ES2871065T3 - Dinamo para bicicletas - Google Patents
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Abstract
Dinamo de buje (1) que puede conectarse a una rueda (3) de una bicicleta, que comprende: - una máquina eléctrica (2) capaz de funcionar alternativamente como generador y como motor; - una o más baterías (4) conectadas a dicha máquina eléctrica (2) para poder intercambiar energía con esta última; - un cuerpo de cierre conectado rotativamente de manera integral a dicha rueda de bicicleta (3), adaptado para recibir en su interior los medios necesarios para operar el propio dinamo y que aloja la máquina eléctrica (2) y dicha una o más baterías (4); dicho cuerpo de cierre que está desprovisto de conectores para conectar las baterías (4) a fuentes de energía externas de manera que dichas baterías (4) solo sean recargables por la máquina eléctrica (2) que funciona como generador debido al giro de la rueda de bicicleta (3); - una unidad de control (6) configurada para controlar la máquina eléctrica (2); - un sensor para detectar el estado de carga (SOC) de dichas una o más baterías (4), conectado a la unidad de control (6) y adecuado para generar una señal representativa de dicho estado de carga de la una o más baterías (4); en el que la unidad de control (6) se configura para controlar la máquina eléctrica (2): - de acuerdo con un primer modo (MOD1), en el que la máquina eléctrica (2) funciona como generador y es capaz de convertir la energía mecánica de rotación de la rueda en energía eléctrica para que se almacene en una o más baterías (4), dicho primer modo (MOD1) que es configurable además por la unidad de control (6) de acuerdo con un primer (LEV1) y un segundo nivel de energía recuperada (LEV2), en el que la potencia recuperada de acuerdo con el primer nivel (LEV1) es menor que la potencia recuperada de acuerdo con el segundo nivel (LEV2) en las mismas condiciones de movimiento de la bicicleta; - de acuerdo con un segundo modo (MOD2) en el que la máquina eléctrica (2) funciona como un motor y es capaz de entregar potencia adicional a la rueda de bicicleta que extrae energía de dichas una o más baterías (4); en el que la selección entre el primer (MOD1) y segundo modo (MOD2), y/o entre el primer (LEV1) y el segundo nivel de recuperación de energía (LEV2), puede realizarse al menos parcialmente de manera automática por la unidad de control (6), en base a señales de sensores adecuados y/o - uno o más miembros de mando (7) están conectados a la unidad de control (6) y pueden controlarse por un usuario para seleccionar entre el primer y segundo modos operativos y/o entre dichos primer y segundo niveles del primer modo operativo, y en el que dicha unidad de control (6) está configurada para controlar dicha máquina eléctrica (2) de acuerdo con el primer modo (MOD1) de manera que, en las mismas condiciones de movimiento de la bicicleta, la potencia recuperada aumenta a medida que el nivel de una o más baterías (4) disminuye.
Description
DESCRIPCIÓN
Dinamo para bicicletas
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un dinamo para bicicleta, del tipo denominado "dinamo de buje".
Técnica anterior
Se conocen bicicletas provistas con dispositivos conocidos como dínamos para convertir la energía mecánica, normalmente generada por la rotación de la rueda delantera, en energía eléctrica, por ejemplo, para alimentar las lámparas de la bicicleta.
Las dinamos estándar comprenden una caja cilíndrica que aloja en el interior un alternador, cuyo eje sobresale de la caja y es girado por un elemento de contacto que a su vez contacta con la rueda de bicicleta a lo largo de su circunferencia y consecuentemente rueda sobre la misma. La corriente producida por el alternador se convierte en corriente continua, por ejemplo, mediante un conmutador, y luego alimenta una luz de la bicicleta, por ejemplo. Además, se han propuesto dinamos del tipo denominado "dínamo de buje" que se unen directamente al buje de una rueda de bicicleta y giran integralmente con él alrededor del buje. Tales dinamos de buje comprenden en el interior un generador eléctrico que produce una corriente alterna debido a la rotación de la rueda, esta corriente se usa luego para alimentar las luces de la bicicleta o posiblemente también dispositivos externos, como por ejemplo un teléfono inteligente. Las dinamos de buje, en comparación con los dinamos estándar, generalmente generan una menor resistencia a la rodadura y, por lo tanto, requieren menos esfuerzo para un ciclista. Sin embargo, también estos últimos generan una resistencia a la rodadura no despreciable, proporcional a la velocidad de la rueda y que, además, aumenta en función del número de cargas suministradas por la misma.
Algunas soluciones de la técnica anterior se conocen a partir de los documentos US2011/0133542 A1 y US2016/068056 A1. El primer documento se considera como la técnica anterior más cercana y divulga un dinamo de buje conectable a una rueda de una bicicleta, que comprende: una máquina eléctrica capaz de funcionar alternativamente como generador y como motor; una o más baterías conectadas a dicha máquina eléctrica para poder intercambiar energía con esta última; un cuerpo de cierre adaptado para estar conectado integralmente rotativamente a dicha rueda de bicicleta, adaptado para recibir en su interior los medios necesarios para operar el propio dinamo y que aloja la máquina eléctrica y dicha o más baterías; dicho cuerpo de cierre que está desprovisto de conectores para conectar las baterías a fuentes de energía externas de modo que dichas baterías solo sean recargables por la máquina eléctrica que funciona como generador debido al giro de la rueda de la bicicleta; una unidad de control configurada para controlar la máquina eléctrica; un sensor para detectar el estado de carga de dichas una o más baterías, conectado a la unidad de control y adecuado para generar una señal representativa de dicho estado de carga de la una o más baterías; en el que la unidad de control está configurada para controlar la máquina eléctrica: de acuerdo con un primer modo, en el que la máquina eléctrica funciona como un generador y es capaz de convertir la energía mecánica de rotación de la rueda en energía eléctrica para que se almacene en una o más baterías; de acuerdo con un segundo modo en el que la máquina eléctrica funciona como un motor y es capaz de suministrar potencia adicional a la rueda de bicicleta que extrae energía de dichas una o más baterías; en el que la selección entre el primer y segundo modo, puede ser realizada al menos parcialmente automáticamente por la unidad de control, en base a señales de sensores adecuados y/o uno o más miembros de comando están conectados a la unidad de control y son comandados por un usuario para seleccionar entre el primer y segundo modo operativo.
Sumario de la invención
Es un objetivo de la presente invención poner a disposición un dinamo de bicicleta que tenga una mejor eficiencia energética que los dinamos de acuerdo con la técnica anterior y que además permita llevar un esfuerzo medio de un ciclista a un nivel inferior al de uno de los dinamos de acuerdo con la técnica anterior. Este y otros objetivos se cumplen con un dinamo de bicicleta de acuerdo con la reivindicación 1.
Breve descripción de los dibujos
Para comprender mejor la invención y apreciar las ventajas de la misma, a continuación, se describirán algunas realizaciones ejemplificativas y no limitantes de la misma con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra el funcionamiento del dinamo de acuerdo con la invención; La Figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra el funcionamiento de la unidad de control del dinamo de acuerdo con una realización de la invención;
La Figura 3 es un diagrama que ilustra una posible tendencia de la potencia P recuperada por el dinamo de acuerdo con la invención en función de la velocidad de la bicicleta a la que está asociada al dinamo;
La Figura 4 es un diagrama que ilustra un ejemplo de una tendencia de un coeficiente corrector R representativo de la modulación de la potencia recuperada por el dinamo de acuerdo con la invención en función del estado de carga SOC de la batería de la misma de acuerdo con otro posible modo operativo;
La Figura 5 es un diagrama que ilustra un ejemplo de una tendencia de un coeficiente corrector R representativo de la modulación de la potencia recuperada por el dinamo de acuerdo con la invención en función del estado de carga SOC de la batería de la misma de acuerdo con otro posible modo operativo;
La Figura 6 es un diagrama que ilustra un ejemplo de tendencia de un coeficiente corrector R representativo de la modulación de la potencia suministrada por el dinamo de acuerdo con la invención en función del estado de carga SOC de la batería de la misma de acuerdo con otro posible modo operativo.
Descripción detallada de la invención
Con referencia al diagrama de bloques de la Figura 1, un dinamo para una bicicleta se indica con el número de referencia 1. El dinamo es de tipo buje y está adaptada para conectarse a una rueda 3 de una bicicleta, por ejemplo, a la rueda delantera. Por esta razón, el dinamo 1 comprende un cuerpo de cierre (no mostrado en las figuras) adaptado para recibir en su interior los medios necesarios para operar el propio dinamo. El cuerpo de cierre está adaptado para estar conectado integralmente rotativamente a la rueda de bicicleta 3. Por ejemplo, a tal efecto, el cuerpo de cierre puede comprender unos orificios adecuados para acoplarse con los radios de la rueda 3 de bicicleta. El cuerpo de cierre puede montarse de forma giratoria en el buje de la rueda a la que está conectada el dinamo, de manera que pueda girar con ella.
Se observa que el cuerpo de cierre, y más generalmente el propio dinamo 1, está desacoplado mecánicamente de los pedales de la bicicleta y de la cadena (o, más generalmente, de los elementos de transmisión que conectan los pedales a la rueda motriz) porque no interactúa directamente con ellos, y por tanto carece de mecanismos para conectarlo a ellos, como ruedas libres o similares.
El dínamo 1 comprende en el interior del cuerpo de cierre, una máquina eléctrica 2 capaz de funcionar como generador y, como se describirá más específicamente a continuación, también como motor. En particular, la máquina eléctrica 2 puede comprender un rotor capaz de girar integralmente con la rueda 3 (porque a su vez es integral con el cuerpo de cierre, por ejemplo) y un estator integral con el buje, de manera que la rotación de la rueda de bicicleta 3 es traducido en una rotación del rotor con respecto al estator, en consecuencia, se produce una corriente eléctrica alterna. La conversión de la energía mecánica (energía cinética debida a la rotación de la rueda) en energía eléctrica conlleva una resistencia a la rodadura de la bicicleta que es percibida por el ciclista que pedalea. Por ejemplo, la máquina eléctrica 2 puede comprender un motor sin escobillas, capaz de funcionar tanto como generador como como motor.
El dinamo 1 comprende una o más baterías 4 conectadas a la máquina eléctrica 2 para que puedan ser recargadas por esta última, cuando funciona como un generador, debido al giro de la rueda 3. Las baterías 4 también están alojadas dentro del cuerpo de cierre.
Además, las baterías 4, como se ilustrará más particularmente a continuación, pueden a su vez suministrar energía eléctrica a la máquina eléctrica 2 para que ésta pueda funcionar como un motor.
Ventajosamente, se observa que el dinamo 1 está desprovista de conectores para conectar las baterías a fuentes de energía externas, por lo que las baterías 4 solo son recargadas por la máquina eléctrica 2 que funciona como generador debido al giro de la rueda de la bicicleta.
Los dispositivos externos 5, como las luces delanteras y/o traseras de la bicicleta, o dispositivos como teléfonos inteligentes, o detectores de parámetros biométricos del ciclista (como la frecuencia cardíaca) se pueden conectar al dinamo 1 y para ello el dinamo 1 comprende salidas adecuadas para conectarlas eléctricamente. Preferentemente, el dinamo 1 comprende particularmente una o más salidas para suministrar las llamadas cargas críticas 5', y una o más salidas para suministrar cargas no críticas 5". Las cargas críticas son aquellos dispositivos externos que deben ser alimentados eléctricamente por el dínamo 1 además si las baterías 4 están completamente descargadas (las lámparas de la bicicleta, por ejemplo), y por lo tanto pueden alimentarse directamente no solo por las baterías 4, sino también por la máquina eléctrica 2 cuando ésta funciona como generador. Las cargas no críticas son aquellos dispositivos eléctricos que no obstaculizan el funcionamiento seguro de la bicicleta (los teléfonos inteligentes, por ejemplo). Estos solo son alimentados por las baterías 4 y por lo tanto no pueden recibir energía si las baterías están completamente descargadas.
La Figura 1 ilustra esquemáticamente las direcciones de los posibles flujos de energía entre la rueda 3, la máquina eléctrica 2, las baterías 4, las cargas críticas 5' y las cargas no críticas 5".
Para controlar los flujos de energía mencionados anteriormente, y también para permitir que el ciclista actúe sobre ellos, el dinamo 1 comprende una unidad de control 6 mostrada esquemáticamente en la Figura 2.
Con referencia a la Figura 2, la unidad de control 6 está configurada para controlar la máquina eléctrica 2 de acuerdo con dos modos diferentes.
De acuerdo con un primer modo, se controla a la máquina eléctrica 2 para que funcione como generador, es decir, que recupere una parte de la energía mecánica generada por la rotación de la rueda de la bicicleta. Dicha energía es convertida en energía eléctrica por la máquina eléctrica 2 que funciona como generador y se almacena en las baterías 4. A su vez, dicho primer modo se puede configurar de acuerdo con al menos dos niveles de recuperación diferentes. De acuerdo con un primer nivel de recuperación, la potencia recuperada por la máquina eléctrica 2 que funciona como generador, se mantiene baja, de esta manera también es baja la resistencia a la rodadura debida a la máquina eléctrica. Este ajuste se puede mantener, por ejemplo, durante las condiciones de avance estándar de la bicicleta, con o sin ciclista pedaleando. En base a un segundo nivel de recuperación, en cambio, la cantidad de potencia recuperada por la máquina eléctrica 2 que opera como generador, se mantiene más alta que el primer nivel (con las mismas condiciones de movimiento de la bicicleta, particularmente con las mismas condiciones de velocidad). Este ajuste, que obviamente aumenta también la resistencia al avance debido a la máquina eléctrica, se puede aprovechar por ejemplo para recuperar energía cuando la bicicleta está en bajada y/o cuando está frenando, es decir, cuando el ciclista no está pedaleando, por lo que él/ella no percibe ningún esfuerzo adicional.
En cambio, de acuerdo con un segundo modo, se controla a la máquina eléctrica 2 para que funcione como un motor. Por lo tanto, el dinamo 1 se usa no solo para almacenar energía, sino también para suministrar potencia extra al ciclista si lo necesita. La energía para alimentar la máquina eléctrica 2 que funciona como motor se extrae, en este caso, de la batería 4.
Para permitir al ciclista seleccionar entre el primer (MOD1) y segundo modo operativo (MOD2), y en el caso del primer modo, entre el primer (LEV1) y el segundo nivel de recuperación de energía (LEV2), la unidad de control 6 puede estar conectado a uno o más miembros de mando 7 o, más generalmente, a una unidad de interfaz hombremáquina. Por ejemplo, se puede proporcionar una primera palanca para seleccionar entre el primer y segundo modo operativo, y una segunda palanca (o la misma primera palanca movible a otras posiciones) se puede proporcionar para seleccionar entre el primer y segundo niveles de recuperación de energía cuando se selecciona el primer modo. Como alternativa adicional, el primer y segundo nivel del primer modo pueden estar relacionados con la acción de frenado del ciclista. Por ejemplo, un sensor que envía un pulso a la unidad de control cuando se detecta una acción de frenado, se puede asociar a la palanca de freno, el sensor que indica el cambio del primer al segundo nivel. O, además, a los pedales se le puede asociar un sensor adaptado para detectar un empuje de pedal hacia atrás de ciclista, este empuje de pedal hacia atrás se entiende como una solicitud de recuperación de energía, por lo que el sensor es capaz a su vez de entregar un pulso a la unidad de control 6 de manera que este último seleccione el segundo nivel de energía a recuperar. De acuerdo con una alternativa adicional, el ciclista puede controlar una o más de las selecciones mencionadas anteriormente por medio de un dispositivo externo, como un teléfono inteligente conectado a la unidad de control 6, en el que una aplicación capaz de interactuar con la unidad de control 6, está cargada. De acuerdo con la invención, la selección entre el primer (MOD1) y segundo modo operativo (MOD2), y/o entre el primer (LEV1) y el segundo nivel de recuperación de energía (LEV2) se puede realizar al menos parcialmente de forma automática por la unidad de control 6, en base a señales de sensores adecuados (por ejemplo, un sensor de pendiente puede indicar una condición de descenso, que puede corresponder a una condición que activa el segundo nivel del primer modo operativo, o una condición de ascenso que puede corresponder a una condición que activa el segundo modo operativo).
Preferentemente, se observa que el primer modo operativo configurado al primer nivel de recuperación de energía es el modo operativo estándar de la máquina eléctrica. En otras palabras, la unidad de control 6, sin instrucciones del ciclista o sin señales específicas de los sensores, controla la máquina eléctrica para que funcione de acuerdo con el primer nivel de recuperación del primer modo operativo.
Además, se observa que pueden proporcionarse dos niveles de recuperación de energía del primer modo operativo. De acuerdo con una posible realización, la unidad de control 6 está configurada para controlar la máquina eléctrica 2 para que conmute de forma gradual y continua del primer al segundo nivel de recuperación de energía, posiblemente se configura en un nivel intermedio, y viceversa. Para ello, por ejemplo, el elemento de mando puede comprender una palanca eléctrica capaz de conmutar de forma continua entre una primera posición correspondiente al primer nivel de recuperación, a una segunda posición correspondiente a un segundo nivel de recuperación, a través de posiciones intermedias correspondientes a niveles intermedios de recuperación de energía.
A continuación, se describirán diferentes modos operativos de la máquina eléctrica 2 realizados por la unidad de control 6.
Primer modo, primer nivel: recuperación de energía, baja resistencia
De acuerdo con este modo, la energía recuperada por la máquina eléctrica 2 que funciona como generador, depende de la velocidad efectiva del vehículo, particularmente la energía recuperada es mayor a altas velocidades del vehículo. Una posible curva de la potencia recuperada P en función de la velocidad del vehículo Wv se muestra en la Figura 3. La velocidad del vehículo Wv se puede obtener mediante un sensor de velocidad asociado a una rueda. Preferentemente, dicho sensor está incluido en el propio dinamo 1 (en el cuerpo de cierre, por ejemplo) y puede medir, por ejemplo, la velocidad angular del rotor con respecto a un estator, para suministrar a la unidad de control 6 una señal representante de tal velocidad.
De acuerdo con una posible realización, la relación entre la potencia recuperada P y la velocidad del vehículo Wv puede modularse aún más en función de la cadencia del empuje del pedal, es decir, en función de la velocidad/frecuencia Wp del empuje del pedal ejercido por el ciclista. Para ello, la unidad de control de dínamo 6 se puede conectar a un sensor de cadencia de empuje de pedal adecuado para generar una señal representativa del mismo. De hecho, se ha observado en general que la eficiencia energética del ciclista aumenta a medida que aumenta la velocidad de empuje del pedal: por lo tanto, en caso de velocidades altas de empuje del pedal, hace que ejerza un mayor esfuerzo, especialmente debido a la recuperación de energía. De acuerdo con tal consideración, por ejemplo, se puede proporcionar la recuperación de energía, por ejemplo, como se muestra en la Figura 3, para que se active solo si se detecta una velocidad de empuje del pedal mayor que un valor umbral. Como alternativa, es posible modificar dicha curva en función de la velocidad de empuje del pedal detectada, por ejemplo, al aumentar la potencia recuperada a velocidades de empuje de pedal altas y reducirla a velocidades de empuje de pedal bajas. El sensor de cadencia se puede conectar de forma inalámbrica a la unidad de control 6, por ejemplo, para reducir el número de cables físicos en la bicicleta en la que está instalado el dinamo 1.
De acuerdo con la invención, la unidad de control 6 está configurada además para modular la energía recuperada por la máquina eléctrica 2 que opera como generador en base al nivel de carga SOC de la batería, que para este propósito también es monitoreado por un sensor de carga adecuado conectado a la propia unidad de control y adaptada para generar una señal representativa del estado de carga de la batería. En particular, la unidad de control 6 actúa para aumentar la potencia recuperada (y en consecuencia el esfuerzo adicional del ciclista) a niveles de carga bajos, y para reducir la potencia recuperada si la batería tiene un nivel de carga alto.
Por ejemplo, la potencia recuperada, basada en la curva del tipo ilustrado en la Figura 3, se puede modular en base a un coeficiente R11 que varía entre 1 (correspondiente a la condición de nivel de carga SOC del 0%) y 0 (correspondiente al nivel de carga SOC del 100%), de los cuales una posible tendencia se muestra cualitativamente en la Figura 4.
Primer modo, segundo nivel: recuperación de energía, alta resistencia
También de acuerdo con este modo, la energía recuperada por la máquina eléctrica que funciona como generador, depende de la velocidad efectiva del vehículo, particularmente la energía recuperada es mayor a altas velocidades del vehículo. La tendencia cualitativa de la potencia recuperada P en función de la velocidad del vehículo Wv puede ser análogo al que se muestra a modo de ejemplo en la Figura 3, sin embargo, el valor absoluto de la potencia recuperada es mayor, con las mismas condiciones de movimiento de la bicicleta, particularmente con las mismas velocidades.
Dado que este modo operativo implica una alta resistencia al empuje del pedal, se puede usar principalmente en condiciones en las que el ciclista no tiene que pedalear, típicamente a lo largo de un descenso y al frenar.
Por tanto, en este caso es necesario modificar la potencia recuperada en base a la velocidad de empuje del pedal. Sin embargo, el sensor de cadencia de empuje del pedal (o un sensor distinto de él) también puede usarse para determinar la condición de frenado que activa este modo operativo a partir de un empuje del pedal hacia atrás del ciclista, como se discutió anteriormente.
De acuerdo con este modo, además, se prefiere no modular la potencia recuperada en base al nivel de carga SOC de la batería ya que, particularmente al frenar, esto alteraría el comportamiento de la bicicleta, y, por tanto, lo que el ciclista percibe como en función del nivel de carga.
Por tanto, en este caso, la potencia recuperada se modula en función de un coeficiente R12 que se mantiene constantemente igual a 1 independientemente del nivel de carga SOC de la batería (la línea continua en la Figura 5). Evidentemente, a pesar de lo escrito anteriormente, en cualquier caso, la unidad de control puede volver a modular la potencia recuperada en función del nivel de carga, de la misma forma que se ilustra con referencia a la Figura 4, en base a un coeficiente R12 que varía entre 1 (correspondiente a la condición del nivel de carga SOC del 0%) y 0 (correspondiente al nivel de carga SOC del 100%), como se muestra cualitativamente por la línea discontinua en la Figura 5.
Segundo modo: asistencia de empuje de pedal
De acuerdo con este modo, la máquina eléctrica 2 funciona como motor y, por tanto, el dinamo 1 suministra potencia adicional a la suministrada por el ciclista, extrayendo la energía necesaria de la batería 4.
La ley por la que se suministra la potencia motriz (y también el par motor) se puede seleccionar en función de varios criterios. Por ejemplo, de acuerdo con una posible lógica, la unidad de control 6 puede controlar la máquina eléctrica 2 para que entregue una potencia motriz constante adicional. De acuerdo con una posible realización alternativa, la potencia P suministrada por la máquina eléctrica, puede modularse en función de la cadencia de empuje del pedal, es decir, en función de la velocidad/frecuencia de empuje del pedal Wp ejercido por el ciclista, medido por el sensor de cadencia citado anteriormente, conectado a la unidad de control 6. De acuerdo con otras variantes, la potencia suministrada se puede modular en función de las señales de uno o más sensores aplicados a la propia bicicleta, como por ejemplo un sensor de pendiente.
De acuerdo con una posible realización, también es posible en este caso modular la potencia motriz suministrada por la máquina eléctrica en base al nivel de carga SOC de la batería 4. Para ello, el nivel de carga SOC puede ser monitoreado por el sensor de carga citado anteriormente conectado a la unidad de control 6.
Por ejemplo, la potencia a suministrar de acuerdo con los criterios antes citados se puede modular en base a un coeficiente R2 que varía entre 0 (correspondiente a la condición del nivel de carga SOC del 0 %) y 1 (correspondiente al nivel de carga SOC del 100 %), como se muestra cualitativamente en la Figura 6. En este caso, si el nivel de carga es bajo, la acción del motor es limitada, en cambio la misma puede incrementarse si el nivel de carga es alto.
Se observa que la energía suministrada por la máquina eléctrica 2 cuando se configura de acuerdo con el segundo modo operativo, se pone completamente a disposición del propio ciclista cuando la máquina eléctrica se pone en el primer modo operativo. Por tanto, no es necesario conectar el dinamo de acuerdo con la invención a fuentes de energía externas para recargar las baterías. De acuerdo con una posible realización, la unidad de control está configurada de manera que la máquina eléctrica 2, cuando se configura en el segundo modo operativo, extrae de las baterías una cantidad de energía no superior a la almacenada en las propias baterías cuando la máquina eléctrica se pone en el primer modo operativo durante un tiempo predeterminado antes de conmutar del primer al segundo modo operativo.
Además, se observa, de acuerdo con una posible realización alternativa, que la unidad de control 6 está configurada para realizar un control en bucle cerrado del nivel de carga SOC de las baterías. Por ejemplo, una vez configurado un valor de carga promedio deseado SOC *, cuando la máquina eléctrica está configurada en el primer modo de acuerdo con el primer nivel (Figura 4), o de acuerdo con el segundo nivel (línea discontinua, Figura 5), la unidad de control modulará aún más la potencia absorbida que varía el coeficiente R11 y R12 de manera que el nivel de carga tenderá a mantener el nivel deseado. Por tanto, por ejemplo, si la máquina eléctrica funciona como generador y el nivel de carga es mucho menor que el valor deseado SOC*, la unidad de control actuará para que la máquina eléctrica recupere mucha potencia, que disminuirá gradualmente hasta que el nivel de carga se vuelva estable en el nivel deseado SOC*. Análogamente, si la máquina eléctrica funciona como motor y el nivel de carga es muy superior al valor deseado SOC*, la unidad de control actuará sobre la máquina eléctrica para que suministre una alta potencia, que irá disminuyendo gradualmente hasta que el nivel de carga se vuelva estable en el nivel deseado SOC*.
A partir de las descripciones dadas anteriormente, un experto en la técnica podría apreciar como el dinamo de acuerdo con la invención permite una optimización energética con respecto a los dinamos conocidos. De hecho, si la máquina eléctrica funciona como generador, el ciclista puede seleccionar entre dos niveles de recuperación, correspondientes a una resistencia baja (primer nivel) y a una resistencia alta (segundo nivel). Las resistencias asociadas al primer y segundo nivel son seleccionadas dinámicamente por la unidad de control para que sean respectivamente menores y mayores que la resistencia única ofrecida por los dinamos de acuerdo con la técnica anterior. De esta forma, el ciclista puede seleccionar recuperar una pequeña cantidad de energía (por lo tanto, puede seleccionar tener una resistencia limitada debido al dinamo) en condiciones normales y recuperar una gran cantidad de energía en condiciones particulares, por ejemplo, al descender o frenar, en el que la alta resistencia que ofrece la máquina eléctrica no obstaculiza el empuje del pedal. El dínamo, de acuerdo con la invención, permite además almacenar energía, que en los dinamos de acuerdo con la técnica anterior se disipa en calor, que se puede usar cuando sea necesario al hacer funcionar la máquina eléctrica como motor y no como generador.
A las realizaciones descritas del dinamo de acuerdo con la invención, un experto en la técnica para satisfacer necesidades contingentes específicas, puede agregar varias adiciones, sin caer fuera del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (11)
1. Dinamo de buje (1) que puede conectarse a una rueda (3) de una bicicleta, que comprende:
- una máquina eléctrica (2) capaz de funcionar alternativamente como generador y como motor;
- una o más baterías (4) conectadas a dicha máquina eléctrica (2) para poder intercambiar energía con esta última;
- un cuerpo de cierre conectado rotativamente de manera integral a dicha rueda de bicicleta (3), adaptado para recibir en su interior los medios necesarios para operar el propio dinamo y que aloja la máquina eléctrica (2) y dicha una o más baterías (4); dicho cuerpo de cierre que está desprovisto de conectores para conectar las baterías (4) a fuentes de energía externas de manera que dichas baterías (4) solo sean recargables por la máquina eléctrica (2) que funciona como generador debido al giro de la rueda de bicicleta (3);
- una unidad de control (6) configurada para controlar la máquina eléctrica (2);
- un sensor para detectar el estado de carga (SOC) de dichas una o más baterías (4), conectado a la unidad de control (6) y adecuado para generar una señal representativa de dicho estado de carga de la una o más baterías (4);
en el que la unidad de control (6) se configura para controlar la máquina eléctrica (2):
- de acuerdo con un primer modo (MOD1), en el que la máquina eléctrica (2) funciona como generador y es capaz de convertir la energía mecánica de rotación de la rueda en energía eléctrica para que se almacene en una o más baterías (4), dicho primer modo (MOD1) que es configurable además por la unidad de control (6) de acuerdo con un primer (LEV1) y un segundo nivel de energía recuperada (LEV2), en el que la potencia recuperada de acuerdo con el primer nivel (LEV1) es menor que la potencia recuperada de acuerdo con el segundo nivel (LEV2) en las mismas condiciones de movimiento de la bicicleta;
- de acuerdo con un segundo modo (MOD2) en el que la máquina eléctrica (2) funciona como un motor y es capaz de entregar potencia adicional a la rueda de bicicleta que extrae energía de dichas una o más baterías (4);
en el que la selección entre el primer (MOD1) y segundo modo (MOD2), y/o entre el primer (LEV1) y el segundo nivel de recuperación de energía (LEV2), puede realizarse al menos parcialmente de manera automática por la unidad de control (6), en base a señales de sensores adecuados
y/o
- uno o más miembros de mando (7) están conectados a la unidad de control (6) y pueden controlarse por un usuario para seleccionar entre el primer y segundo modos operativos y/o entre dichos primer y segundo niveles del primer modo operativo,
y en el que dicha unidad de control (6) está configurada para controlar dicha máquina eléctrica (2) de acuerdo con el primer modo (MOD1) de manera que, en las mismas condiciones de movimiento de la bicicleta, la potencia recuperada aumenta a medida que el nivel de una o más baterías (4) disminuye.
2. El dinamo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un sensor para la detección de la velocidad (u>v) de la rueda de la bicicleta, conectada a la unidad de control (6) y adecuada para generar una señal representativa de dicha velocidad de la rueda de la bicicleta.
3. El dinamo (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la unidad de control (6) está configurada para controlar la máquina eléctrica (2 ) de acuerdo con el primer modo operativo de manera que la potencia recuperada aumenta a medida que aumenta la velocidad de la rueda de la bicicleta.
4. El dinamo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un sensor para detectar la cadencia del empuje del pedal (Wp) de la bicicleta, conectado a la unidad de control (6) y adecuado para generar una señal representativa de dicha cadencia de empuje del pedal, en el que la unidad de control (6) está configurada para controlar la máquina eléctrica (2) de acuerdo con el primer modo operativo de manera que la potencia recuperada se modifique en función de dicha cadencia de empuje del pedal y/o de acuerdo con el segundo modo operativo de manera que la potencia suministrada se modifique en función de dicha cadencia de empuje del pedal.
5. El dinamo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha unidad de control (6) está configurada para controlar dicha máquina eléctrica (2) de acuerdo con el segundo nivel del primer modo de manera que la potencia recuperada sea independiente del nivel de carga (SOC) de la una o más baterías (4).
6. El dinamo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha unidad de control (6) está configurada para controlar dicha máquina eléctrica (2) de acuerdo con el segundo modo, de manera que,
en las mismas condiciones de movimiento de la bicicleta, la potencia adicional suministrada por la máquina eléctrica (2) disminuye a medida que disminuye el nivel de carga (SOC) de una o más baterías (4).
7. El dinamo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control (6) está configurada para realizar un control en bucle cerrado del nivel de carga (SOC) de las baterías (4).
8. El dinamo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control (6) está configurada de manera que la máquina eléctrica (2), cuando se configura en el segundo modo operativo (MOD2), extrae de las baterías (4) una cantidad de energía no mayor que la almacenada en las baterías (4) cuando la máquina eléctrica (2) se configura en el primer modo operativo durante un tiempo predeterminado antes de conmutar del primer (MOD1) al segundo modo operativo (MOD2).
9. El dinamo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una o más salidas para conectar dispositivos externos (5), en el que dichas una o más salidas comprenden primero una o más salidas para suministrar cargas críticas (5') por la máquina eléctrica (2) que funciona como generador y/o por una o más baterías (4), y una segunda o más salidas para el suministro de cargas no críticas (5") por la única o más baterías (4).
10. El dinamo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha unidad de control (6) está configurada de manera que el primer modo operativo configurado en el primer nivel de energía de recuperación es el modo operativo normal de la máquina eléctrica (2).
11. El dinamo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha máquina eléctrica (6) es capaz de conmutar de forma gradual y continua entre dichos primer y segundo niveles del primer modo operativo.
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