ES2454590T3 - Bicicleta con asistencia eléctrica y unidad adaptada para uso en bicicleta con asistencia eléctrica y capaz de montarse en un cuadro de bicicleta - Google Patents

Abstract

Una unidad (11) para una bicicleta asistida por potencia que se puede montar en un cuadro de bicicleta, incluyendo al menos: un piñón (2) que puede girar para transmitir una fuerza de pedaleo a una rueda motriz (22); un medio de salida de potencia electromotriz (37) para proporcionar potencia electromotriz para complementar la fuerza de pedaleo a enviar desde su eje de salida (37a); un mecanismo de engranaje (40) acoplado a dicho eje de salida (37a); un engranaje de asistencia (30) acoplado con dicho mecanismo de engranaje (40); y un medio acoplador (123) para acoplar dicho engranaje de asistencia (30) coaxialmente con dicho piñón (2), estando acoplados todos sus componentes en una base común (50), caracterizándose dicha unidad (11) porque: dicho medio de salida de potencia electromotriz (37) y dicho mecanismo de engranaje (40) están montados fijamente en dicha base común (50), mientras que dicho piñón (2) y dicho engranaje de asistencia (30) están montados rotacionalmente en dicha base común (50); dicho medio de salida de potencia electromotriz (37) y al menos una parte de dicho mecanismo de engranaje (40) están alojados en un alojamiento (13), estando dicho alojamiento (13) unido o formado integralmente con dicha base común (50).

Description

Bicicleta con asistencia eléctrica y unidad adaptada para uso en bicicleta con asistencia eléctrica y capaz de montarse en un cuadro de bicicleta

Campo técnico

La presente invención se refiere a una bicicleta asistida por potencia que puede avanzar con una fuerza de pedaleo complementada con una potencia electromotriz y también a una unidad para una bicicleta asistida por potencia que se puede montar en un cuadro de una bicicleta.

Antecedentes de la invención

La bicicleta asistida por potencia que puede avanzar con una fuerza de pedaleo complementada con una potencia electromotriz está provista por lo general de un mecanismo de combinación de fuerza para combinar la fuerza de pedaleo con la potencia electromotriz. Como ejemplo de dicho mecanismo de combinación de fuerza, se ha desarrollado un tipo de bicicleta asistida por potencia equipada con un mecanismo de combinación de fuerza como el descrito en la Publicación de Patente japonesa número 2002-362468. Dicha bicicleta asistida por potencia incluye: un piñón 2 que puede girar para transmitir una fuerza de pedaleo a una rueda motriz; un engranaje de asistencia 30 que es rotativo coaxialmente con el piñón 2; una unidad de accionamiento operable para enviar potencia electromotriz en respuesta a la fuerza de pedaleo en una condición predeterminada; un piñón de potencia 33 que es movido rotacionalmente por la potencia electromotriz de salida; y una cadena de asistencia 32 que se extiende a través del engranaje de asistencia 30 y el piñón de potencia 33, como se ilustra en la figura 3 de la publicación de patente antes citada. Esta tecnología proporciona la ventaja de una flexibilidad incrementada de forma significativa en la instalación del mecanismo de combinación de fuerza, eliminando de hecho la necesidad de un cuadro especial para su instalación.

US 2005/0167226 describe una bicicleta asistida por potencia con un embrague unidireccional que también se puede usar como un medio de detección de par. El documento US 2005/0167226 describe la técnica anterior más próxima según el preámbulo de la reivindicación 1.

US 5.749.429 describe un aparato de asistencia de potencia de una bicicleta asistida por potencia que incluye un eje de manivela a mover en rotación por una fuerza de pedaleo, un motor eléctrico para generar una potencia de asistencia, un dispositivo de combinación de fuerza para combinar la fuerza de pedaleo y su fuerza de asistencia en un lado de rueda motriz y al mismo tiempo para generar dos fuerzas componentes de empuje que tienen una magnitud proporcional a la fuerza de pedaleo y la potencia de asistencia, un detector de diferencia de magnitud de fuerza componente de empuje para detectar la diferencia de magnitud entre las dos fuerzas componentes de empuje, y un controlador para controlar una salida del motor eléctrico con el fin de poner la diferencia de magnitud a “0” y a una diferencia de magnitud opcional en base a una entrada del detector de magnitud de fuerza componente de empuje.

EP 1.306.297 proporciona una unidad de potencia para una bicicleta asistida por motor en la que un motor de asistencia eléctrica está montado en una caja soportada por un cuadro al mismo tiempo que soporta rotativamente un eje de manivela que tiene pedales de manivela en sus dos extremos.

US 6.152.249 presenta una bicicleta con asistencia eléctrica donde un dispositivo de accionamiento eléctrico está compuesto por un motor plano instalado en una envuelta y un reductor de armónicos; el cuerpo de envuelta y una batería de almacenamiento están fijados en el medio del cuadro; un eje central cruza el motor plano y el reductor de armónicos, y puede girar con relación a ellos; y el motor plano está conectado con un dispositivo de transmisión de potencia a través del reductor de armónicos.

JP2004-001735 describe un dispositivo de asistencia de fuerza motriz incluyendo un elemento de fijación fijado en un husillo de accionamiento de potencia humana; un elemento de rotación acoplado con el elemento de fijación a través de un elemento elástico y que gira el husillo de accionamiento de potencia humana; un elemento móvil movido en la dirección axial del husillo de accionamiento de potencia humana guiado por una ranura de guía formada en el elemento de rotación cuando gira conjuntamente con el elemento de fijación; y un elemento detector para detectar una cantidad de movimiento en una dirección axial del elemento móvil.

Descripción de la invención

Problemas a resolver con la invención

Sin embargo, el mecanismo de combinación de fuerza según la técnica anterior indicada anteriormente, en el que se disponen un componente principal de un sensor de fuerza de pedaleo y una unidad de accionamiento auxiliar como unidades estructuralmente separadas, todavía tiene espacio para mejora al construir un mecanismo simplificado y una instalación más fácil del mismo mecanismo en el cuadro. La presente invención se ha realizado en el contexto

indicado anteriormente, y así su objeto es proporcionar un mecanismo simplificado de asistencia de potencia útil en la bicicleta asistida por potencia y facilitar la instalación del mismo mecanismo en el cuadro de bicicleta.

Medio para resolver los problemas

Para resolver el problema indicado anteriormente, un aspecto de la presente invención se refiere a una unidad para una bicicleta asistida por potencia que se puede montar en el cuadro de una bicicleta. Dicha unidad incluye al menos: un piñón que puede girar para transmitir una fuerza de pedaleo a una rueda motriz; un medio de salida de potencia electromotriz para proporcionar potencia electromotriz para complementar la fuerza de pedaleo a enviar desde su eje de salida; un mecanismo de engranaje acoplado a dicho eje de salida; un engranaje de asistencia marcado con dicho mecanismo de engranaje; y un medio acoplador para acoplar el engranaje de asistencia coaxialmente con dicho piñón, estando acoplados todos sus componentes en una base común, dicho medio de salida de potencia electromotriz y dicho mecanismo de engranaje están montados fijamente en dicha base común, mientras que dicho piñón y dicho engranaje de asistencia están montados rotacionalmente en dicha base común; y dicho medio de salida de potencia electromotriz y al menos una parte de dicho mecanismo de engranaje están alojados en un alojamiento, estando dicho alojamiento unido o formado integralmente con dicha base común.

Según otro aspecto, la presente invención proporciona una bicicleta asistida por potencia que puede avanzar con una fuerza de pedaleo complementada con una potencia electromotriz, incluyendo dicha unidad. Preferiblemente, la bicicleta asistida por potencia de la presente invención puede incluir un elemento elástico dispuesto entremedio en un recorrido de transmisión de potencia motriz del engranaje de asistencia, el medio acoplador y el piñón. Por ejemplo, el elemento elástico se puede disponer en una región de enganche donde al menos uno del piñón y el engranaje de asistencia puede enganchar con un pasador. Un medio acoplador ejemplar incluye un pasador montado extendiéndose a través del engranaje de asistencia y el piñón en una dirección de su grosor. Preferiblemente, el engranaje de asistencia puede ser soportado para movimiento rotacional mediante un soporte independientemente del piñón.

Según la presente invención, dado que el medio de salida de potencia electromotriz proporciona una salida de una potencia electromotriz en respuesta a una fuerza de pedaleo en una condición predeterminada, la potencia electromotriz puede ser transmitida mediante el mecanismo de engranaje al engranaje de asistencia con el fin de accionar dicho engranaje de asistencia para que gire. La potencia electromotriz transmitida al engranaje de asistencia también se transmite mediante el medio acoplador, tal como el pasador o análogos, y en realizaciones mediante el medio elástico al piñón. El piñón puede transmitir una fuerza combinada de la fuerza de pedaleo con la potencia electromotriz a la rueda motriz.

Según la presente invención, el medio de salida de potencia electromotriz y el mecanismo de engranaje están montados fijamente en una base común, mientras que el piñón y el engranaje de asistencia están montados rotacionalmente en la base común. Según esto, el medio de salida de potencia electromotriz y el mecanismo de combinación de fuerza pueden estar incorporados integralmente en una sola unidad, facilitando por ello la instalación de la unidad en el cuadro. Además, la unidad se puede instalar en cualesquiera tipos de cuadro de manera más flexible modificando de forma adaptativa la base común.

Preferiblemente, el medio de salida de potencia electromotriz y al menos una parte del mecanismo de engranaje están alojados en un alojamiento, y el alojamiento está unido o formado integralmente con la base común.

El mecanismo de engranaje, en un ejemplo preferido, puede incluir un primer engranaje que puede operar en asociación con el eje de salida del medio de salida de potencia electromotriz; un segundo engranaje para reducción de velocidad que puede acoplar con el primer engranaje; y un tercer engranaje que está acoplado coaxialmente con el segundo engranaje y puede acoplar con el engranaje de asistencia.

Como se ha indicado anteriormente, dado que las realizaciones de la presente invención permiten lograr la transmisión de potencia motriz desde el engranaje de asistencia al piñón por medio del pasador, se puede reducir por lo tanto el número de piezas, lo que ayuda a simplificar el mecanismo, y además lograr la estructura destinada a la instalación más fácil en el cuadro. Además, dado que el elemento elástico se puede disponer entremedio en el recorrido de transmisión de potencia motriz del engranaje de asistencia, el medio acoplador y el piñón, se puede lograr por lo tanto una transmisión de potencia motriz significativamente suave.

Además, una bicicleta asistida por potencia según otro modo de la presente invención incluye además un eje de accionamiento que puede girar por aplicación de la fuerza de pedaleo, donde el eje de accionamiento se soporta rotativamente en la base común. En este aspecto, el eje de accionamiento se aloja en un alojamiento de eje, que preferiblemente está unido o formado integralmente con la base común. En este caso, el cuadro de la bicicleta asistida por potencia puede tener preferiblemente un agujero de eje a través del que se extiende el alojamiento de eje. Es decir, el alojamiento de eje puede estar configurado de manera que se extienda a través del agujero de eje formado en la bicicleta asistida por potencia. Esta disposición que permite que el alojamiento de eje se extienda a través del agujero de

eje puede facilitar el montaje y el desmontaje de la unidad integral que consta del medio de salida de potencia electromotriz y el mecanismo de combinación de fuerza en/del cuadro.

Además, en una bicicleta asistida por potencia según otro modo de la presente invención, el piñón se monta en el eje de accionamiento mediante un embrague unidireccional, que puede funcionar para transmitir solamente un movimiento rotacional en una dirección por una fuerza de pedaleo aplicada al eje de accionamiento al piñón. En este modo, preferiblemente, la bicicleta asistida por potencia puede incluir un medio de detección para determinar una cantidad física para el embrague unidireccional que varía en respuesta a la fuerza de pedaleo, y un medio de control para controlar la potencia electromotriz en base a al menos la cantidad física determinada por el medio de detección. Esta disposición permite incorporar dentro de una sola unidad no solamente el medio de salida de potencia electromotriz y el medio de combinación de fuerza, sino también el medio de detección de fuerza de pedaleo, en conjunto en un mecanismo simple.

Por otra parte, el engranaje de asistencia puede ir montado preferiblemente en la base común mediante un cojinete para movimiento rotacional. Esta disposición permite transmitir la potencia electromotriz al piñón de manera estable.

Estos y otros objetos y ventajas de la presente invención se entenderán más claramente haciendo referencia a una realización preferida de la presente invención descrita más adelante.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista esquemática de una bicicleta asistida por potencia según la presente invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de control de una bicicleta asistida por potencia de la presente invención.

La figura 3 es una ilustración de una unidad a montar en una bicicleta asistida por potencia según una realización de la presente invención, donde (a) representa una vista en alzado lateral y (b) representa una vista en sección transversal de la unidad, respectivamente.

La figura 4 es un dibujo esquemático para ilustrar los pasos secuenciales de un procedimiento para instalar una unidad según una realización de la presente invención en un cuadro de bicicleta, donde (a) representa una vista en perspectiva de la unidad que ha sido instalada en el cuadro de bicicleta, según se ve desde la derecha. (b) es una vista ampliada de la unidad representada en la figura 4(a). (c) es una vista en perspectiva de la unidad antes de la instalación en el cuadro de bicicleta. (d) es una vista en perspectiva de la unidad con una parte de ella montada en el cuadro de bicicleta. (e) es una vista en perspectiva de la unidad que se ha fijado al cuadro de bicicleta. Y (f) representa una vista en perspectiva de la unidad que se ha instalado en el cuadro de bicicleta, según se ve desde la izquierda, respectivamente.

La figura 5 es una vista en perspectiva despiezada de un embrague unidireccional representado en la figura 3.

La figura 6 es un diagrama que representa una condición de acoplamiento entre un diente y un trinquete de un embrague unidireccional (engranaje de trinquete) para ilustrar un principio de detección de fuerza de pedaleo en una bicicleta asistida por potencia de la presente invención.

Y la figura 7 presenta ejemplos de un medio antirrotación para evitar la rotación relativa de un trinquete con respecto a un eje de accionamiento, donde la figura 7(a) es una vista superior que ilustra una configuración general de una acanaladura del tipo de bola, la figura 7(b) un tipo de llave de lengüetas y la figura 7(c) un tipo de llave de ranura, respectivamente.

Realización de la invención

A continuación se describirá una realización preferida de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos.

La figura 1 representa en general una bicicleta asistida por potencia 1 según una primera realización de la presente invención. Como se ilustra, esta bicicleta asistida por potencia 1, al igual que las bicicletas ordinarias, tiene una estructura esquelética principal incluyendo un cuadro 3 hecho de tubos metálicos, cuadro 3 en el que se monta una rueda delantera 20, una rueda trasera 22, un manillar de dirección 16, un sillín 18 y otros en una configuración conocida.

Además, un eje de accionamiento 4 se soporta en una porción inferior media del cuadro 3 de manera que sea rotativo, y pedales 8L, 8R están montados en los extremos izquierdo y derecho del eje 4 mediante barras de manivela 6L, 6R, respectivamente. En dicho eje de accionamiento 4 va montado concéntricamente un piñón 2 mediante un embrague unidireccional (como se describirá más tarde y designado con 99 en la figura 3) operable para transmitir solamente un movimiento rotacional en la dirección R correspondiente a una dirección de marcha hacia delante de la bicicleta. Una

cadena rotativa sinfín 12 se extiende a través del piñón 2 y un mecanismo de accionamiento de rueda trasera 10 dispuesto en el centro de la rueda trasera 22.

La bicicleta asistida por potencia 1 en la realización ilustrada controla la bicicleta con el fin de asistir una fuerza de pedaleo en base a una relación de asistencia (potencia auxiliar/fuerza de pedaleo) determinada a partir de al menos la velocidad de marcha de la bicicleta y la fuerza de pedaleo. En esta realización, el control de la bicicleta asistida por potencia y la operación de combinación de fuerza de la potencia electromotriz con la fuerza de pedaleo puede ser efectuado por una unidad 11 prevista como un mecanismo de asistencia de potencia.

La figura 2 ilustra esquemáticamente un sistema de control de la bicicleta asistida por potencia 1. El sistema de control de la bicicleta asistida por potencia 1 en esta realización incluye un solo microordenador 14 para proporcionar un control general en cada proceso electrónico a través de la bicicleta, un motor eléctrico 37 al que se puede aplicar el control PMW, un circuito amplificador 15 conectado directamente al microordenador 14 para amplificar la potencia eléctrica de señales de control procedentes del mismo y una batería 17 conectada con el circuito amplificador 15 para suministrar potencia al motor eléctrico 37.

El microordenador 14 puede tener entradas que constan, al menos, de una señal de velocidad de giro para calcular la velocidad de avance de la bicicleta y señales de extensímetro 1 y 2 para calcular la fuerza de pedaleo. El medio para generar tales señales se explicará más adelante. El microordenador 14 ejecuta las operaciones electrónicas, puesto que calcula la velocidad de avance y la fuerza de pedaleo a partir de las señales de entrada y determina la relación de asistencia según un algoritmo predeterminado. El microordenador 14 envía entonces secuencialmente instrucciones PWM correspondientes a la potencia motriz auxiliar con el fin de ordenar al motor eléctrico 37 que genere la potencia motriz auxiliar correspondiente a la relación de asistencia.

Volviendo ahora a las figuras 3(a) y (b), se explicará la unidad 11 que sirve como el mecanismo de asistencia de potencia en la bicicleta asistida por potencia 1.

La unidad 11 representada en las figuras 3(a) y (b) incluye un engranaje de asistencia 30 acoplado coaxialmente con el piñón 2, el motor eléctrico 37 para enviar potencia electromotriz y un mecanismo de engranaje 40 para transmitir la potencia electromotriz desde un eje de salida 37a del motor eléctrico al engranaje de asistencia 30 por medio de un sistema de engranajes. Consiguientemente, cuando el motor eléctrico 37 es movido en revolución, su par es suministrado por medio del mecanismo de engranaje 40 al engranaje de asistencia, que, a su vez, transmite el par al piñón 2, que está montado fijamente con respecto al engranaje de asistencia 30 y se hace girar por la fuerza de pedaleo. Así, se puede llevar a cabo la combinación de la fuerza de la potencia motriz auxiliar con la fuerza de pedaleo.

El mecanismo de engranaje 40 incluye un primer engranaje 38 que puede operar en asociación con el eje de salida 37a del motor eléctrico 37, un segundo engranaje 42 para reducción de velocidad que puede acoplar con el primer engranaje 38; y un tercer engranaje 45 que está acoplado coaxialmente con el segundo engranaje 42 y puede acoplar con el engranaje de asistencia 30.

Se ha de indicar que lo que se denomina un embrague unidireccional (no representado), diseñado para transmitir potencia motriz solamente en una dirección, está dispuesto entremedio en el recorrido de transmisión de la potencia motriz auxiliar desde el motor eléctrico 37 al engranaje de asistencia 30. Dicho embrague unidireccional está configurado y conectado de manera que transmita la potencia motriz auxiliar desde el motor eléctrico 37 al engranaje de asistencia 30, pero que no transmita ningún par en la dirección opuesta, o la dirección desde el engranaje de asistencia 30 al motor eléctrico 37. Cuando el motor eléctrico 37 no esté en revolución, la carga rotacional del motor no se podrá transmitir al engranaje de asistencia 30 por el embrague unidireccional, como se ha descrito anteriormente aunque no se representa, lo que quiere decir que se puede lograr una marcha con carreras pequeñas.

El piñón 2, el engranaje de asistencia 30, el motor eléctrico 37 y el mecanismo de engranaje 40 están montados en una base común 50. Además, el motor eléctrico 37 y todo el conjunto del mecanismo de engranaje 40 están fijados fijamente a la base común 50 de manera que no se puedan mover con respecto a ella. Además, el motor eléctrico 37 así como los engranajes primero y segundo 38 y 42 del mecanismo de engranaje 40 están cubiertos con el alojamiento de accionamiento 13. El alojamiento de accionamiento 13 está unido o formado integralmente con la base común 50.

El piñón 2 está montado en la base común 50 en el eje de accionamiento 4 mediante un embrague unidireccional 99 de manera que pueda girar. El embrague unidireccional 99 solamente puede transmitir el movimiento rotacional aplicado al eje de accionamiento 4 en la dirección de marcha hacia delante al piñón 2, como se describirá más adelante. El eje de accionamiento 4 se soporta dentro del alojamiento de eje 52 de manera que sea rotativo, y el alojamiento de eje 52 se fija al cuadro 80 cuando se inserta en el agujero de eje 80 formado a través del cuadro. El alojamiento de eje 52 está unido o formado integralmente con la base común 50.

El piñón 2 y el engranaje de asistencia 30, en el caso de emplear pasadores 123 (figura 3(a)), están acoplados coaxialmente uno a otro en tres posiciones separadas cada 120 grados. Esto permite que la potencia electromotriz

transmitida al engranaje de asistencia 30 también se transmita mediante los pasadores 123 al piñón 2. Los pasadores 123 están montados extendiéndose a través del engranaje de asistencia 30 y el piñón 2 en la dirección de su grosor, como se representa en la figura 3(b). En los ejemplos representados en la figura 3(b), una porción de pata del pasador 123 está insertada en una abertura del engranaje de asistencia 30 y fijada en ella, mientras que una porción de cabeza del pasador 123 se extiende a través de un agujero formado a través del piñón 2, teniendo la punta del pasador 123 un diámetro mayor que el del agujero, evitando por ello que el pasador pase a través del agujero.

Un elemento elástico 129 hecho de caucho o análogos también está dispuesto alrededor de las porciones de cabeza y eje del pasador 123. Específicamente, el elemento elástico está dispuesto en una región de enganche entre el piñón 2 y el pasador 123. Con la provisión del elemento elástico, cualesquiera comportamientos desiguales del engranaje de asistencia 30 o el piñón 2 podrían ser absorbidos, de modo que la potencia motriz pueda ser transmitida muy suavemente entre el engranaje de asistencia 30 y el piñón 2.

Se ha de indicar que el medio acoplador entre el piñón 2 y el engranaje de asistencia 30 no se limita al pasador aquí ilustrado. Por ejemplo, se puede usar un perno, o la porción de pata del pasador 123 se puede formar integralmente con el engranaje de asistencia 30. Además, el elemento elástico 129 se puede disponer en cualesquiera posiciones en el recorrido de transmisión de potencia motriz entre el engranaje de asistencia 30 y el pasador 123 y el piñón 2. Por ejemplo, se puede disponer un solo o cualesquiera elemento(s) elástico(s) adicional(es) 129 en la(s) región(es), tal como la región de enganche entre el engranaje de asistencia 30 y el pasador 123.

Además, el engranaje de asistencia 30 está montado en la base común 50 para movimiento rotacional mediante un cojinete 70 independientemente del piñón 2. Esta disposición facilita una transmisión de potencia motriz más estable desde el engranaje de asistencia 30 al piñón 2.

Como se ha indicado anteriormente, según la realización ilustrada, es posible construir una sola unidad 11 incorporada con todos los componentes requeridos para una bicicleta asistida por potencia montando el piñón 2, el engranaje de asistencia 30, el motor eléctrico 37, el mecanismo de engranaje 40 y el eje de accionamiento 4 en la base común 50, montando al mismo tiempo el circuito del sistema de control como se representa en la figura 2 y un sensor de pedaleo como se describirá más adelante en el alojamiento de accionamiento 13 y dentro del embrague unidireccional 99a, respectivamente. Por lo tanto, se puede realizar el mecanismo de asistencia de potencia, como una unidad completa en una estructura simplificada, y dicha unidad puede facilitar la instalación de la unidad 11 en el cuadro. Se entenderá fácilmente que la unidad 11 se puede preparar para instalación en cualesquiera tipos del cuadro modificando la base común de forma adaptativa.

Los pasos secuenciales de un procedimiento para instalar una unidad 11 según la presente invención en un cuadro de bicicleta se describen con referencia a la figura 4. La figura 4(a) representa una vista en perspectiva de la unidad 11 que se ha instalado en el cuadro de bicicleta, según se ve desde la derecha; la figura 4 (b) representa una vista ampliada de la unidad 11 como se representa en la figura 4(a); y la figura 4(f) representa una vista en perspectiva de la unidad que se ha instalado en el cuadro de bicicleta, según se ve desde la izquierda, respectivamente.

Inicialmente, el eje de accionamiento 4 (cubierto por el alojamiento de eje 52) de la unidad 11 se inserta desde el extremo del agujero de eje 80 en la dirección que indica la flecha, como se representa en la figura 4(c). A continuación, la unidad 11 se inserta más, hasta que las puntas del eje de accionamiento 4 y el alojamiento de eje 52 salgan por el agujero de eje 80 en el lado opuesto, y se monta un adaptador 82 y un sujetador 84 alrededor de las porciones de punta sobresalientes, como se representa en la figura 4(d). Además, la unidad 11 puede recibir previamente una porción elevada con agujeros de perno para enganche roscado formados en sus dos extremos, mientras que el cuadro se puede facilitar previamente con un par de lengüetas que tengan agujeros de perno formados a su través, respectivamente, y que se extiendan en paralelo, y en el paso de la figura 4(b), dicha porción elevada se puede colocar entre dicho par de lengüetas con agujeros de perno alineados.

Finalmente, el sujetador 84 se fija sobre las porciones de punta del eje de accionamiento 4 y el alojamiento de eje 52 para colocación fija, mientras que una porción de punta del adaptador 82, que se fijará simultáneamente con el sujetador 84, se fija externamente a la unidad 11 por medio de pernos, como se representa en la figura 4(c). Además, se enroscan pernos en los agujeros de perno para enganche roscado desde ambos extremos con el fin de fijar la porción elevada colocada entre el par de lengüetas. Así, la unidad 11 se puede instalar fiable y fácilmente en el cuadro.

Mecanismo de detección de fuerza de pedaleo

Un mecanismo de detección de fuerza de pedaleo para enviar señales de extensímetro 1 y 2 a introducir en el microordenador 14 se describirá con referencia a las figuras 3 a 7. El mecanismo de detección de fuerza de pedaleo según la realización ilustrada puede detectar una deformación que variará en asociación con cualquier deformación del embrague unidireccional 99 en respuesta a la fuerza de pedaleo.

El piñón 2 se soporta en el eje de accionamiento 4 mediante el embrague unidireccional 99, como se representa en la figura 3(b). El embrague unidireccional 99 incluye un bloque de gatillos 100 y un bloque de dientes 112 como se representa en la figura 5.

El bloque de gatillos 100 tiene tres gatillos de trinquete 102 espaciados equiangularmente a lo largo de su dirección circunferencial en su lado de segunda superficie de enganche 110. Dicho gatillo de trinquete 102 está formado por un elemento rígido y se puede mover rotacionalmente alrededor de un eje que se extiende aproximadamente a lo largo del diámetro de la segunda superficie de enganche 110. El gatillo de trinquete 102 es empujado por un muelle de elevación de gatillo 104, de modo que el gatillo de trinquete 102, cuando esté libre de cualquier fuerza externa, se eleve de tal manera que su dirección longitudinal forme un ángulo predeterminado con respecto a la segunda superficie de enganche 110 (en una orientación de equilibrio 160 según se ve en la figura 6. Como se ilustra en la figura 6, cuando el gatillo de trinquete 102 es desviado hacia arriba “a” o hacia abajo “b” de la orientación de equilibrio 160, el muelle de elevación de gatillo 104 aplica una pequeña fuerza elástica al gatillo de trinquete 102 para compensar el empuje al objeto de poner de nuevo el trinquete 102 en la orientación de equilibrio 160.

Además, se ha formado un agujero de bloque de gatillos 106 en una región central del bloque de gatillos 100 para recibir el eje de accionamiento 4, y este agujero de bloque de gatillos 106 se extiende más a través de una porción cilíndrica 103 que sobresale de una superficie trasera 101 del bloque de gatillos 100. En la superficie trasera 101, se ha formado una ranura circular 155 (figura 3(b)) en una periferia exterior de la porción cilíndrica 103 y un número de bolas de acero 152 están montadas rotacionalmente en la ranura circular 155. Dichos componentes proporcionan en asociación, en la superficie trasera 101, un mecanismo de soporte que sirve para soportar una carga en la dirección axial además de servir como un soporte deslizante.

Un muelle de disco cónico 124 está montado sobre la porción cilíndrica 103 y a tope con la superficie trasera 101 del bloque de gatillos 100, extendiéndose la porción cilíndrica 103 a través de un agujero central 127 del muelle de disco cónico 124. Como tal, el muelle de disco cónico 124 se coloca en contacto deslizante con la superficie trasera 101 mediante la pluralidad de bolas de acero 152 o el elemento de soporte de carga en una dirección tal que el muelle de disco cónico 124 pueda resistir elásticamente la presión del bloque de gatillos 100. Un par de extensímetros 126 está dispuesto en una superficie del muelle de disco cónico 124, cada uno en una posición orientada de manera opuesta a 180 grados uno de otro en relación física. Dichos extensímetros 126 están conectados eléctricamente al microordenador 14 mediante cables 128. Más preferiblemente, se puede disponer tres o un mayor número de extensímetros en el muelle de disco cónico 124. En este caso, preferiblemente, se puede colocar una pluralidad de extensímetros en relación rotacionalmente simétrica uno con otro en la superficie del muelle de disco cónico 124.

El muelle de disco cónico 124 se aloja en una porción interior inferior 132 de un soporte en forma de cuenco 130. El soporte 130 incluye un agujero de soporte 133 a través del que se extiende el eje de accionamiento y una porción cilíndrica de soporte 134 que sobresale de su superficie trasera. Esta pared interior de la porción cilíndrica de soporte 134 engancha con un soporte 138 (véase la figura 3(b)) que sirve para soportar cargas tanto axiales como radiales, y el soporte 138 es bloqueado por una rampa de tope 144 formada en el eje de accionamiento 4. Igualmente, el eje de accionamiento 4, en el lado opuesto, está montado con un soporte 139 (véase la figura 4(b)), y así el eje de accionamiento 4 puede ser rotativo con respecto al cuerpo de la bicicleta.

Se ha formado primeras ranuras antirrotación 108 en cuatro posiciones en una pared interior del agujero de bloque de gatillos 106 y que se extienden en la dirección axial 5. El eje de accionamiento 4 incluye segundas ranuras antirrotación 140 en cuatro posiciones en su porción de pared exterior, que se pone en contacto deslizante con la pared interior del agujero de bloque de gatillos 106, de tal manera que las segundas ranuras antirrotación se extiendan en la dirección axial 5 de manera que miren a las primeras ranuras antirrotación 108. Según se ve en la figura 7(a), la primera ranura antirrotación 108 y la segunda ranura antirrotación 140 opuestas definen en asociación un canal cilíndrico que se extiende en la dirección axial, en el que se han colocado varias bolas de acero 150 y por ello ocupan el espacio dentro del canal. Esta disposición permite que el bloque de gatillos 100 se desplace sobre el eje de accionamiento 4 a lo largo de la dirección axial 5 con un mínimo de resistencia de rozamiento entre ellos, evitando al mismo tiempo el movimiento rotacional del bloque de gatillos con relación al eje de accionamiento 4. Esto proporciona una acanaladura del tipo de bola, pero se puede aplicar otras formas de acanaladura de bola, por ejemplo, una acanaladura de bola de rotación sinfín, como dicho medio antirrotación deslizante.

Es posible usar otros medios distintos de la acanaladura de bola como se representa en la figura 7(a) para montar el bloque de gatillos 100 en el eje de accionamiento 4. Por ejemplo, se puede aplicar una estructura, denominada del tipo de llave y acanaladura, compuesta de un saliente que se extiende axialmente 140a dispuesto en el eje de accionamiento 4 y una tercera ranura antirrotación 108a formada en el bloque de gatillos 100 para acomodar dicho saliente 140a como se representa en la figura 7(b) para el medio antirrotación. Se ha de indicar que en la figura 7(b), el saliente 140a se puede disponer en el bloque de gatillos 100 y la tercera ranura antirrotación 108a en el eje de accionamiento 4. Además, otra estructura, denominada del tipo de llave y ranura, compuesta de una cuarta ranura antirrotación 108b que se extiende axialmente y una quinta ranura antirrotación opuesta 140b formada en el lado del bloque de gatillos 100 y el lado del eje de accionamiento 4, respectivamente, y también se puede aplicar una chapa de llave montada

en una ranura rectangular definida por dichas ranuras pareadas como se representa en la figura 7(c) para el medio antirrotación.

Se ha formado una pluralidad de dientes de trinquete 114 en una primera superficie de enganche 121 del bloque de dientes 112 para enganche con los gatillos de trinquete 102. Los dientes de trinquete 114 están compuestos por rampas relativamente pronunciadas 118 y rampas relativamente moderadas 116 con respecto a la primera superficie de enganche 121, que están dispuestas alternativa y periódicamente en la dirección circunferencial de dicho bloque de dientes.

El bloque de dientes 112 se soporta sobre el eje de accionamiento 4 mediante un aro 111 interpuesto entremedio de manera que pueda contactar deslizantemente con el eje de accionamiento 4, con su primera superficie de enganche 121 colocada mirando a la segunda superficie de enganche 110 del bloque de gatillos 100. Entonces, los gatillos de trinquete 102 y los dientes de trinquete 112 se pueden acoplar uno a otro (figura 6). Esto quiere decir que el eje de accionamiento 4 se puede acoplar operativamente con el bloque de dientes 112 exclusivamente mediante el enganche entre los gatillos de trinquete 102 y los dientes de trinquete 112. Se ha montado una arandela 122 (figura 3(b)) sobre la porción de extremo 142 del eje de accionamiento 4 que ha pasado a través de un agujero de bloque de dientes 120 mediante el aro 111 con el fin de evitar que el bloque de dientes 112 se disloque hacia fuera en la dirección axial. El bloque de dientes 112 está montado con un piñón 2 de manera estacionaria mediante los pasadores 123 (figura 3(b)), y además, las puntas del eje de accionamiento 4 están montadas con ejes de pedal 146. El engranaje de trinquete se monta así completamente, pudiendo operar para conectar el eje de accionamiento 4 con el piñón 2 con el fin de transmitir al piñón 2 solamente el movimiento rotacional por la fuerza de pedaleo en la dirección de marcha hacia delante de la bicicleta.

Preferiblemente, se puede interponer un muelle 136 para compensación entre la rampa de tope 144 y la superficie trasera 101 del bloque de gatillos 100. Este muelle 136 de compensación puede empujar el bloque de gatillos 100 en la dirección axial con el fin de crear cierta holgura entre las bolas de acero 152 alojadas en la superficie trasera 101 y el muelle de disco cónico 124 cuando la fuerza de pedaleo esté por debajo del valor predeterminado (por ejemplo, una fuerza de pedaleo sustancialmente próxima a cero).

Ahora se describirá la operación del mecanismo de detección de fuerza de pedaleo del sujeto.

Cuando un motorista ejerce una fuerza de pedaleo en el pedal 8R, 8L (figura 1) para hacer que el eje de accionamiento 4 gire en la dirección de marcha hacia delante del cuerpo de la bicicleta, dicha fuerza rotacional es transmitida al bloque de gatillos 100 que se soporta sobre el eje de accionamiento 4 de manera no rotativa, pero deslizante. En esta operación, como se representa en la figura 6, dado que el gatillo de trinquete 102 recibe una fuerza Fd correspondiente a la fuerza de pedaleo del bloque de gatillos 100, las puntas de los trinquetes se ponen en contacto con las rampas relativamente pronunciadas 118 de los dientes de trinquete del bloque de dientes 112, intentando transmitir la fuerza a los dientes de trinquete. Dado que el diente de bloque de gatillos 112 está acoplado al piñón 2, las puntas de los gatillos de trinquete 102 están bajo la influencia de una fuerza Fp producida por la carga de accionamiento procedente de las rampas relativamente pronunciadas 118. Los gatillos de trinquete, dadas las fuerzas Fp y Fd que actúan de manera opuesta procedentes de sus respectivos extremos, girarán en la dirección “a” subiendo hacia arriba. Entonce, el bloque de gatillos de trinquete 100 tiende a moverse en la dirección axialmente hacia dentro debido a la subida de los gatillos de trinquete 102, con el fin de ejercer empuje en el muelle de disco cónico 124 interpuesto entre el bloque de gatillos 100 y el soporte 130. El muelle de disco cónico 124, en resistencia contra esta acción, producirá una fuerza elástica Fr que actúe en el bloque de gatillos 100. Esta fuerza Fr y la fuerza que refleja la fuerza de pedaleo que produce el desplazamiento axial del bloque de gatillos 100 pueden llegar a equilibrio en un período de tiempo corto. Así, la deformación acompañada del esfuerzo del muelle de disco cónico 124, la holgura entre el bloque de gatillos 100 y el bloque de dientes 112, el ángulo del gatillo de trinquete 102 con respecto a la segunda superficie de enganche 110, la posición del bloque de gatillos 100 con respecto al cuadro, y la presión aplicada para empujar en el muelle de disco cónico 124 pueden proporcionar cantidades físicas que reflejan la fuerza de pedaleo. Consiguientemente, será posible estimar la fuerza de pedaleo T detectando al menos una de dichas cantidades físicas.

En esta realización ilustrada, la deformación del muelle de disco cónico 124 se toma como ejemplo para la detección. El microordenador 14 ejecuta una operación de suma (incluyendo una operación de promediado) sobre las señales procedentes de dos extensímetros 126 dispuestos en el muelle de disco cónico 124. De esta forma, debido a la forma de medición en la que las deformaciones tomadas en una pluralidad de posiciones son promediadas para medición, se dispondrá de un rango de variación más amplio para la misma cantidad de fuerza de pedaleo y también los componentes de ruido se pueden suavizar, de modo que se mejore la relación SR y así se incrementará más la exactitud de la estimación de la fuerza de pedaleo. Este efecto será proporcionalmente más grande cuando el número de extensímetros aumente.

Además, en un caso, tal como una fuerza de pedaleo no superior al valor predeterminado, el muelle 136 para compensación deberá haber creado una holgura entre la superficie trasera 101 del bloque de gatillos 100 y el muelle de disco cónico 124, contribuyendo a disminuir la frecuencia con que las bolas de acero 152 chocan contra el muelle de disco cónico 124. Esto reduce los componentes de ruido en las señales de extensímetro con el fin de mejorar la estabilidad de la detección de fuerza de pedaleo y el control de potencia asistida.

En paso siguiente, el microordenador 14 calcula, en base a al menos la fuerza de pedaleo T calculada, la potencia motriz auxiliar Te a aplicar para asistencia, y luego envía computacionalmente una señal de control para ordenar al motor eléctrico 37 que se ponga en funcionamiento para efectuar revoluciones relativas a la potencia motriz auxiliar. Preferiblemente, el microordenador 14 puede convertir una señal de velocidad de giro detectada por un sensor de tasa de rotación 220 a velocidad de la bicicleta, determina una potencia motriz auxiliar Te apropiada en base tanto a la fuerza de pedaleo T como a la velocidad de la bicicleta, y controla el motor eléctrico 37 para generar la potencia motriz auxiliar Te determinada. El mecanismo de detección de fuerza de pedaleo de la realización ilustrada también puede proporcionar los efectos considerables siguientes.

(1)

Dado que el embrague unidireccional y el mecanismo de detección de fuerza de pedaleo se implementan en un solo mecanismo, se reducirá el número de piezas necesarias y así se puede llevar a cabo la fabricación de una unidad mucho más pequeña y más ligera así como con un costo más bajo.

(2)

Dado que el muelle de disco cónico se usa para una sección que sirve para detectar la fuerza de pedaleo, que se fabrica como una unidad integral de una unidad de soporte de carga y un sensor de detección de carga con el fin de lograr dos funciones por medio de una sola unidad, por lo tanto, además del efecto anterior, se puede obtener una reducción adicional del tamaño, del peso y del costo de producción de la unidad.

(3)

Dado que el nivel de construcción más pequeño, más ligero y más simplificado del mecanismo de detección de fuerza de pedaleo se puede llevar a cabo como se ha indicado en los puntos (1) y (2) anteriores, incluso una bicicleta ordinaria puede tener una amplia posibilidad de tener el mecanismo de detección de fuerza de pedaleo que se montará ventajosamente encima.

(4)

Por las razones indicadas en los puntos (1) y (2) anteriores, en comparación con el mecanismo de la técnica anterior, la pérdida de transmisión de la carga se puede reducir, de modo que se pueda lograr una sensación de asistencia de potencia de una excelente operación en el control.

(5)

Por las razones indicadas en los puntos (1) y (2) anteriores, en comparación con el mecanismo de la técnica anterior (que usa un muelle helicoidal), se eliminará todo trabajo de pedaleo innecesario (hasta la detección por el sensor), y así en el ejemplo anterior, el motorista, cuando pise y accione los pedales, puede tener la misma sensación que tendría con una bicicleta ordinaria, mientras que, en contraposición, el motorista puede experimentar una sensación de pedal elástico, al pisar y accionar los pedales de la bicicleta de la técnica anterior.

Se ha de indicar que la colocación de uno de los trinquetes o los dientes del embrague unidireccional 99 en el piñón, colocando el otro en el eje de accionamiento, se puede modificar apropiadamente a voluntad. Por ejemplo, el bloque de gatillos 100 se puede montar en el piñón, mientras que el bloque de dientes 112 se monta en el eje de accionamiento 4 de manera que sea deslizante, pero no rotativo, en el que el bloque de dientes 112 pueda empujar el muelle de disco cónico 124 en posición.

Además, aunque la deformación del muelle de disco cónico se toma como la cantidad física a detectar en asociación con la fuerza de pedaleo, la presente invención no se limita a ello, cualesquiera otras cantidades físicas que puedan variar en respuesta a la deformación del embrague unidireccional 99 producido por la fuerza de pedaleo se pueden tomar para detección. Por ejemplo, el basculamiento del gatillo de trinquete, una separación relativa entre el bloque de gatillos de trinquete y el diente de bloque de gatillos, una posición del bloque de gatillos de trinquete y el diente de bloque de gatillos con respecto al cuerpo de la bicicleta, así como una presión contra el muelle de disco cónico se pueden elegir como la cantidad física que puede reflejar la fuerza de pedaleo.

Además, el tipo y la forma del componente elástico a disponer en resistencia contra la deformación del embrague unidireccional 99 se pueden modificar preferiblemente, a voluntad. Por ejemplo, se puede usar un componente elastomérico, distinto del muelle de disco cónico o el muelle helicoidal. Además, aunque el extensímetro se toma como ejemplo de un medio para detectar la deformación, la presente invención no se limita a ello, sino que se puede usar cualesquiera otros medios por los que se pueda detectar la cantidad física en asociación con la deformación.

La presente invención se ha descrito anteriormente en la descripción de la realización, que no tiene la finalidad de limitar la presente invención, sino que más bien la presente invención se puede modificar preferiblemente, a voluntad, dentro del alcance del concepto de la misma.

Explicación de los números de referencia

1: bicicleta asistida por potencia

2: piñón

4: eje de accionamiento

11: unidad

5

12: cadena 13: alojamiento de accionamiento

14: microordenador

10

15: circuito amplificador

17: batería

15

22: rueda motriz (rueda trasera) 30: engranaje de asistencia

37: motor eléctrico

20

37a: eje de salida del motor eléctrico

38: primer engranaje

25

40: mecanismo de engranaje 42: segundo engranaje

45: tercer engranaje

30

50: base común

52: alojamiento de eje

35

70: cojinete 80: agujero de eje

99: embrague unidireccional

40

100: bloque de gatillos

102: gatillo de trinquete

45

112: bloque de dientes 114 diente de trinquete

123. pasador

50

124: muelle de disco cónico

126: extensímetro

55

129: elemento elástico

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES

   1. Una unidad (11) para una bicicleta asistida por potencia que se puede montar en un cuadro de bicicleta, incluyendo al menos:

   5 un piñón (2) que puede girar para transmitir una fuerza de pedaleo a una rueda motriz (22);

   un medio de salida de potencia electromotriz (37) para proporcionar potencia electromotriz para complementar la fuerza de pedaleo a enviar desde su eje de salida (37a); 10 un mecanismo de engranaje (40) acoplado a dicho eje de salida (37a);

   un engranaje de asistencia (30) acoplado con dicho mecanismo de engranaje (40); y un medio acoplador (123) para acoplar dicho engranaje de asistencia (30) coaxialmente con dicho piñón (2), estando acoplados todos sus componentes 15 en una base común (50), caracterizándose dicha unidad (11) porque:

   dicho medio de salida de potencia electromotriz (37) y dicho mecanismo de engranaje (40) están montados fijamente en dicha base común (50), mientras que dicho piñón (2) y dicho engranaje de asistencia (30) están montados rotacionalmente en dicha base común (50); dicho medio de salida de potencia electromotriz (37) y al menos una parte de

   20 dicho mecanismo de engranaje (40) están alojados en un alojamiento (13), estando dicho alojamiento (13) unido o formado integralmente con dicha base común (50).
2. 2. Una unidad según la reivindicación 1, incluyendo un elemento elástico (127) dispuesto entremedio en un recorrido de

   transmisión de potencia motriz de dicho engranaje de asistencia (30), dicho medio acoplador (123) y dicho piñón (2). 25

3. 3.

   Una unidad según la reivindicación 2, en la que dicho medio acoplador (123) es un pasador montado extendiéndose a través de dicho engranaje de asistencia (30) y dicho piñón (2) en una dirección de su grosor.

4. 4.

   Una unidad según la reivindicación 3, en la que dicho elemento elástico (127) está dispuesto en una región de

   30 enganche donde al menos uno de dicho piñón (2) y dicho engranaje de asistencia (30) puede enganchar con dicho pasador (123).
5. 5. Una unidad según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicho engranaje de asistencia (30) es

   soportado para movimiento rotacional mediante un cojinete (70) independientemente de dicho piñón (2). 35
6. 6. Una unidad según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dicho mecanismo de engranaje (40) incluye:

   un primer engranaje (38) que puede operar en asociación con dicho eje de salida (37a) de dicho medio de salida de potencia electromotriz (37); 40 un segundo engranaje (42) para reducción de velocidad que puede acoplar con dicho primer engranaje (38);

   y un tercer engranaje que está acoplado coaxialmente con dicho segundo engranaje (42) y puede acoplar con dicho engranaje de asistencia (30). 45
7. 7. Una unidad según la reivindicación 1, incluyendo además un eje de accionamiento (4) que puede girar por aplicación de dicha fuerza de pedaleo, donde

   dicho eje de accionamiento (4) se soporta en dicha base común (50) para movimiento rotacional. 50
8. 8. Una unidad según la reivindicación 7, en la que dicho eje de accionamiento (4) se aloja en un alojamiento de eje (52), estando unido o formado integralmente dicho alojamiento de eje (52) con dicha base común (50).
9. 9. Una unidad según la reivindicación 8, en la que dicho alojamiento de eje (52) está configurado para introducirse en un 55 agujero de eje (80) formado en dicho cuadro de bicicleta.
10. 10. Una unidad según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en la que dicho piñón (2) está montado en dicho eje de accionamiento (4) mediante un embrague unidireccional (99), siendo operable dicho embrague unidireccional (99) para transmitir a dicho piñón (2) solamente un movimiento rotacional en una dirección por una fuerza de pedaleo

    60 aplicada a dicho eje de accionamiento (4).
11. 11. Una unidad según la reivindicación 10, incluyendo además:

    un medio de detección (126) para determinar una cantidad física para dicho embrague unidireccional (99) que varía 65 en respuesta a dicha fuerza de pedaleo, y

    un medio de control (14) para controlar dicha potencia electromotriz en base a al menos dicha cantidad física determinada por dicho medio de detección (126).

    5 12. Una unidad según la reivindicación 1, incluyendo además en dicha base común (50):

    un eje de accionamiento (4);

    un alojamiento de eje (52) que aloja dicho eje de accionamiento (4); y 10 un embrague unidireccional (99) interpuesto entre dicho eje de accionamiento (4) y dicho piñón (2),

    donde dicha unidad (11) está configurada para montarse en el cuadro de bicicleta, estando insertado dicho alojamiento de eje (52) en un agujero de eje (80) formado en el cuadro de bicicleta. 15
12. 13. Una bicicleta asistida por potencia (1), en la que va montada la unidad (11) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.