MXPA04011354A

MXPA04011354A - Vehiculos con energia electrica que tienen motor y suministro de energia contenido dentro de las ruedas.

Info

Publication number: MXPA04011354A
Application number: MXPA04011354A
Authority: MX
Inventors: V Pyntikov Alexander
Original assignee: Wavecrest Lab Llc
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2005-02-17
Also published as: CA2481628C; US6802385B2; ES2268349T3; USRE43232E1; AU2003223321A1; DE60306641T2; JP4009638B2; DE60306641D1; CN1652969A; EP1503933B1; CN100406342C; BR0310029A; US20030213630A1; WO2003097437A1; ATE332267T1; KR20040111615A; CA2481628A1; JP2005525968A; EP1503933A1; KR100729476B1

Abstract

Un vehiculo en forma electrica, por ejemplo una bicicleta, que tiene un motor, un controlador y un suministro de energia contenida dentro del compartimiento de una rueda. Se fija una estructura del estator cilindrico en el eje de la rueda, dentro de una superficie interna de la estructura del estator que define un espacio para alojar el circuito de suministro de energia y el controlador. Una pluralidad de segmentos del estator de electromagneto se montan en una superficie externa de la estructura del estator. Se acopla una estructura del rotor cilindrico al eje a traves de cojinetes. Una superficie interna de la estructura del rotor se acopla al eje a traves de cojinetes. Una superficie interna de la estructura del rotor soporta una pluralidad de imanes permanentes que rodean los segmentos del estator para formar una brecha de aire radial entre ellos. Montada en la superficie externa de la estructura del motor mediante una estructura del motor de soporte adecuada, se encuentra una llanta del vehiculo.

Description

WO 03/097437 A l lililí |l| ¡lililí! I l ilil í l ?1|||! ||,|,^ For two-letter codes and other abbreviations, refer to the "Guid-ance Notes on Codes and Abbreviations" appearing at the begin-ning ofeach regular issue of the PCT Gazelle.

VEHICULOS CON ENERGIA ELECTRICA QUE TIENEN MOTOR Y SUMINISTRO DE ENERGÍA CONTENIDO DENTRO DE LAS RUEDAS Campo del Invento La presente invención se refiere a vehículos con energía eléctrica, más particularmente a vehículos en los cuales los elementos del motor de transmisión, circuitos de control y suministro de energía están contenidos dentro de una o más ruedas del vehículo.

Antecedentes del Invento Las solicitudes de Pyntikov y asociados y Maslov y asociados, describen el desarrollo de transmisiones de motor eléctrico eficientes energizados con batería que pueden emplearse de manera conveniente en vehículos y otros ambientes . Las solicitudes se dirigen a los retos de lograr una operación suave en un amplio rango de velocidad, en tanto que se mantiene una capacidad superior de salida de torsión con un consumo mínimo de energía. El control electrónico de la energización pulsada aplicada a devanados de motor, a través de variar en forma precisa el ancho de la pulsación, ciclo de tarea y aplicación conmutada de un agente de batería, proporciona una amplia versatilidad funcional y una administración flexible de las características del motor. Aunque la complejidad de los elementos electrónicos puede ser extensa y diversa, se reconoce la necesidad de una configuración estructural del motor en la cual los elementos de control que proporcionan dicha operación estén auto-contenidos . Dicha configuración no debe realizarse sacrificando el desempeño del flujo del motor que produce la estructura que está dentro de un cons ituyente determinado del motor. Las solicitudes de Pyntikov y asociados y Maslov y asociados, contemplan configuraciones en las cuales el estator se forma de una pluralidad de módulos de potencia individuales y segmentos de núcleo correspondientes, en donde cada módulo comprende elementos de control y transmisión eléctricos suministrados por una fuente de energía incorporada dentro del estator. Dicha arquitectura paralela proporciona una funcionalidad controlada de manera relativamente independiente para cada módulo. El desempeño de cada módulo en forma individual puede medirse in situ durante operación normal o corriendo rutinas de diagnóstico más extensas, controladas por software. Con base en los resultados de la prueba, un módulo puede ser recalibrado, desconectado o señalizado en forma automática para reparación o reemplazo. El desempeño general del motor, determinado por la combinación de las características de los módulos independientes, puede compararse con referenciaciones originales para analizar diversas opciones de reparación para proyectar una mínima acción necesaria. En ambientes en los cuales la capacidad de transporte y tamaño son factores importantes, tales como bicicletas, triciclos, motocicletas y similares, una transmisión de motor de un vehículo debe proporcionar de manera conveniente una fácil capacidad de acceso a los diversos componentes estructurales para el reemplazo de partes con un mínimo de inconveniencia. Los vehículos más pequeños presentan desafíos adicionales en la incorporación de controles en el motor, los cuales pueden tener una estructura de motor sofisticada y uno o más suministros de energía dentro de un espacio con disponibilidad limitada. Por ejemplo, se debe proporcionar una fuente de energía que tenga una suficiente capacidad para la operación satisfactoria de una transmisión de vehículos, tal como se describió anteriormente, mientras que satisfaga los severos requerimientos de espacio y peso de los vehículos pequeños . Existe la necesidad de proporcionar una fuente de energía dentro de los confines de la estructura del vehículo, mientras que no obstruya la operación del usuario.

Sumarlo del Invento La presente invención cumple con las necesidades antes descritas, al menos en parte, proporcionando un vehículo energizado en forma eléctrica, por ejemplo, una bicicleta que tenga un motor, controlador, suministro de energía y cargador contenido dentro del compartimento de una rueda. Se fija una estructura de estator cilindrica en el eje de la rueda, dentro de una superficie interna de la estructura del estator que define un espacio para alojar el suministro de energía. Se monta una pluralidad de segmentos del estator electromagnético en y se distribuye alrededor de una superficie externa de la estructura del estator. Se acopla una estructura de rotor cilindrico al eje a través de cojinetes. Una superficie interna de la estructura del motor, soporta una pluralidad de imanes permanentes distribuidos alrededor de la superficie y que rodean los segmentos del estator para formar una brecha de aire radial entre ellos. La superficie externa de la estructura del rotor, soporta una llanta que está montada en la misma a través de una estructura de soporte, tal como una estructura de rayo dentada de la bicicleta o que se puede montar directamente en la misma. El circuito de motor, suministro de energía y control del motor pueden no estar contenidos dentro de un cubo de la rueda frontal o trasera de una bicicleta, al cual se puede tener acceso fácilmente. Para aspectos particulares de las diversas configuraciones estructurales, el rotor y estator y el esquema de control del motor para generar una fuerza electromotriz, se hace referencia a las solicitudes de patente antes identificadas.

Los requerimientos de suministro de energía dependen de las variables del vehículo, tales como tamaño y peso, así como de la configuración estructural del motor en particular y las características de operación deseadas. El suministro de energía puede comprender una pluralidad de celdas de batería estándar, tal como celdas-D, las cuales pueden reemplazarse fácilmente cuando sea necesario, con celdas fácilmente disponibles. Una ventaja de dichas celdas es que están fácilmente disponibles, ya que son baterías recargables. Con un acceso fácil, las baterías pueden intercambiarse por otras baterías recargables y almacenarse para un uso posterior. Con una conexión adecuada de las baterías a una parte externa de la rueda, las baterías pueden recargase in situ sin la necesidad de sacarlas de la rueda. Una ventaja adicional de la presente invención, es que las celdas de batería adicionales pueden contenerse dentro de un espacio de almacenamiento en una segunda rueda, y acoplarse, a través de un cable eléctrico llevado por la estructura del vehículo, hacia la transmisión del motor que se encuentra en la primera rueda. La provisión de baterías comúnmente disponibles en ambas ruedas, amplía el rango de ambientes de operación útiles que incluyen vehículos más resistentes o vehículos para pasajeros múltiples. Dependiendo de las características particulares de diseño del motor, las celdas pueden estar conectadas todas en configuración paralelas y/o en serie/paralelas adecuadas. Como una característica adicional, se puede proporcionar un interruptor en el circuito de cables para permitir la conexión selectiva de las celdas que se encuentran en la segunda rueda al motor y a su controlador. Los vehículos más pequeños pueden no requerir de la conexión simultánea de todas las baterías en todo momento. Durante períodos de uso de luz o cuando la primera rueda contiene baterías nuevas o recientemente cargadas, la conexión de las baterías de la segunda rueda puede abrirse por medio del interruptor, conservando de este modo el suministro de energía. Estas baterías pueden ser conmutadas en el circuito durante requerimientos de torsión superior, por ejemplo, recorrido en un gradiente de subida severo o cuando se llevan pasajeros adicionales y/o cargas pesadas. Las baterías que se encuentran en la segunda rueda comprenden de este modo un suministro de energía de reserva, que también puede conmutarse en el circuito cuando las baterías que se encuentran en la primera rueda indican la pérdida de energía después de un período de uso. El suministro de energía de reserva puede contenerse en la rueda frontal de una bicicleta, el cual puede ser eliminado fácilmente del vehículo sin perturbar la rueda trasera. La eliminación de la rueda trasera es más complicada debido al peso agregado de los componentes del motor y su interconexión con la cadena de la bicicleta. Las baterías de la rueda frontal pueden llevarse fácilmente a un lugar remoto, en donde se pueden cargar o reemplazar. El reemplazo de la rueda frontal con el suministro de energía nuevo o recargado, permite el uso prolongado del vehículo de modo que se pueda retrasar la atención a la rueda trasera a un momento más conveniente. Aún otro aspecto de la presente invención, es la provisión de un motor, controlador, cargador y suministro de energía en cada una de pluralidad de ruedas del vehículo Esta funcionalidad de "toda la transmisión de la rueda", permite un mayor rango de control del vehículo para una mejor tracción y distribución de torsión y agrega un nivel de redundancia al sistema de transmisión . Los expertos en la técnica podrán apreciar ventajas adicionales de la presente invención a partir de la descripción detallada que se encuentra más adelante, en donde únicamente se muestra y describe la modalidad preferida de la presente invención, simplemente a manera de ilustración del mejor modo contemplado para llevar a cabo la presente invención. Tal como se considera, la presente invención tiene la capacidad de otras modalidades y de modalidades diferentes, y sus diversos detalles tienen la capacidad de modificaciones en diversos aspectos obvios, todos sin apartarse de la presente invención. Por consiguiente, los dibujos y descripción serán considerados como de naturaleza ilustrativa, y no Breve Descripción de las Figuras En las figuras que acompañan la presente invención la cual se ilustra a manera de ejemplo y no de limitación, los números de referencia similares se refieren a elementos similares en donde : La figura 1, es una ilustración de una bicicleta de acuerdo con la presente invención.

La figura 2, es una vista expandida de los componentes estructurales dentro de la sección del cubo de una rueda de la bicicleta mostrada en la figura 1. La figura 3, es una vista en perspectiva tridimensional de la estructura de motor y batería de suministro .de energía dentro del cubo de la rueda de acuerdo con la presente invención. La figura 4, es una vista en perspectiva tridimensional de la estructura de motor y los elementos del controlador dentro del cubo de la rueda de acuerdo con la presente invención. La figura 5, es una vista de la relación estructural entre la sección del cubo y los otros elementos de la rueda de la bicicleta de las figuras 1 y 2. La figura 6, es una ilustración de la variación de la bicicleta mostrada en la figura 1. La figura 7, es una ilustración de otra variación de la bicicleta mostrada en la figura 1. La figura 8, es una ilustración de una bicicleta, tal como la que se muestra en la figura 7, con características adicionales de acuerdo con la presente invención.

Descripción Detallada del Invento La figura 1, ilustra un ejemplo de la presente invención. La bicicleta 10 comprende una rueda frontal 12 y una rueda trasera 14 acoplada a la estructura 16 a través de ejes que no se muestran. También acopladas a la estructura se encuentran las barras con manija 18, de las cuales únicamente se muestra una, y el asiento 20. La propulsión del vehículo puede proporcionarse a través de un acoplamiento estándar de pedal y engranaje de cadena con la rueda trasera, así como una transmisión de motor eléctrico contenida dentro del área del cubo 22 que se encuentra en la rueda trasera. Tal como se describirá de manera particular más adelante, el cubo aloja el motor, los elementos del controlador y el suministro de energía. El cable 24, el cual está montado en la estructura 16 está conectado entre el cubo, un interruptor y obturador, no mostrado, en la barra con manija. El operador puede activar la transmisión del motor encendiendo la conexión para completar un circuito del motor, controlador del motor y fuente de energía a través del cable 24. La figura 2, es una vista expandida del cubo 22 y sus componentes estructurales internos. Los elementos indicados a través de la ménsula 30, cuando se ensamblan, forman una unidad con la estructura de la bicicleta 16, estando directamente adherido el eje 32 a la estructura. La estructura del estator cilindrico 34, junto con las placas 36, de las cuales únicamente se ilustra una, define un espacio dentro del cual se alojan las baterías 38. Las baterías pueden ser artículos comúnmente disponibles, tales como celdas-D, que pueden ser recargables. La placa 40 también forma parte de la estructura del estator cilindrico y representa diversos elementos del circuito y conexiones del circuito que proporcionan la operación del controlador del motor para los diversos devanados de la fase del motor y la carga de baterías, así como conexiones para las baterías y el cable 24. Nuevamente se hace referencia a las solicitudes también pendientes antes identificadas, las cuales están previamente incorporadas a la presente invención como referencia, para una explicación más detallada de la operación adecuada del controlador del motor. Se considera que la provisión de uno o más substratos, componentes del circuito integrado, circuitos impresos, etc., también están dentro de las habilidades de los expertos en la técnica. La ilustración de la placa 40, pretende ilustrar la relación estructural de elementos de acuerdo con la presente invención.

Se coloca una pluralidad de segmentos del estator electromagnético 42 distribuidos alrededor de y montados en la superficie cilindrica externa del estator 34. Los elementos electromagnéticos están ferromagnét icamente aislados entre sí, y en operación, cada uno puede controlarse por separado. La estructura del estator 34 se forma de un material no magnético, tal como aluminio.

La estructura del rotor 44 tiene una superficie cilindrica interna en la cual se montará el rotor de imán permanente 46. Un anillo de hierro de soporte, soporta una pluralidad de imanes permanentes distribuidos que no necesitan estar en una relación de apoyo entre si. Las placas 48 y los cojinetes 50 son parte del ensamble del rotor. Las figuras 3 y 4 son representaciones tridimensionales de la estructura de cubo dentro de las placas externas 48. Cuando se ensamblan, los componentes del estator forman un cilindro que tiene un ancho relativamente angosto, estando unida la circunferencia externa mediante los electromagnetos . El rotor rodea el estator para formar una brecha de aire radial entre los electromagnetos del estator y los imanes permanentes del rotor. Las placas externas 48 están motadas a la estructura cilindrica 44 para guardar la parte del cubo y están soportadas por el eje mediante los cojinetes 50. Tal como se muestra en la figura 5, la llanta 54 puede montarse en la estructura del rotor 44 mediante los rayos 56 en una forma convencional. La rotación del rotor del motor proporciona de este modo la propulsión a la llanta 54. En la modalidad de la figura 1, las baterías, el motor y los elementos de control están montados todos en un cubo de la llanta trasera. En la variación ilustrada en la figura 6, la adaptación del cubo se proporciona en la llanta frontal. Esta adaptación permite el uso de un cable con longitud más corta. Al confinarse a la parte frontal del vehículo, el cable tiene menos probabilidad de enredarse con el conductor o con el engranaje de la bicicleta y el aparato de la cadena. Además, se considera un beneficio debido a que la rueda frontal se elimina más fácilmente del vehículo (y se vuelve a ensamblar en el mismo) cuando necesita atención el reemplazo de baterías, la nueva carga de las baterías o el motor y/o con rolador . Una variación adicional de la presente invención, se ilustra en la figura 7. El vehículo de la figura 7 difiere del de la figura 1 en que el compartimento del cubo adicional se proporciona también en la rueda frontal. Los componentes dentro del cubo de la rueda frontal pueden ser similares a los componentes del cubo de la rueda trasera, los cuales se describieron anteriormente con respecto a la figura 3. El cable 24 soportado por la estructura del vehículo, comprende conexiones eléctricas, entre ambos cubos y uno o más interruptores en la barra con manija 18. El interruptor 60 es una línea entre ambos cubos. El operador, al seleccionar las posiciones del interruptor puede activar la propulsión del motor tanto en las ruedas frontales y traseras (toda la transmisión de la rueda) , como la propulsión del motor, ya sea para la transmisión de la rueda trasera o la transmisión de la rueda frontal. Esta funcionalidad puede obtenerse a través de la coordinación entre el interruptor 60 y el interruptor y obturador que se encuentra en la barra con manija. La provisión de interruptores e inte conexiones cableadas adecuadas, está dentro de la capacidad normal de un experto en la técnica. A manera de ejemplo, el interruptor de la barra con manija puede ser un interruptor múltiple y el interruptor 60 puede ser un interruptor de un solo polo. Como soporte se proporciona la propulsión de pedal manual. La cadena puede ser desencajada del cubo trasero durante la operación del motor. Como una variación alternativa de la adaptación descrita anteriormente de la figura 7, uno de los cubos de la rueda frontal o trasera alojan un suministro de baterías de reserva y circuito de recarga, sin un motor y elementos controladores del motor. Las conexiones eléctricas entre las baterías de suministro de reversa, se ajustan de modo que se puede realizar una conexión paralela a través del cierre del interruptor 60 con las baterías en el cubo del motor. Por lo tanto, está disponible una mayor capacidad de suministro de energía para casos en los cuales las baterías que se encuentran en el cubo del motor tienen carga disminuida o cuando se imponen condiciones de carga superior. La fuente de energía adicional en combinación con la operación del motor altamente eficiente, permite el recorrido de mayores distancias en los intervalos entre el reemplazo o recarga de baterías. Como una característica adicional de la presente invención, se puede proporcionar un cableado adecuado dentro del cubo de la rueda para la conexión de las baterías a las terminales que se encuentran fuera del cubo para conectarse a un cargador de baterías. Dicha característica podría ser benéfica para eliminar la necesidad de remover una rueda y desmantelar el cubo para reemplazar las baterías. La figura 8, ilustra en forma de diagrama, cajas externas de terminal 62a y 62b, las cuales están fijas a la estructura de la bicicleta en forma adyacente a las ruedas traseras y frontales, respectivamente. Las cajas de terminal contienen configuraciones de terminal adecuadas que coinciden con cualquier aparato de carga de baterías comúnmente disponible. Se proporciona el cableado entre las baterías dentro de los cubos y las cajas de terminal externas. Aunque la figura 8 ilustra una modalidad en la cual las baterías están contenidas dentro de ambas ruedas, se contempla que algunas aplicaciones pueden requerir baterías únicamente en una sola rueda, necesitando únicamente una terminal para cargar baterías . En la presente descripción se muestra y describe únicamente modalidades preferidas de la presente invención y algunos ejemplos de su versatilidad. Quedará entendido que la presente invención tiene la capacidad de utilizarse en diversas combinaciones y ambientes y que tiene la capacidad de cambios o modificaciones dentro del alcance del concepto inventivo, tal como se expresa en la presente invención. Por ejemplo, está dentro de la consideración de la presente invención, que la estructura del rotor del motor pueda acoplarse a través de cojinetes a la superficie externa de la estructura del estator en lugar de al eje. Como alternativa adicional, la llanta puede montarse directamente a la estructura del rotor. Los rayos podrían eliminarse posteriormente, conforme se incrementa el diámetro del cubo a la dimensión interna de la llanta. Dicha modificación, crea un mayor espacio en el cual se puede alojar un motor con mayor potencia y baterías adicionales.

Claims

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NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes :
REIVINDICACIONES 1.- En un vehículo energizado en forma eléctrica, una rueda comprende: un ángulo; una estructura de estator cilindrico fijada al ángulo, una superficie interna de la estructura del estator que define un espacio para alojar un suministro de energía; una pluralidad de segmentos del estator de electromagneto montado en y distribuido alrededor de una superficie externa de la estructura del estator; una estructura del rotor cilindrico acoplada al eje a través de cojinetes, una superficie interna de la estructura del rotor que soporta una pluralidad de imanes permanentes distribuidos alrededor de los segmentos del estator para formar una brecha de aire radial 21 entre ellos; y una llanta montada a una superficie externa de la estructura del rotor. 2. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el suministro de energía comprende una pluralidad de celdas de batería. 3. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la pluralidad de celdas de batería son celdas-D.
4. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el espacio de la estructura del estator cilindrico comprende elementos de control para operar los segmentos del estator de elect romagne to .
5. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el espacio de la estructura de estator cilindrico comprende además un circuito de recarga de baterías .
6. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el vehículo es una bicicleta y la rueda es una rueda trasera.
7.- Un vehículo de conformidad con la 22 reivindicación 1, caracterizado porque el vehículo es una bicicleta y la rueda es una rueda frontal.
8. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de segmentos del estator de elect omagnetos están separados entre sí.
9. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la pluralidad de imanes permanentes están separados entre s í .
10. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque comprende además : una segunda rueda que contiene un espacio de almacenamiento para alojar celdas de batería adicionales; y un cable eléctrico llevado por la estructura para acoplar los segmentos del estator con las celdas de batería adicionales en la segunda rueda .
11. -Un vehículo de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además un interruptor acoplado al cable eléctrico para conectar en forma selectiva 23 las baterías adicionales en la segunda rueda.
12. - Un vehículo energizado en forma eléctrica que comprende: una primera rueda que tiene una parte de cubo en la cual se monta un motor eléctrico giratorio; una segunda rueda que tiene una parte de cubo en la cual se monta el suministro de energía; y una estructura que conecta en forma estructural las partes del cubo de la primera y segunda ruedas .
13. -Un vehículo de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el suministro de energía comprende una pluralidad de celdas de batería.
14. -Un vehículo de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la parte del cubo de la primera rueda comprende un eje y el motor eléctrico giratorio comprende: un estator montado en forma fija al eje; y un rotor que rodea el estator y que está separado del mismo mediante una brecha de aire, en donde el rotor está acoplado al eje a través de cojinetes. 24
15. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el estator comprende una pluralidad de segmentos del núcleo de electromagnetos que están separados entre sí.
16. - Un vehículo de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el rotor comprende una pluralidad de imanes permanentes que está separados entre sí.
17. -Un vehículo de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque comprende además un cable eléctrico transportado por la estructura para la conexión entre el motor y el suministro de energía, estando asegurado el cable a la estructura.
18. -En un vehículo energizado en forma eléctrica, una pluralidad de ruedas, comprende cada una : un eje; una estructura de estator cilindrico fija al eje, una superficie interna de la estructura del estator que define un espacio para alojar un suministro de energía y un controlador del motor ; una pluralidad de segmentos del estator de 25 elect romagneto montados en y distribuidos alrededor de una superficie externa de la estructura del estator; una estructura del rotor cilindrico acoplado al eje a través de cojinetes, una superficie interna de la estructura del rotor que soporta una pluralidad de imanes permanentes distribuidos alrededor de los segmentos del estator para formar una brecha de aire radial entre ellos; y una llanta montada en una superficie externa de la estructura del rotor.