Kiedy to minęło gdy na polskich drogach królował radziecki rower Mińsk, a częstym widokiem była jazda dzieci pod ramą, co jest dzisiaj trudne do otworzenia, gdy są dostępne różnej wielkości rowery dziecięce i młodzieżowe. Szczęściarze jeździli na rowerach MIFA lub Diamant z NRD, które były znacznie droższe w obiegu handlowym, ale wzbudzały zachwyt, konstrukcją i wykonaniem, miłośników dwóch kółek na pustych polskich drogach. Ja jeździłem dumnie ESKĄ SPORT FAVORIT więc nie mogłem narzekać na asfalcie gdy wyprzedzałem konkurencję, gorzej było na polnych drogach gdzie moje wąskie opony grzęzły i musiałem iść pieszo. Ale było minęło a teraz mamy erę hulajnóg i rowerów elektrycznych z silnikami prądu stałego w piaście koła .
Silnik rowerowy w piaście, jak sama nazwa wskazuje, umieszczony jest wewnątrz piasty koła – najczęściej przedniego lub tylnego. W uproszczeniu, wewnątrz piasty znajdują się magnesy i cewki. Prąd elektryczny przekształcany odpowiednio przez sterownik przepływający przez cewki generuje zmienne pole magnetyczne, które oddziałuje z magnesami, powodując obrót wirnika, a tym samym całego koła. Nowoczesne silniki rowerowe w piaście to silniki bez-szczotkowe. Są one bardziej wydajne, trwalsze i cichsze niż starsze silniki szczotkowe ale wymagają jednak bardziej zaawansowanego sterownika prądowego. Znane są silniki z przekładnią (geared), które charakteryzują się wysokim momentem obrotowym przy niskich prędkościach, co jest przydatne podczas ruszania i jazdy pod górę. Są mniejsze i lżejsze od silników bez przekładni, ale mogą być mniej trwałe. Natomiast silniki bez przekładni (direct drive) charakteryzują się prostotą konstrukcji, cichą pracą i duża trwałość. Są zazwyczaj większe i cięższe od silników z przekładnią, ale oferują płynniejszą jazdę i lepsze chłodzenie. Dobrze sprawdzają się przy wyższych prędkościach i na płaskich terenach. Po tym krótkim wstępie można przejść do typowego patentu z branży silników rowerowych w piaście.
EP1601085A1 Hub unit for use in electrically movable wheels and vehicle comprising the hub unit, SANYO, Data patentu: 15.04.2009. Przedstawiony wynalazek dotyczy zespołu piasty, w którym zastosowano tylko jeden mocujący wał podporowy, przy czym wał podporowy ma przynajmniej jeden koniec wystający na zewnątrz z piasty , a wirnik ma rurowy wał obrotowy osadzony obrotowo wokół wału podporowego, przy czym wynalazek dotyczy również pojazdu zawierającego zespół piast.
Fig.1 przedstawia widok z przodu roweru ze wspomaganiem elektrycznym; Fig.2 przedstawia widok przekroju zespołu piasty; Fig.3 przedstawia widok perspektywiczny zespołu piasty z usuniętym głównym korpusem piasty; Fig.4 przedstawia widok perspektywiczny zespołu piasty; Fig.5 przedstawia widok perspektywiczny w rozłożeniu stosu płyt metalowych; Fig.6 przedstawia widok przekroju zespołu piasty drugiego wariantu wykonania; Fig.7 przedstawia widok perspektywiczny zespołu piasty z usuniętym głównym korpusem piasty; Fig.8 przedstawia widok przekroju konwencjonalnego zespołu piasty; Fig.9 przedstawia widok perspektywiczny zespołu piasty z usuniętym głównym korpusem piasty.
Elektrycznie ruchomy zespół piasty koła (zwany dalej „zespołem piasty”) składa się z silnika 9 zawierającego stojan 3 i wirnik 4, planetarnego mechanizmu redukcyjnego 6 sprzężonego z wałem wirnika 41 przechodzącym przez płytę końcową 52 obudowy silnika 5 oraz piasty 7 otaczającej silnik 9 i mechanizm redukcyjny 6 w nim oraz posiadającej wewnętrzne zęby 66a zazębiające się z przekładniami planetarnymi 65, a także mocujących wałków podporowych 57, 57a ustawionych w jednej linii z wałem wirnika 41 i wystających na zewnątrz odpowiednio z płyty końcowej 51 po jednej stronie obudowy silnika 5 naprzeciwko mechanizmu redukcyjnego 6 oraz z ramy nośnej przekładni planetarnej 61, przy czym wały podporowe 57, 57a wystają na zewnątrz z piasty 7. Wałki podporowe 57, 57a zamocowane są do przedniego lub tylnego widelca roweru, a szprychy (niepokazane) koła osadzone są w otworach mocujących szprychy 74a w ściankach obwodowych 74, 74 znajdujących się wokół piasty 7.
Po wzbudzeniu uzwojeń 32 stojana 3 wirnik 4 zaczyna się obracać. Po redukcji prędkości, obrót wirnika 4 przenoszony jest na piastę 7 za pomocą mechanizmu przekładni planetarnej 6, w celu obracania koła roweru. W przypadku, gdy na pedały roweru działa obciążenie nie mniejsze od określonej wartości w momencie nacisku, uzwojenia 32 stojana 3 zostają wzbudzone, co pozwala rowerzyście na łatwą jazdę nawet po pochyłościach.
Niniejszy wynalazek dotyczy zespołu piasty, w którym zastosowano tylko jeden mocujący wał podporowy 57, przy czym wał podporowy 57 ma przynajmniej jeden koniec wystający na zewnątrz z piasty 7, a wirnik 4 ma rurowy wał obrotowy 44 osadzony obrotowo wokół wału podporowego 57, przy czym wynalazek dotyczy również pojazdu zawierającego zespół piast.
FIG.1 przedstawia przykład roweru wspomaganego elektrycznie 1 posiadającego piastę 2, która jest przymocowana do dolnego końca przedniego widelca 12 roweru 1, a piasta 2 i obręcz 13 przedniego koła 11 są połączone ze sobą szprychami 14, 14. Akumulator 17 zamontowany jest na rowerze pomiędzy sztycą siodełka 15 i tylnym kołem 16.
Podczas jazdy na rowerze, siła nacisku pedałów 18 oddziałuje na czujnik (niepokazany), który zasila silnik 9 zespołu piasty 2 za pomocą akumulatora 17, gdy obciążenie pedałów nie jest mniejsze od ustalonej wartości. Jednostka piasty 2 ma wspomniany wyżej silnik 9, który obejmuje stojan 3 i wirnik 4, piastę 7 otaczającą silnik 9 i napędzaną obrotowo przez obrót wirnika 4 oraz wałek podporowy 57 zamocowany do obudowy silnika 5, wystający z niej zgodnie z osią obrotu piasty 7 i mający przeciwległe końce wystające na zewnątrz z piasty 7.
Jak pokazano na FIG. 5, stojan 3 składa się ze stosu 31 określonej liczby wyciętych płyt metalowych 31a oraz uzwojeń 32 nawiniętych wokół stosu płyt metalowych 31. Każda z metalowych płyt 31a ma kształt pierścienia posiadającego wiele wypustek w kształcie litery T 31b rozmieszczonych na wewnętrznym obwodzie pierścienia w równych odstępach na jego obwodzie i wystających w kierunku środka pierścienia. Zgodnie z niniejszym przykładem wykonania płytka metalowa 31a ma dwanaście wypustek 31b. Uzwojenie 32 umieszczone jest na stosie wypustek 31b w fazie jako całość.
Wirnik 4 jest umieszczony obrotowo wewnątrz stojana 3, współśrodkowo względem niego, przy czym, wirnik 4 umiejscowiony jest w wyniku włożenia rurowego wału obrotowego 44 przez środek stosu 42 okrągłych płyt metalowych, tak aby wał 44 mógł się obracać wraz ze stosem płyt metalowych 42.
W zewnętrznej obwodowej części stosu płyt metalowych 42 osadzono wiele magnesów trwałych 43 równolegle do obracającego się wału 44 w równych odstępach, przy czym bieguny S i bieguny N rozmieszczone są naprzemiennie na obwodzie stosu. Obudowę 5 silnika 9 wykonuje się poprzez umieszczenie stosu płyt metalowych 31 stojana 3 pomiędzy parą pierwszej i drugiej płyty końcowej 51, 52 ustawionych naprzeciwko siebie osiowo względem stojana 3 i połączenie dwóch płyt końcowych 51, 52 za pomocą wielu śrub 53 włożonych przez zewnętrzną obwodową część stosu 31 i dokręconych.
Wał obrotowy 44 wirnika 4 jest rurowy. Rurowy wał obrotowy 44 przechodzi przez drugą płytę końcową 52 i wystaje na zewnątrz poza drugą płytę końcową 52. Łożysko 49 umieszczone jest pomiędzy wałem 44 a drugą płytą końcową 52. Pierwsza płyta końcowa 51 ma występ 56 wystający na zewnątrz ze swojego środka. Wałek podporowy mocujący 57 przechodzi przez pierwszą płytę końcową 51 i jest do niej zamocowany, zgodnie z osią stojana 3. Wałek podporowy 57 przechodzi przez występ 56 pierwszej płyty końcowej 51, rurowy wał obrotowy 44 wirnika 4, mechanizm przekładni planetarnej 6, oraz płytę zamykającą 72 piasty 7, a jego przeciwległe końce wystają na zewnątrz z piasty 7. Przeciwległe końce wału podporowego 57 mają gwint zewnętrzny, jak w punkcie 57b, w celu umożliwienia montażu piasty na przednim widelcu 12 roweru 1. Łożyska 46, 46 umieszczone są pomiędzy rurowym wałem obrotowym 44 wirnika 4 a wałem podporowym mocującym 57.
Łożyska 46, 46 umieszczone są pomiędzy rurowym wałem obrotowym 44 wirnika 4 a wałem podporowym mocującym 57. Mechanizm redukcyjny jest umieszczony na zewnątrz drugiej płyty końcowej 52 i służy do przekazywania obrotów rurowego wału obrotowego 44 wirnika 4 po redukcji prędkości. Mechanizm redukcyjny w przykładzie wykonania jest mechanizmem redukcyjnym przekładni planetarnej 6.
Mechanizm redukcyjny 6 ma ramę nośną przekładni planetarnej 61 wyposażoną w trzy rurowe nogi 62 wystające w kierunku drugiej płyty końcowej 52 i opierające się o nią, rozmieszczone w równych odstępach obwodowo wzdłuż ramy. Rama 61 jest przymocowana do drugiej płyty końcowej 52 za pomocą śrub 63 przechodzących przez odpowiednie nogi 62.
Przekładnia planetarna 65 składa się z dużego koła zębatego 65a umieszczonego bliżej drugiej płyty końcowej 52 i małego koła zębatego 65b umieszczonego po przeciwnej stronie i współosiowego z kołem zębatym 65a. Duże koło zębate 65a przekładni planetarnej 65 zazębia się z kołem zębatym słonecznym 60 utworzonym na końcowej części rurowego wału obrotowego 44 wirnika 4.Małe koło zębate 65b przekładni planetarnej 65 zazębia się z zębami wewnętrznymi 66a na płycie zamykającej 72 piasty 7.
Piasta 7 składa się z głównego korpusu piasty 71, mającego zasadniczo kształt kubka, który jest otwarty w środkowej części swojej dolnej ścianki i otwarty na całej powierzchni drugiej strony, a także z wyżej wymienionej płytki zamykającej 72, która przykrywa cały otwór. Korpus główny piasty 71 przykrywa obudowę silnika 5 i mechanizm przekładni planetarnej 6. Łożysko 73 umieszczone jest w dolnym otworze 70 wokół występu 56 na pierwszej płycie końcowej 51 obudowy silnika 5. Płyta zamykająca 72 zakrywa cały otwór głównego korpusu piasty 71, tak aby ukryć ramę nośną 61 mechanizmu redukcyjnego 6 i jest przymocowana do głównego korpusu piasty 71 za pomocą śrub 76. Do wewnętrznej strony płytki zamykającej 72 przymocowany jest za pomocą śrub element pierścieniowy 66, współśrodkowy z wałkiem podporowym mocującym 57. Zęby wewnętrzne 66a, które mogą współpracować z kołami planetarnymi 65, są uformowane na wewnętrznym obwodzie pierścieniowego elementu 66.
Łożysko 75 umieszczone jest w płycie zamykającej 72 wokół wału podporowego mocującego 57. Główny korpus piasty 71 ma ściankę obwodową 74 utworzoną na jej zewnętrznej powierzchni obwodowej i rozciągającą się dookoła po każdej z przeciwległych części bocznych. Otwory mocujące szprychy 74a wykonane są w ścianie obwodowej 74 i rozmieszczone w regularnych odstępach na obwodzie ściany. Gdy wałek podporowy 57 jest zamocowany do przedniego widelca 12 roweru za pomocą śruby z gwintem, części oznaczone liniami skierowanymi w lewo w dół na FIG. 2 są częściami stałymi, a części oznaczone liniami skierowanymi w prawo w dół są częściami obrotowymi.
Gdy po naciśnięciu pedałów roweru 18 na pedały działa obciążenie przekraczające określoną wartość, akumulator 17 pobudza uzwojenia 32 stojana 3, obracając wirnik 4. Obrót wirnika 4 powoduje obrót koła słonecznego 60 na końcu rurowego wału obrotowego 44, co powoduje obrót kół planetarnych 65 w odpowiedniej pozycji. Obroty kół planetarnych 65 przekazywane są poprzez zęby wewnętrzne 66a na piastę 7 przy redukcji prędkości, powodując napędowy obrót koła przedniego 11. Dzięki obrotowi wirnika 4 rower 1 może być napędzany przy zmniejszonej sile nacisku na pedały 11. Ponieważ rurowy wał obrotowy 44 wirnika 4 jest osadzony obrotowo wokół wału podporowego 57, którego przeciwległe końce wystają z piasty 7, oś wirnika 4 nie odchyli się względem wału podporowego 57.
Poddanie uzwojeń 32 działaniu prądu powoduje, że uzwojenia 32 wytwarzają ciepło, które przekazywane jest do stojana 3. W przypadku prezentowanego przykładu wykonania obudowa silnika 5 nie posiada jednak ścianki rurowej, która zapobiegałaby promieniowaniu ciepła, dzięki czemu ciepło przekazywane do stojana 3 jest uwalniane bezpośrednio przez otwór pomiędzy parą płyt końcowych 51, 52 utrzymujących stojan 3 pomiędzy sobą, dzięki czemu uzwojenia 32 nie przegrzewają się.
Zgodnie z tym przykładem wykonania, jednakże, wiele jednostek 31c, z których każda obejmuje określoną liczbę wyciętych płyt metalowych 31a, jest układanych w stos, przesuniętych względem siebie o ustalony kąt, tak aby uzyskać stos płyt metalowych 31 o jednolitej grubości na całym obwodzie w możliwie największym stopniu. Nawet jeśli płyty końcowe 51, 52 zostaną zamocowane poprzez dokręcenie śrub 53 w taki sposób, aby siła docisku śrub działała na stos płyt metalowych 31 w kierunku układania w stos, pierwszej i drugiej płycie końcowej 51, 52 można nadać równoległość z dużą dokładnością. Dzięki temu wirnik 4 może obracać się płynnie, co jest możliwe dzięki lepszemu równoległości łożysk podtrzymujących przeciwległe końce obracającego się wału 44 wirnika 4.
Rys.6 przedstawia przykład wykonania zespołu piasty 2 zawierającego silnik 9 mający wirnik 4 typu zewnętrznego. FIG. 7 przedstawia widok perspektywiczny zespołu piasty 2 z usuniętym głównym korpusem piasty 71. Wałek podporowy mocujący 57 umieszczony jest na osi piasty 7 i umożliwia obrót względem piasty 7. Wał podporowy 57 ma jeden koniec przechodzący przez rurowy blok 34 i do niego zamocowany, a drugi koniec przechodzący przez łożysko 75 umieszczone w środku płyty zamykającej 72 głównego korpusu piasty 71 i wystający na zewnątrz z piasty 7. Silnik 9 ma stojan 3 przymocowany do wewnętrznego końca bloku 34 za pomocą śrub 53d.
Wirnik 4 silnika 9 obejmuje cylinder 47 umieszczony wokół stojana 3, rurowy wał obrotowy 44, który może obracać się wokół wału podporowego 57 i do którego przymocowana jest płyta końcowa 48 na jednym końcu cylindra 47, oraz magnesy trwałe 43 umieszczone na wewnętrznej powierzchni cylindra 47 z biegunami N i S rozmieszczonymi naprzemiennie obwodowo wokół cylindra 47.
Koło słoneczne 60 zamontowane na jednym końcu rurowego wału obrotowego 44 obsługuje mechanizm redukcji przekładni planetarnej 6, a obrót przekładni planetarnej 65 jest przenoszony na zęby wewnętrzne 66a piasty 7 po zmniejszeniu prędkości, aby obracać piastę 7 ze zmniejszoną prędkością w taki sam sposób, jak w zespole piasty 2 pokazanym na FIG. 2. W przypadku zespołu piasty 2 pokazanego na FIG. 6 można zrezygnować z obudowy silnika 5, a wirnik 4 może mieć mniejszą masę, co dodatkowo zmniejsza masę zespołu piasty 2.
Silnik typu HUB – wiedza w pigułce / Lekcja 8 https://youtu.be/VBveBO9l-KA
Silnik typu HUB, czyli silnik w piaście (hub-drive), to typ napędu rowerowego, w którym silnik elektryczny jest zintegrowany z piastą jednego z kół. Jest to jedno z najpopularniejszych rozwiązań w rowerach elektrycznych, cenione za prostotę konstrukcji, niższą cenę, łatwość konserwacji i cichą pracę. Napęd hub-drive jest idealny do spokojnej, miejskiej jazdy i codziennego użytkowania, ale może być mniej wydajny niż silnik centralny (mid-drive) w wymagających warunkach, takich jak jazda po górach.
Silnik przekładniowy za 700zł MXUS XF15C // Co ma w środku? https://youtu.be/soFaaTb0pS4
Porównanie silników MXUS // przekładniowy vs bez przekładni https://youtu.be/9_HT4gXRGYE