ES2964748T3 - Grupo motopropulsor - Google Patents

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ES2964748T3 ES17202988T ES17202988T ES2964748T3 ES 2964748 T3 ES2964748 T3 ES 2964748T3 ES 17202988 T ES17202988 T ES 17202988T ES 17202988 T ES17202988 T ES 17202988T ES 2964748 T3 ES2964748 T3 ES 2964748T3
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Abstract

Tren motriz para un vehículo de pedales, que comprende un primer y un segundo motor, estando este último engranado con el eje del cigüeñal y el primer motor está conectado a un engranaje solar, estando conectado un portasatélites a una placa de salida del tren motriz, que comprende un medidor elemento dispuesto para producir una señal de medición que indica un par suministrado por el primer motor y una unidad de control que produce una señal de control de velocidad que se suministrará al primer motor y una señal de control de par que se suministrará al segundo motor en función de las velocidades angulares del motores. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Grupo motopropulsor
La presente invención se refiere a un grupo motopropulsor, a un método de uso y a un método de fabricación de este grupo motopropulsor, para un vehículo de pedales, en particular una bicicleta, comprendiendo dicho grupo motopropulsor un primer y un segundo motor, así como un tren epicicloidal que tiene un portasatélites y un planeta, estando dicho primer motor conectado al tren epicicloidal, comprendiendo también dicho grupo motopropulsor un eje del pedalier sobre el cual está montada una corona que forma una primera entrada del tren epicicloidal.
Un grupo motopropulsor de este tipo se conoce de la solicitud de patente WO 2010/092331. El grupo motopropulsor conocido se utiliza en una bicicleta con asistencia eléctrica. Las bicicletas con asistencia eléctrica son bicicletas que son propulsadas conjuntamente por la fuerza humana y por la fuerza mecánica producida por una motorización eléctrica. Estas bicicletas se diferencian de una motocicleta eléctrica en que la motorización eléctrica proporciona potencia a la transmisión sólo cuando el ciclista pedalea. Con el grupo motopropulsor conocido, el eje del pedalier impulsa el portasatélites del tren epicicloidal. El segundo motor sirve esencialmente para proporcionar un generador para cargar la batería y así aumentar la autonomía.
Un inconveniente del grupo motopropulsor conocido es que la potencia de la asistencia proporcionada es baja a pesar de la presencia de dos motores. De hecho, un único motor contribuye a proporcionar al usuario una asistencia al pedaleo. El documento JP2008285069A muestra el preámbulo de la reivindicación independiente 3.
La presente invención tiene como objetivo obtener un grupo motopropulsor que permita proporcionar una asistencia eléctrica proporcional al par de pedaleo (o a la potencia de pedaleo) a la que contribuyan los dos motores.
El segundo motor de un grupo motopropulsor según la invención está engranado en el eje del pedalier y el primer motor está conectado al planeta, estando conectado el portasatélites a un plato de salida del grupo motopropulsor, estando respectivamente dicho primer y dicho segundo motor provistos de respectivamente un primer y un segundo sensor diseñados para medir la velocidad angular del motor al que está asociado cada uno, estando conectados dichos sensores primero y segundo a una unidad de control a la que también está conectado un tercer sensor diseñado para medir la velocidad a la que la bicicleta es propulsada por un ciclista, comprendiendo dicho grupo motopropulsor un elemento de medición diseñado para producir una señal de medición que indica un par proporcionado por el primer motor, estando diseñada dicha unidad de control para producir una primera y una segunda señal de control en base a las velocidades medidas por los sensores y a valores de consigna predeterminados así como a la señal de medición que indica el par, siendo dicha primera señal de control una señal de control de velocidad de rotación que se suministra al primer motor, siendo dicha segunda señal de control una señal de control de par que se suministra al segundo motor. El segundo motor ayuda al movimiento de pedaleo del ciclista ya que está engranado sobre el eje del pedalier. La suma de la potencia producida por el ciclista que pedalea y la potencia del segundo motor se transmite a través de la corona a la primera entrada del tren epicicloidal. Por su parte, el primer motor es solidario a través del planeta a la segunda entrada del tren epicicloidal. El plato de salida, que normalmente impulsa la rueda mediante una cadena, es solidario a la salida del tren epicicloidal a través del portasatélites. La velocidad del plato de salida es, por tanto, una relación lineal de las velocidades de las dos entradas, es decir, la corona y el planeta, y su par está directamente relacionado con el par de las dos entradas por los valores de consigna impuestos. Así, los dos motores contribuyen a ayudar al ciclista cuando éste pedalea. En funcionamiento normal, las tres partes independientes del tren epicicloidal giran en la misma dirección. Esto aumenta la eficiencia al limitar las fuerzas de rozamiento de los rodamientos porque éstas son proporcionales a la velocidad relativa de las piezas móviles.
Una primera realización preferida de un grupo motopropulsor según la invención está caracterizada por que la unidad de control comprende una entrada para recibir una señal de relación de velocidad que indica una relación de velocidad seleccionada por el ciclista de entre un número predeterminado de relaciones de velocidad, estando dicha unidad de control diseñada para producir dicha primera señal de control también en función de la señal de relación de velocidad recibida. Así, se ofrece al ciclista un sistema electrónico de cambio de marchas, sustituyendo los sistemas existentes (cadena-desviador o buje con cambio de marcha interno). El control del cambio de marcha se realiza de manera electrónica por medio de la señal de relación de velocidad. Por lo tanto, el cambio de marchas se puede realizar de dos maneras diferentes: un cambio manual (control en el volante) de las relaciones de velocidad, o un cambio automático de las relaciones realizado por la unidad de control. La presente invención también ofrece la posibilidad de obtener una transmisión continuamente variable (en lugar de relaciones discretas). La presente invención podría entonces proporcionar a su usuario de manera conjunta dos modos de cambio de marchas: un modo manual con relaciones discretas para aquellos que prefieren seguir siendo más tradicionales y un modo automático con relaciones continuas, poniendo así al ciclista permanentemente en una relación de velocidad óptima (relación calculada a partir de una tabla 2D de par del ciclista-velocidad de rodadura). Esta forma es la más natural pero eso no excluye un modo manual con relaciones continuas (empuñadura giratoria) y un modo automático con relaciones discretas. Además, este sistema permite una comodidad de transmisión porque ahora es posible cambiar las marchas bajo par, sobre la marcha y sin sacudidas.
Una segunda realización preferida de un grupo motopropulsor según la invención está caracterizada por que la unidad de control está diseñada para producir una señal ponderada obtenida por multiplicación de la velocidad angular medida del segundo motor por una señal de relación de velocidad recibida ponderada con una relación de reducción del segundo motor, y para producir dicha primera señal de control por medio de la señal ponderada. De este modo se puede tener en cuenta fácilmente la señal de relación de velocidad.
Se describirá ahora la invención con la ayuda de los dibujos que ilustran realizaciones preferidas de un grupo motopropulsor según la invención. En las figuras:
la Figura 1 se refiere a un dibujo de una bicicleta equipada con el grupo motopropulsor según la invención; la Figura 2 ilustra un dibujo de un cuadro de bicicleta que consta de una caja de pedalier capaz de alojar el grupo motopropulsor según la invención;
la Figura 3 esquematiza la cadena de potencia en funcionamiento normal del grupo motopropulsor según la presente invención;
la Figura 4 ilustra una vista explosionada del grupo motopropulsor según la presente invención;
la Figura 5 ilustra el montaje del tren epicicloidal y del plato de salida.
la Figura 6 muestra una vista en sección del grupo motopropulsor según la presente invención;
la Figura 7 ilustra el engrane del tren epicicloidal y el eje del pedalier;
la Figura 8 ilustra el portasatélites;
la Figura 9 muestra un esquema que representa los diferentes elementos necesarios para el control de los motores;
la Figura 10 muestra el diagrama de bloques para el cálculo del valor de consigna de velocidad del motor variador; la Figura 11 ilustra el diagrama de bloques para el cálculo del valor de consigna de par a imponer al motor de tracción;
la Figura 12 ilustra, con la ayuda de un diagrama de flujo, la lógica de control de la unidad de control;
la Figura 13 ilustra otra realización de un grupo motopropulsor según la presente invención;
la Figura 14 ilustra la relación entre la velocidad angular de pedaleo y la velocidad angular del primer motor; las Figuras 15 a 17 ilustran las relaciones de velocidad;
la Figura 18 muestra de forma esquemática la asistencia proporcionada al ciclista; y
la Figura 19 ilustra otra realización del grupo motopropulsor según la invención.
En los dibujos se ha asignado una misma referencia a un mismo elemento o a un elemento análogo. La invención se describirá para una aplicación del grupo motopropulsor a una bicicleta. No obstante, la invención no está limitada a una bicicleta y se aplica a cualquier vehículo de pedales.
La Figura 1 muestra de forma esquemática una bicicleta 40 equipada con el grupo motopropulsor según la invención. La bicicleta comprende un cuadro 43 y un pedalier 27, como se ilustra con más detalle en la Figura 2. El cuadro comprende una caja 1 del pedalier con un diámetro de entre 15 y 20 cm, que es más grande que en un cuadro de una bicicleta clásica. Esta caja permite alojar, al menos en parte, el grupo motopropulsor según la invención. A la salida del grupo motopropulsor se encuentra un plato de salida 23 que impulsará el piñón de la rueda trasera 41. El grupo motopropulsor propuesto por la presente invención es una motorización central, es decir, que se encuentra al nivel del pedalier de la bicicleta, proporcionando a la bicicleta un centro de gravedad lo más bajo posible, lo que mejora la estabilidad de la bicicleta. La mayor parte del grupo motopropulsor se inserta como un cartucho en la caja 1 del pedalier de la bicicleta. En el ejemplo ilustrado en la Figura 2 sólo un motor de tracción 4, que forma parte del grupo motopropulsor, está alojado fuera de la caja 1 del pedalier de la bicicleta.
Como muestra esquemáticamente la Figura 3, el grupo motopropulsor consta de dos motores eléctricos:
• Un primer motor llamado “variador” (denotado MV) 5 situado dentro de la caja del pedalier
• Un segundo motor llamado "de tracción" (denotado MT) 4 fijado en el exterior de la caja del pedalier.
El motopropulsor está conectado a una batería 30 que sirve, entre otras cosas, para alimentar con corriente eléctrica al grupo motopropulsor. La mayor parte del grupo motopropulsor está fijada en el interior de la caja 1 del pedalier. El motor de tracción 4 actúa a través de un reductor 32 sobre el eje del pedalier. Este último también es impulsado por el ciclista 31. La tracción proporcionada por el motor de tracción y por el ciclista se suma 33 y se transmite a la corona 12 de un tren epicicloidal 24, conectado a su vez al plato de salida 23.
Las Figuras 2 y 4 a 8 ilustran una realización del grupo motopropulsor según la invención. El grupo motopropulsor, a excepción del segundo motor, está situado en el interior de la caja 1 del pedalier, que está cerrada por dos bridas 2 y 3 que sirven también de soporte para el motor de tracción 4. El primer motor 5 comprende un estator 20 montado de forma coaxial con respecto a un rotor 19. El estator 20 bobinado está fijado dentro de la caja del pedalier. El primer motor está conectado a un planeta 13, que forma parte de un tren epicicloidal 24. El tren epicicloidal está compuesto por tres partes independientes, a saber, el planeta 13, el portasatélites 14 y la corona 12. El planeta está preferentemente montado de forma solidaria al rotor 19 del primer motor 5. El tren epicicloidal también incluye un primer conjunto 15 de satélites pequeños y un segundo conjunto 16 de satélites grandes, como se ilustra mejor en la Figura 5. Preferiblemente cada conjunto de satélites consta de tres ruedas dentadas, ya que esto permite un buen equilibrio entre las piezas móviles y el peso del tren epicicloidal. Preferiblemente, los satélites pequeños y grandes del primer y del segundo conjunto de satélites son solidarios cada uno a un mismo eje de satélites 17. Cabe señalar que los satélites pequeños 15 y los satélites grandes 16 son ambos solidarios al eje de satélites 17. Los satélites pequeños y grandes del primer y del segundo conjunto de satélites están montados a ambos lados de un portasatélites 14, como se ilustra en las Figuras 5 y 8. El planeta engrana con los satélites grandes 16 para aumentar la velocidad del portasatélites 14. En efecto, la velocidad del portasatélites 14 es una relación lineal de las velocidades de la corona 12 y del planeta 13. El plato de salida 23 está montado en el portasatélites 14. El plato de salida sirve para montar en él una cadena o una correa dentada 21, que a su vez sirve para impulsar el piñón de la rueda trasera de la bicicleta. Los satélites pequeños del primer conjunto 15 engranan con primeros dientes 12' proporcionados en el interior de la corona 12, formando ella misma parte del tren epicicloidal. Segundos dientes 12" de la corona engranan con el segundo motor 4, que para ello está provisto de un piñón de impulsión 7. La transmisión entre el piñón de impulsión 7 y la corona se cierra herméticamente con la tapa de cierre 6. Preferiblemente, el eje del pedalier se hace solidario a la corona 12 del tren epicicloidal, por ejemplo por medio de acanaladuras no representadas en el dibujo. Por supuesto, se pueden proporcionar otros sistemas de bloqueo de la rotación para solidarizar el eje del pedalier y la corona.
Un eje 11 del pedalier atraviesa el tren epicicloidal y está sostenido por rodamientos 9 como se ilustra en la Figura 6. La corona 12, que está conectada al eje del pedalier, forma así una primera entrada del tren epicicloidal. En funcionamiento normal, la corona 12 impulsa los satélites pequeños 15, haciendo girar así el portasatélites 14 solidario al plato de salida 18. Este plato de salida impulsa la cadena o la correa dentada 21. Una fina pared de estanqueidad 10 separa el tren epicicloidal del motor variador 5. Varias juntas de estanqueidad garantizan la estanqueidad entre el motor variador 5 y las partes mecánicas lubricadas. Finalmente, la unidad de control está alojada preferentemente dentro de una caja 50 colocada cerca de los motores para limitar el cableado de hilos eléctricos. Esta caja tiene preferentemente una forma circular para que se adapte a la de la caja del pedalier.
En funcionamiento normal, el motor de tracción 4 ayuda al ciclista impulsando el eje 11 del pedalier a través de dos engranajes formados por el piñón de impulsión 7 y la corona 12. En efecto, como el piñón 7 del segundo motor 4 está engranado en los dientes 12" de la corona, la rotación del piñón impulsado por el segundo motor impulsará en rotación la corona. Según otra realización (no ilustrada) el piñón 7 puede estar acoplado con una rueda receptora, que está montada en el eje del pedalier. La combinación del par proporcionado por el segundo motor 4 y la fuerza humana hace girar la corona 12. Esta disposición es aún más interesante si el segundo motor 4 se beneficia, al igual que el ciclista, de un cambio de velocidad (de la transmisión variable), trabajando así con un mejor rendimiento. El grupo motopropulsor según la invención puede funcionar con varias relaciones de velocidad o con una única relación de velocidad.
Cada motor tiene su función. El objetivo del motor variador es proporcionar permanentemente la relación de transmisión que le impone la unidad de control, cualquiera que sea el nivel de asistencia (= relación entre la potencia eléctrica total suministrada y la potencia humana suministrada) y cualquiera que sea la velocidad de rodadura. La relación de transmisión depende en realidad de la relación entre la velocidad del motor variador 5 y la del pedalier 27. Esta relación es equivalente al coeficiente angular de la recta que representa la evolución de la velocidad del MV en función de la velocidad del pedalier, como se describirá con más detalle más adelante. Por tanto, es posible permanecer en una relación de transmisión constante manteniendo constante el valor de este coeficiente angular. Para cambiar de marcha, el ciclista cambia el valor de este coeficiente angular. Por tanto, el motor variador se controla a velocidad angular para que realice su función de variador de velocidad. Por supuesto este motor también proporciona potencia en la cadena de transmisión y por tanto toda su potencia se encuentra en la rueda, excepto los rozamientos, por supuesto. El rotor 19 del primer motor está montado sobre una rueda libre 18, montada a su vez sobre el bastidor 29 para impedir que el primer motor variador gire en sentido inverso (sentido contrario al sentido de giro predeterminado del pedalier). La función de esta rueda libre es permitir una transmisión de potencia puramente mecánica a la rueda funcionando en caso de interrupción de cualquier tipo de alimentación de los motores. Así, en caso de avería del motor, el ciclista aún puede volver a casa pedaleando. Este modo de funcionamiento corresponde a la relación de transmisión más pequeña. Durante este modo, el primer motor variador no está alimentado y el segundo motor de tracción puede estar alimentado para ayudar al ciclista.
El motor de tracción 4 ayuda al movimiento del ciclista añadiendo par en el pedalier. Durante determinados casos de funcionamiento, este motor también puede frenar el movimiento del pedalier del ciclista. De hecho, su función es mantener de forma permanente el nivel de asistencia que le impone la unidad de control, cualquiera que sea la relación de transmisión “activada” y cualquiera que sea la velocidad de rodadura. Este motor es controlado en par.
La bicicleta en la que está montado el grupo motopropulsor también puede estar equipada con una rueda libre tradicional en el piñón de la rueda trasera que evita que la cadena (o correa) gire cuando la bicicleta sigue rodando gracias a su inercia. Otra versión (detallada más adelante) utilizaría un piñón fijado a la rueda sin rueda libre intermedia, permitiendo así frenar el motor variador y recargar así el motor variador.
El control de los dos motores se describirá ahora más en detalle. El par que debe suministrar el primer motor 5 al portasatélites viene impuesto por la legislación vial. Se controla en velocidad para seguir un valor de consigna de relación de transmisión. La velocidad del segundo motor viene impuesta por la cadencia de pedaleo del ciclista, debido a que está conectado cinemáticamente mediante engranajes u otro sistema de transmisión a la corona. Por tanto, éste se controlará en par para ayudar al ciclista en su esfuerzo. El valor de consigna de velocidad es una función lineal de la velocidad de pedaleo, el coeficiente multiplicador depende de la relación de velocidad elegida por el ciclista o determinada por la unidad de control en función de la velocidad a la que rueda el ciclista. Con este fin, la unidad de control comprende una entrada para recibir una señal de relación de velocidad que indica una relación de velocidad seleccionada por el ciclista de entre un número predeterminado de relaciones de velocidad. Cuando el cambio de marcha es automático, el grupo motopropulsor incluye un tercer sensor conectado a la unidad de control y diseñado para medir la velocidad a la que la bicicleta es propulsada por un ciclista. La unidad de control está entonces diseñada para producir, en base a la velocidad medida, una señal de relación de velocidad que indica una relación de velocidad seleccionada de entre un número predeterminado de relaciones de velocidad.
Otra ventaja del presente grupo motopropulsor es su capacidad de poder funcionar como freno y así recuperar la energía de la frenada para recargar la batería si se omite la rueda libre inicialmente instalada en el piñón de la rueda trasera. En ese momento, si la bicicleta está lanzada con una cierta inercia o si baja rápidamente una pendiente, la cadena gira e impulsa el plato de salida del grupo motopropulsor. Como el plato de salida está conectado al portasatélites, este último actúa ahora como un diferencial de potencia. Este tenderá a hacer girar el motor variador (en su dirección normal) que en ese momento será controlado como un generador para frenar la bicicleta y así transmitir energía a la batería. Este sistema podría activarse, por ejemplo, al pedalear hacia atrás, como el sistema torpedo. La potencia del freno y por tanto la cantidad de energía suministrada a la batería podría controlarse en función de la fuerza de pedaleo hacia atrás que ejerce el ciclista.
En la relación de velocidad más baja, el primer motor 5 no está alimentado con corriente eléctrica. Sólo el segundo motor participa en la asistencia eléctrica. El planeta se bloquea gracias a la rueda libre 18 que une el bastidor (brida izquierda (2)) al rotor 19 del primer motor 5. Para aumentar la relación de transmisión, es necesario poner en marcha el primer motor 5. Este comienza entonces a participar en la asistencia eléctrica global. Cuanto más se aumente la velocidad del primer motor 5, más se aumentará la relación de transmisión y más participará este motor en la asistencia global.
La Figura 9 ilustra de forma esquemática la conexión eléctrica de los motores 4 y 5 y de la unidad de control 38. Preferiblemente cada motor está equipado con un sensor de efecto Hall 35, 36 que puede contar hasta seis cuentas por revolución del rotor. La información de estos sensores se envía a la unidad de control para ser analizada. La unidad de control también calcula la corriente inyectada en cada motor para calcular el par en cada motor (par proporcional a la intensidad de la corriente eléctrica). Finalmente, para la unidad de control es necesario un sensor de velocidad 37 en la rueda, si están disponibles diferentes relaciones de velocidad. Para medir el par impuesto por el ciclista sobre los pedales, la unidad de control realiza un cálculo utilizando el par aplicado sobre el eje de los dos motores. Este es fácilmente medible, ya que el par es proporcional a la corriente que pasa por las bobinas de inducción del motor de corriente continua. Cuando el ciclista acelera, la unidad de control puede calcular la velocidad de la bicicleta a partir de las velocidades de los motores, por ejemplo con las ecuaciones cinemáticas del tren epicicloidal. Cuando la bicicleta funciona en rueda libre, la velocidad de la rueda está desacoplada de la velocidad del plato de salida y, por lo tanto, este sensor de velocidad 37 es necesario.
La comprensión del funcionamiento del grupo motopropulsor según la invención requiere recurrir a la física y es por esta razón que se describirá en primer lugar esta física. Dado que se utilizarán varias abreviaturas, estas abreviaturas se definirán primero en la tabla reproducida a continuación.
*(s.u.)= sin unidades
Inicialmente y para facilitar la comprensión de las ecuaciones matemáticas, se explicará el razonamiento sin el segundo motor 4 denominado de tracción. Es el tren epicicloidal el que contribuye a la principal innovación de esta nueva motorización. Volviendo a las ecuaciones del tren epicicloidal se observará que:
_ ^ W jjí ^ & )pací
Wpíar~ ff 1 (1)
n_Cpgd £‘pltzt
WW £ I T i (2)
con R definida por las cotas dimensionales de los elementos del doble tren epicicloidal, es decir con los satélites pequeños y grandes.
La velocidad de rotación upa y el par sobre el plato Cplat vienen impuestos por la situación de rodadura, que impone Cmv et Cped (por la relación (2)). Sin embargo, esto deja libre elección para wped y wmv. La velocidad de pedaleo la impone en realidad el ciclista, situándose ésta entre 30 y 90 rpm de media según las condiciones de rodadura. Esto permite ajustar la velocidad de rotación para proporcionar la asistencia pero, en caso necesario, también para cambiar artificialmente la relación de velocidad vista por el ciclista. Según la relación (2), el par de pedaleo está relacionado con el del motor variador que se puede medir fácilmente mediante una medida de la corriente que pasa por el inductor. De esta manera, el grupo motopropulsor según la invención no requiere ningún sensor de par de pedaleo. Esto es una ventaja significativa en cuanto al coste del mecanismo porque los sensores de par utilizados en otro tipo de motorizaciones son complejos y muy caros.
Cuando el primer motor 5 está apagado, la corona 12 del tren epicicloidal, solidaria al eje del pedalier, impulsa los satélites 6 y 15. El planeta 13, unido al bastidor de la caja del pedalier mediante una rueda libre, está en ese momento bloqueado a una velocidad nula ya que no es impulsado por el primer motor. El portasatélites 14 unido al plato de salida 23 se ve impulsado por tanto según la relación de desmultiplicación más pequeña, a una velocidad ligeramente inferior a la velocidad de pedaleo:
Para aumentar la relación de desmultiplicación, es necesario poner en movimiento el primer motor 5, que impulsará entonces, mediante una rueda libre, el planeta 13 del tren epicicloidal. Este último girará ahora a una velocidad superior a cero. El plato gira esta vez a una velocidad descrita por la siguiente ecuación:
Mm 's+R(t)Vg¿
M-Plat W T tT
con
La velocidad de rotación<wmv>del primer motor será, según la relación de velocidad engranada (selector electrónico en el manillar o modo totalmente automático), igual a un coeficienteamultiplicado por la velocidad de rotación de pedaleo wped. Una solicitud de cambio de marcha procedente del ciclista o del controlador automático tendrá por tanto el efecto de modificar este coeficiente a. Por tanto, el primer motor 5 será regulado en velocidad mediante un bucle de regulación utilizando la información de un sensor que mide la velocidad angular del eje del pedalier. Este funcionamiento está validado por la definición de la desmultiplicación (término simplificado que significa la relación de desmultiplicación de la bicicleta). En efecto, al mantener un coeficiente “a” constante, la desmultiplicación también permanece constante. Al aumentar el coeficiente "a", aumenta la relación de desmultiplicación.
Con se obtiene fácilmente:
Atención, este cambio artificial de desmultiplicación visto por el ciclista impone al grupo motopropulsor un nivel diferente de asistencia para cada relación de velocidad engranada. Efectivamente, realizando una evaluación de la potencia, se puede calcular el nivel de asistencia definido por la potencia eléctrica dividida por la potencia humana.
Al cambiar wmv et Cmv por las relaciones definidas anteriormente, se obtiene fácilmente:
P p la t ~a S p
' r psd
El nivel de asistencia se define como la relación entre la potencia eléctrica suministrada y la potencia total suministrada en el plato de salida. Aquí la definición se reduce a la siguiente expresión:
a
NivAssist=Pmv
PplaCaR
Por tanto, el nivel de asistencia aumenta con la velocidad de rotación del primer motor. Esto significa que en las relaciones de desmultiplicación bajas, el nivel de asistencia será bajo y para las relaciones de desmultiplicación altas, el nivel de asistencia estará al máximo.
El grupo motopropulsor según la invención incluye también el segundo motor 4. El segundo motor, denominado de tracción, desempeña varias funciones interesantes. Su primera función es, evidentemente, obtener un cierto grado de libertad en el control de este grupo motopropulsor para poder adaptar el nivel de asistencia a cualquier situación. El segundo motor está conectado directamente, a través de un conjunto reductor de ruedas dentadas, al eje del pedalier, de tal manera que es posible ahora aumentar el nivel de asistencia en las relaciones de desmultiplicación bajas. La disposición de este segundo motor 4 en la cadena cinemática es interesante porque este motor se beneficia, al igual que el ciclista, de la relación de desmultiplicación, permitiendo un par importante durante situaciones de rodadura que exigen mucho esfuerzo, como una subida importante o la rodadura sobre una superficie deformable. Por tanto, el nivel de asistencia definido como la relación entre la energía eléctrica y la energía total suministrada al plato de salida se convierte en:
NivA ssist= ——Pmv pm
PMV+ PfrtT + PHom m e
Modificando esta expresión con las ecuaciones establecidas anteriormente se obtiene el resultado:
Por tanto, el segundo motor estará controlado en circuito cerrado con un valor de consigna de par que permita el nivel adecuado de asistencia, estando su velocidad de rotación impuesta por la velocidad de pedaleo a través de la relación de reducción dictada por la geometría de su transmisión.
Al estar directamente unido al pedalier, sin rueda libre, este motor también puede funcionar en modo freno, permitiendo en todos los casos un control total del nivel de asistencia. Un funcionamiento en modo generador, reenviando la energía así creada en el motor variador, también está previsto en modo pedaleo puro (sin corriente procedente de la batería) para una rodadura a velocidad superior a la velocidad regulada. Esta forma de hacer las cosas sustituiría así a la adición de un segundo tren epicicloidal necesario para esta función.
Finalmente, la velocidad de la rueda trasera de la bicicleta está ligada matemáticamente a la del plato de salida a través de una relación de reducción impuesta por la geometría de los piñones. La relación de esta transmisión es:
La Figura 10 muestra el diagrama de bloques para el cálculo del valor de consigna de velocidad del motor variador. La velocidad angular medida wMT del segundo motor y el coeficiente multiplicador a dividido por la relación de reducción RMT del segundo motor se multiplican entre sí para formar la velocidad angular de consigna wMV en el primer motor. La unidad de control 38 está montada en un bucle de regulación para garantizar que el primer motor sea alimentado efectivamente para que gire a la velocidad angular de consigna. Para mantener una relación de transmisión constante, el coeficiente angular de la recta “velocidad del primer motor - velocidad de pedaleo” debe ser constante. Por tanto, la unidad de control impone al motor variador una velocidad proporcional a la velocidad de pedaleo en una misma relación de velocidad. Para hacer variar la relación de transmisión, es suficiente con cambiar el valor de este coeficiente angular denotado "a".
La Figura 11 ilustra el diagrama de bloques para el cálculo del valor de consigna de par a imponer al motor de tracción 4. Este es función del par resistente presente en el rotor del primer motor 5. El valor de consigna de par del segundo motor también dependerá del nivel de asistencia que se quiera imponer al ciclista. La relación de reducción del tren epicicloidal R y el nivel de asistencia (el coeficiente multiplicador a) se suman para multiplicarse a continuación por el nivel de asistencia determinado. A continuación se determina el valor de consigna de par CMT para el segundo motor a partir de este nivel de asistencia determinado y del par medido del primer motor. También se proporciona un bucle de regulación para garantizar que el segundo motor proporcione el par determinado por el par de consigna.
La Figura 12 muestra, con la ayuda de un diagrama de flujo, la gestión realizada por la unidad de control. Cuando se enciende el grupo motopropulsor, se mide la velocidad angular del segundo motor. Si es mayor que cero, se determinan la velocidad de consigna del primer motor y el par de consigna del segundo motor. Preferiblemente también se comprueba si el sensor de frenos está activado antes de proporcionar los valores de consigna a los motores.
Como se describió anteriormente, el correcto funcionamiento del grupo motopropulsor está garantizado a alta velocidad mientras el primer motor esté en marcha. Sin embargo, algunos países prohíben la asistencia eléctrica por encima de una determinada limitación (25 km/h en Europa, 32 km/h en Canadá). Lo que supondría que se tendría que apagar el motor variador una vez alcanzado el límite de velocidad, pasando así de una relación de velocidad alta a la relación más baja, y poniendo así al ciclista en una situación incómoda si desea superar esta velocidad. Para evitar este inconveniente, es necesario encontrar una solución técnica que permita mantener una relación de velocidad próxima a aquella en la que se encontraba el ciclista antes de sobrepasar el límite de velocidad.
Hay tres posibles soluciones a esta problemática:
1. Mantener el mecanismo simple y, por lo tanto, apagar los dos motores. El ciclista se ve obligado a cambiar a la relación de velocidad más baja si intenta superar el límite de velocidad, lo que hace difícil la utilización por encima de este límite.
2. Establecer un sistema de bloqueo mecánico de la relación de velocidad superior:
a. Integrando en el mecanismo un segundo tren epicicloidal, cuya corona giraría libremente en funcionamiento “asistido” y, una vez frenada y los motores parados en modo “pedaleo puro”, accionaría el plato de salida a través de este tren.
b. Integrando un eje compuesto por dos ruedas dentadas de diferentes tamaños, una de las cuales sería solidaria al eje mientras que la otra sería impulsada por interconexión. Este eje conectaría el plato al pedalier con una relación de desmultiplicación cercana a dos.
c. Añadir un eje sobre rodamiento equipado con una rueda dentada en cada extremo y conectando directamente el pedalier al plato de salida.
3. Mantener esta simplicidad de mecanismo y utilizar el segundo motor en modo generador para alimentar al MV.
Las tres soluciones se describirán una por una a continuación.
La primera solución tiene la ventaja de ser la más sencilla y económica, pero puede ahuyentar a los futuros compradores de este tipo de tecnología, aunque rara vez se utilice una velocidad superior a 25 km/h en una bicicleta eléctrica.
La segunda solución requiere la adición de piezas móviles aplicando al mecanismo de base un exceso de peso, de complejidad y de coste de fabricación. Sin embargo, el mecanismo obtenido al final sigue siendo interesante a pesar de estas limitaciones. Obsérvese que para este funcionamiento, se ha añadido una rueda libre entre el rotor del primer motor y el planeta, lo que permite que el planeta gire más rápido que el rotor.
La Figura 13 ilustra el funcionamiento con la opción (2a) del tren epicicloidal adicional. El tren epicicloidal TE2 se inserta en el mismo lado que el TE1. En esta configuración, la corona del TE1 (el pedalier) está de hecho unida al portasatélites del TE2 y el portasatélites del TE1 (el plato) está unido al planeta del TE2. En modo “asistido”, la corona del TE2 gira en el vacío. Una vez activado el modo “pedaleo puro”, un actuador bloquea la corona del TE2, el planeta del TE1 gira esta vez más rápido que el primer motor, que está parado (rueda libre entre los dos) y el pedalier impulsa él solo el plato de salida mediante una relación de velocidad fija dependiente de la relación interna de TE2.
Esta solución requiere la inserción de un tren epicicloidal adicional, de un sistema de bloqueo mecánico (tipo freno) y de un actuador adicional para garantizar esta única función, que es muy poco utilizada por los usuarios de bicicletas con asistencia eléctrica. Esta configuración también añade un grado de dificultad de fabricación y de ensamblaje así como posibles problemas de estanqueidad. Finalmente, la adición de piezas tiende a incrementar el coste, el peso y el tamaño del mecanismo.
Según una tercera solución, está prevista una rueda dentada interconectada. En comparación con el mecanismo de base, en la parte superior se han añadido un eje y ruedas dentadas. El eje se fija mediante cojinetes en el bastidor del grupo motopropulsor. La rueda dentada 3a es solidaria al eje y es impulsada por la corona del TE1 (pedalier). La rueda número 2 gira con el eje pero está libre en traslación axial. La rueda n°1 está montada sobre un rodamiento (o jaula de agujas) y, por tanto, no es solidaria a su eje en modo “asistido”. La potencia procedente del segundo motor se transmite al pedalier a través de la rueda número 2 de dientes helicoidales. El empuje axial proporcionado por el engranaje helicoidal mantiene la rueda n° 2 alejada de la n° 1. Una vez activado el modo “pedaleo puro”, es el pedalier el que impulsa el primer motor y el empuje axial de los dientes helicoidales empuja esta vez la rueda n° 2 hacia la rueda n° 1 que interconecta con ella. Por lo tanto, el plato de salida es impulsado ahora directamente por el pedalier según una relación de reducción correspondiente a la relación entre el número de dientes de las ruedas n° 1 y n° 3. En comparación con la solución (a), esta segunda solución mecánica requiere menos piezas y, por tanto, es más ligera. Esta también parece más barata y menos compleja porque no requiere un nuevo actuador. Sin embargo, todavía existe un riesgo relacionado con la estanqueidad del ensamblaje y la solución corre el riesgo de ser más voluminosa axialmente.
El grupo motopropulsor también puede funcionar con un eje en cortocircuito. Una vez embragado, el eje provisto de estas dos ruedas dentadas forma de hecho un cortocircuito entre el eje del pedalier y el plato de salida. Es la relación de las ruedas dentadas la que dictará la velocidad mecánica impuesta. Esta alternativa es la más sencilla de las tres. Sin duda, también es la más económica. La única dificultad se encuentra al nivel del embragado. Finalmente, la adición de piezas tiende a incrementar el coste, el peso y el tamaño del mecanismo.
La tercera solución no requiere ninguna adición de piezas mecánicas adicionales con respecto al sistema de base ilustrado en las Figuras 4 a 7. La técnica aquí se ubica en la electrónica de potencia. El principio consiste en utilizar el segundo motor de tracción como generador eléctrico y reinyectar la electricidad así producida en el motor variador. Para que esta solución funcione, la unión mecánica entre el segundo motor y el pedalier debe ser reversible, por lo que no se instalará ninguna rueda libre entre los dos.
El funcionamiento de este sistema es el siguiente (Figura 12). La energía procedente de las piernas del ciclista recorre aquí un doble camino. Una parte impulsa directamente la corona de TE1 mientras que la otra impulsa el planeta a través del segundo motor y el primer motor. En realidad, el segundo motor se acciona a través del reductor, produciendo así una corriente eléctrica que alimenta al primer motor. El segundo motor será controlado en par de frenado para definir la parte de energía que pasa a través de este bucle y definir así la relación de velocidad de la transmisión global. El control de la fuerza de frenado y, por tanto, de la potencia eléctrica, proporcionada se realiza electrónicamente haciendo variar la fase de los campos magnéticos en el inducido del motor. Otra ventaja de esta solución es poder recuperar parte del par para cargar la batería en caso de un esfuerzo excesivo por parte del ciclista que impediría que el primer motor mantuviera la relación de velocidad engranada. Del mismo modo, es posible frenar el movimiento del pedalier cuando se reanuda el movimiento de pedaleo después de un funcionamiento en rueda libre a alta velocidad hasta que el primer motor retome su velocidad de consigna (para recuperar la relación de velocidad en la que estaba antes de entrar en rueda libre).
La desventaja de esta solución es el bajo rendimiento del segundo bucle de energía. En efecto, en un motor eléctrico sin escobillas que tiene un rendimiento aproximado del 85% (considerando que el rendimiento en modo generador es el mismo), el rendimiento de transmisión del segundo camino energético es del orden del 72%, reduciendo así el rendimiento de la transmisión global. Esto hará que el uso de la bicicleta en “modo de pedaleo puro” sea más físico. Una forma de incrementar este rendimiento de transmisión percibido por el ciclista y así hacerle sentir la sensación de montar en una bicicleta “clásica” es aportar una ligera energía procedente de la batería. La batería compensaría así la pérdida de energía inducida por este tipo de funcionamiento. Esto provoca una pérdida de energía eléctrica y, por tanto, de autonomía, pero esta idea es defendible si se tiene en cuenta el porcentaje de uso de la bicicleta con asistencia eléctrica por encima de los límites de velocidad. Además de eso, esta idea es muy prometedora porque el mecanismo sigue siendo de diseño muy sencillo, ligero, compacto y económico de fabricar. Es por esto que esta solución se ha considerado la más interesante.
Una variante de esta tecnología sería utilizar el segundo motor como generador, enviar la electricidad así producida a la batería y alimentar al MV en consecuencia desde la batería. De hecho, la alimentación mediante la batería es de mejor calidad (tensión, flujo) y el funcionamiento de la bicicleta será mejor. Este tipo de esquema es idéntico a la idea explicada anteriormente pero con otro camino utilizado por la electricidad. No obstante, será necesario comprobar que este tipo de funcionamiento sea aceptado a nivel de la homologación de la motorización.
Otra gran ventaja de la tercera solución es que permite circular con varias relaciones de velocidad en "modo de pedaleo puro” incluso en caso de fallo de batería o descarga total, mientras que las tres variantes de la segunda solución sólo permiten la relación de transmisión mínima y máxima.
Volvamos ahora a las Figuras 9, 10 y 11 para describir el funcionamiento del grupo motopropulsor según la invención. Cada motor está equipado con su propio sensor de efecto Hall y la velocidad angular de cada motor así medida se envía a la unidad de control. La unidad de control también está diseñada para obtener una medición del par resistivo midiendo la corriente que pasa a través del inducido del estator. Por lo tanto, en modo “asistido”, la unidad de control dispone en todo momento de información de par y de velocidad angular de ambos motores y eso constituye una ventaja considerable. En efecto, conociendo la velocidad del planeta (velocidad del primer motor) y de la corona (velocidad del segundo motor) del tren epicicloidal, la velocidad del plato de salida se calcula mediante las ecuaciones expuestas anteriormente y reproducidas a continuación. Entonces, con solo conocer el par del planeta (primer motor), se deducen fácilmente el par de la corona (pedalier) y el del portasatélites (plato de salida) mediante la segunda de las relaciones siguientes.
_ _°>NVpi+Rú)pgd
^platri? 1
Por lo tanto, es posible tener información sobre el par aplicado a los pedales por el ciclista, denotado CHomme, mediante la siguiente relación:
p_p rmss_ drrtiss _ pmas
^Homme ~ ^p ed LMTLWT
La unidad de control regula así el par del primer motor por medio del bucle de regulación.
Por tanto, la información del par del ciclista se recupera mediante las mediciones de pares proporcionadas por los dos motores. Para el control del grupo motopropulsor es necesaria una última información, a saber, la proporcionada por un sensor de velocidad instalado en la rueda delantera o en la rueda trasera. De hecho, la velocidad de la rueda trasera puede ser diferente de la velocidad del piñón de la rueda cuando se dice que la bicicleta está “en rueda libre”. Entonces es necesario conocer la velocidad exacta de la bicicleta para saber si se puede activar o no la asistencia.
La función principal del primer motor es proporcionar la relación de transmisión deseada, como se describió anteriormente. Por tanto, el primer motor se regula para seguir un valor de consigna de velocidad. Este valor de consigna es en realidad el coeficiente “a” dividido por la relación de reducción del segundo motor y multiplicado después por la medición de velocidad del sensor de efecto Hall instalado en el segundo motor.
Dependiendo de si la motorización está en modo “automático” o “manual”, el coeficiente “a” lo impondrá la unidad de control o el propio ciclista. Estos dos modos de gestión de velocidades se explicarán a continuación.
El segundo motor de tracción aportará la potencia que falte para respetar el nivel de asistencia “NivAssist” deseado. Por tanto, este motor actuará principalmente en las relaciones de velocidad bajas (dando el primer motor poca potencia a la rueda para este funcionamiento) y su potencia disminuirá a medida que aumente el coeficiente multiplicador “a”. Como recordatorio, el nivel de asistencia se define como la relación entre la potencia eléctrica suministrada y la potencia total en el plato de salida de la motorización. Se caracteriza en modo asistido por la siguiente relación:
El coeficiente multiplicador de velocidad “a” lo elige el ciclista o lo calcula el algoritmo de cambio de marcha automático. La R y la R<segundo motor>son valores dimensionales fijos específicos de los engranajes. C<mv>puede ser medido por la unidad de control (medición de intensidad). Para tener el nivel de asistencia requerido, basta con controlar el par del segundo motor. Por tanto, el motor de tracción se regulará de manera que siga el siguiente valor de consigna de par:
Por tanto, la unidad de control deberá integrar un bucle de regulación (Figura 11) que regule el par del segundo motor. Obsérvese que el valor de consigna de par del primer motor puede ser positivo o negativo. En caso de que sea negativo, el primer motor funcionará en modo generador y cargará así la batería.
Como se describió anteriormente, el cambio de relación de velocidad se realiza mediante el control del coeficiente multiplicador “a”. El valor mínimo de a es el valor nulo, lo que corresponde a la primera relación de velocidad mecánica cuando la rueda libre que conecta el planeta a la caja del pedalier está bloqueada. Al aumentar el coeficiente a, aumenta la relación de desmultiplicación vista desde el pedalier. Esto también se puede ver gráficamente (Figura 14), el coeficiente a es en realidad la pendiente de la velocidad angular del primer motor.
Hablando técnicamente, el grupo motopropulsor estaría equipado con una pequeña caja electrónica compuesta por dos botones electrónicos, fijada al manillar de la bicicleta, y que reenvía la información a la unidad de control a través de cables eléctricos (o posiblemente tecnología inalámbrica). Uno de los dos botones sirve para subir de marcha y el otro para bajar de marcha. Por tanto, el sistema de motorización actúa como una caja electrónica secuencial. Por lo tanto, se implantarán en el ordenador que gestiona el motor una serie de relaciones discretas, correspondiendo cada una de ellas a un valor del coeficiente a. Pulsando el botón “+” la unidad de control pasa de un valor de “a” al siguiente superior. Pulsando “-”, la unidad de control pasa a un valor inferior a “a”. Este funcionamiento se ilustra con el ejemplo que se muestra en la Figura 15. La motorización incorpora cinco relaciones discretas. La primera marcha corresponde a a = 0 y la 58 corresponde, por ejemplo, a la relación máxima o a = 2. Sin embargo, estas cifras no son representativas del dimensionamiento final. Las relaciones intermedias son por ejemplo: a = 0,4, a = 1 y a = 1,5. En este caso, la organización de marchas se representa de esta forma. El índice M significa que la relación es “mecánica” y el índice E significa que la relación es eléctrica.
Si un ciclista, partiendo de parado, comienza a acelerar hasta la velocidad de 25 km/h, irá cambiando de marcha sucesivamente hasta la última. Al cambiar de marcha, el ciclista hace aumentar el valor de a en la unidad de control.
La ventaja de esta versión manual es ofrecer al ciclista la posibilidad de adaptar estas relaciones como desee como en una bicicleta con desviador ofreciendo una gran calidad de cambio de marcha. En efecto, con este sistema, los cambios de marcha se pueden realizar sobre la marcha (doble clic, triple clic), bajo par e incluso en parado. Además, el control de velocidades es aquí electrónico y ya no mecánico, lo que ofrece una mayor facilidad de pulsación de los mandos y aporta una gran robustez al sistema. No hay ningún ajuste que (re)hacer, ni desgaste, ni riesgo de avería (rotura del cable metálico). En resumen, hay una mejora enorme en la comodidad de utilización de las marchas.
En la versión con cambio de marcha automático, ya no es el ciclista quien decide el valor del coeficiente “a” a enviar a la unidad de control. El coeficiente "a" lo calcula ahora la propia unidad de control en función de determinados parámetros. Se implanta un mapa de cambio de marchas en la unidad de control (como en el control de las transmisiones automáticas para automóviles). El mapa proporcionará el valor de “a” a aplicar en función de dos parámetros: la velocidad de la bicicleta y el par sobre el pedalier. En la Figura 16 se proporciona un mapa a modo de ejemplo. El esquema de la Figura 16 representa un ejemplo de leyes "ascendentes" en línea negra gruesa y leyes "retrógradas" en línea negra fina que indican las ubicaciones de puntos de cambios de marcha ascendentes y descendentes (por lo tanto, del coeficiente “a”) para un cambio de tres velocidades.
Para la versión automática, será posible aumentar infinitamente el número de relaciones disponibles para obtener una transmisión continuamente variable también llamada “CVT”. Esto quiere decir que, en lugar de tener un número finito de relaciones discretas, el motor cambiaría continuamente el coeficiente multiplicador "a". La representación gráfica se encuentra en la Figura 17. La ventaja de la versión automática es la propia simplicidad del sistema a implantar ya que no se requiere caja de control de velocidades. Esto también libera espacio en el manillar y le da un estilo más depurado a la bicicleta. Este tipo de control sería más adecuado para personas que desean un gran confort de rodadura.
Se describirán ahora las formas de controlar el primer motor variador 5 y el segundo motor de tracción 4 en modo normal (modo "asistido"). La Figura 18 ilustra la asistencia proporcionada en función del terreno por el que circula el ciclista. El despegue significa la puesta en movimiento de la bicicleta desde parado. La activación de la asistencia se realiza en cuanto la velocidad del pedalier alcanza un determinado umbral. En este momento, la información del par en el pedalier está disponible mediante la fórmula mostrada anteriormente. Por lo tanto, la unidad de control está diseñada para calcular el valor de consigna de par a aplicar al segundo motor y, de este modo, se pone en marcha el segundo motor. En la relación de velocidad más baja, el primer motor está apagado, en todas las demás marchas está en funcionamiento. Los dos motores están ahora regulados como se explicó anteriormente.
Para que la asistencia sea reactiva, la unidad de control debe recibir preferentemente la información de velocidad del primer motor con un tiempo de respuesta corto. Para ello es preferible que la resolución del sensor angular sea buena. No debería haber ningún problema con eso porque el pedal y el segundo motor están separados por un reductor con una relación cercana a 20, lo que significa que el segundo motor habrá dado una vuelta completa cuando el pedalier sólo haya girado una vigésima parte de vuelta. Si contamos tres cambios de estado del sensor de efecto Hall por revolución del segundo motor, eso nos da una resolución de 6 grados en el pedalier que debería ser suficiente.
Sin embargo, si estuviera presente una respuesta demasiado lenta de la asistencia eléctrica en el arranque, la solución consiste en modificar la rueda libre utilizada para bloquear el planeta cuando el primer motor está sin tensión. Esta rueda libre tendría libertad para girar (1 o 2 grados) en el bastidor de la caja de pedalier y en este juego se insertaría un interruptor de resorte. Cuando el ciclista empuje el pedal para poner su bicicleta en movimiento, el planeta tenderá a querer girar en el sentido contrario a la marcha y presionará contra el interruptor, lo que pondrá en funcionamiento el primer motor y el segundo motor.
Tanto si el cambio de marchas es manual como si es automático, en cuanto cambia el coeficiente "a", se modifica así el valor de consigna del primer motor y el primer motor cambia su velocidad de giro. Es posible que el modo manual imponga rampas de aceleración/desaceleración para obtener un cambio de velocidad lineal y suave. Como en la mayoría de las bicicletas con asistencia eléctrica, el grupo motopropulsor se acompaña de interruptores instalados en los mandos de los frenos. Tan pronto como la unidad de control recibe la información de frenado, apaga ambos motores eléctricos.
Cuando el par medido del ciclista cae por debajo de un cierto umbral, el segundo motor se apaga. El primer motor reduce su velocidad porque está vinculado a la velocidad de pedaleo mediante el coeficiente multiplicador “a”. Si el ciclista pedalea hacia atrás, haciendo funcionar la rueda libre del piñón trasero de la bicicleta, el primer motor se apaga.
La reanudación de la marcha se realiza igual que el arranque porque todas las piezas del tren epicicloidal se detienen antes de que el ciclista comience a aplicar nuevamente esfuerzo sobre sus pedales. La correa (o cadena) no gira gracias a la rueda libre colocada en el piñón trasero (como en una bicicleta convencional). Tan pronto como se captura una medición de velocidad del pedalier, se arranca el primer motor (si la relación de velocidad es diferente de la más pequeña) siguiendo el valor de consigna de velocidad impuesto por la relación de velocidad engranada. También se reactiva el bucle de regulación del segundo motor.
El pedaleo puro se puede practicar en las situaciones en que la batería está descargada o rota. En este caso el ciclista pone en marcha su bicicleta simplemente pedaleando. Su bicicleta estará primero en la primera relación de velocidad mecánica (rueda libre del planeta bloqueada contra el bastidor). Las siguientes marchas se cambian manual o automáticamente. La energía necesaria para alimentar al primer motor que sigue su valor de consigna de velocidad será proporcionada por el segundo motor funcionando así en modo generador. Su par de frenado estará controlado por la fase de la conmutación del control.
Cuando el ciclista se acerca al límite de velocidad en modo “asistido”, la motorización primero reduce progresivamente su nivel de asistencia para a continuación ponerlo a cero cuando la bicicleta llega precisamente a ese límite. A partir de ese momento todo sucede como en un funcionamiento de “pedaleo puro”, excepto que la batería puede alimentar parcialmente al primer motor con una potencia menor o igual a la perdida en el funcionamiento de “segundo motor generador”. Con la batería aún cargada, es posible compensar las pérdidas sufridas por el funcionamiento de la motorización en este caso específico. De esta manera, toda la energía aportada por el ciclista va a la rueda (a excepción, claro está, de los rozamientos que sufre la transmisión).
La Figura 19 ilustra otra realización del grupo motopropulsor según la invención. En esta realización, el conjunto de los componentes del grupo motopropulsor está situado en el interior de una caja cerrada 101 e independiente del cuadro de la bicicleta. La caja 101 está compuesta por tres partes ensambladas, a saber, el cárter derecho 102', el cárter izquierdo 102'' y la cubierta 103. La caja 101 se fija al cuadro de la bicicleta por medio de elementos de fijación, por ejemplo formados por tornillos de fijación. En caso necesario el cuadro de la bicicleta estará adaptado o diseñado para fijar en él la caja. La caja 101 contiene el eje 111 del pedalier en su centro, los dos motores eléctricos 104 y 105, así como el circuito de control electrónico 106.
El primer motor 105 comprende un estator 120 montado de forma coaxial con respecto a un rotor 119. El estator bobinado 120 está fijado al cárter derecho 102'. El primer motor está conectado a un planeta 113, que forma parte de un tren epicicloidal 124. El tren epicicloidal está compuesto por tres partes independientes, a saber, el planeta 113, el portasatélites 114 y la corona 112. El planeta está preferiblemente montado de forma solidaria al rotor 119 del primer motor 105. El tren epicicloidal también incluye un conjunto de satélites dobles 115. Cada satélite doble 115 está formado por dos ruedas dentadas solidarias entre sí y preferentemente de diferentes tamaños. La rueda dentada más pequeña se denomina "satélite pequeño" 116' y el engranaje más grande se denomina "satélite grande" 116". Preferiblemente, habrá tres satélites dobles 115, ya que esto permite un buen equilibrio entre las piezas móviles y el peso del tren epicicloidal. Cada satélite doble 115 está montado sobre un eje de satélite 117 a través de uno o dos rodamientos. El eje de satélite 117 está fijado preferentemente por sus dos extremos al portasatélites 114 por un lado y a la placa de refuerzo del portasatélites 114' por el otro lado. El planeta engrana con los satélites grandes 116" para aumentar la velocidad de rotación del portasatélites 114. En efecto, la velocidad de rotación del portasatélites 114 es una relación lineal de las velocidades de rotación de la corona 112 y del planeta 113. El plato de salida 123 es solidario al portasatélites 114. Un eje de salida 123' hueco, montado de forma coaxial alrededor del eje 111 de pedalier, transmite el par procedente del portasatélites 114, ubicado en el lado izquierdo, al plato de salida, ubicado en el lado derecho de la caja 101. El plato de salida 123 sirve para montar en él una cadena o una correa dentada, que a su vez sirve para impulsar el piñón de la rueda trasera de la bicicleta. Los satélites pequeños 116' engranan con el dentado interno 112' de la corona 112, formando ellos mismos parte del tren epicicloidal. Un dentado exterior 112", solidario a la corona 112, engrana con el segundo motor 104, que a tal efecto está provisto de un piñón de impulsión 107. La transmisión entre el piñón de impulsión 107 y la corona se cierra de forma estanca con el cárter izquierdo 102". El eje 111 del pedalier se hace solidario a la corona 112 del tren epicicloidal, por ejemplo por medio de acanaladuras no representadas en el dibujo. Por supuesto, se pueden proporcionar otros sistemas de bloqueo de rotación para solidarizar el eje del pedalier y la corona.
El rotor 119 del primer motor 105 está guiado por uno o dos rodamientos alojados en el cárter derecho 102'. Un eje 111 del pedalier que pasa a través del tren epicicloidal así como el eje de salida está soportado por dos rodamientos. A la derecha, el rodamiento está conectado al eje de salida 123'. A la izquierda, el rodamiento está alojado en la caja 101. El eje de salida 123' y el portasatélites 114 se ensamblan para formar un conjunto rígido guiado por dos rodamientos. A la derecha, el rodamiento está alojado en la caja 101. A la izquierda, se trata de un rodamiento equipado con una rueda libre 118 y conectado al eje 111 del pedalier, impidiendo que el portasatélites 114 gire menos rápidamente que el eje 111 del pedalier. La rueda libre 118 fuerza al rotor 119 del primer motor 105 a girar a la misma velocidad que el eje del pedalier si este primer motor no está alimentado. De esta manera, las dos entradas del tren epicicloidal que giran a la misma velocidad hacen que el plato de salida gire a esta misma velocidad (en virtud de las ecuaciones cinemáticas de un tren epicicloidal). Esta disposición permite mantener una transmisión de par en caso de sobrecarga del primer motor 105 o en caso de fallo del sistema de control.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Método de uso de un grupo motopropulsor para un vehículo de pedales, en particular una bicicleta (40), comprendiendo dicho grupo motopropulsor una unidad de control (38, 106) diseñada para producir una primera y una segunda señal de control, un primer motor (5, 105) y un segundo motor (4, 104), así como un tren epicicloidal (24, 124) que tiene un portasatélites (14, 114), una corona (12, 112') y un planeta (13, 113), estando dicho primer motor (5, 105) conectado al tren epicicloidal (24, 124), comprendiendo dicho grupo motopropulsor también un eje (11, 111) del pedalier, estando engranado el segundo motor (4, 104) en el eje (11, 111) del pedalier y estando conectado el primer motor (5, 105) al planeta (13, 113), estando conectado el portasatélites (14, 114) a un plato de salida (23, 123) del grupo motopropulsor motriz, estando provistos dicho primer motor (5, 105) y respectivamente dicho segundo motor (4, 104) de un primer sensor y respectivamente un segundo sensor diseñados para medir la velocidad angular del motor con el que está asociado cada uno, estando dichos sensores primero y segundo conectados a la unidad de control (38, 106), comprendiendo dicho grupo motopropulsor un elemento de medición diseñado para producir una señal de medición que indica un par suministrado por el primer motor (5, 105), siendo la segunda señal de control una señal de control de par que se suministra al segundo motor (4, 104),
caracterizado por que la corona (12, 112) está conectada al eje (11, 111) del pedalier para formar una primera entrada del tren epicicloidal (24, 124),
por que dicha unidad de control (38, 106) está diseñada para producir la primera y segunda señal de control en base a velocidades angulares medidas por los sensores y valores de consigna predeterminados, así como en base a la señal de medición que indica el par,
y por que la primera señal de control es una señal de control de velocidad de rotación que se suministra al primer motor (5, 105).
2. Método de fabricación de un grupo motopropulsor para un vehículo de pedales, en particular una bicicleta (40), comprendiendo dicho grupo motopropulsor una unidad de control (38, 106) diseñada para producir una primera y una segunda señal de control, un primer motor (5, 105) y un segundo motor (4, 104), así como un tren epicicloidal (24, 124) que tiene un portasatélites (14, 114), una corona (12, 112') y un planeta (13, 113), estando dicho primer motor (5, 105) conectado al tren epicicloidal (24, 124), comprendiendo también dicho grupo motopropulsor un eje (11, 111) del pedalier, estando engranado el segundo motor (4, 104) en el eje (11, 111) del pedalier y estando conectado el primer motor (5, 105) al planeta (13, 113), estando conectado el portasatélites (14, 114) a un plato de salida (23, 123) del grupo motopropulsor, estando dicho primer motor (5, 105) y respectivamente dicho segundo motor (4, 104) provistos de respectivamente un primer y un segundo sensor diseñados para medir la velocidad angular del motor con el que está asociado cada uno, estando dichos sensores primero y segundo conectados a la unidad de control (38, 106), comprendiendo dicho grupo motopropulsor un elemento de medición diseñado para producir una señal de medición que indica un par suministrado por el primer motor (5, 105), siendo la segunda señal de control una señal de control de par que se suministra al segundo motor (4, 104),
caracterizado por que la corona (12, 112) está conectada al eje (11, 111) del pedalier para formar una primera entrada del tren epicicloidal (24, 124),
por que dicha unidad de control (38, 106) está diseñada para producir la primera y la segunda señal de control en base a velocidades angulares medidas por los sensores y valores de consigna predeterminados, así como en base a la señal de medición que indica el par,
y por que la primera señal de control es una señal de control de velocidad de rotación que se proporciona al primer motor (5, 105).
3. Grupo motopropulsor motriz para un vehículo de pedales, en particular una bicicleta (40), comprendiendo dicho grupo motopropulsor una unidad de control (38, 106) diseñada para producir una primera y una segunda señal de control, un primer motor (5, 105) y un segundo motor (4, 104) así como un tren epicicloidal (24, 124) que tiene un portasatélites (14, 114), una corona (12, 112') y un planeta (13, 113), estando dicho primer motor (5, 105) conectado al tren epicicloidal (24, 124), comprendiendo también dicho grupo motopropulsor un eje (11, 111) del pedalier, estando engranado el segundo motor (4, 104) en el eje (11, 111) del pedalier y estando conectado el primer motor (5, 105) al planeta (13, 113), estando conectado el portasatélites (14, 114) a un plato de salida (23, 123) del grupo motopropulsor, estando dicho primer motor (5, 105) y respectivamente dicho segundo motor (4, 104) provistos de un primer y respectivamente un segundo sensor diseñados para medir la velocidad angular del motor con el que está asociado cada uno, estando dichos sensores primero y segundo conectados a la unidad de control (38, 106), comprendiendo dicho grupo motopropulsor un elemento de medición diseñado para producir una señal de medición que indica un par suministrado por el primer motor (5, 105), siendo la segunda señal de control una señal de control de par que se suministra al segundo motor (4, 104),
comprendiendo el primer motor (5, 105) un estator (20, 120) montado de forma coaxial con respecto a un rotor (19, 119),
caracterizado por que la corona (12, 112) está conectada al eje (11, 111) del pedalier para formar una primera entrada del tren epicicloidal (24, 124),
por que dicha unidad de control (38, 106) está diseñada para producir la primera y la segunda señal de control en base a velocidades angulares medidas por los sensores y valores de consigna predeterminados, así como en base a la señal de medición que indica el par,
y por que la primera señal de control es una señal de control de velocidad de rotación que se suministra al primer motor (5, 105).
4. Grupo motopropulsor de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que la unidad de control (38, 106) comprende una entrada para recibir una señal de relación de velocidad que indica una relación de velocidad seleccionada por el ciclista de entre un número predeterminado de relaciones de velocidad, estando diseñada dicha unidad de control (38, 106) para producir también dicha primera señal de control en función de la señal de relación de velocidad recibida.
5. Grupo motopropulsor de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que comprende un tercer sensor conectado a la unidad de control (38, 106) y diseñado para medir la velocidad a la que la bicicleta es propulsada por un ciclista, estando diseñada la unidad de control (38, 106) para producir en base a la velocidad medida una señal de relación de velocidad que indica una relación de velocidad seleccionada de entre un número predeterminado de relaciones de velocidad, estando diseñada dicha unidad de control (38, 106) para producir dicha primera señal de control también en función de la señal de relación de velocidad recibida.
6. Grupo motopropulsor de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado por que la unidad de control (38, 106) está diseñada para producir una señal ponderada obtenida por multiplicación de la velocidad angular medida del segundo motor (4, 104) por una señal de ponderación obtenida a partir de la señal de relación de velocidad recibida ponderada por una relación de reducción del segundo motor (4, 104), y producir dicha primera señal de control por medio de la señal ponderada.
7. Grupo motopropulsor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado por que la unidad de control (38, 106) está diseñada para comparar la primera señal de control con la velocidad angular medida del primer motor (5, 105) y para ajustar la primera señal en función de una diferencia establecida durante esta comparación con el fin de mantener la velocidad angular del primer motor (5, 105) en la impuesta por la primera señal de control.
8. Grupo motopropulsor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado por que la unidad de control (38, 106) está diseñada para producir la segunda señal de control en función de un nivel de asistencia seleccionado por el ciclista.
9. Grupo motopropulsor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado por que el rotor (19) del primer motor (5) está montado a través de una rueda libre (18) en un bastidor del grupo motopropulsor de tal manera que se impida que el rotor (19) gire en dirección contraria a la dirección de rotación predeterminada del primer motor (5).
10. Grupo motopropulsor de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizado por que el rotor (19) del primer motor (5) está fijado sobre un rodamiento en el eje (11) del pedalier.
11. Grupo motopropulsor de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 10, caracterizado por que el segundo motor (4, 104) está engranado en el eje (11, 111) del pedalier por medio de una rueda receptora (12", 112").
12. Grupo motopropulsor de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 11, caracterizado por que el rotor (19, 119) del primer motor (5, 105) es solidario al planeta (13, 113).
13. Grupo motopropulsor de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado por que el portasatélites (114) está montado mediante una rueda libre (118) en el eje (111) del pedalier de tal manera que se impida que el portasatélites (114) gire más lento que el eje (111) del pedalier.
14. Grupo motopropulsor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 13, caracterizado por que está diseñado de manera que la relación entre la velocidad angular del segundo motor (4, 104) y la velocidad angular del eje (11, 111) del pedalier es un valor dimensional fijo.
15. Bicicleta (40) equipada con un grupo motopropulsor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 a 14.
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