rispetto all’asse 16 di rotazione del perno 15 del movimento centrale; di conseguenza, la ruota 31 dentata e la ruota 34 dentata sono disposte tra loro perpendicolari e sono coniche in modo da realizzare tra di loro un accoppiamento conico

Nella variante illustrata nelle figure 9 e 10, la macchina 27 elettrica presenta una forma discoidale analoga a quanto illustrato nelle figure 3-6, à ̈ disposta coassiale alla ruota 40 dentata (cioà ̈ l’asse 29 di rotazione dell’albero 28 della macchina 27 elettrica coincide con l’asse di rotazione della ruota 40 dentata), ed à ̈ posizionata tra il tubo 4 obliquo ed il tubo 5 di piantone del telaio 2. In questa forma di attuazione, la trasmissione 30 secondaria comprende un rotismo 43 epicicloidale che trasmette il moto dall’albero 28 della macchina 27 elettrica alla ruota 40 dentata che ingrana con la ruota 41 dentata solidale alla guarnitura 20. Il rotismo 43 epicicloidale comprende un solare 44 che à ̈ solidale all’albero 28 della macchina 27 elettrica, una corona 45 a dentatura interna che à ̈ fissa ed à ̈ solidale ad una carcassa della macchina 27 elettrica, tre satelliti 46 che ingranano internamente con il solare 44 ed esternamente con la corona 45, ed un portratreno 47 (o portasatelliti) di forma triangolare che supporta i tre satelliti 46 ed à ̈ solidale alla ruota 40 dentata.

Nella variante illustrata nella figura 11, la scatola 13 del movimento centrale presenta una dimensione radiale molto maggiore del normale ed alloggia al suo interno il dispositivo 26 di servoassistenza, cioà ̈ la macchina 27 elettrica e la trasmissione 30 secondaria, svolgendo anche le funzione della scatola 42 di contenimento che non à ̈ quindi presente come entità separata. In questa forma di attuazione, la macchina 27 elettrica e la trasmissione 30 secondaria sono coassiali all’asse 16 di rotazione del perno 15 del movimento centrale e sono entrambe centralmente forate e cave per permettere il passaggio al loro interno del perno 15 del movimento centrale. In particolare, l’albero 28 della macchina 27 elettrica à ̈ un tubo cavo al cui interno à ̈ disposto il perno 15 del movimento centrale. Analogamente a quanto descritto per la variante delle figure 9 e 10, la trasmissione 30 secondaria comprende un rotismo 43 epicicloidale che trasmette il moto dall’albero 28 della macchina 27 elettrica direttamente alla guarnitura 20. Il rotismo 43 epicicloidale comprende un solare 44 che à ̈ centralmente forato ed à ̈ solidale all’albero 28 della macchina 27 elettrica, una corona 45 a dentatura interna che à ̈ fissa ed à ̈ solidale ad una carcassa della macchina 27 elettrica, tre satelliti 46 che ingranano internamente con il solare 44 ed esternamente con la corona 45, ed un portratreno 47 (o portasatelliti) di forma triangolare che supporta i tre satelliti 46 ed à ̈ solidale alla guarnitura 20 mediante un elemento 48 di collegamento rigido e centralmente forato. In questa forma di attuazione, l’elemento 48 di collegamento potrebbe essere assialmente scorrevole per venire innestato o disinnestato manualmente dalla guarnitura 20 in modo tale da accoppiare la trasmissione 30 secondaria alla guarnitura 20 solo quando si vuole utilizzare la macchina 27 elettrica.

Viene di seguito descritto il funzionamento della trasmissione 14 principale con riferimento alle figure 2 e 3.

Quando il ciclista pedala, la coppia motrice applicata ai pedali viene trasmessa al perno 15 del movimento centrale mediante le pedivelle 18 e quindi dal perno 15 del movimento centrale viene trasmessa alla guarnitura 20 mediante la ruota 25 libera; dalla guarnitura 20 la coppia motrice generata dalla pedala viene quindi trasmessa al pignone 21 posteriore attraverso la catena 23 e quindi alla ruota 12 posteriore il cui mozzo 22 Ã ̈ sempre solidale al pignone 21 posteriore.

Quando il ciclista non pedala, il perno 15 del movimento centrale rimane fermo mentre la guarnitura 20 ruota rispetto al perno 15 del movimento centrale per effetto della ruota 25 libera.

L’albero 28 della macchina 27 elettrica à ̈ sempre meccanicamente collegato con la ruota 12 posteriore, in quanto mediante la trasmissione 30 secondaria la macchina 27 elettrica à ̈ sempre meccanicamente collegato con la guarnitura 20 e mediante la catena 23 ed il pignone 21 posteriore la guarnitura 20 à ̈ sempre meccanicamente collegato con la ruota 12 posteriore. Quando la macchina 27 elettrica à ̈ disattivata, la rotazione della ruota 12 posteriore porta comunque in rotazione l’albero 28 della macchina 27 elettrica che ruota a vuoto. Quando la macchina 27 elettrica viene pilotata come motore elettrico, la coppia motrice generata all’albero 28 della macchina 27 elettrica viene trasmessa alla ruota 12 posteriore per sommarsi o sostituirsi completamente alla coppia motrice generata dalla pedalata. Quando la macchina 27 elettrica viene pilotata come generatore elettrico, la coppia frenante generata all’albero 28 della macchina 27 elettrica viene trasmessa alla ruota 12 posteriore.

Secondo quanto illustrato nelle figure 12-14, il dispositivo 26 di servoassistenza comprende un convertitore 48 elettronico di potenza che pilota la macchina 28 elettrica ed un sistema 49 di accumulo, il quale à ̈ atto ad immagazzinare energia elettrica e comprende una serie di dispositivi 50 di accumulo comprendenti a loro volta batterie chimiche e/o supercondensatori. Il convertitore 48 elettronico di potenza à ̈ disposto all’interno della scatola 42 di contenimento in stretta prossimità della macchina 28 elettrica (oppure, secondo una forma di attuazione alternativa, integrato direttamente nella macchina 27 elettrica), mentre i dispositivi 50 di accumulo presentano una forma tubolare cilindrica e sono disposti all’interno di cavità centrali del tubo 4 obliquo e del tubo 5 di piantone del telaio 2. Preferibilmente, il diametro esterno dei dispositivi 50 di accumulo à ̈ quasi uguale al diametro interno delle cavità centrali dei tubi 4 e 5 in modo tale che si verifichi un elevato scambio termico per conduzione tra i dispositivi 50 di accumulo ed i tubi 4 e 5 al fine di garantire un adeguato raffreddamento ai dispositivi 50 di accumulo stessi. Per infilare/sfilare i dispositivi 50 di accumulo nelle/dalle cavità centrali dei tubi 4 e 5 à ̈ necessario smontare la scatola 42 di contenimento in modo da accedere dal basso alle cavità centrali stessi.

Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 13, sul tubo 4 obliquo del telaio 2 à ̈ montata una presa 51 di corrente elettrica, la quale à ̈ protetta da uno sportello 52 incernierato ed à ̈ atta a venire collegata ad una spina 53 di un caricabatteria 54 collegabile alla rete elettrica per ricaricare il sistema 49 di accumulo sfruttando la rete elettrica quando la bicicletta 1 à ̈ parcheggiata. Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 14, alla presa 51 di corrente elettrica à ̈ collegabile una spina 55 di un sistema 56 di accumulo supplementare che à ̈ fissabile meccanicamente al tubo 4 obliquo del telaio 2 ad esempio mediante incastro meccanico in un supporto simile ad un portaborraccia.

Il dispositivo 26 di servoassistenza comprende una unità 57 di controllo (illustrata nella figura 1), la quale à ̈ del tutto simile ad un ciclocomputer (e normalmente integra tutte le funzioni di un ciclocomputer), à ̈ fissata al manubrio 11, ed à ̈ elettricamente collegata al convertitore 48 elettronico di potenza per controllare la macchina 27 elettrica.

L’unità 57 di controllo à ̈ normalmente collegata ad un tachimetro di tipo noto (non illustrato) che rileva la velocità istantanea della bicicletta 1 contando il numero di giri della ruota 10 anteriore (o, eventualmente, della ruota 12 posteriore). In alternativa, la velocità istantanea della bicicletta 1 potrebbe venire misurata rilevando la velocità di rotazione dell’albero 28 della macchina 27 elettrica; in questo caso à ̈ tuttavia necessario che l’unità 57 di controllo conosca l’esatto rapporto di trasmissione della trasmissione 30 secondaria.

Inoltre, secondo quanto illustrato nella figura 15 l’unità 57 di controllo à ̈ collegata ad un sensore 58 di coppia che determina la coppia motrice generata dalla pedalata. Secondo quanto illustrato nella figura 15, la guarnitura 20 à ̈ divisa in una porzione 59 interna ed una porzione 60 esterna che possono ruotare una rispetto all’altra e sono tra loro collegate mediante una cella di carico che costituisce il sensore 58 di coppia. La misura fornita dalla cella di carico che costituisce il sensore 58 di coppia à ̈ basata sul moto relativo tra la porzione 59 interna e la porzione 60 esterna.

Infine, secondo quanto illustrato nelle figure 16-26, l’unità 57 di controllo à ̈ collegata ad un sensore 61 di frenatura che determina in modo qualitativo (cioà ̈ con un segnale binario di tipo ON/OFF) oppure in modo quantitativo (cioà ̈ fornendo una misura del grado di frenatura mediante un segnale che à ̈ proporzionale al grado di frenatura) l’azione del ciclista sulle leve 62 di comando freno.

Secondo quanto illustrato nelle figure 16 e 17, il sensore 61 di frenatura à ̈ accoppiato direttamente ad una leva 62 di comando freno. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 16, il sensore 61 di frenatura à ̈ un sensore di posizione che rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) la distanza di una porzione della leva 62 di comando freno; in questo caso, il sensore 61 di frenatura può essere ad esempio un “microswitch†meccanico (misura qualitativa) oppure un sensore di prossimità induttivo (misura quantitativa). Nella forma di attuazione illustrata nella figura 17, il sensore 61 di frenatura à ̈ una cella di carico che à ̈ integrato all’interno della leva 62 di comando freno e rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) le tensioni interne alla leva 62 di comando freno stessa.

Secondo quanto illustrato nelle figure 18 e 19, il sensore 61 di frenatura à ̈ accoppiato ad una cavo 63 di trasmissione che collega meccanicamente una leva 62 di comando freno ad una pinza frenante. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 18, il sensore 61 di frenatura à ̈ un sensore di posizione che rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) la distanza di un riscontro solidale al cavo 63 di trasmissione; in questo caso, il sensore 61 di frenatura può essere ad esempio un “microswitch†meccanico (misura qualitativa) oppure un sensore di prossimità induttivo (misura quantitativa). Nella forma di attuazione illustrata nella figura 19, il sensore 61 di frenatura à ̈ una cella di carico che à ̈ accoppiata al cavo 63 di trasmissione e rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) le tensioni del cavo 63 di trasmissione freno stesso.

Secondo quanto illustrato nelle figure 20-25, il sensore 61 di frenatura à ̈ accoppiato ad una pinza 64 frenante che può essere di tipo “V-brake†(figure 20-23) oppure di tipo a disco con comando meccanico (figure 24 e 25). Nella forma di attuazione illustrata nella figura 20, il sensore 61 di frenatura à ̈ un sensore di posizione che rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) la distanza di una ganascia della pinza 64 frenante; in questo caso, il sensore 61 di frenatura può essere ad esempio un “microswitch†meccanico (misura qualitativa) oppure un sensore di prossimità induttivo (misura quantitativa). Nella forma di attuazione illustrata nella figura 21, il sensore 61 di frenatura à ̈ un sensore di posizione che rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) la distanza reciproca tra le due ganasce della pinza 64 frenante; in questo caso, il sensore 61 di frenatura può essere ad esempio un “microswitch†meccanico (misura qualitativa) oppure un sensore di prossimità induttivo (misura quantitativa). Nella forma di attuazione illustrata nella figura 22, il sensore 61 di frenatura à ̈ un sensore di posizione che rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) la distanza reciproca tra le due ganasce della pinza 64 frenante. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 23, il sensore 61 di frenatura à ̈ una cella di carico che à ̈ accoppiata ad una ganascia della pinza 64 frenante e rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) le tensioni della ganascia stessa. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 24, il sensore 61 di frenatura à ̈ un sensore di posizione che rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) la posizione di una parte mobile di una pinza 64 frenante; in questo caso, il sensore 61 di frenatura può essere ad esempio un “microswitch†meccanico (misura qualitativa) oppure un sensore di prossimità induttivo (misura quantitativa). Nella forma di attuazione illustrata nella figura 25, il sensore 61 di frenatura à ̈ una cella di carico che à ̈ accoppiata ad una parte mobile di una pinza 64 frenante e rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) le tensioni della parte mobile stessa.

Secondo quanto illustrato nella figura 26, il sensore 61 di frenatura à ̈ un sensore di pressione che à ̈ disposto in un qualsiasi punto di un circuito idraulico di un impianto frenante a disco con comando idraulico; il sensore 61 di frenatura rileva (in modo qualitativo oppure in modo quantitativo) la pressione del fluido di comando all’interno del circuito idraulico dell’impianto frenante.

Quando il sensore 61 di frenatura segnala che la corrispondente leva 62 di comando freno à ̈ stata premuta, l’unità 57 di controllo pilota la macchina 27 elettrica per funzionare come generatore assorbendo energia meccanica e generando energia elettrica che viene immagazzinata nel sistema 49 di accumulo; in questo modo, à ̈ possibile non dissipare in calore (come avviene nella frenatura meccanica tradizionale) l’energia cinetica posseduta dalla bicicletta 1. Ovviamente tale modalità di frenatura rigenerativa à ̈ possibile solo quando il sistema 49 di accumulo non à ̈ già completamente carico. La coppia frenante generata dalla macchina 27 elettrica durante la frenata rigenerativa à ̈ costante se il segnale fornito dal sensore 61 di frenatura à ̈ qualitativo ed à ̈ variabile, cioà ̈ proporzionale al segnale fornito dal sensore 61 di frenatura, se il segnale fornito dal sensore 61 di frenatura à ̈ quantitativo. Ovviamente, mediante l’unità 57 di controllo il ciclista può decidere di inibire la frenata rigenerativa che quindi non viene mai attivata (ad esempio in condizioni di scarsa aderenza quando il ciclista vuole avere un pieno controllo della coppia frenante applicata alla ruota 12 posteriore).

Visto che la coppia frenante generata dalla macchina 27 elettrica agisce sulla ruota 12 posteriore, à ̈ opportuno per evidenti motivi di sicurezza che il sensore 61 di frenatura sia accoppiato al sistema frenante della ruota 12 posteriore, in quanto in questo modo il ciclista agendo sulla leva 62 di comando freno del freno posteriore si aspetta che la coppia frenante sia applicata alla ruota 12 posteriore. In altre parole, se il sensore 61 di frenatura fosse accoppiato al sistema frenante della ruota 10 anteriore allora il ciclista agendo sulla leva 62 di comando freno del freno anteriore potrebbe determinare l’applicazione di una coppia frenante sulla ruota 12 posteriore in modo certamente inaspettato.

Secondo una preferita forma di attuazione, con semplici accorgimenti meccanici à ̈ possibile fare in modo che una porzione iniziale della corsa della leva 62 di comando freno non determini alcuna azione del corrispondente freno meccanico; in questo modo, nella porzione iniziale della corsa della leva 62 di comando freno à ̈ possibile realizzare unicamente la frenata rigenerativa utilizzando la macchina 27 elettrica aggiungendo anche la frenatura meccanica solo in una porzione finale della corsa della leva 62 di comando freno. Di conseguenza, in caso di frenatura modesta à ̈ possibile realizzare la frenatura unicamente mediante la frenata rigenerativa utilizzando la macchina 27 elettrica massimizzando il recupero dell’energia cinetica della bicicletta 1.

L’unità 57 di controllo permette diverse modalità di funzionamento della macchina 27 elettrica del dispositivo 26 di servoassistenza. Una prima modalità di funzionamento prevede che la trazione elettrica sia esclusa, quindi la macchina 27 elettrica non viene mai fatta operare come motore e la bicicletta 1 si comporta come una normale bicicletta senza assistenza elettrica. Una seconda modalità di funzionamento prevede che la macchina 27 elettrica venga fatta operare come motore fornendo una coppia motrice fissa di valore selezionabile indipendentemente dalla coppia motrice generata dalla pedalata e misurata dal sensore 58 di coppia. Una terza modalità di funzionamento prevede che la macchina 27 elettrica venga fatta operare come motore fornendo una coppia motrice variabile che à ̈ direttamente proporzionale (con un coefficiente di proporzionalità selezionabile) alla coppia motrice generata dalla pedalata e misurata dal sensore 58 di coppia, cioà ̈ la coppia motrice generata dalla macchina 27 elettrica à ̈ crescente al crescere della coppia motrice generata dalla pedalata; in questo modo, la coppia motrice complessiva applicata alla ruota 12 posteriore à ̈ crescente al crescere della coppia motrice generata dalla pedalata. Una quarta modalità di funzionamento prevede che la macchina 27 elettrica venga fatta operare come motore fornendo una coppia motrice variabile che à ̈ inversamente proporzionale (con un coefficiente di proporzionalità selezionabile) alla coppia motrice generata dalla pedalata e misurata dal sensore 58 di coppia, cioà ̈ la coppia motrice generata dalla macchina 27 elettrica à ̈ decrescente al crescere della coppia motrice generata dalla pedalata; in questo modo, la coppia motrice complessiva applicata alla ruota 12 posteriore può essere all’incirca costante al crescere della coppia motrice generata dalla pedalata. Una quinta modalità di funzionamento prevede che la macchina 27 elettrica venga fatta operare come motore fornendo una coppia motrice variabile che à ̈ funzione del lavoro cardiaco del ciclista (misurato da un cardiofrequenzimetro 65 collegato alla unità 57 di controllo); l’erogazione della coppia motrice generata dalla macchina 27 elettrica viene adeguata per mantenere il lavoro cardiaco ai valori desiderati (sia come aggiunta di assistenza – per la riduzione del lavoro cardiaco – sia come aggiunta di resistenza – per elevare il livello di lavoro cardiaco ed in questo caso il sistema 49 di accumulo viene caricato). Una sesta modalità di funzionamento prevede che la macchina 27 elettrica venga fatta operare come motore fornendo una coppia motrice indipendentemente dal riconoscimento della necessità di assistenza elettrica; il valore della coppia motrice generata dalla macchina 27 elettrica à ̈ selezionabile dal ciclista. Una settima modalità di funzionamento prevede che la macchina 27 elettrica venga fatta operare come generatore indipendentemente dall’azione sulla leva 62 di comando freno generando una coppia frenante di valore impostabile; tale modalità di funzionamento à ̈ adatta a venire utilizzata durante la percorrenza di una discesa lunga per ricaricare il sistema 49 di accumulo in modo da avere a disposizione una riserva di energia elettrica durante la percorrenza di una successiva salita.

In tutte le modalità di funzionamento sopra descritte, la coppia motrice generata dalla macchina 27 elettrica potrebbe in ogni caso venire limitata ad un valore limite che garantisca l’ottenimento di una autonomia desiderata. In altre parole, il ciclista potrebbe impostare una autonomina desiderata (espressa in distanza percorsa o in tempo di utilizzo) e quindi l’unità 57 di controllo in base allo stato di carica del sistema 48 di accumulo determina la potenza erogabile per garantire il raggiungimento dell’autonomia desiderata e dalla potenza erogabile determina la massima coppia motrice generabile.

In tutte le modalità di funzionamento sopra descritte, à ̈ chiaro che la coppia motrice generata dalla macchina 27 elettrica viene istantaneamente annullata (anzi invertita realizzando una frenata rigenerativa) quando viene premuta la leva 62 di comando freno (segnale fornito dal sensore 61 di frenatura).

Nella variante illustrata nelle figure 26-28, à ̈ previsto un ulteriore tendi-catena 66 (che si aggiunge al tendi-catena 24 illustrato in tratteggio) avente la funzione di mantenere la catena 23 adeguatamente in tensione in tutte le condizioni (particolarmente durante la frenata rigenerativa). Il tendi-catena 66 comprende un rullo 67 (normalmente dentato) a contatto con la catena 23 che à ̈ portato da un tubo 7 posteriori orizzontali del telaio 2 mediante un pantografo 68 che viene mantenuto in tensione da una molla 69 di tensionamento. Nella figura 28 si possono vedere gli spostamento laterali del rullo 67 accompagnato dal pantografo 68 per seguire la catena 23 negli spostamenti laterali sui diversi pignoni 21.

La bicicletta 1 sopra descritto presenta numerosi vantaggi. In primo luogo, il posizionamento dei componenti del dispositivo 26 di servoassistenza non influenza negativamente la geometria della bicicletta 1; in particolare, il posizionamento e la disposizione dei componenti del dispositivo 26 di servoassistenza non influenzano i parametri dimensionali di base della bicicletta 1 e quindi non ci sono vincoli all’ottenimento delle caratteristiche geometriche che caratterizzano normalmente le biciclette standard. In questo modo, per realizzare il telaio 2 à ̈ possibile utilizzare tecniche costruttive consolidate ed à ̈ possibile utilizzare la maggioranza di schemi di sospensione normalmente utilizzati nelle biciclette (mountain bikes) commerciali. Inoltre, la taglia del telaio 2 à ̈ facilmente personalizzabile e la posizione e/o postura del ciclista risultano ergonomica (cioà ̈ gradevole, comoda ed adatta a massimizzare l’efficienza del lavoro muscolare) a tutto vantaggio della guidabilità.

Inoltre, il posizionamento dei componenti del dispositivo 26 di servoassistenza non influenza negativamente le caratteristiche inerziali della bicicletta 1, cioà ̈ non influenza negativamente il baricentro ed i momenti di inerzia della bicicletta 1. Il posizionamento dei componenti del dispositivo 26 di servoassistenza permette di portare i loro singoli baricentri il più vicino possibile al baricentro naturale della bicicletta 1. Questo porta ad un comportamento di maneggevolezza e movimentazione analogo a tradizionali biciclette di pari peso, grazie al fatto che distribuzione dei pesi e momenti d’inerzia non cambiano.

Il posizionamento dei componenti del dispositivo 26 di servoassistenza permette di ridurne le dimensioni per il contenimento dei loro singoli pesi, e con geometrie semplici tali da consentire l’uso di materiali leggeri oggi in voga sulle biciclette di alta gamma (alluminio, compositi a fibre di carbonio e/o altri, magnesio, titanio). La non influenza sulle caratteristiche geometriche della bicicletta 1 consente anche di ricorrere ai componenti più leggeri (ruote, organi di trasmissione, forcelle, comandi) già esistenti sul mercato.

Le diverse possibili modalità di funzionamento sono utilizzabili per impostare il più efficiente uso dell’energia elettrica in funzione del desiderio dell’utente, del tipo di percorso, dello stato di carica del sistema 48 di accumulo. Su tratti di percorso con lunghe discese, si può impostare un recupero per inerzia (la sopra descritta settima modalità di funzionamento), che consente di sfruttare la trasformazione di energia potenziale in energia cinetica, e poi in energia elettrica, allo stesso tempo risparmiando l’usura e la sollecitazione termica dei freni. Su lunghe percorrenze, si può limitare l’assistenza elettrica per assicurarne una più lunga autonomia; per una distanza nota, si può impostare un livello di assistenza che distribuisca l’energia elettrica disponibile lungo tutto il percorso.

La possibilità di variare i parametri del livello di assistenza fornita in funzione dello sforzo di pedalata consente di stabilire il livello di esercizio fisico dell’utente. Il possibile collegamento al sensore del cardiofrequenzimetro 65 consente di dosare il livello di assistenza sul lavoro cardiaco in base a soglie desiderate Infine, grazie allo schema di trasmissione col movimento della catena 23 collegato in maniera permanente alla rotazione della ruota 12 posteriore, e la trasmissione per l’assistenza elettrica collegata in maniera permanente alla rotazione della guarnitura 20, fa si che la macchina 27 elettrica trasmetta il suo moto alla ruota 12 posteriore anche tramite i rapporti del cambio (rapporti sia al pignone 21 posteriore che alla guarnitura 20). Questo consente di demoltiplicare o moltiplicare la coppia sia di pedalata che di assistenza elettrica, con la versatilità di adattamento ai percorsi tipica delle biciclette (e quindi non dovendo sovradimensionare il motore elettrico), al contrario delle biciclette ad assistenza elettrica con motore elettrico in collegamento diretto alla ruota e non tramite i rapporti del cambio.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Bicicletta (1) con assistenza elettrica comprendente: un telaio (2) presentante una scatola (13) del movimento centrale e supportante una ruota (10) anteriore ed una ruota (12) posteriore; una trasmissione (14) principale che trasmette una coppia motrice alla ruota (12) posteriore ed à ̈ provvista di un perno (15) del movimento centrale che à ̈ montato girevole attorno ad un asse (16) di rotazione all’interno della scatola (13) del movimento centrale, di una coppia di pedivelle (18) solidali a estremità opposte del perno (15) del movimento centrale, di una guarnitura (20) solidale al perno (15) del movimento centrale, di almeno un pignone (21) posteriore collegato ad un mozzo (22) della ruota (12) posteriore, e di una catena (23) avvolta attorno ad una corona della guarnitura (20) ed al pignone (21) posteriore; ed un dispositivo (26) di servoassistenza provvisto di una macchina (27) elettrica e di una trasmissione (30) secondaria che collega un albero (28) della macchina (27) elettrica alla trasmissione (14) principale; la bicicletta (1) à ̈ caratterizzata dal fatto che: il pignone (21) posteriore à ̈ rigidamente fissato al mozzo (22) della ruota (12) posteriore senza l’interposizione di alcuna ruota libera; tra la guarnitura (20) ed il perno (15) del movimento centrale à ̈ interposta una ruota libera (25) che rende la guarnitura (20) angolarmente solidale al perno (15) del movimento centrale durante la pedalata e rende la guarnitura (20) scollegata dal perno (15) del movimento in assenza di pedalata; e la trasmissione (30) secondaria collega l’albero (28) della macchina (27) elettrica alla guarnitura (20) della trasmissione (14) principale.
2. 2) Bicicletta (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la trasmissione (30) secondaria comprende: una prima ruota (31) dentata che à ̈ solidale all’albero (28) della macchina (27) elettrica; un primo albero (32) internamente cavo che à ̈ coassiale al perno (15) del movimento centrale, à ̈ montato girevole attorno al perno (15) del movimento centrale, e supporta una seconda ruota (34) dentata che ingrana con la prima ruota (31) dentata ed una terza ruota (35) dentata che à ̈ parallela ed affiancata alla seconda ruota (34) dentata; un secondo albero (36) che à ̈ montato girevole attorno ad un asse (37) di rotazione parallelo all’asse (16) di rotazione del perno (15) del movimento centrale e supporta una quarta ruota (39) dentata che ingrana con la terza ruota (35) dentata ed una quinta ruota (40) dentata che à ̈ parallela ed affiancata alla seconda ruota (34) dentata; ed una sesta ruota (41) dentata che à ̈ angolarmente solidale alla guarnitura (20) ed ingrana con la quinta ruota (40) dentata.
3. 3) Bicicletta (1) secondo la rivendicazione 2, in cui la seconda ruota (34) dentata à ̈ disposta dal lato del movimento centrale opposta alla guarnitura (20), mentre la terza ruota (35) dentata à ̈ disposta dal lato del movimento centrale della guarnitura (20).
4. 4) Bicicletta (1) secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la quinta ruota (40) dentata à ̈ assialmente scorrevole per venire innestata o disinnestata dalla sesta ruota (41) dentata in modo tale da accoppiare la trasmissione (30) secondaria alla guarnitura (20) solo quando si vuole utilizzare la macchina (27) elettrica.
5. 5) Bicicletta (1) secondo la rivendicazione 1, in cui la trasmissione (30) secondaria comprende: un rotismo (43) epicicloidale che riceve il moto direttamente dall’albero (28) della macchina (27) elettrica; una quinta ruota (40) dentata che riceve il moto dal rotismo (43) epicicloidale; ed una sesta ruota (41) dentata che à ̈ angolarmente solidale alla guarnitura (20) ed ingrana con la quinta ruota (40) dentata.
6. 6) Bicicletta (1) secondo la rivendicazione 5, in cui il rotismo (43) epicicloidale comprende: un solare (44) che à ̈ solidale all’albero (28) della macchina (27) elettrica; una corona (45) a dentatura interna che à ̈ fissa ed à ̈ solidale ad una carcassa della macchina (27) elettrica; una serie di satelliti (46) che ingranano internamente con il solare (44) ed esternamente con la corona (45); ed un portratreno (47) che supporta i satelliti (46) ed à ̈ solidale alla quinta ruota (40) dentata.
7. 7) Bicicletta (1) secondo la rivendicazione 1, in cui: la macchina (27) elettrica e la trasmissione (30) secondaria sono coassiali all’asse (16) di rotazione del perno (15) del movimento centrale e sono entrambe centralmente forate e cave per permettere il passaggio al loro interno del perno (15) del movimento centrale; e la trasmissione (30) secondaria comprende un rotismo (43) epicicloidale che riceve il moto direttamente dall’albero (28) della macchina (27) elettrica e trasmette il moto direttamente alla guarnitura (20).
8. 8) Bicicletta (1) secondo la rivendicazione 7, in cui il rotismo (43) epicicloidale comprende: un solare (44) che à ̈ solidale all’albero (28) della macchina (27) elettrica; una corona (45) a dentatura interna che à ̈ fissa ed à ̈ solidale ad una carcassa della macchina (27) elettrica; una serie di satelliti (46) che ingranano internamente con il solare (44) ed esternamente con la corona (45); ed un portratreno (47) che supporta i satelliti (46) ed à ̈ solidale alla guarnitura (20) mediante un elemento (48) di collegamento rigido.
9. 9) Bicicletta (1) secondo la rivendicazione 8, in cui la scatola (13) del movimento centrale alloggia al suo interno il dispositivo (26) di servoassistenza, cioà ̈ la macchina (27) elettrica e la trasmissione (30) secondaria.
10. 10) Bicicletta (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui il dispositivo (26) di servoassistenza comprende un sistema (49) di accumulo, il quale à ̈ atto ad immagazzinare energia elettrica e comprende una serie di dispositivi (50) di accumulo che sono disposti all’interno di cavità centrali di un tubo (4) obliquo e/o di un tubo (5) di piantone del telaio (2).