Brevet FR2880544A1 — publié le 20060714

L'invention a trait à un dispositif de contrôle de la rotation d'une roue dentée, entraînée en rotation par au moins une manivelle équipant un appareil d'exercice physique. L'expression appareil d'exercice physique désigne tous les appareils d'exercice, d'entraînement cardio-musculaire, de rééducation ou d'entraînement sportif équipés d'un mécanisme rotatif, réglable et dans lesquels la force motrice est fournie par un mouvement de rotation des bras et/ou des jambes de l'utilisateur. De tels appareils, connus également sous les appellations de vélos d'appartement et d'appareils de cardio-training permettent un travail musculaire grâce à un mouvement de rotation des bras et/ou des jambes voisin d'un mouvement de pédalage. Ce mouvement de rotation est transmis par, en général, deux manivelles, ou un pédalier, à une roue ou à un volant par l'intermédiaire d'une chaîne ou d'une courroie crantée. Une résistance, réglable, à la rotation est obtenue par des systèmes de freinage de la courroie ou de la chaîne, en particulier par des patins, des mâchoires ou par un freinage magnétique sur un volant à inertie. Ces différents systèmes ne sont pas performants car le freinage n'est pas progressif et car le réglage de la résistance à l'effort fourni par l'utilisateur n'est pas continu. De plus, avec des systèmes à patins ou à mâchoires, il se produit une usure rapide du système de freinage et/ou de la chaîne ou de la courroie, ce qui génère une moindre efficacité du freinage avec le temps. Le freinage magnétique, inefficace si le pratiquant a une puissance musculaire importante, est peu aisé à régler et ne permet pas, lui non plus, d'obtenir un freinage progressif et continu. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un dispositif de freinage pour appareil d'exercice physique, efficace, pérène, progressif, continu, adapté à une large population d'utilisateurs et permettant un contrôle permanent et précis de la résistance à l'effort. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de contrôle de la rotation d'au moins une manivelle équipant un appareil d'exercice physique, caractérisé en ce que le dispositif comprend un organe rotatif à section circulaire, entraîné en rotation par la manivelle et pourvu d'une surface propre à recevoir en appui réglable une surface complémentaire d'au moins un organe de freinage monté libre en rotation. Grâce à l'organe de freinage monté libre en rotation, on réalise un freinage par appui, progressif, contrôlé et sans à-coup permettant l'utilisation optimale de l'appareil, tout en réduisant l'usure mutuelle des pièces, celles-ci étant toutes en rotation, même lors d'un freinage puissant. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel dispositif peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - L'organe rotatif est une poulie ou un volant dont au moins une partie de la surface périphérique forme la surface d'appui. - L'organe est rotatif autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la manivelle. - Le dispositif comprend plusieurs organes de freinage montés libres en rotation chacun autour d'un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la manivelle. - Les organes de freinage sont des roues ou des galets montés sur un support de manière à être régulièrement disposés autour de l'organe rotatif, au moins une partie de la surface périphérique de chaque galet étant en appui sur la surface périphérique qui forme la surface d'appui de l'organe rotatif. - Le support est globalement configuré en double U avec une branche fixe, l'autre branche et le fond du support étant articulés entre eux et par rapport à la branche fixe. - Les branches du double U formant le support sont reliées à leurs extrémités libres par des moyens de réglage de l'écart entre les extrémités 10 libres de ces branches. - Les moyens de liaison comprennent une tige montée pivotante par une extrémité sur les branches fixes du support et dont l'extrémité libre est retenue de façon réglable en position sur les branches mobiles du support. - Appareil d'exercice physique équipé d'un dispositif de contrôle selon 15 l'une des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil d'exercice physique équipé d'un dispositif de freinage conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue latérale, à une plus grande échelle, d'un dispositif de contrôle conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, le capot étant ouvert et les manivelles d'entraînement étant omises pour la clarté du dessin, - la figure 3 est une vue latérale de l'organe rotatif et de l'organe de freinage du dispositif de la figure 2 représentés, seuls, en position de freinage minimal, - la figure 4 est une vue similaire à la figure 3, le dispositif étant en position de freinage maximal, - la figure 5 est une vue en perspective à une autre échelle, de l'organe rotatif seul, - la figure 6 est une coupe selon la ligne VI-VI à la figure 4, à une échelle différente, - la figure 7 est une représentation schématique de la chaîne cinématique du dispositif des figures 1 à 6 et - la figure 8 est une représentation schématique analogue à la figure 7 pour un second mode de réalisation du dispositif. L'appareil d'exercice physique 1 représenté à la figure 1 est un appareil dit de cardio-training. II comprend un pied 2 supportant un châssis 4 tubulaire dont une partie est adaptée pour recevoir un siège 6. L'autre partie du châssis porte, au voisinage de son extrémité, un boîtier 8 abritant le dispositif de contrôle 10 de la rotation d'une roue entraînée par deux manivelles 12 disposées de chaque côté du boîtier 8. Les manivelles sont prévues pour être prises en mains par un utilisateur pour les faire tourner et développer la musculature de la partie supérieure du corps. Sur le dessus, le boîtier 8 est équipé d'une poignée 14 de réglage d'une force de freinage qui s'oppose à la rotation des manivelles et d'une console électronique 16 affichant divers paramètres de fonctionnement. Ces paramètres comprennent, par exemple, la vitesse de rotation des manivelles, le temps, la puissance dissipée, la fréquence cardiaque de l'utilisateur, auquel cas, des capteurs sont disposés sur la console 16, ou d'autres paramètres nécessaires à la gestion de l'exercice physique. Dans une variante non représentée, l'appareil est fixé à une paroi verticale. Dans ce cas, il est dépourvu de siège 6 et de pied 2, l'exercice se l0 pratiquant en position debout. Dans une autre variante non représentée, les manivelles 12 sont équipées de pédales et actionnées par les pieds de l'utilisateur, l'appareil a alors une configuration de type vélo, le boîtier 8 étant disposé en dessous ou au niveau du siège 6. Le dispositif de contrôle 10 comprend un axe 18 traversant le boîtier 8, perpendiculairement aux flans de celui-ci,. Chacune des extrémités de cet axe 18 est équipée d'une poignée 12A de manière à former un jeu de deux manivelles 12 d'entraînement. Une première roue dentée 20 est fixée sur l'axe 18, de façon définitive ou amovible. La rotation des manivelles 12 et de l'axe 18 entraîne donc la rotation de la roue 20. Cette première roue 20 engrène avec une seconde roue dentée 21 coaxiale et solidaire en rotation d'une troisième roue dentée 22 qui engrène elle-même avec une quatrième roue dentée 23 centrée sur l'axe 18 mais non solidaire de celui-ci. Les roues 20 à 23 forment ensemble un engrenage qui permet de démultiplier la vitesse de rotation des manivelles entre les roues 20 et 23. Un organe rotatif 24, en forme de poulie ou de volant, comprend un corps principal 25 réalisé en un matériau rigide, par exemple un métal ou un matériau à base de polymère. On note 26 la surface périphérique externe de la poulie 24. Cette surface est légèrement concave et formée par le même matériau que le corps principal 25, avec un état de surface lisse. En variante, la surface 26 peut être obtenue en recouvrant localement le corps 25, qui peut être en acier, avec un autre matériau lisse, par exemple un polymère à faible adhérence. La poulie 24 est monobloc avec un axe 27 tubulaire. Cet axe 27 est parallèle et concentrique à l'axe 18 des manivelles, ce dernier étant inséré dans la lumière interne de l'axe tubulaire 27. La liaison entre les axes 27 et 18 est réalisée au moyen de roulements à billes 28. L'axe 18 des manivelles est donc libre en rotation par rapport au volant 24 comme illustré à la figure 7. En variante, la poulie 24 peut être rapportée sur l'axe 27 et solidarisée à celui-ci par tout moyen approprié. L'axe tubulaire 27 est également monobloc avec la roue dentée 23. Ainsi, grâce à l'engrenage 20-23, la poulie 24 est entraînée en rotation par les manivelles 12, avec une vitesse qui dépend du rapport des dentures des roues 20 à 23. Le nombre et/ou les diamètres retenus des roues de l'engrenage permettent une gamme de démultiplications suffisantes pour s'adapter aux différentes forces de l'utilisateur et/ou à l'exercice envisagé. En variante, la roue 23 peut être rapportée sur l'axe 27 et solidarisée à ce dernier par tout moyen approprié. Un support 30 est formé par deux jeux parallèles de barres 32, 34, 36 métalliques ou en un matériau à base de polymère. Chaque jeu de barres 32, 34, 36 est configuré globalement en U. Ce support 30, en double U, est disposé de manière à ce que le volant 24 soit logé entre les jeux de barres, dans l'espace entre les jeux de barres. Le support 30 est orienté de manière à ce que les barres 32, 34 formant les branches des U soient globalement horizontales. Les barres inférieures 32 de chaque jeu sont fixées à une paroi du boîtier 8 ou, en variante, au châssis de l'appareil. Les barres supérieures 34 et les barres de fond 36 du U de chaque jeu sont articulées entre elles, les barres 36 étant également articulées avec les barres inférieures 32. On réalise de la sorte, deux jeux de barres en U dont l'écartement E entre les branches inférieures 32 et supérieures 34 est réglable, cela de manière identique. Les barres des deux jeux de barres sont reliées entre elles par sept axes 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43 parallèles à l'axe 18. Deux axes, 37, 38 forment les axes d'articulation entre le fond 36 et les branches 32 et 34 des U. Cinq autres axes 39, 40, 41, 42, 43 relient entre elles les barres 32, 34 des deux jeux de barres disposés de part et d'autre de la poulie 24. Les axes 37, 38, 39, 40 supportent chacun un galet 44 respectivement, 45, 46, 47 monté libre en rotation autour de l'axe le supportant. Ces galets 44, 45, 46, 47 sont insérés entre les deux jeux de barres 32, 34, 36. Les axes 37 à 40 sont parallèles entre eux et parallèles à l'axe 18 des manivelles 12. La répartition des galets 44 à 47 sur le support 30 et la position du support sont telles que les quatre galets 44 à 47 sont régulièrement répartis autour de la poulie 24. Ainsi, dans cette disposition, la surface périphérique 26 de la poulie 24 est en regard de la surface périphérique 440, 450, 460, 470 de chacun des galets 44, 45, 46, 47. Une tige 48, insérée entre les jeux de barres 32, 34, relie les extrémités libres des barres inférieures 32. Cette tige 48 est montée pivotante autour d'un axe 42 reliant les barres 32. L'extrémité libre de la tige 48 porte la poignée 14. Un ressort 50 à boudin, est monté sous la poignée 14, entre une rondelle 51 de butée fixe et une rondelle 52 mobile en translation le long de la tige 48. La rondelle mobile 52 est plus éloignée de la poignée 14 que la rondelle 51 et appuie sur une barre 53 orientée selon une direction parallèle à l'axe 18 des manivelles 12. La barre 53 est coulissante le long de la tige 48. Cette barre 53 est adaptée pour se loger sélectivement dans des crans 54 ménagés sur le bord supérieur des barres supérieures 34. De cette manière, en déplaçant la tige 48 d'un cran 54 à l'autre, on diminue ou on allonge l'écart E entre les extrémités libres 32A et 34A des barres inférieure 32 et supérieure 34 du support 30. Ainsi, on ferme ou on ouvre chaque U, ce qui a pour conséquence de rapprocher ou d'éloigner les galets 44 à 47 de la surface 26 du volant 24. A la figure 3, les galets 44 à 47 ne sont pas en contact avec la surface 26 du volant 24. II s'agit de la position de freinage minimal. Le volant n'étant pas freiné dans sa rotation, il n'y a pas de résistance opposée à la rotation des manivelles12. A la figure 4, la position de la tige 48 entraîne un écartement minimal des branches 32, 34 de chaque U. Les galets 44 à 47 appuient fortement par leurs surfaces 440 à 470 sur la surface 26, freinant ainsi sa rotation et opposant une résistance élevée à la rotation des manivelles 12. Dans cette configuration, les galets 44 à 47 et le volant 24 tournent à la même vitesse, ce qui limite l'usure mutuelle des pièces 44 à 47 et 24. En position intermédiaire de la tige 48, l'appui est plus ou moins fort entre les galets 44 à 47 et le volant 24, ce qui permet de réaliser un freinage uniforme et modulable. Dans cette configuration les galets 44 à 47 et le volant 24 tournent à la même vitesse, quelle que soit la force d'appui des galets 44 à 47 sur le volant 24. Le freinage est, dans tous les cas, réalisé simultanément sur plusieurs points de la surface périphérique 26 du volant 24. Celui-ci est ainsi ralenti uniformément, ce qui permet d'obtenir une résistance uniforme et progressive à la rotation des manivelles 12. En conséquence, l'utilisateur doit fournir un effort continu, sans à-coup pour compenser le freinage. Outre un confort d'utilisation accru, ceci améliore l'efficacité de l'exercice et évite des traumatismes musculaires et/ou articulaires consécutifs aux à-coups. Dans la variante représentée à la figure 8, la poulie 24 n'est pas disposée sur un axe 27 concentrique à l'axe 18 des manivelles, mais sur un axe 27' portant une autre roue 23 de l'engrenage. Un tel dispositif offre un encombrement supérieur à celui précédemment décrit. Néanmoins il permet de réaliser un engrenage avec un nombre supérieur de roues. En variante non représentée, l'appareil 1 peut être équipé que des manivelles 12. Dans ce cas, le volant 24 est fixé et solidaire en rotation de l'axe des manivelles. Dans ce cas, l'absence d'engrenage ne permet pas de démultiplier la vitesse de rotation des manivelles 12. Cette configuration permet la réalisation d'un appareil de faible encombrement. Dans un autre mode de réalisation non illustré, l'énergie accumulée par la résistance à la manoeuvre des manivelles 12 est restituée, par exemple par l'intermédiaire d'un dispositif de type dynamo qui permet d'alimenter et/ou de recharger une batterie assurant le fonctionnement de la console électronique 16. Le nombre de galets utilisés dans l'invention n'est pas limité à quatre. Ainsi, par exemple, un seul galet peut être utilisé, auquel cas celui-ci a un diamètre plus important que dans l'exemple représenté afin que la surface de frottement lors du freinage soit globalement similaire à celle décrite. Deux, trois ou plus de quatre galets peuvent être utilisés. 11 REVENDICATIONS 1. Dispositif de contrôle de la rotation d'au moins une manivelle équipant un appareil (1) d'exercice physique, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) comprend un organe rotatif (24) à section circulaire, entraîné en rotation par ladite manivelle (12) et pourvu d'une surface (26) propre à recevoir en appui réglable une surface complémentaire (440 à 470) d'au moins un organe de freinage (44 à 47) monté libre en rotation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe rotatif est une poulie ou un volant (24) dont au moins une partie de la surface périphérique forme ladite surface d'appui (26). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe (24) est rotatif autour d'un axe (27, 27') sensiblement parallèle à l'axe (18) de rotation de ladite manivelle (12). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs organes de freinage (44, 45, 46, 47) montés libres en rotation chacun autour d'un axe (37, 38, 39, 40) sensiblement parallèle à l'axe de rotation (18) de la manivelle (12). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits organes de freinage sont des roues ou des galets (44, 45, 46, 47) montés sur un support (30) de manière à être régulièrement disposés autour dudit organe rotatif (24), au moins une partie de la surface périphérique (440, 450, 460, 470) de chaque galet (44, 45, 46, 47) étant en appui sur la surface périphérique (26) qui forme ladite surface d'appui dudit organe rotatif (24). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit support (30) est globalement configuré en double U avec une branche (32) fixe, l'autre branche (34) et le fond (36) dudit support étant articulés (37, 38) entre eux et par rapport à la branche (32) fixe. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites branches (32, 34) du double U formant le support (30) sont reliées à leurs extrémités libres par des moyens (48, 51-54) de réglage de l'écart (E) entre les extrémités libres (32A, 34A) desdites branches (32, 34). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé lesdits moyens de l0 liaison comprennent une tige (48) montée pivotante (42) par une extrémité sur les branches fixes (32) du support et dont l'extrémité libre (14) est retenue de façon réglable en position sur les branches mobiles (34) du support (30). 9. Appareil (1) d'exercice physique équipé d'un dispositif de contrôle (10) selon l'une des revendications précédentes.