Brevet FR2969572A1 — publié le 20120629

Dynamo facilement adaptable à tout type de bicyclette constituée d'éléments totalement statiques et étanches La présente invention concerne la production de lumière et d'électricité sur un véhicule léger, type bicyclette, et plus particulièrement un dispositif très facilement adaptable et n'utilisant que des éléments totalement statiques, étanches à la pluie et externes à la bicyclette . A l'heure actuelle la plupart des bicyclettes vendues dans les magasins ne possède plus de dynamo lanterne, ni d'attache sur le cadre permettant de fixer solidement ce type de dynamo. La plupart des industriels propose aux cyclistes des blocs phare avant et des blocs feu de position arrière munis de piles non rechargeables. Le cycliste peut éventuellement remplacer ces piles non rechargeables par des accumulateurs rechargeables, mais ces solutions ne sont pas satisfaisantes pour deux raisons. - Le premier problème de ces systèmes est un problème d'écologie : En effet ces piles ou accumulateurs ont une durée de vie limitée, contiennent des éléments chimiques lourds et mauvais pour la planète. Ils doivent être remplacés fréquemment. - Le deuxième problème est un problème de sécurité: Si le cycliste se retrouve la nuit sur une route isolée avec des batteries déchargées, le système ne lui permet plus de rouler éclairé. Par ailleurs, le fait que les cadres des bicyclettes ne possèdent plus d'attache (trou oblong) sur le cadre permettant de fixer solidement une dynamo lanterne entraine le fait que la dynamo va souvent être fixée par frottement et/ou écrasement d'une bride sur une partie ronde (tube) du cadre qui ne manquera pas à long terme de glisser à cause des efforts sur la dynamo lanterne qui sont très importants. Dans la formule Couple = Distance x Force : Pour un couple donné, plus la distance est petite, plus la force est grande. Le premier coefficient multiplicateur est celui du petit diamètre du galet (de quelque mm de rayon) qui roule sur la bande du pneu et qui à couple donné, va entrainer une force importante pour faire tourner le rotor. Le deuxième coefficient multiplicateur de force provient du fait que les vis de fixation de la dynamo lanterne se situent à environ 6 centimètres du galet et augmentent d'un deuxième facteur multiplicatif l'effort sur la fixation de la dynamo lanterne. La "dynamo moyeu" est une autre solution présentée par certains industriels qui consiste à intégrer une dynamo dans les moyeux des roues de la bicyclette, mais soit elle doit être réalisée à la fabrication de la bicyclette, soit elle impose le changement total de la roue avant, d'un coût non négligeable, si tant est que le diamètre et la largeur de la roue soit disponible pour cette bicyclette. Elle est difficilement adaptable à de vieux modèles. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Par rapport à intégration d'une dynamo dans les moyeux des roues de la bicyclette, son utilisation est adaptée à tout type de bicyclette et même les plus anciennes sans aucun démontage ou changement des roues. En réduisant l'effort des rotors (les aimants) sur le stator (le boitier) aux seuls efforts électromagnétiques et sans aucun effet multiplicateur du aux couples mécaniques, la présente invention aboutit à un dispositif mettant en oeuvre des forces beaucoup plus faibles que la dynamo lanterne et donc des éléments de fixation des mécanismes beaucoup moins sollicités, et présente donc une meilleure robustesse. N'ayant aucun élément mobile ni d'usure, le dispositif découlant de la 20 présente invention aura une bonne durée de vie. N'ayant aucun élément mobile, le dispositif n'aura aucune perte par frottement lors de la conversion de l'énergie produite par le pédalage mécanique du cycliste en énergie électrique. Le dispositif selon l'invention est bien adapté au temps de pluie, car 25 premièrement il n'y a pas de galet qui risque de glisser contre le pneu et deuxièmement il n'y a pas de pièces mobiles donc pas de joint d'étanchéité à prévoir entre le rotor et le stator de la dynamo. Tous les éléments statiques constituant le dispositif peuvent être noyés dans un boitier moulé garantissant une étanchéité parfaite. 30 En cas de crevaison de la roue, il n'y a pas de fil à débrancher comme dans le cas de la dynamo moyeu. L'absence de tout élément mobile dans le boitier, et par ce fait l'absence totale de vibrations générées par le boitier va permettre une intégration compacte des ampoules des appareils d'éclairage (phare, feux de position, veilleuse de lecture 35 carte, etc ..), relativement fragiles mécaniquement. Le rapprochement des appareils d'éclairage sur le boitier permettra la suppression des fils électriques courant le long ou à l'intérieur du cadre de la bicyclette entre la dynamo (lanterne ou moyeu) et les ampoules. Ceci diminuera le nombre de pannes de l'éclairage dues à un fil coupé ou débranché. Le regroupement de l'ensemble de ces fonctionnalités dans un seul boîtier compact aboutira à une grosse diminution des raccordements électriques et des composants mécaniques et donc à un coût de fabrication industriel bas. En résumé, la présente invention aboutit à un dispositif universel très facilement et rapidement instalable sur tout type de bicyclette, en offrant un système d'éclairage simple, robuste et écologique aux cyclistes. Ces objectifs sont obtenus grâce à un dispositif utilisant deux éléments totalement statiques : A) Selon une première caractéristique, un ou plusieurs aimants, fixés par un moyen simple, type bride munie de 2 boulons, à une (aux) roue(s) de la bicyclette de façon à produire un champ magnétique alternatif et constituer un rotor de génératrice. Un bon endroit pour fixer ces aimants est sur les rayons, le plus près possible de l'extérieur de la roue de façon à bénéficier de la vitesse tangentielle la plus forte et créer le meilleur champ magnétique. B) Selon une deuxième caractéristique, un boitier compact, fixé par une bride orientable munie de 2 boulons reliés soit à la fourche avant pour la roue avant, soit au cadre de la bicyclette pour la roue arrière contenant les éléments statiques suivants : - Un ou plusieurs bobinages capables de transformer la variation du champ 25 magnétique produit par le(s) aimant(s) en électricité. - Un fil de sortie de l'électricité destiné à l'alimentation d'un système classique d'éclairage de bicyclette type phare plus feu de position fixé sur les gardes-boue ou cadre de la bicyclette. - Un connecteur USB destiné à l'alimentation des différents équipements 30 électroniques embarqués sur la bicyclette tel un téléphone portable, un positionneur GPS, un tachymètre, un lecteur audio mp3, un lecteur vidéo mp4, etc - Un jeu de composants électriques, électroniques, mémoire programme, micro-processeur,... permettant de gérer le stockage d'électricité, la protection contre les 35 surtensions, la priorité de distribution de l'électricité et la mise en/hors service des équipements connectés. - Un condensateur capable de stocker le surplus d'électricité non utilisée, et qui permettra la restitution de cette électricité à l'arrêt de la bicyclette. Ces différents éléments permettent de récupérer l'énergie électromagnétique 5 créée par la rotation des aimants fixés sur la roue et plus précisément : Les aimants fixés sur les roues de la bicyclette produisent un champ magnétique alternatif et constituent un rotor de génératrice. Le boitier fixé au cadre de la bicyclette et son (ses) bobinage(s) associés, constitue un stator de génératrice. Il transforme ce champ magnétique alternatif en 10 électricité, permet d'alimenter l'éclairage de la bicyclette et de distribuer la puissance électrique aux différents équipements électroniques embarqués sur la bicyclette tel un téléphone portable, un positionneur GPS, un tachymètre, un lecteur audio mp3, un lecteur vidéo mp4, etc .. le jeu de composants électroniques permet de distribuer cette énergie en 15 provenance du bobinage en priorité vers l'éclairage de la bicyclette, puis vers les équipements électroniques embarqués sur la bicyclette. Le surplus d'énergie non utilisé est dirigé vers le condensateur capable de stocker cette électricité et qui permettra de fournir l'électricité à l'arrêt de la bicyclette. 20 L'équipement d'éclairage alimenté par le boitier peut être de deux types : - Soit un système classique d'éclairage de bicyclette type phare plus feu de position fixés sur les gardes-boue ou cadres de la bicyclette et qui sera alimenté par le fil extérieur réservé à cet effet. - Soit des ampoules intégrées au boitier, décrit ci-dessous. 25 Au dispositif décrit ci-dessus, et dans le but d'obtenir un dispositif global et compact, il pourra être ajouté un phare intégré sur la face avant du boitier de façon à supprimer le fil d'alimentation électrique courant le long ou à l'intérieur du cadre de la bicyclette de la dynamo vers un phare avant extérieur au dispositif. Au dispositif décrit ci-dessus, et dans le but d'obtenir un dispositif global et 30 compact, il pourra être ajouté un feu de position arrière rouge intégré sur la face arrière du boîtier de façon à supprimer le fil d'alimentation électrique courant le long ou à l'intérieur du cadre de la bicyclette de la dynamo vers un feu arrière extérieur au dispositif. S'il est ajouté au boitier à la fois le phare avant et le feu arrière, comme 35 décrit ci-dessus, un des deux dispositifs (phare ou feu) va être gêné pour envoyer son faisceau de lumière, soit par le tube (de la fourche avant ou du cadre arrière), étant donné que le solénoïde contenu dans le boitier doit être au plus proche des aimants pour récupérer la force électromagnétique et qu'il n'existe en général pas assez de place entre le tube du cadre et les rayons de la roue pour placer le boitier. Le boitier dans sa forme la plus simple a une forme parallélépipédique avec bord arrondi, mais toute forme aérodynamique type goute d'eau est acceptable puisqu'il n'y a pas de contrainte de positionnement d'élément mécanique en mouvement. Un autre choix consiste à donner au boitier une forme de fer à cheval, dont la partie dos du fer à cheval est située à l'extérieur de la bicyclette, vers un des côtés droit ou gauche et permettant de la sorte d'englober le tube de la fourche avant ou le tube du cadre arrière de façon à pouvoir offrir une vue optique dégagée à la fois à la face avant ET à la face arrière du boitier pour permettre que les faisceaux de lumière du phare avant et du feu arrière aient champ libre vers respectivement l'avant et l'arrière de la bicyclette Un autre choix consiste à donner au boitier une forme de fer à cheval, dont la partie dos du fer à cheval est située à l'extérieur de la roue vers le ciel où l'arrière. Les solénoïdes peuvent alors être situés dans chacune des deux branches du fer à cheval et récupérer le champ magnétique de la roue de chaque côté de la roue. Il est possible alors de doubler le nombre de phares et feux de position en plaçant un jeu de chaque côté de façon à obtenir une redondance en cas de panne d'un des éléments d'éclairage. Un autre agencement phare/feu consiste à placer un tapis de LED sur la face avant (phare) et à placer le feu arrière dans le quart avant d'une sphère placée de façon excentrée sur la paroi latérale et extérieure du boitier de façon à décaler le faisceau arrière du feu à l'extérieur du tube de la fourche ou du cadre, de façon à ce que les faisceaux de lumière du phare avant et du feu arrière aient champ libre vers respectivement l'avant et l'arrière de la bicyclette. Dans ce cas le boitier sera placé par le cycliste devant le tube de la fourche ou du cadre, ce qui ne gênera pas l'éclairage du phare. Plus précisément et grâce à l'excentricité de la sphère, le faisceau lumineux du feu arrière contournera le tube par l'extérieur de la bicyclette. Pour réaliser un boitier aussi compact que possible, une carcasse en métal pourra être utilisée à la fois comme une structure mécanique solide participant à la rigidité du boitier et comme noyau du bobinage. De façon à pallier une insuffisance de production d'électricité, comme par exemple la nuit dans une montée difficile ou la roue productrice tourne lentement, il pourra être ajouté un dispositif d'économie d'énergie caractérisé par le fait qu'il fera clignoter les ampoules selon un certain temps de cycle (Allumée/Éteinte) et diminuera la consommation électrique d'un rapport égal à ce même temps de cycle, tout en offrant un éclairage minimum de secours. La mise en marche de ce procédé pourra se faire soit manuellement par le cycliste, soit être intégrée sous la forme d'un programme stocké dans une mémoire d'un micro-processeur qui activera automatiquement ce mode économie d'énergie. Dans ce procédé d'économie d'énergie, une solution technique permettant une économie de matière à la fabrication est d'utiliser non seulement le couple aimants/bobinages pour produire de l'électricité, mais aussi pour transmettre au micro-processeur la vitesse du véhicule calculée à partir de la mesure des impulsions au passage des aimants devant les bobinages, du nombre d'aimants et leur distance par rapport à l'axe de la roue. L'information de vitesse lente pourra être utilisée par le micro-processeur pour détecter que le cycliste peine dans une côte et qu'il faut basculer le système en mode économie d'énergie. De façon à compléter l'apport d'énergie créée par la rotation de la roue, le boîtier pourra être équipé : - D'un panneau solaire compact, intégré ou non au boitier pour la recharge du 20 condensateur en plein jour. - D'une prise USB esclave ou jack femelle à courant continu permettant de connecter un chargeur extérieur relié sur le secteur et permettant de recharger le condensateur pendant la période ou la bicyclette est au repos ou au garage. - D'une manivelle pouvant entrainer une dynamo manivelle et permettant de 25 recharger le condensateur à l'arrêt. Par ailleurs, dans la présente description et les revendications le terme "aimant" utilisé pour définir le rotor de la génératrice d'électricité ne doit pas être interprété de façon limitative et désigne de façon générale tout moyen de génération d'une variation de champ magnétique accroché statiquement à la roue 30 de la bicyclette, par exemple un électro-aimant associé à un condensateur excité lors de son passage devant un autre partie du cadre de la bicyclette, une magnétisation en usine des roues de la bicyclette ou l'insertion de tout élément magnétisé à la fabrication de la roue, etc .. Dans la présente description et les revendications le terme "ampoule" utilisé 35 pour définir toute source de lumière de la bicyclette, phares, feu de position, etc ... ne doit pas être interprété de façon limitative et désigne de façon générale tout convertisseur d'électricité en lumière comme par exemple les diodes électroluminescentes, etc ... Dans le cas particulier du terme "phare" celui ci pourra être un phare classique de 5 bicyclette, mais aussi une plaque de diodes électroluminescentes encastrées dans le boitier et recouvrant toute la surface avant du boitier Dans la présente description et les revendications le terme "condensateur" utilisé pour définir l'élément permettant le stockage du surplus l'électricité non consommée instantanément pendant le roulage de la bicyclette, ou sa recharge sur 10 le secteur et sa restitution à l'arrêt de la bicyclette ne doit pas être interprété de façon limitative et désigne de façon générale tout moyen de stockage d'électricité à grande capacité et dimension réduite, par exemple capacité à large volume, batterie de tout type, lithium, cadmium/nickel, etc ... Le terme condensateur est préféré à celui de batterie car du fait de sa conception (deux plaques de métal 15 séparées par un isolant) il semble offrir une solution meilleure au niveau écologique que les batteries qui contiennent des métaux lourds. Dans la présente description et les revendications le terme "bicyclette" utilisé pour définir le véhicule nécessitant de l'éclairage et de la puissance électrique ne doit pas être interprété de façon limitative et désigne de façon générale tout 20 véhicule léger propulsé au moins en partie par la force humaine ou animale, comme par exemple tri-cycle, quadricycle, vélo-porteur, sulky, etc ... Dans la présente description et les revendications le terme "bride munie de 2 boulons" utilisée pour fixer les aimants à la roue et le boitier au cadre de la bicyclette ne doit pas être interprété de façon limitative et désigne de façon 25 générale tout système permettant de fixer de façon très simple ne requérant aucune compétence particulière, et par une personne non expérimentée munie seulement d'un tournevis, d'une pince ou d'une clef plate, les aimants et le boitier, par exemple, collier de serrage de tuyau d'eau, collier nylon de serrage des câbles électrique, bandes adhésives etc ... 30 Dans la présente description et les revendications le terme "bobinage " inséré dans le boitier et destiné à transformer le champ magnétique alternatif des aimants fixés sur les roues en électricité ne doit pas être interprété de façon limitative et désigne de façon générale tout système permettant d'effectuer cette transformation sans aucune partie mobile. 35 Dans la présente description et les revendications le terme "connecteur USS" (Universal Synchronous Bus) utilisé pour définir le moyen d'alimentation des différents équipements électroniques embarqués sur la bicyclette tel un téléphone portable, un positionneur GPS, un tachymètre, un lecteur audio mp3, un lecteur vidéo mp4, etc .. ne doit pas être interprété de façon limitative et désigne de façon générale toute prise standardisée de type hôte et permettant d'alimenter les équipements électroniques. REVENDICATIONS1) Dispositif permettant de générer l'éclairage et la puissance électrique sur une bicyclette, caractérisé en ce qu'il comporte les éléments suivants : A) Selon une première caractéristique, un ou plusieurs aimants, fixés par un moyen simple à une (aux) roue(s) de la bicyclette de façon à produire un champ 5 magnétique alternatif et constituer un rotor de génératrice. B) Selon une deuxième caractéristique, un boitier compact fixé soit à la fourche avant pour la roue avant, soit au cadre de la bicyclette pour la roue arrière contenant les éléments statiques suivants : - Un ou plusieurs bobinages capables de transformer la variation du champ 10 magnétique produit par le(s) aimant(s) en électricité ; - Un fil de sortie de l'électricité destiné à l'alimentation d'un système classique d'éclairage de bicyclette ; - Un connecteur destiné à l'alimentation des différents équipements électroniques embarqués sur la bicyclette tel un téléphone portable, un positionneur GPS, un 15 tachymètre, un lecteur audio mp3, un lecteur vidéo mp4; - Un jeu de composants électriques, électroniques, mémoire programme, micro-processeur,... permettant de gérer le stockage d'électricité, la protection contre les surtensions, la priorité de distribution de l'électricité et la mise en/hors service des équipements connectés; 20 - Un condensateur capable de stocker le surplus d'électricité non utilisée, et qui permettra la restitution de cette électricité à l'arrêt de la bicyclette. 2)Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un phare intégré sur la face avant du boitier de façon à supprimer un fil d'alimentation électrique courant le long ou à l'intérieur du cadre de la bicyclette de la dynamo 25 vers un phare avant extérieur au dispositif. 3)Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte un feu de position arrière rouge intégré sur la face arrière du boîtier de façon à supprimer un fil d'alimentation électrique courant le long ou à l'intérieur du cadre de la bicyclette de la dynamo vers un feu arrière extérieur au dispositif. 30 4) Dispositif, selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce qu'est donné au boitier une forme de fer à cheval, dont la partie dos du fer à cheval est située à l'extérieur de la bicyclette, vers un des côtés droit ou gauche et permettant de la sorte d'englober le tube de la fourche avant ou le tube du cadre arrière de façon à 9pouvoir offrir une vue optique dégagée à la fois à la face avant ET à la face arrière du boitier pour permettre que les faisceaux de lumière du phare avant et du feu arrière aient champ libre vers respectivement l'avant et l'arrière de la bicyclette. 5) Dispositif, selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce qu'est donné au boitier une forme de fer à cheval, dont la partie dos du fer à cheval est située à l'extérieur de la roue vers le ciel où l'arrière. Les solénoïdes peuvent alors être situés dans chacune des deux branches du fer à cheval et récupérer le champ magnétique de la roue de chaque côté de la roue. Il est possible alors de doubler le nombre de phares et feux de position en plaçant un jeu de chaque côté de façon à obtenir une redondance en cas de panne d'un des éléments d'éclairage. 6) Dispositif, selon les revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que le feu arrière soit placé dans le quart avant d'une sphère placée de façon excentrée sur la paroi latérale et extérieure du boitier de façon à décaler le faisceau arrière du feu à l'extérieur du tube de la fourche ou du cadre. 7) Dispositif, selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une carcasse en métal qui pourra être utilisée à la fois comme une structure mécanique solide participant à la rigidité du boitier et comme noyau du bobinage. 8) Dispositif, selon la revendication 1 caractérisé en ce que lui est rajouté dispositif de calcul de la vitesse de la bicyclette utilisant non seulement le couple aimants/bobinages pour produire de l'électricité, mais aussi pour transmettre au micro-processeur la vitesse du véhicule calculée à partir de la mesure des impulsions au passage des aimants devant les bobinages, du nombre d'aimants et leur distance par rapport à l'axe de la roue 9) Dispositif, selon la revendication 1 caractérisé en ce que lui est rajouté un dispositif d'économie d'énergie faisant clignoter les ampoules selon un certain temps de cycle (Allumée/Éteinte) et diminuant la consommation électrique d'un rapport égal à ce même temps de cycle, tout en offrant un éclairage minimum de secours. 10) Dispositif, selon les revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce qu'il utilise l'information de vitesse obtenue par le dispositif de calcul de la vitesse pour asservir le dispositif d'économie d'énergie.