Brevet FR2785589A1 — publié le 20000512

CONVERTISSEUR DECOUPLEADAPTABLE DE PRE : FERENCE SUR LES BICYCLETTES La présente invention se situe dans le domaine de la mécanique en mouvement y compris celui de la bicyclette A la fin de ce vingtième siècle beaucoup d'entre nous ont vu défiler plus de nouveautés que les vingt générations précédentes. Au répertoire de celle-ci la motorisation thermique et électrique. Actuellement la motricité thermique développe de très fortes puissances dans les hauts de gammes y compris l'extraordinaire rendement des moteurs a faibles cylindrées. Toutes ces formes de puissances s'obtiennent généralement par la rotation des moteurs mais la force maximale est développée par des turbines. Excepté dans certains avions ou l'on gere l'inertie de 1'aéronef au moyen de l'orientation des pales les autres applications nécessitent un coupleur destiné a transmettre la force à une chaîne cinématique de transmission. d'automobile, de machine outil, etc.. En termes de mécanique le couple comprend un systèmes de deux forces égales parallèles et de sens contraire. Un couple applique à un corps solide tend a lui donner un mouvement de rotation autour d'un axe passant par l'axe de gravite. Le moment : C d'un couple est le produit de l'intensité des forces par la distance de leurs lignes d'action (bras de levier du couple) : C = F x d. I ! s'évalue en mètres-Newtons (mn. ou d. N.) Le travail d'un couple est le produit de son moment par l'angle dont le système a tourné. Dans le domaine de la motricité thermique ou électrique les coupleurs parfois dotés de convertisseurs de couple bénéficient des techniques les plus performantes. Pour terminer ce chapitre un coupleur ou embrayage s'impose chaque fois que la force résulte d'un mécanisme en mouvement. La présente invention apporte la nouveauté d'un système chaque fois que la notion de force est d'origine physiologique a titre d'exemple : la force musculaire sollicitée pour actionner le pédalier d'une bicyclette. La force humaine se manifeste soit par son effet dynamique (actions sur le mouvement des corps), soit par son effet statique (action s'équilibrant sur un corps au repos) En règle générale la classification des forces comprend trois groupes Le premier retient les forces à distance ou force de champs Le second comprend les forces de contact Troisièmement la force de cohésion qui est relative aux atomes Dans d'autres domaines que celui de la mécanique l'on emploie le mot force dans des sens bien différents La force physiologique indépendante de la force musculaire échappe a toute évaluation. La présente invention maîtrise très précisément cette force exercée par le poids d'une personne sur une manivelle, et plus généralement sur les pédales d'une bicyclette. La présente invention ne tient pas compte des performances physiques d'un cycliste mais uniquement de la pression que chacun de ses pieds exerce sur un pédalier la quelle pression dépend beaucoup du poids de la personne. La présente invention retient comme éléments de base trois données fondamentales Première donnée la motricité humaine qui engendre une rotation lente souple progressive et directement sur le couple résistant c'est a dire le pédalier La force motrice humaine et le pédalier démarrent au mme rythme à la différence d'un moteur thermique que l'on embraye a un certain régime d'ou la gamme des coupleurs La deuxième donnée prend en compte le fait que le cyc ! iste ne peu modifier son poids et par conséquent augmenter beaucoup la pression exercée sur le pédalier mme si le besoin se fait sentir ce qui se traduit par un couple moteur constant La troisième donnée retient le fait que dans la bicyclette existe un couple résistant formé par la roue arrière dite roue motrice dont la résistance passive augmente avec les difficultés rencontrées par le cycliste soit dans une montée soit qu'il décide un départ rapide ou encore de router très vite. La somme de ces trois données porte sur la synchronisation du mouvement qui se place entre la force motrice du cycliste et son pédalier ; ensuite du couple constant qui résulte du poids du cycliste enfin de la sollicitation variable du couple résistant dans la roue motrice C'est la qu'intervient le dispositif de {"invention, un convertisseur de couple situé au niveau du pédalier Un pédalier comprend deux manivelles dotées de reposes pieds Ces manivelles fixées sur un axe qui tourne dans son logement restent solidaires d'une roue dentée destinée a entraîner une chaîne en vue faire tourner la roue motrice Sous la pression des pédales cette roue dentée forme le couple moteur i Une chaine relie cette roue d un pignon d'un diamètre inférieur qui est le couple résistant celui qui donne le mouvement à la roue arrière motrice. Le diamètre du pignon moteur est supérieur a celui de la roue motrice et dans bien des cas standards cette démultiplication ne peut tre modifiée. Bilan de ce qui précède à chaque ralentissement de la bicyclette posé par les problèmes de parcours difficiles : le cycliste doit fournir de plus en plus d'efforts parfois insurmontables. Cet effort insurmontable dans les parcours accidentes tous terrains condamne souvent le cycliste a pousser son vélo Mais depuis des décennies l'on a tente de palier a ce problème en installant sur le vélo des, diamètres de pignons différents entre le couple moteur humain et le couple résistant la roue motrice Cela s'obtient par un dérailleur dont le mouvement de va et vient permet de faire sauter la chaîne de transmission entre les pignons moteurs et récepteurs. Concrètement lorsque la pression du cycliste sur le pédalier est insuffisante a cause de la résistance passive de la roue motrice le dérailleur sorte de boite de vitesses transfère la chaîne sur un plus petit pignon afin d'augmenter le couple moteur par le fait de la démultiplication. Une conversion du couple bien limitée. Cette solution vieille d'un demi siècle présente beaucoup d'inconvénients mme si son mécanisme est perfectionné Tout d'abord le nombre de pignons est ! imité Ensuite la démultiplication du couple au moyen du passage de la chaîne entre les pignons est désagréable a commander Enfin ce déraillement de chaînes implique d'actionner le pédalier de sorte qu'il est impossible de sélectionner une vitesse pour un départ rapide par exemple La présente invention permet de palier a tous ces problèmes puisqu'elle comporte de la souplesse et qu'elle démultiplie instantanément le couple a travers un mécanisme d'une grande simplicité laquelle consiste a augmenter le couple moteur sans modifier 1'effort musculaire. Le mécanisme de l'invention utilise avantageusement une simple poulie de préférence Légère dite poulie folle ou partie menée en ce qu'elle tourne sur un arbre indépendant et d'un diamètre différent de celui sur le quel s'articule une manivelle dite partie menante. Sur la bicyclette un pignon denté surmonte la poulie folle et reçoit la chaine de transmission compatible destinée a transmettre le couple à la roue arrière dite roue motrice. Le couple est transmi, par le mouvement de rotation des manivelles du pédalier par deux moyens. Le premier résulte du fait qu'un axe transversal relie la manivelle du pédalier a la poulie folle et sert de coupleur entre les deux organes de sorte que le mouvement rotatif de la manivelle entraine systématiquement lapouliefolle. Cet axe est avantageusement logé a proximité de l'arbre autour du quel tourne la poulie Z folle et par voie de conséquence de celui qui retient la manivelle de pédalier. Le but est de donner la longueur maximum a l'autre section de la manivelle entre l'emplacement de l'axe qui sert de coupleur et la pédale où s'exerce la pression. Le second moyen implique une force motrice au niveau de la manivelle et plus particulièrement obtenue par l'effort physique du cycliste chaque fois que l'invention est adaptée sur un vélo Cette récusation nouvelle consiste a appliquer le principe du levier dans un mouvement rotatif. Dans ta bicyclette : I'arbre du pédalier sert de point d'appui car il pivote dans son dispositif de rotation : roulement a billes ou arbre compatible ou autre mécanisme Le second point est l'axe qui sert de coupleur entre la partie menante et la partie menée. IR forme le point résistant. Le troisième point est à l'autre extrémité de ! a manivelle 11 comprend le point moteur. La puissance résulte de la distance qui existe entre le point d'appui et le point restant et ensuite de la longueur qui sépare ce dernier de l'extrémité de la manivelle Concrètement l'invention applique le principe d'Archimède dans le premier et le deuxième genre a cette diffférence près que le dispositif de l'invention est rotatif. En ce qui concerne la convertion du couple résistant ou sa démultiplication dans le cas de la byciclette l'invention utilise l'application du dérailleur uniquement dans la roue motrice'soit la roue arrière. par ce que son prix est tres abordable au vue de son industrialisation importante ajouté a un faible poids et une relative commodité. L'invention prend en compte la force obtenue dans le pédalier pour fixer dans la partie menée une roue dentée d'un grand diamètre destinée a entrainer un pignon d'un petit diamètre dans la roue motrice. Ces composants apportent un grand avantage au cycliste pour l'inertie du vélo. car ils lui permettent d'effectuer sans peines des déplacements très rapides. S'il renoontre de la réistance sur son parcours il utilisra le dérailleur arrière celui de la roue motrice. S'il s'agit de simple fatigue : il pédale plus lentement. La conversion du couple est obtenue dans sa plus grande force au moment du montage de l'invention c'est a dire dans la première position de l'axe destiné a relier la partie menante et la partie menée en ce que ces deux premiers points de fixation dans la manivelle se trouvent tres raprochés l'un de l'autre et au maximum de distance de l'autre extrémité de la manivelle La modification du couple passe désormais par le déplacement linéaire de l'axe qui relie les deux parties mobiles au moyen de glisières couramment répandent dans l'industrie et dont la propriété permet de loger l'axe coupleur en plus de son déplacement électrique ou par pression hydraulique ou manuelle vers le point moteur afin de modifier l'inertie du vélo en fonction des moyens physiques de l'usager Dans une des applications de l'invention a titre indicatif et non limitatif g la FIGURE : 1 ; (1) est remplacement de la pédale ; (2) est la manivelle de pedalier. (3) est la poulie folle qui tourne sur un arbre (14) grâce au roulement (13) (12) est le disque qui suporte l'arbre creux (14). En effet (12) est vissé dans le chassis tubulaire (11) et il comprend l'arbre (14). (15) est l'arbre du pédalier qui retint les manivelles (2) et (9). Cet arbre (15) tourne dans un roulement (6) toge prélablement dans le chassis tubulaire (11) et (4) L'etrémité de la manivelle (2) reçoit un axe (18) qui sert de trait d'union et de coupleur entre la poulie folle (3) et la manivelle (2) A la FIGURE 2 ; (I) est le dispositif quui rçoit la pédale. ( 2) est la manivelle de pédalier. (14) est le support du roulement (13). Ce support est est dans la masse du chassis (11) et (14) (26) et. (27) retiennent les manivelles (9) et (2) (15) est l'arbre des manivelles qui tourne sur un roulement (41) (28) est la fixation de l'axe de coupleur (18). (29) est son logement dans la poulie (3) A la FIGURE 3 (19) est l'axe de la pédale.. (2) est la manivelle. (13) le roulement de la poulie (3) ; (14) est le tube solidaire du la platine (12) visssée dans le chassis tubulaire (I 1) ? (15) est l'axe du pédalier. (16) est sa clavette de fixation A la FIGURE : 4 la manivelle (2) reçoit deux axes (22) et (18) destine a entrainer la poulie (3) A la FIGURE 5 ; la manivelle (2) est solidaire d'une platine (21) qui comprend quatre points de fixations (22) (23) (24) et (25) destinés entraner la poulie (3) La fixation de I'arbre (15) est plus importante telle que (16) A la FIGURE 6 (31) (32) et (33) forment la roue avant. (36) (35) et (34) forment la roue arrière (9) et (2) sont les manivelles de pédalier (3) est la poulie folle dotée d'une roue dentée pour recevoir la chaine de transmission (38) qui entraine le pignon (34) (13) est le roulement a billes de la poulie (3) REVENDICATIONS 1 :-Dispositif mécanique destiné a modifier un couple résistant caractérisé par le fait qu'il comprend une partie menante (2) et une partie menée (3) caractérisé par le fait que L'accouplement de ces ensembles se fait par le moyen d'un axe (18) dont I'emplacement donne entre les points (19) (16) et (18) le principe du levier selon Archimède en ce sens que la manivelle (2) prend la forme d'un levier les repères (19) (16) et (18) étant les points d'appui de la manivelle (2) qui tourne avec son arbre (15) dans un logement (6) vissé dans un chasssis (11) I'axe (18) formant une extrémité du levier et le point (19) I'autre extrémité cet en semble mécanique étant destiné a tre logé dans un cadre de vélo standard (44) la poulie (3) étant dotée d'une chaine (38) entraine le pignon (37) de la roue motrice (36) 2 ;-Dispositif selon la revendication : 1 caractérisé par le fait que la manivelles (2) reçoit deux axe tels que (22) et (18) ou quatre tels que (22) (23) (24) et (25) 3 :- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que 1'axe (18) est fixé sur glissières entre (2) et (3) pour un mouvement linéaire manuel ou automatisé destiné a modifier le couple au moyen du déplacement de t'axe (18) entrte les extrémités (15) et (19)