Brevet FR2788092A1 — publié le 20000707

DIVISEUR DE COUPLE BIS ETAGEADPTABLE DE PREFERENCE SUR LES BYCICLETTES 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'extrlordinaire 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 o l'on gère l'inertie de lFaéronef 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 appliqué à un corps solide tend a lui donner un mouvement de rotation autour d'un axe passant par l'axe de gravité. 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. Il 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. f 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 a 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 même 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 cycliste ne peu modifier son poids et par conséquent augmenter beaucoup la pression exercée sur le pédalier même 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 fonné 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 en core de rouler 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 là qu'intervient le dispositif de l'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 chaine en vue faire tourner la roue motrice Sous la pression des pédales cette roue dentée forme le couple moteur Une chaine relie cette roue à un pignon d'un diamètre inférieur qui est le couple 1 5 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 être 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 accidentés tous terrains condamne souvent le cycliste a pousser son vélo Mais depuis des décennies l'on a tenté 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 chaine 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 même si son mécanisme est perfectionné Tout d'abord le nombre de pignons est limité Ensuite la démultiplication du couple au moyen du passage de la chaine 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 Ce mécanisme comporte avantageusement deux disques fixés sur un même arbre.avec cela de nouveau c'est que l'un est moteur et l'autre trouve sa fonction dans la pression qu'il exerce pour faire plaquer une poulie d'entrainement fixée perpendiculairement a ces deux disques et dont le diamètre bien inférieur a celui des deux disques lui donne une rotation a un régime différent selon sa position sur les rayon des disques. Cette technique de pression destinée a faire plaquer une poulie sur le flan d'un disque en rotation évite une forte contrainte mécanque qui doit être exercée sur l'arbre de la poulie L' application de l'invention positionne avantageusement une poulie d'un petit diamètre entre deux disques ou entre deux cylindres en forme de tronc de cône de préférence très pyramidale. Chaque fois que la petite poulie est retenue entre deux disques son arbre de maintient sur le quel elle s'articule soit pour entrainer un arbre de rotation soit pour transmettre le couple moteur est mobile dans le sens linéaire afin de positionner cette poulie a un endroit choisi sur le rayon des disques. - 5 Chaque mouvement linéaire va modifier systématiquement la vitesse de rotation de la poulie qu'elle soit motrice lorsque son arbre porteur télescopique prend la forme d'une partie menante ou bien qu'ils s'agisse d'une partie menée. Dans une autre application un disque est la partie menante. L'autre est la partie menée La poulie fixée entre les deux sert d'organe de transmission. Son mouvement linéaire modifie le couple moteur Dans l'utilisation de pièces troncôniques pour faire tourner entre elles une petite poulie cette dernière progresse à l'intérieur des lignes droites parallèles qui existent entre le sommet et la base de chaque cône fixés dans un sens opposé afin que le petit diamètre de chaque cône se trouve en face du grand diamètre de l'autre. A l'exemple de la modification de la vitesse obtenue en déplaçant la poulie dans un sens linéaire entre deux disques chaque fois que l'on utilise des pièces tronconiques la poulie reçoit également une fonction de partie menante ou de partie menée.. 0 L'invention apporte la modification d'un couple moteur grâce au déplacement linéaire de la poulie soit entre deux cônes ou entre deux disques Le couple moteur s'obtient en motricité grâce a une puissance nominale a un régime donné soit le travail résultant des forces qu'exercent sur un vilbrequin les bielles d'un moteur thermique ou les jarrets d'un cycliste dans la manivelle du pédalier ou en core la puissance donnée pour un moteur électrique. Les ennnuis commencent là o la résistance passive augmente et dépasse les moyens disponibles. Cela s'explique pour une raison de coût ou de consommation ou de force physique chez le cycliste. C'est la qu'intervient l'application de l'invention précisément la démultilpication entre le couple moteur c'est a dire l'intensité de la force par le bras de levier et le couple réssitant. formé par l'inertie d'un véhicule d'une byciclette ou autre engin mécanique L'invention va permettre d'adapter instantanément le force motrice dite linéaire avec le couple réssitant suceptible d'augmenter a chaque problèmes posé par un itinéraire routier ou autre difficutés. De nos jours la solution passe par une boite de vitesses ou un dérailleur sur le vélo ou par un jeux de courroies sur engins mécaniques. Dans tous les cas il faut marquer un temps d'arret ce qui est toujours préjudiciable à l'inertie O même si dans l'automobile les boites de vitesses sont très agéables a utiliser. Dans le vélo c'est différent soit pour démarrer vite en compétition soit dans le cadre des déplacement tous térrains Le choix des pignons o doit passer la chaîne de tranmission doit être pré sélectionné. C'est un préjudice en compétition et un ennui pour le V TT t précieux et un très grand confort. De plus la simplicité du système implique tres peu de mécanisme et surtout d'encombre ment donc tres léger ce qui est tres prisé dans le vélo Dans une des applications de l'invention a titre indicatif et non limitatif à la F IG.: I; le repère (1) est un élément de chassis tubulaire ainsi que (22).Les repères ((3) et (4) et (16) et (22) sont l'ensemble des manivelles d'un pédalier maintenu par un arbre (8) logé dans le chassis tubulaire (13) qui forme un ensemble avec (22) et (1) Sa rotation est permise grâce aux roulements (42) et (12). Deux disques (IO) et (23) tournent sur des roulements (19) et(7) Ces roulements sont fixés sur un tube (Il) vissé d'un coté dans le chassis (13) et dont l'épaulement retient une buttée à billes (43) et la portée les roulements ( 7) et (19) Un axe ( 9) solildaire de la manivelle ( 3) traverse tout près du roulement (19) le disque (10) repère (14). L'invention permet grâce au faible diamètre standard de l'arbre (8) et a l'utilisation d'un roulement standard à aiguilles (19) de très faible diamètre de loger l'axe (9) tout près du point central de l'arbre (9) Cette application permet de profiter au maximum du principe du levier obtenu grâce d'une 31 part au point ( 3) une extrémité de la manivelle et au moint ( 9) l'autre extrémité en utilsant le point d'appui (8) formé par l'arbre qui tourne dans le chassis (13) La poulie ( 5) maintenue par un arbre telescopique ( 6) est maitenue par un ensemble mécanique (2) A la FG: 2; le dispositifde l'invention est vu d'une façon éclatée. L'arbre (8) traverse l'ensemble du mécanisme de rotation. Les portées de roulements (42) et (12) permettent sa rotation dans les meilleures conditions mécaniques et le retioennent prisonnier du chassis tubulaire. Cela permet sa fixation grâce a un écrou (45) mais une rondelle (46) en matériaux souple compatible limite le serrage tout en maintenant la pression. Le diamètre du tube de portée (11) est légèrement supérieur a celui de 1' arbre (8) afin que les disques ( 10) et ( 23) soient entrainés par le pédalier via la poulie (5) qui dans cette application est entrainée uniquement par ce moyen à0 Dans une autre application de l'invention lorsque le poulie (5) est motrice la prise de force est prise sur l'un des deux disques l'autre servant a faire pression sur la poulie A la FG.:3; seule la poulie (10) est représentée. Le repère (73) est l'ensemble butée a billes retenu par rotule (72) qui s'articule sur un bras (26) actionné par un moteur électrique (25) (24) de préférence basse préssion ou a piles (27) est la limite de sa course. L'arbre (6) coulisse dans le mécanisme (28) doté de roulement (29) permettant sa fixation Les repères ( 30) et( 31) sont la prise de force sortie du mécanisme (2) La FG: 4; représente une vue de la poulie (5) dotée d'un nombre de roulettes telles que repères: (36) (37) (38) compatibles avec un petit diamètre de l'ensemble de la poulie (5) Précisément ces petites roulettes sont assez résistantes pour supporter sur chant la pression exercée par les disques (10) et (23) au cours de leurs rotations de meêm lorsques la poulie (5) est motrice. Le mouvement linéaire longitudinal de la poulie (5) dans le rayon des disques (10) et 23) est rendu possible sans problème anti mécanique grâce a la position de ces roulettes qui permettent la rotation sur son arbre de la poulie (5) Les disques (10) et (23) reçoivent une couche de matériaux la souples dont la résistance O a engraine parfaitemnt dans les rolettes telles que (36) facilitant la rotation de la poulie (5) et permettant le mouvement linéaire dans de bonnes conditiions Les repères (32) (33) (34) et (35) représentent les cônes (48) et (50) FIG: 5. A la FIG,, 5; les cônes: (48) et (47) tournent sur des arbres (49) (50) (54) et (55) Des roulettes telles que (52) sont montées sur pivots tels que (51) Le repère (53) est une bague dotées de buttées a billes permrnetant son déplacement linéaire. La FIG, 6, représente un autre type de poulie dotée de bagues qui tournent horizontalement telles que les précédentes mais en tout petit diamètre. Repère: (64) REVENDICA TIONS t -Dispositif comprenant un double mécanisme destiné a modifier un couple moteur caractérisé par le fait qu'il comprend d'une part une partie menante formée par deux manivelles (3) et (16) qui entrainent un disque (23) selon le principe du levier grâce à l'axe (9) relié au disque (23) l'arbre (8) sur lequel s'articule le pédalier constituant le point d'appui et d'autre part un arbre coulissant (6) qui retient une poulie (5) engrenée sur le disques (23) et plaquée par le disque (10) le mouvement linéaire de la poulie (5) sur le flan des disques ayant pour résultat de modifier sa vitesse de rotation et par voie de conséquence le couple moteur. 4o 2-Dispositif selon la revendication précédente caractérisé par le fait que l'invention utilise des pièces tronconiques (47) et (48) dont l'une est la partie menante et l'autre la partie menée entre lesquelles une poulie (64) sert d 'organe de transmission entre les deux cônes son mouvement longitudinal entre ces deux organes étant permis grâce à l'arbre (67) qui sert de coulissseau et au bras (71) et (62) solidaires du caisson (63) dont le mouvement linéaire s/btient par le mécanisme (68) et (69) 3-Dispositif selon les deux revendications précédentes caractérisé par le fait les disques ( 10) et (23) de même que les cônes (47) et (48) reçoivent avantageusement une matière adhésive compatible avec la rotation de la poulie (5) et afin de permettre son mouvement linéaire. 4-Dispositif selon la revendication 1 et 2, caractérisé par le fait que le mouvement linéaire des poulies (5), (64) et (53) a pour but de modifier le couple moteur sans interrompre sa puissance motrice à7 Dispositif selon la revendication 2 caractérisé par le fait que le cône (47) comprend un section libre servant de point mort adaptable également sur le disque (23) 6- Dsipositif selon les renvendications 1 et 2 caractérisé par le fait que les poulies (5) (64) et (53) reçoivent des roulettes montée sur pivots (51) y compris des matières adhésives compatibles avec celle qui recouvrent les partie tournantes (47) (48) (10) et (23) f Dispositif selon la revendiction: 2, caractérisé par le fait que la poulie ( 5) devient un partie menante donc motrice selon la même application à la sortie du cardan (30) et (31)