Brevet FR2633690A1 — publié le 19900105

DISPOSITIF DE CONVERSION MECANIQUE DE TYPE A DOUBLE MANIVEL LE AVEC DECALAGE ANGULAIRE VARIABLE DES MANIVELLES, ET PEDALIER REALISE A L'AIDE DUDIT DISPOSITIF. La présente invention concerne un dispositif de conversion mécanique de type à double manivelle apte à engendrer un mouvement de rotation continu sous l'effet d'efforts appli qués alternativement sur les deux manivelles. On rappelle que selon l'etat actuel de la technique, -les dispositifs de conversion de ce type font intervenir deux manivelles respectivement montées fixement, par l'une de leurs extrémités, sur les deux extrémités d'un arbre rotatif, et qui s'étendent dans deux directions radiales opposées. Le principe de fonctionnement de ces dispositifs, qui correspond à celui d'un pédalier ou d'un convertisseur de type double bielle-manivelle, est bien connu et ne sera donc pas décrit en détail. On précisera simplement qu'il implique l'utilisation de deux actionneurs simple effet agissant respectivement sur les extrémités libres des deux manivelles, et conçus de manière à appliquer alternativement sur ces manivelles des efforts engendrant chacun un demi-tour de la manivelle. Il s'avère que dans les dispositifs de ce genre, la course de rotation des manivelles présente deux positions diamétralement opposées pour lesquelles la résultante des efforts appliqués par les actionneurs passe par l'axe de l'arbre rotatif et engendre donc un couple nul, quelle que soit l'importance de ces efforts. Par ailleurs, le passage des manivelles par ces points morts correspond à la fin de l'effort appliqué par l'un des actionneurs et à l'activation de l'autre actionneur. Ainsi, par exemple, dans le cas d'un pédalier de bicyclette dans lequel les manivelles sont soumises à des efforts sensiblement verticaux exercés sur les pédales et développés par les jambes du cycliste (qui jouent alors le rôle des susdits actionneurs), les deux points morts sont situés dans un plan vertical passant par ltaxe du pédalier (point mort haut, point mort bas). Il est clair que ces points morts ainsi que les régions de la susdite course voisines de ces points, dans lesquelles le couple engendré demeure faible en dépit des efforts exercés, diminuent considérablement le rendement et les performances de ces dispositifs. L'invention a donc tout d'abord pour but de réduire ces inconvénients. Elle propose donc à cet effet, d'une façon générale, un dispositif de conversion mécanique, de type à double manivelle, apte à engendrer un mouvement de rotation continu sous l'effet d'efforts appliqués alternativement sur les deux manivelles, ce dispositif étant caractérisé en ce que les couples moteurs exercés alternativement par les deux manivelles sont appliqués sur deux tronçons d'arbres rotatifs coaxiaux, synchronisés par un système de transmission apte à engendrer un décalage angulaire entre ces deux tronçons, ce décalage angulaire variant en fonction de la position angulaire du tronçon sur lequel est appliqué un couple moteur. De préférence, ce décalage angulaire atteindra sa valeur maximum lorsque l'une des manivelles atteindra l'un des susdits points morts. De ce fait, lorsqu'une manivelle sollicitée par son actionneur atteindra l'un des points morts, la seconde manivelle qui se trouvera alors sollicitée par son actionneur aura déjà dépassé le second point mort. Avantageusement, ce dispositif pourra être conçu de manière à ce que, lorsqu'une manivelle sollicitée par son actionneur atteint l'un des points morts, la seconde manivelle qui se trouvera alors sollicitée par son actionneur, ait franchement dépassé le second point mort. De ce fait, le couple engendré sur cette seconde manivelle pourra entre, des le départ, relativement important. Le rendement du dispositif s'en trouvera donc considérablement amélioré. L'invention a également pour but l'application de ce dispositif à la réalisation d'un pédalier à développement variable et, en particulier, mais non exclusivement, d'un pédalier de bicyclette du type dans lequel les manivelles sont montées coulissantes sur une glissière solidaire de l'axe du pédalier et comprennent des moyens permettant de moduler leur longueur en fonction de leur position angulaire. On rappelle à ce sujet que les efforts appliqués par le cycliste sur une pédale s'exercent essentiellement lorsque cette pédale se trouve dans la partie antérieure de sa course. Par contre, lorsqu'elle est dans la partie postérieure de la coursé, cette pédale ne sert plus qu'à supporter le pied du cycliste, lequel engendre donc un couple résistant qui s'oppose au couple moteur exercé par l'autre pédale. La variation de longueur des manivelles associées aux pédales est alors prévue de manière à réduire ce couple résistant et, dans le même temps, augmenter ledit couple moteur. On constate à l'usage que l'avantage obtenu par cette variation de longueur est totalement compensé par le fait que l'on amplifie ainsi considérablement les inconvénients dus aux passages des points morts et de leurs zones voisines. L'usage du système de transmission selon l'invention, permet d'éliminer cet inconvénient et permet donc d'exploiter pleinement les avantages résultant du principe du pédalier à développement variable précédemment exposé. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une coupe axiale d'un dispositif de transmission utilisable dans un dispositif de conver sion à double manivelle selon l'invention La figure 2 est une coupe transversale selon le plan AA de la figure 1, montrant un couple de pignons à double secteurs dentés hémicirculaires, utilisé dans le dispositif de transmission représenté figure 1 La figure 3 est une vue en perspective schématique du dispositif de transmission représenté figure 1 La figure 4 est une vue de face d'un pédalier à déve loppement variable (selon un axe parallèle aux plans de rotation des manivelles) ;; et La figure 5 est une vue de côté du pédalier représenté sur la figure 4 (selon un axe parallèle à l'axe de rotation des manivelles). Dans l'exemple représenté sur les figures 1 à 3, le couple moteur exercé par les manivelles (non représentées) est appliqué alternativement sur deux demi-arbres coaxiaux 1, 2 montés rotatifs dans un boîtier 3 au moyen de roulements à billes 4 à 7. Les deux extrémités opposées de ces deux demi-arbres ressortent du boîtier et portent chacune une bague de retenue axiale 8, 9. Sur ces extrémités peuvent venir se monter les deux manivelles d'un dispositif de transmission (par exemple les manivelles portant les pédales d'un pédalier), soit directement, soit par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission approprié. Sur chaque demi-arbre 1, 2.est par ailleurs monté, à l'intérieur du boîtier 3, un pignon à double secteurs dentés hémicirculaires 10, 11 axialement décalés. - Le premier pignon 10, monté fixement sur le demi-arbre 1 comprenant - un premier secteur denté hémicirculaire 10' de rayon R1, monté fixement sur le demi-arbre 1 ; et - un second secteur denté hémicirculaire 10" de rayon R2, ce second secteur 10" étant coaxial et diamétralement opposé au premier. - Le second pignon 11 étant monté fixement sur le demi-arbre 2 comprenant - un troisième secteur denté hémicirculaire 11' de rayon R3, monté fixement sur le demi-arbre 2 ; et - un quatrième secteur denté hémicirculaire 11,' de rayon R4, ce quatrième secteur étant coaxial et diamétralement opposé au troisième. Dans cet exemple, les rayons R1, R2 sont respectivement égaux aux rayons R3 et R4, les rayons R1 et R3 étant plus petits que les rayons R2 et R4 et, pour les raisons qui seront expliquées par la suite, les secteurs 10' et 11' sont orientés dans un même sens, de même que les secteurs 10" et Il". Les pignons 10 et 11 engrènent respectivement avec deux pignons à double secteurs dentés hémicylindriques 12, 13 de conformation identique aux deux pignons 10, 11 précédemment décrits solidaires d'un même arbre 14 monté rotatif à l'intérieur du boîtier 3 sur des roulements à billes 15, 16, à savoir - un troisième pignon 12 comprenant - un cinquième secteur denté 12' de rayon R5 = R2 disposé de manière à venir engrener avec le secteur denté 10' lors d'un premier demi-tour du demi-arbre 1 ; et - un sixième secteur denté 12" de rayon R6 = R1 apte à venir engrener avec le secteur denté 10" lors du deuxiè me demi-tour du demi-arbre, succédant au premier demi tour, pour réaliser un tour complet de ce demi-arbre et - un quatrième pignon 13 comprenant - un septième secteur denté 13' de rayon R7 = R4 apte a venir engrener avec le secteur denté 11' lors d'un demi tour du demi-arbre 2 ; et - un huitième secteur denté 13" de rayon R8 = R3 apte à venir engrener avec le secteur denté 11" lors du deuxiè me demi-tour du demi-arbre 2, succédant au premier demi tour, pour réaliser un tour complet de ce demi-arbre 2. Le fonctionnement de cette pignonerie est alors le suivant A partir de la position représentée sur la figure 1, si l'on applique un couple moteur sur le demi-arbre 2, le secteur denté 1111 va entrainer en rotation le secteur 13" et, par conséquent, l'arbre 14 avec un rapport de multiplication R4/R8 avec R4 > R8. Le secteur -12" va à son tour entraîner le secteur 10" et donc le demi-arbre 1 avec un rapport de multiplication R6/R2 avec R6 > R2. Du fait que le rapport de multiplication résultant de ces deux engrènements est supérieur à 1, la vitesse de rotation du demi-arbre 1 sera plus importante que la vitesse de rotation du demi-arbre 2 et on obtiendra donc le décalage angulaire recherché de ces deux arbres (avance de phase du demi-arbre 1 par rapport au demi-arbre 2). Ce processus se poursuit tout au long du premier demi-tour. Lors du deuxième demi-tour, c'est le demi-arbre 1, initialement en avance de phase, qui est soumis au couple moteur. Dans ce cas, par un processus inverse symétrique le demiarbre 2 est entraîné à une vitesse supérieure à celle du demi-arbre 1 par l'engrènement des secteurs 10' sur 12' et 13' sur 11'. Le demi-arbre 2 va donc rattraper son retard de phase puis se trouver en avance de phase sur l'arbre 1 à la fin du deuxième demi-tour. Ce processus se répète ensuite à chaque tour. On constate qu'au cours de fonctionnement, l'arbre 14 se trouve entraîné par les demi-arbres 1 et 2 dans un même rapport et donc possèdera un mouvement de rotation continu. Dans cet exemple, l'arbre 14 est muni d'un pignon engrenant sur un pignon 19 porté par un manchon 20 monté rotatif (palier à rouleaux 21) sur l'arbre 2 et dont une extrémité qui ressort du boîtier 3 porte un plateau denté 22 pour un entraînement à chaîne. Les figures 4 et 5 montrent un exemple d'application du dispositif de transmission précédemment décrit à la réalisation d'un nouveau pédalier de bicyclette. Dans cet exemple, le boîtier 3 du dispositif de transmission est fixé sur le cadre de la bicyclette en un emplacement tel que les demi-arbres 1 et 2 soient disposés d'une façon analogue à celle de l'arbre d'un pédalier classique et, qu'en conséquence, les extrémités de ces demi-arbres 1, 2 ressortant du boîtier s'étendent de part et d'autre du plan de symétrie du cadre. Sur chacune de ces extrémités est montée fixement une glissière 30, 31 dans laquelle peut axialement coulisser une manivelle 32, 33 dont une extrémité est munie d'un perçage par lequel passe l'axe de pivotement 34, 35 d'une pédale 36, 37.Cet axe de pivotement 34, 35, qui s'étend parallèlement aux deux demi-arbres 1, 2, vient se fixer sur une protubérance radiale 38, 39 formée sur une couronne 40, 41 qui s'étend dans un plan perpendiculaire aux demi-arbres 1 et 2, passant dans l'intervalle compris entre la manivelle 32, 33 et le cadre. La couronne 40, 41 est elle-même montée rotative sur une pièce à profil circulaire 42, 43 (par exemple un disque) décentrée par rapport aux demi-arbres 1, 2. Les deux pièces à profil circulaire 42, 43 associées respectivement aux deux ensembles (manivelles 32, 33-pédales 34, 35-couronnes 40, 41) sont solidarisées entre elles par une entretoise transversale 44 venant se fixer sur le cadre de la bicyclette. Le plateau 22 du dispositif de transmission (qui peut consister en un double ou un triple plateau) occupe alors une place (qui correspond à celle d'un pédalier classique) située dans l'espace compris entre l'ensemble couronne 40pièce à profil circulaire 42 et le cadre. Ce plateau 22 est relié au pignon normalement prévu sur la roue arrière de la bicyclette, par une chaine passant éventuellement par un dérailleur. Il apparaît donc qu'en raison du montage décentré des pièces à profil circulaire 42, 43 sur lesquelles tournent les couronnes 40, 41, les pédales 35, 36 possèderont une course circulaire décentrée par rapport aux deux demi-arbres 1, 2. Au cours de cette course, les manivelles 32, 33 effectueront un coulissement dans les glissières 30, 31,-de sorte que le bras de levier pédales 35, 36/demi-arbres 1, 2 variera en fonction de la position angulaire des pédales. L'amplitude et l'orientation du susdit décentrement ainsi que le réglage du déphasage entre les mouvements de rotation des demi-arbres 1, 2 seront alors réglés de manière à obtenir un rendement maximum qui pourra être supérieur d'au moins 30 % par rapport aux pédaliers classiques. Par ailleurs, les pignons 18 et 19 pourront être interchangeables de manière à permettre à l'utilisateur de choisir le rapport de multiplication ou de réduction du dispositif de transmission. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à son application à la réalisatiop d'un pédalier de bicyclette. Elle pourrait tout aussi bien s'appliquer à tout engin, aussi bien aérien, maritime que terrestre, utilisant deux actionneurs activés alternativement. Revendications 1. Dispositif de conversion mécanique de type à double manivelle, apte à engendrer un mouvement de rotation continu sous l'effet d'efforts appliqués alternativement sur les deux manivelles, caractérisé en ce que les couples moteurs exercés alternat vement par les deux manivelles (32, 33) sont appliqués sur deux tronçons d'arbres rotatifs coaxiaux (1, 2), synchronisés par un système de transmission (10, 11, 12, 13) apte à engendrer un décalage angulaire entre ces deux tronçons (1, 2), ce décalage angulaire variant en fonction de la position angulaire du tronçon sur lequel est appliqué un couple moteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, selon lequel les efforts exercés sur les manivelles engendrent un couple nul en au moins un point de la course desdites manivelles, caractérisé en ce que le décalage angulaire est prévu maximum lorsque l'une desdites manivelles (32, 33) passe par ledit point. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier et un second ensembles d'engrènement identiques (10, 11) respectivement montés sur les demi-arbres (1, 2), ces deux ensembles comprenant chacun deux secteurs dentés (10', 10", li', lu") hémicirculaires, coaxiaux, axiale ment décalés, diamétralement opposés et présentant des rayons différents, et - un troisième et un quatrième ensembles d'engrènement iden tiques (12, 13) montés sur un même arbre rotatif (14) équipé d'au moins une prise de mouvement (18, 19, 20, 22), ces deux ensembles comprenant chacun également deux secteurs dentés (12', 12", 13', 13") hémicirculaires, coaxiaux, axialement décalés, diamétralement opposés et présentant des diamètres différents, ces ensembles d'engrènement étant disposés de manière à ce que les secteurs dentés (10', 10") du premier ensemble (10) engrènent alternativement avec les secteurs dentés (12', 12") du troisième ensemble (12) et que les secteurs dentés (11', ll") du deuxième ensemble (11) engrènent alternativement avec les secteurs dentés (13', 13") du quatrième ensemble (13). 4. Pédalier utilisant le dispositif de conversion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les susdites manivelles (32, 33) sont munies de pédales (36, 37), et en ce que la susdite prise de mouvement comprend au moins un plateau denté (22) entraîné par le susdit arbre (14). 5. Pédalier selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est du type à développement variable. 6. Pédalier selon la revendication 5, caractérisé en ce que les demi-arbres (1, 2) portent chacun, à l'une de leurs extrémités, une glissière (30, 31) dans laquelle est montée coulissante une manivelle (32, 33) sur laquelle est montée une pédale (36, 37), les déplacements axiaux de cette manivelle (32, 33) étant commandés par des moyens de guidage (40, 41, 42, 43) aptes à doter la pédale (35, 36) d'une course circulaire excentrée par rapport à l'axe de rotation des demi-arbres (1, 2). 7. Pédalier selon la revendication 6-, caractérisé en ce que les susdits moyens de guidage comprennent une couronne (40, 41) montée rotative sur tune pièce fixe (42, 43) à contour circulaire désaxé par rapport aux demi-arbres (1, 2), et une liaison rotative entre ladite couronne (40, 41) et la susdite manivelle (32, 33).