Brevet FR2989660A1 — publié le 20131025

MOYEU POUR ROUE DE CYCLE ET ROUE DE CYCLE COMPRENANT UN TEL MOYEU La présente invention concerne un moyeu pour roue de cycle, ainsi qu'une roue de cycle comprenant un tel moyeu. La puissance mécanique que peut développer l'être humain est limitée. En particulier, la vitesse d'avance d'un cycle, par exemple un vélo, est limitée par la puissance que peut développer le cycliste. Cette vitesse d'avance est dégradée par des forces de résistance à l'avancement, qui comprennent notamment la résistance au roulement, qui est une fonction linéaire de la vitesse, et la résistance aérodynamique ou traînée, qui est fonction de la vitesse au carré. La théorie de l'aérodynamique enseigne qu'à basse vitesse (faible nombre de Reynolds), plus l'écoulement de l'air, autour d'un objet en déplacement, est laminaire, plus sa résistance aérodynamique sera faible. A l'inverse, lorsqu'un objet en déplacement présente une géométrie qui génère un décollement des filets d'air qui longent sa surface, son avance provoque la formation de tourbillons qui tendent à augmenter la traînée, et diminuent par conséquent la vitesse d'avance de cet objet. De plus la traînée aérodynamique est proportionnelle à la surface frontale de l'objet et à son Cx qui est un coefficient de forme qui est de l'ordre de 1,2 pour un cylindre et nettement plus bas pour une forme effilée ayant une longueur de corde nettement supérieure à son épaisseur. Une roue de cycle comprend généralement une jante sur laquelle est monté un pneumatique. La jante est montée mobile en rotation autour d'un moyeu prévu pour être assemblé fixement sur le cadre du cycle. Ainsi, des parties latérales du moyeu dépassent de part et d'autre de la jante pour permettre sa fixation à la fourche ou au hauban du cadre du cycle. De manière classique, les parties du moyeu qui dépassent à l'extérieur de la jante présentent une géométrie de révolution conçue pour supporter les efforts mécaniques encaissés par le moyeu. Toutefois, ces parties latérales provoquent la formation de tourbillons qui créent une traînée aérodynamique relativement importante, qui freine le cycliste. Par exemple, à 50 km/h, la traînée engendrée par les parties latérales d'un moyeu classique est de l'ordre 0,3 N, ce qui représente environ 15% de la traînée totale de la roue. Ainsi, la traînée aérodynamique générée par le moyeu pénalise les performances du cycliste. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un moyeu pour roue de cycle dont la traînée aérodynamique est réduite, afin d'optimiser la vitesse du cycliste compte tenu de l'effort de pédalage fourni, tout en conservant une bonne résistance mécanique. A cet effet, l'invention a pour objet un moyeu pour roue de cycle, comprenant : - un arbre central définissant un axe de rotation de la roue et adapté pour être monté dans un corps d'une jante de la roue, - deux corps latéraux situés de part et d'autre de l'arbre central. Selon l'invention, au moins, l'un des deux corps latéraux comporte au moins un passage traversant orienté perpendiculairement à l'axe de rotation. Selon un des aspects avantageux de l'invention, chacun des deux corps latéraux comporte au moins un passage traversant orienté perpendiculairement à l'axe de rotation. Grâce à l'invention, lors de l'utilisation du cycle, les filets d'air qui s'écoulent au niveau des corps latéraux passent dans le passage traversant. De cette manière, les filets d'air restent collés contre les parois du moyeu. L'écoulement est laminaire, il n'y a pas ou peu de formation de tourbillons et la surface frontale se trouve nettement réduite, de sorte que la traînée aérodynamique est réduite, ce qui permet d'optimiser les performances du cycliste. En outre, l'orientation des passages traversants permet aux parois des corps latéraux de conférer au moyeu une bonne solidité mécanique. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un tel moyeu peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : Chaque corps latéral comprend une première paroi circulaire, perpendiculaire à l'axe de rotation, raccordée à l'arbre central et délimitant un premier côté du passage traversant. Chaque passage traversant est délimité par deux ailes globalement parallèles à l'axe de rotation. La surface extérieure des ailes de chaque corps a la forme d'une portion de cône ayant pour axe de révolution l'axe de rotation et pour base le bord de la première paroi. Chaque corps latéral comprend une deuxième paroi parallèle à la première paroi, plus éloignée de l'arbre central que la première paroi et en ce que les ailes relient entre elles la première paroi et la deuxième paroi. La deuxième paroi comporte un élément de fixation du moyeu au cadre du cycle. Dans une section qui passe par l'axe de rotation et qui est perpendiculaire à la direction de chaque passage traversant, la surface du passage traversant de chaque corps latéral est supérieure ou égale à 30% de la surface totale de la partie du corps située entre les première et deuxième parois et de préférence de l'ordre de 70%. L'invention a également pour objet une roue de cycle comprenant une jante, comprenant en outre un tel moyeu dont les corps latéraux dépassent à l'extérieur de la jante. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, une telle roue peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises dans toute combinaison techniquement admissible : - Chaque passage traversant est orienté parallèlement à la direction d'avance du cycle. - En service, les ailes sont horizontales et disposées l'une au-dessus de l'autre. L'invention sera mieux comprise et d'autres aspects avantageux de celle-ci seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un moyeu et d'une roue de cycle conformes à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'une roue de cycle conforme à l'invention, montée sur le cadre d'un cycle représenté partiellement ; la figure 2 est une vue, à plus grande échelle, du détail Il à la figure 1, le cadre du cycle n'étant pas représenté pour la clarté de la figure ; la figure 3 est une coupe transversale du détail Il à la figure 1; la figure 4 est une vue en éclaté des composants de roue visibles à la figure 2; et les figures 5 à 7 sont des vues schématiques de variantes de roues conformes à l'invention. La figure 1 montre une roue de cycle 1 comprenant une jante 2 prévue pour recevoir un pneumatique, non représenté. La jante 2 est de type à bâtons, mais l'invention s'applique également aux autres types de roues de cycles. La roue 1 est mobile en rotation, autour d'un axe X, par rapport à une fourche 10 faisant partie du cadre du cycle. La roue 1 est globalement symétrique par rapport à un plan médian P perpendiculaire à l'axe X. La fourche 10 comporte deux bras 11a et llb terminés chacun par une patte de fixation 12a ou 12b pourvue d'une encoche de réception d'un moyeu 3 de la roue 1. La jante 2 comprend un corps central 21 présentant un passage cylindrique creux 22 centré sur l'axe de rotation X. Le moyeu 3 est monté dans le passage 22, par l'intermédiaire de deux paliers de support 4a et 4b de type roulements. Ainsi, le moyeu 3 est mobile en rotation par rapport à la jante 2, autour de l'axe de rotation X. Le moyeu 3 comprend deux parties 3a et 3b assemblées entre elles. La première partie 3a est formée par un corps 30a comprenant deux parois circulaires 301a et 302a, perpendiculaires à l'axe X. La paroi 301a est plus proche du plan P que la paroi 302a. La paroi 301a est prolongée vers le plan P, à l'opposé de la paroi 302a, par une partie de raccordement circulaire 303a, de diamètre inférieur au diamètre de la paroi 301a, qui est au contact de la deuxième partie 3b du moyeu 3. Un épaulement 32a est formé par la paroi 301a, du côté de l'élément de raccordement 303a. La paroi 302a est prolongée à l'opposé du plan P et de la paroi 301a par un élément de fixation cylindrique 304a logé dans l'encoche de la patte de fixation 12a de la fourche 10. Un élément de blocage non représenté, tel qu'une vis, est utilisé pour fixer la patte de fixation 12a à un trou fileté 5a réalisé dans l'élément de fixation 304a. En variante, d'autres moyens sont utilisés pour fixer le moyeu à la fourche 10 du côté de la paroi 302a. Les parois 301a et 302a sont reliées entre elles par deux ailes 305a et 306a globalement perpendiculaires au plan P et parallèles entre elles. Les ailes 305a et 306a s'étendent globalement à l'horizontale, l'une au-dessus de l'autre, lorsque le cycle repose sur une surface plane. Chaque aile 305a et 306a est incurvée et présente une surface externe convexe S, tournée vers l'extérieur du moyeu 3, qui a la forme d'une portion de cône ayant pour axe de révolution l'axe de rotation X et pour bases les bords des parois 301a et 302a. Chaque aile 305a et 306a présente une surface interne S' cylindrique et à section circulaire, tournée en vis-à-vis de l'autre surface interne S', qui est sensiblement parallèle à la surface externe S de l'aile 305a ou 306a correspondante. Un passage traversant 307a est délimité en haut par l'aile 305a, en bas par l'aile 306a et sur les côtés par les parois 301a et 302a. Le passage 307a comporte une ouverture d'entrée 308a, tournée vers l'avant de la roue 1, et une ouverture de sortie 309a, tournée vers l'arrière de la roue 1. L'avant et l'arrière de la roue 1 sont définis selon une direction d'avance A de la roue 1 perpendiculaire à l'axe X et contenue dans le plan médian P. La deuxième partie 3b du moyeu 3 comprend un corps 30b analogue au corps 30a de la première partie 3a du moyeu 3, ainsi qu'un arbre central creux 31 qui est formé d'une seule pièce avec le corps 30b et qui relie entre eux les corps 30a et 30b. Ainsi, les corps latéraux 30a et 30b sont situés de part et d'autre de l'arbre central 31. La partie de raccordement 303a est en contact avec une extrémité de l'arbre central 31. Dans la suite, on ne décrit pas en détail la géométrie du corps 30b, dans la mesure où lorsque le moyeu 3 est monté sur la jante 2, le corps 30b est symétrique au corps 30a par rapport au plan médian P. Le corps 30b comprend deux parois 301b et 302b circulaires, perpendiculaires à l'axe X. La paroi 301b est plus proche du plan P que la paroi 302a. La paroi 302b est prolongée par un élément de fixation cylindrique 304b logé dans la patte de fixation 12b du bras 11 b de la fourche 10. Les parois 301b et 302b sont reliées entre elles par deux ailes 305b et 306b présentant chacune une surface externe S et une surface interne S', comme les ailes 305a et 306a. Un passage traversant 307b est délimité en haut par l'aile 305b, en bas par l'aile 306b et sur les côtés par les parois 301b et 302b. Le passage 307a comporte une ouverture d'entrée 308b, tournée vers l'avant de la roue 1, et une ouverture de sortie 309b, tournée vers l'arrière de la roue 1. Le diamètre externe de l'arbre 31 est inférieur à celui des parois 301a et 301b du moyeu 3. Un épaulement 32b est formé par la paroi 301b, entre le corps 30b et l'arbre 31. Les paliers de support 4a et 4b sont montés autour des extrémités de l'arbre 31, en appui contre les épaulements 32a et 32b. Les corps 30a et 30b dépassent à l'extérieur de la jante 2. En d'autres termes, ils sont visibles lorsque la roue 1 est assemblée. Pour l'assemblage de la partie 3a à la partie 3b du moyeu 3, la paroi 301a de la partie 3a et l'extrémité de l'arbre 31 située à l'opposé du corps 30b comportent chacune des trous 5 de réception de vis 6. Comme visible à la figure 3, pour chaque corps 30a et 30b, dans une section qui passe par l'axe X et qui est perpendiculaire à la direction du passage traversant 307a ou 307b, la surface du passage traversant 307a ou 307b est supérieure ou égale à 30% de la surface totale de la partie 33a ou 33b du corps 30a ou 30b située entre les surfaces extérieures S des ailes 305a et 306a ou 305b et 306b et entre les parois 301a et 302a ou 301b et 302b, c'est-à-dire supérieure ou égale à 30 % de la somme de la surface de la section des ailes 305a et 306a ou 305b et 306b et de la section du passage traversant 307a ou 307b. La partie 33a ou 33b est délimitée par des pointillés à la figure 3, et se compose du passage traversant 307a ou 307b, d'une première zone pleine faisant partie de l'aile 305a ou 305b et d'une deuxième zone pleine faisant partie de l'aile 306a ou 306b. Lorsque la roue 1 avance selon la direction A, la roue 1 est soumise à un écoulement d'air E, de même direction que la direction A mais de sens opposé. En service, lorsque l'écoulement d'air E atteint le pneumatique, il se sépare en deux écoulements d'air latéraux Ea et Eb qui longent le pneumatique et les parois latérales de la jante 2, de part et d'autre de la roue 1. Lorsque les écoulements latéraux Ea et Eb longent la roue 1, une partie de ces écoulements Ea et Eb s'engouffre dans l'ouverture d'entrée 308a ou 308b des passages traversants 307a et 307b et traverse les passages traversants 307a et 307b, avant de sortir des passages traversants 307a et 307b par les ouvertures de sortie 309a et 309b. Grâce aux passages traversants 307a et 307b la surface frontale du moyeu se trouve réduite et le Cx de l'arbre se trouve amélioré par sa section longitudinale effilée, les écoulements latéraux Ea et Eb restent laminaires lorsqu'ils traversent les corps 30a et 30b du moyeu 3. Ainsi, les écoulements latéraux Ea et Eb ne se décollent pas des ailes 305a, 306a, 305b et 306b et ne créent pas de tourbillons indésirables. Un moyeu 3 et une roue 1 conformes à l'invention présentent ainsi une résistance aérodynamique réduite. De plus, la masse du moyeu 3 est réduite, grâce aux passages traversants 307a et 307b dont le volume est vide, à l'inverse des moyeux classiques qui sont pleins. La résistance mécanique du moyeu 3 est satisfaisante, compte tenu de la présence des ailes 305a, 306a, 305b et 306b qui confèrent au moyeu 3 une grande rigidité en flexion lorsqu'il est soumis aux efforts F transmis par la fourche 10, ces efforts F étant perpendiculaires aux ailes 305a, 306a, 305b et 306b. En variante, les surfaces extérieures S des corps 30a et 30b ont la forme d'une portion de cylindre à section circulaire. Dans ce cas, les parois circulaires 301a, 302a, 301b et 302b ont un diamètre identique. Dans une autre variante, l'arbre 31 est séparé du corps 30b. Des moyens de fixation rapportés, tels que des vis, sont alors utilisés pour fixer l'arbre 31 aux corps 30a et 30b. En alternative, l'arbre 31 est constitué de deux pièces, dont l'une est fixée, de manière amovible ou non, au corps 30a et dont l'autre est fixée, de manière amovible ou non, au corps 30b. Les deux parties de l'arbre 31 sont alors assemblées l'une à l'autre, par exemple par une vis logée à l'intérieur de l'arbre 31. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, non représenté, chaque corps 30a, 30b comporte une aile centrale supplémentaire, disposée dans le passage traversant 307a ou 307b, parallèlement aux ailes 305a, 306a ou 305b, 306b, dans l'alignement de l'axe de rotation X et entre les ailes 305a et 306a ou 305b et 306b du corps 30a ou 30b. Dans ce cas, chaque passage traversant 307a et 307b est séparé en deux parties disjointes, à savoir une partie supérieure située entre l'aile supérieure 305a ou 306a et l'aile centrale, et une partie inférieure située entre l'aile centrale et l'aile inférieure 306a ou 306b, cette variante permettant en outre d'utiliser un mécanisme de blocage rapide à levier ayant un tirant traversant l'axe tout en ayant une traînée très réduite. Le fonctionnement d'un tel moyeu à trois ailes est similaire à celui décrit plus haut : les écoulements latéraux Ea et Eb se séparent chacun en deux, une première partie de l'écoulement Ea ou Eb traverse alors la partie supérieure du passage traversant 307a ou 307b, et une deuxième partie de l'écoulement Eb ou Eb traverse la partie inférieure du passage traversant 307a ou 307b. Dans toutes les variantes, les ailes 305a, 305b, 306a et 306b et les passages traversants 307a, 307b sont orientées parallèlement à la direction d'avance A du cycle, de manière à ne pas s'opposer à la circulation des écoulements Ea et Eb. En d'autres termes, la direction des passages traversants 307a et 307b, définie à partir de l'ouverture d'entrée 308a ou 308b et vers l'ouverture de sortie 309a ou 309b, est parallèle à la direction d'avance A. De cette manière, l'écoulement de l'air dans les passages traversants 307a et 307b n'est pas freiné par les ailes 305a, 306a, 305b et 306b, ce qui contribue à réduire la traînée aérodynamique. Dans un autre mode de réalisation, les ailes 305 et 306 ne sont pas symétriques par rapport à l'axe, la branche la plus centrée ayant alors de préférence une section supérieure afin de conserver une bonne résistance mécanique. Dans un mode de réalisation dérivé du précédent et décrit à la figure 5, l'aile inférieure 305 est presque centrée sur l'axe X, permettant ainsi de caréner le passage du tirant 50 du blocage rapide sans rajouter une troisième aile. Le passage traversant 307 est défini entre l'aile inférieure centrée 305 et l'aile supérieure 306. Dans un autre mode de réalisation décrit à la figure 6, afin d'augmenter la résistance mécanique de l'axe, une nervure parallèle 310 au plan P peut rejoindre les 2 ailes 305 et 306, divisant ainsi chaque passage traversant en 2 passages traversant de chaque coté du moyeu. Nous avons décrit l'invention sur roue avant symétrique, on ne sortirait pas du cadre de l'invention en ne réalisant le passage traversant que d'un seul coté. Une roue arrière conforme à l'invention est décrite à la figure 7. Dans cette réalisation, un passage traversant 307 entre les deux ailes 305 et 306 n'existe que du coté opposé à la roue libre 40 Dans le cadre de l'invention, les différentes variantes peuvent être combinées entre elles, au moins partiellement. REVENDICATIONS1.- Moyeu (3) pour roue de cycle (1), comprenant : - un arbre central (31) définissant un axe de rotation (X) de la roue (1) et adapté pour être monté dans un corps (21) d'une jante (2) de la roue (1), - deux corps latéraux (30a, 30b) situés de part et d'autre de l'arbre central (31), caractérisé en ce qu' au moins un des corps latéraux (30a, 30b) comporte au moins un passage traversant (307a, 307b) orienté perpendiculairement à l'axe de rotation (X). 2.- Moyeu (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque corps latéral (30a, 30b) comprend une première paroi (301a, 301b) circulaire, perpendiculaire à l'axe de rotation (X), raccordée à l'arbre central (31) et délimitant un premier côté du passage traversant (307a, 307b). 3.- Moyeu (3) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque passage traversant (307a, 307b) est délimité par deux ailes (305a, 306a, 305b, 306b) globalement parallèles à l'axe de rotation (X). 4.- Moyeu (3) selon les revendications 2 et 3 prises en combinaison, caractérisé en ce que la surface extérieure (S) des ailes (305a, 306a, 305b, 306b) de chaque corps (30a, 30b) a la forme d'une portion de cône ayant pour axe de révolution l'axe de rotation (X) et pour base le bord de la première paroi (301a, 302a). 5.- Moyeu (3) selon les revendications 2 et 3 prises en combinaison, caractérisé en ce que chaque corps latéral (30a, 30b) comprend une deuxième paroi (302a, 302b) parallèle à la première paroi (301a, 301b), plus éloignée de l'arbre central (31) que la première paroi (301a, 301b) et en ce que les ailes (305a, 306a, 305b, 306b) relient entre elles la première paroi (301a, 301b) et la deuxième paroi (302a, 302b). 6.- Moyeu (3) selon la revendication 5, caractérisé en ce que la deuxième paroi (302a, 302b) comporte un élément (304a, 304b) de fixation du moyeu (3) au cadre (10) du cycle. 7.- Moyeu (3) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que dans une section qui passe par l'axe de rotation (X) et qui est perpendiculaire à la direction de chaque passage traversant (307a, 307b), la surface du passage traversant (307a, 307b)de chaque corps latéral (30a, 30b) est supérieure ou égale à 30% de la surface totale de la partie du corps (30a, 30b) située entre les première et deuxième parois (301a, 302a, 301b, 302b). 8.- Roue de cycle (1), comprenant une jante (2), caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyeu (3) selon l'une des revendications 1 à 7 dont les corps latéraux (30a, 30b) dépassent à l'extérieur de la jante (2). 9.- Roue de cycle (1) selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque passage traversant (307a, 307b) est orienté parallèlement à la direction d'avance (A) du cycle. 10.- Roue de cycle (1) selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que le moyeu est selon l'une des revendications 3 à 7 et en ce que, en service, les ailes (305a, 306a, 305b, 306b) sont horizontales et disposées l'une au-dessus de l'autre.