Brevet FR2695699A1 — publié le 19940318

Dispositif d'assistance motorisée pour petit véhicule à roue manipulé à bras d'homme. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un dispositif d'assistance motorisée pour petit véhicule à roue manipulé à bras d'homme. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de matériel de manutention. Une des applications principales de l'invention est la réalisation de brouette à une roue, utilisée en particulier dans la construction de bâtiments, pour monter sur des plans inclinés et franchir des zones de roulement, surtout lorsque celles-ci sont de portance faible ; le dispositif selon l'invention est également utilisable dans le domaine agricole et dans tout domaine où 1 'on veut aider le déplacement de petit véhicule de manutention à bras d'homme. On connaît en effet de petits véhicules à roue manipulés à bras d'homme que sont les brouettes qui disposent de deux bras de levage et en général d'une seule roue, pour en faciliter la manoeuvre dans les virages, et avec un bâti situé entre cette roue et les bras de levage et sur lequel on peut poser une charge pour la transporter : on soulève manuellement les bras de la brouette et l'on pousse l'ensemble vers l'avant ou on le tire vers l'arrière ; la présente invention pourrait s'appliquer également à des systèmes tels que les diables de manutention utilisés dans les entrepôts ou à tout autre petit véhicule à roue, que l'on manipule donc avec des bras et des poignées, saisissables par les opérateurs : dans la suite du descriptif et à titre d'exemple, nous avons surtout décrit l'application du dispositif de l'invention à des brouettes à une roue que l'on peut alors qualifier "de brouette BTT et/ou lxi", par analogie aux vélos ou véhicules tout terrain à 4 roues motrices, appelées VTT ou 4x4 respectivement. Si la force de levage est fonction en effet uniquement du poids du petit véhicule et de la charge à manutentionner, qui représentent ensemble pour les capacités les plus importantes un poids de 60 à 100 kgs, par contre la force de poussée dépend non seulement du poids total mais également du terrain sur lequel on veut se déplacer : dans les applications nécessitant de gravir des pentes et/ou de passer sur une surface plane dans des terrains mous ou granuleux tel que du sable, chaque fois que la portance est faible et que la roue s'y enfonce donc, cette force de poussée est importante et limite ou interdit même l'utilisation de véhicules tels que les brouettes pourtant très pratiques par leur conception et leur simplicité. Diverses solutions ont été tentées et proposées pour améliorer cette utilisation en motorisant la roue avant, et certaines de ces solutions ont même fait l'objet de dépôts de demandes de brevets pour des applications aux brouettes, telles que - la demande FR 2191513 publiée le ler Février 1974, qui décrit une motorisation avec un moteur situé sur le dessus de la roue et une transmission à pignons d'angle ou à galet, ou à chaîne ou à courroie, avec une clavette manoeuvrée préalablement manuellement pour enclencher la propulsion, ce qui nécessite de s'arrêter pour la dégager à nouveau ; cela rend difficile cette manoeuvre et en limite alors son utilisation - la demande FR 2595645 publiée le 18 Septembre 1987, qui décrit un système de leviers et de chaîne, sans moteur proprement dit, puisque c'est le mouvement des leviers qui permet d'aider la rotation de la roue, mais ceci est donc difficile à assurer par le porteur, n'est pas débrayable et interdit même la marche arrière - la demande FR 2095018 publiée le 4 Février 1982, qui décrit, comme la première demande précédente, une motorisation par le dessus de la roue, mais avec un entraînement par courroie et un moteur à explosion, sans indication sur les problèmes d'embrayage et de débrayage du moteur. On pourrait citer d'autres exemples de tentatives de solution mais aucune n'est satisfaisante car elles sont, comme celles cidessus, soit trop encombrantes et lourdes, réduisant alors la capacité de transport de toutes façons, à l'encontre du but recherché ; soit toujours en fonctionnement, ce qui peut gêner des utilisateurs qui n en ont pas besoin continuellement, et demandant une grande capacité d'autonomie et d'énergie, limitant alors celle-ci ou alourdissant le système ; soit ne permettent pas de pouvoir reculer avec l'assistance motorisée ; soit sont mécaniquement compliquées et/ou très exposées, ce qui peut provoquer des blocages ou des défaillances surtout dans des utilisations sur chantiers où les matériels doivent fonctionner, quel que soit l'environnement, soit cumulent plusieurs des inconvénients ci-dessus, dont la liste n'est en plus pas exhaustive. Le problème posé est de pouvoir disposer d'un petit véhicule à roue manipulé à bras d'homme, tel que les brouettes, avec un dispositif d'assistance motorisée, dont le principe est connu ; mais uniquement quand on en a besoin, cette assistance ne devrait donc être que temporaire, que ce soit en marche avant ou en marche arrière, avec une autonomie suffisante pour tenir au moins une journée de travail sans que cela gêne ou alourdisse le véhicule et donc réduise ses capacités et celles du porteur ; le dispositif doit être simple et disposer d'une protection de montage assurant une bonne fiabilité et évitant tout blocage et défaillance trop fréquents, quel que soit l'environnement, et être d'un prix de revient raisonnable et d'un entretien simplifié. Une solution au problème posé est un dispositif d'assistance motorisée pour petit véhicule à roue manipulé à bras d'homme, comprenant un ensemble propulsif à moteur électrique et un ensemble de transmission reliant ledit moteur à une roue du véhicule : suivant l'invention, ledit ensemble de transmission est composé d'un arbre d'entraînement, solidaire du moteur, lequel est placé sur un des côtés de la roue et d'axe perpendiculaire au plan de rotation de celle-ci, d'un galet situé à l'extrémité dudit arbre et pénétrant à l'intérieur du cylindre délimité par la roue et d'une couronne d'entraînement celle-ci est fixée et solidaire dans un plan parallèle au plan de rotation d'un côté au moins de la surface intérieure de la roue et est compatible et positionnée pour coopérer avec ledit galet. Dans un mode de réalisation préférentielle, ledit ensemble propulsif est alimenté en courant continu par des batteries à travers un boîtier relais commandé par au moins une manette placée sur les bras de levage du petit véhicule ; lequel boîtier relais et lesquelles manettes permettent de faire tourner le moteur électrique dans un sens ou dans un autre par inversion du courant. Un autre objectif de la présente invention est obtenu en montant ledit galet libre de mouvement dans le sens axial le long de l'axe d'entraînement du moteur et associé à un bras de translation dont le déplacement est assuré par tout système réversible d'entraînement linéaire ; lequel système réversible d'entraînement linéaire peut comprendre un ressort de rappel maintenant le galet en position débrayée et un électro-aimant commandé par ledit boîtier relais chaque fois que l'ensemble moteur est sollicité et qui déplace alors ledit galet en position d'embrayage avec la couronne d'entraînement de la roue du véhicule ; et une fois l'embrayage réalisé, une butée de fin de course sur l'axe du galet par exemple, commande la mise en rotation du moteur. Le résultat est un nouveau dispositif d'assistance motorisée pour petit véhicule à roue manipulé à bras d'homme, tel qu'en particulier les brouettes à une roue. En effet, le dispositif suivant l'invention permet d'une part, de répondre aux inconvénients des systèmes motorisés proposés à ce jour et d'autre part, de répondre aux problèmes posés précédemment et aux objectifs de l'invention. En effet, le fait de placer le moteur d'entraînement sur un des côtés de la roue à motoriser avec un axe d'entrainement attaquant par l'intérieur et directement par un galet une couronne d'entraînement fixée sur ladite roue, permettant une autoprotection de ceux-ci par la roue elle-même, simplifie les systèmes de transmission, évite tout système de renvoi qui, d'une part, compliquent le montage, et d'autre part, sont plus encombrants et donc plus difficiles à protéger. D'autre part, l'utilisation de l'énergie électrique en courant continu permet d'une part, d'avoir un stockage en toute sécurité et facilement rechargeable et d'autre part, d'avoir une possibilité d'inversion du sens de rotation du moteur, et de permettre ainsi soit une marche avant, soit une marche arrière. Par ailleurs, en utilisant un galet d'entraînement de petit diamètre attaquant une couronne de plus grand diamètre, on bénéficie d'une réduction de vitesse et d'une multiplication de l'effort, permettant d'utiliser un moteur tournant assez rapidement, avec un couple nominal raisonnable qui est augmenté grâce à cet effet multiplicateur du rapport de diamètres entre la roue et le galet : l'utilisation d'un moteur électrique dans ce cas, permet d'avoir un moteur à faible encombrement et donc facile à monter sur le côté de la roue et sans autre système de démultiplication. Par ailleurs, en associant au galet et audit moteur de propulsion un système d'embrayage-débrayage par déplacement linéaire dudit galet, on peut faire fonctionner cette assistance motorisée momentanément, seulement aux moments ou l'on en a besoin ; en particulier pour franchir des plans inclinés ou des terrains à portance réduite, ce qui limite la consommation d'électricité uniquement à ces phases de franchissement et de laisser la roue libre le reste du temps : cela permet d'économiser l'énergie embarquée et d'une part, de n'avoir à recharger les stockages d'énergie tels que des batteries, qu'en fin de journée par exemple et d'autre part, de ne pas avoir besoin d'une grosse capacité de stockage à emporter durant la période de travail. En plus des aspects techniques ci-dessus et des avantages qu'ils apportent, il faut noter l'intérêt de la présente invention dans le domaine de la sécurité : en effet, d'une part l'assistance en montée, sur un échafaudage par exemple, évite les à-coups provoqués par les élans souvent nécessaires pour aborder et franchir un obstacle et, donc, les pertes d'équilibre de l'opérateur, qui peut se concentrer sur le contrôle de la direction d'avancement en mettant le dispositif en marche avant l'obstacle, et d'autre part, la possibilité d'assistance en descente permet de disposer d'un moteur frein évitant des vitesses trop rapides et donc dangereuses. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt. La description et les dessins ci-après représentent un exemple de réalisation de l'invention, en particulier appliquée à des brouettes à une roue, qui en est une application principale mais n' ont aucun caractère limitatif : d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de cette invention, en particulier donc en l'appliquant à d'autres types de véhicules à roue manipulés à bras d'homme et sur lesquels on peut appliquer le dispositif, mais également en modifiant certains composants du dispositif, tels que le système d'embrayage-débrayage. - La figure 1 est une vue de profil d'un dispositif sur l'invention monté sur une brouette - la figure 2 est une vue du dessus de la même brouette que celle de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe AA' d'un dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente un exemple de petit véhicule à roue manipulé à bras d'homme, tel qu' unie brouette 1 comportant un bâti support de charge 2, deux bras de levage et de guidage 3 et une roue avant 4 supportée par des bras avant support de roue 5. Ainsi un opérateur voulant déplacer une charge disposée dans le bâti 2 de la brouette 1, soulève les bras 3 et fait pivoter l'ensemble de la brouette autour de l'axe 11 de la roue avant 4, permettant par une poussée avant ou arrière de déplacer l'ensemble brouette et charge. Le dispositif suivant l'invention tel que décrit en particulier figure 1, peut être placé d'une façon intéressante, permettant à la fois un faible encombrement et un bon équilibre, entre l'axe 11 de la roue avant 4 et l'avant du bâti porte-charge 2, afin d'être le plus près possible de l'axe 11 et donc de diminuer l'effort de portage de l'opérateur soulevant les bras 3 : l'ensemble propulsif 7 pouvant cependant être placé, mais il serait moins protégé, en avant de l'axe 11 pour équilibrer le poids des batteries 8 qui resteraient en arrière. La figure 2 est une vue de dessus de la même brouette représentée sur la figure 1, avec l'indication de l'emplacement des différents composants du dispositif suivant l'invention, à savoir :un ensemble de propulsion 7 placé sur un des bras support de roue avant 5 latéralement à ladite roue, un ou deux ensembles de batterie 8 placés contre l'avant du bâti support de charge 2, et une ou deux manettes 9 de commande placées chacune sur l'un des bras 3 de levage et de guidage, une des manettes pouvant servir à la commande de la marche avant et 1 'autre manette à la commande de la marche arrière : il est également possible de disposer d'une seule manette à deux positions pour ces deux commandes. La figure 3 est une vue en coupe suivant AA', dont le plan de coupe est représenté sur la figure 1, pour une installation sur une brouette 1, mais dont la disposition pourrait également s'appliquer à tout autre petit véhicule à roue manipulé à bras d'homme, comme indiqué précédemment. Le dispositif suivant l'invention comprend donc d'une manière connue un ensemble propulsif 7 à moteur électrique 15 et un ensemble de transmission reliant ledit moteur 15 à une des roues 4 du véhicule, soit en particulier la seule roue en ce qui concerne la brouette. Ledit ensemble de transmission est composé dans la présente invention d'un arbre d'entraînement 12 solidaire du rotor du moteur 15, lequel moteur est placé sur un des côtés de la roue 4 et d'axe perpendiculaire au plan de rotation XX' de celle-ci ; l'extrémité dudit arbre d'entraînement 12 porte un galet 13, qui peut être soit à surface unie de type caoutchouté pour un entraînement à friction soit un pignon denté, pénétrant à l'intérieur du cylindre délimité par la roue 4, au maximum jusqu'au plan délimité par les rayons 20 de support de la roue 4, afin bien sûr de ne pas entraver leur rotation.Ladite roue 4 est équipée suivant le dispositif de l'invention, d'une couronne d'entraînement 6, qui est alors par exemple soit un bandage uni de type caoutchouc si le galet 13 est à entraînement à friction, soit comporte des dents compatibles avec celles du galet 13, si celuici est denté. Cette couronne 6 peut être de largeur 10 millimètres environ par exemple, fixée et solidaire dans un plan parallèle au plan de rotation XX', d'un côté au moins, par rapport auxdits rayons 20, de la surface intérieure de la roue 4 et compatible et positionnée pour coopérer avec ledit galet 13. Ladite couronne d'entraînement 6 peut être directement fixée, par soudure d'une tôle-support ou, par tout autre assemblage sur lequel la couronne peut être montée par vis, à la jante 10 de ladite roue 4. De préférence, dans le cas d'entraînement à dents afin d'avoir le moins de risques de blocage par grippage et oxydation de ladite couronne, celle-ci peut être réalisée en matière plastique de type tétrafluoroéthylène, dont les dents peuvent être de profondeur de l'ordre de trois millimètres environ.Le galet 13 peut avoir une largeur et un diamètre de l'ordre de vingt à trente-cinq millimètres, ce qui permet d'obtenir un effet multiplicateur du couple du moteur d' entraînement 15 important suivant le diamètre de la roue 4, qui peut être de 300 à 400 millimètres environ ; l'intérêt d'un système à entraînement par friction peut être alors d'avoir un effet de limitation du couple par "patinage". I1 est bien évident cependant que, si le rapport de diamètres est important, soit par exemple de l'ordre de 1/10, la vitesse d'avancement sera également plus faible pour une vitesse de rotation du moteur 15 donnée. I1 est donc nécessaire de bien adapter cette vitesse de rotation au rapport des diamètres de la couronne et du galet, en fonction de la vitesse d'avancement souhaitée qui peut être au maximum de 3 à 5 km/h. Ledit moteur d'entraînement 15 est alimenté en courant continu par des batteries 8 placées par exemple contre le cadre de la brouette, entre la partie avant du bâti 2 et l'axe de rotation 11 de la roue 4, à travers un boîtier relais 19 commandé par au moins une manette 9 placée sur les bras 3 de levage. Ledit boîtier 19 et lesdites manettes 9 doivent permettre de faire tourner le moteur électrique 15 dans un sens ou dans un autre, par simple inversion du courant continu en provenance des batteries 8.Suivant le type de réalisation recherché, il peut être envisagé également d'avoir dans le boîtier relais 19, ou dans les manettes de commande 9, des systèmes à potentiomètre ou tout système électronique permettant de réguler la tension du courant en provenance des batteries 8 ; on peut alors faire varier continuement la vitesse de rotation du moteur 15 en fonction de la position des manettes 9, et donc adapter la vitesse d'avancement du véhicule à l'opérateur lui-même et/ou à la nature et au type de terrain qu'il a à franchir, tel que par exemple de O à 5 Km/heure de variation continue. Une autre possibilité de variation de vitesse, mais alors discontinue, à 3 ou 4 rapports par exemple, est de choisir un moteur électrique 15 à plusieurs bobinages, alimenté suivant diverses positions des manettes 9 à travers le boîtier relais 19. Ledit galet 13 est monté libre de mouvement dans le sens axial le long de l'axe d'entraînement 12 et est associé à un bras de translation 16 dont le déplacement est assuré par tout système réversible d'entraînement linéaire 17/18. De préférence, ledit système d'entraînement linéaire est composé - d'une part, d'un électro-aimant 17 qui, commandé par ledit boîtier relais 19 chaque fois que l'ensemble moteur 7 est sollicité par manoeuvre des commandes 9 déplace le galet 3 en position d'embrayage avec la couronne 6 et une fois l'embrayage réalisé, une butée de fin de course peut commander la mise en route du moteur 15, - d'autre part, d'un ressort 18 qui, après relâchement desdites commandes, ltélectro-aimant n'étant plus alimenté, permet de ramener le bras 16 vers le moteur de propulsion 15 et d'entraîner en même temps le galet 13 qui se dégage alors de la couronne 6, libérant ainsi entièrement la roue 4 et restant en position débrayée. La force de translation de l'électro-aimant 17 doit être bien sûr supérieure à celle de rappel du ressort 18. Pour permettre la libre translation du galet 13, tout en permettant son entraînement par le moteur 15, il suffit que l'arbre 12, de diamètre 10 à 15 millimètres par exemple, dispose d'au moins deux cannelures longitudinales mâles ou femelles et que ledit galet 13 dispose de cannelures de même direction coopérant par emboîtement avec les premières. En fait, à titre d'exemple, l'ensemble propulsif de motorisation 7 peut être celui d'un système de type démarreur utilisé dans les moteurs à explosion, dont la puissance est de 200 Watts environ. Pour faciliter la prise d'embrayage du galet 13 avec la couronne 6, l'angle du galet du côté venant en contact premier avec la roue 6 peut être biseauté. Les batteries d'alimentation 8 peuvent être des accumulateurs de 12 volts, pour un moteur de propulsion 15 de même voltage, et avec une capacité de 25 ampères/heure environ, ce qui représente des petites capacités, suffisantes cependant pour une assistance pendant une journée, dans la mesure où cette assistance est utilisée temporairement, soit de l'ordre d'une à deux heures par Jour. L'ensemble propulsif 7 constitué par le moteur 15 et les systèmes de transmission est protégé par un carter de protection 14 enveloppant l'ensemble des pièces mécaniques, comportant une ouverture 21 suffisante pour laisser passer ledit galet de la position débrayée à celle embrayée sur la couronne 6 ; cette ouverture peut être orientée vers l'arrière de l'avancement normal du véhicule et l'ensemble de transmission étant lui-même légèrement au-dessus de l'axe 11 de rotation de la roue 4, cette ouverture 21 est très bien protégée et permet d'éviter l'entrée d'éléments extérieurs pouvant venir bloquer le mécanisme. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les parties qui viennent d'être décrites à titre d'exemple, pourront être remplacées par l'homme du métier par des parties équivalentes remplissant la même fonction. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'assistance motorisée pour petit véhicule à roue manipulé à bras d'homme, comprenant un ensemble propulsif (7) à moteur (15) électrique et un ensemble de transmission reliant ledit moteur (15) à une roue (4) du véhicule, caractérisé en ce que ledit ensemble de transmission est composé d'un arbre d'entraînement (12) solidaire du moteur (15), lequel est placé sur un des côtés de la roue (4) et d'axe perpendiculaire au plan de rotation (XX') de celle-ci, d'un galet (13) situé à l'extrémité dudit arbre (12) et pénétrant à l'intérieur du cylindre délimité par la roue (4), et d'une couronne d'entraînement (6) fixée et solidaire dans un plan parallèle au plan de rotation (XX') d'un côté au moins de la surface intérieure de la roue (4) et compatible et positionnée pour coopérer avec ledit galet (13). 2. Dispositif d'assistance motorisée selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble propulsif (7) est alimenté en courant continu par des batteries (8) à travers un boîtier relais (19) commandé par au moins une manette (9) placée sur les bras (3) de levage du véhicule. 3. Dispositif d'assistance motorisée selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit boîtier (19) relais et lesdites manettes (9) permettent de faire tourner le moteur électrique (15) dans un sens ou dans un autre par inversion du courant. 4. Dispositif d'assistance motorisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit galet (13) est monté libre de mouvement dans le sens axial le long de l'axe d'entraînement (12) du moteur (15) et associé à un bras de translation (16) dont le déplacement est assuré par tout système réversible d'entraînement linéaire (17/18). 5. Dispositif d'assistance motorisée selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système réversible d'entraînement linéaire comprend un ressort de rappel (18), maintenant le galet (13) en position débrayée, et un électro-aimant (17) commandé par ledit boîtier relais (19) chaque fois que l'ensemble moteur (7) est sollicité et qui déplace alors ledit galet (13) en position d'embrayage avec la couronne (6). 6. Dispositif d'assistance motorisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un carter de protection (14) enveloppant l'ensemble propulsif (7) et l'ensemble de transmission, laissant une ouverture suffisante pour le passage et l'embrayage du galet (13) sur la couronne (6). 7. Dispositif d'assistance motorisée selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les batteries électriques (8) sont des accumulateurs de 12 volts et de 25 ampères environ. 8. Dispositif d'assistance motorisée selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit galet (13) est un pignon denté et la couronne d'entraînement (6) comporte des dents compatibles avec celles dudit galet. 9. Dispositif d'assistance motorisée selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couronne dentée (6) est en matière plastique de type tétrafluoroéthylène et dont les dents sont de profondeur 3 mm environ. 10. Brouette à assistance motorisée et à une roue, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif d'assistance suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9.