Brevet FR2851548A3 — publié le 20040827

FR 2851548 A3 20040827 FR 0216746 A 20030224 Demande de certificat d'utilité Abrégé Mécanisme de propulsion basé sur la transformation des forces d'appui alternatives à amplitudes variables sur des pédales et manivelles, en mouvement circulaire continu à vitesse variable actionnant une roue motrice. Historique Depuis l'invention en 1855 par Ernest Michaux des pédales et manivelles le principe de propulsion des cycles est resté inchangé. La roue arrière motrice avec transmission par chaîne a été inventée par Starley en 1879. La roue libre en 1897 et le dérailleur en 1937 ont permis une utilisation souple de la transmission. Le double plateau est apparu en 1947. L'indexation en 1980 et les pédales automatiques ont permis d'améliorer l'efficacité du système. 1855 Michaux 1879 Starley Machine à record Le système de propulsion adopté sur les cycles utilise les forces d'appui des membres inférieurs qui dans un mouvement circulaire imposé par des manivelles solidaires d'un plateau tournant sur un axe, entraînent par l'intermédiaire d'une chaîne un pignon lui même fixé sur l'axe de la roue arrière motrice. La vitesse de progression du cycle dépend de la pression exercée sur les pédales et de la fréquence de pédalage. Celle-ci peut être ajustée en fixant sur la roue arrière un pignon multiple, la chaîne étant manoeuvrée par un dérailleur. C'est une solution intéressante de par sa simplicité et le mouvement des manivelles se rapproche assez bien de la marche ou de la course. La fixation des chaussures aux pédales permettent d'améliorer l'efficacité par le "pousser tirer". Les différentes phases du pédalage Action conjuguée des muscles extenseurs et fléchisseurs des membres inférieurs. Nous négligerons l'action de la colonne vertébrale et des membres supérieurs qui seront les mêmes dans les deux systèmes. Anatomie du cycliste a = empattement b = distance axe roue arriêre et G c = chasse d = cintre de fourche Phases Action Durée Description sommaire 1 Pousser 34% Phase d'appui circulaire pouvant représenter 60% de l'énergie transmise 2 20% Phase de transition, d'accompagnement de la pédale dans son mouvement de rotation et de gestion du temps mort bas 3 Tirer 30% Phase de tirage dynamique circulaire pouvant représenter 35% de l'énergie transmise. Montée passive si non activée 4 1 6% Phase de transition, d'accompagnement du mouvement circulaire de la pédale et de gestion du temps mort haut Fi Phases Tout se passe comme si l'effort utile était fourni par saccades, les impulsions ne représentant que la moitié de chaque cycle. L'énergie fournie pour basculer la jambe d'avant en arrière et vice versa est également perdue. Constat Globalement l'effort est fourni par à-coups et le rendement faible Les manivelles entraînent les jambes dans un mouvement de rotation non productif Le pédalage n'étant pas un geste naturel nécessite un apprentissage pour bien gérer toutes ces phases qui sont de toutes manières escamotées pour des fréquences rapides. Le démarrage ne peut être envisagé que dans la phase I et n'est efficace qu'avec une inclinaison de manivelle proche de 45 . Description de l'invention Le principe de la présente invention consiste à utiliser de chaque coté d'un cycle, une manivelle supportant à l'une de ses extrémités une pédale et de l'autre un cadre cintré comportant en face interne deux dentures décalées du genre crémaillère. Cette crémaillère double actionnera en alternance deux roues dentées montées en roue libre et crantées de même sens sur l'arbre entraînant la roue arrière motrice. La manivelle pivotera autour d'un axe pouvant lui-même être mis en translation et sera également coulissant par rapport à cet axe. La translation de cet axe commandée directement ou indirectement aura pour conséquence de modifier le rapport entre les deux bras de la manivelle et donc de faire varier progressivement les vitesses de déplacement relatives de la pédale et de la crémaillère et donc la vitesse de rotation de la roue motrice. Entre deux valeurs extrêmes la variation de vitesse sera obtenue de façon entièrement continue. L'axe de manivelles sera pourvu d'un système à ressort permettant le rappel de pédale au point mort haut de façon automatique. Cette solution facilite la prise de pied sur la pédale dans son transfert vers le haut si l'on ne dispose pas de pédales automatiques. Le mouvement des pédales gauche et droite ne sera pas synchronisé en sens inverse, seul le rapport de vitesse sera le même pour les deux cotés. Le système est entièrement débrayable le mouvement pouvant être arrêté à tout moment sur l'une des pédales sans contrarier le mouvement de l'autre ni le mouvement en avant de la roue motrice. Aemobile \ Axe mobile \ Manivelle et crémaillère Position petit Position grand développement développement Schéma de principe $M Les différentes phases du pédalage Phases Action Durée Description sommaire 1 Pousser 50% Phase d'appui rectiligne pouvant représenter 65% de l'énergie transmise 2 Phase de transition courte et d'inversion de mouvement: point mort bas 3 Tirer 50% Phase de tirage dynamique rectiligne pouvant représenter 35% de l'énergie transmise. Montée passive si pas activée. 4 Phase de transition courte et d'inversion de mouvement: point mort haut r Phases 2 4 Le rendement sera nettement amélioré puisque l'effort est transmis à la roue motrice de façon quasi intégrale du haut jusqu'en bas et vice versa. Il reste seulement à gérer les points morts haut et bas. Un système d'amortissement simple peut permettre de les aborder de façon souple. On ne tourne plus les jambes le mouvement s'apparentant plus à celui adopté en montant les escaliers. Le bassin sera également moins sollicité. L'effort, constant ou pas, peu être produit pendant la totalité de la phase d'action descendante ou montante à l'exception des points morts haut et bas qui peuvent être déclenchés et gérés en tout point du cycle. Le cycle le plus long sera déterminé par l'amplitude maximale de la crémaillère. Le mouvement est alternatif à amplitude variable. Le démarrage peut être engagé avec une efficacité maximale dans n'importe quelle position de la pédale. L'apprentissage ne concerne que la gestion des temps morts ou d'inversion de mouvements qui devront être les plus courts possible. L'invention se caractérise également par l'absence totale de chaînes et de dérailleur avant ou arriere. Les actions de chaque pédale étant indépendantes, les mouvements non synchronisés, d'amplitudes différentes ou de même sens, les deux pédales montant et descendant en même temps par exemple, seront donc rendues possible. La synchronisation en mouvement inverse restera toujours possible mais elle sera voulue et gérée par l'opérateur dans un geste naturel ou de composition. A l'innovation technique de transmission des efforts de propulsion vient s'ajouter une très grande liberté dans la gestion du mouvement ou la fantaisie peut trouver toute sa place sans pour autant nuire à l'efficacité du système. Roues dentées libres Pédales Interface Arbre roue motrice cannelé Cadre à dentures décalées Axe coulissant Resso de s rt rappel / pédale Y \ REVENDICATIONS Ce dispositif de propulsion est revendiqué comme innovant sur les points suivants REVENDICATION - 1 Ce dispositif innovant se distingue par un mécanisme sans chaîne à haut rendement transformant un mouvement linéaire alternatif de pédales à amplitude variable en mouvement circulaire débrayable actionnant directement la roue arrière d'un cycle à une vitesse variable de façon continue et dont la décomposition est la suivante: A Deux actionneurs d'entrée symétriques, points d'application de mouvements et forces linéaires alternatifs, poussants et tirants d'amplitudes variables limités par la seule amplitude des manivelles droite et gauche tournant autour d'un axe mobile en translation à l'extrémité desquelles viennent se fixer des pédales, et des butées haute et basse non représentées qui en limitent la course dans chaque sens. B - A l'autre extrémité des manivelles un dispositif de transformation de mouvements et forces linéaires et alternatifs appliqués sur les pédales, en mouvement rotatif et entraînant directement l'arbre de la roue arrière motrice d'un cycle dans un mouvement de rotation à sens unique et débrayable. C - Un axe mobile en translation recevant la manivelle elle-même coulissante sur celui-ci. Le déplacement de cet axe modifie le rapport entre les deux bras de manivelles et fait varier les vitesses relatives de ses extrémités. Le déplacement continu de cet axe mobile entre deux valeurs extrêmes entraînera une variation de vitesse de l'arbre de la roue motrice arrière du cycle de façon entièrement continue. REVENDICATION - 2 Un mécanisme complet constitué des composants suivants: A - Un actionneur d'entrée composé d'un ensemble manivelle-crémaillère permettant à une extrémité la fixation d'une pédale. Le dispositif crémaillère est constitué d'un cadre en forme de croissant à dentures intérieures décalées fixé perpendiculairement à la manivelle et dont le diamètre moyen est égal à la longueur de celle-ci. B - Deux systèmes" roue libre" identiques et de même sens d'accrochage montés de chaque coté de la roue motrice du cycle et sur son axe et entraînés par l'ensemble crémaillère décrit ci-dessus dans un mouvement de rotation à sens unique par ses oscillations alternatives. C - Un composant mécanique permettant d'une part le mouvement guidé et coulissant de la manivelle et d'autre part une mise en translation horizontale entre deux limites à déterminer en fonction des rapports de vitesses préalablement choisis. Ce composant sera monté sur un support solidaire du cadre du cycle et peut comporter un système de rappel de pédales à ressort interne. REVENDICATION- 3 Le fonctionnement innovant du dispositif est tel que 1La mise en rotation de la roue arrière motrice du cycle est activée par les mouvements des pédales gauche et droite à condition que les systèmes" roue libre" agissent en entraînement bloquant et donc que les vitesses de rotation des leurs axes aient tendance à être supérieure à celle de la roue motrice du cycle. 2- Le système est actif quel que soit l'amplitude des mouvements s et quel que soient leur point de départ et leur sens entre les limites du dispositif matérialisées par des butées. 3- Ce dispositif est caractérisé par sa "non réversibilité" et son action de coupleur à sens unique quelles que soient les vitesses relatives des mouvements entrant et sortant du fait qu'il incorpore pour les deux sens d'actionnement du composant d'entrée un dispositif à "roue libre". Il agit comme un débrayage permanent possible entre l'entrée et la sortie si le dispositif entraîné se met en survitesse par rapport au dispositif moteur d'entrée. L'entraînement est un coupleur positif à condition que la vitesse du mouvement linéaire appliqué à l'entrée, traduit en mouvement rotatif interne, génère, en fonction des rapports de réduction ou de surmultiplication inhérents à la taille des composants retenus pour la construction d'un dispositif complet opérationnel, une vitesse supérieure ou égale à celle de la roue motrice du cycle. 4. Le déplacement continu de l'axe de l'ensemble manivelle crémaillère entraîne une variation continue de la vitesse de la roue arrière motrice.