Pierwszy rower ESKA SPORT FAVORIT kupiłem samodzielnie za zarobione pierwsze 150 zł, jako pomocnik geodety na początku lat 60-tych XX wieku. Rower był w systemie wolnobieżnym wiec wymagał dobrych hamulców zaciskowych na oba koła.  Był bardzo lekki ale wymagał dużej sprawności fizycznej podczas jazdy.  Drogi były puste więc przejażdżki rowerowe to była sama przyjemność.  Dzisiaj coraz częściej spotykam rowery elektryczne i hulajnogi więc spróbuje odświeżyć ten temat w patentach. Pierwszy patent z tej branży datuje się na 1895 rok i muszę się przyznać, opis jest niedokładny, co zmusza do wysiłku intelektualnego, żeby zrozumieć istotę wynalazku.

US552271  ELECTRICAL BICYCLE,O, BOLTON, Jr. Data patentu: 31.12.1895r.  Wynalazek dotyczy ulepszenia rowerów elektrycznych. Po pierwsze, obracający się wirnik umieszczony na kole, magnes i części robocze są zamknięte w zewnętrznym pierścieniu oraz płytach bocznych, które chronią części przed wilgocią i brudem. Po drugie, pusta oś, pręty osadzone w materiale izolacyjnym oraz przewody przewodzące przymocowane do wewnętrznego i zewnętrznego końca prętów. Po trzecie, akumulator, reostat umieszczony na kierownicy, powierzchnie łożyskowe na sztycy, punkty styku i przewody przewodzące, które łączą w/w części.

W towarzyszących rysunkach Rys. 1 jest bocznym widokiem  roweru, do którego stosuje się wynalazek.

Rys. 2 jest powiększonym widokiem środkowej części koła silnika, a płyta boczna jest usuwana.

Rys. 3 jest powiększonym pionowym odcinkiem koła silnika.

Rys. 4 jest widokiem z boku jednej z płyt, z czego powstaje twornik.

Rys. 5 to szczegółowy widok odlewu.

Rys. 6 to widok z planu roweru, pokazujący okablowanie.

Rys. 7 to widok szczegółowy pokazujący reostat na uchwycie.

Rys. 8 i 9 są szczegółowymi widokami kontaktów i przestrzeni łożyska na słupku.

Rys. 10 to szczegół pokazujący połączenia przewodów wewnątrz osi koła. 

Kluczowe cechy wynalazku  to:

Akumulator o natężeniu 100 A umieszczony w ramie, napędzający 6-biegunowy silnik prądu stałego  ze szczotkami i komutatorem  w tylnym kole.

Co najważniejsze, był to system z napędem bezpośrednim, co oznacza, że silnik bezpośrednio napędzał koło bez skomplikowanego łańcucha lub przekładni  mechanicznej  połączonej z silnikiem. Rowerzysta kontrolował prędkość za pomocą mechanizmu przepustnicy, co jest podstawową koncepcją, która przetrwała do dziś w rowerach elektrycznych.

Przedstawiony patent  nie był tylko przelotnym pomysłem. To był plan. Wykazano w nim zrozumienie niezbędnych komponentów – źródła zasilania, silnika i sterowania – oraz ich integracji. Chociaż prawdopodobnie nigdy nie był produkowany masowo w formie opatentowanej ze względu na ograniczenia technologiczne epoki, zwłaszcza wagę i wydajność baterii, niezaprzeczalnie położył kamień węgielny pod koncepcję. Stworzył on wizję rozwoju konstrukcji roweru elektrycznego, ponieważ zaproponował  na silnik z napędem bezpośrednim w tylnej piaście, który dziś jest najszerszym i najczęściej używanym typem silnika w konstrukcjach  rowerów.

US1093149  DRIVING MECHANISM FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES, E.W Schneider, Data patentu : 14.04.1914.  potwierdza istotę wcześniejszego wynalazku Boltona Jr. tzn realizacje techniczną silnik prądu stałego w napędzanym kole pojazdu. 

Gdzie: Fig.1 – jest przekrojem silnika prądu stałego w napędzanym kole. Fig.2 – przedstawia przekrój blach twornika i stojana w/w silnika.

W odróżnieniu do klasycznych konstrukcji silników komutatorowych  prądu stałego , wirnik jest zamontowany na stałe na nieruchomej osi koła. Z kolei stator  zamontowany jest obrotowo na łożyskach  osi , która posiada kształt rurowy.

Przestrzeń wewnątrz osi jest wykorzystana do poprowadzenia przewodów zasilających nieruchomo wirnik oraz stator  poprzez komutator, który również jest nieruchomo połączony z wirnikiem.

 

 

 

 

US572036 WHEEL WITH ELECTRICAL MOTOR HUB FOR, VEHICLES, C.Theryc, Data patent: 24.11.1896.

   Przedstawiony wynalazek dotyczy koła pojazdu wyposażonego w środkowy silnik elektryczny, który może być stosowany w pojazdach ogólnie, a w rowerach w szczególności.  Koło to, które może mieć dowolną odpowiednią formę, jak wskazuje poprzednie wyrażenie, posiada silnik elektryczny połączony ze swoją częścią środkową w szczególny sposób, przy czym takie połączenie pozwala na wyeliminowanie aktualnie używanego pomocniczego środka przeniesienia napędu.

Rys. 1 przedstawia przekrój koła i jego środkową część  w płaszczyźnie wzdłużnej  osi  koła;  Rys.2 przedstawia przekrój środkowego silnika elektrycznego w płaszczyźnie poprzecznej do tej osi,; A Rys.3 przedstawia szczegółowy widok mechanizmu napędowego.

Silnik elektryczny składa się z dynama, którego wirnik A B obraca się w polu magnetycznym wytworzonym przez bieguny C. Wirnik zamocowany jest na osi D koła roweru, które jest podtrzymywane, jak zwykle, przez widełki T T’. Oś ta obraca się swobodnie w dwóch łożyskach kulkowych M. Połączenie wirnika A B z osią D odbywa się za pomocą dwóch stożków blokujących D’, wykonanych z materiału izolacyjnego, takiego jak drewno, ebonit itp. Oś D ma na jednym końcu zębatkę K, która zazębia się z kołem pośrednim J, osadzonym na łożysku kulkowym S na sworzniu N,  Ta obudowa I, do której przymocowany jest magnes polowy, jest połączona z jednej strony z obręczą za pomocą szprych R R’, których końce są osadzone w uszach o lub otworach w kołnierzu obudowy I, a z drugiej strony jest osadzona na osi D, wokół której obraca się swobodnie za pośrednictwem obudów łożysk kulkowych H, H’.

Przewodniki elektryczne doprowadzające prąd do silnika przechodzą przez widełki T i kończą się dwiema szczotkami węglowymi  t, t2 ,  które ocierają się o koncentryczne pierścienie g1,g2 ’, które są zamocowane na końcu obudowy  I, aby się tam poruszać. Dwa pierścienie  g1,g2 są połączone odpowiednio z uchwytami szczotek G za pomocą przewodników  g3,g4″. Pierścienie są oczywiście izolowane od reszty skrzynki i dostarczają prąd tylko do uchwytów szczotek G. Uchwyty szczotek są połączone elektrycznie z komutatorem E silnika za pomocą szczotek węglowych lub gum F, które są dociskane do komutatora przez sprężyny ściskające spiralne g.

Z powyższego opisu łatwo zrozumieć, że prąd pochodzący z dowolnego odpowiedniego źródła energii elektrycznej w rowerze i wpływający do wirnika poprzez opisane połączenia wprawia wirnik w ruch. Wirnik przekazuje swój ruch poprzez ciąg epicykloidalny K J L w odwrotnym kierunku do obudowy I,  która przenosi ze sobą magnes polowy A’ B’, która jest do  przymocowany do  obręcz koła za pomocą szprych R R’.

DC Motor, How it works? https://youtu.be/LAtPHANEfQo