Brevet FR2946313A1 — publié le 20101210

L'invention concerne un dispositif d'assistance à la propulsion d'un engin de transport à pédalage, particulièrement adapté à un montage sur une bicyclette. Elle concerne aussi l'engin de transport en tant que tel. La propulsion d'un engin de transport à pédalage comme une bicyclette conventionnelle se caractérise par un effort de pédalage irrégulier, l'effort exercé par chaque jambe étant plus important lorsque la pédale est dans sa position haute. On parle généralement de points morts haut et bas des pédales. Cela entraîne une difficulté du pédalage et un manque de performance dans la propulsion, qui est particulièrement notable en montée. Pour favoriser la performance du transport par bicyclette, la tendance courante est de réduire au maximum le poids global de la bicyclette, pour réduire l'effort nécessaire pour s'opposer à ce poids, lors des montées notamment. Une autre solution de l'état de la technique, par exemple décrite dans le document FR618909, consiste à monter sur la bicyclette un volant d'inertie susceptible d'emmagasiner de l'énergie lors de certaines conditions de roulement et de la restituer par la suite. Toutefois, ces solutions restent insatisfaisantes et notamment ne conviennent pas bien pour les phases de montée. L'objet général de l'invention est donc de proposer une solution performante de dispositif d'assistance à la propulsion d'un engin de transport. A cet effet, l'invention repose sur dispositif d'assistance à la propulsion d'un engin de transport, comprenant un axe de rotation d'entraînement de l'engin de transport, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un volant d'inertie monté mobile selon un premier mouvement de rotation autour de cet axe de rotation, et en ce que le au moins un volant d'inertie est relié à une roue d'axe en contact avec un tambour au niveau d'une interface pour sa mise en rotation, de sorte d'être mobile selon un second mouvement de rotation autour d'un second axe de rotation qui est l'axe de rotation de la roue. Le au moins un volant d'inertie peut être solidaire de la roue par une liaison. L'invention porte aussi sur un engin de transport à pédale, caractérisé en ce qu'il comprend un pédalier comprenant au moins une pédale reliée par une tige à l'axe du pédalier, et en ce qu'il comprend un dispositif d'assistance à la propulsion tel que décrit précédemment et en ce que le volant d'inertie est relié au pédalier de l'engin de transport de sorte d'être apte à un double mouvement de rotation sous l'impulsion du pédalier. L'engin de transport à pédale peut comprendre au moins un tambour dont la périphérie est circulaire ou ellipsoïdale, centrée sur l'axe du pédalier, et formant une interface de contact avec au moins une roue solidaire d'un volant d'inertie. La au moins une roue peut être dans un matériau d'adhérence équivalente à un pneu, comme un caoutchouc, et/ou l'interface du tambour peut être revêtue d'une couche de matériau anti-dérapant.25 L'engin de transport à pédale peut de plus comprendre une liaison avec ressort entre l'axe du pédalier et l'axe de rotation de la au moins une roue pour la maintenir en contact avec l'interface du tambour. II peut aussi comprendre plusieurs tambours et/ou plusieurs roues solidaires de plusieurs volants d'inertie en rotation sur un même tambour. L'axe de rotation d'une roue solidaire d'un volant d'inertie peut être fixé à la tige du pédalier portant la pédale, le volant d'inertie se trouvant disposé entre la tige du pédalier et le tambour. En variante, l'axe de rotation d'une roue solidaire d'un volant d'inertie peut être disposé au-delà du plan comprenant l'axe du pédalier et perpendiculaire à la tige de la pédale. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes d'exécution particuliers faits à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La figure 1 représente schématiquement un pédalier de bicyclette en coupe par un plan transversal selon un premier mode d'exécution. La figure 2 représente schématiquement en vue de face le pédalier de 25 bicyclette selon un premier mode d'exécution. La figure 3 représente schématiquement un pédalier de bicyclette en coupe par un plan transversal selon un second mode d'exécution. 20 La figure 4 représente schématiquement un pédalier de bicyclette en coupe par un plan transversal selon une variante du second mode d'exécution. La figure 5 représente schématiquement en vue de face un dispositif d'assistance au pédalage à plusieurs volants d'inertie selon une première variante de réalisation. La figure 6 représente schématiquement en vue de face un dispositif 10 d'assistance au pédalage à plusieurs volants d'inertie selon une seconde variante de réalisation. La figure 7 représente schématiquement un volant d'inertie selon une réalisation de l'invention. 15 Selon le premier mode d'exécution de l'invention illustré par les figures 1 et 2, la bicyclette selon l'invention a un pédalier qui comprend d'abord les éléments conventionnels, c'est à dire une pédale 1 reliée par une tige 2 à un axe de rotation 3 qui traverse le cadre 4 de la bicyclette. Pour des 20 raisons de simplification une seule pédale a été représentée mais le pédalier comprend naturellement une deuxième pédale reliée à l'axe de rotation 3 de l'autre côté du cadre 4. Ce pédalier est ainsi apte à mettre en rotation une roue dentée, reliée à la roue arrière par un mécanisme conventionnel à base de chaîne ou cardan, non représenté, comme dans 25 toute bicyclette traditionnelle. Ce mécanisme d'entraînement par chaîne ou cardan peut aussi présenter plusieurs vitesses selon une solution traditionnelle. Selon un élément essentiel de l'invention, le pédalier intègre de plus un 30 dispositif d'assistance au pédalage, qui comporte un volant d'inertie 10, monté mobile en rotation sur un axe 11 relié d'une part sur son extrémité extérieure par une fixation 12 à la tige 2 de la pédale 1 et d'autre part sur son extrémité intérieure à une roue 13 coopérant avec un tambour 5. La roue 13 est montée mobile en rotation autour de l'axe 11 et comprend une interface 14 avec la surface intérieure de la périphérie du tambour 5 sur laquelle elle vient en appui au niveau de cette interface 14, de sorte d'induire une rotation axiale autour de son axe de rotation 11. Le volant d'inertie 10 est solidaire de la roue 13 par une liaison 15 : l'ensemble composé de la roue 13 et du volant d'inertie 10 est donc mobile en rotation axiale autour de l'axe de liaison 11 par un dispositif de type roulement à billes ou couronne. Pour la mise en oeuvre de cette solution, la tige 2 de la pédale a été légèrement écartée du cadre 4 pour libérer le volume nécessaire pour l'intégration du volant d'inertie 10. Lors du pédalage conventionnel, l'axe 11 qui est relié à la tige 2 de la pédale 1 est entraîné en rotation autour de l'axe de rotation 3 du pédalier. Dans ce mouvement de rotation, cet axe 11 entraîne la roue 13 dans cette rotation. La roue 13 parcourt alors la surface intérieure de la périphérie du tambour 5, au niveau d'une interface 14, et est ainsi entraînée dans un second mouvement de rotation axiale autour de l'axe 11. Elle est ainsi entraînée dans un mouvement globalement hypocycloïde. Le volant d'inertie 10 et la roue 13 sont solidaires et portés par l'axe de rotation 11, et sont entraînés ensemble dans les deux mouvements de rotation mentionnés ci-dessus. Le volant d'inertie est donc finalement animé d'un premier mouvement de rotation autour d'un premier axe de rotation, qui est l'axe 3 du pédalier, et d'un second mouvement de rotation autour d'un second axe de rotation 11. Cette seconde rotation se fait dans un sens opposé à celui de la tige 2 du pédalier. Lors de ce double mouvement de rotation, le volant d'inertie 10 emmagasine une énergie qui est restituée par la suite sur le pédalier, ce qui permet de lisser l'effort exercé sur la pédale 1 et donc finalement d'assister efficacement le pédalage. Cette solution se révèle particulièrement efficace lors des montées. Ce concept qu'on peut dénommer par la formule anglo-saxonne � ecodynamic � consiste à profiter ainsi d'un effet de type gyroscopique et gravitationnel pour l'assistance au pédalage. Pour cela, le volant d'inertie peut comprendre des masses additionnelles 16, notamment réparties vers sa circonférence extérieure, telles que représentées sur la figure 3. Pour garantir un fonctionnement fiable du dispositif, un mode d'exécution avantageux prévoit de garantir une bonne adhérence entre la roue 13 et le tambour 5, au niveau de leur interface 14, afin d'éviter le glissement de la roue et garantir sa bonne rotation. Cette adhérence peut être obtenue en prévoyant un matériau particulier de la roue 13, de type gomme, caoutchouc, pneu, et/ou un matériau particulier de la surface de contact intérieure du tambour, comme un revêtement spécial anti-glissement. L'adhérence est de plus favorisée par la force centrifuge de la rotation de la roue autour de l'axe du pédalier 3 qui tend à pousser la roue vers l'extérieur, et donc en appui sur la surface intérieure du tambour. En complément, un ressort peut être utilisé pour agir sur la roue 13 dans la direction de l'interface avec le tambour, comme cela est représenté sur la figure 3 du second mode d'exécution de l'invention. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à ce mode d'exécution décrit. Notamment, il est possible de mettre en oeuvre des volants d'inertie avec tout type de répartition de masse et toute dimension. II est possible de relier le volant d'inertie différemment au pédalier. Par exemple, le volant d'inertie a été disposé entre la pédale 1 et l'axe de rotation 3 dans l'illustration précédente mais il serait possible de prolonger la tige 2 au-delà de l'axe de rotation 3 du pédalier afin de disposer le volant d'inertie au-delà de cet axe de rotation. De plus, il est possible de disposer plusieurs volants d'inertie sur le pédalier. Les figures suivantes illustrent quelques autres modes d'exécution à titre d'exemples, dans lesquels les mêmes éléments seront présentés avec les mêmes références pour une bonne clarté de la description. Par exemple, un second mode d'exécution est représenté sur la figure 3, qui se différencie principalement du mode d'exécution précédent en ce que l'axe de liaison 11 de l'ensemble roue 13 / volant d'inertie 10 est disposé de l'autre côté de la tige 2 de la pédale par rapport à l'axe de rotation 3 du pédalier. Cette construction est représentée schématiquement. L'axe 11 est relié à une prolongation 23 de l'axe 3 du pédalier par un élément de liaison 17 au sein duquel un ressort exerce un effort sur une partie 21 disposée à l'extrémité intérieure de l'axe 11 afin de le maintenir vers l'extérieur, en direction de la surface intérieure de la périphérie du tambour 5, pour assurer une meilleure interface entre la roue et le tambour. L'autre extrémité extérieure de cet axe 11 comprend l'ensemble de la roue 13 et du volant d'inertie 10, de sorte que la roue 13 est en contact sur la surface intérieure de la périphérie du tambour 5, au niveau de l'interface 14, pour induire son roulement sur cette surface et sa mise en rotation autour de l'axe 11. Le volant d'inertie 10 reste solidaire de cette roue par une liaison 15, de sorte que cet ensemble est en mouvement de rotation axiale uniforme autour de l'axe 11. Des masses 16 sont disposées vers la périphérie du volant d'inertie 10. La tige 2 portant la pédale, non représentée, du pédalier est disposée dans une direction sensiblement parallèle à celle de la liaison 17, mais de l'autre côté de l'axe du pédalier 3. Pour permettre ce positionnement de la pédale, une première liaison 22 s'étend perpendiculairement à la prolongation 23 de l'axe du pédalier 3, au sein du tambour 5, puis est reliée vers son extrémité placée aux abords de la périphérie du tambour à une autre tige perpendiculaire 24, orientée vers l'extérieur du tambour 5, qui est ensuite prolongée hors du tambour 5 par la tige 2 sur laquelle est directement montée la pédale. Ce dispositif permet la rotation de la pédale sans gêne, ni avec le tambour 5, ni avec le volant d'inertie 10. La figure 4 représente une variante du second mode d'exécution précédent, dans laquelle la liaison 17 entre le pédalier et la roue 13 comprend à son extrémité une fourche 19 dont les deux branches prennent appui sur l'axe 11 de part et d'autre de la roue 13 de sorte d'obtenir un maintien stable de cet axe lors de la rotation de la roue. D'autres modes d'exécution peuvent comprendre plusieurs volants d'inertie. A titre d'exemple, la figure 5 représente une première variante de réalisation dans laquelle deux volants d'inertie 10, 10' sont aménagés sur un même tambour 5 et mis en mouvement par respectivement deux roues 13, 13' se déplaçant sur la périphérie intérieure de ce même tambour 5. Sur cet exemple, ces deux roues 13, 13' sont diamétralement opposées. Cette solution peut être obtenue par une combinaison des deux modes d'exécution décrits précédemment. La figure 6 représente une seconde variante de réalisation dans laquelle deux tambours 5, 5' sont concentriquement disposés autour de l'axe 3 du pédalier, de manière superposée et/ou intraposée, coopérant respectivement avec deux roues 13, 13' portant deux volants d'inertie 10, 10', tous deux liés à la pédale, non représentée, afin de suivre le mouvement de rotation de cette pédale autour de l'axe du pédalier 3 comme cela a été explicitée précédemment. Naturellement, d'autres variantes d'exécution peuvent être déduites de celles représentées ci-dessus. Notamment, il est possible d'imaginer plus de deux volants d'inertie, montés sur un même tambour ou sur plusieurs tambours. II est possible de prévoir plus de deux tambours, reliés ou non au même pédalier. Les deux variantes précédentes peuvent par exemple être combinées. De plus, une ou plusieurs roues d'entraînement du volant d'inertie peuvent être disposées sur la périphérie extérieure du tambour, en addition ou non d'une ou plusieurs roue(s) sur sa périphérie intérieure. Ces roues et volants d'inertie peuvent présenter des formes diverses. Le volant d'inertie peut être disposé de sorte de présenter tout angle par rapport à la tige 2 du pédalier : il n'est pas obligatoirement aligné avec cette tige. De même, le tambour a été illustré avec une périphérie circulaire mais cette dernière pourrait être imaginée de forme légèrement ellipsoïdale, voire ovoïde, de sorte que le volant d'inertie peut être animé d'une rotation non parfaitement circulaire. En variante, le tambour peut être désaxé et/ou conique. De plus, la bicyclette a été illustrée avec un dispositif d'assistance au pédalage disposé d'un seul côté de son cadre. En variante, il est bien sûr possible de disposer de manière symétrique ou non un second dispositif d'assistance de l'autre côté du cadre. D'autre part, ces dispositifs d'assistance au pédalage peuvent être intégrés au sein du cadre du vélo, de sorte de les cacher dans un boîtier fermé pour obtenir une esthétique non dégradée de la bicyclette. Ils peuvent être agencés au niveau du pédalier comme cela a été représenté ou déportés au niveau d'une roue de la bicyclette, ce qui offre un plus grand espace pour permettre le positionnement d'un volant d'inertie de plus grande dimension. L'invention est adaptée à tout type de dispositif de pédalage, comprenant des éventuels systèmes à engrenage, des galets magnétiques. La figure 7 représente un volant d'inertie particulier, qui peut être utilisé pour tout dispositif d'assistance tel que décrit précédemment, qui présente la particularité de comprendre plusieurs masses 16 dont le positionnement est réglable au sein de lumières 18 s'étendant entre la partie centrale du volant et sa partie périphérique. Il est ainsi possible de régler l'effet d'inertie du volant d'inertie. L'invention a été illustrée dans le cadre d'une bicyclette. Elle est naturellement adaptée à tout engin de transport comprenant un dispositif de pédalage. Plus généralement, elle est adaptée à tout dispositif de transport, sur terre, mer ou air, comprenant un axe tournant de type pédalier, même pour un engin motorisé. Elle est aussi par nature multiapplicative car adaptée pour tout dispositif comprenant un axe en rotation pour lequel une optimisation énergétique est souhaitable. Elle pourrait ainsi être implémentée sur une éolienne pour assister le vent dans sa mise en rotation. Revendications1. Dispositif d'assistance à la propulsion d'un engin de transport, comprenant un axe de rotation (3) d'entraînement de l'engin de transport, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un volant d'inertie (10) monté mobile selon un premier mouvement de rotation autour de cet axe de rotation (3), et en ce que le au moins un volant d'inertie (10) est relié à une roue (13) d'axe (11) en contact avec un tambour (5) au niveau d'une interface (14) pour sa mise en rotation, de sorte d'être mobile selon un second mouvement de rotation autour d'un second axe de rotation qui est l'axe de rotation (11) de la roue (13). 2. Dispositif d'assistance à la propulsion selon la revendication 1, caractérisé en ce que le au moins un volant d'inertie (10) est solidaire de la roue (13) par une liaison (15). 3. Engin de transport à pédale, caractérisé en ce qu'il comprend un pédalier comprenant au moins une pédale (1) reliée par une tige (2) à l'axe du pédalier (3), en ce qu'il comprend un dispositif d'assistance à la propulsion selon l'une des revendications précédentes et en ce que le volant d'inertie (10) est relié au pédalier de l'engin de transport de sorte d'être apte à un double mouvement de rotation sous l'impulsion du pédalier. 4. Engin de transport à pédale selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un tambour (5) dont la périphérie est circulaire ou ellipsoïdale, centrée sur l'axe du pédalier (3), et formant une interface (14) de contact avec au moins une roue (13) solidaire d'un volant d'inertie (10).30 5. Engin de transport à pédale selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la au moins une roue (13) est dans un matériau d'adhérence équivalente à un pneu, comme un caoutchouc, et/ou en ce que l'interface (14) du tambour (5) est revêtue d'une couche de matériau anti-dérapant. 6. Engin de transport à pédale selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une liaison (17) avec ressort entre l'axe du pédalier (3) et l'axe de rotation (11) de la au moins une roue (13) pour la maintenir en contact avec l'interface (14) du tambour. 7. Engin de transport à pédale selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs tambours (5, 5'). 8. Engin de transport à pédale selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs roues (13, 13') solidaires de plusieurs volants d'inertie (10, 10') en rotation sur un même tambour (5). 9. Engin de transport à pédale selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'axe de rotation (11) d'une roue (13) solidaire d'un volant d'inertie (10) est fixé (12) à la tige (2) du pédalier portant la pédale (1), le volant d'inertie (10) se trouvant disposé entre la tige (2) du pédalier et le tambour (5). 10. Engin de transport à pédale selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'axe de rotation (11) d'une roue (13) solidaire d'un volant d'inertie (10) est disposé au-delà du plan comprenant l'axe du pédalier (3) et perpendiculaire à la tige (2) de la pédale (1).30